特開 2022-184268 ロボットビジョンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022184268

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】ロボットビジョンシステム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20221206BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20221206BHJP

   B25J 19/04 20060101ALI20221206BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

B25J13/08 A

B25J19/04

G01C3/06 120P

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092020

(22)【出願日】2021-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】三本木 將夫

【テーマコード（参考）】

2F065

2F112

3C707

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA06

2F065BB05

2F065BB22

2F065DD02

2F065FF04

2F065FF49

2F065JJ03

2F065LL31

2F065MM06

2F065MM16

2F065PP25

2F065QQ03

2F065QQ21

2F065QQ24

2F065QQ28

2F065QQ29

2F065QQ31

2F065UU05

2F112AB00

2F112BA10

2F112CA04

2F112CA12

2F112DA32

2F112FA03

2F112FA07

2F112FA21

2F112FA35

2F112FA39

2F112FA45

3C707AS01

3C707BS10

3C707DS01

3C707KS03

3C707KS04

3C707KS07

3C707KW00

(57)【要約】

【課題】複数のカメラを用いることなく複数の偏光画像を得ることができ、装置を小型化しつつ透明材料からなるワークの位置を把握することが可能なロボットビジョンシステムを提供する。
【解決手段】本発明のロボットビジョンシステム１００の構成は、ワーク１０４を撮像する偏光カメラ１０６と、偏光カメラ１０６の焦点位置を取得する焦点位置変更部１１４と、焦点位置の異なる複数の偏光画像からワーク１０４の位置情報を取得する位置情報取得部１１６と、複数の偏光画像からワーク１０４までの距離を算出する距離情報算出部１１８と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを撮像する偏光カメラと、
前記偏光カメラの焦点位置を取得する焦点位置変更部と、
焦点位置の異なる複数の偏光画像から前記ワークの位置情報を取得する位置情報取得部と、
複数の前記偏光画像から前記ワークまでの距離を算出する距離情報算出部と、
を備えることを特徴とするロボットビジョンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、偏光カメラを有するロボットビジョンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工場等の生産現場において、ロボットアームやマニピュレータ等の産業用機械が用いられている。例えば特許文献１には、マニピュレータの遠隔操作に用いられるマニピュレータ制御卓が開示されている。特許文献１の制御卓では、第１の撮像カメラおよび第２の撮像カメラを用い、被写体の左視差画像および右視差画像を撮像する。それらの視差画像は、偏光板を被着された第１のモニターおよび第２のモニターに表示される。これを操作者が特定の眼鏡を装着して見ることにより、三次元的画像として捉えられるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－２３９４８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来から、工業現場では産業用機械はワークのピッキングにも用いられていて、この作業を正確に行うためには、産業用機械とワークとの距離を正確に把握することが重要となる。ここで、ワークは有色のものが多いが、中には透明材料からなるワークもある。この透明材料からなるワークの距離を測定するためには、偏光カメラを用いることが有効であることが知られている。

【0005】

特許文献１のように２つのカメラ、および２つのモニターに対して被着された偏光板を用いれば、２つの視差画像を取得することができ、透明材料からなるワークの位置を把握することが可能であると考えられる。しかしながら、特許文献１のように２つのカメラを用いるいわゆるステレオ方式であると、装置が大型化し、装置コストが増大してしまう。

【0006】

本発明は、このような課題に鑑み、複数のカメラを用いることなく複数の偏光画像を得ることができ、装置を小型化しつつ透明材料からなるワークの位置を把握することが可能なロボットビジョンシステムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のロボットビジョンシステムの代表的な構成は、ワークを撮像する偏光カメラと、偏光カメラの焦点位置を取得する焦点位置変更部と、焦点位置の異なる複数の偏光画像からワークの位置情報を取得する位置情報取得部と、複数の偏光画像からワークまでの距離を算出する距離情報算出部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、複数のカメラを用いることなく複数の偏光画像を得ることができ、装置を小型化しつつ透明材料からなるワークの位置を把握することが可能なロボットビジョンシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態にかかるロボットビジョンシステムを説明する概略図である。

【図2】本実施形態のロボットビジョンシステムの動作を説明するフローチャートである。

【図3】偏光画像を説明する概念図である。

【図4】ワークまでの距離の算出を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0011】

図１は、本実施形態にかかるロボットビジョンシステム１００を説明する概略図である。本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、産業用機械としてロボットアーム１０２を例示している。ロボットアーム１０２は、ワークテーブル１０８の上に載置されたワーク１０４を把持し、かかるワーク１０４を所定の位置まで移動する。

【0012】

図１に示すように、本実施形態のロボットビジョンシステム１００は、ワーク１０４を撮影する偏光カメラ１０６、ならびにロボットアーム１０２および偏光カメラ１０６を制御するロボット制御装置１１０を含んで構成される。

【0013】

ロボット制御装置１１０は、アーム移動部１１２を有する。アーム移動部１１２は、ロボットアーム１０２に対して所定の位置への移動を指示する。またロボット制御装置１１０は、焦点位置変更部１１４と、位置情報取得部１１６と、距離情報算出部１１８をさらに備える。

【0014】

図２は、本実施形態のロボットビジョンシステム１００の動作を説明するフローチャートである。本実施形態のロボットビジョンシステム１００では、まずロボット制御装置１１０は、アーム移動部１１２によってロボットアーム１０２を移動し、偏光カメラ１０６の画角内にワーク１０４を収める。以下、図２のフローチャートを実行している間はロボットアーム１０２は移動しない。

【0015】

焦点位置変更部１１４は、偏光カメラ１０６の焦点位置を、第１の焦点位置に変更する（Ｓ２０２）。焦点位置を変更したら、ロボット制御装置１１０は、偏光カメラ１０６によって第１の偏光画像を撮像する（Ｓ２０４）。

【0016】

図３は偏光画像を説明する概念図である。図４（ａ）に示すように、ワーク１０４が透明材料からなる場合には、通常のカメラでは背景が透過してしまったり、照明の光を反射してしまったりして、ワーク１０４の輪郭を把握しにくい場合がある。しかし偏光カメラを用いて撮影した偏光画像では、特定方向のみに振動する光をとらえるため、図４（ｂ）に示すようにワーク１０４の面の向きや形状に応じた画像を得ることができる。これにより透明なワーク１０４においても輪郭を正確に把握し、その形状を取得することが可能となる。

【0017】

次に焦点位置変更部１１４は、偏光カメラ１０６の焦点位置を、第２の焦点位置に変更する（Ｓ２０６）。焦点位置を変更したら、ロボット制御装置１１０は、偏光カメラ１０６によって第２の偏光画像を撮像する（Ｓ２０８）。

【0018】

ここで第１の焦点位置と第２の焦点位置の違いは、撮影画像の任意の被写体におけるボケ方に有意な差が出る程度に位置をずらしてあればよい。なおレンズの主点からレンズが像を結ぶ焦点位置までの距離を焦点距離と呼ぶので、本発明においては「第１の焦点位置と第２の焦点位置」を「第１の焦点距離と第２の焦点距離」と言い換えても差し支えない。

【0019】

焦点位置の異なる複数の偏光画像（第１の偏光画像および第２偏光画像）を撮像したら、位置情報取得部１１６は、複数の偏光画像からワーク１０４の位置情報を取得する（Ｓ２１０）。そして距離情報算出部１１８は、複数の偏光画像から、ワーク１０４までの距離を算出する。（Ｓ２１２）。

【0020】

図４は、ワークまでの距離の算出を説明する概念図である。図４（ａ）は第１の偏光画像として、近景に合焦した例を示している。図４（ｂ）は第２の偏光画像として、遠景に合焦した例を示している。Ｓ２１２においてワーク１０４までの距離を算出する際には、図４（ａ）の第１の偏光画像と図４（ｂ）の第２の偏光画像を用い、Ｄｅｐｔｈ ｆｒｏｍ ｄｅｆｏｃｕｓを利用して画像処理を行う。これにより、図４（ｃ）に示すように、Ｄｅｐｔｈ Ｍａｐの画像が生成される。この画像を参照することにより、偏光カメラ１０６からワーク１０４までの距離Ｄ（図１参照）、ワーク１０４の寸法、およびワーク１０４のワークテーブル１０８上での位置の絶対値を算出することができる。

【0021】

Ｄｅｐｔｈ ｆｒｏｍ ｄｅｆｏｃｕｓは、画像のボケと奥行き位置の関係を利用して、２次元画像から３次元奥行き情報を得る方法である。焦点位置から距離が離れている被写体ほどボケが大きくなるため、撮影画像において領域ごとに焦点位置の異なる2枚の偏光画像のボケの変化量を画像処理で求めることにより、結像位置（ピントが合った位置）からのずれ量を得ることができる。そして、上記ずれ量から被写体までの距離を求めることができる。すなわち偏光カメラ１０６からワーク１０４までの距離Ｄ（図１参照）等の絶対値を算出することができる。

【0022】

上記説明したように本実施形態のロボットビジョンシステム１００によれば、１つの偏光カメラ１０６によって焦点位置の異なる複数の画像を撮像することにより、その複数の画像からワーク１０４の位置情報およびワーク１０４までの距離、寸法、位置を算出することができる。したがって、複数のカメラを用いることなく複数の偏光画像を得ることができ、装置を小型化しつつ透明材料からなるワーク１０４の距離等を把握し、精密にロボットアーム１０２を制御することが可能となる。

【0023】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0024】

本発明は、偏光カメラを有するロボットビジョンシステムとして利用することができる。

【符号の説明】

【0025】

１００…ロボットビジョンシステム、１０２…ロボットアーム、１０４…ワーク、１０６…偏光カメラ、１０８…ワークテーブル、１１０…ロボット制御装置、１１２…アーム移動部、１１４…焦点位置変更部、１１６…位置情報取得部、１１８…距離情報算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】