三维测量装置和三维测量方法与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及三维测量装置以及三维测量方法。背景技术：2.通过由立体摄像机等三维传感器对工件进行摄像来取得三维信息，并对所得到的三维信息进行处理，由此能够三维地求出工件的形状和位置姿势。然而，基于三维信息的物体识别存在计算量多、处理花费时间的问题。例如，在以预先示教的表示工件的三维形状的模型为基础来检测工件的情况下，为了将三维信息与模型进行比较，与二维信息的处理的情况相比需要很多时间。3.关于这一点，已知有如下技术：将基于所取得的三维信息而计算出的距离值转换为浓淡值，基于所得到的浓淡图像进行检测处理。例如，参照专利文献1。4.现有技术文献5.专利文献6.专利文献1：日本特开2012-021909号公报技术实现要素：7.发明所要解决的课题8.在基于从三维传感器取得的三维信息而计算出的距离值的浓淡图像中，浓淡值根据工件的高度而变化。例如，浓淡图像中的浓淡值在256灰度的情况下，与表示黑色的浓淡值“0”以及表示白色的浓淡值“255”分别对应的距离基于距垂直于三维传感器的光轴的平面的距离而被预先设定，在该距离的范围内浓淡值根据距离而变化。因此，根据工件的大小，有时会超过所述距离的范围。9.图10是表示收敛于以三维传感器为基准的距离的范围内的大小的工件的浓淡图像、以及将横轴设为浓淡值并将纵轴设为像素数的直方图的一例的图。图11是表示没有收敛于以三维传感器为基准的距离的范围内的大小的工件的浓淡图像、以及将横轴设为浓淡值并将纵轴设为像素数的直方图的一例的图。另外，在图10和图11中，在距三维传感器距离h1的位置设定白色的浓淡值“255”，在距离h2的位置设定黑色的浓淡值“0”。另外，在图10中，表示在y轴方向具有半圆形的槽的工件。另外，在图11中，表示具有与图10的工件相同的半圆形的槽，且具有比图10的工件更高的z轴方向的高度的工件。10.如图10所示，由于工件的高度收敛于距离h1与距离h2的范围，因此能够得到反映了工件的形状的浓淡图像。图10的右侧表示浓淡图像中除去了浓淡值“1”以下的背景部分(例如，配置有工件的工作台的区域)后的工件的区域中的浓淡值的直方图。11.另一方面，如图11所示，由于工件的上表面比距离h1更向三维传感器侧伸出，因此能够得到比工件的上表面大的区域泛白的浓淡图像。因此，所得到的浓淡图像未正确地反映工件的形状。另外，在图11的右侧的直方图中，因泛白而浓淡值“255”的像素数变多。12.这样，即使在相同的工件面上，直方图也会根据工件的高度而较大地变化，因此无法与预先示教的模型的直方图直接进行比较，有时处理变得复杂。13.因此，期望根据工件的高度适当地设定用于计算灰度的距离范围。14.用于解决课题的手段15.(1)本公开的三维测量装置的一个方式，具备：三维传感器，其拍摄工件来取得三维信息；设定部，其基于所取得的所述三维信息设定成为所述工件的高度方向的基准的基准位置，以及以所述基准位置为基准设定灰度图像中的灰度的所述高度方向的余量，设定与所述灰度图像的所述灰度对应的距离范围；图像转换部，其基于所述距离范围，将取得的所述三维信息转换为所述灰度图像；以及检测部，其使用所述灰度图像，三维地求出所述工件的形状和/或位置姿势。16.(2)本公开的三维测量方法的一个方式，利用三维传感器拍摄工件来取得三维信息，基于所取得的所述三维信息设定成为所述工件的高度方向的基准的基准位置，以及以所述基准位置为基准设定灰度图像中的灰度的所述高度方向的余量，设定与所述灰度图像的所述灰度对应的距离范围，基于所述距离范围，将所取得的所述三维信息转换为所述灰度图像，使用所述灰度图像，三维地求出所述工件的形状和/或位置姿势。17.发明效果18.根据一个方式，能够根据工件的高度适当地设定用于计算灰度的距离范围。附图说明19.图1是表示一个实施方式所涉及的三维测量装置的一个结构例的框图。20.图2是表示基准位置和距离范围的一例的图。21.图3是表示工件、距离范围、浓淡值的关系的一例的图。22.图4a是表示工件的浓淡图像的一例的图。23.图4b是表示工件的浓淡图像的一例的图。24.图5是表示浓淡图像的直方图的一例的图。25.图6是表示工件的背面侧被配置为上表面的情况下的浓淡图像和直方图的一例的图。26.图7是说明三维测量装置的测量处理的流程图。27.图8a是表示由三维传感器拍摄到的6个工件的二维图像的一例的图。28.图8b是表示工件的浓淡图像的一例的图。29.图9a是表示工件的正面侧的浓淡图像的直方图的一例的图。30.图9b是表示工件的背面侧的浓淡图像的直方图的一例的图。31.图10是表示收敛于以三维传感器为基准的距离的范围内的大小的工件的浓淡图像、以及将横轴设为浓淡值并将纵轴设为像素数的直方图的一例的图。32.图11是表示没有收敛于以三维传感器为基准的距离的范围内的大小的工件的浓淡图像、以及将横轴设为浓淡值并将纵轴设为像素数的直方图的一例的图。具体实施方式33.以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。这里，作为灰度图像，例示黑白的浓淡图像。另外，本发明并不限定于黑白的浓淡图像，例如也能够应用于红、绿、蓝的任一种颜色的灰度的浓淡图像。34.图1是表示一个实施方式所涉及的三维测量装置的一个结构例的框图。35.如图1所示，三维测量装置10具备三维传感器101、工件检测部102、设定部103、图像转换部104以及检测部105。36.如图1所示，三维传感器101拍摄工件20以及放置工件20的载置面30，取得将与三维传感器101的光轴垂直的平面与工件20以及载置面30的表面各点之间的距离设为像素值的三维信息。例如，如图1所示，三维信息的工件20的点a的像素值是三维传感器101的三维坐标系(x，y，z)的z轴方向的、三维传感器101与工件20的点a之间的距离d。三维坐标系的z轴方向成为三维传感器101的光轴方向。在以下的说明中，距离是指三维传感器101的三维坐标系(x，y，z)的z轴方向的距离。37.另外，三维传感器101也可以与三维信息一起取得rgb图像等二维图像。38.工件20是成为检测对象的物体。载置面30例如是载置工件20的工作台的面。如图1所示，工件20配置在三维传感器101的光轴上。在此，工件20例示出在y轴方向上具有半圆形的槽的长方体。39.作为三维传感器101，例如能够使用通过在2个摄像机的图像间进行匹配来测量与成为检测对象的工件20之间的距离的立体摄像机、通过在从投影仪投影的图案的图像与摄像机的图像之间进行匹配来测量与成为检测对象的工件20之间的距离的立体摄像机。另外，三维传感器101也可以使用在从投影仪投影了图案的条件下，通过在2台摄像机的图像间进行匹配来测量与成为检测对象的工件20之间的距离的立体摄像机。40.工件检测部102例如基于由三维传感器101取得的二维图像和预先存储于三维测量装置10所包含的hdd(hard disk drive：硬盘驱动器)等存储部(未图示)中的表示工件20的形状的二维模型，进行图案匹配等，检测工件20的位置。41.另外，工件检测部102例如也可以通过基于由三维传感器101取得的三维信息和预先存储于三维测量装置10的存储部(未图示)的表示工件20的形状的三维信息的图案匹配等，检测工件20的位置。42.设定部103基于由三维传感器101取得的三维信息和由工件检测部102检测出的工件20的位置，设定成为工件20中的高度方向(z轴方向)的基准的基准位置，并且设定在z轴方向上包含基准位置的预定的距离范围。43.具体而言，设定部103例如将三维信息中的工件20的表面各点的z轴方向的距离中的距三维传感器101最近的距离的点设定为成为z轴方向的基准的基准位置。在图1的情况下，由于工件20的上表面的各点成为最接近三维传感器101的距离，因此设定部103例如将上表面所包含的点a设定为基准位置。另外，如图2所示，设定部103以所设定的基准位置为基准，在成为由后述的图像转换部104从三维信息转换的浓淡图像的白基准的三维传感器101侧的z轴方向上设定余量d1，在成为黑基准的三维传感器101的相反侧的z轴方向上设定余量d2。换言之，如图3所示，设定部103在z轴方向上包含基准位置的从距离(d-d1)到距离(d+d2)的距离范围内设定从“255”到“0”的浓淡值。44.图像转换部104基于由设定部103设定的距离(d-d1)到距离(d+d2)的距离范围中的浓淡值，转换为将三维信息中的工件20的表面各点的距离值设为浓淡值的浓淡图像。45.具体而言，例如如图4a所示，图像转换部104基于如图3那样设定的浓淡值，将具有与图10相同形状的工件20的三维信息转换为256灰度的浓淡图像。46.这样，即使在工件20具有与图11相同的形状的情况下，如图4b所示，设定部103也能够根据工件20的高度在距离(d’‑d1)与距离(d’+d2)的距离范围内适当地设定灰度。由此，图像转换部104能够将三维信息转换为没有泛白的浓淡图像。47.另外，d’是三维传感器101与工件20的点a’之间的z轴方向的距离。并且，由于图4b的距离d’比图4a的距离d短，所以与图4a相比，图4b的浓淡图像中的工件20被三维传感器101拍摄得更大。48.检测部105对转换后的浓淡图像进行图像处理，三维地求出工件20的形状和/或位置姿势。49.具体而言，检测部105例如使用转换后的浓淡图像中与工件20对应的区域的浓淡值，生成将横轴设为浓淡值并将纵轴设为像素数的直方图。50.图5是表示图4a的浓淡图像的直方图的一例的图。另外，在图5中，表示除去了浓淡值“1”以下的载置面30的背景后的工件20中的浓淡值的直方图。51.如图5所示，直方图如图3所示，由于工件20的上表面的区域r1的面积大，因此浓淡值为160至165的像素数最多。另外，直方图中，与半圆形的槽的底部分对应的区域r3的面积其次大，因此浓淡值为85至120的像素数为第二多。另一方面，如图3所示，与半圆形的槽的侧面对应的区域r2的面积最小，因此浓淡值为120至160的像素数最少。52.检测部105将所生成的图5的直方图与预先存储于三维测量装置10的存储部(未图示)的表示工件20的正面侧和背面侧的浓淡的直方图的模型进行比较，判定配置于载置面30的工件20的上表面是正面侧还是背面侧，检测工件20的朝向。53.图6是表示工件20的背面侧被配置为上表面的情况下的浓淡图像和直方图的一例的图。另外，图6的左侧表示设定于工件20的上表面的基准位置与余量d1、d2之间的位置关系。另外，图6的中央表示工件20的背面侧的浓淡图像。另外，图6的右侧表示将工件20的背面侧的横轴设为浓淡值并将纵轴设为像素数的直方图。另外，图6的直方图与图5的情况相同，表示除去了浓淡值“1”以下的载置面30的背景后的工件20中的浓淡值。54.如图6的中央所示，浓淡图像表示工件20的背面侧为平面，因此凹凸少且浓淡固定的图像。因此，如图6的右侧所示，工件20的背面侧的直方图仅分布有浓淡值α的像素。55.由此，如图4a(或图4b)及图6所示，由于在工件20的正面侧和背面侧直方图的形状大不相同，因此，三维测量装置10能够基于直方图来判定载置面30上的工件20是正面侧还是背面侧。56.为了实现图1所示的三维测量装置10中包含的除了三维传感器101以外的功能块，三维测量装置10能够由具备cpu(central processing unit：中央处理单元)等运算处理装置的计算机构成。另外，三维测量装置10还具备存储应用软件和os(operating system：操作系统)等各种控制用程序的hdd等辅助存储装置、用于存储运算处理装置执行程序的情况下暂时需要的数据的ram(random access memory：随机存取存储器)这样的主存储装置。57.并且，在三维测量装置10中，运算处理装置从辅助存储装置读入应用软件或os，一边使读入的应用软件或os在主存储装置中展开，一边进行基于这些应用软件或os的运算处理。另外，基于该运算结果，对三维测量装置10所具备的各种硬件进行控制。由此，实现本实施方式的功能块。即，本实施方式能够通过硬件和软件协作来实现。的浓淡值。72.《变形例2》73.另外，例如，在所述的实施方式中，三维测量装置10使用直方图来判定工件20是正面侧还是背面侧，检测出工件20的朝向，但并不限定于此。例如，三维测量装置10也可以将浓淡图像中的工件20的各姿势的模型预先存储于存储部(未图示)，对转换后的浓淡图像与所存储的各姿势的模型进行形状比较(匹配)，求出工件20的三维位置姿势。74.图8a是表示由三维传感器101拍摄到的6个工件20a(1)-20a(6)的二维图像的一例的图。在图8a中，工件20a(1)、20a(3)、20a(5)的正面侧为上表面，工件20a(2)、20a(4)、20a(6)的背面侧为上表面。75.图8b表示图8a的工件20a(1)-20a(6)的浓淡图像。76.三维测量装置10例如通过基于图8b的浓淡图像的边缘进行模板匹配，能够在浓淡图像上检测工件20a(1)-20a(6)各自的位置姿势(xyzwpr)。77.另外，三维测量装置10也可以在进行了所述模板匹配之后，使用图9a以及图9b所示的直方图来判定工件20a(1)-20a(6)各自的正反，从而求出更准确的工件20的三维位置姿势。78.图9a是表示工件20a(1)的正面侧的浓淡图像的直方图的一例的图。图9b是表示工件20a(2)的背面侧的浓淡图像的直方图的一例的图。另外，图9a以及图9b的直方图将浓淡值为“1”以下(即，载置面30)的背景除外。另外，直方图的像素数将最多的浓淡值的像素数标准化为“1”。79.另外，关于工件20a(3)、20a(5)的正面侧的直方图，也与图9a的工件20a(1)的直方图相同。另外，关于工件20a(4)、20a(6)的背面侧的直方图，也与图9b的工件20a(2)的直方图相同。80.在此，仅通过浓淡图像也能够进行包含朝向的姿势的检测，但需要进行包含绕z轴的旋转(r方向)的变化的比较处理，因此花费处理时间。另一方面，如图9a以及图9b所示，直方图即使在工件向r方向变化的情况下，也能够得到同样的直方图。因此，三维测量装置10如上所述，在进行模板匹配后，通过使用直方图，能够在短时间内求取更准确的工件20的三维位置姿势。81.《变形例3》82.另外，例如，在所述的实施方式中，将灰度图像设为黑白的浓淡图像，但并不限定于此。例如，灰度图像也可以是使用了红、绿、蓝的任意颜色的灰度的浓淡图像。83.另外，一个实施方式中的三维测量装置10所包含的各功能能够通过硬件、软件或者它们的组合来分别实现。在此，通过软件实现是指通过计算机读入程序并执行来实现。84.程序可以使用各种类型的非瞬态的计算机可读介质(non-transitory computer readable medium)来保存，并提供给计算机。非瞬态计算机可读介质包含各种类型的有形记录介质(tangible storage medium)。非瞬态的计算机可读介质的例子包含磁记录介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如，光磁盘)、cd-rom(read only memory：只读存储器)、cd-r、cd-r/w、半导体存储器(例如，掩模rom、prom(programmable rom：可编程rom)、eprom(erasable prom：可擦除prom)、闪存rom、ram)。另外，程序也可以通过各种类型的瞬态的计算机可读介质(transitory computer readable medium)提供给计算机。瞬态的计算机可读介质的示例包含电信号、光信号和电磁波。瞬态的计算机可读介质能够经由电线以及光纤等有线通信路径或者无线通信路径将程序提供给计算机。85.另外，记述记录在记录介质中的程序的步骤不仅包含按照其顺序按时间序列进行的处理，还包含不一定按时间序列进行处理，而是并行或单独执行的处理。86.换言之，本公开的三维测量装置以及三维测量方法能够采取具有如下结构的各种各样的实施方式。87.(1)本公开的三维测量装置10具备：三维传感器101，其拍摄工件20来取得三维信息；设定部103，其基于所取得的三维信息设定成为工件20中的高度方向的基准的基准位置d，以及以基准位置d为基准设定灰度图像中的灰度的高度方向的余量d1、d2，设定与灰度图像的灰度对应的距离范围；图像转换部104，其基于距离范围，将所取得的三维信息转换为灰度图像；以及检测部105，其使用灰度图像，三维地求出工件20的形状以及/或者位置姿势。88.根据该三维测量装置10，能够根据工件高度适当地设定用于计算灰度的距离范围89.(2)根据(1)记载的三维测量装置10，检测部105也可以使用灰度图像的灰度来生成直方图，并基于所生成的直方图来三维地求出工件20的形状和/或位置姿势。90.由此，与使用灰度图像的情况相比，三维测量装置10能够减少计算量。91.(3)在(1)或(2)记载的三维测量装置10中，工件20的形状也可以是工件20的正面或者背面。92.由此，三维测量装置10在通过机器人取出工件20时，能够确认工件20的周围是否存在有可能碰撞的高度的物体。93.(4)本公开的三维测量方法通过三维传感器101拍摄工件20来取得三维信息，基于所取得的三维信息设定成为工件20中的高度方向的基准的基准位置d，以及以基准位置d为基准设定灰度图像中的灰度的高度方向的余量d1、d2，来设定与灰度图像的灰度对应的距离范围，基于距离范围，将所取得的三维信息转换为灰度图像，使用灰度图像，三维地求出工件20的形状以及/或者位置姿势。94.根据该三维测量方法，能够起到与(1)同样的效果。95.(5)根据(4)记载的三维测量方法，也可以使用灰度图像的灰度生成直方图，基于所生成的直方图，三维地求出工件20的形状和/或位置姿势。96.由此，三维测量方法能够起到与(2)同样的效果。97.(6)在(4)或(5)所记载的三维测量方法中，工件20的形状也可以是工件20的正面或者背面。98.由此，三维测量方法能够起到与(3)同样的效果。99.附图标记的说明100.10 三维测量装置、101.20 工件、102.30 载置面、103.101 三维传感器、104.102 工件检测部、105.103 设定部、106.104 图像转换部、107.105 检测部。









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