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JP2690603B2 - 視覚センサのキャリブレーション方法 - Google Patents

視覚センサのキャリブレーション方法

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JP2690603B2
JP2690603B2 JP2140487A JP14048790A JP2690603B2 JP 2690603 B2 JP2690603 B2 JP 2690603B2 JP 2140487 A JP2140487 A JP 2140487A JP 14048790 A JP14048790 A JP 14048790A JP 2690603 B2 JP2690603 B2 JP 2690603B2
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FANUC Corp
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    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボットシステムにおける視覚センサのキャ
リブレーションを行う視覚センサのキャリブレーション
方法に関し、特に複数のカメラ等のキャリブレーション
を行う視覚センサのキャリブレーション方法に関する。
〔従来の技術〕
ロボットシステムでは視覚機能を持たせ、ワークをカ
メラ等によって撮像し、ワークの位置を認識させて、組
立作業、パレタイジング作業等を実行させることが実用
化されつつある。また、正確にワークの位置を認識する
ため、あるいは複数のロボットに対応して複数のカメラ
が使用される。正確にワークの位置を認識するために、
ロボット座標系と、カメラ座標系との関係をキャリブレ
ーションする必要がある。複数のカメラを使用するとき
は、これに対応した専用の治具を用意して行っている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、キャリブレーション治具が大きく、これをカ
メラで撮像するために、治具をジョグ操作等で移動させ
る必要があり、操作性が低い。
また、キャリブレーション治具は一般に大きく、製造
費用等も高く、特別のスペースが必要となる。
さらに、複数のカメラを使用するときは、個々のカメ
ラごとにキャリブレーションを行うことが困難であっ
た。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
キャリブレーションのための治具の移動操作の必要のな
い視覚センサのキャリブレーション方法を提供すること
を目的とする。
また、本発明の他の目的は簡単なキャリブレーション
治具で視覚センサのキャリブレーションを行うことので
きる視覚センサのキャリブレーション方法を提供するこ
とである。
さらに、本発明の他の目的はカメラ毎に簡単にキャリ
ブレーションできる視覚センサのキャリブレーション方
法を提供することである。
〔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、ロボットシス
テムにおける視覚センサのキャリブレーションを行う視
覚センサのキャリブレーション方法において、ロボット
のアームにキャリブレーション用の複数の特徴点を有す
るパターン板をカメラの光軸に対して垂直な面に対して
所定の角度を有するように持たせ、ロボット制御装置か
ら、ロボットのベース座標上の前記パターン板の第１の
キャリブレーション・パターン・データを視覚センサ制
御装置に送り、前記視覚センサ制御装置は前記カメラの
撮像画面から前記パターン板から第２のキャリブレーシ
ョン・パターン・データを求め、一回の前記第１のキャ
リブレーション・パターン・データと一回の前記第２の
キャリブレーション・パターン・データからキャリブレ
ーション・データを求め、視覚センサのキャリブレーシ
ョンを行うことを特徴とする視覚センサのキャリブレー
ション方法が、提供される。
〔作用〕
ロボット制御装置は、パターン板のロボット座標系上
の位置データを正確に内部に持っている。すなわち、ロ
ボットのアームの先端の座標位置と、パターン板の取り
付け寸法からパターン板の第１のキャリブレーション・
パターン・データを持っている。
視覚センサ制御装置はこの第１のキャリブレーション
・パターン・データを通信回線を経由して、ロボット制
御装置から読み取る。一方、視覚センサ制御装置は視覚
センサからパターン板画像を取り込み、パターンの各ド
ットを検出し、第２のキャリブレーション・パターン・
データを求める。
この第１のキャリブレーション・パターン・データと
第２のキャリブレーション・パターン・データを比較す
れば、キャリブレーション・データを得ることができ
る。
そして、パターン板の大きさからカメラの光軸の垂直
方向の距離も得ることができ、一回のキャリブレーショ
ン・パターン・データから、キャリブレーション・デー
タを求めることができる。
〔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。
第１図は本発明の視覚センサのキャリブレーション方
式を実施するためのロボットシステムの全体の構成図で
ある。第１図ではキャリブレーション・パターン・デー
タの流れを簡単に説明するために、ロボットとカメラは
１台としているが、実際には複数のロボットあるいは複
数のカメラが使用される。
ロボット１のアーム２には、パターン板３が結合され
ている。パターン板３には複数のドットパターンが設け
られている。パターン板３の詳細については後述する。
ロボット１はロボット制御装置10によって制御される。
ロボット制御装置10はロボットのベース座標のアーム２
の先端の座標位置、すなわちTCP（ツール・センタ・ポ
イント）の座標位置は現在位置として認識している。従
って、アーム２のTCPとパターン板３の取り付け寸法か
ら、パターン板３の各ドットパターンの位置であるロボ
ット座標上でのキャリブレーション・パターン・データ
をメモリ11に持っている。このキャリブレーション・パ
ターン・データをCPDr11aとする。なお、ロボット制御
装置10はパターン板３がカメラ４の光軸に対して垂直で
なく、一定の角度を有するように制御する。これは、１
回の測定で得られたキャリブレーション・パターン・デ
ータからキャリブレーション・データを得るためであ
る。すなわち、各ドット・パターンの位置等からパター
ン板３のカメラに垂直方向の距離を求めることができる
からである。
一方、視覚センサ制御装置20にはカメラ４が結合され
ており、カメラ４によってパターン板３を撮像し、カメ
ラ４のキャリブレーションを行う。
視覚センサ制御装置20はプロセッサ（CPU）21を中心
に構成されている。ROM22にはキャリブレーションを行
うためのコントロール・ソフトウェア22aが格納されて
おり、キャリブレーション動作を制御する。RAM23は後
述のキャリブレーション・データ（CD）23aと、ロボッ
ト制御装置10からキャリブレーション・パターン・デー
タ（CPDr）11aが格納されている。RAM24には、パターン
板の各ドットの座標位置データ、ドットパターン・デー
タ（DPD）24aが格納される。
プロセッサ21はコントロール・ソフトウェア22aに従
って、カメラ４からパターン板３のドットパターンを撮
像する。この撮像データはカメラ・インタフェース28を
経由して、RAM25に一旦格納される。この撮像データは
カメラ４の撮像面上での各ドットパターンの映像データ
である。
画像処理プロセッサ26は、この位置データと予め格納
されたドットパターン・データ（DPD）24aから、カメラ
４のキャリブレーション・パターン・データ（CPDc）25
aを求め、RAM25に格納する。
一方、ロボット制御装置10内のキャリブレーション・
パターン・データ（CPDr）11aを通信回線13を経由し
て、インタフェース27から読み取り、RAM23に格納す
る。
続いて、ロボット座標上でのキャリブレーション・パ
ターン・データ（CPDr）11aとカメラ座標上でのキャリ
ブレーション・パターン・データ（CPDc）25aとを比較
して、カメラ座標系のロボット座標系における位置、姿
勢の関係を計算、すなわちキャリブレーションを行う。
この結果をキャリブレーション・データ（CD）23aとし
て、RAM23に格納する。
このキャリブレーション・データ（CD）23aは組立、
パレタイジング作業等に使用され、これによって、ロボ
ット座標系におけるワークの位置、姿勢を正確にカメラ
４と視覚センサ制御装置で認識することができる。
第２図はパターン板のドットパターンの詳細図であ
る。パターン板３には矩形状にドットパターン3a、3b、
3c等が配列されている。これらのドットパターンは理論
的に６個あれば足りるが、キャリブレーション・パター
ン・データを正確に求めるために、25のドットパターン
が設けられている。特に、ドットパターン3aは原点用と
して他のドットパターンより大きくなっている。
第３図は２台のカメラで１個のパターン板を撮像する
場合の例を示す図である。すなわち、２台のカメラ５、
６によってパターン板３のドットパターンを撮像するこ
とにより、それぞれのカメラ座標系のキャリブレーショ
ンを、独立に行うことができる。
第４図は４台のロボットと４台のカメラからなるロボ
ットシステムにおいて、４台のカメラを全ロボット共通
のロボット座標系に対してキャリブレーションする例を
示す図である。ロボット31のパターン板3aをカメラ41で
撮像し、ロボット32のパターン板3bをカメラ42で撮像
し、ロボット33のパターン板3cをカメラ43で撮像し、ロ
ボット34のパターン板3dをカメラ44で撮像している。こ
こでは、図示されていない視覚センサ制御装置によっ
て、各カメラの撮像データが取り込まれ、それぞれのカ
メラのキャリブレーション・データが計算される。その
詳細は第１図の場合と同じである。この例の場合でも分
かるように、キャリブレーション・データはカメラ毎に
求めることができ、カメラの位置等を変更したときも変
更したカメラのみキャリブレーション・データを取り直
せばよい。
上記の説明では１台のロボットと２台のカメラの例、
４台のロボットと４台のカメラの例で説明したが、これ
らの台数は必要に応じて、選択することができることは
いうまでもない。
また、パターン板は１種類のみ用意すればよく、それ
ほど大きなものは必要なく、簡単に製造できる。さら
に、キャリブレーション・データを求めるために、特別
にジョグ操作等を行う必要もなく、一回の測定で得られ
たキャリブレーション・パターン・データからキャリブ
レーション・データを求めることができる。
なお、上記の説明では視覚センサとしてカメラを使用
したが、これ以外にもレーザ測長器等を使用して、パタ
ーン板のドットパターンを読み取り、キャリブレーショ
ン・パターン・データを求めるようにすることもでき
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明では、ロボット装置内のキ
ャリブレーション・パターン・データを視覚センサ制御
装置に送り、視覚センサがカメラの撮像データから求め
た視覚センサ座標でのキャリブレーション・パターン・
データと比較して、キャリブレーション・データを求め
るようにしたので、パターン板を移動させることなく、
一回の測定で得られたキャリブレーション・パターン・
データから、キャリブレーション・データを求めること
ができ、操作が簡単になる。
また、複数の視覚センサに対しても個別にキャリブレ
ーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の視覚センサのキャリブレーション方式
を実施するためのロボットシステムの全体の構成図、 第２図はパターン板のドットパターンの詳細図、 第３図は２台のカメラで１個のパターン板を撮像する場
合の例を示す図、 第４図は４台のロボットと４台のカメラからなるロボッ
トシステムにおいて、４台のカメラを全ロボット共通の
ロボット座標系に対してキャリブレーションする例を示
す図である。 １……ロボット ２……アーム ３……パターン板 ４……カメラ 10……ロボット制御装置 11……メモリ 20……視覚センサ制御装置 21……プロセッサ 22……ROM 23……RAM 24……RAM 25……RAM 26……画像処理プロセッサ CD……キャリブレーション・データ CPDr……ロボット座標上のキャリブレーション・パター
ン・データ CPDc……カメラ座標上のキャリブレーション・パターン
・データ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ロボットシステムにおける視覚センサのキ
    ャリブレーションを行う視覚センサのキャリブレーショ
    ン方法において、 ロボットのアームにキャリブレーション用の複数の特徴
    点を有するパターン板をカメラの光軸に対して垂直な面
    に対して所定の角度を有するように持たせ、 ロボット制御装置から、ロボットのベース座標上の前記
    パターン板の第１のキャリブレーション・パターン・デ
    ータを視覚センサ制御装置に送り、 前記視覚センサ制御装置は前記カメラの撮像画面から前
    記パターン板から第２のキャリブレーション・パターン
    ・データを求め、 一回の前記第１のキャリブレーション・パターン・デー
    タと一回の前記第２のキャリブレーション・パターン・
    データからキャリブレーション・データを求め、 視覚センサのキャリブレーションを行うことを特徴とす
    る視覚センサのキャリブレーション方法。
  2. 【請求項２】前記第２のキャリブレーション・パターン
    ・データはレーザ測長器を使用して得ることを特徴とす
    る請求項１記載の視覚センサのキャリブレーション方
    法。
  3. 【請求項３】１台のロボットのパターン板から、複数の
    カメラで、前記カメラごとに前記第２のキャリブレーシ
    ョン・パターン・データを取り込み、前記複数のカメラ
    のキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項１
    記載の視覚センサのキャリブレーション方法。
  4. 【請求項４】複数のロボットのパターン板から複数のカ
    メラの前記第２のキャリブレーション・パターン・デー
    タを取り込み、キャリブレーションを行うことを特徴と
    する請求項１記載の視覚センサのキャリブレーション方
    法。
  5. 【請求項５】前記キャリブレーションデータはマトリク
    スデータとして得ることを特徴とする請求項１記載の視
    覚センサのキャリブレーション方法。
  6. 【請求項６】前記パターン板は１個の原点用のドット・
    パターンと、複数の矩形状に配列されたドット・パター
    ンからなることを特徴とする請求項１記載の視覚センサ
    のキャリブレーション方法。
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