JP2767340B2 - 物体の３次元位置・姿勢計測方式 - Google Patents
物体の３次元位置・姿勢計測方式Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
-
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、産業用ロボットが取
り扱う作業対象物の位置・姿勢を測定する計測方式に関
する。特に３次元位置・姿勢の計測方式に関する。
り扱う作業対象物の位置・姿勢を測定する計測方式に関
する。特に３次元位置・姿勢の計測方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業用ロボットによる作業対象物がロボ
ットに対して常に一定した位置・姿勢で供給されない場
合は、一般に視覚センサを用いて対象物の位置・姿勢を
計測し、位置・姿勢の補正データを得るようにしてい
る。特に、３次元的に対象物の位置・姿勢が特定できな
い場合には、３次元視覚センサが用いられる。３次元の
視覚センサは大きく分けて、受動型のステレオビジョン
と言われる視覚センサと、能動型の視覚センサに分けら
れる。能動型はさらに分けて光レーダ型と言われるもの
と、三角測量法に基づく投光法によるものに分けられ
る。
ットに対して常に一定した位置・姿勢で供給されない場
合は、一般に視覚センサを用いて対象物の位置・姿勢を
計測し、位置・姿勢の補正データを得るようにしてい
る。特に、３次元的に対象物の位置・姿勢が特定できな
い場合には、３次元視覚センサが用いられる。３次元の
視覚センサは大きく分けて、受動型のステレオビジョン
と言われる視覚センサと、能動型の視覚センサに分けら
れる。能動型はさらに分けて光レーダ型と言われるもの
と、三角測量法に基づく投光法によるものに分けられ
る。
【０００３】受動型のステレオビジョンはＣＣＤカメラ
を２台用いて、左右のカメラにより得た画像間の対応点
を用いて三角測量の原理により奥行きの方向の距離を得
ることができる。しかし、多少でも複雑な画像になった
り、一方の画像では見えていて、他方の画像では見えな
いという部分が多くなると、この左右の画像間の対応検
索が難しくなるという欠点がある。また、受動型である
から照明状態の善し悪しによって大きな影響を受けると
いう欠点がある。
を２台用いて、左右のカメラにより得た画像間の対応点
を用いて三角測量の原理により奥行きの方向の距離を得
ることができる。しかし、多少でも複雑な画像になった
り、一方の画像では見えていて、他方の画像では見えな
いという部分が多くなると、この左右の画像間の対応検
索が難しくなるという欠点がある。また、受動型である
から照明状態の善し悪しによって大きな影響を受けると
いう欠点がある。
【０００４】能動型の光レーダ法はレーザのスポット光
をレーダのように用いるもので、レーザビームに振幅変
調をかけて、投射光と反射光との位相差から奥行き方向
の距離を求めるというものである。このレーザビームを
２枚の可動ミラーを用いて２次元的に走査することによ
って距離画像を得ることができる。なお、距離画像と
は、画像を構成する各画素の値が対象物までの奥行きを
示すような画像である。ただし、現在までに開発されて
いるものは野外用のものが多く、計測限界が２０ｍ以上
と大きく、奥行きの測定制度は計測限界の１／２００程
度と荒いものである。したがって、ファクトリーオート
メーション用としては使用できない。また、一部には計
測限界が短く、奥行き分解能が高いものが研究されてい
るが、高価であり、また実用の域には達していない。
をレーダのように用いるもので、レーザビームに振幅変
調をかけて、投射光と反射光との位相差から奥行き方向
の距離を求めるというものである。このレーザビームを
２枚の可動ミラーを用いて２次元的に走査することによ
って距離画像を得ることができる。なお、距離画像と
は、画像を構成する各画素の値が対象物までの奥行きを
示すような画像である。ただし、現在までに開発されて
いるものは野外用のものが多く、計測限界が２０ｍ以上
と大きく、奥行きの測定制度は計測限界の１／２００程
度と荒いものである。したがって、ファクトリーオート
メーション用としては使用できない。また、一部には計
測限界が短く、奥行き分解能が高いものが研究されてい
るが、高価であり、また実用の域には達していない。
【０００５】能動型にはこの他に三角測量法に基づく投
光法によるものがある。この中には１０数種類のパター
ン光を対象物に投影して距離画像を得るもの、あるい
は、レーザスリット光を１枚の可動ミラーを用いて対象
物上を走査して距離画像を得るものがある。後者の方法
ではそれによって得た距離画像から物体認識をして位置
・姿勢を計測するためには、距離画像のデータの飛び
（抜け）をなくすためにレーザスリット光を対象物上に
密に走査して距離画像を得る必要があり、ロボット用視
覚センサでよく使用されている画面サイズ２５６×２５
６画素においては、スリット光走査のステップは２００
〜３００回となり、その回数だけカメラで画像を取り込
まねばならないという問題がある。
光法によるものがある。この中には１０数種類のパター
ン光を対象物に投影して距離画像を得るもの、あるい
は、レーザスリット光を１枚の可動ミラーを用いて対象
物上を走査して距離画像を得るものがある。後者の方法
ではそれによって得た距離画像から物体認識をして位置
・姿勢を計測するためには、距離画像のデータの飛び
（抜け）をなくすためにレーザスリット光を対象物上に
密に走査して距離画像を得る必要があり、ロボット用視
覚センサでよく使用されている画面サイズ２５６×２５
６画素においては、スリット光走査のステップは２００
〜３００回となり、その回数だけカメラで画像を取り込
まねばならないという問題がある。
【０００６】このように従来のこのような方法では画像
の取り込みや、その後の距離画像変換に非常に長い時間
がかかったり、データ量が多いため得られる距離画像か
ら対象物を検出するのに多くの時間がかかるため、処理
時間の上から見て実用的ではない。逆に、処理時間を短
くするために十字型のレーザスリット光を対象物上に投
影して、それだけの情報から対象物を検出してその３次
元的な位置・姿勢を計測する３次元視覚センサもある。
これは対象物が単純形状のものの場合効果的に使用でき
るが、対象物の形状が多少でも複雑になると、情報が少
ないため計測ができないという欠点がある。
の取り込みや、その後の距離画像変換に非常に長い時間
がかかったり、データ量が多いため得られる距離画像か
ら対象物を検出するのに多くの時間がかかるため、処理
時間の上から見て実用的ではない。逆に、処理時間を短
くするために十字型のレーザスリット光を対象物上に投
影して、それだけの情報から対象物を検出してその３次
元的な位置・姿勢を計測する３次元視覚センサもある。
これは対象物が単純形状のものの場合効果的に使用でき
るが、対象物の形状が多少でも複雑になると、情報が少
ないため計測ができないという欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、現在
は対象物の３次元位置・姿勢を、産業用ロボットの動作
時間に合うような適当な処理時間で精度よく測定できる
産業用ロボットのための実用的な視覚センサがない。そ
こで本発明の目的は、上述した問題を解決するために、
処理時間が短く、かつ精度よく対象物の位置・姿勢を測
定できる物体の３次元位置・姿勢計測方式を提供するこ
とにある。
は対象物の３次元位置・姿勢を、産業用ロボットの動作
時間に合うような適当な処理時間で精度よく測定できる
産業用ロボットのための実用的な視覚センサがない。そ
こで本発明の目的は、上述した問題を解決するために、
処理時間が短く、かつ精度よく対象物の位置・姿勢を測
定できる物体の３次元位置・姿勢計測方式を提供するこ
とにある。
【０００８】
【問題を解決するための手段】本発明は、固体撮像素子
カメラに対して投光器を偏位して配置し、上記固体撮像
素子カメラ視野に対して上記投光器の偏位方向とは異な
る方向の第１のスリット光を対象物に投影して所定間隔
で上記第１のスリット光の方向とは異なる方向に順次走
査し、各走査毎に固体撮像素子カメラにより第１の多重
スリット光画像を得る。さらに、上記固体撮像素子カメ
ラ視野に対して上記投光器の偏位方向とは異なり、かつ
上記第１のスリット光の方向とは異なる第２のスリット
光を対象物に投影して、所定間隔で上記第２のスリット
光の方向とは異なる方向に順次走査し、各走査毎に固体
撮像素子カメラにより第２の多重スリット光画像を得
る。こうして求められた第１，第２の多重スリット光画
像の光切断情報から対象物の位置と姿勢を計測する。
カメラに対して投光器を偏位して配置し、上記固体撮像
素子カメラ視野に対して上記投光器の偏位方向とは異な
る方向の第１のスリット光を対象物に投影して所定間隔
で上記第１のスリット光の方向とは異なる方向に順次走
査し、各走査毎に固体撮像素子カメラにより第１の多重
スリット光画像を得る。さらに、上記固体撮像素子カメ
ラ視野に対して上記投光器の偏位方向とは異なり、かつ
上記第１のスリット光の方向とは異なる第２のスリット
光を対象物に投影して、所定間隔で上記第２のスリット
光の方向とは異なる方向に順次走査し、各走査毎に固体
撮像素子カメラにより第２の多重スリット光画像を得
る。こうして求められた第１，第２の多重スリット光画
像の光切断情報から対象物の位置と姿勢を計測する。
【０００９】上記第１，第２のスリット光は１つの位置
の投光器からでもまた、位置の異なる２つの位置の投光
器から対象物に投光してもよく、さらに、第１のスリッ
ト光を投光する投光器と第２のスリット光を投光する投
光器を２つ設けてもよい。１つの投光器から２つのスリ
ット光を発生させる場合には、投光器に第１のスリット
光と第２のスリット光を発生する２つのスリット光発生
器と、該２つのスリット光発生器から発生したスリット
光の光軸を同一にする手段を設け、第１のスリット光と
第２のスリット光を１つの投光器から発生させるように
してもよい。さらに、スリット光発生器を光軸回りに回
転させてスリット光の投影方向を変更させる手段を設け
て第１，第２のスリット光を発生させるようにしてもよ
い。
の投光器からでもまた、位置の異なる２つの位置の投光
器から対象物に投光してもよく、さらに、第１のスリッ
ト光を投光する投光器と第２のスリット光を投光する投
光器を２つ設けてもよい。１つの投光器から２つのスリ
ット光を発生させる場合には、投光器に第１のスリット
光と第２のスリット光を発生する２つのスリット光発生
器と、該２つのスリット光発生器から発生したスリット
光の光軸を同一にする手段を設け、第１のスリット光と
第２のスリット光を１つの投光器から発生させるように
してもよい。さらに、スリット光発生器を光軸回りに回
転させてスリット光の投影方向を変更させる手段を設け
て第１，第２のスリット光を発生させるようにしてもよ
い。
【００１０】
【作用】第１のスリット光及び第２のスリット光を対象
物に投光し夫々多重スリット光画像を得る。スリット光
と交差するような方向に対象物の稜線がある場合には、
スリット光の画像はその稜線位置で鋭く折れ曲がるか、
あるいは切れることになり、画像切断情報が得られる。
しかも、組み合わせの一方のスリット光と平行な対象物
の稜線は他方のスリット光に対しては交差することにな
り、必ず画像切断情報が得られる。そのため、各スリッ
ト光の走査は間隔の粗いものでよく、そのため、対象物
の検出処理及び該検出処理によって得られるデータ量も
少なくなり、このデータより対象物の位置・姿勢を測定
する処理の時間も短くてすむ。そして、対象物の稜線が
確実に検出されるので、精度よく対象物の位置・姿勢を
測定することができる。
物に投光し夫々多重スリット光画像を得る。スリット光
と交差するような方向に対象物の稜線がある場合には、
スリット光の画像はその稜線位置で鋭く折れ曲がるか、
あるいは切れることになり、画像切断情報が得られる。
しかも、組み合わせの一方のスリット光と平行な対象物
の稜線は他方のスリット光に対しては交差することにな
り、必ず画像切断情報が得られる。そのため、各スリッ
ト光の走査は間隔の粗いものでよく、そのため、対象物
の検出処理及び該検出処理によって得られるデータ量も
少なくなり、このデータより対象物の位置・姿勢を測定
する処理の時間も短くてすむ。そして、対象物の稜線が
確実に検出されるので、精度よく対象物の位置・姿勢を
測定することができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の方式を実施する第１の実施例
のシステム構成を示す図で、図２は該第１の実施例にお
ける投光器の構成を示す図である。図２において、投光
器３はレーザダイオード２１、シリンドリカルレンズ２
２、スキャナ２３、該スキャナ２３のシャフトに取り付
けられた回転ミラー２４で構成され、レーザダイオード
２１はレーザ電源７に接続され、スキャナ２３はコント
ロールアンプ２に接続されている。レーザダイオード２
１から出力されたレーザビームはシリンドリカルレンズ
２２を通過して一方向に引き伸ばされたスリット状の光
となり、回転ミラー２４で反射されて対象物上にスリッ
ト光６を投光することになる。スキャナ２３はコントロ
ールアンプ２に接続され、コントロールアンプ２は外部
から入力される電圧信号に応じた角度だけスキャナ２３
のシャフトを回転させる信号を出力するようになってい
る。スキャナ２３内部にはシャフトの回転角度を検出す
るセンサが取り付けられ、このセンサの出力がコントロ
ールアンプ２にフィードバックされてサーボコントロー
ルされ、スキャナ２３のシャフトに取り付けられた回転
ミラー２４の回転位置を位置ぎめするようになってい
る。この投光器３の構成は、スリット状の光を投光し、
該スリット光を走査させる従来の投光器の構成と同一で
ある。
のシステム構成を示す図で、図２は該第１の実施例にお
ける投光器の構成を示す図である。図２において、投光
器３はレーザダイオード２１、シリンドリカルレンズ２
２、スキャナ２３、該スキャナ２３のシャフトに取り付
けられた回転ミラー２４で構成され、レーザダイオード
２１はレーザ電源７に接続され、スキャナ２３はコント
ロールアンプ２に接続されている。レーザダイオード２
１から出力されたレーザビームはシリンドリカルレンズ
２２を通過して一方向に引き伸ばされたスリット状の光
となり、回転ミラー２４で反射されて対象物上にスリッ
ト光６を投光することになる。スキャナ２３はコントロ
ールアンプ２に接続され、コントロールアンプ２は外部
から入力される電圧信号に応じた角度だけスキャナ２３
のシャフトを回転させる信号を出力するようになってい
る。スキャナ２３内部にはシャフトの回転角度を検出す
るセンサが取り付けられ、このセンサの出力がコントロ
ールアンプ２にフィードバックされてサーボコントロー
ルされ、スキャナ２３のシャフトに取り付けられた回転
ミラー２４の回転位置を位置ぎめするようになってい
る。この投光器３の構成は、スリット状の光を投光し、
該スリット光を走査させる従来の投光器の構成と同一で
ある。
【００１２】図１に示す第１の実施例においては、固体
撮像素子カメラ（以下ＣＣＤカメラと言う）４の横方向
の位置に上述した第１の投光器３ｖが配置され、また縦
方向の位置に第２の投光器３Ｈが配置されている。第１
の投光器３Ｖは上記ＣＣＤカメラ４の視野に対して縦方
向のスリット光６ｖを対象物５に対して投光するように
配置され、また、第２の投光器３ＨはＣＣＤカメラ４の
視野に対して水平方向のスリット光６ｖを対象物５に対
して投光するように配置されている。上記投光器３Ｖ，
３Ｈは夫々コントロールアンプ２Ｖ，２Ｈに接続され、
また、コントロールアンプ２Ｖ，２Ｈ及びＣＣＤカメラ
４は画像処理装置１に接続されている。なお、図１にお
いてはレーザ電源は図示していない。また、図１におい
て、１１は画像処理装置に接続されたディスプレイ装
置、１２はキーボードであり、画像処理装置１は、メイ
ンプロセッサ、フレームメモリ、制御プログラムを記憶
するメモリ、プログラムメモリ、通信インターフェー
ス、画像処理プロセッサ等で構成されており従来の画像
処理装置の構成と同一であり、詳細は省略する。
撮像素子カメラ（以下ＣＣＤカメラと言う）４の横方向
の位置に上述した第１の投光器３ｖが配置され、また縦
方向の位置に第２の投光器３Ｈが配置されている。第１
の投光器３Ｖは上記ＣＣＤカメラ４の視野に対して縦方
向のスリット光６ｖを対象物５に対して投光するように
配置され、また、第２の投光器３ＨはＣＣＤカメラ４の
視野に対して水平方向のスリット光６ｖを対象物５に対
して投光するように配置されている。上記投光器３Ｖ，
３Ｈは夫々コントロールアンプ２Ｖ，２Ｈに接続され、
また、コントロールアンプ２Ｖ，２Ｈ及びＣＣＤカメラ
４は画像処理装置１に接続されている。なお、図１にお
いてはレーザ電源は図示していない。また、図１におい
て、１１は画像処理装置に接続されたディスプレイ装
置、１２はキーボードであり、画像処理装置１は、メイ
ンプロセッサ、フレームメモリ、制御プログラムを記憶
するメモリ、プログラムメモリ、通信インターフェー
ス、画像処理プロセッサ等で構成されており従来の画像
処理装置の構成と同一であり、詳細は省略する。
【００１３】そこで、本実施例の動作概要についてまず
説明する。まず、第１の投光器３Ｖのみを作動させて対
象物５に垂直方向のスリット光６Ｖを投光させると、対
象物に当たったスリット光６Ｖは対象物の形状により図
３に示すように屈曲しまた非連続となり折れ点や端点を
有するスリット光６Ｖとなり、ＣＣＤカメラ４からはこ
のスリット光が投影された画像を得ることができる。な
お、図３で破線で示したものが対象物の形状を示すもの
でスリット光が投影された画像ではこの形状は特定でき
ないものである。そして、対象物５にスリット光を投光
していない状態で撮影した対象物の濃淡画像（以下背景
画像という）との差をとるとスリット光６Ｖの画像のみ
を得ることができる。このスリット光６Ｖの画像の中心
点列を抽出する。また、画像処理装置１より設定所定角
度の移動指令をＤ／Ａ変換器を介して出力し、コントロ
ールアンプ２Ｖを介してスキャナ３Ｖのシャフトを設定
量回転させ回転ミラー２４を位置ぎめし、スリット光６
Ｖを移動させて同様のスリット光画像を得てその中心点
列を得る。以下同様にスリット光６Ｖを順次走査して図
４に示すように、所定間隔のスリット光による中心点列
を得る。
説明する。まず、第１の投光器３Ｖのみを作動させて対
象物５に垂直方向のスリット光６Ｖを投光させると、対
象物に当たったスリット光６Ｖは対象物の形状により図
３に示すように屈曲しまた非連続となり折れ点や端点を
有するスリット光６Ｖとなり、ＣＣＤカメラ４からはこ
のスリット光が投影された画像を得ることができる。な
お、図３で破線で示したものが対象物の形状を示すもの
でスリット光が投影された画像ではこの形状は特定でき
ないものである。そして、対象物５にスリット光を投光
していない状態で撮影した対象物の濃淡画像（以下背景
画像という）との差をとるとスリット光６Ｖの画像のみ
を得ることができる。このスリット光６Ｖの画像の中心
点列を抽出する。また、画像処理装置１より設定所定角
度の移動指令をＤ／Ａ変換器を介して出力し、コントロ
ールアンプ２Ｖを介してスキャナ３Ｖのシャフトを設定
量回転させ回転ミラー２４を位置ぎめし、スリット光６
Ｖを移動させて同様のスリット光画像を得てその中心点
列を得る。以下同様にスリット光６Ｖを順次走査して図
４に示すように、所定間隔のスリット光による中心点列
を得る。
【００１４】次に、第２の投光器３Ｈからの水平方向の
スリット光３Ｈのみを対象物５に投光し、同様に該水平
方向のスリット光３Ｈを走査して図５に示すように屈曲
しまた非連続となり折れ点や端点を有する各スリット光
３Ｈ、及びその中心点列を求める。こうして求められた
縦方向及び水平方向の各点列を直線近似し、折れ点、端
点を求める。次に、垂直方向のスリット光画像から得ら
れた折れ点、端点及び前後の直線を比較して対象物の同
一稜線上にあると考えられる折れ点、端点を分類し、こ
の分類された点群から、横長手方向の稜線（画像上横軸
となす角が４５度以下の直線である稜線）を抽出する。
また、水平方向のスリット光画像から得られた折れ点、
端点及び前後の直線を比較して対象物の同一稜線上にあ
ると考えられる折れ点、端点を分類し、この分類された
点群から、縦長手方向の稜線（画像上横軸となす角が４
５度以上の直線である稜線）を抽出する。そして、この
求められた稜線上の各点列に対して、予め実行されてい
るキャリブレーションによって得られた距離変換行列を
用いて３次元の座標位置を計算し、予め設定されている
対象物の形状から対象物の位置・姿勢を求める。
スリット光３Ｈのみを対象物５に投光し、同様に該水平
方向のスリット光３Ｈを走査して図５に示すように屈曲
しまた非連続となり折れ点や端点を有する各スリット光
３Ｈ、及びその中心点列を求める。こうして求められた
縦方向及び水平方向の各点列を直線近似し、折れ点、端
点を求める。次に、垂直方向のスリット光画像から得ら
れた折れ点、端点及び前後の直線を比較して対象物の同
一稜線上にあると考えられる折れ点、端点を分類し、こ
の分類された点群から、横長手方向の稜線（画像上横軸
となす角が４５度以下の直線である稜線）を抽出する。
また、水平方向のスリット光画像から得られた折れ点、
端点及び前後の直線を比較して対象物の同一稜線上にあ
ると考えられる折れ点、端点を分類し、この分類された
点群から、縦長手方向の稜線（画像上横軸となす角が４
５度以上の直線である稜線）を抽出する。そして、この
求められた稜線上の各点列に対して、予め実行されてい
るキャリブレーションによって得られた距離変換行列を
用いて３次元の座標位置を計算し、予め設定されている
対象物の形状から対象物の位置・姿勢を求める。
【００１５】以上のようにして本実施例では、対象物の
位置・姿勢を求めるが、対象物に対して垂直方向及び水
平方向のスリット光を投光する理由は、スリット光の投
光間隔を粗くすると、例えば、垂直方向のスリット光６
Ｖのみでは、図６に示すように対象物の姿勢によって
は、スリット光６Ｖの折れ点、端点が対象物の稜線に対
して３点以上存在しない場合が生じる。特にスリット光
６Ｖと平行な稜線、また稜線が縦長手方向でスリット光
と該稜線が３点以上交差しない場合には、稜線を発見す
ることができない。そこで、水平方向のスリット光６Ｈ
を投光すれば、これらの稜線を発見することができる。
逆に言えば、垂直方向及び水平方向のスリット光を投光
することによってスリット光の走査間隔を粗くすること
ができることを意味している。
位置・姿勢を求めるが、対象物に対して垂直方向及び水
平方向のスリット光を投光する理由は、スリット光の投
光間隔を粗くすると、例えば、垂直方向のスリット光６
Ｖのみでは、図６に示すように対象物の姿勢によって
は、スリット光６Ｖの折れ点、端点が対象物の稜線に対
して３点以上存在しない場合が生じる。特にスリット光
６Ｖと平行な稜線、また稜線が縦長手方向でスリット光
と該稜線が３点以上交差しない場合には、稜線を発見す
ることができない。そこで、水平方向のスリット光６Ｈ
を投光すれば、これらの稜線を発見することができる。
逆に言えば、垂直方向及び水平方向のスリット光を投光
することによってスリット光の走査間隔を粗くすること
ができることを意味している。
【００１６】図７は本第１の実施例において画像処理装
置１のメインプロセッサが実施する対象物の位置・姿勢
検出処理のフローチャートであり、この図７に示すフロ
ーチャートにしたがって第１の実施例の動作を詳細に説
明する。まず、予めキャリブレーションを実行して距離
変換行列を求め画像処理装置１に設定記憶させておく。
また、対象物の形状も設定記憶させておく。さらに、対
象物の形状に応じて、スリット光の投光間隔、すなわ
ち、垂直方向、水平方向のスリット光を走査させるスキ
ャナ２３のシャフト（回動ミラー２４）の１回の移動量
Δθｖ，Δθｈ、及び垂直方向、水平方向のスリット光
の走査回数Ｎｖ，Ｎｈを設定する。
置１のメインプロセッサが実施する対象物の位置・姿勢
検出処理のフローチャートであり、この図７に示すフロ
ーチャートにしたがって第１の実施例の動作を詳細に説
明する。まず、予めキャリブレーションを実行して距離
変換行列を求め画像処理装置１に設定記憶させておく。
また、対象物の形状も設定記憶させておく。さらに、対
象物の形状に応じて、スリット光の投光間隔、すなわ
ち、垂直方向、水平方向のスリット光を走査させるスキ
ャナ２３のシャフト（回動ミラー２４）の１回の移動量
Δθｖ，Δθｈ、及び垂直方向、水平方向のスリット光
の走査回数Ｎｖ，Ｎｈを設定する。
【００１７】画像処理装置１を稼働させると、該画像処
理装置１のメインプロセッサは、まず、Ｄ／Ａ変換器，
コントロールアンプ２Ｖ，２Ｈを介してスキャナ３Ｖ，
３Ｈを駆動し、垂直および水平方向のスリット光６Ｖ，
６ＨをＣＣＤカメラ４の視野外に移動させて（または投
光器３Ｖ，３Ｈを作動させないで）、ＣＣＤカメラ４に
撮影指令を出力し、対象物の濃淡画像（以下背景画像と
いう）を取り込む（ステップＳ１）。その後、スキャナ
３Ｖを駆動し回動ミラー２４を回動させて垂直方向のス
リット光６Ｖを走査開始点に移動させる（ステップＳ
２）。そして、指標ｉを「１」にセットして（ステップ
Ｓ３）、ＣＣＤカメラ４に撮影指令を出力し、対象物に
垂直方向のスリット光６Ｖが投光された画像を取り込む
（ステップＳ４）。取り込まれた画像とステップＳ１で
取り込んだ背景画像の差分を取りスリット光のみの画像
（以下スリット光画像という）を求め、このスリット光
の画像はある幅を持っているが、荷重平均等の処理を行
って該スリット光の画像の中心点列を抽出し記憶する
（ステップＳ５，Ｓ６）。次に、指標ｉが垂直方向のス
リット光の設定走査回数Ｎｖに達したか否か判断し（ス
テップＳ７）、達してなければ該指標ｉを「１」インク
リメントし、設定された垂直方向のスリット光の１走査
の移動量Δθｖだけ投光器３ｖの回動ミラー２４を回転
させ（ステップＳ８，Ｓ９）、ステップＳ４に戻る。以
下、指標が設定値Ｎｖに達するまで上記ステップＳ４〜
Ｓ９の処理を繰り返し、設定値Ｎｖだけのスリット光画
像の中心点列を求める。
理装置１のメインプロセッサは、まず、Ｄ／Ａ変換器，
コントロールアンプ２Ｖ，２Ｈを介してスキャナ３Ｖ，
３Ｈを駆動し、垂直および水平方向のスリット光６Ｖ，
６ＨをＣＣＤカメラ４の視野外に移動させて（または投
光器３Ｖ，３Ｈを作動させないで）、ＣＣＤカメラ４に
撮影指令を出力し、対象物の濃淡画像（以下背景画像と
いう）を取り込む（ステップＳ１）。その後、スキャナ
３Ｖを駆動し回動ミラー２４を回動させて垂直方向のス
リット光６Ｖを走査開始点に移動させる（ステップＳ
２）。そして、指標ｉを「１」にセットして（ステップ
Ｓ３）、ＣＣＤカメラ４に撮影指令を出力し、対象物に
垂直方向のスリット光６Ｖが投光された画像を取り込む
（ステップＳ４）。取り込まれた画像とステップＳ１で
取り込んだ背景画像の差分を取りスリット光のみの画像
（以下スリット光画像という）を求め、このスリット光
の画像はある幅を持っているが、荷重平均等の処理を行
って該スリット光の画像の中心点列を抽出し記憶する
（ステップＳ５，Ｓ６）。次に、指標ｉが垂直方向のス
リット光の設定走査回数Ｎｖに達したか否か判断し（ス
テップＳ７）、達してなければ該指標ｉを「１」インク
リメントし、設定された垂直方向のスリット光の１走査
の移動量Δθｖだけ投光器３ｖの回動ミラー２４を回転
させ（ステップＳ８，Ｓ９）、ステップＳ４に戻る。以
下、指標が設定値Ｎｖに達するまで上記ステップＳ４〜
Ｓ９の処理を繰り返し、設定値Ｎｖだけのスリット光画
像の中心点列を求める。
【００１８】指標ｉが設定値Ｎｖに達すると垂直方向の
スリット光６ｖをＣＣＤカメラの視野外にシフトし（ま
たは投光器３Ｖの作動を停止し）、コントロールアンプ
２Ｈ等を介して投光器３Ｈのスキャナ２３を駆動して回
動ミラーを回動させて水平方向のスリット光を走査開始
点に移動させ（ステップＳ１０，Ｓ１１）、指標ｉを
「１」にセットし、ステップＳ４〜ステップＳ９と同等
の処理を実行し水平方向のスリット光画像の中心点列を
抽出して記憶する（ステップＳ１３〜Ｓ１８）。ただ
し、この場合には、指標ｉが水平方向のスリット光の設
定走査回数Ｎｈに達するまで、設定移動量Δθｈだけ順
次投光器３Ｈの回動ミラー２４を回動させることにな
る。
スリット光６ｖをＣＣＤカメラの視野外にシフトし（ま
たは投光器３Ｖの作動を停止し）、コントロールアンプ
２Ｈ等を介して投光器３Ｈのスキャナ２３を駆動して回
動ミラーを回動させて水平方向のスリット光を走査開始
点に移動させ（ステップＳ１０，Ｓ１１）、指標ｉを
「１」にセットし、ステップＳ４〜ステップＳ９と同等
の処理を実行し水平方向のスリット光画像の中心点列を
抽出して記憶する（ステップＳ１３〜Ｓ１８）。ただ
し、この場合には、指標ｉが水平方向のスリット光の設
定走査回数Ｎｈに達するまで、設定移動量Δθｈだけ順
次投光器３Ｈの回動ミラー２４を回動させることにな
る。
【００１９】こうして指標ｉが設定値Ｎｈに達しＮｈ個
の水平方向のスリット光画像の中心点列が求まると、次
に、垂直方向の各スリット光の中心点列を折れ線近似し
て、折れ点、端点を求める（ステップＳ１９）。すなわ
ち、スリット光６Ｖが対象物に投影されるとスリット光
画像は対象物の形状によって図３，図４に示すように対
象物の稜線位置で折れ曲がり、また不連続点を持つ。そ
こでこのスリット光画像の中心点列を折れ線で近似し
て、折れ点および端点を求めればこの折れ点、端点は対
象物の稜線上にあることを意味する。こうして各スリッ
ト光画像の折れ点、端点が求まると、同一直線上にある
折れ点および端点を求め分類する（ステップＳ２０）。
折れ点、端点が同一直線にあるか否かは、Ｈｏｕｇｈ変
換処理をして求めることもでき、また、近傍する２点を
結ぶ直線上に該２点と隣り合う他の点がないか判断する
ことによって同一直線上にある折れ点、端点を求める。
次に、分類された点群（直線上の点群）から画像上縦方
向よりも横方向に長い点列を稜線として抽出する。すな
わち、点列で構成される線分が画像上横軸となす角が４
５度以下の直線であるとき、その点列で構成される直線
は画像上横方向に長い線分の直線で、これを横長手の稜
線として抽出する（ステップＳ２１）。
の水平方向のスリット光画像の中心点列が求まると、次
に、垂直方向の各スリット光の中心点列を折れ線近似し
て、折れ点、端点を求める（ステップＳ１９）。すなわ
ち、スリット光６Ｖが対象物に投影されるとスリット光
画像は対象物の形状によって図３，図４に示すように対
象物の稜線位置で折れ曲がり、また不連続点を持つ。そ
こでこのスリット光画像の中心点列を折れ線で近似し
て、折れ点および端点を求めればこの折れ点、端点は対
象物の稜線上にあることを意味する。こうして各スリッ
ト光画像の折れ点、端点が求まると、同一直線上にある
折れ点および端点を求め分類する（ステップＳ２０）。
折れ点、端点が同一直線にあるか否かは、Ｈｏｕｇｈ変
換処理をして求めることもでき、また、近傍する２点を
結ぶ直線上に該２点と隣り合う他の点がないか判断する
ことによって同一直線上にある折れ点、端点を求める。
次に、分類された点群（直線上の点群）から画像上縦方
向よりも横方向に長い点列を稜線として抽出する。すな
わち、点列で構成される線分が画像上横軸となす角が４
５度以下の直線であるとき、その点列で構成される直線
は画像上横方向に長い線分の直線で、これを横長手の稜
線として抽出する（ステップＳ２１）。
【００２０】同様に、水平方向の角スリット光の中心点
列を折れ線で近似し、折れ点、端点を求め（ステップＳ
２２）、同一直線上の折れ点、端点を分類し（ステップ
Ｓ２３）、画像上、縦長手方向の点列で構成される直線
を縦方向の稜線として抽出する（ステップＳ２４）。す
なわち、画像上横軸となす角が４５度を越える点列の直
線を縦長手の稜線として抽出する。こうして得られた横
長手、縦長手の稜線を用い予め設定されている対象物の
形状より対象物の姿勢を求めると共に、距離変換行列を
用いて対象物の位置を求めて（ステップＳ２５）、対象
物検出処理を終了する。また、対象物の位置・姿勢を特
定するには、すべての稜線を求める必要はなく、いくつ
かの稜線と平面を求めて対象物を特定してもよい。スリ
ット光画像において対象物の平面上に投影されたスリッ
ト光のスリット光画像は直線になり、隣り合ったスリッ
ト光画像の直線部分が同じ傾きならば同一平面上に投影
されている可能性があるということなどから対象物の平
面を特定することができる。こうして特定されたいくつ
かの稜線と平面よりこれらの稜線および平面が対象物の
どの部分に相当するか判断し、対象物の位置・姿勢を求
める。なお、こうして求められたデータは従来と同様に
ロボット制御装置に送出され、ロボット制御装置はこの
データに基づいて予め教示されている指令データを補正
してロボット動作を制御することになり、対象物に対し
て正確な作業を施すことが可能となる。
列を折れ線で近似し、折れ点、端点を求め（ステップＳ
２２）、同一直線上の折れ点、端点を分類し（ステップ
Ｓ２３）、画像上、縦長手方向の点列で構成される直線
を縦方向の稜線として抽出する（ステップＳ２４）。す
なわち、画像上横軸となす角が４５度を越える点列の直
線を縦長手の稜線として抽出する。こうして得られた横
長手、縦長手の稜線を用い予め設定されている対象物の
形状より対象物の姿勢を求めると共に、距離変換行列を
用いて対象物の位置を求めて（ステップＳ２５）、対象
物検出処理を終了する。また、対象物の位置・姿勢を特
定するには、すべての稜線を求める必要はなく、いくつ
かの稜線と平面を求めて対象物を特定してもよい。スリ
ット光画像において対象物の平面上に投影されたスリッ
ト光のスリット光画像は直線になり、隣り合ったスリッ
ト光画像の直線部分が同じ傾きならば同一平面上に投影
されている可能性があるということなどから対象物の平
面を特定することができる。こうして特定されたいくつ
かの稜線と平面よりこれらの稜線および平面が対象物の
どの部分に相当するか判断し、対象物の位置・姿勢を求
める。なお、こうして求められたデータは従来と同様に
ロボット制御装置に送出され、ロボット制御装置はこの
データに基づいて予め教示されている指令データを補正
してロボット動作を制御することになり、対象物に対し
て正確な作業を施すことが可能となる。
【００２１】以上述べたように、本実施例においては、
対象物に垂直方向と水平方向のスリット光を投影し、ス
リット光画像を得るようにしたから、走査を粗くしても
（スリット光の間隔を粗くしても）対象物の稜線の検出
が容易となる。すなわち、画像上横軸となす角が４５度
以下の稜線であれば、垂直方向のスリット光によって稜
線を検出することが容易となり、４５度を越えるもので
あれば、水平方向のスリット光によって該稜線の検出が
容易となる。そのため、検出しようとする稜線が画像上
横軸となす角が４５度であるときに該稜線を検出できる
ように、走査各度Δθv もしくはΔθh （なお、Δθv
とΔθh は同一各度でもよい）を粗く設定すればよいこ
とになる。例えば、従来の１方向のスリット光を走査し
て対象物の位置・姿勢を測定する場合と比較し、従来の
この方式で２００〜３００のスリット光を必要としたも
のが、本実施例では、垂直，水平のスリット光を合わせ
て１０〜２０数本でよくなる。
対象物に垂直方向と水平方向のスリット光を投影し、ス
リット光画像を得るようにしたから、走査を粗くしても
（スリット光の間隔を粗くしても）対象物の稜線の検出
が容易となる。すなわち、画像上横軸となす角が４５度
以下の稜線であれば、垂直方向のスリット光によって稜
線を検出することが容易となり、４５度を越えるもので
あれば、水平方向のスリット光によって該稜線の検出が
容易となる。そのため、検出しようとする稜線が画像上
横軸となす角が４５度であるときに該稜線を検出できる
ように、走査各度Δθv もしくはΔθh （なお、Δθv
とΔθh は同一各度でもよい）を粗く設定すればよいこ
とになる。例えば、従来の１方向のスリット光を走査し
て対象物の位置・姿勢を測定する場合と比較し、従来の
この方式で２００〜３００のスリット光を必要としたも
のが、本実施例では、垂直，水平のスリット光を合わせ
て１０〜２０数本でよくなる。
【００２２】この第１の実施例では、垂直方向のスリッ
ト光を投光する投光器と水平方向のスリット光を投光す
る投光器を２つ用いるようにしたが、処理時間等が許さ
れるならば、１つの投光器でもよい。この場合は、例え
ば図１において、投光器３Ｖで垂直方向のスリット光を
対象物に投影し、かつこの垂直方向のスリット光を走査
した後、投光器全体をＣＣＤカメラ４を中心に図１の投
光器３Ｈの位置まで回転させ（９０度回転させ）この位
置より水平方向のスリット光を投影し走査するようにす
ればよい（投光器３Ｖ自体を９０度回転すれば、該投光
器３Ｖから投光されるスリット光は水平方向になる）。
ト光を投光する投光器と水平方向のスリット光を投光す
る投光器を２つ用いるようにしたが、処理時間等が許さ
れるならば、１つの投光器でもよい。この場合は、例え
ば図１において、投光器３Ｖで垂直方向のスリット光を
対象物に投影し、かつこの垂直方向のスリット光を走査
した後、投光器全体をＣＣＤカメラ４を中心に図１の投
光器３Ｈの位置まで回転させ（９０度回転させ）この位
置より水平方向のスリット光を投影し走査するようにす
ればよい（投光器３Ｖ自体を９０度回転すれば、該投光
器３Ｖから投光されるスリット光は水平方向になる）。
【００２３】図９は本発明の第２の実施例のシステム構
成を示す図である。図１に示す第１の実施例と相違する
点は、スリット光を投光する投光器３０が１つだけ設け
られている点であり、図１に示す要素と同一要素は同一
符号を付している。すなわち、ＣＣＤカメラ４から偏位
して配置された投光器３０より、ＣＣＤカメラの視野に
対して方向が異なる２つのスリット光を対象物５に投光
するように配置されている。また、投光器３０にはレー
ザ電源７及びスキャナ２３をコントロールするコントロ
ールアンプ２が接続され、ＣＣＤカメラ４，レーザ電源
７，コントロールアンプ７は画像処理装置１に接続され
ている。なお、１１は画像処理装置１に接続されたディ
スプレイ装置、１２はキーボードである。
成を示す図である。図１に示す第１の実施例と相違する
点は、スリット光を投光する投光器３０が１つだけ設け
られている点であり、図１に示す要素と同一要素は同一
符号を付している。すなわち、ＣＣＤカメラ４から偏位
して配置された投光器３０より、ＣＣＤカメラの視野に
対して方向が異なる２つのスリット光を対象物５に投光
するように配置されている。また、投光器３０にはレー
ザ電源７及びスキャナ２３をコントロールするコントロ
ールアンプ２が接続され、ＣＣＤカメラ４，レーザ電源
７，コントロールアンプ７は画像処理装置１に接続され
ている。なお、１１は画像処理装置１に接続されたディ
スプレイ装置、１２はキーボードである。
【００２４】本第２実施例における投光器３０は、図１
０に示すように、レーザ電源７に接続され第１と第２の
レーザスリット光を発生されるスリット光発生器２５，
２６を有し、該第１，第２のスリット光発生器２５，２
６から発生したスリット光の光軸を同一方向にする手段
として、ハーフプリズム２７及び遮蔽板２８を備えてい
る。また、コントロールアンプ２に接続されたスキャナ
２３のシャフトには回転ミラー２４が取り付けられてい
る。図１０に示すように、第１のレーザスリット光発生
器２５をＯＮ，第２のレーザスリット光発生器２６をＯ
ＦＦにして、第１のスリット光発生器２５より第１のス
リット光を発生させると、該第１のスリット光のハーフ
プリズム２７を通過した光は、回転ミラー２４で反射さ
れ、対象物５にスリット光を投光する。なお、ハーフプ
リズム２７で反射した光は遮蔽板２８に吸収される。
０に示すように、レーザ電源７に接続され第１と第２の
レーザスリット光を発生されるスリット光発生器２５，
２６を有し、該第１，第２のスリット光発生器２５，２
６から発生したスリット光の光軸を同一方向にする手段
として、ハーフプリズム２７及び遮蔽板２８を備えてい
る。また、コントロールアンプ２に接続されたスキャナ
２３のシャフトには回転ミラー２４が取り付けられてい
る。図１０に示すように、第１のレーザスリット光発生
器２５をＯＮ，第２のレーザスリット光発生器２６をＯ
ＦＦにして、第１のスリット光発生器２５より第１のス
リット光を発生させると、該第１のスリット光のハーフ
プリズム２７を通過した光は、回転ミラー２４で反射さ
れ、対象物５にスリット光を投光する。なお、ハーフプ
リズム２７で反射した光は遮蔽板２８に吸収される。
【００２５】また、図１１に示すように第２のレーザス
リット光発生器２６のみをＯＮとして駆動すると、該第
２のスリット光発生器２６から発生した第２のスリット
光はハーフミラー２７で反射して、第１のスリット光と
光軸方向が同一とされ、回転ミラー２４で反射され、対
象物５に第１のスリット光とは方向が異なる第２のスリ
ット光（この実施例では第１と第２のスリット光は直交
するように配設されている）を投光する。なお、ハーフ
プリズム２７を通過した光は遮蔽板２８に吸収される。
また、ハーフプリズム２７に代え、ハーフミラーを使用
してもよい。
リット光発生器２６のみをＯＮとして駆動すると、該第
２のスリット光発生器２６から発生した第２のスリット
光はハーフミラー２７で反射して、第１のスリット光と
光軸方向が同一とされ、回転ミラー２４で反射され、対
象物５に第１のスリット光とは方向が異なる第２のスリ
ット光（この実施例では第１と第２のスリット光は直交
するように配設されている）を投光する。なお、ハーフ
プリズム２７を通過した光は遮蔽板２８に吸収される。
また、ハーフプリズム２７に代え、ハーフミラーを使用
してもよい。
【００２６】スキャナ２３の構成及び作用は第１の実施
例と同様であり、スキャナ２３を駆動して回転ミラー２
４を所定量毎回転させ第１，第２のスリット光を移動さ
せて走査する点は第１の実施例と同一である。そして、
画像処理装置１のメインプロセッサが実施する対象物の
位置・姿勢検出処理は第１の実施例の処理と略同一であ
る。相違する点は、第１，第２のスリット光を走査させ
るスキャナ２３のシャフト（回転ミラー２４）の１回の
移動量をΔθ１（第１の実施例のΔθｖに対応），Δθ
２（第１の実施例のΔθｈに対応）をΔθｖ，Δθｈに
代えて設定し、走査回数も第１の実施例のＮｖ，Ｎｈに
代えて第１，第２のスリット光を走査させる回数Ｎ１，
Ｎ２を設定することにおいて相違する（なおΔθ１＝Δ
θ２としてもよい）。
例と同様であり、スキャナ２３を駆動して回転ミラー２
４を所定量毎回転させ第１，第２のスリット光を移動さ
せて走査する点は第１の実施例と同一である。そして、
画像処理装置１のメインプロセッサが実施する対象物の
位置・姿勢検出処理は第１の実施例の処理と略同一であ
る。相違する点は、第１，第２のスリット光を走査させ
るスキャナ２３のシャフト（回転ミラー２４）の１回の
移動量をΔθ１（第１の実施例のΔθｖに対応），Δθ
２（第１の実施例のΔθｈに対応）をΔθｖ，Δθｈに
代えて設定し、走査回数も第１の実施例のＮｖ，Ｎｈに
代えて第１，第２のスリット光を走査させる回数Ｎ１，
Ｎ２を設定することにおいて相違する（なおΔθ１＝Δ
θ２としてもよい）。
【００２７】また、図７，図８に示すフローチャートに
おいては、「垂直方向のスリット光」を「第１のスリッ
ト光」に代え、「水平方向のスリット光」を「第２のス
リット光」に代え、「Ｎｖ」を「Ｎ１」に「Ｎｈ」を
「Ｎ２」に代え、「Δθｖ」を「Δθ１」、「Δθｈ」
を「Δθ２」に代えること。及びステップＳ１におい
て、第１，第２のスリット光発生器２５，２６をＯＦＦ
にして背景画像を取り込むように代える点、ステップＳ
２で第１のスリット光発生器２５をＯＮとし第１のスリ
ット光を走査開始点に移動させことに代える点、ステッ
プＳ１０で第１のスリット光発生器２５をＯＦＦにし第
２のスリット光発生器２６をＯＮとするように代える点
において相違するのみであり、他の処理は７図，８図に
示す第１の実施例と同一であるので、詳細は省略する。
おいては、「垂直方向のスリット光」を「第１のスリッ
ト光」に代え、「水平方向のスリット光」を「第２のス
リット光」に代え、「Ｎｖ」を「Ｎ１」に「Ｎｈ」を
「Ｎ２」に代え、「Δθｖ」を「Δθ１」、「Δθｈ」
を「Δθ２」に代えること。及びステップＳ１におい
て、第１，第２のスリット光発生器２５，２６をＯＦＦ
にして背景画像を取り込むように代える点、ステップＳ
２で第１のスリット光発生器２５をＯＮとし第１のスリ
ット光を走査開始点に移動させことに代える点、ステッ
プＳ１０で第１のスリット光発生器２５をＯＦＦにし第
２のスリット光発生器２６をＯＮとするように代える点
において相違するのみであり、他の処理は７図，８図に
示す第１の実施例と同一であるので、詳細は省略する。
【００２８】図１２は、本発明の第３の実施例のシステ
ム構成を示す図である。この第３の実施例は、投光器の
構成が第１，第２の実施例と相違するものである（第１
の実施例と同一構成のものは同一符号を付している）。
図１３はこの第３の実施例において使用する投光器３１
の構成図で、この第３の実施例は、スリット光の投影方
向を変更させる手段を有する点において第１，第２の実
施例と相違する。すなわち、スリット光の投影方向を変
更させる手段として、スリット光発生器３２を歯車等の
伝動機構を介して光軸回りに回転させるモータ３３、及
び該モータ３３を駆動しスリット方向を代えるためのス
リット方向コントローラ３４を有している。そして、ス
リット方向コントローラ３４は画像処理装置１に接続さ
れている。スリット光発生器３２はレーザ電源７を介し
て画像処理装置１に接続され、スリット光を反射させて
対象物にスリット光を投光させる回転ミラー２４を駆動
するスキャナ２３はコントロールアンプ２を介して画像
処理装置１に接続されている。
ム構成を示す図である。この第３の実施例は、投光器の
構成が第１，第２の実施例と相違するものである（第１
の実施例と同一構成のものは同一符号を付している）。
図１３はこの第３の実施例において使用する投光器３１
の構成図で、この第３の実施例は、スリット光の投影方
向を変更させる手段を有する点において第１，第２の実
施例と相違する。すなわち、スリット光の投影方向を変
更させる手段として、スリット光発生器３２を歯車等の
伝動機構を介して光軸回りに回転させるモータ３３、及
び該モータ３３を駆動しスリット方向を代えるためのス
リット方向コントローラ３４を有している。そして、ス
リット方向コントローラ３４は画像処理装置１に接続さ
れている。スリット光発生器３２はレーザ電源７を介し
て画像処理装置１に接続され、スリット光を反射させて
対象物にスリット光を投光させる回転ミラー２４を駆動
するスキャナ２３はコントロールアンプ２を介して画像
処理装置１に接続されている。
【００２９】スリット方向コントローラ３４を介してモ
ータ３３を駆動し、図１３に示すように、第１のスリッ
ト光を発生するようにスリット光発生器３２位置決め
し、レーザ電源７を駆動してスリット光発生器３２より
第１のスリット光を発生させ、スキャナ２３を駆動して
回転ミラー２４を所定角度毎回転させて対象物に第１の
スリット光を投光し、ＣＣＤカメラ４でその対象物画像
を取り込む。次に、図１４に示すようにモータ３３を駆
動してスリット光発生器３２を回転させ第２の位置に位
置決めし（９０度回転）、第１のスリット光とはスリッ
ト光の方向が異なる第２のスリット光を発生させ、同様
に対象物に投光して、回転ミラー２４を所定量ごと回転
させて対象物を走査し、対象物画像をＣＣＤカメラ４に
取り込む。なお、この第３の実施例において、スリット
光発生器３２を回転位置決めする手段としてモータを使
用したが、スリット光発生器３２は２つの回転位置に位
置決めされるものであるから、このモータに代えてソレ
ノイドやエアーシリンダを使用し、ラックとピニオン等
の直線運動を回転運動に代える手段でスリツト光発生器
３２を回転位置決めするようにしてもよい。
ータ３３を駆動し、図１３に示すように、第１のスリッ
ト光を発生するようにスリット光発生器３２位置決め
し、レーザ電源７を駆動してスリット光発生器３２より
第１のスリット光を発生させ、スキャナ２３を駆動して
回転ミラー２４を所定角度毎回転させて対象物に第１の
スリット光を投光し、ＣＣＤカメラ４でその対象物画像
を取り込む。次に、図１４に示すようにモータ３３を駆
動してスリット光発生器３２を回転させ第２の位置に位
置決めし（９０度回転）、第１のスリット光とはスリッ
ト光の方向が異なる第２のスリット光を発生させ、同様
に対象物に投光して、回転ミラー２４を所定量ごと回転
させて対象物を走査し、対象物画像をＣＣＤカメラ４に
取り込む。なお、この第３の実施例において、スリット
光発生器３２を回転位置決めする手段としてモータを使
用したが、スリット光発生器３２は２つの回転位置に位
置決めされるものであるから、このモータに代えてソレ
ノイドやエアーシリンダを使用し、ラックとピニオン等
の直線運動を回転運動に代える手段でスリツト光発生器
３２を回転位置決めするようにしてもよい。
【００３０】この第３の実施例における画像処理装置１
のプロセッサが実施する処理は第１の実施例とほぼ同様
で、相違する点のみを図７，図８のフローチューとに従
って述べる。まず、第２の実施例と同様に、第１，第２
のスリット光を走査させるスキャナ２３のシャフト（回
転ミラー２４）の１回の移動量をΔθ１（第１の実施例
のΔθｖに対応），Δθ２（第１の実施例のΔθｈに対
応）をΔθｖ，Δθｈに代えて設定し、走査回数も第１
の実施例のＮｖ，Ｎｈに代えて第１，第２のスリット光
を走査させる回数Ｎ１，Ｎ２を設定する。
のプロセッサが実施する処理は第１の実施例とほぼ同様
で、相違する点のみを図７，図８のフローチューとに従
って述べる。まず、第２の実施例と同様に、第１，第２
のスリット光を走査させるスキャナ２３のシャフト（回
転ミラー２４）の１回の移動量をΔθ１（第１の実施例
のΔθｖに対応），Δθ２（第１の実施例のΔθｈに対
応）をΔθｖ，Δθｈに代えて設定し、走査回数も第１
の実施例のＮｖ，Ｎｈに代えて第１，第２のスリット光
を走査させる回数Ｎ１，Ｎ２を設定する。
【００３１】また、図７，図８に示すフローチャートに
おいて、「垂直方向のスリット光」を「第１のスリット
光」に代え、「水平方向のスリット光」を「第２のスリ
ット光」に代え、「Ｎｖ」を「Ｎ１」に「Ｎｈ」を「Ｎ
２」に代え、「Δθｖ」を「Δθ１」、「Δθｈ」を
「Δθ２」に代えること。及びステップＳ１をスリット
光発生器３２の作動を止め背景画像を取り込むように代
える点、ステップＳ２をスリット光発生器３２を第１の
スリット光発生位置に位置決めし、第１のスリット光を
走査開始点に移動させことに代える点、ステップＳ１０
をスリット光発生器３２を止め、第２のスリット光発生
位置に移動させ位置決めるように代える点において相違
するのみである。
おいて、「垂直方向のスリット光」を「第１のスリット
光」に代え、「水平方向のスリット光」を「第２のスリ
ット光」に代え、「Ｎｖ」を「Ｎ１」に「Ｎｈ」を「Ｎ
２」に代え、「Δθｖ」を「Δθ１」、「Δθｈ」を
「Δθ２」に代えること。及びステップＳ１をスリット
光発生器３２の作動を止め背景画像を取り込むように代
える点、ステップＳ２をスリット光発生器３２を第１の
スリット光発生位置に位置決めし、第１のスリット光を
走査開始点に移動させことに代える点、ステップＳ１０
をスリット光発生器３２を止め、第２のスリット光発生
位置に移動させ位置決めるように代える点において相違
するのみである。
【００３２】上記第２，第３の実施例では、第１の実施
例と比べ、投光器が１つでよいことから、装置をコンパ
クトに構成することができる。特に、三角測量の原理を
用いるため、ＣＣＤカメラとスリット光投光器との間に
ある程度の距離をとらねばならないことから、２つの投
光器を用いると全体が大きな装置となるが、一つの投光
器でよい第２，第３の実施例では、コンパクトな装置に
することができる。
例と比べ、投光器が１つでよいことから、装置をコンパ
クトに構成することができる。特に、三角測量の原理を
用いるため、ＣＣＤカメラとスリット光投光器との間に
ある程度の距離をとらねばならないことから、２つの投
光器を用いると全体が大きな装置となるが、一つの投光
器でよい第２，第３の実施例では、コンパクトな装置に
することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、交差する２つのスリット光を
対象物に投影し、夫々のスリット光を走査して各走査時
のスリット光画像より光切断情報を得て対象物の位置・
姿勢を測定するようにしたから、走査間隔を粗くしても
対象物の位置・姿勢を測定でき、かつ位置・姿勢測定の
データも少なくてすむから、処理が速くなり、対象物の
３次元位置・姿勢を精度よくかつ迅速に処理して計測す
ることができる。そのため、産業用ロボットの動作時間
に適合するような適当に処理時間で精度よく測定できる
実用的な計測方式を得ることができる。
対象物に投影し、夫々のスリット光を走査して各走査時
のスリット光画像より光切断情報を得て対象物の位置・
姿勢を測定するようにしたから、走査間隔を粗くしても
対象物の位置・姿勢を測定でき、かつ位置・姿勢測定の
データも少なくてすむから、処理が速くなり、対象物の
３次元位置・姿勢を精度よくかつ迅速に処理して計測す
ることができる。そのため、産業用ロボットの動作時間
に適合するような適当に処理時間で精度よく測定できる
実用的な計測方式を得ることができる。
【図１】本発明の方式を実施する第１の実施例のシステ
ム構成を示す図である。
ム構成を示す図である。
【図２】同実施例における投光器の構成を示す図であ
る。
る。
【図３】同実施例における垂直方向のスリット光を対象
物に投影したときのスリット光画像の説明図である。
物に投影したときのスリット光画像の説明図である。
【図４】同実施例における垂直方向のスリット光を対象
物に投影し、走査したときのスリット光画像を重ねて表
示した説明図である。
物に投影し、走査したときのスリット光画像を重ねて表
示した説明図である。
【図５】同実施例における水平方向のスリット光を対象
物に投影し、走査したときのスリット光画像を重ねて表
示した説明図である。
物に投影し、走査したときのスリット光画像を重ねて表
示した説明図である。
【図６】垂直方向のスリット光を走査するだけでは、対
象物の稜線を検出できない場合があることの説明図であ
る。
象物の稜線を検出できない場合があることの説明図であ
る。
【図７】上記実施例における画像処理装置が実施する対
象物の位置・姿勢測定処理のフローチャートである。
象物の位置・姿勢測定処理のフローチャートである。
【図８】図７の続きのフローチャートである。
【図９】本発明の方式を実施する第２の実施例のシステ
ム構成を示す図である。
ム構成を示す図である。
【図１０】同第２の実施例における投光器の構成を示す
図である。
図である。
【図１１】同第２の実施例において第２のスリット光を
投光したときの状態を示す図である。
投光したときの状態を示す図である。
【図１２】本発明の方式を実施する第３の実施例のシス
テム構成を示す図である。
テム構成を示す図である。
【図１３】同第３の実施例における投光器の構成を示す
図である。
図である。
【図１４】同第３の実施例において第２のスリット光を
投光したときの状態を示す図である。
投光したときの状態を示す図である。
１ 画像処理装置 ２，２Ｖ，２Ｈ コントロールアンプ ３Ｖ，３Ｈ，３０，３１ 投光器 ４ 固体撮像素子カメラ（ＣＣＤカメラ） ５ 対象物 ６ スリット光 ２１ レーザダイオード ２２ シリンドリカルレンズ ２３ スキャナ ２４ 回転ミラー ２５，２６，３２ スリット光発生器 ２７ ハーフミラー ２８ 遮蔽板 ３３ モータ ３４ スリット方向コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−96505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−313004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−278788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−201877（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−93293（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−139512（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 B25J 19/02 - 19/06
Claims (8)
- 【請求項１】 投光器よりスリット光を対象物に投影し
てスリット光画像より対象物の位置・姿勢を計測する物
体の３次元位置・姿勢計測方式において、固体撮像素子
カメラに対して投光器を偏位して配置し、上記固体撮像
素子カメラ視野に対して上記投光器の偏位方向とは異な
る方向の第１のスリット光を対象物に投影して所定間隔
で上記第１のスリット光の方向とは異なる方向に順次走
査し、各走査毎に固体撮像素子カメラにより第１の多重
スリット光画像を得ると共に、上記固体撮像素子カメラ
視野に対して上記投光器の偏位方向とは異なり、かつ上
記第１のスリット光の方向とは異なる第２のスリット光
を対象物に投影して、所定間隔で上記第２のスリット光
の方向とは異なる方向に順次走査し、各走査毎に固体撮
像素子カメラにより第２の多重スリット光画像を得て、
求められた第１，第２の多重スリット光画像の光切断情
報から対象物の位置と姿勢を計測することを特徴とする
物体の３次元位置・姿勢計測方式。 - 【請求項２】 １つの位置に配置した投光器から上記第
１，第２のスリット光を対象物に投光する請求項１記載
の物体の３次元位置・姿勢計測方式。 - 【請求項３】 位置の異なる２つの位置から上記第１，
第２のスリット光を対象物に投光する請求項１記載の物
体の３次元位置・姿勢計測方式。 - 【請求項４】 上記第１のスリット光は、固体撮像素子
カメラの横方向の位置に配置した投光器より投光される
固体撮像素子カメラの視野に対して垂直方向になるスリ
ット光で、上記第２のスリット光は、固体撮像素子カメ
ラの縦方向の位置に配置した投光器より投光される固体
撮像素子カメラの視野に対して水平方向になるスリット
光である請求項１記載の物体の３次元位置・姿勢計測方
式。 - 【請求項５】 上記第１のスリット光を投光する投光器
と上記第２のスリット光を投光する投光器を夫々備える
請求項３または請求項４記載の物体の３次元位置・姿勢
計測方式。 - 【請求項６】 上記投光器は、スリット光の方向が異な
る第１，第２の２つのスリット光発生器と、該２つのス
リット光から発生したスリット光の光軸を同一方向にす
る手段を備えた請求項２記載の物体の３次元位置・姿勢
計測方式。 - 【請求項７】 上記投光器はスリット光発生器と、該ス
リット光発生器を光軸回りに回転させてスリット光の投
影方向を変更させる手段を有し、該投影方向を変更させ
る手段によって第１，第２のスリット光を発生させる請
求項２記載の物体の３次元位置・姿勢計測方式。 - 【請求項８】 上記第１のスリット光と第２のスリット
光の方向は略直交する請求項１，請求項２，請求項３，
請求項４，請求項５，請求項６または請求項７記載の物
体の３次元位置・姿勢計測方式。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4100340A JP2767340B2 (ja) | 1991-12-26 | 1992-03-26 | 物体の３次元位置・姿勢計測方式 |
| US08/108,589 US5461478A (en) | 1991-12-26 | 1992-12-17 | Method and apparatus for measuring three-dimensional position and orientation of an object using light projection |
| PCT/JP1992/001647 WO1993013383A1 (fr) | 1991-12-26 | 1992-12-17 | Methode et appareil de mesure de l'emplacement et de la position d'un objet dans les trois dimensions |
| EP93900392A EP0573661A1 (en) | 1991-12-26 | 1993-07-19 | Method and apparatus for measuring three-dimensional position and posture of object |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35686891 | 1991-12-26 | ||
| JP3-356868 | 1991-12-26 | ||
| JP4100340A JP2767340B2 (ja) | 1991-12-26 | 1992-03-26 | 物体の３次元位置・姿勢計測方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05231836A JPH05231836A (ja) | 1993-09-07 |
| JP2767340B2 true JP2767340B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=26441387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4100340A Expired - Fee Related JP2767340B2 (ja) | 1991-12-26 | 1992-03-26 | 物体の３次元位置・姿勢計測方式 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5461478A (ja) |
| EP (1) | EP0573661A1 (ja) |
| JP (1) | JP2767340B2 (ja) |
| WO (1) | WO1993013383A1 (ja) |
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