JP2542246B2

JP2542246B2 - 物品の重心割出し装置と、それを使用する皿等の自動心出し装置

Info

Publication number: JP2542246B2
Application number: JP63266657A
Authority: JP
Inventors: 幸一中野; 和夫宮鍋
Original assignee: ISHIKAWAKEN; NITSUKOO KK
Current assignee: ISHIKAWAKEN; NITSUKOO KK
Priority date: 1988-10-22
Filing date: 1988-10-22
Publication date: 1996-10-09
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JPH02114143A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、物品を１面から見たときの２次元的な自
動位置を求める物品の重心割出し装置と、それを使用す
る皿等の自動心出し装置に関する。

従来技術ロボット装置等によって物品を搬送する場合、物品を
１面から見たときの２次元的な重心位置（たとえば、当
該物品を上方から見たときは、その平面図内における重
心位置をいう、以下同じ）を知ることが重要となる場合
がある。たとえば、吸盤装置によって物品を吸引して搬
送する場合には、物品の重心位置を吸引しなければ、搬
送途中において物品が不用意に傾き、吸盤装置の吸引機
能が破られてしまうおそれがある。

また、陶磁器製の皿等に円形模様の絵付を行なうとき
は、皿等の外形形状が真円に仕上っていない場合が多い
から、その模様の中心は、皿等の幾何学的な中心位置で
はなく、平面図における重心位置に定めるのがよいとさ
れている。すなわち、皿等は、絵付用の回転ろくろ装置
に置くとき、その重心位置と回転ろくろ装置の回転中心
軸とが正確に一致するように、心出しをすることが好ま
しい。

しかしながら、従来、物品の２次元的な重心位置を適
確に割り出すための簡便な装置は全く知られておらず、
したがって、かかる作業を行なうに当っては、専ら、熟
練作業員の直感力に頼らざるを得ないのが実情である。

発明が解決しようとする課題かかる従来技術によるときは、重心割出し作業は、熟
練作業員の直感力に頼るものであったから、その精度が
不十分であり、作業品質を所定レベルに維持することが
極めて困難であるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の実情に
鑑み、物品をカメラ装置によって撮影し、そのイメージ
情報を利用して、簡単に、しかも自動的に、物品の重心
位置を精度よく求めることができる物品の重心割出し装
置と、それを使用する皿等の自動心出し装置を提供する
ことにある。

課題を解決するための手段かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明
の構成は、物品を撮影するカメラ装置と、カメラ装置か
らのイメージ情報を使用し、直交する２軸方向について
物品の投象画像内に含まれる画素のヒストグラムを計算
するヒストグラム計算手段と、ヒストグラム計算手段に
よって算出されたヒストグラムから物品の重心位置座標
を算出する重心位置算出手段とを備えてなり、重心位置
算出手段は、ヒストグラムの各軸方向について、ヒスト
グラムの全面積の1/2の整数部分をY1、ヒストグラムの
第ｍ行までの面積をΣymとするとき、Σym≦Y1が成立す
る最大の行ｍを最適行として求め、全面積の1/2と最適
行までの面積との差部分を最適行の次行の画素数によっ
て比例配分することにより、物品の重心位置座標を特定
することをその要旨とする。

第２発明の構成は、第１発明に係る物品の重心割出し
装置と、カメラ装置の視野内に物品を個別に搬入する搬
送コンベヤと、物品の重心割出し装置からの物品の重心
位置座標に基づき、物品を心出しして搬送コンベヤから
次工程に移載する移載ロボット装置とを組み合わせるこ
とをその要旨とする。

なお、移載ロボット装置は、ロボット制御装置とロボ
ット本体とからなる２定位置間の搬送用ロボット装置で
あり、物品の重心割出し装置は、ロボット制御装置とロ
ボット本体との間に介装する切換機構を介し、物品の重
心位置座標に基づく補正データをロボット本体に供給す
ることができる。

作用かかる第１発明の構成によるときは、カメラ装置は、
物品を任意の方向から撮影することにより、その方向か
ら見た物品の投象画像をイメージ情報として得ることが
できる。そこで、ヒストグラム計算手段は、投象画像を
所定の面積単位の画素に分解処理することにより、当該
投象画像内に含まれる画素を特定し、直交する２軸方向
について、投象画像内に含まれる画素のヒストグラムを
算出することができる。このヒストグラムは、カメラ装
置が撮影した方向から見た物品の平面形状を示すから、
重心位置算出手段は、ヒストグラムの各軸方向について
ヒストグラムの重みの中心を求めることにより、物品の
２次元的な重心位置座標を特定することができる。

一般に、このようにして求められる重心位置座標は、
投象画像内に含まれる画素のばらつきが、物品の大きさ
に拘らず、システムによってほぼ一定となることから、
投象画像内の画素数が一定以上となるようにすることに
より、極めて精度よく算出することができ、したがっ
て、カメラ装置は、安価な２次元CCDイメージセンサ等
であっても、十分に使用可能である。

第２発明の構成によるときは、搬送コンベヤは、カメ
ラ装置の視野内に物品を搬入し、移載ロボット装置は、
物品を心出しして次工程に移載するから、次工程に移載
された物品は、自動的に心出しされた状態にある。

移載ロボット装置として２定位置間の搬送用ロボット
装置を使用すれば、移載ロボット装置は、物品の重心割
出し装置からの補正データをロボット本体に供給するこ
とにより、安価な固定シーケンス形であっても、物品搬
送経路の一部を修正するように作動させることができ、
全体システムを低コストに構成することができる。

実施例以下、図面を以って実施例を説明する。

物品の重心割出し装置は、カメラ装置11と、装置本体
20と、装置本体20に付属するCRT表示器12、表示装置13
とからなる（第１図）。

カメラ装置11は、たとえば皿等の物品Ｂを１方向から
撮影することができるものとし、ビジコン形の各種テレ
ビカメラの他、２次元CCDイメージセンサを代表とする
固体イメージセンサであってもよい。カメラ装置11は、
出力信号Ｓとして、物品Ｂの２次元的な投象画像を示す
白黒のビデオ信号が得られればよい。なお、カメラ装置
11は、固体イメージセンサを使用するときは、物品Ｂの
投象画像内に含まれる画素数が所定数以上となるよう
に、画素数が十分多いものを使用するとともに、物品Ｂ
との距離を適切に設定するものとする。カメラ装置11か
らの出力信号Ｓは、装置本体20の画像信号処理回路21に
導かれている。

装置本体20は、画像信号処理回路21と、画像メモリ回
路22と、ヒストグラム計算手段23と、重心位置算出手段
24とからなっている。画像信号処理回路21の出力は、画
像メモリ回路22を経て、CRT表示器12に接続されてい
る。画像メモリ回路22の他の出力は、ヒストグラム計算
手段23、重心位置算出手段24を経て、表示装置13に接続
されている。

いま、カメラ装置11によって物品Ｂを撮影すると、そ
の出力信号Ｓとして、物品Ｂの投象画像B1を得ることが
できる（第２図）。

カメラ装置11が固体イメージセンサであるときは、カ
メラ装置11自体の撮像面を形成するホトダイオードアレ
イを画素単位として、その視野内の画面Ｐは、Ｍ×Ｎ個
の画素によって形成される。そこで、この画素の集合か
らなる画面Ｐは、各画素に対応するパルス列からなる出
力信号Ｓとして装置本体20に入力されるから、このとき
の出力信号Ｓは、画像信号処理回路21を経て、画像メモ
リ回路22にイメージ情報として記憶することができる。

また、カメラ装置11がビジコン形のテレビカメラであ
るときは、画面Ｐは、アナログ的なビデオ信号からなる
出力信号Ｓとして出力される。そこで、このときの画像
信号処理回路21は、出力信号Ｓをディジタル信号に変換
した上、同様に、画像メモリ回路22に記憶させることが
できる。ただし、このときの画像メモリ回路22の記憶ビ
ット単位は、カメラ装置11が固体イメージセンサである
ときの画面Ｐの画素数を下まわらない画素数が得られる
ように選定するものとする。

CRT表示器12は、このようにして画像メモリ回路22に
記憶された画面Ｐのイメージ情報をモニタ表示すること
ができる。なお、以下の説明において、画像メモリ回路
22に記憶されるイメージ情報は、画面Ｐの縦横方向に、
Ｍ×Ｎ個の画素から形成されているものとする。

ヒストグラム計算手段23は、画像メモリ回路22に記憶
された画面Ｐのイメージ情報を利用し、画面Ｐにおける
物品Ｂの投象画像B1内に含まれる画素について、直交す
る２軸方向のヒストグラムを計算する。

まず、画面Ｐの縦方向は、Ｍ個の画素から形成されて
いるから、画素を単位としてこれをＭ等分し、その第ｍ
行において投象画像B1内に含まれる画素数ymを集計する
ことにより、縦軸方向についてヒストグラムHmを求める
（第２図の右図）。また、画面Ｐの横方向についても、
同様にして、第ｎ行において投象画像B1内に含まれる画
素数ynを集計し、横軸方向についてヒストグラムHnを求
めることができる（第２図の下図）。ただし、同図にお
いて、原点位置は、画面Ｐの右下の隅位置にとっている
が、この位置は、他の任意の隅位置に定めてもよい。ま
た、一般に、投象画像B1に部分的に含まれる画素（同図
において斜線を付した部分）は、投象画像B1に含まれる
ものとして処理してよい。

つづいて、重心位置算出手段24は、ヒストグラムHm、
Hnを利用して、その重みの中心MG、NGを求め、物品Ｂの
重心位置座標（MG、NG）を決定することができる。すな
わち、重心位置算出手段24は、ヒストグラムHmに着目す
ると、まず、行ｍ＝１〜ＭについてΣym/2を算出し、そ
の整数部分をY1とする。次いで、Σym≦Y1が成立する最
大の行ｍを最適行Moとして求め、Y2＝Y1−Yoによって差
部分Y2を求める。ただし、Yoは、行ｍ＝１〜Moについて
求めたΣymである。すなわち、最適行Moとは、画素を単
位とするヒストグラムHmの全面積Σymを２分する行を示
し、差部分Y2とは、ヒストグラムHmの全面積の1/2と、
最適行Moまでの面積との差を示している。Y2＝０のとき
は、MG＝Moとしてよく、また、Y2≠０のときは、MG＝Mo
＋Y2/y1（ただし、y1は、第（M1＝Mo＋１）行における
ヒストグラムHmの高さ、第３図）とする。

すなわち、重心位置算出手段24は、画素を単位とする
ヒストグラムHmの全面積Σymを２分する行を最適行Moと
して求め、差部分Y2を最適行Moの次行に相当する第M1行
の画素数y1によって比例配分することにより、ヒストグ
ラムHmの重みの中心MGをMG＝Mo＋Y2/y1として定めるこ
とができる。そこで、重心位置算出手段24は、全く同様
の手順によってヒストグラムHnの重みの中心NGを求める
ことにより、物品Ｂの重心位置座標（MG、NG）を、画素
を単位とする整数以下の有効数字に算出し、高精度に特
定することができる。

重心位置算出手段24は、このようにして物品Ｂの重心
位置座標（MG、NG）を求めると、その結果を表示装置13
上に表示し、適宜利用させることができる。

以上の説明において、ヒストグラムHmが左右対称形で
あることがわかっているときは、上述の最適行Moに代え
て、ヒストグラムHmのym≠０の行群の中心に相当する行
Mmを使用してもよい。

また、投象画像B1内に含まれる総画素数Nb＝Σym＝Σ
ynは、画素を単位とする投象画像B1、ヒストグラムHm、
Hnの全面積である。そこで、これを利用して重心位置座
標（MG、NG）を求めるとき、MGのばらつきΔMG、NGのば
らつきをΔNGとすると、 ΔMG/MG≒（ΔNb/Nb）/2 ΔNG/NG≒（ΔNb/Nb）/2 が成立する。ただし、ΔNbは、画素数Nbのばらつきであ
り、物品Ｂの大きさに拘らず、システムによって固有の
一定値をとる。したがって、このシステムは、投象画像
B1内に含まれる画素数Nbを一定数以上にとり、（ΔNb/N
b）を小さくすることによって、重心位置座標（MG、N
G）の測定精度（ΔMG/MG）、（ΔNG/NG）を任意の精度
に高めることが可能である。すなわち、このシステムに
よれば、カメラ装置11の分解能がさほど良好でなくて
も、画素数Nbを十分大きくとることによって、物品Ｂの
重心位置を高精度に決定することができる。

かかる装置本体20の動作は、マイクロコンピュータに
よるソフトウェアによって簡単に実現することができる
（第４図）。

すなわち、まず、出力信号Ｓを介してカメラ装置11か
ら入力される画像データを画素ごとの単位に区分した上
（第４図のプログラムステップ（１）、以下、単に
（１）のように記す）、物品Ｂの投象画像B1内に含まれ
る画素数を直交する２軸方向に集計して、ヒストグラム
Hm、Hnを作る（２）。

ｉ＝ｍ、Ｉ＝Ｍとして（３）、まず、ヒストグラムHm
についてΣyi/2を演算し、その整数部分Y1を求め
（４）、Σyi≦Y1を満たさなくなるｉの最小値をｊとし
て求めれば（（５）ないし（７））、このときのｊは、
第３図における次行M1に相当し、ｊ−１は、最適行Moに
相当している。そこで、このｊを使用して、ヒストグラ
ムHmの重みの中心MG＝IGを求めることができる（８）。
ただし、プログラムステップ（８）におけるyjは、第ｊ
行におけるヒストグラムHmの高さを示す。

以下、ｉ＝ｎ、Ｉ＝Ｎとして同一手順を繰り返し
（（９）、（10）、（４）ないし（８））、ヒストグラ
ムHnの重みの中心NG＝IGを求めれば、物品Ｂの重心位置
座標（MG、NG）を特定し、表示装置13に出力することが
できる（11）。

ここで、第１図と第４図とを対比すれば、前者におけ
る画像信号処理回路21、画像メモリ回路22は、後者にお
けるプログラムステップ（１）に対応し、以下、前者の
ヒストグラム計算手段23は、後者のプログラムステップ
（２）に対応し、重心位置算出手段24は、プログラムス
テップ（３）ないし（11）に対応する。

かかる構成の物品の重心割出し装置は、ストックコン
ベヤ31、移載装置32、搬送コンベヤ33、移載ロボット装
置40、回転ろくろ装置34と組み合わせることにより（第
５図）、回転ろくろ装置34上の皿等の物品Ｂに対して円
形模様の絵付作業を行なうための皿等の自動心出し装置
を形成することができる。

ストックコンベヤ31は、多数段に積み重ねた物品Ｂ、
Ｂ…を移載装置32の移載位置に搬入してストックするこ
とができる。一方、移載装置32は、横行部材32aと上下
動シリンダ32bとを組み合わせることにより、ストック
コンベヤ31上の物品Ｂ、Ｂ…を１枚ずつ搬送コンベヤ33
上に移載することができる。移載装置32は、上下動シリ
ンダ32bの先端に吸盤32cを備えており、吸盤32cを介し
てストックコンベヤ31上の物品Ｂを吸引し、搬送コンベ
ヤ33上に載置することができる。

搬送コンベヤ33は、移載装置32によって移載された物
品Ｂをカメラ装置11の視野内に個別に搬入する。すなわ
ち、搬送コンベヤ33は、上方に位置するカメラ装置11の
視野内の撮影位置に物品Ｂを位置決め停止させることが
できる。

移載ロボット装置40は、ロボット本体41と、ロボット
本体41を制御するロボット制御装置42とからなり、ロボ
ット本体41は、旋回アーム41aと、旋回アーム41a上を移
動する補助アーム41bと、補助アーム41bに固着された上
下動シリンダ41cと、その先端部の吸盤41dとからなる。
移載ロボット装置40は、搬送コンベヤ33上のカメラ装置
11の軸位置に一致する定位置C1から、回転ろくろ装置34
の回転中心軸位置に一致する定位置C2に向けて、物品Ｂ
を搬送することができる（第６図）。すなわち、移載ロ
ボット装置40は、２定位置C1、C2間に物品Ｂを搬送する
汎用の搬送用ロボット装置である。

移載ロボット装置40のロボット制御装置42には、物品
Ｂの搬送経路の始点と終点となる２定位置C1、C2に関す
る定位置データDoが入力される一方（第７図）、物品の
重心割出し装置の装置本体20からは、重心位置算出手段
24からの重心位置座標（MG、NG）に関する情報が、補正
データD1として、ロボット制御手段25を介して出力され
る。なお、補正データD1は、ロボット制御装置42とロボ
ット本体41との間に介装する切換機構43を介し、ロボッ
ト本体41に入力されている。また、切換機構43は、ロボ
ット制御手段25によって切換え制御されるものとする。

ストックコンベヤ31の終端部には、センサS1が配設さ
れている（第５図）。ストックコンベヤ31は、センサS1
の出力信号を利用することにより、積み重ねられた物品
Ｂ、Ｂ…を所定の移載位置に間欠的に搬送することがで
きる。また、カメラ装置11の撮影位置、回転ろくろ装置
34上には、それぞれ、物品Ｂを検知するセンサS2、S3が
設けられている。

移載ロボット装置40は、定位置データDoにより、定位
置C1から定位置C2に向けて物品Ｂを搬送することができ
る一方、物品の重心割出し装置は、カメラ装置11によっ
て撮影された物品Ｂの重心Ｇを求めることができる（第
６図）。そこで、移載ロボット装置40は、定位置C1に代
えて、物品Ｂの重心Ｇにおいて物品Ｂを吸引し、定位置
C2において物品Ｂを解放するように、その搬送経路を修
正することにより、物品Ｂは、回転ろくろ装置34上に置
かれるとき、その重心Ｇが回転ろくろ装置34の回転中心
軸に一致するように正確に心出しすることができる。

かかる修正動作は、ロボット制御装置42により、ロボ
ット本体41が定位置C1に移動した後、装置本体20のロボ
ット制御手段25からの指令によって切換機構43を切り換
え、装置本体20からの補正データD1をロボット本体41に
送出させることによって簡単に実現することができる。
すなわち、ロボット制御手段25は、重心位置算出手段24
からの重心位置座標（MG、NG）に基づき、旋回アーム41
aの長さＬ、旋回角度θをそれぞれ微少量ΔＬ、Δθだ
け修正するように、補正データD1を定めればよい。ただ
し、微少量ΔＬ、Δθは、ロボット本体41を定位置C1か
ら物品Ｂの重心Ｇに移動させるために要する長さＬ、旋
回角度θの修正量である。

このようにして、ロボット本体41が物品Ｂの重心Ｇを
吸引すると、補正データD1に基づいてロボット本体41を
定位置C1に駆動し、次いで、切換機構43をロボット制御
装置42側に切り換えた後、定位置データDoに基づいて物
品Ｂを定位置C2に搬送すればよい。

一般に、移載ロボット装置40に対してかかる修正動作
を行なわせるとき、装置本体20からロボット制御装置42
に対して物品Ｂの搬送経路の始点と終点とに関するデー
タを物品Ｂごとに可変位置データとして送出するのが普
通であるが、その場合のロボット制御装置42は、通信機
能を備えた高級な可変シーケンス形制御装置が必要であ
る。それに対し、第７図によるロボット制御装置42は、
安価な固定シーケンス形制御装置で足りるから、全体シ
ステムコストを大幅に低減することができる上、補正デ
ータD1は、ロボット本体41の駆動信号として供給するこ
とができるので、移載ロボット装置40の動作速度を向上
させることができる。なお、この発明は、前述の可変シ
ーケンス形ロボット装置を使用してもよいものとする。

以上の説明において、移載ロボット装置40は、物品Ｂ
の搬送経路の始点をカメラ装置11の下方の定位置C1に代
えて物品Ｂの重心Ｇとし、終点を回転ろくろ装置34の回
転中心軸に一致する定位置C2としたが、これに代え、始
点は定位置C1とし、定位置C2と重心Ｇとが一致するよう
に、その終点を修正するようにしてもよい。また、ロボ
ット本体41は、３軸方向の自由度を有する限り、たとえ
ば、旋回アーム41aに代えて、直線移動アームを備える
ものであってもよい。

発明の効果以上説明したように、この出願に係る第１発明によれ
ば、カメラ装置と、ヒストグラム計算手段と、重心位置
算出手段とを設けることにより、重心位置算出手段は、
ヒストグラム計算手段からのヒストグラムに基づき、ヒ
ストグラムの全面積を２分する最適行を求め、全面積の
1/2と最適行までの面積との差部分を最適行の次行の画
素数によって比例配分することにより物品の重心位置座
標を求めるので、物品の重心位置を自動的に、しかも高
精度に割り出すことができる上、物品の投象画像内に含
まれる画素数を使用して重心位置座標を算出するので、
カメラ装置の分解能を上まわる高精度を簡単に実現する
ことができるという優れた効果がある。

第２発明によれば、第１発明に係る物品の重心割出し
装置と、搬送コンベヤ、移載ロボット装置とを組み合わ
せることにより、皿等の自動心出し装置を簡単に構築す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は実施例を示し、第１図は全体系統
説明図、第２図は動作説明図、第３図は第２図の要部説
明図、第４図はプログラムフローチャート、第５図は応
用例の全体構成斜視説明図、第６図は動作説明図、第７
図は要部系統図である。Ｂ……物品 B1……投象画像（MG、NG）……重心位置座標 C1、C2……定位置 D1……補正データ ym、yn……画素数 Y2……差部分 Mo……最適行 M1……次行 11……カメラ装置 23……ヒストグラム計算手段 24……重心位置算出手段 33……搬送コンベヤ 40……移載ロボット装置 41……ロボット本体 42……ロボット制御装置 43……切換機構

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】物品を撮影するカメラ装置と、該カメラ装
置からのイメージ情報を使用し、直交する２軸方向につ
いて物品の投象画像内に含まれる画素のヒストグラムを
計算するヒストグラム計算手段と、該ヒストグラム計算
手段によって算出されたヒストグラムから物品の重心位
置座標を算出する重心位置算出手段とを備えてなり、該
重心位置算出手段は、ヒストグラムの各軸方向につい
て、ヒストグラムの全面積の1/2の整数部分をY1、ヒス
トグラムの第ｍ行までの面積をΣymとするとき、Σym≦
Y1が成立する最大の行ｍを最適行として求め、全面積の
1/2と最適行までの面積との差部分を最適行の次行の画
素数によって比例配分することにより、物品の重心位置
座標を特定することを特徴とする物品の重心割出し装
置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の物品の重心割
出し装置と、前記カメラ装置の視野内に物品を個別に搬
入する搬送コンベヤと、前記物品の重心割出し装置から
の物品の重心位置座標に基づき、物品を心出しして前記
搬送コンベヤから次工程に移載する移載ロボット装置と
を組み合わせてなる皿等の自動心出し装置。
【請求項３】前記移載ロボット装置は、ロボット制御装
置とロボット本体とからなる２定位置間の搬送用ロボッ
ト装置であり、前記物品の重心割出し装置は、前記ロボ
ット制御装置とロボット本体との間に介装する切換機構
を介し、物品の重心位置座標に基づく補正データを前記
ロボット本体に供給することを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の皿等の自動心出し装置。