TW202345575A - 產業系統控制裝置、產業系統及圖像取得方法 - Google Patents

Abstract

本揭示的一態樣之產業系統控制裝置，是控制拍攝裝置與1個或複數個產業機械，前述拍攝裝置具有拍攝元件，前述拍攝元件拍攝在拍攝面成像之對象物的影像來生成拍攝圖像，前述產業機械具有產生前述對象物與前述拍攝裝置的相對移動之複數個驅動軸，前述產業系統控制裝置具備：拍攝數量決定部，決定由前述拍攝裝置所拍攝之拍攝數量；拍攝指示部，對前述拍攝裝置指示拍攝；位移量決定部，決定前述對象物在前述拍攝面上的成像位置的必要的位移量；驅動量計算部，計算使前述對象物的成像位置位移前述位移量之前述驅動軸的驅動量；驅動指示部，指示前述驅動軸驅動前述驅動量；動作調整部，安插由前述驅動指示部所進行之驅動的指示，來重複執行由前述拍攝指示部所進行之拍攝的指示，直到達到前述拍攝數量為止；及圖像合成部，合成前述拍攝裝置所拍攝到之複數張拍攝圖像來生成1個合成圖像。

Description

產業系統控制裝置、產業系統及圖像取得方法

本發明是有關於一種產業系統控制裝置、產業系統及圖像取得方法。

在例如包含對工件進行加工之工具機等產業機械的產業系統中，有時會取得以拍攝裝置對工件等對象物進行攝影後之圖像，並基於圖像來進行各種判斷。為了進行精度高的判斷，有時會期望取得解析度(像素數)高的圖像。一般而言，圖像的解析度是取決於拍攝元件，且能夠攝影解析度高的圖像之拍攝裝置是昂貴的。

又，在一般的拍攝裝置中，是使用各像素檢測RGB(光的三原色)的任一種光的強度之拍攝元件，且剩餘的2種色的光的強度是依據周圍的像素的檢測結果來補足。藉由進行這樣的插補，會有產生像素的顏色與實際的顏色不同之擬色，而無法得到正確的顏色資訊的情況。

作為獲得顏色資訊為正確且解析度高之圖像的方法，已有以下技術被提出：藉由對使拍攝元件移動例如像素間距的一半量所攝影到的複數個圖像、與使拍攝元件移動像素間距之量所攝影到的複數個圖像進行合成，來獲得高畫質的圖像(例如參照專利文獻1)。 先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開2017-11329號公報

發明欲解決之課題

移動拍攝元件來合成高畫質的圖像之拍攝裝置也會相對較昂貴。因此，期望的是在產業系統中以相對較低價的方式取得高畫質的圖像之技術。 用以解決課題之手段

本揭示的一態樣之產業系統控制裝置，是控制拍攝裝置與1個或複數個產業機械，前述拍攝裝置具有拍攝元件，前述拍攝元件拍攝在拍攝面成像之對象物的影像來生成攝影圖像，前述產業機械具有產生前述對象物與前述拍攝裝置的相對移動之複數個驅動軸，前述產業系統控制裝置具備：拍攝數量決定部，決定由前述拍攝裝置所拍攝之拍攝數量；拍攝指示部，對前述拍攝裝置指示拍攝；位移量決定部，決定前述對象物在前述拍攝面上的成像位置的必要的位移量；驅動量計算部，計算使前述對象物的成像位置位移前述位移量之前述驅動軸的驅動量；驅動指示部，指示前述驅動軸驅動前述驅動量；動作調整部，安插由前述驅動指示部所進行之驅動的指示，來重複執行由前述拍攝指示部所進行之拍攝的指示，直到達到前述拍攝數量為止；及圖像合成部，合成前述拍攝裝置所拍攝到之複數張攝影圖像來生成1個合成圖像。 發明效果

根據本揭示，可以在產業系統中以相對較低價的方式取得高畫質的圖像。

用以實施發明之形態

以下，一邊參照圖式一邊說明本揭示之實施形態。圖1是顯示本揭示之第1實施形態之產業系統1的構成的示意圖。

產業系統1具備：拍攝裝置10，拍攝對象物W來生成攝影圖像；工具機20，以可移動的方式保持對象物W；與數值控制裝置100，控制拍攝裝置10以及工具機20。工具機20是產業機械的一種，可產生對象物W與拍攝裝置10的相對移動。數值控制裝置100本身即為本揭示之產業系統控制裝置的一實施形態。又，數值控制裝置100也是一種在產業系統1中，自動地實施本揭示的圖像取得方法的一實施形態之裝置。

拍攝裝置10是具有拍攝元件、光學系統與電子電路之數位相機，前述拍攝元件拍攝在拍攝面成像之對象物的影像來生成攝影圖像，前述光學系統使來自被攝體之光成像於拍攝元件，前述電子電路將拍攝元件所生成之圖像訊號輸出為攝影圖像的資料。在本實施形態中，拍攝裝置10可固定於工具機20的主要部位，亦即可固定於可以拍攝已配置於工具機20之對象物W的位置，例如工具機20的上方。

在本實施形態中，工具機20是具有工作台21與加工頭22之工具機，前述工作台21以可定位的方式來保持對象物W，前述加工頭22藉由旋轉工具T來加工對象物W。本實施形態的工具機20具有至少在水平方向上定位工作台21甚至對象物W之複數個驅動軸、定位旋轉工具T之複數個驅動軸、與驅動旋轉工具T之主軸。

數值控制裝置100是按照加工程式來控制工具機20。數值控制裝置100可藉由具有記憶體、處理器、輸入輸出介面等，且執行適當的控制程式之1個或複數個電腦裝置來實現。

數值控制裝置100具備記憶部101、程式讀取部102、分析部103、插補控制部104、伺服控制部105、拍攝數量決定部106、位移量決定部107、驅動量計算部108、拍攝指示部109、驅動指示部110、動作調整部111與圖像合成部112。這些的各構成要素是將數值控制裝置100的功能分類而成之構成要素，而不必在就物理構成以及程式構成上明確區分。

記憶部101會記憶指定工具機20的動作之加工程式、拍攝裝置10的規格(像素配置資訊、焦點距離等)、工具機20的軸構成等，其中前述工具機20會對對象物W進行加工。加工程式就習知的數值控制程式而言，能被描述成可特定出複數個指令點，前述指令點分別表示應通過的座標，前述座標是用來使旋轉工具T相對於對象物W移動之路徑的座標。

程式讀取部102是從記憶部101讀取加工程式，並以可處理的形態，例如以區塊(block)單位來輸入分析部103。

分析部103會分析已輸入之加工程式，並計算可實現對保持對象物W之工作台21以及加工頭22所要求之位置或速度之驅動軸的位置或速度。

插補控制部104會計算在加工程式中所描述之指令點之間的各驅動軸的位置或速度。

伺服控制部105會調整供給至各驅動軸的伺服馬達之電力，以使各驅動軸的位置或速度與插補控制部104所計算出的位置或速度一致。

拍攝數量決定部106會決定為了取得具有加工程式所要求的畫質之對象物W的圖像而需要之拍攝數量。理想的拍攝數量是：因應於拍攝裝置10的像素配置資訊，而將拍攝數量設成從4的整數倍中決定之數量，典型上是設為4或16。拍攝數量是設為為了進行習知的高畫質化用的圖像合成所需要之攝影圖像的數量，可為已預先固定之數量，亦可預先設定為和藉由加工程式或使用者的輸入而選擇的模式對應之數量。總而言之，拍攝數量決定部106可構成為取得經預先設定之拍攝數量。

位移量決定部107是依據拍攝元件的像素配置等之資訊，來決定在使用於圖像合成之攝影圖像之間所要求之對象物W在拍攝面上的成像位置的位移量。位移量可因應於所選擇之模式等，而對應於拍攝數量決定部106所決定之拍攝數量來決定。具體而言，較佳的是，為了得到提升了解析度之圖像的位移量是設為拍攝元件中的0.5像素的距離，為了得到沒有假色之圖像的位移量是設為拍攝元件中的1.0像素的距離，亦即設為拍攝元件的像素間距的0.5倍(半個像素間距)或1.0倍或是其等的整數倍。從而，位移量決定部107亦可構成為取得經預先設定之位移量。

驅動量計算部108會計算在和拍攝裝置10的光軸垂直的平面內使對象物W移動之工具機20的驅動軸的驅動量，以使對象物W的成像位置位移位移量決定部107所決定之位移量。在拍攝裝置10座標系統(拍攝面方向以及光軸方向)與工具機20的座標系統不一致的情況下，期望的是驅動量計算部108於將拍攝裝置10的座標系統中的位移量藉由座標轉換來轉換成工具機20的座標系統中的位移量之後，計算相當於位移量之對象物W的移動量，並依據於此移動量來計算各驅動軸的驅動量。又，即便位移量為固定，對象物W與拍攝裝置10的距離越大，為了使對象物W的成像位置移動位移量所需要之驅動量，亦即實際的對象物W相對於拍攝裝置10的相對移動量，就會變得越大。因此，較佳的是，驅動量計算部108構成為考慮工具機20的軸構成以及從各驅動軸的位置所計算之對象物W與拍攝裝置10的距離，來計算驅動量。又，即使在對象物W與拍攝裝置10的距離相同的情況下，前述位移量仍會因應於拍攝裝置10之對於對象物W的合焦位置上的光學系統資訊而改變，具體而言是和光學系統的焦點距離或攝影倍率成反比。因此，較佳的是構成為因應於光學系統的焦點距離或攝影倍率資訊等來計算驅動量。此外，即使在位移量相同的情況下，因為有時驅動量仍會依對象物W以及拍攝裝置10的位置以及姿勢而改變，亦即依現在的各驅動軸位置而改變，所以驅動量計算部108亦可構成為考慮這些來計算驅動量。再者，亦可在拍攝裝置10被固定，且不使拍攝裝置內的光學系統的位置改變，工具機20的軸構成為只會將對象物在和光軸垂直的方向上移動的情況下，預先設定有和位移量一對一地對應之驅動量。

拍攝指示部109會對拍攝裝置10指示拍攝。亦即，拍攝指示部109會輸出指示拍攝之指令訊號。

驅動指示部110會對伺服控制部105輸入指令訊號，以將驅動軸驅動驅動量計算部108所計算出之驅動量。

動作調整部111會調整拍攝指示部109與驅動指示部110的訊號的輸出時間點。具體而言，動作調整部111會安插由驅動指示部110所進行之驅動的指示，來重複執行由拍攝指示部109所進行之拍攝的指示，直到達到拍攝數量為止。亦即，動作調整部111會控制拍攝指示部109以及驅動指示部110，以重複進行由拍攝裝置10所進行之拍攝、與由工具機20所進行之使對象物W的成像位置位移位移量之移動。

圖像合成部112藉由從拍攝裝置10取得拍攝數量的攝影圖像，並合成拍攝數量的攝影圖像，來生成各像素的顏色資訊為正確的圖像、解析度較高(記錄像素數量較多)或顏色資訊為正確且解析度較高之1個合成圖像。關於拍攝數量與位移量的組合以及圖像的合成因為是習知技術，所以省略詳細的說明。

如圖2所示，在產業系統1中藉由數值控制裝置100所實施之本揭示之圖像取得方法的一實施形態具備以下工序： 藉由工具機20將對象物W配置在拍攝開始位置(步驟S01)； 取得拍攝裝置資訊(步驟S02)； 決定在拍攝裝置10的座標系統中的位移量(步驟S03)； 將在拍攝裝置10的座標系統中的位移量進行座標轉換，轉換成在工具機20的座標系統中的位移量(步驟S04)； 計算使對象物W的成像位置位移位移量之驅動軸的驅動量(步驟S05)； 決定拍攝張數(步驟S06)； 藉由工具機20將對象物W定位到拍攝位置(步驟S07)； 使拍攝裝置10進行拍攝(步驟S08)； 確認是否已達到拍攝數量(步驟S09)；及 合成複數張攝影圖像(步驟S10)。

在本實施形態的圖像取得方法中，在步驟S09已拍攝之次數已達到拍攝數量的情況下，會前進至步驟S10，但是在未達到拍攝數量的情況下，則會返回至步驟S07。亦即，本實施形態的圖像取得方法是安插驅動驅動軸以使對象物W在拍攝面上的成像位置移動之工序(步驟S07)，來重複進行使拍攝裝置10進行拍攝之工序(步驟S08)，直到達到拍攝數量為止。步驟S07之驅動驅動軸的工序中的工具機20的驅動軸的驅動量是藉由包含以下工序之方法來決定：決定對象物W在拍攝面上的成像位置的必要的位移量(步驟S03)、與計算使對象物W的成像位置位移位移量之驅動軸的驅動量(步驟S05)。

在產業系統1中，可以藉由數值控制裝置100使工具機20移動對象物W，而使用不具有移動拍攝元件的功能之拍攝裝置10，來取得位置偏移了一定的位移量之複數張攝影圖像。藉由合成此複數張攝影圖像，產業系統1可以既為相對較低價的構成，並且取得顏色的精度較高之高畫質的合成圖像。

接著，針對本揭示的第2實施形態進行說明。圖3是顯示本揭示的第3實施形態之產業系統1A的構成的示意圖。再者，在本實施形態的說明中，對於和第1實施形態同樣的構成要素，會有附上相同的符號並省略重複的說明之情形。

產業系統1A具備：拍攝裝置10，拍攝對象物W並生成攝影圖像；工具機20，為可產生對象物W與拍攝裝置10的相對移動之第1產業機械；機器人30，為進行對象物W的更換並且以可定位的方式保持拍攝裝置10之第2產業機械；數值控制裝置100A，控制拍攝裝置10以及工具機20；及機器人控制裝置200，控制拍攝裝置10以及機器人30。數值控制裝置100A以及機器人控制裝置200是本揭示之產業系統控制裝置的其他的實施形態。又，數值控制裝置100A以及機器人控制裝置200也是在產業系統1A中，自動地實施本揭示之圖像取得方法的其他的實施形態之裝置。

雖然機器人30可以如圖3所例示而設為垂直多關節型機器人，但並不限定於此，亦可為例如正交座標型機器人、水平多關節型機器人、並聯型(parallel link)機器人等。機器人30在前端部安裝有把持對象物W之手部31與拍攝裝置10。亦即，機器人30可以藉由將拍攝裝置10定位，來產生對象物W與拍攝裝置10的相對移動。

數值控制裝置100A可藉由和第1實施形態的數值控制裝置100同樣的電腦裝置來實現。數值控制裝置100A具備記憶部101、程式讀取部102、分析部103、插補控制部104、伺服控制部105、驅動指示部110與動作調整部111。也就是說，數值控制裝置100A是從第1實施形態的數值控制裝置100省略一部分的功能。

機器人控制裝置200可以藉由具有記憶體、處理器、輸入輸出介面等，且執行適當的控制程式之1個或複數個電腦裝置來實現。機器人控制裝置200具備記憶部201、分析部202、軌跡控制部203、伺服控制部204、拍攝指示部205與圖像合成部206。針對機器人控制裝置200的構成要素，也是將功能分類而成之構成要素，無法明確地區分亦可。

機器人控制裝置200的記憶部201會記憶讓進行對象物W的更換作業之機器人30的動作進行之作業程式、機器人30的軸構成資訊等。分析部202會分析作業程式，並特定出機器人30的動作。軌跡控制部203會因應於需要來補足已描述於作業程式之動作，並計算每個時刻之機器人30的各驅動軸的位置或速度。伺服控制部204會控制機器人30的各驅動軸的伺服馬達，以實現軌跡控制部203所計算出的位置或速度。

機器人控制裝置200的拍攝指示部205以及圖像合成部206在功能上是和第1實施形態的數值控制裝置100的拍攝指示部109以及圖像合成部112同樣。這些構成要素會實施以下之圖像取得方法：藉由在和數值控制裝置100A的驅動指示部110及動作調整部111之間交換各種資料，來取得和第1實施形態的數值控制裝置100同樣的高畫質的圖像。

如圖4所示，在產業系統1A中，數值控制裝置100A以及機器人控制裝置200協同合作而實施之圖像取得方法，包含藉由數值控制裝置100A來控制工具機20之工具機控制程序、與藉由機器人控制裝置200來控制機器人30以及拍攝裝置10之機器人控制程序。

工具機控制程序具備以下工序： 從機器人控制裝置200接收拍攝裝置10的往拍攝開始位置的配置的通知(步驟S101)； 將對象物W配置在預定的拍攝開始位置(步驟S102)； 取得拍攝裝置資訊(步驟S103)； 決定成像位置的位移量(步驟S104)； 進行位移量的座標轉換(步驟S105)； 計算驅動軸的驅動量(步驟S106)； 決定拍攝數量(步驟S107)； 將對象物W定位到拍攝位置(步驟S108)； 對機器人控制裝置200指示拍攝(步驟S109)； 從機器人控制裝置200接收拍攝結束的通知(步驟S110)； 確認是否已到達拍攝數量(步驟S111)；及 對機器人控制裝置200指示圖像合成(步驟S112)。 在步驟S111中，若尚未到達拍攝數量，則返回至步驟S108。

機器人控制程序具備以下工序： 藉由機器人30將拍攝裝置10朝預定的拍攝開始位置配置(步驟S201)； 對數值控制裝置100A通知由機器人30所進行之往拍攝開始位置的配置(步驟S202)； 接收來自數值控制裝置100A的指示(步驟S203)； 確認來自數值控制裝置100A的指示是否為圖像合成的指示(步驟S204)； 在來自數值控制裝置100A的指示不是圖像合成指示的情況下所執行的使拍攝裝置10進行拍攝(步驟S205)； 暨將拍攝向數值控制裝置100A通知(步驟S206)；及 在來自數值控制裝置100A的指示為圖像合成指示的情況下所執行之合成複數張攝影圖像(步驟S206)。

在產業系統1A中，因為是使用處理對象物W之機器人30來將拍攝裝置10定位，所以可以從任意的方向來拍攝對象物W。又，在產業系統1A中，由於也可以一面藉由工具機20微調對象物W對拍攝裝置10之相對位置，一面取得複數張攝影圖像，因此可以取得高畫質的圖像。

以上，雖然針對本揭示之實施形態進行了說明，但本發明並不受限於前述之實施形態。又，前述之實施形態所記載的效果，只不過是列舉了由本發明所產生之理想的效果，本發明的效果，並不限定於前述之實施形態所記載的效果。

在本發明中，將拍攝裝置以及對象物定位之產業機械可為任何的機械，例如亦可使工具機的加工頭以可移動的方式來保持拍攝裝置，或亦可使機器人保持對象物。又，在本發明中，亦可使拍攝裝置移動，來使對象物的成像位置移動位移量。作為例子，本發明之產業系統亦可包含第1產業機械(例如工具機)與第2產業機械(例如機器人)，前述第1產業機械以可定位的方式保持對象物，前述第2產業機械以可定位的方式保持拍攝裝置，且驅動量計算部以驅動第1產業機械以及第2產業機械當中對位移量之驅動軸之解析度較高者的方式來構成。

1,1A:產業系統 10:拍攝裝置 20:工具機 21:工作台 22:加工頭 30:機器人 31:手部 100,100A:數值控制裝置 101,201:記憶部 102:程式讀取部 103,202:分析部 104:插補控制部 105,204:伺服控制部 106:拍攝數量決定部 107:位移量決定部 108:驅動量計算部 109,205:拍攝指示部 110:驅動指示部 111:動作調整部 112,206:圖像合成部 200:機器人控制裝置 203:軌跡控制部 S1~S10,S101~S112,S201~S207:步驟 T:旋轉工具 W:對象物

圖1是顯示本揭示之第1實施形態之產業系統的構成的示意圖。 圖2是顯示圖1的產業系統中的圖像取得方法的一實施形態之程序的流程圖。 圖3是顯示本揭示之第2實施形態之產業系統的構成的示意圖。 圖4是顯示圖3的產業系統中的圖像取得方法的一實施形態之程序的流程圖。

1:產業系統

10:拍攝裝置

20:工具機

21:工作台

22:加工頭

100:數值控制裝置

101:記憶部

102:程式讀取部

103:分析部

104:插補控制部

105:伺服控制部

106:拍攝數量決定部

107:位移量決定部

108:驅動量計算部

109:拍攝指示部

110:驅動指示部

111:動作調整部

112:圖像合成部

T:旋轉工具

W:對象物

Claims (9)

1. 一種產業系統控制裝置，是控制拍攝裝置與1個或複數個產業機械，前述拍攝裝置具有拍攝元件，前述拍攝元件拍攝在拍攝面成像之對象物的影像來生成攝影圖像，前述產業機械具有產生前述對象物與前述拍攝裝置的相對移動之複數個驅動軸， 前述產業系統控制裝置具備： 拍攝數量決定部，決定由前述拍攝裝置所拍攝之拍攝數量； 拍攝指示部，對前述拍攝裝置指示拍攝； 位移量決定部，決定前述對象物在前述拍攝面上的成像位置的必要的位移量； 驅動量計算部，計算使前述對象物的成像位置位移前述位移量之前述驅動軸的驅動量； 驅動指示部，指示前述驅動軸驅動前述驅動量； 動作調整部，安插由前述驅動指示部所進行之驅動的指示，來重複執行由前述拍攝指示部所進行之拍攝的指示，直到達到前述拍攝數量為止；及 圖像合成部，合成前述拍攝裝置所拍攝到之複數張攝影圖像來生成1個合成圖像。
2. 如請求項1之產業系統控制裝置，其中前述驅動量計算部是考慮從前述產業機械的前述複數個驅動軸的位置所計算之前述對象物與前述拍攝裝置的距離，來計算前述驅動量。
3. 如請求項1或2之產業系統控制裝置，其中前述位移量是拍攝元件的半個像素間距的整數倍或像素間距的整數倍。
4. 如請求項1至3中任一項之產業系統控制裝置，其中前述拍攝數量決定部是因應於前述拍攝裝置的像素配置資訊，而從4的整數倍的數量中決定前述拍攝數量。
5. 一種產業系統，具備： 拍攝裝置，拍攝對象物； 1個或複數個產業機械，產生前述對象物與前述拍攝裝置的相對移動；及 如請求項1至4中任一項之產業系統控制裝置。
6. 如請求項5之產業系統，其中前述產業機械包含以可定位的方式保持前述對象物，並對前述對象物進行加工之工具機。
7. 如請求項5或6之產業系統，其中前述產業機械包含以可定位的方式保持前述拍攝裝置之機器人。
8. 如請求項5之產業系統，其中前述產業機械包含： 第1產業機械，以可定位的方式保持前述對象物；及 第2產業機械，以可定位的方式保持前述拍攝裝置， 前述驅動量計算部是以驅動前述第1產業機械以及前述第2產業機械當中對前述位移量之前述驅動軸之解析度較高者的方式，來計算前述驅動量。
9. 一種圖像取得方法，是在具備拍攝裝置與1個或複數個產業機械之產業系統中，取得前述對象物的圖像，前述拍攝裝置具有拍攝元件，前述拍攝元件拍攝在拍攝面成像之對象物的影像來生成攝影圖像，前述產業機械具有產生前述對象物與前述拍攝裝置的相對移動之複數個驅動軸， 前述圖像取得方法具備以下工序： 決定由前述拍攝裝置所拍攝的拍攝數量； 決定前述對象物在前述拍攝面上的成像位置之必要的位移量； 計算使前述對象物位移前述位移量之前述驅動軸的驅動量； 安插將前述驅動軸驅動成使前述對象物在前述拍攝面上的成像位置移動之工序，來重複進行使前述拍攝裝置進行拍攝之工序，直到達到前述拍攝數量為止；及 合成前述拍攝裝置所拍攝到之複數張攝影圖像，來生成1個合成圖像。

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