(57)【要約】【課題】計測時間の短縮化を図ることができる計測システム、計測方法およびロボット制御方法を提供すること、また、かかる計測システムを備えるロボット、ロボットシステムおよびピッキング装置を提供すること。【解決手段】本発明の計測システム１は、計測対象物Ｏに対して、縞パターンを有する第１パターン光と、第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光と、を切り換えて投影する投影部２５と、複数の画素を有し、計測対象物Ｏに投影された第１パターン光および第２パターン光をそれぞれ撮像する撮像部２６と、投影部２５が計測対象物Ｏに投影する第１パターン光および第２パターン光のそれぞれの位相をシフトする位相シフト部３１１と、第１パターン光および第２パターン光が有する縞と、複数の画素とを対応させて、撮像部２６の撮像結果を解析する解析部３１２と、を備える。【選択図】図１
2017110991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に対して、縞パターンを有する第１パターン光と、前記第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光と、を切り換えて投影する投影部と、
前記第１パターン光および前記第２パターン光のそれぞれの位相をシフトする位相シフト部と、
複数の画素を有し、前記計測対象物に投影された前記第１パターン光および前記第２パターン光をそれぞれ撮像する撮像部と、
前記第１パターン光が有する縞および前記第２パターン光が有する縞と、複数の前記画素とを対応させて、前記撮像部の撮像結果を解析する解析部と、を備えることを特徴とする計測システム。
【請求項２】
前記解析部は、前記第１パターン光が有する縞の本数をＣ１とし、前記第２パターン光が有する縞の本数をＣ２とし、前記第２パターン光が有する縞の番号をｆ（ｆは１以上Ｃ２以下の整数）とし、前記第１パターン光の位相値をθ１としたとき、ｆ＝［θ１／２π×Ｃ２／Ｃ１］の関係を用いて、前記第２パターン光が有する縞の番号ｆを複数の前記画素に順次対応させる請求項１に記載の計測システム。
【請求項３】
前記計測対象物に対する前記第１パターン光および前記第２パターン光のうちの少なくとも一方の投影方向と、前記計測対象物に対する前記撮像部の撮像方向とが２０°以上４０°以下の範囲内で交差している請求項１または２に記載の計測システム。
【請求項４】
前記第１パターン光が有する縞の数が１本であり、
前記第２パターン光が有する縞の数が２本以上５０本以下の範囲内にある請求項１ないし３のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項５】
前記投影部がプロジェクターである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項６】
前記投影部がレーザー光源を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の計測システム。
【請求項７】
計測対象物に対して、縞パターンを有する第１パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、複数の画素を有する撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第１パターン光を撮像する工程と、
前記計測対象物に対して、前記第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、前記撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第２パターン光を撮像する工程と、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１パターン光が有する縞および前記第２パターン光が有する縞と、複数の前記画素とを対応させて、前記撮像部の撮像結果を解析する工程と、を含むことを特徴とする計測方法。
【請求項８】
計測対象物に対して、縞パターンを有する第１パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、複数の画素を有する撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第１パターン光を撮像するステップと、
前記計測対象物に対して、前記第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、前記撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第２パターン光を撮像するステップと、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１パターン光が有する縞および前記第２パターン光が有する縞と、複数の前記画素とを対応させ、前記撮像部の撮像結果を解析するステップと、を含むことを特徴とするロボット制御方法。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の計測システムを備えることを特徴とするロボット。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の計測システムを備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項１１】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の計測システムを備えることを特徴とするピッキング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測システム、計測方法、ロボット制御方法、ロボット、ロボットシステムおよびピッキング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の三次元形状を非接触で計測する方法として、プロジェクターおよびカメラを用いた位相シフト法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、位相シフト法では、輝度値の明暗で正弦波を表した縞パターンをプロジェクターから計測対象物に向けて投影し、その投影された縞パターンをカメラで撮像する。その際、投影する縞パターンの位相をπ／２ずつずらして４回投影し、その都度、投影された縞パターンをカメラで撮像する。４回の撮像により得られる４つの撮像画像の同じ座標における輝度値は、絶対値がその座標における計測対象物の表面状態や色等で変化しても、相対値が縞パターンの位相差分だけ変化する。これにより、環境光や計測対象物の表面状態等の影響を受けるのを低減しつつ、その座標での縞パターンの位相値を求めることができる。
【０００４】
ここで、位相値は、まず、撮像画像中で連続した値ではなく縞パターンの縞ごとに−π〜＋πの範囲で求められる。そして、このような位相値は、撮像画像中の連続した値となるように位相連結（位相接続）される。例えば、特許文献１に記載のシステムでは、フーリエ変換を用いて位相連結を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のシステムでは、フーリエ変化を用いて位相連結を行うため、撮像画像の解析に長時間を要するという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、計測時間の短縮化を図ることができる計測システム、計測方法およびロボット制御方法を提供すること、また、かかる計測システムを備えるロボット、ロボットシステムおよびピッキング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の計測システムは、計測対象物に対して、縞パターンを有する第１パターン光と、前記第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光と、を切り換えて投影する投影部と、
前記第１パターン光および前記第２パターン光のそれぞれの位相をシフトする位相シフト部と、
複数の画素を有し、前記計測対象物に投影された前記第１パターン光および前記第２パターン光をそれぞれ撮像する撮像部と、
前記第１パターン光が有する縞および前記第２パターン光が有する縞と、複数の前記画素とを対応させて、前記撮像部の撮像結果を解析する解析部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような計測システムによれば、第１パターン光が有する縞および第２パターン光が有する縞と、複数の画素とを対応させることにより、比較的簡単かつ高精度に位相接続を行うことができる。そのため、解析部における解析の高速化を図り、その結果、計測時間の短縮化を図ることができる。
【００１０】
本発明の計測システムでは、前記解析部は、前記第１パターン光が有する縞の本数をＣ１とし、前記第２パターン光が有する縞の本数をＣ２とし、前記第２パターン光が有する縞の番号をｆ（ｆは１以上Ｃ２以下の整数）とし、前記第１パターン光の位相値をθ１としたとき、ｆ＝［θ１／２π×Ｃ２／Ｃ１］の関係を用いて、前記第２パターン光が有する縞の番号ｆを複数の前記画素に順次対応させることが好ましい。
【００１１】
これにより、比較的簡単に、第１パターン光が有する縞および第２パターン光が有する縞と、複数の画素とを対応させることができる。
【００１２】
本発明の計測システムでは、前記計測対象物に対する前記第１パターン光および前記第２パターン光のうちの少なくとも一方の投影方向と、前記計測対象物に対する前記撮像部の撮像方向とが２０°以上４０°以下の範囲内で交差していることが好ましい。
これにより、計測可能な範囲を広くしつつ、高精度な計測を行うことができる。
【００１３】
本発明の計測システムでは、前記第１パターン光が有する縞の数が１本であり、
前記第２パターン光が有する縞の数が２本以上５０本以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１４】
これにより、第１パターン光の連続した位相情報を用いて、第２パターン光の縞ごとの位相を連続した値となるように位相接続することができる。また、第２パターン光が有する縞の数を５０本以下とすることで、投影部や撮像部の画素数に対して、第２パターン光が有する縞の数のバランスを優れたものとし、その結果、高精度な計測を行うことができる。
【００１５】
本発明の計測システムでは、前記投影部がプロジェクターであることが好ましい。
これにより、互いに縞本数が異なる第１パターン光および第２パターン光を切り換えて計測対象物に対して高精度に投影することができる。
【００１６】
本発明の計測システムでは、前記投影部がレーザー光源を有することが好ましい。
これにより、高精細な第１パターン光および第２パターン光を発生可能な投影部を実現することができる。その結果、計測精度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の計測方法は、計測対象物に対して、縞パターンを有する第１パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、複数の画素を有する撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第１パターン光を撮像する工程と、
前記計測対象物に対して、前記第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、前記撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第２パターン光を撮像する工程と、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１パターン光が有する縞および前記第２パターン光が有する縞と、複数の前記画素とを対応させて、前記撮像部の撮像結果を解析する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
このような計測方法によれば、第１パターン光が有する縞および第２パターン光が有する縞と、複数の画素とを対応させることにより、比較的簡単かつ高精度に位相接続を行うことができる。そのため、解析の高速化を図ることができる。
【００１９】
本発明のロボット制御方法は、計測対象物に対して、縞パターンを有する第１パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、複数の画素を有する撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第１パターン光を撮像するステップと、
前記計測対象物に対して、前記第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、前記撮像部を用いて、前記計測対象物に投影された各回の前記第２パターン光を撮像するステップと、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１パターン光が有する縞および前記第２パターン光が有する縞と、複数の前記画素とを対応させ、前記撮像部の撮像結果を解析するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
このようなロボット制御方法によれば、例えば、計測対象物の解析を高速に行って、計測対象物の表面の座標を求め、その座標に基づいて計測対象物の形状、大きさ、姿勢、位置等を計測することができる。そのため、その計測結果を用いて様々な動作を高速かつ高精度に行うことができる。
【００２１】
本発明のロボットは、本発明の計測システムを備えることを特徴とする。
このようなロボットによれば、例えば、計測対象物の解析を高速に行って、計測対象物の表面の座標を求め、その座標に基づいて計測対象物の形状、大きさ、姿勢、位置等を計測することができる。そのため、その計測結果を用いて様々な動作を高速かつ高精度に行うことができる。
【００２２】
本発明のロボットシステムは、本発明の計測システムを備えることを特徴とする。
このようなロボットシステムによれば、例えば、計測対象物の解析を高速に行って、計測対象物の表面の座標を求め、その座標に基づいて計測対象物の形状、大きさ、姿勢、位置等を計測することができる。そのため、その計測結果を用いて様々な動作を高速かつ高精度に行うことができる。
【００２３】
本発明のピッキング装置は、本発明の計測システムを備えることを特徴とする。
このようなピッキング装置によれば、例えば、計測対象物の解析を高速に行って、計測対象物の表面の座標を求め、その座標に基づいて計測対象物の形状、大きさ、姿勢、位置等を計測することができる。そのため、その計測結果を用いてピッキング動作を高速かつ高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る計測システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す計測システムが備える投影部の第１パターン光（１周期パターン）の位置と輝度との関係を示すグラフである。
【図３】図１に示す計測システムが備える投影部の第２パターン光（ｎ分割縞パターン）の位置と輝度との関係を示すグラフである。
【図４】図２に示す第１パターン光の明暗状態を示す図である。
【図５】図３に示す第２パターン光の明暗状態を示す図である。
【図６】図１に示す計測システムの動作（計測方法）を説明するためのフローチャートである。
【図７】４回の第１パターン光の位置と輝度との関係を示すグラフである。
【図８】ある位相における輝度と第１パターン光の撮像回数との関係を示すグラフである。
【図９】第１パターン光の位置と位相との関係を示すグラフである。
【図１０】第２パターン光の位置と位相との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明のロボット（ピッキング装置）の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の計測システム、計測方法、ロボット制御方法、ロボット、ロボットシステムおよびピッキング装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る計測システムの概略構成を示す図である。図２は、図１に示す計測システムが備える投影部の第１パターン光（１周期パターン）の位置と輝度との関係を示すグラフである。図３は、図１に示す計測システムが備える投影部の第２パターン光（ｎ分割縞パターン）の位置と輝度との関係を示すグラフである。図４は、図２に示す第１パターン光の明暗状態を示す図である。図５は、図３に示す第２パターン光の明暗状態を示す図である。
【００２７】
なお、図１では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図示されている。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。また、図１中の上側を「上」、下側を「下」という。
【００２８】
図１に示す計測システム１は、位相シフト法を用いて計測対象物Ｏの表面の三次元的な座標（すなわち三次元形状）を計測するシステムである。また、計測システム１は、計測対象物Ｏの形状が既知である場合、計測された三次元的な座標と計測対象物Ｏの形状情報とに基づいて、計測対象物Ｏの位置や姿勢等を計測することもできる。
【００２９】
この計測システム１は、計測パターンの投影および撮像を行う計測装置２と、計測装置２を制御するコンピューター３と、を備える。
【００３０】
（計測装置）
計測装置２は、基台２１と、ステージ２２と、支持部材２３、２４と、投影部２５と、撮像部２６と、を備えている。
【００３１】
基台２１は、Ｘ軸およびＹ軸を含む平面であるＸＹ平面に沿った板状をなしている。この基台２１の上面には、計測対象物Ｏが載置されるステージ２２、投影部２５を支持する支持部材２３、および、撮像部２６を支持する支持部材２４が設けられている。
【００３２】
ステージ２２の上面には、計測対象物Ｏが載置される載置面が形成されている。この載置面は、ＸＹ平面に平行な面であって、計測範囲が設定される。なお、ステージ２２の載置面には、計測対象物Ｏを固定するための例えば吸引式のチャック機構が設けられていてもよい。本実施形態では、ステージ２２は、載置された計測対象物Ｏの位置をＺ軸方向に移動可能な移動機構２２１を有する。
【００３３】
支持部材２３、２４は、基台２１上に立設されており、支持部材２３が投影部２５を基台２１に対して支持し、支持部材２４が撮像部２６を基台２１に対して支持している。
【００３４】
投影部２５は、光源２５１を含んで構成され、画像データに基づいて光源２５１を駆動して、映像光をステージ２２上の計測範囲に投影する機能を有する。映像光としては、例えば、輝度値の明暗で正弦波を表した縞パターンが用いられる（図４および図５参照）。特に、投影部２５は、計測対象物Ｏに対して、縞パターンを有する第１パターン光と、第１パターン光よりも縞の本数の多い縞パターンを有する第２パターン光と、を切り換えて投影する機能を有する。
【００３５】
第１パターン光は、例えば、図２に示すように、計測範囲（図２中の位置０から１０までの範囲）を１周期として輝度値が正弦波に沿って変化する。このような第１パターン光は、図４に示すように、計測範囲の一方向において、同一の輝度値が存在しないように連続的に変化する。このように、第１パターン光が有する縞の数が１本であることにより、第１パターン光の連続した位相情報を用いて、第２パターン光の縞ごとの位相を連続した値となるように位相接続することができる。
【００３６】
一方、第２パターン光は、図３に示すように、測定範囲をｎ分割（図３では５分割）した領域に分け、各領域の範囲を１周期として輝度値が正弦波に沿って変化する。このような第２パターン光は、図５に示すように、計測範囲の一方向において、計測範囲をｎ分割した各領域で同一の輝度値が存在しないように、輝度値が連続的かつ周期的に変化する。
【００３７】
ここで、第２パターン光が有する縞の数（測定範囲を分割する数ｎ）は、２本以上５０本以下の範囲内にあることが好ましく、５本以上５０本以下の範囲内であることがより好ましく、１０本以上４０本以下の範囲内であることがさらに好ましい。これにより、投影部２５や撮像部２６の画素数に対して、第２パターン光が有する縞の数のバランスを優れたものとし、その結果、高精度な計測を行うことができる。
【００３８】
このような投影部２５は、例えば、液晶プロジェクター、レーザープロジェクター等のプロジェクターである。これにより、互いに縞本数が異なる第１パターン光および第２パターン光を切り換えて計測対象物Ｏに対して高精度に投影することができる。
【００３９】
例えば、投影部２５が液晶プロジェクターである場合、投影部２５は、画像データに基づいて駆動される液晶パネルを有し、光源２５１からの光を、液晶パネルを介して計測対象物Ｏに投影する。また、投影部２５がレーザープロジェクターである場合、投影部２５は、光スキャナーを有し、光源２５１からの光を画像データに基づいて強度変調しつつ光スキャナーで走査して計測対象物Ｏに投影する。ここで、光源２５１が縦方向および横方向のうちの一方の方向に延びるライン状のレーザーを出射するレーザー光源である場合、光源２５１からのレーザー光を光スキャナーで縦方向および横方向のうちの他方の方向に走査すればよい。また、光源２５１がドット状のレーザーを出射するレーザー光源である場合、光源２５１からのレーザー光を光スキャナーで縦方向および横方向の双方に二次元的に走査すればよい。なお、光源２５１と計測対象物Ｏとの間にレンズが配置されていてもよい。このレンズにより投影部２５の投影範囲を調整することができる。このように、投影部２５が有する光源２５１がレーザー光源であることにより、高精細な第１パターン光および第２パターン光を発生可能な投影部２５を実現することができる。その結果、計測精度を向上させることができる。
【００４０】
また、投影部２５の画素数は、計測対象物Ｏの大きさや形状、必要となる計測精度等に応じて決められ、特に限定されないが、計測精度の観点から、１００万画素以上であることが好ましい。
【００４１】
また、投影部２５の映像光の出射方向は、ステージ２２の載置面の法線方向に対して傾斜している。これにより、計測対象物Ｏの３次元形状を高精度に計測することができる。この傾斜角度は、２０°以上４０°以下の範囲内であることが好ましく、２５°以上３５°以下の範囲内であることがより好ましい。これにより、計測可能な範囲を広くしつつ、計測対象物Ｏの３次元形状を高精度に計測することができる。かかる傾斜角度が小さすぎると、計測可能な範囲が広くなるものの、高さ方向での計測精度が低くなってしまい、一方、かかる傾斜角度が大きすぎると、高さ方向での計測精度を高められるものの、計測可能な範囲が狭くなってしまう。
【００４２】
撮像部２６は、複数の画素を有する撮像素子２６１を含んで構成され、撮像素子２６１を用いてステージ２２上の計測範囲を撮像する機能を有する。これにより、撮像部２６は、計測対象物Ｏに投影された第１パターン光および第２パターン光をそれぞれ撮像する。
【００４３】
また、撮像部２６の画素数は、計測対象物Ｏの大きさや形状、必要となる計測精度等に応じて決められ、特に限定されないが、投影部２５の画素数と同等以上であることが好ましく、具体的には、１００万画素以上１０００万画素以下の範囲内であることが好ましく、１５０万画素以上５００万画素以下の範囲内であることがより好ましい。これにより、計測精度を高く維持しつつ、コンピューター３での撮像部２６の撮像結果の解析における負荷を低減することができる。
【００４４】
撮像部２６の撮像方向は、ステージ２２の載置面の法線方向に対して平行である。これにより、計測対象物Ｏの３次元形状を広範囲に計測することができる。ここで、計測対象物Ｏに対する撮像部２６の撮像方向は、計測対象物Ｏに対する第１パターン光および第２パターン光のうちの少なくとも一方の投影方向に対して、２０°以上４０°以下の範囲内で交差していることが好ましく、２５°以上３５°以下の範囲内で交差していることがより好ましい。これにより、計測可能な範囲を広くしつつ、高精度な計測を行うことができる。
【００４５】
このような撮像素子２６１としては、特に限定されないが、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等が挙げられる。このような撮像素子２６１は、撮影された画像を画素ごとの電気信号に変換して出力する。
以上のように構成された計測装置２は、コンピューター３により制御される。
【００４６】
（コンピューター）
図１に示すように、コンピューター３は、前述した計測装置２の投影部２５および撮像部２６にそれぞれ電気的に接続され、計測プログラムに従い、計測装置２を制御する機能を有する。このコンピューター３は、制御部３１と、記憶部３２と、を備える。
【００４７】
制御部３１は、記憶部３２に記憶された計測プログラムに従い、投影部２５および撮像部２６の駆動を制御する機能を有する。より具体的には、制御部３１は、記憶部３２に記憶された画像データに基づいて、投影部２５の駆動を制御する機能を有する。これにより、投影部２５が画像データに基づいた映像光の投影を行うことができる。
【００４８】
特に、制御部３１は、投影部２５が計測対象物Ｏに投影する第１パターン光および第２パターン光のそれぞれの位相をシフトする位相シフト部３１１と、第１パターン光が有する縞および第２パターン光が有する縞と、撮像部２６の複数の画素とを対応させて、撮像部２６の撮像結果を解析する解析部３１２と、を有する。
【００４９】
位相シフト部３１１は、記憶部３２に記憶された画像データを適宜読み込み、必要に応じて画像データを画像処理して、投影部２５が計測対象物Ｏに投影する第１パターン光および第２パターン光の位相をシフトさせる。また、解析部３１２は、第１パターン光が有する縞および第２パターン光が有する縞と、撮像部２６の複数の画素とを対応させて、撮像部２６の撮像結果を解析する。そして、解析部３１２は、解析結果として、例えば、計測対象物Ｏの形状、大きさ等を求める。なお、位相シフト部３１１および解析部３１２の作用については、計測システム１の動作の説明とともに後に詳述する。
【００５０】
記憶部３２には、制御部３１による計測装置２の制御に必要な計測プログラムが記憶されている。特に、記憶部３２は、撮像部２６の撮像結果を記憶する撮像結果記憶部３２２と、投影部２５が投影する縞パターンに関する画像データを記憶する縞パターン記憶部３２１と、を有する。
【００５１】
以上、計測システム１の構成を簡単に説明した。このような計測システム１は、以下のようにして、計測対象物Ｏの三次元形状の計測を行う。
【００５２】
図６は、図１に示す計測システムの動作（計測方法）を説明するためのフローチャートである。図７は、４回の第１パターン光の位置と輝度との関係を示すグラフである。図８は、ある位相における輝度と第１パターン光の撮像回数との関係を示すグラフである。図９は、第１パターン光の位置と位相との関係を示すグラフである。図１０は、第２パターン光の位置と位相との関係を示すグラフである。
【００５３】
図６に示すように、計測システム１を用いた計測方法は、［１］第１パターン光を計測対象物Ｏに投影して撮像する第１投影撮像工程（ステップＳ１）と、［２］第２パターン光を計測対象物Ｏに投影して撮像する第２投影撮像工程（ステップＳ２）と、［３］これらの撮像結果を解析する解析工程（ステップＳ３）と、を有する。このような各工程（ステップ）は、前述した記憶部３２に記憶された計測プログラムがコンピューター３に実行させることにより行われる。以下、各工程を順次説明する。
【００５４】
［１］第１投影撮像工程（ステップＳ１）
まず、計測対象物Ｏに対して、投影部２５を用いて、前述した第１パターン光をπ／２ずらして４回投影するとともに、撮像部２６を用いて、計測対象物Ｏに投影された各回の第１パターン光を撮像する。
【００５５】
例えば、１回目の投影では、図７中実線で示すような位相、２回目の投影では、図７中に破線で示すような位相、３回目の投影では、図７中一点鎖線で示すような位相、４回目の投影では、図７中の二点鎖線で示すような位相で第１パターン光をπ／２ずつずらして計測対象物Ｏに対して投影する。なお、第１パターン光の投影・撮像の回数は、４回に限定されず、例えば、８回、１６回のように４の倍数であってもよい。
【００５６】
［２］第２投影撮像工程（ステップＳ２）
次に、計測対象物Ｏに対して、投影部２５を用いて、前述した第２パターン光をπ／２ずつずらして少なくとも４回投影するとともに、撮像部２６を用いて、計測対象物Ｏに投影された各回の第２パターン光を撮像する。
【００５７】
［３］解析工程（ステップＳ３）
その後、解析部３１２が、撮像部２６の撮像結果に基づいて、第２パターン光が有する縞と、撮像部２６の複数の画素とを対応させて、撮像部２６の撮像結果を解析する。
【００５８】
この解析に際しては、まず、以下のようにして、撮像画像の各画素の位相値θを求めること、すなわち位相復元を行う。
【００５９】
前述した［１］第１投影撮像工程および［２］第２投影撮像工程のそれぞれにおいて、４回の撮像により得られる４つの撮像画像の同じ画素における輝度値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、図８に示すように、絶対値がその画素における計測対象物の表面状態や色等で変化しても、相対値が縞パターンの位相差分だけ変化する。
【００６０】
したがって、撮像画像の各画素の位相値θは、下記式（１）により求めることができる。これにより、環境光や計測対象物の表面状態等の影響を受けるのを低減しつつ、撮像画像の各画素での縞パターンの位相値θを求めることができる。なお、図８中、Ａは、投影光の最大強度（振幅）であり、Ｂは、環境光の影響による輝度値の変動量である。
【００６１】
【数１】
2017110991.tif 000003
【００６２】
この式（１）を用いて、［１］第１投影撮像工程で得られる４つの撮像画像（撮像した第１パターン光）の各画素の位相値θ１、および、［２］第２投影撮像工程で得られる４つの撮像画像（撮像した第２パターン光）の各画素の位相値θ２をそれぞれ求める。
【００６３】
以上ようにして、第１パターン光の位相値θ１および第２パターン光の位相値θ２を求める。
【００６４】
ここで、位相値θ１は、図９に示すように、第１パターン光を撮像した撮像画像中で連続した値であって、−π〜＋πの範囲で求められる。これに対し、位相値θ２は、図１０に示すように、第２パターン光を撮像した撮像画像中で連続した値ではなく縞パターンの縞ごとに−π〜＋πの範囲で求められる。第２パターン光の縞ごとの位相値θ２は、位相値θ１から第２パターン光の何番目の縞に属するかを知ることができる。そこで、位相値θ１を用いて、位相値θ２を撮像画像中の連続した値（絶対位相）となるように位相連結（位相接続）する。
【００６５】
位相連結に際しては、まず、解析部３１２が、第１パターン光が有する縞の本数をＣ１とし、第２パターン光が有する縞の本数をＣ２とし、第２パターン光が有する縞の番号をｆ（ｆは１以上Ｃ２以下の整数）とし、第１パターン光の位相値をθ１としたとき、ｆ＝［θ１／２π×Ｃ２／Ｃ１］の関係を用いて、第２パターン光が有する縞の番号ｆを撮像部２６の複数の画素に順次対応させる。これにより、比較的簡単に、第１パターン光が有する縞および第２パターン光が有する縞と、複数の画素とを対応させることができる。
【００６６】
例えば、Ｃ１が１であり、Ｃ２が５である場合、第１パターン光の位相値が０π以上０．４π未満となる範囲（図９に示すａの範囲）に第２パターン光の１番目の縞が対応し、第１パターン光の位相値が０．４π以上０．８π未満となる範囲（図９に示すｂの範囲）に第２パターン光の２番目の縞が対応し、第１パターン光の位相値が０．８π以上１．２π未満となる範囲（図９に示すｃの範囲）に第２パターン光の３番目の縞が対応し、第１パターン光の位相値が１．２π以上１．６π未満となる範囲（図９に示すｄの範囲）に第２パターン光の４番目の縞が対応し、第１パターン光の位相値が１．６π以上２π未満となる範囲（図９に示すｅの範囲）に第２パターン光の５番目の縞が対応する。
【００６７】
このように、撮像した第２パターン光の画素が属する縞の番号ｆを求める。そして、以下の式（２）を用いて、第２パターン光を撮像した各画素の絶対位相θ３を求める。
【００６８】
【数２】
2017110991.tif 000004
【００６９】
以上のようにして、位相値θ２を撮像画像中の連続した値である絶対位相θ３を求めて位相接続を行う。
【００７０】
このようにして求めた各画素の絶対位相θ３にキャリブレーション値をかけて高さ情報を得る。これにより、計測対象物Ｏの３次元形状情報（表面の座標情報）を得ることができる。
【００７１】
以上説明したような計測方法によれば、第１パターン光が有する縞および第２パターン光が有する縞と、複数の画素とを対応させることにより、比較的簡単かつ高精度に位相接続を行うことができる。そのため、解析の高速化を図ることができる。
【００７２】
（ロボット（ピッキング装置））
次に、本発明のロボット、ロボットシステムおよびピッキング装置の一例について説明する。
図１１は、本発明のロボット（ピッキング装置）の一例を示す斜視図である。
【００７３】
図１１に示すロボット１００は、基台１０１と、基台１０１上に設けられたロボットアーム１０２と、ロボットアーム１０２の先端部に設けられたハンド１０３および撮像ユニット２０と、コンピューター３と、を有し、ワーク供給装置１０４上に載置されたワーク（計測対象物Ｏ）をハンド１０３で把持してロボットアーム１０２を動作させることによりワーク収納装置１０５上に搬送するピッキング装置である。ここで、撮像ユニット２０は、前述した投影部２５および撮像部２６を備えており、ロボット１００は、計測システム１を備えている。
【００７４】
このロボット１００では、ワーク（計測対象物Ｏ）をワーク供給装置１０４上からワーク収納装置１０５上に搬送する際、ワーク供給装置１０４上に不整列な状態で載置されたワーク（計測対象物Ｏ）の位置および姿勢を計測システム１により計測し、その計測結果に基づいて、ロボットアーム１０２およびハンド１０３を動作させることで、ワークをハンド１０３で的確に把持するとともに、ワークをワーク収納装置１０５上に所望の位置および姿勢で載置して整列させる。
【００７５】
以上のようなロボット１００によれば、例えば、計測対象物Ｏの解析を高速に行って、計測対象物Ｏの表面の座標を求め、その座標に基づいて計測対象物Ｏの形状、大きさ、姿勢、位置等を計測することができる。そのため、その計測結果を用いて様々な動作（例えばピッキング動作）を高速かつ高精度に行うことができる。
【００７６】
なお、図１１では、撮像ユニット２０の設置箇所は、ロボットアーム１０２の先端部に限定されず、例えば、ロボットアーム１０２の先端部以外の部分であってもよいし、ロボットアーム１０２以外の箇所（例えば天井や壁等）に設けてもよい。
【００７７】
また、図１１では、ロボットと計測システム１とを組み合わせたロボットシステム１００としてもよい。
【００７８】
以上、本発明の計測システム、計測方法、ロボット制御方法、ロボット、ロボットシステムおよびピッキング装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明は、実施形態に記載の各部の構成を、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができ、また、他の任意の構成を付加することもできる。
【符号の説明】
【００７９】
１…計測システム、２…計測装置、３…コンピューター、２０…撮像ユニット、２１…基台、２２…ステージ、２３…支持部材、２４…支持部材、２５…投影部、２６…撮像部、３１…制御部、３２…記憶部、１００…ロボット（ロボットシステム）、１０１…基台、１０２…ロボットアーム、１０３…ハンド、１０４…ワーク供給装置、１０５…ワーク収納装置、２２１…移動機構、２５１…光源、２６１…撮像素子、３１１…位相シフト部、３１２…解析部、３２１…縞パターン記憶部、３２２…撮像結果記憶部、ｆ…縞の番号、Ｉ１…輝度値、Ｉ２…輝度値、Ｉ３…輝度値、Ｉ４…輝度値、ｎ…数、Ｏ…計測対象物、θ…位相値、θ１…位相値、θ２…位相値、θ３…絶対位相
【図１】
2017110991.tif 000005
【図２】
2017110991.tif 000006
【図３】
2017110991.tif 000007
【図４】
2017110991.tif 000008
【図５】
2017110991.tif 000009
【図６】
2017110991.tif 000010
【図７】
2017110991.tif 000011
【図８】
2017110991.tif 000012
【図９】
2017110991.tif 000013
【図１０】
2017110991.tif 000014
【図１１】
2017110991.tif 000015