(57)【要約】【課題】３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、３次元視覚測定装置の測定値が表現される第２の座標系の間で座標変換を行うための校正データを高精度に取得する。【解決手段】接触式の３次元測定機１０１の測定プローブ１０２を用いてステレオカメラ１０４の形状、または、同カメラと機械的に結合可能な治具１０５の形状を３次元測定し、第１の座標系を定義する。ステレオカメラ１０４により、複数の測定点で、第２の座標系における測定プローブ１０２の特定部位の座標値を３次元視覚測定する。第１の座標系、測定プローブの複数の測定点の第１の座標系における座標値、および、前記複数の測定点で３次元視覚測定された前記特定部位の第２の座標系における座標値に基づき、前記第１および第２の座標系の間で座標変換を行うための校正データを取得する。【選択図】図１
2018031701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、前記３次元視覚測定装置の３次元測定値が表現される第２の座標系の間で座標変換を行うための校正データを取得する校正方法において、
制御装置が、３次元測定機の接触式の測定プローブを用いて前記機能部品の形状、または、前記機能部品と機械的に結合可能な治具の形状を３次元測定し、その３次元測定結果に基づき前記第１の座標系を定義するプローブ測定工程と、
前記制御装置が、前記３次元視覚測定装置により撮影可能な範囲内の３点以上の複数の測定点において、前記３次元視覚測定装置により、前記第２の座標系における前記測定プローブの特定部位の座標値を３次元視覚測定させる３次元視覚測定工程と、
前記制御装置が、前記プローブ測定工程で定義された前記第１の座標系、前記３次元視覚測定工程における前記測定プローブの前記複数の測定点の前記第１の座標系における座標値、および、前記３次元視覚測定工程で前記複数の測定点において３次元視覚測定された前記測定プローブの特定部位の前記第２の座標系における座標値に基づき、前記３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、前記３次元視覚測定装置の３次元測定値が表現される第２の座標系と、の間で座標変換を行うための前記校正データを取得する校正データ取得工程と、
を含む校正方法。
【請求項２】
請求項１に記載の校正方法において、前記校正データ取得工程では、前記３次元視覚測定工程において前記複数の測定点における前記第１の座標系（Ｍ）における前記測定プローブの特定部位の位置（Ｍｐｉ）と、前記複数の測定点の各々においてそれぞれ３次元視覚測定された前記第２の座標系（Ｃ）における前記測定プローブの特定部位の位置（Ｃｐｉ）に基づき、次式により、前記第１の座標系（Ｍ）と、前記第２の座標系（Ｃ）間で座標変換を行うための前記校正データ（ＭＴＣ）を取得する校正方法。
【数１】
2018031701.tif 000007
【請求項３】
請求項１または２に記載の校正方法において、前記プローブ測定工程において、前記測定プローブにより前記機能部品の形状、または、前記機能部品と機械的に結合可能な治具の形状を３次元測定した測定結果を温度補償補正するための温度センサが前記３次元測定機に設けられている校正方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の校正方法において、前記プローブ測定工程において、前記測定プローブにより、前記機能部品の形状、または、前記機能部品と機械的に結合可能な治具の形状として、前記機能部品の位置決め基準部、または前記治具の位置決め基準部を３次元測定する校正方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の校正方法において、前記機能部品が、前記３次元視覚測定装置を装着されたロボットのエンドエフェクタであって、前記プローブ測定工程において、前記測定プローブにより、前記機能部品の形状として、前記エンドエフェクタの特定部位を３次元測定する校正方法。
【請求項６】
請求項５に記載の校正方法において、前記３次元視覚測定装置が装着された前記機能部品として、ロボットのエンドエフェクタを用いる校正方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の校正方法に用いられる、前記３次元測定結果を前記制御装置に送信する３次元測定機。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか１項に記載の校正方法に用いられる、前記３次元測定結果を前記制御装置に送信する３次元視覚測定装置。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか１項に記載の校正方法において、前記校正データ取得工程で、取得した３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、前記３次元視覚測定装置の３次元測定値が表現される第２の座標系の間の相対位置姿勢に相当する校正データが、当該の機能部品の校正データとして記憶装置に格納される校正方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の校正方法において、前記記憶装置が前記３次元視覚測定装置を制御する制御部の内部、前記３次元視覚測定装置、または、前記３次元視覚測定装置を備えた前記機能部品の筐体内に配置される校正方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の校正方法において、前記校正データを格納した記憶装置を筐体内に備えた３次元視覚測定装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の校正方法において、前記校正データを格納した記憶装置を筐体内に備え、前記３次元視覚測定装置が装着された前記機能部品としてのロボットのエンドエフェクタ。
【請求項１３】
請求項１から５、または１０のいずれか１項に記載の校正方法において、前記測定プローブを備えた前記３次元測定機、および前記制御装置を備え、前記機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、前記３次元視覚測定装置の３次元測定値が表現される第２の座標系の間で座標変換を行うための前記校正データを取得する校正装置。
【請求項１４】
請求項１から５、または１０のいずれか１項に記載の各工程を前記制御装置に実行させるための制御プログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、３次元視覚測定装置の測定値が表現される第２の座標系の間で座標変換を行うための校正データを取得する校正方法および校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットにより組立作業を実現する組立生産装置が求められている。ロボットによる組立生産装置では、ステレオカメラのような３次元視覚センサを用いて部品の３次元位置・姿勢を計測する手法が知られている。
【０００３】
このような３次元位置計測を行う場合、３次元視覚センサが例えばステレオカメラのような撮像装置であれば、事前に当該のカメラに対して内部・外部パラメータ校正を実施する。ここで、内部パラメータはレンズの焦点距離やひずみ特性などの光学特性を意味し、また、外部パラメータは、カメラがステレオカメラであれば、ステレオカメラ内の２つのカメラの相対位置・姿勢を意味する。しかし、これらの内部・外部パラメータを高精度に直接測定することは困難である。よって、非特許文献１に記載されているように、あらかじめ形状が既知な校正チャートを撮影し、最適化手法を用いて内部・外部パラメータを算出する校正手法が一般的に用いられている。
【０００４】
以上のような校正手法により算出された内部・外部パラメータを用いて計測対象物を３次元計測すると、内部・外部パラメータから定まるカメラ座標系を基準とした対象物の３次元位置しか求めることができない。３次元視覚センサで計測した対象物の３次元位置を、その対象物を扱うロボットの制御に利用するには、さらに、３次元視覚センサの座標系と、ロボット制御で用いられる座標系の関係、例えば両者の相対位置・姿勢が別途、適切に校正されている必要がある。もし、３次元視覚センサおよびロボットの相対位置・姿勢が適切に校正されていなければ、３次元視覚センサで計測された部品の相対位置・姿勢を、ロボットに対する相対位置・姿勢に正確に変換することができず、精密な組立等の作業の実施が困難になる。
【０００５】
上記のような問題を解決するための一手法として、３次元視覚センサの筺体基準で対象物の位置を計測する手法が考えられている。例えば、特許文献１では、３次元視覚センサを校正装置に設置し、３次元視覚センサ前方にある参照点が描かれた校正プレートを撮影し、各参照点の位置を計測する。３次元視覚センサの筺体基準での校正プレートの位置は求められる校正精度に応じて調整される。これにより３次元視覚センサの筺体基準での座標系とステレオカメラの計測値の座標系間を校正し、３次元視覚センサの筺体の座標系基準での対象物の位置を計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３２８６２４号公報
【非特許文献１】Z.Zhang, "A flexible new technique for camera calibration", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.22、 No.11、 pages 1330-1334、 2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の手法によると、３次元視覚センサとロボットを組合せる場合、例えば３次元視覚センサの筺体、即ちその装着位置を基準として、３次元視覚センサで計測した座標値をロボットで用いる座標値に変換できる。しかしながら、特許文献１の校正では、高精度な校正を行いたい場合、３次元視覚センサの筺体基準での校正プレートの位置姿勢を高精度に調整する必要がある。ところが、この調整作業は極めて困難であり、調整時間が膨大になる可能性がある。
【０００８】
例えば、校正を５０ｕｍ以下の精度で行いたい場合、３次元視覚センサの筺体と校正プレートの相対位置姿勢調整を１０ｕｍオーダで行う必要がある。３次元視覚センサの筺体基準から校正プレートまでの距離を１００ｍｍとした場合、３次元視覚センサを固定する治具の設置角度を０．００５°以下に抑える必要がある。校正プレートまでの距離がさらに長い場合、より高精度な調整が必要になる。特に、筺体の形状が異なる複数の３次元視覚センサの校正を実施する場合、３次元視覚センサを交換する度に、３次元視覚センサの固定治具の位置姿勢調整を作業者が行う必要があり、作業者にとって多大な負荷になる。
【０００９】
本発明の課題は、３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、３次元視覚測定装置の測定値が表現される第２の座標系の間で座標変換を行うための校正データを高精度に取得できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明においては、３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、前記３次元視覚測定装置の３次元測定値が表現される第２の座標系の間で座標変換を行うための校正データを取得する校正方法ないし校正装置において、制御装置が、３次元測定機の接触式の測定プローブを用いて、前記機能部品の形状、または、前記機能部品と機械的に結合可能な治具の形状を３次元測定し、その３次元測定結果に基づき前記第１の座標系を定義する。また、前記制御装置は、前記３次元視覚測定装置により撮影可能な範囲内の３点以上の複数の測定点において、前記３次元視覚測定装置により、前記第２の座標系における前記測定プローブの特定部位の座標値を３次元視覚測定させる。また、前記制御装置は、前記測定プローブの前記複数の測定点の前記第１の座標系における座標値、および、前記複数の測定点において３次元視覚測定された前記測定プローブの特定部位の前記第２の座標系における座標値に基づき、前記３次元視覚測定装置を備えた機能部品の基準部位から定まる第１の座標系と、前記３次元視覚測定装置の３次元測定値が表現される第２の座標系と、の間で座標変換を行うための前記校正データを取得する。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成によれば、接触式の測定プローブを備えた３次元測定機を用いて、３次元視覚測定装置を備えた機能部品に係る第１および第２の座標系を高精度に校正することができる。３次元測定機を用いることにより、３次元視覚測定装置を備えた機能部品ないしその治具をラフにセッティングしても、機能部品に係る第１の座標系を高精度に定義することができる。そして、３次元視覚測定装置側から３次元測定機の測定プローブを３次元視覚測定し、第１および第２の座標系の座標変換のための校正データを高精度に取得できる。また、機能部品の形状が変わっても、３次元測定機に対しては、同様にラフなセッティングで校正を行える。従って、本発明によれば、機能部品と測定プローブ間の位置調整の工数を削減でき、大幅に校正時間を短縮し、高精度に校正データを取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１〜３に係わる校正装置の構成を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態１〜３に係わる測定プローブの説明図である。
【図３】本発明の実施形態１に係わるステレオカメラと位置決め治具の説明図である。
【図４】本発明の実施形態１に係わる３次元視覚センサの校正処理の全体を示したフローチャート図である。
【図５】本発明の実施形態１〜３に係わるステレオカメラの説明図である。
【図６】本発明の実施形態１に係わる位置決め座標系の測定方法を示した説明図である。
【図７】本発明の実施形態１に係わる測定プローブの移動範囲を示した説明図である。
【図８】本発明の実施形態１に係わる３次元視覚センサの校正手順を示したフローチャート図である。
【図９】本発明の実施形態２に係わるステレオカメラの位置決め基準部を示した説明図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係わる位置決め座標系の測定方法を示した説明図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係わるステレオカメラを備えた機能部品としてロボット装置のエンドエフェクタ（ハンド）を示した説明図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係わる３次元視覚センサの校正手順を示したフローチャート図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係わるフィンガ座標系の測定方法を示した説明図である。
【図１４】本発明の実施形態１〜３に係わる校正制御系の校正を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１４】
＜実施形態１＞
本実施形態（下記の実施形態でも同様）では、校正対象構造物として３次元視覚センサを考える。この３次元視覚センサは、ロボット装置ないしその作業環境の所定部位（所定位置）に配置される。校正対象構造物としての３次元視覚センサは、ロボット装置ないしその作業環境の所定部位（所定位置）に装着するための位置決め（マウント）部を有する機能部品である。
【００１５】
本実施形態（下記の実施形態でも同様）の校正システムでは、３次元視覚センサの計測に用いられる座標系と、校正対象構造物としての３次元視覚センサの位置決め（マウント）部を基準とした座標系の関係（相対位置姿勢）を校正する。この校正処理には、本実施形態（下記の実施形態でも同様）では、接触式の測定プローブ（１０２）を有する３次元測定機１０１を用いる。
【００１６】
図１は３次元視覚センサの校正システムの全体構成の一例を示している。図１において、校正システムは定盤１０３上に、接触式の測定プローブ１０２を用いる３次元測定機１０１を備える。
【００１７】
３次元測定機１０１は、３次元測定機１０１内部に有するＸＹＺスライダを用いて、接触式の測定プローブ１０２を３軸（ＸＹＺ）に沿った方向に移動することができる。３次元測定機１０１は、例えばレーザ光などを用いた位置センサ（不図示）によりＸＹＺスライダの移動量を高精度に計測することができ、これにより測定プローブ１０２の位置を高精度に計測することが可能である。測定プローブ１０２（ないしそれを支持するＸＹＺスライダ）の各軸の真直誤差（縦、横）、回転誤差（ロール、ピッチ、ヨー）、指示誤差と直角誤差の計２１個の幾何学誤差は、予めレーザ干渉計やゲージなどを用いて算出し補正係数を求めておくことができる。これにより高精度に測定プローブ１０２の位置を計測可能である。なお、図１では、測定プローブ１０２（ないしそれを支持するＸＹＺスライダ）の保持部が門型に構成された３次元測定機１０１を図示しているが、３次元測定機１０１の機械的な構成はこのような門型に限定されるものではない。３次元測定機１０１には、測定プローブ１０２の位置を高精度に計測可能な装置であれば、例えば多関節アーム型など、他の機械的構造を利用することができる。
【００１８】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、３次元測定機１０１の測定プローブ１０２廻りの構成を示している。測定プローブ１０２は、例えば図示のようにスタイラス２０１および先端球２０２から構成することができる。測定（計測）に接触させる先端球２０２は、スタイラス２０１の先端に取り付けられている。スタイラス２０１は３次元測定機１０１に対して、着脱、交換可能に構成することができる。このような着脱、交換可能な構成によって、例えば３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）の光学性能や位置決め基準部の形状に適したスタイラス２０１（ないし先端球２０２）を用いることができる。
【００１９】
本実施形態の場合、校正対象である３次元視覚センサによって３次元測定機１０１の特定部位を計測するため、例えば先端球２０２の部位は、光非透過性を有し光沢が少ない材質の方が照明（ないし撮像）条件が安定するので好ましい。このため、先端球２０２には、例えばジルコニアのような材質を用いることができる。ただし、先端球２０２には、上記のような３次元視覚センサによる計測に適した特性を有するものであれば、ルビー、窒化珪素、セラミック、超硬材などの材質を用いることができる。スタイラス２０１の先端球２０２は、例えば球体形状とし、その真円度や寸法は製造時に予め特定の精度範囲にコントロールされているものが好ましい。本実施形態では、先端球２０２が球体の場合についてのみ説明するが、半球や円盤形状等の他の形状でも、後述の校正制御は実施可能である。
【００２０】
本実施形態の３次元測定機１０１において、測定プローブ１０２の装着部位には、圧力センサ２０３が内蔵されている。この圧力センサ２０３を介して、例えば、先端球２０２が対象物に接触したタイミングを検知することができる。この接触タイミング信号をトリガ信号として用いることにより、対象物に先端球２０２が接触した瞬間における先端球２０２の基準位置（例えば中心位置）を計測することができる。
【００２１】
上記のように、本校正システムでは、校正対象である３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）によって３次元測定機１０１の特定部位、例えば測定プローブ１０２の先端球２０２の部位を光学的に計測する。この場合、図２（Ｂ）に示すように、先端球２０２の背景として３次元視覚センサによって撮像されるよう、背景プレート２０４を先端球２０２の直上に設置するのが好ましい。これにより、３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）で先端球２０２を撮影した際の背景が安定し、画像処理の精度や信頼性を向上させることができる。
【００２２】
背景プレート２０４の材質には紙などの軽量のものを用いると便利である。背景プレート２０４には、先端球２０２を通過させることができる程度の貫通孔（詳細不図示）を設けておく。そして３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）の測定時には、図２（Ｂ）のような高さに背景プレート２０４が位置するよう、不図示の支持部によって位置決めするものとする。例えば、背景プレート２０４は、クリップや適当な嵌合機構によって、３次元測定機１０１の特定の装着部位に装着されるようにしておく。
【００２３】
なお、背景プレート２０４の先端球２０２の背景となる面の色は、先端球２０２とコントラストが出る色が好ましい。たとえば、先端球２０２がジルコニア製の場合、先端球２０２の部分は白色ないし高輝度画情報として撮影される。この場合は、背景プレート２０４には例えば黒色を用いると都合が良い。また、背景プレート２０４のサイズは、装着位置において、３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）の共通視野よりも大きい面積を有するものが望ましい。これにより、先端球２０２以外の円形状のものが３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）の視野内に入らなくなり、画像処理の信頼性を向上できる。
【００２４】
本校正システムでは、３次元測定機１０１の定盤１０３上には位置決め治具１０５とリング照明１０６を設置し、位置決め治具１０５上にはステレオカメラ１０４を設置する。３次元測定機１０１は、３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）の校正専用であってもよく、また、３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）を校正する以外の他の用途に利用可能な製品として構成されていてもよい。３次元測定機１０１を３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）を校正する以外の他の用途にも用いる場合には、位置決め治具１０５より上の部材を定盤１０３上から除去できるよう構成する。また、３次元測定機１０１を３次元視覚センサ（ステレオカメラ１０４）の校正専用に用いるなら、下記のような構成を有する位置決め治具１０５が定盤１０３上に直接、形成されていてもよい。
【００２５】
図３は、３次元視覚センサとしてのステレオカメラ１０４および位置決め治具１０５の構成を示している。図３に示すように、ステレオカメラ１０４は、例えばそれぞれの撮像光軸を所定の基線長だけ離間して配置された単眼カメラ３０１、３０２を備える。なお、本実施形態では、３次元視覚センサとしてパッシブ式のステレオカメラ１０４を用いることを考えるが、アクティブ式の光レーザ法、アクティブステレオ法、照度差ステレオ法などの測定方式による３次元視覚センサを用いてもよい。
【００２６】
ステレオカメラ１０４の所定部位、例えば、その筺体の裏側には、校正対象構造物（本実施形態では３次元視覚センサ、即ちステレオカメラ１０４）の位置決め基準部となる位置決めピン３０３、３０３を複数、例えば少なくとも２個、配置する。この位置決めピンの数は、３個以上配置してもよい。その場合、下記の位置決め治具１０５の位置決め穴３０４、３０４…の位置や数は、ステレオカメラ１０４の位置決めピンの位置や数に対応して定められる。
【００２７】
一方、定盤１０３上に配置される位置決め治具１０５には、ステレオカメラ１０４の位置決めピン３０３にそれぞれ対応する位置に位置決め穴３０４、３０４を穿孔してある。このような位置決めピン３０３と位置決め穴３０４の嵌合構造によって、ステレオカメラ１０４と治具１０５は機械的に結合可能であり、ステレオカメラ１０４のＸＹ方向の位置出しを高精度に行うことができる。また、ステレオカメラ１０４の筺体下面と、位置決め治具１０５の上面を接触させることにより、Ｚ方向の位置決めが行われる。このため、ステレオカメラ１０４の筺体下面と位置決め治具１０５の上面は、平面度が高精度に出ていることが好ましい。
【００２８】
本実施形態では、校正対象構造物の形状から定まる座標系が、位置決め基準部から定まる位置決め座標系Ｍであるものとする。図３に示すように、位置決め座標系ＭのＸＹ平面はステレオカメラ１０４筐体の下面に一致するものとする。また、位置決め座標系Ｍの原点は図３において左側の位置決めピン３０３の中心軸と、ステレオカメラ１０４筐体の下面の交点とする。また、Ｘ軸は左側の位置決めピン３０３から右側の位置決めピン３０３への方向とする。Ｙ軸はそのＸ軸と位置決め座標系Ｍの原点において直交し、同図紙面の手前から奥に向かう方向とする。なお、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）の原点は、機能部品たるステレオカメラ１０４の基準部位（位置決めピン３０３）の形状、寸法から一義的に定まる位置に配置すればよい。例えば、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）の原点は、２つの位置決めピン３０３の中心間の距離を２等分した位置のカメラ底面などに配置してもよい。
【００２９】
なお、本実施形態では、ステレオカメラ１０４の筺体（の下面）に直接位置決め基準部が設置されているが、筺体とは別体構成であってもよい。また、本実施形態では、位置決め基準部として位置決めピン３０３、３０３を用いたが、ステレオカメラ１０４の筐体を基準面として、適当な位置決め用の壁面などに押し当てて位置決めする構成などを用いてもよい。
【００３０】
また、図示はしていないが、位置決め治具１０５上でステレオカメラ１０４が校正中に動かないようにするため、位置決め治具１０５にはステレオカメラ１０４をねじやクランプで固定できる機構を設けておくと好適である。その際、例えばばね等で一方向に力を印加しながら固定するような構造を採用することにより、ピン嵌合誤差を軽減でき、より高精度な校正を行えるようになる。
【００３１】
図１において、リング照明１０６はステレオカメラ１０４でスタイラス２０１の先端球２０２を撮影する際に使用する。図１では、リング照明１０６は全体が門型の断面として図示されているが、例えば、その上部の部分が上方の測定プローブ１０２に向かって照明光を照射するリング光源となっている。このようなリング照明１０６を用いることにより、測定プローブ１０２の先端球２０２を対称に照明することができ、ステレオカメラ１０４の計測精度を向上させることができる。リング照明１０６のリング光源（詳細不図示）としては、測定プローブ１０２の先端球２０２の外周部を均一に照明できるローアングルのリング照明が好ましい。
【００３２】
また、リング照明１０６の中心軸とステレオカメラ１０４の中心が一致するように、リング照明１０６を配置することが望ましい。これにより、先端球２０２が単眼カメラ３０１と３０２の共通視野内を移動しても、比較的対称に先端球２０２を照らし出すことが可能となる。あるいは、リング照明１０６をスライダ（移動ステージ）上に搭載し、例えばビジョン制御部１１５（後述）によって先端球２０２がリング照明１０６のほぼ中央に来るように、先端球２０２に連動してリング照明１０６を移動させる制御を行ってもよい。
【００３３】
図１の校正システムの制御系の構成の一例を同図の右側に示してある。便宜上、本実施形態では、校正システムの制御系は、３次元測定機コントローラ１０７、ビジョンコントローラ１１３、計測コントローラ７００から成る構成としている。計測コントローラ７００は、本校正システムの主にユーザーインターフェースを構成するもので、少なくとも校正処理の操作に必要な表示部１２２、操作部１２３を含む。
【００３４】
ただし、校正システムの制御系の形態は必ずしも図１のような構成でなくても構わない。例えば、本実施形態の構成は、３次元測定機の部分を校正以外の目的でも利用できるような形態を考慮し、計測コントローラ７００、３次元測定機コントローラ１０７、およびビジョンコントローラ１１３を独立した構成にしてある。しかしながら、校正専用のシステムとする場合には、本校正システムの制御系は、下記のような機能を有する計測コントローラ７００、３次元測定機コントローラ１０７、およびビジョンコントローラ１１３が一体化された制御装置として構成されていてもよい。
【００３５】
３次元測定機コントローラ１０７、ビジョンコントローラ１１３および計測コントローラ７００は、例えば下記のような機能ブロックから構成される。これらのコントローラのより具体的な構成については、後で図１４を参照して説明する。
【００３６】
３次元測定機コントローラ１０７は、３次元測定機１０１及び、測定プローブ１０２を制御するコントローラである。３次元測定機コントローラ１０７は、プローブ制御部１０８、不揮発性メモリ１０９、スライダ駆動部１１０、プローブ位置計測部１１１、圧力計測部１２４、温度計測部１２０、通信部１１２を備える。３次元測定機コントローラ１０７はコンピュータであり、３次元測定機コントローラ１０７内の各部はハードウェアや回路で構成されてもよいし、ソフトウェアで構成されてもよい。
【００３７】
プローブ制御部１０８は不揮発性メモリ１０９内に格納されている制御フローやスライダ操作部１２１からの指令に沿って、３次元測定機コントローラ１０７内の各部の制御を司る機能を有する。具体的には、測定プローブ１０２位置を制御したり、先端球２０２中心の現在位置を読み込んだり、現在位置をビジョンコントローラ１１３に送信する等のフローを制御する。
【００３８】
不揮発性メモリ１０９は、スタイラスの校正結果や、３次元測定機１０１の幾何学公差の補正係数、制御フローデータを格納する機能を有する。制御フローデータは作業者があらかじめ入力しておく必要がある。制御フローデータの詳細は、校正方法のフロー説明の際に述べる。
【００３９】
スライダ駆動部１１０は３次元測定機１０１内のＸ、Ｙ、Ｚ方向のスライダを、プローブ制御部１０８から指令された量だけ移動させ、測定プローブ１０２を任意の位置に移動させる機能を有する。
【００４０】
プローブ位置計測部１１１は、スタイラス２０１の先端球２０２中心の現在位置を計測する機能を有する。３次元測定機１０１内のＸ，Ｙ，Ｚスライダ位置の計測結果と、３次元測定機１０１の幾何学公差の補正係数、スタイラス校正結果を用いて、先端球２０２の中心位置を算出する。また、各スライダには温度センサが搭載されており、温度計測部１２０を介して、各スライダの温度を計測することが可能である。プローブ位置計測部１１１は温度計測部１２０を介して、各スライダ近傍の温度を計測し、この温度情報を用いて、先端球２０２中心位置を補正する温度補償補正を行う。これにより、より高精度に先端球２０２の中心位置を計測することが可能となる。
【００４１】
圧力計測部１２４は、測定プローブ１０２内の圧力センサ２０３の計測値を読み取る機能を有する。計測値が事前に設定したしきい値を超えた場合、プローブ位置計測部１１１にトリガ信号を送信する。これにより、測定プローブ１０２が接触した瞬間の、先端球２０２中心の現在位置を計測することが可能となる。
【００４２】
通信部１１２はビジョンコントローラ１１３内の通信部１１７とデータを送受信する機能を有する。３次元測定機コントローラ１０７からビジョンコントローラ１１３へは、測定プローブ１０２の先端球２０２中心の現在位置を送信する。
【００４３】
スライダ操作部１２１は、作業者が測定プローブ１０２を任意の位置に移動させるための、コントローラである。ＸＹＺ方向のスライダを別々に操作させることが可能である。速度調整機能が搭載されており、スライダ速度を任意に変更させることが可能である。非常停止ボタンも備えており、測定プローブ１０２が他部品と衝突しそうになった場合には、各スライダを非常停止することが可能である。また、教示ボタンを搭載している。教示ボタンを押下すると、プローブ位置計測部１１１がスタイラス２０１の先端球２０２中心の現在位置を計測し、プローブ制御部１０８が計測位置を格納する機能を有する。
【００４４】
ビジョンコントローラ１１３はステレオカメラ１０４とリング照明１０６を制御し、校正演算を実施するコントローラである。ビジョンコントローラ１１３はコンピュータであり、ビジョンコントローラ１１３内の各部はハードウェアや回路で構成されてもよいし、ソフトウェアで構成されてもよい。また、本実施形態では、３次元測定機コントローラ１０７とビジョンコントローラ１１３を別物としたが、一つのコンピュータでこれらの機能を実現してもよい。
【００４５】
ビジョンコントローラ１１３内のビジョン制御部１１５は、不揮発性メモリ１１６内に格納されている制御フローや、計測コントローラ７００の操作部１２３からの指令に沿って、ビジョンコントローラ１１３内の各部の制御を司る機能を有する。具体的には、ステレオカメラ１０４の撮影タイミングを制御したり、撮影画像を画像処理部１１８に渡し画像処理したり、先端球２０２中心の現在位置を揮発性メモリ１１４に送信する等のフローを制御する。また、カメラ座標系Ｃと位置決め座標系Ｍ間の相対位置・姿勢を演算する機能も有する。演算内容については後述する。この演算結果を校正結果として、不揮発性メモリ１１６に保存する。
【００４６】
不揮発性メモリ１１６はカメラ座標系Ｃと位置決め座標系Ｍ間の校正結果や、ビジョン周りのビジョン制御フローデータを格納する機能を有する。ビジョン制御フローデータは作業者があらかじめ入力しておく必要がある。ビジョン制御フローデータに関しての詳細は、校正方法のフロー説明の際に述べる。
【００４７】
揮発性メモリ１１４は、先端球２０２の中心位置の計測結果を一時的に格納する機能を有する。本実施形態では、揮発性メモリ１１４にデータを一時的に格納するが、不揮発性メモリ１１６にデータを格納してもよい。
【００４８】
撮影部１１９は、ステレオカメラ１０４とリング照明１０６にトリガ指令を送信し、ステレオカメラ１０４から撮影画像を入手する機能を有する。
【００４９】
画像処理部１１８は、ステレオカメラ１０４から伝送された画像データについて画像処理を行う機能を有する。具体的には先端球２０２の中心位置計測である。本実施形態では先端球２０２は白球とする。また、背景プレート２０４により、先端球２０２以外の円形状の物体は、視野に入らないものとする。白球の中心位置の計測処理について述べる。画像処理部１１８において、ステレオカメラ１０４内部の単眼カメラ３０１と３０２の撮影画像データに対してエッジ抽出処理を実施する。各エッジの長さと真円度から、先端球２０２のエッジを抽出する。抽出したエッジに対して楕円近似を行い、楕円中心の画像座標を求める。各画像の楕円中心から求まる視差と、ステレオカメラ１０４の校正結果を用いて、先端球２０２中心のカメラ座標系Ｃにおける位置を求める。ここでは、ｉによってプローブの移動回数を表すものとする。
【００５０】
通信部１１７は３次元測定機コントローラ１０７と通信を行う機能を有する。ビジョンコントローラ１１３から３次元測定機コントローラ１０７へは、測定プローブ１０２の移動指令を送信する。
【００５１】
計測コントローラ７００の表示部１２２は、撮影画像・校正結果の表示を行なうディスプレイ装置などから構成される。情報の入力を行なう操作部１２３は、マウスやトラックパッドのようなポインティングデバイス、キーボードなどから構成される。
【００５２】
ここで、図１４に、図１の３次元測定機コントローラ１０７、ビジョンコントローラ１１３、あるいは計測コントローラ７００を実現するためのより具体的な構成の一例を示す。
【００５３】
図１４の構成は、主制御部として機能するＣＰＵ６０１を中心にＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、ＨＤＤ６０４、各種のインターフェース６０５〜６０７を配置したものである。
【００５４】
ＣＰＵ６０１には、ＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、ＨＤＤ６０４、および各種のインターフェース６０５〜６０７が接続される。ＲＯＭ６０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納される。３次元測定機コントローラ１０７の場合、ＲＯＭ６０２には、図１の不揮発性メモリ１０９を構成する例えばＥ（Ｅ）ＰＲＯＭのようなデバイスを含めることができる。
【００５５】
ＲＡＭ６０３は、ＣＰＵ６０１の演算処理結果を一時的に記憶する記憶装置である。図１のビジョンコントローラ１１３の揮発性メモリ１１４の記憶領域は、例えば、このＲＡＭ６０３によって実装することができる。
【００５６】
ＨＤＤ６０４は、外部記憶装置として配置することができる。ＨＤＤ６０４は、必ずしも必須ではないが、ＣＰＵ６０１の演算処理結果である各種のデータ等を記憶する記憶部を構成する。また、ＨＤＤ６０４は、上記の３次元測定機コントローラ１０７不揮発性メモリ１０９として、利用することもできる。また、ＨＤＤ６０４には、ＣＰＵ６０１に各種演算処理を実行させるためのプログラムを記録したファイルを格納することができる。ＣＰＵ６０１は、ＲＯＭ６０２ないしＨＤＤ６０４に記録（格納）されたプログラムを実行することにより、後述の制御手順を実行する。
【００５７】
後述の制御手順を実行させるプログラムをＲＯＭ６０２ないしＨＤＤ６０４に記録（格納）する場合、これらの記録媒体は本発明を実施するための制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成することになる。なお、後述の制御手順を実行させるプログラムは、ＲＯＭ６０２ないしＨＤＤ６０４のような固定的な記録媒体に格納する他、各種フラッシュメモリや光（磁気）ディスクのような着脱可能なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。このような格納形態は、本発明を実施する制御手順を実行させるプログラムをインストールしたり更新したりする場合に利用できる。また、制御手順を実行させるプログラムをインストールしたり更新したりする場合、上記のような着脱可能な記録媒体を用いる他、ネットワーク（６０９）を介してプログラムをダウンロードする方式を利用できる。
【００５８】
ＣＰＵ６０１は、インターフェース６０５を介して、ネットワーク通信を行うことができる。インターフェース６０５は、例えば有線接続（ＩＥＥＥ  ８０２．３など）、無線接続（ＩＥＥＥ８０２．ｘｘなど）などの各種のネットワーク通信方式によって構成することができる。インターフェース６０５によって、例えば図１の３次元測定機コントローラ１０７、あるいはビジョンコントローラ１１３の通信部１１２、１１７を実装することができる。
【００５９】
また、ＣＰＵ６０１は、インターフェース６０５を介して接続された、例えばＴＣＰ／ＩＰのようなプロトコルを用いて通信を行うネットワーク（不図示）上の他の資源と通信することができる。このようなネットワーク上の他の装置（不図示）としては、本校正システムの全体の動作を制御するための上位サーバなどが考えられる。この場合、ＣＰＵ６０１は、ネットワーク６０９を介して、上位サーバに対して、例えば校正処理に関するログ情報などの稼働情報をリアルタイムで送信することができる。あるいはサーバから後述の生産制御に係る制御プログラムをダウンロードしてＲＯＭ６０２やＨＤＤ６０４にインストールしたり、あるいは既にインストールされているプログラムを新版に更新したりすることもできる。
【００６０】
インターフェース６０６、６０７は、例えば各種のシリアルないしパラレルインターフェース規格に基づき構成できる。インターフェース６０６、６０７は、図１の３次元測定機コントローラ１０７においては、スライダ駆動部１１０のような駆動源を含む被制御部と通信するのに用いることができる。また、インターフェース６０６、６０７は、図１の３次元測定機コントローラ１０７において、１１１、１２０、１２４などの符号で示した計測（センサ）部から測定情報を読み込むのに用いることができる。
【００６１】
また、図１のビジョンコントローラ１１３においては、インターフェース６０６、６０７は、撮影部１１９に含まれる撮像センサなどから測定（画像）情報を読み込むのに用いることができる。
【００６２】
また、本校正システムで、主にユーザーインターフェースを構成する図１の計測コントローラ７００の場合は、インターフェース６０６、６０７は、表示部１２２や操作部１２３に対する表示情報や操作情報の入出力に用いることができる。
【００６３】
図４は、本実施形態１における３次元視覚センサの校正処理の全体的な制御手順を示している。図４のステップＳ４０１では、ステレオカメラ１０４の内部、および外部パラメータを求める校正を行う。
【００６４】
ここで、ステレオカメラ１０４の内部パラメータとは、ステレオカメラ１０４を構成する単眼カメラ３０１、３０２のハードウェアに固有の焦点距離、画像中心、レンズ歪み等により決定づけられる撮影特性に関するパラメータのことである。内部パラメータは、例えば図５において、単眼カメラ３０１、３０２のイメージセンサ５０１と５０２上に設定される左右のセンサ座標系Ｓｌ、Ｓｒと、カメラ座標系Ｃｌ、Ｃｒの間の相対位置・姿勢に相当する。
【００６５】
一方、外部パラメータは、それら単眼カメラ３０１と３０２間の相対位置・姿勢を規定するパラメータである。即ち、外部パラメータは、カメラ座標系ＣｌとＣｒ（図５）の間の相対位置・姿勢を決定づける。上記の内部、および外部パラメータを用いると、三角測量の原理によって、例えば撮影画像上で求まるセンサ座標系Ｓｌ、Ｓｒ基準の位置を左カメラ座標系Ｃｌ基準での３次元位置に変換することができる。
【００６６】
カメラ座標系Ｃと、左カメラ座標系Ｃｌは等価なものとして扱う。これら内部・外部パラメータはビジョンコントローラ１１３内の不揮発性メモリ１１６に保存される。ステレオカメラ１０４の内部、および外部パラメータを取得する校正方法は、例えば非特許文献１のような一般的な手法が知られている。例えば、ステレオカメラ１０４によって、既知のサイズ、形状の画像パターンを付与した校正用被写体を撮影し、被写体の画像パターンと、撮影されている画像パターンの相対位置・姿勢に相当する同次変換行列のような形式で算出する。校正用被写体としては、一般にチェスボードないし市松模様様の画像パターンを付与した用いられる校正プレートなどが用いられる。なお、この内部および外部パラメータ校正で決定されるカメラ座標系Ｃは、演算から求まるいわば仮想的な座標系であり、物理的な座標系とは異なる。
【００６７】
ステップＳ４０１のステレオカメラ１０４の内部および外部パラメータ校正は、ステレオカメラ１０４を３次元測定機１０１の定盤１０３上に置いた状態で３次元測定機１０１上で実施することができる。また、異なる場所でステレオカメラ１０４（あるいはさらにビジョンコントローラ１１３）のみで実施することも可能である。いずれの場合も、校正用の被写体としては非特許文献１に記載されるような画像パターンを有するプレートを用いることができる。また、３次元測定機１０１上で実施する場合には、校正用の被写体として先端球２０２を用いることが考えられる。
【００６８】
次に、３次元測定機１０１および３次元測定機コントローラ１０７によって、測定プローブ１０２のスタイラス２０１の校正を行う（ステップＳ４０２）。この３次元測定機１０１の校正では、実際のスタイラス長や先端球２０２の球径等が反映されたスタイラス校正データを算出する。スタイラス校正データと、３次元測定機１０１の各スライダの移動量を用いることにより、先端球２０２中心の現在位置を精密に計測することができる。
【００６９】
このスタイラス校正では、例えば、予め所定の精度で真球度が出ている基準球を計測対象として定盤１０３上に固定する。この基準球表面の複数個所に対して、測定プローブ１０２の先端球２０２を接触させて測定を行う。この測定結果と、基準球の設計値を比較し、スタイラス校正データを取得する。
【００７０】
次に、図４のステップＳ４０３において、ステレオカメラ１０４の位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）を定義するための測定プローブ１０２による測定点を決定する（プローブ測定工程）。上記のように本実施形態のステレオカメラ１０４は、位置決め基準部として位置決めピン３０３、３０３（図３）を有し、この位置決めピン３０３、３０３によって、例えばロボットアームなどに固定される。位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）は、位置決め基準部位（位置決めピン３０３）の１点を原点とする。例えば、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）の原点は、上記のように左側の位置決めピン３０３の中心軸と、ステレオカメラ１０４筐体の下面の交点とする（図３）。
【００７１】
この場合、ステレオカメラ１０４の筐体前面などをスタイラス２０１で測定し、上記の基準部位（位置決めピン３０３の１つ）に配置された位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）の原点を特定するものとしてもよい。その場合、ステレオカメラ１０４の筐体および位置決めピン３０３、３０３の工作精度が充分保たれている必要がある。また、ステレオカメラ１０４の筐体前面などをスタイラス２０１で測定する時は、ステレオカメラ１０４は位置決め治具１０５を介して定盤１０３上に配置する。
【００７２】
本実施形態では、図６（Ａ）〜（Ｃ）のように、位置決め治具１０５の位置決め穴３０４、３０４を測定プローブ１０２で測定する方式を取る。この場合、位置決めピン３０３、３０３と位置決め治具１０５の位置決め穴３０４、３０４の工作精度が充分保たれていることが条件となる。
【００７３】
本実施形態では、位置決め治具１０５を定盤１０３上の適当な位置に固定し、位置決め治具１０５あるいはさらに位置決め穴３０４、３０４のスタイラス２０１による測定点を教示する。例えば、位置決め治具１０５の上面と位置決め穴３０４の位置の教示を、例えば作業者の手動操作によって行う。ただし、手動操作では、スタイラス２０１の接触速度が速すぎる可能性があり、計測誤差が乗りやすいため、校正の際に用いる位置決め座標系Ｍは例えば３次元測定機コントローラ１０７の自動制御によって計測してもよい。
【００７４】
ここで、図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して位置決め基準部（位置決め治具１０５）の測定点の教示作業の手順を説明する。作業者はスライダ操作部１２１を用いて、測定プローブ１０２のスタイラス２０１を位置決め治具１０５の近傍まで移動させる。
【００７５】
まず、位置決め座標系ＭのＸＹ平面を決定するため、位置決め治具１０５の上面に先端球２０２を３点以上（例えば図６（Ａ）の２０１ａ〜２０１ｃ）、接触させる。この時、３次元測定機コントローラ１０７内のプローブ制御部１０８は、圧力センサ２０３の出力変化のタイミングなどを利用し、プローブ位置計測部１１１から接触した瞬間のスタイラス２０１の先端球２０２のプローブ位置を測定する。
【００７６】
次に、位置決め穴３０４の２つの穴にそれぞれ、３点以上接触させ、接触した瞬間のプローブ位置を測定点として記憶させる（図６（Ｂ）、（Ｃ））。これらのプローブ位置の情報は、例えば不揮発性メモリ１０９に配置した記憶領域に格納する。
【００７７】
なお、本実施形態では、ステップＳ４０３では、測定プローブ１０２による測定点の教示のみ行い、実際の測定プローブ１０２の測定に基づく、位置決め座標系Ｍ（図３）の定義は、後述のステップＳ８０１（図８）で行うものとする。しかしながら、ステップＳ４０３の段階では、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）が用意されていなくても測定が可能であるため、測定プローブによる測定点の教示のみならず、実際の３次元形状測定まで実行してしまってもよい。
【００７８】
さらに、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）の基準部位（位置決めピン３０３）から定まる第１の座標系（Ｍ）と、ステレオカメラ１０４の３次元測定結果が表現される第２の座標系（Ｃ）の間で座標変換を行うための校正データを取得する。この処理は、ステレオカメラ１０４によって３次元測定機１０１の測定プローブ１０２（スタイラス２０１）の先端球２０２を撮影（３次元視覚測定）することによって行う（図４のステップＳ４０４、Ｓ４０５）。
【００７９】
ここでは、まずステレオカメラ１０４で測定プローブ１０２のスタイラス２０１の先端球２０２を撮影する際のスタイラス２０１の位置を決定する（ステップＳ４０４）。ここでは、最低でも３点以上の異なる複数の測定点にスタイラス２０１の先端球２０２を移動させて、ステレオカメラ１０４により撮影する。そこで、ステップＳ４０４では、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）により撮影可能な範囲内の３点以上の複数の測定点の位置を決定する。
【００８０】
ステレオカメラ１０４の撮影（３次元視覚測定）時に、スタイラス２０１の先端球２０２が占めるべき、上記の３点以上の複数の測定点が含まれる撮影可能な範囲は、例えば図７に示すようなほぼ角錐台形状を有する共通視野領域ＯＶとなる。即ち、ステレオカメラ１０４による３次元視覚測定時には、ステレオカメラ１０４の両眼で測定対象のスタイラス２０１の先端球２０２が撮影できる共通視野領域ＯＶの範囲内に位置決めされる必要がある。より詳細には、共通視野領域ＯＶは、ステレオカメラ１０４の単眼カメラ３０１と３０２がともに、焦点が合った状態で撮影対象を撮影できる領域で、例えば、図７の右側に示すような４角錐台の形状を有する。この共通視野領域ＯＶは、例えば単眼カメラ３０１と３０２の主点からそれぞれの画角の限界に相当する直線によって区切られた４角錐台の形状であって、ステレオカメラ１０４によって所期のステレオ計測が可能な領域に相当する。
【００８１】
スタイラス２０１を共通視野領域ＯＶの内側の異なる位置にそれぞれ移動した上で、先端球２０２を撮影し、単眼カメラ３０１と３０２で得た画像解析を介して位置情報を得て校正を行う。これにより、全共通視野領域で最適化された校正パラメータを取得でき、高精度な校正が実現可能となる。
【００８２】
上記のスタイラス２０１の移動位置を決定するには、例えば、作業者がスライダ操作部１２１を用いて、スタイラス２０１をステレオカメラ１０４の共通視野領域内で移動させ、スタイラス２０１の現在位置をプローブ制御部１０８に指定する。この操作は、例えば任意の位置で作業者がスライダ操作部１２１上の教示ボタンを押下することにより行う。あるいは、ステレオカメラ１０４の光学特性や校正結果から、自動的にスタイラス２０１の移動位置を決定することもできる。例えば、ステレオカメラ１０４内の各単眼カメラ３０１と３０２のセンササイズ、焦点距離とワークディスタンスと、外部パラメータからカメラ座標系Ｃ基準での共通視野領域を求める。さらに、カメラ座標系Ｃと位置決め座標系Ｍ間の相対位置・姿勢の設計値を用いて、位置決め座標系Ｍ基準での共通視野領域を取得する。そして、取得した共通視野領域内でスタイラス２０１の移動位置を自動的に決定する。
【００８３】
なお、以上に説明した、図４のステップＳ４０１〜Ｓ４０４の校正処理は、本校正システムにおける校正処理の事前準備の工程に相当し、本校正システムにおける狭義の校正処理がステップＳ４０５にするものと考えてよい。
【００８４】
続いて、図４のステップＳ４０５において、ステレオカメラ１０４によって３次元測定機１０１の測定プローブ１０２（スタイラス２０１）の先端球２０２を撮影（３次元視覚測定）する。そして、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）の基準部位（位置決めピン３０３）から定まる第１の座標系（Ｍ）と、ステレオカメラ１０４の３次元測定値が表現される第２の座標系（Ｃ）の間で座標変換を行うための校正データを取得する。
【００８５】
図８に、ステップＳ４０５の撮影（３次元視覚測定）、および校正データ取得処理の詳細を示す。図８の処理は、例えば、操作部１２３で作業者が校正開始ボタンを押下することによって開始させる。
【００８６】
まず、ステップＳ８０１では、３次元測定機コントローラ１０７が上記のステップＳ４０３で教示した測定点をスタイラス２０１の先端球２０２で自動的に走査し、位置決め治具１０５を接触測定する（プローブ測定工程）。この時、位置決め治具１０５の上面を測定することにより、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）のの基準部位（位置決めピン３０３）から定まる第１の座標系（Ｍ）のＸＹ平面が特定される。また、位置決め穴３０４、３０４を接触測定し、位置決め穴３０４、３０４の中心位置を特定し、その計測値を上記のＸＹ平面に投影した点を求め、これらの投影点に対して例えば円近似を行うことなどによって、第１の座標系（Ｍ）の原点位置が取得される。このようにして、ステレオカメラ１０４の位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）が定義される。位置決めピン３０３と位置決め穴３０４の双方の精度が充分あれば、例えば位置決め穴３０４の中心位置は、位置決めピン３０３の中心位置として取り扱うことができる。このようにして、３次元測定機コントローラ１０７のプローブ制御部１０８は位置決め座標系Ｍ（図３：第１の座標系）の（３次元測定機１０１の測定座標系を介して表現された）原点の位置とＸ軸（Ｙ軸）の向きを定義することができる。これにより、３次元測定機コントローラ１０７は、例えば位置決め座標系Ｍ基準で、スタイラス２０１の先端球２０２の中心位置を計測することが可能となる。なお、自動計測時の接触力などの測定条件は、３次元測定機コントローラ１０７に事前に設定しておき、測定点ごとにばらつきが生じないにようにする。
【００８７】
次に、作業者にステレオカメラ１０４を位置決め治具１０５上に設置させる。この時、例えば、測定プローブ１０２を退避させ、ステレオカメラ設置依頼を表示部１２２に表示する（ステップＳ８０２）。作業者は表示部１２２を確認後、位置決め治具１０５上にステレオカメラ１０４を設置し、定盤１０３上にリング照明１０６を設置する（ステップＳ８０３）。続いて、作業者はスタイラス２０１上に背景プレート２０４を設置する（ステップＳ８０４）。ステレオカメラ１０４と背景プレート２０４の設置が完了したら、作業者は操作部１２３の特定操作を介してビジョンコントローラ１１３に完了を通知する。
【００８８】
ステップＳ８０５〜Ｓ８０９のループでは、図４のステップＳ４０４でステレオカメラ１０４の共通視野領域ＯＶ（図７）の範囲内に配置した複数（３点以上）の測定点にスタイラス２０１を移動させて、ステレオカメラ１０４で先端球２０２を３次元測定する。
【００８９】
まずステップＳ８０５では、ビジョン制御部１１５は通信部１１７を介して、３次元測定機コントローラ１０７に、プローブ移動指令を送信する。この指令を受信したプローブ制御部１０８は、スタイラスの移動位置の決定処理（図４のＳ４０４）で、事前に設定した測定点にスタイラス２０１の先端球２０２を移動させる。スタイラス２０１の移動が完了したら、プローブ位置計測部１１１を介して、位置決め座標系Ｍ基準の先端球２０２中心の現在位置を計測し、その計測値を通信部１１２を介してビジョンコントローラ１１３に送信する。ここでｉはスタイラス２０１の移動回数を示す。ビジョンコントローラ１１３のビジョン制御部１１５は受信した先端球２０２中心の現在位置を揮発性メモリ１１４に格納する（ステップＳ８０６）。
【００９０】
次に、ビジョンコントローラ１１３のビジョン制御部１１５は撮影部１１９を介して、ステレオカメラ１０４とリング照明１０６に撮影指令を送信し、先端球２０２を撮影する（ステップＳ８０７）。単眼カメラ３０１、３０２の撮影画像は画像処理部１１８に送信され、ビジョン制御部１１５が公知のステレオ撮影に係る３次元計測処理を行うことにより、カメラ座標系Ｃ基準での先端球２０２の中心位置の座標値を取得する。この先端球２０２の中心位置の座標値は揮発性メモリ１１４に格納する（ステップＳ８０８）。
【００９１】
次に、スタイラス２０１の移動位置の決定処理（ステップＳ４０４）で決定した、全測定点への移動が完了したかを判断する（ステップＳ８０９）。全測定点への移動とステレオカメラ１０４による撮影が完了していない場合はステップＳ８０５に戻り、次の移動位置にスタイラス２０１を移動させ、ステップＳ８０５〜Ｓ８０８までの処理を再度実施する。全測定点への移動と撮影が完了している場合には、位置決め座標系Ｍ４とカメラ座標系Ｃの相対位置・姿勢を演算する処理（ステップＳ８１０）に推移する。以下に、この演算処理の詳細に関して説明する。
【００９２】
位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）基準での先端球２０２の中心位置と、カメラ座標系Ｃ（第２の座標系）基準での先端球２０２の中心位置には次式（１）の関係が成り立つ。
【００９３】
【数１】
2018031701.tif 000003
ここでＭＴＣは同次変換行列であり、左上の添え字「Ｍ」は移動前、右下の添え字「Ｃ」は移動後の上記第１、第２の座標系を意味する。たとえば、第１の座標系Ｍと第２座標系Ｃの回転行列（３自由度）をＭＲＣ、平行移動行列（３自由度）をＭｔＣとすると、同次変換行列ＭＴＣは次式（２）のように表せる。
【００９４】
【数２】
2018031701.tif 000004
このように、同次変換行列ＭＴＣは６自由度の変数を有する。この同次変換行列ＭＴＣは、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）とカメラ座標系Ｃ（第２の座標系）間の相対位置・姿勢に相当する。そして、同次変換行列ＭＴＣを用いて、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）とカメラ座標系Ｃ（第２の座標系）間の座標変換を行うことができる。ここで式（１）は変形して式（２）のように表せる。
【００９５】
【数３】
2018031701.tif 000005
ここで、位置決め座標系Ｍにおける先端球２０２の中心位置Ｍｐｉと、カメラ座標系Ｃ基準での先端球２０２の中心位置ＣｐｉはステップＳ８０６とＳ８０８で計測しているため、既知である。そこで、下式（４）に示すように、式（３）のノルムの二乗和が０に近づくように、同次変換行列ＭＴＣの６自由度に対して、非線形最適化計算を解くことにより、位置決め座標系Ｍとカメラ座標系Ｃの相対位置・姿勢を高精度に導き出すことができる。
【００９６】
【数４】
2018031701.tif 000006
式（４）において、先端球２０２をステレオカメラ１０４で撮影（３次元計測）したＮは全測定点の数（全移動回数）に相当し、上式（４）は３点以上の測定点における計測データがあれば解ける。以上のようにして、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）と、カメラ座標系Ｃ（第２の座標系）の相対位置・姿勢を演算することができる。
【００９７】
次に、Ｓ８１０で算出した校正結果（同次変換行列ＭＴＣ）を、ビジョンコントローラ１１３内の不揮発性メモリ１１６に保存し（ステップＳ８１１）、３次元視覚センサの校正を完了する。
【００９８】
ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）基準部位から定まる第１の座標系（Ｍ）と、前記３次元視覚測定装置の３次元測定値が表現される第２の座標系（Ｃ）の間で座標変換を行うための校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）を取得することができる。
【００９９】
一般に、接触式の測定プローブ１０２を用いる３次元測定機１０１の測定精度はμｍオーダに達しているものが多く、本実施形態によれば、上記の校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）として、極めて高精度なデータを取得することができる。
【０１００】
取得した校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）は、ビジョンコントローラ１１３内の不揮発性メモリ１１６に保存する他、例えば、ステレオカメラ１０４の筐体内に配置された不揮発性メモリ（フラッシュメモリなど）に格納しておくことができる。
【０１０１】
例えば、ステレオカメラ１０４をロボット装置のビジョン系として用いる場合、図３に示した位置決め治具１０５と同じ位置決め穴３０４、３０４を備えたカメラマウント１１０４をロボット装置Ｒ（ロボットアーム）の一部に配置する。ロボット装置Ｒは図３に破線で示してあるが、この部分は、例えば手先側のリンクの躯体などに相当し、その一部に位置決め穴３０４、３０４を備えたカメラマウント１１０４が配置される。
【０１０２】
カメラマウント１１０４にステレオカメラ１０４を装着すると、例えばビジョンコントローラ１１３とステレオカメラ１０４をセットで設置する場合は、ロボット装置の制御部（不図示）とビジョンコントローラ１１３の制御線が結合される。これにより、例えばロボット装置の制御部（不図示）は、ビジョンコントローラ１１３内の不揮発性メモリ１１６に保存した上記の校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）を利用できる。また同校正データがステレオカメラ１０４の筐体内の不揮発性メモリなどに格納される場合は、ロボット装置の制御部（あるいはビジョンコントローラ１１３）とカメラの間で適当なインターフェースないしプロトコルを介して校正データを授受することができる。
【０１０３】
ロボット装置の制御部（あるいはビジョンコントローラ１１３）が、ステレオカメラ１０４がワークなどの対象物をステレオ撮影した画像を利用して、撮影されている対象物の特定部位の座標値を求めると、上記の第２の座標系（Ｃ）の座標値が取得される。ロボット装置の制御部（あるいはビジョンコントローラ１１３）は、上記の校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）を利用することにより、直ちに対象物の特定部位を第１の座標系（Ｍ）の座標値に変換することができる。ロボット装置Ｒの制御部（不図示）には、ロボットアーム（Ｒ）に対するカメラマウント１１０４およびその位置決め穴３０４、３０４の相対位置・姿勢は既知である。このため、ステレオカメラ１０４で３次元視覚測定した対象物の特定部位の位置・姿勢は、例えばロボットアーム（Ｒ）に対する相対位置・姿勢に容易に変換することができる。しかも、本実施形態によれば、上記校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）は３次元測定機１０１を用いて極めて高精度に取得（校正）することができる。従って、ステレオカメラ１０４の３次元視覚測定に基づき、ロボット装置（Ｒ）は対象物（ワーク）を精度よく操作することができる。
【０１０４】
本実施形態によれば、接触式の３次元測定機１０１を用い、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）を備えた機能部品（本実施形態では同カメラの筐体）に係る第１および第２の座標系（Ｍ、Ｃ）を高精度に校正することができる。校正に３次元測定機１０１を用いることにより、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）ないしその治具をラフにセッティングしても、第１の座標系（Ｍ）を高精度に定義することができる。そして、３次元視覚測定装置側から３次元測定機１０１の測定プローブ１０２を３次元視覚測定し、第１および第２の座標系（Ｍ、Ｃ）の座標変換のための校正データを高精度に取得できる。また、機能部品の形状が変わっても、３次元測定機１０１に対しては、同様にラフなセッティングで校正を行える。従って、本発明によれば、機能部品と測定プローブ間の位置調整の工数を削減でき、大幅に校正時間を短縮し、高精度に校正データを取得することができる。
【０１０５】
＜実施形態２＞
上記実施形態１では、３次元視覚測定装置としてのステレオカメラ１０４が、位置決めの基準部位としての位置決めピン３０３と位置決め穴３０４によって位置決めされる構成を示した。しかしながら、上記の校正技術は、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）の位置決めの基準部位の構造が異なっていても実施することができる。
【０１０６】
本実施形態２では、ステレオカメラ１０４の筺体の側面や上面に位置決め基準部がある場合について説明する。本実施形態２では、校正のためのハードウェア構成や、制御系の構成については上述の実施形態１と同様であるものとし、以下では実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。
【０１０７】
例えば、本実施形態２では、図９のように、ステレオカメラ１０４の筐体の側面ないしは底面（後面）自体が、位置決め基準部である場合について説明する。このような位置決め構成は、例えば不図示の突き当て壁面に対して、ステレオカメラ１０４の筐体の側面ないしは底面（後面）が適当な付勢手段によって押圧することなどによって位置決めされるものである。これにより、ステレオカメラ１０４全体が所定の位置に位置決めされる。
【０１０８】
このような構成においては、ステレオカメラ１０４を３次元測定機１０１の測定プローブ１０２が撮影可能な向きで定盤１０３上に設置した際に、位置決め基準部としての例えば筐体側面を直接、測定プローブ１０２で接触計測することができる。従って、本実施形態２では、位置決め治具１０５を用いることなく、校正が可能である。本実施形態において、ハードウェア的に実施形態１と異なる個所は、位置決め治具１０５が無いだけである。また、実施形態１の校正手順で異なるのは、図４のステップＳ４０３の位置決め基準部の位置教示、あるいはそれに従って実行される図８のステップＳ８０１の位置決め基準部の接触計測のみである。
【０１０９】
本実施形態２では、図９に示すように、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）のＸＹ平面は、ステレオカメラ１０４筐体の下面９０４に一致するものとする。また、位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）の原点はステレオカメラ１０４筐体の左側面９０１と手前側面９０２と下面９０４の交点とし、Ｘ軸は手前側面９０２と下面９０４の交線に一致するものとする。
【０１１０】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に、本実施形態２における位置決め基準部の位置教示ないし接触測定の様子を示す。図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、ステップＳ４０３（図４）の位置決め基準部の位置教示に従って実行される図８のステップＳ８０１の位置決め基準部の接触計測の様子である。
【０１１１】
まず、作業者は、３次元測定機１０１の定盤１０３上にステレオカメラ１０４を載置する。この時、本実施形態２では、ステレオカメラ１０４筐体の下面で、位置決め座標系ＭのＸＹ平面の位置出しを行うため、下面の平面度は高精度に加工されていることが望ましい。なお、図１０では詳細は不図示であるが、ステレオカメラ１０４の筐体は、ねじ、クランプのような付勢手段、治具、等でステレオカメラ１０４を定盤１０３上に固定可能な形状に構成されているものとする。
【０１１２】
次に、位置決め座標系ＭのＸＹ平面を決定するため、図１０（Ａ）に２０１ａ〜２０１ｃで示すように定盤１０３の上面に測定プローブ１０２（スタイラス２０１）の先端球２０２を３点以上接触させて計測する。３次元測定機コントローラ１０７内のプローブ制御部１０８は、プローブ位置計測部１１１から、接触した瞬間のプローブ位置を受信し、不揮発性メモリ１０９に記憶させる。
【０１１３】
次に、ステレオカメラ１０４の筐体の左側面９０１と手前側面９０２に接触させ（図１０（Ｂ））、また、右側面９０３に接触させる（図１０（Ｃ））。このようにステレオカメラ１０４の基準部位に相当する面に３点以上接触させ、接触した瞬間のプローブ位置を不揮発性メモリ１０９に記憶させる。そして、接触時の計測値から各面の座標を求め、また、左側面９０１と手前側面９０２と定盤１０３上面の交点から位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）の原点を求める。また、手前側面９０２と下面９０４の交線を求め、Ｘ軸を定義する。以上のようにして、ステレオカメラ１０４の基準部位から定まる位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）を定義することができる。
【０１１４】
上記の位置決め座標系Ｍ（第１の座標系）を定義以外の処理については、実施形態１と同様に実施することができ、上述同様の作用効果を得ることができる。
【０１１５】
なお、ステレオカメラ１０４をロボット装置（Ｒ：図３）に装着する場合は、左側面９０１、手前側面９０２、底面などを利用し、これらの面をロボットアームのリンクの装着個所に配置した突き当て面（不図示）に突き当てることによって固定される。その場合、クリップや付勢手段（いずれも不図示）による押圧によってステレオカメラ１０４が装着位置に保持される。本実施形態のように３次元視覚測定装置としてのステレオカメラ１０４の位置決めの基準部位の構成が異っていても、接触式の３次元測定機１０１を用いて校正データ（上記の同次変換行列ＭＴＣ）は極めて高精度に取得（校正）することができる。そして、ロボット装置（Ｒ）は、ステレオカメラ１０４の３次元視覚測定に基づき、ロボット装置（Ｒ）は対象物（ワーク）を精度よく操作することができる。
【０１１６】
＜実施形態３＞
上記の実施形態１および２では、ステレオカメラ１０４の筐体が３次元視覚測定装置（部）を備えた機能部品を構成しているものと考えることができる。しかしながら、ロボット装置（Ｒ）などに３次元視覚測定装置としてのステレオカメラ１０４を組合せる場合、例えば、ステレオカメラ１０４がロボットのエンドエフェクタなどに組み付けられていて、一体の機能部品のアセンブリを構成している場合もある。その場合、ステレオカメラ１０４が組み付け済みのエンドエフェクタの部分が３次元視覚測定装置（ステレオカメラ１０４）を備えた機能部品を構成している、と考えることができる。
【０１１７】
本実施形態３では、ステレオカメラ１０４が組み付け済みのエンドエフェクタの部分が３次元視覚測定装置（ステレオカメラ１０４）を備えた機能部品を構成し、第１の座標系（本実施形態ではＦ）がエンドエフェクタの特定の基準部位に配置される例を示す。
【０１１８】
本実施形態３では、図１１（Ａ）に示すように、ロボット装置のエンドエフェクタを構成するハンド１１０１の側面などに配置されたカメラマウント１１０４にステレオカメラ１０４が装着済みとなっているものとする。カメラマウント１１０４とステレオカメラ１０４の間の位置決め固定方式は任意であり、両者は容易に着脱可能であってもよく、また、ネジ止めや接着などによって固着されていてもよい。
【０１１９】
要するに、本実施形態では、エンドエフェクタとしてのハンド１１０１のアセンブリが、一体として３次元視覚測定装置（ステレオカメラ１０４）を備えた機能部品を構成している状態であるものとする。
【０１２０】
ハンド１１０１は、例えば２本（あるいはそれ以上の数）のフィンガ１１０２、１１０２（…）をハンド１１０１の掌部１１０３上に備える。フィンガ１１０２、１１０２（…）はハンド１１０１の内部に配置された不図示の駆動源（モータ、ソレノイド、その他のアクチュエータ）により開閉駆動され、これによりワークを把持して操作することができる。
【０１２１】
本実施形態３では、ハンド１１０１のフィンガ１１０２（の１つ）から定まるフィンガ座標系Ｆ（本実施形態の第１の座標系）と、ステレオカメラ１０４のカメラ座標系Ｃ（第２の座標系）との間で座標変換を行うための校正データを取得する。図１１（Ｂ）はハンド１１０１を上方から示しており、フィンガ座標系Ｆ（本実施形態の第１の座標系）の原点は、例えばフィンガ１１０２の１つ（この例では図中左側）の角部に配置されている。
【０１２２】
本実施形態３では、エンドエフェクタとしてのハンド１１０１のアセンブリが、一体として３次元視覚測定装置（ステレオカメラ１０４）を備えた機能部品を構成している。この場合、ハンド１１０１のフィンガ１１０２、１１０２（…）でワークを把持するような操作を行う場合、例えばステレオカメラ１０４の３次元視覚測定によって、フィンガ１１０２に対する部品の相対位置姿勢を求めることになる。
【０１２３】
そして、本実施形態３では、フィンガ座標系Ｆ（第１の座標系）およびカメラ座標系Ｃ（第２の座標系）の間で座標変換を行える校正データを取得する。本実施形態３によれば、この校正データは、３次元視覚測定装置（ステレオカメラ１０４）を備えた機能部品に相当するハンド１１０１ないしフィンガの部位を３次元測定機１０１（図１）で接触計測することによって精度よく求めることができる。
【０１２４】
フィンガ座標系Ｆ（第１の座標系）とカメラ座標系Ｃの間で座標変換を行う校正データを用いることにより、ステレオカメラ１０４で３次元視覚測定したカメラ座標系Ｃ（第２の座標系）における位置姿勢データをフィンガ座標系Ｆ基準に容易に変換できる。これにより、ステレオカメラ１０４の３次元視覚測定結果を利用して、ロボットアームで小物部品を把持するなどの高精度な操作が実現できる。
【０１２５】
本実施形態３においても、校正システムのハードウェアや制御系は実施形態１と同様であるものとし、実施形態１と異なる部分に関してのみ説明する。図１２は本実施形態３の３次元視覚センサの校正手順の全体を示している。図１２は実施形態１の図４に相当する図で、図４と異なるのは、フィンガ部の位置教示（Ｓ１２０３）と、カメラとフィンガ部間の校正処理（Ｓ１２０５）の部分である。それ以外のステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０４の処理については図４で説明したのと同様であるから、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１２６】
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、図１２のステップＳ１２０３（あるいは図８のステップＳ８０１の位置決め基準部の接触計測）におけるフィンガ座標系Ｆの定義の様子を示している。本実施形態３では、フィンガ座標系ＦのＸＹ平面はハンド１１０１の掌部１１０３（図１１（Ａ）、（Ｂ））である。また、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すようにフィンガ座標系Ｆの原点は左側のフィンガ１１０２の根本部であり、Ｘ軸は左側のフィンガ１１０２から右側のフィンガ１１０２への方向とする。
【０１２７】
まず、図１３（Ａ）に示すように、３次元測定機１０１の定盤１０３上に、ステレオカメラ１０４を備えたハンド１１０１を載置する。この例では、ステレオカメラ１０４それ自体は実施形態１の例えば図３で説明したものと同様の構造を有するものとし、カメラマウント１１０４を介してハンド１１０１の側方部位に装着されている。なお、ステレオカメラ１０４の単眼カメラ（実施形態１における３０１、３０２）は、本実施形態では簡略化のため詳細な図示を省略する。
【０１２８】
次に、図１３（Ａ）に示すように、フィンガ座標系ＦのＸＹ平面を決定するため、ハンド１１０１の掌部１１０３に測定プローブ（の先端球２０２）を３点以上接触させる（２０１ｇ〜２０１ｉ）。３次元測定機コントローラ１０７内のプローブ制御部１０８は、プローブ位置計測部１１１から接触した瞬間のプローブ位置を受信し、例えば不揮発性メモリ１０９に記録させる。次に、図１３（Ｂ）に示すように、測定プローブ（の先端球２０２）を左右のフィンガ１１０２の図中内側側面にそれぞれ３点以上接触させる（２０１ｊ、２０１ｋ）。この時、３次元測定機コントローラ１０７内のプローブ制御部１０８は、接触した瞬間のプローブ位置を不揮発性メモリ１０９に記録させる。続いて、図１３（Ｃ）に示すように、測定プローブ（の先端球２０２）を左右のフィンガの図中手前側面にそれぞれ３点以上接触させる（２０１ｌ、２０１ｍ）。この時、３次元測定機コントローラ１０７内のプローブ制御部１０８は、接触した瞬間のプローブ位置を不揮発性メモリ１０９に記録させる。
【０１２９】
以上の計測結果から、３次元測定機コントローラ１０７内のプローブ制御部１０８は、フィンガ１１０２の各面の平面を画成する座標値を取得する。次に、３次元測定機コントローラ１０７内のプローブ制御部１０８は、左右のフィンガ１１０２、１１０２の内側側面と、手前側面と掌部１１０３のＸＹ平面の交点をそれぞれ求める。そして、図１１（Ｂ）に示すように、左側のフィンガの交点をフィンガ座標系Ｆの原点とし、左側から右側のフィンガの交点への方向をＸ方向と定義する。以上のようにしてフィンガ座標系Ｆの定義が終了する（ステップＳ１２０３）。なお、以上の説明で右、左などの修飾は、図面の表示との関係を示すものであって、一例に過ぎない。
【０１３０】
図１２のステップＳ１２０５におけるフィンガ座標系Ｆ（第１の座標系）と、カメラ座標系Ｃ（第２の座標系）の相対位置・姿勢に相当する演算処理は、実施形態１（式（１）〜（４））で説明したものと同様に実行することができる。
【０１３１】
以上のように、本実施形態では、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）を備えた機能部品として、ロボットのエンドエフェクタとして（ハンド１１０１）を考えた。ただし、溶接トーチ、塗装ガンなどの他のロボット用のエンドエフェクタの場合でも同様の構成処理が可能であるのはいうまでもない。その場合、接触式の測定プローブ１０２の測定によって定義する第１の座標系の原点位置は、各エンドエフェクタの特定の基準部位に適宜配置すればよい。
【０１３２】
そして、本実施形態によれば、ステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）を備えた機能部品の基準部位から定まるフィンガ座標系Ｆ（第１の座標系）と、カメラ座標系Ｃ（第２の座標系）の間で座標変換を行う校正データを取得することができる。校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）の格納先としては、上記実施形態と同様に、ビジョンコントローラ１１３内の不揮発性メモリ１１６や、ステレオカメラ１０４の筐体内の不揮発性メモリなどが考えられる。あるいはさらに、本実施形態の場合は、ハンド１１０１（エンドエフェクタ）の躯体内部に校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）を格納した不揮発性メモリを配置する構成も考えられる。
【０１３３】
ロボット装置のアームにステレオカメラ１０４（３次元視覚測定装置）を備えた機能部品を装着した場合の校正データの利用方法は、実施形態１で説明したものと同様である。ロボット装置の制御部（あるいはビジョンコントローラ１１３）が、ステレオカメラ１０４がワークなどの対象物をステレオ撮影した画像を利用して、撮影されている対象物の特定部位の座標値を求めると、上記の第２の座標系（Ｃ）の座標値が取得される。ロボット装置の制御部（あるいはビジョンコントローラ１１３）は、上記の校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）を利用することにより、直ちに対象物の特定部位を第１の座標系（Ｍ）の座標値に変換することができる。
【０１３４】
ロボット装置Ｒの制御部（不図示）には、ロボットアームに対して装着されたハンド１１０１（エンドエフェクタ）の相対位置・姿勢は既知である。このため、ステレオカメラ１０４で３次元視覚測定した対象物の特定部位の位置・姿勢は、例えばロボットアームに対する相対位置・姿勢に容易に変換することができる。しかも、本実施形態によれば、上記校正データ（同次変換行列ＭＴＣ）は３次元測定機１０１を用いて極めて高精度に取得（校正）することができる。従って、ステレオカメラ１０４の３次元視覚測定に基づき、ロボット装置（Ｒ）は対象物（ワーク）を精度よく操作することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１０１…３次元測定機、１０２…測定プローブ、１０４…ステレオカメラ、１０５…位置決め治具、１０７…３次元測定機コントローラ、１１３…ビジョンコントローラ、２０１…スタイラス、２０２…先端球、２０４…背景プレート。
【図１】
2018031701.tif 000008
【図２】
2018031701.tif 000009
【図３】
2018031701.tif 000010
【図４】
2018031701.tif 000011
【図５】
2018031701.tif 000012
【図６】
2018031701.tif 000013
【図７】
2018031701.tif 000014
【図８】
2018031701.tif 000015
【図９】
2018031701.tif 000016
【図１０】
2018031701.tif 000017
【図１１】
2018031701.tif 000018
【図１２】
2018031701.tif 000019
【図１３】
2018031701.tif 000020
【図１４】
2018031701.tif 000021