(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内において産業用ロボットを用いて、少なくとも１つのオブジェクトを最終姿勢に高精度で位置決めするための方法であって、
前記方法は、
・設定可能なポジショニングに位置調整できる第１の産業用ロボット（１１）と、
・光学的な３Ｄ撮像装置（１）と
を使用する方法において、
前記３Ｄ撮像装置（１）は、
・３次元の空間座標系において校正され、ある位置（Ｐ）に所定の方向で位置決めされており、
・所定の視野（８）内で、それぞれ奥行情報が対応付けられる複数の画素からそれぞれ構成される３次元画像を、電子的に撮像するように構成されており、
・前記視野（８）を位置調整するために該３Ｄ撮像装置（１）の方向を調整するための駆動ユニット（３）を有し、
・該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向を高精度で検出するための角度測定ユニット（４）を有し、
前記角度測定ユニット（４）は、前記視野（８）を前記空間座標系内で求められるように該空間座標系内で校正されており、
前記方法において、
・前記３Ｄ撮像装置（１）を位置固定されたターゲットマーク（Ｔ）に向けることにより、前記空間座標系内における該３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）が検出され、
・光学的に検出可能である既知の第１の特徴的要素（１３）を備えた第１のオブジェクト（１２）が、前記第１の産業用ロボット（１１）によって把持公差内で把持および保持され、
・前記第１の産業用ロボット（１１）のポジショニングの設定によって前記空間座標系内において前記第１のオブジェクト（１２）を微調整するように位置調整でき前記把持公差を補正する、該第１の産業用ロボット（１１）に対する第１の微調整量が求められ、
・前記第１のオブジェクト（１２）が第１の最終姿勢に高精度で位置調整され、
前記第１の微調整量を求めるために、
・前記駆動ユニット（３）によって、前記第１の産業用ロボット（１１）の第１の微調整ポジショニングで保持された前記第１のオブジェクト（１２）の第１の特徴的要素（１３）の少なくとも一部に向けて前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）の方向を調整するステップと、
・少なくとも１つの第１の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記第１の３次元画像と、前記第１のオブジェクト（１２）の既知の第１の特徴的要素（１３）とから、前記第１の産業用ロボット（１１）の第１の微調整ポジショニングにおける前記空間座標系内での該第１のオブジェクト（１２）の姿勢を求めるステップと、
・前記第１の産業用ロボット（１１）の第１の微調整ポジショニングと、少なくとも、該第１の産業用ロボット（１１）の第１の微調整ポジショニングにおける前記第１のオブジェクト（１２）の求められた姿勢とを使用して、前記第１の微調整量を求めるステップと
が行われ、
前記第１のオブジェクト（１２）を前記第１の最終姿勢に高精度で位置調整するために、前記第１のオブジェクト（１２）が所定の公差内で前記第１の最終姿勢に達するまで、
・少なくとも１つの別の第１の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記別の第１の３次元画像と、前記第１のオブジェクト（１２）の既知の第１の特徴的要素（１３）とから、前記空間座標系における該第１のオブジェクト（１２）の現在の姿勢を求めるステップと、
・前記第１のオブジェクト（１２）の現在の姿勢と前記第１の最終姿勢との姿勢差を計算するステップと、
・前記第１の産業用ロボット（１１）の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、前記第１の微調整量を考慮して該第１の産業用ロボット（１１）の新たな目標ポジショニングを計算するステップと、
・前記第１の産業用ロボット（１１）を前記新たな目標ポジショニングに位置調整するステップと
を繰り返し実施し、
前記姿勢差に関連する量はとりわけ、該姿勢差に１以下の係数を乗算して得られる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第１の３次元画像を撮像するステップが、
・前記第１のオブジェクト（１２）の既知の第１の特徴的要素（１３）から離間している前記ターゲットマーク（Ｔ）に向けることにより前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）を検出した後、前記視野（８）の方向を変えて、第１のオブジェクト（１２）の第１の３次元画像を撮像するステップ
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の産業用ロボット（１１）によって前記第１のオブジェクト（１２）を把持した後、前記第１の微調整量を求めるために該第１の産業用ロボット（１１）を前記第１の微調整ポジショニングに位置調整する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記第１のオブジェクト（１２）が所定の公差以内で前記第１の最終姿勢に達するまで繰り返し行われる前記ステップの前に、
・前記第１の微調整量に基づいて、前記第１の微調整ポジショニングから、前記第１のオブジェクト（１２）が前記第１の最終姿勢に近い第１の近似姿勢に位置決めされるポジショニングに前記第１の産業用ロボット（１１）を位置調整し、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）を前記駆動ユニット（３）によって、前記第１の近似姿勢に位置決めされた前記第１のオブジェクト（１２）の第１の特徴的要素（１３）の少なくとも一部に向けるように方向調整する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１のオブジェクト（１２）を前記第１の最終姿勢に高精度で位置調整する前に、
・第２のオブジェクト（２２）を第２の産業用ロボット（２１）または手動で把持し、オブジェクトホルダ（２４）に配置して前記空間座標系における第２の最終姿勢に位置決めする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記第２のオブジェクト（２２）は、光学的に検出可能である既知の第２の特徴的要素（２３）を備えており、
前記第２のオブジェクト（２２）を前記オブジェクトホルダ（２４）に配置した後に、前記空間座標系内における該第２のオブジェクト（２２）の第２の最終姿勢を求めるために、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）を前記駆動ユニット（３）によって前記第２のオブジェクト（２２）の第２の特徴的要素（２３）の少なくとも一部に向けるように方向調整するステップと、
・少なくとも１つの第２の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記第２の３次元画像と、前記第２のオブジェクト（２２）の既知の第２の特徴的要素（２３）とから、前記空間座標系内における前記第２のオブジェクト（２２）の第２の最終姿勢を求めるステップと
を行い、
前記第１のオブジェクト（１２）の第１の最終姿勢は、前記第２のオブジェクト（２２）の第２の最終姿勢、および、該第１のオブジェクト（１２）と該第２のオブジェクト（２２）との間の所定の相対姿勢とから計算される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第１のオブジェクト（１２）を前記第１の最終姿勢に高精度で位置調整する前に、
・光学的に検出可能である既知の第２の特徴的要素（２３）を備えた第２のオブジェクト（２２）が第２の産業用ロボット（２１）によって把持公差内で把持および保持され、
・前記第２のオブジェクト（２２）が第２の最終姿勢になる最終ポジショニングに、前記第２の産業用ロボット（２１）が位置調整され、
・前記空間座標系内における前記第２のオブジェクト（２２）の第２の最終姿勢が求められ、
前記第２の最終姿勢を求めるために、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）を前記駆動ユニット（３）によって前記第２のオブジェクト（２２）の第２の特徴的要素（２３）の少なくとも一部に向けて方向調整するステップと、
・少なくとも１つの第２の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記第２の３次元画像と、前記第２のオブジェクト（２２）の既知の第２の特徴的要素（２３）とから、前記空間座標系における該第２のオブジェクト（２２）の第２の最終姿勢を求めるステップと
を実施し、
前記第１のオブジェクト（１２）の第１の最終姿勢は、前記第２のオブジェクト（２２）の第２の最終姿勢、および、該第１のオブジェクト（１２）と該第２のオブジェクト（２２）との間の所定の相対姿勢とから計算される、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記第１のオブジェクト（１２）を前記第１の最終姿勢に高精度で位置調整する前に、
・光学的に検出可能である既知の第２の特徴的要素（２３）を備えた第２のオブジェクト（２２）が第２の産業用ロボット（２１）によって把持公差内で把持および保持され、
・前記第２の産業用ロボット（２１）のポジショニングの設定によって前記空間座標系において前記第２のオブジェクト（２２）を微調整するように位置調整するために、該第２の産業用ロボット（２１）に対し、前記把持公差を補正する第２の微調整量が求められ、
・前記第２のオブジェクト（２２）が第２の最終姿勢に高精度で位置調整され、
前記第２の微調整量を求めるために、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）を前記駆動ユニット（３）によって、前記第２の産業用ロボット（２１）の第２の微調整ポジショニングで保持されている前記第２のオブジェクト（２２）の第２の特徴的要素（２３）の少なくとも一部に向けるように方向調整するステップと、
・少なくとも１つの第２の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記第２の３次元画像と、前記第２のオブジェクト（２２）の既知の第２の特徴的要素（２３）とから、前記第２の産業用ロボット（２１）の前記第２の微調整ポジショニングでの、前記空間座標系における該第２のオブジェクト（２２）の姿勢を求めるステップと、
・前記第２の産業用ロボット（２１）の第２の微調整ポジショニングと、少なくとも、該第２の産業用ロボット（２１）の第２の微調整ポジショニングにおける前記第２のオブジェクト（２２）の求められた姿勢とを用いて、前記第２の微調整量を求めるステップと
を実施し、
前記第２のオブジェクト（２２）を第２の最終姿勢に高精度で位置調整するために、該第２のオブジェクト（２２）が該第２の最終姿勢に所定の公差内で達するまで、
・少なくとも１つの別の第２の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記別の第２の３次元画像と、前記第２のオブジェクト（２２）の既知の第２の特徴的要素（２３）とから、前記空間座標系における前記第２のオブジェクト（２２）の現在の姿勢を求めるステップと、
・前記第２のオブジェクト（２２）の現在の姿勢と前記第２の最終姿勢との姿勢差を計算するステップと、
・前記第２の産業用ロボット（２１）の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、前記第２の微調整量を考慮して該第２の産業用ロボット（２１）の新たな目標ポジショニングを計算するステップと、
・前記第２の産業用ロボット（２１）を前記新たな目標ポジショニングに位置調整するステップと
を繰り返し実施し、
前記姿勢差に関連する量はとりわけ、該姿勢差に１以下の係数を乗算することによって求められる、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記第２のオブジェクト（２２）を把持した後、前記第２の微調整量を求めるために、前記第２の産業用ロボット（２１）を前記第２の微調整ポジショニングに位置調整する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の最終姿勢に所定公差内で達するまで繰り返される前記ステップの前に、
・前記第２の微調整量を考慮して、前記第２の産業用ロボット（２１）を前記第２の微調整ポジショニングから、前記第２のオブジェクト（２２）が前記第２の最終姿勢に近い第２の近似姿勢に位置決めされるポジショニングに位置調整し、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）を前記駆動ユニット（３）によって、前記第２の近似姿勢に位置決めされた前記第２のオブジェクト（２２）の第２の特徴的要素（２３）の少なくとも一部に向けるように方向調整する、
請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
・加工ツールとして構成された第３のオブジェクト（３２）を第３の産業用ロボット（３１）によって保持公差内で保持し、ただし、該加工ツール（３２）または該第３の産業用ロボット（３１）のうち該加工ツール（３２）に結合される部分は、光学的に検出可能である既知の第３の特徴的要素（３３）を備えており、
・前記第３の産業用ロボット（３１）のポジショニングの設定によって前記空間座標系内において前記加工ツール（３２）を微調整するように位置調整するために、該第３の産業用ロボット（３１）に対し、前記保持公差を補正する第３の微調整量が求められ、
前記第３の微調整量を求めるために、
・前記加工ツール（３２）が前記第３の産業用ロボット（３１）の第３の微調整ポジショニングで保持されている状態で、前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）を前記駆動ユニット（３）によって前記第３の特徴的要素（３３）の少なくとも一部に向けるように方向調整するステップと、
・少なくとも１つの第３の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記第３の３次元画像と、既知である前記第３の特徴的要素（３３）とから、前記第３の産業用ロボット（３１）の第３の微調整ポジショニングにおける、前記空間座標系内での前記加工ツール（３２）の姿勢を検出するステップと、
・前記第３の産業用ロボット（３１）の第３の微調整ポジショニングと、少なくとも、該第３の産業用ロボット（３１）の第３の微調整ポジショニングにおける前記加工ツール（３２）の検出された姿勢とを使用して、前記第３の微調整量を求めるステップと
を実施する、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記加工ツール（３２）が第３の最終姿勢に所定の公差内で達するまで、
・少なくとも１つの別の第３の３次元画像を撮像するステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された前記３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記別の第３の３次元画像と、既知である前記第３の特徴的要素（３３）とから、前記空間座標系における前記加工ツール（３２）の現在の姿勢を求めるステップと、
・前記第３のオブジェクト（３２）の現在の姿勢と前記第３の最終姿勢との姿勢差を計算するステップと、
・前記第３の産業用ロボット（３１）の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、前記第３の微調整量を考慮して該第３の産業用ロボット（３１）の新たな目標ポジショニングを計算するステップと、
・前記第３の産業用ロボット（３１）を前記新たな目標ポジショニングに位置調整するステップと
を繰り返すことにより、前記加工ツール（３２）を前記第３の最終位置に位置調整し、
前記姿勢差に関連する量はとりわけ、該姿勢差に１以下の係数を乗算して得られる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記特徴的要素（１３；２３；３３）の一部分は、電子的なデータ処理装置によって処理可能なモデルから既知であり、
・前記データ処理装置によって実行される画像処理によって、前記特徴的要素（１３；２３；３３）を、前記モデルまたは前記撮像画像のいずれかにおいて識別する、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記特徴的要素（１３；２３；３３）の一部分は、電子的なデータ処理装置によって処理可能なモデルから既知であり、
・前記データ処理装置によって実行される画像処理によって、前記特徴的要素（１３；２３；３３）を、前記モデルおよび前記撮像画像において識別し、
・前記モデルにおいて識別された前記特徴的要素（１３；２３；３３）と前記撮像画像において識別された前記特徴的要素（１３；２３；３３）とを対応付け、
・前記撮像された特徴的要素（１３；２３；３３）が検出された、前記空間座標系における位置と、前記対応付けられた特徴的要素（１３；２３；３３）とから、該空間座標系における前記オブジェクト（１２；２２；３２）の姿勢を求める、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
・前記撮像された特徴的要素（１３；２３；３３）の相互間の相対姿勢を求め、前記モデルから既知である前記特徴的要素の相互間の相対姿勢と比較し、
・前記撮像された特徴的要素（１３；２３；３３）の相互間の相対姿勢と、前記モデルから既知である前記特徴的要素の相互間の相対姿勢との比較結果に応じて、エラーメッセージを出力する、
請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記３Ｄ撮像装置（１）は、
・少なくとも１つの第１のカメラ（２ａ）が前記駆動ユニット（３）によって、前記空間座標系を基準として水平方向の傾斜軸（Ｈ）と垂直方向の縦軸（Ｖ）とを軸として方向調整可能であり、
・前記角度ユニット（４）によって、前記縦軸（Ｖ）を軸とする水平方向の、前記空間座標系における角度方向（α）と、前記傾斜軸（Ｈ）を軸とする垂直方向の、該空間座標系における角度方向（β）とが検出され、
・とりわけ、前記傾斜軸（Ｈ）と前記縦軸（Ｖ）とは実質的に交わる
ように構成されている、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のカメラ（２ａ）は、それぞれ奥行情報が対応付けられた複数の画素からそれぞれ構成される３次元画像を直接撮像するためのＲＩＭカメラとして構成されている、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記３Ｄ撮像装置（１）は電子光学的な測距装置（５）を有し、
前記３次元画像は、
・前記電子光学的な測距装置（５）によって、少なくとも１つの光学的な奥行測定を行うことにより、前記画素に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の区分における奥行情報を検出するステップと、
・前記奥行情報を前記複数の画素に対応付けるステップと
によって生成され、
とりわけ、
・前記電子光学的な測距装置（５）は点走査式のスキャナとして構成され、前記奥行情報の検出は該点走査式のスキャナを順次走査させることによって実施され、少なくとも１つの点状の測定ビームが、前記視野（８）に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の面を点ごとに光学スキャンするか、
または、
・前記電子光学的な測距装置（５）は線走査式スキャナとして構成され、前記奥行情報の検出は該線走査式スキャナを並列走査させることによって実施され、少なくとも１つの線状の測定ビームが、前記視野（８）に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の面を線ごとに光学スキャンするか、
または、
・前記電子光学的な測距装置（５）は面奥行測定装置として構成され、前記奥行情報の検出は該面奥行測定装置を完全並列走査させることによって実施され、とりわけ複数の測定ビームから成るビーム束によって形成された少なくとも１つの面状の測定ビームが、前記視野（８）に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の面を面単位で光学スキャンする、
請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
・前記３Ｄ撮像装置（１）は第２のカメラ（２ｂ）を有し、
・前記第２のカメラ（２ｂ）の視野と前記第１のカメラ（２ａ）の視野とがオーバーラップ領域において少なくとも部分的に重なることによって前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）が形成されるように、該第２のカメラ（２ｂ）と該第１のカメラ（２ａ）とが結合され、かつ、該第２のカメラ（２ｂ）と該第１のカメラ（２ａ）との間隔が調整されて配置されており、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）内における前記３次元画像は、前記第１のカメラ（２ａ）と前記第２のカメラ（２ｂ）との間の既知である相対的な視点から、画像処理によって生成される、
請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
空間内において少なくとも１つの産業用ロボットによって少なくとも１つのオブジェクトを最終姿勢に高精度で位置決めするためのシステムであって、
前記システムは、
・設定可能なポジショニングに位置調整可能な第１の産業用ロボット（１１）と、
・光学的な３Ｄ撮像装置（１）と、
・画像処理を行うために構成されたデータ処理装置を含む制御装置（９）と
を有し、
前記３Ｄ撮像装置（１）は、
・３次元の空間座標系において校正されており、既知の位置（Ｐ）に既知の方向で位置決めされており、
・所定の視野（８）内で、それぞれ奥行情報が対応付けられる複数の画素からそれぞれ構成された３次元画像を電子的に撮像するように構成されており、
・前記視野（８）を位置調整するために該３Ｄ撮像装置（１）を方向調整するための駆動ユニット（３）を有し、
・前記空間座標系における前記視野（８）を検出するために該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向を高精度で検出するための角度測定ユニット（４）を有し、
前記角度測定ユニット（４）は前記空間座標系において校正されており、
前記制御装置（９）が前記第１の産業用ロボット（１１）および前記３Ｄ撮像装置（１）とデータ接続されていることにより、
・該制御装置（９）に、該３Ｄ撮像装置（１）によって撮像された３次元画像が供給され、
・該制御装置（９）に、前記角度測定ユニット（４）によって検出された、該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向が供給され、
・前記駆動ユニット（３）は該制御装置（９）によって、前記３Ｄ撮像装置（１）を方向調整するように駆動制御され、
・前記第１の産業用ロボット（１１）は、該制御装置（９）によって設定されたポジショニングに位置調整され、
前記制御装置（９）および該制御装置のデータ処理装置は、
・前記制御装置（９）に既知であり光学的に検出可能な第１の特徴的要素（１３）を備えた第１のオブジェクト（１２）が前記第１の産業用ロボット（１１）によって、把持公差内で把持および保持され、
・前記第１の産業用ロボット（１１）のポジショニングの設定によって前記第１のオブジェクト（１２）を前記空間座標系において微調整するように位置調整するために、該第１の産業用ロボット（１１）に対し、前記把持公差を補正する第１の微調整量が前記制御装置（９）によって求められ、
・前記第１のオブジェクト（１２）が該制御装置（９）によって第１の最終姿勢に高精度で位置調整される
ように構成されており、
前記第１の微調整量は、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の視野（８）が前記駆動ユニット（３）によって、前記第１の産業用ロボット（１１）の第１の微調整ポジショニングで保持された前記第１のオブジェクト（１２）の第１の特徴的要素（１３）の少なくとも一部に向けられるように方向調整されるステップと、
・少なくとも１つの第１の３次元画像が撮像されるステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記第１の３次元画像と、前記第１のオブジェクト（１２）の既知である第１の特徴的要素（１３）とから、前記第１の産業用ロボット（１１）の前記第１の微調整ポジショニングにおける、前記空間座標系での前記第１のオブジェクト（１２）の姿勢が求められるステップと、
・前記第１の産業用ロボット（１１）の前記第１の微調整ポジショニングと、少なくとも、該第１の産業用ロボット（１１）の該第１の微調整ポジショニングにおける前記第１のオブジェクト（１２）の求められた姿勢とを使用して、前記第１の微調整量が求められるステップと
によって、前記制御装置（９）によって求められ、
前記第１のオブジェクト（１２）が前記第１の最終姿勢に、所定の公差内で達するまで、
・少なくとも１つの別の第１の３次元画像が撮像されるステップと、
・前記３Ｄ撮像装置（１）の位置（Ｐ）と、前記角度測定ユニット（４）によって検出された該３Ｄ撮像装置（１）の角度方向と、前記別の第１の３次元画像と、前記第１のオブジェクト（１２）の既知である第１の特徴的要素（１３）とから、前記空間座標系における前記第１のオブジェクト（１２）の現在の姿勢が求められるステップと、
・前記第１のオブジェクト（１２）の実際の姿勢と前記第１の最終姿勢との姿勢差が計算されるステップと、
・前記第１の微調整量を考慮して、前記第１の産業用ロボット（１１）の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、該第１の産業用ロボット（１１）の新たなポジショニングが計算されるステップと、
前記第１の産業用ロボット（１１）が前記新たな目標ポジショニングに位置調整されるステップと
が繰り返され、
前記姿勢差に関連する量はとりわけ、該姿勢差に１以下の係数を乗算することによって得られ、
とりわけ、前記制御装置（９）は請求項１から１９までのいずれか１項記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とする、システム。
【請求項２１】
前記３Ｄ撮像装置（１）は、
・少なくとも１つの第１のカメラ（２ａ）が前記駆動ユニット（３）によって、前記空間座標系を基準として水平方向の傾斜軸（Ｈ）と垂直方向の縦軸（Ｖ）とを軸として方向調整可能であり、
・前記角度測定ユニット（４）によって、前記空間座標系における、前記縦軸（Ｖ）を軸とする水平方向の角度方向（α）と、前記傾斜軸（Ｈ）を軸とする垂直方向の角度方向（β）とが検出され、
・とりわけ、前記傾斜軸（Ｈ）と前記縦軸（Ｖ）とが実質的に交わる
ように構成されている、請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１のカメラ（２ａ）は、それぞれ奥行情報が対応付けられた複数の画素からそれぞれ構成される３次元画像を直接撮像するためのＲＩＭカメラとして構成されている、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記３Ｄ撮像装置（１）は電子光学的な測距装置（５）を有し、
前記制御装置（９）および該制御装置（９）のデータ処理装置および／または前記３Ｄ撮像装置は、前記３次元画像が、
・前記電子光学的な測距装置（５）によって、前記画素に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の区分において少なくとも１つの光学的な奥行測定を行うことによって、前記奥行情報が検出され、
・前記奥行情報と前記複数の画素とが対応付けられる
ことによって生成されるように構成されており、
とりわけ、
・前記電子光学的な測距装置（５）は点走査式のスキャナとして構成され、前記奥行情報の検出は該点走査式のスキャナを順次走査させることによって実施され、少なくとも１つの点状の測定ビームが、前記視野（８）に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の面を点ごとに光学スキャンするか、
または、
・前記電子光学的な測距装置（５）は線走査式スキャナとして構成され、前記奥行情報の検出は該線走査式スキャナを並列走査させることによって実施され、少なくとも１つの線状の測定ビームが、前記視野（８）に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の面を線ごとに光学スキャンするか、
または、
・前記電子光学的な測距装置（５）は面奥行測定装置として構成され、前記奥行情報の検出は該面奥行測定装置を完全並列走査させることによって実施され、とりわけ複数の測定ビームから成るビーム束によって形成された少なくとも１つの面状の測定ビームが、前記視野（８）に相当する前記オブジェクト（１２，２２，３２）の面を面単位で光学スキャンする、
請求項２１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間内において、産業用ロボットと光学的３Ｄ撮像装置とを使用して、光学的に検出可能な既知の特徴的要素を有する少なくとも１つのオブジェクトを最終姿勢に高精度で位置決めするための方法と、該方法を実施するのに適したシステムとに関する。このような方法およびシステムは、作業工程を実施するために空間内においてたとえば薄板または他のボディ部材等であるオブジェクトを産業用ロボットによって所定の位置および方向に高精度で設けなければならない自動製造業において、たとえば自動車産業において、組立プロセスおよび製造プロセスを行うのに使用される。
【０００２】
把持装置によって把持されるオブジェクトを空間内の所定の位置および方向に位置決めするための従来技術から公知の操作システム、とりわけ、たとえば関節アームロボット等の産業用ロボットは、内部測定システムを有する。この内部測定システムは、操作システムの肢部のポジショニングを検出し、空間内における把持装置の位置および方向に関する情報を得る。ここでは、軸基準座標系と空間基準座標系とを区別すべきである。各軸基準座標系は、ロボットの１つの軸と該ロボットの瞬時のポジショニングとを基準とする座標系である。ロボットの個々の軸および肢部の運動連鎖とその瞬時のポジショニングとから、該運動連鎖の終端におけるロボットツールすなわち把持装置の一意の姿勢（位置および方向）が得られる。しかし、産業用ロボットの把持装置の姿勢は有利には空間基準で、いわゆるＴＣＰ（ツールセンターポイント）を使用して記述される。これは、ロボットツールの適切な位置にある仮想的な基準点である。ロボットツールがとるべき姿勢を記述するためには、空間内におけるＴＣＰの位置と該ＴＣＰの回転とを定義する。とりわけいわゆるデナビット‐ハーテンバーグ（Denavit-Hartenberg）変換を使用して、ロボット制御部により、ロボットツールが所定の姿勢をとるために個々のロボット軸がとるべきポジショニングを計算する。ＴＣＰを有する把持装置の姿勢は有利には、ワールド座標系または空間座標系またはセル座標系を基準とする。この座標系はたとえば、ロボットの第１軸のベース、基底軸、基底フレームまたはロボットベースに直接的または間接的に関連づけされ、これに結合されている。このようなワールド座標系、空間座標系またはセル座標系を、他の部分座標系が参照する。もちろん、このようなワールド座標系、空間座標系またはセル座標系は絶対的なグローバル系でなくてもよく、別のシステムに従属させることもできる。この別のシステムとはすなわち、処理内で上位の基準系を形成する座標系である。大抵はこのような座標系は、処理ホール、処理室または処理セルの床面に関連づけされる。
【０００３】
このようにして、ロボット制御部に適切な入力を行うことにより、把持装置によって把持されるオブジェクトも含めて、該把持装置を所定のポジショニングに位置調整することができる。すなわち、把持されたオブジェクトは把持装置のポジショニングの設定によって、空間内に位置決めされる。しかし、その際にはとりわけ、以下の２つの問題が生じる。高重量のオブジェクトを保持するように構成された従来の産業用ロボットの測定システムは、多くの製造手法で必要とされるほど正確な姿勢を空間内において把持装置がとれるほど高精度ではない。産業用ロボットの駆動装置は十分に高精度であるにもかかわらず、その測定システムの精度はそうではない。運動連鎖によって、個々の測定エレメントの測定誤差は倍増し、とりわけ関節アームロボットの角度センサである個々の測定エレメントの測定精度と、ロボット肢部の不可避の弾性とによって倍増する。
【０００４】
また、空間内の把持装置のポジショニングひいては該把持装置の姿勢から、該空間内のオブジェクトを必ず特定の姿勢できるとは限らない。というのも、たいていは把持公差内しかオブジェクトを把持することができないからである。この把持公差はしばしば、所要の位置決め精度を大幅に超えることが多いので、把持誤差、すなわち把持装置に対するオブジェクトの相対姿勢も考慮しなければならない。こうするためには、ロボットに所属しない別個の測定システム、とりわけ非接触の光学的測定システムが使用される。このような測定システムを使用しなければ、空間内においてオブジェクトを所要の精度で所定の姿勢に位置決めすることができない。
【０００５】
ＷＯ２００７／００４９８３Ａ１（Pettersson）から、とりわけプレス薄板部材または複合薄板等の被加工品の溶接接合手法が公知である。相互に接合される被加工品は産業用ロボットによって保持され、これらの被加工品を相互間で溶接接合するために、該産業用ロボットによって相互に相対的に位置決めされる。溶接接合部が形成される間、被加工品は産業用ロボットによってそれぞれの姿勢に維持され、これらの部材の相対的な姿勢が維持される。この溶接はたとえば溶接ロボットによって行われる。測定システムが被加工品の位置を測定することにより、溶接工程前に被加工品の位置決めを行うことができる。この測定はとりわけ、溶接工程中に連続的に行われる。上記の方法によって、形成するのが面倒な被加工品固有の通常の形状と、該被加工品を溶接前に固定するための被加工品リテーナとを省略することができる。産業用ロボットは、異なる形状および構成の被加工品に汎用的に使用することができる。というのも、被加工品の位置を測定システムによって検出することにより、被加工品を同定してコントロールし、部材を相互間で相対的に、高精度で位置決めできるからである。それゆえ、１つのシステムを異なる被加工品に使用することができ、被加工品リテーナを交換する必要はなくなる。開示内容によれば、上述の手法はとりわけ、薄板部材を溶接するのに適しており、とりわけ自動車工業において薄板部材を溶接するのに適している。可能な測定システムとしては、一般的に、被加工品表面で事前に定義されたポイントを測量するレーザ三角測量方式が挙げられる。このレーザ三角測量方式では、たとえば反射器が被加工品に取り付けられる。記載内容によれば、各反射器の位置を検出するためにレーザ光源と２次元検出器とを使用することができ、これによって、被加工品の位置および方向が３つのこのような点によって検出することができる。ＷＯ２００７／００４９８３Ａ１には、測定システムの詳細な構成は記載されていない。
【０００６】
ＵＳ５３８０９７８（Pryor）に、空間内において産業用ロボットを使用してオブジェクトの位置決めを行う手法、とりわけ薄板部材の位置決めを行う手法が記載されている。測定システムとしてとりわけ、空間内のオブジェクトの姿勢を３次元で検出するために適切なステレオベースを有する複数のカメラが使用される。このカメラは視野を調整するために旋回可能であり、特別な実施形態では、レーザ測距装置も有することができるセオドライトカメラとして構成される。ここで記載されているセオドライトは、カメラを高精度で位置調整するための調整装置として使用される。ＵＳ４８５１９０５（Pryor）やＵＳ５７０６４０８（Pryor）にも同様の測定システムが記載されている。
【０００７】
ＵＳ２００９／０５５０２４（Kay）に記載されたロボットアーム‐制御システムでは、制限された視野を有し固定的に方向決めされた３Ｄスキャン装置が、ロボットアームとターゲットオブジェクトとに向けられている。ロボットアームおよびターゲットオブジェクトは双方ともにマークを有し、これらのマークは、３Ｄスキャン装置の固定視野内に存在する。ターゲットオブジェクトとロボットアームとの空間的な相対姿勢が、３Ｄスキャン装置を用いて検出される。ターゲットオブジェクトがロボットアームによって把持されるように、該ロボットアームは３Ｄスキャン装置を用いて駆動制御される。上述のシステムの欠点は、３Ｄスキャン装置の固定視野が制限されていることにより、ロボットアームとターゲットオブジェクトとの間の間隔が非常に制限されてしまうことである。というのも、両構成要素のマークは必ず、３Ｄスキャン装置の視野内に存在しなければならないからである。このことにより、３Ｄスキャン装置の視野を拡大する必要性が生じ、さらに、該３Ｄスキャン装置の画像分解能は制限されていることから、マークを十分な精度で検出できなくなり、位置決め精度は制限されてしまう。上述の方法は、‐オブジェクトを把持してしない‐ロボットアームを、把持すべきオブジェクトの方向に相対的に動かす方法のみであり、マーク相互間の相対姿勢検出のみを行えばよいので、空間内における３Ｄスキャン装置の絶対的な位置および方向を検出する必要はない。したがって、空間座標系における３Ｄスキャン装置の位置を検出することによって基準を特定することや、空間座標系内における方向の検出を完全に省略することができる。
【０００８】
ＥＰ１３４５０９９Ａ２（TECMEDIC）に、ロボットの把持装置によって低精度で把持される被加工品の保管場所を検出して該ロボットによって該被加工品をオブジェクトに取り付ける方法が記載されている。この方法では、把持装置と、カメラ等のセンサを有する画像処理システムと、コンピュータとを使用する。相互に離隔された複数の定置式のカメラ、または、ロボットアームに取り付けられ相互に離隔された複数のカメラが、それぞれ固定的な視野を有し、これらのカメラの視野は相互に重なる。まず、校正オブジェクトの姿勢と、校正被加工品の姿勢とを検出する。前記被加工品はロボットによって低精度で把持され、瞬時持ち上げ位置（Ist-Vorhalteposition）に移動される。予め校正被加工品を用いて求められた目標持ち上げ位置（Soll-Vorhalteposition）からの瞬時持ち上げ位置における被加工品の保管場所から、ロボットの把持誤差を表す瞬時ベクトルを計算する。この瞬時ベクトルに基づいて、把持部の位置決めに対応する変換を計算し、被加工品とオブジェクトとの間で必要とされる相対移動を計算する。瞬時ベクトルによる移動は、ロボット位置決めシステムを介してのみ行われる。その際には、ロボットが十分な精度で被加工品を位置決めすることができ、ロボット誤差が無視できる程度であることを前提とする。カメラの視野は制限されており、動かすことができないため、この手法を適用できる空間的領域は限られてしまう。確かに、この手法を用いれば把持部の把持誤差を検出できるが、ロボット位置決めシステムの精度が低い場合には、このことを検出することができない。この手法では、理想的な非常に高いロボット精度が前提条件とされる。さらに、外部基準決定装置を用いて、ワールド座標系でカメラの基準を特定しなければならない。
【０００９】
ＷＯ２００５／０３９８３６（ISRA Vision）に、調整要素の制御によってハンドリング装置の動きを調整する方法が記載されている。この制御では、光学的に検出されるオブジェクトを基準として動きシーケンスが設定される。識別されたオブジェクトの位置および／または動き状態と、該オブジェクトを基準とする動きシーケンスとから、ハンドリング装置の調整要素に対する制御命令が計算され、適切な調整命令が、動かすべき調整要素へ出力される。換言すると、オブジェクトを把持も位置決めもしないハンドリング装置が該オブジェクトに追従し、該オブジェクトに合わせて制御される。撮像は、定置のカメラによって行われるか、または、相対的な視野が固定されておりハンドリング装置と共に動くカメラによって行われる。
【００１０】
これらのシステムおよび手法の大部分に共通する点は、非接触の写真座標測量を使用して画像処理システムによって、オブジェクトに設けられた複数の特徴的な点の位置を求めることである。
【００１１】
近距離領域においてオブジェクトの表面で非接触の写真座標測量を行うためには、種々の視点からオブジェクトを再現する画像の画像データを、該オブジェクトが測量されるオブジェクト座標系であってたとえば該オブジェクトのＣＡＤモデルの基礎をなすオブジェクト座標系に変換することにより、該オブジェクトの寸法と、画像中の別のオブジェクトに対する該オブジェクトの相対姿勢とを推定する。こうするためには、画像データをデータ処理ユニットにおいて処理する。座標計算の基礎となるのは、使用される画像の相対的なカメラ方向の検出である。
【００１２】
この相対的なカメラ方向の検出では、従来技術から公知であるように、１つのカメラのみを使用してオブジェクト表面の測量すべき面区分を時間的にずらして異なる複数の視点から撮像し、その後に、画像処理システムを使用して、それぞれは２次元画像である複数の画像データを処理していわゆる３次元画像を構成する手段がある。ここで、この３次元画像の画像点にそれぞれ奥行情報が対応付けられ、検査すべき各画像点に、とりわけすべての画像点に、カメラおよび該カメラの視点から決定される画像座標系における３Ｄ画像座標が対応付けられる。従来技術から、複数の異なる視点から同じ場面を示す複数の２次元画像からこのような３次元画像を生成するための種々の画像処理手法が公知である。
【００１３】
さらに従来技術から、複数の異なる視点からカメラを使用して面区分を時間的にずらして撮像する代わりに、複数のカメラを使用して実質的に同時に撮像を行う手段も公知である。このことは、カメラを動かさずに面区分を３次元で検出できるという利点を有すると同時に、さらに、カメラの現時点の方向の検出を省略できるという利点も有する。というのも、カメラ相互間の相対方向および間隔は固定できるからである。
【００１４】
従来技術から、基本的に２つまたは３つのカメラから構成される種々の３Ｄ撮像装置が公知である。これら２つまたは３つのカメラは相互に離隔され、すなわちステレオベースを有し、相対的に固定された異なる視点から１つのシーンを撮像するように１つの共通のケーシング内に相互に固定的に結合されて収容されている。撮像される面区分は、画像の電子的処理を可能にする特徴的な画像特徴を有するとは限らないので、この撮像される面区分の表面にマークを設けることができる。このマークを生成するためには、たとえば光学的ラスタまたは光学的クロスマークを投影するパターン光ビーム、とりわけレーザビームを、３Ｄ撮像ユニットから面区分に投影することができる。通常はこのような３Ｄ撮像ユニットは、実質的に同時に撮像された異なる視点の複数の画像から３次元の画像を導出する画像処理装置を有する。
【００１５】
このような３Ｄ撮像ユニットはたとえば、正三角形に配置された３つのカメラを有し商標「Optigo」および「OptiCell」で知られている CogniTens 社の撮像システムや、ActiCM 社の「Advent」システムである。この「Advent」システムは、相互に隣接して配置された２つの高分解能ＣＣＤカメラと、撮像すべき区分にパターン光を投影するためのプロジェクタとを有する。測量すべき撮像画像の要素の座標を求めるためには、通常は画像内の基準マークが使用され、この基準マークを使用して、本来の目的である３Ｄ座標測定が行われる。その際には、撮像された３次元画像を基準とし３Ｄ撮像ユニットを参照する画像座標系を、オブジェクトを測量する際の基準系となりたとえば該オブジェクトのＣＡＤモデルの基礎となるオブジェクト座標系に変換する。この変換は、オブジェクト座標系内において位置が既知である撮像された基準マークを基礎として行われる。このようにして、従来技術から公知のこのような３Ｄ撮像ユニットでは、０．５ｍｍ未満の精度が実現される。
【００１６】
さらに、面領域内で奥行スキャンを行って点群を生成する、とりわけ３Ｄスキャナの形態で構成された電子光学的測距方式の３Ｄスキャンシステムが公知である。この３Ｄスキャンシステムは、点状の測定ビームが面を点ごとにスキャンする順次方式と、直線状の測定ビームが面を直線ごとにスキャンする並列方式と、面領域内の多数の点を同時にスキャンして該面領域の奥行撮像を行う完全並列方式とに分けられる。これらのシステムすべてに通常共通する点は、奥行走査を行うために、少なくとも１つの測距用ビームを面に向けて方向決めし、かつ／または面全体にわたって動かすことである。とりわけ、順次方式は広範に広まっており、たとえば商品名「Leica HDS 6000」、「Leica ScanStation 2」、「Trimble GX 3D Scanner」、「Zoller + Froehlich IMAGER 5003」および「Zoller + Froehlich IMAGER 5006」で市販されている。また他のシステムとして、たとえば、「3rdTech DeltaSphere3000IR」、「Basis Software Surphaser 25HSX」、「Basis Software Surphaser 25HS」、「Callidus precision Systems CPW 8000」、「Callidus precision Systems CP 3200」、「Faro Europe LS 420」、「Faro Europe LS 880」、「I-Site 4400-LR」、「I-Site 4400-CR」、「Optech ILRIS-3DER」、「Optech ILRIS-3D」、「Riegl Laser Measurement Systems LMS-Z420i / LMS-Z390i」、「Riegl Laser Measurement Systems LPM-321」および「Trimble VX」が挙げられる。
【００１７】
さらに、オブジェクトの撮像を行うと同時に各画素または各画素群の奥行情報も検出できるＲＩＭカメラも存在し、これはＲＩＭまたはレンジイメージングシステムとも称される。これによって、１つの装置だけで、各画素または多数の画素群に奥行情報が対応付けられた、すなわちカメラとの距離情報が対応付けられた３次元画像を撮像することができる。
【００１８】
どの３Ｄ撮像ユニットでも、撮像を所要分解能で行うことができる撮像領域が構成に起因して制限されることが問題になる。それゆえ、比較的大きいオブジェクトを３次元検出する際には、３Ｄ撮像ユニットの異なる複数の位置および方向から複数の個々の３次元撮像画像を形成することが不可欠である。次に、重なり合う画像領域を整合し、撮像された面区分内のマークを使用して、これら多数の比較的小さい撮像画像を組み立ててより大きな３次元全体画像を構成する。従来技術から、このような課題を解決するための種々の手法が公知である。これらの手法に共通する全般的な問題は、組み立てられてより大きな画像を構成する個々の３次元画像が、相互に重なり合うオーバーラップ領域を有さなければならないことである。少なくとも１つの基準点を有する第１の面区分と、該第１の面区分から離れていて基準点を有さない第２の面区分とを結びつける別の画像が撮像されないと、画像処理システムは３Ｄ撮像ユニットの位置を、該第１の面区分から該第２の面区分へ飛び飛びに変化させることはできない。それゆえ、多数の中間撮像を実施して、相互に離れた測量すべき２つの面区分を光学的に結びつけて、一続きの連続的な画像処理を行えるようにしなければならない。本来測定すべきものには直接関係ない多数の３次元画像を撮像することにより、測定プロセス全体が緩慢になり、多くのメモリリソースおよび演算リソースが必要になる。さらに、撮像画像内の座標測量結果には必然的に僅かな測定誤差が発生してしまい、多数の画像が組み合わされた場合、このような僅かな測定誤差は測定精度に大きく影響し、とりわけ基準点の距離が大きい場合には、測定精度に大きく影響してしまう。
【００１９】
したがって、カメラの視界が制限されるため、オブジェクト座標系における位置が既知である基準点を多数使用することは避けられない。上記の純粋な写真測量システムの利点は、オブジェクト座標系における３Ｄ撮像ユニットの個々のカメラの絶対的な位置および方向を求めなくてもよいことである。というのも、撮像された画素の絶対位置は、同じ画像に撮像された基準点の位置の既知の情報と、カメラ相互間の相対的方向の既知の情報と、画像中の基準点に対する測量すべき点の相対位置の既知の情報とから求められるからである。この測量すべき点の相対位置は、三角測量によって計算される。したがって測量システムを、相互間の相対姿勢が既知である画像校正されるカメラと、画像処理装置とに制限することができる。
【００２０】
これらのシステムすべての欠点は、カメラの視界が制限されており画像分解能が制限されているため、カメラないしは被測量オブジェクトの旋回または位置変化を行うことによって視野を動かすのを避けられないことが多いことである。このことはとりわけ、比較的大きなオブジェクトを高精度で測量しなければならない場合に当てはまる。というのも、所要精度を遵守するためには、画像分解能が制限されているためにカメラとオブジェクトとの間の距離は所定の距離を超えてはならないにもかかわらず、このようにオブジェクトに近接するとカメラの視野は該オブジェクトの一部しか捉えられないからである。それゆえ、撮像を行うごとに適切な数の基準点が、有利には少なくとも３つの基準点が視界に入るように基準点を多く使用するか、または、すでに検出されたオブジェクト点の位置を、とりわけオブジェクト表面のすでに検出されたマークを使用する必要がある。
【００２１】
この場合には上述のように、３Ｄ撮像ユニットの複数の異なる位置および方向から複数の個々の３次元画像を撮像する。次に、オーバーラップ画像領域を整合し、撮像された面区分内のマークを使用して、これら多数の比較的小さい撮像画像をまとめて１つのより大きな３次元全体画像を構成する。このことを行うためには時間がかかり、それ自体は測量対象でないマークを使用しなければならない。
【００２２】
さらに従来技術から、３Ｄ撮像ユニットを産業用ロボットの頭部またはポータブル座標測定機によって支持して位置調整できる測定システムおよび手法が公知である。高度かつ高分解能の３Ｄ撮像ユニットの重量は大きく、中には１０ｋｇを超えるものもあるため、撮像精度に相当する所要精度を有する３Ｄ撮像ユニットの位置を正確に検出することはできない。というのも、こうするためには操作システムを定置構成にして、３Ｄ撮像ユニットの使用領域を据置システムに制限しなければならないからである。産業用ロボットの測定精度は比較的低く、高精度の３Ｄ撮像ユニットの測定精度より格段に低いため、産業用ロボットは外部基準をとるのに適していない。他方、ポータブル座標測定機は、高重量の負荷を支持するようには構成されておらず、機械的な負荷が大きい場合には、基準特定に使用できる測定結果が得られない。それゆえ、操作システムから位置測定値が得られる場合、この位置測定値によって、３Ｄ撮像ユニットの絶対位置および／または相対位置を推定することができたとしても、この位置測定値を撮像画像の基準に使用することはできず、とりわけ、繋がっていない異なる面区分の３次元撮像画像のうちで使用できない撮像画像が出てくる。
【００２３】
上記の測定システムは、空間内において操作システムを使用してオブジェクを高精度で位置決めするのに適しており、そのために使用されているが、従来技術から公知のシステムには数多くの欠点がある。上述の測定手法は基本的に画像処理だけで行われるので、このような手法は比較的長い時間がかかり、それ自体は測量の必要がない基準マークまたは補助マークを検出する必要がある。カメラの視界は制限されているため、３Ｄ撮像ユニットはたいてい処理が行われる直ぐ近くに配置され、通常はロボットアームに配置されるか、またはオブジェクトまで僅かな距離の所に配置される。このことに伴い、処理が行われる近くにあることにより、３Ｄ撮像ユニットは、処理‐たとえば溶接‐によって発生する粒子と熱の影響とにさらされてしまう。また、処理が行われる場所に近いことにより、別の操作システムを３Ｄ撮像ユニットの操作システムに整合して、衝突を回避しなければならない。３Ｄ撮像ユニットを移動させ、この移動に伴って基準の再特定を行うことになると、この基準の再特定には比較的長い時間が必要となり、処理フロー全体が緩慢になってしまう。したがって従来は、加工が行われる場所から離れて３Ｄ撮像ユニットを配置することは完全に断念されていた。
【００２４】
それゆえ、有利には０．１ｍｍ未満の精度の高精度非接触３Ｄ測定システムを、産業用ロボットによるオブジェクトの高精度位置決めに使用するという目的と、測定システムを加工に直接さらさずにフレキシブルに扱うことができ、測定システムによって検出される作業動き空間を可能な限り大きくし、とりわけ自由に位置決めできる測定システムを提供するという目的の双方の目的は、工業用途で産業用ロボットによってオブジェクトを位置決めする分野では、従来は十分に解決されなかった対立する目的であった。
【００２５】
それゆえ本発明の課題は、産業用ロボットを使用して少なくとも１つのオブジェクトを空間内の姿勢に高精度で位置決めするための方法および相応のシステムにおいて、フレキシビリティ、高精度および高速な処理速度を有する方法とシステムとを提供することである。この課題は、独立請求項に記載されている構成によって解決される。従属請求項に、本発明の択一的または有利な実施形態が記載されている。
【００２６】
まず最初に、本発明の方法を概説し、その後に、実施例を概略的に示す図面を参照して、本発明の実施可能な有利な構成を概説する。
【００２７】
空間内の最終姿勢に少なくとも１つのオブジェクトを高精度で位置決めするための本発明の方法を実施するためには、産業用ロボットと、光学的な３Ｄ撮像装置とを用いる。第１の産業用ロボットは、設定可能なポジショニングに位置調整することができ、内部校正され、３次元空間座標系で校正され、この座標系を基準とする。前記光学的な３Ｄ撮像装置は、３次元空間座標系内で校正され、既知の位置に既知の方向で位置決めされており、この３Ｄ撮像装置は所定の視野内で、それぞれ複数の画素から構成された３次元画像を電子的に撮像するように構成されており、前記複数の各画素にはそれぞれ奥行情報が対応付けられる。前記光学的な３Ｄ撮像装置は、前記視野を位置調整するために該３Ｄ撮像装置を方向決めするための駆動ユニットを有する。さらに前記光学的な３Ｄ撮像装置は、該３Ｄ撮像装置の角度方向を高精度で検出するための角度測定装置を有する。この角度測定装置４は空間座標系内で校正されていることにより、該空間座標系内における前記視野を求めることができる。本発明による方法は、以下のステップを有する：
光学的に検出可能な既知の第１の特徴的要素を有する第１のオブジェクトを、第１の産業用ロボットが把持公差内で把持および保持する。
第１の産業用ロボットに対して、把持公差を補正する第１の微調整量が次のように求められる。すなわち、第１のオブジェクトが空間座標系において第１の産業用ロボットの第１のポジショニングの設定によって微調整されるように移動するように、第１の微調整量が求められる。前記第１の微調整量をこのように求める際には、以下のステップを行う：
前記駆動ユニットによって、前記第１の産業用ロボットの第１の微調整ポジショニングで保持された前記第１のオブジェクトの第１の特徴的要素の少なくとも一部に向けるように前記３Ｄ撮像装置の視野を位置決めするステップ。
少なくとも１つの第１の３次元画像を撮像するステップ。
前記第１の産業用ロボットの微調整ポジショニングでの、前記空間座標系における前記第１のオブジェクトの姿勢を、前記３次元撮像装置の位置と、前記角度測定ユニットによって検出された、該３次元撮像装置の角度方向と、前記第１の３次元画像と、前記第１のオブジェクトに存在する前記第１の特徴的要素の既知の情報とから求めるステップ。
前記第１の産業用ロボットの前記第１の微調整ポジショニングと、少なくとも、該第１の産業用ロボットの該第１の微調整ポジショニングでの前記第１のオブジェクトの求められた姿勢とを使用して、前記第１の微調整量を求めるステップ。
【００２８】
所定の公差内で第１の最終姿勢に達するまで下記のステップを繰り返し実施することにより、前記第１のオブジェクトを該第１の最終姿勢に高精度で位置調整することができる：
前記３Ｄ撮像装置を使用して少なくとも１つの別の第１の３次元画像を撮像するステップ。
前記３Ｄ撮像装置の位置と、前記角度測定ユニットによって検出された、該３Ｄ撮像装置の角度方向と、前記別の第１の３次元画像と、前記第１のオブジェクトに存在する前記第１の特徴的要素の既知の情報とから、前記空間座標系内における該第１のオブジェクトの現在の姿勢を求めるステップ。
前記第１のオブジェクトの現在の姿勢と前記第１の最終姿勢との姿勢差を計算するステップ。
前記第１の微調整量を考慮して、前記第１の産業用ロボットの現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、該第１の産業用ロボットの新たな目標ポジショニングを計算するステップ。
前記第１の産業用ロボットを前記新たな目標ポジショニングになるように動かすステップ。
【００２９】
空間内において産業用ロボットにより少なくとも１つのオブジェクトを最終姿勢に高精度に位置決めするための本発明のシステムは、第１の産業用ロボットと、光学的な３Ｄ撮像装置と、制御装置とを有する。前記第１の産業用ロボットは、所定のポジショニングに位置調整されるように校正されている。こうするためには、産業用ロボットは内部校正されており、空間座標系を基準とする。前記光学的な３Ｄ撮像装置は、３次元空間座標系内で校正され、既知の位置に既知の方向で位置決めされており、この３Ｄ撮像装置は所定の視野内で、それぞれ複数の画素から構成された３次元画像を電子的に撮像するように構成されており、前記複数の各画素にはそれぞれ奥行情報が対応付けられる。前記光学的な３Ｄ撮像装置は、前記視野を動かすために該３Ｄ撮像装置を方向決めするための駆動ユニットを有し、さらに該３Ｄ撮像装置は、該３Ｄ撮像装置の角度方向を高精度で検出するための角度測定ユニットを有する。この角度測定ユニットは空間座標系内で校正されていることにより、該空間座標系内における前記視野を求めることができる。前記制御装置は、画像処理を行うように構成されたデータ処理装置を有する。制御装置と、第１の産業用ロボットと、前記光学的な３Ｄ撮像装置とは、次のようにデータ接続されている。すなわち、前記制御装置に、該光学的な３Ｄ撮像装置によって撮像された３次元画像が供給され、該制御装置に、前記角度測定ユニットによって検出された該３Ｄ撮像装置の角度方向が供給され、駆動ユニットは該制御装置によって、該３Ｄ撮像装置を方向づけるように駆動制御され、前記第１の産業用ロボットは、該制御装置によって設定されたポジショニングに位置調整されるようにデータ接続されている。
【００３０】
前記制御装置および該制御装置のデータ処理装置は、以下のステップを信号受信、信号評価、信号計算および信号出力によって実施するように構成され、上記構成要素とデータ接続されている。
【００３１】
前記制御装置に既知であり光学的に検出可能である第１の特徴的要素を有する第１のオブジェクトを、第１の産業用ロボットが把持公差内で把持および保持するステップ。
第１の産業用ロボットに対して、把持公差を補正する第１の微調整量を前記制御装置によって次のように求めるステップ、すなわち、第１のオブジェクトが空間座標系において第１の産業用ロボットのポジショニングの設定によって微調整されるように、第１の微調整量を求めるステップ。前記第１の微調整量を前記制御装置によって求める際には、以下のステップを実施する：前記駆動ユニットによって、前記第１の産業用ロボットの第１の微調整ポジショニングで保持された前記第１のオブジェクトの第１の特徴的要素の少なくとも一部に向けるように、前記３Ｄ撮像装置の視野を位置決めするステップ。少なくとも１つの３次元画像を撮像するステップ。前記３Ｄ撮像装置の位置と、角度測定ユニットによって検出された該３Ｄ撮像装置の角度方向と、前記第１の３次元画像と、前記第１のオブジェクトの前記第１の特徴的要素の既知の情報とから、前記第１の産業用ロボットの第１の微調整ポジショニングにおける該第１のオブジェクトの空間座標系での姿勢を求めるステップ。
前記第１の産業用ロボットの第１の微調整ポジショニングと、少なくとも該第１の産業用ロボットの第１の微調整ポジショニングにおける第１のオブジェクトの求められた姿勢とを使用して、第１の微調整量を求めるステップ。
【００３２】
所定の公差内で第１の最終姿勢に達するまで下記のステップを前記制御装置によって繰り返し実施することにより、前記第１のオブジェクトを該第１の最終姿勢に高精度で位置調整することができる：少なくとも１つの別の３次元画像を撮像するステップ。前記撮像装置の位置と、角度測定ユニットによって検出された前記３Ｄ撮像装置の角度方向と、前記別の第１の撮像画像と、前記第１のオブジェクトの前記第１の特徴的要素の既知の情報とから、該第１のオブジェクトの空間座標系での現在の姿勢を求めるステップ。前記第１のオブジェクトの現在の姿勢と第１の最終姿勢との姿勢差を計算するステップ。前記第１の微調整量を使用して、前記第１の産業用ロボットの現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから、該第１の産業用ロボットの新たな目標ポジショニングを計算するステップ。前記第１の産業用ロボットを前記新たな目標ポジショニングに調整するステップ。
【００３３】
本発明の方法および本発明のシステムを以下で、概略的に示された実施例に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】第１のオブジェクトを位置決めするために使用され光学的な３Ｄ撮像装置を使用する本発明の方法およびシステムを示す。
【図１ｂ】本発明の方法のフローチャートである。
【図２】第１のオブジェクトおよび第２のオブジェクトを位置決めするために使用され２つの産業用ロボットを使用する方法およびシステムを示す。
【図３】第１のオブジェクトおよび第２のオブジェクトならびに加工ツールを位置決めするために使用され３つの産業用ロボットを使用する方法およびシステムを示す。
【００３５】
図１ａに、空間内において第１のオブジェクトを第１の最終姿勢に高精度で位置決めするための第１の実施形態のシステムと方法のフローとを示す。図１ｂに本方法のステップを示している。図１ａおよび１ｂを一緒に説明する。
【００３６】
本発明の方法は、空間内において少なくとも１つのオブジェクトを少なくとも１つの産業用ロボットによって最終姿勢に高精度で位置決めするのに使用される。この空間内の最終姿勢は、オブジェクトが高精度で、とりわけ０．５ｍｍ未満の精度で、有利には０．２ｍｍ未満の精度で、特殊な場合には０．１ｍｍ未満の精度でとらなければならない位置および方向であり、一般的には最終姿勢とは、本方法の枠内でオブジェクトがあるべき位置および方向を指す。もちろん、次にオブジェクトを、１つまたは任意の数の別の新たな最終姿勢にすることもできる。
【００３７】
本発明の方法の構成要素には、第１の産業用ロボット１１と、光学的な３Ｄ撮像装置１とが含まれる。本方法をこのようなシステムによって実施するために、さらに制御装置９が設けられる。
【００３８】
第１の産業用ロボット１１は、第１のオブジェクト１２を把持するように構成されている。たとえばこの産業用ロボット１１は、６つの自由度で可動のグリッパ１１ａを備えた関節アームロボットである。グリッパ１１ａは空気圧グリッパとして構成されており、たとえば薄板を把持するように構成されている。また、このグリッパを機械的なグリッパとすることもでき、とりわけ鉗子把持器とすることができ、また、産業用ロボット１１の可動の肢部を機械的に結合するための他のグリッパとすることもできる。産業用ロボット１１に対し、グリッパ１１ａの目標ポジショニングを設定することにより、該グリッパ１１ａを所定のポジショニングに位置調整することができる。こうするために産業用ロボット１１は、内部測定システム、内部制御システムおよび内部座標変換システムを有する。産業用ロボット１１とは一般的に、冒頭に述べたようにオブジェクトを把持および位置決めするように構成された操作システムを指す。
【００３９】
前記光学的な３Ｄ撮像装置１は、３次元の空間座標系内において校正されており、位置Ｐに既知の方向で位置決めされている。以下で、前記位置Ｐの検出について説明する。この位置Ｐの検出により、第１のオブジェクト１２を位置決めすべき座標系においてこの位置も角度方向もそれぞれ、間接的または直接的に既知である。３Ｄ撮像装置１は、所定の視野内で３次元画像を電子的に撮像するように構成されており、各３次元画像は多数の画素から構成されており、各画素はそれぞれ奥行情報を有する。前記３Ｄ撮像装置１は、視野８内で撮像画像において光学的な測定を行えるように、光学的に校正されている。
【００４０】
光学的な３Ｄ撮像装置とは一般的に、それぞれ奥行情報を有し光学的に検出可能であるポイントを撮像するための電子的装置を指し、光学的な３Ｄ撮像装置はそれぞれ、このポイントを撮像するのに必要な構成を有し、とりわけ対物レンズと、とりわけＣＣＤ画像センサまたはＣＭＯＳ画像センサである適切な撮像素子と、距離測定ユニットと、適切な電子回路とを有する。前記対物レンズは任意の対物レンズとすることができ、たとえば固定焦点対物レンズとするか、または、モータ駆動ズームおよびオートフォーカスによるズーム対物レンズまたは可変焦点対物レンズとすることができる。前記光学的な３Ｄ撮像装置は、とりわけ光学系、画像センサまたは電子回路におけるいかなる誤差も、たとえば光学ひずみ等も考慮して補償することができるように、内部校正されている。したがって、前記光学的な３Ｄ撮像装置は写真測量を行うのに適している。
【００４１】
さらに前記光学的な３Ｄ撮像装置１は、前記視野８を動かすように該光学的な３Ｄ撮像装置を方向決めするための少なくとも１つの駆動ユニット３も有する。前記駆動ユニット３はたとえば、２つの旋回軸を中心として前記光学的な３Ｄ撮像装置を旋回させるための旋回ユニットである。これら２つの旋回軸はそれぞれ、空間座標系を基準として水平方向の傾斜軸Ｈと、垂直方向の縦軸Ｖとすることができる。しかし、この実施例は必須要件ではない。
【００４２】
さらに前記光学的な３Ｄ撮像装置１は、該光学的な３Ｄ撮像装置の角度方向を高精度で検出するための角度測定装置４を有する。この角度測定装置は空間座標系内で校正されていることにより、該空間座標系内における前記視野８を求めることができる。前記光学的な３Ｄ撮像装置１が前記光学的撮像ユニットおよび前記角度測定ユニットに関して内部校正されており、さらに、該光学的な３Ｄ撮像装置１の基準が外部に特定されていることにより、各画素は空間座標系内における各点を高精度で定義できるようになる。この空間座標系内における各点は、画像センサ上の画素の位置すなわち２次元の撮像画像上の画素の位置と、該画素に対応する奥行情報と、前記角度測定ユニット４によって測定された該光学的な３Ｄ撮像装置１の方向と、該光学的な３Ｄ撮像装置１の既知の位置と、実際の校正パラメータとから求められ、各画素に対応する前記奥行情報により、３次元画像が得られる。
【００４３】
図中の実施例では前記角度測定ユニット４は、空間座標系内において、縦軸Ｖを軸とする水平方向の角度方向αと、傾斜軸Ｈを軸とする垂直方向の角度方向βとを検出する。水平方向の傾斜軸Ｈと垂直方向の縦軸Ｖとは実質的に交わるので、前記光学的な３Ｄ撮像装置１は一種のビデオセオドライトとして構成されている。このビデオセオドライトとはここでは、セオドライトに同軸で組み込まれた３Ｄ撮像装置を備えたセオドライトを指すか、または、非同軸でとりわけセオドライトの望遠鏡に配置された３Ｄ撮像装置を備えたセオドライトを指す。
【００４４】
空間内において前記光学的な３Ｄ撮像装置１の基準特定および校正は、専用の測定システムを用いて行われ、これにより、位置Ｐおよび外部校正パラメータが３Ｄ撮像装置１によって求められる。
【００４５】
空間座標系内における前記光学的３Ｄ撮像装置１の位置Ｐは、位置固定されたターゲットマークＴに該３Ｄ撮像装置１を向けることによって求められる。有利には、前記３Ｄ撮像装置１の視野８の複数の異なる方向で、前記位置固定されたターゲットマークＴに該３Ｄ撮像装置１を向けて前記少なくとも１つの３次元画像を撮像するように、該位置固定されたターゲットマークＴと、光学的に検出可能である、第１のオブジェクト１２の既知の第１の特徴的要素１３との間隔は決定されている。換言すると、前記位置固定されたターゲットマークＴに前記３Ｄ撮像装置１を向けて位置Ｐを検出した後、前記第１のオブジェクト１２に存在する第１の特徴的要素１３を撮像する前に、該３Ｄ撮像装置１の視野８の方向を変更しなければならない。というのも、視野８は制限されているため、位置固定されたターゲットマークＴと前記第１のオブジェクト１２の第１の特徴的要素１３とを同時に撮像することができないからである。このことは図１に示されている。前記３Ｄ撮像装置１を前記位置固定されたターゲットマークＴに向けるとは、該ターゲットマークＴが該３Ｄ撮像装置１の視野８内にあり、該ターゲットマークＴに相当する画素の位置を検出できること、または、該３Ｄ撮像装置１の付加的な手段を用いて、たとえば電子光学的な測距装置５を用いて該ターゲットマークＴの位置を求めることが可能であることを意味する。制御装置９は、画像処理のために構成されたデータ処理装置を有する。前記制御装置９は少なくとも、前記第１の産業用ロボット１１と前記光学的な３Ｄ撮像装置１とにデータ接続されている。前記制御装置９には、画像処理を行うために、前記光学的な３Ｄ撮像装置１によって撮像された３次元画像が供給される。制御装置９はさらに、前記角度測定ユニット４によって検出された前記３Ｄ撮像装置１の角度方向を入力信号として受け取る。前記駆動ユニット３は前記制御装置９によって、前記３Ｄ撮像装置１を方向調整するように駆動制御される。
【００４６】
第１の産業用ロボット１１は、制御装置９によって設定されるポジショニングに位置調整される。そのために必要なデータ伝送は、電圧信号、無線信号、光学的信号または他の通信経路を使用して行うことができる。とりわけ、使用される構成要素の個々の位置、方向およびサイズである基準パラメータや校正パラメータは、‐本方法を実施するのに必要である場合には‐制御装置９に記憶される。制御装置９は、たとえば適切なインタフェースを有するパーソナルコンピュータ等であるユニットや、相互に通信するかまたは相互に接続されてネットワークを構成し別個の位置に設けられた複数の個々のコンポーネントとすることができ、たとえばこれら複数の個々のコンポーネントは、個別の装置の構成要素とすることができる。とりわけ、抽象的なものと見なされるこの制御装置９は、３Ｄ撮像ユニット１および／または第１の産業用ロボット１１の構成要素とすることができる。空間内の最終姿勢に位置決めすべき第１のオブジェクト１２は、光学的に検出可能な既知の第１の特徴的要素１３を有する。前記第１の特徴的要素１３は、前記光学的な３Ｄ撮像装置１によって検出できる限り、任意の特徴的要素とすることができる。「光学的に検出可能」という用語は、光学的な３Ｄ撮像装置１によって検出できることを意味し、必ずしも、人間の肉眼によって見ることができることを意味するわけではない。
【００４７】
このような光学的に検出可能な特徴的要素は、オブジェクトの特徴によって形成することができ、とりわけオブジェクトの形状、表面プロフィールおよび表面特性によって形成することができ、たとえばオブジェクトの角、辺、穿孔、切欠およびビードによって形成することができる。上記のような特徴的要素の代わりに、または付加的に、特徴的要素をオブジェクト表面に取り付けることもでき、たとえば接着マークまたは着色マークとして取り付けることもできる。有利にはこれらの特徴的要素は、少なくとも２次元に広がる特徴であり、たとえば一直線上にない３点として設けられる。このような特徴的要素は、該特徴的要素の位置検出によって空間内におけるオブジェクトの姿勢、すなわち位置および方向が可能な限り一義的に定義されるように設けられる。
【００４８】
オブジェクト１２は、空間内において高精度で位置決めすべき任意のオブジェクトであって、第１の産業用ロボット１１によって把持および保持することができるオブジェクトであり、たとえば薄板部材である。
【００４９】
以下で本発明の方法の流れを説明する。この説明では、本発明の方法をフローチャートで示す図１ｂを参照する。ステップ５０において、たとえば保管位置にある第１のオブジェクト１２を第１の産業用ロボット１１によって、該産業用ロボット１１のグリッパ１１ａを使用して把持公差内で把持および保持する。この把持公差は、第１のオブジェクト１２を最終姿勢に位置決めする際に逸脱してはならない公差を上回る。とりわけ、オブジェクトに対して強制センタリングしない空気圧把持器では高精度で把持することができず、グリッパに対するオブジェクトの相対姿勢は公差を有し、この公差を補償すなわち補正しなければならない。
【００５０】
ステップ５１は、本発明の１つの実施形態で行われるオプションのステップであり、このステップでは、第１のオブジェクト１２を未知の把持誤差で保持する第１の産業用ロボット１１を、第１の微調整量を求めるために第１の微調整ポジショニングに位置調整される。第１の産業用ロボット１１のこのような微調整ポジショニングで、光学的な３Ｄ撮像装置１は３次元撮像を行うために第１のオブジェクト１２をよく見ることができる。把持後にすでに、前記光学的な３Ｄ撮像装置１がこの第１のオブジェクト１２をよく見ることができることが保証され、第１のオブジェクト１２がすでに或る位置にある場合には、このステップ５１を省略することもできる。
【００５１】
次のステップ５２において、この把持公差を補正するために第１の微調整量を求める。第１の産業用ロボット１１の把持公差を補正するためのこの第１の微調整量は、該第１の産業用ロボット１１のポジショニングの設定によって空間座標系内で微調整するように第１のオブジェクト１２を位置調整するのに使用される。微調整するように位置調整するとは、ロボットのグリッパ１１ａがとるべきポジショニングが設定された場合に、部品を把持したときの把持誤差を補正することを意味する。すなわちこの把持誤差は、補正量である第１の微調整量によって考慮される。この把持誤差は全部で６つの自由度で生じる可能性があるため、微調整量はとりわけテンソルの形態の適切な値をとることができる。理想的には、すなわち第１のオブジェクトをグリッパ１１ａが精確に把持している場合、微調整量は０に等しくなる。
【００５２】
第１の微調整量は、以下の部分ステップによって求められる。まず、前記光学的な３Ｄ撮像装置１が、前記第１の産業用ロボット１１の第１の微調整ポジショニングで保持された第１のオブジェクト１２の第１の特徴的要素１３の少なくとも一部の方を向くように、該光学的な３Ｄ撮像装置１を前記駆動ユニット３によって方向決めし、とりわけ旋回させる。有利には、前記第１の特徴的要素１３を成す少なくとも３点が、前記視野８内に設けられる。その後、第１の３次元画像を前記光学的な３Ｄ撮像装置１によって撮像する。次にこの３次元画像から、第１の産業用ロボット１１の第１の微調整ポジショニングに保持される第１のオブジェクト１２の姿勢が空間座標系で求められる。３つの特徴点の位置を求めるだけで、この姿勢を求めることができる。前記第１のオブジェクト１２の姿勢は、前記光学的な３Ｄ撮像装置１の位置Ｐの既知の情報と、前記角度測定ユニット４によって検出された該光学的な３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記第１の３次元画像とから求められる。これらの情報だけですでに、とりわけ制御装置９での画像処理により、個々の検出された点の位置を空間座標系で求めることができる。これからオブジェクトの姿勢を導出するためにはさらに、第１のオブジェクト１２に設けられた第１の特徴的要素１３の既知の情報が必要である。第１の特徴的要素１３の位置または姿勢から、空間内における第１のオブジェクトの姿勢を推定することができる。たとえば電子的モデルから、薄板部材が特別な穿孔を有することと、該薄板部材がどの場所に特別な穿孔を有するかが既知である場合、これらの穿孔の姿勢からオブジェクトの姿勢を推定することができる。このようにして、把持に誤差が無い理想的な姿勢を得るための第１の産業用ロボット１１の第１の微調整ポジショニングと、少なくとも、第１の産業用ロボット１１の第１の微調整ポジショニングにおける第１のオブジェクト１２の検出された姿勢すなわち現在の姿勢とを使用して、第１の微調整量が求められる。
【００５３】
本発明の１つの実施形態では、オブジェクト１１の特徴的要素１３は基本的に、制御装置９の電子的データ処理装置によって処理可能なモデルから既知である。このモデルは、ＣＡＤによって得られる電子的モデルとすることができる。電子的データ処理装置上で実行される画像処理によって、モデル内および／または撮像画像内の特徴的要素１３を識別し、モデルのこれらの特徴的要素１３と、撮像画像の特徴的要素１３とを相互に対応付ける。空間座標系におけるオブジェクト１２の姿勢は、空間座標系における撮像された特徴的要素１３の検出された位置と、対応付けられた特徴的要素１３とから求められる。このような画像処理手法および特徴認識手法は従来技術から公知であり、ここでは詳細に説明する必要はない。
【００５４】
このようにして、第１のオブジェクト１２を把持した際に適切な第１の微調整量を求めた際の把持誤差は既知となったので、該第１のオブジェクト１２を第１の産業用ロボット１１によって該第１の産業用ロボット１１のセンサの測定精度で位置決めすることができるようになる。しかし、この測定精度は十分でないので、解決しなければならない別の位置決め問題が生じる。
【００５５】
たとえば、製造公差および周辺パラメータに起因して、たとえば薄板部材等である第１のオブジェクト１１自体に特定の寸法公差および形状公差が生じている可能性がある。この特定の寸法公差および形状公差は考慮しなければならない。それゆえ、本発明の１つの実施形態では、第１のオブジェクトのばらつきを考慮する。
【００５６】
本発明の１つの実施形態では、オプションのステップ５３では、撮像された特徴的要素１３の相互間の相対姿勢を求め、上記のモデルから基本的に既知である該特徴的要素の相互間の相対姿勢と比較する。本発明の１つの実施形態では、撮像された特徴的要素１３の相対姿勢と、モデルから基本的に既知である特徴的要素の相対姿勢との偏差の超過時には、エラーメッセージを出力する。本発明の１つの実施形態では、エラーメッセージの場合、オブジェクト１２を新たなオブジェクト１２に交換し、次に、図１ｂに一例として示したようにステップ５０を実施する。この実施形態の代わりに、モデルを、検出されたオブジェクト１２に適合することができ、たとえばＣＡＤによって得られたモデルを、把持されているオブジェクト１２の実際の寸法に適合することができる。この場合、このような適合されたモデルは空間座標系内において、オブジェクト１２がとるべき最終姿勢を決定する。この最終姿勢がたとえばオブジェクト１２の一部分によって決定される場合、とりわけ最終姿勢がとるべき辺によって決定される場合、この部分の変形がモデルの適合によって相応に考慮される。ステップ５４もオプションであり、このステップ５４において第１の微調整量を考慮して第１の産業用ロボット１１を第１の微調整ポジショニングから、該第１のオブジェクト１２が前記第１の最終姿勢に近づく第１の近似姿勢に位置決めされる位置へ位置調整する。第１の産業用ロボット１１のこのような位置調整を行うためには、第１の微調整ポジショニングが設定されていた第１の産業用ロボット１１に対し、第１のオブジェクト１２が第１の近似姿勢にある新たなポジショニングを入力量として設定する。前記３Ｄ撮像装置１の視野８は前記駆動ユニット３によって、第１の近似姿勢に位置決めされた第１のオブジェクト１２の第１の特徴的要素１３の少なくとも一部に向けられる。
【００５７】
ステップ５５において、第１のオブジェクト１２を第１の最終姿勢に高精度で位置調整する。こうするためには、所定の公差以内の第１の最終姿勢に達するまで、以下のステップを繰り返す。その後、少なくとも１つの別の第１の３次元画像を前記３Ｄ撮像装置１によって撮像する。前記３Ｄ撮像装置１の位置Ｐと、角度測定ユニット４によって検出された前記３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記別の第１の撮像画像と、前記第１のオブジェクト１２の前記第１の特徴的要素１３の既知の情報とから、該第１のオブジェクト１２の空間座標系での現在の姿勢が求められる。次に、この現在の姿勢を目標姿勢と比較する。すなわち、第１の最終姿勢と比較する。前記第１のオブジェクト１２の現在の姿勢と第１の最終姿勢との姿勢差を計算する。次に、第１の産業用ロボット１１の新たな目標ポジショニングを計算する。この新たな目標ポジショニングの計算を行うためには、前記第１の産業用ロボット１１の現在のポジショニングから得られる第１の微調整量と、前記姿勢差に関連する量とを考慮する。前記姿勢差に関連する量は有利には、１以下の係数が乗算された姿勢差である。すなわち前記新たな目標ポジショニングは、第１のオブジェクト１２が現在の姿勢と第１の最終姿勢との間の姿勢になる、産業用ロボット１１のポジショニングである。前記係数が１に等しい場合、前記新たな目標ポジショニングは、第１のオブジェクト１２が現在の姿勢から、第１の産業用ロボット１１の比較的低精度のセンサ系およびアクチュエータ系で実現できる限りの近似度で前記第１の最終姿勢に近づけられるポジショニングである。しかし、この新たな目標位置決め状態は通常は、第１のオブジェクト１２を１ステップ５５だけで所定の公差以内で第１の最終姿勢にするには低精度すぎるので、前記係数は有利には１未満でありかつ有利には０を上回り、有利には０．９５未満であり、とりわけ０．９未満であり、たとえば０．８未満である。１未満でありかつ０を上回る係数によって、産業用ロボット１１の新たな目標ポジショニングは、該産業用ロボット１１が該新たな目標ポジショニングに位置調整された後に第１のオブジェクト１２が前記第１の最終姿勢に近づくが完全には達しないようになる。
【００５８】
次に、前記第１の産業用ロボット１１を前記新たな目標ポジショニングの設定によって位置調整する。換言すると、第１の産業用ロボットが、該第１の産業用ロボットを新たな目標ポジショニングにするための新たな位置入力量を受け取る。このようにして、第１の産業用ロボット１１のセンサ系およびアクチュエータ系によってこの新たな目標ポジショニングに近づける。次に、上記ステップを繰り返す。すなわち、再びさらなる第１の３次元画像を撮像し、該さらなる第１の３次元画像に基づいて前記第１のオブジェクト１２の現在の姿勢を求め、該第１のオブジェクト１２の現在の姿勢と前記第１の最終姿勢との姿勢差を計算する。第１のオブジェクトが再び、前記第１の最終姿勢の所要公差以内にない場合、前記第１の産業用ロボット１１に再び、該第１の産業用ロボットの現在のポジショニングと前記姿勢差に関連する量とから第１の微調整量を考慮して計算される新たな目標ポジショニングを設定する。前記ステップは、第１のオブジェクト１２が公差以内で高精度で第１の最終姿勢に達するまで繰り返される。
【００５９】
上記方法の重要な利点は、前記オブジェクトの特徴的要素の他に別の基準マークを示す必要がない３次元の撮像画像の数を非常に少なくして、空間内におけるオブジェクトの姿勢を検出できることである。このことにより、本方法を格段に迅速化することができる。３次元撮像装置の視野を位置調整した後は、基準を再特定することなく、写真測量による画像評価を行うことができる。このことはとりわけ、オブジェクトを比較的大きな区間で操作システムによって動かして高精度で位置決めするために産業用に使用する際に重要である。というのも、３次元撮像装置をオブジェクトの特徴的要素に向かって旋回させることで視界を変更する際に、基準を再特定する必要も、予め測定された画像および／または基準マークを使用する必要もないからである。このようにして、位置決めを迅速、高精度かつ高いプロセス信頼性で行えることが保証される。３次元撮像装置の旋回で、基準を再特定することや連係方向決めによる時間損失が生じることがなくなるので、処理が行われる場所から撮像装置を離隔して、とりわけ２〜５ｍ離隔して配置することができ、処理を妨害することがなくなり、測定技術装置が処理に直接さらされることがなくなる。このことは、とりわけ溶接手法で有利である。というのも、高感度の測定技術装置が妨害されることがほとんどなくなるからである。
【００６０】
１つの可能な実施形態では前記３Ｄ撮像装置１は、少なくとも１つの第１のカメラ２ａが前記駆動ユニット３によって、空間座標系に関して水平方向である傾斜軸Ｈと、該空間座標系に関して垂直方向の縦軸Ｖとを軸として方向調整できるように構成されている。図中の実施例では、前記角度測定ユニット４によって、空間座標系内において、縦軸Ｖを軸とする水平方向の角度方向αと、傾斜軸Ｈを軸とする垂直方向の角度方向βとを検出することができる。とりわけ水平方向の傾斜軸Ｈと垂直方向の縦軸Ｖとは実質的に交わる。前記第１のカメラ２ａによって、多数の画素から構成される２次元画像を撮像することができる。すべての画素または少なくとも１つの画素群に奥行情報を対応付け、前記２次元画像から３次元画像を導き出すために、複数の異なる手法が存在する。これらの手法を以下で説明する。前記画素群も、単に１画素と見なすことができる。
【００６１】
１つの実施形態では、前記３Ｄ撮像装置１は電子光学的な測距装置５を有する。前記電子光学的な測距装置５の種類に依存して、該測距装置５の測定ビームを第１のカメラ２ａに対して相対的に方向決めし、該第１のカメラ２ａに対する該測定ビームの相対的な角度方向を高精度で検出することができる。３次元画像は、奥行情報を検出して多数の画素に対応付けることによって生成される。この奥行情報はここでは、電子光学的な測距装置５を用いて、画素に対応するオブジェクト１２の区分において光学的な奥行測定を行い、とりわけ、第１のカメラ２ａに対する測定ビームの相対的な角度方向を求めることによって検出される。前記奥行情報を検出するためには、レーザスキャナを用いることができる。たとえば、前記電子光学的な測距装置５は点走査方式のスキャナである。奥行情報の検出は、点走査方式スキャナを用いて順次走査を行い、少なくとも１つの点状の測定ビームが、視野８に対応するオブジェクト１２の面を、たとえば各線において、光学的に点ごとにスキャンすることによって行われる。
【００６２】
別の実施形態では、前記電子光学的な測距装置５は点走査方式のスキャナではなく、線走査方式のスキャナである。奥行情報の検出は、線走査方式スキャナを用いて並列走査を行い、少なくとも１つの線状の測定ビームが、視野８に対応するオブジェクト１２の面を線ごとに光学的にスキャンすることによって行われる。
【００６３】
また、電子光学的な測距装置５を面奥行測定装置として構成することもできる。この面奥行測定装置は、面走査方式スキャナとも称される。奥行情報の検出は、面奥行測定装置によって完全並列走査を行い、とりわけ多数の測定ビームから成るビーム束によって形成された少なくとも１つの面状の測定ビームが、前記視野８に対応する前記オブジェクト１２の面を面単位で光学的にスキャンすることによって行われる。したがって光学的な面奥行測定装置は、とりわけ完全並列で、３Ｄ撮像装置１の視野８の面すべてを実質的に同時にスキャンする。３次元画像は、光学的な面奥行測定装置を用いて完全並列な奥行測定を行うことによって奥行情報を検出し、該奥行情報を多数の画素に対応付けることによって生成される。それゆえ、前記画素に対応付けられる奥行情報は、視野８に相当する前記オブジェクト１２の面の奥行撮像を面単位で行うことによって得られる。上述のような、順次走査を行うための点走査方式、並列走査を行うための線走査方式、および、完全並列のスキャンを行うための面走査方式の上述のスキャナは、上述のように従来技術から公知である。有利には、前記電子光学的な測距装置５と前記第１のカメラ２ａとは結合されており、駆動ユニット３によって同時に位置調整されるように構成されている。とりわけ、前記電子光学的な測距装置５と前記第１のカメラ２ａとが１つのユニットを成す。
【００６４】
上記実施形態の代わりに、または付加的に、３次元画像を直接撮像するためのＲＩＭカメラとして前記３Ｄ撮像装置１の第１のカメラ２ａを構成することもできる。すなわち前記第１のカメラ２ａ自体が、各画素または多数の画素群に奥行情報を対応付けることができるように構成されている。
【００６５】
このレンジイメージング（ＲＩＭ）カメラはとりわけ伝搬時間をベースとしており、このようなレンジイメージングカメラはすでに数年前から市販されている。ＲＩＭカメラの場合、信号送信側は、変調された送信波を送信する。この変調された送信波の送信時に使用される変調方式は通常、振幅変調方式をベースとする。送信された変調波の一部はオブジェクト空間内で反射され、その一部は、前置接続された光学系によって特別な画像センサに結像される。この画像センサの特徴は、各個別の画素が受け取った光を復調できること、すなわち、とりわけ信号の位相位置ないしは伝搬時間を求めることができることである。このようなＲＩＭカメラの例に、ＣＳＥＭ社（スイス）の SwissRanger SR-2 および SwissRanger SR-3000、PMD Technologies 社（ドイツ）の型式番号 3k-S が挙げられる。SwissRanger は、ＣＣＤセンサ／ＣＭＯＳセンサを組み合わせたものを有する。この距離測定は位相差方式をベースとしており、結果が一義的となる領域は７．５ｍにまで及ぶ。このような距離測定では、オブジェクトから反射された信号は光学系を介してセンサの各画素に結像され、相応の距離計算を行い、測定結果は距離イメージとして表される。センサは、１２４×１６０画素のサイズ（SR-2）を有するか、ないしは、１７６×１４４画素（SR-3000）のサイズを有する。また、単一光子検出アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）がＣＭＯＳ撮像センサに実装されたＲＩＭカメラも存在する。このようなＲＩＭカメラによって、直接的な伝搬測定手法を実施することができ、このことによって距離測定を伝搬時間測定だけにすることができる。公知のＲＩＭカメラでは、受信波の復調は通常、間接的な伝搬時間測定によって、とりわけ、順次行われる４回の強度測定によって行われる。その際には各画素ごとに、相互間で９０°シフトする４つの積分強度測定により、振幅変調された正弦波が再構築される。これら４つの測定結果から位相位置を計算し、ひいては伝搬した距離を計算することができる。カメラシステム内における幾何学的な関係に基づいて、各画素ごとに画素座標と伝搬距離とから、３次元座標を計算することができる。すべての画素において距離測定が同時に行われることにより、各画像ごとに相応の３Ｄモデルを導き出すことができる。
【００６６】
図１ａに示されたような別の実施形態では、３Ｄ撮像装置１は第２のカメラ２ｂを有する。その際には、第１のカメラ２ａの視野と該第２のカメラ２ｂの視野とがオーバーラップ領域において少なくとも部分的に重なることによって前記３Ｄ撮像装置１の視野８が形成されるように、該第１のカメラ２ａと該第２のカメラ２ａとは‐とりわけ１つのケーシング内において‐相互に結合され、かつ、該第１のカメラ２ａと該第２のカメラ２ｂとの間隔が決定されて両カメラが相互に離隔されている。前記３Ｄ撮像装置１の視野８内の３次元画像は、両カメラ２ａ，２ｂの既知の相対的な視点に基づいて、画像処理によって生成される。このような３Ｄ撮像ユニットはたとえば、正三角形に配置された３つのカメラを有し商標「Optigo」および「OptiCell」で知られている CogniTens 社の撮像システムや、ActiCM 社の「Advent」システムである。この「Advent」システムは、相互に隣接して配置された２つの高分解能ＣＣＤカメラと、撮像すべき区分にパターン光を投影するためのプロジェクタとを有する。
【００６７】
上述の位置決め方法は、空間内における１つの第１のオブジェクトの自由な位置決めに関して説明したが、上述の方法および構成要素を使用して少なくとも１つの第２のオブジェクトを位置決めすること、および／または、該第２のオブジェクトに対して第１のオブジェクトを高精度で相対的に方向決めすること、該第１のオブジェクトに対して該第２のオブジェクトを高精度で相対的に方向決めすることもできる。以下でこのような方法を説明する。また、上述の構成を第２のオブジェクトおよび任意の他のオブジェクトの位置決めと組み合わせることもできる。しかし図面を簡略化するために、第１のオブジェクトを位置決めする際に実施可能な実施例を、別のオブジェクトの位置決めに関しても改めて説明するのは省略する。しかし、このような組み合わせもまた、本発明に含まれる。
【００６８】
図２にこのような実施例を示している。図１ａに示した実施形態の重要な構成要素に関して図３では再度言及しないが、これらの図１ａ中の構成要素の他に、第２の産業用ロボット２１とオブジェクトホルダ２４とが設けられる。上述のように、第１のオブジェクト１２を第１の最終姿勢に高精度で位置調整する前に、第２のオブジェクト２２を第２の産業用ロボット２１によって把持し、オブジェクトホルダ２４に配置する。このオブジェクトホルダ２４は、第２のオブジェクト２２を保持することができるいわゆる「固定具」として形成されている。こうするためには、オブジェクトホルダ２４が適切な形状を‐たとえばオブジェクトの変形を回避するために適切な形状を‐有すること、および／または、オブジェクトを固定するための適切な挟持装置を有することができる。オブジェクトホルダ２４に配置されると、第２のオブジェクト２２は空間座標系において第２の最終姿勢になる。この実施形態の代わりに、第２のオブジェクトを第２の産業用ロボット２１によって配置するのではなく、手動でオブジェクトホルダ２４に配置することもできる。１つの実施例ではオブジェクトホルダ２４は、第２のオブジェクト２２が所定の第２の最終姿勢に高精度で配置されるように強制センタリングを行うように構成されている。この場合には、第２の最終姿勢を測定技術によって測定するのを省略することができる。しかしそうでない場合には、空間座標系における第２の最終姿勢が求められる。こうするために第２のオブジェクト２２は、光学的に検出可能な既知の第２の特徴的要素２３を有する。第２のオブジェクト２２を前記オブジェクトホルダ２４内に位置決めした後、空間座標系における該第２のオブジェクト２２の第２の最終姿勢を求める。こうするためには、まず３Ｄ撮像装置１の視野８を駆動ユニット３によって、該第２のオブジェクト２２の第２の特徴的要素２３の少なくとも一部に向ける。第２の３次元画像を撮像し、前記３Ｄ撮像装置１の位置Ｐと、角度測定ユニット４によって検出された前記３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記第２の撮像画像と、前記第２のオブジェクト２２の前記第２の特徴的要素２３の既知の情報とから、該第２のオブジェクト２２の空間座標系での第２の最終姿勢が求められる。
【００６９】
こうする代わりに、第１のオブジェクト１２を第１の最終姿勢に高精度で位置調整する前に、第２のオブジェクト２２を第２の産業用ロボット２１によって、把持公差以内で把持し、第２のオブジェクト２２をオブジェクトホルダ２４に置くのではなく保持することもできる。第２の産業用ロボット２１を、第２のオブジェクト２２が第２の最終姿勢になる該第２の産業用ロボット２１の最終ポジショニングに位置調整する。第２のオブジェクト２２の第２の最終姿勢は、空間座標系において以下のステップによって求められる：
前記３Ｄ撮像装置１の視野８を前記駆動ユニット３によって、前記第２のオブジェクト２２の第２の特徴的要素２３の少なくとも一部に向けるステップ。
少なくとも１つの第２の３次元画像を撮像するステップ。
前記３Ｄ撮像装置１の位置Ｐと、前記角度測定ユニット４によって検出された該３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記第２の３次元画像と、前記第２のオブジェクト２２の第２の特徴的要素２３の既知の情報とから、空間座標系における該第２のオブジェクト２２の第２の最終姿勢を求めるステップ。
【００７０】
図２の実施例では第１のオブジェクト１２の第１の最終姿勢は、第２のオブジェクト２２の第２の最終姿勢と、該第１のオブジェクト１２と該第２のオブジェクト２２との所定の相対姿勢とから計算される。第１のオブジェクト１２は第２のオブジェクト２２に対して相対的に高精度で位置決めされているので、ここでたとえば、両オブジェクトを高精度で接合するための接合手法を実施することができる。
【００７１】
図３に本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、第２のオブジェクト２２と、加工ツールとして構成された第３のオブジェクト３２とを高精度で位置調整する。
【００７２】
光学的に検出可能な既知の特徴的要素２３を有する第２のオブジェクト２２は、第２の産業用ロボット２１によって把持公差以内で把持されて保持される。第２の産業用ロボット２１に対してこの把持公差を補正する第２の微調整量を求めることにより、第２のオブジェクト２２が空間座標系において、該第２の産業用ロボット２１のポジショニングの設定によって微調整されるように位置調整する。前記第２の微調整量は、前記３Ｄ撮像装置１の視野８を前記駆動ユニット３によって、前記第２の産業用ロボット２１の第２の微調整ポジショニングで保持された第２のオブジェクト２２の第２の特徴的要素２３の少なくとも一部に向けることによって求められる。少なくとも１つの第２の３次元画像を撮像し、前記３Ｄ撮像装置１の位置Ｐと、角度測定ユニット４によって検出された前記３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記第２の撮像画像と、前記第２のオブジェクト２２の前記第２の特徴的要素２３の既知の情報とから、前記第２の産業用ロボット２１の第２の微調整ポジショニングでの、空間座標系における該第２のオブジェクト２２の最終姿勢が求められる。第２の微調整量は、第２の産業用ロボット２１の第２の微調整ポジショニングと、少なくとも、該第２の産業用ロボット２１の第２の微調整ポジショニングにおける第２のオブジェクト２２の求められた姿勢とを使用して求められる。次に、第２のオブジェクト２２を第２の最終姿勢に高精度で位置調整する。このことを行うためには、所定の公差以内で第２の最終姿勢に達するまで繰り返される以下のステップを使用する。まず、少なくとも１つの別の第２の３次元画像を撮像し、前記３Ｄ撮像装置１の位置Ｐと、角度測定ユニット４によって検出された前記３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記別の第２の撮像画像と、前記第２のオブジェクト２２の前記第２の特徴的要素２３の既知の情報とから、該第２のオブジェクト２２の空間座標系での現在の姿勢が求められる。前記第２のオブジェクト２２の現在の姿勢と第２の最終姿勢との姿勢差を計算する。第２の微調整量を考慮して第２の産業用ロボット２１の現在のポジショニングと前記姿勢差に関連する量とから第２の産業用ロボット２１の新たな目標ポジショニングを計算した後、該第２の産業用ロボット２１をこの新たな目標ポジショニングに位置調整する。第２のオブジェクト２２が所定の公差以内で第２の最終姿勢に達するまで、前記ステップを繰り返す。
【００７３】
図３のこの実施形態では、図２に示したように両オブジェクト１２および２２を相対的に位置決めする代わりに、両オブジェクト１２および２２を相互に独立して高精度で個別に位置決めする。
【００７４】
本発明の１つの実施形態では、第２のオブジェクト２２が把持された後、第２の微調整量を求めるために、第２の産業用ロボット２１を該第２の産業用ロボット２１の第２の微調整ポジショニングに位置調整する。
【００７５】
本発明の別の実施例では、所定の公差以内で第２の最終姿勢に達するまで繰り返される前記ステップを実施する前に、第２の微調整量を考慮して第２の産業用ロボット２１を第２の微調整ポジショニングから、前記第２のオブジェクト２２が該第２の最終姿勢に近づく第２の近似姿勢に位置決めされるポジショニングに位置調整する。次に、前記３Ｄ撮像装置１の視野８は前記駆動ユニット３によって、第２の近似姿勢に位置決めされた第２のオブジェクト２２の第２の特徴的要素２３の少なくとも一部に向けられる。
【００７６】
また図３に示されているように、加工ツールとして構成された第３のオブジェクト３２が設けられている。この第３のオブジェクト３２は、図２の実施形態でも使用することができる。加工ツール３２は、第３の産業用ロボット３１によって保持公差以内で保持される。加工ツール３２、または該加工ツール３２に結合された第３の産業用ロボット３１の部分に、たとえば該加工ツール３２のリテーナに、光学的に検出可能な既知の第３の特徴的要素３３が設けられている。空間座標系において第３の産業用ロボット３１のポジショニングの設定によって加工ツール３２を微調整するように位置調整できるようにするためには、第３の産業用ロボット３１に対して、前記保持公差を補正する第３の微調整量を決定する。こうするためにはまず、３Ｄ撮像装置１の視野８を駆動ユニット３によって、前記第３の特徴的要素３３の少なくとも一部に向ける。加工ツール３２はここでは、第３の産業用ロボット３１の第３の微調整ポジショニングで保持される。少なくとも１つの第３の３次元画像を撮像し、前記３Ｄ撮像装置１の位置Ｐと、角度測定ユニット４によって検出された前記３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記第３の撮像画像と、前記第３の特徴的要素３３の既知の情報とから、前記第３の産業用ロボット３１の第３の微調整ポジショニングでの、空間座標系における該加工ツール３２の姿勢が求められる。第３の微調整量は、第３の産業用ロボット３１の第３の微調整ポジショニングと、少なくとも、該第３の産業用ロボット３１の第３の微調整ポジショニングにおける加工ツール３２の求められた姿勢とを使用して求められる。
【００７７】
さらに本発明では、所定の公差以内で第３の最終姿勢に達するまで以下のステップを繰り返し実施することにより、加工ツール３２を第３の最終姿勢に高精度で位置調整する。少なくとも１つの別の第３の３次元画像を撮像し、前記３Ｄ撮像装置１の位置Ｐと、角度測定ユニット４によって検出された前記３Ｄ撮像装置１の角度方向と、前記別の第３の撮像画像と、前記第３のオブジェクト３３の前記第２の特徴的要素３３の既知の情報とから、該加工ツール３２の空間座標系での現在の姿勢が求められる。前記第３のオブジェクト３２の現在の姿勢と第３の最終姿勢との姿勢差を計算する。第３の産業用ロボット３１の新たな目標ポジショニングが、前記第３の微調整量を考慮して、第３の産業用ロボット２１の現在のポジショニングと、前記姿勢差に関連する量とから計算される。次に、第３の産業用ロボット３１を前記新たな目標ポジショニングに位置調整する。前記加工ツール３２が第３の最終姿勢の公差領域内になるまで、前記ステップを繰り返す。
【００７８】
前記加工ツール３２はたとえば、第１のオブジェクト１２と第２のオブジェクト２２とを溶接接合するための溶接工具である。また、任意の別の加工ツールも使用することができ、とりわけ接合工具を使用することもできる。ここでは、加工ツール３２を第１のオブジェクト１２および第２のオブジェクト２２と関連づけて説明し、とりわけこれらのオブジェクトの接合について説明したが、本発明は、１つのオブジェクトのみに対して行われる加工ツールの相対的な位置決めも含む。このことはたとえば、１つのオブジェクトにのみ作業工程を実施する加工ツール、たとえば切削製造工程を実施する加工ツールに当てはまる。
【００７９】
本発明はまた、明示的には組み合わされていない特徴の組合せも含む。
【００８０】
上記のシステム構成要素、とりわけ撮像装置等の測定用構成要素は、移動性およびフレキシビリティを特徴とする。それゆえ、比較的短時間の間に製造システムに設置できる独立した構成要素によって上記の方法を実施することができる。自動校正および自動基準特定を行う構成要素により、困難な動作条件でも十分なプロセス信頼性を保証することができる。上記のように微調整量を求めて、前記最終姿勢に達するまでステップを繰り返すことにより、比較的低精度の測定システムを有する比較的低精度の操作システムもオブジェクトの高精度の位置決めに使用することができる。本発明により、加工処理に直接関与することなく、非接触で十分な距離をおいて、非常に大きな検出領域においてオブジェクトの姿勢を迅速に検出することができる。カメラを旋回することにより、カメラの基準の再特定に起因する測定プロセスの遅延が発生することがなくなる。というのも、本発明では基準の再特定を省略できるからである。したがって、空間内においてオブジェクトを高精度で位置決めするための本発明の方法およびシステムは、加工速度が高速であることを特徴とする。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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