JP6892462B2 - 機械制御装置 - Google Patents
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Description
H=D×f/Z・・・(1)
P’=H2/(D’×f)・・・(3)
P’=H’2/(D×f)・・・(4)
図1は、第1実施形態に係る工作機械の機械制御装置の主要部を示す図である。図1に示す機械制御装置10は、ワーク(対象物)Wに所定の作業(例えば、切削加工等の加工)を行う工作機械を制御する数値制御装置である。その際、機械制御装置10は、ビジョンセンサ(Vision Sensor、視覚センサ:撮像装置)2によって撮像されたワークWを含む画像に基づいて、ワークWの位置を認識し、工作機械の工具TとワークWとの相対的な位置を制御する。例えば、機械制御装置10は、工作機械の工具Tの位置を制御してもよいし、ワークWの位置を制御してもよい。
工作機械の工具Tの近傍にビジョンセンサ2が取り付けられると、工作機械の工具Tの移動指令とビジョンセンサ2の移動指令とを同一にすることができる。
以下、機械制御装置10によるビジョンセンサ2の制御について詳細に説明する。
図2に示すように、撮像制御部11は、例えば記憶部(図示せず)に記憶された制御指令に基づいて、ビジョンセンサ2の位置及び姿勢を制御し、異なる2つの撮像位置においてワークWを含む2つの画像を撮像するようにビジョンセンサ2を制御する。例えば、撮像制御部11は、ビジョンセンサ2を所定方向に移動させ、撮像位置間距離(以下、視点間距離ともいう)Dの2つの撮像位置においてビジョンセンサ2によってワークWの撮像を行う。
図3は、ステレオカメラの手法を利用したワークの測定距離の復元について説明するための図である。図3に示すように、測定距離復元部14は、2つの画像に領域マッチングを行うことにより画素毎に視差Zを求め、画素毎の視差Zと、2つの撮像位置間の距離Dと、ビジョンセンサ2のパラメータである焦点距離fとに基づいて、下記(1)式によりワークWの測定距離Hを算出する。
H=D×f/Z・・・(1)
そこで、本実施形態の機械制御装置10は、測定距離復元部14に加え、測定精度演算部15、測定精度判定部16及び所定精度位置演算部17を備える。
測定精度Pは、撮影面に映るワークWが誤って隣接画素に映ったと想定した際に(このときの視差をZ’とする)、どれだけ差が出るかで定義する(下記(2)式参照)。換言すれば、測定精度Pは、測定距離HをZで微分した値である。
P=|H(Z’)−H(Z)|=|dH/dZ|=D×f/Z2
これに上記(1)式を代入し、測定精度Pは下記(2)式のように表される。
P=H2/(D×f)・・・(2)
これより、2つの撮像位置間の距離Dが大きいほど測定精度Pは小さく、精度が高いことがわかる。
例えば、所定精度位置演算部17は、ワークWの測定距離Hと、撮像装置のパラメータである焦点距離fとに基づいて、下記(3)式によりワークWの測定精度が所定の精度P’を満たす2つの撮像位置間の距離D’を算出する。
P’=H2/(D’×f)・・・(3)
これにより、視点間距離Dの状態からの移動距離Eは、次式により求まる。
E=D’−D
例えば、所定精度位置演算部17は、2つの撮像位置間の距離Dと、ビジョンセンサ2のパラメータである焦点距離fとに基づいて、下記(4)式によりワークWの測定精度が所定の精度P’を満たすワークWの測定距離H’を算出してもよい。
P’=H’2/(D×f)・・・(4)
・撮像制御部11によるビジョンセンサ2の移動及び撮影、
・指定領域決定部12、撮像位置情報取得部13及び位置演算部14によるワークWの位置の演算、
・精度演算部15及び精度判定部16によるワークWの測定精度の演算及び判定、
を行う。
・所定精度位置演算部17による目標精度P’を満たす2つの撮像位置の演算、
・撮像制御部11によるビジョンセンサ2の移動及び撮影、
・指定領域決定部12、撮像位置情報取得部13及び位置演算部14によるワークWの位置の演算、
・精度演算部15及び精度判定部16によるワークWの測定精度の演算及び判定、
を、目標精度が得られるまで繰り返してもよい。
「G800」は、ビジョンセンサの移動指令である。
「G810」は、撮像、画像処理(位置情報、精度情報の計測)を起動する指令である。
これにより、撮像制御部11は、ビジョンセンサ2を所定方向に移動させ、撮像位置間距離(視点間距離)Dの2つの撮像位置においてビジョンセンサ2によってワークWの撮像を行う。
撮像位置情報取得部13は、制御指令から、2つの撮像位置を取得する。
これにより、領域指定部12は、2つの画像において、ワークWの一部領域を指定領域として指定する。指定された画素の列と行が♯100、♯101に入る。
測定距離復元部14は、ステレオカメラの手法を利用して、2つの画像と、2つの撮像位置間の距離情報と、ビジョンセンサ2のパラメータとに基づいて、ワークWの位置情報としてワークWの測定距離を復元する。
測定精度演算部15は、2つの画像と、2つの撮像位置間の距離情報と、ビジョンセンサ2のパラメータとに基づいて、ワークWの測定距離の測定精度を演算する。
これにより、測定精度判定部16は、指定領域において、ワークWの測定精度Pが目標精度P’を満たすか否かを判定する。例えば、測定精度判定部16は、画像の列♯100、行♯101番目の画素の測定データが、測定精度(0.1, 0.1, 0.1)mmを満たすか否かを判定する。例えば満たしていない場合、♯8998に0以外の数字が入る。
これにより、所定精度位置演算部17は、ワークWの測定精度Pが目標精度P’を満たす2つの撮像位置(2つの撮像位置間の距離D’又はワークWの測定距離H’)を演算する。例えば、所定精度位置演算部17は、列♯100,行♯101で指定した画素の測定データが、指定の精度を満たすのに必要な撮像位置を計算し、次に移動する距離を、X方向♯300,Y方向♯301,Z方向♯303にセットする。
また、本実施形態の機械制御装置10によれば、ハレーション又はオクルージョン(陰面)に起因する誤測定や測定不能が発生する場合も、有効に機能する。
・既存のビジョンセンサは、測定精度を制御できない。
ビジョンセンサを対象物に近づけることにより測定精度を改善できるが、危険と限界がある。
高解像素子、高精度レンズを有するセンサは高価である。
・現在、数値制御装置がビジョンセンサの測定精度を判断する方法がない。
数値制御装置がビジョンセンサの測定精度を知る方法がない。
加工に必要な精度を満たすか否かを判定する方法がない。
・現在、ビジョンセンサが精度不足の場合、数値制御装置が安全に動作できる仕組みがない。
ビジョンセンサから数値制御装置を停止する仕組みがない。
数値制御装置からビジョンセンサの精度向上を指令する仕組みがない。
・数値制御装置が、ビジョンセンサの測定精度を知ることができるようになる。
・数値制御装置が、ビジョンセンサ出力値が指定精度を満たすか否かを判定できるようになる。
・数値制御装置が、ビジョンセンサの測定精度を制御(向上)できるようになる。
・測定精度不足の場合、数値制御装置を停止することができるようになる。
・信頼性の向上
加工に必要なビジョンセンサの測定精度を保証できる。
数値制御装置で安全にビジョンセンサを利用できる。
・検出精度の向上
ビジョンセンサの測定精度が向上でき、検出精度が向上する。
・設備費の低減
数値制御装置+単眼カメラ+制御ソフトウェア(プログラム)で、ステレオカメラ同等の機能を実現できる。
図1において、機械制御装置10は、所定精度位置演算部17を必ずしも備えていなくともよい。すなわち、機械制御装置10は、所定精度位置演算部17による目標精度P’を満たす2つの撮像位置の演算を必ずしも行わなくてよい。
変形例では、ワークWの測定精度が目標精度を満たさない場合、機械制御装置10は、目標精度が得られるまで2つの撮像位置(例えば、2つの撮像位置間の距離D)を少しずつ広げていく。
図6に示すように、変形例の機械制御装置10は、ワークWの測定精度が目標精度を満たさない場合、目標精度が得られるまで2つの撮像位置(例えば、2つの撮像位置間の距離D)を所定量(微小量)だけ広げていく。所定量(微小量)は、予め決められた値であって、例えば記憶部等に記憶されていればよい。
或いは、上述同様に、変形例の機械制御装置10は、2つの撮像位置(例えば、ワークWの測定距離H)をワークWに所定量(微小量)だけ近づけていってもよい。
・撮像位置を所定量(微小量)だけ変更
・撮像制御部11によるビジョンセンサ2の移動及び撮影、
・指定領域決定部12、撮像位置情報取得部13及び位置演算部14によるワークWの位置の演算、
・精度演算部15及び精度判定部16によるワークWの測定精度の演算及び判定、
を、目標精度が得られるまで繰り返す。
例えば、♯200に入っている所定の移動距離(例えば、初期値、又はユーザ指定)だけビジョンセンサをX方向に移動する。
ステレオカメラ、3次元カメラでも、対象物に近づけることにより測定精度を上げることができる。
10 機械制御装置
11 撮像制御部
12 領域指定部
13 撮像位置情報取得部
14 測定距離復元部
15 測定精度演算部
16 測定精度判定部
17 所定精度位置演算部
Claims (3)
- 対象物に所定の作業を行う機械を制御する機械制御装置であって、撮像装置によって撮像された対象物を含む画像に基づいて前記機械と前記対象物との相対的な位置を制御する機械制御装置において、
制御指令に基づいて、前記撮像装置の位置及び姿勢を制御し、異なる2つ以上の撮像位置において前記対象物を含む2つ以上の画像を撮像するように前記撮像装置を制御する撮像制御部と、
前記2つ以上の撮像位置の位置情報を取得する撮像位置情報取得部と、
ステレオカメラの手法を利用して、前記2つ以上の画像のうちの少なくとも2つの画像と、前記2つ以上の撮像位置のうちの前記少なくとも2つの画像に対応する少なくとも2つの撮像位置間の距離情報と、前記撮像装置のパラメータとに基づいて、前記対象物の位置情報として前記対象物の測定距離を復元する測定距離復元部と、
前記対象物の一部領域を指定領域として指定する領域指定部と、
前記指定領域において、前記少なくとも2つの画像と、前記対象物の測定距離と、前記撮像装置のパラメータとに基づいて、前記対象物の測定精度が所定の精度を満たす前記少なくとも2つの撮像位置間の距離情報を算出する、或いは、前記少なくとも2つの画像と、前記少なくとも2つの撮像位置間の距離情報と、前記撮像装置のパラメータとに基づいて、前記対象物の測定精度が所定の精度を満たす前記対象物の測定距離を算出する所定精度位置演算部と、
を備え、
所定精度位置演算部によって算出された前記少なくとも2つの撮像位置間の距離情報又は前記対象物の測定距離に基づいて、前記撮像装置の位置及び姿勢を制御し、前記少なくとも2つの撮像位置の少なくとも一方を変更する、
機械制御装置。 - 前記測定距離復元部は、前記少なくとも2つの画像に領域マッチングを行うことにより画素毎に視差情報Zを求め、前記画素毎の視差情報Zと、前記少なくとも2つの撮像位置間の距離情報Dと、前記撮像装置のパラメータである焦点距離fとに基づいて、下記(1)式により前記対象物の測定距離Hを算出し、
前記所定精度位置演算部は、前記対象物の測定距離Hと、前記撮像装置のパラメータである焦点距離fとに基づいて、下記(3)式により前記対象物の測定精度が所定の精度P’を満たす前記少なくとも2つの撮像位置間の距離D’を算出する、或いは、前記少なくとも2つの撮像位置間の距離Dと、前記撮像装置のパラメータである焦点距離fとに基づいて、下記(4)式により前記対象物の測定精度が所定の精度P’を満たす前記対象物の測定距離H’を算出する、
請求項1に記載の機械制御装置。
H=D×f/Z・・・(1)
P’=H2/(D’×f)・・・(3)
P’=H’2/(D×f)・・・(4) - 前記少なくとも2つの撮像位置の間の距離を広げる方向か、或いは前記2つの前記撮像位置を前記対象物に近づける方向に前記撮像装置の位置を制御することにより、前記対象物の測定精度を高める、
請求項1又は2に記載の機械制御装置。
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