(57)【要約】【課題】１回の計測で高精度な位置および姿勢の計測が可能な計測装置を提供する。【解決手段】被検物５の位置および姿勢を計測する計測装置１００であって、被検物にパターン光を投影する距離画像用照明ユニット１と、パターン光が投影された被検物を撮像してパターン画像を取得するイメージセンサ１３と、距離画像用照明ユニット１の光軸に対して互いに反対側に配置された複数の光源で、被検物を照明する濃淡画像用照明ユニット２と、照明された被検物を撮像して濃淡画像を取得するイメージセンサ１４と、パターン画像を濃淡画像に基づいて補正して、補正されたパターン画像を用いて被検物の位置および姿勢を求める演算処理ユニット４と、を有し、演算処理ユニット４は、パターン光が投影された被検物表面の筋形状の周期方向と濃淡画像用照明ユニット２の複数の光源の配置との関係に基づいて被検物の計測精度を評価する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の位置および姿勢を計測する計測装置であって、
前記被検物にパターン光を投影する投影部と、
前記投影部によりパターン光が投影された前記被検物を撮像してパターン画像を取得するパターン画像取得部と、
前記投影部の光軸に対して互いに反対側に配置された複数の光源で、前記被検物を照明する照明部と、
前記照明部により照明された前記被検物を撮像して濃淡画像を取得する濃淡画像取得部と、
前記パターン画像を前記濃淡画像に基づいて補正して、補正されたパターン画像を用いて前記被検物の位置および姿勢を求める処理部と、を有し、
前記処理部は、前記パターン光が投影された前記被検物の表面の筋形状の周期方向と前記照明部の前記複数の光源の配置との関係に基づいて前記被検物の計測精度を評価する
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記複数の光源は前記投影部の光軸に対して対称に配置されている２つの光源であり、
前記処理部は、前記２つの光源を互いに結んだ線と、前記周期方向とのなす角度に基づいて前記計測精度を評価することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記角度が平行に近い場合に前記計測精度が高いと評価することを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記周期方向は、前記計測された被検物の位置および姿勢と、予め登録されている前記被検物の各面の筋形状の周期方向の情報と、に基づいて特定されることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記周期方向は、前記濃淡画像に対する周波数解析に基づいて特定されることを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記被検物ごとに特定される前記周期方向は、前記パターン画像または前記濃淡画像から認識される前記被検物の複数の表面のうち、面積に基づいて特定されることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記評価された計測精度に基づいて選択した保持対象の被検物の位置および姿勢の情報を出力する出力部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
請求項７に記載の計測装置と、
前記被検物を保持して移動させるロボットと、を有し、
前記計測装置から出力された前記被検物の位置および姿勢に基づいて、前記ロボットが前記被検物を保持する、ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
被検物の位置および姿勢を計測する計測方法であって、
前記被検物にパターン光を投影する工程と、
前記パターン光が投影されたパターン画像を撮像する工程と、
前記パターン光の光軸に略対称に配置された複数の光源で、前記被検物を照明する工程と、
前記複数の光源で照明された前記被検物の濃淡画像を撮像する工程と、
前記パターン画像の輝度分布を、前記濃淡画像に基づき補正する工程と、
前記パターン光が投影される前記被検物の表面の筋形状の周期方向と前記複数の光源の配置との関係に基づいて前記被検物の計測精度を評価し、把持対象の被検物を選択する工程と、を有する
ことを特徴とする計測方法。
【請求項１０】
請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の計測装置を用いて被検物の計測を行う工程と、該計測の結果に基づいて前記被検物を処理する工程と、を含むことを特徴とする物品の製造方法。
【請求項１１】
複数の被検物の位置および姿勢を計測する計測装置と、
前記被検物を保持して移動させるロボットと、を有するシステムであって、
前記計測装置は、
前記複数の被検物にパターン光を投影する投影部と、
前記投影部によりパターン光が投影された前記複数の被検物を撮像してパターン画像を取得するパターン画像取得部と、
前記投影部の光軸に対して互いに反対側に配置された複数の光源で前記複数の被検物を照明する照明部と、
前記照明部により照明された前記複数の被検物を撮像して濃淡画像を取得する濃淡画像取得部と、
前記パターン画像を前記濃淡画像に基づいて補正して、補正されたパターン画像を用いて前記複数の被検物の位置および姿勢を求める処理部と、を有し、
前記パターン光が投影された前記被検物の表面の筋形状の周期方向と前記照明部の前記複数の光源の配置との関係に基づいて前記複数の被検物のうち前記ロボットが保持すべき被検物を選択し、選択された被検物の位置および姿勢に基づいて前記ロボットが被検物を保持する、ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、計測方法、システム及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の表面形状を評価する技術の一つに、光学式の三次元情報計測装置が挙げられる。そして、光学式の三次元情報計測の方式の一つに、パターン投影法と称される方式がある。この方式は所定の投影パターンを被検物に投影して撮像を行い、三角測量の原理から各画素位置における距離情報を算出し、被検物の三次元情報を計測するものである。
パターン投影法においては、撮像画像から得られる受光光量の空間分布情報に基づき、パターン座標の検出を行う。しかし、受光光量の空間分布情報は、被検物表面の模様などによる反射率分布、被検物表面の微細形状による反射率分布などによる輝度（光強度）ムラの影響が含まれたデータである。これらの反射率分布により、パターン検出情報に大きな誤差が発生する状況、あるいは、検出自体を不可能なものとなる状況が存在し、結果として計測される三次元情報は精度が低いものとなる。これに対し、特許文献１ではパターン光投影時の画像（以下、パターン投影画像と表記）を取得するタイミングと別のタイミングで均一照明光照射時の画像（以下、濃淡画像と表記）を取得している。濃淡画像のデータを補正用データとして用いることで、被計測物体表面の反射率分布ばらつきをパターン投影画像から除去する事が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２８９５０５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においては、パターン投影画像と濃淡画像は同一の光源から放射された光により撮影され、両画像取得時のパターン有無の切り換えは液晶シャッタによって行われている。そのため、両画像の取得は同時に行われない。位置姿勢計測装置による計測では、被検物と計測装置のどちらかが移動しつつ距離情報を取得する場合が考えられる。この場合、それらの相対位置関係は一定では無く、パターン投影画像と濃淡画像は違う視点で撮影された画像となり、パターン投影画像の補正を精度良く行う事が出来ない。
【０００５】
本発明は、例えば、１回の計測で高精度な位置および姿勢の計測が可能な計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一側面である被検物の位置および姿勢を計測する計測装置は、前記被検物にパターン光を投影する投影部と、前記投影部によりパターン光が投影された前記被検物を撮像してパターン画像を取得するパターン画像取得部と、前記投影部の光軸に対して互いに反対側に配置された複数の光源で、前記被検物を照明する照明部と、前記照明部により照明された前記被検物を撮像して濃淡画像を取得する濃淡画像取得部と、前記パターン画像を前記濃淡画像に基づいて補正して、補正されたパターン画像を用いて前記被検物の位置および姿勢を求める処理部と、を有し、前記処理部は、前記パターン光が投影された前記被検物表面の筋形状の周期方向と前記照明部の前記複数の光源の配置との関係に基づいて前記被検物の計測精度を評価する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、１回の計測で高精度な位置および姿勢の計測が可能な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】計測装置の構成を示した図である。
【図２】第１実施形態における投影パターンを示した図である。
【図３】第１実施形態における濃淡画像用照明ユニットを示した図である。
【図４】被検物５における濃淡画像を示した図である。
【図５】第１実施形態における計測装置の構成を示した図である。
【図６】被検面角度と反射率の関係を示した図である。
【図７】被検物５におけるパターン投影画像と濃淡画像を示した図である。
【図８】第１実施形態における計測フローを示した図である。
【図９】二重極照明と被検物の筋方向の位置関係を示す図である。
【図１０】第２実施形態における計測フローを示した図である。
【図１１】周波数解析を基にした輝度分布周期方向の取得方法を示した図である。
【図１２】制御システムの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、計測装置１００の全体図である。図１で示される通り、計測装置１００は、距離画像用照明ユニット１、濃淡画像用照明ユニット２、撮像ユニット３、演算処理ユニット４から構成される。計測装置１００は、距離画像と濃淡画像を同時に撮像し、二つの画像を同時利用してモデルフィッティングすることにより、被検物５の位置姿勢を計測する。なお、モデルフィッティングは、事前に作成された被検物５のＣＡＤモデルに対して行うものであり、被検物５の三次元形状が既知であることを前提とする。また、距離画像用照明ユニット１及び撮像ユニット３は筐体に一体化され搭載されており、筐体はロボットアーム等に搭載されている。
【００１０】
以下に、距離画像を取得する距離画像計測部と濃淡画像を取得する濃淡画像計測部の概要をそれぞれ述べる。まず、距離画像計測部について説明する。距離画像とは、被検物表面上の点の三次元情報を示すものであり、各画素が奥行きの情報をもつ画像である。距離画像計測部は、距離画像用照明ユニット１と撮像ユニット３と演算処理ユニット４を含む。距離画像計測部では、パターンの投影部である距離画像用照明ユニット１から被検物５に照射されたパターン光を、距離画像用照明ユニット１と異なる方向から撮像ユニット３により撮像し撮像画像（パターン投影画像）を取得する。そして、演算処理ユニット４においてパターン投影画像から三角測量の原理に基づいて距離画像（距離情報）を算出する。そして、算出された計測結果は、出力部を有する演算処理ユニット４からロボット等外部装置に出力される。
【００１１】
ここで、パターン光の投影部である距離画像用照明ユニット１から被検物５に照射するパターンについて説明する。本実施形態は、ロボットを移動させながら被検物の位置姿勢を計測することを想定している。そのため、複数枚の撮像画像から距離画像を算出する計測方式では、ロボットの移動により各撮像画像の視野ずれが生じてしまい、高精度に距離画像を算出できない。よって、距離画像用照明ユニット１から被検物５に投影するパターンは、一枚のパターン投影画像から距離画像を算出できるパターンである事が望ましい。一枚のパターン投影画像から距離画像を算出できるパターンとしては、例えば、特許第２５１７０６２号公報で開示されたものがある。特許第２５１７０６２号公報は、図２で示されたようなドットによって符号化されたドットラインパターンを被検物に投影して、ドットの位置関係に基づいて投影パターンと撮像画像の対応づけを行うことで、一枚の撮像画像から距離画像を算出している。尚、上記で本実施形態に適した具体的な投影パターンとして上記のドットラインパターンを挙げたが、本実施形態における投影パターンはこれに限定されるものでは無く、一枚のパターン投影画像から距離画像を算出できるものであれば良い。
【００１２】
距離画像用照明ユニット１は、光源６、照明光学系８、マスク９及び投影光学系１０を備える。光源６は、濃淡画像用照明ユニット２の光源７と異なる波長の光を発する。本実施形態において、光源６の波長をλ１、光源７の波長をλ２とする。照明光学系８は、光源６から射出された光束をマスク９に対し均一に照明するための光学系である。マスク９は、被検物５に投影するパターンを描画したものであり、例えば、ガラス基板をクロムメッキする事により所望のパターンを形成する。マスク９に描画されるパターンの一例は、上記で述べた通り、図２のドットラインパターンである。投影光学系１０は、マスク９に描画されたパターン像を被検物５上に投影させるための光学系である。以上述べたように、距離画像用照明ユニット１は、光源６から射出された光束を照明光学系８によってマスク９に均一照明し、マスク９に描画されたパターン像を投影光学系１０によって被検物５に投影する。なお、本実施形態では、固定マスクパターンを用いて投影する方法に関して述べたが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、ＤＬＰプロジェクタや液晶プロジェクタを用いてパターン光を投影しても構わない。
【００１３】
撮像部である撮像ユニット３は、撮像光学系１１、波長分割素子１２、イメージセンサ１３及びイメージセンサ１４を備える。なお、撮像ユニット３は、距離画像計測用と濃淡画像計測用で共通のユニットとなるため、後述の濃淡画像計測部に関する説明もここで行う。撮像光学系１１は、距離画像計測用パターンおよび濃淡画像をイメージセンサ１３、１４に結像するための光学系である。波長分割素子１２は、波長がλ１である光源６からの光と波長がλ２である光源７からの光を分離する為の光学素子である。波長λ１の光源６からの光は透過してイメージセンサ１３へ、波長λ２の光源７の光は反射してイメージセンサ１４に導光される。イメージセンサ１３及びイメージセンサ１４は、それぞれパターン投影画像および濃淡画像を撮像する為の素子であり、イメージセンサ１３はパターン画像取得部に、イメージセンサ１４は濃淡画像取得部に対応している。イメージセンサ１３及びイメージセンサ１４には、例えば、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサなどを用いることができる。
【００１４】
続いて、濃淡画像計測部について説明する。濃淡画像とは、均一照明された被検物を撮像して得られる画像であり、本実施形態では、濃淡画像から物体の輪郭や稜線に相当するエッジを検出し、検出されたエッジを画像特徴量として位置姿勢算出の際に用いる。濃淡画像計測部は、濃淡画像用照明ユニット２と撮像ユニット３と演算処理ユニット４を備えている。照明部である濃淡画像用照明ユニット２により均一に照明された被検物５を、撮像ユニット３により撮像し撮像画像を取得する。そして、演算処理ユニット４で撮像画像からエッジ検出処理によりエッジを算出する。照明部である濃淡画像用照明ユニット２は、複数の光源７を有している。複数の光源７は、図３で示したように距離画像用照明ユニット１の投影光学系１０の射出光軸ＯＡ１を中心としてリング状に配置される。図３（Ａ）は、濃淡画像用照明ユニット２を投影光学系光軸ＯＡ１方向から見た図である。
【００１５】
パターン投影画像と濃淡画像を取得した演算処理ユニット４は、パターン投影画像に対して輝度（光強度）分布の補正（受光光量分布補正）を行う。このとき、事前にパターン画像と濃淡画像の位置合わせ情報を取得しておく。画像の位置合わせは、例えば、複数の円マーカが正方配列に描画されたボードのパターン投影画像と濃淡画像を撮像する。このときボード中心近傍の円マーカを二重円にする等、撮像画像から弁別できるようにしておく。ボードのパターン投影画像（円マーカとパターン像が撮像される）と濃淡画像を比較し、二重円の撮像位置から縦横シフト差やマーカの分布から各撮像素子の傾き差等を推定し位置合わせの為の補正パラメータを求める。
【００１６】
受光光量分布補正は、前記演算処理ユニット４内の補正処理部により、パターン投影画像Ｉ１（ｘ，ｙ）と位置合わせ補正をした濃淡画像Ｉ２（ｘ，ｙ）を用いて行わる。受光光量分布が補正されたパターン投影画像Ｉ１’（ｘ，ｙ）が、下記の式（１）に基づいて算出される。ここで、ｘ，ｙはカメラ上のピクセル座標値を示す。
【数１】
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なお、本実施形態では、式（１）の通り、除算による補正を行っているが、本実施形態の補正方法は除算に限定される訳ではなく、減算による補正を行っても構わない。また、本実施形態では、パターン画像と濃淡画像の位置合わせの為に、濃淡画像の位置補正を行っているが、本実施形態は濃淡画像の位置補正に限定される訳ではなく、パターン画像の位置を補正しても構わない。
【００１７】
ここで、被検物５の表面が異方的な特性を持つ場合の受光光量分布補正について述べる。図４は、表面にスジ状の微細形状を持つ被検物５の濃淡画像の例を示している。被検物５の表面にはＸ方向に延びる多数のスジがＹ方向に周期的に形成されている。図４は、被検物５表面の破線部分を撮影した濃淡画像であり、微細形状に起因したスジ状の受光光量分布が発生している。ここで、図４に示す濃淡画像における受光光量分布がより変化する方向（Ｙ方向）を輝度分布の周期方向ｔとする。この、スジ状の微細形状は、例えば、金型の研削痕が転写された射出成型樹脂被検物で発生し、製造に用いられる金型の加工方法等に変更がない場合は被検物表面におけるスジ方向は常に同じ方向となり、同種の被検物のでは個体差が無いとみなすことができる。
【００１８】
このようなスジ状の輝度分布を持つ被検物においては、全ての光源７を発光させた場合（リング照明）の濃淡画像に比べて、特定の２箇所の光源７を発光させた場合に得られた濃淡画像で受光光量分布補正をした場合の方が高い補正効果が得られる。この特定の２箇所の光源７を発光させた二重極照明による補正効果の要因について、図５及び図６を用いて述べる。図５は、濃淡画像用照明ユニット２に含まれる、光軸に対して互いに反対側に配置されている一対の光源７と、距離画像用照明ユニット１の射出光軸ＯＡ１の関係を示したものである。この例では、一対の光源７は光軸に対して略対称に配置されている。ここで、Ｚ軸は射出光軸ＯＡ１と同軸であり、ＸＹ面はＺ軸に垂直な面である。被検物５は輝度分布の周期方向がＸ軸方向を向くように置かれ、Ｙ軸周りにθ傾斜しているとし、光源７と被検物５を結ぶ線分と距離画像用照明ユニット１の射出光軸ＯＡ１が成す角度をγとする。また、濃淡画像用照明ユニット２の光源７は投影光学系１０の射出光軸ＯＡ１を中心としてリング状に配置されている。そのため、濃淡画像用照明ユニット２の２箇所の光源７（略対称に配置された複数の光源）を発光させた二重極照明は、射出光軸ＯＡ１（Ｚ軸）を対称軸としている。
図５（Ａ）は一対の光源７による二重極照明の二重極方向（２つの光源を結ぶ方向）がＸ’軸方向、つまり、輝度分布の周期方向に平行な場合を示している。この二重極方向は、筋ムラに対し垂直な方向でもある。一方、図５（Ｂ）は二重極照明の二重極方向（２つの光源を結ぶ方向）がＹ’軸方向、つまり、輝度分布の周期方向に垂直な場合を示している。この二重極方向は、筋ムラに対し平行な方向でもある。
【００１９】
図６は、被検物の傾斜角度θと反射率Ｒ（θ）の関係を示したものであり、図５のように被検物をＹ軸周りに傾斜させた場合の反射率曲線を実線で、Ｙ軸周りの傾斜角度がθでかつ、Ｘ軸周りに傾斜させた場合の反射率曲線を破線で示している。なお、パターン投影に対する被検物の傾斜角度はθである。実線は傾斜角度に対する反射率変化が小さく、傾斜角度（θ−γ）から（θ＋γ）の範囲を線形とみなすことができるため、以下の式（２）が近似的に成立する。
【数２】
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つまり、反射率の角度特性が略線形な領域では、パターン投影画像の輝度分布（Ｒ（θ））と濃淡画像の輝度分布（例えば、二重極照明との関係が（θ＋γ）及び（θ−γ）となる場合、Ｒ（θ＋γ）＋Ｒ（θ−γ）／２）とが概略等しくなる。
【００２０】
図７（Ａ）は、パターン投影画像の輝度分布を示す図である。一方、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、濃淡画像の輝度分布を示す図である。図７（Ｂ）は、図５（Ａ）に示される二重極照明で被検物５が照明された場合の濃淡画像であり、図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示される二重極照明で被検物５が照明された場合の濃淡画像である。図７（Ａ）で示されるパターン投影画像の輝度分布と図７（Ｂ）で示される濃淡画像の輝度分布とが概略等しくなっている。図７（Ｂ）は、二重極照明が二重極方向がＸ’軸方向、つまり、輝度分布の周期方向と同じ方向の場合の濃淡画像である。よって、パターン投影画像の輝度分布と濃淡画像の輝度分布の相関は、二重極照明の方向（２つの光源を結ぶ方向）が被検物の輝度分布の周期方向と平行な場合に、高くなることが分かる。したがって、濃淡画像による受光光量分布補正を行う事で、被検物表面の形状起因で発生する輝度分布の影響を除去可能となる。
【００２１】
一方、図５（Ｂ）のようにＹ’方向の二重極照明の場合、距離画像用照明ユニット１の射出光軸ＯＡ１で入射した光の反射率を図６中に黒丸（●）で、ＯＡ１に対して入射角度γ傾いた光の反射率を白丸（○）でプロットしている。被検物の輝度分布の周期方向がＸ方向となるように被検物が置かれている場合、距離画像用照明ユニット１の反射率●と二重極照明の反射率○と入射角度はγしか違わないが、反射率は大きく異なる。これは、被検物のスジ構造によりスジ直交方向（輝度分布の周期方向と同じ）には多くの方向に反射光が発生するため、角度に対する反射率特性は滑らかになるからである。一方、スジ方向には構造があまりないため、角度に対する反射率特性は急峻となる。したがって、図７（Ａ）で示されるパターン投影画像の輝度分布と、図７（Ｃ）で示される濃淡画像の輝度分布とは大きく異ことなる。図７（Ｃ）は、二重極照明の二重極方向（２つの光源を結ぶ方向）がＹ’軸方向、つまり、輝度分布の周期方向に垂直の場合の濃淡画像である。リング照明の場合は、様々な方向の２重極照明であると考えられ、図７（Ｂ）と図７（Ｃ）が合算された画像となる。そのため、パターン投影画像の輝度分布と濃淡画像の輝度分布は異なり、補正効果が悪くなる。
【００２２】
このように、被検物表面に異方性がある場合、パターン投影画像上の輝度分布と濃淡画像上の輝度分布とが高い相関をもつように、濃淡画像用照明ユニット２の二重極照明の二重極方向（２つの光源を結ぶ方向）を被検物の輝度分布の周期方向と平行にする。これにより、高い補正効果を得ることが可能になる。本実施例では光軸に対して対称に配置されている２つの一対の光源として説明を行っているが、これに限定されるものではない。例えば、図３（Ｂ）に示されるように、２つの光源からなる複数の光源７を投影光学系１０の光軸ＯＡ１を中心としてリング状に配置し、光軸に対して互いに反対側に配置された一対の二組の光源７としても同じ効果が得られる。また、例えば、光軸に対して対称な配置から少しずれた配置でもよく、光軸に対して互いに反対側の２つ領域のそれぞれに配置された２つの一対の光源でもよい。
【００２３】
以下に、バラ積みされた表面に異方性がある場合ワークの位置姿勢検出の代表的な計測フローを図８のフローチャートを用いて説明する。前述のとおり、計測前には被検物のＣＡＤモデルの作成・登録が完了しているが、その際にＣＡＤモデルの各面に輝度分布周期方向情報を合わせて登録しておく。輝度分布周期方向は、ＣＡＤモデルの各面に対して登録しておく。図８に、ステップＦ１〜８からなる本実施形態の計測工程Ｆ１００を示す。
【００２４】
ステップＦ１とステップＦ２では、パターン投影画像と濃淡画像を取得する。次に、ステップＦ３では受光光量分布補正を行う。補正方法は、前述の通りパターン投影画像を位置合わせ補正した濃淡画像で除算することで行う。ステップＦ４では得られたパターン画像から距離を算出する。ステップＦ５では、パターン投影画像から演算された距離画像と濃淡画像から検出されたエッジ情報を、事前に登録されたＣＡＤモデルとマッチングすることで被検物の装置に対する位置姿勢を求める。位置姿勢は特許第５３９３３１８号公報記載の方法等を用いて求めることが可能である。
【００２５】
ステップＦ６では、位置姿勢が検出された複数の被検体に関して、検出された位置姿勢情報と事前に登録された各面の輝度分布の周期方向情報から被検体毎に筋方向を特定する。筋方向は、輝度分布（光強度分布）の周期方向と垂直な方向である。ステップＦ７では、ワーク毎に筋方向と計測時の二重極照明の方向からパターン画像補正の補正精度（被検物の計測精度）の評価量を算出し、算出した評価量に基づいてロボットに把持（保持）を指示する被検体を選択する。ここで補正精度評価（計測精度）とは、二重極照明を成す２つ光源を結んだ方位（二重極方位）と被検体筋方向の成す角度に関する量であり、二重極方位と被検体筋方向の成す角度が垂直に近い程、補正精度評価が高くなるように設定する。なおステップＦ６で、被検物の輝度分布（光強度分布）の周期方向を特定し、ステップＦ７で、周期方向と計測時の二重極照明の方向からパターン画像補正の補正精度（計測精度）の評価量を算出するようにしてもよい。
【００２６】
図９は、二重極照明と被検物の筋方向の位置関係を示す図である。被検物５ａは、被検物５ａの筋方向が２つの光源７を互いに結んだ線に対し、垂直になる位置および姿勢となっている。すなわち、被検物５ａの表面の筋形状の周期方向（輝度分布の周期方向）に対し、二重極方向は平行となっている。このとき、補正精度評価は最も高くなり、被検物５ａはステップＦ７において把持対象（保持対象）部品として選択される。一方、被検物５ｂは、被検物５ｂの筋方向が２つの光源７を互いに結んだ線に対し、平行になる位置および姿勢となっている。すなわち、被検物５ｂの表面の筋形状の周期方向（輝度分布の周期方向）に対し、二重極方向は垂直となっている。このとき、補正精度評価は低くなり、被検物５ｂがステップＦ７において把持対象（保持対象）部品として選択されることはない。
【００２７】
ここで、被検物を構成する複数の平面のうち、二面以上が周期的な輝度分布を有するときには、濃淡画像から認識される複数の平面のうちパターン投影画像における最大面積となる平面部を特定しても良い。そして、その最大面積平面部の輝度分布の周期方向（受光光量変化方向）を、ステップＦ５で求めた位置姿勢と事前に登録された被検物の各面における輝度分布の周期方向から決定する。或いは、補正評価量を算出するときに、各面毎に補正評価量を算出し、各面の面積比の重みづけ平均をとっても構わない。
【００２８】
また、評価量は二重極方位と被検体筋方向の成す角度以外にも、ステップＦ５のモデルフィット時のモデル点と計測点の乖離度合を評価量に加えても構わない。或いは、ステップ５で求めた被検体の位置姿勢と事前登録したロボットハンド形状からロボットハンドの掴みやすさを評価量に加えても良い。更には、被検体に色や模様がついている場合、テクスチャの境界ライン方向と投影されたパターンの方向が倣うと測長精度が悪化する。このことから、事前に登録した被検体上のテクスチャ情報と投影パターンの向きからテクスチャ境界と投影パターン方向の成す角度を評価量に加えても良い。これらの評価量を統合した総合評価点が高い被検体を選択する。
【００２９】
ステップＦ８で、ステップＦ７で補正評価量において評価が高い被検体の位置姿勢情報を外部装置であるロボットに転送（出力）する。また、二重極方位と被検体筋方向の成す角度の評価量に閾値を設け、閾値を超える被検体が無かった場合、二重極の方向を切り替えて再度撮像しても構わない。また、１回目の計測を行い選択された被検体がロボットに把持された後、再度の計測を行う場合は二重極照明の方位を変更する。この方位の変更は、前回の測定における被検体の位置姿勢情報から決定してもよいし、予め定められた変更を行ってもよい。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、異方的な性状を持つ被検物の場合でも、１回の測定で、パターン投影画像の輝度分布に対して相関が高い濃淡画像の輝度分布により受光光量分布補正が行われた被検体を特定することが可能となる。そのため、１回の測定で高精度な位置姿勢情報をロボットに転送可能となる。
【００３１】
（第２実施形態）
第１実施形態では、計測前にＣＡＤモデルの各面に輝度分布周期方向情報を登録していたが、第２実施形態では、被検物に個体差があり、事前にＣＡＤモデルの各面に輝度分布周期方向情報を登録できない場合の測定工程について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と装置構成は同じであるが、計測工程が異なるためこの点に関して説明を行う。図１０に、本実施形態における代表的な計測工程Ｆ２００を示す。第１実施形態と異なる点は、位置姿勢と事前登録された輝度分布周期方向情報から輝度分布周期方向を特定するステップＦ６の代わりに、周波数解析を基に輝度分布周期方向を求めるステップ２６に置き換わっている点である。
【００３２】
ステップＦ２６では、ステップＦ２において得られた濃淡画像から、取得された受光光量分布を周波数解析し受光光量分布の変化が高い方向、つまり輝度分布の周期方向を特定する。図１１に受光光量分布を解析した例を示す。図１１（Ａ）は、図４の濃淡画像に２次元ＦＦＴの処理を行った結果である各周波数の強度分布を示している。縦軸ｆｘおよび横軸ｆｙは、それぞれｘ方向の周波数とｙ方向の周波数を示している。図１１（Ｂ）の横軸は図１１（Ａ）のｘ軸を０度としたときの方位方向、縦軸は方位方向毎に強度積和した値をプロットしたものである。ここでは、方位方向は各方位に対して±５度の範囲の値を積和しているが、これに限定されるものではない。図１１（Ｂ）から分かるように、方位９０度方向にピークをもつことから、ワークに起因する輝度分布周期方向はｙ軸方向に強い受光光量変化を持つことがわかる。このように、ステップＦ４１では周波数解析を基に輝度分布周期方向を求めることができる。したがって、濃淡画像のみから輝度分布周期方向を求めるため、計測前の輝度分布周期方向の登録が不要である。
【００３３】
以降のステップＦ７及びステップＦ８は、第１実施形態の計測工程Ｆ１００と同様である。以上説明したとおり、本実施形態によれば、個体差のある異方的な性状を持つ被検物の場合でも、１回の測定で、パターン投影画像の輝度分布に対して相関が高い濃淡画像の輝度分布により受光光量分布補正が行われた被検体を特定することが可能となる。そのため、１回の測定で高精度な位置姿勢情報をロボットに転送可能となる。
【００３４】
（第３実施形態）
上述の計測装置は、ある支持部材に支持された状態で使用されうる。本実施形態では、一例として、図１２のようにロボットアーム３００（把持装置）に備え付けられて使用される制御システムについて説明する。計測装置１００は、支持台３５０にバラ積みされた被検物５にパターン光を投影して撮像し、画像を取得する。そして、計測装置１００の制御部（演算処理ユニット４）が、又は、計測装置１００の制御部から画像データを取得した制御部３１０が、被検物５の位置および姿勢を求め、求められた位置および姿勢の情報を制御部３１０が取得する。制御部３１０は、計測結果である、被検物５の位置および姿勢の情報に基づいて、ロボットアーム３００に駆動指令を送ってロボットアーム３００を制御する。ロボットアーム３００は先端のロボットハンドなど（保持部、把持部）で被検物５を保持して、並進や回転などの移動をさせる。さらに、ロボットアーム３００によって被検物５を他の部品に組み付けることにより、複数の部品で構成された物品、例えば電子回路基板や機械などを製造することができる。また、移動された被検物５を加工することにより、物品を製造することができる。制御部３１０は、ＣＰＵなどの演算装置やメモリなどの記憶装置を有する。なお、ロボットを制御する制御部を制御部３１０の外部に設けても良い。また、計測装置１００により計測された計測データや得られた画像をディスプレイなどの表示部３２０に表示してもよい。
【００３５】
（物品の製造方法に係る実施形態）
以上に説明した実施形態に係る計測装置は、物品製造方法に使用しうる。当該物品製造方法は、当該計測装置を用いて物体の計測を行う工程と、計測の結果に基づいて当該工程で計測を行われた物体の処理を行う工程と、を含みうる。当該処理は、例えば、加工、切断、搬送、組立（組付）、検査、および選別のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１    距離画像用照明ユニット
２    濃淡画像用照明ユニット
３    撮像ユニット
４    演算処理ユニット
５    被検物
７    光源
【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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