(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラ等の画像計測装置の視野内に存在するベルトコンベア或いは作業台等の位置が変化しない背景物体を基に基準物体モデルを作製し、前記画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、
前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記背景物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記背景物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める背景物体モデルマッチング部（２）と、
前記背景物体モデルマッチング部（２）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）と
を備えることを特徴とするビンピッキング位置データ較正装置。
【請求項２】
カメラ等の画像計測装置の視野内に固定した識別の容易なマーク物体を基に基準物体モデルを作製し、前記画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、
前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記マーク物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記マーク物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める固定マークモデルマッチング部（６）と、
前記固定マークモデルマッチング部（６）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、
前記較正座標変換データ計算部により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、
前記較正座標変換データ計算部により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）と
を備えることを特徴とするビンピッキング位置データ較正装置。
【請求項３】
位置データ較正作業時に、用意しておいたジグによってマーク物体をカメラ等の画像計測装置の視野内に位置精度良く取り付け、前記マーク物体を基に基準物体モデルを作製し、前記画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、
前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記マーク物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記マーク物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める取付マークモデルマッチング部（７）と、
前記取付マークモデルマッチング部（７）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）と
を備えることを特徴とするビンピッキング位置データ較正装置。
【請求項４】
ロボットアームにマーク物体を取り付けると共に前記マーク物体を基に基準物体モデルを作製し、画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、
前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記マーク物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記マーク物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求めるロボット取付マーク物体モデルマッチング部（８）と、
前記ロボット取付マーク物体モデルマッチング部（８）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）と
を備えることを特徴とするビンピッキング位置データ較正装置。
【請求項５】
基準物体モデルを設定するための基準部品を作業者側で適切に用意すると共に前記基準部品を基に基準物体モデルを作製し、画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、
前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記基準部品に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記基準部品の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める基準部品モデルマッチング部（９）と、
前記基準部品モデルマッチング部（９）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、
前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）と
を備えることを特徴とするビンピッキング位置データ較正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビンピッキングシステムに必要な各装置の位置関係及び部品検出に必要な位置データを較正するビンピッキング位置データ較正装置を提供するものである。
【０００２】
【背景技術】
ビンピッキングシステムは対象部品の位置姿勢を画像計測装置で検出し、その情報を元にロボットアームで対象部品をハンドリングするシステムである。
また、画像計測装置としては、入力画像から得られる対象物体の輪郭、凹凸、模様等の特徴を直線、円弧等で近似したデータであるとともにステレオ計測等で得た三次元位置データを有する特徴データと、対象物体のモデルの三次元位置データを有する特徴データとのマッチングをとることで対象物体の三次元位置姿勢を得るものがある。
【０００３】
対象部品の位置検出方法としてモデルベーストマッチング法があり、部品のモデル作製方法としても種々の提案がある。
ハンドリングの際必要な、ロボットアーム装置と画像計測装置との相対関係を求める方法として従来より様々な提案がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ビンピッキングシステムを正しく動作させるためには、対象部品の位置検出やハンドリングデータを計算するために必要な各装置の位置関係が既知であり、またその位置関係が正しく保たれていなければならない。
【０００５】
しかしながら、カメラの故障や寿命、事故によるカメラの破損等でカメラを交換する場合は、カメラの位置やそれに伴う画像計測装置の座標系が変わるため、今までのデータを全て新しく作り直す必要がある。
またカメラ取付部の経年変化によりカメラの位置姿勢にズレが生じた場合、対象部品の検出位置姿勢が実体の位置姿勢と異なるため、システムの動作に不具合が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るビンピッキング位置データ較正装置は、カメラ等の画像計測装置の視野内に存在するベルトコンベア或いは作業台等の位置が変化しない背景物体を基に基準物体モデルを作製し、前記画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記背景物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記背景物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める背景物体モデルマッチング部（２）と、前記背景物体モデルマッチング部（２）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）とを備えることを特徴とする。
そのため、基準物体モデルを設定するための特別な装置を用意する必要がなく、簡素なシステムを構成でき、装置のコストを小さくすることができるメリットがある。
【０００７】
本発明の請求項２に係るビンピッキング位置データ較正装置は、カメラ等の画像計測装置の視野内に固定した識別の容易なマーク物体を基に基準物体モデルを作製し、前記画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記マーク物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記マーク物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める固定マークモデルマッチング部（６）と、前記固定マークモデルマッチング部（６）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、
前記較正座標変換データ計算部により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、前記較正座標変換データ計算部により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）とを備えることを特徴とする。
そのため、高精度な較正座標変換データを得ることができ、システムの信頼性を向上できる。
またマークがカメラ視野内に固定されているため、頻繁な定期位置データ較正を容易に行うことができるメリットがある。
【０００８】
本発明の請求項３に係るビンピッキング位置データ較正装置は、位置データ較正作業時に、用意しておいたジグによってマーク物体をカメラ等の画像計測装置の視野内に位置精度良く取り付け、前記マーク物体を基に基準物体モデルを作製し、前記画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記マーク物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記マーク物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める取付マークモデルマッチング部（７）と、前記取付マークモデルマッチング部（７）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）とを備えることを特徴とする。
そのため、高精度な較正座標変換データを得ることができ、システムの信頼性を向上できるメリットがある。
【０００９】
本発明の請求項４に係るビンピッキング位置データ較正装置は、ロボットアームにマーク物体を取り付けると共に前記マーク物体を基に基準物体モデルを作製し、画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記マーク物体に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記マーク物体の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求めるロボット取付マーク物体モデルマッチング部（８）と、前記ロボット取付マーク物体モデルマッチング部（８）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）とを備えることを特徴とする。
そのため、カメラ視野内にマーク物体を位置精度良く設置して、高精度な較正座標変換データを得ることができ、システムの信頼性を向上できるメリットがある。
【００１０】
本発明の請求項５に係るビンピッキング位置データ較正装置は、基準物体モデルを設定するための基準部品を作業者側で適切に用意すると共に前記基準部品を基に基準物体モデルを作製し、画像計測装置を寿命又は破損等で交換する前の今までの座標系を旧ビジョン系（ΣV）とし、前記画像計測装置を交換した後の新たな座標系を新ビジョン系（ΣV'）として設定するビジョン系設定部（１）と、前記ビジョン系設定部（１）により設定された前記新ビジョン系（ΣV'）において前記旧ビジョン系（ΣV）で作製された前記基準物体モデルを用いて前記基準部品に対するモデルマッチングを行うことにより、前記新ビジョン系（ΣV'）を基にする前記基準部品の位置姿勢を示す座標変換データ（ＴV'O）を求める基準部品モデルマッチング部（９）と、前記基準部品モデルマッチング部（９）により求められた前記座標変換データの逆変換（ＴV'O-1）を前記旧ビジョン系（ΣV）から新ビジョン系（ΣV'）への座標変換データ（ＴVV'）とする較正座標変換データ計算部（３）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）、その逆変換（ＴVV'-1）、ロボットアーム装置の座標系であるロボット系（ΣR）から前記旧ビジョン系（ΣV）への座標変換（ＴRV）及び前記旧ビジョン系（ΣV）からロボットアーム装置でハンドリングされる対象物体の座標系であるハンド系（ΣH）への座標変換（ＴVH）に基づいて、前記ロボット系（ΣR）から前記新ビジョン系（ΣV'）への座標変換（ＴRV'）及び前記新ビジョン系（ΣV'）から前記ハンド系（ΣH）への座標変換（ＴV'H）をそれぞれ求める装置位置関係データ較正部（４）と、前記較正座標変換データ計算部（３）により求められた前記座標変換データ（ＴVV'）の逆変換（ＴVV'-1）に基づき、前記旧ビジョン系（ΣV）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV）を前記新ビジョン系（ΣV'）を基準にした部品モデルデータの点（ｐV'）へ変換する部品モデルデータ較正部（５）とを備えることを特徴とする。
そのため、基準物体モデルを設定するための特別な装置を用意する必要がなく、システムのコストを小さくすることができる。
また、基準部品にマーク物体と同様に識別の容易な部品を選び、位置精度良く動作するロボットアームによって基準部品を位置精度良く設置することで、高精度な較正座標変換データを得ることができ、システムの信頼性を向上できるメリットがある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（１）基本的な考え方
本発明の目的はピンピッキングシステムに必要な各装置の位置関係及び部品検出に必要な位置データを較正することである。
カメラの位置姿勢が変化した場合、それに伴い画像計測装置の新しい座標系を設定する必要がある。
【００１２】
この時画像計測装置の今までの座標系と新しく設定した座標系の位置関係が検出できれば、その位置関係データを用いて各装置の位置関係データや部品検出に必要な部品データを新しく設定した画像計測装置の座標系を基にしたデータヘ変換することができる。
そこで、本発明では部品モデル作製位置に設置した物体について、今までの座標系で作った部品モデルを使用して新しい座標系においてモデルマッチングを行うことで、画像計測装置の今までの座標系と新しく設定した座標系の位置関係を求める。
【００１３】
（２）各装置の座標系と相対関係
図１の様に各座標系を設定する。
ここで各座標系は次のものである。
ΣV：旧ビジョン系（画像計測装置の今までの座標系）
ΣV'：新ビジョン系（画像計測装置の新しく設定した座標系）
ΣR：ロボット系（ロボットアーム装置の座標系）
ΣH：ハンド系（ハンドの対象物体ハンドリング時の座標系）
【００１４】
各装置間の位置関係はその装置の座標系から別の装置の座標系への座標変換データとして求められる。
ＴRV：ロボット系ΣRから旧ビジョン系ΣVへの座標変換
ＴVH：旧ビジョン系ΣVからハンド系ΣHへの座標変換
ＴRV'：ロボット系ΣRから新ビジョン系ΣV'への座標変換
ＴV'H：新ビジョン系ΣV'からハンド系ΣHへの座標変換
ＴVV'：旧ビジョン系ΣVから新ビジョン系ΣV'への座標変換
【００１５】
（３）較正座標変換データの計算
データ較正に必要な、変換データは旧ビジョン系ΣVから新ビジョン系ΣV'への座標変換データＴVV'である。これをモデルマッチングによって求める。
旧ビジョン系ΣVにおいて基準物体の部品モデルを作っておき、基準物体をモデル作製位置に設置して、新ビジョン系ΣV'において同一のモデルを用いてモデルマッチングを行うと、新ビジョン系ΣV'を基にする基準物体の位置姿勢ＴV'Oを検出できる。
【００１６】
この時基準物体は旧ビジョン系ΣVにおいて全く動かない位置姿勢にあるため、先ほど新ビジョン系ΣV'において検出した基準物体の位置姿勢ＴV'Oは、新ビジョン系ΣV'から旧ビジョン系ΣVへの座標変換ＴV'Vを示す。
よって、データ較正に必要な座標変換データは旧ビジョン系ΣVから新ビジョン系ΣV'への座標変換データＴVV'として次のように求められる。
ＴVV'＝ＴV'O-1    …（１）
【００１７】
（４）装置位置関係の較正
ロボット系ΣRと新ビジョン系ΣV'の位置関係は較正座標変換データと今までの位置関係より次のように計算できる。
ＴRV'＝ＴRVＴVV'  …（２）
新ビジョン系ΣV'とハンド系ΣHの位置関係は較正座標変換データと今までの位置関係より次のように計算できる。
ＴV'H＝ＴVV'-1ＴVH  …（３）
【００１８】
（５）部品モデルデータの較正
部品の三次元形状モデルは三次元的な直線特徴や曲線特徴で構成され、それらの三次元データはビジョン系を基にした特徴上の点の三次元位置データである。
そこで部品の三次元形状モデルの較正は、モデルを構成する点位置データの旧ビジョン系ΣV から新ビジョン系ΣV'への座標変換で行うことができる。
旧ビジョン系ΣVを基準にした点ｐVは新ビジョン系ΣV'を基準にした点ｐV'へ次のように変換される。
【００１９】
ｐV'＝ＴVV'-1ｐV  …（４）
こうして変換した三次元形状モデルの点を再構成することで、部品の三次元形状モデルの較正を行うことができる。
新ビジョン系ΣV'を基にした三次元形状モデルが計算されれば、カメラの新しい位置姿勢においての見え方モデルであるイメージ上の二次元形状モデルは、三次元形状モデルのカメラのイメージ平面への透視変換によって較正することができる。
【００２０】
（６）基準物体モデルの設定
（６．１）背景物体による基準物体モデルの設定
カメラの視野内にベルトコンベアや作業台といった位置が変化しない物体が存在する場合は図２のように背景物体を基準物体とし、基準物体モデルを設定することができる。
【００２１】
（６．２）固定マーク物体による基準物体モデルの設定
カメラ視野内に位置が変化しない固定マーク物体を設置できる場合は、図３のように固定マーク物体を基準物体とし、基準物体モデルを設定することができる。
【００２２】
（６．３）取付マーク物体による基準物体モデルの設定
装置に常時取り付けてはいないが、較正作業の際何らかのジグによって取付マークを設置できる場合は、図４のように取付マーク物体を基準物体とし、基準物体モデルを設定することができる。
【００２３】
（６．４）ロボットアームに取り付けたマーク物体による基準物体モデルの設定ロボットアームにマーク物体を取り付けることができる場合は、図５のようにそのマーク物体を基準物体とし、基準物体モデルを設定することができる。
【００２４】
（６．５）基準部品による基準物体モデルの設定
較正作業用に基準部品として選んだ部品を、ロボットアーム等を用いて同一の位置に設置できる場合は、図６のようにその基準部品を基準物体とし、基準物体モデルを設定することができる。
【００２５】
（７）位置データ較正方法
（７．１）背景物体による位置データ較正方法
カメラの位置姿勢が変化した場合、図７に示すフローチャートに従い、次の手順でビンピッキングシステムの位置データを較正する。
▲１▼画像計測装置の新ビジョン系の設定を行う。
▲２▼背景物体モデルによりモデルマッチングを行う。
▲３▼マッチング結果より較正座標変換データＴVV'を計算する。
▲４▼較正座標変換データと今までの装置位置関係データを用いて装置位置関係データを較正する。
▲５▼較正座標変換データと今までの部品モデルデータを用いて部品モデルデータを較正する。
【００２６】
（７．２）固定マーク物体による位置データ較正方法
カメラの位置姿勢が変化した場合、図８に示すフローチャートに従い、次の手順でビンピッキングシステムの位置データを較正する。
▲１▼画像計測装置の新ビジョン系の設定を行う。
▲２▼固定マーク物体モデルによりモデルマッチングを行う。
▲３▼マッチング結果より較正座標変換データＴVV'を計算する。
▲４▼較正座標変換データと今までの装置位置関係データを用いて装置位置関係データを較正する。
▲５▼較正座標変換データと今までの部品モデルデータを用いて部品モデルデータを較正する。
【００２７】
（７．３）取付マーク物体による位置データ較正方法
カメラの位置姿勢が変化した場合、図９に示すフローチャートに従い、次の手順でビンピッキングシステムの位置データを較正する。
▲１▼画像計測装置の新ビジョン系の設定を行う。
▲２▼取付マーク物体モデルによりモデルマッチングを行う。
▲３▼マッチング結果より較正座標変換データＴVV'を計算する。
▲４▼較正座標変換データと今までの装置位置関係データを用いて装置位置関係データを較正する。
▲５▼較正座標変換データと今までの部品モデルデータを用いて部品モデルデータを較正する。
【００２８】
（７．４）ロボットアームに取り付けたマーク物体による位置データ較正方法
カメラの位置姿勢が変化した場合、図１０に示すフローチャートに従い、次の手順でビンピッキングシステムの位置データを較正する。
▲１▼画像計測装置の新ビジョン系の設定を行う。
▲２▼ロボットアームに取り付けたマーク物体モデルによりモデルマッチングを行う。
▲３▼マッチング結果より較正座標変換データＴVV'を計算する。
▲４▼較正座標変換データと今までの装置位置関係データを用いて装置位置関係データを較正する。
▲５▼較正座標変換データと今までの部品モデルデータを用いて部品モデルデータを較正する。
【００２９】
（７．５）基準部品による位置データ較正方法
カメラの位置姿勢が変化した場合、図１１に示すフローチャートに従い、次の手順でビンピッキングシステムの位置データを較正する。
▲１▼画像計測装置の新ビジョン系の設定を行う。
▲２▼基準部品モデルによりモデルマッチングを行う。
▲３▼マッチング結果より較正座標変換データＴVV'を計算する。
▲４▼較正座標変換データと今までの装置位置関係データを用いて装置位置関係データを較正する。
▲５▼較正座標変換データと今までの部品モデルデータを用いて部品モデルデータを較正する。
【００３０】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例に係る背景物体による位置データ較正装置を図１２に示す。本実施例は、請求項１に係るものである。
この装置は、画像計測装置の新ビジョン系の設定を行うビジョン系設定部１と、背景物体モデルによりモデルマッチングを行う背景物体モデルマッチング部２と、マッチング結果より較正座標変換データを計算する較正座標変換データ計算部３と、較正座標変換データと今までの装置位置関係データを用いて装置位置関係データを較正する装置位置関係データ構成部４と、較正座標変換データと今までの部品モデルデータを用いて部品モデルデータを較正する部品モデルデータ較正部５とを備え、ビンピッキングシステムに必要な位置データを較正する。
【００３１】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例に係る固定マーク物体による位置データ較正装置を図１３に示す。本実施例は、請求項２に係るものである。
この装置は、実施例１の背景物体モデルマッチング部２に代えて、固定マーク物体モデルによりモデルマッチングを行う固定マークモデルマッチング部６を設け、ビンピッキングシステムに必要な位置データを較正する。
【００３２】
〔実施例３〕
本発明の第３の実施例に係る取付マーク物体による位置データ較正装置を図１４に示す。本実施例は、請求項３に係るものである。
この装置は、実施例１の背景物体モデルマッチング部２に代えて、取付マーク物体モデルによりモデルマッチングを行う取付マークモデルマッチング部７を設け、ビンピッキングシステムに必要な位置データを較正する。
【００３３】
〔実施例４〕
本発明の第４の実施例に係るロボットアームに取り付けたマーク物体による位置データ較正装置を図１５に示す。本実施例は、請求項４に係るものである。
この装置は、実施例１の背景物体モデルマッチング部２に代えて、ロボットアームに取り付けたマーク物体モデルによりモデルマッチングを行うロボット取付マーク物体モデルマッチング部８を設け、ビンピッキングシステムに必要な位置データを較正する。
【００３４】
〔実施例５〕
本発明の第５の実施例に係る基準部品による位置データ較正装置を図１６に示す。本実施例は、請求項５に係るものである。
この装置は、実施例１の背景物体モデルマッチング部２に代えて、基準部品モデルによりモデルマッチングを行う基準部品モデルマッチング部９を設けて、ビンピッキングシステムに必要な位置データを較正する。
【００３５】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明によれば、カメラの故障や寿命、事故によるカメラの破損等でカメラを交換する場合でも、ビンピッキングシステムに必要な位置データを較正できるため、以下の効果を奏する。
（１）今までのデータを全て新しく作り直す必要がない。
（２）カメラ交換に伴う作業による作業時間を大幅に短縮できる。
（３）大量の部品モデルデータを扱い易く、多品種を扱う工程に容易に対応できる。
（４）過去に作った大量の部品モデルデータのデータベースを効率よく扱うことができる。
（５）カメラ交換に伴う作業コストを小さくすることができる。
（６）カメラ交換に伴う作業者の負担を軽減できる。
（７）カメラ交換作業を容易に行うことができる。
（８）定期的に位置データ較正を行うことにより、カメラ取付部の経年変化によってカメラの位置姿勢に多少のズレが生じた場合でも、システムを正常に動作させ続けることができる。
（９）定期的に位置データ較正を行うことによって、システムの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】位置データ較正に用いる座標系を示す説明図である。
【図２】背景物体による基準物体モデルを示す説明図である。
【図３】固定マーク物体による基準物体モデルを示す説明図である。
【図４】取付マーク物体による基準物体モデルを示す説明図である。
【図５】ロボットアームに取り付けたマーク物体による基準物体モデルを示す説明図である。
【図６】基準部品による基準物体モデルを示す説明図である。
【図７】背景物体による位置データ較正方法を示すフローチャートである。
【図８】固定マーク物体による位置データ較正方法を示すフローチャートである。
【図９】取付マーク物体による位置データ較正方法を示すフローチャートである。
【図１０】ロボットアームに取り付けたマーク物体による位置データ較正方法を示すフローチャートである。
【図１１】基準部品による位置データ較正方法を示すフローチャートである。
【図１２】背景物体による位置データ較正装置を示す構成図である。
【図１３】固定マーク物体による位置データ較正装置を示す構成図である。
【図１４】取付マーク物体による位置データ較正方法装置を示す構成図である。
【図１５】ロボットアームに取り付けたマーク物体による位置データ較正装置を示す構成図である。
【図１６】基準部品による位置データ較正装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  ビジョン系設定部
２  背景物体モデルマッチング部
３  較正座標変換データ計算部
４  装置位置関係データ構成部
５  部品モデルデータ較正部
６  固定マークモデルマッチング部
７  取付マークモデルマッチング部
８  ロボット取付マーク物体モデルマッチング部
９  基準部品モデルマッチング部
【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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