特許 7582171 天面計測による積み重ね可否判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】天面計測による積み重ね可否判定方法

(51)【国際特許分類】

   B65G 57/00 20060101AFI20241106BHJP

   G01B 21/00 20060101ALN20241106BHJP

【ＦＩ】

B65G57/00 Z

G01B21/00 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021202334

(22)【出願日】2021-12-14

(65)【公開番号】P2023087837

(43)【公開日】2023-06-26

【審査請求日】2024-01-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大東 昭弘

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 実

(72)【発明者】

【氏名】伊神 智成

(72)【発明者】

【氏名】末吉 哲也

【審査官】加藤 三慶

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１７９５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６２４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３５４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０１１８５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６５Ｇ ５７／００

Ｇ０１Ｂ ２１／００

Ｂ６６Ｆ ９／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一のパレット上の４箇所以上に一段以上同じ高さの直方体の箱が積み重ねられているとき、これらの箱のうち最上段の箱の天面データを計測し、他のパレットを当該一のパレット上の最上段の箱の上に積み重ねられるかを判定する天面計測による積み重ね可否判定方法（１）であって、
３Ｄ計測装置（３）が計測した箱全体の点群データを入力する入力ステップ（１１）と、
点群データから最上段の箱の天面データを抽出し、計算処理して積み重ね可否を判定する判定処理ステップ（１２）と、
判定結果の出力ステップ（１３）と、
を含み、
前記判定処理ステップは、
点群データから最上段の箱の天面を構成するＺ値を検出する天面Ｚ値検出ステップ（１２３）と、
前記天面を構成するＺ値を含む天面データを抽出する天面データ抽出ステップ（１２４）と、
前記天面データのＸ値及びＹ値に基づいて前記天面が形作るＸＹ平面上の多角形の角部を検出する角検出ステップ（１２５）と、
前記多角形の重心座標を計算し、予め計測されたパレットの重心座標からの距離を計算する重心計算ステップ（１２８）と、
積み重ね可否を判定する判定ステップ（１２９）と、
を含み、
前記判定ステップは、前記重心計算ステップにおいて、前記多角形の重心座標のパレットの重心座標からの距離が予め設定された基準値を超えた場合、積み重ね不可と判定する、天面計測による積み重ね可否判定方法。

【請求項2】

前記判定処理ステップは、パレットの各辺に沿ってパレット上の空間を区分するように設定された各矩形領域と前記多角形とを重ね合わせたとき、各前記矩形領域と前記多角形とが重なる領域の辺の長さを計測する辺計測ステップ（１２６）をさらに含み、
前記判定ステップは、前記辺計測ステップにおいて前記多角形と重なる領域の辺の長さが１箇所でも予め設定された基準値に達しない場合、積み重ね不可と判定する、請求項１に記載の天面計測による積み重ね可否判定方法。

【請求項3】

前記判定処理ステップは、パレットの各辺に沿ってパレット上の空間を区分するように設定された各矩形領域と前記多角形とを重ね合わせたとき、各前記矩形領域と前記多角形とが重ならない領域の面積を計測する面積計測ステップ（１２７）をさらに含み、
前記判定ステップは、前記面積計測ステップにおいて前記多角形と重ならない領域の面積が１箇所でも予め設定された基準値を超える場合、積み重ね不可と判定する、請求項１に記載の天面計測による積み重ね可否判定方法。

【請求項4】

前記判定処理ステップは、
予め計測された床面の傾きに基づいて点群データの傾きを補正する平面補正ステップ（１２１）、又は、
点群データを平滑化するノイズ除去ステップ（１２２）、
をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の天面計測による積み重ね可否判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、天面計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ワーク移送を行うとき、ワークが入った通い箱をパレット上に最適配置して、同じ様に通い箱が置かれた別のパレットを積み重ねるため、パレット上に置かれた通い箱の天面を計測する必要があり、そのための計測技術が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、荷積みされた複数のワークの３次元点群情報を取得し、移載対象ワークの高さを正確に計測する移載対象ワーク高さ計測システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－３６２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のように３Ｄセンサを利用した点群データ計測の場合、必要な高さデータだけを効率よく取得することができない。また、データの取込範囲をパターン化しようとすると、パターン数が膨大になって作業者の手によるパターン入力が必要となり、完全自動化が難しい。

【0006】

本発明はこれらの課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、通い箱の高精度な天面計測を可能とし、積み重ね可否判定の自動化を可能にする天面計測方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、一のパレット上の４箇所以上に一段以上同じ高さの直方体の箱が積み重ねられているとき、これらの箱のうち最上段の箱の天面データを計測し、他のパレットを当該一のパレット上の最上段の箱の上に積み重ねられるかを判定する天面計測による積み重ね可否判定方法（１）であって、入力ステップ（１１）と、判定処理ステップ（１２）と、判定結果の出力ステップ（１３）とを含む。入力ステップは、３Ｄ計測装置（３）が計測した箱全体の点群データを入力する。判定処理ステップは、点群データから最上段の箱の天面データを抽出し、計算処理して積み重ね可否を判定する。出力ステップは判定結果を出力する。
判定処理ステップは、点群データから最上段の箱の天面を構成するＺ値を検出する天面Ｚ値検出ステップ（１２３）と、天面を構成するＺ値を含む天面データを抽出する天面データ抽出ステップ（１２４）と、天面データのＸ値及びＹ値に基づいて天面が形作るＸＹ平面上の多角形の角部を検出する角検出ステップ（１２５）と、多角形の重心座標を計算し、予め計測されたパレットの重心座標からの距離を計算する重心計算ステップ（１２８）と、積み重ね可否を判定する判定ステップ（１２９）とを含む。判定ステップは、重心計算ステップにおいて、多角形の重心座標のパレットの重心座標からの距離が予め設定された基準値を超えた場合、積み重ね不可と判定する。

【0008】

これにより、通い箱の高精度な天面計測が可能となり、積み重ね可否判断の自動化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】パレットの斜視図。

【図2】パレット上の箱全体の斜視図。

【図3】図２の正面図。

【図4】通い箱の斜視図。

【図5】一実施形態の機器構成の例。

【図6】３Ｄ計測装置とパレットの位置関係。

【図7】一実施形態のフロー。

【図8】一実施形態の判定処理ステップのフロー。

【図9】パレット上の箱全体の別の斜視図。

【図10】図８の正面図。

【図11】天面Ｚ値検出ステップで検出される天面の例。

【図12】角検出ステップの例。

【図13】角検出ステップの別の例。

【図14】パレットと矩形領域の位置関係。

【図15】辺計測ステップの例。

【図16】面積計測ステップの例。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１～４に本発明の適用対象を示す。本実施形態は、図１のようなパレットＰ上に、部品や製品を収納した定形の通い箱が図２～３のように複数並べられ、またそれらのパレットＰを、通い箱ごと別の同様なパレットＰ上に積み重ねていく場面を想定したものである。

【0011】

本実施形態では、パレットＰ及び通い箱が存在する空間を、床に平行な面をＸＹ平面、Ｚ軸の正方向を天方向とする３Ｄ座標系とする。ＸＹ平面上のパレットＰの形状は略正方形である。また、実際の通い箱の天面形状は図４のようであるが、図１～３、６、９、１１～１３、１５、１６では中身の詰まった直方体のように略記する。

【0012】

本発明は、一のパレット上の４箇所以上に一段以上同じ大きさの直方体の箱が積み重ねられているとき、これらの箱のうち最上段の箱の天面データを計測し、他のパレットを当該一のパレット上の最上段の箱の上に積み重ねられるかを判定する天面計測による積み重ね可否判定方法１であって、３Ｄ計測装置３が計測した箱全体の点群データを入力する入力ステップ１１と、点群データから最上段の箱の天面データを抽出し、計算処理して積み重ね可否を判定する判定処理ステップ１２と、判定結果の出力ステップ１３とを含む、天面計測による積み重ね可否判定方法である。以下では「天面計測による積み重ね可否判定方法１」を「判定方法１」と略記する。

【0013】

（一実施形態）
図５に、本発明の一実施形態を実行する機器構成の例を示す。図５のように、判定方法１はデータ処理を行うコンピュータ２と、３Ｄ計測装置３とを含む機器類によって実行する。図６に、３Ｄ計測装置３とその計測対象となるパレットＰ上の箱全体Ｂｘの位置関係を示す。図６のように、３Ｄ計測装置３は上方から計測対象を見下ろす位置に設置され、３Ｄ計測装置３と計測対象（箱全体Ｂｘ）との距離を正確に計測する。なお、本明細書では「天面」とは、箱全体Ｂｘの「天面」のうち、高さがほぼ同じでＸＹ平面に平行な面のうち最も高い平面を指す。よって箱Ｂの高さ１個分以上高さが低い平面は含まない。

【0014】

図７に、一実施形態のフローを示す。本発明の判定方法１は、入力ステップ１１と、判定処理ステップ１２と、出力ステップ１３とを含む。入力ステップ１１では、３Ｄ計測装置３が計測した箱全体Ｂｘの点群データＤｏを入力する。判定処理ステップ１２では、点群データＤｏから天面データＤｔを抽出し、計算処理して積み重ね可否を判定する。出力ステップ１３では、判定結果を出力する。本実施形態では、同じ大きさの直方体の箱Ｂとは、定形のいわゆる通い箱である。

【0015】

図８に、一実施形態の判定処理ステップ１２のフローを示す。本実施形態では、判定処理ステップ１２は、平面補正ステップ１２１と、ノイズ除去ステップ１２２と、天面Ｚ値検出ステップ１２３と、天面データ抽出ステップ１２４と、角検出ステップ１２５と、辺計測ステップ１２６と、面積計測ステップ１２７と、重心計算ステップ１２８と、判定ステップ１２９とを含む。

【0016】

平面補正ステップ１２１では、予め計測しておいたパレットＰが置かれる床面の傾きのデータに基づき、点群データＤｏの傾きを補正する。ノイズ除去ステップ１２２では、通い箱に入った荷物に付属した固定用ひもなどの不要なデータ（ノイズ）を取り除き、また外れ値など異常値を排除するために、点群データＤｏの平滑化を行う。この平滑化処理は任意のものが利用できるが、本実施形態ではメディアンフィルタを使用している。

【0017】

次に、判定処理を効率化するため、データ量が大きい点群データＤｏから、天面計測に必要十分な天面データＤｔのみを抽出する作業を行う。天面Ｚ値検出ステップ１２３では、点群データＤｏから最上段の箱の天面を構成するＺ値を検出する。検出方法としては任意のものを使用できるが、本実施形態では高さ（Ｚ値）についてヒストグラムを作成し、高さが予め設定した基準値を超える頻度で生じたデータを検出するなどし、予め設定した決定条件を満足する範囲にあるＺ値を特定する。続く天面データ抽出ステップ１２４では、天面Ｚ値検出ステップ１２３で検出されたＺ値が属する点群データすなわち天面データＤｔを抽出する。

【0018】

天面の形状には多種多様なバリエーションがあり得るため、形状によっては積み重ねられない場合がある。例えば、空いた部分により段差が生じている場合でも、図２～３のように別のパレットＰを積み重ねても支障がない場合があり、図９～１０のように、安定性を欠くことが明らかなため、積み重ねると崩れるおそれがある場合もある。それぞれの場合の天面（斜線部）の形状を図１１（ａ）及び（ｂ）に示す。このため、天面形状のバリエーションをすべてパターン認識させるのは非効率であり、現実的でない。

【0019】

このため、本実施形態の判定方法１では、以下のステップを採用する。（１）角検出ステップ１２５により、天面形状を特定する。（２）辺計測ステップ１２６、面積計測ステップ１２７により、天面形状の特徴を把握する。（３）天面形状が基準を満たす場合、重心計算ステップ１２７により、箱全体Ｂｘの重心を計測し、その重心とパレットＰの重心とのズレ値により、積み重ね可否を判定する。

【0020】

図１２～１３に角検出ステップ１２５の概略を示す。角検出ステップ１２５は、天面形状が形作る多角形の角部を、天面データＤｔのＸ値及びＹ値に基づいて特定するステップである。天面データＤｔのうち、ごく近接する離れた点同士を互いに線分で結合し、それらを包含する多角形Ｑ及びその角部Ｑｃを特定する。このとき把握される角部Ｑｃには、多角形の外側に凸の角部Ｑｃ（図１２～１３の白丸）及び多角形の内側に凸の角部Ｑｃ（図１２～１３の黒丸）が含まれる。これらの角領域Ｑｃからそれぞれの多角形の形状を把握するとき、概略形状をそのまま把握する非凸包パターンと、凹みのない多角形として把握する凸包パターンのどちらかを選択する。凸包パターンの場合、外側に凸の角部Ｑｃ（白丸）のみで多角形を構成する。

【0021】

図１４に、辺計測ステップ１２６及び面積計測ステップ１２７で使用する矩形領域Ｒの例を示す。辺計測ステップ１２６及び面積計測ステップ１２７では、パレットＰの各辺に沿った４箇所の矩形領域Ｒを機械的に設定し、パレットＰ上の空間を図１４のようにそれぞれ区分して角検出ステップ１２５で検出した多角形Ｑとの重ね合わせを行う。

【0022】

図１５に、辺計測ステップ１２６の例を示す。辺計測ステップ１２６では、各矩形領域Ｒについて多角形Ｑと重なる領域における辺の長さを計測する。図１５の例では、Ｌ１～４の長さを計測し、１箇所でも予め設定した長さの基準値に達しなかった場合、積み重ね不可と判定する。

【0023】

図１６に、面積計測ステップ１２７の例を示す。面積計測ステップ１２７では、各矩形領域Ｒについて多角形Ｑと重ならない領域の面積を計測する。図１６の例では、Ｗ１Ｈ１、Ｗ２Ｈ２、Ｗ３Ｈ３及びＷ４Ｈ４の各領域において、多角形Ｑが存在しない空間Ｗ１Ｈ１及びＷ２Ｈ２の面積を計測する。このとき１箇所でも予め設定した面積の基準値を超えた場合、積み重ね不可と判定する。

【0024】

以上の辺計測ステップ１２６、面積計測ステップ１２７のどちらでも積み重ね不可とならなかった場合は、少なくとも天面形状の上では積み重ね可と判断される。これらの判定結果は後述の判定ステップに供される。

【0025】

重心計算ステップ１２８では、角検出ステップ１２５で特定した多角形Ｑについて重心座標ＱＧを計算する。このとき、非凸包パターンで多角形Ｑを特定した場合も、凸包パターンで多角形Ｑを特定した場合も、多角形Ｑを中身の詰まった多角形として重心計算を行う（図１２～１３）。その後、計算した重心座標ＱＧと予め計測されたパレットＰの重心座標ＰＧとの距離ＧＳ＝｜ＰＧ－ＱＧ｜を計算する。距離ＧＳが予め設定された基準値を超えた場合、積み重ね不可と判定する。積み重ね不可とならなかった場合、箱全体Ｂｘとパレットの重心バランス上も積み重ね可と判断される。判定結果は後述の判定ステップに供される。

【0026】

判定ステップ１２９では、辺計測ステップ１２６又は面積計測ステップ１２７又は重心計算ステップ１２８の結果に基づいて積み重ね可否を判定することができるが、本実施形態ではこれらすべての結果を考慮し、１つでも基準を満たさない結果が発生すれば積み重ね不可と判定する。

【0027】

［一実施形態の効果］
本実施形態を採用すれば、３Ｄ計測装置とコンピュータだけで、通い箱の天面計測を高精度かつ高効率に実施可能となり、積み重ね可否判定の自動化及び高速化に役立つほか、計画的な最適配置に役立つ情報が把握できる。よって、システム全体を全自動化、高速化するために有用である。

【0028】

（その他の実施形態）
本発明は、図４のような通い箱だけでなく、中身の詰まった直方体であっても同じように適用可能である。

【0029】

平面補正ステップは必要性に乏しければ省略してもよい。ノイズ除去ステップも状況に応じ、初回計測以降は省略するなどしてもよい。角検出ステップに使用するアルゴリズムは、上記の実施形態に示したもの以外であってもよく、任意のものを選択可能である。辺計測ステップ及び面積計測ステップも必要性に応じ、いずれも実施しなくてもよいし、どちらかだけを実施してもよい。

【0030】

上記の実施形態では、重心計算ステップは角検出ステップで検出した多角形の値を用いているが、多角形の代わりに、最初に３Ｄ計測装置が計測する箱全体の点群データをそのまま計算処理してもよいし、その後の角検出ステップで処理する前の天面データ抽出ステップで抽出された天面データを計算処理してもよい。

【0031】

本発明は方法の発明として特定されているが、システム又はコンピュータプログラムとして実施してもよい。コンピュータプログラムの場合、プロセッサに本発明を実施させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有するコンピュータ可読記憶媒体を含ませることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスが使用するための命令を記憶可能な有形のデバイスであってもよい。

【0032】

以上、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、さまざまな形態で実施することができる。

【符号の説明】

【0033】

１ ・・・パレット積み重ね可否判定方法
１１ ・・・入力ステップ
１２ ・・・判定処理ステップ
１２１ ・・・平面補正ステップ
１２２ ・・・ノイズ除去ステップ
１２３ ・・・天面Ｚ値検出ステップ
１２４ ・・・天面データ抽出ステップ
１２５ ・・・角検出ステップ
１２６ ・・・辺計測ステップ
１２７ ・・・面積計測ステップ
１２８ ・・・重心計算ステップ
１２９ ・・・判定ステップ
１３ ・・・出力ステップ
３ ・・・３Ｄ計測装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】