３次元座標計測装置
【課題】精度良くセンサ座標系を世界座標系に変換する。
【解決手段】基準プレート５０を世界座標系でキャリブレーションされた３次元絶対座標計測器６０で計測して、世界座標系における基準プレート５０の基準点の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルを演算する。また、３次元座標計測ロボット１０の３次元センサ部８を指令値に応じた位置に移動させ、基準プレート５０にスリット光を投射して撮像し、撮像した画像からセンサ座標系における基準プレート５０の基準点の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルを演算する。世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準点の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルを用いて、センサ座標系を世界座標系に変換する変換パラメータを、指令値毎に算出する。
【解決手段】基準プレート５０を世界座標系でキャリブレーションされた３次元絶対座標計測器６０で計測して、世界座標系における基準プレート５０の基準点の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルを演算する。また、３次元座標計測ロボット１０の３次元センサ部８を指令値に応じた位置に移動させ、基準プレート５０にスリット光を投射して撮像し、撮像した画像からセンサ座標系における基準プレート５０の基準点の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルを演算する。世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準点の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルを用いて、センサ座標系を世界座標系に変換する変換パラメータを、指令値毎に算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元座標計測装置に係り、特に、センサ座標系を世界座標系に変換する３次元座標計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ座標系とロボット座標系とを結合する方法として、一直線上に並ばない少なくとも３つの位置で、センサ座標系上で同一対象物に関する位置を表すセンサ出力を得て、３つの位置をロボット座標系上で表現するデータとセンサ出力を表すデータに基づくソフトウェア処理によって、ロボット座標系とセンサ座標系との相対的な位置関係を求める座標系結合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、互いに直交する二つの平面状の交線を対象物体に照射した状態を撮像装置によって撮像し、画像上の線と実際の位置との対応関係を参照して実際の座標系に変換する物体の位置及び姿勢検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、直交しない十字スリット光を物体に照射して、撮像手段により撮像された画像から、十字スリット光が物体の輪郭と交わる４つの交点の位置を求め、この４つの交点の位置から物体の位置及び方向を求める物体位置検出方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３２３７３号公報
【特許文献２】特開昭５９−６５２０３号公報
【特許文献３】特開平１０−３１８７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、ロボットに支持された３次元センサは、重力によるたわみなどの影響を受けて、指示した位置と実際の位置との間に位置決め誤差が生じることが考慮されておらず、この位置決め誤差により精度良くセンサ座標系から世界座標系に変換することができない、という問題がある。
【０００７】
また、上記特許文献２及び３に記載の方法では、物体の３次元座標を計測しているものの、センサ座標系から世界座標系への変換方法については記載されていない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、精度良くセンサ座標系を世界座標系に変換することができる３次元座標計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の３次元座標計測装置は、計測対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段を、指令値に応じた位置に移動させる移動手段と、前記撮像手段により計測対象を撮像した画像から抽出した前記計測対象の特徴点の３次元座標を、前記撮像手段の座標系で演算する演算手段と、前記撮像手段の座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータであって、前記世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートの予め定めた基準点の前記世界座標系における３次元座標と、前記基準プレートを前記撮像手段により撮像した画像から抽出した前記基準点の前記撮像手段の座標系における３次元座標とに基づいて、前記指令値毎に予め求められた変換パラメータを用いて、前記計測対象の特徴点の前記撮像手段の座標系における３次元座標を前記世界座標系における３次元座標に変換する変換手段と、を含んで構成されている。
【００１０】
本発明の３次元座標計測装置によれば、計測対象を撮像する撮像装置の座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータであって、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートの予め定めた基準点の世界座標系における３次元座標と、基準プレートを撮像手段により撮像した画像から抽出した基準点の撮像手段の座標系における３次元座標とに基づく変換パラメータを、測定ポイントにあたる指令値毎に予め求めておく。
【００１１】
計測対象の３次元座標の計測時には、移動手段により、指令値に応じた位置に撮像手段を移動し、撮像手段により計測対象を撮像する。そして、演算手段が、撮像手段により計測対象を撮像した画像から抽出した計測対象の特徴点の３次元座標を、撮像手段の座標系において演算し、変換手段が、指令値に応じた変換パラメータを用いて、計測対象の特徴点の撮像手段の座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換する。
【００１２】
このように、撮像手段を指令値に対応した位置に移動させる場合の繰り返し位置精度が高いことを利用して、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測して得た指令値毎の変換パラメータを用いて、撮像手段の座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換するため、精度良く座標変換を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の３次元座標計測装置は、前記計測対象に少なくとも１本のスリット状の光を投射するスリット光投射手段を含んで構成することができ、前記演算手段は、前記撮像手段により撮像された画像から抽出されたエッジ、及び前記スリット光投射手段によりスリット上の光が投射されているときに前記撮像手段により撮像された画像上のスリットに基づいて、前記特徴点を抽出することができる。これにより、精度良く特徴点を抽出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、撮像手段を指令値に対応した位置に移動させる場合の繰り返し位置精度が高いことを利用して、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測して得た指令値毎の変換パラメータを用いて座標変換を行うため、精度良くセンサ座標系を世界座標系に変換することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態の３次元座標計測ロボットの構成を示す概略図である。
【図２】本実施の形態の３次元座標計測ロボットの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】変換パラメータを算出する際の装置構成を示す概略図である。
【図４】基準プレートの外観図である。
【図５】本実施の形態における変換パラメータ算出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図６】本実施の形態の３次元座標計測ロボットによる計測を説明するための図である。
【図７】スリット特徴点を説明するための図である。
【図８】本実施の形態における計測処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図９】基準プレートの基準点及びスリット特徴点の他の例を示す図である。
【図１０】基準プレートの基準点及びスリット特徴点の他の例を示す図である。
【図１１】基準プレートの他の例を示す外観図である。
【図１２】基準プレートの他の例を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態では、本発明の３次元座標計測装置を３次元座標計測ロボットに適用した場合について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態の３次元座標計測ロボット１０は、ロボットアームの先端に取り付けられた３次元センサ部１８と、３次元座標の計測を実行するコンピュータ２０とを含んで構成されている。
【００１８】
図２に示すように、３次元センサ部１８は、計測対象を撮像する撮像装置１２と、計測対象にスリット状の光（以下、「スリット光」という）を投射するスリット光源１４とを含んで構成されている（図６も参照）。撮像装置１２は、計測対象を含む領域を撮影し、画像信号を生成する撮像部（図示省略）、撮像部で生成されたアナログ信号である画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（図示省略）、及びＡ／Ｄ変換された画像信号を一時的に格納するための画像メモリ（図示省略）を備えている。
【００１９】
コンピュータ２０は、３次元座標計測ロボット１０全体の制御を司るＣＰＵと、後述する計測処理のプログラム等各種プログラムを記憶した記憶媒体としてのＲＯＭと、ワークエリアとしてデータを一時的に格納するＲＡＭと、各種情報が記憶された記憶手段としてのメモリと、入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）またはＰＬＣからの入出力信号と、これらを相互に接続するバスと、を含んで構成されている。また、記憶手段としてＨＤＤを含んで構成してもよい。
【００２０】
また、コンピュータ２０は、機能的には、図２に示すように、ロボットアームの駆動を制御して３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させると共に、撮像装置１２による撮像処理及びスリット光源１４によるスリット光の投射処理を制御する駆動制御部２２と、撮像装置１２により撮像された画像から計測対象のエッジを抽出するエッジ抽出部２４と、画像からスリット反射像の中心であるスリット中心位置を抽出するスリット抽出部２６と、エッジ及びスリット中心位置からスリットの特徴点を抽出するスリット特徴点抽出部２８と、特徴点の座標から３次元座標を演算する３次元座標演算部３０と、センサ座標系を世界座標系に変換するための指令値毎の変換パラメータが記憶された変換パラメータ記憶部３２と、演算されたセンサ座標系の３次元座標を、変換パラメータを用いて世界座標系の３次元座標に変換して出力する座標変換部３４とを含んだ構成で表すことができる。
【００２１】
ここで、本実施の形態の原理について説明する。
【００２２】
本実施の形態のように、３次元センサ部１８がロボットアームの先端に取り付けられ、任意の位置に移動させて計測対象の３次元座標を計測する構成では、重力によるたわみなどで、正確に位置決めすることは困難である。また、ロボットアームの先端への取付位置の誤差などにより、３次元センサ部１８のセンサ座標系を機械的に世界座標系に一致させるのは困難である。しかし、同じ座標への３次元センサ部１８の移動を指令した場合の繰り返し位置精度は十分高いといった性質がある。この性質を利用して、３次元センサ部１８を指令した位置に移動させたときに世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測することにより、指令値毎にセンサ座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換するための変換パラメータを算出するものである。
【００２３】
次に、変換パラメータ記憶部３２に記憶される指令値毎の変換パラメータの算出方法について説明する。図３に示すように、本実施の形態の３次元座標計測ロボット１０、基準プレート５０、及び３次元絶対座標測定器６０を用いて、後述する変換パラメータ算出処理を実行することにより、指令値毎の変換パラメータを算出する。
【００２４】
基準プレート５０は、３次元座標計測ロボット１０の３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させた状態で、３次元センサ部１８に対向する位置に配置する。基準プレート５０は、図４に示すように、薄い直方体で、面内に丸穴が穿設されている。基準プレート５０の直方体の面精度、丸穴の位置精度、及び全体の寸法精度は高精度に加工されている。基準プレート５０のサイズは、撮像装置１２で撮像可能なサイズとし、丸穴のサイズは、スリット光の投射部分が十分な長さが得られるサイズとする。例えば、計測範囲が５ｃｍであれば、丸穴の直径を２ｃｍ、プレート幅（短手方向）を３ｃｍ等のように設定することができる。プレートの長さ（長手方向）は、３次元絶対座標測定器６０での計測精度を確保するための長さとすることができる。なお、基準プレート５０は、後述するスリット光が短手方向の辺にかからないように配置する。
【００２５】
３次元絶対座標測定器６０は、アームの先端に取り付けられたプローブを対象物に接触させて対象物の世界座標系における位置及び姿勢を計測するものである。本実施の形態の３次元座標計測ロボット１０と比較して、プローブ部の位置決めが高精度に行えるものを用いる。なお、ここでは、接触式で計測する場合について説明するが、レーザセンサ等を用いて非接触で計測を行うものでもよい。
【００２６】
次に、図５を参照して、変換パラメータ算出処理について説明する。
【００２７】
ステップ１００で、３次元絶対座標測定器６０で基準ブロック６２を計測する。基準ブロック６２は、世界座標系の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に対応して高精度に加工された立方体または直方体のブロックである。この基準ブロック６２を計測することにより、３次元絶対座標測定器６０の座標系を基準ブロックの座標系、すなわち世界座標系に一致させるキャリブレーションを行う。
【００２８】
次に、ステップ１０２で、３次元絶対座標測定器６０で基準プレート５０の各辺及び丸穴の円周部を接触計測し、計測結果及び基準プレート５０の既知の寸法を用いて、世界座標系における丸穴の中心Ｃの３次元座標、基準プレート５０の面方向の法線ベクトル、及び長手方向のエッジを示すエッジベクトルを演算する。
【００２９】
次に、ステップ１０４で、３次元座標計測ロボット１０に設けられた入力操作部（図示省略）から指令値を入力し、３次元座標計測ロボット１０のロボットアームを駆動して、３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させる。
【００３０】
次に、ステップ１０６で、３次元座標計測ロボット１０に取り付けた３Ｄセンサ１８（センサ座標系の原点位置が既知のキャリブレーションを行ったものとする。また、既知の原点に面する３面があり直交しているものとする。）は、センサ座標系における基準プレート５０の丸穴の中心Ｃの３次元座標、基準プレート５０の面方向の法線ベクトル、及び長手方向のエッジを示すエッジベクトルを計測する。具体的には、図６に示すように、撮像装置１２及びスリット光を用いた三角測量法を採用する。
【００３１】
先ず、スリット光源１４により基準プレート５０にスリット光を投射し、撮像装置１２により、基準プレート５０を撮像する。次に、撮像された画像から、センサ座標系におけるスリット幅方向の代表位置であるスリット中心座標を抽出する。スリット中心座標の抽出方法としては、スリット長手方向に垂直な方向にある値以上の輝度値を持つ画素についてそれらの輝度重心の位置を求める方法や、単純に中心位置を求める方法がある。
【００３２】
次に、撮像された画像から、丸穴の円周部及び各辺に相当するエッジを抽出する。具体的には、画像処理技術を用いて、撮像された画像からスリット光を消去した後にエッジを抽出する。また、撮像のステップでスリット光をＯＦＦにした状態で撮像した濃淡画像からエッジを抽出するようにしてもよい。そして、エッジとスリット中心線の交差する点をスリット特徴点３３として抽出する。スリット特徴点３３は、図７に示すように、丸穴の円周から４点（ａ〜ｄ）、長手方向の辺から４点（ｅ〜ｈ）が抽出される。これらのスリット特徴点３３の画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換し、丸穴の中心Ｃの３次元座標、基準プレート５０の面方向の法線ベクトル、及び長手方向のエッジを示すエッジベクトルを演算する。
【００３３】
次に、ステップ１０８で、上記ステップ１０２で計測した世界座標系における基準プレート５０の丸穴の中心Ｃの３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルと、上記ステップ１０６で計測したセンサ座標系における丸穴の中心Ｃの３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルとに基づいて、センサ座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータを算出する。具体的には、世界座標系の３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の各々の軸周りの回転をθｘ、θｙ、θｚとし、各々の軸に沿った平行移動をＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚとすると、センサ座標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）と世界座標系における座標（ｕ，ｖ，ｗ）の座標変換は下記（１）式で表すことができる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
従って、変換パラメータとして、θｘ、θｙ、θｚ、Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚを、世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準プレート５０の丸穴の中心Ｃの３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルに基づいて算出しておけばよい。
【００３６】
実際に３次元座標計測ロボット１０が計測対象を計測する際に必要となる３次元センサ部１８の位置、すなわち指令値毎に、本処理を実行することにより、指令値毎の変換パラメータを算出する。算出した指令値毎の変換パラメータは変換パラメータ記憶部３２に記憶する。
【００３７】
次に、図８を参照して、３次元座標計測ロボット１０で計測対象を計測する計測処理ルーチンについて説明する。ここでは、計測対象を丸穴が穿設された部材とし、その丸穴の中心の３次元座標を計測する場合について説明する。本ルーチンは、３次元座標計測ロボット１０の電源（図示省略）がオンされることによりスタートする。
【００３８】
ステップ１２０で、計測対象に対応した位置に３次元センサ部１８を移動させるための指令値が入力されたか否かを判定する。指令値が入力された場合には、ステップ１２２へ移行し、指令値が入力されない場合には、入力されるまで待機状態となる。
【００３９】
ステップ１２２では、３次元座標計測ロボット１０のロボットアームを駆動して、３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させる。
【００４０】
次に、ステップ１２４で、センサ座標系における計測対象の丸穴の中心Ｃの３次元座標を計測する。具体的には、上記変換パラメータ算出処理のステップ１０６で述べたのと同様に、スリット光源１４により計測対象の丸穴部にスリット光を投射し、撮像装置１２により撮像する。次に、撮像された画像から、スリット中心線及び丸穴の円周部のエッジを抽出する。そして、エッジとスリット中心線の交差する点をスリット特徴点３３として抽出する。スリット特徴点３３は、図７に示すような、丸穴の円周の４点（ａ〜ｄ）が抽出される。これらのスリット特徴点３３の画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換し、丸穴の中心Ｃの３次元座標を演算する。
【００４１】
次に、ステップ１２６で、上記ステップ１２０で入力された指令値に対応する変換パラメータを、変換パラメータ記憶部３２から読み出す。
【００４２】
次に、ステップ１２８で、上記ステップ１２４で計測したセンサ座標系における丸穴の中心Ｃの３次元座標を、上記ステップ１２６で読み出した変換パラメータ及び（１）式を用いて世界座標系における３次元座標に変換し、変換した値を計測値として出力する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態の３次元座標計測ロボットによれば、３次元センサ部を指令値に対応した位置に移動させる場合の繰り返し位置精度が高いことを利用して、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測して得た指令値毎の変換パラメータを用いて、センサ座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換するため、精度良く座標変換を行うことができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態では、変換パラメータを算出する際に、世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準プレート５０の丸穴の中心の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルに基づいて、世界座標系の３軸の各々の軸周りの回転及び各々の軸に沿った平行移動を用いる場合について説明したが、一直線上にない３点を基準点として、３次元絶対座標測定器及び３次元座標計測ロボットで３次元座標を計測して、変換パラメータを算出するようにしてもよい。
【００４５】
具体的には、３次元座標計測ロボット１０で基準プレート５０を計測して求めた丸穴の中心座標をＣ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）、法線ベクトルＮ（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）、エッジベクトルＥ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）とする。中心座標Ｃから距離Ｌだけ法線方向及びエッジ方向に離れた点Ｃｌ及びＣｅを演算で求め、Ｃ、Ｃｌ、Ｃｅの３点の３次元座標を得る。同様に、３次元絶対座標計測器６０で基準プレート５０を計測して、丸穴の中心座標Ｃ、法線ベクトルＮ、エッジベクトルＥを求めて、上記のＣ、Ｃｌ、Ｃｅの３点の３次元座標を得る。この３点の３次元座標の対応関係から変換パラメータを算出する。
【００４６】
また、以下のように、変換パラメータを算出するようにしてもよい。
【００４７】
まず、図９に示すように、３次元絶対座標測定器６０で基準プレート５０の各辺及び丸穴の円周部を接触計測し、計測結果及び基準プレート５０の寸法に基づいて、丸穴の中心Ｃの３次元座標を求め、丸穴の中心Ｃから辺ａ（長手方向の上辺）に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、丸穴の中心Ｃから辺ｂ（長手方向の下辺）に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ２、丸穴の中心Ｃから辺ｃ（短手方向の辺）に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ３の３次元座標を求める。これらの点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が基準プレートの基準点となる。各点の３次元座標は、丸穴の中心Ｃの３次元座標、及び基準プレート５０の寸法から既知となるＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３の距離を用いて演算する。
【００４８】
また、３次元座標計測ロボット１０では、撮像された画像から、基準プレート５０の各辺のエッジを抽出し、図９に示すように、スリット中心線と交差する特徴点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４を抽出して、画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換する。そして、丸穴の中心ＣからベクトルＥ１Ｅ２に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、丸穴の中心ＣからベクトルＥ３Ｅ４に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ２、丸穴の中心Ｃを通りＥ１Ｅ２に平行な直線上のＣから既知の距離にある点Ｐ３のセンサ座標系における３次元座標を演算する。
【００４９】
この世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準点の３次元座標を用いて、変換パラメータを算出してもよい。
【００５０】
また、図１０に示すように、直角三角形の板状のプレートに丸穴を穿設した基準プレート５１を用いて、基準点３点の３次元座標を求めることもできる。この場合、３次元絶対座標測定器６０で基準プレート５１の各辺及び丸穴の円周部を接触計測し、計測結果及び基準プレート５１の寸法に基づいて、丸穴の中心Ｃの３次元座標を求め、丸穴の中心Ｃから辺ａに下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、直角三角形の頂点Ｐ２の３次元座標を求める。これらの点Ｃ、Ｐ１、Ｐ２が基準プレート５１の基準点となる。各点の３次元座標は、丸穴の中心Ｃの３次元座標、及び基準プレート５１の寸法から既知となるＣＰ１、Ｐ１Ｐ２の距離を用いて演算する。
【００５１】
また、３次元座標計測ロボット１０では、撮像された画像から、基準プレート５１の各辺のエッジを抽出し、図１０に示すように、スリット中心線と交差する特徴点Ｅ１、Ｅ２を抽出して、画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換する。そして、丸穴の中心ＣからベクトルＥ１Ｅ２に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、ベクトルＥ１Ｅ２方向に点Ｐから既知の距離にある点Ｐ２のセンサ座標系における３次元座標を演算する。
【００５２】
また、基準プレートとして、図１１に示すようなエッジ方向に沿った溝状のガイドを設けた基準プレート５２を用いてもよい。この場合、接触式の３次元絶対座標測定器６０で面上の３点を計測して基準プレート５２の面を規定して法線ベクトルを演算する。次に、ガイドに沿って２点以上を計測することによりエッジベクトルを演算する。このエッジベクトル、基準プレートの面上でエッジベクトルと直交するベクトル、及び法線ベクトルにより座標軸を構成する。そして、丸穴の円周部の少なくとも３点を計測して、丸穴の中心の３次元座標を演算する。このような基準プレート５２を用いることにより、３次元絶対座標測定器６０による計測精度を向上させることができる。
【００５３】
また、図１２（Ａ）に示すように、円錐状の丸穴を穿設した基準プレート５３を用いてもよい。この場合、スリット光を投射すると、同図（Ｂ）に示すように、丸穴の前面の円周部及び背面の円周部の各々からスリット特徴点が抽出される。これを用いて、前面の円周部の中心と背面の円周部の中心を結んで法線ベクトルを演算することができ、法線ベクトルの演算精度を向上させることができる。
【００５４】
なお、上記変換パラメータ算出処理、及び計測処理をプログラムとして規定し、記憶媒体に記憶して提供することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ３次元座標計測ロボット
１２ 撮像装置
１４ スリット光源
１８ ３次元センサ部
２０ コンピュータ
２２ 駆動制御部
２４ エッジ抽出部
２６ スリット抽出部
２８ スリット特徴点抽出部
３０ ３次元座標演算部
３２ 変換パラメータ記憶部
３３ スリット特徴点
３４ 座標変換部
５０、５１、５２、５３ 基準プレート
６０ ３次元絶対座標測定器
６２ 基準ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元座標計測装置に係り、特に、センサ座標系を世界座標系に変換する３次元座標計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ座標系とロボット座標系とを結合する方法として、一直線上に並ばない少なくとも３つの位置で、センサ座標系上で同一対象物に関する位置を表すセンサ出力を得て、３つの位置をロボット座標系上で表現するデータとセンサ出力を表すデータに基づくソフトウェア処理によって、ロボット座標系とセンサ座標系との相対的な位置関係を求める座標系結合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、互いに直交する二つの平面状の交線を対象物体に照射した状態を撮像装置によって撮像し、画像上の線と実際の位置との対応関係を参照して実際の座標系に変換する物体の位置及び姿勢検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、直交しない十字スリット光を物体に照射して、撮像手段により撮像された画像から、十字スリット光が物体の輪郭と交わる４つの交点の位置を求め、この４つの交点の位置から物体の位置及び方向を求める物体位置検出方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３２３７３号公報
【特許文献２】特開昭５９−６５２０３号公報
【特許文献３】特開平１０−３１８７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、ロボットに支持された３次元センサは、重力によるたわみなどの影響を受けて、指示した位置と実際の位置との間に位置決め誤差が生じることが考慮されておらず、この位置決め誤差により精度良くセンサ座標系から世界座標系に変換することができない、という問題がある。
【０００７】
また、上記特許文献２及び３に記載の方法では、物体の３次元座標を計測しているものの、センサ座標系から世界座標系への変換方法については記載されていない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、精度良くセンサ座標系を世界座標系に変換することができる３次元座標計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の３次元座標計測装置は、計測対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段を、指令値に応じた位置に移動させる移動手段と、前記撮像手段により計測対象を撮像した画像から抽出した前記計測対象の特徴点の３次元座標を、前記撮像手段の座標系で演算する演算手段と、前記撮像手段の座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータであって、前記世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートの予め定めた基準点の前記世界座標系における３次元座標と、前記基準プレートを前記撮像手段により撮像した画像から抽出した前記基準点の前記撮像手段の座標系における３次元座標とに基づいて、前記指令値毎に予め求められた変換パラメータを用いて、前記計測対象の特徴点の前記撮像手段の座標系における３次元座標を前記世界座標系における３次元座標に変換する変換手段と、を含んで構成されている。
【００１０】
本発明の３次元座標計測装置によれば、計測対象を撮像する撮像装置の座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータであって、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートの予め定めた基準点の世界座標系における３次元座標と、基準プレートを撮像手段により撮像した画像から抽出した基準点の撮像手段の座標系における３次元座標とに基づく変換パラメータを、測定ポイントにあたる指令値毎に予め求めておく。
【００１１】
計測対象の３次元座標の計測時には、移動手段により、指令値に応じた位置に撮像手段を移動し、撮像手段により計測対象を撮像する。そして、演算手段が、撮像手段により計測対象を撮像した画像から抽出した計測対象の特徴点の３次元座標を、撮像手段の座標系において演算し、変換手段が、指令値に応じた変換パラメータを用いて、計測対象の特徴点の撮像手段の座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換する。
【００１２】
このように、撮像手段を指令値に対応した位置に移動させる場合の繰り返し位置精度が高いことを利用して、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測して得た指令値毎の変換パラメータを用いて、撮像手段の座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換するため、精度良く座標変換を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の３次元座標計測装置は、前記計測対象に少なくとも１本のスリット状の光を投射するスリット光投射手段を含んで構成することができ、前記演算手段は、前記撮像手段により撮像された画像から抽出されたエッジ、及び前記スリット光投射手段によりスリット上の光が投射されているときに前記撮像手段により撮像された画像上のスリットに基づいて、前記特徴点を抽出することができる。これにより、精度良く特徴点を抽出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、撮像手段を指令値に対応した位置に移動させる場合の繰り返し位置精度が高いことを利用して、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測して得た指令値毎の変換パラメータを用いて座標変換を行うため、精度良くセンサ座標系を世界座標系に変換することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態の３次元座標計測ロボットの構成を示す概略図である。
【図２】本実施の形態の３次元座標計測ロボットの機能的構成を示すブロック図である。
【図３】変換パラメータを算出する際の装置構成を示す概略図である。
【図４】基準プレートの外観図である。
【図５】本実施の形態における変換パラメータ算出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図６】本実施の形態の３次元座標計測ロボットによる計測を説明するための図である。
【図７】スリット特徴点を説明するための図である。
【図８】本実施の形態における計測処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図９】基準プレートの基準点及びスリット特徴点の他の例を示す図である。
【図１０】基準プレートの基準点及びスリット特徴点の他の例を示す図である。
【図１１】基準プレートの他の例を示す外観図である。
【図１２】基準プレートの他の例を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態では、本発明の３次元座標計測装置を３次元座標計測ロボットに適用した場合について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態の３次元座標計測ロボット１０は、ロボットアームの先端に取り付けられた３次元センサ部１８と、３次元座標の計測を実行するコンピュータ２０とを含んで構成されている。
【００１８】
図２に示すように、３次元センサ部１８は、計測対象を撮像する撮像装置１２と、計測対象にスリット状の光（以下、「スリット光」という）を投射するスリット光源１４とを含んで構成されている（図６も参照）。撮像装置１２は、計測対象を含む領域を撮影し、画像信号を生成する撮像部（図示省略）、撮像部で生成されたアナログ信号である画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（図示省略）、及びＡ／Ｄ変換された画像信号を一時的に格納するための画像メモリ（図示省略）を備えている。
【００１９】
コンピュータ２０は、３次元座標計測ロボット１０全体の制御を司るＣＰＵと、後述する計測処理のプログラム等各種プログラムを記憶した記憶媒体としてのＲＯＭと、ワークエリアとしてデータを一時的に格納するＲＡＭと、各種情報が記憶された記憶手段としてのメモリと、入出力ポート（Ｉ／Ｏポート）またはＰＬＣからの入出力信号と、これらを相互に接続するバスと、を含んで構成されている。また、記憶手段としてＨＤＤを含んで構成してもよい。
【００２０】
また、コンピュータ２０は、機能的には、図２に示すように、ロボットアームの駆動を制御して３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させると共に、撮像装置１２による撮像処理及びスリット光源１４によるスリット光の投射処理を制御する駆動制御部２２と、撮像装置１２により撮像された画像から計測対象のエッジを抽出するエッジ抽出部２４と、画像からスリット反射像の中心であるスリット中心位置を抽出するスリット抽出部２６と、エッジ及びスリット中心位置からスリットの特徴点を抽出するスリット特徴点抽出部２８と、特徴点の座標から３次元座標を演算する３次元座標演算部３０と、センサ座標系を世界座標系に変換するための指令値毎の変換パラメータが記憶された変換パラメータ記憶部３２と、演算されたセンサ座標系の３次元座標を、変換パラメータを用いて世界座標系の３次元座標に変換して出力する座標変換部３４とを含んだ構成で表すことができる。
【００２１】
ここで、本実施の形態の原理について説明する。
【００２２】
本実施の形態のように、３次元センサ部１８がロボットアームの先端に取り付けられ、任意の位置に移動させて計測対象の３次元座標を計測する構成では、重力によるたわみなどで、正確に位置決めすることは困難である。また、ロボットアームの先端への取付位置の誤差などにより、３次元センサ部１８のセンサ座標系を機械的に世界座標系に一致させるのは困難である。しかし、同じ座標への３次元センサ部１８の移動を指令した場合の繰り返し位置精度は十分高いといった性質がある。この性質を利用して、３次元センサ部１８を指令した位置に移動させたときに世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測することにより、指令値毎にセンサ座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換するための変換パラメータを算出するものである。
【００２３】
次に、変換パラメータ記憶部３２に記憶される指令値毎の変換パラメータの算出方法について説明する。図３に示すように、本実施の形態の３次元座標計測ロボット１０、基準プレート５０、及び３次元絶対座標測定器６０を用いて、後述する変換パラメータ算出処理を実行することにより、指令値毎の変換パラメータを算出する。
【００２４】
基準プレート５０は、３次元座標計測ロボット１０の３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させた状態で、３次元センサ部１８に対向する位置に配置する。基準プレート５０は、図４に示すように、薄い直方体で、面内に丸穴が穿設されている。基準プレート５０の直方体の面精度、丸穴の位置精度、及び全体の寸法精度は高精度に加工されている。基準プレート５０のサイズは、撮像装置１２で撮像可能なサイズとし、丸穴のサイズは、スリット光の投射部分が十分な長さが得られるサイズとする。例えば、計測範囲が５ｃｍであれば、丸穴の直径を２ｃｍ、プレート幅（短手方向）を３ｃｍ等のように設定することができる。プレートの長さ（長手方向）は、３次元絶対座標測定器６０での計測精度を確保するための長さとすることができる。なお、基準プレート５０は、後述するスリット光が短手方向の辺にかからないように配置する。
【００２５】
３次元絶対座標測定器６０は、アームの先端に取り付けられたプローブを対象物に接触させて対象物の世界座標系における位置及び姿勢を計測するものである。本実施の形態の３次元座標計測ロボット１０と比較して、プローブ部の位置決めが高精度に行えるものを用いる。なお、ここでは、接触式で計測する場合について説明するが、レーザセンサ等を用いて非接触で計測を行うものでもよい。
【００２６】
次に、図５を参照して、変換パラメータ算出処理について説明する。
【００２７】
ステップ１００で、３次元絶対座標測定器６０で基準ブロック６２を計測する。基準ブロック６２は、世界座標系の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に対応して高精度に加工された立方体または直方体のブロックである。この基準ブロック６２を計測することにより、３次元絶対座標測定器６０の座標系を基準ブロックの座標系、すなわち世界座標系に一致させるキャリブレーションを行う。
【００２８】
次に、ステップ１０２で、３次元絶対座標測定器６０で基準プレート５０の各辺及び丸穴の円周部を接触計測し、計測結果及び基準プレート５０の既知の寸法を用いて、世界座標系における丸穴の中心Ｃの３次元座標、基準プレート５０の面方向の法線ベクトル、及び長手方向のエッジを示すエッジベクトルを演算する。
【００２９】
次に、ステップ１０４で、３次元座標計測ロボット１０に設けられた入力操作部（図示省略）から指令値を入力し、３次元座標計測ロボット１０のロボットアームを駆動して、３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させる。
【００３０】
次に、ステップ１０６で、３次元座標計測ロボット１０に取り付けた３Ｄセンサ１８（センサ座標系の原点位置が既知のキャリブレーションを行ったものとする。また、既知の原点に面する３面があり直交しているものとする。）は、センサ座標系における基準プレート５０の丸穴の中心Ｃの３次元座標、基準プレート５０の面方向の法線ベクトル、及び長手方向のエッジを示すエッジベクトルを計測する。具体的には、図６に示すように、撮像装置１２及びスリット光を用いた三角測量法を採用する。
【００３１】
先ず、スリット光源１４により基準プレート５０にスリット光を投射し、撮像装置１２により、基準プレート５０を撮像する。次に、撮像された画像から、センサ座標系におけるスリット幅方向の代表位置であるスリット中心座標を抽出する。スリット中心座標の抽出方法としては、スリット長手方向に垂直な方向にある値以上の輝度値を持つ画素についてそれらの輝度重心の位置を求める方法や、単純に中心位置を求める方法がある。
【００３２】
次に、撮像された画像から、丸穴の円周部及び各辺に相当するエッジを抽出する。具体的には、画像処理技術を用いて、撮像された画像からスリット光を消去した後にエッジを抽出する。また、撮像のステップでスリット光をＯＦＦにした状態で撮像した濃淡画像からエッジを抽出するようにしてもよい。そして、エッジとスリット中心線の交差する点をスリット特徴点３３として抽出する。スリット特徴点３３は、図７に示すように、丸穴の円周から４点（ａ〜ｄ）、長手方向の辺から４点（ｅ〜ｈ）が抽出される。これらのスリット特徴点３３の画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換し、丸穴の中心Ｃの３次元座標、基準プレート５０の面方向の法線ベクトル、及び長手方向のエッジを示すエッジベクトルを演算する。
【００３３】
次に、ステップ１０８で、上記ステップ１０２で計測した世界座標系における基準プレート５０の丸穴の中心Ｃの３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルと、上記ステップ１０６で計測したセンサ座標系における丸穴の中心Ｃの３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルとに基づいて、センサ座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータを算出する。具体的には、世界座標系の３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の各々の軸周りの回転をθｘ、θｙ、θｚとし、各々の軸に沿った平行移動をＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚとすると、センサ座標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）と世界座標系における座標（ｕ，ｖ，ｗ）の座標変換は下記（１）式で表すことができる。
【００３４】
【数１】
【００３５】
従って、変換パラメータとして、θｘ、θｙ、θｚ、Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚを、世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準プレート５０の丸穴の中心Ｃの３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルに基づいて算出しておけばよい。
【００３６】
実際に３次元座標計測ロボット１０が計測対象を計測する際に必要となる３次元センサ部１８の位置、すなわち指令値毎に、本処理を実行することにより、指令値毎の変換パラメータを算出する。算出した指令値毎の変換パラメータは変換パラメータ記憶部３２に記憶する。
【００３７】
次に、図８を参照して、３次元座標計測ロボット１０で計測対象を計測する計測処理ルーチンについて説明する。ここでは、計測対象を丸穴が穿設された部材とし、その丸穴の中心の３次元座標を計測する場合について説明する。本ルーチンは、３次元座標計測ロボット１０の電源（図示省略）がオンされることによりスタートする。
【００３８】
ステップ１２０で、計測対象に対応した位置に３次元センサ部１８を移動させるための指令値が入力されたか否かを判定する。指令値が入力された場合には、ステップ１２２へ移行し、指令値が入力されない場合には、入力されるまで待機状態となる。
【００３９】
ステップ１２２では、３次元座標計測ロボット１０のロボットアームを駆動して、３次元センサ部１８を指令値に応じた位置に移動させる。
【００４０】
次に、ステップ１２４で、センサ座標系における計測対象の丸穴の中心Ｃの３次元座標を計測する。具体的には、上記変換パラメータ算出処理のステップ１０６で述べたのと同様に、スリット光源１４により計測対象の丸穴部にスリット光を投射し、撮像装置１２により撮像する。次に、撮像された画像から、スリット中心線及び丸穴の円周部のエッジを抽出する。そして、エッジとスリット中心線の交差する点をスリット特徴点３３として抽出する。スリット特徴点３３は、図７に示すような、丸穴の円周の４点（ａ〜ｄ）が抽出される。これらのスリット特徴点３３の画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換し、丸穴の中心Ｃの３次元座標を演算する。
【００４１】
次に、ステップ１２６で、上記ステップ１２０で入力された指令値に対応する変換パラメータを、変換パラメータ記憶部３２から読み出す。
【００４２】
次に、ステップ１２８で、上記ステップ１２４で計測したセンサ座標系における丸穴の中心Ｃの３次元座標を、上記ステップ１２６で読み出した変換パラメータ及び（１）式を用いて世界座標系における３次元座標に変換し、変換した値を計測値として出力する。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態の３次元座標計測ロボットによれば、３次元センサ部を指令値に対応した位置に移動させる場合の繰り返し位置精度が高いことを利用して、世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートを計測して得た指令値毎の変換パラメータを用いて、センサ座標系における３次元座標を世界座標系における３次元座標に変換するため、精度良く座標変換を行うことができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態では、変換パラメータを算出する際に、世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準プレート５０の丸穴の中心の３次元座標、法線ベクトル、及びエッジベクトルに基づいて、世界座標系の３軸の各々の軸周りの回転及び各々の軸に沿った平行移動を用いる場合について説明したが、一直線上にない３点を基準点として、３次元絶対座標測定器及び３次元座標計測ロボットで３次元座標を計測して、変換パラメータを算出するようにしてもよい。
【００４５】
具体的には、３次元座標計測ロボット１０で基準プレート５０を計測して求めた丸穴の中心座標をＣ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）、法線ベクトルＮ（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）、エッジベクトルＥ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）とする。中心座標Ｃから距離Ｌだけ法線方向及びエッジ方向に離れた点Ｃｌ及びＣｅを演算で求め、Ｃ、Ｃｌ、Ｃｅの３点の３次元座標を得る。同様に、３次元絶対座標計測器６０で基準プレート５０を計測して、丸穴の中心座標Ｃ、法線ベクトルＮ、エッジベクトルＥを求めて、上記のＣ、Ｃｌ、Ｃｅの３点の３次元座標を得る。この３点の３次元座標の対応関係から変換パラメータを算出する。
【００４６】
また、以下のように、変換パラメータを算出するようにしてもよい。
【００４７】
まず、図９に示すように、３次元絶対座標測定器６０で基準プレート５０の各辺及び丸穴の円周部を接触計測し、計測結果及び基準プレート５０の寸法に基づいて、丸穴の中心Ｃの３次元座標を求め、丸穴の中心Ｃから辺ａ（長手方向の上辺）に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、丸穴の中心Ｃから辺ｂ（長手方向の下辺）に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ２、丸穴の中心Ｃから辺ｃ（短手方向の辺）に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ３の３次元座標を求める。これらの点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が基準プレートの基準点となる。各点の３次元座標は、丸穴の中心Ｃの３次元座標、及び基準プレート５０の寸法から既知となるＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３の距離を用いて演算する。
【００４８】
また、３次元座標計測ロボット１０では、撮像された画像から、基準プレート５０の各辺のエッジを抽出し、図９に示すように、スリット中心線と交差する特徴点Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４を抽出して、画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換する。そして、丸穴の中心ＣからベクトルＥ１Ｅ２に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、丸穴の中心ＣからベクトルＥ３Ｅ４に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ２、丸穴の中心Ｃを通りＥ１Ｅ２に平行な直線上のＣから既知の距離にある点Ｐ３のセンサ座標系における３次元座標を演算する。
【００４９】
この世界座標系及びセンサ座標系の各々における基準点の３次元座標を用いて、変換パラメータを算出してもよい。
【００５０】
また、図１０に示すように、直角三角形の板状のプレートに丸穴を穿設した基準プレート５１を用いて、基準点３点の３次元座標を求めることもできる。この場合、３次元絶対座標測定器６０で基準プレート５１の各辺及び丸穴の円周部を接触計測し、計測結果及び基準プレート５１の寸法に基づいて、丸穴の中心Ｃの３次元座標を求め、丸穴の中心Ｃから辺ａに下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、直角三角形の頂点Ｐ２の３次元座標を求める。これらの点Ｃ、Ｐ１、Ｐ２が基準プレート５１の基準点となる。各点の３次元座標は、丸穴の中心Ｃの３次元座標、及び基準プレート５１の寸法から既知となるＣＰ１、Ｐ１Ｐ２の距離を用いて演算する。
【００５１】
また、３次元座標計測ロボット１０では、撮像された画像から、基準プレート５１の各辺のエッジを抽出し、図１０に示すように、スリット中心線と交差する特徴点Ｅ１、Ｅ２を抽出して、画像上の座標をセンサ座標系の３次元座標に変換する。そして、丸穴の中心ＣからベクトルＥ１Ｅ２に下ろした垂線の足に位置する点Ｐ１、ベクトルＥ１Ｅ２方向に点Ｐから既知の距離にある点Ｐ２のセンサ座標系における３次元座標を演算する。
【００５２】
また、基準プレートとして、図１１に示すようなエッジ方向に沿った溝状のガイドを設けた基準プレート５２を用いてもよい。この場合、接触式の３次元絶対座標測定器６０で面上の３点を計測して基準プレート５２の面を規定して法線ベクトルを演算する。次に、ガイドに沿って２点以上を計測することによりエッジベクトルを演算する。このエッジベクトル、基準プレートの面上でエッジベクトルと直交するベクトル、及び法線ベクトルにより座標軸を構成する。そして、丸穴の円周部の少なくとも３点を計測して、丸穴の中心の３次元座標を演算する。このような基準プレート５２を用いることにより、３次元絶対座標測定器６０による計測精度を向上させることができる。
【００５３】
また、図１２（Ａ）に示すように、円錐状の丸穴を穿設した基準プレート５３を用いてもよい。この場合、スリット光を投射すると、同図（Ｂ）に示すように、丸穴の前面の円周部及び背面の円周部の各々からスリット特徴点が抽出される。これを用いて、前面の円周部の中心と背面の円周部の中心を結んで法線ベクトルを演算することができ、法線ベクトルの演算精度を向上させることができる。
【００５４】
なお、上記変換パラメータ算出処理、及び計測処理をプログラムとして規定し、記憶媒体に記憶して提供することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ３次元座標計測ロボット
１２ 撮像装置
１４ スリット光源
１８ ３次元センサ部
２０ コンピュータ
２２ 駆動制御部
２４ エッジ抽出部
２６ スリット抽出部
２８ スリット特徴点抽出部
３０ ３次元座標演算部
３２ 変換パラメータ記憶部
３３ スリット特徴点
３４ 座標変換部
５０、５１、５２、５３ 基準プレート
６０ ３次元絶対座標測定器
６２ 基準ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段を、指令値に応じた位置に移動させる移動手段と、
前記撮像手段により計測対象を撮像した画像から抽出した前記計測対象の特徴点の３次元座標を、前記撮像手段の座標系で演算する演算手段と、
前記撮像手段の座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータであって、前記世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートの予め定めた基準点の前記世界座標系における３次元座標と、前記基準プレートを前記撮像手段により撮像した画像から抽出した前記基準点の前記撮像手段の座標系における３次元座標とに基づいて、前記指令値毎に予め求められた変換パラメータを用いて、前記計測対象の特徴点の前記撮像手段の座標系における３次元座標を前記世界座標系における３次元座標に変換する変換手段と、
を含む３次元座標計測装置。
【請求項２】
前記計測対象に少なくとも１本のスリット状の光を投射するスリット光投射手段を含み、
前記演算手段は、前記撮像手段により撮像された画像から抽出されたエッジ、及び前記スリット光投射手段によりスリット上の光が投射されているときに前記撮像手段により撮像された画像上のスリットに基づいて、前記特徴点を抽出する
請求項１記載の３次元座標計測装置。
【請求項１】
計測対象を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段を、指令値に応じた位置に移動させる移動手段と、
前記撮像手段により計測対象を撮像した画像から抽出した前記計測対象の特徴点の３次元座標を、前記撮像手段の座標系で演算する演算手段と、
前記撮像手段の座標系を世界座標系に変換するための変換パラメータであって、前記世界座標系における位置及び姿勢が既知の基準プレートの予め定めた基準点の前記世界座標系における３次元座標と、前記基準プレートを前記撮像手段により撮像した画像から抽出した前記基準点の前記撮像手段の座標系における３次元座標とに基づいて、前記指令値毎に予め求められた変換パラメータを用いて、前記計測対象の特徴点の前記撮像手段の座標系における３次元座標を前記世界座標系における３次元座標に変換する変換手段と、
を含む３次元座標計測装置。
【請求項２】
前記計測対象に少なくとも１本のスリット状の光を投射するスリット光投射手段を含み、
前記演算手段は、前記撮像手段により撮像された画像から抽出されたエッジ、及び前記スリット光投射手段によりスリット上の光が投射されているときに前記撮像手段により撮像された画像上のスリットに基づいて、前記特徴点を抽出する
請求項１記載の３次元座標計測装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１４５３８１（Ｐ２０１２−１４５３８１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７７（Ｐ２０１１−２４７７）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００１５７０８３）関東自動車工業株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００１５７０８３）関東自動車工業株式会社 (1,164)
【Ｆターム（参考）】
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