专利名称：形状计测装置、机器人系统及形状计测方法
形状计测装置、机器人系统及形状计测方法技术领域
所公开的实施方式涉及形状计测装置、机器人系统及形状计测方法。
技术背景
在日本国特开2001-277167号公报中公开有具备照射激光的激光照射部的形状计测装置(3维姿势识别方法)。
在形状计测装置(3维姿势识别方法)中设有激光装置(激光照射部)，照射线激光(激光)；及CCD照相机，接受由激光装置照射并被部件群(计测对象物)反射的反射光。在该3维姿势识别方法中，以激光装置在部件群上从规定的开始位置移动到结束位置的同时照射线激光的方式构成，根据由CCD照相机接受的来自部件群的反射光，算出部件群的最高点。之后，机器手取出对应于部件群中的最高点的部件。另外，在取出对应于最高点的部件之后，激光装置再次在部件群上从规定的开始位置移动到结束位置的同时照射线激光，从而在剩余的部件群中算出部件群的最高点，机器手取出对应于最高点的部件。
但是，在日本国特开2001-277167号公报的形状计测装置(3维姿势识别方法) 中，在机器手每一次从部件群中取出部件时，由于以激光装置在部件群(计测对象物)上从规定的开始位置移动到结束位置的同时照射线激光的方式构成，因此在通过线激光来重复扫描部件群时，扫描部件群所需的合计时间变得比较长。发明内容
本发明的目的之一是提供能够缩短扫描计测对象物所需的合计时间的形状计测装置、机器人系统及形状计测方法。
为了达成上述目的，本发明的第1局面涉及的形状计测装置具备激光照射部，照射激光；扫描部，将由激光照射部照射的激光扫描到放置有计测对象物的区域；照相机，在通过检测由扫描部照射并从计测对象物反射的激光的反射光来检测放置有计测对象物的区域的同时，进行计测对象物的3维计测；及控制部，以根据通过照相机检测出的放置有计测对象物的区域来变更扫描部的扫描范围的方式进行控制。
在该第1局面涉及的形状计测装置中，如上所述，由于具备以根据通过照相机检测出的放置有计测对象物的区域来变更扫描部的扫描范围的方式进行控制的控制部，因此例如在计测对象物在较广的范围内放置有多个的初始状态下，使扫描范围变大，另一方面， 在计测对象物逐渐被去掉而计测对象物被放置在较小的范围内时，能够根据计测对象物被放置的范围来使扫描范围变小。由此，相应于扫描部的扫描范围变小，能够使扫描计测对象物所需的合计时间变短。
本发明的第2局面涉及的机器人系统具备机器人，具有把持计测对象物的把持部；及形状计测装置，包括激光照射部，照射激光；扫描部，将由激光照射部照射的激光扫描到放置有计测对象物的区域；照相机，在通过检测由扫描部照射并从计测对象物反射的激光的反射光来检测放置有计测对象物的区域的同时，进行计测对象物的3维计测；及控制部，以根据通过照相机检测出的放置有计测对象物的区域来变更扫描部的扫描范围的方式进行控制。
在该第2局面涉及的机器人系统中，如上所述，由于具备以根据通过照相机检测出的放置有计测对象物的区域来变更扫描部的扫描范围的方式进行控制的控制部，因此例如在计测对象物在较广的范围内放置有多个的初始状态下，使扫描范围变大，另一方面，在计测对象物逐渐被去掉而计测对象物被放置在较小的范围内时，能够根据计测对象物被放置的范围来使扫描范围变小。由此，相应于扫描部的扫描范围变小，能够使扫描计测对象物所需的合计时间变短，因此能够使机器人的把持计测对象物而使其移动的动作所需的合计时间变短。
本发明的第3局面涉及的形状计测方法具备将激光扫描到放置有计测对象物的区域的步骤；在通过检测由计测对象物反射的激光的反射光来检测放置有计测对象物的区域的同时，进行计测对象物的3维计测的步骤；及根据检测出的放置有计测对象物的区域来变更激光的扫描范围的步骤。
在该第3局面涉及的形状计测方法中，如上所述，由于具备根据检测出的放置有计测对象物的区域来变更激光的扫描范围的步骤，因此例如在计测对象物在较广的范围内放置有多个的初始状态下，使扫描范围变大，另一方面，在计测对象物逐渐被去掉而计测对象物被放置在较小的范围内时，能够根据计测对象物被放置的范围来使扫描范围变小。由此，能够提供如下形状计测方法，相应于扫描部的扫描范围变小，能够使扫描计测对象物所需的合计时间变短。
如果参照附图来阅读以下的发明的详细说明，则能够容易地理解本发明的更加完全的认识与伴随其的优点。
图1是表示第1实施方式涉及的机器人系统的整体构成的图。
图2是表示机器人系统的传感器单元的图。
图3是机器人系统的传感器单元的侧视图。
图4是机器人系统的传感器单元的俯视图。
图5是表示机器人系统的扫描工件的状态的图。
图6是机器人系统的框图。
图7是表示机器人系统的3维计测的动作的流程图。
图8是表示机器人系统的3维计测开始时的动作的图。
图9是表示在机器人系统的3维计测中开始扫描到最初检测出工件的状态的图。
图10是表示根据图9所示的被检测出的工件而修整扫描的扫描开始角度的状态的图。
图11是表示在机器人系统的3维计测中开始扫描到最后检测出工件的状态的图。
图12是表示根据图11所示的被检测出的工件而修整扫描的扫描结束角度的状态的图。
图13是表示在机器人系统的3维计测中工件消失的状态的图。
图14是表示第2实施方式涉及的机器人系统的扫描工件的状态的侧视图。
图15是表示机器人系统的扫描工件的状态的立体图。
图16是表示机器人系统的3维计测托盘的状态的侧视图。
图17是表示机器人系统的3维计测托盘的状态的立体图。
图18是表示机器人系统的3维计测托盘的结果的图像的图。
图19是表示机器人系统的3维计测托盘及工件的结果的图像的图。
图20是表示从3维计测图19所示的托盘及工件的结果差分3维计测图18所示的托盘的结果的状态的图像的图。
具体实施方式
下面，根据附图对实施方式进行说明。
第1实施方式
首先，参照图1对第1实施方式涉及的机器人系统100的整体构成进行说明。
如图1所示，在机器人系统100中设有机器人1 ；储料器2 ；机器人控制器3 ；传感器单元(距离图像传感器单元)4 ；用户控制器5 ；及搬运用托盘6。并且，传感器单元4是 “形状计测装置”的一例。
储料器2由以树脂等形成的箱(托盘)构成，在储料器2的内部例如放置有螺栓等多个工件200。机器人1是垂直多关节型机器人，在机器人1的顶端设有用于一个一个地把持放置在储料器2内的工件200的手装置7。并且，手装置7是“把持部”的一例。另外，被手装置7把持的工件200如下构成，被移动到用于向下一个工序搬运工件200的搬运用托盘6上。在机器人1的各关节部上内置有未图示的伺服马达，伺服马达以按照预先由机器人控制器3示教的动作命令来被控制的方式构成。
下面，参照图2至图5对第1实施方式涉及的机器人系统100的传感器单元4的构成进行说明。
如图2所示，在传感器单元4中设有高速照相机11与激光扫描仪12。并且，高速照相机11是“照相机”的一例。
另外，如图3所示，在传感器单元4内部设有传感器控制器13。并且，传感器控制器13是“控制部”的一例。另外，在高速照相机11上设有由CMOS传感器等构成的拍摄器件14。并且，在由CMOS传感器构成的拍摄器件14中以从包含在CMOS传感器中的全部像素中提取像素数据而形成图像的方式构成。另外，在高速照相机11中设有只通过规定范围的波长的带通滤波器11a。
如图3及图4所示，激光扫描仪12具备激光发生器15，发生激光狭缝光；镜子部 16，反射激光狭缝光；马达17，旋转驱动镜子部16 ；角度检测器18，检测镜子部16的旋转角度；及夹具19，固定镜子部16。并且，激光发生器15是“激光照射部”的一例。另外，镜子部16是“扫描部”的一例。
如图5所示，由激光发生器15发生的激光狭缝光被镜子部16反射而照射到工件 200上。并且，由激光发生器15发生的激光狭缝光照射在镜子部16的旋转中心。另外，由于旋转驱动镜子部16，因此激光狭缝光扫描工件200被放置的区域整体。而且，由高速照相机11来拍摄由镜子部16照射并被工件200反射的激光狭缝光的反射光。
另外，根据马达17 (镜子部16)的旋转角度；接受光的拍摄器件14的位置；及激光发生器15、镜子部16和高速照相机11的几何学关系，使用三角测量原理来3维计测高速照相机11与工件200(工件200被放置的面20)之间的距离。
下面，参照图6对第1实施方式涉及的机器人系统100的传感器控制器13的构成进行说明。
如图6所示，在传感器控制器13中设有控制激光扫描仪12的马达17的马达控制部31。另外，在传感器控制器13中设有连接机器人控制器3与用户控制器5的通信部32。
另外，在通信部32上连接有第1距离设定部33，同时在第1距离设定部33上连接有第1距离存储部34。第1距离设定部33具有设定高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll (参照图5)的功能。而且，第1距离存储部34具有存储由第1距离设定部33设定的距离Ll的功能。另外，在通信部32上连接有第2距离设定部35，同时在第 2距离设定部35上连接有第2距离存储部36。第2距离设定部35具有设定工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)(参照图5)的功能。而且，第2距离存储部36 具有存储由第2距离设定部35设定的工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的功能。并且，工件200被放置的面20附近的死区区域高度d (距离d)例如被设定成工件200的Z方向高度h(参照图5)的1/2。
另外，在第1距离存储部34上连接有扫描角度设定部37。扫描角度设定部37具有设定镜子部16开始激光狭缝光扫描的扫描开始角度θ LSI (参照图5)与扫描结束角度 θ LEl的功能。并且，激光狭缝光的扫描角度以沿着Z方向的直线为基准(0度)。而且，由于对于镜子部16的法线的激光狭缝光的入射角与反射角相等，因此用下式(1)来表示镜子部16的旋转角度θ M与由镜子部16反射的激光狭缝光的扫描角度θ L的关系。
θ L = 2Χ θ M... (1)
另外，根据高速照相机11与放置工件200的面20之间的距离Ll (参照图5)、高速照相机11的中心到镜子部16的旋转中心为止的距离、高速照相机11的可视角度θ C，能够通过几何学来求出扫描开始角度θ LSl及扫描结束角度0LE1。
另外，在扫描角度设定部37上连接有扫描角度修整部38。而且，在扫描角度修整部38上连接有第1角度存储部39与第2角度存储部40。在此，在第1实施方式中，第1 角度存储部39如下构成，存储在镜子部16开始扫描之后高速照相机11到工件200为止的距离(例如La，参照图9)最初成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下 (La ^ L2)时的激光狭缝光的扫描角度(例如0LP1，参照图9)。并且，高速照相机11到工件200为止的距离La是“第1距离”的一例。另外，从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的距离 L2是“第2距离”的一例。
另外，在第1实施方式中，第2角度存储部40存储在镜子部16结束扫描为止高速照相机11到工件200为止的距离(例如Ln，参照图11)最后成为从高速照相机11与工件 200被放置的面20之间的距离Ll差分工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下(Ln<L2)时的激光狭缝光的扫描角度(例如eLPn，参照图 11)。而且，扫描角度修整部38具有如下功能，根据在第1角度存储部39及第2角度存储部40中存储的角度，修整设定在扫描角度设定部37的开始激光狭缝光扫描的扫描开始角度θ LSl及扫描结束角度0LE1。即，在第1实施方式中，根据工件200被放置的区域，变更扫描开始角度θ LSl及扫描结束角度0LE1。
另外，在传感器控制器13中设有连接在高速照相机11上的图像取得部41 ；及连接在图像取得部41上的识别部42。图像取得部41具有通过设置在高速照相机11上的拍摄器件14来取得被拍摄的图像的功能。识别部42具有通过图像取得部41取得的高速照相机11的图像来分别识别多个工件200的功能。
下面，参照图5至图13对第1实施方式的机器人系统100的3维计测工件200的动作进行说明。并且，在第1实施方式中，为了简化说明，对工件200直接被放置在图5所示的面20上而不是在储料器2的内部时的动作进行说明，
在图7所示的步骤Sl中，如图5所示，高速照相机11接受由镜子部16照射并被工件200 (放置工件200的面20)反射的反射光来计测高速照相机11到工件200 (放置工件200的面20)为止的距离。具体而言，根据马达17(镜子部16)的旋转角度、接受光的拍摄器件14的位置、激光发生器15、镜子部16及高速照相机11的几何学关系，使用三角测量的原理来3维计测高速照相机11与工件200(放置工件200的面20)之间的距离。之后， 在步骤S2中，通过传感器控制器13的第1距离设定部33来将被计测的高速照相机11与工件200(放置工件200的面20)之间的距离存储在第1距离存储部34中。
接下来，在步骤S3中，判断是否用户使用用户控制器5以手动方式输入工件200 被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)。而且，在步骤S3中，在判断成死区区域高度d(距离d)被输入时，进入步骤S4。并且，在死区区域高度d (距离d)被输入为止反复进行步骤S3的判断。之后，在步骤S4中，通过第2距离设定部35来将由用户设定的距离d 存储在第2距离存储部36中。并且，将工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)，例如设定成工件200的Z方向的高度h(参照图5)的1/2。
接下来，在步骤S5中，在上述步骤S2中存储的高速照相机11与工件200(放置工件200的面20)之间的距离中算出在高速照相机11的光轴方向(Z方向)上的最大值，并且被设定成高速照相机11与放置工件200的面20之间的距离Li。并且，也可以由用户使用用户控制器5以手动方式设定高速照相机11与放置工件200的面20之间的距离Li，而不是在上述步骤Sl及步骤S2中进行。
之后，在步骤S6中，根据距离Li、高速照相机11的中心到镜子部16的旋转中心为止的距离、高速照相机11的可视角度θ C的几何学关系，算出激光狭缝光的扫描开始角度θ LSl与扫描结束角度Θ LE1，并且被设定在传感器控制器13的扫描角度设定部37。并且，如图5所示，扫描开始角度θ LSl以被照射的激光狭缝光在箭头Xl方向上超过高速照相机11可拍摄的面20上的区域C的方式被设定，以便能够扫描在Z方向上被叠放的全部工件200。另一方面，扫描结束角度θ LEl以被照射的激光狭缝光与高速照相机11可拍摄的面20上的区域C在箭头Χ2方向上的边界相一致的方式被设定。
接下来，在步骤S7中，开始3维计测工件200。具体而言，如图8所示，根据在上述步骤S6中被设定的扫描开始角度θ LSI与扫描结束角度θ LEl，照射激光狭缝光(旋转驱动镜子部16)。即，激光狭缝光在扫描角度θ Ll的范围内扫描。由此，由激光发生器15产生并被镜子部16反射的激光狭缝光被照射到工件200(放置工件200的面20)上，之后被工件200(放置工件200的面20)反射。由于该反射光入射到高速照相机11中，因此工件200(放置工件200的面20)被拍摄。之后，根据马达17 (镜子部16)的旋转角度；接受光的拍摄器件14的位置；及激光发生器15、镜子部16和高速照相机11的几何学关系，使用三角测量原理来3维计测高速照相机11与工件200之间的距离L。
并且，由于镜子部16被旋转驱动，因此3维计测高速照相机11与工件200之间的距离L也被连续的进行。之后，在连续进行的3维计测之间，在步骤S8中，判断高速照相机 11到工件200为止的距离L是否成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下 (L 彡 Ll-d)。
而且，例如图9所示，在镜子部16开始扫描之后，根据在工件200a的表面上的点 Pa处反射的反射光，计测高速照相机11与工件200a的点1 之间的距离La，在步骤S8中， 在距离La成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下(La彡Ll-d)时，进入步骤S9。之后，在步骤S9中，在工件200a的表面上的点1 处反射时的激光狭缝光的扫描角度θ LPl被存储在传感器控制器13的第1角度存储部39 (参照图6)中。
另外，持续进行镜子部16的扫描，在步骤SlO中，判断高速照相机11到工件200为止的距离L是否成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分工件 200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下(L彡Ll_d)。而且，在步骤SlO中，在判断成高速照相机11到工件200为止的距离L成为从高速照相机11 与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d) 以下的期间，步骤SlO的动作被重复进行。
而且，例如后述的图11所示，根据在工件200η的表面上的点Pn处反射的反射光， 计测高速照相机11与工件200η的点Pn之间的距离Ln，之后在步骤SlO中，在判断成高速照相机11到工件200η为止的距离L成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分工件200被放置的面20附近的死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d) 以上(L>Ll-d)时，进入步骤S11。并且，如图9所示，根据工件200被放置的位置、姿势， 在步骤SlO中，也存在如下情况，在未判断成高速照相机11到工件200为止的距离L成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分工件200被放置的面20附近的死区区域高度d (距离d)的距离L2 (Ll-d)以上的情况下结束镜子部16的扫描。
之后，在步骤S12中，判断激光狭缝光的扫描角度是否成为扫描结束角度θ LEl以上(激光狭缝光的扫描角度是否达到扫描结束角度9LE1)。在步骤S12中，在判断成激光狭缝光的扫描角度未达到扫描结束角度θ LEl时，返回到步骤S8。在步骤S12中，在判断成激光狭缝光的扫描角度大于扫描结束角度θ LEl时，进入步骤S13。
在步骤S13中，由传感器控制器13的识别部42对3维计测的计测数据进行图像识别处理。而且，通过对预先存储的工件200的模板与已进行图像识别处理的计测数据进行比较，从而识别每个多个工件200。并且，在识别各个工件200时，也同时识别各个工件 200的位置及姿势(倾斜、上下等)。而且，从被识别的多个工件200中，根据工件200的位置及姿势来判断机器人1的手装置7 (参照图1)最容易把持的工件200 (例如工件200a)。 而且，最容易把持的工件200a的位置及姿势从传感器控制器13传递到机器人控制器3。由此，在通过机器人1的手装置7来把持工件200a的同时，工件200a被移动到用于向下一个工序搬运工件200a的搬运用托盘6上。
接着，进入步骤S14，通过传感器控制器13的扫描角度修整部38及扫描角度设定部37(参照图6)来修正、设定在下一次扫描时的扫描开始角度。具体而言，在上述步骤S9 中，通过传感器控制器13的扫描角度修整部38及扫描角度设定部37 (参照图6)，将在存储在第1角度存储部39中的激光狭缝光的扫描角度θ LPl上加算规定角度(例如2度)的角度(0LP1+2)作为在下一次扫描时的扫描开始角度θ LS2来进行修正、设定。并且，在图 9所示的状态中，在上述步骤SlO中，由于在未判断成高速照相机11到工件200为止的距离 L成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以上的情况下结束镜子部16的扫描，因此扫描结束角度θ LEl不被修正。
之后，返回到步骤S7，再次开始3维计测。具体而言，如图10所示，根据在上述步骤S14中被设定的扫描开始角度0LS2与扫描结束角度θ LEl来旋转驱动镜子部16。艮口， 激光狭缝光在扫描角度9L2(< θ Li)的范围内扫描。之后，重复进行步骤S8至步骤S14 的动作。而且，在图10所示的状态中，在步骤S8中，判断成高速照相机11与工件200b的点 Pb之间的距离Lb成为从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离Ll差分死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下(Lb ^ Ll-d)，在工件200b表面上的点1 处反射时的激光狭缝光的扫描角度θ LP2存储在传感器控制器13的第1角度存储部39(参照图6)中。之后，进入步骤S14，将在激光狭缝光的扫描角度0LP2上加算规定角度(例如2 度)的角度(9LP2+2)作为在下一次扫描时的扫描开始角度0LS3来进行设定。
之后，再次重复进行步骤S8至步骤S14的动作，从而重复3维计测工件200和通过机器人1的手装置7来将工件200重复移动到搬运用托盘6上，例如图11所示，成为工件200的个数减少的状态。此时，在扫描角度eL3(< 0L2)的范围内操作激光狭缝光。而且，在被工件200η的表面上的点Pn处反射而高速照相机11到工件200η为止的距离Ln被计测后，在步骤SlO中，判断成大于从高速照相机11与工件200被放置的面20之间的距离 Ll差分死区区域高度d (距离d)的距离L2 (Ll-d) (L > Ll-d)。之后，在步骤Sl 1中，高速照相机11到工件200η为止的距离L(Ln)最后成为从高速照相机11与工件200被放置的面 20之间的距离Ll差分死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下(L ^ Ll-d)时(在工件200η的表面上的点Pn处被反射时)的激光狭缝光的扫描角度θ LPn被存储在传感器控制器13的第2角度存储部40 (参照图6)中。之后，进入步骤S13，在通过机器人1的手装置7来把持工件200η的同时，工件200η被移动到用于向下一个工序搬运工件200η的搬运用托盘6上。之后，进入步骤S14，通过传感器控制器13的扫描角度修整部38及扫描角度设定部37(参照图6)，将从激光狭缝光的扫描角度eLPn差分规定角度(例如2度)的角度(0LPn-2)作为在下一次扫描时的扫描结束角度θ LE2来进行修正、设定。
之后，如图12所示，根据上述设定的扫描结束角度θ LE2，激光狭缝光在扫描角度 0L4(< 0L3)的范围内被照射。而且，工件200ο被识别。之后，在通过机器人1的手装置 7来把持工件200ο的同时，工件200ο被移动到用于向下一个工序搬运工件200ο的搬运用托盘6上。而且，如图13所示，成为全部工件200被移动的状态。之后，激光狭缝光重新在扫描角度9L4(参照图12)的范围内被照射，在确认工件200未被识别之后，根据最初设定的扫描开始角度θ LSl及扫描结束角度θ LEl来进行激光狭缝光的扫描。由此，在激光狭缝光的扫描范围逐渐变小的同时，在将工件200重复移动到搬运用托盘6上的途中，即使在由于机器人1的手装置7接触工件200而工件200移动到偏离激光狭缝光的扫描范围的位置的情况下，也能够识别扫描范围外的工件200。
在第1实施方式中，如上所述，由于具备以根据由高速照相机11检测出的放置有工件200的区域来变更镜子部16的扫描范围的方式进行控制的传感器控制器13，因此例如在工件200在较广的范围内被放置有多个的初始状态下，能够使扫描范围变大，另一方面， 在工件200逐渐被去掉而工件200被放置在较小的范围内时，能够根据工件200被放置的范围来使扫描范围变小。由此，相应于镜子部16的激光狭缝光的扫描范围变小，能够使对工件200进行扫描所需的合计时间变短。其结果，能够使机器人1把持工件200而移动到搬运用托盘6上的动作所需的合计时间变短。
另外，在第1实施方式中，如上所述，如下构成传感器控制器13，根据由高速照相机11检测出的放置有工件200的区域来变更扫描开始角度及扫描结束角度中的一个，从而进行变更镜子部16的扫描范围的控制。由此，由于通过变小扫描开始角度及扫描结束角度中的至少一个来使镜子部16的扫描范围变小，因此能够使扫描工件200所需的合计时间变短。
另外，在第1实施方式中，如上所述，如下构成传感器控制器13，根据被检测出的来自工件200的反射光，算出高速照相机11与工件200之间的距离L，同时根据高速照相机 11与工件200之间的距离L，变更镜子部16的扫描范围。由此，根据工件200被放置的状态(个数)，能够容易地变更镜子部16的扫描范围。
另外，在第1实施方式中，如上所述，如下构成传感器控制器13，根据高速照相机 11与工件200之间的距离L最初成为从高速照相机11与放置工件200的面20之间的距离Ll差分放置工件200的面附近的死区区域高度(距离d)的距离L2以下时的激光狭缝光的扫描角度，变更扫描开始角度。由此，能够抑制由于检测到不足死区区域高度d(距离 d)的例如来自存在于工件200被放置的面20上的垃圾的反射光而错误地识别放置有工件 200的区域。
另外，在第1实施方式中，如上所述，如下构成传感器控制器13，根据高速照相机 11与工件200之间的距离L最后成为从高速照相机11与放置工件200的面20之间的距离Ll差分放置工件200的面20附近的死区区域高度(距离d)的距离L2以下时的镜子部 16的旋转角度，变更扫描结束角度。由此，能够抑制由于检测到不足死区区域高度d(距离 d)的例如来自存在于工件200被放置的面20上的垃圾的反射光而错误地识别放置有工件 200的区域。
另外，在第1实施方式中，如上所述，以成为工件200的高度h的1/2的方式构成死区区域高度d(距离d)。由此，能够抑制由于检测到来自不足工件200的高度h的1/2的垃圾等的反射光而错误地识别放置有工件200的区域。
第2实施方式
下面，参照图14及图15对第2实施方式的机器人系统101进行说明。在该第2 实施方式中，与工件200直接被放置在面20上的第1实施方式不同，将工件200放置在箱状的托盘102中。
如图14及图15所示，在第2实施方式的机器人系统101中，多个工件200被放置在箱状的托盘102中。并且，第2实施方式的其他构成与上述第1实施方式相同。
下面，参照图14至图20对第2实施方式的传感器控制器13的3维计测的动作进行说明。
首先，在3维计测工件200之前，如图16及图17所示，在工件200未被放置在托盘102中的状态下，3维计测托盘102与放置有托盘102的面103等。具体而言，计测高速照相机11到托盘102的框架10 为止的距离、高速照相机11到托盘102的内底面102b为止的距离、托盘102到放置有托盘102的面103为止的距离等。由此，如图18所示，由传感器控制器13的识别部42识别从箭头Zl方向(参照图16及图17)观察托盘102的图像。
接着，如图14及图15所示，在工件200被放置在托盘102中的状态下，通过传感器单元4来3维计测托盘102与工件200。并且，3维计测的具体动作与上述第1实施方式相同。而且，通过传感器单元4来3维计测托盘102与工件200，从而如图19所示，传感器控制器13的识别部42识别从箭头Zl方向(参照图14及图15)观察托盘102与工件200 的图像。并且，在此状态下，由于与高速照相机11与工件200之间的距离一起也能够得到高速照相机11到托盘102之间的距离，因此不能像上述的第1实施方式那样根据高速照相机11与工件200之间的距离L来修正激光狭缝光的扫描范围。
于是，从托盘102与工件200的3维计测的结果(距离信息、参照图19)差分预先计测的托盘102的3维计测的结果(距离信息、参照图18)。从而如图20所示，传感器控制器13的识别部42识别工件200的3维计测的结果(图像)。其结果，与上述的第1实施方式一样，能够根据高速照相机11与工件200之间的距离L来修正激光狭缝光的扫描范围。 并且，第2实施方式涉及的工件200的3维计测的其他动作与上述第1实施方式相同。
在第2实施方式中，如上所述，工件200被放置在托盘102的内部，以根据通过高速照相机11来检测出的托盘102内部的工件200被放置的区域来变更镜子部16的扫描范围的方式构成传感器控制器13。由此，能够抑制由于检测到来自托盘102的反射光而错误地识别放置有工件200的区域。
另外，在第2实施方式中，如上所述，如下构成传感器控制器13，通过从在托盘102 内部放置有工件200的状态下的高速照相机11的3维计测结果差分在托盘102内部未放置有工件200的状态下的高速照相机11的3维计测结果，从而根据高速照相机11检测出的托盘102内部的放置有工件200的区域来变更镜子部16的扫描范围。由此，能够容易地抑制由于检测到来自托盘102的反射光而错误地识别放置有工件200的区域。
并且，应认为这次公开的实施方式在所有方面均为例示，并不受限制。本发明的范围并不是上述实施方式的说明所示，而是通过权利要求书来表示，而且包含在与权利要求书同等的含义及范围内的全部变更。
例如，在上述第1及第2实施方式中，虽然示出了根据高速照相机到工件为止的距离L成为从高速照相机与工件被放置的面之间的距离Ll差分工件被放置的面附近的死区区域高度d(距离d)的距离L2(Ll-d)以下(LaSLl-d)时的激光狭缝光的扫描角度来修正扫描开始角度及扫描结束角度的例子，但是本发明并不局限于此。例如，也可以根据高速照相机到工件为止的距离L不足高速照相机与工件被放置的面之间的距离Ll (L < Li)时的激光狭缝光的扫描角度来修正扫描开始角度及扫描结束角度。
另外，在上述第1及第2实施方式中，虽然示出了将死区区域高度d (距离d)设定成工件高度h的1/2的例子，但是本发明并不局限于此。在本发明中距离d小于工件高度 h即可。
另外，在上述第1及第2实施方式中，虽然示出了根据高速照相机与工件之间的距离L来修正激光狭缝光的扫描开始角度及扫描结束角度两者的例子，但是本发明并不局限于此。例如，也可以只修正激光狭缝光的扫描开始角度或扫描结束角度的一个。
另外，在上述第1及第2实施方式中，虽然示出了从包含在拍摄器件的CMOS传感器中的全部像素中提取像素数据来形成图像的例子，但是本发明并不局限于此。例如，对应于激光狭缝光的扫描范围的变小，也可以使提取像素数据的CMOS传感器的像素数减少。由此，相应于提取像素数据的像素数的减少，能够高速地提取像素数据。
权利要求
1.一种形状计测装置，其特征为，具备激光照射部，照射激光；扫描部，将由所述激光照射部照射的所述激光扫描到放置有计测对象物的区域；照相机，在通过检测由所述扫描部照射并从所述计测对象物反射的所述激光的反射光来检测放置有所述计测对象物的区域的同时，进行所述计测对象物的3维计测；及控制部，以根据通过所述照相机检测出的放置有所述计测对象物的区域来变更所述扫描部的扫描范围的方式进行控制。
2.根据权利要求1所述的形状计测装置，其特征为，所述控制部如下构成，根据通过所述照相机检测出的放置有所述计测对象物的区域来变更扫描开始角度及扫描结束角度中的至少一个，从而进行变更所述扫描部的扫描范围的控制。
3.根据权利要求1所述的形状计测装置，其特征为，所述控制部如下构成，根据检测出的来自所述计测对象物的反射光，在算出所述照相机与所述计测对象物之间的第1距离的同时，根据所述照相机与所述计测对象物之间的所述第1距离，变更所述扫描部的扫描范围。
4.根据权利要求3所述的形状计测装置，其特征为，所述控制部如下构成，根据所述照相机与所述计测对象物之间的所述第1距离最初成为从所述照相机与放置所述计测对象物的面之间的距离差分放置所述计测对象物的面附近的死区区域高度的第2距离以下时的激光的扫描角度，变更所述扫描开始角度。
5.根据权利要求3所述的形状计测装置，其特征为，所述控制部如下构成，根据所述照相机与所述计测对象物之间的所述第1距离最后成为从所述照相机与放置所述计测对象物的面之间的距离差分放置所述计测对象物的面附近的死区区域高度的第2距离以下时的激光的扫描角度，变更所述扫描结束角度。
6.根据权利要求4所述的形状计测装置，其特征为，所述第2距离大于从所述照相机与放置所述计测对象物的面之间的距离差分所述计测对象物高度的距离，并且，不足所述照相机与放置所述计测对象物的面之间的距离。
7.根据权利要求1所述的形状计测装置，其特征为，所述计测对象物被放置在箱状容器的内部，所述控制部如下构成，根据通过所述照相机检测出的在所述箱状容器内部的放置有所述计测对象物的区域，变更所述扫描部的扫描范围。
8.根据权利要求7所述的形状计测装置，其特征为，所述控制部如下构成，从在所述箱状容器内部放置有所述计测对象物的状态下的所述照相机的3维计测结果差分在所述箱状容器内部未放置有所述计测对象物的状态下的所述照相机的3维计测结果，从而根据通过所述照相机检测出的在所述箱状容器内部的所述计测对象物的放置区域，变更所述扫描部的扫描范围。
9.一种机器人系统，其特征为，具备机器人，具有把持计测对象物的把持部；及形状计测装置，包括激光照射部，照射激光；扫描部，将由所述激光照射部照射的所述激光扫描到放置有所述计测对象物的区域；照相机，在通过检测由所述扫描部照射并从所述计测对象物反射的所述激光的反射光来检测放置有所述计测对象物的区域的同时， 进行所述计测对象物的3维计测；及控制部，以根据通过所述照相机检测出的放置有所述计测对象物的区域来变更所述扫描部的扫描范围的方式进行控制。
10. 一种形状计测方法，其特征为，包含如下内容 将激光扫描到放置有计测对象物的区域；在通过检测由所述计测对象物反射的所述激光的反射光来检测放置有所述计测对象物的区域的同时，进行所述计测对象物的3维计测；及根据检测出的放置有所述计测对象物的区域来变更所述激光的扫描范围。
全文摘要
实施方式涉及的形状计测系统具备激光照射部，照射激光；扫描部，将由激光照射部照射的激光扫描到放置有计测对象物的区域；照相机，在通过检测由扫描部照射并从计测对象物反射的激光的反射光来检测放置有计测对象物的区域的同时，进行计测对象物的3维计测；及控制部，以根据通过照相机检测出的放置有计测对象物的区域来变更扫描部的扫描范围的方式进行控制。
文档编号B25J19/02GK102528810SQ20111032059
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月20日 优先权日2010年10月25日
发明者半田博幸, 有江健 申请人:株式会社安川电机