(57)【要約】【課題】より迅速にかつ精度よく対象物の三次元計測を行うことのできる三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】三次元計測方法は、光走査部で走査されたレーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、パターン光が投影されている対象物を撮像部により撮像することにより行われる。そして、ミラーの駆動を開始してミラーの揺動角が閾値角度となったら、光出射部に駆動電圧を印加してレーザー光を出射させ、光強度検出部の検出結果に基づいて、駆動電圧の大きさとレーザー光の強度との関係を取得する工程と、ミラーの揺動角が閾値角度より大きい目標角度となったら、関係に基づいて光出射部の駆動を制御することにより、対象物にパターン光を投影する工程と、を有する。【選択図】図２
2020159730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射される前記レーザー光の強度を検出する光強度検出部と、
前記レーザー光を反射するミラーを備え、前記ミラーの揺動によって前記レーザー光を走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、を備え、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行う三次元計測方法であって、
前記ミラーの駆動を開始して前記ミラーの揺動角が閾値角度となったら、前記光出射部に駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射させ、前記光強度検出部の検出結果に基づいて、前記駆動電圧の大きさと前記レーザー光の強度との関係を取得する工程と、
前記ミラーの揺動角が前記閾値角度より大きい目標角度となったら、前記関係に基づいて前記光出射部の駆動を制御することにより、前記対象物に前記パターン光を投影する工程と、を有することを特徴とする三次元計測方法。
【請求項２】
前記関係を取得する工程は、
前記光出射部に異なる大きさの前記駆動電圧を印加し、
前記光出射部から異なる強度の前記レーザー光を出射させる請求項１に記載の三次元計測方法。
【請求項３】
前記閾値角度は、第１閾値角度と、前記第１閾値角度よりも大きい第２閾値角度と、を有し、
前記ミラーの揺動角が前記第１閾値角度となったら、前記光出射部に第１駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射し、
前記ミラーの揺動角が前記第２閾値角度となったら、前記光出射部に第２駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射し、
前記第１駆動電圧を印加したときの前記レーザー光の強度と、前記第２駆動電圧を印加したときの前記レーザー光の強度と、に基づいて前記関係を取得する請求項２に記載の三次元計測方法。
【請求項４】
前記ミラーの揺動角が前記目標角度以上となったら、前記光出射部から前記パターン用の前記レーザー光を出射しないタイミングで、前記関係の更新用の前記レーザー光を出射させ、前記光強度検出部の検出結果に基づいて前記関係を更新する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の三次元計測方法。
【請求項５】
前記パターンは、縞状であり、
前記パターンの縞の数をｍとし、
前記関係を取得する際の前記ミラーの揺動の１周期あたりの前記レーザー光の出射回数をｎとしたとき、
ｎ≦ｍである請求項４に記載の三次元計測方法。
【請求項６】
レーザー光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射される前記レーザー光の強度を検出する光強度検出部と、
前記レーザー光を反射するミラーを備え、前記ミラーの揺動によって前記レーザー光を走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、
制御部と、を備え、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行う三次元計測装置であって、
前記制御部は、
前記ミラーの駆動を開始して前記ミラーの揺動角が閾値角度となったら、前記光出射部に駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射させ、前記光強度検出部の検出結果に基づいて、前記駆動電圧の大きさと前記レーザー光の強度との関係を取得し、
前記ミラーの揺動角が前記閾値角度より大きい目標角度となったら、前記関係に基づいて前記光出射部の駆動を制御することにより、前記対象物に前記パターン光を投影するよう制御することを特徴とする三次元計測装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記関係を取得する際、
前記光出射部に異なる大きさの前記駆動電圧を印加し、
前記光出射部から強度の異なる前記レーザー光を出射させる請求項６に記載の三次元計測装置。
【請求項８】
前記閾値角度として、第１閾値角度と、前記第１閾値角度よりも大きい第２閾値角度と、を有し、
前記制御部は、
前記ミラーの揺動角が前記第１閾値角度となったら、前記光出射部に第１駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射し、
前記ミラーの揺動角が前記第２閾値角度となったら、前記光出射部に第２駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射し、
前記第１駆動電圧を印加したときの前記レーザー光の強度と、前記第２駆動電圧を印加したときの前記レーザー光の強度と、に基づいて前記関係を取得するよう制御する請求項７に記載の三次元計測装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記ミラーの揺動角が前記目標角度となったら、前記光出射部から前記パターン光を形成するため前記レーザー光を出射しないタイミングで、前記関係を更新するための前記レーザー光を出射するよう制御する請求項６ないし８のいずれか１項に記載の三次元計測装置。
【請求項１０】
前記パターンは、縞状であり、
前記パターンの縞の数をｍとし、
前記関係を取得する際の前記ミラーの揺動の１周期あたりの前記レーザー光の出射回数をｎとしたとき、
ｎ≦ｍとなるよう制御する請求項９に記載の三次元計測装置。
【請求項１１】
ロボットアームを備えるロボットと、
対象物の三次元計測を行う三次元計測装置と、
前記三次元計測装置による計測結果に基づいて前記ロボットの動作を制御するロボット制御装置と、を備え、
前記三次元計測装置は、
レーザー光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射される前記レーザー光の強度を検出する光強度検出部と、
前記レーザー光を反射するミラーを備え、前記ミラーの揺動によって前記レーザー光を走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、
制御部と、を備え、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を前記対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行い、
前記制御部は、
前記ミラーの駆動を開始して前記ミラーの揺動角が閾値角度となったら、前記光出射部に駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射させ、前記光強度検出部の検出結果に基づいて、前記駆動電圧の大きさと前記レーザー光の強度との関係を求め、
前記ミラーの揺動角が前記閾値角度より大きい目標角度となったら、前記関係に基づいて前記光出射部の駆動を制御することにより、前記対象物に前記パターン光を投影するよう制御することを特徴とするロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている画像描画装置は、レーザー光を出射する光源部と、レーザー光の明るさに関する指標を計測するセンサーと、レーザー光をミラーで反射させて走査するスキャナー部と、光源部を制御する制御部と、を有する。また、制御部は、ミラーの振幅が所定の大きさで一定となった後、所定の画像が描画されるようにレーザー光をスキャナー部の走査範囲より狭い描画範囲に出射し、また、レーザー光の明るさを調整するための調整用レーザー光を描画範囲外に出射する。そして、制御部は、調整用レーザー光の出力開始後、調整用レーザー光の強度が安定するまでの期間が経過した時点で調整用レーザー光の出射を停止し、その後は、調整用レーザー光の明るさに関する指標に基づいてレーザー光の明るさを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１４２８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ロボットのアームに三次元計測装置を取り付けた場合、対象物の計測とアームによる対象物に対する作業は同時に実行できないため、それぞれ異なる時間に実行させる必要がある。そのため、計測の間だけレーザー光を出射させ、アームが作業を行っている間はレーザー光を停止させる場合、ミラーの振幅が所定の大きさで一定になった後に調整用レーザー光を出射して、安定した強度のレーザー光に調整してから三次元計測を開始していたのでは、ロボットによる三次元計測と作業を含む全体の工程のサイクルタイムが長くなってしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の三次元計測方法は、レーザー光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射される前記レーザー光の強度を検出する光強度検出部と、
前記レーザー光を反射するミラーを備え、前記ミラーの揺動によって前記レーザー光を走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、を備え、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行う三次元計測方法であって、
前記ミラーの駆動を開始して前記ミラーの揺動角が閾値角度となったら、前記光出射部に駆動電圧を印加して前記レーザー光を出射させ、前記光強度検出部の検出結果に基づいて、前記駆動電圧の大きさと前記レーザー光の強度との関係を取得する工程と、
前記ミラーの揺動角が前記閾値角度より大きい目標角度となったら、前記関係に基づいて前記光出射部の駆動を制御することにより、前記対象物に前記パターン光を投影する工程と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。
【図２】三次元計測装置の全体構成を示す図である。
【図３】図２に示す三次元計測装置が有する光走査部を示す平面図である。
【図４】投影部により投影されるパターン光の一例を示す平面図である。
【図５】位相シフト法を用いた三次元計測の手順を示すフローチャートである。
【図６】三次元計測の開始タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】駆動電圧Ｖと強度Ｐとの関係を示すグラフである。
【図８】光走査部で走査されたレーザー光の一部が遮蔽される様子を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るロボットシステムでの三次元計測の開始タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、三次元計測装置の全体構成を示す図である。図３は、図２に示す三次元計測装置が有する光走査部を示す平面図である。図４は、投影部により投影されるパターン光の一例を示す平面図である。図５は、位相シフト法を用いた三次元計測の手順を示すフローチャートである。図６は、三次元計測の開始タイミングを示すタイミングチャートである。図７は、駆動電圧Ｖと強度Ｐとの関係を示すグラフである。図８は、光走査部で走査されたレーザー光の一部が遮蔽される様子を示す断面図である。
【０００９】
図１に示すロボットシステム１は、人共存型のロボットシステムであり、ロボット２と、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗの三次元計測を行う三次元計測装置４と、三次元計測装置４の計測結果に基づいてロボット２の駆動を制御するロボット制御装置５と、ロボット制御装置５と通信可能なホストコンピューター６と、を有する。これら各部は、有線または無線により通信可能とされ、該通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。なお、ロボットシステム１は、人共存型のものに限定されない。
【００１０】
−ロボット−
ロボット２は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うロボットである。ただし、ロボット２の用途としては、特に限定されない。本実施形態のロボット２は、６軸ロボットであり、図１に示すように、床や天井に固定されるベース２１と、ベース２１に連結されたロボットアーム２２と、を有する。
【００１１】
ロボットアーム２２は、ベース２１に第１軸Ｏ１まわりに回動自在に連結された第１アーム２２１と、第１アーム２２１に第２軸Ｏ２まわりに回動自在に連結された第２アーム２２２と、第２アーム２２２に第３軸Ｏ３まわりに回動自在に連結された第３アーム２２３と、第３アーム２２３に第４軸Ｏ４まわりに回動自在に連結された第４アーム２２４と、第４アーム２２４に第５軸Ｏ５まわりに回動自在に連結された第５アーム２２５と、第５アーム２２５に第６軸Ｏ６まわりに回動自在に連結された第６アーム２２６と、を有する。また、第６アーム２２６には、ロボット２に実行させる作業に応じたエンドエフェクター２４が装着される。
【００１２】
また、ロボット２は、ベース２１に対して第１アーム２２１を回動させる第１駆動装置２５１と、第１アーム２２１に対して第２アーム２２２を回動させる第２駆動装置２５２と、第２アーム２２２に対して第３アーム２２３を回動させる第３駆動装置２５３と、第３アーム２２３に対して第４アーム２２４を回動させる第４駆動装置２５４と、第４アーム２２４に対して第５アーム２２５を回動させる第５駆動装置２５５と、第５アーム２２５に対して第６アーム２２６を回動させる第６駆動装置２５６と、を有する。第１〜第６駆動装置２５１〜２５６は、それぞれ、例えば、駆動源としてのモーターと、モーターの駆動を制御するコントローラーと、モーターの回転量を検出するエンコーダーと、を有する。そして、第１〜第６駆動装置２５１〜２５６は、それぞれ、ロボット制御装置５によって独立して制御される。
【００１３】
ロボット２としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、ロボットアーム２２が有するアームの数が１本〜５本であってもよいし、７本以上であってもよい。また、例えば、ロボット２の種類は、スカラロボットや、２つのロボットアーム２２を有する双腕ロボットであってもよい。
【００１４】
−ロボット制御装置−
ロボット制御装置５は、ホストコンピューター６からロボット２の位置指令を受け、各アーム２２１〜２２６が受けた位置指令に応じた位置となるように、第１〜第６駆動装置２５１〜２５６の駆動をそれぞれ独立して制御する。ロボット制御装置５は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。
【００１５】
−三次元計測装置−
三次元計測装置４は、位相シフト法を用いて対象物Ｗの三次元計測を行う。図２に示すように、三次元計測装置４は、対象物Ｗを含む領域にレーザー光Ｌにより形成したパターン光ＰＬを投影する投影部４１と、パターン光ＰＬが投影された対象物Ｗを含む領域を撮像した撮像画像を取得する撮像部４７と、投影部４１および撮像部４７の駆動を制御する制御部４８と、撮像画像に基づいて対象物Ｗの三次元形状を計測する計測部４９と、を備える。
【００１６】
これら各構成要素のうち、少なくとも投影部４１および撮像部４７は、それぞれ、ロボット２の第５アーム２２５に固定されている。そのため、投影部４１および撮像部４７の相対的な位置関係は、固定されている。また、投影部４１は、第５アーム２２５の先端側すなわちエンドエフェクター２４側に向けてレーザー光Ｌを照射するように配置され、撮像部４７は、第５アーム２２５の先端側を向き、レーザー光Ｌの照射範囲を含む領域を撮像するように配置されている。
【００１７】
ここで、第５アーム２２５の先端側にエンドエフェクター２４が位置する関係は、第５アーム２２５以外の第１〜第４アーム２２１〜２２４、第６アーム２２６が動いても維持される。そのため、第５アーム２２５に投影部４１および撮像部４７を固定することにより、三次元計測装置４は、常に、エンドエフェクター２４の先端側にレーザー光Ｌを出射することができると共に、エンドエフェクター２４の先端側を撮像することができる。したがって、エンドエフェクター２４により対象物Ｗを把持しようとするときの姿勢、つまり、エンドエフェクター２４が対象物Ｗに対して如何なる姿勢で対向しても、当該姿勢において対象物Ｗに向けてレーザー光Ｌを照射することができると共に、対象物Ｗを撮像することができる。そのため、より確実に対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。
【００１８】
ただし、投影部４１および撮像部４７の配置は、特に限定されず、第１〜第４アーム２２１〜２２４や第６アーム２２６に固定されていてもよい。また、投影部４１および撮像部４７のいずれか一方は、ベース２１、床、天井、壁等の可動しない部位に固定されていてもよい。
【００１９】
投影部４１は、対象物Ｗに向けてレーザー光Ｌを照射することにより、対象物Ｗに対し図４に示す縞状のパターン光ＰＬを投影する機能を有する。投影部４１は、図２に示すように、レーザー光Ｌを出射する光出射部４２と、光出射部４２から出射されたレーザー光Ｌが通過する複数のレンズを含む光学系４４と、光学系４４を通過したレーザー光Ｌを対象物Ｗに向けて走査する光走査部４５と、レーザー光Ｌの強度を検出する光強度検出部４６と、光走査部４５が有するミラー４５４の揺動角を検出する揺動角検出部４３と、を有する。
【００２０】
光出射部４２としては、特に限定されず、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、外部共振器型垂直面発光レーザー（ＶＥＣＳＥＬ）等の半導体レーザーを用いることができる。
【００２１】
光強度検出部４６としては、特に限定されず、例えば、フォトダイオードを用いることができる。また、本実施形態では、光強度検出部４６は、光出射部４２に内蔵されている。ただし、光強度検出部４６の構成としては、特に限定されず、例えば、光強度検出部４６を光出射部４２とは別体とし、さらに、レーザー光Ｌの光路の途中にハーフミラーを配置してレーザー光Ｌの一部を分岐させ、分岐させたレーザー光を光強度検出部４６が受光するような構成であってもよい。
【００２２】
光学系４４は、光出射部４２から出射されるレーザー光Ｌを対象物Ｗ付近に集光する集光レンズ４４１と、集光レンズ４４１によって集光されたレーザー光Ｌを後述する揺動軸Ｊと平行な方向すなわち図２の紙面奥行き方向に延びるライン状とするロッドレンズ４４２と、を有する。
【００２３】
光走査部４５は、ロッドレンズ４４２によってライン状となったレーザー光Ｌを走査する機能を有する。これにより、レーザー光Ｌを二次元的すなわち面状に拡散させて照射することができる。光走査部４５としては、特に限定されず、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を用いることができる。
【００２４】
本実施形態の光走査部４５は、ＭＥＭＳで構成されている。図３に示すように、光走査部４５は、可動部４５１と、可動部４５１を支持する支持部４５２と、可動部４５１と支持部４５２とを接続し、可動部４５１を支持部４５２に対して揺動軸Ｊまわりに揺動可能とする梁部４５３と、可動部４５１の表面に配置され、レーザー光Ｌを反射するミラー４５４と、可動部４５１の裏面に設けられた永久磁石４５５と、永久磁石４５５と対向配置されたコイル４５６と、を有する。このような光走査部４５は、揺動軸Ｊがライン状のレーザー光Ｌの延在方向とほぼ一致するように配置されている。そして、コイル４５６に駆動信号が印加されると、可動部４５１が揺動軸Ｊまわりに所定の周期で正・逆交互に揺動し、これにより、ライン状のレーザー光Ｌが面状に走査される。
【００２５】
揺動角検出部４３は、図３に示すように、梁部４５３と支持部４５２との境界部に設けられたピエゾ抵抗部４３１を有する。ピエゾ抵抗部４３１は、可動部４５１が揺動軸Ｊまわりに揺動するのに伴って支持部４５２に発生する応力に応じて抵抗値が変化する。そのため、ピエゾ抵抗部４３１の抵抗値変化に基づいて、可動部４５１の揺動軸Ｊまわりの傾きすなわちミラー４５４の揺動角を検知することができる。ただし、揺動角検出部４３としては、ミラー４５４の揺動角を検出することができれば、特に限定されない。
【００２６】
以上、投影部４１について説明したが、その構成としては、対象物Ｗにパターン光ＰＬを投影することができれば、特に限定されない。例えば、本実施形態では、光学系４４によってレーザー光Ｌをライン状に拡散しているが、これに限定されず、例えば、ＭＥＭＳやガルバノミラーを用いてライン状に拡散させてもよい。つまり、２つの光走査部４５を用いてレーザー光Ｌを二次元走査してもよい。また、例えば、２軸自由度を有するジンバル型のＭＥＭＳを用いてレーザー光Ｌを二次元走査してもよい。
【００２７】
撮像部４７は、少なくとも１つの対象物Ｗにパターン光ＰＬが投影されている状態を撮像する。図２に示すように、撮像部４７は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤイメージセンサー等の撮像素子４７２と集光レンズ４７３とを備えたカメラ４７１で構成されている。カメラ４７１は、計測部４９に接続され、画像データを計測部４９に送信する。
【００２８】
図２に示すように、制御部４８は、揺動角検出部４３から出力される検出信号すなわちミラー４５４の揺動軸Ｊまわりの傾きに関する角度情報Ｉθ、および、光強度検出部４６から出力される検出信号すなわちレーザー光Ｌの強度に関する光強度情報Ｉｐを受け付ける情報受付部４８１と、情報受付部４８１が受け付けた角度情報Ｉθおよび光強度情報Ｉｐに基づいて、投影部４１および撮像部４７の駆動を制御する駆動制御部４８３と、を有する。
【００２９】
このような制御部４８は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが記憶されており、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。
【００３０】
駆動制御部４８３は、情報受付部４８１が受け付けた角度情報Ｉθに基づいて、ミラー４５４の揺動と同期させて光出射部４２からレーザー光Ｌを出射し、例えば、図４に示すような、輝度値の明暗で表現した縞模様の繰返し周期ｆを有するパターン光ＰＬを対象物Ｗ上に投影する。この際、駆動制御部４８３は、情報受付部４８１が受け付けた光強度情報Ｉｐをフィードバックし、レーザー光Ｌの強度が所望の強度となるように、光出射部４２に印加する駆動電圧Ｖの大きさを制御するのが好ましい。駆動制御部４８３は、さらに、カメラ４７１の駆動を制御し、パターン光ＰＬが投影されている状態の対象物Ｗを含む領域を撮像する。
【００３１】
次に、対象物Ｗの三次元計測に用いる位相シフト法について説明する。図５に示すように、駆動制御部４８３は、対象物Ｗに第１周期ｆ１をもつ第１パターン光ＰＬ１を投影し、第１パターン光ＰＬ１が投影された対象物Ｗを含む領域をカメラ４７１で撮像するよう各部を制御する第１撮像ステップＳ１と、対象物Ｗに第１周期ｆ１よりも短い第２周期ｆ２をもつ第２パターン光ＰＬ２を投影し、第２パターン光ＰＬ２が投影された対象物Ｗを含む領域をカメラ４７１で撮像するよう各部を制御する第２撮像ステップＳ２と、対象物Ｗに第２周期ｆ２よりも短い第３周期ｆ３をもつ第３パターン光ＰＬ３を投影し、第３パターン光ＰＬ３が投影された対象物Ｗを含む領域をカメラ４７１で撮像するよう各部を制御する第３撮像ステップＳ３と、対象物Ｗに第３周期ｆ３よりも短い第４周期ｆ４をもつ第４パターン光ＰＬ４を投影し、第４パターン光ＰＬ４が投影された対象物Ｗを含む領域をカメラ４７１で撮像するよう各部を制御する第４撮像ステップＳ４と、を有する。
【００３２】
このように、駆動制御部４８３は、位相シフト法の中でも異なる周期ｆを有する複数のパターン光ＰＬを用いる「複数周期位相シフト法」を用いて対象物Ｗの三次元計測を行う。位相シフト法においては、パターン光ＰＬの周期ｆが長い程、計測レンジが拡大するが、深度分解能が低下し、パターン光ＰＬの周期ｆが短い程、計測レンジが縮小するが、深度分解能が向上する。そこで、複数周期位相シフト法を用いることにより、広い計測レンジと高い深度分解能との両立を図ることができる。ただし、複数周期位相シフト法としては、特に限定されず、例えば、複数周期で周期毎に複数回計測する手法であってもよいし、複数周期で周期毎に異なった回数計測する手法であってもよい。
【００３３】
また、駆動制御部４８３は、第１撮像ステップＳ１において、対象物Ｗに第１パターン光ＰＬ１をπ／２ずつ位相をずらして４回投影し、その都度、第１パターン光ＰＬ１が投影された対象物Ｗを含む領域をカメラ４７１で撮像するよう各部を制御する。このことは、第２撮像ステップＳ２、第３撮像ステップＳ３および第４撮像ステップＳ４についても同様である。
【００３４】
計測部４９は、第１〜第４撮像ステップＳ１〜Ｓ４において撮像部４７が取得した複数の撮像画像に基づいて、対象物Ｗの三次元計測を行う。具体的には、対象物Ｗの姿勢、位置（空間座標）等を含む三次元情報を算出する。そして、計測部４９は、算出した対象物Ｗの三次元情報をホストコンピューター６に送信する。
【００３５】
以上、位相シフト法について説明したが、これに限定されず、例えば、第２撮像ステップＳ２以降を省略してもよい。また、反対に、第５撮像ステップ、第６撮像ステップまたはそれ以上のステップを有していてもよい。ステップを増やすほど、計測レンジの拡大と深度分解能の向上とを図ることができるが、撮影回数が増す分、撮像画像を取得するのに要する時間が増えて、ロボット２の稼働効率が低下する。そのため、三次元計測の精度および計測レンジとロボット２の稼働効率との兼ね合いからステップの数を適宜設定すればよい。
【００３６】
また、第１撮像ステップＳ１において、位相をずらした第１パターン光ＰＬ１を投影する回数は、４回に限定されず、撮影結果から位相を計算できる回数であればよい。この回数を増やす程、より精度よく位相を計算することができるが、カメラ４７１による撮像回数が増す分、撮像画像を取得するのに要する時間が増えて、ロボット２の稼働効率が低下する。そのため、三次元計測の精度とロボット２の稼働効率との兼ね合いから第１パターン光ＰＬ１の投影回数を適宜設定すればよい。第２撮像ステップＳ２、第３撮像ステップＳ３および第４撮像ステップＳ４についても同様である。
【００３７】
また、パターン光ＰＬとしては、位相シフト法に用いることができるものであれば、特に限定されない。
【００３８】
−ホストコンピューター−
ホストコンピューター６は、計測部４９が算出した対象物Ｗの三次元情報からロボット２の位置指令を生成し、生成した位置指令をロボット制御装置５に送信する。ロボット制御装置５は、ホストコンピューター６から受信した位置指令に基づいて第１〜第６駆動装置２５１〜２５６をそれぞれ独立して駆動し、第１〜第６アーム２２１〜２２６を指示された位置に移動させる。なお、本実施形態では、ホストコンピューター６と計測部４９とが別体となっているが、これに限定されず、ホストコンピューター６に計測部４９としての機能が搭載されていてもよい。
【００３９】
以上、ロボットシステム１の全体構成について簡単に説明した。次に、三次元計測装置４によって対象物Ｗの三次元計測を開始するタイミングについて説明する。本実施形態のロボットシステム１では、まず、ロボットアーム２２を対象物Ｗの三次元計測を行うための姿勢とし、次に、ロボットアーム２２が前記姿勢で停止している状態において光走査部４５の駆動を開始して可動部４５１を揺動軸Ｊまわりに揺動させ、次に、光出射部４２からレーザー光Ｌを出射してパターン光ＰＬを対象物Ｗに投影し、次に、パターン光ＰＬが投影された対象物Ｗを含む領域をカメラ４７１で撮像することにより対象物Ｗの三次元計測を行う。
【００４０】
このように、ロボットアーム２２が停止してから光走査部４５の駆動を開始することにより、光走査部４５を常時駆動させておく場合と比べて、省電力化を図ることができる。また、可動部４５１を揺動させてからレーザー光Ｌを出射することにより、レーザー光Ｌが常に走査されるため、同じ個所に照射され続けるのを抑制することができる。そのため、ロボット２と共存する人の眼にレーザー光Ｌが入ってしまったとしても、一瞬で済むため、眼への悪影響をより確実に抑制することができる。したがって、ロボット２と共存する人にとってより安全なロボットシステム１となる。
【００４１】
また、図６に示すように、ロボットシステム１では、ミラー４５４の揺動角として、閾値角度θ１と、閾値角度θ１より大きい目標角度θ２とが設定され、これらは、制御部４８に記憶されている。そして、駆動制御部４８３は、情報受付部４８１が受け付けた角度情報Ｉθに基づいて、ミラー４５４の揺動角が目標角度θ２でほぼ一定となるように光走査部４５の駆動を制御する。また、駆動制御部４８３は、光走査部４５の駆動を開始して、ミラー４５４の揺動角が目標角度θ２となったら、パターン光ＰＬを形成するためのレーザー光Ｌを光出射部４２から出射して対象物Ｗの三次元計測を行うよう各部を制御する。目標角度θ２としては、特に限定されず、例えば、パターン光ＰＬを対象物Ｗに投影するのに十分な角度として設定される。これにより、対象物Ｗの三次元計測をより確実に行うことができる。
【００４２】
しかしながら、光出射部４２は、レーザー光Ｌの出射開始直後では、レーザー光Ｌの強度が不安定となる。つまり、光出射部４２に印加する駆動電圧Ｖの大きさと出射されるレーザー光Ｌの強度Ｐとの関係が変動する。なお、以下では、駆動電圧Ｖと強度Ｐとの関係を単に「Ｖ／Ｐ関係」とも言う。そのため、レーザー光Ｌの強度Ｐが安定する前に対象物Ｗの三次元計測を開始すると、対象物Ｗに対して精度の低いパターン光ＰＬが投影され、対象物Ｗの三次元計測の精度が低下する。一方、レーザー光Ｌの強度Ｐが安定するまで待ってから対象物Ｗの三次元計測を開始すれば、その分、対象物Ｗの三次元計測に時間がかかり、ロボット２による作業全体のサイクルタイムが長くなってしまう。
【００４３】
そこで、このような問題を解消するために、駆動制御部４８３は、ミラー４５４の揺動角が目標角度θ２よりも小さい閾値角度θ１以上となった段階で、Ｖ／Ｐ関係を取得するために、光出射部４２からＶ／Ｐ関係取得用のレーザー光Ｌを出射するよう各部を制御する。これにより、対象物Ｗの三次元計測を行う前にＶ／Ｐ関係を取得でき、三次元計測を行う際には、このＶ／Ｐ関係に基づき、レーザー光Ｌが所望の強度Ｐとなるように光出射部４２に印加する駆動電圧Ｖの大きさを制御することができる。そのため、レーザー光Ｌの出射開始直後においても安定した強度Ｐのレーザー光Ｌを出射することができ、出射直後から高精度な三次元計測が可能となる。つまり、ロボット２による作業全体のサイクルタイムの延長を招くことなく、対象物Ｗの三次元計測を高精度に行うことができる。
【００４４】
閾値角度θ１としては、特に限定されず、レーザー光Ｌの強度によっても異なるが、ロボット２と共存する人の眼に入り得るレーザー光Ｌの単位時間当たりのエネルギー量が十分に小さくなる角度、つまり、共存する人の安全性を十分に確保できる程に大きい角度として設定することができる。これにより、共存する人への安全性を十分に確保することができる。
【００４５】
次に、Ｖ／Ｐ関係の取得方法について説明する。駆動制御部４８３は、Ｖ／Ｐ関係を取得するために、光出射部４２に異なる大きさの駆動電圧Ｖを印加して、光出射部４２から異なる強度Ｐのレーザー光Ｌを出射させる。例えば、まず、第１駆動電圧Ｖ１を光出射部４２に印加し、その際に出射されるレーザー光Ｌの強度Ｐ１を光強度検出部４６から出力される光強度情報Ｉｐに基づいて測定する。次に、第１駆動電圧Ｖ１よりも大きい第２駆動電圧Ｖ２を光出射部４２に印加し、その際に出射されるレーザー光Ｌの強度Ｐ２を光強度検出部４６から出力される光強度情報Ｉｐに基づいて測定する。
【００４６】
そして、駆動制御部４８３は、これら測定結果から、駆動電圧Ｖとレーザー光Ｌの強度Ｐとの関係を演算し、例えば、図７に示すように、Ｖ／Ｐ関係を示す式Ｑ（近似式を含む）を取得する。ただし、Ｖ／Ｐ関係を示すものとしては、式Ｑに限定されず、例えば、駆動電圧Ｖと強度Ｐとが関連付けられたテーブルであってもよい。このような方法によれば、Ｖ／Ｐ関係を簡単に取得することができる。
【００４７】
なお、上述の説明では、第１駆動電圧Ｖ１を印加したときのレーザー光Ｌの強度Ｐ１と、第２駆動電圧Ｖ２を印加したときのレーザー光Ｌの強度Ｐ２と、に基づいてＶ／Ｐ関係を取得しているが、これに限定されない。例えば、さらに、第２駆動電圧Ｖ２よりも大きい第３駆動電圧を印加したときのレーザー光Ｌの強度、第３駆動電圧よりも大きい第４駆動電圧を印加したときのレーザー光Ｌの強度またはそれ以上の強度の駆動電圧を印加したときのレーザー光Ｌの強度に基づいてＶ／Ｐ関係を取得してもよい。基準が増える程、Ｖ／Ｐ関係をより精度よく求めることができる。
【００４８】
ここで、Ｖ／Ｐ関係を取得する際のミラー４５４の揺動の１周期あたりのレーザー光Ｌの出射回数をｎとし、パターン光ＰＬの縞Ｂの数をｍとしたとき、ｎ≦ｍの関係を満足していることが好ましい（ただし、ｎ、ｍは共に自然数である）。このように、ｎ≦ｍの関係を満足することにより、Ｖ／Ｐ関係を取得するために出射するレーザー光Ｌがより安全なものとなる。つまり、パターン光ＰＬは、ロボット２と共存する人の眼に入ったとしても、安全性を十分に確保することができる強度で投影されるため、ｎ≦ｍの関係を満足していれば、単位時間あたりにそれ以上のエネルギー量のレーザー光Ｌがロボット２と共存する人の眼に照射されることが抑制され、Ｖ／Ｐ関係を取得する際においても、当該人の安全をより確実に確保することができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、異なる周期ｆを持つパターン光ＰＬ１〜ＰＬ４を用いて三次元計測を行っている。この場合、パターン光ＰＬ１〜ＰＬ４のうち、最も縞Ｂの数が多いパターン光ＰＬに含まれる縞Ｂの数をｍとすることが好ましい。これにより、上述の効果をより確実に発揮することができる。
【００５０】
以上、Ｖ／Ｐ関係の取得方法について説明した。ここで、駆動制御部４８３がＶ／Ｐ関係を取得する前に、ミラー４５４の揺動角が目標角度θ２となった場合、駆動制御部４８３は、Ｖ／Ｐ関係を取得してから対象物Ｗの三次元計測を行うよう各部を制御する。これにより、対象物Ｗの三次元計測を精度よく行うことができる。
【００５１】
ここで、Ｖ／Ｐ関係は、光出射部４２の状態、特に光出射部４２の温度によっても変動する。そのため、対象物Ｗの三次元計測を行っている最中にもＶ／Ｐ関係が変化するおそれがある。そこで、対象物Ｗの三次元計測を行う前に取得したＶ／Ｐ関係を三次元計測中も随時更新することが好ましい。これにより、レーザー光Ｌの強度Ｐをより精度よく制御することができ、対象物Ｗの三次元計測をさらに精度よく行うことができる。
【００５２】
以下、Ｖ／Ｐ関係を更新する方法を説明する。駆動制御部４８３は、光出射部４２からパターン光ＰＬを形成するためのレーザー光Ｌを出射しないタイミングで、Ｖ／Ｐ関係を更新するためのレーザー光Ｌを出射させ、その際の駆動電圧Ｖとレーザー光Ｌの強度Ｐとの関係に基づいて、Ｖ／Ｐ関係を更新する。これにより、パターン光ＰＬの投影を邪魔することなくＶ／Ｐ関係を更新することができる。
【００５３】
図８に示すように、本実施形態では、目標角度θ２の両端部で反射されたレーザー光Ｌは、シェード部４０によって遮蔽されて三次元計測装置４の外に出射されないようになっている。そこで、駆動制御部４８３は、目標角度θ２の両端部では、パターン光ＰＬを形成するためのレーザー光Ｌの出射を停止し、代わりに、Ｖ／Ｐ関係を更新するためのレーザー光Ｌを出射するように各部を制御する。これにより、Ｖ／Ｐ関係を更新するためのレーザー光Ｌが三次元計測装置４の外に出射されず、例えば、当該レーザー光Ｌがパターン光ＰＬに混じることによるパターン光ＰＬの劣化を抑制することができる。なお、シェード部４０は、例えば、三次元計測装置４の筐体の一部として構成することができる。
【００５４】
Ｖ／Ｐ関係を更新するためのレーザー光Ｌを出射させるために光出射部４２に印加する駆動電圧Ｖとしては、特に限定されないが、例えば、Ｖ／Ｐ関係を取得する際に用いた第１駆動電圧Ｖ１、第２駆動電圧Ｖ２とすることができる。これにより、例えば、新たに取得した第１駆動電圧Ｖ１と強度Ｐ１との関係や、第２駆動電圧Ｖ２と強度Ｐ２との関係を、前回取得した関係と置き換えることにより、Ｖ／Ｐ関係の更新を簡単に行うことができる。また、例えば、前回取得した強度Ｐ１と今回取得した強度Ｐ１との差ΔＰ１や、前回取得した強度Ｐ２と今回取得した強度Ｐ２との差ΔＰ２に基づいて、式Ｑを補正することもできる。
【００５５】
このようなＶ／Ｐ関係の更新は、対象物Ｗの三次元計測が終了するまで、周期的に繰り返して行うことが好ましい。これにより、対象物Ｗの三次元計測をより精度よく行うことができる。
【００５６】
以上、ロボットシステム１について説明した。このようなロボットシステム１は、前述したように、ロボットアーム２２を備えるロボット２と、対象物Ｗの三次元計測を行う三次元計測装置４と、三次元計測装置４による計測結果に基づいてロボット２の動作を制御するロボット制御装置５と、を備える。また、三次元計測装置４は、レーザー光Ｌを出射する光出射部４２と、光出射部４２から出射されるレーザー光Ｌの強度を検出する光強度検出部４６と、レーザー光Ｌを反射するミラー４５４を備え、ミラー４５４の揺動によってレーザー光Ｌを走査する光走査部４５と、ミラー４５４の揺動角を検出する揺動角検出部４３と、対象物Ｗを撮像する撮像部４７と、制御部４８と、を備える。そして、光走査部４５で走査されたレーザー光Ｌにより形成されるパターン光ＰＬを対象物Ｗに投影し、パターン光ＰＬが投影されている対象物Ｗを撮像部４７により撮像することにより、対象物Ｗの三次元計測を行うように構成されている。また、制御部４８は、ミラー４５４の駆動を開始してミラー４５４の揺動角が閾値角度θ１となったら、光出射部４２に駆動電圧Ｖを印加してレーザー光Ｌを出射し、光強度検出部４６の検出結果に基づいて、駆動電圧Ｖの大きさとレーザー光Ｌの強度Ｐとの関係であるＶ／Ｐ関係を取得し、ミラー４５４の揺動角が閾値角度θ１より大きい目標角度θ２となったら、Ｖ／Ｐ関係に基づいて光出射部４２の駆動を制御することにより、対象物Ｗにパターン光ＰＬを投影するよう制御する。
【００５７】
このような構成のロボットシステム１によれば、スタンバイ状態からの復帰直後であっても、光出射部４２から安定した強度のレーザー光Ｌを出射することができる。そのため、目標角度θ２となってから速やかにかつ精度よく対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。つまり、ロボット２による作業全体のサイクルタイムの延長を招くことなく、対象物Ｗの三次元計測を高精度に行うことができる。
【００５８】
また、前述したように、三次元計測装置４は、レーザー光Ｌを出射する光出射部４２と、光出射部４２から出射されるレーザー光Ｌの強度を検出する光強度検出部４６と、レーザー光Ｌを反射するミラー４５４を備え、ミラー４５４の揺動によってレーザー光Ｌを走査する光走査部４５と、ミラー４５４の揺動角を検出する揺動角検出部４３と、対象物Ｗを撮像する撮像部４７と、制御部４８と、を備える。そして、光走査部４５で走査されたレーザー光Ｌで形成されるパターン光ＰＬを対象物Ｗに投影し、パターン光ＰＬが投影されている対象物Ｗを撮像部４７により撮像することにより、対象物Ｗの三次元計測を行うように構成されている。また、制御部４８は、ミラー４５４の駆動を開始してミラー４５４の揺動角が閾値角度θ１となったら、光出射部４２に駆動電圧Ｖを印加してレーザー光Ｌを出射し、光強度検出部４６の検出結果に基づいて、駆動電圧Ｖの大きさとレーザー光Ｌの強度Ｐとの関係であるＶ／Ｐ関係を取得し、ミラー４５４の揺動角が閾値角度θ１より大きい目標角度θ２となったら、Ｖ／Ｐ関係に基づいて光出射部４２の駆動を制御することにより、対象物Ｗにパターン光ＰＬを投影するよう制御する。
【００５９】
このような構成の三次元計測装置４によれば、スタンバイ状態からの復帰直後であっても、光出射部４２から安定した強度のレーザー光Ｌを出射することができる。そのため、目標角度θ２となってから速やかにかつ精度よく対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。つまり、ロボット２による作業全体のサイクルタイムの延長を招くことなく、対象物Ｗの三次元計測を高精度に行うことができる。
【００６０】
また、前述したように、制御部４８は、Ｖ／Ｐ関係を取得する際、光出射部４２に異なる大きさの駆動電圧Ｖを印加して、光出射部４２から異なる強度Ｐのレーザー光Ｌを出射させる。特に、本実施形態では、第１駆動電圧Ｖ１を光出射部４２に印加して、強度Ｐ１のレーザー光Ｌを出射させ、次に、第１駆動電圧Ｖ１よりも大きい第２駆動電圧Ｖ２を光出射部４２に印加し、強度Ｐ２のレーザー光Ｌを出射させている。これにより、第１駆動電圧Ｖ１と強度Ｐ１との関係と、第２駆動電圧Ｖ２と強度Ｐ２との関係と、に基づいて、簡単にＶ／Ｐ関係を示す式Ｑを求めることができる。そのため、強度Ｐ１、Ｐ２以外の強度のレーザー光Ｌについても、精度よく、光出射部４２から出射させることができ、パターン光ＰＬを精度よく形成することができる。
【００６１】
また、前述したように、制御部４８は、ミラー４５４の揺動角が目標角度θ２となったら、光出射部４２からパターン光ＰＬを形成するためのレーザー光Ｌを出射しないタイミングで、Ｖ／Ｐ関係を更新するためのレーザー光Ｌを出射するよう制御する。これにより、パターン光ＰＬの投影を邪魔することなく、Ｖ／Ｐ関係を更新することができる。
【００６２】
また、前述したように、パターン光ＰＬは、縞状であり、パターン光ＰＬの縞Ｂの数をｍとし、Ｖ／Ｐ関係を取得する際のミラー４５４の揺動の１周期あたりのレーザー光Ｌの出射回数をｎとしたとき、ｎ≦ｍである。これにより、Ｖ／Ｐ関係を取得する際においても、ロボット２と共存する人の安全をより確実に確保することができる。
【００６３】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法は、レーザー光Ｌを出射する光出射部４２と、光出射部４２から出射されるレーザー光Ｌの強度を検出する光強度検出部４６と、レーザー光Ｌを反射するミラー４５４を備え、ミラー４５４の揺動によってレーザー光Ｌを走査する光走査部４５と、ミラー４５４の揺動角を検出する揺動角検出部４３と、対象物Ｗを撮像する撮像部４７と、を備え、光走査部４５で走査されたレーザー光Ｌにより形成されるパターン光ＰＬを対象物Ｗに投影し、パターン光ＰＬが投影されている対象物Ｗを撮像部４７により撮像することにより、対象物Ｗの三次元計測を行う方法である。このような方法は、ミラー４５４の駆動を開始してミラー４５４の揺動角が閾値角度θ１となったら、光出射部４２に駆動電圧Ｖを印加してレーザー光Ｌを出射させ、光強度検出部４６の検出結果に基づいて、駆動電圧Ｖの大きさとレーザー光Ｌの強度との関係であるＶ／Ｐ関係を取得する工程と、ミラー４５４の揺動角が閾値角度θ１より大きい目標角度θ２となったら、Ｖ／Ｐ関係に基づいて光出射部４２の駆動を制御することにより、対象物Ｗにパターン光ＰＬを投影する工程と、を有する。
【００６４】
このような構成の三次元計測方法によれば、スタンバイ状態からの復帰直後であっても、光出射部４２から安定した強度のレーザー光Ｌを出射することができる。そのため、目標角度θ２となってから速やかにかつ精度よく対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。つまり、ロボット２による作業全体のサイクルタイムの延長を招くことなく、対象物Ｗの三次元計測を高精度に行うことができる。
【００６５】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法では、Ｖ／Ｐ関係を取得する工程は、光出射部４２に異なる大きさの駆動電圧Ｖを印加して、光出射部４２から異なる強度Ｐのレーザー光Ｌを出射させる。特に、本実施形態では、第１駆動電圧Ｖ１を光出射部４２に印加して、強度Ｐ１のレーザー光Ｌを出射させ、次に、第１駆動電圧Ｖ１よりも大きい第２駆動電圧Ｖ２を光出射部４２に印加し、強度Ｐ２のレーザー光Ｌを出射させている。これにより、第１駆動電圧Ｖ１と強度Ｐ１との関係と、第２駆動電圧Ｖ２と強度Ｐ２との関係と、に基づいて、簡単にＶ／Ｐ関係を示す近似式Ｑを求めることができる。そのため、強度Ｐ１、Ｐ２以外の強度のレーザー光Ｌについても、精度よく、光出射部４２から出射させることができ、パターン光ＰＬを精度よく形成することができる。
【００６６】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法では、ミラー４５４の揺動角が目標角度θ２となったら、光出射部４２からパターン光ＰＬを形成するためのレーザー光Ｌを出射しないタイミングで、Ｖ／Ｐ関係を更新するためのレーザー光Ｌを出射する。これにより、パターン光ＰＬの投影を邪魔することなく、Ｖ／Ｐ関係を更新することができる。
【００６７】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法では、パターン光ＰＬは、縞状であり、パターン光ＰＬの縞の数をｍとし、Ｖ／Ｐ関係を取得する際のミラー４５４の揺動の１周期あたりのレーザー光Ｌの出射回数をｎとしたとき、ｎ≦ｍとなるよう制御する。これにより、Ｖ／Ｐ関係を取得する際においても、ロボット２と共存する人の安全をより確実に確保することができる。
【００６８】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係るロボットシステムでの三次元計測の開始タイミングを示すタイミングチャートである。
【００６９】
本実施形態は、Ｖ／Ｐ関係を取得する方法が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００７０】
本実施形態のロボットシステム１では、図９に示すように、閾値角度θ１として、第１閾値角度θ１１と、第１閾値角度θ１１よりも大きい第２閾値角度θ１２と、が設定されている。そして、駆動制御部４８３は、光走査部４５の駆動を開始して、ミラー４５４の揺動角が第１閾値角度θ１１となったら、光出射部４２に第１駆動電圧Ｖ１を印加してレーザー光Ｌを出射し、その際に出射されるレーザー光Ｌの強度Ｐ１を光強度検出部４６から出力される光強度情報Ｉｐに基づいて測定する。また、駆動制御部４８３は、ミラー４５４の揺動角が第２閾値角度θ１２となったら、第１駆動電圧Ｖ１よりも大きい第２駆動電圧Ｖ２を光出射部４２に印加し、その際に出射されるレーザー光Ｌの強度Ｐ２を光強度検出部４６から出力される光強度情報Ｉｐに基づいて測定する。そして、駆動制御部４８３は、これらの測定結果に基づいてＶ／Ｐ関係を取得する。
【００７１】
このような構成によれば、例えば、前述した第１実施形態と比べて、より早く、Ｖ／Ｐ関係を取得するためのレーザー光Ｌの出射を開始することができる。そのため、より確実に、ミラー４５４が目標角度θ２となる前にＶ／Ｐ関係を取得することができ、目標角度θ２となったら直ぐに、対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。また、ミラー４５４の揺動角が小さい程、光出射部４２に印加する駆動電圧Ｖを小さくしているため、揺動角が小さくても、ロボット２と共存する人の眼に入り得るレーザー光Ｌの単位時間当たりのエネルギー量が十分に小さくなる。そのため、共存する人の安全性を十分に確保することができる。
【００７２】
このように、本実施形態の三次元計測装置４では、閾値角度θ１は、第１閾値角度θ１１と、第１閾値角度θ１１よりも大きい第２閾値角度θ１２と、を有する。そして、制御部４８は、ミラー４５４の揺動角が第１閾値角度θ１１となったら、光出射部４２に第１駆動電圧Ｖ１を印加してレーザー光Ｌを出射し、ミラー４５４の揺動角が第２閾値角度θ１２となったら、光出射部４２に第２駆動電圧Ｖ２を印加してレーザー光Ｌを出射し、第１駆動電圧Ｖ１を印加したときのレーザー光Ｌの強度Ｐ１と、第２駆動電圧Ｖ２を印加したときのレーザー光Ｌの強度Ｐ２と、に基づいてＶ／Ｐ関係を取得するよう制御する。
【００７３】
これにより、より早く、Ｖ／Ｐ関係を取得するためのレーザー光Ｌの出射を開始することができる。そのため、より確実に、目標角度θ２となる前に、Ｖ／Ｐ関係を取得することができ、目標角度θ２となったら直ぐに対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。また、ミラー４５４の揺動角が小さい程、光出射部４２に印加する駆動電圧Ｖを小さくすることにより、揺動角が小さくても、ロボット２と共存する人の眼に入り得るレーザー光の単位時間当たりのエネルギー量を十分に小さくすることができる。そのため、共存する人の安全性を十分に確保することができる。
【００７４】
また、本実施形態の対象物Ｗの三次元計測方法では、閾値角度θ１は、第１閾値角度θ１１と、第１閾値角度θ１１よりも大きい第２閾値角度θ１２と、を有する。そして、ミラー４５４の揺動角が第１閾値角度θ１１となったら、光出射部４２に第１駆動電圧Ｖ１を印加してレーザー光Ｌを出射し、ミラー４５４の揺動角が第２閾値角度θ１２となったら、光出射部４２に第２駆動電圧Ｖ２を印加してレーザー光Ｌを出射し、第１駆動電圧Ｖ１を印加したときのレーザー光Ｌの強度Ｐ１と、第２駆動電圧Ｖ２を印加したときのレーザー光Ｌの強度Ｐ２と、に基づいてＶ／Ｐ関係を取得する。
【００７５】
これにより、より早く、Ｖ／Ｐ関係を取得するためのレーザー光Ｌの出射を開始することができる。そのため、より確実に、目標角度θ２となる前に、Ｖ／Ｐ関係を取得することができ、目標角度θ２となったら直ぐに対象物Ｗの三次元計測を行うことができる。また、ミラー４５４の揺動角が小さい程、光出射部４２に印加する駆動電圧Ｖを小さくすることにより、揺動角が小さくても、ロボット２と共存する人の眼に入り得るレーザー光の単位時間当たりのエネルギー量を十分に小さくすることができる。そのため、共存する人の安全性を十分に確保することができる。
【００７６】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７７】
以上、本発明の三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…ベース、２２…ロボットアーム、２２１…第１アーム、２２２…第２アーム、２２３…第３アーム、２２４…第４アーム、２２５…第５アーム、２２６…第６アーム、２４…エンドエフェクター、２５１…第１駆動装置、２５２…第２駆動装置、２５３…第３駆動装置、２５４…第４駆動装置、２５５…第５駆動装置、２５６…第６駆動装置、４…三次元計測装置、４０…シェード部、４１…投影部、４２…光出射部、４３…揺動角検出部、４３１…ピエゾ抵抗部、４４…光学系、４４１…集光レンズ、４４２…ロッドレンズ、４５…光走査部、４５１…可動部、４５２…支持部、４５３…梁部、４５４…ミラー、４５５…永久磁石、４５６…コイル、４６…光強度検出部、４７…撮像部、４７１…カメラ、４７２…撮像素子、４７３…集光レンズ、４８…制御部、４８１…情報受付部、４８３…駆動制御部、４９…計測部、５…ロボット制御装置、６…ホストコンピューター、Ｂ…縞、Ｉｐ…光強度情報、Ｉθ…角度情報、Ｊ…揺動軸、Ｌ…レーザー光、Ｏ１…第１軸、Ｏ２…第２軸、Ｏ３…第３軸、Ｏ４…第４軸、Ｏ５…第５軸、Ｏ６…第６軸、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２…強度、ＰＬ…パターン光、ＰＬ１…第１パターン光、ＰＬ２…第２パターン光、ＰＬ３…第３パターン光、ＰＬ４…第４パターン光、Ｑ…式、Ｓ１…第１撮像ステップ、Ｓ２…第２撮像ステップ、Ｓ３…第３撮像ステップ、Ｓ４…第４撮像ステップ、Ｖ…駆動電圧、Ｖ１…第１駆動電圧、Ｖ２…第２駆動電圧、Ｗ…対象物、ｆ…周期、ｆ１…第１周期、ｆ２…第２周期、ｆ３…第３周期、ｆ４…第４周期、θ１…閾値角度、θ１１…第１閾値角度、θ１２…第２閾値角度、θ２…目標角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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