(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、また上記画像処理手段を各カメラ毎に複数設けて上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させ、かつ上記制御装置は、各画像処理手段で得られたデータを集計して物体の三次元形状を演算することを特徴とする物体の三次元形状認識装置。
【請求項２】
物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させることを特徴とする物体の三次元形状認識装置。
【請求項３】
上記光学手段はハーフミラーを備えており、該ハーフミラーを透過した画像を第１のカメラで、該ハーフミラーで反射された画像を第２のカメラで撮影することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の物体の三次元形状認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の三次元形状認識装置に関し、より詳しくは、物体にスリット光を照射することによってその物体の三次元形状を計測するようにした物体の三次元形状認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物体の三次元形状を認識する装置として、物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えたものが知られている（例えば、特公平８−２０２１３号公報、特開平９−２２９６３２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記画像処理手段はカメラから得られた画像を処理することになるが、取込んだ画像の処理に時間がかかったり、或いはカメラから画像を取込むのに時間がかかったりして、全体としての画像処理の高速化に限界があった。
本発明はそのような事情に鑑み、より高速に画像処理を行なうことができる物体の三次元形状認識装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１の発明は、物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、また上記画像処理手段を各カメラ毎に複数設けて上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させ、かつ上記制御装置は、各画像処理手段で得られたデータを集計して物体の三次元形状を演算することを特徴とするものである。
また請求項２の発明は、物体にスリット光を照射する照射手段と、上記スリット光が照射された物体を撮影するカメラと、上記物体に対するスリット光の照射位置を変位させる変位手段と、上記カメラからの信号を入力し、得られた画像を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で得られたデータに基づいて物体の三次元形状を演算する制御装置とを備えた物体の三次元形状認識装置において、
上記カメラを複数台設けるとともに、各カメラに同一視野の画像を導く光学手段を設けて、上記スリット光の照射方向と各カメラの光軸との交差角度θがあらかじめ所定の角度となるように設定し、上記変位手段により物体に対するスリット光の照射位置を順次所定量ずつ変位させた後に各カメラで順次物体を撮影させることを特徴とするものである。
【０００５】
上記請求項１の発明によれば、第１のカメラからの画像を第１の画像処理手段に入力するとともに該画像処理手段で画像処理している間に、上記変位手段によりスリット光の照射位置を変位させ、その状態で第２のカメラからの画像を第２の画像処理手段に入力するとともに該画像処理手段で画像処理させることができる。
したがって、各カメラからの画像を各画像処理手段に取込むのに時間がかかっても、又は各画像処理手段に取込んだ画像を画像処理するのに時間がかかっても、カメラと画像処理手段とを複数、特に多数設けることにより、全体としての画像の処理時間を飛躍的に高速化することができる。そして制御装置により、各画像処理手段で得られたデータを集計して物体の三次元形状を演算することができる。
また上記請求項２の発明によれば、第１のカメラから画像処理手段に画像を取込んでいる間に、第２のカメラから当該画像処理手段に画像を取込むことができるので、第１のカメラによって物体の撮影が終了した時点で、該第１のカメラで撮影された画像の全てが画像処理手段に転送される前に、直ちに上記変位手段によりスリット光の照射位置を変位させて第２のカメラで物体を撮影させることができる。
したがって請求項２の発明においては、各カメラから画像処理手段に画像を取込むのに時間がかかったとしても、カメラを複数、特に多数設けることにより、全体の処理時間を高速化することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、三次元形状が計測される物体１の上方にこれを撮影する３台のカメラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、上記物体１にライン状のスリット光を照射する照射手段３とを設けてある。上記カメラの数は３台に限定されるものではなく、要求される処理能力に応じて増減することができる。
上記物体に照射されるスリット光の照射位置は変位手段６によって変位されるようになっており、図示実施例では上記変位手段６は、上記物体１を載置した搬送テーブル７と、この搬送テーブル７に固定したナット部材８に螺合させたねじ軸９と、このねじ軸９を回転させるサーボモータ１０とを備えている。
上記変位手段６としては上述した構成のものに限定されるものではなく、カメラ２Ａ〜２Ｃと照射手段３とを移動させるようにしても、或いはガルバノミラー等を用いてスリット光のみを変位させるようにしてもよい。
上記サーボモータ１０の運転は制御装置１３によって制御されるようになっており、上記サーボモータ１０によってねじ軸９を回転させることにより上記搬送テーブル７を移動させることができるようにしてある。上記サーボモータ１０に設けたエンコーダ１４からのパルス信号は上記制御装置１３に入力されるようになっており、そのパルス数から上記搬送テーブル７上に載置された物体１の搬送量を算出することができるようになっている。
【０００７】
図示実施例では、上記各カメラ２Ａ〜２Ｃはそれぞれ鉛直下方に向けて配置してあり、他方、照射手段３は斜めに配置して、上記各カメラ２Ａ〜２Ｃの鉛直下方位置となる搬送テーブル７に上記スリット光を照射することができるようにしてある。
このとき各カメラ２Ａ〜２Ｃに同一視野の画像を導くために、図２に示すように光学手段１７を設けてある。図示実施例では、この光学手段１７は、各カメラ２Ａ〜２Ｃを一体に連結するハウジング１８に設けたハーフミラー１９Ａ及び１９Ｂとミラー１９Ｃとを備えており、カメラ２Ａではハーフミラー１９Ａを透過した画像を撮影することができるようになっている。
また、カメラ２Ｂではハーフミラー１９Ａと１９Ｂとで反射された画像を撮影することができるようになっており、さらにカメラ２Ｃではハーフミラー１９Ａで反射されるとともにハーフミラー１９Ｂを透過し、さらにミラー１９Ｃで反射された画像を撮影することができるようになっている。
そして各カメラ２Ａ〜２Ｃでは同一の画像を撮影することができるようになっているが、後に詳述するように各カメラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、上記変位手段６により物体１に対するスリット光の照射位置が順次変位された後に、順次物体を撮影するようになっている。
【０００８】
図１に示すように、上記照射手段３から照射される上記スリット光は、搬送テーブル７の送り方向と直交する方向に照射されるようになっている。またこのスリット光は、上記カメラ２Ａの光軸（図２参照）と搬送テーブル７の表面とが交わる点を横切るように設定してあり、かつスリット光とカメラ２Ａの光軸との交差角度θはあらかじめ所定の角度に設定してある。なお、必ずしもカメラ２Ａの光軸を鉛直下方に向ける必要はなく、斜めに配置してあっても良い。
【０００９】
上記カメラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃで物体１を撮影する際には、先ずカメラ２Ａによって撮影が行なわれる。このカメラ２Ａによって撮影された画像は図１、図３に示す画像処理手段２１Ａに転送され、この画像処理手段２１Ａに取込まれた画像は公知の光切断法によって処理され、物体１の各部の高さが演算される。そしてその演算結果はデータとして制御装置１３の集計処理部２２に送られる。
上記制御装置１３は、カメラ２Ａによって撮影された画像が画像処理手段２１Ａに取込まれるとともに該画像処理手段２１Ａによって画像の処理が行なわれている間に、上記エンコーダ１４からのパルスをパルスカウンタ２３でカウントして物体１の搬送量を算出しており、物体１が所定量搬送されて該物体１に対するスリット光の照射位置が所定量変位されたら、カメラ２Ｂによって撮影された画像を画像処理手段２１Ｂに入力させる。この画像処理手段２１Ｂに取込まれた画像も公知の光切断法によって処理されて物体１の各部の高さが演算され、その演算結果はデータとして制御装置１３の集計処理部２２に送られるようになる。
さらに同様にして、物体１が更に所定量搬送されて該物体１に対するスリット光の照射位置が所定量変位されたことを制御装置１３が検出したら、カメラ２Ｃからの信号が画像処理手段２１Ｃに入力される。この画像処理手段２１Ｃに取込まれた画像も光切断法によって処理されて物体１の各部の高さが演算され、その演算結果はデータとして制御装置１３の集計処理部２２に送られる。
この後、物体１が更に所定量搬送されると、これまでには上記画像処理手段２１Ａにおける画像処理は終了しており、それによりカメラ２Ａから新たな信号が画像処理手段２１Ａに入力されて、以後同様な作業が繰り返される。
このようにして物体１に対する全てのデータが集計処理部２２に集積されたら、制御装置はそのデータに基づいて物体１の三次元形状を演算するようになる。
【００１０】
図４は本発明の第２実施例を示すもので、本実施例は、画像処理手段２１における画像処理は充分に高速であるが、カメラから画像処理手段２１に画像を入力するのに時間がかかる場合に適用して好適なものである。
すなわち本実施例では画像処理手段２１は１つだけ設けられ、この画像処理手段２１に上記カメラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが接続されている。図４には記載してないが、本実施例においても各カメラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに同一視野の画像を導くために、上記光学手段１７を設けてあり、その他の構成も前述した実施例と同様となっている。
本実施例においては、カメラ２Ａからの画像が画像処理手段２１に取込まれている最中に、すなわちその取込みが終了する以前に、物体１が所定量搬送されて該物体１に対するスリット光の照射位置が所定量変位されるようになっている。そして上記制御装置１３は、スリット光の照射位置が所定量変位されたら、カメラ２Ｂによって物体１を撮影するとともにその画像を上記画像処理手段２１に入力させる。このとき、カメラ２Ｂによる画像は、同一の画像処理手段２１内において、上記カメラ２Ａからの画像が取込まれるメモリ領域とは異なるメモリ領域に取込まれることになる。
さらに、カメラ２Ｂからの画像が画像処理手段２１に取込まれている最中に更にスリット光の照射位置が所定量変位されたら、上記制御装置１３は、カメラ２Ｃによって物体１を撮影するとともにその画像を上記画像処理手段２１に入力させる。このとき、カメラ２Ｃによる画像は、同一の画像処理手段２１内において、上記カメラ２Ａ及び２Ｂからの画像が取込まれるメモリ領域とは異なるメモリ領域に取込まれることになる。
この後、物体１が更に所定量搬送されると、これまでには上記カメラ２Ａから画像処理手段２１に取込まれた画像に対する画像処理は終了しており、それによりカメラ２Ａから新たな画像が画像処理手段２１に入力されて、以後同様な作業が繰り返される。
本実施例では、各カメラ２Ａ〜２Ｃからの画像は物体１の撮影順に画像処理手段２１に取込まれ、かつ画像処理手段２１で画像処理された各データはその撮影順に制御装置１３に受け渡されるので第１実施例の集計処理部２２は省略されており、制御装置１３は、物体１に対する全てのデータに基づいて物体１の三次元形状を演算するようになる。
上述した説明から理解されるように、本実施例においては、高速な画像処理に比較して、カメラから画像処理手段２１へ画像を転送するのに時間がかかる場合に有効である。特に、カメラによって大画面で高精細な画像を得るようにした場合に有効である。
【００１１】
なお、上述したいずれの実施例においても、制御手段１３は画像処理手段２１又は２１Ａ〜２１Ｃを制御して各カメラ２Ａ〜２Ｃからの画像取り込みを制御しているが、これに限定されるものではない。例えば各カメラ２Ａ〜２Ｃにシャッターを設け、各シャッターの開閉を制御するようにしてもよい。
また上記実施例においては、照射手段３は物体１に１本のスリット光を照射するようになっているが、複数本の平行なスリット光を照射するものであってもよい。この場合には、各カメラ２Ａ〜２Ｃから取込まれる各画像にはそれぞれ複数本のスリット光が撮影されるようになるので、各スリット光について上述の画像処理を行なえばよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来に比較して物体の形状を短時間で認識することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す斜視図。
【図２】光学手段１７の一例を示す概略構成図。
【図３】画像処理手段２１Ａ〜２１Ｃの作動を説明するための構成図。
【図４】本発明の第２実施例を示す図３と同様な構成図。
【符号の説明】
１  物体            ２Ａ〜２Ｃ  カメラ
３  照射手段        ６  変位手段
１３  制御装置      １７  光学手段
２２  集計処理部    ２１、２１Ａ〜２１Ｃ  画像処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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