JP7310218B2 - 三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステム - Google Patents
三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステム Download PDFInfo
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Description
対象物の三次元形状を計測する方法であって、
レーザー光を出射するステップと、
ミラーの揺動軸と、前記ミラーにより前記対象物に向けて前記レーザー光を反射して投影する投影面と、の距離に関する距離情報を受け付けるステップと、
前記距離情報に基づいて、前記ミラーの揺動の最大振幅を決定するステップと、
前記最大振幅の範囲内で前記ミラーを揺動させ、前記ミラーにより前記レーザー光を前記投影面に向けて反射し、パターン光を投影するステップと、
前記パターン光が投影された前記投影面を撮像してパターン画像を取得するステップと、
前記パターン画像に基づいて前記対象物の三次元形状を求めるステップと、
を有し、
前記最大振幅を決定するステップは、
前記投影面に投影された前記レーザー光の走査方向における前記投影面上の長さである投影面長さを受け付けるステップと、
前記投影面における前記投影面長さの範囲内にある前記走査方向の位置、前記距離情報、前記最大振幅、および、前記パターン画像において推定される前記位置の推定輝度、の間に成り立つ関係式に基づき、前記最大振幅を求めるステップと、
を含む。
1.1 ロボットシステム
まず、第1実施形態について説明する。
ロボット2は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うロボットである。ただし、ロボット2の用途としては、特に限定されない。本実施形態に係るロボット2は、6軸ロボットであり、図1に示すように、床や天井に固定されるベース21と、ベース21に連結されたロボットアーム22と、を有する。
ロボット制御装置5は、ホストコンピューター6からロボット2の位置指令を受け、第1アーム221から第6アーム226が受けた位置指令に応じた位置となるように、第1駆動装置251から第6駆動装置256の駆動をそれぞれ独立して制御する。ロボット制御装置5は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー(CPU)と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有している。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。
次に、第1実施形態に係る三次元計測装置4について説明する。
ホストコンピューター6は、計測部49が算出した対象物Wの三次元情報からロボット2の位置指令を生成し、生成した位置指令をロボット制御装置5に送信する。ロボット制御装置5は、ホストコンピューター6から受信した位置指令に基づいて第1駆動装置251から第6駆動装置256をそれぞれ独立して駆動し、第1アーム221から第6アーム226を指示された位置に移動させる。なお、本実施形態では、ホストコンピューター6と計測部49とが別体となっているが、これに限定されず、ホストコンピューター6に計測部49としての機能が搭載されていてもよい。
次に、第1実施形態に係る三次元計測方法について説明する。
図9に示す三次元計測方法は、対象物Wの三次元形状を計測する方法であって、レーザー光Lを出射するステップS1と、ミラー451の揺動軸Jと、ミラー451により対象物Wに向けてレーザー光Lを反射して投影する投影面Pとの距離hに関する情報を受け付けるステップS2と、距離hに関する距離情報に基づいて、ミラー451の揺動の最大振幅θmaxを決定するステップS3と、最大振幅θmaxの範囲内でミラー451を揺動させ、ミラー451によりレーザー光Lを投影面Pに向けて反射し、パターン光PLを投影するステップS4と、パターン光PLが投影された投影面Pを撮像したパターン画像を取得するステップS5と、パターン画像に基づいて対象物Wの三次元形状を求めるステップS6と、を有する。
[1]対象物Wの三次元形状を計測する際には、まず、レーザー光源42からレーザー光Lを出射するステップS1を行う。レーザー光Lは、ロッドレンズ442によってライン状に成形され、ミラー451の反射面450に照射される。
まず、走査されるレーザー光Lの走査速度は、投影面P上の位置において異なり、分布を持つことになる。したがって、走査速度分布は、投影面Pにおける位置xとレーザー光Lの走査速度vxとの関係である。
次に、第2実施形態について説明する。
図14は、第2実施形態に係る三次元計測装置の全体構成を示す図である。
ここで、第2実施形態の変形例について説明する。この変形例は、以下の相違点以外、第2実施形態と同様である。
本変形例では、図15に示すように、計測部49と受付部462とが接続されている。そして、計測部49は、撮像部47による撮像画像に基づいて距離hを算出する。具体的には、撮像部47が取得した撮像画像は、計測部49に入力される。そして、計測部49において、撮像画像に基づき、対象物Wを含む投影面Pの三次元計測を行う。これにより、投影面Pまでの距離を求めることができるため、あらかじめ記憶させておいた設計データに基づき、揺動軸Jと投影面Pまでの距離hを算出することができる。このようにして算出した距離hを受付部462に出力する。
Claims (9)
- 対象物の三次元形状を計測する方法であって、
レーザー光を出射するステップと、
ミラーの揺動軸と、前記ミラーにより前記対象物に向けて前記レーザー光を反射して投影する投影面と、の距離に関する距離情報を受け付けるステップと、
前記距離情報に基づいて、前記ミラーの揺動の最大振幅を決定するステップと、
前記最大振幅の範囲内で前記ミラーを揺動させ、前記ミラーにより前記レーザー光を前記投影面に向けて反射し、パターン光を投影するステップと、
前記パターン光が投影された前記投影面を撮像してパターン画像を取得するステップと、
前記パターン画像に基づいて前記対象物の三次元形状を求めるステップと、
を有し、
前記最大振幅を決定するステップは、
前記投影面に投影された前記レーザー光の走査方向における前記投影面上の長さである投影面長さを受け付けるステップと、
前記投影面における前記投影面長さの範囲内にある前記走査方向の位置、前記距離情報、前記最大振幅、および、前記パターン画像において推定される前記位置の推定輝度、の間に成り立つ関係式に基づき、前記最大振幅を求めるステップと、
を含むことを特徴とする三次元計測方法。 - 前記ミラーは、正弦波の波形を持つ駆動信号により揺動する請求項1に記載の三次元計測方法。
- 前記最大振幅を求めるステップは、
前記レーザー光が投影された前記投影面上の領域の前記走査方向の中心を中心位置とし、前記中心位置の前記推定輝度である推定中心輝度を1とする規格化を行ったとき、前記領域における前記走査方向の前記位置の前記推定輝度に対し前記規格化を行った値が、0.80以上、かつ、1.20以下を満たす前記最大振幅を求めるステップである請求項1または2に記載の三次元計測方法。 - レーザー光を用いて対象物の三次元計測を行う三次元計測装置であって、
前記レーザー光を出射するレーザー光源と、
揺動軸まわりに揺動し、揺動の最大振幅が可変になっており、前記レーザー光を反射して、前記対象物を含む投影面にパターン光を投影するミラーと、
前記パターン光が投影された前記投影面を撮像してパターン画像を取得する撮像部と、
前記揺動軸と前記投影面との距離に関する距離情報および前記投影面に投影された前記レーザー光の走査方向における前記投影面上の長さである投影面長さを受け付ける受付部と、
前記投影面における前記投影面長さの範囲内にある前記走査方向の位置、前記距離情報、前記最大振幅、および、前記パターン画像において推定される前記位置の推定輝度、の間に成り立つ関係式に基づいて、前記ミラーの揺動の最大振幅を求め、前記最大振幅の範囲内で前記ミラーの揺動を制御する制御部と、
前記パターン画像に基づいて前記対象物の三次元形状を求める計測部と、
を有することを特徴とする三次元計測装置。 - 前記距離情報を入力する入力部をさらに有し、
前記受付部は、ユーザーによって前記入力部に入力された前記距離情報を受け付ける請求項4に記載の三次元計測装置。 - 前記揺動軸と前記投影面との距離を実測して検出する距離検出部をさらに有し、
前記受付部は、前記距離検出部により検出された前記距離を前記距離情報として受け付ける請求項4に記載の三次元計測装置。 - 前記受付部は、前記撮像部による撮像画像に基づいて算出された前記距離情報を受け付ける請求項4に記載の三次元計測装置。
- ロボットアームを備えるロボットと、
前記ロボットアームに設置される請求項4ないし7のいずれか1項に記載の三次元計測装置と、
前記三次元計測装置の計測結果に基づいて前記ロボットの駆動を制御するロボット制御装置と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。 - 前記ロボット制御装置は、前記ロボットアームの位置情報に基づいて、前記距離情報を求め、前記三次元計測装置に入力する請求項8に記載のロボットシステム。
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