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(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】P2024043442
(43)【公開日】2024-03-29
(54)【発明の名称】測定装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/25 20060101AFI20240322BHJP
【ＦＩ】
G01B11/25 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022148642
(22)【出願日】2022-09-16
(71)【出願人】
【識別番号】312003595
【氏名又は名称】タカハタプレシジョン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100162341
【弁理士】
【氏名又は名称】瀬崎 幸典
(72)【発明者】
【氏名】村松 弘一朗
(72)【発明者】
【氏名】三浦 義晃
(72)【発明者】
【氏名】片岡 政人
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA04
2F065AA53
2F065AA59
2F065BB15
2F065FF04
2F065FF09
2F065GG06
2F065GG15
2F065HH07
2F065JJ03
2F065LL42
2F065MM03
2F065MM16
2F065PP15
2F065PP22
2F065QQ03
2F065QQ21
2F065QQ24
2F065QQ28
2F065QQ31
2F065UU01
(57)【要約】
【課題】３次元物品の外形寸法を非接触で自動計測する。
【解決手段】被測定物の載置面を撮像範囲に含み載置面及び被測定物の表面の三次元座標値の集合である点群データを取得する取得手段と、取得手段のｘｙ軸を載置面に沿ったｘｙ座標系に座標変換する座標系設定手段と、取得手段により取得された点群データから被測定物の点群データを抽出して被測定物の外形寸法を算出する算出手段と、を備え、算出手段は、抽出した点群データからｘｙ軸に沿うｘｙ平面で被測定物の凸多角形を仮想し、ｘｙ平面における凸多角形の面積が最小になるように囲う四角形の平面枠をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで被測定物を囲う立方体枠を推定して立方体枠の３辺の寸法を被測定物の外形寸法として算出する。
【選択図】図５
【解決手段】被測定物の載置面を撮像範囲に含み載置面及び被測定物の表面の三次元座標値の集合である点群データを取得する取得手段と、取得手段のｘｙ軸を載置面に沿ったｘｙ座標系に座標変換する座標系設定手段と、取得手段により取得された点群データから被測定物の点群データを抽出して被測定物の外形寸法を算出する算出手段と、を備え、算出手段は、抽出した点群データからｘｙ軸に沿うｘｙ平面で被測定物の凸多角形を仮想し、ｘｙ平面における凸多角形の面積が最小になるように囲う四角形の平面枠をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで被測定物を囲う立方体枠を推定して立方体枠の３辺の寸法を被測定物の外形寸法として算出する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定物の載置面を撮像範囲に含み前記載置面及び前記被測定物の表面の三次元座標値の集合である点群データを取得する取得手段と、
前記取得手段のｘｙ軸を前記載置面に沿ったｘｙ座標系に座標変換する座標系設定手段と、
前記取得手段により取得された前記点群データから前記被測定物の点群データを抽出して前記被測定物の外形寸法を算出する算出手段と、を備えた、
ことを特徴とする測定装置。
前記取得手段のｘｙ軸を前記載置面に沿ったｘｙ座標系に座標変換する座標系設定手段と、
前記取得手段により取得された前記点群データから前記被測定物の点群データを抽出して前記被測定物の外形寸法を算出する算出手段と、を備えた、
ことを特徴とする測定装置。
【請求項2】
前記取得手段は、複数の発光素子からなるアレイ光源から回折光学素子を介して投射され前記被測定物の表面及び前記載置面から反射する反射光を受光して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項3】
前記算出手段は、取得した前記点群データの任意の一点の近傍点における分散を算出することでノイズを検出し、取得された前記点群データから前記ノイズを除去して前記被測定物の点群データを抽出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項4】
前記算出手段は、前記取得手段により取得された前記点群データから前記載置面上で前記被測定物を収容するトレイを示す点群データを除去して前記被測定物の点群データを抽出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項5】
前記算出手段は、前記ｘｙ軸それぞれの方向に対して前記ｘｙ軸と直交するｚ軸方向の前記点群データの分散を算出することで前記トレイを検出し、予め記憶されたトレイの大きさから前記トレイの領域を算出し、前記載置面までの距離及び前記トレイの領域に基づいて前記被測定物が存在する領域の点群データを抽出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項6】
前記算出手段は、抽出した前記点群データから前記ｘｙ軸に沿うｘｙ平面で前記被測定物の凸多角形を仮想し、前記ｘｙ平面における前記凸多角形の面積が最小になるように囲う四角形の平面枠をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで前記被測定物を囲う立方体枠を推定して前記立方体枠の３辺の寸法を前記被測定物の外形寸法として算出する、
ことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項7】
前記算出手段は、前記被測定物の外形寸法から前記被測定物の体積を算出する、
ことを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【請求項8】
前記取得手段は、移動する前記載置面に載置された前記被測定物を真上から撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項9】
前記取得手段は、前記点群データに予め登録された前記取得手段から前記載置面までの距離よりも小さい点群データが含まれている場合に前記点群データを保存する、
ことを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項10】
前記取得手段は、固定されている前記載置面に載置された前記被測定物を真上から撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項11】
前記取得手段は、可搬可能で一方向から前記被測定物の全体を撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
載置台に載置された直方体形状の荷物を実質的に直上から撮影可能である位置に配置され、荷物を撮影して荷物との距離を取得する深度センサと、深度センサから取得したデータに基づいて荷物のサイズを算出する制御部と、撮像装置と、を有する荷物計測装置と、情報取得装置と、精算装置と、を備え、情報取得装置が、撮像装置で取得した画像の画像認識によって、荷物の配送に関する情報を取得し、荷物計測装置が、荷物のサイズ及び荷物の配送に関する情報に基づいて荷物の配送料金を算出し、精算装置が荷物の配送料金の精算を行い、制御部は、載置物がない状態の載置台を、予め深度センサで撮影して背景深度画像データとして記憶しておき、深度センサを制御し、載置台に載置された荷物を実質的に直上から撮影して荷物の深度画像データを取得し、荷物の深度画像データと背景深度画像データとの比較によって荷物の深度画像データにおける荷物のデータを特定し、荷物の深度画像データにおける荷物の上面までの深度センサからの距離のデータと荷物の背景深度画像データにおける載置台の上面までの深度センサからの距離のデータとに基づいて、荷物の高さを算出し、撮像装置で取得した画像の画像認識によって、荷物の深度画像データ中で最も左側に位置する第１の頂点の位置と、荷物の深度画像データ中で最も右側に位置する第２の頂点の位置と、荷物の深度画像データ中で最も上側に位置する、もしくは最も下側に位置する第３の頂点の位置と、を特定し、深度センサの中心を原点とする空間における、第１の頂点、第２の頂点、及び第３の頂点の２次元座標を、深度センサの視野角と、それぞれ第１の頂点、第２の頂点、及び第３の頂点の深度センサからの距離のデータと、深度センサのセンサ素子の数と、それぞれ第１の頂点、第２の頂点、及び第３の頂点に対応する深度センサのセンサ素子の位置データとに基づいて求め、第１の頂点、第２の頂点、及び第３の頂点の２次元座標に基づいて、第１の頂点と第３の頂点との間の第１の辺の長さと、第２の頂点と第３の頂点との間の第２の辺の長さと、を算出し、算出した結果を出力する、荷物受付システムが知られている（特許文献１）。
【0003】
搬送コンベア上を移送される物品を画像処理によりその面積を測定し、その面積値より上記物品の外形寸法を算出し、その外形寸法により多段階に選別する装置において、物品の通過検出によりＣＣＤカメラでその物品の画像を撮影し、その画像を画像メモリに記憶する段階と、上記画像メモリから画素数により上記物品の面積を求める段階と、その面積を基に物品の外形寸法を算出する段階と、設定された外形寸法毎のランクに対し上記算出された外形寸法を比較してランクを判定し、多段階のランクに選別する段階とで構成した画像処理による形状測定方法も知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－８１４３１号公報
【特許文献2】特開平９－１７８４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、被測定物の外形寸法を非接触で自動計測する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の測定装置は、
被測定物の載置面を撮像範囲に含み前記載置面及び前記被測定物の表面の三次元座標値の集合である点群データを取得する取得手段と、
前記取得手段のｘｙ軸を前記載置面に沿ったｘｙ座標系に座標変換する座標系設定手段と、
前記取得手段により取得された前記点群データから前記被測定物の点群データを抽出して前記被測定物の外形寸法を算出する算出手段と、を備えた、
ことを特徴とする。
被測定物の載置面を撮像範囲に含み前記載置面及び前記被測定物の表面の三次元座標値の集合である点群データを取得する取得手段と、
前記取得手段のｘｙ軸を前記載置面に沿ったｘｙ座標系に座標変換する座標系設定手段と、
前記取得手段により取得された前記点群データから前記被測定物の点群データを抽出して前記被測定物の外形寸法を算出する算出手段と、を備えた、
ことを特徴とする。
【0007】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、
前記取得手段は、複数の発光素子からなるアレイ光源から回折光学素子を介して投射され前記被測定物の表面及び前記載置面から反射する反射光を受光して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
前記取得手段は、複数の発光素子からなるアレイ光源から回折光学素子を介して投射され前記被測定物の表面及び前記載置面から反射する反射光を受光して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
【0008】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、
前記算出手段は、取得した前記点群データの任意の一点の近傍点における分散を算出することでノイズを検出し、取得された前記点群データから前記ノイズを除去して前記被測定物の点群データを抽出する、
ことを特徴とする。
前記算出手段は、取得した前記点群データの任意の一点の近傍点における分散を算出することでノイズを検出し、取得された前記点群データから前記ノイズを除去して前記被測定物の点群データを抽出する、
ことを特徴とする。
【0009】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の測定装置において、
前記算出手段は、前記取得手段により取得された前記点群データから前記載置面上で前記被測定物を収容するトレイを示す点群データを除去して前記被測定物の点群データを抽出する、
ことを特徴とする。
前記算出手段は、前記取得手段により取得された前記点群データから前記載置面上で前記被測定物を収容するトレイを示す点群データを除去して前記被測定物の点群データを抽出する、
ことを特徴とする。
【0010】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の測定装置において、
前記算出手段は、前記ｘｙ軸それぞれの方向に対して前記ｘｙ軸と直交するｚ軸方向の前記点群データの分散を算出することで前記トレイを検出し、予め記憶されたトレイの大きさから前記トレイの領域を算出し、前記載置面までの距離及び前記トレイの領域に基づいて前記被測定物が存在する領域の点群データを抽出する、
ことを特徴とする。
前記算出手段は、前記ｘｙ軸それぞれの方向に対して前記ｘｙ軸と直交するｚ軸方向の前記点群データの分散を算出することで前記トレイを検出し、予め記憶されたトレイの大きさから前記トレイの領域を算出し、前記載置面までの距離及び前記トレイの領域に基づいて前記被測定物が存在する領域の点群データを抽出する、
ことを特徴とする。
【0011】
請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の測定装置において、
前記算出手段は、抽出した前記点群データから前記ｘｙ軸に沿うｘｙ平面で前記被測定物の凸多角形を仮想し、前記ｘｙ平面における前記凸多角形の面積が最小になるように囲う四角形の平面枠をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで前記被測定物を囲う立方体枠を推定して前記立方体枠の３辺の寸法を前記被測定物の外形寸法として算出する、
ことを特徴とする。
前記算出手段は、抽出した前記点群データから前記ｘｙ軸に沿うｘｙ平面で前記被測定物の凸多角形を仮想し、前記ｘｙ平面における前記凸多角形の面積が最小になるように囲う四角形の平面枠をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで前記被測定物を囲う立方体枠を推定して前記立方体枠の３辺の寸法を前記被測定物の外形寸法として算出する、
ことを特徴とする。
【0012】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の測定装置において、
前記算出手段は、前記被測定物の外形寸法から前記物品の体積を算出する、
ことを特徴とする。
前記算出手段は、前記被測定物の外形寸法から前記物品の体積を算出する、
ことを特徴とする。
【0013】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、
前記取得手段は、移動する前記載置面に載置された前記被測定物を真上から撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
前記取得手段は、移動する前記載置面に載置された前記被測定物を真上から撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
【0014】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の測定装置において、
前記取得手段は、前記点群データに予め登録された前記取得手段から前記載置面までの距離よりも小さい点群データが含まれている場合に前記点群データを保存する、
ことを特徴とする。
前記取得手段は、前記点群データに予め登録された前記取得手段から前記載置面までの距離よりも小さい点群データが含まれている場合に前記点群データを保存する、
ことを特徴とする。
【0015】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、
前記取得手段は、固定されている前記載置面に載置された前記被測定物を真上から撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
前記取得手段は、固定されている前記載置面に載置された前記被測定物を真上から撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
【0016】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置において、
前記取得手段は、可搬可能で一方向から前記被測定物の全体を撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
前記取得手段は、可搬可能で一方向から前記被測定物の全体を撮像して前記点群データを取得する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
請求項１に記載の発明によれば、被測定物の外形寸法を非接触で自動計測する。
【0018】
請求項２に記載の発明によれば、被測定物の外形を点群データとして取得することができる。
【0019】
請求項３に記載の発明によれば、取得した点群データからノイズを除去することができる。
【0020】
請求項４に記載の発明によれば、取得した点群データから被測定物のみの点群データを抽出することができる。
【0021】
請求項５に記載の発明によれば、取得した点群データから被測定物の点群データを抽出することができる。
【0022】
請求項６に記載の発明によれば、被測定物の外形寸法を非接触で自動計測することができる。
【0023】
請求項７に記載の発明によれば、被測定物の積載数を推定するための情報とすることができる。
【0024】
請求項８に記載の発明によれば、コンベア上を移動する被測定物の外形寸法を非接触で連続して自動測定することができる。
【0025】
請求項９に記載の発明によれば、コンベア上を移動する被測定物の測定トリガーとすることができる。
【0026】
請求項１０に記載の発明によれば、宅配荷物のサイズを非接触で測定することができる。
【0027】
請求項１１に記載の発明によれば、簡便に宅配荷物のサイズを非接触で自動測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】第１実施形態に係る測定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図2】（ａ）は３次元センサの構成例を示す平面模式図、（ｂ）は断面模式図である。
【図3】３次元センサのドットパターン照射を示す模式図である。
【図4】第１実施形態に係る測定装置の構成例を示す模式図である。
【図5】第１実施形態に係る測定装置における物品の外形寸法の算出処理の流れを示すフローチャート図である。
【図6】トレイデータ除去の処理を説明する概念図である。
【図7】点群データからノイズを除去する処理を説明する概念図である。
【図8】物品が存在する領域のみの点群データから物品の寸法を算出する処理の流れを模式的に示す概念図である。
【図9】第２実施形態に係る測定装置の構成例を示す模式図である。
【図10】第３実施形態に係る測定装置の構成例を示す模式図である。
【図11】第３実施形態に係る測定装置の使用方法示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
次に図面を参照しながら、本発明の実施形態の具体例を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【0030】
「第１実施形態」
（１）測定装置の全体構成
図１は本実施形態に係る測定装置１の機能構成を示すブロック図、図２（ａ）は３次元センサ１０の構成例を示す平面模式図、（ｂ）は断面模式図、図３は３次元センサ１０のドットパターン照射を示す模式図、図４は測定装置１の構成例を示す模式図である。
以下、図面を参照しながら、測定装置１の全体構成について説明する。
（１）測定装置の全体構成
図１は本実施形態に係る測定装置１の機能構成を示すブロック図、図２（ａ）は３次元センサ１０の構成例を示す平面模式図、（ｂ）は断面模式図、図３は３次元センサ１０のドットパターン照射を示す模式図、図４は測定装置１の構成例を示す模式図である。
以下、図面を参照しながら、測定装置１の全体構成について説明する。
【0031】
図１に示すように、測定装置１は、被測定物である３次元物品（以下、単に物品と記す）Ｇの表面の三次元座標値の集合である点群データを取得する取得手段の一例としての３次元センサ１０と、３次元センサ１０により取得された点群データから物品Ｇの点群データを抽出して物品Ｇの外形寸法を算出する算出手段の一例としての寸法算出部２０を有する。
【0032】
３次元センサ１０は、光を出射する発光素子からなるプロジェクタ１１と、物品Ｇの表面から反射した反射光を撮像する撮像素子からなるイメージセンサモジュール１２と、プロジェクタ１１及びイメージセンサモジュール１２の動作を制御し、点群データを取得を取得する制御部１３と、備えている。本実施形態においては、制御部１３として、例えば、ＡＲＭプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータであるラズベリーパイ（Raspberry Pi：登録商標）や小型のコンピュータ装置などとして実装されるプログラム処理装置を用いることができるが、特に限定されない。
【0033】
プロジェクタ１１は、図２に示すように、複数の発光素子からなるアレイ光源であるＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）１１１と、ＶＣＳＥＬ１１１の上側でレーザ光の配光制御を行う透過型の回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）１１２と、から構成されている。
回折光学素子１１２は、ＶＣＳＥＬ１１１が発光することにより生じる光を、規則的なドットパターンの配光パターンに変換し、複数のビーム状の測距光として被測定物である物品Ｇに照射する。
回折光学素子１１２は、ＶＣＳＥＬ１１１が発光することにより生じる光を、規則的なドットパターンの配光パターンに変換し、複数のビーム状の測距光として被測定物である物品Ｇに照射する。
【0034】
図３においては、回折光学素子１１２により、プロジェクタ１１から発光された光が、被測定物である物品Ｇに対して、規則的なドットパターンとして配光されるように広がり角θ１の測距光Ｌ１～Ｌｎに変換される例が示されている。本実施形態においては、４０００ないし５０００本のレーザ光でドットパターンを照射している。
【0035】
イメージセンサモジュール１２には、光電変換素子としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが用いられている。
イメージセンサモジュール１２は、プロジェクタ１１から出射した光が物品Ｇで反射する反射光を撮像して点群データとして取得して制御部１３を介して寸法算出部２０に出力する。
イメージセンサモジュール１２は、プロジェクタ１１から出射した光が物品Ｇで反射する反射光を撮像して点群データとして取得して制御部１３を介して寸法算出部２０に出力する。
【0036】
このように構成される３次元センサ１０は、物品Ｇにプロジェクタ１１からレーザ光を発して物品Ｇの表面から反射する反射光をイメージセンサモジュール１２で撮像して点群データを取得して被測定物の３次元形状を測定する。
【0037】
寸法算出部２０は、プログラムの実行を通じて各種の管理機能を提供するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等を格納する記憶領域としてのＲＯＭ（Read Only Memory）と、プログラムの実行領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）からなるプロセッサを有している。プログラムには、ファームウェアやオペレーティングシステム（ＯＳ）が含まれる。
寸法算出部２０は、プログラムの実行を通じ、３次元センサ１０で取得した点群データを用いて、外形寸法算出、表示等の処理を実行する。
寸法算出部２０は、プログラムの実行を通じ、３次元センサ１０で取得した点群データを用いて、外形寸法算出、表示等の処理を実行する。
【0038】
図４に示すように、本実施形態に係る測定装置１は、３次元センサ１０、３次元センサ１０が取り付けられたコンベア３０及び寸法算出部２０を含む端末装置４０、を有するように構成することができる。
【0039】
コンベア３０は、載置面Ｆとしてのコンベア面が所定の速度で移動する搬送コンベアであり、搬送過程で物品Ｇの外形寸法の計測及び振り分けを行う。コンベア３０の搬送方向途中には、３次元センサ１０が配置され、搬送される物品Ｇを上方から撮像できるようになっている。コンベア３０には、物品Ｇをそのままコンベア面に載置して搬送してもよく、トレイＴに物品Ｇを収容したまま搬送してもよい。
【0040】
端末装置４０は、３次元センサ１０と有線又は無線で接続され、３次元センサ１０と通信が可能になっている。端末装置４０は、このような接続のための通信インタフェース等を有することができる。なお、端末装置４０は、モバイルＰＣ（Personal Computer）と称されるものであってもよく、また、設置型のＰＣ、携帯端末（スマートフォン）等の装置であってもよい。
【0041】
（２）外形寸法算出処理
図５は測定装置１における物品Ｇの外形寸法の算出処理の流れを示すフローチャート図である。
寸法算出部２０は、最初に、ステップＳ１０１で３次元センサ１０をオンにして、載置面Ｆに物品が載置されていない状態で載置面Ｆに対して真上からレーザ光を照射して載置面Ｆに沿ったｘｙ座標系を設定する（Ｓ１０１）。レーザ光は数千本のレーザ光が同時に整列したドットとして照射される。レーザ光は物品Ｇの外形寸法を算出する間、常に一定間隔で照射され、載置面Ｆに向かって整列したドットとして照射されたレーザ光は、載置面Ｆ及び載置面Ｆ上の物品Ｇの表面で反射し、イメージセンサモジュール１２で撮像して点群データＰとして取得される。
図５は測定装置１における物品Ｇの外形寸法の算出処理の流れを示すフローチャート図である。
寸法算出部２０は、最初に、ステップＳ１０１で３次元センサ１０をオンにして、載置面Ｆに物品が載置されていない状態で載置面Ｆに対して真上からレーザ光を照射して載置面Ｆに沿ったｘｙ座標系を設定する（Ｓ１０１）。レーザ光は数千本のレーザ光が同時に整列したドットとして照射される。レーザ光は物品Ｇの外形寸法を算出する間、常に一定間隔で照射され、載置面Ｆに向かって整列したドットとして照射されたレーザ光は、載置面Ｆ及び載置面Ｆ上の物品Ｇの表面で反射し、イメージセンサモジュール１２で撮像して点群データＰとして取得される。
【0042】
そして、ステップＳ１０２で３次元センサ１０のz軸が載置面Ｆと垂直になり、ｘｙ軸を物品Ｇが載置されていない状態の載置面Ｆに沿うｘｙ座標系に座標変換する（Ｓ１０２）。これにより、載置面Ｆに載置された物品Ｇを真上から撮像して物品Ｇの点群データを取得する際の傾きを補正する。ここで、載置面Ｆは、一定の速度で移動するコンベア面であり、少なくとも平面状であり、真上とは、コンベアの基準面の上方の位置である。
【0043】
次に、ステップＳ１０３で点群データＰに、予め登録された３次元センサ１０から載置面Ｆまでの距離Ｈ０よりも小さい点群データＰが含まれているか否かを判断する（Ｓ１０３）。距離Ｈ０よりも小さい点群データＰが含まれていた場合（Ｓ１０３；Ｙｅｓ）に、計測のトリガーとして取得した点群データＰを保存する（Ｓ１０４）。距離Ｈ０よりも小さい点群データＰが含まれていない場合（Ｓ１０３；Ｎｏ）、点群データＰを保存することはなく、継続してレーザ光を照射する（Ｓ１０２）。
【0044】
図６はトレイデータ除去の処理を説明する概念図である。
本実施形態に係る測定装置１においては、物品ＧがトレイＴに収容されている状態で測定を行うトレイ有モードと、物品Ｇがトレイに収容されず直接載置面に載置されている状態で測定を行うトレイ無モードが予め選択可能となっている。
次に、寸法算出部２０は、ステップＳ１０５でトレイ有モードが選択されているか否かを判断し（Ｓ１０５）、トレイ有モードが選択されている場合（Ｓ１０５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４で保存した点群データＰからトレイＴを示す点群データＰを除去し、物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰを抽出する（Ｓ１０６）。
具体的には、図６（ａ）に示すように、物品ＧがトレイＴに収容されているトレイ有モードが選択されているか否かを判断し（Ｓ１０５）、トレイ有モードが選択されている場合（Ｓ１０５；Ｙｅｓ）、保存した点群データＰのうち、ｘｙ軸それぞれの方向に対して、数十点ずつ抽出しｘｙ軸と互いに直交するｚ軸方向の分散σ１を算出する。算出したｚ軸方向の分散σ１が予め定められた値よりも大きい場合、トレイＴのｘ軸方向及びｙ軸方向の２側面が検出されたと推定する。そして、予め登録されているトレイＴの大きさからトレイＴの領域を算出する。そして、図６（ｂ）に示すように、保存した点群データＰから、算出したトレイＴの領域を示す点群データＰを除去し、載置面Ｆまでの距離を用いて物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰを抽出する（Ｓ１０６）。
本実施形態に係る測定装置１においては、物品ＧがトレイＴに収容されている状態で測定を行うトレイ有モードと、物品Ｇがトレイに収容されず直接載置面に載置されている状態で測定を行うトレイ無モードが予め選択可能となっている。
次に、寸法算出部２０は、ステップＳ１０５でトレイ有モードが選択されているか否かを判断し（Ｓ１０５）、トレイ有モードが選択されている場合（Ｓ１０５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４で保存した点群データＰからトレイＴを示す点群データＰを除去し、物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰを抽出する（Ｓ１０６）。
具体的には、図６（ａ）に示すように、物品ＧがトレイＴに収容されているトレイ有モードが選択されているか否かを判断し（Ｓ１０５）、トレイ有モードが選択されている場合（Ｓ１０５；Ｙｅｓ）、保存した点群データＰのうち、ｘｙ軸それぞれの方向に対して、数十点ずつ抽出しｘｙ軸と互いに直交するｚ軸方向の分散σ１を算出する。算出したｚ軸方向の分散σ１が予め定められた値よりも大きい場合、トレイＴのｘ軸方向及びｙ軸方向の２側面が検出されたと推定する。そして、予め登録されているトレイＴの大きさからトレイＴの領域を算出する。そして、図６（ｂ）に示すように、保存した点群データＰから、算出したトレイＴの領域を示す点群データＰを除去し、載置面Ｆまでの距離を用いて物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰを抽出する（Ｓ１０６）。
【0045】
図７は点群データＰからノイズを除去する処理を説明する概念図である。
寸法算出部２０は、ステップＳ１０７で、トレイＴを示す点群データＰを除去した点群データＰからノイズを除去して、物品Ｇの点群データＰを抽出する（Ｓ１０７）。また、ステップＳ１０５で、トレイＴは無いと判断された場合（Ｓ１０５；Ｎｏ）も、ステップＳ１０４で保存した点群データＰからノイズを除去して、物品Ｇの点群データＰを抽出する（Ｓ１０７）。
図７に模式的に示すように、取得した点群データＰの任意の一点Ｐｎを中心として所定の閾値を半径とする仮想した球内から外れる点群データの近傍点における分散σ２を算出し、分散σ２が予め定められた値よりも大きい場合、ノイズと判断して点群データＰから除去する。この処理を点群データの各点で繰り返し実行することで点群データＰからノイズを除去して、物品Ｇの点群データＰを抽出する（Ｓ１０７）。
また、取得した点群データＰの任意の一点Ｐｎから近傍点への距離の平均が点群データ全体の平均から離れている統計的外れ値を算出することでノイズを検出して、取得された点群データＰからノイズとして除去してもよく、この処理を追加的に実施してもよい。
寸法算出部２０は、ステップＳ１０７で、トレイＴを示す点群データＰを除去した点群データＰからノイズを除去して、物品Ｇの点群データＰを抽出する（Ｓ１０７）。また、ステップＳ１０５で、トレイＴは無いと判断された場合（Ｓ１０５；Ｎｏ）も、ステップＳ１０４で保存した点群データＰからノイズを除去して、物品Ｇの点群データＰを抽出する（Ｓ１０７）。
図７に模式的に示すように、取得した点群データＰの任意の一点Ｐｎを中心として所定の閾値を半径とする仮想した球内から外れる点群データの近傍点における分散σ２を算出し、分散σ２が予め定められた値よりも大きい場合、ノイズと判断して点群データＰから除去する。この処理を点群データの各点で繰り返し実行することで点群データＰからノイズを除去して、物品Ｇの点群データＰを抽出する（Ｓ１０７）。
また、取得した点群データＰの任意の一点Ｐｎから近傍点への距離の平均が点群データ全体の平均から離れている統計的外れ値を算出することでノイズを検出して、取得された点群データＰからノイズとして除去してもよく、この処理を追加的に実施してもよい。
【0046】
寸法算出部２０は、ステップＳ１０８において、ノイズが除去され、物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰから物品Ｇの寸法を算出する（Ｓ１０８）。
図８には、物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰ（図８（ａ）に示す）から物品Ｇの寸法を算出する処理の流れを模式的に示している。まず、寸法算出部２０は、図８（ｂ）に示すように、抽出した物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰからｘｙ軸に沿うｘｙ平面で物品Ｇの凸多角形１００を設定する。そして、図８（ｃ）に示すように、ｘｙ平面における凸多角形１００の面積が最小になるように凸多角形１００を囲う四角形の平面枠１１０をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで物品Ｇを囲う立方体枠１２０を仮想する。そして、仮想した立方体枠１２０の３辺（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の寸法を物品Ｇの外形寸法として算出する（Ｓ１０８）。
図８には、物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰ（図８（ａ）に示す）から物品Ｇの寸法を算出する処理の流れを模式的に示している。まず、寸法算出部２０は、図８（ｂ）に示すように、抽出した物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰからｘｙ軸に沿うｘｙ平面で物品Ｇの凸多角形１００を設定する。そして、図８（ｃ）に示すように、ｘｙ平面における凸多角形１００の面積が最小になるように凸多角形１００を囲う四角形の平面枠１１０をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで物品Ｇを囲う立方体枠１２０を仮想する。そして、仮想した立方体枠１２０の３辺（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の寸法を物品Ｇの外形寸法として算出する（Ｓ１０８）。
【0047】
このような処理を経て、３次元センサ１０により取得された点群データから物品Ｇの点群データＰを抽出して物品Ｇの外形寸法を算出する。これにより、３次元物品の外形寸法を非接触で自動計測することが可能となる。特に、コンベア上を移動する物品Ｇの外形寸法を非接触で連続して自動計測することができる。
【0048】
ステップＳ１０８で物品Ｇの外形寸法（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出した場合、算出した外形寸法から物品Ｇの体積を算出してもよい。物品Ｇの体積を算出することで、物品Ｇの積載数を推定するための情報とすることができる。
【0049】
「第２実施形態」
図９は第２実施形態に係る測定装置１Ａの構成例を示す模式図である。
第２実施形態について、図９を参照しながら、第１実施形態との相違点を中心に説明するが、外形寸法算出処理については第１実施形態で説明した例が適用できる。
図９に示すように、本実施形態に係る測定装置１Ａは、３次元センサ１０、３次元センサ１０が取り付けられた載置台５０及び寸法算出部２０を含む端末装置４０、を有するように構成することができる。
図９は第２実施形態に係る測定装置１Ａの構成例を示す模式図である。
第２実施形態について、図９を参照しながら、第１実施形態との相違点を中心に説明するが、外形寸法算出処理については第１実施形態で説明した例が適用できる。
図９に示すように、本実施形態に係る測定装置１Ａは、３次元センサ１０、３次元センサ１０が取り付けられた載置台５０及び寸法算出部２０を含む端末装置４０、を有するように構成することができる。
【0050】
載置台５０は、被測定物である物品Ｇを載せる平面状の台であり、載置台５０の一端には、支柱５１が設けられ、支柱５１にはセンサ取付部５２が載置台５０の上方に張出すように配置されている。センサ取付部５２には、３次元センサ１０が取り付けられ、載置台５０に載せられた物品Ｇを真上から撮像できるようになっている。
【0051】
図９に示す測定装置１Ａは、例えば、配送する荷物の大きさを３次元センサ１０で測定する装置であり、荷物受付場所の一角に設置しておくことができる。荷物受付場所としては、例えば、宅配業者が運営する宅配物の集配所、コンビニエンスストアなどの宅配物受付業務を請け負った店舗などが挙げられる。
【0052】
例えば、配送予定の荷物を載置台５０に置き、端末装置４０を起動すると、第１実施形態において説明した外形寸法算出処理の流れに沿って物品Ｇとしての荷物の外形寸法を算出する。尚、本実施形態においては、物品Ｇは固定された載置台５０に載置されることから、第１実施形態で説明した物品ＧがトレイＴに収容されているか否かを判断する処理、及び取得した点群データＰからトレイＴを示す点群データＰを除去する処理はなされない。
【0053】
測定装置１Ａによれば、荷物受付場所に持ち込まれた宅配荷物のサイズを非接触で自動計測することができる。
【0054】
「第３実施形態」
図１０は第３実施形態に係る測定装置１Ｂの構成例を示す模式図、図１１は第３実施形態に係る測定装置１Ｂの使用方法示す概念図である。
第３実施形態について、図９、図１０を参照しながら、第１実施形態との相違点を中心に説明するが、外形寸法算出処理については第１実施形態で説明した例が適用できる。
図１０に示すように、本実施形態に係る測定装置１Ｂは、３次元センサ１０を備える測定部１Ｂａと、把持部１Ｂｂと、寸法算出部２０を含む端末装置４０とを有し、荷物のサイズを非接触で測定するものである。
図１０は第３実施形態に係る測定装置１Ｂの構成例を示す模式図、図１１は第３実施形態に係る測定装置１Ｂの使用方法示す概念図である。
第３実施形態について、図９、図１０を参照しながら、第１実施形態との相違点を中心に説明するが、外形寸法算出処理については第１実施形態で説明した例が適用できる。
図１０に示すように、本実施形態に係る測定装置１Ｂは、３次元センサ１０を備える測定部１Ｂａと、把持部１Ｂｂと、寸法算出部２０を含む端末装置４０とを有し、荷物のサイズを非接触で測定するものである。
【0055】
本実施形態の測定装置１Ｂにおいては、図１１に示すように、例えば把持部１Ｂｂを手で持ち、３次元センサ１０のプロジェクタ１１からレーザ光を照射して被測定物である荷物の表面全体に測定用ドットパターンを投影する。荷物の表面で反射する反射光はイメージセンサモジュール１２で撮像され点群データとして取得して寸法算出部２０に出力する。
【0056】
寸法算出部２０は、第１実施形態において説明した外形寸法算出処理の流れに沿って物品Ｇとしての荷物の外形寸法を算出する。尚、本実施形態においては、荷物は手で持っていたり、固定された載置台に載置されることから、第１実施形態で説明した物品ＧがトレイＴに収容されているか否かを判断する処理、及び取得した点群データからトレイＴを示す点群データＰを除去する処理はなされない。
【0057】
測定装置１Ｂによれば、荷物受付場所に持ち込まれた宅配荷物や宅配として受け取る宅配荷物のサイズを非接触で自動計測することができる。
【0058】
以上詳述した測定装置１、１Ａ、１Ｂによれば、被測定物としての物品Ｇにプロジェクタ１１からレーザ光をドットパターンとして照射して物品Ｇの表面から反射する反射光をイメージセンサモジュール１２で撮像して点群データを取得している。
取得した点群データに対しては、物品ＧがトレイＴに収容されている場合はトレイＴを示す点群データを除去し、物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰを抽出したうえで、ノイズを除去して物品Ｇの点群データＰを抽出している。
物品Ｇが存在する領域のみを抽出した点群データＰに対しては、ｘｙ軸に沿うｘｙ平面で物品Ｇの凸多角形１００を設定したうえで、ｘｙ平面における凸多角形１００の面積が最小になるように囲う四角形の平面枠１１０をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで物品Ｇを囲う立方体枠１２０を仮想する。そして、仮想した立方体枠１２０の３辺（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の寸法を物品Ｇの外形寸法として算出することで３次元物品の外形寸法を非接触で自動計測することが可能となっている。
取得した点群データに対しては、物品ＧがトレイＴに収容されている場合はトレイＴを示す点群データを除去し、物品Ｇが存在する領域のみの点群データＰを抽出したうえで、ノイズを除去して物品Ｇの点群データＰを抽出している。
物品Ｇが存在する領域のみを抽出した点群データＰに対しては、ｘｙ軸に沿うｘｙ平面で物品Ｇの凸多角形１００を設定したうえで、ｘｙ平面における凸多角形１００の面積が最小になるように囲う四角形の平面枠１１０をz軸方向に引き伸ばしてz軸方向の高さで物品Ｇを囲う立方体枠１２０を仮想する。そして、仮想した立方体枠１２０の３辺（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の寸法を物品Ｇの外形寸法として算出することで３次元物品の外形寸法を非接触で自動計測することが可能となっている。
【符号の説明】
【0059】
１、１Ａ、１Ｂ・・・測定装置
１０・・・３次元センサ
１１・・・プロジェクタ、１１１・・・ＶＣＳＥＬ、１１２・・・回折光学素子
１２・・・イメージセンサモジュール
１３・・・制御部
２０・・・寸法算出部
３０・・・コンベア
４０・・・端末装置
５０・・・載置台
Ｆ・・・載置面
Ｇ・・・物品
Ｐ・・・点群データ
１０・・・３次元センサ
１１・・・プロジェクタ、１１１・・・ＶＣＳＥＬ、１１２・・・回折光学素子
１２・・・イメージセンサモジュール
１３・・・制御部
２０・・・寸法算出部
３０・・・コンベア
４０・・・端末装置
５０・・・載置台
Ｆ・・・載置面
Ｇ・・・物品
Ｐ・・・点群データ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】