Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung der Position
eines visuellen Erkennungsgeräts für einen Schraubroboter, und insbesondere ein
Verfahren zur Erkennung einer Position eines Schraubenlochs durch Feststellung
jeder Position aus einem Kontrastbild mehrerer Löcher, das von einer
Bildaufnehmereinrichtung aufgenommen wird.
Technischer Hintergrund
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Seit einiger Zeit wird das Positionserkennungsverfahren zur Feststellung der
Position eines Objekts aus einem Kontrastbild, das von einem Bildaufnehmergerät
aufgenommen wird, in weitem Ausmaß in visuellen Erkennungsgeräten von Robotern
in verschiedenen Herstellungsfabriken verwendet.
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Als eines der Positionserkennungsverfahren, die in derartigen Fabriken
verwendet werden, wird ein Verfahren nach dem Stand der Technik zur Erkennung
der Position eines Schraubenloches nachstehend und ebenfalls in der US-A-
5,446,801 beschrieben.
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Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau einer
Positionserkennungsvorrichtung zeigt, die ein herkömmliches
Positionserkennungsverfahren verwendet, bei welchem die zentrale Position eines
kreisförmigen Objekts festgestellt wird. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 20
eine Bildaufnehmereinrichtung zur Aufnahme eines nicht dargestellten Objekts und
zur Ausgabe eines Videosignals, 21 bezeichnet eine Kontrastbild-Speichereinrichtung
zum Speichern des Videosignals, das durch die Aufnahme mit der
Bildaufnehmereinrichtung 20 erhalten wird, als Kontrastbilddaten, 22 eine
Kontrastbild-Abtasteinrichtung zum Abtasten der Kontrastbilddaten durch ein später
genauer erläutertes Konturabtastfenster A, wodurch Abtastdaten erhalten werden.
Das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Positionsberechnungseinrichtung zur
Berechnung der Position des Objekts unter Verwendung der Abtastdaten.
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Fig. 6 zeigt einen Aufbau des in Fig. 5 verwendeten Konturabtastfensters A,
und in Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 24 eine Konturabastung gleich der
Kontur des kreisförmigen Objekts, und 25 eine Konzentrationskorrelationslinie zur
Messung der Bildkonzentration innerhalb und außerhalb der Konturabtastung 24,
orthogonal zur Konturabtastung 24, wobei das Konturabtastfenster A ein Fenster ist,
das mehrere Konzentrationskorrelationslinien 25 enthält.
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Der Positionserkennungsvorgang in der Positionserkennungsvorrichtung von
Fig. 5 wird nachstehend als eine Anwendung in dem Konturabtastfenster A in Fig. 6
erläutert.
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Das Videosignal (Bilddaten), das von der Bildaufnehmereinrichtung 20
aufgenommen wird, wird in der Kontrastbildspeichereinrichtung 21 gespeichert. Dies
sind die Bilddaten des kreisförmigen Objekts, das durch die Kontrastbild-
Abtasteinrichtung 22 in der Konturabtastlinie A von Fig. 6 abgetastet wird, und von
der Positionsberechnungseinrichtung 23 in jeder Konzentrationskorrelationslinie 25
berechnet wird, und es wird die Position des Konturabtastfensters A, an welcher die
Anzahl an Konzentrationskorrelationslinien 25, deren Wert größer als die Schwelle ist,
ein Maximum annimmt, als die Position des kreisförmigen Objekts festgestellt.
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In diesem Fall dient die Positionsberechnungseinrichtung 23 zur Berechnung
des Absolutwertes der Differenz zwischen dem gemessenen Konzentrationswert
eines gegenüber der Kontur des Objekts auf der Konzentrationskorrelationslinie 25
inneren Punktes und dem gemessenen Konzentrationswert eines gegenüber der
Kontur des Objekts äußeren Punktes.
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Wenn jedoch bei dem herkömmlichen Verfahren zur Erkennung der Position
mehrere Schrauben aufgrund der in Fig. 2 gezeigten Kontrastbilddaten festgezogen
werden, so wurden dann, wenn die Abweichung zwischen oberen und unteren
Löchern groß war, Schrauben nicht angezogen, wogegen dann, wenn jedes
Schraubenloch erkannt wurde, die Schrauben angezogen wurden, so dass für die
Positionserkennung eine lange Verarbeitungszeit benötigt wurde.
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Mit der Erfindung sollen die Probleme des Stands der Technik gelöst werden,
und daher besteht ihr Ziel in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Erkennung eines
Schraubenloches zur Feststellung der Abweichung eines oberen Loches und eines
unteren Loches unter mehreren Löchern, zum Anziehen der Schrauben
aufeinanderfolgend, ausgehend von einem Loch mit kleiner Abweichung, und zum
Anziehen aller Schrauben, oder zur Feststellung des Abweichungswinkels des
Objekts, das angezogen werden soll, nach Feststellung von zwei Punkten,
Berechnung der Abweichung anderer Löcher, und Anziehen mit hoher
Geschwindigkeit.
Beschreibung der Erfindung
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Um das Ziel zu erreichen zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass
mehrere Schraubenlochobjekte von einer Bildaufnehmereinrichtung aufgenommen
werden, um ein Kontrastbild zu erhalten, das Kontrastbild durch die Kontrastbild-
Abtasteinrichtung mit einem Konturabtastfenster abgetastet wird, das eine
Konturabtastung gleich der kreisförmigen Kontur des oberen Lochobjekts auf dem
Kontrastbild und mehrere Konzentrationskorrelationslinien orthogonal zur
Konturabtastung aufweist, um die Bildkonzentration innerhalb und außerhalb der
Konturabtastung zu messen, Berechnung des Absolutwertes der Differenz zwischen
dem gemessenen Konzentrationswert der inneren Konzentrationskorrelationslinie, die
aus einer bestimmten Anzahl innerer Bildkonzentrationsmeßpunkte besteht, und dem
gemessenen Konzentrationswert der äußeren Konzentrationskorrelationslinie, die aus
einer bestimmten Anzahl äußerer Bildkonzentrationsmeßpunkte besteht, in jeder
Konzentrationskorrelationslinie, durch eine Positionsberechnungseinrichtung,
Feststellung der Position des Konturabtastfensters, an welcher die Anzahl an
Konzentrationskorrelationslinien, deren Absolutwert größer als der festgelegte
Konzentrationsschwellenwert ist, maximal ist, als Position des oberen Lochobjekts,
Einstellung des Abtastbereiches des unteren Loches und des Konturabtastfensters
gleich der Kontur des unteren Lochobjekts von dieser Position, Berechnung des
Betrags der Entfernungsabweichung zwischen der unteren Lochzentrumsposition, die
durch das voranstehende Verfahren festgestellt wird, und der Zentrumsposition des
oberen Lochs, durch die Abweichungsberechnungseinrichtung, Bestimmung der
Beträge der Abweichungen in allen mehreren Löchern, Anziehen der Schrauben von
dem Loch mit der minimalen Abweichung aus, und Minimieren der Abweichung der
anderen oberen und unteren Löcher.
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Alternativ werden bei mehreren Schraubenlochobjekten zwei Punkte von der
Bildaufnehmereinrichtung aufgenommen, um ein Kontrastbild zu erhalten, wird der
Drehwinkel des anzuziehenden Objekts aus der Position berechnet, die bei dem
voranstehenden Verfahren festgestellt wird, durch eine
Drehwinkelberechnungseinrichtung, und werden Abweichungen anderer Löcher
gleichzeitig durch eine Lochpositionskorrekturberechnungseinrichtung berechnet.
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Gemäß der Erfindung wird in Bezug auf die Bilddaten der Objekte, die durch
die Bildaufnehmereinrichtung erhalten werden, das Bild durch das
Konturabtasifenster abgetastet, das mehrere Konzentrationskorrelationslinien
orthogonal zu der kreisförmigen Kontur der Objekte aufweist, und wird die Position
des Abtastfensters, an welcher die Anzahl an Konzentrationskorrelationslinien, deren
Absolutwert der Differenz zwischen dem gemessenen Konzentrationswert eines
gegenüber der kreisförmigen Kontur inneren Meßpunktes und des gemessenen
Konzentrationswertes eines gegenüber der kreisförmigen Kontur äußeren
Meßpunktes größer als die Schwelle ist, ein Maximum annimmt, als die Position des
Objekts festgestellt, und wird hierdurch der Betrag der Abweichung oberer und unterer
Löcher festgestellt, und werden die Schrauben hintereinander von dem Loch mit der
kleinsten Abweichung aus unter den mehreren Löchern angezogen. Oder es wird,
nach Feststellung der Positionen von zwei Punkten unter mehreren Löchern bei dem
voranstehend geschilderten Verfahren, eine Berechnung der Drehwinkel der beiden
Punkte durchgeführt, die Abweichung anderer Löcher berechnet, wodurch mehrere
Schrauben mit hoher Geschwindigkeit angezogen werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau wesentlicher Teile einer
Positionserkennungsvorrichtung zeigt, die in einem Verfahren zum Einschrauben in
mehrere Löcher bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
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Fig. 2 zeigt ein Beispiel für Kontrastbilddaten, die in dem Verfahren zum
Einschrauben in mehrere Löcher bei der Ausführungsform der Erfindung verwendet
werden;
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Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Konturabtastfensters A, das bei der
Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
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Fig. 4 ist eine detaillierte Darstellung eines Teils des Konturabtastfensters in
Fig. 3;
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer
Positionserkennungsvorrichtung zeigt, die bei einem Verfahren zur Erkennung der
Position nach dem Stand der Technik verwendet wird; und
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Fig. 6 zeigt schematisch den Aufbau des Konturabtastfensters, das bei dem
Stand der Technik in Fig. 5 verwendet wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm den Aufbau wesentlicher Teile einer
Positionserkennungsvorrichtung, die bei einem Verfahren zum Einschrauben in
mehrere Löcher bei einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
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In Fig. 1 nimmt eine Bildaufnehmereinrichtung 1 ein nicht dargestelltes Objekt
auf, und gibt ein Videosignal aus, und das Videosignal wird in einer
Kontrastbildspeichereinrichtung 2 als Kontrastbilddaten gespeichert. Eine
Kontrastbildabtasteinrichtung 3 tastet die Kontrastbilddaten durch das
Konturabtastfenster A (s.h. Fig. 3) ab, um Abtastdaten zu erhalten, und die Position
des Objekts wird unter Verwendung der Abtastdaten durch eine
Positionsberechnungseinrichtung 4 berechnet. Aus der Position eines oberen Loches
und der Position eines unteren Loches, die durch die Einrichtungen 1 bis 4 erhalten
werden, wird die Abweichung oberer und unterer Löcher in einer
Abweichungsberechnungseinrichtung 5 berechnet. Alternativ wird aus den Positionen
von zwei Punkten, die durch die Einrichtungen 1 bis 4 erhalten werden, der
Drehwinkel durch eine Drehwinkelberechnungseinrichtung 6 berechnet, und wird die
Abweichung anderer Lochpositionen in einer
Lochpositionskorrekturberechnungseinrichtung 7 berechnet.
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Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Kontrastbilddaten in Fig. 1, wobei das
Bezugszeichen 8 ein oberes Lochobjekt und das Bezugszeichen 9 ein unteres
Lochobjekt bezeichnet. Bei der Verwendung des voranstehend geschilderten
Verfahrens mit zwei Punkten wird die Genauigkeit der Feststellung normalerweise
höher, wenn das obere Lochobjekt 8 als ein Punkt und das diagonal dazu verlaufende
obere Loch 10 als der andere Punkt genommen wird.
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Fig. 3 zeigt eine Ausbildung eines Konturabtastfensters A, das bei dieser
Ausführungsform (Fig. 1) verwendet wird, wobei das Bezugszeichen 11 eine
Konturabtastung bezeichnet, die einen Durchmesser gleich dem Durchmesser des
Bildes des oberen Lochobjekts 8 aufweist, und 12a bis 12 h mehrere
Konzentrationskorrelationslinien orthogonal zur Konturabtastung 11 bezeichnen, die
zur Messung der Bildkonzentration innerhalb und außerhalb des Konturabtastkreises
11 dienen.
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Fig. 4 zeigt Einzelheiten von 12c als repräsentatives Beispiel für die
Konzentrationskorrelationslinien 12a bis 12 h des bei der Ausführungsform
verwendeten Konturabtastfensters A, wobei das Bezugszeichen 13c die
Konturabtastposition der Konzentrationskorrelationslinie 12c bezeichnet, 14c, 15c und
16c bestimmte Anzahlen von Meßpunkten der inneren Bildkonzentration sind, welche
die innere Konzentrationskorrelationslinie B bildet, und 17c, 18c und 19c eine
bestimmte Anzahl an Meßpunkten der äußeren Bildkonzentration sind, welche die
äußere Konzentrationskorrelationslinie C bildet.
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Der Bilderkennungsvorgang bei dieser Ausführungsform wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erläutert.
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Zuerst wird das nichtdargestellte Objekt durch die in Fig. 1 gezeigte
Bildaufnehmereinrichtung 1 aufgenommen, um ein Kontrastbild zu erhalten, das in der
Kontrastbildspeichereinrichtung 2 gespeichert wird. Das Kontrastbild zeigt das obere
Lochobjekt 8 und das untere Lochobjekt 9, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Dies
reicht im Falle nur eines Loches aus. In diesem Fall wird der Vorgang der
Ausführungsform zur Feststellung der Positionen des oberen und des unteren Loches
oder nur einer Lochposition nachstehend geschildert.
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Die in Fig. 1 gezeigte Kontrastbildabtasteinrichtung 3 beginnt mit der
Abtastung des Kontrastbildes, das in der Kontrastbildspeichereinrichtung 2
gespeichert ist, in Richtung nach rechts von der oberen linken Position aus, unter
Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Konturabtastfensters A, und die
Positionsberechnungseinrichtung 4 führt eine Berechnung jedesmal dann durch,
wenn sich ein Bild bewegt. Bei jeder Konzentrationskorrelation B, C wird der
Absolutwert der Differenz der gemessenen Konzentrationswerte 14c + 15c + 16c der
inneren Konzentrationskorrelationslinie B, die eine bestimmte Anzahl an Meßpunkten
der inneren Bildkonzentration aufweist, und der gemessene Konzentrationswert 17c +
18c + 19c der äußeren Konzentrationskorrelationslinie C, die eine bestimmte Anzahl
an Meßpunkten der äußeren Bildkonzentration aufweist, berechnet, und wird die
Position des Konturabtastfensters A, an welcher die Anzahl an
Konzentrationskorrelationslinien, deren Absolutwert größer als die festgelegte
Konzentrationsschwelle ist, maximal ist, als die Position des oberen Loches, des
unteren Loches oder nur eines Loches festgestellt.
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Nach Feststellung der Positionen der oberen und unteren Löcher wird jede
Abweichung in der Abweichungsberechnungseinrichtung 5 bestimmt, und werden die
Schrauben hintereinander angezogen, ausgehend von jener mit der kleinsten
Abweichung.
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Im Falle einer Feststellung und Korrektur an zwei Punkten, unter der Annahme,
dass die Positionen der beiden Punkte, die von den Einrichtungen 1 bis 4 festgestellt
werden, gleich (x1', y1'), (x2', y2') sind, sind die Korrekturbeträge von α(x1', y1'), β(x2',
y2'), die vorläufig als Bezugsposition dienen, jeweils folgendermaßen.
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αx = x1' - x1', αy = y1' - y1
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βx = x2 - x2', βy = y2 - y2'
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Auf der Grundlage von α beträgt, wenn die Entfernung von zwei Punkten durch
(x0, y0) gegeben ist, der Bezugswinkel
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θ0 = tan&supmin;¹ y0/x0
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und ergibt sich daher der gemessene Winkel als
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Daher wird durch die Drehwinkelberechnungseinrichtung 6 der Drehwinkel
folgendermaßen berechnet:
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θ = θ1 - θ0
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Wird die tatsächliche Schraubposition (x, y) auf der Grundlage von α
angenommen, so werden die Koordinaten durch den Drehwinkel folgendermaßen
umgewandelt:
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x* = xcosθ - ysinθ + αx
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y* = xsinθ + ysinθ + αy
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und daher können die Korrekturbeträge zx, zy für die Schraubposition wie
nachstehend angegeben berechnet werden, durch die
Lochpositionskorrekturbetragsberechnungeinrichtung 7, nämlich als
Positionskorrekturbetrag:
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zx = x* - x
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zy = y* - y
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Entsprechend kann, durch Registrieren mehrerer Schraubpositionen, die
Abweichung einer anderen Position aus der Feststellung der Positionen von zwei
Punkten berechnet werden.
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Daher können mehrere Schrauben effizient und mit hoher Geschwindigkeit
angezogen werden.
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Wie voranstehend erläutert kann gemäß dem Verfahren zur Erkennung von
Schraubenlöchern gemäß der Erfindung, durch Feststellung der Positionen oberer
und unterer Löcher der mehreren Objekte, die festgezogen werden sollen, und durch
aufeinanderfolgendes Festziehen, ausgehend von der Schraube mit der kleinsten
Abweichung aus, die Abweichung korrigiert werden. Weiterhin können nach
Feststellung von zwei Löchern, durch Berechnung der Abweichung anderer Löcher
von dem Drehwinkel, die Schrauben effizient und mit hoher Geschwindigkeit
angezogen werden.