JP2014159989A - Object detector and robot system - Google Patents
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Abstract
Description
開示の実施形態は、物体検出装置及びロボットシステムに関する。 Embodiments disclosed herein relate to an object detection device and a robot system.
特許文献1には、光切断法により物体の検出を行う技術が記載されている。光切断法では、光源から照射された光の物体への投影部位を走査方向に移動させ、その移動する投影部位を含む物体の外観を所望の間隔で連続撮像することにより、物体の三次元的な外形形状を検出する。
上記のような光切断法では、高精度な撮像を行って、物体の三次元的な外形形状を高精度に検出することが望まれている。 In the light cutting method as described above, it is desired to perform highly accurate imaging and detect the three-dimensional outer shape of an object with high accuracy.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、高精度な撮像を行うことができ、物体の三次元的な外形形状を高精度に検出できる物体検出装置及びロボットシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides an object detection device and a robot system that can perform high-precision imaging and can detect the three-dimensional outer shape of an object with high accuracy. With the goal.
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、検出対象の物体を検出する物体検出装置であって、光を照射する光源と、前記光源から照射された前記光の前記物体への投影部位を、所定の走査方向へ移動させる走査部と、前記走査部が前記物体上での前記光の前記投影部位を移動させる際に、前記移動する投影部位を含む前記物体の外観を所望の間隔で連続撮像するカメラと、前記光源又は前記カメラに設けたレンズユニットと、前記カメラが連続撮像を行う際に前記レンズユニットの光学特性を調整可能な特性調整部と、を有することを特徴とする、物体検出装置が適用される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, an object detection device that detects an object to be detected, the light source for irradiating light, and the object of the light emitted from the light source A scanning unit that moves the projection part of the object in a predetermined scanning direction, and when the scanning part moves the projection part of the light on the object, the appearance of the object including the moving projection part is desired. And a lens unit provided in the light source or the camera, and a characteristic adjusting unit capable of adjusting optical characteristics of the lens unit when the camera performs continuous imaging. An object detection device is applied.
本発明によれば、高精度な撮像を行うことができるので、物体の三次元的な外形形状を高精度に検出することができる。 According to the present invention, since highly accurate imaging can be performed, the three-dimensional outer shape of an object can be detected with high accuracy.
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
まず、図1を参照しつつ、本実施形態のロボットシステムの全体構成の一例を説明する。 First, an example of the entire configuration of the robot system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図1に示すように、本実施形態のロボットシステム1は、ストッカ20(容器)と、ロボット100と、コンベア30と、センサユニット300(物体検出装置)と、ロボットコントローラ200(コントローラ)とを有する。
As shown in FIG. 1, the
ストッカ20は、例えば樹脂や金属等で形成された箱状の容器であり、ロボット100の近傍に配置された台座21上に配置されている。このストッカ20の内部には、複数の検出対象のワークW(物体)が無作為(バラバラ)に入れられている。なお、各ワークWは、ストッカ20等のような容器に入れられていなくてもよく、台座21上等のような適宜の載置面に載置されていてもよい。また、各ワークW及びそれらの形状としては、特に限定されるものではなく、種々考えられる。このとき、各ワークW及びそれらの形状は、互いに一致又は類似していてもよいし、互いに異なっていてもよい。但し、各図中では、各ワークWの形状を簡略化して楕円形状で図示している。
The
ロボット100は、ストッカ20内の複数のワークWを順次保持して移送する移送作業(いわゆるランダム・ビン・ピッキング)を行う。ロボット100としては、上記のような移送作業を行うことが可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば垂直多関節ロボットや水平多関節ロボット(スカラロボット)等が使用可能である。この例では、ロボット100として垂直多関節ロボットを適用し、ロボット100は、適宜の固定面(例えば床部等)に固定された基台101と、基台101に回転自在に設けられたアーム部102とを有する。アーム部102は、基台101側からその反対の先端側にかけて複数の間接を有する。このアーム部102には、上記複数の間接をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ(図示せず)が内蔵されている。また、アーム部102の先端には、ワークWを保持可能な保持装置103が設けられている。
The
保持装置103としては、ワークWを保持可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば、指部材によりワークWを把持(保持の一態様)可能な把持装置、エアや電磁力等により駆動してワークWを吸着(保持の一態様)可能な吸着装置等が使用可能である。この例では、保持装置103として把持装置を適用し、保持装置103は、ワークWを把持可能な一対の指部材103aを有する。一対の指部材103aは、保持装置103に内蔵された適宜のアクチュエータ(図示せず)により駆動され、互いの間隔を拡張・縮小することにより開閉動作する。なお、保持装置103としては、上記のような構造を備えたものに限定されるものではなく、例えば、複数の指部材を有し、これら複数の指部材が揺動することによりワークWを掴むグリッパ装置等も使用可能である。
The
このようなロボット100は、ストッカ20内の複数のワークWを把持装置103の指部材103aにより1つずつ順次把持し、コンベア30において予め設定された載置位置へ移送して載置することにより、移送作業を行う。
Such a
コンベア30は、予め設定された載置位置に載置されたワークWを、次の工程に係る設備に搬送する。
The
センサユニット300は、光切断法により、ストッカ20内の複数のワークWをそれぞれ検出し、それら複数のワークWそれぞれの三次元的な外形形状(三次元的な位置及び姿勢も含む。以下同様)である三次元形状を検出する。このセンサユニット300は、ストッカ20の上方に位置するように、適宜の支持部材50により支持されている。センサユニット300については、後でより詳しく説明する。
The
ロボットコントローラ200は、例えば演算器、記憶装置、入力装置等を有するコンピュータで構成され、ロボット100及びセンサユニット300と相互通信可能に接続されている。このロボットコントローラ200は、センサユニット300により検出されたストッカ20内の複数のワークWそれぞれの三次元形状を表す三次元形状情報に基づいて、ロボット100全体の動作(例えば、アーム部102の各間接の駆動、把持装置103の指部材103aの開閉動作等)を制御する。ロボットコントローラ200については、後でより詳しく説明する。
The
次に、図2〜図5を参照しつつ、センサユニット300の構成の一例を説明する。
Next, an example of the configuration of the
図2〜図5に示すように、センサユニット300は、レーザスキャナ320と、カメラ310と、カメラ310に設けたレンズユニット350と、センサコントローラ330とを有する。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
レーザスキャナ320は、レーザ光源ユニット320Aと、回転ミラー322と、モータ323(駆動装置)と、角度検出器324とを備える。なお、回転ミラー322及びモータ323が走査部に対応する。また、レーザ光源ユニット320Aは、レーザ光源321(光源)と、レーザ光源321に設けたレンズユニット360とを備え、これらが共通の筐体326に収納されて形成されている。レーザ光源321は、スリット状のレーザ光(光。以下、「レーザスリット光」という)Lを照射する。レンズユニット360は、レーザ光源321と回転ミラー322との間に設けられ、レーザ光源321から照射されたレーザスリット光Lを屈折させ集光させる。レンズユニット360については、後でより詳しく説明する。回転ミラー322は、レンズユニット360を通過したレーザスリット光Lを受光し、ワークW等へ向けて反射させ、ワークW等へ投影させる。モータ323は、回転ミラー322を回転させ、回転ミラー322の回転角度を変化させる。モータ323により回転ミラー322を回転させることにより、ワークW等の投影対象となる複数の投影領域からなる全投影領域TT内のワークW等上でのレーザスリット光Lの投影部位を、矢印Aで示す方向(所定の走査方向。以下、「走査方向A」という)へ移動させることができる。角度検出器324は、回転ミラー322の回転角度を検出する。
The
カメラ310は、上記のように全投影領域TT内のワークW等上でのレーザスリット光Lの投影部位が走査方向Aへ移動する際に、その移動する投影部位を含む全投影領域TT内のワークW等の外観を、所望のフレームレート(間隔)で連続撮像する。具体的には、カメラ310は、レーザスリット光Lの投影部位が、全投影領域TTの反走査方向(矢印Aで示す方向の反対方向)側端部の投影領域で生じてから、走査方向Aに順次移動し、全投影領域TTの走査方向A側端部の投影領域に至るまでの間(つまり、全投影領域TTの全域にわたる間)、連続撮像を行う。そして、カメラ310は、上記連続撮像に対応する複数の撮像フレームF(後述の図6参照)を出力する。図6に、カメラ310から出力された撮像フレームFの一例を示す。図6に示すように、撮像フレームFには、全投影領域TT内のワークW等の外観と、上記のように刻々と移動していく当該ワークW等上でのレーザスリット光Lの投影部位の挙動とが含まれている。
When the projection part of the laser slit light L on the workpiece W or the like in the entire projection area TT moves in the scanning direction A as described above, the
レンズユニット350は、上記ワークW等上でのレーザスリット光Lの投影部位とカメラ310の撮像素子311との間に設けられ、投影部位で反射されたレーザスリット光Lを屈折させ集光させる。レンズユニット350については、後でより詳しく説明する。
The
センサコントローラ330は、例えば演算器や記憶装置等を有するコンピュータで構成され、センサユニット300全体の動作を制御する。このセンサコントローラ330は、カメラ310から出力された複数の撮像フレームFに基づいて、ストッカ20内の複数のワークWをそれぞれ検出し、それら複数のワークWそれぞれの三次元形状を検出する。センサコントローラ330については、後でより詳しく説明する。
The
次に、図7を参照しつつ、レンズユニット350,360の構成の一例を説明する。
Next, an example of the configuration of the
図7に示すように、レンズユニット350は、円筒部材351の両端部に光透過性を有する蓋部材352,353が接合されて構成された円筒容器354を有する。円筒容器354の内部には、絶縁性及び光透過性を有する非電解液からなる第1の液体355と、導電性及び光透過性を有する電解液からなる第2の液体356とが、隣接して封入されている。第1の液体355及び第2の液体356は、互いに非混和性を有し、互いに屈折率が異なる。これら第1の液体355及び第2の液体356により、液体レンズLL1が構成されている。液体レンズLL1は、上記ワークW等上でのレーザスリット光Lの投影部位とカメラ310の撮像素子311との間に設けられている。また、円筒容器354の内壁には、第2の液体356に所望の電圧を印加するための電極357がリング状に形成されている。上記第1の液体355及び第2の液体356は、絶縁体358を介してこの電極357に接触している。
As shown in FIG. 7, the
このようなレンズユニット350では、適宜の電圧印加装置359により第2の液体356と電極357との間に電圧が印加されると、その印加電圧の大小に応じて、第1の液体355と第2の液体356との界面IF1の曲率が変化する。これにより、液体レンズLL1の屈折力、つまり液体レンズLL1の焦点距離や画角等の光学特性が変化する。
In such a
また、レンズユニット360は、上記レンズユニット350と同様の構成である。すなわち、レンズユニット360は、円筒部材361の両端部に光透過性を有する蓋部材362,363が接合されて構成された円筒容器364を有する。円筒容器364の内部には、絶縁性及び光透過性を有する非電解液からなる第1の液体365と、導電性及び光透過性を有する電解液からなる第2の液体366とが、隣接して封入されている。第1の液体365及び第2の液体366は、互いに非混和性を有し、互いに屈折率が異なる。これら第1の液体365及び第2の液体366により、液体レンズLL2(レンズ)が構成されている。液体レンズLL2は、レーザ光源321と回転ミラー322との間に設けられている。また、円筒容器364の内壁には、第2の液体366に所望の電圧を印加するための電極367がリング状に形成されている。上記第1の液体365及び第2の液体366は、絶縁体368を介してこの電極367に接触している。
The
このようなレンズユニット360では、適宜の電圧印加装置369により第2の液体366と電極367との間に電圧が印加されると、その印加電圧の大小に応じて、第1の液体365と第2の液体366との界面IF2の曲率が変化する。これにより、液体レンズLL2の屈折力、つまり液体レンズLL2の焦点距離や画角等の光学特性が変化する。
In such a
次に、図8を参照しつつ、センサコントローラ330の機能的構成の一例を説明する。
Next, an example of a functional configuration of the
図8に示すように、センサコントローラ330は、光源制御部341と、モータ制御部342と、カメラ制御部338と、特性調整部339と、画像取得部331と、画像記憶部332と、距離画像生成部333と、距離画像記憶部334と、合成画像生成部336と、検出部340とを備える。
As shown in FIG. 8, the
光源制御部341は、上記レーザ光源321を制御し、レーザスリット光Lを照射させる。モータ制御部342は、上記角度検出器324により検出された上記回転ミラー322の回転角度情報を入力し、その入力した回転角度情報に基づいて、上記モータ323を制御し、回転ミラー322を回転させる。カメラ制御部338は、上記カメラ310を制御し、レーザスリット光Lの投影部位が全投影領域TTの全域にわたる間に、複数回の連続撮像を行わせ、対応する複数の撮像フレームFを出力させる。
The light
ここで、カメラ310が上記複数回の連続撮像を行う1回のスキャンの際に、ワークW等の位置が異なったり、ワークW等の表面に凹凸等が存在する等により、当該ワークW等上でのレーザスリット光Lの投影部位に凹凸が存在する場合がある。この場合、投影部位が凹部であるか凸部であるかにより、レーザ光源321からワークW等の表面(投影部位)までのレーザスリット光Lの光路長や、ワークW等の表面(投影部位)からカメラ310の撮像素子311までのレーザスリット光Lの光路長が異なることとなる。従って、上記の場合に、上記各レンズユニット350,360の焦点距離や画角等を仮に固定値にすると、各レンズユニット350,360の焦点位置を、当該各レンズユニット350,360の焦点距離が互いに異なる複数の位置に対応させるのが困難となるおそれがある。このため、レーザ光源321からワークW等の表面までのレーザスリット光Lの光路長の違い(レンズユニット360の焦点距離の違い)や、ワークW等の表面からカメラ310の撮像素子311までのレーザスリット光Lの光路長の違い(レンズユニット350の焦点距離の違い)により、高精度な撮像が困難となるおそれがある。そこで本実施形態では、上記各レンズユニット350,360の焦点距離や画角等の光学特性を調整可能な特性調整部339が設けられている。
Here, when the
特性調整部339は、上記1回のスキャンの際に、上記各レンズユニット350,360の光学特性を調整する。具体的には、特性調整部339は、各レンズユニット350,360の各液体レンズLL1,LL2の位置を動かすことなく、当該各液体レンズLL1,LL2の光学特性を調整する。すなわち、特性調整部339は、上記電圧印加装置359がレンズユニット350の第2の液体356と電極357との間に印加する電圧、及び、上記電圧印加装置369がレンズユニット360の第2の液体366と電極367との間に印加する電圧を増減し、上記各界面IF1,IF2の曲率を変化させることで、各液体レンズLL1,LL2の光学特性を調整する。
The
本実施形態では、特性調整部339は、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を、当該各液体レンズLL1,LL2の焦点距離が互いに異なる複数の位置の間で切り替えるように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を増減する。この例では、図9(a)に示すように、液体レンズLL1の焦点距離が互いに異なる複数の位置として、上側位置P1a及び下側位置P1bの2つの位置が設定されている。上側位置P1aは、液体レンズLL1の焦点距離が相対的に短い短焦点距離となる位置(範囲)である。下側位置P1bは、液体レンズLL1の焦点距離が上記短焦点距離よりも長い長焦点距離となる位置(範囲)である。また、この例では、図9(b)に示すように、液体レンズLL2の焦点距離が互いに異なる複数の位置として、上側位置P2a及び下側位置P2bの2つの位置が設定されている。上側位置P2aは、液体レンズLL2の焦点距離が相対的に短い短焦点距離となる位置(範囲)である。下側位置P2bは、液体レンズLL2の焦点距離が上記短焦点距離よりも長い長焦点距離となる位置(範囲)である。なお、図9(b)中では、説明の便宜上、レーザ光源321、液体レンズLL2、回転ミラー322、及びワークW等が同一直線上にあるかのように図示している。
In the present embodiment, the
なお、上記各上側位置P1a,P2aを第1位置に対応させた場合には、上記各短焦点距離が第1焦点距離に対応すると共に、上記各下側位置P1b,P2bが第2位置に対応し、上記各長焦点距離が第2焦点距離に対応する。逆に、上記各下側位置P1b,P2bを第1位置に対応させた場合には、上記各長焦点距離が第1焦点距離に対応すると共に、上記各上側位置P1a,P2aが第2位置に対応し、上記各短焦点距離が第2焦点距離に対応する。 When the upper positions P1a and P2a correspond to the first position, the short focal lengths correspond to the first focal lengths, and the lower positions P1b and P2b correspond to the second positions. The long focal lengths correspond to the second focal length. Conversely, when the lower positions P1b and P2b are made to correspond to the first position, the long focal lengths correspond to the first focal length, and the upper positions P1a and P2a are set to the second position. Correspondingly, each short focal length corresponds to a second focal length.
そして、特性調整部339は、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を、上記各上側位置P1a,P2aと上記各下側位置P1b,P2bとに、カメラ310の撮像タイミングに対応する切替タイミングで交互に切り替えるように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を交互に増減する。
The
例えば、特性調整部339は、1回のスキャンにおける複数回の切替タイミングのうち、n回目(nは正の奇数)の切替タイミング(1,3,5,7・・・回目の切替タイミング)に対応して、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を各上側位置P1a,P2aに切り替え、n+1回目の切替タイミング(2,4,6,8・・・回目の切替タイミング)に対応して、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を各下側位置P1b,P2bに切り替えるように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を増減する。なお、以下では、このような各液体レンズLL1,LL2の焦点位置の切替パターンを「第1切替パターン」という。又は、特性調整部339は、1回のスキャンにおける複数回の切替タイミングのうち、n回目の切替タイミングに対応して、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を各下側位置P1b,P2bに切り替え、n+1回目の切替タイミングに対応して、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を各上側位置P1a,P2aに切り替えるように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を増減する。なお、以下では、このような各液体レンズLL1,LL2の焦点位置の切替パターンを「第2切替パターン」という。
For example, the
本実施形態では、特性調整部339は、時間的に異なる複数回のスキャンで、上記第1切替パターンと上記第2切替パターンとを交互に繰り返すように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を増減する。
In the present embodiment, the
例えば、特性調整部339は、N回目(Nは正の奇数)のスキャン(1,3,5,7・・・回目のスキャン)では、上記第1切替パターンに対応するように各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を切り替え、N+1回目のスキャン(2,4,6,8・・・回目のスキャン)では、上記第2切替パターンに対応するように各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を切り替えるように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を増減する。又は、特性調整部339は、N回目のスキャンでは、上記第2切替パターンに対応するように各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を切り替え、N+1回目のスキャンでは、上記第1切替パターンに対応するように各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を切り替えるように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を増減してもよい。但し、以下では、説明の便宜上、特性調整部339は、N回目のスキャンでは、上記第1切替パターンに対応するように各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を切り替え、N+1回目のスキャンでは、上記第2切替パターンに対応するように各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を切り替えるように、各電圧印加装置359,369が印加する電圧を増減する場合を説明する。
For example, in the N-th scan (N is a positive odd number) scan (1, 3, 5, 7,..., The first scan), the
また、本実施形態では、上記カメラ制御部338は、上記N回目のスキャンと上記N+1回目のスキャンとで、撮像開始タイミングをずらずように、カメラ310を制御する。
In the present embodiment, the
画像取得部331は、上記カメラ310から出力された複数の撮像フレームFを取得する。画像取得部331により取得された複数の撮像フレームFは、画像記憶部332に記憶される。
The
距離画像生成部333は、上記1回のスキャンごとに、画像記憶部332に記憶された当該スキャンでの複数の撮像フレームFを用いて、三角測量の原理により、カメラ310とワークW等との距離を算出する。具体的には、距離画像生成部333は、当該スキャンでの複数の撮像フレームFのそれぞれにおいて表されている、複数のレーザスリット光Lの投影部位の挙動のうち、ピントが合っている各部分の上記距離を算出する。そして、距離画像生成部333は、全投影領域TT内のワークW等の外観画像の上記ピントが合っていた各部分に、上記算出した距離情報を含ませた、1つの距離画像DP(後述の図10後段及び図11後段参照)を生成する。距離画像生成部333により生成された距離画像DPは、距離画像記憶部334に記憶される。
The distance
図10に、上記N回目のスキャン時に、カメラ310から出力された複数の撮像フレームF、及び、距離画像生成部333により生成された距離画像DPの一例を示す。なお、図10上段及び後述の図11上段中では、説明の便宜上、複数のワークWがストッカ20内に入れられているのではなく、複数(この例では2つ)のワークWが台座21上に載置されている状態でカメラ310により撮像された場合に対応する複数の撮像フレームFを図示している。また、以下では、説明の便宜上、M回目(Mは正の整数)の撮像に対応するM個目の撮像フレームFを「撮像フレームFM」、M+1回目の撮像に対応するM+1個目の撮像フレームFを「撮像フレームFM1」という。
FIG. 10 illustrates an example of the plurality of imaging frames F output from the
図10上段に示すように、N回目のスキャン時にカメラ310から出力された複数の撮像フレームFのうち、M個目の撮像フレームFMには、上記各上側位置P1a,P2a内に存在するワークWの上面にピントが合って、当該各上側位置P1a,P2a外に存在するワークWの下面(台座21の上面)にピントが合っていないレーザスリット光Lの投影部位の挙動が表されている。一方、M+1個目の撮像フレームFM1には、上記各下側位置P1b,P2b外に存在するワークWの上面にピントが合っておらず、当該各下側位置P1b,P2b内に存在するワークWの下面(台座21の上面)にピントが合っているレーザスリット光Lの投影部位の挙動が表されている。なお、図10上段及び後述の図11上段中では、ピントが合っているレーザスリット光Lの投影部位の挙動を細線、ピントが合っていないレーザスリット光Lの投影部位の挙動を太線で図示している。また、図10下段に示すように、N回目のスキャン時に上記図10上段に示す複数の撮像フレームFを用いて生成された距離画像DPは、台座21上の2つのワークWの外観画像の上記ピントが合っていた各部分Paに距離情報を含む。
As shown in the upper part of FIG. 10, among the plurality of imaging frames F output from the
図11に、上記N+1回目のスキャン時に、カメラ310から出力された複数の撮像フレームF、及び、距離画像生成部333により生成された距離画像DPの一例を示す。
FIG. 11 shows an example of the plurality of imaging frames F output from the
図11上段に示すように、N+1回目のスキャン時にカメラ310から出力された複数の撮像フレームFのうち、M個目の撮像フレームFMには、上記各上側位置P1a,P2a内に存在するワークWの上面にピントが合って、当該各上側位置P1a,P2a外に存在するワークWの下面(台座21の上面)にピントが合っていないレーザスリット光Lの投影部位の挙動が表されている。一方、M+1個目の撮像フレームFM1には、上記各下側位置P1b,P2b外に存在するワークWの上面にピントが合っておらず、当該各下側位置P1b,P2b内に存在するワークWの下面(台座21の上面)にピントが合っているレーザスリット光Lの投影部位の挙動が表されている。また、図11下段に示すように、N+1回目のスキャン時に上記図11上段に示す複数の撮像フレームFを用いて生成された距離画像DPは、台座21上の2つのワークWの外観画像の上記ピントが合っていた各部分Pbに距離情報を含む。
As shown in the upper part of FIG. 11, among the plurality of imaging frames F output from the
図8に示すように、合成画像生成部336は、各スキャンが終了するごとに、距離画像記憶部334に記憶された時間的に互いに異なる複数回(この例では2回)のスキャンでの複数(この例では2つ)の距離画像DPを合成し、合成画像CP(後述の図12参照)を生成する。合成画像CPは、ストッカ20内の複数のワークWそれぞれの三次元形状を検出するための画像である。具体的には、合成画像生成部336は、各スキャンが終了するごとに、最新のスキャンでの距離画像DPと、その直前のスキャンでの距離画像DPとを合成し、合成画像CPを生成する。すなわち、合成画像生成部336は、最新のスキャンに基づく距離画像DPのうち距離情報を含む部分と、その直前のスキャンに基づく距離画像DPのうち部分とを合成する。これにより、合成画像生成部336は、最新のスキャンに基づく距離画像DPで距離情報を含まない部分を、その直前のスキャンに基づく距離画像DPで距離情報を含む部分で補完する。このようにすることで、合成画像生成部336は、合成画像CPを生成する。合成画像生成部336により生成された合成画像CPは、検出部340へ出力される。
As illustrated in FIG. 8, the composite
図12に、合成画像生成部336により、上記図10下段及び図11下段に示す距離画像DP,DPが合成されて生成された合成画像CPの一例を示す。 FIG. 12 shows an example of a composite image CP generated by combining the distance images DP and DP shown in the lower part of FIG. 10 and the lower part of FIG.
図12に示すように、上記図10下段及び図11下段に示す距離画像DP,DPが合成されて生成された合成画像CPは、台座21上の2つのワークWの外観画像の上記各部分Pa,Pb(つまり、当該外観画像のほぼ全部)に距離情報を含む。
As shown in FIG. 12, the composite image CP generated by combining the distance images DP and DP shown in the lower part of FIG. 10 and the lower part of FIG. 11 is the part Pa of the appearance image of the two works W on the
図8に示すように、検出部340は、各スキャンが終了するごとに、合成画像生成部336から出力される合成画像CPを取得する。そして、検出部340は、上記取得した合成画像CPを用いて、ストッカ20内の複数のワークWそれぞれの三次元形状を検出する。検出部340による検出結果を表す検出信号は、上記ロボットコントローラ200へ出力される。
As illustrated in FIG. 8, the
これにより、ロボットコントローラ200は、検出部340から出力された上記検出信号を取得する。そして、ロボットコントローラ200は、上記取得した検出信号で表される三次元形状情報に基づいて、1つのワークW(例えば最も保持し易いワークW等)を保持して移送するように、上記ロボット100を動作させる。
Thereby, the
以上説明したように、本実施形態のセンサユニット300には、カメラ310及びレーザ光源321に設けた各レンズユニット350,360の光学特性を調整可能な特性調整部339が設けられている。特性調整部339は、1回のスキャンの際に、各レンズユニット350,360の光学特性を調整することが可能である。この結果、上記ワークW等の表面の凹凸に対応して上記1回のスキャン中において高速で光学特性を切り替えることができる。したがって、高精度な撮像を行うことができ、ワークWの三次元形状を高精度に検出することができる。
As described above, the
また、本実施形態では特に、レーザスリット光Lを照射するレーザ光源321が設けられ、レンズユニット360が、レーザ光源321と回転ミラー322との間に液体レンズLL2を有する。これにより、レーザスリット光Lを走査してカメラ310が連続撮像することでワークWの三次元形状を検出する構成において、上記ワークW等の表面の凹凸に対応した高精度な撮像を行うことができる。この結果、ワークWの三次元形状を高精度に検出することができる。
In the present embodiment, in particular, a
また、本実施形態では特に、レーザ光源321とレンズユニット360とが共通の筐体326に収納されてレーザ光源ユニット320Aが形成される。このレーザ光源ユニット320Aを用いることで、レーザ光源321及びレンズユニット360を別々の筐体に収納する場合に比べてセンサユニット300を小型化できる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、レーザ光源321から照射されたレーザスリット光Lを受光しワークW等へ向けて反射させる回転ミラー322と、回転ミラー322の回転角度を変化させ上記ワークW等上でのレーザスリット光Lの投影部位を移動させるモータ323とが設けられている。これら回転ミラー322及びモータ323を用いることで、上記ワークW等へ向けて反射させるレーザスリット光Lを走査方向Aに容易に移動させることができる。
Further, in the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、特性調整部339が、液体レンズLL2の位置を動かすことなく当該液体レンズLL2の光学特性を調整可能である。これにより、適宜の駆動機構等によりレンズの位置を変位させる場合と異なり、液体レンズLL2の位置を動かすことなく、上記ワークW等の表面の凹凸に対応した高精度な撮像を行うことができる。また、液体レンズLL2の位置を変位させるための適宜の駆動機構等の設置のためのスペースや費用を削減できるので、センサユニット300を小型化及び低コスト化できる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、レンズユニット360に液体レンズLL2が設けられ、レンズユニット360が、液体レンズLL2の第2の液体366に所望の電圧を印加するための電極367を有し、特性調整部339が、電圧印可装置360が第2の液体366と電極367との間に印加する電圧を増減可能である。これにより、第2の液体366と電極367との間への電圧大小で焦点距離や画角等を応答性よく自在に変えられる液体レンズLL2の性質を利用して、液体レンズLL2の位置を動かすことなく、上記ワークW等の表面の凹凸に対応した高精度な撮像を行うことができる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、特性調整部339が、液体レンズLL2の焦点位置を、互いに異なる焦点距離を与える複数の位置の間で切り替えるように、電圧印可装置360が第2の液体366と電極367との間に印加する電圧を増減する。これにより、上記ワークW等の表面の凹凸等によりレーザ光源321から上記ワークW等の表面までのレーザスリット光Lの光路長が長くなったり短くなったりする場合であっても、これに対応して上記1回のスキャン中において応答性よく高速で液体レンズLL2の焦点距離を切り替え、高精度な撮像を行うことができる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態では特に、特性調整部339が、液体レンズLL2の焦点位置を、上側位置P2aと下側位置P2bとに、交互に切り替えるように、電圧印可装置360が第2の液体366と電極367との間に印加する電圧を交互に増減する。これにより、レーザ光源321から上記ワークW等の表面までのレーザスリット光Lの光路長が相対的に短くなる上記ワークW等の凸部に投影するときには、液体レンズLL2の焦点位置を上側位置P2aとし、レーザ光源321から上記ワークW等の表面までのレーザスリット光Lの光路長が相対的に長くなる上記ワークW等の凹部に投影するときには、液体レンズLL2の焦点位置を下側位置P2bとすることができる。この結果、確実に高精度な撮像を行うことができる。
In the present embodiment, in particular, the
また、本実施形態のロボットシステム1では、ロボット100により、ストッカ20内の複数のワークWが順次保持され移送される。本実施形態では、上記複数のワークWの移送の際、ロボットコントローラ200の制御に基づいて、上記のようにしてセンサユニット300により検出された各ワークWの三次元形状に応じて、ロボット100が動作する。これにより、上記複数のワークWの移送を円滑かつ確実に行うことができる。また、前述したようにして各ワークWの三次元形状が高精度に検出されることから、ロボット100による上記複数のワークWの移送を、確実に円滑に行うことができる。また、本実施形態のように、センサユニット300において、特性調整部339が液体レンズLL2の位置を動かすことなく当該液体レンズLL2の光学特性を調整可能である場合、液体レンズLL2の位置を変位させるための適宜の駆動機構等の設置のためのスペースや費用を削減することができるので、センサユニット300を小型化及び低コスト化できる。また、このようにセンサユニット300を小型化できる結果、周囲物との干渉を回避することができる。
In the
なお、実施の形態は、上記内容に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。 The embodiment is not limited to the above contents, and various modifications can be made without departing from the spirit and technical idea of the embodiment.
すなわち、上記実施形態においては、第2の液体356と電極357との間への印加電圧を増減して液体レンズLL1の焦点距離を調整すると共に、第2の液体366と電極367との間への印加電圧を増減して液体レンズLL2の焦点距離を調整するとき、特性調整部339は、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を、各上側位置P1a,P2aと各下側位置P1b,P2bとに、交互に切り替えるように、上記各印加電圧を交互に増減していた。しかしながら、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、特性調整部339が、各液体レンズLL1,LL2の焦点位置を、互いに異なる焦点距離を与える3つ以上の位置の間で切り替えるように、上記各印可電圧を増減してもよい。あるいは、特性調整部339が、カメラ310による1つの撮像フレームF(第1撮像フレーム)の撮像時における上記各印加電圧を、当該撮像フレームFよりも1つ前の撮像フレームF(第2撮像フレーム)の撮像結果に基づいて設定してもよい。この場合には、各液体レンズLL1,LL2の焦点距離の微細な調整を精度よく行うことができるので、さらに確実に高精度な撮像を行うことができる。
That is, in the above embodiment, the applied voltage between the
また、上記実施形態においては、センサユニット300は、ストッカ20の上方に位置するように、支持部材50により支持されていたが、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、センサユニット300は、ロボット100の適宜の部位(例えばアーム部102の先端側等)に取り付けられていてもよい。このようにセンサユニット300をロボット100に取り付けた上で用いる場合でも、上述のようにしてセンサユニット300を小型化できる結果、周囲物との干渉を回避することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態においては、各レンズユニット350,360は、レンズとして液体レンズLL1,LL2を備え、特性制御部339は、上記各印可電圧を増減することにより各液体レンズLL1,LL2の屈折力を変化させることで、各レンズの位置を動かすことなく当該各レンズの光学特性を調整していた。しかしながら、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、レンズユニットが、液体レンズ以外のレンズ(例えば液晶レンズ等の可変焦点レンズ)を備え、特性制御部が、適宜の手法を用いてレンズの屈折力を変化させることで、レンズの位置を動かすことなく当該レンズの光学特性を調整してもよい。あるいは、レンズユニットが、複数のレンズとこれら複数のレンズを駆動する適宜の駆動機構とを備え、特性制御部が、駆動機構を駆動させることにより複数のレンズの位置関係を調整することで、レンズユニットの光学特性を調整してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、レーザ光源321とレンズユニット360とが共通の筐体326に収納されてレーザ光源ユニット320Aが形成されていたが、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、レーザ光源321とレンズユニット360とは、別々の筐体に収納されてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態においては、光源としてレーザスリット光Lを照射するレーザ光源321を用いていたが、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、光源としてパターン光等の光を照射する適宜の光源(例えばプロジェクタ等)を用いてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態においては、レーザ光源321及びカメラ310の両方にレンズユニット350,360を設けていたが、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、レーザ光源321及びカメラ310のどちらか片方のみに、レンズユニットを設けてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態においては、モータ323により回転ミラー322を回転させることにより、レーザ光源321から照射されたレーザスリット光LのワークW等への照射部位を移動させていたが、本開示の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、レーザ光源321等の光源から照射される光の向きを変化させたり光源自体を移動させることにより、光源から照射された光のワークW等への照射部位を移動させてもよい。この場合、光源から照射される光の向きを変化させたり当該光源自体を移動させる構成が、走査部に対応する。
In the above embodiment, the irradiation part of the laser slit light L irradiated from the
また、上記実施形態においては、センサユニット300をロボットシステム1に適用していたが、センサユニットはロボットシステム以外にも適用可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、図8中に示す矢印は、信号の流れの一例を示すものであり、信号の流れ方向を限定するものではない。 Moreover, the arrows shown in FIG. 8 show an example of the signal flow, and do not limit the signal flow direction.
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態等による手法を適宜組み合わせて利用してもよい。 In addition to those already described above, the methods according to the above embodiments may be used in appropriate combination.
その他、一々例示はしないが、上記実施形態等は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。 In addition, although not illustrated one by one, the above-described embodiments and the like are implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.
1 ロボットシステム
20 ストッカ(容器)
100 ロボット
200 ロボットコントローラ(コントローラ)
300 センサユニット(物体検出装置)
310 カメラ
320 レーザ光源ユニット
321 レーザ光源(光源)
322 回転ミラー
323 モータ(駆動装置)
326 筐体
339 特性調整部
350 レンズユニット
360 レンズユニット
365 第1の液体
366 第2の液体
367 電極
F 撮像フレーム
L レーザスリット光(光、スリット状のレーザ光)
LL2 液体レンズ(レンズ)
W ワーク(物体)
1
100
300 Sensor unit (object detection device)
310
322
326
LL2 liquid lens (lens)
W Work (object)
Claims (11)
光を照射する光源と、
前記光源から照射された前記光の前記物体への投影部位を、所定の走査方向へ移動させる走査部と、
前記走査部が前記物体上での前記光の前記投影部位を移動させる際に、前記移動する投影部位を含む前記物体の外観を所望の間隔で連続撮像するカメラと、
前記光源又は前記カメラに設けたレンズユニットと、
前記カメラが連続撮像を行う際に前記レンズユニットの光学特性を調整可能な特性調整部と、
を有することを特徴とする、物体検出装置。 An object detection device for detecting an object to be detected,
A light source that emits light;
A scanning unit that moves a projection portion of the light emitted from the light source onto the object in a predetermined scanning direction;
When the scanning unit moves the projection part of the light on the object, a camera that continuously images the appearance of the object including the moving projection part at a desired interval;
A lens unit provided in the light source or the camera;
A characteristic adjusting unit capable of adjusting optical characteristics of the lens unit when the camera performs continuous imaging;
An object detection apparatus comprising:
スリット状のレーザ光を照射するレーザ光源であり、
前記レンズユニットは、
前記レーザ光源と前記走査部との間に設けられたレンズを有する
ことを特徴とする、請求項1記載の物体検出装置。 The light source is
It is a laser light source that irradiates slit-shaped laser light,
The lens unit is
The object detection apparatus according to claim 1, further comprising a lens provided between the laser light source and the scanning unit.
ことを特徴とする、請求項2記載の物体検出装置。 The object detection apparatus according to claim 2, wherein the laser light source and the lens unit are housed in a common housing to form a laser light source unit.
前記レーザ光源から照射された前記レーザ光を受光し前記物体へ向けて反射させる回転ミラーと、
前記回転ミラーの回転角度を変化させ前記物体上での前記レーザ光の前記投影部位を移動させる駆動装置と、
を有することを特徴とする、請求項2又は3記載の物体検出装置。 The scanning unit
A rotating mirror that receives the laser light emitted from the laser light source and reflects it toward the object;
A driving device that changes a rotation angle of the rotating mirror to move the projection part of the laser beam on the object;
The object detection device according to claim 2, further comprising:
前記レンズの位置を動かすことなく前記レンズの光学特性を調整可能に構成されている
ことを特徴とする、請求項4記載の物体検出装置。 The characteristic adjusting unit is
The object detection device according to claim 4, wherein optical characteristics of the lens can be adjusted without moving the position of the lens.
封入された液体により構成された液体レンズであり、
前記レンズユニットは、
前記液体レンズの前記液体に所望の電圧を印加するための電極を有し、
前記特性調整部は、
前記電極に印加する電圧を増減可能に構成されている
ことを特徴とする、請求項5記載の物体検出装置。 The lens is
A liquid lens composed of an encapsulated liquid;
The lens unit is
An electrode for applying a desired voltage to the liquid of the liquid lens;
The characteristic adjusting unit is
The object detection apparatus according to claim 5, wherein the voltage applied to the electrode can be increased or decreased.
前記液体レンズの焦点位置を、互いに異なる焦点距離を与える複数の位置の間で切り替えるように、前記電極に印加する電圧を増減する
ことを特徴とする、請求項6記載の物体検出装置。 The characteristic adjusting unit is
The object detection apparatus according to claim 6, wherein the voltage applied to the electrode is increased or decreased so that the focal position of the liquid lens is switched between a plurality of positions giving different focal lengths.
前記液体レンズの焦点位置を、第1焦点距離を与える第1位置と、第1焦点距離より長い第2焦点距離を与える第2位置とに、交互に切り替えるように、前記電極に印加する電圧を交互に増減する
ことを特徴とする、請求項7記載の物体検出装置。 The characteristic adjusting unit is
The voltage applied to the electrodes is switched so that the focal position of the liquid lens is switched alternately between a first position that provides a first focal length and a second position that provides a second focal length longer than the first focal length. The object detection apparatus according to claim 7, wherein the object detection apparatus increases or decreases alternately.
前記カメラによる第1撮像フレームの撮像時における前記電極への印加電圧を、前記第1撮像フレームより1つ前の撮像フレームである第2撮像フレームの撮像結果に基づいて設定する
ことを特徴とする、請求項6記載の物体検出装置。 The characteristic adjusting unit is
A voltage applied to the electrode when the first imaging frame is imaged by the camera is set based on an imaging result of a second imaging frame that is an imaging frame immediately before the first imaging frame. The object detection device according to claim 6.
前記容器内の前記複数の物体を順次保持して移送するロボットと、
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の物体検出装置と、
前記物体検出装置により検出された前記容器内の前記複数の物体それぞれの三次元形状に基づいて前記ロボットを動作させるコントローラと、
を有することを特徴とする、ロボットシステム。 A container containing a plurality of the objects;
A robot for sequentially holding and transferring the plurality of objects in the container;
The object detection device according to any one of claims 1 to 9,
A controller for operating the robot based on a three-dimensional shape of each of the plurality of objects in the container detected by the object detection device;
A robot system comprising:
前記ロボットに取り付けられている
ことを特徴とする、請求項10記載のロボットシステム。 The object detection device includes:
The robot system according to claim 10, wherein the robot system is attached to the robot.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140828 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141225 |