(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物の位置を算出する画像処理装置であって、前記画像処理装置は、前記計測対象物に照明光を照射する照明部と、前記計測対象物をはさんで前記照明部と相対する位置から前記計測対象物全体の撮像画像を取得する撮像部と、前記計測対象物の特定形状の範囲の位置計測データを計測する位置計測部と、画像処理部を備え、前記画像処理部は、前記撮像画像から前記位置計測部が計測する計測範囲を算出する計測位置算出部と、前記位置計測データと３次元基準データから前記計測対象物の傾き情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度で示させるθｘ，θｙ，θｚ）を求める傾き情報抽出部とを有するものであり、前記計測対象物であるレーザー加工を施す加工板のピアッシング孔とその形状周辺に対して必要な形状を切り取るに際して、前記撮像画像を使用して前記計測対象物の切断開始点のピアッシング孔である円の中心位置を算出してから、撮像画像用中心位置近傍範囲を抽出して、前記計測位置算出部は、前記撮像画像用中心位置近傍範囲から位置計測部が計測する計測範囲を算出し、前記計測範囲に基づいて前記位置計測部を前記計測範囲位置までレーザ加工ヘッドを移動させ、前記計測対象物に対してレーザーもしくは超音波を照射して走査することで、前記計測対象物の位置計測データを取得することを特徴とするレーザ加工用の画像処理装置。
【請求項２】
前記切断開始点であるピアッシング孔から必要な形状に沿ってレーザ加工ヘッドを移動させ、切断の終点には切断されないミクロジョイント部を形成し、このミクロジョイント部を残して、前記ピアッシング孔の位置から連続するミクロジョイントを切断するミクロジョイント切断装置を備え、前記ミクロジョイント切断装置は前記位置計測データと傾き情報からミクロジョイントを切断することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工用の画像処理装置。
【請求項３】
前記撮像画像は、前記計測対象物に前記照明光を照射した状態で撮像した照明あり撮像画像と、前記計測対象物に前記照明光を照射しない状態で撮像した照明なし撮像画像であり、前記計測位置算出部は前記照明あり撮像画像と前記照明なし撮像画像の差分処理を行った差分画像を使用して前記計測範囲であるピアッシング孔Ｈを含めた周辺画像を算出することを特徴とする請求項１または２記載のレーザ加工用の画像処理装置。
【請求項４】
計測対象物の位置を算出する画像処理装置であって、前記画像処理装置は、前記計測対象物に照明光を照射する照明部と、前記計測対象物をはさんで前記照明部と相対する位置から前記計測対象物全体の撮像画像を取得する撮像部と 、前記計測対象物の特定形状の範囲の位置計測データを計測する位置計測部と、画像処理部を備え、前記画像処理部は、前記撮像画像から前記位置計測部が計測する計測範囲を算出する計測位置算出部と、前記位置計測データと３次元基準データから前記計測対象物の傾き情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度で示させるθｘ，θｙ，θｚ）を求める傾き情報抽出部を有する画像処理装置と、ミクロジョイントを切断するミクロジョイント切断装置とを備え、前記ミクロジョイント切断装置は前記位置計測データと傾き情報からミクロジョイントを切断することを特徴とするレーザ加工用の画像処理装置。
【請求項５】
前記傾き情報抽出部が前記位置計測データと３次元基準データからＰＰＦを使用することで前記計測対象物の傾き情報を算出し、前記３次元基準データが３次元ＣＡＤデータであり、前記傾き情報抽出部は、前記位置計測データと３次元基準データからＰＰＦを使用することで前記計測対象物の傾き情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度で示させるθｘ，θｙ，θｚ）を算出することを特徴とする請求項４記載のレーザ加工用の画像処理装置。
【請求項６】
計測対象物の位置を算出する画像処理方法であって、照明部により前記計測対象物に照明光を照射し前記計測対象物をはさんで前記照明部と相対する位置から前記計測対象物の撮像画像を取得する撮像画像取得ステップと、前記計測対象物の特定形状の範囲の位置計測データを計測する位置計測データ取得ステップと、前記撮像画像から位置計測部が計測する計測範囲を算出する計測位置算出ステップと、前記位置計測データと３次元基準データから前記計測対象物の傾き情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度で示させるθｘ，θｙ，θｚ）を求める傾き情報抽出ステップを備え、前記計測対象物であるレーザー加工を施す加工板のピアッシング孔とその形状周辺に対して必要な形状を切り取るに際して、前記撮像画像を使用して前記計測対象物の切断開始点のピアッシング孔である円の中心位置を算出してから、撮像画像用中心位置近傍範囲を抽出して、前記計測位置算出ステップは、前記撮像画像用中心位置近傍範囲から位置計測部が計測する計測範囲を算出し、前記計測範囲に基づいて前記位置計測部を前記計測範囲位置までレーザ加工ヘッドを移動させ、前記計測対象物に対してレーザーもしくは超音波を照射して走査することで、前記計測対象物の位置計測データを取得することを特徴とするレーザ加工用の画像処理方法。
【請求項７】
前記切断開始点であるピアッシング孔から必要な形状に沿ってレーザ加工ヘッドを移動させ、切断の終点には切断されないミクロジョイント部を形成し、このミクロジョイント部を残して切断するミクロジョイント切断装置であって、前記ピアッシング孔の位置から連続するミクロジョイントを切断するミクロジョイント切断装置を備え、前記ミクロジョイント切断装置は前記位置計測データと傾き情報からミクロジョイントを切断することを特徴とする請求項６記載のレーザ加工用の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工用の画像処理装置及び画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザー加工における画像処理においては、ＣＣＤカメラ等の撮像手段で撮像し、この画像データをデジタル信号化して様々な画像処理を行うことにより、レーザー加工後の部品を識別することや、ミクロジョイントの位置を求めて切断すること等の処理が行われている。
【０００３】
特許文献１は、材料分離検知装置に関するものであり、材料分離装置３の上方部には材料分離検知装置のＣＣＤエリアカメラ１７が配置され、ＣＣＤエリアカメラは画像処理装置１９と接続されている。画像処理装置１９は、ＣＣＤエリアカメラ１７が出力する映像信号を板材Ｗの撮像データとして入力し、この撮像データよりパターンマッチングのための入力パターンを獲得する。画像処理装置１９は、標本パターンと入力パターンの比較によるパターンマッチングを行って標本パターンに対する入力パターンのマッチング度を検出し、打ち抜き加工された製品Ｇが母材Ｗより分離したか否かを識別する（その段落００１６〜００１９）、ことが記載されている。
【０００４】
また特許文献２は、切断工具を用いて母材から製品を切り出すための自動切断装置に関するもので、プラズマ切断装置１０は、母体１４の表面の２次元イメージをセンスするためのイメージセンサ３０が取り付けられている。イメージセンサ３０を駆動して母体１４の画像を取得し、画像解析器３２４によりＮＣプログラム３２２から取得した正規の位置からの位置ずれ量を計算、追加の切断工程を行うことが記載されている。
【０００５】
そして特許文献３は、鉄板のミクロジョイントを溶断して、鉄板の外枠と型板を分離させるための鉄板のミクロジョイントの溶断装置に関するものであり、電極からミクロジョイントへ向かって大電流を集中的に流すことによりミクロジョイントを溶断するが、前記電極の位置制御はＮＣテープを用いることもできるし、ＣＣＤカメラなどの観察装置を設け、この観察装置により鉄板を観察して画像データを取り込んでこの画像データに基いて電極の位置制御をするようにしてもよいこと（その段落００２３−段落００２９）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３４０５３２号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０４９７５１号公報
【特許文献３】特開平０７−００９１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＣＣＤカメラ等で撮像した画像データを用いたレーザー加工の画像処理過程において、以下（１）照明光の映り込み、（２）外光の映り込み、（３）レーザー加工のために板材上に塗布された切削油等の様々な要因により板材の正確な位置情報の把握が困難となる場合があり、板材の位置情報の誤認識率を上昇させる原因となっている。
（１）照明光の映り込みに関して
図１７は、従来技術の問題点である照明光や外光の映り込みを示す説明写真であり、（ａ）は照明光の映り込みを示す説明写真である。
昨今、工場全体の消費電力を削減する目的で導入されているＬＥＤ照明であるが、電球型蛍光灯による照明と比べ直進性が強い照明であるため板材上で鏡面反射（図１７（ａ）Ｄの箇所）し、板材を撮像した際にノイズの原因となる。
（２）外光の映り込み
図１７（ｂ）は外光の映り込みを示す説明写真である。
外光は、季節や時間帯によって様々な状態に変化して窓等から入射するため板材上に自然光の映り込み（（図１７（ｂ）Ｅの箇所）が発生する。この自然光の映り込みＥが板材を撮像した際にノイズの原因となるうえ、季節や時間帯で板材上の自然光の映り込みの位置、形状、光量が変化するためノイズの除去が困難である。
（３）レーザー加工のために板材上に塗布された切削油
図１８は、従来技術の問題点である切削油の乾燥する箇所と乾燥しない箇所を示す説明写真であり、（ａ）は切削油の乾燥する箇所を示す説明写真であり、（ｂ）は切削油の乾燥しない箇所を示す説明写真である。
レーザー加工しやすくするために切削油を板材に対して塗布しているが、レーザー加工直後は切断面が溶断しているため、切削油が乾燥する。よって板材上に切削油が乾燥する箇所（図１８（ａ）Ｆ１の箇所）と乾燥しない箇所（図１８（ｂ）Ｆ２の箇所）が存在するために、切削油の乾燥する箇所と乾燥しない箇所の境界が特徴量として検出されてしまい、ノイズとして発生してしまう。
そして、上述においてはレーザー加工の画像処理過程において発生するノイズに関して説明を行ったが、撮影条件が悪い状態で計測対象物を撮像した画像データにノイズが発生することで正確な位置情報の取得が困難となることはレーザー加工技術に特化したものではなく、位置情報取得技術全体の課題となっていると考えられる。
【０００８】
そこで本発明は、照明光や外光による照明条件や板材の切削油の塗布状態等の撮影条件に左右されずに正確に板材等の計測対象物の位置情報や傾き情報を求めることが可能なレーザ加工用の画像処理装置および画像処理方法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】
【０００９】
ここで「計測対象物」とは、正確な位置を特定するために撮像・計測・画像処理を行う対象物を指し、具体的にはレーザー加工技術において、板金やＣＦＲＰ等の板材を計測対象物とする。計測対象物の形状に関しては特に限定はないが、本明細書においては扁平で板状の形状を想定している。
【００１０】
ここで「撮像画像」とは、撮像部で計測対象物を撮像した２次元のデータである画像を指すものとし、照明部を駆動し照明光を当てた状態で撮像した照明あり撮像画像と、照明部を停止し照明光を当てない状態で撮像した照明なし撮像画像の両方を指すものとする。
【００１１】
「特定形状」とは、計測対象物の輪郭のうち検出したい特定の形状を指すが、本発明において具体的にはピアニッシング孔を特定形状とする。
図１０は、ミクロジョイントと切断開始点（ピアッシング孔）の説明図であり、（ａ）は板材をレーザー加工機によって切断した状態の写真、（ｂ）は（ａ）の矩形Ｃの拡大写真である。ピアニッシング孔Ｈとは、板材（材料）から必要な形状を切り取るレーザー加工機において、切り始めの位置（切断開始点）の円形状の孔のことで、このピアッシング孔Ｈを本発明においては特定形状とする。レーザー加工機を使用して板材から必要な形状を切り取る場合、加工ヘッドがまず切断開始点の位置にピアッシング孔Ｈを穿設する。次に、ピアッシング孔Ｈから必要な形状に沿って加工ヘッドを移動させ、切断の終点にはわずかに切断されないミクロジョイント部Ｍを形成し、このミクロジョイント部Ｍを残して切断は終了となる。ピアッシング孔Ｈを特定形状として抽出することで、簡単に撮像画像と位置計測データおよび３次元基準データの位置合わせを行うことができる。
【００１２】
ここで、「位置計測データ」とは、位置計測部で計測対象物の特定形状の範囲を計測した際に取得する３次元のデータ情報のことを指すものとする。具体的には、位置計測部の走査方向をＸ軸とし、レーザーや超音波等の照射方向をＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直交する方向をＹ軸とすると、計測対象物の特定形状の範囲を位置計測部で走査することで計測点（ｘｎ，ｙα） （ｎ＝１，２，・・・，Ｎ  Ｎ：Ｘ軸方向の計測個数），（α＝１，２，・・・，Ｐ：Ｙ軸方向の計測個数）における前記計測対象物の外表面の高さ情報Ｚ（ｘｎ，ｙα）が得られる。この各計測点の離散的な高さ情報Ｚ（ｘｎ，ｙα）のセットを「位置計測データ」とする。
【００１３】
また「３次元基準データ」とは、あらかじめ加工等で使用された前記計測対象物の形状の基準データとなるような３次元の情報であり、具体的には３次元ＣＡＤデータである。
ここで「傾き情報」とは、前記計測対象物の傾きを示す情報（θｘ，θｙ，θｚ）であり、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度で示させる。３次元ＣＡＤデータ等のあらかじめレーザー加工に使用された３次元基準データと位置計測データとを比較し、前記計側対象物の傾き状態を示す情報である。
【００１４】
本発明のレーザ加工用の画像処理装置は、計測対象物の位置を算出する画像処理装置であって、前記画像処理装置は、前記計測対象物に照明光を照射する照明部と、前記計測対象物をはさんで前記照明部と相対する位置から前記計測対象物全体の撮像画像を取得する撮像部と、前記計測対象物の特定形状の範囲の位置計測データを計測する位置計測部と、画像処理部を備え、前記画像処理部は、前記撮像画像から前記位置計測部が計測する計測範囲を算出する計測位置算出部と、前記位置計測データと３次元基準データから前記計測対象物の傾き情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度で示させるθｘ，θｙ，θｚ）を求める傾き情報抽出部とを有するものであり、前記計測対象物であるレーザー加工を施す加工板のピアッシング孔とその形状周辺に対して必要な形状を切り取るに際して、前記撮像画像を使用して前記計測対象物の切断開始点のピアッシング孔である円の中心位置を算出してから、撮像画像用中心位置近傍範囲を抽出して、前記計測位置算出部は、前記撮像画像用中心位置近傍範囲から位置計測部が計測する計測範囲を算出し、前記計測範囲に基づいて前記位置計測部を前記計測範囲位置までレーザ加工ヘッドを移動させ、前記計測対象物に対してレーザーもしくは超音波を照射して走査することで、前記計測対象物の位置計測データを取得することを特徴とする。
また本発明のレーザ加工用の画像処理方法は、計測対象物の位置を算出する画像処理方法であって、照明部により前記計測対象物に照明光を照射し前記計測対象物をはさんで前記照明部と相対する位置から前記計測対象物の撮像画像を取得する撮像画像取得ステップと、前記計測対象物の特定形状の範囲の位置計測データを計測する位置計測データ取得ステップと、前記撮像画像から位置計測部が計測する計測範囲を算出する計測位置算出ステップと、前記位置計測データと３次元基準データから前記計測対象物の傾き情報（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度で示させるθｘ，θｙ，θｚ）を求める傾き情報抽出ステップを備え、前記計測対象物であるレーザー加工を施す加工板のピアッシング孔とその形状周辺に対して必要な形状を切り取るに際して、前記撮像画像を使用して前記計測対象物の切断開始点のピアッシング孔である円の中心位置を算出してから、撮像画像用中心位置近傍範囲を抽出して、前記計測位置算出ステップは、前記撮像画像用中心位置近傍範囲から位置計測部が計測する計測範囲を算出し、前記計測範囲に基づいて前記位置計測部を前記計測範囲位置までレーザ加工ヘッドを移動させ、前記計測対象物に対してレーザーもしくは超音波を照射して走査することで、前記計測対象物の位置計測データを取得することを特徴とする。
そして本発明の画像処理装置は、前記撮像部はＣＣＤエリアセンサであり、前記位置計測部はレーザー変位計であることを特徴とする。
本発明によれば、前記撮像画像と前記位置計測データと前記３次元基準データを使用して演算を行うため、より正確な計測対象物の位置情報を算出することが可能となる。
また本発明によれば、前記撮像部が前記計測対象物をはさんで前記照明部と相対する位置に配置されることで前記照明部からの照明光が前記計測対象物に設けられた孔や外表面を透過し、前記透過した透過光を前記撮像部が取り込み、前記計測対象物の孔や外表面の輪郭を強調した画像を取得することができる。
さらに本発明によれば、計測対象物全体の撮像画像を取得する撮像部と、計測対象物の特定形状の範囲の位置計測データを計測する位置計測部と画像処理部を備える。ＣＣＤエリアセンサ等の撮像部は広範囲の領域を短時間で撮像することが可能であるが、分解能が低くなってしまう。一方、レーザー変位計等の位置計測部は広範囲の領域の情報を取得するのには時間がかかるが、比較的小さな範囲を高い分解能で取得することができる。よって計測対象物の広範囲の領域は撮像部で取得し一部の領域のみ位置計測部で計測することで、位置計測データの撮像や撮像画像との位置合わせを効率的に行い、分解能の高い位置計測データを使用して計測対象物の正確な位置情報を算出することが可能となる。
このように前記撮像画像を使用して前記位置計測部が計測を行う範囲（計測対象物の特定形状の範囲）を特定するため、位置計測部の計測時間を短縮することが可能となり、かつ計測対象物の正確な位置を算出する際に高い分解能のデータを使用することが可能となる。
【００１５】
本発明の画像処理装置は、前記撮像画像は、前記計測対象物に前記照明光を照射した状態で撮像した照明あり撮像画像と、前記計測対象物に前記照明光を照射しない状態で撮像した照明なし撮像画像であり、前記計測位置算出部は前記照明あり撮像画像と前記照明なし撮像画像の差分処理を行った差分画像を使用して前記計測範囲を算出することを特徴とする。
本発明によれば、撮像画像として照明あり撮像画像と照明なし撮像画像を撮像することで、前記照明あり撮像画像と前記照明なし撮像画像の差分処理を行った差分画像を算出し、照明光成分に依存しない画像を使用することができる。よって、外光の映り込みによるノイズ成分を低減した画像を得ることができる。
【００１６】
本発明の画像処理装置は、前記計測位置算出部が前記撮像画像の円中心位置を算出して円中心位置近傍範囲を抽出し、前記計測範囲を算出することを特徴とする。
本発明によれば、前記撮像画像の円中心位置を算出して円中心位置近傍範囲を抽出し、位置計測部が円中心位置近傍範囲のみ位置計測データを取得することで、計測対象物の輪郭のうち検出したい特定の形状周辺に対して分解能の高い位置計測データを短時間かつ効率的に取得することが可能となる。
【００１７】
本発明の画像処理装置は、前記傾き情報抽出部が前記位置計測データと３次元基準データからＰＰＦを使用することで前記計測対象物の傾き情報を算出することを特徴とする。
また本発明の画像処理装置は、前記３次元基準データが３次元ＣＡＤデータであることを特徴とする。
本発明によれば、傾き情報を算出する際に３次元基準データ全ての点対を用いて参照を行うＰＰＦを使用した手法を使用しているため、他の手法に比べて正確な傾き情報を算出することが可能となる。
また３次元基準データとして３次元ＣＡＤデータを使用するため、より正確に傾き情報を算出することが可能となる。
【００１８】
本発明の画像処理装置は、前記計測対象物はレーザー加工を施した加工品であり、前記特定形状はピアッシング孔であることを特徴とする。
また本発明のミクロジョイント切断システムは、画像処理装置とミクロジョイントを切断するミクロジョイント切断装置とを備えたミクロジョイント切断システムにおいて、前記ミクロジョイント切断装置は前記位置計測データと傾き情報からミクロジョイントを切断することを特徴とする。
本発明によれば、本発明の画像処理装置をレーザー加工技術に適用することにより、板材等のレーザー加工を施した加工品に対してミクロジョイントの位置を正確に算出して、ミクロジョイントを切断することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の画像処理装置および画像処理方法によれば、前記撮像画像と前記位置計測データと前記３次元基準データを使用して演算を行うため、正確な計測対象物の位置情報を算出することが可能となる。
また本発明の画像処理装置によれば、前記撮像部が前記計測対象物をはさんで前記照明部と相対する位置に配置されることで前記照明部からの照明光が前記計測対象物に設けられた孔や外表面を透過し、前記透過した透過光を前記撮像部が取り込み、前記計測対象物の孔や外表面の輪郭を強調した画像を取得することができる。
さらに本発明の画像処理装置によれば、計測対象物の広範囲の領域は撮像部で取得し、一部の領域のみ位置計測部で計測することで、計測対象物の輪郭のうち検出したい特定の形状周辺に対して分解能の高い位置計測データを短時間かつ効率的に取得することが可能となる。
また、本発明の画像処理装置をレーザー加工技術に適用することで、ミクロジョイントを正確に切断することやレーザー加工後の部品を正確に識別することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態である画像処理装置１００の構成を示す概略図である。
【図２】上記実施形態の画像処理部４の構成を示す構成概略図である。
【図３】上記実施形態の画像処理装置１００の全体処理の概要を示すシーケンス図である。
【図４】上記実施形態の照明部と撮像部の撮像処理を示すフロー図である。
【図５】上記実施形態の画像処理部４の撮像画像演算部４２の処理の流れを示すフロー図である。
【図６】上記実施形態の照明あり撮像画像と照明なし撮像画像の参考写真であり、（ａ）は照明あり撮像画像、（ｂ）は照明なし撮像画像である。
【図７】上記実施形態の光源補正画像の参考写真であり、（ａ）は照明あり撮像画像によって生成された光源補正画像、（ｂ）は照明なし撮像画像によって生成された光源補正画像である。
【図８】上記実施形態の差分画像とエッジ撮像データの参考写真であり、（ａ）は差分画像、（ｂ）はエッジ撮像データである。
【図９】上記実施形態のエッジ抽出処理の概要を示すフロー図である。
【図１０】ミクロジョイントと切断開始点（ピアッシング孔）の説明図であり、（ａ）は板材をレーザー加工機によって切断した状態の写真、（ｂ）は（ａ）の矩形Ｃの拡大写真である。
【図１１】上記実施形態の特定形状抽出処理の概要を示すフロー図である。
【図１２】上記実施形態の特定形状抽出処理における法線ベクトルから円中心位置を算出する方法を説明する概念図である。
【図１３】上記実施形態の特定形状抽出処理における円中心位置候補から円中心位置を算出する方法を説明する概念図である。
【図１４】上記実施形態の画像処理部４の位置合わせ部４５における位置合わせ処理を示すフロー図である。
【図１５】上記実施形態の画像処理部４の位置合わせ部４５におけるテンプレートマッチング処理を説明する概念図である。
【図１６】上記実施形態の画像処理部４の傾き情報抽出部４４における処理の流れを示すフロー概略図である。
【図１７】従来技術の問題点である照明光や外光の映り込みを示す説明写真であり、（ａ）は照明光の映り込みを示す説明写真であり、（ｂ）は外光の映り込みを示す説明写真である。
【図１８】従来技術の問題点である切削油の乾燥する箇所と乾燥しない箇所を示す説明写真であり、（ａ）は切削油の乾燥する箇所を示す説明写真であり、（ｂ）は切削油の乾燥しない箇所を示す説明写真である。
【図１９】ＰＰＦを説明するための概念図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態であるミクロジョイント切断システム２００の構成を示す概略図である。
【図２１】上記実施形態の産業用ロボットコントローラ２２の加工ツールの切断軌跡算出処理を示すフロー概要図である。
【図２２】上記実施形態の産業用ロボットコントローラ２２の加工ツールの動作処理を示すフロー概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
【００２２】
（本発明の第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態の画像処理装置１００の構成を示す概略図である。
本発明の第１の実施形態の画像処理装置１００は、板材等の計測対象物５を撮像および計測を行い、画像処理を行うことで前記計測対象物５の正確な位置情報を算出する装置であり、前記計測対象物５が載置される計測対象物載置台７と、前記計測対象物５の一方の側面から照明光を当てるための複数の照明部６と、前記照明部６をオン／オフするために設けられた補助継電器（リレー）９と、前記照明部６のオン／オフを行うためのＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ、以下ＰＬＣと記す）８と、前記計測対象物５をはさんで相対する位置に設けられ前記計測対象物５を撮像するための撮像部１２と、前記計測対象物５の位置計測データを計測するための位置計測部２と、前記位置計測部２の計測制御を行うための位置計測制御部３と、前記計測対象物５を撮像した撮像画像と位置計測部２で計測された位置計測データおよび３次元基準データを使用して前記計測対象物５の位置情報を算出することや画像処理装置１００の全体の制御を行う画像処理部４と、前記画像処理部４で算出した算出結果や前記画像処理装置１００の設定情報の表示や設定を行うための表示部１３とから構成され、各々がネットワークを介して接続されている。
【００２３】
前記計測対象物載置台７は、前記計測対象物５を載置するための台であり、具体的には、レーザー加工におけるワークテーブルやワーク治具装置である。前記計測対象物５である板材を搬入自在かつ搬入位置から退避自在の移動テーブルであってもよいし、板材等の計測対象物５の端部をクランプ等で把持して固定してもよい。
前記計測対象物載置台７は前記画像処理部４と接続されており、前記画像処理部４により前記計測対象物５の搬入／退避や前記計測対象物５のクランプ等の制御が行われる。
【００２４】
前記照明部６は、前記計測対象物５に対して一方の側面から照明光をあてるための照明であり、均一に照明光を当てるために複数の照明部６が設けられ、前記照明部６は格子上に等間隔に配置される。前記照明部６は、具体的にはＬＥＤ照明が使用される。前記照明部６は前記補助系電器（リレー）９と接続されている。本実施形態では、前記計測対象物載置台７の下部に配置されているが、前記計測対象物載置台７の上部に配置されていてもよく、前記計測対象物５の一方の側面から照明光を当てることができればどの位置に配置されていてもよい。
隣接する照明部６は異なる発色（照明波長）となるように選択してもよく、前記照明部６が発光する照明波長を前記画像処理装置１００が置かれている載置場所の照明（載置場所の天井に取り付けられている照明等）とは異なる発色（照明波長）としてもよい。
前記照明部６の照明波長を前記画像処理装置１００の載置場所の照明波長と異なるようにすることで、前記撮像部１２で撮像された撮像画像の載置場所の照明光の映り込みをノイズと判別しやすくする効果がある。
前記補助継電器（リレー）９や前記ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）８は、前記照明部６をオン／オフするために設けられた装置であり、前記照明部６、前記補助継電器（リレー）９、前記ＰＬＣ８、前記画像処理部４の順に接続され、前記画像処理部４の指示により前記照明部６のオン／オフの切替を行う。
【００２５】
前記撮像部１２は、前記計測対象物５を撮像するためのものであって、１次元のイメージセンサ（ＣＣＤリニアセンサ）、または複数の１次元のイメージセンサを２次元に配列して構成したＣＣＤエリアセンサ等が使用され、前記計測対象物５をはさんで前記照明部６と相対する位置に配置される。前記前記撮像部１２は、前記計測対象物５全体が撮像できれば固定されていても移動可能であってもよい。例えばＣＣＤリニアセンサを使用した場合や小サイズのＣＣＤエリアセンサを使用した場合は、前記計測対象物５全体を撮像するために前記計測対象物５に沿って移動し、前記計測対象物５全体を１回の撮影で撮像できる程度の大サイズのＣＣＤエリアセンサを使用した場合は固定されていてもよい。
前記撮像部１２は前記画像処理部４と接続され、前記画像処理部４により前記撮像部１２の撮像開始／停止、移動等の制御が行われる。
前記撮像部１２は、前記計測対象物５をはさんで前記照明部６と相対する位置に配置されることで前記照明部６からの照明光が前記計測対象物５に設けられた孔や外表面を透過し、前記透過した透過光を前記撮像部１２が取り込むため、前記計測対象物５の孔や外表面の輪郭を強調した画像を取得することができる。
【００２６】
前記位置計測部２は、前記画像処理部で算出された計測範囲に基づいて前記計測対象物５の位置計測データを計測するための変位計であり、前記計測対象物５に対してレーザーや超音波等を照射しその反射光や反射した超音波を検出することで、前記計測対象物５の位置計測データを計測するもので、レーザー変位計、２Ｄレーザー変位計、または超音波式変位計等を適用可能である。前記位置計測部２は、前記計測対象物５の位置計測データを計測可能な位置であればどこに配置されていてもよく、前記計測範囲の開始位置まで前記位置計測部２は移動することが可能で、前記計測対象物５に沿って走査することで位置計測データを取得することができる。
前記位置計測制御部３は、前記位置計測部２の計測タイミングや走査位置の制御や前記位置計測部２の位置計測データの取得等、前記画像処理部４からの指示によって行う制御装置であり、前記位置計測部２と画像処理部４に接続されている。
【００２７】
前記画像処理部４は、前記撮像部１２によって撮像された撮像画像と前記位置計測部２で計測された位置計測データおよび３次元基準データを使用して前記計測対象物５の位置情報を算出するもので、前記位置計測制御部３と前記撮像部１２と前記ＰＬＣ８と前記表示部１３と前記計測対象物載置台７に接続されている。
また前記画像処理部４は、前記画像処理装置１００の全体の制御を行うものであり、前記位置計測部２の計測タイミングの指示や走査位置の制御、前記照明部６のオン／オフの切替、前記撮像部１２の撮像開始／停止や移動制御、前記計測対象物載置台７の前記計測対象物５の搬入／退避や前記計測対象物５のクランプ等の制御を行う。
前記表示部１３は、前記画像処理部４で算出した算出結果や前記画像処理装置１００の設定情報の表示や設定を行うためのモニタであり、前記画像処理部４に接続されている。
【００２８】
（画像処理部４の概略説明）
図２は、上記実施形態の画像処理部４の構成を示す構成概略図である。
前記画像処理部４は、各種画像やデータを格納するための記憶部４１と、撮像画像を補正しエッジ撮像データを生成する撮像画像演算部４２と、前記撮像画像から前記位置計測部２が計測する計測範囲を算出する計測位置算出部４３と、位置計測データと３次元基準データから傾き情報を抽出する傾き情報抽出部４４と、撮像画像と位置計測データの位置合わせを行う位置合わせ部４５と、画像処理装置１００の全体の制御を行う全体制御部４６で構成される。
【００２９】
前記記憶部４１は、各種画像やデータを格納するためのものであり、撮像画像記憶部４１１と、位置計測データ記憶部４１２と、ＣＡＤデータ記憶部４１３、算出データ記憶部４１４とで構成される。
前記撮像画像記憶部４１１は、前記撮像部１２によって撮像された前記計測対象物の撮像画像を格納するものであり、１回の計測のうち複数の撮像画像を取得する場合は複数の撮像画像を紐付けて格納する。また撮像画像は照明部６を駆動し照明光を当てた状態で撮影した照明あり撮像画像と照明部６を停止し照明光を当てない状態で撮影した照明なし撮像画像も同様に紐付けて格納する。
前記位置計測データ記憶部４１２には、前記位置計測部２によって計測した前記計測対象物の位置計測データが格納され、前記ＣＡＤデータ記憶部４１３には、加工等で使用されている前記計測対象物の３次元のＣＡＤデータが格納されている。
前記算出データ記憶部４１４には、傾き情報、位置合わせ情報（３次元基準データ／位置計測データ）位置合わせ情報（撮像画像／位置計測データ）、撮像画像用円中心位置ＳＣβ、撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）、位置計測用円中心位置ＩＣγ、位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）、計測範囲等の画像処理部４で算出されたデータが格納されている。
ここで、位置合わせ情報（３次元基準データ／位置計測データ）とは、具体的には３次元基準データ（３次元のＣＡＤデータ）の座標から位置計測データの座標へ変換するための変換行列である。また位置合わせ情報（撮像画像／位置計測データ）とは、具体的には撮像画像の座標から位置計測データの座標へ変換するための変換行列である。
その他、記憶部４１には画像処理に使用する設定値や産業用ロボットの座標と位置計測データの座標との座標変換行列や、産業用ロボットの座標と撮像画像の座標との座標変換行列が格納されている。
【００３０】
（画像処理装置１００の全体処理のシーケンスの概要説明）
図３は、上記実施形態の画像処理装置１００の全体処理の概要を示すシーケンス図である。
計測対象物載置台７に計測対象物５を載置すると、照明部６が発光／停止するように制御され、前記計測対象物５に対して一方の側面から照明光が照射される（Ｓ０１）。前記撮像部１２は、照明光が照射／停止された状態で前記計測対象物５を撮像し、照明あり撮像画像と照明なし撮像画像を取得する（Ｓ０２）。前記照明あり撮像画像と前記照明なし撮像画像は記憶部４１に格納される（Ｓ０３）。撮像画像演算部４２は、前記記憶部４１から撮像画像を取得し、特定形状抽出処理として、前記撮像画像を使用して前記計測対象物５の特定形状（ピアッシング孔）である円の中心位置を算出し、撮像画像用中心位置近傍範囲を抽出する（Ｓ０４）。そして、前記計測位置算出部４３は、前記撮像画像用中心位置近傍範囲から位置計測部２が計測する計測範囲を算出し（Ｓ０５）、前記計測範囲に基づいて前記位置計測部２を前記計測範囲位置まで移動させ、前記計測対象物５に対してレーザーもしくは超音波を照射して走査することで、前記計測対象物５の位置計測データを取得する（Ｓ０６）。位置計測データは記憶部４１に格納されるとともに（Ｓ０７）、撮像画像用円中心位置ＳＣβ、撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）、計測範囲等の画像処理部４で算出されたデータも格納される。
次に、位置合わせ部４５は、前記撮像画像および位置計測データの中心位置近傍の画像範囲を利用して、前記撮像画像と位置計測データの位置合わせを行い、位置合わせ情報（撮像画像／位置計測データ）を算出する（Ｓ０８）。抽出された位置合わせ情報（撮像画像／位置計測データ）、位置計測用円中心位置ＩＣγ、位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）、計測範囲は前記記憶部４１に格納される（Ｓ０９）。
また、傾き情報抽出部４４は、前記記憶部４１から位置計測データと３次元ＣＡＤデータを取得し、前記３次元ＣＡＤデータに対する前記計測対象物の傾き情報と位置合わせ情報（３次元基準データ／位置計測データ）を抽出する（Ｓ１０）。生成された傾き情報と位置合わせ情報（３次元基準データ／位置計測データ）は、前記記憶部４１に格納される（Ｓ１１）。
【００３１】
（照明部６と撮像部１２の撮像処理）
図４は、上記実施形態の照明部と撮像部の撮像処理を示すフロー図である。
前記撮像部１２は、前記照明部６からの照明光を照射／停止することで、照明あり撮像画像および照明なし撮像画像を撮像する。
計測対象物載置台７に計測対象物５を載置すると、照明部６が発光するように制御され、前記計測対象物５に対して一方の側面から照明光が照射される（Ｓ１０１）。前記撮像部１２は、照明光が照射された状態で前記計測対象物５を撮像し、照明あり撮像画像を取得する（Ｓ１０２）。そして、計測対象物全体を撮影したかどうかを判別し（Ｓ１０３）、計測対象物全体を撮影した場合は、Ｓ１０４の処理を行う。計測対象物全体を撮影していない場合は、前記撮像部１２を移動等することにより、前記計測対象物の範囲のうち撮影できてない箇所の撮影を行う。
次に、照明部６は発光を停止するように制御され（Ｓ１０４）、前記撮像部１２は、照明光が照射されていない状態で前記計測対象物５を撮像し、照明なし撮像画像を取得する（Ｓ１０５）。
ここでも、計測対象物全体を撮影したかどうかを判別し（Ｓ１０６）、計測対象物全体を撮影した場合は、撮影画像を記憶部４１に格納し、処理を終了する。計測対象物全体を撮影していない場合は、前記撮像部１２を移動等することにより、前記計測対象物の範囲のうち撮影できてない箇所の撮影を行う。
このように撮像画像を照明あり撮像画像と照明なし撮像画像を撮像することで、照明光成分に依存しない画像を画像処理により得ることができる。
【００３２】
（撮像画像演算部４２の詳細説明）
図５は、上記実施形態の画像処理部４の撮像画像演算部４２の処理の流れを示すフロー図であり、図６は、上記実施形態の照明あり撮像画像と照明なし撮像画像の参考写真であり、（ａ）は照明あり撮像画像、（ｂ）は照明なし撮像画像である。図７は、上記実施形態の光源補正画像の参考写真であり、（ａ）は照明あり撮像画像によって生成された光源補正画像、（ｂ）は照明なし撮像画像によって生成された光源補正画像であり、図８は、上記実施形態の差分画像とエッジ撮像データの参考写真であり、（ａ）は差分画像、（ｂ）はエッジ撮像データである。
前記撮像画像演算部４２は、前記撮像画像記憶部４１１に格納された撮像画像を補正し、特定形状を抽出するための演算部であり、差分処理部４２１と光源補正部４２２とエッジ抽出部４２４と特定形状抽出部４２３から構成される。
【００３３】
撮像画像演算部４２において撮像画像から特定形状を抽出するまでの処理フローは、以下の通りである（図５）。
前記光源補正部４２２は、照明あり撮像画像（図６（ａ））と照明なし撮像画像（図６（ｂ））に対して光源を考慮した光源補正処理を行い、光源補正画像を生成する（図７）（Ｓ２０１）。光源補正処理のアルゴリズムとしては、Ｒｅｔｉｎｅｘ理論を用いた画像処理アルゴリズムを採用する。Ｒｅｔｉｎｅｘ理論は、人の視覚は照明光を除去して外界を見る明暗恒常性や色恒常性を備えていて、照明光に依存しない各物体の反射率の比によって色を知覚するという概念に基づいており、前記照明あり撮像画像と前記照明なし撮像画像に対して照明光成分を分離して反射光成分を得ることによって、照明光成分に依存しない画像を得ることができる。
Ｒｅｔｉｎｅｘ理論を用いた光源補正処理のアルゴリズムには、ＳＳＲ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｓｃａｌｅ−Ｒｅｔｉｎｅｘ）、ＭＳＲ（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｃａｌｅ−Ｒｅｔｉｎｅｘ）、ＬＲ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｒｅｔｉｎｅｘ）等種々の手法があり、適宜選択可能である。
ここでは、簡易的に、［数１］に示すＬＲを例に説明する。
【数１】
0006621351.tif 000002
［数１］において、Ｉｉ（ｘ，ｙ）は入力画像、すなわち照明あり撮像画像または照明なし撮像画像である。Ｙ（ｘ，ｙ）は、照明あり撮像画像または照明なし撮像画像の画素（ｘ，ｙ）の輝度成分であり、Ｒｉ（ｘ，ｙ）は物体そのものの反射率、すなわち求める光源補正画像（図７）である。添え字ｉは入力画像（照明あり撮像画像，照明なし撮像画像）の各色成分を表し、入力画像（照明あり撮像画像，照明なし撮像画像）がＲＧＢ画像である場合、ｉ＝Ｒ，Ｇ，Ｂである。Ｆ（ｘ，ｙ）は、画素（ｘ，ｙ）を周辺の画素を用いて平坦化するフィルタ関数であり、ガウスフィルタ等を用いることができる。右辺分母は、照明光成分に相当するものであり、輝度成分をぼかした画像が推定照明光成分として用いられている。［数１］では、照明あり撮像画像または照明なし撮像画像の画素（ｘ，ｙ）の輝度成分を、輝度成分をぼかして得られる推定照明光成分で割るため、除算結果は１周辺に分布することになる。右辺Ａは、この分布を輝度信号のレンジ、例えば０〜２５５に対応させるためのゲイン補正値である。
【００３４】
ＬＲやＳＳＲを使用した補正の場合は、Ｆ（ｘ，ｙ）で表されるフィルタ関数は単一の関数を使用していたが、複数の大きさのフィルタ関数を使用した画像を合成することにより良好な補正を行うＭＳＲという手法［数２］も使用可能である。
【数２】
0006621351.tif 000003
ここで、Ｗｍはフィルタの重み、Ｆｍ（ｘ，ｙ）は大きさの異なるフィルタ関数である。
【００３５】
前記差分処理部４２１は、照明あり撮像画像から生成された光源補正画像と照明なし撮像画像から生成された光源補正画像（図７）の差分処理を行うことで差分画像（図８（ａ））を生成する（Ｓ２０２）。
前記エッジ抽出部４２４は、前記差分画像（図８（ａ））に対して、エッジを抽出し、エッジ撮像データ（図８（ｂ））を生成する（Ｓ２０３）。エッジ抽出処理に使用されるエッジフィルタであるが、Ｓｏｂｅｌフィルタ、ラプラシアンフィルタ、Ｃａｎｎｙフィルタから選択可能である。
ここでは、Ｃａｎｎｙフィルタを使用してエッジ撮像データを求める方法を説明する。
【００３６】
（エッジ抽出部４２４におけるエッジ抽出処理）
図９は、上記実施形態のエッジ抽出処理の概要を示すフロー図である。
まず最初にＧａｕｓｓｉａｎフィルタ（［数４］）を使用し、差分画像Ｒに対して画像の平滑化（［数３］）を行う（Ｓ３０１）。
【数３】
0006621351.tif 000004
ここで、Ｓは平滑化された画像であり、Ｒは差分画像であり、ｇ（ｘ，ｙ）は［数４］で示されるＧａｕｓｓｉａｎフィルタである。
【数４】
0006621351.tif 000005
【００３７】
次に、平滑化された画像Ｓに対して、画像Ｓの微分を以下の式［数５］、［数６］、［数７］に沿って算出する（Ｓ３０２）。
【数５】
0006621351.tif 000006
【数６】
0006621351.tif 000007
【数７】
0006621351.tif 000008
【００３８】
画像Ｓの微分した成分ΔＳ（Ｓｘ，Ｓｙ）を勾配ベクトルとし、前記勾配ベクトル（Ｓｘ，Ｓｙ）の方向θｓ（［数８］）を求める（Ｓ３０３）。
【数８】
0006621351.tif 000009
前記勾配ベクトル（Ｓｘ，Ｓｙ）の方向θｓ（ｘ，ｙ）は、各画素に算出される値であり、この方向θｓ（ｘ，ｙ）をエッジ撮像データとする（Ｓ３０４）。
【００３９】
そして、前記特定形状抽出部４２３は、各画素に前記エッジ撮像データθｓ（ｘ，ｙ）の法線ベクトルＮｓ（ｘ，ｙ）を算出することで、撮像画像用の円中心位置ＳＣβ（β＝１，２，・・・，Ｑ  Ｑ：算出された円中心位置の総数）を演算し、円中心位置ＳＣβを中心とした近傍範囲（撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ））を算出する（Ｓ２０４）。
ここで、円中心位置ＳＣβを中心とした中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）を算出するのは、具体的に特定形状をピアッシング孔Ｈとした場合、ピアッシング孔Ｈの中心位置が円中心位置ＳＣβに相当し、ピアッシング孔Ｈの中心位置の近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）、つまりピアッシング孔Ｈを含めた周辺画像を算出することと同様である。
【００４０】
（特定形状抽出部４２３における特定形状抽出処理）
図１１は、上記実施形態の特定形状抽出処理の概要を示すフロー図であり、図１２は、上記実施形態のエッジ撮像データの法線ベクトルから円中心位置を算出する方法を説明する概念図である。図１３は、上記実施形態の特定形状抽出処理における円中心位置候補から円中心位置を算出する方法を説明する概念図である。
前記特定形状抽出部４２３は、特定形状（具体的にはピアッシング孔Ｈ）の中心位置である撮像画像用円中心位置ＳＣβを算出する。
最初に前記エッジ撮像データθｓ（ｘ，ｙ）の法線ベクトルＮｓ（ｘ，ｙ）を算出する（Ｓ３０１）。ピアッシング孔Ｈの円形状のエッジ撮像データθｓ（ｘ，ｙ）は円形状のエッジ上に沿うような傾きをもつ。よって、エッジ撮像データθｓ（ｘ，ｙ）の法線ベクトルＮｓ（ｘ，ｙ）を算出し、法線ベクトルＮｓ（ｘ，ｙ）に沿って所定範囲に直線を引くと、法線ベクトルに沿った直線が交差する交点Ｋη（η＝１，２，・・・，Ｕ  Ｕ：交点の総数）を算出することができる（Ｓ３０２）。この交点Ｋηで交差している直線の数Ｎｋηが多いほど特定形状（ピアッシング孔Ｈ）の中心位置（撮像画像用円中心位置ＳＣβ）であると考えられるため、交点Ｋηで交差している直線の数Ｎｋηが基準数以上であるかを判定する（Ｓ３０４）。直線の数Ｎｋηが基準数以上である交点Ｋηは円中心位置ＳＣβの候補とし（Ｓ３０５）、直線の数Ｎｋηが基準数よりも小さい交点Ｋηは円中心位置ＳＣβの候補から外す（Ｓ３０９）。次に、円中心位置ＳＣβの候補である交点Ｋηを中心として放射状に所定角度間隔で所定長さの直線Ｎｒを引き、直線Ｎｒが勾配ベクトルΔＳ（ｓ，ｙ）と約９０°で交差する交点Ｌの数ＮＬが、所定領域Ｖ（交点Ｋηを中心として半径ｒ１≦Ｖ≦半径ｒ２の領域）の範囲に基準数以上存在するか判定する（Ｓ３０７）（図１３）。交点Ｌの数ＮＬが基準数以上である交点Ｋηは円中心位置ＳＣβとし（Ｓ３０８）、交点Ｌの数ＮＬが基準数より小さい交点Ｋηは円中心位置ＳＣβから外す（Ｓ３１０）。Ｓ３０４からＳ３１０までを全ての交点Ｋη（η＝１，２，・・・，Ｕ  Ｕ：交点の総数）に対して行うことで、円中心位置ＳＣβ（撮像画像用円中心位置ＳＣβ）（β＝１，２，・・・，Ｑ  Ｑ：算出された円中心位置の総数）を算出する。
その後、算出された円中心位置ＳＣβ（撮像画像用円中心位置ＳＣβ）を中心として半径ｒの範囲を含む領域を撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）（β＝１，２，・・・，Ｑ  Ｑ：算出された円中心位置の総数）とする（Ｓ３１３）。ここで、半径ｒは事前に３次元基準データから特定形状（ピアッシング孔）の半径の平均を算出してもよいし、表示部１３から事前に設定されていてもよい。
このようにエッジ撮像データθｓ（ｘ，ｙ）を使用して円中心位置ＳＣβの候補の交点Ｋηを算出するとともに、候補となった交点Ｋηを中心に全方位に直線を引くことで円中心位置ＳＣβを算出するため、円中心位置の誤認率が少なくなり、精度の高い中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）を算出することができる。
【００４１】
（計測位置算出部４３による計測位置算出処理）
前記計測位置算出部４３は、前記特定形状抽出部４２３において算出された前記撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）（β＝１，２，・・・，Ｑ  Ｑ：算出された円中心位置の総数）の中から位置計測部２が計測する計測範囲を選択する。ここで、撮像画像の座標と位置計測データの座標は位置合わせされていないため、計測範囲と位置計測部が計測した計測範囲とはずれる可能性がある。
前記撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）のうち、位置計測部２の現在位置に一番近い撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβを選択する。位置計測部２の現在位置に一番近い撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβを選択した場合は、位置計測部２の移動を少なくすることができ、効率的な計測が可能となる。
また前記撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）のうち、撮像画像用円中心位置ＳＣβの精度が一番高い（交点Ｋηで交差している直線の数Ｎｋηが一番多い、所定領域Ｖの範囲に存在する交点Ｌの数ＮＬが一番多い等）撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）を選択してもよい。このように撮像画像用円中心位置ＳＣβの精度が一番高い中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）を選択することで、位置合わせの精度を上げることが可能となる。
前記撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）の中から１つの近傍範囲を選択してもよいし、２つ以上の近傍範囲を選択してもよい。選択する近傍範囲が少ない場合は、位置計測部２が計測する計測時間や位置合わせを行う際の演算時間を短縮できるため効率的に作業を行うことが可能で、選択する近傍範囲が多い場合は位置合わせの精度が向上する効果がある。またミクロジョイント切断装置においてミクロジョイント部を検出する場合は、全ての撮像画像用円中心位置ＳＣβに対応する前記撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）を全て計測範囲とし、位置計測データを取得する。このように画像処理装置１００の使用用途によって適宜選択可能である。
【００４２】
（位置合わせ部４５による位置合わせ処理）
図１４は、上記実施形態の画像処理部４の位置合わせ部４５における位置合わせ処理を示すフロー図である。
位置合わせ部４５は前記特定形状抽出部４２３において算出された前記撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）と、前記位置計測部２で計測された位置計測データから、テンプレートマッチングを行い、前記撮像画像と位置計測データの位置合わせを行う。
まず、位置合わせ部４５は位置計測データＺ（ｘｎ，ｙα）を以下（数９）により、閾値Ｚｈを基準として二値化処理を行い、二値化画像を生成する（Ｓ４０１）。
【００４３】
【数９】
0006621351.tif 000010
【００４４】
次に、前記二値化画像に対してエッジ抽出部４２４におけるエッジ抽出処理と同様の処理を行い、位置計測用エッジデータを算出する（Ｓ４０２）。
そして、特定形状抽出部４２３における特定形状抽出処理と同様の処理を行い、法線ベクトルを算出し（Ｓ４０３）、位置計測用円中心位置ＩＣγと位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）（γ＝１，２，・・・，Ｗ  Ｗ：算出された円中心位置の総数）を算出する（Ｓ４０４，Ｓ４０５）。そして算出された位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）をテンプレート画像とし、撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）を入力画像としてテンプレートマッチングを行うことで撮像画像と位置計測データとの位置合わせを行う（Ｓ４０６）。位置合わせを行うことで、位置合わせ情報＿撮像画像／位置計測データ（撮像画像と位置計測データの変換行列）を算出することが可能となる。
【００４５】
図１５は、上記実施形態の画像処理部４の位置合わせ部４５におけるテンプレートマッチング処理を説明する概念図である。
ここで、簡単のために、前記撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβの中から１つだけ選択した計測範囲に対して位置計測データを取得し、テンプレートマッチングを行った場合の説明を行う。
テンプレートマッチングとはテンプレート画像を各入力画像で走査させ、各入力画像における類似度を算出し、最大（もしくは、しきい値以上）の類似度をとる位置を検出する手法であり、ＳＡＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｕｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＳＳＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＮＣＣ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、ＺＮＣＣ（Ｚｅｒｏ−ｍｅａｎｓ  Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）等の手法から選択することができる。
ここでは簡易的に、［数１０］に示すＳＡＤを例に説明する。
【数１０】
0006621351.tif 000011
Ｉ（ｘ，ｙ）は入力画像の濃度値であり、Ｔ（ｘ，ｙ）はテンプレート画像の濃度値である。ＳＡＤは、テンプレート画像Ｔと入力画像Ｉの濃度値の差の絶対和であり、ＳＡＤの値が小さいほど類似度が大きくなり、完全に一致している場合、ＳＡＤは０となる。
本発明の実施例においては、テンプレート画像を位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）とし、入力画像を撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）（β＝１，２，・・・，Ｑ  Ｑ：算出された円中心位置の総数）としてテンプレートマッチングを行う。
位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）に対して類似度が高い撮像画像用中心位置近傍範囲ＳＬβ（ｘ，ｙ）を算出することで、撮像画像と位置計測データの位置合わせを行い、撮像画像系の座標と位置計測系のデータの座標を合わせるための位置合わせ情報＿撮像画像／位置計測データ（撮像画像と位置計測データの変換行列）を算出することが可能となる。
【００４６】
（傾き情報抽出部４４における傾き情報抽出処理）
次に３次元の情報（３次元基準データ）を利用して、前記計測対象物の傾き情報と位置合わせ情報＿３次元基準データ／位置計測データを算出する。
図１６は、上記実施形態の画像処理部４の傾き情報抽出部４４における処理の流れを示すフロー概略図であり、図１９は、ＰＰＦを説明するための概念図である。
傾き情報抽出部４４は、３次元ＣＡＤデータ等の３次元基準データと位置計測データを使用して、計測対象物の傾き情報と位置合わせ情報＿３次元基準データ／位置計測データを抽出する。傾き情報抽出部４４で使用される手法であるが、Ｐｏｉｎｔ  Ｐａｉｒ  Ｆｅａｔｕｒｅ（ＰＰＦ）を利用した３次元位置姿勢認識手法を利用する。
Ｐｏｉｎｔ  Ｐａｉｒ  Ｆｅａｔｕｒｅ（ＰＰＦ）とは、法線方向を持った２点対で構成される特徴量（図１９）のことであり、法線（ｎ１，ｎ２）を持った２点（ｍ１，ｍ２）で構成された［数１１］で示すような特徴量をもつ。
【００４７】
【数１１】
0006621351.tif 000012
【００４８】
ここで、本実施形態においては、３次元基準データの全ての点から構成される２点対からＰＰＦ（３次元基準データ用ＰＰＦ）を作成し、ハッシュテーブルに保存する（Ｓ７０１）。ハッシュキーはＰＰＦの特徴ベクトルそのものであり、照合時にはシーンから抽出したＰＰＦのプロパティをキーとして対応するテーブル内のＰＰＦにアクセスを行う。
次に、位置計測データから参照する点を選択して、それ以外の全ての点とペアリングを行うことで位置計測データ用ＰＰＦを作成する（Ｓ７０２）。
そして、位置計測データ用ＰＰＦのプロパティをハッシュキーとして対応するテーブルに登録されている３次元基準データ用ＰＰＦを検索し、位置計測データ用ＰＰＦと３次元基準データ用ＰＰＦの幾何変換パラメータを求める（Ｓ７０３）。
幾何変換パラメータの算出方法であるが、３次元基準データの座標系で算出されたＰＰＦを法線（ｎｍｒ，ｎｍｉ）を持った２点（ｍｒ，ｍｉ）で構成された特徴量をもつとし、位置計測データの座標系で表されたＰＰＦを法線（ｎｓｒ，ｎｓｉ）を持った２点（ｓｒ，ｓｉ）で構成された特徴量ともつとした場合、基準点ｍｒ，ｓｒを原点に一致するように、基準点に付随した法線ｎｍｒ，ｎｓｒがＸ軸に一致するように変換する。さらにｍｉＸ軸周りに回転角αだけ回転させ、ｓｉに一致させる。この一連の幾何変換パラメータは［数１２］で表される。
【数１２】
0006621351.tif 000013
Ｔｓ−１Ｒ（α）Ｔｍが幾何変換パラメータであり、この幾何変換パラメータにより回転角αを求める。
次に、投票型の認識手法を使用して計測対象物の傾き（ｍｒの位置でｍｒの法線方向まわりに回転角αで回転した位置）を演算する。具体的には、投票の累積空間として行が３次元基準データの基準点ｍｒ、列が回転角αである２次元配列を用意する。位置計測データ用ＰＰＦに対してハッシュキーとして対応するテーブルに登録されている３次元基準データ用ＰＰＦを検索し、幾何変換パラメータを求め、３次元基準データ用ＰＰＦの基準点ｍｒと回転角αを求める。そして累積空間において対応する基準点ｍｒと回転角αの累積値を＋１とする。この操作を全てのｓｒに対して繰り返すことで、最後に累積空間でのピークを見つける。このピーク値に存在するｍｒと回転角αが傾き情報に使用する値であり、３次元基準データはｍｒの位置でｍｒの法線方向まわりに回転角αで回転すると正確な位置となることがわかる（Ｓ７０４）。この情報を使用して、３次元基準データの傾き情報（θｘ，θｙ，θｚ）を求めることができるとともに、３次元基準データと位置計測データの位置合わせ情報（３次元基準データ／位置計測データ）を算出することが可能となる。
【００４９】
（本発明の第２の実施の形態）
図２０は、本発明の第２の実施形態であるミクロジョイント切断システム２００の構成を示す概略図である。
ここで第１の実施形態の画像処理装置１００とミクロジョイント切断装置２０を接続した第２の実施形態であるミクロジョイント切断システム２００の構成を説明する。第１の実施の形態と同様の構成に関しては、同一部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。
本発明のミクロジョイント切断システム２００は、画像処理装置１００とミクロジョイント切断装置２０から構成され、前記画像処理装置１００とミクロジョイント切断装置２０はネットワークで接続されている。
ミクロジョイント切断装置２０は、ミクロジョイントを切断するための装置であり、先端に加工ツール２１１を備えた産業用ロボット２１と、産業用ロボットコントローラ２２から構成される。
産業用ロボット２１は先端に備えられた加工ツール２１１の３次元の移動を可能とするとともに加工ツール２１１を回転させて板材の所定位置の切断が可能となっており、産業用ロボットコントローラ２２の指示により、加工ツール２１１を移動させ、ミクロジョイントを切断する。
産業用ロボットコントローラ２２は、前記産業用ロボット２１や前記加工ツール２１１の移動制御や切断制御を行うための装置であり、記画像処理装置１００にて算出した情報からミクロジョイント切断の軌跡を導出し、ミクロジョイント切断の軌跡に沿って前記産業用ロボット２１の加工ツール２１１を動作させる。
【００５０】
図２１は、上記実施形態の産業用ロボットコントローラ２２の加工ツールの切断軌跡算出処理を示すフロー概要図であり、図２２は上記実施形態の産業用ロボットコントローラ２２の加工ツールの動作処理を示すフロー概要図である。
産業用ロボットコントローラ２２は、位置計測用円中心位置ＩＣγ、位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）（γ＝１，２，・・・，Ｗ  Ｗ：算出された円中心位置の総数）を前記画像処理装置１００から取得し、まずγ＝１（Ｓ８０１）として、位置計測用円中心位置ＩＣ１を加工ツール開始位置とする（加工ツール開始位置決定処理）（Ｓ８０２）。そして、位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬ１（ｘ，ｙ）を使用してミクロジョイントの探索を行う（ミクロジョイント部探索処理）（Ｓ８０３）。位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬ１（ｘ，ｙ）においてミクロジョイント部が探索されると、位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬ１（ｘ，ｙ）において加工ツール終了位置を決定し（Ｓ８０４）、加工ツール開始位置からミクロジョイントを切断する軌跡Ｔｒ＿γを導出する（Ｓ８０５）。全ての位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）（γ＝１，２，・・・，Ｗ  Ｗ：算出された円中心位置の総数）に関して軌跡Ｔｒ＿γを算出したかどうか確認し（Ｓ８０６）、全ての位置計測用中心位置近傍範囲ＩＬγ（ｘ，ｙ）に関して軌跡Ｔｒ＿γを算出していない場合は全ての軌跡Ｔｒ＿γを算出するまで（Ｓ８０２）〜（Ｓ８０５）を繰り返す（Ｓ８０８）。その後、全ての軌跡Ｔｒ＿γを通る全体の切断軌跡Ｔｒ＿ａｌｌを算出する（Ｓ８０７）。
次に、全体の切断軌跡Ｔｒ＿ａｌｌに沿って、加工ツール２１１を移動制御する（Ｓ９０１）。全体の切断軌跡Ｔｒ＿ａｌｌは、ロボット座標系と位置計測部２の座標系の変換行列によってロボット座標系に変換されているものとする。加工ツール２１１はミクロジョイント部において、画像処理装置１００で算出された傾き情報より加工ツール２１１がミクロジョイント部周辺の板材に垂直になるように傾けた状態でミクロジョイント部を切断する（Ｓ９０２）。
このように、正確な位置情報をもとに加工ツール２１１の切断軌跡を算出することが可能であり、かつ傾き情報によって、ミクロジョイント部以外の箇所を傷つけることなく正確にミクロジョイントを切断することが可能となる。
【００５１】
また、本発明の画像処理装置をレーザー加工技術に適用することで、レーザー加工後の部品を正確に識別する技術に応用することも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１００            画像処理装置、
２                位置計測部、
３                位置計測制御部、
４                画像処理部、
５                計測対象物、
６                照明部、
７                計測対象物載置台、
８                ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）、
９                補助継電器（リレー）、
１２              撮像部、
１３              表示部、
Ｈ                ピアッシング孔、
Ｍ                ミクロジョイント部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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