JPH07208913A - レンジ・センサにおけるキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光により物体の形状を計測するレンジ
・センサにおいて、所定の校正用の治具により簡単に、
かつ短時間でキャリブレーションできる。 【構成】 校正用治具をｎ多角錐状とし、先ず、この治
具とレーザとカメラとの初期位置を設定し、次に、治具
に反射するレーザ光の軌跡をカメラで３次元的に測定し
て、続いて、この軌跡と初期位置を三角測量により演算
し、治具とレーザとカメラの配置関係を３次元位置に変
換して計測すると共に、治具を３次元的に移動しつつ計
測を繰り返して計測値を収集し、最後に、レーザ・パラ
メータとカメラ・パラメータとを同時に求める。また、
レーザ光の走査線の軌跡を観測して情報とし、観測画像
を部分領域に限定して、この軌跡の飛行先の位置を予測
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状特徴抽出装置、ト
ラッキング装置、経路生成装置、作業用ロボットに作業
を教示する際の３次元位置を計測する３次元位置計測装
置に関し、特に、計測に必要な空間を効率的に予測して
各パラメータを同時に求めることができるキャリブレー
ション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を物体に照射して光の当たった
３次元位置をカメラなどで観測し、この３次元位置を距
離情報により計測するレンジ・ファインダー等のレンジ
・センサ装置は、広く用いられている。（参考図書：３
次元画像計測，井口，佐藤著，昭晃堂）

【０００３】図７は、一般的なレンジ・センサ装置の構
成を示すものである。図７において、このレンジ・セン
サ装置は、スリット光源Ｆ_S が発する光線をスリットＧ
_S を介して直線状の光に形成して照射しつつ、このスリ
ットを直角方向に走査する図示しない光照射装置と、こ
の光を受けつつ被観測体７１を収容する観測空間７２
と、被観測体７１に投影される光の画像を受像しつつ光
照射装置と同期して走査される結像面Ｇ_I を有するＴＶ
カメラなどの図示しない受像装置（以下、カメラとい
う）とを装置間の距離ｄを維持しつつ備えている。

【０００４】スリット光源Ｆ_S は、点光源の代わりに後
述するレーザ装置（以下、レーザという）のレーザ光源
Ｆ_L を使用すれば強い指向性を有するスポット状の光線
となるので、スリットＧ_S を省略でき、代わりに、この
レーザ光源Ｆ_L を制御してレーザ光を照射するためのレ
ーザ制御面Ｇ_L を観測空間側に設定できる。また、この
レーザ制御面Ｇ_L がＸＹ座標平面となるようなレーザ座
標系Ｘ_L Ｙ _L Ｚ_L を定義することができる。

【０００５】結像面Ｇ_I は、カメラのレンズが有する主
点Ｆ_C を中心に点対象に回転する位置に仮の結像面であ
るカメラ画像面Ｇ_C を想定でき、このカメラ画像面Ｇ_C
がＸＹ座標平面となるようなカメラ座標系Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C
を定義することができる。

【０００６】観測空間７２は、被観測体７１の形状や方
向性に基づく物体座標系を定義することができる。従っ
て、レーザ光は、レーザ制御面Ｇ_L との交点にレーザ座
標値(x_l, y_l ）を、カメラの視線は、カメラ画像面Ｇ_C
との交点にカメラ座標値(x_c, y_c ）を有している。

【０００７】図８は、図７のレーザによる従来の計測方
法を説明する説明図である。図７、及び図８において、
この計測方法は、先ず、所定のレーザ座標値(x_l, y _l ）
をレーザに与えて制御し、レーザ光源Ｆ_L から発するレ
ーザ光を被観測体に照射して２次元的に走査する。

【０００８】次に、所定のカメラ座標値(x_c, y_c ）をカ
メラに与えてカメラ画像面Ｇ_C を走査し、レーザ光の投
影による投影画像を画像処理の対象として明るい点を検
知し、その際のカメラ座標値(x_c, y_c ）に基づいて既知
のレーザ座標値(x_l, y_l ）から被観測体の立体形状を距
離情報に変換して計測する。

【０００９】ところが、レーザ座標系、カメラ座標系、
及び観測空間座標系は、それぞれ個別に定義されたもの
であり、計測上の単位も方向性も不統一であり、このま
までは計測精度はおろか計測自体も無意味なものであ
る。尚、８１と８２は、各画像面の走査線を示す。

【００１０】そこで、計測に先立ち、カメラ、レーザ、
及びこれら相互の関係による計測環境の特性を求め、こ
の特性によりレンジ・センサの計測値を校正して準備す
る段階がある。この準備する段階は、装置間の距離ｄ，
前記の主点Ｆ_c である焦点距離などを物差しなどで測定
するのでは時間が掛かるので、実用的には三角測量の原
理を用いて、カメラとレーザとの位置、姿勢、及びレン
ズの焦点距離等により定まるパラメータであるカメラ・
パラメータ〔Ａ〕とレーザ・パラメータ〔Ｂ〕とを求め
る（キャリブレーション）方法が実施されている。

【００１１】このキャリブレーション方法は次の２段階
を経て実行される。 ｉ）先ず、カメラに関するパラメータであるカメラ・パ
ラメータ〔Ａ〕を基準となる基準観測体により求める。 ii）次に、このカメラ・パラメータ〔Ａ〕を使用してレ
ーザ光の３次元位置を計測し、レーザに関するパラメー
タであるレーザ・パラメータ〔Ｂ〕を求める。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来のレ
ンジ・センサにおけるキャリブレーション方法を実行す
る際、次に述べる様な問題点があった。 （１） カメラ・パラメータとレーザ・パラメータとを
求める２段階でパラメータを求めているので、作業工程
が複雑であり余計な作業時間が掛かっていた。 （２） また、両パラメータは別々に求められ、それぞ
れの測定誤差が均一にはなり得ないので、被観測体の形
状を計測する際の３次元位置の計測精度が低下してしま
った。 （３） 更に、溶接線を求めるようなレンジ・センサ
（特願平５−８９６３４）においては、レーザ光は規則
的に被観測体を走査するものではなく、ある方向に偏っ
て照射される傾向にあるので、カメラ画像面の全体を画
像処理の対象領域としたのでは不要な処理が多過ぎて無
駄な処理時間が生じてしまった。 本発明は、前述の問題点に鑑み、作業工程を簡略化し、
かつ作業時間を短縮するレンジ・センサにおけるキャリ
ブレーション方法を提供することを課題とする。ひいて
は、このキャリブレーション方法を使用して計測の準備
を簡素化して指示経路を短時間で、かつ複雑なワークで
も容易に生成でき、効率的に教示することのできるロボ
ットの経路生成装置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

（１） レーザ光を物体に照射するレーザ装置と、物体
の形状を観測するカメラ装置とを備え、この形状を計測
するレンジ・センサにおいて、前記レーザ装置に基づく
計測特性であるレーザ・パラメータと前記カメラ装置に
基づく計測特性であるカメラ・パラメータとを校正用治
具により求めて校正するキャリブレーション方法であっ
て、前記校正用治具は、ｎ多角錐状に形成される形状を
有しており、先ず、この校正用治具を位置決めするため
の位置と、レーザ光を制御する制御位置とを３次元的に
それぞれ設定する位置設定の段階と、次に、レーザ光を
制御しつつ校正用治具に投影される投影軌跡をカメラ装
置により３次元的に測定する軌跡測定の段階と、続い
て、この測定される投影軌跡と前記設定される各位置と
を三角測量の原理に従って演算し、校正用治具とレーザ
装置とカメラ装置との配置関係を統一的な３次元位置に
変換して計測すると共に、前記位置決め位置を３次元的
に移動しつつ、この計測を繰り返して各配置関係の計測
値を所定数収集する配置計測の段階と、最後に、これら
計測値に基づき前記レーザ・パラメータとカメラ・パラ
メータとを同時に推定して求めるパラメータ推定の段階
とを順に設けて構成することを特徴とするレンジ・セン
サにおけるキャリブレーション方法。 （２） 前記軌跡測定の段階は、前記制御位置の変位に
より前記投影軌跡の変化を求め、前記測定する範囲を部
分領域に限定しつつ予測する処理を含むものであること
を特徴とする請求項１に記載のレンジ・センサにおける
キャリブレーション方法。

【００１４】

【作用】予め形の分かっているｎ多角錐の凹みを有する
治具を３次元的に移動しつつ、レーザ光を連続的に当
て、そのレーザ光の軌跡の特徴を観察することで、カメ
ラ・パラメータとレーザ・パラメータとが同時に求めら
れる。また、レーザ光を偏向する情報を使用し、カメラ
で観測されるレーザ光の偏向後の位置を予測して、対象
領域がカメラ画像面の部分領域に限定される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。尚、図中の符号については、従来の技術を説明し
た際の各部と同じ部分に同じ符号を付して示し、説明を
省略する。図１は、例えばレンジ・センサにおける本発
明の一実施例を概略的に説明する説明図である。

【００１６】図１においてこの実施例の主要部は、ｎ多
角錐状の凹み１０を有するキャリブレーション用治具１
１と、この治具にレーザ光（矢印）１２を走査して投影
し、その投影画像Ｐをカメラの視線（矢印）１３で捉え
て計測し、単一の治具による共通の計測環境でレンジ・
センサの各パラメータを同時に求めるパラメータ部１４
と、この投影画像Ｐが存在する位置を予測する位置予測
部１５とからなる装置を使用するキャリブレーション方
法である。尚、Ｘ_L Ｙ_L Ｚ_L はレーザ座標系、Ｘ_P Ｙ_P
Ｚ_P は計測空間座標系、Ｘ_C Ｙ_CＺ_C はカメラ座標系で
ある。

【００１７】このキャリブレーション方法は、キャリブ
レーション用治具１１を前記した計測環境で様々に移動
させつつレーザ制御面Ｇ_L におけるレーザ座標値(x_l, y
_l ）を制御し、カメラ画像面Ｇ_C におけるカメラ座標値
(x_c, y_c ）を測定して、このレーザ座標値(x_l, y_l ）を
既知のカメラ座標値(x_c, y_c ）と後記する既知のキャリ
ブレーション座標値(x_p, y_p, z_p ) とにより演算し、前
記したレーザ・パラメータ〔Ａ〕とカメラ・パラメータ
〔Ｂ〕とを推定する様になっている。

【００１８】キャリブレーション用治具１１のｎ多角錐
は例えば四角錐であり、この四角錐の凹み１０とレーザ
光（矢印）１２による光軸との交点Ｐにスポット座標値
(x_s,y_s, z_s ) を形成し、既知の形状である四角錐の頂
点Ｐ_S にはキャリブレーション座標値(x_p, y_p, z_p ) を
有しており、この凹み１０をレーザ座標系及びカメラ座
標系側に向けて配置する様になっている。

【００１９】図２は、図１におけるレーザ光の軌跡の画
像をカメラ画像面で求める方法を概略的に説明する説明
図である。図２において、先ず、レーザ光を座標軸Ｘ_L
と平行に走査してスポット平面Ｓ _S を生成し、このスポ
ット平面と四角錐の凹み１０とが交差する位置にスポッ
ト軌跡Ｌ_s を投影して形成する。

【００２０】次に、このスポット軌跡Ｌ_s の投影画像を
カメラで捉えカメラ画像面Ｇ_C に結んで軌跡画像Ｉ_L を
求める。この軌跡画像Ｉ_L は、四角錐の各稜線２１，２
１とスポット軌跡Ｌ_s との交点に特徴点Ｑ１，Ｑ２を有
する折れ線となる。

【００２１】続いて、座標軸Ｙ_L に沿い所定の間隔を取
って複数のスポット平面Ｓ_S を順次に形成し、それらに
対応する同数の軌跡画像Ｉ_L を逐次に求めて特徴点Ｑ１
と特徴点Ｑ２との各カメラ座標値(x_c, y_c ）群を求め
る。最後に、特徴点Ｑ１と特徴点Ｑ２との各カメラ座標
値(x_c, y_c ）群から四角錐の頂点Ｐ_S の画像を求める。

【００２２】図３は、図２における四角錐の頂点の画像
をカメラ画像面で求める方法を概略的に説明する説明図
である。図３において、前記した特徴点Ｑ１と特徴点Ｑ
２との２グループにカメラ座標値(x_c, y_c ）群を分類
し、各グループ毎に近似して形成される直線群を求めて
その交点のカメラ座標値(x_c, y_c ）を求める。この求め
られた交点は前記した四角錐の頂点が投影される画像で
あり、これら直線群である各稜線と頂点とは前記の四角
錐の凹みにおいて相互に固定的な位置関係を維持してい
る。

【００２３】この固定的な位置関係は、前記した治具１
１における各キャリブレーション座標値(x_p, y_p, z_p )
群により既に与えられている。従って、この既知のキャ
リブレーション座標値(x_p, y_p, z_p ) を介し、制御値と
して与えられるレーザ座標値(x_l, y_l ）と求められるカ
メラ座標値(x_c, y_c ）とによる方程式を立てることがで
きる。

【００２４】次に、キャリブレーション用治具の位置を
移動し、あるいは姿勢を変化させ、再び前記の方法によ
り新たなキャリブレーション座標値(x_p, y_p, z_p ) から
レーザ座標値(x_l, y_l ）とカメラ座標値(x_c, y_c ）とを
求めて各数値により連立方程式を立てる。つまり、必要
な条件式の数に応ずる回数だけ以上の計測を繰り返し、
レーザとカメラとの各パラメータを求めることができる
様になる。

【００２５】ここで必要な条件式の数は、３次元座標の
各成分を各パラメータに配分するためには最低６個であ
るが、この数を増加することにより更にキャリブレーシ
ョンの精度を向上させることができる。

【００２６】以上の方法により、所定数のキャリブレー
ション座標値(x_p, y_p, z_p ) と共に、同数のレーザ座標
値(x_l, y_l ）とカメラ座標値(x_c, y_c ）とが求まる。次
に、これら各座標値を演算処理してレーザ・パラメータ
〔Ａ〕とカメラ・パラメータ〔Ｂ〕とを同時に求める方
法について述べる。

【００２７】先ず、各座標値を以上の説明による変換モ
デルを使用して演算処理し、各パラメータを求めるため
に必要な数の線型連立方程式を生成する。しかし、一般
的に変換モデルによる変換式は非線形となり、前記の変
換モデルでも同様にそのままでは演算処理は甚だ困難で
ある。

【００２８】そこで、媒介する変数により三次元の各座
標系を下記の数１の通り同次座標系に変換し、各レーザ
座標値(x_l, y_l ）からはレーザ・マトリックス〔Ｌ〕
を、各キャリブレーション座標値(x_p, y_p, z_p ) からは
キャリブレーション・マトリックス〔Ｐ〕を、各カメラ
座標値(x_c, y_c ）からはカメラ・マトリックス〔Ｃ〕を
それぞれ転置行列として設定する。

【００２９】

【数１】〔Ｌ〕＝〔 W_l ＊ x_l ， W_l ＊ Y_l ， W_l 〕^t 〔Ｐ〕＝〔 X_p ， Y_p ， Z_p ，１〕^t 〔Ｃ〕＝〔 W_c ＊ x_c ， W_c ＊ Y_c ， W_c 〕^t

【００３０】続いて、キャリブレーション・マトリック
ス〔Ｐ〕を介してレーザ・マトリックス〔Ｌ〕とカメラ
・マトリックス〔Ｃ〕とを関連付けて各マトリックス
〔Ｐ〕，〔Ｌ〕，〔Ｃ〕相互の関係式を数２の通りにそ
れぞれ設定する。

【００３１】

【数２】〔Ｌ〕＝〔Ａ〕〔Ｐ〕 〔Ｃ〕＝〔Ｂ〕〔Ｐ〕

【００３２】図４は、図１のパラメータ部における処理
の流れを具体的に示す流れ図である。図４において、こ
のパラメータ部は、以下の測定に必要な初期値を予めそ
れぞれのレジスターに設定する初期設定の段階を先ず設
けており、キャリブレーション用治具を位置決めし、レ
ーザ光を制御して方向付ける様になっている。

【００３３】この初期設定の段階は、前記した治具によ
るｉ回目の位置決めに対応する所定値であるキャリブレ
ーション座標値(x_p, y_p, z_p ) を処理４０１で、レーザ
光によるｊ本目の走査線の順位に対応する制御値である
レーザ制御面Ｇ_L における座標値のＹ軸成分 y_l を処理
４０２で、この走査線上におけるレーザ光によるｋ番目
のスポットに対応する制御値であるレーザ制御面Ｇ_L に
おける座標値のＸ軸成分 x_l を処理４０３でそれぞれ順
に入力して設定している。以下、ｉ回目、ｊ本目、ｋ番
目を添字として各座標値の右上肩に示す。

【００３４】次に、レーザ光を照射してその走査線を治
具に投影し、その投影画像をカメラで測定する画像測定
の段階と、この投影画像における特徴的な形状を抽出す
る特徴抽出の段階とを初期設定の段階に続けて順に設け
ており、この走査線一本の投影画像が各稜線により折れ
曲がる位置Ｑ１，Ｑ２を求める様になっている。

【００３５】画像測定の段階は、前記の画像処理により
ｉ回目の位置決めにおいてｊ本目の走査線におけるｋ番
目のスポットの投影画像のカメラ座標値(x_c, y_c ）を求
める処理４０４と、ｋ番目のスポットにおける座標値の
Ｘ軸成分 x_l が最大値 x_mxに到達するか否かを判定する
処理４０５とを順に設けており、レーザ光のスポットが
走査線一本分を走査し終えるまで各処理４０３，４０５
を順に繰り返し、各スポットの投影画像を逐次に求める
様になっている。

【００３６】特徴抽出の段階は、ｊ本目の走査線におい
て前記の折れ曲がる位置Ｑ１，Ｑ２の各カメラ座標値(x
_c, y_c ）を収集する処理４０６と、 y_l 座標値が最大値
ｙ_mxに到達するか否かを判定する処理４０７とを順に設
けており、レーザ光がレーザ制御面の全面を走査し終え
るまで各処理４０２，ないし４０７を順に繰り返し、各
折れ曲がる位置の投影画像を求める様になっている。

【００３７】続いて、複数の異なる位置に治具を位置決
めし、それぞれの位置決めによる頂点毎に、これら頂点
の投影画像とスポットの位置との数値関係を求めて所定
の校正表に配列する校正表配列の段階を特徴抽出の段階
に続けて設けている。

【００３８】この校正表配列の段階は、折れ曲がる位置
Ｑ１，Ｑ２での各カメラ座標値(x_c,y_c ）群から各稜線
の投影画像を形成し、これら各稜線の投影画像群の交点
に対応するｉ回目の位置決めにおけるカメラ座標値(x_c,
y_c ）を求め、この交点のカメラ座標値(x_c, y_c ）と、
これを得るタイミングのレーザ座標値(x_l, y_l ）とをｉ
回目の位置決めにおけるキャリブレーション座標値(x_p,
y_p, z_p ) と共に配列する処理４０８と、前記した位置
決めの回数が所定数に到達するか否かを判定する処理４
０９とを順に設けている。従って、位置決めする回数が
決められた値に達するまで各処理４０１，ないし４０９
を繰り返し、各方程式の各係数を求める様になってい
る。

【００３９】最後に、前記の校正表に配列されているレ
ーザ座標値(x_l, y_l ）群とキャリブレーション座標値(x
_p, y_p, z_p ) 群とカメラ座標値(x_c, y_c ）群とから前記
の数２の式を連立させ、前記したレーザ・パラメータ
〔Ａ〕とカメラ・パラメータ〔Ｂ〕とを一括に演算して
推定するパラメータ推定の段階４１０を校正表配列の段
階に続けて設けている。尚、４００は開始処理を、４９
９は終了処理を示す。

【００４０】以上は、各パラメータを求める方法であ
り、続いて、この方法を更に効率的に実行する方法につ
いて述べる。レーザ・マトリックス〔Ｌ〕をδＬ変動さ
せる際、対応するカメラ・マトリックス〔Ｃ〕の変動量
δＣも前記の数２の関係を満足するので、測定誤差を計
測値全体で最小にする各パラメータを求める方程式は、
最小２乗法による各パラメータの逆行列が存在すれば、
最小２乗推定量を係数とする次の数３の式による関係が
ある。

【００４１】

【数３】(〔Ａ〕^t 〔Ａ〕 )^-1〔Ａ〕^t 〔Ｌ〕＝
（〔Ｂ〕^t 〔Ｂ〕）^-1〔Ｂ〕^t 〔Ｃ〕

【００４２】図５は、図１の位置予測部における処理の
流れを具体的に示す流れ図である。図５において、この
位置予測部は、先ず、スポットの投影画像が移動する先
の領域をカメラ画像面で限定し、この投影画像を検出す
る限定検出の段階を最初に設けており、この投影画像の
検出時間を移動先の予測により短縮できる様になってい
る。

【００４３】限定検出の段階は、レーザ座標値(x_l,
y_l ）の微小変位δＬに対応するカメラ座標値(x_c,
y_c ）の微小変化量δＣを前記の数３により演算して求
め、所定のメモリー位置に格納する処理５０１と、この
微小変化量に基づいて、検出すべきカメラ画像面Ｇ_C 上
の領域を限定する処理５０２と、この限定領域にスポッ
トの投影画像が存在するか否かを判定する処理５０３と
を順に設けている。

【００４４】処理５０２は、微小変化量δＣに対応する
カメラ座標値(x_c, y_c ）の値（δ x _c,δ y_c ）に係数 k
^- ， k⁺ を乗じてカメラ画像面Ｇ_C の検出範囲を決定
し、次の数４に示す式により範囲の座標１及び２を求め
て限定領域の左下と右上とのカメラ座標値(x_c, y_c ）を
設定する。

【００４５】

【数４】範囲の座標１：（ x_c − k^- ＊δ x_c ， y_c −
k^- ＊δ y_c ） 範囲の座標２：（ x_c ＋ k⁺ ＊δ x_c ， y_c ＋ k⁺ ＊δ
y_c ）

【００４６】次に、限定領域で検出できない際に、この
限定領域を拡張する領域拡張の段階を限定検出の段階に
続けて設けており、移動先の予測を僅かに拡大して検出
時間の増加を抑制する様になっている。

【００４７】この領域拡張の段階は、前記した係数
k^- ， k⁺ が許容できる最大値に到達するか否かを判定
する処理５０４と、未だ到達しない際には係数 k^- ， k
⁺ を所定数倍する処理５０５とを設けており、この処理
５０５を介し、係数 k^- ， k⁺ が最大値に達するまで処
理５０２に流れを分岐して移行する様になっている。

【００４８】最後に、検出領域を限定せずカメラ画像面
の全領域についてスポットを検出する全域検出の段階を
領域拡張の段階に続けて設けている。この全域検出の段
階は、全領域を画像処理の対象に設定する処理５０６
と、前記したと同様のスポットの投影画像を検出する処
理５０３とを順に設けている。

【００４９】図６は、図１におけるパラメータ部と、位
置予測部とを組み込んだレンジ・センサの構成例を示す
構成図である。図６において、このレンジ・センサは、
レーザ光の照射を制御するレーザ制御装置６１と、レー
ザ制御面におけるレーザ座標値(x_l, y_l ）を求める位置
制御装置６２と、投影画像を処理して距離情報を求める
画像処理装置６３と、キャリブレーション用治具を制御
する治具位置制御装置６４と、この治具を３次元位置を
演算する３次元位置計算装置６５とから構成している。

【００５０】レーザ制御装置６１は、レーザ光を照射す
る位置と姿勢とからなる制御値を検知しレーザ座標値(x
_l, y_l ）に変換して位置制御装置６２に送出する。画像
処理装置６３は、カメラの位置と視線とを認識してレー
ザ座標値(x_l, y_l）と照合しつつ、カメラ座標値(x_c, y
_c ）を３次元位置計算装置６５に送出する。

【００５１】治具位置制御装置６４は、キャリブレーシ
ョン用治具の位置と姿勢とからキャリブレーション座標
値(x_p, y_p, z_p ) を３次元位置計算装置６５に送出す
る。３次元位置計算装置６５は、カメラ座標値(x_c,
y_c ）とレーザ座標値(x_l, y_l）とキャリブレーション座
標値(x_p, y_p, z_p ) とからレーザ・パラメータとカメラ
・パラメータと推定すると共に、各パラメータを使用し
てカメラ座標値(x_c, y _c ）とレーザ座標値(x_l, y_l ）か
ら被観測体の形状を計測する。

【００５２】尚、本発明は前述の実施例にのみ限定され
るものではなく、例えば、キャリブレーション用の治具
は、レーザ光が到達する際の遮蔽物による妨げを軽減す
るためにｎ多角錐の凹みを有するものとして説明した
が、稜線、あるいは辺などの複数の特徴抽出ができ、こ
れら特徴抽出点に基づいて計測、あるいは演算して対応
するレーザ座標値(x_l, y_l ）とカメラ座標値(x_c, y_c ）
とを求めることのできる治具であれば、治具の凹凸を問
わないことなど、その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の変更を加えうることは勿論である。

【００５３】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明には次の効果が
ある。 （１） カメラ・パラメータとレーザ・パラメータとを
同一の計測により同時に求めるので、作業工程が簡略化
し作業時間が短縮され、ひいては余計な作業工数を減少
させることができる。 （２） また、両パラメータに対する測定誤差が均一に
なるので、被観測体の形状に対する３次元位置の計測精
度が向上できた。 （３） 更に、カメラ画像面の全体を画像処理の対象領
域とせず、対象領域を部分領域に限定して画像処理する
ので、溶接線を求めるようなレンジ・センサの様にレー
ザ光が被観測体を全面的に走査せず、ある方向に偏って
照射される傾向にあるものでも、画像処理の範囲を予測
することにより不要な処理時間を短縮することができ
る。 以上の（１）、ないし（３）に説明したように、カメラ
に対するパラメータを同時に求めることにより、キャリ
ブレーション処理の作業工程を簡略化し、かつ作業時間
を短縮することができる様になる。ひいては、このキャ
リブレーション方法を使用して計測の準備を簡素化して
指示経路を短時間で、かつ複雑なワークでも容易に生成
でき、効率的に教示することのできるロボットの経路生
成装置を提供することができる様になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を概略的に説明する説明図で
ある。

【図２】図１におけるレーザ光の軌跡を求める方法を概
略的に説明する説明図である。

【図３】図２における四角錐の頂点を求める方法を概略
的に説明する説明図である。

【図４】図１のパラメータ部における処理の流れを具体
的に示す流れ図である。

【図５】図１の位置予測部における処理の流れを具体的
に示す流れ図である。

【図６】図１におけるレンジ・センサの構成例を概略的
に示す構成図である。

【図７】従来の一般的なレンジ・センサ装置の構成を示
す構成図である。

【図８】図７の装置を使用して計測する従来の方法を説
明する説明図である。

【符号の説明】

１０・・・・・・・ｎ多角錐状の凹み １１・・・キ
ャリブレーション用治具 １２・・・・・・・レーザ光（矢印） １３・・・カ
メラの視線（矢印） １４・・・・・・・パラメータ部 １５・・・・
・・・位置予測部 Ｇ_L ・・・・・・・レーザ制御面 Ｇ_C ・・・・
・・・カメラ画像面 Ｆ_C ・・・・・・・カメラ主点 Ｆ_L ・・・・
・・・レーザ光源 Ｐ ・・・・・・・投影画像 Ｐ_S ・・・・
・・・四角錐の頂点 Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C ・・・カメラ座標系 Ｘ_L Ｙ_L Ｚ_L
・・・レーザ座標系 Ｘ_P Ｙ_P Ｚ_P ・・・計測空間座標系 (x_c, y_c ）・
・・・カメラ座標値 (x_l, y_l ）・・・・レーザ座標値 (x_s, y_s,
z_s ) ・・スポット座標値 (x_p, y_p, z_p ) ・・キャリブレーション座標値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を物体に照射するレーザ装置
   と、物体の形状を観測するカメラ装置とを備え、この形
   状を計測するレンジ・センサにおいて、前記レーザ装置
   に基づく計測特性であるレーザ・パラメータと前記カメ
   ラ装置に基づく計測特性であるカメラ・パラメータとを
   校正用治具により求めて校正するキャリブレーション方
   法であって、 前記校正用治具は、ｎ多角錐状に形成される形状を有し
   ており、 先ず、この校正用治具を位置決めするための位置と、レ
   ーザ光を制御する制御位置とを３次元的にそれぞれ設定
   する位置設定の段階と、 次に、レーザ光を制御しつつ校正用治具に投影される投
   影軌跡をカメラ装置により３次元的に測定する軌跡測定
   の段階と、 続いて、この測定される投影軌跡と前記設定される各位
   置とを三角測量の原理に従って演算し、校正用治具とレ
   ーザ装置とカメラ装置との配置関係を統一的な３次元位
   置に変換して計測すると共に、前記位置決め位置を３次
   元的に移動しつつ、この計測を繰り返して各配置関係の
   計測値を所定数収集する配置計測の段階と、 最後に、これら計測値に基づき前記レーザ・パラメータ
   とカメラ・パラメータとを同時に推定して求めるパラメ
   ータ推定の段階とを順に設けて構成することを特徴とす
   るレンジ・センサにおけるキャリブレーション方法。
2. 【請求項２】 前記軌跡測定の段階は、前記制御位置の
   変位により前記投影軌跡の変化を求め、前記測定する範
   囲を部分領域に限定しつつ予測する処理を含むものであ
   ることを特徴とする請求項１に記載のレンジ・センサに
   おけるキャリブレーション方法。