JP2568005B2 - How to set face-eye, distance and rotation angle of hand eye - Google Patents

How to set face-eye, distance and rotation angle of hand eye

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JP2568005B2
JP2568005B2 JP3143146A JP14314691A JP2568005B2 JP 2568005 B2 JP2568005 B2 JP 2568005B2 JP 3143146 A JP3143146 A JP 3143146A JP 14314691 A JP14314691 A JP 14314691A JP 2568005 B2 JP2568005 B2 JP 2568005B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ハンドアイに被撮像物
に対する光軸方向、被撮像物からの距離及び被撮像物の
回転角を教示する面直及び距離設定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface straightness and distance setting method for teaching a hand eye the optical axis direction with respect to an object to be imaged, the distance from the object to be imaged, and the rotation angle of the object to be imaged.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、各種多軸ロボットのハンドに二次
元固体撮像素子内蔵のTVカメラ(以下、ハンドアイと
もいう)を搭載し、ロボットのハンドワ−クを支援する
提案がある。このハンドアイの使用に際しては被撮像物
に対してキャリブレ−ション作業やテ−ィチング作業の
一部として、被撮像物の所定方向に対して光軸方向を合
わせる面直設定(面直出し)、被撮像物から所定距離に
ハンドアイをセットする距離設定(距離出し)を行う必
要があり、場合によっては、被撮像物の基軸と直交する
所定方向に対してカメラの光軸と直交する所定方向を合
致させる回転角設定(回転角出し)を行う必要もある。
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been proposed to mount a TV camera (hereinafter, also referred to as a hand eye) having a two-dimensional solid-state image pickup device on the hands of various multi-axis robots to support the handwork of the robot. When using this hand eye, as a part of the calibration work or the teaching work for the object to be imaged, as a part of the calibration work or the teaching work, the face-to-face setting to align the optical axis direction with the predetermined direction of the subject to be imaged (face-out), It is necessary to set the distance (set distance) to set the hand eye at a predetermined distance from the object to be imaged, and in some cases, a predetermined direction orthogonal to the optical axis of the camera with respect to the direction orthogonal to the base axis of the imaged object. It is also necessary to perform the rotation angle setting (rotation angle setting) so that

【0003】従来、これらの作業は作業者がメジャ−な
どを用いて目視により設定していた。
Conventionally, these operations have been visually set by an operator using a measurer or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
手法では、面直出し、距離出し、回転角出しの精度が悪
く、作業者の熟練度に左右される不具合があった。ま
た、精密に設定しようとすれば時間がかかり過ぎる問題
があった。ハンドアイが撮像した被撮像物の画像情報を
処理して上記した各設定作業を行うことが考えられる
が、被撮像物の撮像すべき部位すなわち注視点付近の形
状は一定ではなく、また、注視点付近の被撮像物の形状
から上記設定作業を精度よく実施することは通常では相
当困難である。
However, in the above-mentioned method, the accuracy of straightening out the surface, measuring the distance, and measuring the rotation angle is poor, and there is a problem depending on the skill of the operator. In addition, there is a problem that it takes too much time to set it precisely. It is conceivable that the above-mentioned setting work is performed by processing the image information of the object to be imaged captured by the hand eye, but the shape of the part to be imaged of the object to be imaged, that is, the shape near the gazing point is not constant, and It is usually quite difficult to perform the above setting work accurately from the shape of the object to be imaged near the viewpoint.

【0005】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、高精度かつ短時間にハンドアイの上記設定作業
を実施し得る方法を提供することを、その解決すべき課
題としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object to be solved to provide a method capable of performing the above-mentioned setting operation of the hand eye with high accuracy and in a short time.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】第1発明の設定方法は、
多軸ロボットに設けられる3次元移動可能なハンドに固
定されたカメラからなるハンドアイの光軸を被撮像物の
基軸に合致させるハンドアイの面直設定方法であって、
互いに平行な2平面と所定の基点とを有するアタッチメ
ントを準備し、前記基軸と前記基点とを合致させ、前記
基軸と前記両平面とを直交させた状態で前記被撮像物表
面の所定の係止点に前記アタッチメントを係止し、前記
基点に前記カメラの光軸すなわち画像中心を合致させる
とともに、前記カメラから出力される前記2面の位置情
報から前記光軸を設定すべき位置を求め、前記光軸が該
位置に合致するようにハンドアイを移動することを特徴
としている。
The setting method of the first invention is as follows.
A method for setting a plane of a hand eye in which an optical axis of the hand eye, which is a camera fixed to a three-dimensionally movable hand provided in a multi-axis robot, is aligned with a base axis of an object to be imaged,
An attachment having two planes parallel to each other and a predetermined base point is prepared, the base axis and the base point are aligned, and the predetermined locking of the surface of the object to be imaged is performed with the base axis and the two planes orthogonal to each other. The attachment is locked at a point, the optical axis of the camera, that is, the image center is aligned with the base point, and the position to set the optical axis is obtained from the position information of the two surfaces output from the camera, It is characterized in that the hand eye is moved so that the optical axis matches the position.

【0007】上記2面の位置情報とは、各面の輪郭線又
は各面に形成された線又は点から得られる位置情報であ
る。もし基軸と光軸とが異なっていれば、光軸と直角と
見なせる撮像画面上における両面上の点間距離又は線間
距離は変化するので、それを予め記憶する基準値と比較
すればよい。又は、第1平面上の第1点と第2平面上で
この第1点を挟んで設けられた第2、第3点を抽出し、
第1点と第2点との間の第1距離と、第1点と第3点と
の間の第2距離とが等しくなるようにカメラを移動すれ
ばよい。好適には上記操作は画面上で互いに直角な2方
向で実施される。
The position information of the two surfaces is position information obtained from the contour line of each surface or the line or point formed on each surface. If the base axis and the optical axis are different, the point distances or line distances on both surfaces on the image pickup screen, which can be regarded as being perpendicular to the optical axis, change. Therefore, it may be compared with a reference value stored in advance. Or, extracting the first point on the first plane and the second and third points provided on the second plane with the first point interposed therebetween,
The camera may be moved so that the first distance between the first point and the second point is equal to the second distance between the first point and the third point. Preferably, the above operation is performed on the screen in two directions perpendicular to each other.

【0008】その好適な一態様において、前記第1平面
上の所定部位に位置する内点と、光軸方向から見て前記
内点より外側に位置しかつ前記第2平面上の所定部位に
位置する3個以上の外点と、所定の基点とを有するアタ
ッチメントを準備し、前記カメラの画面上における前記
内点と前記外点との間の各距離の比率が予め記憶する所
定比率となる位置に前記カメラを設定してハンドアイの
面直方向を設定している。
In a preferred aspect thereof, an inner point located at a predetermined portion on the first plane and an inner point located outside the inner point as viewed in the optical axis direction and at a predetermined portion on the second plane. A position at which an attachment having three or more outer points and a predetermined base point is prepared, and the ratio of each distance between the inner point and the outer point on the screen of the camera is a predetermined ratio stored in advance. The camera is set to and the normal direction of the hand eye is set.

【0009】その好適な他の態様において、両面から同
心円が抽出される。そしてそれらの中心点位置がそれぞ
れ抽出され、両中心位置の間の中間点に光軸が合致され
る。なお、本明細書において、カメラの視覚座標系にお
いて光軸は、画面上の所定の一点を意味している。第2
発明の設定方法は、多軸ロボットに設けられる3次元移
動可能なハンドに固定されたカメラからなるハンドアイ
の光軸を被撮像物の基軸に合致させた状態で前記ハンド
アイを前記被撮像物から所定距離離れた位置に設定する
ハンドアイの距離設定方法であって、所定の平面上に所
定間隔離れて設けられた2測定点と、所定の基点とが設
けられたアタッチメントを準備し、前記基軸と前記基点
とを合致させ、前記基軸と前記平面とを直交させた状態
で前記被撮像物表面の所定の係止点に前記アタッチメン
トを係止し、前記基軸に前記カメラの光軸を合致させる
とともに、前記カメラの画面上における前記2点間の画
素距離が予め記憶する所定の基準画素距離となる位置に
前記カメラを設定することを特徴としている。
In another preferred form thereof, concentric circles are extracted from both sides. Then, the respective center point positions are extracted, and the optical axis is aligned with the intermediate point between the two center positions. In the present specification, the optical axis in the visual coordinate system of the camera means a predetermined point on the screen. Second
According to the setting method of the invention, the hand eye is set in a state in which an optical axis of a hand eye formed of a camera fixed to a three-dimensionally movable hand provided in a multi-axis robot is aligned with a base axis of the object to be imaged. A method for setting a distance of a hand eye set to a position separated by a predetermined distance from, wherein an attachment provided with two measurement points provided on a predetermined plane at a predetermined distance and a predetermined base point is prepared, The attachment is locked at a predetermined locking point on the surface of the object to be imaged with the base axis and the base point aligned and the base axis and the plane orthogonal to each other, and the optical axis of the camera is aligned with the base axis. In addition, the camera is set at a position where the pixel distance between the two points on the screen of the camera becomes a predetermined reference pixel distance stored in advance.

【0010】第3発明の設定方法は、多軸ロボットに設
けられる3次元移動可能なハンドに固定されたカメラか
らなるハンドアイの光軸に対し直交する所定の視覚直交
方向と、被撮像物の基軸に対し直交する所定の被撮像物
直交方向とを合致させるハンドアイの回転角設定方法で
あって、所定の平面上に設けられ所定方向に延びる直線
と、所定の基点とが設けられたアタッチメントを準備
し、前記基軸と前記基点とを合致させ、前記基軸と前記
平面とを直交させた状態で前記被撮像物表面の所定の係
止点に前記アタッチメントを係止し、前記基軸に前記カ
メラの光軸を合致させるとともに、前記カメラの移動に
よって前記直線方向をカメラの視覚座標系上の所定方向
に合致させることを特徴としている。
In the setting method of the third invention, a predetermined visual orthogonal direction orthogonal to the optical axis of a hand eye, which is a camera fixed to a three-dimensionally movable hand provided in a multi-axis robot, and an object to be imaged. A method for setting a rotation angle of a hand eye that matches a predetermined orthogonal direction to an object to be imaged that is orthogonal to a base axis, the attachment including a straight line provided on a predetermined plane and extending in a predetermined direction, and a predetermined base point. And aligning the base axis with the base point, and locking the attachment at a predetermined locking point on the surface of the object to be imaged with the base axis and the plane orthogonal to each other, and the camera on the base axis. And the optical axis is matched, and the linear direction is matched with a predetermined direction on the visual coordinate system of the camera by the movement of the camera.

【0011】[0011]

【発明の効果】上記した第1発明の面直設定方法では、
互いに平行な少なくとも2面が被撮像物の基軸と直交す
るようにアタッチメントを被撮像物の所定の係止点に係
止し、そしてこのアタッチメントの前記2面から得られ
る画像情報により面直方向を決定、すなわち光軸を被撮
像物の基軸に合致させている。
According to the surface straightness setting method of the first invention described above,
The attachment is locked at a predetermined locking point of the object to be imaged so that at least two surfaces parallel to each other are orthogonal to the base axis of the object to be imaged, and the perpendicular direction is determined by the image information obtained from the two surfaces of the attachment. The determination, that is, the optical axis is matched with the base axis of the object to be imaged.

【0012】このようにすれば、高い精度で面直出し作
業、すなわち、光軸を被撮像物の基軸に合致させる作業
を行うことができ、更に、作業の自動化が簡単であるの
で作業時間の短縮も可能となる。上記した第2発明の設
定方法では、一面が被撮像物の基軸と直交するようにア
タッチメントを被撮像物の所定の係止点に係止し、この
一面上の距離既知の2測定点を撮像し、この2点間の画
素距離が予め記憶する所定の基準画素距離となる位置に
前記ハンドアイを移動している。
By doing so, it is possible to perform the work for straightening the surface with high accuracy, that is, the work for aligning the optical axis with the base axis of the object to be imaged. Further, since the work can be automated easily, the work time can be reduced. It can also be shortened. In the setting method of the second invention described above, the attachment is locked at a predetermined locking point of the object to be imaged such that the one surface is orthogonal to the base axis of the object to be imaged, and two measurement points with known distances on the one surface are imaged. However, the hand eye is moved to a position where the pixel distance between these two points becomes a predetermined reference pixel distance stored in advance.

【0013】このようにすれば、高い精度で距離出し、
すなわち、ハンドアイを被撮像物から光軸方向への所定
位置にセットすることができる。更に、作業の自動化が
簡単であるので作業時間の短縮も可能となる。上記した
第3発明の設定方法では、一面が被撮像物の基軸と直交
するようにアタッチメントを被撮像物の所定の係止点に
係止し、この一面上の方向既知の直線を撮像し、この直
線方向がカメラの画面上の所定の方向となるようにハン
ドアイを移動している。
With this configuration, the distance can be set with high accuracy,
That is, the hand eye can be set at a predetermined position in the optical axis direction from the object to be imaged. Further, since the work can be easily automated, the work time can be shortened. In the setting method of the third invention described above, the attachment is locked at a predetermined locking point of the object to be imaged so that the one surface is orthogonal to the base axis of the object to be imaged, and a straight line of a known direction on the one surface is imaged. The hand eye is moved so that this linear direction is a predetermined direction on the screen of the camera.

【0014】このようにすれば、高い精度で回転角出
し、すなわち、被撮像物の基軸と直交する所定軸に対し
ハンドアイの画面上の所定軸を合致させることができ、
更に、作業の自動化が簡単であるので作業時間の短縮も
可能となる。
With this configuration, the rotation angle can be set with high accuracy, that is, the predetermined axis on the screen of the hand eye can be aligned with the predetermined axis orthogonal to the base axis of the object to be imaged.
Further, since the work can be easily automated, the work time can be shortened.

【0015】[0015]

【実施例】本発明の一実施例を使用する工作機械装置を
図1に示す。この装置は、制御用のロボットコントロ−
ラ(以下単にコントロ−ラという)10を備え、ハンド
11を3次元移動可能な多軸ロボット1と、多軸ロボッ
ト1のハンド2に装着されたハンドアイ3とからなり、
ハンドアイ3には光軸30を有するレンズ系(図示せ
ず)と、このレンズ系と直交配置されて撮像する二次元
固体撮像素子(図示せず)が格納されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A machine tool device using an embodiment of the present invention is shown in FIG. This device is a robot controller for control.
A multi-axis robot 1 having a la (hereinafter simply referred to as controller) 10 and capable of moving a hand 11 three-dimensionally, and a hand eye 3 attached to a hand 2 of the multi-axis robot 1.
The hand eye 3 stores a lens system (not shown) having an optical axis 30 and a two-dimensional solid-state image pickup device (not shown) which is arranged orthogonal to the lens system to pick up an image.

【0016】ハンド11の旋回範囲直下の所定位置に被
撮像物であるキャリブレ−ションプレ−ト4が配置され
ている。このキャリブレ−ションプレ−ト4は係止点で
ある孔40を有する厚肉の金属板であって、キャリブレ
−ション、すなわち、ハンドアイ3の視覚座標系と、ロ
ボットコントロ−ラの座標系との整合(補正)を行う作
業に使用される。ハンドアイ3はキャリブレ−ションプ
レ−ト4の直上に略所定距離だけ隔てて配置されてい
る。
A calibration plate 4, which is an object to be imaged, is arranged at a predetermined position just below the turning range of the hand 11. The calibration plate 4 is a thick metal plate having a hole 40 as a locking point, and is a calibration, that is, a visual coordinate system of the hand eye 3 and a coordinate system of the robot controller. Used for matching (correction) work. The hand eyes 3 are arranged directly above the calibration plate 4 with a predetermined distance therebetween.

【0017】なお、この実施例の各設定作業は、上記キ
ャリブレ−ション(座標系整合)作業の前段階工程であ
るが、キャリブレ−ション以外の用途、例えばティ−チ
ング、すなわち、ロボット座標系にこのロボットの被作
業物の作業座標点を教示する場合などにも応用できるも
のである。以下、各設定作業を順に説明する。 (面直出し)まず、面直出しについて図2に基づいて説
明する。
Although each setting work in this embodiment is a pre-stage process of the above-mentioned calibration (coordinate system matching) work, it is used for applications other than calibration, such as teaching, that is, robot coordinate system. It can also be applied to the case of teaching the work coordinate points of the work object of the robot. Hereinafter, each setting operation will be described in order. (Direct Surface Out) First, the direct surface out will be described with reference to FIG.

【0018】図2において、キャリブレ−ションプレ−
ト4は平坦床面上の所定位置に配設されており、キャリ
ブレ−ションプレ−ト4に面直アタッチメント5が配設
されている。この面直アタッチメント5は、平坦な下面
53を有しキャリブレ−ションプレ−ト4の平坦な上面
に載置される円盤部55と、この円盤部55の中央から
下方に突設されキャリブレ−ションプレ−ト4の孔40
に密着嵌入される下軸部54と、この円盤部55の中央
から上方に突設される上軸部56とを備えている。上軸
部56及び下軸部54は円盤部55と同軸となってお
り、したがって、このアタッチメント軸心は、孔40の
軸心である基軸Aに合致している。そして、円盤部55
の上面52と上軸部56の上面51が第1発明でいう2
面を構成している。
In FIG. 2, the calibration plate is shown.
The plate 4 is arranged at a predetermined position on the flat floor surface, and the plane attachment 5 is arranged on the calibration plate 4. The surface attachment 5 has a flat lower surface 53 and is mounted on the flat upper surface of the calibration plate 4, and a calibration plate that projects downward from the center of the disk portion 55. Hole 40
And a lower shaft portion 54 that is fitted in close contact with the upper disc portion 55 and an upper shaft portion 56 that projects upward from the center of the disc portion 55. The upper shaft portion 56 and the lower shaft portion 54 are coaxial with the disk portion 55, and therefore, the attachment axis center is aligned with the base axis A which is the axis center of the hole 40. And the disc portion 55
The upper surface 52 of the upper shaft portion 56 and the upper surface 52 of the upper shaft portion 56 are 2 in the first invention.
Make up the surface.

【0019】上軸部56及び円盤部55の輪郭は上方か
ら撮像した場合、円C1、C2となり、円C1の直径は
d1、円C2の直径はd2に設計されている(図3参
照)。この面直出しをロボットコントロ−ラ10を用い
て全自動で実施する手順を図4のフロ−チャ−トを参照
して、以下説明する。まず、ハンド11を制御して、ハ
ンドアイ3をキャリブレ−ションプレ−ト4の略直上位
置に移動させ、かつ光軸30を基軸Aに略合致させ、ア
タッチメント5とハンドアイ3との距離Lを基準距離L
oに略一致させる(100)。なおこの実施例では、光
軸30は画面の中央画素の位置にあるとしている。
The contours of the upper shaft portion 56 and the disk portion 55 are circles C1 and C2 when imaged from above, and the diameter of the circle C1 is designed to be d1 and the diameter of the circle C2 is designed to be d2 (see FIG. 3). A procedure for fully automatically performing this surface straightening using the robot controller 10 will be described below with reference to the flowchart of FIG. First, the hand 11 is controlled to move the hand eye 3 to a position substantially directly above the calibration plate 4, and the optical axis 30 is substantially aligned with the base axis A, so that the distance L between the attachment 5 and the hand eye 3 is adjusted. Reference distance L
It is made to approximately match o (100). In this embodiment, the optical axis 30 is located at the center pixel of the screen.

【0020】次に、アタッチメント5を撮像して画像信
号を取り込み(101)、得られた画像信号から円C
1、C2を抽出し、それを真円に正規化処理して正規化
円C1’、C2’を求め、正規化円C1’、C2’の中
心座標点(視覚座標系における)P1(x1,y1)、
P2(x2,y2)を求める(102)。なお、これら
の画像処理はロボットコントロ−ラ10に内蔵された画
像処理プロセッサ(図示せず)で行う。
Next, the attachment 5 is imaged to capture an image signal (101), and a circle C is obtained from the obtained image signal.
1, C2 are extracted, they are normalized into a perfect circle to obtain normalized circles C1 ′ and C2 ′, and the center coordinate points (in the visual coordinate system) P1 (x1, of the normalized circles C1 ′ and C2 ′ are obtained. y1),
P2 (x2, y2) is calculated (102). It should be noted that these image processes are performed by an image processor (not shown) built in the robot controller 10.

【0021】次に、内円である正規化円C1’の中心点
P1が画面(図5参照)の中央位置(光軸30)にくる
ように、ハンド11を移動させる(104)。次に、両
中心座標点P1(x1,y1)、P2(x2,y2)を
結ぶ画面上の直線Lx(図5参照)を求め、ハンドアイ
3をこの直線Lxと光軸30とを含む面内で、直線Lx
の長さが減る方向に揺動させる(106)。なお、この
時、ハンドアイ3の揺動角度は直線Lxの大きさに対応
する量(正確には三角関数関係にある量)とする。
Next, the hand 11 is moved so that the center point P1 of the normalized circle C1 'which is the inner circle is located at the center position (optical axis 30) of the screen (see FIG. 5) (104). Next, a straight line Lx (see FIG. 5) connecting the center coordinate points P1 (x1, y1) and P2 (x2, y2) is obtained, and the hand eye 3 is moved to a plane including this straight line Lx and the optical axis 30. Within the straight line Lx
(106). At this time, the swing angle of the hand eye 3 is set to an amount corresponding to the size of the straight line Lx (correctly, an amount having a trigonometric function relationship).

【0022】次に、中心点P1が画面(図5参照)の中
央位置(光軸30)にくるように、ハンド11を再度、
移動させる(108)。次に、直線Lxの長さが、微小
な長さΔLより小さいかどうかを調べ、小さければ面直
出しが行われたとしてル−チンを終了し、そうでなけれ
ばステップ106に戻ってル−チンを繰り返す。
Next, the hand 11 is again moved so that the center point P1 comes to the center position (optical axis 30) of the screen (see FIG. 5).
It is moved (108). Next, it is checked whether or not the length of the straight line Lx is smaller than the minute length ΔL. If it is smaller, it is determined that the surface straightening has been performed, and the routine is terminated. Repeat Chin.

【0023】このようにすれば、面直出しに好適なアタ
ッチメント5を用いているので、面直出しを自動的に高
精度に実行することができる。またこの実施例では、キ
ャリブレ−ションプレ−ト4の孔40の中心線からなる
基軸Aと光軸30とを合致させること、すなわち、孔4
0の中心に光軸30をセットすることもできる。上記し
た実施例は面直アタッチメント5を用いた面直出しを説
明しているが、この面直アタッチメント5の形状自体に
も大きな特徴がある。すなわち、このアタッチメント5
は互いに平行で軸に直交する2面を有し、この2面から
同心円が抽出可能となっている。したがって、両円の中
心点間を結ぶ直線の方向及び長さにより簡単に面直出し
を行うことができる。
With this configuration, since the attachment 5 suitable for the surface straightening is used, the surface straightening can be automatically and highly accurately executed. Further, in this embodiment, the optical axis 30 is aligned with the optical axis 30 which is the center line of the hole 40 of the calibration plate 4, that is, the hole 4
The optical axis 30 can be set at the center of 0. Although the above-described embodiment describes the straight surface attachment using the straight surface attachment 5, the shape itself of the straight surface attachment 5 also has a great feature. That is, this attachment 5
Has two surfaces parallel to each other and orthogonal to the axis, and concentric circles can be extracted from these two surfaces. Therefore, the surface straightening can be easily performed by the direction and length of the straight line connecting the center points of both circles.

【0024】なお、キャリブレーションプレート4への
アタッチメント5の係止はこのような嵌合構造だけでな
く、他の方法を採用することができる。例えば、キャリ
ブレーションプレート4が磁性体の場合、アタッチメン
トを磁石としてもよい。図6に面直アタッチメント5a
の他の態様を示す。このアタッチメント5aでは、上軸
部56aが切頭円錐形状を有している。この場合には、
照明光を光軸30と平行な方向に照射することが好まし
い。このようにすれば斜面58aで照明光は全反射して
上面51a、52aと斜面58aを区別することができ
る。もちろん、斜面58a又は上面51a、52aのど
ちらかを着色してもよい。この場合も上軸部56aの上
面51aと円盤部55aの上面52aが第一発明でいう
2面となる。 (距離出し)次に、距離出しについて図8に基づいて説
明する。
The attachment plate 5 can be locked to the calibration plate 4 not only by such a fitting structure but also by another method. For example, when the calibration plate 4 is a magnetic body, the attachment may be a magnet. Fig. 6 Surface attachment 5a
FIG. In this attachment 5a, the upper shaft portion 56a has a truncated cone shape. In this case,
It is preferable to illuminate the illumination light in a direction parallel to the optical axis 30. In this way, the illumination light is totally reflected by the slope 58a, and the upper surfaces 51a and 52a and the slope 58a can be distinguished from each other. Of course, either the slope 58a or the upper surfaces 51a and 52a may be colored. Also in this case, the upper surface 51a of the upper shaft portion 56a and the upper surface 52a of the disk portion 55a are two surfaces in the first invention. (Distance Out) Next, distance out will be described with reference to FIG.

【0025】上記した面直出し及び光軸合わせを行った
後、図8に示すように、キャリブレ−ションプレ−ト4
に距離アタッチメント6を載置する。この距離アタッチ
メント6は、平坦な下面63を有しキャリブレ−ション
プレ−ト4の平坦な上面に載置される円盤部65と、こ
の円盤部65の中央から下方に突設されキャリブレ−シ
ョンプレ−ト4の孔40に密着嵌入される下軸64とを
有し、この円盤部65の中央には末広がり状の円形をな
す有底孔66が穿設されている。 ここで、有底孔6
6、下軸64、円盤部65は同軸となっており、したが
って、このアタッチメント6の軸心は、孔40の軸心、
すなわち、基軸Aに合致している。有底孔66の輪郭は
上方から撮像した場合、円C3となり、円C3の直径は
doに設計されている(図9参照)。第2発明でいう2
測定点はこの円C3上の互いに最も離れた2点となる。
After the above-mentioned surface straightening and optical axis alignment, as shown in FIG. 8, a calibration plate 4 is formed.
Place the distance attachment 6 on. The distance attachment 6 has a flat lower surface 63 and is placed on the flat upper surface of the calibration plate 4, and a disc portion 65 is provided so as to project downward from the center of the disc portion 65. 4 has a lower shaft 64 fitted tightly into the hole 40, and a circular bottomed hole 66 is formed in the center of the disk portion 65. Here, the bottomed hole 6
6, the lower shaft 64, and the disk portion 65 are coaxial with each other. Therefore, the axis of the attachment 6 is the axis of the hole 40,
That is, it matches the base axis A. The contour of the bottomed hole 66 becomes a circle C3 when the image is taken from above, and the diameter of the circle C3 is designed to be do (see FIG. 9). 2 in the second invention
The measurement points are the two points that are farthest from each other on this circle C3.

【0026】この距離出しをロボットコントロ−ラ10
を用いて全自動で実施する手順を図10のフロ−チャ−
トを参照して、以下説明する。まず撮像を行って画像信
号を取り込み(200)、取り込んだ画像信号を画像処
理プロセッサで処理して有底孔66の輪郭である円C3
の平均直径dを算出する(202)。次に、この平均直
径dと予め記憶する真の直径doとの差(d−do)の
絶対値が微小値Δdより小さいかどうかを調べ(20
4)、小さければル−チンを終了し(204)、そうで
なければ、dがdoより小さいかどうかを調べ(20
6)、小さければハンドアイ3を所定距離接近させ(2
10)、そうでなければハンドアイ3を所定距離離隔さ
せ(210)、204にリタ−ンする。
This distance measurement is performed by the robot controller 10
The procedure shown in the flowchart of FIG.
With reference to FIG. First, an image is captured and an image signal is captured (200), and the captured image signal is processed by an image processor to form a circle C3 which is the contour of the bottomed hole 66.
The average diameter d of is calculated (202). Next, it is checked whether the absolute value of the difference (d-do) between the average diameter d and the true diameter do stored in advance is smaller than the minute value Δd (20
4) If it is smaller, the routine is terminated (204), and if not, it is checked whether d is smaller than do (20).
6) If it is smaller, bring the hand eye 3 closer by a predetermined distance (2
10) If not, the hand eye 3 is separated by a predetermined distance (210) and returned to 204.

【0027】ただし、コントロ−ラ10に記憶されてい
る上記真の直径doは、ハンドアイ3を基準距離Loに
位置させた場合に画面上に得られる距離すなわち画素距
離で記憶されており、平均直径dも画素距離で表示され
る。以上説明したようにこの実施例では、アタッチメン
ト6上に形成され既知の長さを有する明瞭な直線(ここ
では直径)の画素距離の大小によりハンドアイ3のアタ
ッチメント6からの遠近を検出しているので、高精度か
つ高速に距離出しを行うことができる。 (回転角出し)次に、回転角出しについて図11、図1
2に基づいて説明する。
However, the true diameter do stored in the controller 10 is stored as a distance obtained on the screen when the hand eye 3 is positioned at the reference distance Lo, that is, a pixel distance, and the average. The diameter d is also displayed in pixel distance. As described above, in this embodiment, the distance from the attachment 6 of the hand eye 3 is detected by the size of the pixel distance of a straight line (diameter in this case) formed on the attachment 6 and having a known length. Therefore, it is possible to perform distance measurement with high accuracy and high speed. (Rotation angle adjustment) Next, regarding rotation angle adjustment, FIG. 11 and FIG.
It will be described based on 2.

【0028】なおここでいう回転角出しとは、被撮像物
の所定方向に対する画面すなわち視覚座標系の基準軸の
方向を合致させることを言う。この実施例では、被撮像
物は車体用の成形鋼板部材7とし、それに設けられた孔
70には回転角出しアタッチメント8の下軸部81が嵌
入されている。なお、この回転角出しを行う前に上記説
明した面直出し及び距離出しの手法を用いてこの孔70
に対してハンドアイ3の面直出し及び距離出しは終了し
ているものとする。
The term "rotation angle adjustment" means that the direction of the reference axis of the screen, that is, the visual coordinate system, coincides with the predetermined direction of the object to be imaged. In this embodiment, the object to be imaged is a molded steel plate member 7 for a vehicle body, and a lower shaft portion 81 of a rotation angle setting attachment 8 is fitted into a hole 70 provided therein. Before performing this rotation angle adjustment, the hole 70 is formed by using the above-described surface straightening and distance measuring methods.
On the other hand, it is assumed that the hand eye 3 has finished the surface straightening and the distance finding.

【0029】回転角出しアタッチメント8は図12に示
すように、裏面中央から下軸部81が突設された長方形
のアルミ板であり、その研磨された表面には円形の凹部
82から84が非貫通に穿設されており、これら凹部8
2から84の底面及び内側面は黒色塗装されている。こ
こで、凹部82の中心点は孔70の中心軸すなわち本発
明で言う基軸A上に位置しており、凹部83と凹部84
とは凹部82を挟んで反対側に等距離離れて穿設されて
いる。そして、各凹部の中心点は直線m上に位置してい
る。なお、凹部82は基軸Aと光軸30とを合致させる
ためのものである。また、アタッチメント8は直線mが
水平となるように配設されている。
As shown in FIG. 12, the rotation angle setting attachment 8 is a rectangular aluminum plate having a lower shaft portion 81 protruding from the center of the back surface thereof, and the polished surface thereof has no circular recesses 82 to 84. These recesses 8 are formed in the through holes.
The bottom surface and inner side surfaces of 2 to 84 are painted black. Here, the center point of the recess 82 is located on the center axis of the hole 70, that is, the base axis A in the present invention, and the recesses 83 and 84 are located.
Are formed on the opposite side of the concave portion 82 at equal distances. The center point of each recess is located on the straight line m. The concave portion 82 is for aligning the base axis A and the optical axis 30. The attachment 8 is arranged so that the straight line m is horizontal.

【0030】この回転角出しをロボットコントロ−ラ1
0を用いて全自動で実施する手順を図13のフロ−チャ
−トを参照して、以下説明する。まず撮像を行って画像
信号を取り込み(300)ハンドアイ3の光軸30を基
軸Aに一致させた後、取り込んだ画像信号を画像処理プ
ロセッサで処理して凹部83、84の輪郭である円C
4、C5の中心座標点を算出する(302)。次に、画
面上で両中心座標点を結ぶ直線mを求め(304)、求
めた直線mと画面の水平走査方向(視覚座標系における
x軸方向)との角度を求める(306)。
This rotation angle is determined by the robot controller 1
The procedure for fully automatic operation using 0 will be described below with reference to the flowchart of FIG. First, image pickup is performed to capture an image signal (300), and the optical axis 30 of the hand eye 3 is aligned with the base axis A, and then the captured image signal is processed by an image processor to form a circle C which is a contour of the recesses 83 and 84.
The center coordinate points of 4 and C5 are calculated (302). Next, a straight line m connecting both center coordinate points on the screen is obtained (304), and an angle between the obtained straight line m and the horizontal scanning direction of the screen (x-axis direction in the visual coordinate system) is obtained (306).

【0031】次に、この角度Θが微小値ΔΘより小さけ
ればハンドアイ3の光軸周りの姿勢はよいとしてル−チ
ンを終了し、そうでなければ、角度Θの大きさに応じた
角度だけハンドアイ3を回転させ、ステップ302にリ
タ−ンする。このようにすれば、アタッチメント6上に
形成され既知の長さを有する明瞭な直線mと画面上の所
定方向との角度により高精度かつ高速に回転角出しを行
うことができる。
Next, if the angle Θ is smaller than the minute value ΔΘ, the hand eye 3 is considered to be in a good posture about the optical axis, and the routine is ended. If not, only the angle corresponding to the magnitude of the angle Θ. Rotate the hand eye 3 and return to step 302. In this way, the rotation angle can be accurately and rapidly determined by the angle between the clear line m formed on the attachment 6 and having a known length and the predetermined direction on the screen.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の設定方法を用いた多軸ロボット
系の概略図、
FIG. 1 is a schematic view of a multi-axis robot system using the setting method of the present invention,

【図2】面直アタッチメントを装着した状態を示す断面
図、
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a vertical attachment is attached,

【図3】図2の面直アタッチメントの平面図、3 is a plan view of the plane attachment of FIG. 2,

【図4】面直出しル−チンを示すフロ−チャ−ト、FIG. 4 is a flow chart showing a surface directing routine,

【図5】画面を表す説明図、FIG. 5 is an explanatory diagram showing a screen,

【図6】他の面直アタッチメントを装着した状態を示す
断面図、
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which another surface upright attachment is attached,

【図7】図6の面直アタッチメントの平面図、7 is a plan view of the surface attachment of FIG. 6,

【図8】距離アタッチメントを装着した状態を示す断面
図、
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a distance attachment is attached,

【図9】図9の距離アタッチメントの平面図、9 is a plan view of the distance attachment of FIG. 9,

【図10】距離出しル−チンを示すフロ−チャ−ト、FIG. 10 is a flow chart showing a distance setting routine.

【図11】回転角出しアタチメントを装着した状態を示
す断面図、
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a rotation angle setting attachment is attached,

【図12】図11の距離アタッチメントの平面図、12 is a plan view of the distance attachment of FIG. 11,

【図13】回転角出しル−チンを示すフロ−チャ−ト、FIG. 13 is a flowchart showing a rotation angle setting routine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3はハンドアイ、4はキャリブレ−ションプレ−ト4、
5はハンドアイ、30は光軸、51と52とは2平面
3 is a hand eye, 4 is a calibration plate 4,
5 is a hand eye, 30 is an optical axis, and 51 and 52 are two planes.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 克己 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田 工機株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−83183(JP,A) 特開 平2−99802(JP,A) 特開 昭61−270094(JP,A) 特開 平1−116401(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsumi Yamamoto 1-1-1, Asahi-cho, Kariya city, Aichi Toyota Koki Co., Ltd. (56) References JP-A-2-83183 (JP, A) JP-A-2 -99802 (JP, A) JP 61-270094 (JP, A) JP 1-116401 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】多軸ロボットに設けられる3次元移動可能
なハンドに固定されたカメラからなるハンドアイの光軸
を被撮像物の基軸に合致させるハンドアイの面直設定方
法であって、互いに平行な2平面と所定の基点とを有す
るアタッチメントを準備し、前記基軸と前記基点とを合
致させ、前記基軸と前記両平面とを直交させた状態で前
記被撮像物表面の所定の係止点に前記アタッチメントを
係止し、前記基点に前記カメラの光軸すなわち画像中心
を合致させるとともに、前記カメラから出力される前記
2面の位置情報から前記光軸を設定すべき位置を求め、
前記光軸が該位置に合致するようにハンドアイを移動す
ることを特徴とするハンドアイの面直設定方法。
1. A face-eye straightening method for aligning an optical axis of a hand-eye comprising a camera fixed to a three-dimensionally movable hand provided in a multi-axis robot with a base axis of an object to be imaged. An attachment having two parallel planes and a predetermined base point is prepared, the base axis is aligned with the base point, and the base axis and the two planes are orthogonal to each other, the predetermined locking point on the surface of the object to be imaged. The attachment is locked to, the optical axis of the camera, that is, the image center is aligned with the base point, and the position to set the optical axis is obtained from the positional information of the two surfaces output from the camera,
A method for setting a face-orientation of a hand eye, wherein the hand eye is moved so that the optical axis matches the position.
【請求項2】多軸ロボットに設けられる3次元移動可能
なハンドに固定されたカメラからなるハンドアイの光軸
を被撮像物の基軸に合致させた状態で前記ハンドアイを
前記被撮像物から所定距離離れた位置に設定するハンド
アイの距離設定方法であって、所定の平面上に互いに所
定間隔離れて設けられた2測定点と、所定の基点とが設
けられたアタッチメントを準備し、前記基軸と前記基点
とを合致させ、前記基軸と前記平面とを直交させた状態
で前記被撮像物表面の所定の係止点に前記アタッチメン
トを係止し、前記基軸に前記カメラの光軸を合致させる
とともに、前記カメラの画面上における前記2点間の画
素距離が予め記憶する所定の基準画素距離となる位置に
前記カメラを設定することを特徴とするハンドアイの距
離設定方法。
2. The hand eye from the object to be imaged in a state where the optical axis of the hand eye consisting of a camera fixed to a three-dimensionally movable hand provided in a multi-axis robot is aligned with the base axis of the object to be imaged. A method for setting a distance of a hand eye set to a position separated by a predetermined distance, wherein an attachment provided with two measurement points provided on a predetermined plane at a predetermined distance from each other and a predetermined base point is prepared. The attachment is locked at a predetermined locking point on the surface of the object to be imaged with the base axis and the base point aligned and the base axis and the plane orthogonal to each other, and the optical axis of the camera is aligned with the base axis. In addition to the above, the hand eye distance setting method is characterized in that the camera is set at a position where the pixel distance between the two points on the screen of the camera becomes a predetermined reference pixel distance stored in advance.
【請求項3】多軸ロボットに設けられる3次元移動可能
なハンドに固定されたカメラからなるハンドアイの光軸
に対し直交する所定の視覚直交方向と、被撮像物の基軸
に対し直交する所定の被撮像物直交方向とを合致させる
ハンドアイの回転角設定方法であって、所定の平面上に
設けられ所定方向に延びる直線と、所定の基点とが設け
られたアタッチメントを準備し、前記基軸と前記基点と
を合致させ、前記基軸と前記平面とを直交させた状態で
前記被撮像物表面の所定の係止点に前記アタッチメント
を係止し、前記基軸に前記カメラの光軸を合致させると
ともに、前記カメラの移動によって前記直線方向をカメ
ラの視覚座標系上の所定方向に合致させることを特徴と
するハンドアイの回転角設定方法。
3. A predetermined visual orthogonal direction orthogonal to an optical axis of a hand eye formed of a camera fixed to a three-dimensionally movable hand provided in a multi-axis robot and a predetermined orthogonal direction to a base axis of an object to be imaged. A method for setting a rotation angle of a hand eye that matches a direction orthogonal to an object to be imaged, wherein an attachment provided with a straight line provided on a predetermined plane and extending in a predetermined direction, and a predetermined base point is prepared. And the base point are matched, and the attachment is locked at a predetermined locking point on the surface of the object to be imaged with the base axis and the plane orthogonal to each other, and the optical axis of the camera is matched with the base axis. At the same time, the rotation angle setting method for a hand eye is characterized in that the straight line direction is matched with a predetermined direction on a visual coordinate system of the camera by moving the camera.
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