物品認識装置及びこれを用いた物品処理装置
【課題】認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識する。
【解決手段】認識対象物品１に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンＰｃが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２と、認識対象物品１に対向配置されて認識表示体１２を撮像する撮像具５と、この撮像具５の撮像面とこの撮像具５の視野範囲に入る認識対象物品１に設けられる認識表示体１２面とが正対しない非正対計測位置Ｐ２に少なくとも撮像具５を設置可能とするように撮像具５を支持する支持機構６と、非正対計測位置Ｐ２に配置された撮像具５にて撮像された認識表示体１２の撮像情報を少なくとも用い、認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部７と、を備える。また、この物品認識装置を用いた物品処理装置をも含む。
【解決手段】認識対象物品１に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンＰｃが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２と、認識対象物品１に対向配置されて認識表示体１２を撮像する撮像具５と、この撮像具５の撮像面とこの撮像具５の視野範囲に入る認識対象物品１に設けられる認識表示体１２面とが正対しない非正対計測位置Ｐ２に少なくとも撮像具５を設置可能とするように撮像具５を支持する支持機構６と、非正対計測位置Ｐ２に配置された撮像具５にて撮像された認識表示体１２の撮像情報を少なくとも用い、認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部７と、を備える。また、この物品認識装置を用いた物品処理装置をも含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品認識装置及びこれを用いた物品処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における物品認識装置としては、例えば特許文献１ないし４記載のものがある。
特許文献１には、トレイの少なくとも２箇所にアライメントマークを設け、画像認識によりトレイの位置・角度を求める点が開示されている。
特許文献２には、ワーク保持具に２点以上の位置合せマークを設け、ＣＣＤカメラで位置を認識し、そのデータから位置ずれを補正処理する点が開示されている。
特許文献３には、溶接治具上に３点のマークを設け、カメラで位置を認識し、基準位置からのずれ量を補正データとしてロボットへフィードバックする点が開示されている。
特許文献４には、作業台上にある２点のマーク位置をカメラで認識し、位置ずれ量に基づいてロボットのワークに対するハンドリング位置を補正する点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０５５２４４号公報（発明を実施するための最良の形態，図１）
【特許文献２】特開平０５−３０１１８３号公報（課題を解決するための手段，図１）
【特許文献３】特開２００５−１３８２２３号公報（発明を実施するための最良の形態，図１）
【特許文献４】特開平１１−１５６７６４号公報（発明の実施の形態，図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の技術的課題は、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識する物品認識装置及びこれを用いた物品処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、認識対象物品に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体と、前記認識対象物品に対向配置されて前記認識表示体を撮像する撮像具と、この撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対しない非正対計測位置に少なくとも前記撮像具を設置可能とするように前記撮像具を支持する支持機構と、前記非正対計測位置に配置された撮像具にて撮像された認識表示体の撮像情報を少なくとも用い、前記認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部と、を備えたことを特徴とする物品認識装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る物品認識装置において、認識表示体は単位パターン印の濃度パターン変化を点像で表示するものであることを特徴とする物品認識装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る物品認識装置において、認識表示体は認識対象物品の同一平面上に四つの単位パターン印を有することを特徴とする物品認識装置である。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る物品認識装置において、認識表示体は認識対象物品に着脱自在に装着されるカードに表示されていることを特徴とする物品認識装置である。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれかに係る物品認識装置において、認識表示体は、四以上の単位パターン印と、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印とを有することを特徴とする物品認識装置である。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれかに係る物品認識装置において、支持機構は、前記認識対象物品に設けられた認識表示体が撮像具の視野範囲に入って俯瞰可能に計測される第一の計測位置と、前記認識表示体が撮像具の視野範囲に入り且つ前記第一の計測位置よりも高精度に計測される非正対計測位置からなる第二の計測位置とに撮像具を移動させ、夫々の計測位置にて前記認識表示体を計測することを特徴とする物品認識装置である。
請求項７に係る発明は、請求項６に係る物品認識装置において、支持機構は、撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対する正対計測位置からなる第一の計測位置を有することを特徴とする物品認識装置である。
請求項８に係る発明は、請求項６又７に係る物品認識装置において、配置情報認識部は、第一の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識対象物品の認識表示部の位置及び姿勢からなる配置情報を算出し、この算出結果に基づいて支持機構により撮像具が移動させられる第二の計測位置を決定し、この第二の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識表示体の位置及び姿勢からなる配置情報を認識することを特徴とする物品認識装置である。
【０００７】
請求項９に係る発明は、請求項１ないし８いずれかに係る物品認識装置と、この物品認識装置にて認識された認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、認識対象物品と同一又は認識対象物品に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品に対する処理動作を制御する制御部と、この制御部にて生成された制御信号に基づいて処理対象物品に対する処理動作を実施する処理機構と、を備えたことを特徴とする物品処理装置である。
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る物品処理装置において、処理機構は、撮像具の支持機構を兼用することを特徴とする物品処理装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識することができる。
請求項２に係る発明によれば、認識対象に対し認識表示体を簡単に構築することができる。
請求項３に係る発明によれば、認識表示体として単位パターン印を共通の平面に形成することができる。
請求項４に係る発明によれば、認識対象物品に対し認識表示体を容易に変更することができる。
請求項５に係る発明によれば、認識対象物品が異なる種別を有する場合でも、種別を考慮した認識表示体を付すことができる。
請求項６に係る発明によれば、認識対象物品の認識表示体につき撮像具にて複数計測し、夫々の計測位置にて両方の撮像情報を取得することができる。このため、撮像具にて一回計測する場合に比べて、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報につきより高精度のものを取得することができる。
請求項７に係る発明によれば、認識対象物品の認識表示体につき正対計測位置及び非正対計測位置にて複数計測し、夫々の計測位置にて両方の撮像情報を取得することができる。このため、撮像具にて正対計測位置だけで計測する場合に比べて、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報につきより高精度のものを取得することができる。
請求項８に係る発明によれば、認識対象物品を配置状態がある程度ラフな精度であるとしても、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識することができる。
請求項９に係る発明によれば、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識することができ、これに伴って、認識対象物品と同一又は認識対象物品に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品に対する処理動作を高精度に実現することができる。
請求項１０に係る発明によれば、処理機構の動きを利用し、撮像具による撮像方向を最適に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明が適用される物品認識装置及びこれを用いた物品処理装置の実施の形態の概要を示す説明図、（ｂ）は実施の形態で用いられる認識表示体の一例を示す説明図である。
【図２】実施の形態１に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）は実施の形態１で用いられるパターンマーカの付された整列トレイの一例を示す説明図、（ｂ）（ｃ）はパターンマーカの一要素である単位パターン印の構成例を示す説明図である。
【図４】（ａ）は実施の形態１で用いられるパターンマーカの単位パターン印の特性を模式的に示す説明図、（ｂ）は比較の形態で用いられるマーカの構成例を示す説明図である。
【図５】実施の形態１で用いられるパターンマーカによる組立部品の位置、姿勢の特定原理を示す説明図である。
【図６】実施の形態１で用いられるパターンマーカの製造例を示す説明図である。
【図７】実施の形態１で用いられるパターンマーカの構成寸法例を示す説明図である。
【図８】（ａ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの中心原点に対して正対計測位置に設置した態様を示す説明図、（ｂ）は撮像具としてのカメラの撮像面を（ａ）の正対計測位置に対し平行移動させた態様を示す説明図、（ｃ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの表示面とが非平行な位置関係にある非正対計測位置に設置した態様を示す説明図である。
【図９】（ａ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの中心原点に対して正対計測位置に設置した態様を模式的に示す説明図、（ｂ）は（ａ）の場合における計測精度を示す説明図である。
【図１０】実施の形態１に係る採取処理装置によるワーク採取処理過程を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１に係る採取処理装置の処理過程を示し、（ａ）は整列トレイに対する一段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｂ）は高精度計測可能位置へ移動する過程を示す説明図、（ｃ）は整列トレイに対する二段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｄ）は整列トレイ内のワークの把持過程を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は比較の形態における整列トレイの位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｂ）（ｃ）は整列トレイの計測精度が低い場合に生じ得る不具合例を示す説明図である。
【図１３】（ａ）は実施の形態１に係る採取処理装置の変形の形態１を示す説明図、（ｂ）は(ａ)中Ｂ方向から見た矢視図である。
【図１４】実施の形態２に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図１５】（ａ）は整列トレイの平面説明図、（ｂ）は整列トレイに付加されたパターンマーカの概要を示す説明図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は実施の形態２で用いられるパターンマーカの構成例を示す説明図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は実施の形態２で用いられるパターンマーカの固定例を示す説明図であり、（Ｉ）は断面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。
【図１８】（ａ）（ｂ）は実施の形態３で用いられるパターンマーカの別の固定例を示す説明図であり、（Ｉ）は断面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）は実施の形態２で用いられるパターンマーカの配置例を示す説明図である。
【図２０】（ａ）は実施の形態３に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図、（ｂ）は採取処理装置の処理ステージの平面説明図である。
【図２１】実施の形態３に係る採取処理装置の空トレイ回収処理過程を示すフローチャートである。
【図２２】（ａ）はワーク取出し完了時の整列トレイの状態を示す説明図、（ｂ）は空トレイの配置計測過程を示す説明図である。
【図２３】（ａ）は空トレイ把持過程を示す説明図、（ｂ）は空トレイ置き場への移動過程を示す説明図である。
【図２４】（ａ）は空トレイ置き場の配置計測過程を示す説明図、（ｂ）は空トレイ積み重ね過程を示す説明図である。
【図２５】（ａ）は比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置を示す説明図、（ｂ）はその処理ステージの平面説明図である。
【図２６】実施の形態４に係る物品処理装置としての採取処理装置の処理過程を示し、（ａ）は採取対象物品に対する一段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｂ）は高精度計測可能位置へ移動する過程を示す説明図、（ｃ）は採取対象物品に対する二段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｄ）は採取対象物品の把持過程を示す説明図である。
【図２７】実施の形態５に係る物品処理装置としての採取処理装置に用いられる採取対象物品の一例としてトナーカートリッジの認識構造を示す説明図である。
【図２８】図２７に示すトナーカートリッジの認識構造の好ましい態様を示す説明図である。
【図２９】（ａ）は多数のトナーカートリッジを収容する収容箱を示す説明図、（ｂ）は収容箱に収容されたトナーカートリッジの認識構造例を示す説明図である。
【図３０】実施の形態６に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図３１】（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置でのカメラによる計測動作を示す説明図、（ｂ）は組立パレットの平面説明図である。
【図３２】実施の形態６に係る組立処理装置による組立処理過程を示すフローチャートである。
【図３３】（ａ）は組立パレットの位置決め処理過程を示す説明図、（ｂ）はその平面説明図、（ｃ）は組立パレットの姿勢が傾斜した場合における組立処理を模式的に示す説明図である。
【図３４】（ａ）は比較の形態に係る組立処理装置の位置決め構造の一例を示す説明図、（ｂ）は比較の形態に係る組立処理装置の位置決め構造の一例を示す説明図であり、（Ｉ）は正面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。
【図３５】（ａ）（ｂ）は実施の形態６に係る組立処理装置に設けられる組立パレットのパターンマーカの変形形態を夫々示す説明図である。
【図３６】（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置のカメラの支持構造の変形形態を示す説明図、（ｂ）は組立パレットの平面説明図である。
【図３７】（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置に設けられる組立パレットのパターンマーカの更に別の変形形態を夫々示す説明図、（ｂ）は組立パレットの平面説明図である。
【図３８】実施の形態７に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図３９】（ａ）は実施の形態７で用いられるパターンマーカの付された組付部品の一例を示す説明図、（ｂ）はパターンマーカの全体構成を示す説明図、（ｃ）（ｄ）単位パターン印の構成例を示す説明図である。
【図４０】実施の形態７に係る組立処理装置による組立処理過程を示すフローチャートである。
【図４１】図４０の組立処理過程を模式的に示す説明図である。
【図４２】（ａ）〜（ｄ）は組立検査過程で検査可能な位置・姿勢に関する配置情報を示し、（ａ）はＺ軸方向の浮き、（ｂ）はＹ軸回りの傾き、（ｃ）はＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ、（ｄ）はＺ軸回りの回転ずれである。
【図４３】（ａ）は比較の形態に係る組立処理装置の一例を模式的に示す説明図、（ｂ）はその正常な組付け状態を示す説明図である。
【図４４】（ａ）〜（ｄ）は比較の形態における組立検査装置の一例を示し、（ａ）はＺ軸方向の浮き、（ｂ）はＸ軸、Ｙ軸回りの傾き、（ｃ）はＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ、（ｄ）はＺ軸回りの回転ずれを検査する態様を夫々示す。
【図４５】実施の形態８に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す説明図である。
【図４６】実施の形態８に係る組立処理装置による組立処理過程を示すフローチャートである。
【図４７】図４６の組立処理過程を模式的に示す説明図である。
【図４８】（ａ）は実施の形態９に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す説明図、（ｂ）は実施の形態９に係る組立処理装置の変形形態の要部を示す説明図である。
【図４９】実施の形態４に係る物品処理装置としての組立処理装置（コネクタ装置）の要部を示し、（ａ）は組付前のコネクタ装置を示す説明図、（ｂ）は組立後のコネクタ装置を示す説明図である。
【図５０】実施例１に係る物品処理装置において、カメラの計測位置を変化させ、そのときのカメラ移動距離と測定誤差との関係を調べて説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
◎実施の形態の概要
本実施の形態において、物品処理装置は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、認識対象物品１に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンＰｃが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２と、前記認識対象物品１に対向配置されて前記認識表示体１２を撮像する撮像具５と、この撮像具５の撮像面とこの撮像具５の視野範囲に入る前記認識対象物品１に設けられた認識表示体１２面（認識基準面１１）とが正対しない非正対計測位置Ｐ２に少なくとも前記撮像具５を設置可能とするように前記撮像具５を支持する支持機構６と、前記非正対計測位置Ｐ２に配置された撮像具５にて撮像された認識表示体１２の撮像情報を少なくとも用い、前記認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部７と、を備えている。
【００１１】
このような技術的手段において、認識表示体１２は少なくとも四つの単位パターン印１３を必要とする。三つの単位パターン印１３の場合、姿勢について３次元位置が複数個存在することがあり得るため、三次元位置を特定し得ない懸念がある。
また、認識表示体１２の単位パターン印１３は濃度パターンＰｃが順次変化するものであればよく、中心位置Ｃが周囲よりも高濃度である態様に限られず、中心位置Ｃが周囲よりも低濃度である態様も含む。単位パターン印１３の濃度パターン変化についてはグラデーションで表示する手法が挙げられるが、これに限られず点像（ドット）で表示するようにしても差し支えない。尚、単位パターン印１３は印刷技術を用いて直接描いてもよいが、刻印などで再帰反射を利用して表記するようにしてもよい。
更に、撮像具５は複数設けてもよいが、装置構成を簡略化するという観点からすれば一つが好ましい。
更にまた、支持機構６としては、非正対計測位置Ｐ２に撮像具５を固定的に設ける構成でもよいが、撮像具５の撮像面とこの撮像具５の視野範囲に入る前記認識対象物品１に設けられた認識表示体１２面とが正対する正対計測位置Ｐ１と非正対計測位置Ｐ２とを含む計測を可能にするように撮像具５を移動可能に支持する構成を採用するようにしてもよいし、あるいは、非正対計測位置Ｐ２を複数段階計測可能にするように撮像具５を移動可能に支持する構成を採用してもよい。
ここで、‘正対計測位置Ｐ１’に撮像具５を設置する場合には、認識表示体（マーカ）１２の角度が微小に変化しても、画像の変化が小さいため、計測精度が低い。この点、‘非正対計測位置Ｐ２’に撮像具５を設置すると、認識表示体（マーカ）１２の角度が微小に変化すると、‘正対計測位置Ｐ１’に設置された場合に比べて、画像の変化が大きくなるため、その分、計測精度が高い。
また、配置情報認識部７としては、認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報を認識するアルゴリズムであれば、どのような認識手法を採用しても差し支えない。
【００１２】
次に、認識表示体１２の好ましい態様について説明する。
先ず、認識表示体１２の好ましい態様としては、単位パターン印１３の濃度パターンＰｃ変化を点像で表示するものが挙げられる。本態様では、点像表示であるため、インクジェット方式や電子写真方式の画像形成装置にて認識表示体１２の単位パターン印１３を形成することが可能である。
また、認識表示体１２としては認識対象物品１の同一平面上に四つの単位パターン印１３を有する態様が挙げられる。例えば四つの単位パターン印１３の１つを他の三つと異なる平面に形成するなどしなくても、認識対象物品１の位置及び姿勢を特定することが可能である。
更に、認識表示体１２を簡単に変更するという観点からすれば、認識対象物品１に着脱自在に装着されるカードに表示されているように構成すればよい。
更にまた、認識対象物品１が異なる種別を有する場合には、認識表示体１２として、図１（ｂ）に示すように、四以上の単位パターン印１３と、認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印１４とを有するようにすればよい。
【００１３】
また、支持機構６の好ましい態様としては、認識対象物品１に設けられた認識表示体１２が撮像具５の視野範囲に入って俯瞰可能に計測される第一の計測位置と、前記認識表示体１２が撮像具５の視野範囲に入り且つ前記第一の計測位置よりも高精度に計測される非正対計測位置Ｐ２からなる第二の計測位置とに撮像具５を移動させ、夫々の計測位置にて前記認識表示体１２を計測する態様が好ましい。
本態様によれば、第一の計測位置にて粗計測し、第二の計測位置にて高精度計測することができる点で好ましい。
ここで、第二の計測位置は第一の計測位置に比べて高精度に計測される非正対計測位置Ｐ２であればよく、第一の計測位置が正対計測位置Ｐ１、非正対計測位置Ｐ２のいずれでもよい。例えば第一の計測位置が非正対計測位置Ｐ２である場合には、第一の計測位置と第二の計測位置とは、認識対象物品１の認識表示体１２面に対する撮像具５の撮像面の角度、撮像具５の撮像面と前記認識表示体１２面との距離の少なくともいずれか一方を変化させたものであればよい。
更に、非正対計測位置Ｐ２からなる第二の計測位置は通常一箇所設定すればよいが、超精密計測あるいは微細部品の計測にあっては、必要に応じて複数箇所設定し、第二の計測位置にて複数段階計測を行うようにしてもよい。
また、複数計測方式を採用する態様にあっては、配置情報認識部の好ましい態様としては、第一の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識対象物品の認識表示部の位置及び姿勢からなる配置情報を算出し、この算出結果に基づいて支持機構により撮像具が移動させられる第二の計測位置を決定し、この第二の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識表示体の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する態様が挙げられる。
本態様では、認識対象物品１の認識表示部１２の位置・姿勢が変化したとしても、第一の計測位置での撮像具５による撮像情報に基づいて認識対象物品１の配置情報を算出することにより、認識対象物品１に対して相対的に決められた位置関係の第二の計測位置を決定することが可能である点で好ましい。
更に、上述した物品認識装置を利用すれば、物品処理装置が構築される。
この物品処理装置は、上述した物品認識装置と、この物品認識装置にて認識された認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、認識対象物品１と同一又は認識対象物品１に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品２に対する処理動作を制御する制御部８と、この制御部８にて生成された制御信号に基づいて処理対象物品２に対する処理動作を実施する処理機構９と、を備えたものである。
このような技術的手段において、‘処理対象物品２’は‘認識対象物品１’と同一である態様に限られず、認識対象物品１に対して予め決められた位置関係にある別物品をも含む。
また、処理機構９は例えばロボットハンド等のマニピュレータを指す。
更に、‘処理対象物品２に対する処理動作’とは、処理対象物品２を把持したり、処理対象物品２を組み付けたり、処理対象物品２の組付状態する検査する等の各種処理動作を広く含む。
更に、撮像具５の好ましい支持機構６としては、処理機構９が撮像具５の支持機構を兼用する態様が挙げられる。
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は実施の形態１に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
＜採取処理装置の全体構成＞
同図において、採取処理装置は、整列トレイ２０上に整列配置された採取対象物品であるワークＷを順次採取し、所定の部位まで移動させるものである。
本実施の形態において、採取処理装置は、前記整列トレイ２０に位置及び姿勢からなる配置情報を認識するために設けられた認識表示体としてのパターンマーカ３０と、この整列トレイ２０のパターンマーカを撮像するカメラ４０と、前記整列トレイ２０上のワークＷを採取し且つ所定部位まで移動させるロボット５０と、前記カメラ４０の撮像タイミングを制御し、前記カメラ４０からの撮像情報を入力して前記整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、この認識した配置情報に基づいて後述する図１０のフローチャートに従ってロボット５０の動きを制御する制御装置６０とを備えている。
【００１５】
本例では、整列トレイ２０は、図２及び図３（ａ）に示すように、積み重ね可能な皿状のトレイ本体２１を有し、このトレイ本体２１には縦横に整列されたワーク収容凹部２５を形成すると共に、各ワーク収容凹部２５には夫々ワークＷを採取可能に収容するようにしたものである。
また、ロボット５０は多軸関節にて可動するロボットアーム５１の先端に把持動作可能なロボットハンド５２を有し、モーションキャプチャ等の入力軌跡情報に従ってロボットハンド５２による処理動作を教示すると共に、前記カメラ４０からの撮像情報に基づいて前記ロボットハンド５２による処理動作に補正を施すようにしたものである。
そして、本例では、前記カメラ４０はロボットハンド５２の一部に固着され、ロボットハンド５２によって予め決められた計測位置に設置されるようになっている。
【００１６】
＜パターンマーカ＞
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、図３（ａ）に示すように、整列トレイ２０のトレイ本体２１の頂部面２２を認識基準面とし、この頂部面２２の四隅に設けられる単位パターン印３１と、トレイ品本体２１の頂部面の隣接する二辺に沿って設けられる種別表示印３６とを有している。
ここで、単位パターン印３１の一つの代表的態様は、例えば図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も高濃度で周辺に向かって順次薄く変化する濃度パターンＰｃのグラデーション３２として表示されている。
また、単位パターン印３１の別の代表的態様は、図３（ｃ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も密にドット３３が分布して高濃度領域３４を形成し且つ周囲に向かってドット３３の分布が次第に粗くなって低濃度領域３５を形成するドットパターンとして表示されている。この場合、ドット３３の直径サイズ及びドット同士の間隔、配置位置を変えることで濃度分布を持たせることが可能である。
特に、ドットパターン方式は、インクジェットや電子写真方式の画像形成装置を利用した印刷により容易に形成される点で好ましい。
一方、種別表示印３６は、例えば収容すべきワークＷが複数の種類ある場合（例えば色による種別や、サイズによる種別など）に、該当する種別のワークＷとの整合を図る上でのＩＤ（Identification）表示となるものである。尚、本例では、種別表示印３６は二箇所に設けられているが、一箇所に設けるようにしてもよいし、あるいは、三箇所以上に分割して設けるようにしても差し支えない。
【００１７】
−ＬＥＤ表示板との対比−
図４（ｂ）に示すＬＥＤ表示板１８０は、パターンマーカ３０と異なり、基板１８１上に四つのＬＥＤ１８２（１８２ａ〜１８２ｄ）を設け、四つのＬＥＤ１８２のうち三つのＬＥＤ１８２（１８２ａ〜１８２ｃ）を基板１８１の同一面に設置し、この三つのＬＥＤ１８２を頂点とする三角形参照面１８３に対してｈだけ離間した垂線ｖ上に他の一つのＬＥＤ１８２（１８２ｄ）を設置し、前記三角形参照面１８３とこれの垂線上のＬＥＤ１８２（１８２ｄ）との位置関係から前記三角形参照面１８３の位置及び姿勢を求めるようにしたものである。尚、符号１８４はＩＤ用ＬＥＤである。
このＬＥＤ表示板１８０でも、確かに整列トレイ２０の位置及び姿勢は認識されるが、ＬＥＤ１８２を使用するための電源が必要であることから、このような電源が不要である点において本例のパターンマーカ３０の方が好ましい。
また、ＬＥＤ表示板１８０では、四つのＬＥＤ１８２を立体的に配置することで位置及び姿勢の認識精度を高める手法を採用しているが、パターンマーカ３０では単位パターン印３１の夫々は中心位置Ｃの周囲に順次変化する濃度分布を具備していることから、濃度分布の近似式から濃度分布の中心位置Ｃ（濃度の一番高い点）を高精度に算出することが可能である。このため、単位パターン印３１に対する認識精度が高いことに伴って、四つの単位パターン印３１を同一面に配置したとしても、四つの単位パターン印３１の中心位置に相当する頂点の位置を認識することで、図５に示すように、仮に、整列トレイ２０がＡ位置からＢ位置へ回転角αの回転を伴って変化した場合でも、整列トレイ２０の認識基準面である頂部面２２の位置及び姿勢が正確に認識される。
尚、本例では、単位パターン印３１は同一平面上に四つ設けられているが、これに限られるものではなく、例えば任意の六点に単位パターン印３１を設ける等してもよい。つまり、三次元の位置及び姿勢を認識することが可能であれば、適宜選定して差し支えなく、単位パターン印３１の数を四以上設けるようにすればよく、また、単位パターン印３１の設置箇所については同一平面に限らず、異なる平面にわたって設けるようにしてもよい。
【００１８】
−パターンマーカの製造例−
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、例えば図６に示すように、整列トレイ２０の頂部面２２の四隅並びに二辺に沿った箇所に夫々取付凹部３７を形成し、この取付凹部３７に前記単位パターン印３１及び種別表示印３６が印刷されたラベル３８を貼付するようにしたものである。このとき、例えば取付凹部３７の深さはラベル３８の厚さに相当するように選定され、単位パターン印３１及び種別表示印３６が認識基準面になる頂部面２２と面一になるように設定されている。尚、パターンマーカ３０は認識基準面となる頂部面２２と面一に設定されているが、必ずしも面一でなくても差し支えない。また、本例では、取付凹部３７を介してラベル３８を貼付するようにしているが、取付凹部３７を介さずに直接認識基準面となる頂部面２２に貼付するようにしても差し支えない。
また、本例では、パターンマーカ３０の単位パターン印３１は、整列トレイ２０の頂部面２２の縁部からある程度離間して設けることが好ましい。
例えば図７に示すように、単位パターン印３１の半径をＲ、単位パターン印３１の最外郭と頂部面２２の縁部との間隔をＳとすると、Ｓ＞２Ｒを満たすことが好ましい。これは、単位パターン印３１の中心位置Ｃを高精度に検出するためのアルゴリズムに基づくもので、単位パターン印３１の円パターンにかぶせる検出用の矩形ウィンドウが前記整列トレイ２０の頂部面２２の縁部（黒い縁取り部分で表示）と重ならないようにＳ＞２Ｒという関係を満たすようにしたものである。尚、パターンマーカ３０について異なる検出アルゴリズムを用いるようにすれば単位パターン印３１のレイアウトについては任意に設定できることは勿論である。
【００１９】
＜カメラの計測位置＞
本例では、カメラ４０は整列トレイ２０のパターンマーカ３０を撮像可能にすべき当該パターンマーカ３０に対向配置されている。
このとき、カメラ４０の計測位置について検討すると、図８（ａ）〜（ｃ）の態様が挙げられる。
先ず、図８（ａ）に示す態様は、カメラ４０の撮像面中心位置（視野範囲の中心位置）が整列トレイ２０のパターンマーカ３０のうち四つの単位パターン印３１の中心位置を含み、認識基準面である頂部面２２に正対した正対計測位置である場合である。
この態様では、カメラ４０とパターンマーカ３０との間の距離方向の計測精度が低下する懸念がある。
今、図９（ａ）（ｂ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０に正対している場合、パターンマーカ３０の単位パターン印３１間の幅寸法をカメラ４０で撮像される画像サイズＬとし、仮に、整列トレイ２０の認識基準面である頂部面２２上のパターンマーカ３０がθだけ微小に変化したときの画像サイズ変化をＬ’とすれば、Ｌ’＝Ｌ×ｃｏｓθという関係を満たす。
このことからすれば、画像サイズ変化Ｌ’は当初の画像サイズＬよりも小さくなることから、計測精度が低下することが理解される。
【００２０】
次に、図８（ｂ）に示す態様は、図８（ａ）の位置からカメラ４０の視野範囲中心位置がパターンマーカ３０の四つの単位パターン印３１の中心位置から外れるように、パターンマーカ３０の面に沿ってカメラ４０を平行移動させ、図８（ａ）の正対計測位置からオフセットした場合である。
この場合には、図８（ａ）の場合に比べて、カメラ４０の計測精度は向上する。但し、パターンマーカ３０がカメラ４０の視野範囲の中心位置から外れた位置となるため、カメラ４０のレンズ歪の影響により計測精度が低下する懸念がある。このとき、レンズ歪補正を行ったとしても、計測精度は低下する傾向にあるため、更に改善策を講ずることが好ましい。
これに対し、図８（ｃ）に示す態様は、カメラ４０の撮像面とパターンマーカ３０の面（認識基準面である整列トレイ２０の頂部面２２に相当）とが正対せず、カメラ４０の視野範囲中心がパターンマーカ３０の四つの単位パターン印３１の中心位置に対応して配置されている場合である。これは、図８（ｃ）に示すように、パターンマーカ３０の認識基準面に対してカメラ４０の撮像面を予め決められた角度だけ傾斜配置したものであり、カメラ４０の計測精度は向上する。つまり、図９（ａ）（ｂ）に示す場合を想定すれば、図８（ｃ）に示す態様は画像サイズＬ’に傾いたものと仮定することができ、これがθだけ回転して画像サイズ変化がＬに至ったものと考えられる。この場合、画像サイズの変化は、Ｌ＝Ｌ’／ｃｏｓθであることから、θの変化が大きい程、ｃｏｓθの値の変化が大きくなり、それに従い画像サイズの変化が大きいものとして与えられる。
よって、図８（ｃ）に示す態様ではカメラ４０の計測精度が向上することが理解される。
本実施の形態では、カメラ４０の計測位置として、図８（ａ）の正対計測位置と、図８（ｃ）の非正対計測位置とで二段階計測方式が採用される（図１１参照）。
【００２１】
＜ワーク採取処理＞
次に、本実施の形態に係る採取処理装置によるワーク採取処理について説明する。
先ず、制御装置６０は、図１０に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて整列トレイ２０のパターンマーカ３０を計測し、この後、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、整列トレイ２０に収容されている各ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識する。
特に、本実施の形態では、カメラ４０による計測方式は、図１１（ａ）に示すように、一段階位置（本例ではホームポジションである正対計測位置Ｐ１）に位置するカメラ４０にて整列トレイ２０のパターンマーカ３０を計測し、次いで、図１１（ｂ）に示すように、ロボットハンド５２にて予め決められた高精度計測可能位置としての二段階位置（非正対計測位置Ｐ２）にカメラ４０を移動させ、図１１（ｃ）に示すように、二段階位置に位置するカメラ４０にて整列トレイ２０のパターンマーカ３０を高精度計測する。
【００２２】
このとき、非正対計測位置Ｐ２は、正対計測位置Ｐ１に対しカメラの４０撮像面とパターンマーカ３０の認識基準面とが予め決められた角度βだけ傾斜するように設定されるが、この傾斜角度βの選定については適宜選定して差し支えないが、１５°〜７５°の範囲が好ましく、計測精度を高めるという点では、特には４５°付近に選定することがよい。
但し、例えば図１１に示すように、カメラ４０がロボットハンド５２に取り付けられている態様では、傾斜角度βが大きい程、計測後にロボットハンド５２を整列トレイ２０のワークＷ位置まで移動させる距離が大きくなり、生産タクトに影響することから、生産タクトを考慮すれば、計測精度が確保できる範囲で可能な限り傾斜角度βは小さい方が好ましい。
このため、本実施の形態では、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識するに当たって、カメラ４０の正対計測位置Ｐ１による計測情報を考慮し、非正対計測位置Ｐ２による計測による計測情報を更に補正し、高精度な計測情報を取得することが可能である。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、図１１（ｄ）に示すように、ロボットハンド５２にてワークＷを所定の部位へ移動させるべく採取（把持）する。
更に、制御装置６０は、ロボットハンド５２による整列トレイ２０のワークＷの採取処理が終了したか否かをチェックし、整列トレイＷの全てのワークＷの採取処理が終了した時点で、空整列トレイ２０の回収処理を実施する。
尚、空整列トレイ２０の回収処理の詳細例ついては、後述する実施の形態３で説明する。
【００２３】
この点、図１２（ａ）に示すように、カメラ４０の計測位置を正対計測位置Ｐ１に固定的に設置する比較の形態を仮定すると、カメラ４０による正対計測位置Ｐ１での計測情報が非正対計測位置Ｐ２での計測情報に比べてラフな精度であることから、その計測精度が不十分である場合には、例えば図１２（ｂ）に示すように、ロボットハンド５２による把持位置に誤差が生じて整列トレイ２０上のワークＷを把持できなかったり、逆に、図１２（ｃ）に示すように、ロボットハンド５２がワークＷに対し接近し過ぎて整列トレイ２０に衝突してしまう懸念が起こり得る。
【００２４】
◎変形の形態１
図１３は実施の形態１に係る採取処理装置の変形の形態１の全体構成を示す説明図である。
同図において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異なり、カメラ４０をロボットハンド５２とは切り離して固定的に設けたものである。尚、実施の形態１と同様な要素については、実施の形態１と同様な符号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、整列トレイ２０のパターンマーカ３０につき撮像可能な非正対計測位置Ｐ２にカメラ４０を予め設置しておけばよく、カメラ４０にてパターンマーカ３０を撮像することにより、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、これに伴って、整列トレイ２０の各ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識することが可能である。
このため、実施の形態１と略同様に、整列トレイ２０のワーク採取処理が実施される。
尚、この変形の形態１にあっても、ロボット５０とは別に可動支持機構を設け、この可動支持機構にて正対計測位置Ｐ１と非正対計測位置Ｐ２とで二段階計測するようにしてもよい。
【００２５】
◎実施の形態２
図１４は実施の形態２に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す。
同図において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、整列トレイ２０に付加されるパターンマーカ１１０の構成が実施の形態１のパターンマーカ３０と異なるものである。尚、実施の形態１と同様な要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、パターンマーカ１１０は、図１４及び図１５（ａ）（ｂ）に示すように、カード１２０表面に印刷されており、整列トレイ２０の頂部面２２の一部（例えば一隅部）に形成された取付凹部２３にカード１２０を固定するようにしたものである。
ここで、パターンマーカ１１０としては、図１６（ａ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばグラデーション１１２からなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様や、あるいは、図１６（ｂ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばドット１１３パターンからなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様が挙げられる。
【００２６】
＜パターンマーカの固定方法＞
パターンマーカ１１０の固定方法としては以下のものが挙げられる。
図１７（ａ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２に形成された取付凹部２３の周壁に弾性変形可能な押さえ突片１３０を設け、パターンマーカ１１０が印刷されたカード１２０を前記押さえ突片１３０を弾性変形させながら取付凹部２３内に収容し、取付凹部２３内のカード１２０の周囲を押さえ突片１３０で押さえ込むようにしたものである。尚、本例では、前記押さえ突片１３０を弾性変形させながら、前記カード１２０を取り外すことは可能である。
また、図１７（ｂ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２に形成された取付凹部２３の底部及びパターンマーカ１１０が印刷されたカード１２０の四隅に取付孔１３１，１３２を開設し、図示外の止め具にて前記取付凹部２３内にカード１２０を固定するようにしたものである。
更に、図１８（ａ）に示す態様は、紙や樹脂製のラベル１４０にパターンマーカ１１０を印刷し、整列トレイ２０の取付凹部２３の底部にラベル１４０を貼り付けるようにしたものである。
更にまた、図１８（ｂ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２の取付凹部２３の底部にパターンマーカ１１０を直接印刷するようにしたものである。
【００２７】
このように、本実施の形態では、整列トレイ２０の一部にパターンマーカ１１０を設けるようにしたので、カメラ４０にて整列トレイ２０の一部のパターンマーカ１１０を計測することにより、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、これに基づいて、ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能であり、実施の形態１と同様に、ワークＷの採取処理が実施される。
また、本実施の形態では、整列トレイ２０の頂部面２２の一隅部にパターンマーカ１１０を設置しているが、パターンマーカ１１０の設置箇所については適宜変更して差し支えなく、例えば図１９（ａ）に示すように、例えばワークＷ収容数の多い整列トレイ２０にあっては、整列トレイ２０の頂部面２２の中央付近にパターンマーカ１１０を設置するようにしたり、あるいは、図１９（ｂ）に示すように、整列トレイ２０の頂部面２２の対角位置にある隅部に一対のパターンマーカ１１０を設置する等複数のパターンマーカ１１０を設置するようにしてもよい。
特に、複数のパターンマーカ１１０を設置する場合には、夫々のパターンマーカ１１０に対応した部位の位置及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能になるため、整列トレイ２０の配置情報がより正確に認識される。
【００２８】
◎実施の形態３
図２０（ａ）（ｂ）は実施の形態３に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す。
同図において、採取処理装置は、実施の形態１と略同様に、整列トレイ２０に収容されたワークＷに対して採取処理すると共に、ワークＷの採取処理が完了して空になった空整列トレイ２０’を回収処理（採取処理の一態様）するものである。
同図において、符号１５０はワークＷが収容されている整列トレイ（本実施の形態では必要に応じて実トレイと称する）２０及びワークＷの採取処理が終了して空になった空整列トレイ（本実施の形態では必要に応じて空トレイと称する）２０’を置くトレイ置き台であり、このトレイ置き台１５０上には実トレイ置き場１５１及び空トレイ置き場１５２が隣接して確保されている。
また、本実施の形態において、図示外の制御装置は、カメラ４０の撮像タイミングを制御すると共に、ロボット５０を制御し、実施の形態１と略同様なワークＷの採取処理を実施し、更に、図２１に示すフローチャートに従って空トレイ回収処理を実施する。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る採取処理装置による空トレイ回収処理を模式的に示す。
先ず、制御装置は、整列トレイ２０内の各ワークＷに対して採取処理を順次繰り返す。
そして、制御装置は、図２１に示すように、例えばカメラ４０で整列トレイ２０全体を監視し、所定の整列トレイ２０からのワークＷ採取処理（ワーク取出処理）が全て終了したか否かをチェックし、図２２（ａ）に示すように、整列トレイ２０が空トレイ２０’に至ったと仮定すると、カメラ４０にて実トレイ置き場１５１の空トレイ２０’のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測：図１１参照）する（図２２（ｂ）参照）。
この結果、制御装置は、空トレイの一及び姿勢からなる配置情報を認識し、ロボットハンド５２に空トレイ回収動作を指示し、ロボットハンド５２にて空トレイ２０’のワーク収容凹部２５間の被把持部２６を把持し（図２３（ａ）参照）、空トレイ置き場１５２に前記空トレイ２０’を移動させる（図２３（ｂ）参照）。
次いで、制御装置は、空トレイ置き場１５２にて既に回収されて積み重ねられている最上部の空トレイ２０’のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測：図１１参照）し（図２４（ａ）参照）、当該空トレイ２０’の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する。
【００３０】
この状態において、制御装置は、空トレイ置き場１５２の配置情報に基づいてロボットハンド５２の動きを制御し、空トレイ置き場１５２に移動した空トレイ２０’を既に置いてある空トレイ２０’の上に正確に積み重ねる（図２４（ｂ）参照）。
このように、本実施の形態では、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報が認識されることから、位置決め機構や空トレイの回収機構等は必要なく、単にトレイ置き台１５０を用意すれば、空トレイ２０’の回収処理が実現される。
尚、本実施の形態では、ワークＷの採取処理に加えて、空トレイ２０’の回収処理の全てにつき、整列トレイ２０，空トレイ２０’のパターンマーカ３０に対しカメラ４０による二段階計測を実施しているが、例えばロボットハンド５２による処理精度の高低に応じて、例えばより高精度が要求されるワークＷの採取処理については、整列トレイ２０のパターンマーカ３０に対しカメラ４０による二段階計測を実施し、高精度を要するが少しラフ精度でよい空トレイ２０’の回収処理については、空トレイ２０’のパターンマーカ３０に対しカメラ４０による一段階計測（正対計測位置による計測又は非正対計測位置による計測）を実施するようにしてもよい。
【００３１】
−比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置−
これに対し、図２５に示す比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置２００は、実トレイ２０を搬送する実トレイ搬送コンベア２０１と、空トレイ２０’を搬送する空トレイ搬送コンベア２０２と、実トレイ搬送コンベア２０１から搬入された実トレイ２０をワーク取出ステージにて供給すると共に空トレイ２０’になったものを空トレイ搬送コンベア２０２に回収するように昇降する昇降台２０３と、前記ワーク取出ステージにて実トレイ２０内のワークを取出す取出しロボット２０５とを備えている。
本例においては、ワーク取出ステージにて実トレイ２０の位置決めを高精度に行うために、二方向にて位置決めする位置決め基準部材２０６，２０７に対し実トレイ２０を二方向から押し付ける位置決め機構２０８を設けることが必要になるばかりか、空トレイ２０’を回収するために昇降台２０５や空トレイ搬送コンベア２０２が必要不可欠になり、その分、設備が複雑化する懸念がある。
また、仮に、実トレイ２０の位置決めをラフにした場合には、取出しロボット２０５側に高精度の位置決め機構を設けたり、位置決め用の治具に一旦実トレイ２０をセットしてからワークＷを再度把持するなど、設備構成が複雑化する懸念がある。
【００３２】
◎実施の形態４
図２６（ａ）〜（ｄ）は実施の形態４に係る物品処理装置としての採取処理装置の採取処理過程を模式的に示す説明図である。
本実施の形態において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異なり、採取対象物品としてのワークＷにパターンマーカ１７０を付加したものである。
ここで、パターンマーカ１７０としては、実施の形態１〜３に示す各種方式（ラベル式やカード式など）で付加するようにしても差し支えないが、これに限られるものではなく、例えば本実施の形態のように、ワークＷの表面に例えば型成形時に表面刻印模様としてパターンマーカ１７０を施すことは可能である。
この場合、パターンマーカ１７０は、例えばコーナーキューブ（立方体内面の隅の性質を利用した光などを元の方向へ反射する器具）のように、再帰反射を利用して必要な各機能部（単位パターン印、種別表示印）を構成し、カメラ４０に撮像可能とすればよい。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る採取処理装置によるワーク採取処理について説明する。
本実施の形態では、図示外の制御装置は、図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように、先ずカメラ４０にてワークＷに形成されたパターンマーカ１７０を二段階計測（正対計測位置Ｐ１による計測＋非正対計測位置Ｐ２による計測）し、この後、ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を直接認識する。
本例では、ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を認識するに当たって、カメラ４０の正対計測位置Ｐ１による計測情報を考慮し、非正対計測位置Ｐ２による計測による計測情報を更に補正し、高精度な計測情報を取得することが可能である。
この後、図示外の制御装置は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、図２６（ｄ）に示すように、ロボットハンド５２にてワークＷを所定の部位へ移動させるべくワークＷを採取（把持）する。
【００３４】
◎実施の形態５
図２７は実施の形態５に係る物品処理装置としての採取処理装置で用いられる採取対象物品の認識構造を示す。
同図において、採取対象物品であるワークとしては、例えば電子写真方式の画像形成装置において用いられるトナーを供給するためのトナーカートリッジ１６０が挙げられている。
このトナーカートリッジ１６０は、トナーが収容されるトナー容器１６１を有し、このトナー容器１６１の一側面１６２にパターンマーカ１７０を付加したものである。
本例において、パターンマーカ１７０は、トナー容器１６１の一側面１６２の一部に正方形領域Ｕの頂点に対応する四箇所に単位パターン印１７１を設けると共に、前記正方形領域Ｕの二辺に沿って種別表示印１７６を設けたものである。
ここで、単位パターン印１７１及び種別表示印１７６はラベルやカードに付加して取り付けるようにしてもよいが、本例では、型成形時の表面刻印模様として形成されており、例えばコーナーキューブ（立方体内面の隅の性質を利用した光などを元の方向へ反射する器具）のように、再帰反射を利用して必要な各機能部がトナー容器１６１に直接刻印されて設けられている。特に、単位パターン印１７１は例えばドット１７３の大きさや配置関係を変えるドットパターンによって、中心位置Ｃが高濃度領域１７４で周囲に向かって次第に低下する濃度分布を有するものとして構成されている。また、種別表示印１７６はトナーの色や種類を種別するために設けられるものであって、例えばバーコード形式や符号形式にて構成されている。
このようなパターンマーカ１７０をトナーカートリッジ１６０に付加するようにすれば、トナーカートリッジ１６０の一及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能になるため、例えばロボットにてトナーカートリッジ１６０を自動装着するようなシステムが容易に構築される。
【００３５】
また、トナー容器１６１の一側面１６２にパターンマーカ１７０を設ける態様では、図２８に示すように、単位パターン印１７１はトナー容器１６１の一側面１６２の周縁部やテーパ部などの段差部１６３との間にある程度の空間領域Ｑを確保することが好ましい。これは、単位パターン印１７１の中心位置Ｃを高精度に検出するためのアルゴリズムに基づくもので、単位パターン印１７１の円パターンにかぶせる検出用の矩形ウィンドウが前記段差部１６３と重ならないようにＳ＞２Ｒという関係を満たすようにしたものである。尚、パターンマーカ１７０について異なる検出アルゴリズムを用いるようにすれば単位パターン印１７１のレイアウトについては任意に設定できることは勿論である。
更に、トナーカートリッジ１６０に対しパターンマーカ１７０を形成する箇所については、必ずしもトナー容器１６１の一側面１６２である必要はなく、例えば図２９（ｂ）に示すように、トナー容器１６１の一端部１６４にパターンマーカ１７０を設けるようにしてもよい。この場合、例えば図２９（ａ）に示すように、整列収容箱１９０に多数のトナーカートリッジ１６０を生産ライン等で整列収容した場合であっても、整列収容箱１９０に収容されているトナーカートリッジ１６０の位置及び姿勢からなる配置情報を正確に認識することが可能になる。
【００３６】
◎実施の形態６
図３０は実施の形態６に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
＜組立処理装置の全体構成＞
同図において、組立処理装置は、組立パレット（組立基台に相当）８０上の予め決められた部位に組付受部品７０を配置し、この組付受部品７０に組付部品１００を組み付けるようにしたものである。
本実施の形態において、組立処理装置は、前記組立パレット８０に位置及び姿勢からなる配置情報を認識するために設けられた認識表示体としてのパターンマーカ３０と、この組立パレット８０のパターンマーカ３０を撮像するカメラ４０と、前記組立パレット８０の組付受部品７０に対し組付部品１００を所定部位まで移動させるロボット５０と、前記カメラ４０の撮像タイミングを制御し、前記カメラ４０からの撮像情報を入力して前記組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、この認識した配置情報に基づいて後述する図１０のフローチャートに従ってロボット５０の動きを制御する制御装置６０とを備えている。
本例では、組立パレット８０は、図３０及び図３１（ａ）に示すように、搬送コンベア８５に沿って移動する板状のパレット本体８１を有し、このパレット本体８１の予め切れられた部位に前記組付受部品７０を位置決め固定したものである。
また、ロボット５０は多軸関節にて可動するロボットアーム５１の先端に把持動作可能なロボットハンド５２を有し、モーションキャプチャ等の入力軌跡情報に従ってロボットハンド５２による処理動作を教示すると共に、前記カメラ４０からの撮像情報に基づいて前記ロボットハンド５２による処理動作に補正を施すようにしたものである。
本例では、ロボットハンド５２に組付部品１００が把持され、組立パレット８０上の組付受部品７０に対し組付部品１００が組付けられるようになっている。尚、本例の組付受部品７０は組付用凹部７１を有しており、この組付用凹部７１に前記組付部品１００が嵌り込んで組み付けられるものである。
そして、本例では、前記カメラ４０はロボットハンド５２の一部に固着され、ロボットハンド５２によって予め決められた計測位置に設置されるようになっている。
【００３７】
＜パターンマーカ＞
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、図３１（ａ）に示すように、組立パレット８０のパレット本体８１の頂部面８２を認識基準面とし、この頂部面８２の四隅に設けられる単位パターン印３１と、パレット本体８１の頂部面８２の隣接する二辺に沿って設けられる種別表示印３６とを有している。
ここで、単位パターン印３１の一つの代表的態様は、例えば図３１（ｂ）に示すように、中心位置Ｃが最も高濃度で周辺に向かって順次薄く変化する濃度パターンＰｃのグラデーション３２として表示されている（図３（ｂ）参照）。
また、単位パターン印３１の別の代表的態様は、中心位置Ｃが最も密にドット３３が分布して高濃度領域３４を形成し且つ周囲に向かってドット３３の分布が次第に粗くなって低濃度領域３５を形成するドットパターンとして表示されている（図３（ｂ）参照）。この場合、ドット３３の直径サイズ及びドット同士の間隔、配置位置を変えることで濃度分布を持たせることが可能である。
特に、ドットパターン方式は、インクジェットや電子写真方式の画像形成装置を利用した印刷により容易に形成される点で好ましい。
一方、種別表示印３６は、例えば組立パレット８０に配置すべき組付受部品７０が複数の種類ある場合（例えば色による種別や、サイズによる種別など）に、該当する種別の組付受部品７０との整合を図る上でのＩＤ（Identification）表示となるものである。また、本例では、種別表示印３６は二箇所に設けられているが、一箇所に設けるようにしてもよいし、あるいは、三箇所以上に分割して設けるようにしても差し支えない。
尚、パターンマーカ３０の製造例や、カメラ４０の計測方式になどについては実施の形態１と略同様である。
【００３８】
＜組立処理＞
次に、本実施の形態に係る組立処理装置による組立処理（組立受部品への組付部品の組付処理）について説明する。
先ず、制御装置６０は、図３２に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて組立パレット８０のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し、この後、組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、組立パレット８０に位置決めされている組付受部品７０の位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、ロボットハンド５２にて組付部品１００を所定の部位へ移動させるべく把持する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２にて組立パレット８０上の組付受部品７０に対して組付部品１００を組付け、当該組付動作が終了した時点でロボットハンド５２を予め決められた退避位置（例えばホームポジション）に退避させる。
【００３９】
−組立パレットの位置精度−
このような組立処理において、組立パレット８０は組立処理ステージに到達すると停止させることが必要である。この種の停止構造としては、例えば図３３（ａ）（ｂ）に示すように、搬送コンベア８５の予め決められた部位に出没自在なストッパ８６を設けると共に、このストッパ８６に対向する組立パレット８０の縁部にはＶ字状のストッパ溝８７を設け、このストッパ溝８７にストッパ８６を当接させるようにすればよい。
このとき、図３３（ｂ）に示すように、組立パレット８０がストッパ８６を支点として回転角θ１だけ回転ずれを生じたり、あるいは、図３３（ｃ）に示すように、搬送コンベア８５の位置精度に伴って組立パレット８０の姿勢が水平姿勢からある程度傾く懸念があり、組立パレット８０の停止時の位置精度はある程度ラフになる。
しかしながら、仮に、組立パレット８０が回転角θ１の回転ずれを生じたり、搬送コンベア８５上で傾斜角θ２にて傾斜配置されたとしても、カメラ４０にて組立パレット８０のパターンマーカ３０を撮像することにより、組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報が認識されることため、組立パレット８０の回転ずれ量や傾き量について、ロボット５０にフィードバックすることにより、組立パレット８０上の組付受部品７０に対し組付部品１００は正確に組み付けられる。
【００４０】
−比較の形態に係る組立パレットの位置決め、停止機構−
また、搬送コンベア８５を流れる組立パレット８０’を工程毎に停止させて組立作業を行うに当たり、組立パレット８０’を高精度で位置決めする手法としては、図３４（ａ）に示すように、組立パレット８０’の搬送方向側にストッパ８６’を設けると共に、組立パレット８０’の搬送方向に交差する交差方向に対し一対の位置決め部材８８’を設け、組立パレット８０’を３点方向から位置決め拘束する態様を採用するか、あるいは、図３４（ｂ）に示すように、前記ストッパ８６’に加えて、昇降機構８９’にて前記ストッパ８６’で停止させた組立パレット８０’を搬送コンベア８５から上昇させて配置する態様が挙げられるが、これらは装置構成上複雑化するという懸念がある。
このように、本実施の形態に係る組立パレット８０を用いた組立処理によれば、比較の形態のように装置構成上複雑にすることなく、組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報を正確に認識することが可能であるため、この組立パレット８０の配置情報をロボット５０側にフィードバックすることで、組立パレット８０上の組付受部品７０に対する組付部品１００の組付位置が正確に割り出される点で好ましい。
【００４１】
◎変形の形態６−１
図３５（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置の変形の形態６−１の要部を示す。
同図において、組立処理装置の基本的構成は、実施の形態６と略同様であるが、組立パレット８０に付加されるパターンマーカ１１０の構成が実施の形態６のパターンマーカ３０と異なるものである。尚、実施の形態６と同様な要素については実施の形態６と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、パターンマーカ１１０は、図３５（ａ）に示すように、カード１２０表面に印刷されており、組立パレット８０の頂部面８２の一部（例えば一隅部）に形成された取付凹部８３にカード１２０を固定するようにしたものである。
ここで、パターンマーカ１１０としては、例えば図１６（ａ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばグラデーション１１２からなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様や、あるいは、図１６（ｂ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばドット１１３パターンからなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様が挙げられる。
尚、パターンマーカ１１０の固定方法やレイアウトについては、図１７〜図１９に示す態様と同様に適宜設計変更して差し支えない。
【００４２】
◎変形の形態６−２
図３６（ａ）（ｂ）は実施の形態６に係る組立処理装置の変形の形態６−２の要部を示す説明図である。
この変形の形態６−２は、カメラ４０とロボット５０とを切り離し、非正対計測位置にカメラ４０を固定的に設置し、組立パレット８０上のパターンマーカ３０を高精度に計測するようにしたり、ロボット５０とは別の可動支持機構にて支持する等適宜設計変更して差し支えない。
◎変形の形態６−３
図３７（ａ）（ｂ）は実施の形態６に係る組立処理装置の変形の形態６−３の要部を示す説明図である。
この変形の形態６−３は、組立パレット８０の頂部面８２の隅部にパターンマーカ１１０の付されたカード１２０を傾斜支持台１４５を介して水平方向に対し傾斜角θだけ傾斜配置する一方、前記組立パレット８０の頂部面８２に撮像面が対向するようにカメラ４０を設置し、カメラ４０の撮像面とカード１２０上のパターンマーカ１１０面とが非正対しないようにしたものである。
本態様にあっても、実施の形態６や変形の形態６−１，６−２に示す態様と同様に、組立パレット８０のパターンマーカ１１０面に対してカメラ４０の撮像面をθだけ傾斜配置したことになるため、この非正対計測位置にてパターンマーカ１１０を計測した場合には、パターンマーカ１１０の配置情報につき高精度の計測結果が得られる。
【００４３】
◎実施の形態７
図３８は実施の形態８に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
＜組立処理装置の全体構成＞
同図において、組立処理装置は、図示外の組付受部品に対し組付部品１００を自動組付けし、その組付け状態を検査するものである。
本実施の形態では、組立処理装置は、組付部品１００に位置及び姿勢からなる配置情報を認識するために設けられた認識表示体としてのパターンマーカ３０と、この組付部品１００のパターンマーカ３０を撮像するカメラ４０と、組付部品１００を把持し且つ組付受部品に対して前記組付部品１００を組付ける支持機構としてのロボット５０と、前記カメラ４０の撮像タイミングを制御し、前記カメラ４０からの撮像情報を入力して前記組付部品１００の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、この認識した配置情報に基づいて後述する図４０に示すフローチャートに従ってロボット５０の動きを制御する制御装置６０とを備えている。
本例では、ロボット５０は多軸関節にて可動するロボットアーム５１の先端に把持動作可能なロボットハンド５２を有し、モーションキャプチャ等の入力軌跡情報に従ってロボットハンド５２による処理動作を教示すると共に、前記カメラ４０からの撮像情報に基づいて前記ロボットハンド５２による処理動作に補正を施すようにしたものである。
そして、本例では、前記カメラ４０はロボットハンド５２の一部に固着され、ロボットハンド５２によって予め決められた計測位置に設置されるようになっている。
また、組付部品１００は用途に応じて任意に選定されるが、本実施の形態では、例えば略直方体状の部品本体１０１の底部に一対の位置決め脚部１０３を有し、組付受部品７０（図４１参照）の位置決め凹部７３に挿入される形で組付けられるようになっている。
【００４４】
＜パターンマーカ＞
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、図３９（ａ）（ｂ）に示すように、組付部品１００の部品本体１０１の頂部面１０２を認識基準面とし、この頂部面１０２の四隅に設けられる単位パターン印３１と、部品本体１０１の頂部面１０２の隣接する二辺に沿って設けられる種別表示印３６とを有している。尚、図３９（ａ）中、符号７０は組付受部品を指す。
ここで、単位パターン印３１の一つの代表的態様は、例えば図３９（ｃ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も高濃度で周辺に向かって順次薄く変化する濃度パターンＰｃのグラデーション３２として表示されている。
また、単位パターン印３１の別の代表的態様は、図３９（ｄ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も密にドット３３が分布して高濃度領域３４を形成し且つ周囲に向かってドット３３の分布が次第に粗くなって低濃度領域３５を形成するドットパターンとして表示されている。この場合、ドット３３の直径サイズ及びドット同士の間隔、配置位置を変えることで濃度分布を持たせることが可能である。
特に、ドットパターン方式は、インクジェットや電子写真方式の画像形成装置を利用した印刷により容易に形成される点で好ましい。
一方、種別表示印３６は、例えば組付受部品７０が複数の種類ある場合（例えば色による種別や、サイズによる種別など）に、該当する種別の組付受部品との整合を図る上でのＩＤ（Identification）表示となるものである。また、本例では、種別表示印３６は二箇所に設けられているが、一箇所に設けるようにしてもよいし、あるいは、三箇所以上に分割して設けるようにしても差し支えない。
尚、パターンマーカ３０の製造例や、カメラ４０の計測方式になどについては実施の形態１と略同様である。
【００４５】
＜組立処理＞
次に、本実施の形態に係る組立処理装置による組立処理について説明する。
−組付部品の組付処理−
先ず、制御装置６０は、図４０に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて組付前の組付部品１００のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し（図４１の部品認識過程参照）、この後、組付前の組付部品１００の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、ロボットハンド５２にて組付部品１００を把持する（図４１の部品把持過程を参照）と共に、ロボットハンド５２にて組付受部品７０に組付部品１００を組付ける（図４１の部品組付過程参照）。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２による組付部品２０の組付処理動作を終了したものと判断し、ロボットハンド５２を予め決められた退避位置に退避させる。
【００４６】
−組付部品の組立検査−
次いで、制御装置６０は、カメラ４０にて組付後の組付部品のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し、組付後の組付部品１００の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する（図４１の部品確認過程参照）。
そして、計測値が予め定めた許容レベルか否かをチェックし、許容レベル内であれば組立検査は良好（ＯＫ）と判断し、一方、許容レベルを超える場合には組立検査は不良（ＮＧ）と判断する。
より具体的には、図４２（ａ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＺ軸方向の位置データを取得することで、Ｚ軸方向の浮き（ΔＺ）を算出することができる。
また、図４２（ｂ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＹ軸回りの位置データを取得することで、Ｙ軸回りの傾き（θｙ）を算出することができる。
更に、図４２（ｃ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置データを取得することで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置ずれ（ΔＸ、ΔＹ）を算出することができる。
更にまた、図４２（ｄ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＺ軸回りの位置データを取得することで、Ｚ軸回りの回転ずれ（θｚ）を算出することができる。
【００４７】
＜比較の形態による組付部品の組立検査＞
図４３（ａ）は組付部品１００’にパターンマーカを付さない比較の形態を示し、図４３（ｂ）に示すように、組付受部品７０’に組付部品１００’が正常に組付けられれば、組付部品１００’が例えばＺ軸方向に浮いたり、Ｙ軸回りに傾くことはない。
しかしながら、組付受部品７０’に対して組付部品１００’が正常に組付けられない場合には、例えば図４４（ａ）に示すように、Ｚ軸方向の変位センサ（例えば非接触式のレーザ変位センサ又は接触式の変位センサ）２１１にてＺ軸方向の位置データを取得することで、Ｚ軸方向の浮き（ΔＺ）を算出する必要がある。
また、図４４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に離間した２台のＺ軸方向の変位センサ（非接触式のレーザ変位センサ又は接触式変位センサ）２１２，２１３からの計測値の差分に基づいてＸ軸回りの傾きθｘ、Ｙ軸回りの傾きθｙを算出する必要がある。
更に、図４４（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の変位センサ（例えば非接触式のレーザ変位センサ又は接触式の変位センサ）２１４，２１５にてＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置データを取得することにで、Ｘ軸方向の位置ずれ（ΔＸ）、Ｙ軸方向の位置ずれ（ΔＹ）を算出する必要がある。
更にまた、図４４（ｄ）に示すように、例えばＸ軸方向に離間したＹ軸方向の変位センサ（例えば非接触式のレーザ変位センサ又は接触式の変位センサ）２１６，２１７からの計測値の差分に基づいてＺ軸回りの回転ずれθｚを算出する必要がある。
このように、夫々の変位を算出するには、一部共用することは可能かも知れないが、多くの変位センサ２１１〜２１７を要することから、設備構成が複雑化する懸念がある。
【００４８】
◎実施の形態８
図４５は実施の形態８に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す説明図である。
本実施の形態において、組立処理装置の基本的構成は、実施の形態７と略同様であるが、実施の形態７と異なり、組付受部品７０の頂部面７２にも、組付部品１００のパターンマーカ３０と略同様な構成のパターンマーカ２３０が設けられている。本例では、パターンマーカ２３０は、頂部面７２の四隅に設けられる単位パターン印２３１と、頂部面７２の二辺に沿って設けられる種別表示印２３６とを有している。
そして、本例では、カメラ４０が組付部品１００のパターンマーカ３０を撮像すると共に、組付受部品７０のパターンマーカ２３０をも撮像するようになっており、実施の形態７と同様な制御装置６０は図４６に示すフローチャートに従ってカメラ４０及びロボット５０（実施の形態６参照）を制御するものである。
【００４９】
次に、図４６に基づいて本実施の形態の組立処理装置の作動について説明する。
先ず、制御装置６０は、図４６に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて組付前の組付部品１００のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し（図４７の部品認識過程参照）、この後、組付前の組付部品１００の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、ロボットハンド５２にて組付部品２０を把持する（図４７の部品把持過程を参照）。
次いで、制御装置６０は、カメラ４０にて組付受部品７０のパターンマーカ２３０を二段階計測し、組付受部品７０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、ロボットハンド５２の移動動作を補正し、ロボットハンド５２にて組付受部品７０に組付部品１００を組付ける（図４７の部品組付過程を参照）。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２による組付部品２０の組付処理動作を終了したものと判断し、ロボットハンド５２を予め決められた退避位置に退避させる。
【００５０】
次いで、制御装置６０は、カメラ４０にて組付後の組付部品１００、組付受部品７０のパターンマーカ３０、２３０を二段階計測し、組付後の組付部品１００、組付受部品７０の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する（図４７の部品確認過程参照）。
そして、両者の相対位置関係から、計測値が予め定めた許容レベルか否かをチェックし、許容レベル内であれば組立検査は良好（ＯＫ）と判断し、一方、許容レベルを超える場合には組立検査は不良（ＮＧ）と判断する。
特に、本実施の形態では、組付受部品７０についても、位置及び姿勢の配置情報を認識するので、組付受部品７０への組付部品１００の組付精度が良好に保たれるばかりが、組付け後の組立検査過程でも、組付部品１００及び組付受部品７０の相対位置関係が認識されることから、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付け状態が実施の形態７よりも正確に検査される。
尚、本実施の形態では、組立検査過程で組付受部品７０の位置及び姿勢に関する配置情報をも認識するようにしているが、組付受部品７０へ組付部品１００を組付ける際に、組付受部品７０の位置及び姿勢に関する配置情報を認識するようにしているため、組立検査過程では、組付受部品７０の配置情報の認識処理を省略してもよい。
【００５１】
◎実施の形態９
図４８（ａ）は実施の形態９に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す。
同図において、組立処理装置は、実施の形態８と略同様であるが、実施の形態８と異なり、組立治具（組立基台に相当）３００の予め決められた部位に組付受部品７０を位置決めし、前記組立治具３００の一部にパターンマーカ２３０と同様なパターンマーカ３１０を設けるようにしたものである。
本実施の形態において、パターンマーカ３１０はカード３２０表面に印刷されており、組立治具３００の頂部面３０１の一部に形成された取付凹部３０２にカード３２０を固定するようにしたものである。
ここで、パターンマーカ３１０としては、図４８（ａ）に示すように、カード３２０の表面の四隅に設けられる例えばグラデーションからなる単位パターン印３１１と、カード３２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印３１６とを有する態様や、あるいは、カード３２０の表面の四隅に設けられる例えばドットパターンからなる単位パターン印３１１と、カード３２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印３１６とを有する態様が挙げられる。尚、パターンマーカの固定方法などは適宜選定して差し支えない。
【００５２】
このように、本実施の形態では、組立治具３００にパターンマーカ３１０を設けるようにしたので、カメラ４０にて組立治具３００のパターンマーカ３１０を計測することにより、組立治具３００の位置及び姿勢に関する配置情報を認識し、これに基づいて、組付受部品７０の位置及び配置情報を認識することが可能である。このため、組付受部品７０に組付部品１００を組付けるに当たり、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付処理が正確に行われる。
また、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付けが完了した後、組付部品１００のパターンマーカ３０及び組立治具３００のパターンマーカ３１０を計測することで、組付部品１００及び組立治具３００の位置及び姿勢からなる配置情報に基づいて、組付部品０及び組付受部品７０の相対位置関係を認識し、もって、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付け状態をチェックすることが可能である。
尚、本実施の形態では、図４８（ａ）に示すように、組立治具３００の頂部面３０１の一部の取付凹部３０２にパターンマーカ３１０を設けるようにしているが、これに限られるものではなく、図４８（ｂ）に示すように、組立治具３００の頂部面３０１の四隅及び二辺に沿ってパターンマーカ３１０（単位パターン印３１１＋種別表示印３１６）を設けるようにしてもよいことは勿論である。
【００５３】
◎実施の形態１０
図４９（ａ）（ｂ）はコネクタ装置の挿入状態を検査するための組立検査装置の要部を示す。
図４９（ａ）はコネクタ装置３５０の要素である雄コネクタ３５１と雌コネクタ３５２とが未挿入な状態を示す説明図、同図（ｂ）は両者が挿入された状態を示す説明図である。
本例では、雄コネクタ３５１及び雌コネクタ３５２の同じ側に位置する一側面には夫々パターンマーカ３６０，３７０が設けられている。これらのパターンマーカ３６０，３７０はいずれも一側面の四隅に設けられる単位パターン印３６１，３７１と、一側面の二辺に沿って設けられる種別表示印３６６，３７６とを有する。
これらのパターンマーカ３６０，３７０は、図４９（ｂ）に示すように、雌コネクタ３５２に雄コネクタ３５１が挿入組付けられた後にカメラ４０にて二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）又は非正対計測位置による高精度計測される。
そして、図示外の制御装置は、計測された撮像情報に基づいて、雄コネクタ３５１及び雌コネクタ３５２のパターンマーカ３６０，３７０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、両者の相対位置関係を演算することで両者の組付け状態をチェックする。
尚、雄コネクタ３５１、雌コネクタ３５２の夫々のパターンマーカ３６０，３７０に異なる種別表示印（ＩＤ）を割り付けることで夫々の雄コネクタ３５１，雌コネクタ３５２の配置情報を正確に認識することが可能である。
また、本実施の形態では、雄コネクタ３５１、雌コネクタ３５２に夫々パターンマーカ３６０，３７０を設けるようにしているが、例えばプリント基板３５５上の予めきめられた部位に雌コネクタ３５２が設けられる態様では、雌コネクタ３５２に変えてプリント基板３５５にパターンマーカを設け、これと雌コネクタ３５２に挿入組付けされた雄コネクタ３５１のパターンマーカ３６０とで両者の相対位置関係を認識するようにしても差し支えない。
【実施例】
【００５４】
◎実施例１
実施の形態１に係る物品処理装置としての採取処理装置を用い、カメラの傾きを変化させた際のカメラの移動距離と測定誤差（カメラ移動距離と測定値との差）との関係を調べたところ、図５０に示す結果が得られた。
図５０において、カメラの傾きが０°とは、カメラの撮像面と整列トレイのパターンマーカが形成された面とが平行である態様（正対計測位置に相当）を指し、カメラの傾きが１５°、３０°とは、整列トレイのパターンマーカに対してカメラの撮像面が１５°、３０°傾いている態様（正対計測位置に対して非正対計測位置に相当）を指す。
同図によれば、正対計測位置による計測では、カメラの移動距離が大きくなることに伴って測定誤差が大きく現れるのに対し、非正対計測位置による計測では、カメラの移動距離が大きくなっても、測定誤差は小さく抑えられていることが理解される。
尚、本例では、非正対計測位置として、カメラの傾きが１５°、３０°の例を示しているが、４５°について同様に行ったところ、更に測定誤差が小さく抑えられることが確認された。
【符号の説明】
【００５５】
１…認識対象物品，２…処理対象物品，５…撮像具，６…支持機構，７…配置情報認識部，８…制御部，９…処理機構，１１…認識基準面，１２…認識表示体，１３…単位パターン印，１４…種別表示印，Ｃ…中心位置，Ｐｃ…濃度パターン，Ｐ１…正対計測位置，Ｐ２…非正対計測位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品認識装置及びこれを用いた物品処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における物品認識装置としては、例えば特許文献１ないし４記載のものがある。
特許文献１には、トレイの少なくとも２箇所にアライメントマークを設け、画像認識によりトレイの位置・角度を求める点が開示されている。
特許文献２には、ワーク保持具に２点以上の位置合せマークを設け、ＣＣＤカメラで位置を認識し、そのデータから位置ずれを補正処理する点が開示されている。
特許文献３には、溶接治具上に３点のマークを設け、カメラで位置を認識し、基準位置からのずれ量を補正データとしてロボットへフィードバックする点が開示されている。
特許文献４には、作業台上にある２点のマーク位置をカメラで認識し、位置ずれ量に基づいてロボットのワークに対するハンドリング位置を補正する点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０５５２４４号公報（発明を実施するための最良の形態，図１）
【特許文献２】特開平０５−３０１１８３号公報（課題を解決するための手段，図１）
【特許文献３】特開２００５−１３８２２３号公報（発明を実施するための最良の形態，図１）
【特許文献４】特開平１１−１５６７６４号公報（発明の実施の形態，図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の技術的課題は、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識する物品認識装置及びこれを用いた物品処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、認識対象物品に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体と、前記認識対象物品に対向配置されて前記認識表示体を撮像する撮像具と、この撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対しない非正対計測位置に少なくとも前記撮像具を設置可能とするように前記撮像具を支持する支持機構と、前記非正対計測位置に配置された撮像具にて撮像された認識表示体の撮像情報を少なくとも用い、前記認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部と、を備えたことを特徴とする物品認識装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る物品認識装置において、認識表示体は単位パターン印の濃度パターン変化を点像で表示するものであることを特徴とする物品認識装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る物品認識装置において、認識表示体は認識対象物品の同一平面上に四つの単位パターン印を有することを特徴とする物品認識装置である。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る物品認識装置において、認識表示体は認識対象物品に着脱自在に装着されるカードに表示されていることを特徴とする物品認識装置である。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれかに係る物品認識装置において、認識表示体は、四以上の単位パターン印と、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印とを有することを特徴とする物品認識装置である。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれかに係る物品認識装置において、支持機構は、前記認識対象物品に設けられた認識表示体が撮像具の視野範囲に入って俯瞰可能に計測される第一の計測位置と、前記認識表示体が撮像具の視野範囲に入り且つ前記第一の計測位置よりも高精度に計測される非正対計測位置からなる第二の計測位置とに撮像具を移動させ、夫々の計測位置にて前記認識表示体を計測することを特徴とする物品認識装置である。
請求項７に係る発明は、請求項６に係る物品認識装置において、支持機構は、撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対する正対計測位置からなる第一の計測位置を有することを特徴とする物品認識装置である。
請求項８に係る発明は、請求項６又７に係る物品認識装置において、配置情報認識部は、第一の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識対象物品の認識表示部の位置及び姿勢からなる配置情報を算出し、この算出結果に基づいて支持機構により撮像具が移動させられる第二の計測位置を決定し、この第二の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識表示体の位置及び姿勢からなる配置情報を認識することを特徴とする物品認識装置である。
【０００７】
請求項９に係る発明は、請求項１ないし８いずれかに係る物品認識装置と、この物品認識装置にて認識された認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、認識対象物品と同一又は認識対象物品に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品に対する処理動作を制御する制御部と、この制御部にて生成された制御信号に基づいて処理対象物品に対する処理動作を実施する処理機構と、を備えたことを特徴とする物品処理装置である。
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る物品処理装置において、処理機構は、撮像具の支持機構を兼用することを特徴とする物品処理装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識することができる。
請求項２に係る発明によれば、認識対象に対し認識表示体を簡単に構築することができる。
請求項３に係る発明によれば、認識表示体として単位パターン印を共通の平面に形成することができる。
請求項４に係る発明によれば、認識対象物品に対し認識表示体を容易に変更することができる。
請求項５に係る発明によれば、認識対象物品が異なる種別を有する場合でも、種別を考慮した認識表示体を付すことができる。
請求項６に係る発明によれば、認識対象物品の認識表示体につき撮像具にて複数計測し、夫々の計測位置にて両方の撮像情報を取得することができる。このため、撮像具にて一回計測する場合に比べて、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報につきより高精度のものを取得することができる。
請求項７に係る発明によれば、認識対象物品の認識表示体につき正対計測位置及び非正対計測位置にて複数計測し、夫々の計測位置にて両方の撮像情報を取得することができる。このため、撮像具にて正対計測位置だけで計測する場合に比べて、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報につきより高精度のものを取得することができる。
請求項８に係る発明によれば、認識対象物品を配置状態がある程度ラフな精度であるとしても、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識することができる。
請求項９に係る発明によれば、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を高精度に認識することができ、これに伴って、認識対象物品と同一又は認識対象物品に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品に対する処理動作を高精度に実現することができる。
請求項１０に係る発明によれば、処理機構の動きを利用し、撮像具による撮像方向を最適に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明が適用される物品認識装置及びこれを用いた物品処理装置の実施の形態の概要を示す説明図、（ｂ）は実施の形態で用いられる認識表示体の一例を示す説明図である。
【図２】実施の形態１に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）は実施の形態１で用いられるパターンマーカの付された整列トレイの一例を示す説明図、（ｂ）（ｃ）はパターンマーカの一要素である単位パターン印の構成例を示す説明図である。
【図４】（ａ）は実施の形態１で用いられるパターンマーカの単位パターン印の特性を模式的に示す説明図、（ｂ）は比較の形態で用いられるマーカの構成例を示す説明図である。
【図５】実施の形態１で用いられるパターンマーカによる組立部品の位置、姿勢の特定原理を示す説明図である。
【図６】実施の形態１で用いられるパターンマーカの製造例を示す説明図である。
【図７】実施の形態１で用いられるパターンマーカの構成寸法例を示す説明図である。
【図８】（ａ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの中心原点に対して正対計測位置に設置した態様を示す説明図、（ｂ）は撮像具としてのカメラの撮像面を（ａ）の正対計測位置に対し平行移動させた態様を示す説明図、（ｃ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの表示面とが非平行な位置関係にある非正対計測位置に設置した態様を示す説明図である。
【図９】（ａ）は撮像具としてのカメラの撮像面をパターンマーカの中心原点に対して正対計測位置に設置した態様を模式的に示す説明図、（ｂ）は（ａ）の場合における計測精度を示す説明図である。
【図１０】実施の形態１に係る採取処理装置によるワーク採取処理過程を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１に係る採取処理装置の処理過程を示し、（ａ）は整列トレイに対する一段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｂ）は高精度計測可能位置へ移動する過程を示す説明図、（ｃ）は整列トレイに対する二段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｄ）は整列トレイ内のワークの把持過程を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は比較の形態における整列トレイの位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｂ）（ｃ）は整列トレイの計測精度が低い場合に生じ得る不具合例を示す説明図である。
【図１３】（ａ）は実施の形態１に係る採取処理装置の変形の形態１を示す説明図、（ｂ）は(ａ)中Ｂ方向から見た矢視図である。
【図１４】実施の形態２に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図１５】（ａ）は整列トレイの平面説明図、（ｂ）は整列トレイに付加されたパターンマーカの概要を示す説明図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は実施の形態２で用いられるパターンマーカの構成例を示す説明図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は実施の形態２で用いられるパターンマーカの固定例を示す説明図であり、（Ｉ）は断面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。
【図１８】（ａ）（ｂ）は実施の形態３で用いられるパターンマーカの別の固定例を示す説明図であり、（Ｉ）は断面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）は実施の形態２で用いられるパターンマーカの配置例を示す説明図である。
【図２０】（ａ）は実施の形態３に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図、（ｂ）は採取処理装置の処理ステージの平面説明図である。
【図２１】実施の形態３に係る採取処理装置の空トレイ回収処理過程を示すフローチャートである。
【図２２】（ａ）はワーク取出し完了時の整列トレイの状態を示す説明図、（ｂ）は空トレイの配置計測過程を示す説明図である。
【図２３】（ａ）は空トレイ把持過程を示す説明図、（ｂ）は空トレイ置き場への移動過程を示す説明図である。
【図２４】（ａ）は空トレイ置き場の配置計測過程を示す説明図、（ｂ）は空トレイ積み重ね過程を示す説明図である。
【図２５】（ａ）は比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置を示す説明図、（ｂ）はその処理ステージの平面説明図である。
【図２６】実施の形態４に係る物品処理装置としての採取処理装置の処理過程を示し、（ａ）は採取対象物品に対する一段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｂ）は高精度計測可能位置へ移動する過程を示す説明図、（ｃ）は採取対象物品に対する二段階目の位置・姿勢計測過程を示す説明図、（ｄ）は採取対象物品の把持過程を示す説明図である。
【図２７】実施の形態５に係る物品処理装置としての採取処理装置に用いられる採取対象物品の一例としてトナーカートリッジの認識構造を示す説明図である。
【図２８】図２７に示すトナーカートリッジの認識構造の好ましい態様を示す説明図である。
【図２９】（ａ）は多数のトナーカートリッジを収容する収容箱を示す説明図、（ｂ）は収容箱に収容されたトナーカートリッジの認識構造例を示す説明図である。
【図３０】実施の形態６に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図３１】（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置でのカメラによる計測動作を示す説明図、（ｂ）は組立パレットの平面説明図である。
【図３２】実施の形態６に係る組立処理装置による組立処理過程を示すフローチャートである。
【図３３】（ａ）は組立パレットの位置決め処理過程を示す説明図、（ｂ）はその平面説明図、（ｃ）は組立パレットの姿勢が傾斜した場合における組立処理を模式的に示す説明図である。
【図３４】（ａ）は比較の形態に係る組立処理装置の位置決め構造の一例を示す説明図、（ｂ）は比較の形態に係る組立処理装置の位置決め構造の一例を示す説明図であり、（Ｉ）は正面説明図、（ＩＩ）はその平面説明図である。
【図３５】（ａ）（ｂ）は実施の形態６に係る組立処理装置に設けられる組立パレットのパターンマーカの変形形態を夫々示す説明図である。
【図３６】（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置のカメラの支持構造の変形形態を示す説明図、（ｂ）は組立パレットの平面説明図である。
【図３７】（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置に設けられる組立パレットのパターンマーカの更に別の変形形態を夫々示す説明図、（ｂ）は組立パレットの平面説明図である。
【図３８】実施の形態７に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
【図３９】（ａ）は実施の形態７で用いられるパターンマーカの付された組付部品の一例を示す説明図、（ｂ）はパターンマーカの全体構成を示す説明図、（ｃ）（ｄ）単位パターン印の構成例を示す説明図である。
【図４０】実施の形態７に係る組立処理装置による組立処理過程を示すフローチャートである。
【図４１】図４０の組立処理過程を模式的に示す説明図である。
【図４２】（ａ）〜（ｄ）は組立検査過程で検査可能な位置・姿勢に関する配置情報を示し、（ａ）はＺ軸方向の浮き、（ｂ）はＹ軸回りの傾き、（ｃ）はＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ、（ｄ）はＺ軸回りの回転ずれである。
【図４３】（ａ）は比較の形態に係る組立処理装置の一例を模式的に示す説明図、（ｂ）はその正常な組付け状態を示す説明図である。
【図４４】（ａ）〜（ｄ）は比較の形態における組立検査装置の一例を示し、（ａ）はＺ軸方向の浮き、（ｂ）はＸ軸、Ｙ軸回りの傾き、（ｃ）はＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ、（ｄ）はＺ軸回りの回転ずれを検査する態様を夫々示す。
【図４５】実施の形態８に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す説明図である。
【図４６】実施の形態８に係る組立処理装置による組立処理過程を示すフローチャートである。
【図４７】図４６の組立処理過程を模式的に示す説明図である。
【図４８】（ａ）は実施の形態９に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す説明図、（ｂ）は実施の形態９に係る組立処理装置の変形形態の要部を示す説明図である。
【図４９】実施の形態４に係る物品処理装置としての組立処理装置（コネクタ装置）の要部を示し、（ａ）は組付前のコネクタ装置を示す説明図、（ｂ）は組立後のコネクタ装置を示す説明図である。
【図５０】実施例１に係る物品処理装置において、カメラの計測位置を変化させ、そのときのカメラ移動距離と測定誤差との関係を調べて説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
◎実施の形態の概要
本実施の形態において、物品処理装置は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、認識対象物品１に設けられ、中心位置Ｃから周囲に向かって濃度パターンＰｃが順次変化するように形成される単位パターン印１３を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体１２と、前記認識対象物品１に対向配置されて前記認識表示体１２を撮像する撮像具５と、この撮像具５の撮像面とこの撮像具５の視野範囲に入る前記認識対象物品１に設けられた認識表示体１２面（認識基準面１１）とが正対しない非正対計測位置Ｐ２に少なくとも前記撮像具５を設置可能とするように前記撮像具５を支持する支持機構６と、前記非正対計測位置Ｐ２に配置された撮像具５にて撮像された認識表示体１２の撮像情報を少なくとも用い、前記認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部７と、を備えている。
【００１１】
このような技術的手段において、認識表示体１２は少なくとも四つの単位パターン印１３を必要とする。三つの単位パターン印１３の場合、姿勢について３次元位置が複数個存在することがあり得るため、三次元位置を特定し得ない懸念がある。
また、認識表示体１２の単位パターン印１３は濃度パターンＰｃが順次変化するものであればよく、中心位置Ｃが周囲よりも高濃度である態様に限られず、中心位置Ｃが周囲よりも低濃度である態様も含む。単位パターン印１３の濃度パターン変化についてはグラデーションで表示する手法が挙げられるが、これに限られず点像（ドット）で表示するようにしても差し支えない。尚、単位パターン印１３は印刷技術を用いて直接描いてもよいが、刻印などで再帰反射を利用して表記するようにしてもよい。
更に、撮像具５は複数設けてもよいが、装置構成を簡略化するという観点からすれば一つが好ましい。
更にまた、支持機構６としては、非正対計測位置Ｐ２に撮像具５を固定的に設ける構成でもよいが、撮像具５の撮像面とこの撮像具５の視野範囲に入る前記認識対象物品１に設けられた認識表示体１２面とが正対する正対計測位置Ｐ１と非正対計測位置Ｐ２とを含む計測を可能にするように撮像具５を移動可能に支持する構成を採用するようにしてもよいし、あるいは、非正対計測位置Ｐ２を複数段階計測可能にするように撮像具５を移動可能に支持する構成を採用してもよい。
ここで、‘正対計測位置Ｐ１’に撮像具５を設置する場合には、認識表示体（マーカ）１２の角度が微小に変化しても、画像の変化が小さいため、計測精度が低い。この点、‘非正対計測位置Ｐ２’に撮像具５を設置すると、認識表示体（マーカ）１２の角度が微小に変化すると、‘正対計測位置Ｐ１’に設置された場合に比べて、画像の変化が大きくなるため、その分、計測精度が高い。
また、配置情報認識部７としては、認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報を認識するアルゴリズムであれば、どのような認識手法を採用しても差し支えない。
【００１２】
次に、認識表示体１２の好ましい態様について説明する。
先ず、認識表示体１２の好ましい態様としては、単位パターン印１３の濃度パターンＰｃ変化を点像で表示するものが挙げられる。本態様では、点像表示であるため、インクジェット方式や電子写真方式の画像形成装置にて認識表示体１２の単位パターン印１３を形成することが可能である。
また、認識表示体１２としては認識対象物品１の同一平面上に四つの単位パターン印１３を有する態様が挙げられる。例えば四つの単位パターン印１３の１つを他の三つと異なる平面に形成するなどしなくても、認識対象物品１の位置及び姿勢を特定することが可能である。
更に、認識表示体１２を簡単に変更するという観点からすれば、認識対象物品１に着脱自在に装着されるカードに表示されているように構成すればよい。
更にまた、認識対象物品１が異なる種別を有する場合には、認識表示体１２として、図１（ｂ）に示すように、四以上の単位パターン印１３と、認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印１４とを有するようにすればよい。
【００１３】
また、支持機構６の好ましい態様としては、認識対象物品１に設けられた認識表示体１２が撮像具５の視野範囲に入って俯瞰可能に計測される第一の計測位置と、前記認識表示体１２が撮像具５の視野範囲に入り且つ前記第一の計測位置よりも高精度に計測される非正対計測位置Ｐ２からなる第二の計測位置とに撮像具５を移動させ、夫々の計測位置にて前記認識表示体１２を計測する態様が好ましい。
本態様によれば、第一の計測位置にて粗計測し、第二の計測位置にて高精度計測することができる点で好ましい。
ここで、第二の計測位置は第一の計測位置に比べて高精度に計測される非正対計測位置Ｐ２であればよく、第一の計測位置が正対計測位置Ｐ１、非正対計測位置Ｐ２のいずれでもよい。例えば第一の計測位置が非正対計測位置Ｐ２である場合には、第一の計測位置と第二の計測位置とは、認識対象物品１の認識表示体１２面に対する撮像具５の撮像面の角度、撮像具５の撮像面と前記認識表示体１２面との距離の少なくともいずれか一方を変化させたものであればよい。
更に、非正対計測位置Ｐ２からなる第二の計測位置は通常一箇所設定すればよいが、超精密計測あるいは微細部品の計測にあっては、必要に応じて複数箇所設定し、第二の計測位置にて複数段階計測を行うようにしてもよい。
また、複数計測方式を採用する態様にあっては、配置情報認識部の好ましい態様としては、第一の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識対象物品の認識表示部の位置及び姿勢からなる配置情報を算出し、この算出結果に基づいて支持機構により撮像具が移動させられる第二の計測位置を決定し、この第二の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識表示体の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する態様が挙げられる。
本態様では、認識対象物品１の認識表示部１２の位置・姿勢が変化したとしても、第一の計測位置での撮像具５による撮像情報に基づいて認識対象物品１の配置情報を算出することにより、認識対象物品１に対して相対的に決められた位置関係の第二の計測位置を決定することが可能である点で好ましい。
更に、上述した物品認識装置を利用すれば、物品処理装置が構築される。
この物品処理装置は、上述した物品認識装置と、この物品認識装置にて認識された認識対象物品１の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、認識対象物品１と同一又は認識対象物品１に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品２に対する処理動作を制御する制御部８と、この制御部８にて生成された制御信号に基づいて処理対象物品２に対する処理動作を実施する処理機構９と、を備えたものである。
このような技術的手段において、‘処理対象物品２’は‘認識対象物品１’と同一である態様に限られず、認識対象物品１に対して予め決められた位置関係にある別物品をも含む。
また、処理機構９は例えばロボットハンド等のマニピュレータを指す。
更に、‘処理対象物品２に対する処理動作’とは、処理対象物品２を把持したり、処理対象物品２を組み付けたり、処理対象物品２の組付状態する検査する等の各種処理動作を広く含む。
更に、撮像具５の好ましい支持機構６としては、処理機構９が撮像具５の支持機構を兼用する態様が挙げられる。
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は実施の形態１に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す説明図である。
＜採取処理装置の全体構成＞
同図において、採取処理装置は、整列トレイ２０上に整列配置された採取対象物品であるワークＷを順次採取し、所定の部位まで移動させるものである。
本実施の形態において、採取処理装置は、前記整列トレイ２０に位置及び姿勢からなる配置情報を認識するために設けられた認識表示体としてのパターンマーカ３０と、この整列トレイ２０のパターンマーカを撮像するカメラ４０と、前記整列トレイ２０上のワークＷを採取し且つ所定部位まで移動させるロボット５０と、前記カメラ４０の撮像タイミングを制御し、前記カメラ４０からの撮像情報を入力して前記整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、この認識した配置情報に基づいて後述する図１０のフローチャートに従ってロボット５０の動きを制御する制御装置６０とを備えている。
【００１５】
本例では、整列トレイ２０は、図２及び図３（ａ）に示すように、積み重ね可能な皿状のトレイ本体２１を有し、このトレイ本体２１には縦横に整列されたワーク収容凹部２５を形成すると共に、各ワーク収容凹部２５には夫々ワークＷを採取可能に収容するようにしたものである。
また、ロボット５０は多軸関節にて可動するロボットアーム５１の先端に把持動作可能なロボットハンド５２を有し、モーションキャプチャ等の入力軌跡情報に従ってロボットハンド５２による処理動作を教示すると共に、前記カメラ４０からの撮像情報に基づいて前記ロボットハンド５２による処理動作に補正を施すようにしたものである。
そして、本例では、前記カメラ４０はロボットハンド５２の一部に固着され、ロボットハンド５２によって予め決められた計測位置に設置されるようになっている。
【００１６】
＜パターンマーカ＞
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、図３（ａ）に示すように、整列トレイ２０のトレイ本体２１の頂部面２２を認識基準面とし、この頂部面２２の四隅に設けられる単位パターン印３１と、トレイ品本体２１の頂部面の隣接する二辺に沿って設けられる種別表示印３６とを有している。
ここで、単位パターン印３１の一つの代表的態様は、例えば図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も高濃度で周辺に向かって順次薄く変化する濃度パターンＰｃのグラデーション３２として表示されている。
また、単位パターン印３１の別の代表的態様は、図３（ｃ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も密にドット３３が分布して高濃度領域３４を形成し且つ周囲に向かってドット３３の分布が次第に粗くなって低濃度領域３５を形成するドットパターンとして表示されている。この場合、ドット３３の直径サイズ及びドット同士の間隔、配置位置を変えることで濃度分布を持たせることが可能である。
特に、ドットパターン方式は、インクジェットや電子写真方式の画像形成装置を利用した印刷により容易に形成される点で好ましい。
一方、種別表示印３６は、例えば収容すべきワークＷが複数の種類ある場合（例えば色による種別や、サイズによる種別など）に、該当する種別のワークＷとの整合を図る上でのＩＤ（Identification）表示となるものである。尚、本例では、種別表示印３６は二箇所に設けられているが、一箇所に設けるようにしてもよいし、あるいは、三箇所以上に分割して設けるようにしても差し支えない。
【００１７】
−ＬＥＤ表示板との対比−
図４（ｂ）に示すＬＥＤ表示板１８０は、パターンマーカ３０と異なり、基板１８１上に四つのＬＥＤ１８２（１８２ａ〜１８２ｄ）を設け、四つのＬＥＤ１８２のうち三つのＬＥＤ１８２（１８２ａ〜１８２ｃ）を基板１８１の同一面に設置し、この三つのＬＥＤ１８２を頂点とする三角形参照面１８３に対してｈだけ離間した垂線ｖ上に他の一つのＬＥＤ１８２（１８２ｄ）を設置し、前記三角形参照面１８３とこれの垂線上のＬＥＤ１８２（１８２ｄ）との位置関係から前記三角形参照面１８３の位置及び姿勢を求めるようにしたものである。尚、符号１８４はＩＤ用ＬＥＤである。
このＬＥＤ表示板１８０でも、確かに整列トレイ２０の位置及び姿勢は認識されるが、ＬＥＤ１８２を使用するための電源が必要であることから、このような電源が不要である点において本例のパターンマーカ３０の方が好ましい。
また、ＬＥＤ表示板１８０では、四つのＬＥＤ１８２を立体的に配置することで位置及び姿勢の認識精度を高める手法を採用しているが、パターンマーカ３０では単位パターン印３１の夫々は中心位置Ｃの周囲に順次変化する濃度分布を具備していることから、濃度分布の近似式から濃度分布の中心位置Ｃ（濃度の一番高い点）を高精度に算出することが可能である。このため、単位パターン印３１に対する認識精度が高いことに伴って、四つの単位パターン印３１を同一面に配置したとしても、四つの単位パターン印３１の中心位置に相当する頂点の位置を認識することで、図５に示すように、仮に、整列トレイ２０がＡ位置からＢ位置へ回転角αの回転を伴って変化した場合でも、整列トレイ２０の認識基準面である頂部面２２の位置及び姿勢が正確に認識される。
尚、本例では、単位パターン印３１は同一平面上に四つ設けられているが、これに限られるものではなく、例えば任意の六点に単位パターン印３１を設ける等してもよい。つまり、三次元の位置及び姿勢を認識することが可能であれば、適宜選定して差し支えなく、単位パターン印３１の数を四以上設けるようにすればよく、また、単位パターン印３１の設置箇所については同一平面に限らず、異なる平面にわたって設けるようにしてもよい。
【００１８】
−パターンマーカの製造例−
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、例えば図６に示すように、整列トレイ２０の頂部面２２の四隅並びに二辺に沿った箇所に夫々取付凹部３７を形成し、この取付凹部３７に前記単位パターン印３１及び種別表示印３６が印刷されたラベル３８を貼付するようにしたものである。このとき、例えば取付凹部３７の深さはラベル３８の厚さに相当するように選定され、単位パターン印３１及び種別表示印３６が認識基準面になる頂部面２２と面一になるように設定されている。尚、パターンマーカ３０は認識基準面となる頂部面２２と面一に設定されているが、必ずしも面一でなくても差し支えない。また、本例では、取付凹部３７を介してラベル３８を貼付するようにしているが、取付凹部３７を介さずに直接認識基準面となる頂部面２２に貼付するようにしても差し支えない。
また、本例では、パターンマーカ３０の単位パターン印３１は、整列トレイ２０の頂部面２２の縁部からある程度離間して設けることが好ましい。
例えば図７に示すように、単位パターン印３１の半径をＲ、単位パターン印３１の最外郭と頂部面２２の縁部との間隔をＳとすると、Ｓ＞２Ｒを満たすことが好ましい。これは、単位パターン印３１の中心位置Ｃを高精度に検出するためのアルゴリズムに基づくもので、単位パターン印３１の円パターンにかぶせる検出用の矩形ウィンドウが前記整列トレイ２０の頂部面２２の縁部（黒い縁取り部分で表示）と重ならないようにＳ＞２Ｒという関係を満たすようにしたものである。尚、パターンマーカ３０について異なる検出アルゴリズムを用いるようにすれば単位パターン印３１のレイアウトについては任意に設定できることは勿論である。
【００１９】
＜カメラの計測位置＞
本例では、カメラ４０は整列トレイ２０のパターンマーカ３０を撮像可能にすべき当該パターンマーカ３０に対向配置されている。
このとき、カメラ４０の計測位置について検討すると、図８（ａ）〜（ｃ）の態様が挙げられる。
先ず、図８（ａ）に示す態様は、カメラ４０の撮像面中心位置（視野範囲の中心位置）が整列トレイ２０のパターンマーカ３０のうち四つの単位パターン印３１の中心位置を含み、認識基準面である頂部面２２に正対した正対計測位置である場合である。
この態様では、カメラ４０とパターンマーカ３０との間の距離方向の計測精度が低下する懸念がある。
今、図９（ａ）（ｂ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０に正対している場合、パターンマーカ３０の単位パターン印３１間の幅寸法をカメラ４０で撮像される画像サイズＬとし、仮に、整列トレイ２０の認識基準面である頂部面２２上のパターンマーカ３０がθだけ微小に変化したときの画像サイズ変化をＬ’とすれば、Ｌ’＝Ｌ×ｃｏｓθという関係を満たす。
このことからすれば、画像サイズ変化Ｌ’は当初の画像サイズＬよりも小さくなることから、計測精度が低下することが理解される。
【００２０】
次に、図８（ｂ）に示す態様は、図８（ａ）の位置からカメラ４０の視野範囲中心位置がパターンマーカ３０の四つの単位パターン印３１の中心位置から外れるように、パターンマーカ３０の面に沿ってカメラ４０を平行移動させ、図８（ａ）の正対計測位置からオフセットした場合である。
この場合には、図８（ａ）の場合に比べて、カメラ４０の計測精度は向上する。但し、パターンマーカ３０がカメラ４０の視野範囲の中心位置から外れた位置となるため、カメラ４０のレンズ歪の影響により計測精度が低下する懸念がある。このとき、レンズ歪補正を行ったとしても、計測精度は低下する傾向にあるため、更に改善策を講ずることが好ましい。
これに対し、図８（ｃ）に示す態様は、カメラ４０の撮像面とパターンマーカ３０の面（認識基準面である整列トレイ２０の頂部面２２に相当）とが正対せず、カメラ４０の視野範囲中心がパターンマーカ３０の四つの単位パターン印３１の中心位置に対応して配置されている場合である。これは、図８（ｃ）に示すように、パターンマーカ３０の認識基準面に対してカメラ４０の撮像面を予め決められた角度だけ傾斜配置したものであり、カメラ４０の計測精度は向上する。つまり、図９（ａ）（ｂ）に示す場合を想定すれば、図８（ｃ）に示す態様は画像サイズＬ’に傾いたものと仮定することができ、これがθだけ回転して画像サイズ変化がＬに至ったものと考えられる。この場合、画像サイズの変化は、Ｌ＝Ｌ’／ｃｏｓθであることから、θの変化が大きい程、ｃｏｓθの値の変化が大きくなり、それに従い画像サイズの変化が大きいものとして与えられる。
よって、図８（ｃ）に示す態様ではカメラ４０の計測精度が向上することが理解される。
本実施の形態では、カメラ４０の計測位置として、図８（ａ）の正対計測位置と、図８（ｃ）の非正対計測位置とで二段階計測方式が採用される（図１１参照）。
【００２１】
＜ワーク採取処理＞
次に、本実施の形態に係る採取処理装置によるワーク採取処理について説明する。
先ず、制御装置６０は、図１０に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて整列トレイ２０のパターンマーカ３０を計測し、この後、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、整列トレイ２０に収容されている各ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識する。
特に、本実施の形態では、カメラ４０による計測方式は、図１１（ａ）に示すように、一段階位置（本例ではホームポジションである正対計測位置Ｐ１）に位置するカメラ４０にて整列トレイ２０のパターンマーカ３０を計測し、次いで、図１１（ｂ）に示すように、ロボットハンド５２にて予め決められた高精度計測可能位置としての二段階位置（非正対計測位置Ｐ２）にカメラ４０を移動させ、図１１（ｃ）に示すように、二段階位置に位置するカメラ４０にて整列トレイ２０のパターンマーカ３０を高精度計測する。
【００２２】
このとき、非正対計測位置Ｐ２は、正対計測位置Ｐ１に対しカメラの４０撮像面とパターンマーカ３０の認識基準面とが予め決められた角度βだけ傾斜するように設定されるが、この傾斜角度βの選定については適宜選定して差し支えないが、１５°〜７５°の範囲が好ましく、計測精度を高めるという点では、特には４５°付近に選定することがよい。
但し、例えば図１１に示すように、カメラ４０がロボットハンド５２に取り付けられている態様では、傾斜角度βが大きい程、計測後にロボットハンド５２を整列トレイ２０のワークＷ位置まで移動させる距離が大きくなり、生産タクトに影響することから、生産タクトを考慮すれば、計測精度が確保できる範囲で可能な限り傾斜角度βは小さい方が好ましい。
このため、本実施の形態では、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識するに当たって、カメラ４０の正対計測位置Ｐ１による計測情報を考慮し、非正対計測位置Ｐ２による計測による計測情報を更に補正し、高精度な計測情報を取得することが可能である。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、図１１（ｄ）に示すように、ロボットハンド５２にてワークＷを所定の部位へ移動させるべく採取（把持）する。
更に、制御装置６０は、ロボットハンド５２による整列トレイ２０のワークＷの採取処理が終了したか否かをチェックし、整列トレイＷの全てのワークＷの採取処理が終了した時点で、空整列トレイ２０の回収処理を実施する。
尚、空整列トレイ２０の回収処理の詳細例ついては、後述する実施の形態３で説明する。
【００２３】
この点、図１２（ａ）に示すように、カメラ４０の計測位置を正対計測位置Ｐ１に固定的に設置する比較の形態を仮定すると、カメラ４０による正対計測位置Ｐ１での計測情報が非正対計測位置Ｐ２での計測情報に比べてラフな精度であることから、その計測精度が不十分である場合には、例えば図１２（ｂ）に示すように、ロボットハンド５２による把持位置に誤差が生じて整列トレイ２０上のワークＷを把持できなかったり、逆に、図１２（ｃ）に示すように、ロボットハンド５２がワークＷに対し接近し過ぎて整列トレイ２０に衝突してしまう懸念が起こり得る。
【００２４】
◎変形の形態１
図１３は実施の形態１に係る採取処理装置の変形の形態１の全体構成を示す説明図である。
同図において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異なり、カメラ４０をロボットハンド５２とは切り離して固定的に設けたものである。尚、実施の形態１と同様な要素については、実施の形態１と同様な符号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、整列トレイ２０のパターンマーカ３０につき撮像可能な非正対計測位置Ｐ２にカメラ４０を予め設置しておけばよく、カメラ４０にてパターンマーカ３０を撮像することにより、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、これに伴って、整列トレイ２０の各ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識することが可能である。
このため、実施の形態１と略同様に、整列トレイ２０のワーク採取処理が実施される。
尚、この変形の形態１にあっても、ロボット５０とは別に可動支持機構を設け、この可動支持機構にて正対計測位置Ｐ１と非正対計測位置Ｐ２とで二段階計測するようにしてもよい。
【００２５】
◎実施の形態２
図１４は実施の形態２に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す。
同図において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、整列トレイ２０に付加されるパターンマーカ１１０の構成が実施の形態１のパターンマーカ３０と異なるものである。尚、実施の形態１と同様な要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、パターンマーカ１１０は、図１４及び図１５（ａ）（ｂ）に示すように、カード１２０表面に印刷されており、整列トレイ２０の頂部面２２の一部（例えば一隅部）に形成された取付凹部２３にカード１２０を固定するようにしたものである。
ここで、パターンマーカ１１０としては、図１６（ａ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばグラデーション１１２からなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様や、あるいは、図１６（ｂ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばドット１１３パターンからなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様が挙げられる。
【００２６】
＜パターンマーカの固定方法＞
パターンマーカ１１０の固定方法としては以下のものが挙げられる。
図１７（ａ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２に形成された取付凹部２３の周壁に弾性変形可能な押さえ突片１３０を設け、パターンマーカ１１０が印刷されたカード１２０を前記押さえ突片１３０を弾性変形させながら取付凹部２３内に収容し、取付凹部２３内のカード１２０の周囲を押さえ突片１３０で押さえ込むようにしたものである。尚、本例では、前記押さえ突片１３０を弾性変形させながら、前記カード１２０を取り外すことは可能である。
また、図１７（ｂ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２に形成された取付凹部２３の底部及びパターンマーカ１１０が印刷されたカード１２０の四隅に取付孔１３１，１３２を開設し、図示外の止め具にて前記取付凹部２３内にカード１２０を固定するようにしたものである。
更に、図１８（ａ）に示す態様は、紙や樹脂製のラベル１４０にパターンマーカ１１０を印刷し、整列トレイ２０の取付凹部２３の底部にラベル１４０を貼り付けるようにしたものである。
更にまた、図１８（ｂ）に示す態様は、整列トレイ２０の頂部面２２の取付凹部２３の底部にパターンマーカ１１０を直接印刷するようにしたものである。
【００２７】
このように、本実施の形態では、整列トレイ２０の一部にパターンマーカ１１０を設けるようにしたので、カメラ４０にて整列トレイ２０の一部のパターンマーカ１１０を計測することにより、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、これに基づいて、ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能であり、実施の形態１と同様に、ワークＷの採取処理が実施される。
また、本実施の形態では、整列トレイ２０の頂部面２２の一隅部にパターンマーカ１１０を設置しているが、パターンマーカ１１０の設置箇所については適宜変更して差し支えなく、例えば図１９（ａ）に示すように、例えばワークＷ収容数の多い整列トレイ２０にあっては、整列トレイ２０の頂部面２２の中央付近にパターンマーカ１１０を設置するようにしたり、あるいは、図１９（ｂ）に示すように、整列トレイ２０の頂部面２２の対角位置にある隅部に一対のパターンマーカ１１０を設置する等複数のパターンマーカ１１０を設置するようにしてもよい。
特に、複数のパターンマーカ１１０を設置する場合には、夫々のパターンマーカ１１０に対応した部位の位置及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能になるため、整列トレイ２０の配置情報がより正確に認識される。
【００２８】
◎実施の形態３
図２０（ａ）（ｂ）は実施の形態３に係る物品処理装置としての採取処理装置の全体構成を示す。
同図において、採取処理装置は、実施の形態１と略同様に、整列トレイ２０に収容されたワークＷに対して採取処理すると共に、ワークＷの採取処理が完了して空になった空整列トレイ２０’を回収処理（採取処理の一態様）するものである。
同図において、符号１５０はワークＷが収容されている整列トレイ（本実施の形態では必要に応じて実トレイと称する）２０及びワークＷの採取処理が終了して空になった空整列トレイ（本実施の形態では必要に応じて空トレイと称する）２０’を置くトレイ置き台であり、このトレイ置き台１５０上には実トレイ置き場１５１及び空トレイ置き場１５２が隣接して確保されている。
また、本実施の形態において、図示外の制御装置は、カメラ４０の撮像タイミングを制御すると共に、ロボット５０を制御し、実施の形態１と略同様なワークＷの採取処理を実施し、更に、図２１に示すフローチャートに従って空トレイ回収処理を実施する。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る採取処理装置による空トレイ回収処理を模式的に示す。
先ず、制御装置は、整列トレイ２０内の各ワークＷに対して採取処理を順次繰り返す。
そして、制御装置は、図２１に示すように、例えばカメラ４０で整列トレイ２０全体を監視し、所定の整列トレイ２０からのワークＷ採取処理（ワーク取出処理）が全て終了したか否かをチェックし、図２２（ａ）に示すように、整列トレイ２０が空トレイ２０’に至ったと仮定すると、カメラ４０にて実トレイ置き場１５１の空トレイ２０’のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測：図１１参照）する（図２２（ｂ）参照）。
この結果、制御装置は、空トレイの一及び姿勢からなる配置情報を認識し、ロボットハンド５２に空トレイ回収動作を指示し、ロボットハンド５２にて空トレイ２０’のワーク収容凹部２５間の被把持部２６を把持し（図２３（ａ）参照）、空トレイ置き場１５２に前記空トレイ２０’を移動させる（図２３（ｂ）参照）。
次いで、制御装置は、空トレイ置き場１５２にて既に回収されて積み重ねられている最上部の空トレイ２０’のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測：図１１参照）し（図２４（ａ）参照）、当該空トレイ２０’の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する。
【００３０】
この状態において、制御装置は、空トレイ置き場１５２の配置情報に基づいてロボットハンド５２の動きを制御し、空トレイ置き場１５２に移動した空トレイ２０’を既に置いてある空トレイ２０’の上に正確に積み重ねる（図２４（ｂ）参照）。
このように、本実施の形態では、整列トレイ２０の位置及び姿勢からなる配置情報が認識されることから、位置決め機構や空トレイの回収機構等は必要なく、単にトレイ置き台１５０を用意すれば、空トレイ２０’の回収処理が実現される。
尚、本実施の形態では、ワークＷの採取処理に加えて、空トレイ２０’の回収処理の全てにつき、整列トレイ２０，空トレイ２０’のパターンマーカ３０に対しカメラ４０による二段階計測を実施しているが、例えばロボットハンド５２による処理精度の高低に応じて、例えばより高精度が要求されるワークＷの採取処理については、整列トレイ２０のパターンマーカ３０に対しカメラ４０による二段階計測を実施し、高精度を要するが少しラフ精度でよい空トレイ２０’の回収処理については、空トレイ２０’のパターンマーカ３０に対しカメラ４０による一段階計測（正対計測位置による計測又は非正対計測位置による計測）を実施するようにしてもよい。
【００３１】
−比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置−
これに対し、図２５に示す比較の形態に係る整列トレイによるワーク取出装置２００は、実トレイ２０を搬送する実トレイ搬送コンベア２０１と、空トレイ２０’を搬送する空トレイ搬送コンベア２０２と、実トレイ搬送コンベア２０１から搬入された実トレイ２０をワーク取出ステージにて供給すると共に空トレイ２０’になったものを空トレイ搬送コンベア２０２に回収するように昇降する昇降台２０３と、前記ワーク取出ステージにて実トレイ２０内のワークを取出す取出しロボット２０５とを備えている。
本例においては、ワーク取出ステージにて実トレイ２０の位置決めを高精度に行うために、二方向にて位置決めする位置決め基準部材２０６，２０７に対し実トレイ２０を二方向から押し付ける位置決め機構２０８を設けることが必要になるばかりか、空トレイ２０’を回収するために昇降台２０５や空トレイ搬送コンベア２０２が必要不可欠になり、その分、設備が複雑化する懸念がある。
また、仮に、実トレイ２０の位置決めをラフにした場合には、取出しロボット２０５側に高精度の位置決め機構を設けたり、位置決め用の治具に一旦実トレイ２０をセットしてからワークＷを再度把持するなど、設備構成が複雑化する懸念がある。
【００３２】
◎実施の形態４
図２６（ａ）〜（ｄ）は実施の形態４に係る物品処理装置としての採取処理装置の採取処理過程を模式的に示す説明図である。
本実施の形態において、採取処理装置の基本的構成は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異なり、採取対象物品としてのワークＷにパターンマーカ１７０を付加したものである。
ここで、パターンマーカ１７０としては、実施の形態１〜３に示す各種方式（ラベル式やカード式など）で付加するようにしても差し支えないが、これに限られるものではなく、例えば本実施の形態のように、ワークＷの表面に例えば型成形時に表面刻印模様としてパターンマーカ１７０を施すことは可能である。
この場合、パターンマーカ１７０は、例えばコーナーキューブ（立方体内面の隅の性質を利用した光などを元の方向へ反射する器具）のように、再帰反射を利用して必要な各機能部（単位パターン印、種別表示印）を構成し、カメラ４０に撮像可能とすればよい。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る採取処理装置によるワーク採取処理について説明する。
本実施の形態では、図示外の制御装置は、図２６（ａ）〜（ｃ）に示すように、先ずカメラ４０にてワークＷに形成されたパターンマーカ１７０を二段階計測（正対計測位置Ｐ１による計測＋非正対計測位置Ｐ２による計測）し、この後、ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を直接認識する。
本例では、ワークＷの位置及び姿勢からなる配置情報を認識するに当たって、カメラ４０の正対計測位置Ｐ１による計測情報を考慮し、非正対計測位置Ｐ２による計測による計測情報を更に補正し、高精度な計測情報を取得することが可能である。
この後、図示外の制御装置は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、図２６（ｄ）に示すように、ロボットハンド５２にてワークＷを所定の部位へ移動させるべくワークＷを採取（把持）する。
【００３４】
◎実施の形態５
図２７は実施の形態５に係る物品処理装置としての採取処理装置で用いられる採取対象物品の認識構造を示す。
同図において、採取対象物品であるワークとしては、例えば電子写真方式の画像形成装置において用いられるトナーを供給するためのトナーカートリッジ１６０が挙げられている。
このトナーカートリッジ１６０は、トナーが収容されるトナー容器１６１を有し、このトナー容器１６１の一側面１６２にパターンマーカ１７０を付加したものである。
本例において、パターンマーカ１７０は、トナー容器１６１の一側面１６２の一部に正方形領域Ｕの頂点に対応する四箇所に単位パターン印１７１を設けると共に、前記正方形領域Ｕの二辺に沿って種別表示印１７６を設けたものである。
ここで、単位パターン印１７１及び種別表示印１７６はラベルやカードに付加して取り付けるようにしてもよいが、本例では、型成形時の表面刻印模様として形成されており、例えばコーナーキューブ（立方体内面の隅の性質を利用した光などを元の方向へ反射する器具）のように、再帰反射を利用して必要な各機能部がトナー容器１６１に直接刻印されて設けられている。特に、単位パターン印１７１は例えばドット１７３の大きさや配置関係を変えるドットパターンによって、中心位置Ｃが高濃度領域１７４で周囲に向かって次第に低下する濃度分布を有するものとして構成されている。また、種別表示印１７６はトナーの色や種類を種別するために設けられるものであって、例えばバーコード形式や符号形式にて構成されている。
このようなパターンマーカ１７０をトナーカートリッジ１６０に付加するようにすれば、トナーカートリッジ１６０の一及び姿勢からなる配置情報を認識することが可能になるため、例えばロボットにてトナーカートリッジ１６０を自動装着するようなシステムが容易に構築される。
【００３５】
また、トナー容器１６１の一側面１６２にパターンマーカ１７０を設ける態様では、図２８に示すように、単位パターン印１７１はトナー容器１６１の一側面１６２の周縁部やテーパ部などの段差部１６３との間にある程度の空間領域Ｑを確保することが好ましい。これは、単位パターン印１７１の中心位置Ｃを高精度に検出するためのアルゴリズムに基づくもので、単位パターン印１７１の円パターンにかぶせる検出用の矩形ウィンドウが前記段差部１６３と重ならないようにＳ＞２Ｒという関係を満たすようにしたものである。尚、パターンマーカ１７０について異なる検出アルゴリズムを用いるようにすれば単位パターン印１７１のレイアウトについては任意に設定できることは勿論である。
更に、トナーカートリッジ１６０に対しパターンマーカ１７０を形成する箇所については、必ずしもトナー容器１６１の一側面１６２である必要はなく、例えば図２９（ｂ）に示すように、トナー容器１６１の一端部１６４にパターンマーカ１７０を設けるようにしてもよい。この場合、例えば図２９（ａ）に示すように、整列収容箱１９０に多数のトナーカートリッジ１６０を生産ライン等で整列収容した場合であっても、整列収容箱１９０に収容されているトナーカートリッジ１６０の位置及び姿勢からなる配置情報を正確に認識することが可能になる。
【００３６】
◎実施の形態６
図３０は実施の形態６に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
＜組立処理装置の全体構成＞
同図において、組立処理装置は、組立パレット（組立基台に相当）８０上の予め決められた部位に組付受部品７０を配置し、この組付受部品７０に組付部品１００を組み付けるようにしたものである。
本実施の形態において、組立処理装置は、前記組立パレット８０に位置及び姿勢からなる配置情報を認識するために設けられた認識表示体としてのパターンマーカ３０と、この組立パレット８０のパターンマーカ３０を撮像するカメラ４０と、前記組立パレット８０の組付受部品７０に対し組付部品１００を所定部位まで移動させるロボット５０と、前記カメラ４０の撮像タイミングを制御し、前記カメラ４０からの撮像情報を入力して前記組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、この認識した配置情報に基づいて後述する図１０のフローチャートに従ってロボット５０の動きを制御する制御装置６０とを備えている。
本例では、組立パレット８０は、図３０及び図３１（ａ）に示すように、搬送コンベア８５に沿って移動する板状のパレット本体８１を有し、このパレット本体８１の予め切れられた部位に前記組付受部品７０を位置決め固定したものである。
また、ロボット５０は多軸関節にて可動するロボットアーム５１の先端に把持動作可能なロボットハンド５２を有し、モーションキャプチャ等の入力軌跡情報に従ってロボットハンド５２による処理動作を教示すると共に、前記カメラ４０からの撮像情報に基づいて前記ロボットハンド５２による処理動作に補正を施すようにしたものである。
本例では、ロボットハンド５２に組付部品１００が把持され、組立パレット８０上の組付受部品７０に対し組付部品１００が組付けられるようになっている。尚、本例の組付受部品７０は組付用凹部７１を有しており、この組付用凹部７１に前記組付部品１００が嵌り込んで組み付けられるものである。
そして、本例では、前記カメラ４０はロボットハンド５２の一部に固着され、ロボットハンド５２によって予め決められた計測位置に設置されるようになっている。
【００３７】
＜パターンマーカ＞
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、図３１（ａ）に示すように、組立パレット８０のパレット本体８１の頂部面８２を認識基準面とし、この頂部面８２の四隅に設けられる単位パターン印３１と、パレット本体８１の頂部面８２の隣接する二辺に沿って設けられる種別表示印３６とを有している。
ここで、単位パターン印３１の一つの代表的態様は、例えば図３１（ｂ）に示すように、中心位置Ｃが最も高濃度で周辺に向かって順次薄く変化する濃度パターンＰｃのグラデーション３２として表示されている（図３（ｂ）参照）。
また、単位パターン印３１の別の代表的態様は、中心位置Ｃが最も密にドット３３が分布して高濃度領域３４を形成し且つ周囲に向かってドット３３の分布が次第に粗くなって低濃度領域３５を形成するドットパターンとして表示されている（図３（ｂ）参照）。この場合、ドット３３の直径サイズ及びドット同士の間隔、配置位置を変えることで濃度分布を持たせることが可能である。
特に、ドットパターン方式は、インクジェットや電子写真方式の画像形成装置を利用した印刷により容易に形成される点で好ましい。
一方、種別表示印３６は、例えば組立パレット８０に配置すべき組付受部品７０が複数の種類ある場合（例えば色による種別や、サイズによる種別など）に、該当する種別の組付受部品７０との整合を図る上でのＩＤ（Identification）表示となるものである。また、本例では、種別表示印３６は二箇所に設けられているが、一箇所に設けるようにしてもよいし、あるいは、三箇所以上に分割して設けるようにしても差し支えない。
尚、パターンマーカ３０の製造例や、カメラ４０の計測方式になどについては実施の形態１と略同様である。
【００３８】
＜組立処理＞
次に、本実施の形態に係る組立処理装置による組立処理（組立受部品への組付部品の組付処理）について説明する。
先ず、制御装置６０は、図３２に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて組立パレット８０のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し、この後、組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、組立パレット８０に位置決めされている組付受部品７０の位置及び姿勢からなる配置情報を間接的に認識する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、ロボットハンド５２にて組付部品１００を所定の部位へ移動させるべく把持する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２にて組立パレット８０上の組付受部品７０に対して組付部品１００を組付け、当該組付動作が終了した時点でロボットハンド５２を予め決められた退避位置（例えばホームポジション）に退避させる。
【００３９】
−組立パレットの位置精度−
このような組立処理において、組立パレット８０は組立処理ステージに到達すると停止させることが必要である。この種の停止構造としては、例えば図３３（ａ）（ｂ）に示すように、搬送コンベア８５の予め決められた部位に出没自在なストッパ８６を設けると共に、このストッパ８６に対向する組立パレット８０の縁部にはＶ字状のストッパ溝８７を設け、このストッパ溝８７にストッパ８６を当接させるようにすればよい。
このとき、図３３（ｂ）に示すように、組立パレット８０がストッパ８６を支点として回転角θ１だけ回転ずれを生じたり、あるいは、図３３（ｃ）に示すように、搬送コンベア８５の位置精度に伴って組立パレット８０の姿勢が水平姿勢からある程度傾く懸念があり、組立パレット８０の停止時の位置精度はある程度ラフになる。
しかしながら、仮に、組立パレット８０が回転角θ１の回転ずれを生じたり、搬送コンベア８５上で傾斜角θ２にて傾斜配置されたとしても、カメラ４０にて組立パレット８０のパターンマーカ３０を撮像することにより、組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報が認識されることため、組立パレット８０の回転ずれ量や傾き量について、ロボット５０にフィードバックすることにより、組立パレット８０上の組付受部品７０に対し組付部品１００は正確に組み付けられる。
【００４０】
−比較の形態に係る組立パレットの位置決め、停止機構−
また、搬送コンベア８５を流れる組立パレット８０’を工程毎に停止させて組立作業を行うに当たり、組立パレット８０’を高精度で位置決めする手法としては、図３４（ａ）に示すように、組立パレット８０’の搬送方向側にストッパ８６’を設けると共に、組立パレット８０’の搬送方向に交差する交差方向に対し一対の位置決め部材８８’を設け、組立パレット８０’を３点方向から位置決め拘束する態様を採用するか、あるいは、図３４（ｂ）に示すように、前記ストッパ８６’に加えて、昇降機構８９’にて前記ストッパ８６’で停止させた組立パレット８０’を搬送コンベア８５から上昇させて配置する態様が挙げられるが、これらは装置構成上複雑化するという懸念がある。
このように、本実施の形態に係る組立パレット８０を用いた組立処理によれば、比較の形態のように装置構成上複雑にすることなく、組立パレット８０の位置及び姿勢からなる配置情報を正確に認識することが可能であるため、この組立パレット８０の配置情報をロボット５０側にフィードバックすることで、組立パレット８０上の組付受部品７０に対する組付部品１００の組付位置が正確に割り出される点で好ましい。
【００４１】
◎変形の形態６−１
図３５（ａ）は実施の形態６に係る組立処理装置の変形の形態６−１の要部を示す。
同図において、組立処理装置の基本的構成は、実施の形態６と略同様であるが、組立パレット８０に付加されるパターンマーカ１１０の構成が実施の形態６のパターンマーカ３０と異なるものである。尚、実施の形態６と同様な要素については実施の形態６と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、パターンマーカ１１０は、図３５（ａ）に示すように、カード１２０表面に印刷されており、組立パレット８０の頂部面８２の一部（例えば一隅部）に形成された取付凹部８３にカード１２０を固定するようにしたものである。
ここで、パターンマーカ１１０としては、例えば図１６（ａ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばグラデーション１１２からなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様や、あるいは、図１６（ｂ）に示すように、カード１２０の表面の四隅に設けられる例えばドット１１３パターンからなる単位パターン印１１１と、カード１２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印１１６とを有する態様が挙げられる。
尚、パターンマーカ１１０の固定方法やレイアウトについては、図１７〜図１９に示す態様と同様に適宜設計変更して差し支えない。
【００４２】
◎変形の形態６−２
図３６（ａ）（ｂ）は実施の形態６に係る組立処理装置の変形の形態６−２の要部を示す説明図である。
この変形の形態６−２は、カメラ４０とロボット５０とを切り離し、非正対計測位置にカメラ４０を固定的に設置し、組立パレット８０上のパターンマーカ３０を高精度に計測するようにしたり、ロボット５０とは別の可動支持機構にて支持する等適宜設計変更して差し支えない。
◎変形の形態６−３
図３７（ａ）（ｂ）は実施の形態６に係る組立処理装置の変形の形態６−３の要部を示す説明図である。
この変形の形態６−３は、組立パレット８０の頂部面８２の隅部にパターンマーカ１１０の付されたカード１２０を傾斜支持台１４５を介して水平方向に対し傾斜角θだけ傾斜配置する一方、前記組立パレット８０の頂部面８２に撮像面が対向するようにカメラ４０を設置し、カメラ４０の撮像面とカード１２０上のパターンマーカ１１０面とが非正対しないようにしたものである。
本態様にあっても、実施の形態６や変形の形態６−１，６−２に示す態様と同様に、組立パレット８０のパターンマーカ１１０面に対してカメラ４０の撮像面をθだけ傾斜配置したことになるため、この非正対計測位置にてパターンマーカ１１０を計測した場合には、パターンマーカ１１０の配置情報につき高精度の計測結果が得られる。
【００４３】
◎実施の形態７
図３８は実施の形態８に係る物品処理装置としての組立処理装置の全体構成を示す説明図である。
＜組立処理装置の全体構成＞
同図において、組立処理装置は、図示外の組付受部品に対し組付部品１００を自動組付けし、その組付け状態を検査するものである。
本実施の形態では、組立処理装置は、組付部品１００に位置及び姿勢からなる配置情報を認識するために設けられた認識表示体としてのパターンマーカ３０と、この組付部品１００のパターンマーカ３０を撮像するカメラ４０と、組付部品１００を把持し且つ組付受部品に対して前記組付部品１００を組付ける支持機構としてのロボット５０と、前記カメラ４０の撮像タイミングを制御し、前記カメラ４０からの撮像情報を入力して前記組付部品１００の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、この認識した配置情報に基づいて後述する図４０に示すフローチャートに従ってロボット５０の動きを制御する制御装置６０とを備えている。
本例では、ロボット５０は多軸関節にて可動するロボットアーム５１の先端に把持動作可能なロボットハンド５２を有し、モーションキャプチャ等の入力軌跡情報に従ってロボットハンド５２による処理動作を教示すると共に、前記カメラ４０からの撮像情報に基づいて前記ロボットハンド５２による処理動作に補正を施すようにしたものである。
そして、本例では、前記カメラ４０はロボットハンド５２の一部に固着され、ロボットハンド５２によって予め決められた計測位置に設置されるようになっている。
また、組付部品１００は用途に応じて任意に選定されるが、本実施の形態では、例えば略直方体状の部品本体１０１の底部に一対の位置決め脚部１０３を有し、組付受部品７０（図４１参照）の位置決め凹部７３に挿入される形で組付けられるようになっている。
【００４４】
＜パターンマーカ＞
本実施の形態において、パターンマーカ３０は、図３９（ａ）（ｂ）に示すように、組付部品１００の部品本体１０１の頂部面１０２を認識基準面とし、この頂部面１０２の四隅に設けられる単位パターン印３１と、部品本体１０１の頂部面１０２の隣接する二辺に沿って設けられる種別表示印３６とを有している。尚、図３９（ａ）中、符号７０は組付受部品を指す。
ここで、単位パターン印３１の一つの代表的態様は、例えば図３９（ｃ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も高濃度で周辺に向かって順次薄く変化する濃度パターンＰｃのグラデーション３２として表示されている。
また、単位パターン印３１の別の代表的態様は、図３９（ｄ）及び図４（ａ）に示すように、中心位置Ｃが最も密にドット３３が分布して高濃度領域３４を形成し且つ周囲に向かってドット３３の分布が次第に粗くなって低濃度領域３５を形成するドットパターンとして表示されている。この場合、ドット３３の直径サイズ及びドット同士の間隔、配置位置を変えることで濃度分布を持たせることが可能である。
特に、ドットパターン方式は、インクジェットや電子写真方式の画像形成装置を利用した印刷により容易に形成される点で好ましい。
一方、種別表示印３６は、例えば組付受部品７０が複数の種類ある場合（例えば色による種別や、サイズによる種別など）に、該当する種別の組付受部品との整合を図る上でのＩＤ（Identification）表示となるものである。また、本例では、種別表示印３６は二箇所に設けられているが、一箇所に設けるようにしてもよいし、あるいは、三箇所以上に分割して設けるようにしても差し支えない。
尚、パターンマーカ３０の製造例や、カメラ４０の計測方式になどについては実施の形態１と略同様である。
【００４５】
＜組立処理＞
次に、本実施の形態に係る組立処理装置による組立処理について説明する。
−組付部品の組付処理−
先ず、制御装置６０は、図４０に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて組付前の組付部品１００のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し（図４１の部品認識過程参照）、この後、組付前の組付部品１００の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、ロボットハンド５２にて組付部品１００を把持する（図４１の部品把持過程を参照）と共に、ロボットハンド５２にて組付受部品７０に組付部品１００を組付ける（図４１の部品組付過程参照）。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２による組付部品２０の組付処理動作を終了したものと判断し、ロボットハンド５２を予め決められた退避位置に退避させる。
【００４６】
−組付部品の組立検査−
次いで、制御装置６０は、カメラ４０にて組付後の組付部品のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し、組付後の組付部品１００の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する（図４１の部品確認過程参照）。
そして、計測値が予め定めた許容レベルか否かをチェックし、許容レベル内であれば組立検査は良好（ＯＫ）と判断し、一方、許容レベルを超える場合には組立検査は不良（ＮＧ）と判断する。
より具体的には、図４２（ａ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＺ軸方向の位置データを取得することで、Ｚ軸方向の浮き（ΔＺ）を算出することができる。
また、図４２（ｂ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＹ軸回りの位置データを取得することで、Ｙ軸回りの傾き（θｙ）を算出することができる。
更に、図４２（ｃ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置データを取得することで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置ずれ（ΔＸ、ΔＹ）を算出することができる。
更にまた、図４２（ｄ）に示すように、カメラ４０がパターンマーカ３０の各単位パターン印３１の撮像情報からＺ軸回りの位置データを取得することで、Ｚ軸回りの回転ずれ（θｚ）を算出することができる。
【００４７】
＜比較の形態による組付部品の組立検査＞
図４３（ａ）は組付部品１００’にパターンマーカを付さない比較の形態を示し、図４３（ｂ）に示すように、組付受部品７０’に組付部品１００’が正常に組付けられれば、組付部品１００’が例えばＺ軸方向に浮いたり、Ｙ軸回りに傾くことはない。
しかしながら、組付受部品７０’に対して組付部品１００’が正常に組付けられない場合には、例えば図４４（ａ）に示すように、Ｚ軸方向の変位センサ（例えば非接触式のレーザ変位センサ又は接触式の変位センサ）２１１にてＺ軸方向の位置データを取得することで、Ｚ軸方向の浮き（ΔＺ）を算出する必要がある。
また、図４４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に離間した２台のＺ軸方向の変位センサ（非接触式のレーザ変位センサ又は接触式変位センサ）２１２，２１３からの計測値の差分に基づいてＸ軸回りの傾きθｘ、Ｙ軸回りの傾きθｙを算出する必要がある。
更に、図４４（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の変位センサ（例えば非接触式のレーザ変位センサ又は接触式の変位センサ）２１４，２１５にてＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置データを取得することにで、Ｘ軸方向の位置ずれ（ΔＸ）、Ｙ軸方向の位置ずれ（ΔＹ）を算出する必要がある。
更にまた、図４４（ｄ）に示すように、例えばＸ軸方向に離間したＹ軸方向の変位センサ（例えば非接触式のレーザ変位センサ又は接触式の変位センサ）２１６，２１７からの計測値の差分に基づいてＺ軸回りの回転ずれθｚを算出する必要がある。
このように、夫々の変位を算出するには、一部共用することは可能かも知れないが、多くの変位センサ２１１〜２１７を要することから、設備構成が複雑化する懸念がある。
【００４８】
◎実施の形態８
図４５は実施の形態８に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す説明図である。
本実施の形態において、組立処理装置の基本的構成は、実施の形態７と略同様であるが、実施の形態７と異なり、組付受部品７０の頂部面７２にも、組付部品１００のパターンマーカ３０と略同様な構成のパターンマーカ２３０が設けられている。本例では、パターンマーカ２３０は、頂部面７２の四隅に設けられる単位パターン印２３１と、頂部面７２の二辺に沿って設けられる種別表示印２３６とを有している。
そして、本例では、カメラ４０が組付部品１００のパターンマーカ３０を撮像すると共に、組付受部品７０のパターンマーカ２３０をも撮像するようになっており、実施の形態７と同様な制御装置６０は図４６に示すフローチャートに従ってカメラ４０及びロボット５０（実施の形態６参照）を制御するものである。
【００４９】
次に、図４６に基づいて本実施の形態の組立処理装置の作動について説明する。
先ず、制御装置６０は、図４６に示すフローチャートを実行し、カメラ４０及びロボット５０に対して制御信号を送出する。
同図において、制御装置６０は、先ずカメラ４０にて組付前の組付部品１００のパターンマーカ３０を二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）し（図４７の部品認識過程参照）、この後、組付前の組付部品１００の位置及び姿勢からなる配置情報を認識する。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２の移動動作を決定し、ロボットハンド５２にて組付部品２０を把持する（図４７の部品把持過程を参照）。
次いで、制御装置６０は、カメラ４０にて組付受部品７０のパターンマーカ２３０を二段階計測し、組付受部品７０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識すると共に、ロボットハンド５２の移動動作を補正し、ロボットハンド５２にて組付受部品７０に組付部品１００を組付ける（図４７の部品組付過程を参照）。
この後、制御装置６０は、ロボットハンド５２による組付部品２０の組付処理動作を終了したものと判断し、ロボットハンド５２を予め決められた退避位置に退避させる。
【００５０】
次いで、制御装置６０は、カメラ４０にて組付後の組付部品１００、組付受部品７０のパターンマーカ３０、２３０を二段階計測し、組付後の組付部品１００、組付受部品７０の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する（図４７の部品確認過程参照）。
そして、両者の相対位置関係から、計測値が予め定めた許容レベルか否かをチェックし、許容レベル内であれば組立検査は良好（ＯＫ）と判断し、一方、許容レベルを超える場合には組立検査は不良（ＮＧ）と判断する。
特に、本実施の形態では、組付受部品７０についても、位置及び姿勢の配置情報を認識するので、組付受部品７０への組付部品１００の組付精度が良好に保たれるばかりが、組付け後の組立検査過程でも、組付部品１００及び組付受部品７０の相対位置関係が認識されることから、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付け状態が実施の形態７よりも正確に検査される。
尚、本実施の形態では、組立検査過程で組付受部品７０の位置及び姿勢に関する配置情報をも認識するようにしているが、組付受部品７０へ組付部品１００を組付ける際に、組付受部品７０の位置及び姿勢に関する配置情報を認識するようにしているため、組立検査過程では、組付受部品７０の配置情報の認識処理を省略してもよい。
【００５１】
◎実施の形態９
図４８（ａ）は実施の形態９に係る物品処理装置としての組立処理装置の要部を示す。
同図において、組立処理装置は、実施の形態８と略同様であるが、実施の形態８と異なり、組立治具（組立基台に相当）３００の予め決められた部位に組付受部品７０を位置決めし、前記組立治具３００の一部にパターンマーカ２３０と同様なパターンマーカ３１０を設けるようにしたものである。
本実施の形態において、パターンマーカ３１０はカード３２０表面に印刷されており、組立治具３００の頂部面３０１の一部に形成された取付凹部３０２にカード３２０を固定するようにしたものである。
ここで、パターンマーカ３１０としては、図４８（ａ）に示すように、カード３２０の表面の四隅に設けられる例えばグラデーションからなる単位パターン印３１１と、カード３２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印３１６とを有する態様や、あるいは、カード３２０の表面の四隅に設けられる例えばドットパターンからなる単位パターン印３１１と、カード３２０表面の二辺に沿って設けられる種別表示印３１６とを有する態様が挙げられる。尚、パターンマーカの固定方法などは適宜選定して差し支えない。
【００５２】
このように、本実施の形態では、組立治具３００にパターンマーカ３１０を設けるようにしたので、カメラ４０にて組立治具３００のパターンマーカ３１０を計測することにより、組立治具３００の位置及び姿勢に関する配置情報を認識し、これに基づいて、組付受部品７０の位置及び配置情報を認識することが可能である。このため、組付受部品７０に組付部品１００を組付けるに当たり、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付処理が正確に行われる。
また、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付けが完了した後、組付部品１００のパターンマーカ３０及び組立治具３００のパターンマーカ３１０を計測することで、組付部品１００及び組立治具３００の位置及び姿勢からなる配置情報に基づいて、組付部品０及び組付受部品７０の相対位置関係を認識し、もって、組付受部品７０に対する組付部品１００の組付け状態をチェックすることが可能である。
尚、本実施の形態では、図４８（ａ）に示すように、組立治具３００の頂部面３０１の一部の取付凹部３０２にパターンマーカ３１０を設けるようにしているが、これに限られるものではなく、図４８（ｂ）に示すように、組立治具３００の頂部面３０１の四隅及び二辺に沿ってパターンマーカ３１０（単位パターン印３１１＋種別表示印３１６）を設けるようにしてもよいことは勿論である。
【００５３】
◎実施の形態１０
図４９（ａ）（ｂ）はコネクタ装置の挿入状態を検査するための組立検査装置の要部を示す。
図４９（ａ）はコネクタ装置３５０の要素である雄コネクタ３５１と雌コネクタ３５２とが未挿入な状態を示す説明図、同図（ｂ）は両者が挿入された状態を示す説明図である。
本例では、雄コネクタ３５１及び雌コネクタ３５２の同じ側に位置する一側面には夫々パターンマーカ３６０，３７０が設けられている。これらのパターンマーカ３６０，３７０はいずれも一側面の四隅に設けられる単位パターン印３６１，３７１と、一側面の二辺に沿って設けられる種別表示印３６６，３７６とを有する。
これらのパターンマーカ３６０，３７０は、図４９（ｂ）に示すように、雌コネクタ３５２に雄コネクタ３５１が挿入組付けられた後にカメラ４０にて二段階計測（正対計測位置による計測＋非正対計測位置による計測）又は非正対計測位置による高精度計測される。
そして、図示外の制御装置は、計測された撮像情報に基づいて、雄コネクタ３５１及び雌コネクタ３５２のパターンマーカ３６０，３７０の位置及び姿勢からなる配置情報を認識し、両者の相対位置関係を演算することで両者の組付け状態をチェックする。
尚、雄コネクタ３５１、雌コネクタ３５２の夫々のパターンマーカ３６０，３７０に異なる種別表示印（ＩＤ）を割り付けることで夫々の雄コネクタ３５１，雌コネクタ３５２の配置情報を正確に認識することが可能である。
また、本実施の形態では、雄コネクタ３５１、雌コネクタ３５２に夫々パターンマーカ３６０，３７０を設けるようにしているが、例えばプリント基板３５５上の予めきめられた部位に雌コネクタ３５２が設けられる態様では、雌コネクタ３５２に変えてプリント基板３５５にパターンマーカを設け、これと雌コネクタ３５２に挿入組付けされた雄コネクタ３５１のパターンマーカ３６０とで両者の相対位置関係を認識するようにしても差し支えない。
【実施例】
【００５４】
◎実施例１
実施の形態１に係る物品処理装置としての採取処理装置を用い、カメラの傾きを変化させた際のカメラの移動距離と測定誤差（カメラ移動距離と測定値との差）との関係を調べたところ、図５０に示す結果が得られた。
図５０において、カメラの傾きが０°とは、カメラの撮像面と整列トレイのパターンマーカが形成された面とが平行である態様（正対計測位置に相当）を指し、カメラの傾きが１５°、３０°とは、整列トレイのパターンマーカに対してカメラの撮像面が１５°、３０°傾いている態様（正対計測位置に対して非正対計測位置に相当）を指す。
同図によれば、正対計測位置による計測では、カメラの移動距離が大きくなることに伴って測定誤差が大きく現れるのに対し、非正対計測位置による計測では、カメラの移動距離が大きくなっても、測定誤差は小さく抑えられていることが理解される。
尚、本例では、非正対計測位置として、カメラの傾きが１５°、３０°の例を示しているが、４５°について同様に行ったところ、更に測定誤差が小さく抑えられることが確認された。
【符号の説明】
【００５５】
１…認識対象物品，２…処理対象物品，５…撮像具，６…支持機構，７…配置情報認識部，８…制御部，９…処理機構，１１…認識基準面，１２…認識表示体，１３…単位パターン印，１４…種別表示印，Ｃ…中心位置，Ｐｃ…濃度パターン，Ｐ１…正対計測位置，Ｐ２…非正対計測位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
認識対象物品に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体と、
前記認識対象物品に対向配置されて前記認識表示体を撮像する撮像具と、
この撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対しない非正対計測位置に少なくとも前記撮像具を設置可能とするように前記撮像具を支持する支持機構と、
前記非正対計測位置に配置された撮像具にて撮像された認識表示体の撮像情報を少なくとも用い、前記認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部と、
を備えたことを特徴とする物品認識装置。
【請求項２】
請求項１記載の物品認識装置において、
認識表示体は単位パターン印の濃度パターン変化を点像で表示するものであることを特徴とする物品認識装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の物品認識装置において、
認識表示体は認識対象物品の同一平面上に四つの単位パターン印を有することを特徴とする物品認識装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれかに記載の物品認識装置において、
認識表示体は認識対象物品に着脱自在に装着されるカードに表示されていることを特徴とする物品認識装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載の物品認識装置において、
認識表示体は、４以上の単位パターン印と、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印とを有することを特徴とする物品認識装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれかに記載の物品認識装置において、
支持機構は、前記認識対象物品に設けられた認識表示体が撮像具の視野範囲に入って俯瞰可能に計測される第一の計測位置と、前記認識表示体が撮像具の視野範囲に入り且つ前記第一の計測位置よりも高精度に計測される非正対計測位置からなる第二の計測位置とに撮像具を移動させ、夫々の計測位置にて前記認識表示体を計測することを特徴とする物品認識装置。
【請求項７】
請求項６記載の物品認識装置において、
支持機構は、撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対する正対計測位置からなる第一の計測位置を有することを特徴とする物品認識装置。
【請求項８】
請求項６又７記載の物品認識装置において、
配置情報認識部は、第一の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識対象物品の認識表示部の位置及び姿勢からなる配置情報を算出し、この算出結果に基づいて支持機構により撮像具が移動させられる第二の計測位置を決定し、この第二の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識表示体の位置及び姿勢からなる配置情報を認識することを特徴とする物品認識装置。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれかに記載の物品認識装置と、
この物品認識装置にて認識された認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、認識対象物品と同一又は認識対象物品に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品に対する処理動作を制御する制御部と、
この制御部にて生成された制御信号に基づいて処理対象物品に対する処理動作を実施する処理機構と、
を備えたことを特徴とする物品処理装置。
【請求項１０】
請求項９記載の物品処理装置において、
処理機構は、撮像具の支持機構を兼用することを特徴とする物品処理装置。
【請求項１】
認識対象物品に設けられ、中心位置から周囲に向かって濃度パターンが順次変化するように形成される単位パターン印を予め決められた位置関係で四以上有する認識表示体と、
前記認識対象物品に対向配置されて前記認識表示体を撮像する撮像具と、
この撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対しない非正対計測位置に少なくとも前記撮像具を設置可能とするように前記撮像具を支持する支持機構と、
前記非正対計測位置に配置された撮像具にて撮像された認識表示体の撮像情報を少なくとも用い、前記認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報を認識する配置情報認識部と、
を備えたことを特徴とする物品認識装置。
【請求項２】
請求項１記載の物品認識装置において、
認識表示体は単位パターン印の濃度パターン変化を点像で表示するものであることを特徴とする物品認識装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の物品認識装置において、
認識表示体は認識対象物品の同一平面上に四つの単位パターン印を有することを特徴とする物品認識装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれかに記載の物品認識装置において、
認識表示体は認識対象物品に着脱自在に装着されるカードに表示されていることを特徴とする物品認識装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載の物品認識装置において、
認識表示体は、４以上の単位パターン印と、認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報以外の種別情報を認識するための種別表示印とを有することを特徴とする物品認識装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれかに記載の物品認識装置において、
支持機構は、前記認識対象物品に設けられた認識表示体が撮像具の視野範囲に入って俯瞰可能に計測される第一の計測位置と、前記認識表示体が撮像具の視野範囲に入り且つ前記第一の計測位置よりも高精度に計測される非正対計測位置からなる第二の計測位置とに撮像具を移動させ、夫々の計測位置にて前記認識表示体を計測することを特徴とする物品認識装置。
【請求項７】
請求項６記載の物品認識装置において、
支持機構は、撮像具の撮像面とこの撮像具の視野範囲に入る前記認識対象物品に設けられた認識表示体面とが正対する正対計測位置からなる第一の計測位置を有することを特徴とする物品認識装置。
【請求項８】
請求項６又７記載の物品認識装置において、
配置情報認識部は、第一の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識対象物品の認識表示部の位置及び姿勢からなる配置情報を算出し、この算出結果に基づいて支持機構により撮像具が移動させられる第二の計測位置を決定し、この第二の計測位置の撮像具による撮像情報に基づいて認識表示体の位置及び姿勢からなる配置情報を認識することを特徴とする物品認識装置。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれかに記載の物品認識装置と、
この物品認識装置にて認識された認識対象物品の位置及び姿勢に関する配置情報に基づいて制御信号を生成し、認識対象物品と同一又は認識対象物品に対して予め決められた位置関係にある処理対象物品に対する処理動作を制御する制御部と、
この制御部にて生成された制御信号に基づいて処理対象物品に対する処理動作を実施する処理機構と、
を備えたことを特徴とする物品処理装置。
【請求項１０】
請求項９記載の物品処理装置において、
処理機構は、撮像具の支持機構を兼用することを特徴とする物品処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【公開番号】特開２０１１−２０９０６４（Ｐ２０１１−２０９０６４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６２３８（Ｐ２０１０−７６２３８）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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