JP2022080992A - 測定装置、制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを測定する際のティーチングの不要化又はティーチング時間の短縮を可能にする。【解決手段】測定装置Ｓは、ワークを測定するセンサ２と、センサ２を三次元空間内で移動させる多軸のロボット１と、ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、複数の測定位置それぞれにおけるセンサ２の方向と、を決定する位置決定部１５３と、ロボット１を制御することにより、複数の測定位置にセンサを順次移動させる移動制御部１５２と、複数の測定位置それぞれにおいてセンサ２が測定した結果を示す測定データを複数の被測定位置に関連付けて出力する測定制御部１５４と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、ワークを測定するための測定装置、制御装置、制御方法及びプログラム関する。

従来、ワークの形状を測定する３次元測定方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６－３２９９０３号公報

従来の測定方法においては、ワークの形状を測定するためのプローブを移動させる経路のティーチングを行う必要があった。ワークの向きが変わったりワークの種類が変わったりするたびにティーチングを行うと、測定時間においてティーチングに要する時間が占める割合が大きくなり測定効率が低下するため、ティーチング時間を短縮するための方法が求められていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ワークを測定する際のティーチングの不要化又はティーチング時間の短縮が可能な測定装置、制御装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の測定装置は、ワークを測定するセンサと、前記センサを三次元空間内で移動させる多軸のロボットと、前記ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける前記センサの方向と、を決定する位置決定部と、前記ロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させる移動制御部と、前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを前記複数の被測定位置に関連付けて出力する測定制御部と、を有する。

前記位置決定部は、前記設計データに基づいて前記複数の被測定位置それぞれにおける暫定法線方向を特定し、前記撮像画像データに基づいて特定した前記ワークの状態に基づいて前記暫定法線方向を補正することにより前記法線方向を特定してもよい。

前記ロボットは、前記撮像画像データを生成する撮像デバイスをさらに移動させ、前記移動制御部は、前記ロボットを制御することにより、前記撮像画像データを生成する撮像デバイスを複数の撮像位置に順次移動させ、前記位置決定部は、前記複数の撮像位置のうちの第１撮像位置において前記撮像デバイスが生成した第１撮像画像データに基づいて、前記第１撮像位置に対応する前記被測定位置における前記法線方向を特定することにより、前記第１撮像位置に対応する前記測定位置を決定してもよい。

前記位置決定部は、前記第１撮像位置から、前記センサを移動させる方向において前記センサが測定可能な範囲に基づいて定められた長さだけ離れた第２撮像位置において前記撮像デバイスが生成した第２撮像画像データに基づいて、前記第２撮像位置に対応する前記被測定位置における前記法線方向を特定することにより、前記第２撮像位置に対応する前記測定位置を決定してもよい。

前記位置決定部は、前記設計データ又は前記撮像画像データの少なくともいずれかと、前記測定装置の形状を示すデータとに基づいて、前記複数の測定位置を含み、かつ前記センサが前記ワークと接触しない経路を決定してもよい。なお、前記測定装置は、測定を開始する前に、前記位置決定部が決定した経路の良否を、コンピュータシミュレーションにより確認できるようにしてもよい。

前記位置決定部は、前記設計データ又は前記撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて特定される前記被測定位置と、当該被測定位置に対応する前記測定位置との距離が前記センサの焦点距離になるように前記複数の測定位置を決定してもよい。

前記位置決定部は、前記設計データ又は前記撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの状態が変化するエッジの位置を特定し、特定した前記エッジの位置に基づいて前記複数の測定位置を決定してもよい。

前記移動制御部は、前記複数の測定位置に順次移動させる向きに基づいて決定した指示値を前記ロボットに通知することにより、前記複数の測定位置に前記センサを移動させてもよい。

前記測定装置は、前記ワークに光を照射する照明デバイスをさらに有し、前記測定制御部は、前記複数の被測定位置に対応する複数の照射位置において前記照明デバイスに光を照射させてもよい。

前記測定制御部は、前記設計データ又は前記撮像画像データが示す前記ワークの表面の材質又は表面の加工状態の少なくともいずれかに基づいて前記照明デバイスが光を照射する条件を決定してもよい。

前記照明デバイスは、前記センサと結合しており、前記センサが照射する光及び前記ワークから反射する光を通過させる開口を有してもよい。

前記照明デバイスは、前記センサが測定のために光を発射する向きに光を照射してもよい。

前記測定装置は、前記センサの位置を検出する位置検出部と、前記移動制御部が前記ロボットに通知した、前記複数の測定位置に前記センサを移動させるための指示値と、前記位置検出部が検出した前記センサの位置との関係に基づいて前記指示値を補正するための補正値を決定する補正部と、をさらに有し、前記移動制御部は、前記補正値に基づいて前記指示値を補正した値を用いて前記ロボットを移動させてもよい。

本発明の第２の態様の制御装置は、ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける、前記ワークを測定するセンサの方向と、を決定する位置決定部と、前記センサを三次元空間内で移動させるロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させる移動制御部と、前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを、前記複数の被測定位置に関連付けて出力する測定制御部と、を有する。

本発明の第３の態様の制御方法は、コンピュータが実行する、ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける、前記ワークを測定するセンサの方向と、を決定するステップと、前記センサを三次元空間内で移動させるロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させるステップと、前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを前記複数の被測定位置に関連付けて出力するステップと、を有する。

本発明の第４の態様のプログラムは、コンピュータに、ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける、前記ワークを測定するセンサの方向と、を決定するステップと、前記センサを三次元空間内で移動させるロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させるステップと、前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを前記複数の被測定位置に関連付けて出力するステップと、を実行させる。

本発明によれば、ワークを測定する際のティーチングの不要化又はティーチング時間の短縮が可能になるという効果を奏する。

測定装置の概要を示す図である。 センサが撮像素子である場合のセンサ及び照明デバイスの構成例の模式図である。 撮像デバイスの動作の概要を説明するための図である。 被測定位置と測定位置との関係を示す図である。 制御装置の構成を示す図である。 位置決定部が法線方向を特定する動作の一例を説明するための図である。 制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る制御装置の構成の一部を示す図である。

［測定装置Ｓの概要］
図１は、測定装置Ｓの概要を示す図である。測定装置Ｓは、ワークＷを測定するための装置である。ワークＷの測定には、ワークＷの複数の位置の座標を測定すること、ワークＷにおける複数の位置の間の距離を測定すること、又はワークＷの色を測定することのように、ワークＷの性質に関する任意の測定が含まれる。

測定装置Ｓは、ロボット１と、センサ２と、ライト３と、カメラ４と、制御装置１０と、を備える。測定装置Ｓは、ロボット１を用いて三次元空間内の任意の位置にセンサ２を移動させることによりワークＷを測定する。ロボット１は、センサ２を三次元空間内で移動させる多軸（例えば６軸）のロボットであり、例えば、ワークＷが載置される載置台Ｂに固定されている。ロボット１が固定されている位置は任意であり、測定中のワークＷの位置とロボット１の固定位置との関係が一定であれば、ロボット１は載置台Ｂ以外の位置に固定されていてもよい。ロボット１は、センサ２を三次元空間内で移動させるための移動機構又は駆動機構、並びに制御装置１０との間でデータを送受信する機能を有する装置であれば任意の構成及び形状を有してよい。

図１に示すロボット１には、センサ２、ライト３及びカメラ４が取り付けられている。ロボット１は、制御装置１０から入力される制御情報に基づいてアームを動かすことで、アームに装着されたセンサ２、ライト３及びカメラ４の位置を任意の位置に移動させることができる。ロボット１には、複数種類のセンサ２が設けられていてもよく、複数種類のセンサ２を入れ替えることができるように、センサ２が着脱可能に構成されていてもよい。

センサ２は、ワークＷを測定するために使用可能なワークＷの測定データを取得するためのデバイスである。センサ２は、ワークＷの複数の被測定位置におけるワークＷの面の法線Ｌの方向上の複数の測定位置において測定動作を実行することにより、複数の測定データを取得する。センサ２は、例えば、撮像素子、干渉計センサ、レーザスキャナー、レーザ距離計又は共焦点クロマティックセンサである。被測定位置は、例えば制御装置１０により決定される。

ライト３は、センサ２が測定する際にワークＷの表面が適切な明るさになるように、ワークＷに向けて光を発する照明デバイスである。ライト３は、例えばセンサ２が撮像素子である場合のように、測定結果がワークＷの表面の明るさの影響を受ける場合に使用される。

図２は、センサ２が撮像素子である場合のセンサ２及びライト３の構成例の模式図である。ライト３は、センサ２と結合しており、センサ２が照射する光及びワークＷから反射する光を通過させる開口３１を有する。ライト３は、センサ２が測定のために光を発射する向きに光を照射する。ライト３は、例えば円環形状をしており、斜線で示す領域からワークＷの表面に向けて光を発する。

センサ２は、ワークＷの被測定位置における法線Ｌに撮像方向（例えば光軸の方向）が重なる位置でワークＷの表面を撮像する。また、センサ２は、ワークＷの表面との距離Ｄがセンサ２の焦点距離と一致する位置でワークＷの表面を撮像する。

カメラ４は、センサ２の測定位置と測定方向を決定するために、ワークＷの概略形状を特定するために用いられる撮像デバイスであり、例えば静止画カメラ又はビデオカメラである。カメラ４は、例えば、センサ２を用いた測定を開始する前に複数の撮像位置においてワークＷを撮像することにより、複数の撮像画像データを生成する。カメラ４は、生成した撮像画像データを制御装置１０に送信する。

図３は、カメラ４の動作の概要を説明するための図である。図３は、ワークＷの断面と、カメラ４の経路と、センサ２の経路とを示している。図３において長方形で示すカメラ４は、ワークＷの表面Ｈからほぼ一定の距離の経路上を移動しながらワークＷの表面Ｈを撮影することにより複数の撮像画像データを順次生成する。カメラ４は、ワークＷの表面Ｈから一定の距離を維持した状態で、複数の経路に沿って移動し、ワークＷにおいて載置台Ｂに接していない全ての領域の表面Ｈの状態を示す複数の撮像画像データを生成する。このようにして生成された複数の撮像画像データは、センサ２が測定をする際の経路の決定に用いられる。

制御装置１０は、ロボット１、センサ２、ライト３及びカメラ４を制御することにより、複数の測定位置においてワークＷの複数の被測定位置を対象とする測定を実行し、得られた複数の測定データに基づいてワークＷの形状を特定する。制御装置１０の詳細については後述するが、以下に概要を説明する。

センサ２は、複数の測定位置においてワークＷを測定することにより測定データを生成する。センサ２が生成した測定データに基づいて、制御装置１０はワークＷの状態（例えば面の方向、材質、色）が変化するエッジの位置を検出し、検出したエッジの位置に基づいてワークＷの形状を特定する。制御装置１０は、例えば円形の領域のエッジを検出した場合に、円形の領域の内径又は外径等を算出することによりワークＷの形状を測定する。エッジは、ワークＷの状態が変化する境界位置に相当する。センサ２が撮像素子である場合、エッジは、例えばセンサ２により生成された撮像画像データにおいて、隣接する複数の画素の間での輝度の変化量が閾値以上である複数の位置を結んだ線分により特定される。

センサ２がレーザスキャナーである場合、センサ２は、法線Ｌの方向からワークＷに対してライン状のレーザ光線を投影し、投影されたレーザ光線のワークＷの表面での反射光を撮影した測定画像データを生成する。制御装置１０は、測定画像データに基づいてワークＷの断面形状を特定する。

センサ２がレーザ距離計又は共焦点クロマティックセンサである場合、センサ２は、複数の測定位置においてセンサ２とワークＷの表面との距離を測定し、測定した距離を示す距離データを生成する。制御装置１０は、複数の測定位置に対応する複数の距離データに基づいて、ワークＷの凹凸形状を特定する。

センサ２が干渉計センサである場合、制御装置１０は、測定データに基づいて被測定位置の周辺における凹凸形状を特定する。制御装置１０は、複数の被測定位置に対応する凹凸形状を合成することにより、ワークＷの表面の凹凸形状を特定する。

図４は、被測定位置と測定位置との関係を示す図である。制御装置１０は、ワークＷの表面の複数の被測定位置ａ１、ａ２、ａ３、ａ４を対象とする測定をするために、それぞれの被測定位置の法線方向で、それぞれの被測定位置から所定の距離（例えばセンサ２の焦点距離）だけ離れた位置の測定位置Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４にセンサ２を順次移動させる。同様に、制御装置１０は、ワークＷの表面の複数の被測定位置ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４を対象とする測定をするために、測定位置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４にセンサ２を順次移動させる。制御装置１０は、これらの複数の測定位置を特定するためのデータ（例えば座標データ）と、それぞれの測定位置における測定値とが関連付けられた測定データを出力する。

［制御装置１０の構成］
図５は、制御装置１０の構成を示す図である。制御装置１０は、通信部１１と、表示部１２と、操作部１３と、記憶部１４と、制御部１５と、を有する。制御部１５は、主制御部１５１と、移動制御部１５２と、位置決定部１５３と、測定制御部１５４と、を有する。

通信部１１は、ロボット１、センサ２、ライト３及びカメラ４との間で各種のデータを送受信するための通信インターフェースを有する。通信インターフェースは、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）又はＵＳＢ（Universal Serial Bus）である。通信部１１は、ロボット１、センサ２、ライト３及びカメラ４のそれぞれに対応する複数の異なる通信インターフェースを有してもよく、１つの通信インターフェースを用いてロボット１、センサ２、ライト３及びカメラ４との間でデータを送受信してもよい。

通信部１１は、ロボット１、センサ２、ライト３及びカメラ４以外の外部装置との間でデータを送受信してもよい。通信部１１は、例えばワークＷの設計データを記憶しているコンピュータに対して設計データを要求するメッセージを送信し、当該コンピュータから設計データを受信する。通信部１１は、受信した設計データを、例えば主制御部１５１を介して記憶部１４に記憶させる。以下の説明においては、設計データがＣＡＤ（Computer Aided Design）データである場合を例示するが、設計データはＣＡＤデータ以外のデータであってもよい。

通信部１１は、例えば、移動制御部１５２からの指示に基づいて、ロボット１の位置を制御するための位置情報をロボット１に送信する。また、通信部１１は、位置決定部１５３からの指示に基づいて、センサ２に撮影をさせるための撮影制御情報を送信し、センサ２が生成した撮像画像データを受信する。センサ２は、受信した撮像画像データを位置決定部１５３に入力する。

また、通信部１１は、測定制御部１５４からの指示に基づいて、センサ２に測定をさせるための測定制御情報をセンサ２に送信し、センサ２が生成した測定データを受信する。測定制御情報には、測定を実行することを指示するデータが含まれている。測定制御情報には、測定位置又は被測定位置を特定するための情報（例えば座標データ）が含まれていてもよい。通信部１１は、受信した測定データを測定制御部１５４に入力する。また、通信部１１は、測定制御部１５４からの指示に基づいて、ライト３の発光量を制御するための発光制御情報をライト３に送信する。

表示部１２は、各種の情報を表示するためのディスプレイを有する。表示部１２は、制御装置１０を使用する測定者が各種の操作を行うための画面を表示したり、測定結果を表示したりする。
操作部１３は、測定者が操作をするためのデバイスであり、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネルである。

記憶部１４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部１４は、制御部１５が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部１４は、ロボット１、センサ２、ライト３及びカメラ４の動作に必要な各種のデータを記憶する。記憶部１４は、例えば、外部のコンピュータから取得したＣＡＤデータ、カメラ４から受信した撮像画像データ、及びセンサ２から受信した測定データを記憶する。

制御部１５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する。制御部１５は、記憶部１４に記憶されたプログラムを実行することにより、主制御部１５１、移動制御部１５２、位置決定部１５３及び測定制御部１５４として機能する。

主制御部１５１は、表示部１２、操作部１３及び記憶部１４との間でデータを送受信する。主制御部１５１は、測定者が行った操作に応じてワークＷの測定を開始し、位置決定部１５３、移動制御部１５２及び測定制御部１５４を制御する。主制御部１５１は、例えば、ロボット１を撮像位置又は測定位置に移動させるための移動指示を移動制御部１５２に入力する。また、主制御部１５１は、記憶部１４に記憶されたＣＡＤデータを読み出して、ＣＡＤデータを位置決定部１５３に入力することにより、位置決定部１５３に撮像位置及び測定位置を決定させる。さらに、主制御部１５１は、測定を実行するための制御情報を測定制御部１５４に入力し、測定制御部１５４から取得した測定データを記憶部１４に記憶させる。

移動制御部１５２は、ロボット１を制御することにより、ロボット１に装着されたセンサ２、ライト３及びカメラ４を移動させる。移動制御部１５２は、例えば、ロボット１を制御することにより、複数の撮像位置にカメラ４を順次移動させる。また、移動制御部１５２は、ロボット１を制御することにより、複数の被測定位置に対応する複数の測定位置にセンサ２を順次移動させる。

移動制御部１５２は、センサ２を測定位置に移動させたり、カメラ４を撮像位置に移動させたりするために、ロボット１に対して、予め設定された位置を原点とする測定位置又は撮像位置の座標データを指示値として含む位置制御情報を送信する。移動制御部１５２は、ロボット１を動かすタイミングで１つの座標データを含む位置制御情報を送信してもよく、複数のタイミングと複数の座標データとを関連付けた位置制御情報を送信してもよい。

移動制御部１５２は、予め記憶部１４に記憶された複数の座標データを読み出すことにより位置制御情報を生成してもよく、操作部１３を介して測定者により入力された複数の座標データを含む位置制御情報を生成してもよいが、本実施形態においては、位置決定部１５３から通知された経路情報が示す複数の座標データを含む位置制御情報を生成する。

移動制御部１５２は、カメラ４を移動させる際には、予め記憶部１４に記憶された複数の座標データ又は測定者により入力された複数の座標データを含む位置制御情報を使用し、センサ２を移動させる際には、より高い精度でセンサ２の位置を制御するために、位置決定部１５３から通知された経路情報に基づいて位置制御情報を生成してもよい。この場合、移動制御部１５２は、位置決定部１５３から通知された経路情報が示す複数の被測定位置（すなわち、後述する位置決定部１５３が法線方向を特定した被測定位置）においてワークＷを測定するための複数の測定位置にセンサ２を順次移動させる。

ところで、ロボット１のアームを移動させる場合、アームに加わる慣性の影響等により、どの向きで測定位置に近づくかによって適切な指示値が異なるということが想定される。そこで、移動制御部１５２は、複数の測定位置に順次移動させる向きに基づいて決定した指示値を含む位置制御情報をロボット１に通知することにより、複数の測定位置にセンサを移動させてもよい。

位置決定部１５３は、ワークＷの形状を示すＣＡＤデータ、又はカメラ４が生成した撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、複数の撮像位置、複数の被測定位置及び複数の測定位置を決定する。位置決定部１５３は、複数の測定位置それぞれにおけるセンサ２の方向をさらに決定してもよい。

位置決定部１５３は、例えば所定の位置においてカメラ４がワークＷの全体を撮影して生成された撮像画像データに基づいてワークＷが載置台Ｂに載置された向きを特定し、特定した結果に基づいてカメラ４の撮影経路を決定する。位置決定部１５３は、例えば、ワークＷの表面からカメラ４の焦点距離に対応する距離だけ離れた複数の位置を複数の撮像位置に決定し、決定した複数の撮像位置を含む経路を撮影経路に決定する。位置決定部１５３は、撮影経路を示す経路情報を移動制御部１５２に通知する。位置決定部１５３は、例えば、決定した複数の撮像位置を経路情報として移動制御部１５２に通知する。

位置決定部１５３は、複数の異なる位置でカメラ４がワークＷを撮影した複数の撮像画像データに基づいて距離画像データを生成し、生成した距離画像データに基づいてワークＷの三次元形状を特定することにより、複数の被測定位置及び複数の測定位置を決定してもよい。また、カメラ４が距離画像データを撮像画像データとして生成できるステレオカメラであり、位置決定部１５３は、カメラ４が生成した距離画像データに基づいてワークＷの三次元形状を特定することにより、複数の被測定位置及び複数の測定位置を決定してもよい。

位置決定部１５３は、センサ２が測定可能な範囲に基づいて複数の撮像位置の間隔を決定してもよい。位置決定部１５３は、例えば、第１撮像位置から、センサ２を移動させる方向においてセンサ２が測定可能な範囲に基づいて定められた長さだけ離れた位置を第２撮像位置に決定する。センサ２が測定可能な範囲に基づいて定められた長さは、例えば、センサ２が測定可能な範囲が四角形である場合、当該四角形の一辺の長さ、又は四角形の一辺の長さ未満である。位置決定部１５３がこのように動作することで、センサ２が測定する全領域に対応する複数の撮像画像データをカメラ４が生成することが可能になる。

位置決定部１５３は、ＣＡＤデータ、又はカメラ４が生成した撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、複数の被測定位置を決定する。位置決定部１５３は、例えば、ＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて特定したワークＷのエッジ上の複数の位置を複数の被測定位置に決定したり、エッジで囲まれた領域内における一定間隔の複数の位置を複数の被測定位置に決定したりする。位置決定部１５３は、測定者により設定された測定内容にさらに基づいて複数の被測定位置を決定してもよい。

さらに、位置決定部１５３は、複数の被測定位置に対応する複数の測定位置を決定する。位置決定部１５３は、被測定位置に対応する撮像画像データに基づいて、被測定位置における法線方向を特定することにより、法線方向上に測定位置を決定する。位置決定部１５３は、ワークＷの形状を示すＣＡＤデータ、又はカメラ４が生成した撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、ワークＷの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置を決定する。

また、位置決定部１５３は、複数の測定位置それぞれにおけるセンサ２の方向を決定する。位置決定部１５３は、例えば、センサ２がワークＷを測定する際に得られる精度が相対的に高くなる方向にセンサ２の方向を決定する。センサ２が撮像素子である場合、位置決定部１５３は、センサ２の光軸の方向が、測定位置に対応する被測定位置における法線方向と一致するようにセンサ２の方向を決定する。位置決定部１５３は、決定した測定位置及び測定方向を移動制御部１５２に通知することにより、移動制御部１５２にロボット１の調整機構を制御させて測定位置及び測定方向を調整させる。

位置決定部１５３は、複数の撮像位置のうちの第１撮像位置において撮像デバイスが生成した第１撮像画像データに基づいて、第１撮像位置に対応する被測定位置における法線方向を特定する。また、位置決定部１５３は、第２撮像位置においてカメラ４が生成した第２撮像画像データに基づいて、第２撮像位置に対応する被測定位置における法線方向を特定する。位置決定部１５３は、それぞれの被測定位置における法線方向上に測定位置を決定する。

位置決定部１５３は、被測定位置における法線方向上で、被測定位置からセンサ２の焦点距離に相当する位置を測定位置に決定する。すなわち、位置決定部１５３は、ＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて特定される被測定位置と、当該被測定位置に対応する測定位置との距離がセンサ２の焦点距離になるように複数の測定位置を決定する。位置決定部１５３は、第１被測定位置における法線方向上において第１被測定位置からセンサ２の焦点距離だけ離れた位置を第１測定位置に決定する。位置決定部１５３は、第２被測定位置における法線方向上において第２被測定位置からセンサ２の焦点距離だけ離れた位置を第２測定位置に決定する。

位置決定部１５３は、ＣＡＤデータ及び撮像画像データの両方を用いる場合、ＣＡＤデータに基づいて複数の被測定位置それぞれにおける暫定法線方向を特定し、被測定位置に対応する撮像画像データに基づいて特定したワークＷの状態に基づいて暫定法線方向を補正することにより法線方向を特定する。

図６は、位置決定部１５３が法線方向を特定する動作の一例を説明するための図である。図６（ａ）は、第１の向きで載置台Ｂに載置されている状態のワークＷを上方から見た図であり、図６（ｂ）は、第１の向きで載置台Ｂに載置されている状態のワークＷを側方から見た図である。図６（ｃ）は、第２の向きで載置台Ｂに載置されている状態のワークＷを上方から見た図であり、図６（ｄ）は、第２の向きで載置台Ｂに載置されている状態のワークＷを側方から見た図である。第１の向きは、ＣＡＤデータが示すワークＷの向きと同一の向きであり、第２の向きは、ＣＡＤデータが示すワークＷの向きと異なる向きである。ここでは、カメラ４がワークＷを撮影した時には、図６（ｃ）及び図６（ｄ）の状態になっていたものとする。

位置決定部１５３は、ＣＡＤデータに基づいて、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す被測定位置Ｘにおける暫定法線Ｌ１の方向を特定する。位置決定部１５３は、撮像画像データに基づいて、ワークＷが図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように第２の向きに載置されており、ＣＡＤデータが示すワークＷの向きとの間に角度差があることを特定する。位置決定部１５３は、特定した角度差に基づいて、暫定法線Ｌ１の方向と異なる法線Ｌ２の方向を特定する。このように、位置決定部１５３がＣＡＤデータ及び撮像画像データを用いることで、ワークＷが載置台Ｂに載置された向きによらず、位置決定部１５３は、被測定位置における法線方向を正確に特定することができる。

位置決定部１５３は、ＣＡＤデータのみを用いて法線方向を特定してもよい。例えばワークＷが載置台Ｂに載置される向きが定められている場合、位置決定部１５３は、図６（ｂ）に示す暫定法線Ｌ１の方向を被測定位置における法線方向として特定することができる。

位置決定部１５３は、撮像画像データのみを用いて法線方向を特定してもよい。位置決定部１５３は、例えば撮像画像データの撮像領域内の位置による輝度値の分布状況に基づいてワークＷの表面の角度を特定することにより、法線方向を特定することができる。位置決定部１５３は、複数の異なる撮像デバイスでワークＷの表面の同じ領域が撮影されて生成された複数の撮像画像データに基づいて距離画像を生成し、距離画像に基づいて法線方向を特定してもよい。

位置決定部１５３は、ＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、複数の測定位置を含み、かつセンサ２がワークＷと接触しない経路を決定してもよい。位置決定部１５３は、決定した経路における複数の測定位置の座標と、複数の測定位置以外の複数の位置の座標を含む経路情報を生成し、経路情報を移動制御部１５２に通知する。

位置決定部１５３は、ワークＷの設計データ又は記撮像画像データの少なくともいずれかと、測定装置Ｓの形状を示すデータとに基づいて経路を決定してもよい。具体的には、位置決定部１５３は、経路を決定する際に、測定装置Ｓが有するロボット１、センサ２、ライト３、カメラ４及び載置台Ｂ等の構成部材の設計データ（例えばＣＡＤデータ）の少なくとも一部をさらに使用してもよい。そして、位置決定部１５３は、ワークＷのＣＡＤデータと測定装置Ｓの設計データとを用いて複数の測定位置、複数の測定位置での測定順序、又はロボット１の移動経路を決定してもよい。位置決定部１５３が測定装置Ｓの設計データを用いることで、測定装置Ｓの構成部材とワークＷが衝突する確率を下げることができる。

なお、測定装置Ｓは、測定を開始する前に、位置決定部１５３が決定した経路の良否を、コンピュータシミュレーションにより確認できるようにしてもよい。例えば、主制御部１５１は、ワークＷ及び測定装置Ｓの設計データに基づいて、位置決定部１５３が決定した経路に基づいてセンサ２を移動させるようにロボット１が動作した場合の測定装置Ｓの各部の位置とワークＷの位置との関係をシミュレーションし、測定装置ＳとワークＷとが衝突する可能性の有無を判定することにより、経路の良否を確認する。主制御部１５１は、衝突が発生する可能性がないと判定した場合に、測定制御部１５４に測定を開始させる。主制御部１５１は、衝突が発生する可能性があると判定した場合に測定制御部１５４に測定を開始させず、位置決定部１５３に他の経路を探索させてもよい。

主制御部１５１は、位置決定部１５３が決定した経路を示す情報を外部のコンピュータに送信し、外部のコンピュータが、ワークＷ及び測定装置Ｓの設計データに基づいて衝突が発生する可能性の有無を判定した結果を取得してもよい。主制御部１５１は、衝突が発生する可能性がないという判定結果を得た場合に、測定制御部１５４に測定を開始させる。主制御部１５１は、衝突が発生する可能性があるという判定結果を得た場合に測定制御部１５４に測定を開始させず、位置決定部１５３に他の経路を探索させてもよい。

位置決定部１５３は、ＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいてワークＷに含まれるエッジの位置を特定し、特定したエッジの位置に基づいて複数の測定位置を決定してもよい。位置決定部１５３は、例えば、検出した複数のエッジに含まれる複数の位置を複数の測定位置にしたり、エッジで囲まれた領域内の複数の位置を複数の測定位置を含む領域にしたりする。

位置決定部１５３は、センサ２が実行可能な測定内容とエッジの位置とに基づいて複数の被測定位置を決定してもよい。位置決定部１５３は、例えばセンサ２が複数の位置の間の距離を測定可能である場合、複数のエッジ間の距離をセンサ２が測定できるように、複数のエッジに含まれる複数の位置を複数の測定位置に決定する。位置決定部１５３は、センサ２がワークＷの表面までの距離を測定可能である場合、エッジで囲まれた領域の凹凸形状をセンサ２が測定できるように、エッジで囲まれた領域に含まれる複数の位置を複数の測定位置に決定する。

測定制御部１５４は、主制御部１５１から入力された制御情報に基づいてセンサ２を制御することにより、ロボット１がセンサ２を移動させる動作に同期して、被測定位置の法線方向上の測定位置においてセンサ２に測定動作を実行させる。そして、測定制御部１５４は、複数の測定位置それぞれにおいてセンサ２が測定した結果を示す測定データを複数の被測定位置に関連付けて出力する。測定制御部１５４は、例えば被測定位置を示す座標データと被測定位置における測定データとを関連付けて表示部１２に表示させたり、通信部１１を介して外部装置に送信したりする。

測定制御部１５４は、複数の被測定位置に対応する複数の照射位置においてライト３に光を照射させてもよい。測定制御部１５４は、例えばセンサ２が測定を実行する際のワークＷの表面の照度が所定の照度であることが要求される場合に、被測定位置に向けてライト３に光を照射させる。測定制御部１５４は、ＣＡＤデータ又は撮像画像データが示すワークＷの表面の材質又は表面の加工状態の少なくともいずれかに基づいてライト３が光を照射する条件を決定してもよい。当該条件は、例えば光の強度、色又は照射方向である。

測定制御部１５４は、例えば、ＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、ワークＷの被測定位置付近の表面における光の反射率が閾値未満であると判定した場合、第１強度の光をライト３に照射させる。一方、測定制御部１５４は、ＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、ワークＷの被測定位置付近の表面における光の反射率が閾値以上であると判定した場合、第１強度よりも小さな第２強度の光をライト３に照射させる。測定制御部１５４は、複数の被測定位置それぞれにおける表面の状態によってライト３が照射する光の強度を変化させることにより、複数の被測定位置における照度が一定になるようにしてもよい。測定制御部１５４がこのようにライト３が発する光の強度を制御することで、被測定位置によらず同一の測定条件でセンサ２がワークＷを測定することができるので、測定精度が向上する。

測定制御部１５４は、被測定位置を視認したときの色が一定の範囲になるように、ワークＷの被測定位置の色に基づいてライト３が発する光を制御してもよい。測定制御部１５４は、被測定位置の近傍の領域を視認したときの色が一定の範囲になるように、ライト３が光を照射する方向を制御してもよい。

［制御装置１０における処理の流れ］
図７は、制御装置１０における処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、ワークＷの測定を開始する指示を制御装置１０が取得した時点から開始している。

主制御部１５１は、設計データを格納している外部のコンピュータからＣＡＤデータを取得する（Ｓ１１）。続いて、主制御部１５１は、移動制御部１５２にロボット１を制御させ、位置決定部１５３にカメラ４を制御させることにより、複数の撮像画像データを生成させる（Ｓ１２）。続いて、位置決定部１５３は、ＣＡＤデータ又は複数の撮像画像データの少なくともいずれかを用いることにより、複数の被測定位置それぞれにおける法線方向を特定し（Ｓ１３）、法線方向に基づいて複数の測定位置及びセンサ２の方向を決定する（Ｓ１４）。

続いて、主制御部１５１はセンサ２による測定を行うために、移動制御部１５２に対して、複数の測定位置にロボット１を移動させるように指示するとともに、測定を開始するように測定制御部１５４に指示する。移動制御部１５２は、位置決定部１５３から入力された経路情報に基づいて、最初の測定位置にセンサ２を移動させる（Ｓ１５）。また、移動制御部１５２は、最初の測定位置において、センサ２の方向が被測定位置における法線の方向になるようにロボット１のアクチュエータを調整する（Ｓ１６）。続いて、測定制御部１５４は、最初の測定位置においてセンサ２に測定を実行させる（Ｓ１７）。測定制御部１５４は、測定を実行したことを主制御部１５１に通知する。

主制御部１５１は、測定を実行したという通知を測定制御部１５４から受けると、全ての測定位置での測定が終了したか否かを判定する（Ｓ１８）。主制御部１５１は、全ての測定位置での測定が終了していないと判定した場合（Ｓ１８においてＮＯ）、次の測定位置にセンサ２を移動させるように移動制御部１５２に指示する（Ｓ１９）。移動制御部１５２は、指示された測定位置にセンサ２を移動させた後に、移動させた後の測定位置における法線の方向にセンサ２の方向を調整し（Ｓ１６）、測定制御部１５４はセンサ２に測定を実行させる（Ｓ１７）。制御装置１０は、全ての測定位置における測定が終了するまで、Ｓ１６からＳ１９までの処理を繰り返す。

全ての測定位置における測定が終了すると（Ｓ１８においてＹＥＳ）、主制御部１５１は、測定データを出力する（Ｓ２０）。主制御部１５１は、例えば表示部１２に測定データを表示させたり、通信部１１を介して外部装置に測定データを送信したりする。

［第１変形例］
ロボット１にセンサ２、ライト３又はカメラ４を移動させるために、移動制御部１５２は、撮像位置又は測定位置を示す座標データを指示値として含む位置制御情報をロボット１に送信する。各種の誤差に起因して、指示値に基づいてロボット１が移動させた後のセンサ２、ライト３又はカメラ４の位置が、指示値が示す位置と一致していないという場合が想定される。このような問題に対応するために、制御装置１０は、位置検出部５と補正部１５５とをさらに有してもよい。

図８は、変形例に係る制御装置１０の構成の一部を示す図である。位置検出部５は、センサ２、ライト３又はカメラ４の位置を検出するためのデバイスを含んでおり、例えばロボット１の可動範囲内のワークＷを撮影することができる位置に固定されたカメラである。補正部１５５は、位置検出部５が検出したセンサ２、ライト３又はカメラ４の位置に基づいて指示値を補正するための補正情報を移動制御部１５２に通知する。

具体的には、補正部１５５は、移動制御部１５２がロボット１に通知した、複数の測定位置にセンサを移動させるための指示値が示す位置と、位置検出部５が検出したセンサの位置との関係に基づいて、指示値を補正するための補正値を算出する。補正部１５５は、例えば、移動制御部１５２がロボット１に対して出力した位置制御情報を取得することにより指示値を特定する。補正部１５５は、特定した指示値が示す座標と位置検出部５から入力された位置検出情報が示すセンサ２の位置の座標との差分値を補正値として算出する。

補正部１５５は、算出した補正値を移動制御部１５２に通知する。その後、移動制御部１５２は、経路情報に基づいて決定した指示値を補正値によって補正した値を用いてロボット１に移動させる。制御装置１０が、位置検出部５及び補正部１５５を有することで、測定位置の精度を向上させることができる。

［第２変形例］
以上の説明においては、カメラ４により複数の撮像画像データを生成した後に、移動制御部１５２が複数の撮像画像データに基づいて複数の測定位置を決定し、測定制御部１５４が複数の測定位置でセンサ２に測定させるという場合を例示した。カメラ４による撮影とセンサ２による測定の順序はこれに限らず、他の順序であってもよい。例えば、カメラ４が１つの第１被測定位置に対応する第１撮像位置で第１撮像画像データを生成した後に、第１被測定位置に対応する第１測定位置でセンサ２が測定する。その後、カメラ４が次の第２被測定位置に対応する第２撮像位置で第２撮像画像データを生成した後に、第２被測定位置に対応する第２測定位置でセンサ２が測定する。

［第３変形例］
以上の説明においては、測定装置Ｓが１つのロボット１によりセンサ２、ライト３及びカメラ４を移動させるという場合を例示したが、測定装置Ｓは複数のロボット１を用いてセンサ２、ライト３及びカメラ４を移動させてもよい。例えば、第１のロボット１によりカメラ４を用いてワークＷを撮影し、第２のロボット１によりセンサ２を用いてワークＷを測定してもよい。このように測定装置Ｓが複数のロボット１を用いることにより、カメラ４がワークＷを撮影している間にセンサ２が測定を実行することができるので、測定時間を短縮することができる。

［第４変形例］
以上の説明においては、センサ２とライト３とが一体に構成されている場合を例示したが、センサ２とライト３の構造は任意である。例えばライト３は光を照射する向きを変化できるようにロボット１に装着されており、測定制御部１５４は、センサ２が測定する位置に対応する被測定位置のワークＷの形状に基づいてライト３の向きを変化させてもよい。測定制御部１５４がこのように動作することで、ワークＷの形状に応じて最適な向きから光を照射することができるので、測定精度が向上する。

［測定装置Ｓによる効果］
以上説明したように、測定装置Ｓは、センサ２を三次元空間内で移動させる多軸のロボット１を有しており、制御装置１０は、ＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいてワークＷの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置、及び複数の測定位置それぞれにおける測定方向（すなわちセンサ２の方向）を決定する位置決定部１５３を有する。

位置決定部１５３がＣＡＤデータ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて複数の測定位置と、複数の測定位置それぞれにおける測定方向を決定するので、測定装置Ｓは、測定位置及び測定方向をティーチングすることなく、又は従来の測定装置よりもティーチングする量を削減して測定を実行することができ、測定時間を短縮することができる。そして、測定装置Ｓが多軸のロボット１を用いてセンサ２を移動させることで、ワークＷの形状又はワークＷが載置台Ｂに載置された位置によらず、センサ２は、三次元空間内の任意の測定位置で、被測定位置における法線方向からワークＷを測定することができる。その結果、測定装置Ｓは測定精度を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、以上の説明においては、ティーチングをしないで測定をする場合を例示したが、経路の一部（例えば測定開始位置と終了位置）をティーチングして指定し、指定した位置からカメラ４による撮影を開始したり、センサ２による測定を開始したりしてもよい。装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ ロボット
２ センサ
３ ライト
４ カメラ
５ 位置検出部
１０ 制御装置
１１ 通信部
１２ 表示部
１３ 操作部
１４ 記憶部
１５ 制御部
３１ 開口
１５１ 主制御部
１５２ 移動制御部
１５３ 位置決定部
１５４ 測定制御部
１５５ 補正部

Claims (16)

1. ワークを測定するセンサと、
   前記センサを三次元空間内で移動させる多軸のロボットと、
   前記ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける前記センサの方向と、を決定する位置決定部と、
   前記ロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させる移動制御部と、
   前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを前記複数の被測定位置に関連付けて出力する測定制御部と、
   を有する測定装置。
2. 前記位置決定部は、前記設計データに基づいて前記複数の被測定位置それぞれにおける暫定法線方向を特定し、前記撮像画像データに基づいて特定した前記ワークの状態に基づいて前記暫定法線方向を補正することにより前記法線方向を特定する、
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記ロボットは、前記撮像画像データを生成する撮像デバイスをさらに移動させ、
   前記移動制御部は、前記ロボットを制御することにより、前記撮像画像データを生成する撮像デバイスを複数の撮像位置に順次移動させ、
   前記位置決定部は、前記複数の撮像位置のうちの第１撮像位置において前記撮像デバイスが生成した第１撮像画像データに基づいて、前記第１撮像位置に対応する前記被測定位置における前記法線方向を特定することにより、前記第１撮像位置に対応する前記測定位置を決定する、
   請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記位置決定部は、前記第１撮像位置から、前記センサを移動させる方向において前記センサが測定可能な範囲に基づいて定められた長さだけ離れた第２撮像位置において前記撮像デバイスが生成した第２撮像画像データに基づいて、前記第２撮像位置に対応する前記被測定位置における前記法線方向を特定することにより、前記第２撮像位置に対応する前記測定位置を決定する、
   請求項３に記載の測定装置。
5. 前記位置決定部は、前記設計データ又は前記撮像画像データの少なくともいずれかと、前記測定装置の形状を示すデータとに基づいて、前記複数の測定位置を含み、かつ前記センサが前記ワークと接触しない経路を決定する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記位置決定部は、前記設計データ又は前記撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて特定される前記被測定位置と、当該被測定位置に対応する前記測定位置との距離が前記センサの焦点距離になるように前記複数の測定位置を決定する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 前記位置決定部は、前記設計データ又は前記撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの状態が変化するエッジの位置を特定し、特定した前記エッジの位置に基づいて前記複数の測定位置を決定する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記移動制御部は、前記複数の測定位置に順次移動させる向きに基づいて決定した指示値を前記ロボットに通知することにより、前記複数の測定位置に前記センサを移動させる、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記ワークに光を照射する照明デバイスをさらに有し、
   前記測定制御部は、前記複数の被測定位置に対応する複数の照射位置において前記照明デバイスに光を照射させる、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置。
10. 前記測定制御部は、前記設計データ又は前記撮像画像データが示す前記ワークの表面の材質又は表面の加工状態の少なくともいずれかに基づいて前記照明デバイスが光を照射する条件を決定する、
    請求項９に記載の測定装置。
11. 前記照明デバイスは、前記センサと結合しており、前記センサが照射する光及び前記ワークから反射する光を通過させる開口を有する、
    請求項９又は１０に記載の測定装置。
12. 前記照明デバイスは、前記センサが測定のために光を発射する向きに光を照射する、
    請求項１１に記載の測定装置。
13. 前記センサの位置を検出する位置検出部と、
    前記移動制御部が前記ロボットに通知した、前記複数の測定位置に前記センサを移動させるための指示値と、前記位置検出部が検出した前記センサの位置との関係に基づいて前記指示値を補正するための補正値を決定する補正部と、
    をさらに有し、
    前記移動制御部は、前記補正値に基づいて前記指示値を補正した値を用いて前記ロボットを移動させる、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
14. ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける、前記ワークを測定するセンサの方向と、を決定する位置決定部と、
    前記センサを三次元空間内で移動させるロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させる移動制御部と、
    前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを、前記複数の被測定位置に関連付けて出力する測定制御部と、
    を有する制御装置。
15. コンピュータが実行する、
    ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける、前記ワークを測定するセンサの方向と、を決定するステップと、
    前記センサを三次元空間内で移動させるロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させるステップと、
    前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを前記複数の被測定位置に関連付けて出力するステップと、
    を有する制御方法。
16. コンピュータに、
    ワークの形状を示す設計データ又は撮像画像データの少なくともいずれかに基づいて、前記ワークの複数の被測定位置それぞれにおける法線方向上の位置である複数の測定位置と、前記複数の測定位置それぞれにおける、前記ワークを測定するセンサの方向と、を決定するステップと、
    前記センサを三次元空間内で移動させるロボットを制御することにより、前記複数の測定位置に前記センサを順次移動させるステップと、
    前記複数の測定位置それぞれにおいて前記センサが測定した結果を示す測定データを前記複数の被測定位置に関連付けて出力するステップと、
    を実行させるためのプログラム。
    

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