(57)【要約】【課題】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ライン状の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、対象物の三次元計測を行う。また、ミラーの揺動軸まわりの第１回転方向への揺動を往路とし、第１回転方向と逆方向への揺動を復路としたとき、往路でレーザー光を出射して形成する往路パターン光と、復路でレーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致する。【選択図】図２
2020159732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン状のレーザー光を出射する光出射部と、
１つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して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、を備える三次元計測装置を用い、
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、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第１回転方向への揺動を往路とし、前記第１回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致することを特徴とする三次元計測方法。
【請求項２】
ｎを自然数とし、
前記ミラーが揺動開始してからｎ回目の前記復路で前記ミラーが第１基準角度となる時刻をＴｂ０とし、
ｎ＋１回目の前記復路で前記ミラーが前記第１基準角度となる時刻をＴｂ１とし、
前記ｎ回目の復路と前記ｎ＋１回目の復路との間に揺動する前記往路で前記ミラーが前記第１基準角度となる時刻をＴａ０としたとき、
前記時刻Ｔｂ０と前記時刻Ｔｂ１との差ΔＴ１１および前記時刻Ｔａ０と前記時刻Ｔｂ１との差ΔＴ１２に基づいて、前記ｎ＋１回目の復路以降の前記往路における前記レーザー光の出射を制御する請求項１に記載の三次元計測方法。
【請求項３】
前記差ΔＴ１１および前記差ΔＴ１２に基づいて、前記ｎ＋１回目の復路とｎ＋２回目の復路との間に揺動する前記往路における前記レーザー光の出射を制御する請求項２に記載の三次元計測方法。
【請求項４】
ｍを自然数とし、
前記ミラーが揺動開始してからｍ回目の前記往路で前記ミラーが第２基準角度となる時刻をＴｃ０とし、
ｍ＋１回目の前記往路で前記ミラーが前記第２基準角度となる時刻をＴｃ１とし、
前記ｍ回目の往路と前記ｍ＋１回目の往路との間に揺動する前記復路で前記ミラーが前記第２基準角度となる時刻をＴｄ０としたとき、
前記時刻Ｔｃ０と前記時刻Ｔｃ１との差ΔＴ２１および前記時刻Ｔｄ０と前記時刻Ｔｃ１との差ΔＴ２２に基づいて、前記ｍ＋１回目の往路以降の前記復路における前記レーザー光の出射を制御する請求項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】
前記差ΔＴ２１および前記差ΔＴ２２に基づいて、前記ｍ＋１回目の往路とｍ＋２回目の往路との間に揺動する前記復路における前記レーザー光の出射を制御する請求項４に記載の三次元計測方法。
【請求項６】
ライン状のレーザー光を出射する光出射部と、
１つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して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、
前記光出射部の駆動を制御する制御部と、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、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第１回転方向への揺動を往路とし、前記第１回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記制御部は、前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致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】
前記光走査部は、前記ミラーを備える可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部と前記支持部とを接続する梁部と、を有し、
前記揺動角検出部は、前記梁部と前記支持部との接続部に設けられているピエゾ抵抗部を有する請求項６に記載の三次元計測装置。
【請求項８】
前記揺動角検出部は、前記ミラーに向けて光を出射する光源と、前記ミラーが所定の揺動角のときに反射する前記光を受光する受光素子と、を有する請求項６に記載の三次元計測装置。
【請求項９】
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、
ライン状のレーザー光を出射する光出射部と、
１つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して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、
前記光出射部の駆動を制御する制御部と、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い、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第１回転方向への揺動を往路とし、前記第１回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記制御部は、前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致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には、レーザー光を光スキャナーによって走査すること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た対象物をカメラで撮像することにより、対象物の三次元計測を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１２５８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の三次元計測方法では、光スキャナーによってライン状のレーザー光を往復走査するため、レーザー光を出射するレーザーダイオードの駆動時間が長くなりレーザーダイオードが高温になることでレーザー光の発光効率が変動する。そこで、レーザーダイオードが高温とならないようにレーザー光の出力を落として出射したとしても、投影されたパターン光のコントラストが低下して三次元計測の精度が低下し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、ライン状のレーザー光を出射する光出射部と、
１つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して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、を備える三次元計測装置を用い、
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、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第１回転方向への揺動を往路とし、前記第１回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致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】駆動制御部による制御を示すタイミングチャートである。
【図７】往路でのレーザー光の走査により形成されるパターン光を示す平面図である。
【図８】復路でのレーザー光の走査により形成されるパターン光を示す平面図である。
【図９】駆動制御部が生成するテーブルの一例を示す図である。
【図１０】駆動制御部が生成するテーブルの一例を示す図である。
【図１１】駆動制御部が生成するテーブルの一例を示す図である。
【図１２】駆動制御部が生成するテーブルの一例を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る三次元計測装置の部分拡大図である。
【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、駆動制御部による制御を示すタイミングチャートである。図７は、往路でのレーザー光の走査により形成されるパターン光を示す平面図である。図８は、復路でのレーザー光の走査により形成されるパターン光を示す平面図である。図９ないし図１２は、駆動制御部が生成するテーブルの一例を示す図である。
【０００９】
図１に示すロボットシステム１は、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。
【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４０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４０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４０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４０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４０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以外のアーム２２１〜２２４、２２６がどのように動いても維持される。そのため、第５アーム２２５に投影部４０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４０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４０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４０は、レーザー光Ｌを用いて対象物Ｗに図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４０は、図２に示すように、ライン状のレーザー光Ｌを出射する光出射部４１と、レーザー光Ｌを対象物Ｗに向けて走査する光走査部４４と、レーザー光Ｌの強度を検出する光強度検出部４５と、光走査部４４が有するミラー４４４の揺動角を検出する揺動角検出部４６と、を有する。また、光出射部４１は、レーザー光Ｌを出射するレーザー光源４２と、レーザー光源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４３と、を有する。
【００２０】
レーザー光源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。光学系４３は、レーザー光源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４３１と、集光レンズ４３１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４３２と、を有する。このように、本実施形態では、レーザー光源４２と光学系４３とでライン状のレーザー光Ｌとしているが、ライン状のレーザー光Ｌを形成することができれば、光出射部４１の構成は、特に限定されない。
【００２１】
光強度検出部４５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４５は、レーザー光源４２に内蔵されている。ただし、光強度検出部４５の構成としては、特に限定されず、例えば、光強度検出部４５をレーザー光源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４５であるフォトダイオードが受光するような構成であってもよい。
【００２２】
光走査部４４は、ライン状のレーザー光Ｌを走査する。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４４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。
【００２３】
本実施形態の光走査部４４は、ＭＥＭＳで構成されている。図３に示すように、光走査部４４は、可動部４４１と、可動部４４１を支持する支持部４４２と、可動部４４１と支持部４４２とを接続し、可動部４４１を支持部４４２に対して揺動軸Ｊまわりに揺動可能とする梁部４４３と、可動部４４１の表面に配置され、レーザー光Ｌを反射するミラー４４４と、可動部４４１の裏面に設けられた永久磁石４４５と、永久磁石４４５と対向配置されたコイル４４６と、を有する。このような光走査部４４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４４６に駆動信号が印加されると、可動部４４１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。
【００２４】
揺動角検出部４６は、図３に示すように、梁部４４３と支持部４４２との接続部に設けられたピエゾ抵抗部４６１を有する。ピエゾ抵抗部４６１は、可動部４４１が揺動軸Ｊまわりに揺動するのに伴って支持部４４２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４６１の抵抗値変化に基づいて、可動部４４１の揺動軸Ｊまわりの傾きすなわちミラー４４４の揺動角を検知することができる。ただし、ピエゾ抵抗部４６１の配置としては、特に限定されず、可動部４４１の揺動に応じた応力を受ける箇所であれば、どこに配置してもよい。また、揺動角検出部４６としては、ミラー４４４の揺動角を検出することができれば、ピエゾ抵抗部４６１に限定されない。
【００２５】
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、撮像した画像データを計測部４９に送信する。
【００２６】
図２に示すように、制御部４８は、揺動角検出部４６から出力される検出信号すなわちミラー４４４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４５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４０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。
【００２７】
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。
【００２８】
駆動制御部４８３は、ミラー４４４が所定周期かつ所定揺動角で揺動するように、コイル４４６に印加する駆動信号を制御する。また、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４４４の揺動と同期させてレーザー光源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、レーザー光源４２に印加する駆動電圧の大きさを制御する。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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が取得した複数の画像データに基づいて、対象物Ｗの三次元計測のための演算を行う。具体的には、計測部４９は、複数の画像データを演算し、対象物Ｗの姿勢、位置（空間座標）等を含む三次元情報を求める。そして、計測部４９は、求めた対象物Ｗの三次元情報をホストコンピューター６に送信する。
【００３３】
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。ステップを増やす程、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
−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制御し、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。
【００３７】
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による三次元計測について詳細に説明する。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４４の駆動を開始して可動部４４１を揺動軸Ｊまわりに揺動させ、次に、レーザー光源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。
【００３８】
このように、ロボットアーム２２が停止してから光走査部４４の駆動を開始することにより、光走査部４４を常時駆動させておく場合と比べて、三次元計測装置４の省電力化を図ることができる。また、可動部４４１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、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、仮に、ロボット２と共存する人がいて、その人の眼にレーザー光Ｌが照射されてしまったとしても、その照射が一瞬で済むため、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。
【００３９】
また、ミラー４４４は、揺動軸Ｊまわりに揺動するため、図６に示すように、ミラー４４４の揺動には、揺動軸Ｊまわりの一方側に向かう往路Ａと、往路Ａとは反対側に向かう復路Ｂと、がある。そして、駆動制御部４８３は、図７および図８に示すように、ミラー４４４の揺動が往路Ａのときにレーザー光源４２からレーザー光Ｌを出射して形成する往路パターン光ＰＬ’と、ミラー４４４の揺動が復路Ｂのときにレーザー光源４２からレーザー光Ｌを出射して形成する復路パターン光ＰＬ”と、を一致させる。すなわち、往路パターン光ＰＬ’と復路パターン光ＰＬ”とが互いに同じパターンであり、かつ、往路パターン光ＰＬ’と復路パターン光ＰＬ”とが投影面上でずれることなく重なり合う。
【００４０】
そのため、往路パターン光ＰＬ’と復路パターン光ＰＬ”とが重なってパターン光ＰＬが形成され、パターン光ＰＬを十分に明るくすることができる。このように、パターン光ＰＬを明るくすることができれば、その分、レーザー光源４２の出力を落とすことができ、レーザー光源４２の発熱を抑制することができる。そのため、レーザー光源４２の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光ＰＬがより鮮明となる。したがって、対象物Ｗの三次元計測精度が向上する。また、パターン光ＰＬが明るい分、カメラ４７１の露光時間を短くすることができ、対象物Ｗの三次元計測をより短時間で行うことができる。なお、前述した「往路パターン光ＰＬ’と復路パターン光ＰＬ”とが一致する」とは、完全に一致する場合の他、技術上生じるわずかな誤差を有する場合も含む意味である。
【００４１】
また、駆動制御部４８３は、ミラー４４４の最大揺動角付近である図６中のレーザー光非出射エリアＱではレーザー光Ｌを出射しないよう各部を制御する。最大揺動角付近ではミラー４４４の揺動速度が著しく遅く、レーザー光Ｌの走査に向いていないため、このような箇所でレーザー光Ｌを出射しないことにより、より鮮明なパターン光ＰＬを形成することができる。ただし、これに限定されず、ミラー４４４の最大揺動角付近においてもレーザー光Ｌを出射するよう各部を制御してもよい。
【００４２】
また、三次元計測装置４には、ミラー４４４の揺動角の基準となる第１基準角度θ１および第２基準角度θ２が設定されており、これらの値は、それぞれ、制御部４８に記憶されている。なお、第１基準角度θ１は、０°＜θ１＜＋θｍの範囲で設定され、第２基準角度θ２は、−θｍ＜θ＜０の範囲で設定されている。ただし、これに限定されず、第１基準角度θ１が、−θｍ＜θ＜０の範囲で設定され、第２基準角度θ２が０°＜θ１＜＋θｍの範囲で設定されていてもよい。
【００４３】
駆動制御部４８３は、ｎ回目の復路Ｂ（ｎ）のときにミラー４４４の揺動角が第１基準角度θ１となる時刻Ｔｂ０と、その次のｎ＋１回目の復路Ｂ（ｎ＋１）のときにミラー４４４の揺動角が第１基準角度θ１となる時刻Ｔｂ１と、復路Ｂ（ｎ）と復路Ｂ（ｎ＋１）との間に位置するｍ回目の往路Ａ（ｍ）の際にミラー４４４の揺動角が第１基準角度θ１となる時刻Ｔａ０と、を取得する。これら時刻Ｔｂ０、Ｔｂ１、Ｔａ０の取得は、情報受付部４８１が受け付ける角度情報Ｉθと、基準時刻を生成するクロックパルスと、により取得することできる。なお、前記ｎ、ｍは、それぞれ、自然数である。
【００４４】
また、駆動制御部４８３は、時刻Ｔｂ０と時刻Ｔｂ１との差ΔＴ１１と、時刻Ｔａ０と時刻Ｔｂ１との差ΔＴ１２と、を求める。なお、差ΔＴ１１は、ミラー４４４の１周期の長さに相当する。また、駆動制御部４８３は、差ΔＴ１１、ΔＴ１２に基づいて、時刻Ｔｂ０と時刻Ｔａ０との差ΔＴ１３をさらに求める。そして、駆動制御部４８３は、求めた差ΔＴ１１、ΔＴ１２、ΔＴ１３に基づいて、復路Ｂ（ｎ＋１）の直後にくる往路Ａすなわちｍ＋１回目の往路Ａ（ｍ＋１）におけるレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００４５】
具体的には、差ΔＴ１１、ΔＴ１２、ΔＴ１３に基づいて、往路Ａ（ｍ＋１）においてミラー４４４が各揺動角となる時刻ｔを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Ｌの強度Ｄを組み合わせて、図９に示すようなテーブル１００を生成する。そして、駆動制御部４８３は、往路Ａ（ｍ＋１）では、生成したテーブル１００に基づいてレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００４６】
このような方法によれば、実際のミラー４４４の揺動状態に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー４４４の挙動に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Ｌの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図９に示すテーブル１００では、制御の開始時刻を、復路Ｂ（ｎ＋１）と往路Ａ（ｍ＋１）との境界、つまり、これらの間でミラー４４４が最大揺動角＋θｍとなる時刻ｔｓ１としている。
【００４７】
駆動制御部４８３は、上述の制御をミラー４４４の周期毎に繰り返す。つまり、駆動制御部４８３は、ｎ＋１回目の復路Ｂ（ｎ＋１）のときにミラー４４４の揺動角が第１基準角度θ１となる時刻Ｔｂ１と、その次のｎ＋２回目の復路Ｂ（ｎ＋２）のときにミラー４４４の揺動角が第１基準角度θ１となる時刻Ｔｂ２と、復路Ｂ（ｎ＋１）と復路Ｂ（ｎ＋２）との間に位置するｍ＋１回目の往路Ａ（ｍ＋１）の際にミラー４４４の揺動角が第１基準角度θ１となる時刻Ｔａ１と、を取得する。
【００４８】
また、駆動制御部４８３は、時刻Ｔｂ１と時刻Ｔｂ２との差ΔＴ１１’と、時刻Ｔａ１と時刻Ｔｂ２との差ΔＴ１２’と、を求める。また、駆動制御部４８３は、差ΔＴ１１’、ΔＴ１２’に基づいて、時刻Ｔｂ１と時刻Ｔａ１との差ΔＴ１３’をさらに求める。そして、駆動制御部４８３は、求めた差ΔＴ１１’、ΔＴ１２’、ΔＴ１３’に基づいて、復路Ｂ（ｎ＋２）の直後にくる往路Ａすなわちｍ＋２回目の往路Ａ（ｍ＋２）におけるレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００４９】
具体的には、差ΔＴ１１’、ΔＴ１２’、ΔＴ１３’に基づいて、往路Ａ（ｍ＋２）においてミラー４４４が各揺動角となる時刻ｔを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Ｌの強度Ｄを組み合わせて、図１０に示すようなテーブル１０１を生成する。テーブル１０１は、テーブル１００を更新して生成してもよいし、テーブル１００とは別に生成してもよい。そして、駆動制御部４８３は、往路Ａ（ｍ＋２）では、生成したテーブル１０１に基づいてレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００５０】
このような方法によれば、実際のミラー４４４の揺動状態に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー４４４の挙動に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Ｌの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図１０に示すテーブル１０１では、制御の開始時刻を、復路Ｂ（ｎ＋２）と往路Ａ（ｍ＋２）との境界、つまり、これらの間でミラー４４４が最大揺動角＋θｍとなる時刻ｔｓ２としている。
【００５１】
なお、本明細書では、これ以上の説明を省略するが、駆動制御部４８３は、ｍ＋３回目の往路Ａ（ｍ＋３）、ｍ＋４回目の往路Ａ（ｍ＋４）またはそれ以降の往路Ａについても、上述した制御を繰り返す。これにより、上述の効果が継続的に発揮される。ここで、本実施形態では、テーブル１００を用いて、その直後である往路Ａ（ｍ＋１）でのレーザー光Ｌの出射を制御しているが、これに限定されず、ｍ＋２回目、ｍ＋３回目またはそれ以降の往路Ａでのレーザー光の出射を制御してもよい。例えば、直後の往路Ａ（ｍ＋１）にミラー４４４が到達するまでにテーブル１００が生成できない場合が考えられ、この場合には、テーブル１００が生成されて、テーブル１００に基づく制御が可能となって最初の往路Ａにおいて、このテーブル１００に基づいてレーザー光Ｌの出射を制御してもよい。
【００５２】
ここで、第１基準角度θ１としては、特に限定されないが、例えば、０．４≦θ１／＋θｍ≦０．８であることが好ましく、０．４≦θ１／＋θｍ≦０．７であることがより好ましく、０．４５≦θ１／＋θｍ≦０．６であることがさらに好ましい。第１基準角度θ１が大きい程、ジッター（ミラー４４４の揺らぎ）の影響が小さくなるため、往路Ａ（ｍ＋１）で投影されるパターン光ＰＬと、往路Ａ（ｍ＋２）で投影されるパターン光ＰＬとのずれをより効果的に抑制することができる。ただし、反対に、差ΔＴ１３、ΔＴ１３’が小さくなり過ぎて、テーブル１００、１０１の生成精度が低下するおそれもある。そこで、上述したような範囲とすることにより、ジッターの影響を十分に抑えつつ、テーブル１００、１０１の生成精度を高めることができる。そのため、レーザー光Ｌの出射をより精度よく制御することができる。
【００５３】
以上、往路Ａにおけるレーザー光Ｌの制御方法について説明した。次に、復路Ｂにおけるレーザー光Ｌの制御方法について説明する。なお、復路Ｂにおけるレーザー光Ｌの制御方法は、往路Ａにおけるレーザー光Ｌの制御方法と同様である。
【００５４】
図６に示すように、駆動制御部４８３は、ｍ回目の往路Ａ（ｍ）のときにミラー４４４の揺動角が第２基準角度θ２となる時刻Ｔｃ０と、その次のｍ＋１回目の往路Ａ（ｍ＋１）のときにミラー４４４の揺動角が第２基準角度θ２となる時刻Ｔｃ１と、往路Ａ（ｍ）と往路Ａ（ｍ＋１）との間に位置するｎ＋１回目の復路Ｂ（ｎ＋１）の際にミラー４４４の揺動角が第２基準角度θ２となる時刻Ｔｄ０と、を取得する。
【００５５】
また、駆動制御部４８３は、時刻Ｔｃ０と時刻Ｔｃ１との差ΔＴ２１と、時刻Ｔｄ０と時刻Ｔｃ１との差ΔＴ２２と、を求める。また、駆動制御部４８３は、差ΔＴ２１、ΔＴ２２に基づいて、時刻Ｔｃ０と時刻Ｔｄ０との差ΔＴ２３をさらに求める。そして、駆動制御部４８３は、求めた差ΔＴ２１、ΔＴ２２、ΔＴ２３に基づいて、往路Ａ（ｍ＋１）の直後にくる復路Ｂすなわちｎ＋２回目の復路Ｂ（ｎ＋２）におけるレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００５６】
具体的には、差ΔＴ２１、ΔＴ２２、ΔＴ２３に基づいて、復路Ｂ（ｎ＋２）においてミラー４４４が各揺動角となる時刻ｔを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Ｌの強度Ｄを組み合わせて、図１１に示すようなテーブル１０２を生成する。そして、駆動制御部４８３は、復路Ｂ（ｎ＋２）では、生成したテーブル１０２に基づいてレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００５７】
このような方法によれば、実際のミラー４４４の揺動状態に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー４４４の挙動に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Ｌの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図１１に示すテーブル１０２では、制御の開始時刻を、往路Ａ（ｍ＋１）と復路Ｂ（ｎ＋２）との境界、つまり、これらの間でミラー４４４が最大揺動角−θｍとなる時刻ｔｓ３としている。
【００５８】
駆動制御部４８３は、上述の制御をミラー４４４の周期毎に繰り返す。つまり、駆動制御部４８３は、ｍ＋１回目の往路Ａ（ｍ＋１）のときにミラー４４４の揺動角が第２基準角度θ２となる時刻Ｔｃ１と、その次のｍ＋２回目の往路Ａ（ｍ＋２）のときにミラー４４４の揺動角が第２基準角度θ２となる時刻Ｔｃ２と、往路Ａ（ｍ＋１）と往路Ａ（ｍ＋２）との間に位置するｎ＋２回目の復路Ｂ（ｎ＋２）の際にミラー４４４の揺動角が第２基準角度θ２となる時刻Ｔｄ１と、を取得する。
【００５９】
また、駆動制御部４８３は、時刻Ｔｃ１と時刻Ｔｃ２との差ΔＴ２１’と、時刻Ｔｄ１と時刻Ｔｃ２との差ΔＴ２２’と、を求める。また、駆動制御部４８３は、差ΔＴ２１’、ΔＴ２２’に基づいて、時刻Ｔｃ１と時刻Ｔｄ１との差ΔＴ２３’をさらに求める。そして、駆動制御部４８３は、求めた差ΔＴ２１’、ΔＴ２２’、ΔＴ２３’に基づいて、往路Ａ（ｍ＋２）の直後にくる復路Ｂすなわちｎ＋３回目の復路Ｂ（ｎ＋３）におけるレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００６０】
具体的には、差ΔＴ２１’、ΔＴ２２’、ΔＴ２３’に基づいて、復路Ｂ（ｎ＋３）においてミラー４４４が各揺動角となる時刻ｔを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Ｌの強度を組み合わせて、図１２に示すようなテーブル１０３を生成する。テーブル１０３は、テーブル１０２を更新して生成してもよいし、テーブル１０２とは別に生成してもよい。そして、駆動制御部４８３は、復路Ｂ（ｎ＋３）では、生成したテーブル１０３に基づいてレーザー光Ｌの出射を制御する。
【００６１】
このような方法によれば、実際のミラー４４４の揺動状態に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー４４４の挙動に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Ｌの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図１２に示すテーブル１０３では、制御の開始時刻を、往路Ａ（ｍ＋２）と復路Ｂ（ｎ＋３）との境界、つまり、これらの間でミラー４４４が最大揺動角−θｍとなる時刻ｔｓ４としている。
【００６２】
なお、本明細書では、これ以上の説明を省略するが、駆動制御部４８３は、ｎ＋４回目の復路Ｂ（ｎ＋４）、ｎ＋５回目の復路Ｂ（ｎ＋５）またはそれ以降の復路Ｂについても、上述した制御を繰り返す。これにより、上述の効果が継続的に発揮される。ここで、本実施形態では、テーブル１０２を用いて、その直後である復路Ｂ（ｎ＋２）でのレーザー光Ｌの出射を制御しているが、これに限定されず、ｎ＋３回目、ｎ＋４回目またはそれ以降の往路Ａでのレーザー光の出射を制御してもよい。例えば、直後の復路Ｂ（ｎ＋２）にミラー４４４が到達するまでにテーブル１０２が生成できない場合が考えられ、この場合には、テーブル１０２が生成されて、テーブル１０２に基づく制御が可能となって最初の復路Ｂにおいて、このテーブル１０２に基づいてレーザー光Ｌの出射を制御してもよい。
【００６３】
ここで、第２基準角度θ２としては、特に限定されないが、例えば、０．４≦θ２／−θｍ≦０．８であることが好ましく、０．４≦θ２／−θｍ≦０．７であることがより好ましく、０．４５≦θ２／−θｍ≦０．６であることがさらに好ましい。第２基準角度θ２が大きい程、ジッター（ミラー４４４の揺らぎ）の影響が小さくなるため、復路Ｂ（ｎ＋２）で投影されるパターン光ＰＬと、復路Ｂ（ｎ＋３）で投影されるパターン光ＰＬとのずれをより効果的に抑制することができる。ただし、反対に、ΔＴ２３、ΔＴ２３’が小さくなり過ぎて、テーブル１０２、１０３の生成精度が低下するおそれもある。そこで、上述したような範囲とすることにより、ジッターの影響を十分に抑えつつ、テーブル１０２、１０３の生成精度を高めることができる。そのため、レーザー光Ｌの出射をより精度よく制御することができる。
【００６４】
なお、第２基準角度θ２は、第１基準角度θ１と絶対値が同じであってもよいし、異なっていてもよい。つまり、｜θ１｜＝｜θ２｜であってもよいし、｜θ１｜≠｜θ２｜であってもよい。ただし、｜θ１｜＝｜θ２｜であることが好ましい。これにより、往路Ａおよび復路Ｂを同じ条件で予測することができるため、より精度のよい制御が可能となる。
【００６５】
以上のように、本実施形態の制御方法によれば、テーブル１００、１０１、１０２、１０３をそれぞれ精度よく生成することができる。また、これらのテーブル１００、１０１、１０２、１０３は、ミラー４４４が最大揺動角±θｍとなる時刻ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３、ｔｓ４を開始時刻として生成されている。つまり、互いに同じ基準で生成されている。そのため、往路Ａ（ｍ＋１）でのレーザー光Ｌの走査で形成される往路パターン光ＰＬ’と、復路Ｂ（ｎ＋２）でのレーザー光Ｌの走査で形成される復路パターン光ＰＬ”と、往路Ａ（ｍ＋２）でのレーザー光Ｌの走査で形成される往路パターン光ＰＬ’と、復路Ｂ（ｎ＋３）でのレーザー光Ｌの走査で形成される復路パターン光ＰＬ”と、がより高精度に一致する。つまり、連続して形成される複数の往路パターン光ＰＬ’、復路パターン光ＰＬ”が互いに高精度に重なり合うため、より鮮明で明るいパターン光ＰＬを対象物Ｗに投影することができる。そのため、対象物Ｗの三次元計測を精度よくかつ短時間で行うことができる。
【００６６】
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、ライン状のレーザー光Ｌを出射する光出射部４１と、１つの揺動軸Ｊまわりに揺動するミラー４４４を備え、ミラー４４４によってレーザー光Ｌを反射して走査する光走査部４４と、ミラー４４４の揺動角を検出する揺動角検出部４６と、撮像部４７と、光出射部４１の駆動を制御する制御部４８と、を備え、光走査部４４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。そして、ミラー４４４の揺動軸Ｊまわりの一方側（第１回転方向）への揺動を往路Ａとし、他方側（第１回転方向とは逆方向）への揺動を復路Ｂとしたとき、制御部４８は、往路Ａでレーザー光Ｌを出射して形成する往路パターン光ＰＬ’と、復路Ｂでレーザー光Ｌを出射して形成する復路パターン光ＰＬ”と、が一致するよう制御する。
【００６７】
そのため、往路パターン光ＰＬ’と復路パターン光ＰＬ”とが重なってパターン光ＰＬが形成され、パターン光ＰＬを十分に明るくすることができる。このように、パターン光ＰＬを明るくすることができれば、その分、レーザー光源４２の出力を落とすことができ、レーザー光源４２の発熱を抑制することができる。これにより、レーザー光源４２の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光ＰＬがより鮮明となる。そのため、対象物Ｗの三次元計測精度が向上する。また、パターン光ＰＬが明るい分、カメラ４７１の露光時間を短くすることができ、対象物Ｗの三次元計測をより短時間で行うこともできる。
【００６８】
また、前述したように、三次元計測装置４は、ライン状のレーザー光Ｌを出射する光出射部４１と、１つの揺動軸Ｊまわりに揺動するミラー４４４を備え、ミラー４４４によってレーザー光Ｌを反射して走査する光走査部４４と、ミラー４４４の揺動角を検出する揺動角検出部４６と、撮像部４７と、光出射部４１の駆動を制御する制御部４８と、を備え、光走査部４４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。そして、ミラー４４４の揺動軸Ｊまわりの一方側（第１回転方向）への揺動を往路Ａとし、他方側（第１回転方向とは逆方向）への揺動を復路Ｂとしたとき、制御部４８は、往路Ａでレーザー光Ｌを出射して形成する往路パターン光ＰＬ’と、復路Ｂでレーザー光Ｌを出射して形成する復路パターン光ＰＬ”と、が一致するよう制御する。
【００６９】
そのため、往路パターン光ＰＬ’と復路パターン光ＰＬ”とが重なってパターン光ＰＬが形成され、パターン光ＰＬを十分に明るくすることができる。このように、パターン光ＰＬを明るくすることができれば、その分、レーザー光源４２の出力を落とすことができ、レーザー光源４２の発熱を抑制することができる。これにより、レーザー光源４２の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光ＰＬがより鮮明となる。そのため、対象物Ｗの三次元計測精度が向上する。また、パターン光ＰＬが明るい分、カメラ４７１の露光時間を短くすることができ、対象物Ｗの三次元計測をより短時間で行うこともできる。
【００７０】
また、前述したように、光走査部４４は、ミラー４４４を備える可動部４４１と、可動部４４１を支持する支持部４４２と、可動部４４１と支持部４４２とを接続する梁部４４３と、を有する。そして、揺動角検出部４６は、梁部４４３と支持部４４２との接続部に設けられているピエゾ抵抗部４６１を有する。これにより、揺動角検出部４６の構成が簡単となる。また、光走査部４４と一体形成することができ、装置の小型化を図ることもできる。
【００７１】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法は、ライン状のレーザー光Ｌを出射する光出射部４１と、１つの揺動軸Ｊまわりに揺動するミラー４４４を備え、ミラー４４４によってレーザー光Ｌを反射して走査する光走査部４４と、ミラー４４４の揺動角を検出する揺動角検出部４６と、撮像部４７と、を備える三次元計測装置４を用い、光走査部４４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。そして、ミラー４４４の揺動軸Ｊまわりの一方側（第１回転方向）への揺動を往路Ａとし、他方側（第１回転方向とは逆方向）への揺動を復路Ｂとしたとき、往路Ａでレーザー光Ｌを出射して形成する往路パターン光ＰＬ’と、復路Ｂでレーザー光Ｌを出射して形成する復路パターン光ＰＬ”と、が一致する。
【００７２】
そのため、往路パターン光ＰＬ’と復路パターン光ＰＬ”とが重なってパターン光ＰＬが形成され、パターン光ＰＬを十分に明るくすることができる。このように、パターン光ＰＬを明るくすることができれば、その分、レーザー光源４２の出力を落とすことができ、レーザー光源４２の発熱を抑制することができる。これにより、レーザー光源４２の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光ＰＬがより鮮明となる。そのため、対象物Ｗの三次元計測精度が向上する。また、パターン光ＰＬが明るい分、カメラ４７１の露光時間を短くすることができ、対象物Ｗの三次元計測をより短時間で行うこともできる。
【００７３】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法では、ｎを自然数とし、ミラー４４４が揺動開始してからｎ回目の復路Ｂでミラー４４４が第１基準角度θ１となる時刻をＴｂ０とし、ｎ＋１回目の復路Ｂ（ｎ＋１）でミラー４４４が第１基準角度θ１となる時刻をＴｂ１とし、復路Ｂ（ｎ）と復路Ｂ（ｎ＋１）との間に揺動する往路Ａ（ｍ）でミラー４４４が第１基準角度θ１となる時刻をＴａ０としたとき、時刻Ｔｂ０と時刻Ｔｂ１との差ΔＴ１１および時刻Ｔａ０と時刻Ｔｂ１との差ΔＴ１２に基づいて、復路Ｂ（ｎ＋１）以降の往路Ａにおけるレーザー光Ｌの出射を制御する。このような制御方法によれば、実際のミラー４４４の揺動状態に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射を精度よく制御することができる。
【００７４】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法では、差ΔＴ１１および差ΔＴ１２に基づいて、復路Ｂ（ｎ＋１）と復路Ｂ（ｎ＋２）との間に揺動する往路Ａ（ｍ＋１）におけるレーザー光Ｌの出射を制御する。このような構成によれば、直前のミラー４４４の挙動に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射をさらに精度よく制御することができる。
【００７５】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法では、ｍを自然数とし、ミラー４４４が揺動開始してからｍ回目の往路Ａ（ｍ）でミラー４４４が第２基準角度θ２となる時刻をＴｃ０とし、ｍ＋１回目の往路Ａ（ｍ＋１）でミラー４４４が第２基準角度θ２となる時刻をＴｃ１とし、往路Ａ（ｍ）と往路Ａ（ｍ＋１）との間に揺動する復路Ｂ（ｎ＋１）でミラー４４４が第２基準角度θ２となる時刻をＴｄ０としたとき、時刻Ｔｃ０と時刻Ｔｃ１との差ΔＴ２１および時刻Ｔｄ０と時刻Ｔｃ１との差ΔＴ２２に基づいて、往路Ａ（ｍ＋１）以降の復路Ｂにおけるレーザー光Ｌの出射を制御する。このような制御方法によれば、実際のミラー４４４の揺動状態に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射を精度よく制御することができる。
【００７６】
また、前述したように、対象物Ｗの三次元計測方法では、差ΔＴ２１および差ΔＴ２２に基づいて、往路Ａ（ｍ＋１）と往路Ａ（ｍ＋２）との間に揺動する復路Ｂ（ｎ＋２）におけるレーザー光Ｌの出射を制御する。このような構成によれば、直前のミラー４４４の挙動に基づいてレーザー光Ｌの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Ｌの出射をさらに精度よく制御することができる。
【００７７】
＜第２実施形態＞
図１３は、本発明の第２実施形態に係る三次元計測装置の部分拡大図である。
【００７８】
なお、本実施形態は、揺動角検出部４６の構成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１３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。
【００７９】
本実施形態のロボットシステム１では、図１３に示すように、揺動角検出部４６は、第１基準角度θ１を検出する第１揺動角検出部４６Ａと、第２基準角度θ２を検出する第２揺動角検出部４６Ｂと、を有する。
【００８０】
第１揺動角検出部４６Ａは、ミラー４４４に向けて光ＬＬ１を出射する光源４６２Ａと、ミラー４４４で反射された光ＬＬ１を受光するフォトダイオード４６３Ａと、を有する。そして、フォトダイオード４６３Ａは、ミラー４４４の揺動角が第１基準角度θ１のときに反射された光ＬＬ１を受光するように配置されている。そのため、フォトダイオード４６３Ａからの出力信号に基づいて、第１基準角度θ１を検出することができる。
【００８１】
第２揺動角検出部４６Ｂは、ミラー４４４に向けて光ＬＬ２を出射する光源４６２Ｂと、ミラー４４４で反射された光ＬＬ２を受光するフォトダイオード４６３Ｂと、を有する。そして、フォトダイオード４６３Ｂは、ミラー４４４の揺動角が第２基準角度θ２のときに反射された光ＬＬ２を受光するように配置されている。そのため、フォトダイオード４６３Ｂからの出力信号に基づいて、第２基準角度θ２を検出することができる。
【００８２】
以上のように、本実施形態の揺動角検出部４６は、ミラー４４４に向けて光ＬＬ１、ＬＬ２を出射する光源４６２Ａ、４６２Ｂと、ミラー４４４が所定の揺動角のときに反射する光ＬＬ１、ＬＬ２を受光する受光素子としてのフォトダイオード４６３Ａ、４６３Ｂと、を有する。このような構成によれば、比較的簡単な構成で、ミラー４４４の揺動角を検出することができる。
【００８３】
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。
【００８４】
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】
【００８５】
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…投影部、４１…光出射部、４２…レーザー光源、４３…光学系、４３１…集光レンズ、４３２…ロッドレンズ、４４…光走査部、４４１…可動部、４４２…支持部、４４３…梁部、４４４…ミラー、４４５…永久磁石、４４６…コイル、４５…光強度検出部、４６…揺動角検出部、４６Ａ…第１揺動角検出部、４６Ｂ…第２揺動角検出部、４６１…ピエゾ抵抗部、４６２Ａ、４６２Ｂ…光源、４６３Ａ、４６３Ｂ…フォトダイオード、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、１００〜１０３…テーブル、Ａ…往路、Ｂ…復路、Ｄ…強度、Ｉｐ…光強度情報、Ｉθ…角度情報、Ｊ…揺動軸、Ｌ…レーザー光、ＬＬ１、ＬＬ２…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、ＰＬ…パターン光、ＰＬ’…往路パターン光、ＰＬ”…復路パターン光、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…レーザー光非出射エリア、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、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…第１基準角度、θ２…第２基準角度
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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