(57)【要約】【課題】  所定位置に固定した原点を基準として、移動する測定対象の形状等を簡単な構成で高精度に測定すること。【解決手段】  相互の位置関係が既知の光学式測定部１２１、１２３を有する複眼測定部１２５を所定の固定位置に配設すると共に、反射部１３２上に３つの標点１１８〜１２０を形成する標点用光源１２９及び標点１１８〜１２０に対して所定位置に配設された光学式測定部１１５を有しアーム式多関節ロボット１００のハンド部１１４に一体的に設けられた光学式測定器１３１を備え、複眼測定部１２５によって所定の固定位置を原点として標点１１８〜１２０の座標を測定すると共に、測定部１１５によって所定位置を基準として測定対象１３０の形状等を測定し、これらの測定値及び設定値に基づいて、前記原点を基準として、測定対象１３０の形状等を測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動体と、
前記可動体の可動部に一体的に設けられ、複数の標点を表す標点用光を生成する標点用光生成手段と、
相互の位置関係が既知の複数の光検出部を有し、所定の固定位置である原点を基準として、前記各標点の位置に関するデータを測定する複眼測定手段と、
前記いずれかの標点との位置関係が既知の位置に配設されると共に、測定対象の形状に関するデータを測定する光学式測定手段と、
前記複眼測定手段による前記各標点の測定動作と、前記光学式測定手段による前記測定対象の形状測定動作とを同期させる同期手段と、
前記複眼測定手段によって前記各標点を測定した測定データと、前記光学式測定手段によって前記測定対象を測定した測定データとに基づいて、前記原点を基準として前記測定対象の形状を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定システム。
【請求項２】
前記標点は前記標点用光生成手段によって少なくとも３つ形成され、
前記複眼測定手段は、前記原点を基準として、前記各標点の位置を測定し、
前記光学式測定手段は、前記いずれかの標点との位置関係が所定の関係にある位置を基準として前記測定対象の形状を測定し、
前記算出手段は、前記複眼測定手段によって前記各標点を測定した標点測定データと、前記光学式測定手段によって前記測定対象を測定した形状測定データとに基づいて、前記原点を基準として前記測定対象の形状を算出することを特徴とする請求項１記載の光学式測定システム。
【請求項３】
前記光学式測定手段は、前記いずれかの標点との位置関係が固定されて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の光学式測定システム。
【請求項４】
前記可動体の可動部は産業用ロボットのハンド部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光学式測定システム。
【請求項５】
前記可動体の可動部は工作機械の主軸に沿って移動可能な可動部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光学式測定システム。
【請求項６】
前記標点用光生成手段は、少なくとも３つの方向に光を出力する光源と、前記光源からの光を乱反射する反射部とを備えて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の光学式測定システム。
【請求項７】
前記標点用光生成手段は、前記各標点を表す光を出力する複数の発光素子を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の光学式測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定用光を測定対象に照射すると共に前記測定対象で反射した前記測定用光を検出し、前記検出した測定用光に基づいて前記測定対象の形状等を測定する光学式測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アーム式多関節ロボット等の各種作業用ロボットが組み立て工場等で使用されている（例えば、特許文献１、２参照）。
図６は、従来から使用されているアーム式多関節ロボットの外観を示す図である。
図６において、アーム式多関節ロボットは、所定の固定位置に取り付けられた台部６０１、複数のリンク部６０３、６０５、６０７、６１０、各リンク部を接続する複数の関節部６０２、６０４、６０６、６０８、６０９、及び部品や工具等を把持するハンド部６１１を備えている。
【０００３】
図示しない制御装置により各関節部６０２、６０４、６０６、６０８、６０９を矢印方向に回転制御して、リンク部６０３、６０５、６０７、６１０を移動制御する。これによって、ハンド部６１１による部品や工具等の把持、把持した部品等の所定位置への移動、載置等の動作を制御する。
【０００４】
ところで、ハンド部６１１によって部品や工具等を把持し所定位置に移動させる際、正確な位置に移動させるために、光学式測定装置（例えば、特許文献３参照）等を用いて測定したハンド部６１１の相対的な形状や位置等の情報、及び、リンク部６０３、６０５、６０７、６１０や関節部６０２、６０４、６０６、６０８、６０９の形状や位置等の情報に基づいて、絶対位置を基準としてハンド部６１１の形状や位置等を測定することにより、絶対位置を基準とする部品や工具の形状、位置あるいは姿勢等を測定するようにしている。
【０００５】
このように、リンク部６０３、６０５、６０７、６１０や関節部６０２、６０４、６０６、６０８、６０９の形状や移動位置等の情報を用いて、絶対位置を基準としてハンド部６１１や部品等の形状や位置等、あるいは、絶対位置を基準としてハンド部６１１によって置かれた部品等の形状や位置等を算出するようにしている。
【０００６】
したがって、リンク部６０３、６０５、６０７、６１０や関節部６０２、６０４、６０６、６０８、６０９のガタや駆動誤差等に基づく測定誤差が大きくなるという問題がある。
また、算出処理が極めて煩雑になり、測定結果が得られるまでに長時間要するという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−６６８４号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１６３号公報
【特許文献３】特開２００６−３４９３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、所定位置に固定した原点を基準として、移動する測定対象の形状等を簡単な構成で高精度に測定することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、可動体と、前記可動体の可動部に一体的に設けられ、複数の標点を表す標点用光を生成する標点用光生成手段と、相互の位置関係が既知の複数の光検出部を有し、所定の固定位置である原点を基準として、前記各標点の位置に関するデータを測定する複眼測定手段と、前記いずれかの標点との位置関係が既知の位置に配設されると共に、測定対象の形状に関するデータを測定する光学式測定手段と、前記複眼測定手段による前記各標点の測定動作と、前記光学式測定手段による前記測定対象の形状測定動作とを同期させる同期手段と、前記複眼測定手段によって前記各標点を測定した測定データと、前記光学式測定手段によって前記測定対象を測定した測定データとに基づいて、前記原点を基準として前記測定対象の形状を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定システムが提供される。
【００１０】
標点用光生成手段は、可動体の可動部に一体的に設けられ、複数の標点を表す標点用光を生成する。複眼測定手段は、相互の位置関係が既知の複数の光検出部を有し、所定の固定位置である原点を基準として、前記各標点の位置に関するデータを測定する。光学式測定手段は、前記いずれかの標点との位置関係が既知の位置に配設されると共に、測定対象の形状に関するデータを測定する。同期手段は、前記複眼測定手段による前記各標点の測定動作と、前記光学式測定手段による前記測定対象の形状測定動作とを同期させる。算出手段は、前記複眼測定手段によって前記各標点を測定した測定データと、前記光学式測定手段によって前記測定対象を測定した測定データとに基づいて、前記原点を基準として前記測定対象の形状を算出する。
【００１１】
ここで、前記標点は前記標点用光生成手段によって少なくとも３つ形成され、前記複眼測定手段は、前記原点を基準として、前記各標点の位置を測定し、前記光学式測定手段は、前記いずれかの標点との位置関係が所定の関係にある位置を基準として前記測定対象の形状を測定し、前記算出手段は、前記複眼測定手段によって前記各標点を測定した標点測定データと、前記光学式測定手段によって前記測定対象を測定した形状測定データとに基づいて、前記原点を基準として前記測定対象の形状を算出するように構成してもよい。
【００１２】
また、前記光学式測定手段は、前記いずれかの標点との位置関係が固定されて成るように構成してもよい。
また、前記可動体の可動部は産業用ロボットのハンド部であるように構成してもよい。
また、前記可動体の可動部は工作機械の主軸に沿って移動可能な可動部であるように構成してもよい。
【００１３】
また、前記標点用光生成手段は、少なくとも３つの方向に光を出力する光源と、前記光源からの光を乱反射する反射部とを備えて成るように構成してもよい。
また、前記標点用光生成手段は、前記各標点を表す光を出力する複数の発光素子を備えて成るように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所定位置に固定した原点を基準として、移動する測定対象の形状等を簡単な構成で高精度に測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る光学式測定システムについて説明する。尚、以下の説明で使用する各図において、同一部分には同一符号を付している。
図４は、本発明の実施の形態に係る光学式測定システムに用いる複眼測定部の測定原理を説明するための説明図である。
ここで複眼測定部とは、相互の位置関係が既知の位置関係を有すると共に、測定用光源との位置関係が無関係な複数の光検出部を有し、測定対象で反射した測定用光源からの測定用光を前記各光検出部で検出し、前記検出したデータに基づいて、前記測定対象の形状、所定位置から前記測定対象の測定点までの距離等の、測定対象の長さに関する測定を行う測定器である。
【００１６】
図４において、１１は半導体レーザ等によって構成され断面が点状の測定用光を出力する光源、１２は測定対象、１３、１４は受光レンズ、１５、１６は受光レンズ１３、１４に対向して各々配設された光検出素子である。光検出素子１５、１６としては、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の光センサアレー（ＣＭＯＳ光センサアレー）等、各種の光検出素子が使用可能である。
【００１７】
光検出素子１５、１６は、各々、測定対象１２で反射した前記測定用光を、対応する受光レンズ１３、１４を介して検出する。
光源１１は、受光レンズ１３及び光検出素子１５や、受光レンズ１４及び光検出素子１６とは、相互の位置関係が無関係に配設される。受光レンズ１３、光検出素子１５、受光レンズ１４及び光検出素子１６は、相互の位置関係が既知の位置に配設されている。
【００１８】
尚、光源１１は光出力手段を構成し、受光レンズ１３及び対応する光検出素子１５は第１光検出手段を構成し、受光レンズ１４及び対応する光検出素子１６は第２光検出手段を構成している。前述したように、前記複数の光検出手段相互の位置関係は予め定めた既知の所定位置に配設されると共に、前記各光検出手段は前記光出力手段の位置とは無関係な任意の位置に配設される。
【００１９】
また、複数の受光レンズ１３、１４及び各受光レンズ１３、１４に対応して配設された複数の光検出素子１５、１６は複眼測定部を構成している。前記複眼測定部は、測定対象１２に測定用光を照射するための光源２１を含むような構成とすることもできる。また、前記複眼測定部は、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、所定位置（例えば所定の固定位置である絶対原点）を基準とする測定対象位置の座標、前記所定位置から前記測定対象位置までの距離、あるいは測定対象１２の形状等を算出する算出手段を含むような構成とすることもできる。
【００２０】
このように、複眼測定部においては、相互の位置関係は既知の位置に配設されると共に光出力手段の位置とは無関係な任意の位置に配設され、測定対象１２の測定対象位置で反射した測定用光を検出する複数の光検出手段とを使用して、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、所定位置（例えば所定の固定位置である絶対原点）を基準とする前記測定対象位置の座標、前記所定位置から前記測定対象位置までの距離、または、測定対象１２の形状等を算出するようにしている。
【００２１】
図４の例では便宜上、受光レンズ１３、１４間の中心位置を座標原点Ｏとしており、各受光レンズ１３、１４の中心と原点Ｏとの距離Ｄと、各受光レンズ１３、１４の中心と対応する光検出素子１５、１６間の距離ｄ１、ｄ２とは所定の既知の値としている。
図４において、光源１１から測定用光を測定対象１２に照射すると、測定対象１２表面の照射位置（測定対象位置）１７では散乱光が発生して、その一部が受光レンズ１３、１４側に反射する。測定対象１２で反射した前記測定用光は、各々、受光レンズ１３、１４を介して、受光レンズ１３、１４に対応して配設された光検出素子１５、１６によって検出される。各光検出素子１５、１６には、各々、結像１８、１９が得られる。
【００２２】
このとき、点Ｏを原点とするＸ・Ｙ・Ｚ直交座標系によって表した測定対象位置１７の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、下記３つの式（１）によって表される。但し、下記式（１）において、Ｄ、ｄ１、ｄ２は前述したように既知の値である。また、光検出素子１５における結像１８のＺ軸方向座標ｈ１及びＹ軸方向座標ｙ１、光検出素子１６における結像１９のＺ軸方向座標ｈ２及びＹ軸方向座標ｙ２は、光検出素子１５、１６による測定値である。
ｘ＝Ｄ・（ｈ１・ｄ２−ｄ１・ｈ２）／（ｈ１・ｄ２＋ｄ１・ｈ２）
ｚ＝２ｈ１・ｈ２・Ｄ／（ｈ１・ｄ２＋ｄ１・ｈ２）                  ・・・（１）
ｙ＝ｙ１・ｚ／ｈ１＝ｙ２・ｚ／ｈ２
【００２３】
したがって、光検出素子１５によってｈ１、ｙ１を測定し、光検出素子１６によって測定位置ｈ２、ｙ２を測定し、これらの測定値ｈ１、ｙ１、ｈ２、ｙ２及び既知の値ｄ１、ｄ２、Ｄを用いると共に前記３つの式（１）を用いて、図示しない算出手段によって算出処理を行うことにより、原点Ｏを基準として、測定対象１２上の測定対象位置１７の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出することができる。
【００２４】
また、幾何学的な算出処理を行うことにより、所定位置（例えば、原点Ｏ）から測定対象位置１７までの距離も算出できる。また、光源１１から出力する測定用光を偏向手段により偏向して測定対象１２を走査しながら測定を行うことによって、測定対象１２の複数の点を測定して、測定対象１２の３次元形状を算出すること等が可能になる。
【００２５】
このように、相互の位置関係は所定の既知の位置関係に配設されると共に光源１１の位置とは無関係な位置に複数の光検出手段を配設し、前記複数の光検出手段によって測定対象１２の測定対象位置１７で反射した前記測定用光を各々検出し、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、所定位置を基準とする測定対象位置１７の座標等を測定することが可能になる。光源１１の位置は、光検出手段の位置とは無関係に決定できるため、構成要素の配置の自由度が大きくなるので、装置の小型化が可能になったり、複雑な形状の測定対象の形状等の測定が可能になる等の効果を奏する。
【００２６】
図５は、本発明の実施の形態に係る光学式測定システムに用いる複眼測定部の他の例を説明するための説明図である。図４の例では、光源として、断面が点状の測定用光を出力する点状光源を用いたが、本例では光源として、断面が線状の測定用光を出力する線状光源を使用している。尚、図４と同一部分には同一符号を付している。
【００２７】
図５において、２１は断面が直線状の測定用光を出力する光源、１２は測定対象、１３、１４は受光レンズ、１５、１６は所定面積の平面状の光検出面を有するＣＭＯＳ光センサアレー等によって構成され、測定対象１２で反射した前記測定用光を受光レンズ１３、１４を介して検出する面状の光検出素子である。
尚、光源２１は、直接、断面が線状の測定用光を発生する光源を用いてもよく、あるいは、断面が点状の測定用光を発生し、該測定用光を断面が線状の測定用光に変換するような構成の光源としてもよい。
【００２８】
ここで、光源２１は光出力手段を構成し、受光レンズ１３及び対応する光検出素子１５は第１光検出手段を構成し、受光レンズ１４及び対応する光検出素子１６は第２光検出手段を構成している。このように、図５の例においては、相互の位置関係は既知の値に配設されると共に測定対象１２の測定対象位置に断面が線状の測定用光を照射する光出力手段の位置とは無関係な位置に配設され、前記測定対象の測定対象位置で反射した前記断面線状の測定用光を検出する複数の光検出手段とを使用して、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、算出手段により、所定位置を基準とする前記測定対象位置の座標、所定位置から前記測定対象位置までの距離、または、測定対象１２の形状を算出するようにしている。
【００２９】
また、複数の受光レンズ１３、１４及び各受光レンズ１３、１４に対応して配設された複数の光検出素子１５、１６は複眼測定部を構成している。前記複眼測定部は、測定対象１２に測定用光を照射するための光源２１を含むような構成とすることもできる。また、前記複眼測定部は、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、所定位置（例えば所定の固定位置である絶対原点）を基準とする測定対象位置の座標、前記所定位置から前記測定対象位置までの距離、あるいは測定対象１２の形状等を算出する算出手段を含むような構成とすることもできる。
【００３０】
尚、図４の場合と同様に、受光レンズ１３、１４間の中心位置を座標原点Ｏとしており、各受光レンズ１３、１４の中心と原点Ｏとの距離Ｄ、各受光レンズ１３、１４の中心と対応する光検出素子１５、１６間の距離ｄ１、ｄ２は既知の値としている。
光源２１から断面が線状の測定用光を測定対象１２の測定対象位置に照射すると、測定対象１２の測定対象位置には線状の測定用光２２が照射されることになる。測定対象１２で反射した線状の前記測定用光は、各々、受光レンズ１３、１４を介して、受光レンズ１３、１４に対応して配設された光検出素子１５、１６に入射し、線状の結像２３、２４が検出される。
【００３１】
線状の結像２３、２４は、複数の点を連結したものと同じとみることができるため、図４で説明したのと同様の式を用いて、測定対象位置の座標等を算出することができる。
光検出素子１５における結像２３のＺ軸方向座標ｈ１及びＹ軸方向座標ｙ１、光検出素子１６における結像２４のＺ軸方向座標ｈ２及びＹ軸方向座標ｙ２を測定することにより、線状の結像２３、２４上の複数の点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、図４において使用した前記３つの式（１）を用いて算出することが可能である。
【００３２】
また、同様にして、所定位置（例えば、原点Ｏ）から測定対象位置までの距離を測定することが可能である。また、線状の測定用光２２を測定用光２２の長さ方向と直交する方向（図５ではＸ軸方向）に偏向手段（図示せず））で偏向して走査しながら測定を行うことによって、測定対象１２の複数の点を測定して、測定対象１２の３次元形状を測定することが可能になる。
【００３３】
このように、光源２１とは位置関係が無関係であるが、相互の位置関係は予め定めた所定の位置関係にある複数の光検出手段を配設し、前記光検出手段によって測定対象１２の測定対象位置２２で反射した前記測定用光を検出し、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、所定位置を基準とする測定対象位置２２の座標等を測定することが可能になるため、図４の例と同様に、複雑な形状の測定対象の測定が可能になり、多様な測定に対応することが可能になる。また、断面が線状の測定用光を使用するため、短時間で広い面積の測定が可能になる等の効果を奏するものである。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの構成を模式的に示す構成図である。
図１において、光学式測定システムは、複眼測定部１２５、光学式測定器１３１を備えている。
複眼測定部１２５は、その測定原理を図４、図５に示した構成のものであり、複数（図１では２つ）の光学式測定部１２１、１２３を備えている。複眼測定部１２５は所定の固定位置（図１の例では、アーム式多関節ロボット１００の台部１０１）に設置されており、光学式測定器１３１はアーム式多関節ロボット１００先端のハンド部１１４に固定して取り付けられている。
【００３５】
光学式測定部１２１、１２３は、各々、光検出部１２２、１２４を備えている。光検出部１２２、１２４は、各々、測定対象の照射点（図１の例では反射部１３２の標点１１８〜１２０）で反射した測定用光（図１の場合は標点用光）を受光する受光レンズ及び前記受光レンズで受光した前記測定用光（図１の場合は標点用光）を検出する光検出素子（ともに図示せず）を備えている。前記光検出素子として、ＰＳＤ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ光センサアレー等、各種の光検出素子が使用可能である。
【００３６】
光検出部１２２、１２４の相互の位置関係は、図４、図５に示したように、予め定めた所定の既知の位置関係に配設されると共に、光源１２９とは無関係な任意の位置に配設される。
このように、複眼測定部１２５は、相互の位置関係が予め定めた所定の既知の位置関係を有すると共に、光源１２９とは無関係な任意の位置に配設された２つの光検出部１２２、１２４を備え、反射部１３２で反射した光源１２９からの標点用光を２つの光検出部１２２、１２４によって検出するように構成されている。後述するように、演算制御部１３４は、光検出部１２２、１２４によって検出した標点用光に基づいて、標点１１８〜１２０の位置、ひいては、反射部１３２の向き等を算出するように構成されている。
【００３７】
光学式測定器１３１は、光源１２９、反射部１３２、光学式測定部１１５を備えており、アーム式多関節ロボット１００の可動部（図１の例ではハンド部１１４）に一体的に取り付けられている。光源１２９は、半導体レーザ等によって構成され、複数（少なくとも３つ）の標点１１８〜１２０を形成するために複数（少なくとも３つ）の方向に標点用光を出力する。各標点１１８〜１２０は同一線上には位置しないように構成されている。
【００３８】
尚、ロボットの動きが一方向に制限されている場合のように動きが所定方向に制限されている場合や、動きが所定方向に制限されている（可動部が移動する軸が少ない）工作機械等に使用する場合は、標点は必ずしも３つ必要とはされず、２つでよい場合もあり、適宜設定する。
【００３９】
前記各標点用光は、１つの光源からの光を分岐して形成するようにしてもよい。標点１１８〜１２０は、複眼測定部１２５と光学式測定部１１５が共通して使用する基準となる点である。
光学式測定部１１５は、標点１１８〜１２０との位置関係が予め所定の位置関係になるように予め設定されている。この場合、光学式測定部１１５は、標点１１８〜１２０の中の少なくとも１つの標点（例えば、標点１１８、あるいは２つの標点１１８、１１９、または全ての標点１１８〜１２０）との位置関係が予め所定位置になるように設定する、あるいは、位置関係が所定位置になるように固定して設けることができる。
【００４０】
反射部１３２は、光源１２９から照射された標点用光を乱反射する。光源１２９からの標点用光によって照射された反射部１３２上の複数の点が標点１１８〜１２０である。反射部１３２の標点１１８〜１２０位置で乱反射した標点用光は、複眼測定部１２５によって検出される。
光学式測定部１１５は、いわゆる三角測距法によって測定対象の形状や位置等を測定する光学式測定部であり、測定用光を出力する光源１１６、測定対象１３０で反射した前記測定用光を検出する光検出部１１７を備えている。
【００４１】
光検出部１１７は、測定用光を受光する受光レンズ及び前記受光レンズを介して測定用光を検出する光検出素子（いずれも図示せず）を備えている。前記光検出素子として、ＰＳＤ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ光センサアレー等、各種の光検出素子が使用可能である。
光源１１６は、測定用光を測定対象１３０に向けて出力する。光検出部１１７は、測定対象１３０で反射した測定用光を検出する。
【００４２】
また、詳細は後述するが、演算制御部１３４は、複眼測定部１２５と光学式測定器１３１とが同期しながら測定動作を行うように、複眼測定部１２５と光学式測定器１３１を制御する。また、演算制御部１３４は、複眼測定部１２５及び測定器１３１による測定データに基づいて、測定対象１３０の形状や所定位置からの距離等を算出する。このように、複眼測定部１２５と測定器１３１の同期をとりながら測定を行うことにより、測定対象１３０の形状等を、所定の固定位置（絶対原点）を基準とする座標で測定することが可能になる。
【００４３】
アーム式多関節ロボット１００は、所定の固定位置である台部１０１に取り付けられている。アーム式多関節ロボット１００は、複数のリンク部１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、複数の関節部１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、及び、工作物の部品や工具等を把持するハンド部１１４を備えている。
関節部１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３及びハンド部１１４の動作は演算制御部１３４によって制御され、これにより、アーム式多関節ロボット１００は、ハンド部１１４による部品の把持動作、移動動作、載置動作、工具を保持しての作業動作等を行うように構成されている。
【００４４】
尚、複眼測定部１２５は複眼測定手段を構成し、光学式測定部１１５は光学式測定手段を構成している。
複眼測定手段は、相互の位置関係が既知の複数の光検出部を有し、所定の固定位置である原点を基準として、各標点の位置に関するデータを測定することができる。
光学式測定手段は、いずれかの標点との位置関係が既知の位置に配設されると共に、測定対象１３０の形状に関するデータ（例えば所定位置から測定対象１３０の測定点までの距離等）を測定することができる。
【００４５】
アーム式多関節ロボット１００は、動くことが可能な構成要素（可動部）を有する機器である可動体を構成し、関節部１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３及びハンド部１１４は可動部を構成している。また、リンク部１０４、１０６、１０８、１１０、１１２も、関節部１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３の動きに応じて動くため、可動部を構成している。
【００４６】
光源１２９及び反射部１３２は標点用光生成手段を構成している。光学式測定部１１５は、前述したように標点１１８〜１２０との位置関係が既知の位置に配設され、光源１１６から測定対象１３０へ測定用光を出力すると共に測定対象１３０で反射した前記測定用光を光検出部１１７によって検出することにより、測定対象１３０の形状に関するデータを測定することができる。
【００４７】
演算制御部１３４は、同期手段を構成しており、複眼測定部１２５による標点１１８〜１２０の測定動作と、測定部１１５による測定対象１３０の測定動作とが同期するように複眼測定部１２５と測定部１１５の動作を制御することができる。また、演算制御部１３４は、算出手段を構成しており、複眼測定部１２５によって測定した標点１１８〜１２０の位置に関する測定データと、測定部１１５によって測定した測定対象１３０の形状に関する測定データとに基づいて、絶対原点を基準とする形状等を算出することができる。
【００４８】
図２は、図１に示した光学式測定システムの測定処理を説明するための説明図である。
図２において、π面２０１は、標点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図１の標点１１８、１１９、１２０に対応している。）を通る平面であり、図１の反射部１３２の表面に対応する平面である。
Ｘ・Ｙ・Ｚ座標軸は所定の固定位置（０，０，０）を原点（絶対原点）とする座標系（絶対座標系）である。原点（０，０，０）は、複眼測定部１２５が測定する座標値の原点となる。
【００４９】
Ｘｋ・Ｙｋ・Ｚｋ軸は、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸の原点（０，０，０）を、標点Ｐ１（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）まで平行移動した座標系である。
ＸＬ・ＹＬ・ＺＬ軸は、アーム式多関節ロボット１００の関節部１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、リンク部１０４、１０６、１０８、１１０、１１２及びハンド部１１４の動きにともなってＸｋ・Ｙｋ・Ｚｋ軸が回転した座標系である。Ｘｋ・Ｙｋ・Ｚｋ軸からＸＬ・ＹＬ・ＺＬ軸への回転は、標点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を通る平面の回転に対応している。
【００５０】
Ｘｃ・Ｙｃ・Ｚｃ軸は、ＸＬ・ＹＬ・ＺＬ軸を、原点（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ，Ｚｃｏ）まで平行移動させた座標系であり、測定部１１５が測定対象１３０を測定する場合の座標軸系である。原点（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ，Ｚｃｏ）は予め定めた既知の位置であり、例えば測定部１１５の光源１１６の位置に設定する。この場合、光源１１６と標点１１８〜１２０（Ｐ１〜Ｐ３）の中の少なくとも１つの位置関係が予め所定位置になるように設定することができる。
測定部１１５によって、測定対象１３０の測定点Ｑの座標値（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）がＸｃ・Ｙｃ・Ｚｃ軸座標系の座標値として測定される。
【００５１】
Ｘｋ・Ｙｋ・Ｚｋ軸に対するＸＬ・ＹＬ・ＺＬ軸の方向余弦を各々、（Ｌ１，ｍ１，ｎ１）、（Ｌ２，ｍ２，ｎ２）、（Ｌ３，ｍ３，ｎ３）とすると、Ｘｋ・Ｙｋ・Ｚｋ軸座標系上の座標（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）とＸＬ・ＹＬ・ＺＬ軸座標系上の座標（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）との関係は、次の３つの式（２）で表される。
Ｘｋ＝Ｌ１・ＸＬ＋Ｌ２・ＹＬ＋Ｌ３・ＺＬ
Ｙｋ＝ｍ１・ＸＬ＋ｍ２・ＹＬ＋ｍ３・ＺＬ      ・・・（２）
Ｚｋ＝ｎ１・ＸＬ＋ｎ２・ＹＬ＋ｎ３・ＺＬ
【００５２】
ＸＬ・ＹＬ・ＺＬ軸座標系の原点からみたＸｃ・Ｙｃ・Ｚｃ軸座標系の原点座標を（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ，Ｚｃｏ）とすると、測定対象１３０上の測定点Ｑの座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）はＸＬ、ＹＬ、ＺＬを用いて、次の３つの式（３）で表される。
尚、Ｘｃ・Ｙｃ・Ｚｃ軸は、測定部１１５が測定対象１３０を測定する場合の座標軸系であり、原点（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ，Ｚｃｏ）はその原点である。前述したように、原点（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ，Ｚｃｏ）は予め定めた既知の位置であり、例えば測定部１１５の光源１１６の位置に設定する。測定部１１５によって、測定対象１３０の測定点Ｑの座標値（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）がＸｃ・Ｙｃ・Ｚｃ軸上の座標値として測定される。
【００５３】
ＸＬ＝Ｘｗ＋Ｘｃｏ
ＹＬ＝Ｙｗ＋Ｙｃｏ      ・・・（３）
ＺＬ＝Ｚｗ＋Ｚｃｏ
したがって、Ｘｋ・Ｙｋ・Ｚｋ軸座標系からみた測定対象１３０上の測定点Ｑの座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）については、式（２）、（３）から、次の３つの式（４）が成立する。
【００５４】
Ｘｋ＝Ｌ１（Ｘｗ＋Ｘｃｏ）＋Ｌ２（Ｙｗ＋Ｙｃｏ）＋Ｌ３（Ｚｗ＋Ｚｃｏ）
Ｙｋ＝ｍ１（Ｘｗ＋Ｘｃｏ）＋ｍ２（Ｙｗ＋Ｙｃｏ）＋ｍ３（Ｚｗ＋Ｚｃｏ）・・（４）
Ｚｋ＝ｎ１（Ｘｗ＋Ｘｃｏ）＋ｎ２（Ｙｗ＋Ｙｃｏ）＋ｎ３（Ｚｗ＋Ｚｃｏ）
したがって、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸座標系における測定点Ｑの絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、次の３つの式（５）で表される。
【００５５】
Ｘ＝Ｘｋ＋Ｘ０
Ｙ＝Ｙｋ＋Ｙ０      ・・・（５）
Ｚ＝Ｚｋ＋Ｚ０
すなわち、測定点Ｑの座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）をＸ・Ｙ・Ｚ軸座標系で表すためには、方向余弦が不可欠となる。
【００５６】
換言すれば、Ｘｃ・Ｙｃ・Ｚｃ軸座標系と平行関係にあるＸＬ・ＹＬ・ＺＬ軸座標系と、絶対座標系であるＸ・Ｙ・Ｚ軸座標系と平行関係にあるＸｋ・Ｙｋ・Ｚｋ軸座標系の座標回転変換関係が解らなくてはならない。その為に、本実施の形態では、複眼測定部１２５を用いて、標点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の座標を、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸座標系で測定し、これにより、方向余弦（Ｌ１，ｍ１，ｎ１）、（Ｌ２，ｍ２，ｎ２）、（Ｌ３，ｍ３，ｎ３）を算出している。
【００５７】
測定対象１３０の形状等を測定する場合、演算制御部１３４は、複眼測定部１２５による各標点Ｐ１〜Ｐ３の測定動作と、測定部１１５による測定対象１３０の測定動作とを同期して行うように制御する。また、演算制御部１３４は、これらの測定値から前記方向余弦（Ｌ１，ｍ１，ｎ１）、（Ｌ２，ｍ２，ｎ２）、（Ｌ３，ｍ３，ｎ３）を算出し、既知の座標値（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ，Ｚｃｏ）、及び、測定対象１３０を測定した座標値（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）、標点Ｐ１の座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を用いて、式（４）、（５）により、測定点ＱのＸ・Ｙ・Ｚ軸座標系における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。
【００５８】
このようにして、標点Ｐ１〜Ｐ３を通る平面の傾き、即ち、３つの標点Ｐ１〜Ｐ３の３次元座標位置を測定することにより、測定点Ｑの絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を得ることができる。各標点Ｐ１〜Ｐ３は同一線上に位置しないように構成されているため、絶対原点（０，０，０）と標点Ｐ１〜Ｐ３を結ぶ軸回りにπ平面（換言すればハンド部１１４）が回転した場合でも、回転位置を特定することが可能になり、不定になることがない。
【００５９】
換言すれば、複眼測定部１２５によって絶対原点（０，０，０）から反射部１３２までのベクトルＡを測定し、これに同期して測定部１１５によって測定部１１５から測定対象１３０の測定点ＱまでのベクトルＣを測定し、反射部１３２から測定部１１５までの既知のベクトルＢと前記ベクトルＡ、Ｃとに基づいて、Ｘ・Ｙ・Ｚ軸座標系において絶対原点（０，０，０）を基準とする測定点ＱまでのベクトルＤ（＝ベクトルＡ＋Ｂ＋Ｃ）を測定することが可能になる。
【００６０】
尚、光学式測定器１３１をハンド部１１４に一体的に固定し、測定部１１５と標点１１８〜１２０との位置関係を予め既知の値に設定しておくことにより、前記ベクトルＢを既知の値とすることができる。
アーム式多関節ロボット１００を制御しながら、測定対象１３０の形状、載置向き等を測定する場合、演算制御部１３４によりアーム式多関節ロボット１００の動き制御することにより、ハンド部１１４によって測定対象１３０を把持させて所定の位置に移動させた後に把持開放して所定位置に載置する。
【００６１】
この状態で、演算制御部１３４は、複眼測定部１２５と光学式測定部１１５とが同期しながら測定動作を行うように制御する。演算制御部１３４によって、複眼測定部１２５と測定部１１５とからの測定データに基づいて、前述したような演算処理を行うことにより、測定対象１３０の形状や測定対象１３０上の測定点Ｑまでの距離等を、絶対座標で測定することができる。
【００６２】
図３は、標点用光生成手段の他の例を示す斜視図である。前記実施の形態では、標点用光生成手段は、少なくとも３つの方向に光を出力する光源１２９と、光源１２９からの光を乱反射する反射部１３２とを備えるように構成したが、反射部を用いることなく、標点を表す光を出力する複数（本例では少なくとも３つ）の発光素子を用いるように構成してもよい。
【００６３】
即ち、図３において、平板部３０１には、発光ダイオード（ＬＥＤ）やランプ等によって構成される少なくとも３つの発光素子３０２、３０３、３０４が一体的に取り付けられている。３つの発光素子３０２、３０３、３０４の位置関係は、予め定めておくようにすることができる。
かかる構成により、発光素子３０２〜３０４は標点として機能するため、他に光源を設ける必要がないという効果を奏する。また、標点用発光素子３０２〜３０４を平板部３０１と一体的に配設できるため、小型化が可能である。また、標点位置にずれが生じないという効果を奏する。
【００６４】
以上述べたように、本実施の形態に係る光学式測定システムにおいては、可動部であるハンド部１１４と一体的に設けられた部分に標点１１８〜１２０（Ｐ１〜Ｐ３）を設け、複眼測定部１２５によって、所定の固定位置である原点（０，０，０）を基準として標点１１８〜１２０（Ｐ１〜Ｐ３）の位置に関するデータを測定し、又、少なくとも１つの標点１１８〜１２０（Ｐ１〜Ｐ３）との位置関係が既知の位置に配設された光学式測定部１１５によって測定対象１３０の形状に関するデータを測定する。
【００６５】
このとき、演算制御部１３４は、複眼測定部１２５による各標点１１８〜１２０（Ｐ１〜Ｐ３）の測定動作と、光学式測定部１１５による測定対象１３０の測定動作とが同期するように、複眼測定部１２５と光学式測定部１１５を制御する。また、演算制御部１３４は、複眼測定部１２５が測定した各標点１１８〜１２０（Ｐ１〜Ｐ３）の位置に関する測定データや、光学式測定部１１５によって測定した測定対象１３０の形状に関する測定データ、あるいは、既知の設定値に基づいて、前記原点を基準として測定対象１３０の形状を算出するようにしている。
【００６６】
したがって、所定位置に固定した原点を基準として、移動する測定対象の形状等を簡単な構成で高精度に測定することが可能になる。
また、標点を少なくとも３点とすることにより、ハンド部１１４等の可動部が３次元的に動いても測定が可能になる。ハンド部１１４が様々な動きをして、標点が形成された反射部材が傾く等の多様な動きをした場合でも、測定対象の形状を高精度に測定することが可能になる。
また、アーム式多関節ロボットのハンド部１１４に把持した測定対象の形状等や、ハンド部により所定位置に載置した測定対象の形状等を簡単な構成で高精度に測定可能である。
【００６７】
このように、絶対原点を基準として形状を測定することが可能であるため、結果として、絶対原点を基準として、測定対象の向き等の姿勢が測定されることになる。したがって、測定結果に基づいて、アーム式多関節ロボットを制御することにより、測定対象を所望の位置に載置する等の制御が可能になる。
よって、アーム式多関節ロボットを用いて、測定対象の所定の位置を正確に把持、所定の向きに正確に把持することができ又、測定対象を所定の位置に、所定の向きに、正確に置く等の作業を容易に行うことが可能になる。
【００６８】
尚、前記実施の形態では、光学式測定器１３１を取り付ける可動部として、ハンド部１１４に取り付ける例で説明したが、リンク部１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２や関節部１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３に取り付けるように構成してもよい。
また、測定対象１３０の形状等は、演算制御部１３４によって算出するように構成したが、複眼測定部１２５や光学式測定部１１５に中央処理装置（ＣＰＵ）を内蔵させ、演算制御部１３４の算出処理の一部を前記各ＣＰＵに実行させるように構成してもよい。
【００６９】
また、前記実施の形態では、可動体としてアーム式多関節ロボットの例で説明したが、垂直多関節ロボットや水平多関節ロボット等の多関節ロボットをはじめとして、直交ロボットやパラレルリンクロボットを含む各種の産業用ロボットに適用することができる。
また、可動体としてマシニングセンタ等の工作機械であってもよく、この場合、可動部は工作機械の主軸に沿って移動可能な可動部であるように構成することができる。この場合、１軸、２軸、３軸又はそれ以上の主軸を有する工作機械にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
アーム式多関節ロボット等の産業用ロボットや工作機械等の可動部の位置、前記可動部に把持した部品や工具の位置、形状あるいは姿勢、前記可動部によって載置した部品や工具等の位置や姿勢等を、絶対座標等の所定位置を基準として測定する光学式測定システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの動作説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムに使用する他の標点生成手段の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの測定原理の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの他の測定原理の説明図である。
【図６】一般的なアーム式多関節ロボットの構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１１、２１、１１６、１２９・・・光源
１２、１３０・・・測定対象
１３、１４・・・受光レンズ
１５、１６・・・光検出素子
２３、２４・・・結像
１００・・・アーム式多関節ロボット
１０１、６０１・・・台部
１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、６０３、６０５、６０７、６１０、・・・リンク部
１０３、１０５、１０７、１０９、１１１、１１３、６０２、６０４、６０６、６０８、６０９・・・関節部
１１４、６１１・・・ハンド部
１１５、１２１、１２３・・・光学式測定部
１１７・・・光検出部
１２２、１２４・・・光検出部
１２５・・・複眼測定部
１３１・・・光学式測定器
１３２・・・反射部
１３４・・・演算制御部
１１８〜１２０、Ｐ１〜Ｐ３・・・標点
３０１・・・平板部
３０２〜３０４・・・発光素子
【図１】
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【図２】
2009008533.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009008533.tif 000006
【図５】
2009008533.tif 000007
【図６】
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