位置姿勢計測装置、およびワーク搬送組立装置
【課題】
計測対象物の色や光沢に左右されることなく、計測対象物を撮像した画像における計測対象物と背景とのコントラストの差を簡易な構成で確実に大きくし、計測対象物の位置および姿勢を高精度に計測すること。
【解決手段】
計測対象物を撮像するカメラと、カメラ側から計測対象物に向けて発光する第１照明と、前記計測対象物を挟んで前記第１照明と反対側に設けられた第２照明と、計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって第２照明を覆うカバーと、第１照明の点灯および消灯を制御する第１照明制御部と前記第２照明の点灯および消灯を制御する第２照明制御部と撮像画像に基づいて画像処理により、計測対象物の位置および姿勢を計測する。
計測対象物の色や光沢に左右されることなく、計測対象物を撮像した画像における計測対象物と背景とのコントラストの差を簡易な構成で確実に大きくし、計測対象物の位置および姿勢を高精度に計測すること。
【解決手段】
計測対象物を撮像するカメラと、カメラ側から計測対象物に向けて発光する第１照明と、前記計測対象物を挟んで前記第１照明と反対側に設けられた第２照明と、計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって第２照明を覆うカバーと、第１照明の点灯および消灯を制御する第１照明制御部と前記第２照明の点灯および消灯を制御する第２照明制御部と撮像画像に基づいて画像処理により、計測対象物の位置および姿勢を計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持された計測対象物の位置および姿勢を画像処理により計測する位置計測装置および、その位置計測装置を用いたワーク搬送組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動化された組立工場では急速な市場の変化に対応するため、大量生産方式から変種変量生産方式への移行が進み、マニピュレータによるセル生産システムも拡大しつつある。マニピュレータによるセル生産システムでは１台のマニピュレータで多品種のワークを組み立てる事になり、ワークの色や形状・サイズ等が大きく異なる場合がある。例えば、金属光沢のあるメッキ部品や艶消しのモールド部品、単純な形状の球体やブロック等から複雑な形状まで多種多様なワークを取扱う事になる。また、マニピュレータによるワークの組立作業ではワークの形状や位置・姿勢等をマニピュレータに認識させる必要があり、その認識方法として視覚装置の採用が進んでいる。
視覚装置はカメラ、レンズ、照明装置、画像処理装置等で構成され、カメラで撮像した画像からワーク部分の画像を抽出して認識している。ワーク部分の画像を抽出する方法として、濃淡画像処理があり、濃淡レベルに閾値を設けてワークと背景とを分離している。このため、ワークと背景との濃淡レベルの差を大きくできれば精度良くワークを抽出する事が可能になる。この濃淡レベルの差が最大になるのは白色と黒色との組合せであり、２５６階調では黒色＝０、白色＝２５５になる。
【０００３】
視覚装置の従来技術として、特許文献１には電子部品自動装着装置が開示されている。図８は、特許文献１に記載されている電子部品自動装着装置における視覚装置部の構成図である。
図８において、５は部品、１４は吸着ノズル、１６は吸着ノズル１４に対する部品５の位置ずれが認識される部品認識装置、１５は吸着ノズル１４が吸着保持している部品５を図示しないプリント基板に装着するために装着ヘッドであり、図示しないＸＹテーブルの移動により所定の位置に停止したプリント基板に部品５は装着される。
装着ヘッド１５には前記部品認識装置１６により部品５の吸着ノズル１４に対する位置ずれを認識する場合にカメラに撮像された画面の背景となる拡散板２２が形成されている。
【０００４】
該拡散板２２は内側に塗布された白色塗装層２４、その上に貼り付けられた明度変更手段としての液晶層２５及びその上に貼り付けられた透明に近い乳白色の樹脂板２６により形成されている。液晶層２５はガラス板で液晶を挾み封止したパネル状の構造であり、上下両側のガラス板夫々の全面にわたって設けられた電極間に電圧が加えられるとガラス板に垂直な方向に透明となり、電位差が無くなると光を通さないようになるものである。
白色塗装層２４は光を拡散反射する層であり、液晶層２５が透明な場合には光源２３からの光が反射され液晶層２５及び樹脂板２６を通って部品５に拡散光が照射され透過照明方式の認識がなされるものであり、また液晶層２５が遮光状態では光源２３からの光は液晶層２５に遮られ殆ど反射せず、拡散板２２は暗い状態となる。
液晶層２５の液晶を透明にすると、光源２３から照射された光は、樹脂板２６及び透明な状態の液晶層２５を透過して白色塗装層２４に当り、反射拡散され、再度液晶層２５及び樹脂板２６を透過して部品５に照射され部品認識装置１６のカメラにこの像が撮像される。この撮像された画像は、部品５の部分が黒くそして背景である拡散板２２の部分は十分明るく部品５の像が明瞭に写し出されたものとなっている。
【０００５】
また、液晶層２５の液晶を黒色の遮光状態にすると、光源２３から拡散板２２に当った光は樹脂板２６を透過するが液晶層２５を透過することはできず、該液晶層２５の表面で少量反射されるとしても白色塗装層２４で反射される光量よりは圧倒的に少ない量であり、拡散板２２により反射され部品認識装置１６に入る光の量は少量に抑えられ暗くされ、部品認識装置１６により撮像される部品５の画像は、部品５の像が明るく背景となる拡散板２２の部分は部品５の像のコントラストが取れるよう十分に暗いものとなる。
つまり、拡散板に設けた液晶層等の明度変更手段により拡散板の明るさを変えることができるので、部品認識時に最適な明度を背景とした像で部品認識処理を行うことができ、部品認識の精度を上げることができる。
しかし、液晶層２５の液晶の状態を切り替えても、部品５の色や光沢によっては部品認識装置１６により撮像される部品５の画像は、背景と部品とのコントラストの差が十分に得られず、部品５の認識精度が低下するとの問題がある。例えば、液晶層２５の液晶を透明にして拡散板２２にて光源２３から照射された光を反射拡散させ、部品５を部品認識装置１６のカメラにて撮像する場合について検討する。部品認識装置１６のカメラにて撮像された画像の部品５と背景とのコントラストの差を大きくするには、拡散板２２による反射光を多くし、部品５による反射光を少なくする必要がある。しかし、光源２３は部品５を隔てて拡散板２２に対向配置されているため、光源２３の光量を変化させても拡散板２２による反射光と部品５による反射光とが同じ傾向で変化するため、部品５と背景とのコントラストの差を十分に大きくできないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２６８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、計測対象物の色や光沢に左右されることなく、計測対象物を撮像した画像における計測対象物と背景とのコントラストの差を簡易な構成で確実に大きくし、計測対象物の位置および姿勢を高精度に計測することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る位置姿勢計測装置は、計測対象物を撮像した画像に基づき、当該計測対象物の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、前記計測対象物を撮像するカメラと、前記カメラ側から前記計測対象物に向けて発光する第１照明と、前記計測対象物を挟んで前記第１照明と反対側に設けられた第２照明と、前記計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって前記第２照明を覆う遮光カバーと、前記第１照明の点灯および消灯を制御する第１照明制御部と前記第２照明の点灯および消灯を制御する第２照明制御部と前記カメラで撮像された画像に基づいて前記計測対象物の位置および姿勢を計測する画像処理部と、により構成されている。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第１照明を、任意の発光色に変更可能な照明とし、前記第１照明制御部は、発光色を変更する第１の発光色変更手段を備えることができる。
【０００９】
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第２照明制御部により第２照明を点灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記前記計測対象物の補色とし、前記第２照明制御部により第２照明を消灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記計測対象物と同色とし、前記カメラにて前記計測対象物と背景とのコントラストを大きくした画像を撮像することができる。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第２照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、前記第２照明制御部は、発光色を変更する第２の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第１照明制御部および前記第２照明制御部は、光量を調整する光量調整手段を備えることができる。
【００１０】
本発明に係るワーク搬送組立装置は、ワーク供給部と、ワーク組立部と、マニピュレータと、マニピュレータ制御装置と、請求項１乃至５の何れか１項に記載の位置姿勢計測装置と、から構成され、前記マニピュレータには、前記位置姿勢計測装置における第２照明および遮光カバーが取り付けられ、前記前記位置姿勢計測装置におけるカメラが、ワークの搬送経路に設けられ、前記マニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を前記カメラで撮像された画像に基づいて前記位置姿勢計測装置にて計測し、マニピュレータ制御装置は、前記位置姿勢計測装置にて計測した結果に基づいて、マニピュレータを制御してワーク組立部にて組立を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、計測対象物の色や光沢に左右されることなく、計測対象物を撮像した画像における計測対象物と背景とのコントラストの差を簡易な構成で確実に大きくし、計測対象物の位置および姿勢を高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施形態における概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフローチャートである。
【図４】黒色のワークにおける撮像画像である。
【図５】白色のワークにおける撮像画像である。
【図６】橙色のワークにおける撮像画像である。
【図７】水色のワークにおける撮像画像である。
【図８】特許文献１に記載されている電子部品自動装着装置における視覚装置部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る実施形態について、図を用いて説明する。
図１は本発明に係る実施形態における概略構成図である。４００は計測対象物となるワーク、２２０はワーク４００を搬送するマニピュレータ、２２１はワーク４００を吸着保持する保持装置、１３２は第２照明、１３３は遮光カバー、１２０はマニピュレータ２２０に保持されたワーク４００を撮像するカメラ、１３１はマニピュレータ２２０に保持されたワーク４００を照明する第１照明である。
第２照明１３２は、遮光カバー１３３の内部であってワーク４００を挟んで第１照明１３１と反対側に設けられ、カメラ１２０に向けて光を発光している。図１において第２照明１３２はリング照明を用いているが、リング照明に限定されることはない。第２照明１３２は、通常は白色照明を用いるが、照明の発光色を変えることができるカラー照明としても良い。
【００１４】
遮光カバー１３３は、遮光部材によって形成され、ワーク４００の輪郭より大きな開口部が設けられている。つまり、カメラ１２０の画像においては開口部がワーク４００の輪郭外周を囲むようになる。遮光カバー１３３は、前記開口部以外から外部の光が入らない構造となっている。ワーク４００が保持装置２２１に保持されている状態では、遮光カバー１３３の開口部とワーク４００の輪郭との間に隙間が生じる。なお、第１照明または外部の光がその隙間から遮光カバー内部に入って反射して外部へ出てくるが、その隙間を小さくすることで遮光カバー１３３から外部へ出てくる光の量を少なくすることができる。さらに、遮光カバー内部表面を光の反射量が少ないものとすれば、遮光カバー１３３から外部へ出てくる光の量を減らすこともできる。よって、第１照明または外部の光が、遮光カバー１３３の内部で反射して外部へ出てくる光の量は少なくなる。一方、遮光カバー内部にある第２照明１３２による光は、遮光カバー１３３の開口部とワーク４００の輪郭との間の隙間を、大量に通過することとなる。つまり、第２照明１３２の点灯または消灯によって、その隙間を通過するからの光の量を容易に調整することが可能となる。なお、遮光カバー１３３はマニピュレータ２２０に保持装置２２１と共に固定されており、マニピュレータ２２０を動作させると一体となって移動する。
【００１５】
カメラ１２０は、マニピュレータ２２０に保持されたワーク４００の搬送経路上に固定され、ワーク４００を撮像する。カメラ１２０はモノクロカメラが用いられる。もちろんカラーカメラを用いても良い。カメラ１２０に撮像される画像は、第１照明１３１の照明光および外部からの光によるワーク４００および遮光カバー１３３の反射光および遮光カバー１３３の開口部とワーク４００の隙間を通過した光による画像となる。
第１照明１３１は、カメラ１２０側に設けられ、ワーク４００に向けて光を発光している。図１において第１照明１３１はリング照明を用いているが、リング照明に限定されることはない。第１照明１３１は、照明の発光色を変えることができるカラー照明を用いる。ただし、取り扱うワーク４００の色によって、照明の発光色をワーク４００に対応して変更する必要が無い場合には、白色照明とすることができる。
【００１６】
次に図２の本発明の実施形態に係るブロック図に基づいて説明する。
１００は位置姿勢計測装置、２００はマニピュレータ制御装置、３００はワーク搬送組立装置である。
位置姿勢計測装置１００は、位置姿勢計測部１１０、カメラ１２０、第１照明１３１、第２照明１３２、を備えている。なお、位置姿勢計測装置１００には、図１に図示されている遮光カバー１３３も含まれている。位置姿勢計測部１１０は、図示しない記憶装置（ハードディスクやメモリ等）やＣＰＵ（中央処理演算装置）等を備えたコンピュータで実現されている。画像処理部１１１、第１照明制御部１１２、第２照明制御部１１３は、位置姿勢計測部１１０に予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されている。なお、画像処理部１１１は画像処理装置として別の独立した装置とすることもできる。
【００１７】
マニピュレータ制御装置２００は、マニピュレータ制御部２１０、マニピュレータ２２０、マニピュレータ２２０に取り付けられた保持装置２２１から構成されている。マニピュレータ制御部２１０は、図示しない記憶装置（ハードディスクやメモリ等）やＣＰＵ（中央処理演算装置）等を備えたコンピュータで実現されている。マニピュレータ制御部２１０は、予めプログラム定められた動作に基づいてマニピュレータ２２０および保持装置２２１を制御し、所望の動きを実現する。
ワーク搬送組立装置３００は、ワーク搬送組立制御部３１０、位置姿勢計測装置１００、マニピュレータ制御装置２００と、入力装置３１１と、出力装置３１２と、ワーク供給部３２０と、ワーク組立部３３０とから構成されている。ワーク搬送組立制御部３１０は、図示しない記憶装置（ハードディスクやメモリ等）やＣＰＵ（中央処理演算装置）等を備えたコンピュータで実現されている。図２において、位置姿勢計測部１１０、マニピュレータ制御部２１０、ワーク搬送組立制御部３１０は、相互に必要なデータの授受を行っている。
【００１８】
入力装置３１１は、キーボードやマウス等が該当し、使用者がワーク搬送組立装置に必要な情報を入力するために用いられる装置である。勿論、入力装置３１１で入力された必要なデータは、位置姿勢計測部１１０およびマニピュレータ制御部２１０にも引き渡される。出力装置３１２は、ディスプレイ、タッチパネル、プリンタ等が該当し、使用者にワーク搬送組立装置から必要な情報を表示等するために用いられる装置である。
ワーク供給部３２０は、組立を行うワークを供給する。例えば、パーツフィーダー等が該当する。ワーク組立部３３０は、搬送ワークが組み付けられるワークを固定し、必要に応じて組み付けられるワークをマニピュレータによるワーク組立作業に適した姿勢等に移動させる。
次に図３の本発明の実施形態に係るフローチャートに基づいて説明する。
【００１９】
ステップ１（Ｓ１）では、ワーク搬送組立制御部３１０にて搬送するワークを決定する。具体的には、ワーク搬送組立制御部３１０に搬送して組み立てるワークの順番を予め記憶しておき、順番に基づき対応するワークの供給位置等のワーク情報を読み出し、搬送するワークを決定する。
ステップ２（Ｓ２）では、ステップ１で決定されたワークのワーク情報を位置姿勢計測部１１０が受け取り、そのワーク情報に対応する発光色を第１照明制御部１１２により第１照明１３１に設定する。発光色の設定は、第１照明１３１におけるＲＧＢ各素子の光量設定値（例えば、０から２５５の整数で、大きい数ほど光量が多い。）を設定することなる。なお、第１照明１３１が白色照明である場合には、白色照明の光量設定値を設定することとなる。
【００２０】
ステップ３（Ｓ３）では、ステップ１で決定されたワークのワーク情報をマニピュレータ制御部２１０が受け取り、マニピュレータ２２０の動作軌跡を決定し、動作を開始する。マニピュレータ制御部２１０は、マニピュレータ２２０を制御してワーク供給部３２０に移動させ、ステップ１で決定されたワークを保持装置２２１にて保持する。
ステップ４（Ｓ４）で、マニピュレータ２２０によるワークのワーク組立部３２０へ移動を開始し、ステップ５（Ｓ５）にてカメラ１２０の撮像範囲内にワークがあるかを確認する。
ステップ５（Ｓ５）にてカメラ１２０の撮像範囲内にワークがあることを確認できたら、ステップ６（Ｓ６）にて、第１照明１３１を発光させるか否かを確認する。第１照明を発光させるか否かは、予めワークごとに記憶されている。例えば、ワーク搬送組立制御部３１０にてワークの組立順番ごとに、ワーク情報、第１照明の発光の有無、第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶しておき、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へ第１照明１３１の発光の有無についてのデータを受け渡し、位置姿勢計測部１１０にて第１照明の発光の有無を確認する。また、ワーク搬送組立制御部３１０はワークの組立順番ごとのワーク情報のみを記憶し、位置姿勢計測部１１０はワークごとの、第１照明の発光の有無、第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶し、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へワーク情報を受け渡し、そのワーク情報に基づいて位置姿勢計測部１１０にて第１照明の発光の有無を確認しても良い。
【００２１】
第１照明を発光させない場合には、ステップ７（Ｓ７）に進み、第２照明のみを発光させてワークをカメラ１２０で撮像する。一方、第１照明を発光させる場合には、ステップ８（Ｓ８）に進む。
ステップ８（Ｓ８）にて、第２照明１３２を発光させるか否かを確認する。第２照明を発光させるか否かは、予めワークごとに記憶されている。例えば、ワーク搬送組立制御部１１０にてワークの組立順番ごとに、ワーク情報、第１証明の発光の有無、第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶しておき、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へ第２照明の発光の有無についてのデータを受け渡し、位置姿勢計測部１１０にて第２照明１３２の発光の有無を確認する。また、ワーク搬送組立制御部３１０はワークの組立順番ごとのワーク情報のみを記憶し、位置姿勢計測部１１０はワークごとの第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶し、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へワーク情報を受け渡し、そのワーク情報に基づいて位置姿勢計測部１１０にて第２照明の発光の有無を確認しても良い。
【００２２】
第２照明を発光させる場合には、ステップ９（Ｓ９）に進み、第１および第２照明を発光させてワークをカメラ１２０で撮像する。一方、第２照明を発光させない場合には、ステップ１０（Ｓ１０）に進み、第１照明のみを発光させてワークをカメラ１２０で撮像する。
ステップ１１（Ｓ１１）では、ステップ７（Ｓ７）、ステップ９（Ｓ９）またはステップ１０（Ｓ１０）で撮像された画像を、位置姿勢計測部１１０の画像処理部１１１にて画像処理によりマニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を計測する。例えば、撮像された画像を二値化してワークを認識し、ワークの位置および姿勢を計測する。ワークの位置および姿勢の計測に際しては、遮光カバー１３３に基準マーカを設けておくことで、基準マーカに基づいてマニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を求めることができる。また、基準マーカの代替として、遮光カバー１３３の開口部輪郭を用いることもできる。
【００２３】
ステップ１２（Ｓ１２）では、ステップ１１（Ｓ１１）での位置姿勢計測結果に基づいて、ワーク組立部３３０にワークを搬送してワークを正確に組み立てができるようにマニピュレータ２２０の軌道やワークの姿勢を補正する。例えば、マニピュレータ制御部２１０にマニピュレータ２２０が保持するワークの基準位置および基準姿勢を設定しておき、位置姿勢計測部１１０から引き渡されるワークの位置姿勢計測結果とワークの基準位置および基準姿勢を比較して差を求め、その差を用いてマニピュレータの軌道およびワークの姿勢を修正する。
ステップ１３（Ｓ１３）では、ステップ１２（Ｓ１２）で修正された軌道および姿勢にてマニピュレータ２２０を動作させ、ワークをワーク組立部３３０にて組み立てる。
次に、位置姿勢計測装置１００によって、撮像される画像について図を用いて詳細に説明する。なお、遮光カバー１３３は外面が黒色とする。ただし、遮光カバー１３３の外面は黒色に限定されるものではなく、取り扱うワークの色に合わせて変更しても良い。
【００２４】
図４は、黒色のワーク４００を、第１照明１３１を消灯し、第２照明１３２を点灯してカメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、遮光カバー１３３とワーク４００とにより生ずる隙間部分の画像５１１は、第２照明１３２による通過光により白色となり、一方、ワーク部分の画像５０１とカバー部分の画像５２１は黒色となる。よって、ワーク部分の画像５０１と隙間部分の画像５１１との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０１を容易に抽出する事が可能になる。なお、外乱光の状態、ワークの表面状態等によっては、第１照明１３１を適切な光量に調節して点灯させても良い。
図５は、白色のワーク４００を、第１照明１３１を点灯し、第２照明１３２を消灯してカメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、ワーク部分の画像５０２は白色、カバー部分の画像５２１は黒色となり、遮光カバー１３３とワーク４００とにより生ずる隙間部分の画像５１２は光がほとんど通過していないため濃灰色となる。よって、ワーク部分の画像５０２と隙間部分の画像５１２との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０２を容易に抽出する事が可能になる。
【００２５】
図６は、橙色のワーク４００を、第１照明１３１の発光色を緑色に設定し、第１照明１３１及び第２照明１３２を点灯し、カメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、遮光カバー１３３とワーク４００とにより生ずる隙間部分の画像５１１は、第２照明１３２による透過光により白色となり、ワーク部分の画像５０３は緑色と橙色は補色の関係にあるために濃灰色となる。なお、カバー部の画像５２１は黒色となる。よって、ワーク部分の画像５０３と隙間部分の画像５１１との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０３を容易に抽出する事が可能になる。この様に、中間色に対しては補色を利用することで濃淡レベルの差を大きくする事が出来る。なお、ワーク４００が赤色や青色などの場合には、各々の補色である緑色や橙色の照明で照らすとワーク部分の画像５０３は濃灰色となる。
【００２６】
図７の場合、水色のワーク４００を、第１照明１３１の発光色を水色に設定し、第１照明１３１を点灯し、第２照明１３２を消灯し、カメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、遮光カバー１３３とワーク４００との隙間部分の画像５１２は光がほとんど透過していないため濃灰色となり、一方、ワーク部分の画像５０４は同色の光であるため反射光の量が多くなり白色となる。よって、ワーク部分の画像５０４と隙間部分の画像５１２との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０４を容易に抽出する事が可能になる。この様に、中間色に対しては同色の照明光を用いることで濃淡レベルの差を大きくする事も出来る。
つまり、遮光カバー１３３によって、第１照明１３１の反射光および外部の照明光によるワーク背後からカメラ１２０に入光する光を遮断し、第２照明１３２を消灯した際にはワーク４００とカバー１３３との隙間部分の画像を安定した濃灰色に、第２照明１３２を点灯した際にはワーク４００とカバー１３３との隙間部分の画像を安定した白色に保つ事が出来る。さらに、第２照明１３２の点灯・消灯によってワーク４００とカバー１３３との隙間部分の画像を安定した色に変更できることで、ワーク４００の色に合わせて第１照明１３１を調整し、ワーク部分と隙間部分との濃淡レベルの差が大きい画像を得られることとなる。
【００２７】
なお、第１照明制御部１１２および第２照明制御部１１３には、光量調節機能を有しており、予め作成したテーブル(ワークに応じて光量を決めた一覧表)から 光量を選択して点灯する事も出来るようにしてもよい。
遮光カバー１３３の開口部は、ワークの大きさに応じて開口面積を可変可能とすることができる。例えば、開口部が四角形であれば、一辺ごとにモーター等で可動するプレートを備え、位置姿勢計測部１１０からの指示に基づいてプレートを所定の位置に移動させるようにすれば良い。なお、開口部面積が可変可能であれば、その方法は特に限定されることはない。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 位置姿勢計測装置
１１０ 位置姿勢計測部
１２０ カメラ
１３１ 第１照明
１３２ 第２照明
１３３ 遮光カバー
２００ マニピュレータ制御装置
２１０ マニピュレータ制御部
２２０ マニピュレータ
２２１ 保持装置
３００ ワーク搬送組立装置
３１０ ワーク搬送組立制御部
３２０ ワーク供給部
３３０ ワーク組立部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持された計測対象物の位置および姿勢を画像処理により計測する位置計測装置および、その位置計測装置を用いたワーク搬送組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動化された組立工場では急速な市場の変化に対応するため、大量生産方式から変種変量生産方式への移行が進み、マニピュレータによるセル生産システムも拡大しつつある。マニピュレータによるセル生産システムでは１台のマニピュレータで多品種のワークを組み立てる事になり、ワークの色や形状・サイズ等が大きく異なる場合がある。例えば、金属光沢のあるメッキ部品や艶消しのモールド部品、単純な形状の球体やブロック等から複雑な形状まで多種多様なワークを取扱う事になる。また、マニピュレータによるワークの組立作業ではワークの形状や位置・姿勢等をマニピュレータに認識させる必要があり、その認識方法として視覚装置の採用が進んでいる。
視覚装置はカメラ、レンズ、照明装置、画像処理装置等で構成され、カメラで撮像した画像からワーク部分の画像を抽出して認識している。ワーク部分の画像を抽出する方法として、濃淡画像処理があり、濃淡レベルに閾値を設けてワークと背景とを分離している。このため、ワークと背景との濃淡レベルの差を大きくできれば精度良くワークを抽出する事が可能になる。この濃淡レベルの差が最大になるのは白色と黒色との組合せであり、２５６階調では黒色＝０、白色＝２５５になる。
【０００３】
視覚装置の従来技術として、特許文献１には電子部品自動装着装置が開示されている。図８は、特許文献１に記載されている電子部品自動装着装置における視覚装置部の構成図である。
図８において、５は部品、１４は吸着ノズル、１６は吸着ノズル１４に対する部品５の位置ずれが認識される部品認識装置、１５は吸着ノズル１４が吸着保持している部品５を図示しないプリント基板に装着するために装着ヘッドであり、図示しないＸＹテーブルの移動により所定の位置に停止したプリント基板に部品５は装着される。
装着ヘッド１５には前記部品認識装置１６により部品５の吸着ノズル１４に対する位置ずれを認識する場合にカメラに撮像された画面の背景となる拡散板２２が形成されている。
【０００４】
該拡散板２２は内側に塗布された白色塗装層２４、その上に貼り付けられた明度変更手段としての液晶層２５及びその上に貼り付けられた透明に近い乳白色の樹脂板２６により形成されている。液晶層２５はガラス板で液晶を挾み封止したパネル状の構造であり、上下両側のガラス板夫々の全面にわたって設けられた電極間に電圧が加えられるとガラス板に垂直な方向に透明となり、電位差が無くなると光を通さないようになるものである。
白色塗装層２４は光を拡散反射する層であり、液晶層２５が透明な場合には光源２３からの光が反射され液晶層２５及び樹脂板２６を通って部品５に拡散光が照射され透過照明方式の認識がなされるものであり、また液晶層２５が遮光状態では光源２３からの光は液晶層２５に遮られ殆ど反射せず、拡散板２２は暗い状態となる。
液晶層２５の液晶を透明にすると、光源２３から照射された光は、樹脂板２６及び透明な状態の液晶層２５を透過して白色塗装層２４に当り、反射拡散され、再度液晶層２５及び樹脂板２６を透過して部品５に照射され部品認識装置１６のカメラにこの像が撮像される。この撮像された画像は、部品５の部分が黒くそして背景である拡散板２２の部分は十分明るく部品５の像が明瞭に写し出されたものとなっている。
【０００５】
また、液晶層２５の液晶を黒色の遮光状態にすると、光源２３から拡散板２２に当った光は樹脂板２６を透過するが液晶層２５を透過することはできず、該液晶層２５の表面で少量反射されるとしても白色塗装層２４で反射される光量よりは圧倒的に少ない量であり、拡散板２２により反射され部品認識装置１６に入る光の量は少量に抑えられ暗くされ、部品認識装置１６により撮像される部品５の画像は、部品５の像が明るく背景となる拡散板２２の部分は部品５の像のコントラストが取れるよう十分に暗いものとなる。
つまり、拡散板に設けた液晶層等の明度変更手段により拡散板の明るさを変えることができるので、部品認識時に最適な明度を背景とした像で部品認識処理を行うことができ、部品認識の精度を上げることができる。
しかし、液晶層２５の液晶の状態を切り替えても、部品５の色や光沢によっては部品認識装置１６により撮像される部品５の画像は、背景と部品とのコントラストの差が十分に得られず、部品５の認識精度が低下するとの問題がある。例えば、液晶層２５の液晶を透明にして拡散板２２にて光源２３から照射された光を反射拡散させ、部品５を部品認識装置１６のカメラにて撮像する場合について検討する。部品認識装置１６のカメラにて撮像された画像の部品５と背景とのコントラストの差を大きくするには、拡散板２２による反射光を多くし、部品５による反射光を少なくする必要がある。しかし、光源２３は部品５を隔てて拡散板２２に対向配置されているため、光源２３の光量を変化させても拡散板２２による反射光と部品５による反射光とが同じ傾向で変化するため、部品５と背景とのコントラストの差を十分に大きくできないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３２６８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、計測対象物の色や光沢に左右されることなく、計測対象物を撮像した画像における計測対象物と背景とのコントラストの差を簡易な構成で確実に大きくし、計測対象物の位置および姿勢を高精度に計測することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る位置姿勢計測装置は、計測対象物を撮像した画像に基づき、当該計測対象物の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、前記計測対象物を撮像するカメラと、前記カメラ側から前記計測対象物に向けて発光する第１照明と、前記計測対象物を挟んで前記第１照明と反対側に設けられた第２照明と、前記計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって前記第２照明を覆う遮光カバーと、前記第１照明の点灯および消灯を制御する第１照明制御部と前記第２照明の点灯および消灯を制御する第２照明制御部と前記カメラで撮像された画像に基づいて前記計測対象物の位置および姿勢を計測する画像処理部と、により構成されている。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第１照明を、任意の発光色に変更可能な照明とし、前記第１照明制御部は、発光色を変更する第１の発光色変更手段を備えることができる。
【０００９】
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第２照明制御部により第２照明を点灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記前記計測対象物の補色とし、前記第２照明制御部により第２照明を消灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記計測対象物と同色とし、前記カメラにて前記計測対象物と背景とのコントラストを大きくした画像を撮像することができる。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第２照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、前記第２照明制御部は、発光色を変更する第２の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
本発明に係る位置姿勢計測装置において、前記第１照明制御部および前記第２照明制御部は、光量を調整する光量調整手段を備えることができる。
【００１０】
本発明に係るワーク搬送組立装置は、ワーク供給部と、ワーク組立部と、マニピュレータと、マニピュレータ制御装置と、請求項１乃至５の何れか１項に記載の位置姿勢計測装置と、から構成され、前記マニピュレータには、前記位置姿勢計測装置における第２照明および遮光カバーが取り付けられ、前記前記位置姿勢計測装置におけるカメラが、ワークの搬送経路に設けられ、前記マニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を前記カメラで撮像された画像に基づいて前記位置姿勢計測装置にて計測し、マニピュレータ制御装置は、前記位置姿勢計測装置にて計測した結果に基づいて、マニピュレータを制御してワーク組立部にて組立を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、計測対象物の色や光沢に左右されることなく、計測対象物を撮像した画像における計測対象物と背景とのコントラストの差を簡易な構成で確実に大きくし、計測対象物の位置および姿勢を高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施形態における概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフローチャートである。
【図４】黒色のワークにおける撮像画像である。
【図５】白色のワークにおける撮像画像である。
【図６】橙色のワークにおける撮像画像である。
【図７】水色のワークにおける撮像画像である。
【図８】特許文献１に記載されている電子部品自動装着装置における視覚装置部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る実施形態について、図を用いて説明する。
図１は本発明に係る実施形態における概略構成図である。４００は計測対象物となるワーク、２２０はワーク４００を搬送するマニピュレータ、２２１はワーク４００を吸着保持する保持装置、１３２は第２照明、１３３は遮光カバー、１２０はマニピュレータ２２０に保持されたワーク４００を撮像するカメラ、１３１はマニピュレータ２２０に保持されたワーク４００を照明する第１照明である。
第２照明１３２は、遮光カバー１３３の内部であってワーク４００を挟んで第１照明１３１と反対側に設けられ、カメラ１２０に向けて光を発光している。図１において第２照明１３２はリング照明を用いているが、リング照明に限定されることはない。第２照明１３２は、通常は白色照明を用いるが、照明の発光色を変えることができるカラー照明としても良い。
【００１４】
遮光カバー１３３は、遮光部材によって形成され、ワーク４００の輪郭より大きな開口部が設けられている。つまり、カメラ１２０の画像においては開口部がワーク４００の輪郭外周を囲むようになる。遮光カバー１３３は、前記開口部以外から外部の光が入らない構造となっている。ワーク４００が保持装置２２１に保持されている状態では、遮光カバー１３３の開口部とワーク４００の輪郭との間に隙間が生じる。なお、第１照明または外部の光がその隙間から遮光カバー内部に入って反射して外部へ出てくるが、その隙間を小さくすることで遮光カバー１３３から外部へ出てくる光の量を少なくすることができる。さらに、遮光カバー内部表面を光の反射量が少ないものとすれば、遮光カバー１３３から外部へ出てくる光の量を減らすこともできる。よって、第１照明または外部の光が、遮光カバー１３３の内部で反射して外部へ出てくる光の量は少なくなる。一方、遮光カバー内部にある第２照明１３２による光は、遮光カバー１３３の開口部とワーク４００の輪郭との間の隙間を、大量に通過することとなる。つまり、第２照明１３２の点灯または消灯によって、その隙間を通過するからの光の量を容易に調整することが可能となる。なお、遮光カバー１３３はマニピュレータ２２０に保持装置２２１と共に固定されており、マニピュレータ２２０を動作させると一体となって移動する。
【００１５】
カメラ１２０は、マニピュレータ２２０に保持されたワーク４００の搬送経路上に固定され、ワーク４００を撮像する。カメラ１２０はモノクロカメラが用いられる。もちろんカラーカメラを用いても良い。カメラ１２０に撮像される画像は、第１照明１３１の照明光および外部からの光によるワーク４００および遮光カバー１３３の反射光および遮光カバー１３３の開口部とワーク４００の隙間を通過した光による画像となる。
第１照明１３１は、カメラ１２０側に設けられ、ワーク４００に向けて光を発光している。図１において第１照明１３１はリング照明を用いているが、リング照明に限定されることはない。第１照明１３１は、照明の発光色を変えることができるカラー照明を用いる。ただし、取り扱うワーク４００の色によって、照明の発光色をワーク４００に対応して変更する必要が無い場合には、白色照明とすることができる。
【００１６】
次に図２の本発明の実施形態に係るブロック図に基づいて説明する。
１００は位置姿勢計測装置、２００はマニピュレータ制御装置、３００はワーク搬送組立装置である。
位置姿勢計測装置１００は、位置姿勢計測部１１０、カメラ１２０、第１照明１３１、第２照明１３２、を備えている。なお、位置姿勢計測装置１００には、図１に図示されている遮光カバー１３３も含まれている。位置姿勢計測部１１０は、図示しない記憶装置（ハードディスクやメモリ等）やＣＰＵ（中央処理演算装置）等を備えたコンピュータで実現されている。画像処理部１１１、第１照明制御部１１２、第２照明制御部１１３は、位置姿勢計測部１１０に予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されている。なお、画像処理部１１１は画像処理装置として別の独立した装置とすることもできる。
【００１７】
マニピュレータ制御装置２００は、マニピュレータ制御部２１０、マニピュレータ２２０、マニピュレータ２２０に取り付けられた保持装置２２１から構成されている。マニピュレータ制御部２１０は、図示しない記憶装置（ハードディスクやメモリ等）やＣＰＵ（中央処理演算装置）等を備えたコンピュータで実現されている。マニピュレータ制御部２１０は、予めプログラム定められた動作に基づいてマニピュレータ２２０および保持装置２２１を制御し、所望の動きを実現する。
ワーク搬送組立装置３００は、ワーク搬送組立制御部３１０、位置姿勢計測装置１００、マニピュレータ制御装置２００と、入力装置３１１と、出力装置３１２と、ワーク供給部３２０と、ワーク組立部３３０とから構成されている。ワーク搬送組立制御部３１０は、図示しない記憶装置（ハードディスクやメモリ等）やＣＰＵ（中央処理演算装置）等を備えたコンピュータで実現されている。図２において、位置姿勢計測部１１０、マニピュレータ制御部２１０、ワーク搬送組立制御部３１０は、相互に必要なデータの授受を行っている。
【００１８】
入力装置３１１は、キーボードやマウス等が該当し、使用者がワーク搬送組立装置に必要な情報を入力するために用いられる装置である。勿論、入力装置３１１で入力された必要なデータは、位置姿勢計測部１１０およびマニピュレータ制御部２１０にも引き渡される。出力装置３１２は、ディスプレイ、タッチパネル、プリンタ等が該当し、使用者にワーク搬送組立装置から必要な情報を表示等するために用いられる装置である。
ワーク供給部３２０は、組立を行うワークを供給する。例えば、パーツフィーダー等が該当する。ワーク組立部３３０は、搬送ワークが組み付けられるワークを固定し、必要に応じて組み付けられるワークをマニピュレータによるワーク組立作業に適した姿勢等に移動させる。
次に図３の本発明の実施形態に係るフローチャートに基づいて説明する。
【００１９】
ステップ１（Ｓ１）では、ワーク搬送組立制御部３１０にて搬送するワークを決定する。具体的には、ワーク搬送組立制御部３１０に搬送して組み立てるワークの順番を予め記憶しておき、順番に基づき対応するワークの供給位置等のワーク情報を読み出し、搬送するワークを決定する。
ステップ２（Ｓ２）では、ステップ１で決定されたワークのワーク情報を位置姿勢計測部１１０が受け取り、そのワーク情報に対応する発光色を第１照明制御部１１２により第１照明１３１に設定する。発光色の設定は、第１照明１３１におけるＲＧＢ各素子の光量設定値（例えば、０から２５５の整数で、大きい数ほど光量が多い。）を設定することなる。なお、第１照明１３１が白色照明である場合には、白色照明の光量設定値を設定することとなる。
【００２０】
ステップ３（Ｓ３）では、ステップ１で決定されたワークのワーク情報をマニピュレータ制御部２１０が受け取り、マニピュレータ２２０の動作軌跡を決定し、動作を開始する。マニピュレータ制御部２１０は、マニピュレータ２２０を制御してワーク供給部３２０に移動させ、ステップ１で決定されたワークを保持装置２２１にて保持する。
ステップ４（Ｓ４）で、マニピュレータ２２０によるワークのワーク組立部３２０へ移動を開始し、ステップ５（Ｓ５）にてカメラ１２０の撮像範囲内にワークがあるかを確認する。
ステップ５（Ｓ５）にてカメラ１２０の撮像範囲内にワークがあることを確認できたら、ステップ６（Ｓ６）にて、第１照明１３１を発光させるか否かを確認する。第１照明を発光させるか否かは、予めワークごとに記憶されている。例えば、ワーク搬送組立制御部３１０にてワークの組立順番ごとに、ワーク情報、第１照明の発光の有無、第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶しておき、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へ第１照明１３１の発光の有無についてのデータを受け渡し、位置姿勢計測部１１０にて第１照明の発光の有無を確認する。また、ワーク搬送組立制御部３１０はワークの組立順番ごとのワーク情報のみを記憶し、位置姿勢計測部１１０はワークごとの、第１照明の発光の有無、第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶し、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へワーク情報を受け渡し、そのワーク情報に基づいて位置姿勢計測部１１０にて第１照明の発光の有無を確認しても良い。
【００２１】
第１照明を発光させない場合には、ステップ７（Ｓ７）に進み、第２照明のみを発光させてワークをカメラ１２０で撮像する。一方、第１照明を発光させる場合には、ステップ８（Ｓ８）に進む。
ステップ８（Ｓ８）にて、第２照明１３２を発光させるか否かを確認する。第２照明を発光させるか否かは、予めワークごとに記憶されている。例えば、ワーク搬送組立制御部１１０にてワークの組立順番ごとに、ワーク情報、第１証明の発光の有無、第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶しておき、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へ第２照明の発光の有無についてのデータを受け渡し、位置姿勢計測部１１０にて第２照明１３２の発光の有無を確認する。また、ワーク搬送組立制御部３１０はワークの組立順番ごとのワーク情報のみを記憶し、位置姿勢計測部１１０はワークごとの第１照明の発光色の設定、第２照明の発光の有無、を記憶し、ワーク搬送組立制御部３１０から位置姿勢計測部１１０へワーク情報を受け渡し、そのワーク情報に基づいて位置姿勢計測部１１０にて第２照明の発光の有無を確認しても良い。
【００２２】
第２照明を発光させる場合には、ステップ９（Ｓ９）に進み、第１および第２照明を発光させてワークをカメラ１２０で撮像する。一方、第２照明を発光させない場合には、ステップ１０（Ｓ１０）に進み、第１照明のみを発光させてワークをカメラ１２０で撮像する。
ステップ１１（Ｓ１１）では、ステップ７（Ｓ７）、ステップ９（Ｓ９）またはステップ１０（Ｓ１０）で撮像された画像を、位置姿勢計測部１１０の画像処理部１１１にて画像処理によりマニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を計測する。例えば、撮像された画像を二値化してワークを認識し、ワークの位置および姿勢を計測する。ワークの位置および姿勢の計測に際しては、遮光カバー１３３に基準マーカを設けておくことで、基準マーカに基づいてマニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を求めることができる。また、基準マーカの代替として、遮光カバー１３３の開口部輪郭を用いることもできる。
【００２３】
ステップ１２（Ｓ１２）では、ステップ１１（Ｓ１１）での位置姿勢計測結果に基づいて、ワーク組立部３３０にワークを搬送してワークを正確に組み立てができるようにマニピュレータ２２０の軌道やワークの姿勢を補正する。例えば、マニピュレータ制御部２１０にマニピュレータ２２０が保持するワークの基準位置および基準姿勢を設定しておき、位置姿勢計測部１１０から引き渡されるワークの位置姿勢計測結果とワークの基準位置および基準姿勢を比較して差を求め、その差を用いてマニピュレータの軌道およびワークの姿勢を修正する。
ステップ１３（Ｓ１３）では、ステップ１２（Ｓ１２）で修正された軌道および姿勢にてマニピュレータ２２０を動作させ、ワークをワーク組立部３３０にて組み立てる。
次に、位置姿勢計測装置１００によって、撮像される画像について図を用いて詳細に説明する。なお、遮光カバー１３３は外面が黒色とする。ただし、遮光カバー１３３の外面は黒色に限定されるものではなく、取り扱うワークの色に合わせて変更しても良い。
【００２４】
図４は、黒色のワーク４００を、第１照明１３１を消灯し、第２照明１３２を点灯してカメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、遮光カバー１３３とワーク４００とにより生ずる隙間部分の画像５１１は、第２照明１３２による通過光により白色となり、一方、ワーク部分の画像５０１とカバー部分の画像５２１は黒色となる。よって、ワーク部分の画像５０１と隙間部分の画像５１１との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０１を容易に抽出する事が可能になる。なお、外乱光の状態、ワークの表面状態等によっては、第１照明１３１を適切な光量に調節して点灯させても良い。
図５は、白色のワーク４００を、第１照明１３１を点灯し、第２照明１３２を消灯してカメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、ワーク部分の画像５０２は白色、カバー部分の画像５２１は黒色となり、遮光カバー１３３とワーク４００とにより生ずる隙間部分の画像５１２は光がほとんど通過していないため濃灰色となる。よって、ワーク部分の画像５０２と隙間部分の画像５１２との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０２を容易に抽出する事が可能になる。
【００２５】
図６は、橙色のワーク４００を、第１照明１３１の発光色を緑色に設定し、第１照明１３１及び第２照明１３２を点灯し、カメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、遮光カバー１３３とワーク４００とにより生ずる隙間部分の画像５１１は、第２照明１３２による透過光により白色となり、ワーク部分の画像５０３は緑色と橙色は補色の関係にあるために濃灰色となる。なお、カバー部の画像５２１は黒色となる。よって、ワーク部分の画像５０３と隙間部分の画像５１１との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０３を容易に抽出する事が可能になる。この様に、中間色に対しては補色を利用することで濃淡レベルの差を大きくする事が出来る。なお、ワーク４００が赤色や青色などの場合には、各々の補色である緑色や橙色の照明で照らすとワーク部分の画像５０３は濃灰色となる。
【００２６】
図７の場合、水色のワーク４００を、第１照明１３１の発光色を水色に設定し、第１照明１３１を点灯し、第２照明１３２を消灯し、カメラ１２０で撮像した画像である。撮像された画像においては、遮光カバー１３３とワーク４００との隙間部分の画像５１２は光がほとんど透過していないため濃灰色となり、一方、ワーク部分の画像５０４は同色の光であるため反射光の量が多くなり白色となる。よって、ワーク部分の画像５０４と隙間部分の画像５１２との濃淡レベルの差が大きくなり、ワーク部分の画像５０４を容易に抽出する事が可能になる。この様に、中間色に対しては同色の照明光を用いることで濃淡レベルの差を大きくする事も出来る。
つまり、遮光カバー１３３によって、第１照明１３１の反射光および外部の照明光によるワーク背後からカメラ１２０に入光する光を遮断し、第２照明１３２を消灯した際にはワーク４００とカバー１３３との隙間部分の画像を安定した濃灰色に、第２照明１３２を点灯した際にはワーク４００とカバー１３３との隙間部分の画像を安定した白色に保つ事が出来る。さらに、第２照明１３２の点灯・消灯によってワーク４００とカバー１３３との隙間部分の画像を安定した色に変更できることで、ワーク４００の色に合わせて第１照明１３１を調整し、ワーク部分と隙間部分との濃淡レベルの差が大きい画像を得られることとなる。
【００２７】
なお、第１照明制御部１１２および第２照明制御部１１３には、光量調節機能を有しており、予め作成したテーブル(ワークに応じて光量を決めた一覧表)から 光量を選択して点灯する事も出来るようにしてもよい。
遮光カバー１３３の開口部は、ワークの大きさに応じて開口面積を可変可能とすることができる。例えば、開口部が四角形であれば、一辺ごとにモーター等で可動するプレートを備え、位置姿勢計測部１１０からの指示に基づいてプレートを所定の位置に移動させるようにすれば良い。なお、開口部面積が可変可能であれば、その方法は特に限定されることはない。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 位置姿勢計測装置
１１０ 位置姿勢計測部
１２０ カメラ
１３１ 第１照明
１３２ 第２照明
１３３ 遮光カバー
２００ マニピュレータ制御装置
２１０ マニピュレータ制御部
２２０ マニピュレータ
２２１ 保持装置
３００ ワーク搬送組立装置
３１０ ワーク搬送組立制御部
３２０ ワーク供給部
３３０ ワーク組立部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物を撮像した画像に基づき、当該計測対象物の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、
前記計測対象物を撮像するカメラと、
前記カメラ側から前記計測対象物に向けて発光する第１照明と、
前記計測対象物を挟んで前記第１照明と反対側に設けられた第２照明と、
前記計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって前記第２照明を覆う遮光カバーと、
前記第１照明の点灯および消灯を制御する第１照明制御部と
前記第２照明の点灯および消灯を制御する第２照明制御部と
前記カメラで撮像された画像に基づいて前記計測対象物の位置および姿勢を計測する画像処理部と、
により構成されたことを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第１照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、
前記第１照明制御部は、発光色を変更する第１の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第２照明制御部により第２照明を点灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記前記計測対象物の補色とし、
前記第２照明制御部により第２照明を消灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記計測対象物と同色とし、
前記カメラにて前記計測対象物と背景とのコントラストを大きくした画像を撮像することを特徴する位置姿勢計測装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第２照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、
前記第２照明制御部は、発光色を変更する第２の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第１照明制御部および前記第２照明制御部は、光量を調整する光量調整手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項６】
ワーク供給部と、ワーク組立部と、マニピュレータと、マニピュレータ制御装置と、請求項１乃至５の何れか１項に記載の位置姿勢計測装置と、から構成されたワーク搬送組立装置において、
前記マニピュレータには、前記位置姿勢計測装置における第２照明および遮光カバーが取り付けられ、
前記前記位置姿勢計測装置におけるカメラが、ワークの搬送経路に設けられ、
前記マニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を前記カメラで撮像された画像に基づいて前記位置姿勢計測装置にて計測し、
マニピュレータ制御装置は、前記位置姿勢計測装置にて計測した結果に基づいて、マニピュレータを制御してワーク組立部にて組立を行うこと、
を特徴とするワーク搬送組立装置。
【請求項１】
計測対象物を撮像した画像に基づき、当該計測対象物の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、
前記計測対象物を撮像するカメラと、
前記カメラ側から前記計測対象物に向けて発光する第１照明と、
前記計測対象物を挟んで前記第１照明と反対側に設けられた第２照明と、
前記計測対象物の輪郭より大きな開口部を備え、遮光部材によって前記第２照明を覆う遮光カバーと、
前記第１照明の点灯および消灯を制御する第１照明制御部と
前記第２照明の点灯および消灯を制御する第２照明制御部と
前記カメラで撮像された画像に基づいて前記計測対象物の位置および姿勢を計測する画像処理部と、
により構成されたことを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第１照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、
前記第１照明制御部は、発光色を変更する第１の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第２照明制御部により第２照明を点灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記前記計測対象物の補色とし、
前記第２照明制御部により第２照明を消灯させた場合には、前記第１照明制御部の発光色変更手段にて前記第１の照明の発光色を前記計測対象物と同色とし、
前記カメラにて前記計測対象物と背景とのコントラストを大きくした画像を撮像することを特徴する位置姿勢計測装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第２照明は、任意の発光色に変更可能な照明であり、
前記第２照明制御部は、発光色を変更する第２の発光色変更手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の位置姿勢計測装置において、
前記第１照明制御部および前記第２照明制御部は、光量を調整する光量調整手段を備えていることを特徴とする位置姿勢計測装置。
【請求項６】
ワーク供給部と、ワーク組立部と、マニピュレータと、マニピュレータ制御装置と、請求項１乃至５の何れか１項に記載の位置姿勢計測装置と、から構成されたワーク搬送組立装置において、
前記マニピュレータには、前記位置姿勢計測装置における第２照明および遮光カバーが取り付けられ、
前記前記位置姿勢計測装置におけるカメラが、ワークの搬送経路に設けられ、
前記マニピュレータに保持されたワークの位置および姿勢を前記カメラで撮像された画像に基づいて前記位置姿勢計測装置にて計測し、
マニピュレータ制御装置は、前記位置姿勢計測装置にて計測した結果に基づいて、マニピュレータを制御してワーク組立部にて組立を行うこと、
を特徴とするワーク搬送組立装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２８１７７４（Ｐ２０１０−２８１７７４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３７０６９（Ｐ２００９−１３７０６９）
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機ホールディングス株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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