JPH05164522A - 3次元情報取り込み方式 - Google Patents

3次元情報取り込み方式

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JPH05164522A
JPH05164522A JP3328670A JP32867091A JPH05164522A JP H05164522 A JPH05164522 A JP H05164522A JP 3328670 A JP3328670 A JP 3328670A JP 32867091 A JP32867091 A JP 32867091A JP H05164522 A JPH05164522 A JP H05164522A
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JP
Japan
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slit
liquid crystal
dimensional information
crystal shutter
shutter array
Prior art date
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Pending
Application number
JP3328670A
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English (en)
Inventor
Mitsuo Hiraizumi
満男 平泉
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボ機構によらずスリット状の光を走査す
ると共に、対象物についての高精度の3次元情報を取り
込む。 【構成】 投光器10に透過型回折格子14と液晶シャ
ッタアレイ15が設けられ、透過型回折格子14はスリ
ット状の光を多重化し、液晶シャッタアレイ15は、そ
の多重化されたスリット状の光のうち1本を透過し、そ
の他の光を遮断する。投光器10はその一本のスリット
状の光を対象物40に照射し、CCDカメラ20はその
対象物40を撮像する。画像処理装置30は、液晶シャ
ッタアレイ15のオンオフ制御を行うことにより、スリ
ット状の光を対象物上に走査させると共に、その各走査
光によって照射された対象物40の各画像データをCC
Dカメラ20から受け取り、対象物40の3次元情報と
して取り込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は視覚センサを用いて対象
物の3次元情報を取り込む3次元情報取り込み方式に関
し、特にロボットの作業対象物の3次元位置及び姿勢を
計測するための3次元情報取り込み方式に関する。
【0002】
【従来の技術】ロボットに作業を行わせる際、作業対象
物の位置及び姿勢が一定の状態で供給されないときは、
一般的に視覚センサを用いてその作業対象物の位置及び
姿勢を計測し、ロボットに認識させるという方法が採ら
れている。さらに、その作業対象物が3次元的に不定な
場合、あるいは3次元的に処理せざるを得ない場合に
は、3次元視覚センサを用いて作業対象物の3次元情報
を取得し、処理する必要がある。
【0003】この3次元視覚センサを用いて3次元情報
を取得する方式には、一般に、ステレオビジョン方式と
ストラクチャードライトビジョン方式とがある。ステレ
オビジョン方式は、左右2台のカメラにより得られた画
像間の対応点を用い、三角測量の原理によって奥行き方
向の距離を得る方式である。この方式では、画像が複雑
になったり、一方の画像では見えていて他方の画像では
見えないという部分が多くなると、左右の画像間での対
応探索が難しくなる。また、画像の明るさは、周囲の光
に依存しているので、照明状態の善し悪しに大きな影響
を受けてしまう。
【0004】そこで、このような欠点を解消するため
に、ストラクチャードライトビジョン方式では、2台の
カメラの一方を投光器に置き換えて意味のあるパターン
光を発生させ、そのパターン光を対象物に投影すること
で3次元情報を取得するようにしている。例えば、スリ
ット状の光を対象物上に順次走査して画像を撮り、三角
測量の原理によって3次元情報を取得する。なお、その
スリット状の光は、レーザ光がシリンドリカルレンズを
通ることで得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このストラクチャード
ライトビジョン方式では、スリット状の光の走査は、光
学スキャナを用いて行われる。この光学スキャナはサー
ボ機構によって駆動し、光学スキャナのミラーはそのサ
ーボ機構によって指令信号に応じた任意の回転角度に制
御される。ところで、その回転角度制御を行うために、
光学スキャナ内部に回転角度検出用のセンサが設けられ
ているが、このセンサは温度依存性を有している。この
ため、スリット状の光の走査を高精度に制御しようとす
ると、そのセンサの温度依存性が問題となってくる。特
に、ストラクチャードライトビジョン方式を産業用ロボ
ットシステムに適用する場合のように、環境条件が悪い
場所で使用する際に問題となる。
【0006】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、回転角度検出用のセンサが不要で、サーボ機
構によらずスリット状の光を走査すると共に、対象物に
ついての高精度の3次元情報を取り込むことができる3
次元情報取り込み方式を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、視覚センサを用いて対象物の3次元情報
を取り込む3次元情報取り込み方式において、スリット
状の光を透過型回折格子を用いて多重化し、前記多重化
されたスリット状の光のうち液晶シャッタアレイを透過
したスリット状の光を前記対象物に照射する投光器と、
前記投光器からのスリット状の光によって照射された前
記対象物を撮像する視覚センサと、前記液晶シャッタア
レイのオンオフ制御を行い前記液晶シャッタアレイを透
過したスリット状の光を前記対象物上に照射させると共
に、前記視覚センサからの各画像データを前記対象物の
3次元情報として取り込む画像処理制御部と、を有する
ことを特徴とする3次元情報取り込み方式が、提供され
る。
【0008】
【作用】投光器に透過型回折格子と液晶シャッタアレイ
が設けられる。透過型回折格子はスリット状の光を多重
化し、液晶シャッタアレイは、その多重化されたスリッ
ト状の光のうち1本を透過し、その他の光を遮断する。
投光器はその液晶シャッタアレイからの一本のスリット
状の光を対象物に照射する。視覚センサは、その照射さ
れた対象物を撮像する。画像処理制御部は、液晶シャッ
タアレイのオンオフ制御を行うことにより、スリット状
の光を対象物上に走査させると共に、その各スリット状
の光(走査光)によって照射された対象物の各画像デー
タを視覚センサから受け取り、対象物の3次元情報とし
て取り込む。このように、投光器に透過型回折格子と液
晶シャッタアレイとを設け、その液晶シャッタアレイの
オンオフ制御を行うことにより、スリット状の光の走査
をサーボ機構等の機械式可動部によらずに行うことがで
きる。このため、温度依存性を有する回転角度検出用セ
ンサも不要となる。したがって、高精度の光走査を行う
ことができ、対象物についての高精度の3次元情報を視
覚センサから取り込むことができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明の全体構成を示す図である。図に
おいて、本発明の3次元情報取り込み方式は、投光器1
0、CCDカメラ20及び画像処理装置30から構成さ
れる。投光器10のレーザ光源12は、例えば半導体レ
ーザであり、電源11の印加電圧によって励起されて出
力されたレーザ光は、図示されていないレンズにより集
光されてシリンドリカルレンズ13に導かれ、スリット
状の光になる。シリンドリカルレンズ13の後方に設置
された透過型回折格子14は、光ファイバを縦列に配列
して構成されたものであり、スリット状の光は、この透
過型回折格子14を通過する際にその各ファイバのレン
ズ作用によって多重化され、数本〜十数本のスリット状
の光になる。
【0010】この透過型回折格子14の後方に液晶シャ
ッタアレイ15が設置される。液晶シャッタアレイ15
は、スリット状の光に平行な数十の線状のセグメントを
有し、その各セグメントは画像処理装置30から液晶コ
ントローラ31を経由して送られてくる指令信号によっ
て、独立にオンオフ制御される。なお、この液晶シャッ
タアレイ15を強誘電体材で構成することにより、その
オンオフ制御を高速に行うことができる。例えば、従来
はオンオフに50〜100msを要していたが、10m
sで行うことができる。また、透過率も改善されるので
高コントラストの投映が可能になる。液晶シャッタアレ
イ15は、このオンオフ制御により、透過型回折格子1
4において多重化されたスリット状の光のうちの1本を
透過させ、他のスリット状の光を遮断する。この1本の
スリット状の光は、対象物40に照射され、その1本の
スリット状の光が照射された対象物40をCCDカメラ
20が撮像する。
【0011】画像処理装置30には、例えばワークステ
ーションが用いられる。この画像処理装置30は、液晶
シャッタアレイ15をオンオフ制御することにより、透
過型回折格子14において多重化されたスリット状の光
のうち、例えば10本を選択し、これらの光を走査光と
して順次対象物40上に照射する。また、画像処理装置
30は、各走査光によって照射された対象物40の画像
データをCCDカメラ20から受け取り、対象物40の
3次元情報として取り込む。
【0012】このように、投光器10に透過型回折格子
14と液晶シャッタアレイ15とを設け、その液晶シャ
ッタアレイ15のオンオフ制御を行うことにより、スリ
ット光の走査をサーボ機構等の機械式可動部によらずに
行うことができる。このため、温度依存性を有する回転
角度検出用センサも不要となる。したがって、高精度の
光走査を行うことができ、対象物40についての高精度
の3次元情報をCCDカメラ20から取り込むことがで
きる。
【0013】次に、この3次元情報取り込み方式を用い
て、対象物40に設けられた検出穴41を計測する手順
の一例を説明する。図2は本発明を適用して行われる対
象物の検出穴計測の第1段階を示す図である。画像処理
装置30は、まず、対象物40にスリット状の光を投映
していない状態での画像を取り込み、次に対象物40に
スリット状の光を投映した状態で画像を取り込み、その
2つの画像の差分を求める。この差分データから、スリ
ットS1〜S5が抽出され、図2に示すような多重スリ
ット情報(光切断情報)を有する画像が得られる。この
段階でのスリット状の光の間隔は、対象となる検出穴4
1の直径を越えないように、また逆に小さくなり過ぎな
いように、液晶シャッタアレイによって制御される。
【0014】図3は本発明を適用して行われる対象物の
検出穴計測の第2段階を示す図である。図2の光切断情
報からスリットS4のところに検出穴41が存在するこ
とが分かる。そこで、液晶シャッタアレイ40でオンす
るセグメントの数を増加し、検出穴41に照射されるス
リット状の光が、密になるようにする。その結果、図3
に示すような光切断情報を有する画像が得られる。この
光切断情報から検出穴41の円周上の光切断点A1〜A
10が求められる。
【0015】なお、図2のスリットS1〜S4上の各点
及び図3の光切断点A1〜A10についての3次元座標
は、予め実行しておいたキャリブレーション操作から得
られた座標変換行列を用いて求められる。したがって、
3次元座標での検出穴41の中心位置や検出穴41の面
の法線方向を求めることができる。
【0016】このように、本発明の3次元情報取り込み
方式を適用することで、対象物40の検出穴41の計測
を行うことができる。その際、第1段階では、粗い間隔
のスリット状の光で走査し、検出穴41の存在が分かっ
た段階で、密な間隔のスリット状の光で走査するように
した。したがって、最初から密な間隔のスリット状の光
で走査する場合よりも、検出穴41の計測を高速に行う
ことができ、産業用ロボットのように、動作の高速性を
要求されるような場合にも、本発明を適用することがで
きる。
【0017】上記の説明では、対象物の撮像にCCDカ
メラを用いたが、他の視覚センサ、例えばレーザセンサ
を用いるように構成することもできる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、投光器
に透過型回折格子と液晶シャッタアレイとを設け、その
液晶シャッタアレイのオンオフ制御を行うことにより、
スリット状の光の走査を行うように構成した。このた
め、スリット光の走査をサーボ機構等の機械式可動部に
よらずに行うことができ、温度依存性を有する回転角度
検出用センサも不要となる。したがって、高精度の光走
査を行うことができ、その結果、対象物についての高精
度の3次元情報を視覚センサから取り込むことができ
る。
【0019】また、本発明の3次元情報取り込み方式を
適用して対象物の検出穴を計測する際には、第1段階で
は、粗い間隔のスリット状の光で走査し、検出穴の存在
が分かった段階で、密な間隔のスリット状の光で走査す
るように構成した。したがって、検出穴の計測を高速に
行うことができ、産業用ロボットのように、動作の高速
性を要求されるような場合にも、本発明を適用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の全体構成を示す図である。
【図2】本発明を適用して行われる対象物の検出穴計測
の第1段階を示す図である。
【図3】本発明を適用して行われる対象物の検出穴計測
の第2段階を示す図である。
【符号の説明】
10 投光器 14 透過型回折格子 15 液晶シャッタアレイ 20 CCDカメラ 30 画像処理装置 31 液晶コントローラ 40 対象物 41 検出穴

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 視覚センサを用いて対象物の3次元情報
    を取り込む3次元情報取り込み方式において、 スリット状の光を透過型回折格子を用いて多重化し、前
    記多重化されたスリット状の光のうち液晶シャッタアレ
    イを透過したスリット状の光を前記対象物に照射する投
    光器と、 前記投光器からのスリット状の光によって照射された前
    記対象物を撮像する視覚センサと、 前記液晶シャッタアレイのオンオフ制御を行い前記液晶
    シャッタアレイを透過したスリット状の光を前記対象物
    上に照射させると共に、前記視覚センサからの各画像デ
    ータを前記対象物の3次元情報として取り込む画像処理
    制御部と、 を有することを特徴とする3次元情報取り込み方式。
  2. 【請求項2】 前記画像処理制御部は、前記液晶シャッ
    タアレイのオンオフ制御を液晶シャッタアレイコントロ
    ーラを経由して行うことを特徴とする請求項1記載の3
    次元情報取り込み方式。
  3. 【請求項3】 前記画像処理制御部は、前記液晶シャッ
    タアレイのオンオフ制御を前記液晶シャッタアレイを構
    成する各セグメントのオンオフによって行うことを特徴
    とする請求項1記載の3次元情報取り込み方式。
  4. 【請求項4】 前記液晶シャッタアレイは強誘電体材に
    よって構成されることを特徴とする請求項1記載の3次
    元情報取り込み方式。
  5. 【請求項5】 前記画像処理制御部は、前記スリット状
    の光を粗い間隔で走査させて前記画像データを取り込む
    第1段階と、前記スリット状の光を密な間隔で走査させ
    て前記画像データを取り込む第2段階とによって、前記
    対象物上に設けられた検出穴を検出することを特徴とす
    る請求項1記載の3次元情報取り込み方式。
  6. 【請求項6】 前記粗い間隔は、前記検出穴の直径以下
    に設定されることを特徴とする請求項5記載の3次元情
    報取り込み方式。
JP3328670A 1991-12-12 1991-12-12 3次元情報取り込み方式 Pending JPH05164522A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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