JPWO2018008102A1

JPWO2018008102A1 - 撮像装置及び撮像システム

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Publication number: JPWO2018008102A1
Application number: JP2018525874A
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Inventors: 岡本　実幸; 実幸岡本; 信夫大石; 神藤　高広; 高広神藤; 紘佑土田; 伸夫長坂
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Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
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Abstract

エンコーダ信号を入力したモータの制御装置から撮像関連処理の実行指令を受ける場合と比較して遅延時間を小さくできるなど、撮像関連処理をより適切なタイミングで行うことができる。作業実行システム（１００）では、撮像装置（６０）が第１〜第４エンコーダ（４１〜４４）のエンコーダ信号を入力し、入力した複数のエンコーダ信号に基づいて撮像関連処理を行う。作業実行システム（１００）は、撮像装置（６０）と、複数のエンコーダ信号を撮像装置（６０）とは並列に入力し、入力した複数のエンコーダ信号に基づいて第１〜第４モータ３１〜３４を制御する制御装置（８０）と、を備えていてもよい。

Description

本発明は、撮像装置及び撮像システムに関する。

従来、モータのエンコーダからの信号に基づいて撮影を行う装置が知られている。例えば、特許文献１には、モータを制御しエンコーダのパルス信号が入力される制御装置と、画像を撮影するカメラと、を備えた部品認識装置が記載されている。この装置では、制御装置は、エンコーダのパルス信号のカウント数が予め定められた基準数に達すると、撮影トリガをカメラに入力させて、カメラに撮影を行わせる。

特開２００９−１７０５１７号公報

しかし、特許文献１に記載の装置では、モータの制御装置がエンコーダのパルス信号を入力してカメラに撮像を行わせるため、パルス信号のカウント数が基準数に達してから撮像までの遅延時間が大きくなるなど、適切なタイミングで撮像できない場合があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、より適切なタイミングで撮像関連処理を行うことを主目的とする。

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の撮像装置は、
画像を撮像可能な撮像部と、
多軸ロボットが備える複数のモータの各々のエンコーダ信号を入力し、該入力した複数のエンコーダ信号に基づいて所定の処理条件を満たしたか否かを判定する判定部と、
前記判定部が前記処理条件を満たしたと判定した場合に、前記撮像部の撮像に関連する所定の撮像関連処理を行う撮像制御部と、
を備えたものである。

この撮像装置では、撮像装置がエンコーダ信号を入力し、入力した複数のエンコーダ信号に基づいて撮像関連処理を行う。したがって、例えばエンコーダ信号を入力したモータの制御装置から撮像関連処理の実行指令を受ける場合と比較して遅延時間を小さくできるなど、撮像関連処理をより適切なタイミングで行うことができる。

作業実行システム１００の概略説明図。ロボットアーム１の概略説明図。作業実行システム１００における電気的な接続関係を表すブロック図。制御装置８０及び撮像装置６０の処理の流れを示す説明図。変形例の作業実行システム１００Ａにおける電気的な接続関係を表すブロック図。

本発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本発明の撮像システムの一例を含む作業実行システム１００の概略説明図である。図２は、ロボットアーム１の概略説明図である。図３は、作業実行システム１００における電気的な接続関係を表すブロック図である。なお、作業実行システム１００の左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１に示した通りとする。また、ロボットアーム１は全方位に可動するため固定される特定の方向はないが、説明の便宜のため、ロボットアーム１に対しては、図２に示した方向を左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）として説明する。

作業実行システム１００は、作業対象の物品（ワーク）に対して複数の所定の作業を行う装置として構成されている。作業実行システム１００は、ロボットアーム１と、ロボットアーム１に取り付けられた撮像装置６０と、ロボットアーム１が配設される基台１０１と、本実施形態におけるワークであるボルト１０６及びこれを載置したパレット１０５を搬送する搬送装置１０２と、装置全体を制御する制御装置８０（図３参照）と、を備えている。なお、本実施形態では、図１に示すようにロボットアーム１が搬送装置１０２の後方に１つ配設されているが、作業実行システム１００は搬送装置１０２の前方又は後方の少なくとも一方に配設された１以上のロボットアーム１を他にも備えていてもよい。

ロボットアーム１は、ワークに対して所定の作業を行う装置として構成されている。ワークは、特に限定されないが、例えば、機械部品、電気部品、電子部品、化学部品など各種の部品のほか、食品、バイオ、生物関連の物品などが挙げられる。また、所定の作業としては、例えば、初期位置から所定位置まで採取、移動、配置する処理や、所定の部位に対して変形、接続、接合させる処理などが挙げられる。本実施形態では、ロボットアーム１は、少なくとも、ワークであるボルト１０６をパレット１０５上から採取及び移動する処理を行う。

ロボットアーム１は、垂直多関節ロボットとして構成された多軸ロボットであり、第１アーム１１と、第２アーム１２と、第３支持部１３と、台座部１４と、先端部５０と、を備えている。また、ロボットアーム１は、複数（本実施形態では４個）の回転機構である第１〜第４回転機構２１〜２４と、複数（本実施形態では４個）の第１〜第４モータ３１〜３４と、複数（本実施形態では４個）の第１〜第４エンコーダ４１〜４４と、を備えている（図３参照）。

第１アーム１１は、図２に示すように、ワークに対して作業を行う作業部である先端部５０が配設された長手部材である。第１アーム１１は、第２アーム１２とは反対側の端部に配設され回転軸及び歯車機構を有する第１回転機構２１を介して、先端部５０と接続されている。第１アーム１１の内部には、第１モータ３１及び第１エンコーダ４１が収納されている。第１モータ３１は、回転駆動力を出力して第１回転機構２１の回転軸を回転させる。そのため、先端部５０は第１アーム１１に対して回動可能に配設されている。第１エンコーダ４１は、第１モータ３１に取り付けられており、第１モータ３１の回転位置を検出可能なパルスであるエンコーダ信号を出力する。

第２アーム１２は、回転軸及び歯車機構を有する第２回転機構２２を介して第１アーム１１が接続された長手部材である。第２アーム１２の内部には、第２モータ３２及び第２エンコーダ４２が収納されている。第２モータ３２は、回転駆動力を出力して第２回転機構２２の回転軸を回転させる。そのため、第１アーム１１は第２アーム１２に対して回動可能に配設されている。第２エンコーダ４２は、第２モータ３２に取り付けられており、第２モータ３２の回転位置を検出可能なパルスであるエンコーダ信号を出力する。

第３支持部１３は、回転軸及び歯車機構を有する第３回転機構２３を介して第２アーム１２が接続された部材である。第３支持部１３の内部には、第３モータ３３及び第３エンコーダ４３が収納されている。第３モータ３３は、回転駆動力を出力して第３回転機構２３の回転軸を回転させる。そのため、第２アーム１２は第３支持部１３に対して回動可能に配設されている。第３エンコーダ４３は、第３モータ３３に取り付けられており、第３モータ３３の回転位置を検出可能なパルスであるエンコーダ信号を出力する。

台座部１４は、上下方向に形成された支持軸を含む第４回転機構２４を介して第３支持部１３を支持する。台座部１４の内部には、第４モータ３４及び第４エンコーダ４４が収納されている。第４モータ３４は、回転駆動力を出力して第４回転機構２４の支持軸を回転させる。そのため、第３支持部１３は台座部１４に対して回動可能に配設されている。第４エンコーダ４４は、第４モータ３４に取り付けられており、第４モータ３４の回転位置を検出可能なパルスであるエンコーダ信号を出力する。

なお、第１〜第４エンコーダ４１〜４４は、透過式の光学エンコーダとして構成されているものとした。また、第１〜第４エンコーダ４１〜４４は、エンコーダ信号としてＡ相及びＢ相の２種類のパルスが出力されるインクリメンタル式のエンコーダとした。ただし、これに限らず、例えば第１〜第４エンコーダ４１〜４４は反射式の光学エンコーダとしてもよいし、回転位置の絶対値を検出可能なアブソリュート式のエンコーダとしてもよい。

先端部５０は、ワークに対して所定の作業を行うものである。先端部５０は、図２に示すように、装着部５２と、採取部材５３と、撮像装置６０と、を備えている。装着部５２は、先端部５０本体の下面に配設されている。装着部５２の下面には、採取部材５３が装着されている。採取部材５３は、例えば、複数の爪部を有し物品を把持採取するメカニカルチャックとして構成されている。採取部材５３は、例えば、圧力により物品を吸着採取する吸着ノズルとしてもよい。なお、採取部材５３は装着部５２から取り外し可能であり、採取部材５３の他に、ワークに対して所定の作業を行うための種々の部材を装着可能になっている。

撮像装置６０は、照射部６１と、撮像部６２と、撮像制御部６３と、判定部７０と、を備える（図３参照）。照射部６１は、例えば、撮像部６２の外周に円状に配設された照明であり、ワーク及びワークの周辺に対して光を照射可能である。撮像部６２は、画像を撮像可能なユニットであり、図２の下方を撮像することでワーク及びワークの周辺を撮像する。撮像部６２は、例えば、レンズなどの光学系と、被写体の像を光電変換によって電気信号に変換するイメージセンサである撮像素子と、撮像素子から入力される電気信号に基づいて画像のデータを生成する信号処理部と、を備えている。なお、特にこれに限定しないが、本実施形態では、撮像装置６０は１０００ｆｐｓ（フレーム／秒）以上でのフレームレートでの高速撮像が可能な装置とした。なお、撮像装置６０のフレームレートは例えば２０００ｆｐｓ（フレーム／秒）以下としてもよい。

判定部７０は、第１〜第４エンコーダ４１〜４４からのエンコーダ信号に基づく判定を行うユニットであり、図３に示すように、第１〜第４比較部７１〜７４と、判定合成部７５と、を備えている。第１〜第４比較部７１〜７４は、第１〜第４エンコーダ４１〜４４と１対１に対応しており、第１〜第４比較部７１〜７４の各々には、第１〜第４エンコーダ４１〜４４のうち対応するエンコーダからのエンコーダ信号が例えばシリアル通信により入力される。また、第１〜第４比較部７１〜７４は、それぞれ、例えばシリアル通信により制御装置８０からの所定の処理条件が入力される。第１比較部７１は、第１エンコーダ４１から入力したエンコーダ信号のパルス数をカウントするカウンタと、処理条件の一部であり制御装置８０から入力した所定の設定値を記憶する設定値記憶部と、カウンタによるカウント値と設定値とが一致するか否かを判定する一致判定部とを備える。一致判定部は、カウント値と設定値とが一致した場合には、その旨を表す一致判定信号を判定合成部７５に出力する。第２〜第４比較部７２〜７４も同様の構成をしており、入力したエンコーダ信号のパルス数のカウント値と制御装置８０から入力した設定値とを比較して、両者が一致した場合には一致判定信号を判定合成部７５に出力する。判定合成部７５は、第１〜第４比較部７１〜７４と接続されており、第１〜第４比較部７１〜７４のいずれからも一致判定信号を入力しているか否かによって、処理条件を満たしたか否かを判定する。すなわち、判定合成部７５は、例えばＡＮＤ回路として構成されており、第１〜第４比較部７１〜７４のいずれからも一致判定信号を入力した場合には、処理条件を満たした旨を表す信号を撮像制御部６３に出力する。一方、判定合成部７５は、第１〜第４比較部７１〜７４のうち１以上から一致判定信号を入力していない場合には、処理条件を満たした旨を表す信号を撮像制御部６３に出力しない。

撮像制御部６３は、撮像装置６０全体を制御するものである。撮像制御部６３は、照射部６１に制御信号を出力して照射部６１からの光の照射を制御したり、撮像部６２に制御信号を出力して画像の撮像を行わせたりする。また、撮像制御部６３は、撮像部６２が生成した画像を入力して制御装置８０に出力したり、制御装置８０からの指令を入力したりする。

なお、本実施形態では、判定部７０，撮像部６２が有する信号処理部，及び撮像制御部６３の各々は、専用の処理回路としてのハードウェア回路で構成されているものとした。ただし、これらの１以上について、撮像装置６０が有するＣＰＵ上で実行されるプログラムなどのソフトウェアで実現してもよい。

制御装置８０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、作業実行システム１００の装置全体を制御する。この制御装置８０は、第１〜第４モータ３１〜３４，採取部材５３，撮像制御部６３及び搬送装置１０２へ信号を出力する。制御装置８０は、第１〜第４比較部７１〜７４の各々に上述した設定値を出力する。また、制御装置８０には、第１〜第４エンコーダ４１〜４４からのエンコーダ信号が例えばシリアル通信により入力される。なお、図３に示すように、第１〜第４エンコーダ４１〜４４からのエンコーダ信号は、撮像装置６０と制御装置８０とに並列に入力されている。ここで、本実施形態では、図１に示したＸＹＺ軸の各々の方向の位置を表すＸＹＺ座標により、ロボットアーム１の先端部５０の位置すなわち座標を表すものとした。そして、制御装置８０は、この先端部５０の座標と、第１〜第４モータ３１〜３４の回転位置との対応関係を表す位置対応情報（例えば換算式又はテーブルなど）を記憶部に記憶しているものとした。制御装置８０は、この位置対応情報と第１〜第４エンコーダ４１〜４４からのエンコーダ信号とに基づいて、先端部５０の現在の座標を検出したり、現在の座標から目標とする座標に先端部５０を移動させるのに必要な第１〜第４モータ３１〜３４の各々の回転量を導出したりする。そして、制御装置８０は、導出した回転量に基づいて第１〜第４モータ３１〜３４の各々に制御信号を出力して、先端部５０の位置を制御する。

基台１０１は、図１に示すように、ロボットアーム１や搬送装置１０２を配設固定するものである。この基台１０１には、その中央に搬送装置１０２が配設され、搬送装置１０２の後方にロボットアーム１が固定されている。

搬送装置１０２は、例えば、ワークの搬入、搬送、搬出を行うユニットである。搬送装置１０２は、図１の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に架け渡された１対のコンベアベルトを有している。本実施形態では、ワークすなわち複数のボルト１０６を載置した平板上のパレット１０５は、このコンベアベルトにより搬送される。

次に、こうして構成された本実施形態の作業実行システム１００の動作、特に、搬送中のパレット１０５上のボルト１０６を、撮像装置６０による撮像を伴って採取部材５３で採取及び移動させる処理について説明する。図４は、制御装置８０及び撮像装置６０の処理の流れを示す説明図である。例えば作業者が図示しない操作部を操作して作業の開始を指示すると、制御装置８０は、図４の処理を開始する前に、搬送装置１０２を駆動させる。これにより、搬送装置１０２の上流側から複数のボルト１０６が配置されたボルト１０６が搬入され、搬送方向（左右方向）に搬送されていく。

搬送装置１０２を駆動させると、制御装置８０は、所定の処理条件を撮像装置６０の判定部７０に出力する（ステップＳ１００）。ここで、処理条件は、本実施形態では、ロボットアーム１が備える先端部５０が所定座標に存在するとみなせる旨の条件とした。所定座標とは、ここでは撮像装置６０の撮像部６２による撮像開始に適した座標であり、例えば撮像部６２がロボットアーム１の前方の搬送装置１０２の真上且つある程度ボルト１０６に接近した高さの座標として予め定められているものとした。また、制御装置８０は、処理条件を判定部７０に出力するにあたり、処理条件を第１〜第４エンコーダ４１〜４４のエンコーダ信号の各々のカウント値に変換した値である設定値を導出し、この設定値を第１〜第４比較部７１〜７４の各々に出力する。具体的には、上述した位置対応情報に基づいて、先端部５０の現在の座標に対応する第１〜第４モータ３１〜３４の現在の回転位置を基準として、先端部５０が現在の座標から所定座標に移動するまでに生じるエンコーダ信号のパルス数を第１〜第４エンコーダ４１〜４４の各々について導出し、導出した値を第１〜第４エンコーダ４１〜４４の各々に対応する設定値とする。そして、この導出した各設定値を第１〜第４比較部７１〜７４の各々に出力する。なお、先端部５０の現在の座標は、例えば第１〜第４エンコーダ４１〜４４がアブソリュート式のエンコーダの場合には、制御装置８０は現在の第１〜第４エンコーダ４１〜４３のエンコーダ信号に基づいて導出してもよい。例えば第１〜第４エンコーダ４１〜４４がインクリメンタル式のエンコーダの場合には、制御装置８０はエンコーダ信号を用いずに先端部５０を座標が既知である所定の初期位置まで移動させる処理を行って現在の座標を把握してもよい。所定の初期位置は、例えば第１〜第４回転機構２１〜２４の各々を回転可能な範囲（回転角）の上限位置又は下限位置まで回転させた状態の位置としてもよいし、例えば基台１０１上に配設された所定のマークが撮像装置６０を用いて検出される位置としてもよい。

ステップＳ１００で制御装置８０が処理条件すなわち各設定値を出力すると、判定部７０の第１〜第４比較部７１〜７４の各々は、入力した各設定値を記憶し（ステップＳ２００）、判定部７０は記憶された各設定値で表される処理条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ２２０）。一方、ステップＳ１００のあと、制御装置８０は、第１〜第４モータ３１〜３４を制御して先端部５０を所定座標まで移動させる処理を開始し（ステップＳ１１０）、所定座標まで移動したか否かすなわち処理条件を満たしたか否かを第１〜第４エンコーダ４１〜４４からのエンコーダ信号に基づいて判定する（ステップＳ１２０）。このように、本実施形態では、制御装置８０及び判定部７０が第１〜第４エンコーダ４１〜４４からのエンコーダ信号を並列に入力して、同じ処理条件を満たしたか否かを各々で判定する。なお、制御装置８０による処理条件を満たしたか否かの判定は、判定部７０と同様に入力したエンコーダ信号のパルス数をカウントして設定値と比較することで行ってもよい。あるいは、制御装置８０は、入力したエンコーダ信号と位置対応情報とに基づいて先端部５０の現在の座標が所定座標に到達したかを判定することで、処理条件を満たしたか否かを判定してもよい。

制御装置８０は、ステップＳ１２０で処理条件を満たしたと判定するまで第１〜第４モータ３１〜３４の制御を続け、処理条件を満たしたと判定すると、時刻の計時を開始するモータ制御側計時開始処理を行う（ステップＳ１３０）。なお、計時を開始すると、制御装置８０は、第１〜第４エンコーダ４１〜４４の少なくとも１つからパルスを入力する度に、すなわち先端部５０の座標が変化する度に、そのときの先端部５０の座標と時刻（例えば計時開始からの経過時間）とを対応づけて座標時刻対応情報として順次記憶していく。一方、撮像装置６０では、撮像制御部６３は、判定部７０がステップＳ２２０で処理条件を満たしたと判定するまで待ち、満たしたと判定すると、すなわち判定合成部７５から処理条件を満たした旨の信号を入力すると、撮像部６２の撮像に関連する所定の撮像関連処理を行う（ステップＳ２３０）。本実施形態では、撮像関連処理は、時刻の計時を開始する撮像制御側計時開始処理と、撮像部６２に画像の撮像開始を指示する撮像指令処理と、を含む。撮像部６２は、撮像指令処理を入力すると、所定のフレームレート（例えば１０００ｆｐｓ）での連続的な撮像を開始し、生成された画像を順次撮像制御部６３に出力する。このように、本実施形態では、制御装置８０及び撮像制御部６３は同じ処理条件に基づいてそれぞれ計時を開始するため、両者はほぼ同じタイミングで計時を開始することになる。また、撮像部６２は、処理条件を満たしたときすなわち先端部５０が所定座標に到達したときに、複数の撮像を開始する。

ステップＳ２３０の後、撮像制御部６３は、撮像された画像の制御装置８０への出力を開始する（ステップＳ２４０）。なお、撮像制御部６３は、撮像部６２が撮像した画像を入力すると、その画像に時刻情報（タイムスタンプ）を付加して、制御装置８０へ順次出力する。時刻情報は、ステップＳ２３０で開始した計時に基づく時刻（例えばステップＳ２３０を行った時刻から画像を入力した時刻までの経過時間）を表す情報である。

一方、制御装置８０は、撮像装置６０から入力した画像及び画像に付された時刻情報に基づいて第１〜第４モータ３１〜３４を制御し、ボルト１０６を採取すべく採取部材５３をボルト１０６に向けて移動させる（ステップＳ１４０）。そして、入力した画像に基づいてボルト１０６が採取可能な状態になったか否かを判定し（ステップＳ１５０）、ボルト１０６を採取可能でなければステップＳ１４０以降の処理を実行する。ステップＳ１４０の処理は、例えば以下のように行う。制御装置８０は、まず、撮像装置６０から最初に入力した画像において、ボルト１０６を認識する。ボルト１０６の認識は、例えば、二値化処理やパターンマッチング処理などにより、画像中のボルト１０６の領域とそれ以外の領域（例えばパレット１０５の領域）とを区別し、予め用意されたボルト１０６の基準形状データに適合する領域を識別することにより行うことができる。次に、認識した１以上のボルト１０６のうち例えばパレット１０５の最も左前方に位置するボルト１０６など、他のボルト１０６と区別可能なボルト１０６を採取対象に決定する。続いて、撮像装置６０から２番目に入力した画像において、採取対象に決定したボルト１０６と同じボルトを同様にして認識する。そして、最初に入力した画像と２番目に入力した画像とに基づいて、採取対象のボルト１０６の座標，移動速度及び移動方向などを推定する。例えば、最初に入力した画像の時刻情報と座標時刻対応情報とに基づいて、最初に入力した画像が撮像された時刻に対応する先端部５０の座標を導出し、導出した座標と画像中に認識された採取対象のボルト１０６の位置及び大きさなどに基づいて、撮像された時刻における採取対象のボルト１０６の座標を推定する。２番目に入力した画像及び時刻情報に基づいて、同様に撮像された時刻における採取対象のボルト１０６の座標を推定する。そして、２つの画像の撮像の時間間隔と推定された座標とに基づいて、ボルト１０６の移動速度及び移動方向を推定する。このようにして採取対象のボルト１０６の座標，移動速度及び移動方向を推定すると、第１〜第４モータ３１〜３４の動作による先端部５０の移動速度などを加味して、移動すなわち搬送装置１０２による搬送中の採取対象のボルト１０６を追跡しボルト１０６と採取部材５３とが近づくように、第１〜第４モータ３１〜３４を制御する。このようなステップＳ１４０の処理を、ステップＳ１５０でボルト１０６が採取可能な状態になったと判定されるまで繰り返す。なお、撮像装置６０からは順次画像が出力されるため、ステップＳ１４０の処理に用いる画像はその都度最新の複数（例えば２枚）の画像を用いて行えばよい。このように、制御装置８０は、画像に付された時刻情報と座標時刻対応情報とに基づいて、画像が撮像されたときの先端部５０の座標を導出し、導出した先端部５０の座標と画像とに基づいて採取対象のボルト１０６の座標，移動速度及び移動方向を推定して、移動中のボルト１０６を採取するように第１〜第４モータ３１〜３４を制御する。

ステップＳ１５０で採取対象のボルト１０６を採取可能と判定すると、制御装置８０は、採取部材５３を制御してボルト１０６を採取させ（ステップＳ１６０）、撮像制御部６３に対して撮像停止指令を出力する（ステップＳ１７０）。撮像制御部６３は、撮像停止指令を入力すると、画像の撮像を停止するよう撮像部６２を制御する（ステップＳ２７０）。一方、制御装置８０は、第１〜第４モータ３１〜３４を制御して採取したボルト１０６をパレット１０５上から図示しない所定位置へ移動させる（ステップＳ１８０）。なお、ステップＳ１８０では、図示しない他の搬送装置のコンベア上にボルト１０６を載置してもよいし、図示しない他の搬送装置に搬送される部品にボルト１０６を取り付けたりしてもよい。また、例えばパレット１０５上から移動させるボルト１０６の本数が定められている場合、その本数のボルト１０６を移動させるまで図４に示した処理を繰り返してもよい。この場合、２回目以降の処理では、第１〜第４比較部７１〜７４の各々は各設定値を既に記憶しているから、制御装置８０はステップＳ１００を省略してもよい。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の撮像部６２が本発明の撮像部に相当し、判定部７０が判定部に相当し、撮像制御部６３が撮像制御部に相当する。また、撮像装置６０がモータ制御装置に相当し、制御装置８０及び撮像装置６０を備えたシステムが本発明の撮像システムに相当する。

以上説明した本実施形態の作業実行システム１００では、撮像装置６０がエンコーダ信号を入力し、入力した複数のエンコーダ信号に基づいて撮像関連処理を行う。したがって、例えばエンコーダ信号を入力した制御装置８０から撮像関連処理の実行指令を受ける場合と比較して、処理条件が満たされてから（先端部５０が所定座標に到達してから）撮像関連処理が行われるまでの遅延時間を小さくできるなど、撮像関連処理をより適切なタイミングで行うことができる。また、作業実行システム１００は、撮像装置６０と、複数のエンコーダ信号を撮像装置６０とは並列に入力し、入力した複数のエンコーダ信号に基づいて第１〜第４モータ３１〜３４を制御する制御装置８０と、を備えている。したがって、制御装置８０と撮像装置６０との各々がエンコーダ信号に基づく処理をより適切なタイミングで行うことができる。

また、撮像関連処理は、計時を開始する撮像制御側計時開始処理を含み、撮像制御部６３は、撮像部６２が撮像した画像に対して計時に基づく時刻情報を付加する。したがって、より適切なタイミングで計時を開始することができ、画像に対してより適切な時刻情報を付加することができる。さらに、制御装置８０は、入力した複数のエンコーダ信号に基づいて処理条件を満たしたと判定した場合に、計時を開始するモータ制御側計時開始処理を行う。また、制御装置８０は、撮像装置６０から入力した画像と画像に付された時刻情報とに基づいて、第１〜第４モータ３１〜３４を制御する。こうすれば、撮像装置６０と制御装置８０とが並列にエンコーダ信号を入力し且つ同じ処理条件に基づいて計時を開始するため、撮像装置６０と制御装置８０との間で計時による時刻をより精度良く同期させることができる。そのため、撮像装置６０は画像に対してより適切な時刻情報、すなわち制御装置８０が計時している時刻とのずれがより小さい時刻情報を付加することができる。制御装置８０が画像と画像に付された時刻情報とに基づいて第１〜第４モータ３１〜３４を制御する際に、より精度良く制御を行うことができる。例えば、撮像装置６０の計時と制御装置８０の計時との時刻のずれが大きい場合を考える。この場合、上述した図４のステップＳ１４０で制御装置８０が画像に付された時刻情報と座標時刻対応情報とに基づいて撮像時の先端部５０の座標を導出しても、画像に付された時刻情報と座標時刻対応情報に含まれる時刻情報とのずれが大きくなる。そのため、撮像時の先端部５０の座標を精度良く導出できず、結果的に採取部材５３を採取対象のボルト１０６まで適切に移動できない場合がある。撮像装置６０と制御装置８０とで時刻を精度良く同期させることで、このような不具合を抑制できる。

さらに、前記撮像関連処理は、前記撮像部に前記画像を撮像させる撮像指令処理を含んでいてもよい。こうすれば、より適切なタイミングに撮像を行うことができる。本実施形態では、撮像開始に適した所定座標に先端部５０が到達したときに、複数の画像の撮像を開始することができる。

さらにまた、制御装置８０は、撮像装置６０に処理条件を出力し、判定部７０は、制御装置８０から入力した処理条件に基づいて処理条件を満たしたか否かの判定を行う。そのため、撮像装置６０で用いられる処理条件を制御装置８０が予め設定しておくことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、複数のエンコーダ信号を制御装置８０と撮像装置６０とが並列に入力したが、これに限られない。例えば、複数のエンコーダ信号に基づく判定を行う判定装置からの情報を、制御装置８０と撮像装置６０とが並列に入力してもよい。図５は、この場合の変形例の作業実行システム１００Ａにおける電気的な接続関係を表すブロック図である。この変形例の作業実行システム１００Ａは、撮像装置６０が判定部７０を備えない代わりに、撮像装置６０とは独立した判定装置９０を備えている。判定装置９０は、第１〜第４モータ３１〜３４の各々のエンコーダ信号を入力し、入力した複数のエンコーダ信号に基づいて所定の処理条件を満たしたか否かを判定する装置であり、判定部７０と同様に第１〜第４比較部７１〜７４と、判定合成部７５と、を備えている。撮像制御部６３及び制御装置８０は、互いに並列に判定合成部７５に接続されて、各々が判定合成部７５から処理条件を満たした旨の情報を入力可能になっている。また、制御装置８０は、処理条件を判定装置９０の第１〜第４比較部７１〜７４に出力する。この作業実行システム１００Ａでは、図４のステップＳ２００及びＳ２２０の処理を判定装置９０が行う。そして、制御装置８０は、判定装置９０から処理条件を満たした旨の情報を入力すると、ステップＳ１３０のモータ制御側計時開始処理を行う。同様に、撮像制御部６３は、判定装置９０から処理条件を満たした旨の情報を入力すると、ステップＳ２３０の撮像関連処理（例えば撮像制御側計時開始処理及び撮像指令処理）を行う。このように、この変形例の作業実行システム１００Ａでは、複数のエンコーダ信号に基づいて処理条件を満たした旨の情報を、撮像装置６０と制御装置８０とが判定装置９０から並列に入力して計時を開始する。そのため、上述した実施形態と同様に、撮像装置６０と制御装置８０との間で計時による時刻をより精度良く同期させることができ、制御装置８０は第１〜第４モータ３１〜３４をより精度良く制御を行うことができる。

上述した実施形態では、第１〜第４比較部７１〜７４は制御装置８０から入力した処理条件すなわち各設定値を記憶したが、これに限られない。例えば、予め第１〜第４比較部７１〜７４が設定値を記憶しており、制御装置８０からの処理条件の出力を省略してもよい。

上述した実施形態では、処理条件を満たした場合に撮像制御部６３が実行する撮像関連処理は、撮像制御側計時開始処理と撮像指令処理とを含んでいたが、これに限られない。例えば、撮像関連処理は、撮像制御側計時開始処理と撮像指令処理との少なくとも一方を含んでいてもよいし、いずれも含まず他の処理を含んでいてもよい。例えば、処理条件を満たした場合に実行される撮像関連処理が、撮像制御側計時開始処理を含み且つ撮像指令処理を含まなくてもよい。この場合も、撮像装置６０と制御装置８０との間で計時による時刻をより精度良く同期させることができる。また、この場合、例えば処理条件を満たす前後の任意のタイミングで、撮像制御部６３が撮像指令処理を行ってもよい。また、撮像装置６０は、撮像制御側計時開始処理のトリガーとなる処理条件を満たしたか否かを判定する判定部と、撮像指令処理のトリガーとなる処理条件を満たしたか否かを判定する判定部と、をそれぞれ備えていてもよい。ただし、上述した実施形態のように１つの判定部７０で撮像制御側計時開始処理及び撮像指令処理の両方のトリガーとなる処理条件を判定する、すなわち判定部を共通化した方が、部品点数を少なくできるため好ましい。

上述した実施形態では、処理条件を満たした場合に実行される撮像指令処理は、撮像部６２に複数の画像の撮像を開始させる処理としたが、これに限られない。例えば、撮像指令処理は、撮像部６２に１つの画像を撮像させる処理としてもよい。この場合も、処理条件を満たした場合すなわち先端部５０が所定座標に到達したときの画像を撮像することができる。なお、この場合、画像を１枚撮像する毎に制御装置８０が処理条件を更新するものとしてもよい。こうすれば、処理条件に応じて先端部５０が複数の座標の各々に位置するときの画像を撮像することができる。

上述した実施形態において、制御装置８０は、処理条件を満たしてから撮像装置６０が撮像関連処理を行うまでの遅延時間を加味してステップＳ１３０のモータ制御側計時開始処理を行ってもよい。例えば、処理条件を満たしてから（先端部５０が所定座標に到達してから）判定合成部７５が処理条件を満たす旨の信号を出力するまでの遅延時間と、その後さらに撮像制御部６３が計時を開始するまでの遅延時間とを加味してもよい。例えば、上記の撮像装置６０側の遅延時間（Ｔ１とする）と制御装置８０側の遅延時間（Ｔ２とする）との差に基づいて、Ｔ１＞Ｔ２の場合には制御装置８０はステップＳ１２０で処理条件を満たしたと判定してから（Ｔ１−Ｔ２）時間経過後にステップＳ１３０における計時を開始してもよい。あるいは、Ｔ１＜Ｔ２の場合には、制御装置８０はステップＳ１２０で処理条件を満たしたと判定した場合に時刻（Ｔ２−Ｔ１）から計時を開始してもよい。

上述した実施形態では、撮像制御部６３がステップＳ２４０において画像に付加する時刻情報の例として、ステップＳ２３０で計時を開始してから画像を入力した時刻までの経過時間を表す情報を挙げたが、これに限られない。例えば、撮像制御部６３は、撮像部６２が画像を撮像してから撮像制御部６３が画像に時刻情報を付加するまでの遅延時間分、を加味した補正後の時刻情報を、画像に付加してもよい。遅延時間は、具体的には、例えば撮像部６２が画像を撮像してから（例えば撮像素子が受光したタイミングから）画像が生成されて撮像制御部６３がその画像を入力して時刻情報を付すまでに要する時間としてもよい。撮像制御部６３は、計時開始から画像を入力した時刻までの経過時間からこの遅延時間を引いた時間（補正後の経過時間）を表す時刻情報を画像に付加してもよい。なお、遅延時間は、例えばクロック数などに基づいて画像毎に導出した測定値であってもよいし、予め設定された固定値であってもよい。また、制御装置８０が遅延時間を加味して処理を行ってもよい。例えば、制御装置８０は、ステップＳ１４０において、画像に付加された時刻情報で表される時刻から遅延時間を引いた時刻（補正後の時刻）に基づいて処理を行ってもよい。

上述した実施形態では、処理条件は先端部５０が所定座標に所定座標に存在するとみなせる旨の条件としたが、この所定座標は１つの座標でもよいし、複数の座標の集合体でもよい。例えば、所定の領域内に先端部５０が存在するとみなせる旨の条件を処理条件としてもよい。

上述した実施形態では、ロボットアーム１は垂直多関節ロボットとして構成された多軸ロボットとしたが、これに限らず複数の駆動軸を有する多軸ロボットであればよい。例えば、ロボットアーム１は水平多関節ロボットとしてもよいし、直交ロボットとしてもよい。

上述した実施形態では、ロボットアーム１が備える全てのモータのエンコーダ信号を判定部７０及び制御装置８０が入力するものとしたが、これに限られない。判定部７０及び制御装置８０は、ロボットアーム１が備える複数のモータのうち２以上のエンコーダ信号を入力すればよい。

上述した実施形態では、ロボットアーム１の先端部５０に撮像装置６０が配設されていたが、これに限られない。例えば、ロボットアーム１が備える採取部材５３の採取対象を撮像可能な位置に撮像装置６０が固定配置されていてもよい。

上述した実施形態では、制御装置８０がロボットアーム１を制御してワークであるボルト１０６を移動させる場合について説明したが、これに限られない。例えば制御装置８０がロボットアーム１を制御してワークに対して撮像装置６０を接近させて撮像を行い、画像に基づいてワークの外観検査を行うものとしてもよい。

上述した実施形態では、ロボットアーム１と撮像装置６０と制御装置８０とを備える作業実行システム１００として説明したが、例えばロボットアーム１に接続される制御装置８０及び撮像装置６０を備えた撮像システムとしてもよいし、ロボットアーム１に接続される撮像装置６０単体としてもよい。

本発明は、ボルトなどのワークの採取、検査などの処理を行う装置の技術分野に利用可能である。

１ロボットアーム、１１，１２第１，第２アーム、１３第３支持部、１４台座部、２１〜２４第１〜第４回転機構、３１〜３４第１〜第４モータ、４１〜４４第１〜第４エンコーダ、５０先端部、５２装着部、５３採取部材、６０撮像装置、６１照射部、６２撮像部、６３撮像制御部、７０判定部、７１〜７４第１〜第４比較部、７５判定合成部、８０制御装置、９０判定装置、１００，１００Ａ作業実行システム、１０１基台、１０２搬送装置、１０５パレット、１０６ボルト。

Claims

画像を撮像可能な撮像部と、
多軸ロボットが備える複数のモータの各々のエンコーダ信号を入力し、該入力した複数のエンコーダ信号に基づいて所定の処理条件を満たしたか否かを判定する判定部と、
前記判定部が前記処理条件を満たしたと判定した場合に、前記撮像部の撮像に関連する所定の撮像関連処理を行う撮像制御部と、
を備えた撮像装置。
前記撮像関連処理は、計時を開始する撮像制御側計時開始処理を含み、
前記撮像制御部は、前記撮像部が撮像した画像に対して前記計時に基づく時刻情報を付加する、
請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像関連処理は、前記撮像部に前記画像を撮像させる撮像指令処理を含む、
請求項１又は２に記載の撮像装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記複数のエンコーダ信号を前記撮像装置とは並列に入力し、該入力した複数のエンコーダ信号に基づいて前記複数のモータを制御するモータ制御装置と、
を備えた撮像システム。
前記撮像関連処理は、計時を開始する撮像制御側計時開始処理を含み、
前記撮像制御部は、前記撮像部が撮像した画像に対して前記計時に基づく時刻情報を付加して前記モータ制御装置に出力し、
前記モータ制御装置は、前記入力した複数のエンコーダ信号に基づいて前記処理条件を満たしたと判定した場合に、計時を開始するモータ制御側計時開始処理を行い、
前記モータ制御装置は、前記撮像装置から入力した前記画像と該画像に付された前記時刻情報とに基づいて、前記複数のモータを制御する、
請求項４に記載の撮像システム。
前記モータ制御装置は、前記撮像装置に前記処理条件を出力し、
前記判定部は、前記モータ制御装置から入力した前記処理条件に基づいて前記判定を行う、
請求項４又は５に記載の撮像システム。
多軸ロボットが備える複数のモータの各々のエンコーダ信号を入力し、該入力した複数のエンコーダ信号に基づいて所定の処理条件を満たしたか否かを判定する判定装置と、
画像を撮像可能な撮像部と、前記判定装置から前記処理条件を満たした旨の情報を入力した場合に計時を開始する撮像制御側計時開始処理を行い、前記撮像部が撮像した画像に対して前記計時に基づく時刻情報を付加する撮像制御部と、を有する撮像装置と、
前記判定装置から前記処理条件を満たした旨の情報を前記撮像装置とは並列に入力し、該情報を入力した場合に計時を開始するモータ制御側計時開始処理を行い、前記撮像装置から入力した前記画像と該画像に付された前記時刻情報とに基づいて前記複数のモータを制御するモータ制御装置と、
を備えた撮像システム。