JP2994297B2 - 画像計測用背景構造体を利用した搬送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像計測を行うと
きに対象物を載置するための載置台に関し、特に計測位
置に対象物を搬送する機能をも兼ね備えた画像計測用搬
送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動化工場では、搬送ラインにおける仕
分けのためにワークを識別する必要や、加工位置におい
てロボットハンドで把持するためにワークの姿勢を確認
する必要があって、搬送途中で対象物を撮像し画像処理
して形状や位置姿勢を測定する要請がある。このため、
ワーク等の対象物を搬送装置に搭載したまま移動中にあ
るいは一旦停止させて測定装置で測定する場合がある。
また、ロボットハンドで作業する位置まで搬送して、そ
の位置で作業前に測定するようにしたものもある。画像
中の対象物に対して面積や周囲長といった特徴算出処理
を行う場合、対象物領域と背景領域の分離が必要であ
る。簡単な処理では濃淡画像を濃度値に関する閾値で２
分して分離する方法が一般的である。対象物の２次元形
状を良好に抽出するためには、対象物とのコントラスト
の大きい背景を選択する必要がある。そこで、中間階調
を持つ対象物について処理する場合には、白または黒色
の背景物を選択し、取得した画像を明度に従って２値化
して処理することが多い。

【０００３】搬送装置上で画像計測を行う場合、対象物
の背景となる部分に艶消しの黒や濃緑色のゴムベルトが
用いられることが多い。しかし、対象とするワークの重
量が大きすぎる場合や高温である場合、あるいは汚れが
付着する場合などでは、ゴムを使うことは適当でない。
例えば、砂型から取り出した直後の鋳物ワークを扱う場
合は、硬質で高温、かつ重量が大きく、通常ＦＡライン
で使用される黒ゴムベルトを使うことができない。この
ような場合には濃い色のゴムベルトの代わりに耐熱塗料
を塗布した金属板を使用することもある。しかし、塗装
金属板は、使用するにつれて表面の塗料が剥離して金属
光沢が生じ、やがて画像処理が困難になる場合が多い。
このように、対象物の種類や状態によっては適当な材質
や色を有する背景物が得られず、画像処理に大きな負担
をかけることになる場合があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の解決
しようとする課題は、各種の対象物について、簡単な画
像処理により対象物を背景とを良好に分離できる背景構
造体を提供することであり、特にこのような背景構造を
有する搬送装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の背景構造体は、表面の平面部に支持面を残
して照明により底面を覆うような陰を生成する凹部を形
成し、凹部に黒化処理を施した背景構造体であって、支
持面の画像部分が画像処理により消去されて実質的に凹
部と同質化できるような幅であることを特徴とする。上
記のように実質的に凹部と同質化できる支持面の大きさ
は全体的なシステムの仕様によるので、一元的に決定す
ることはできないが、表面の支持部分の映像の大きさが
膨張収縮処理等の画像処理手法にとって十分小さけれ
ば、支持部分を消去して凹部の暗黒部分と同化すること
が可能である。このような画像処理技術を用いることに
より、背景構造体上に載置されたワークの輪郭が容易に
抽出されるので、取得される２次元形状の情報を用いて
必要とされる諸元を測定することができる。

【０００６】また、凹部は断面矩形の等間隔の平行溝で
あってよい。このような形状であれば製造が簡単である
ばかりでなく、照明装置の配置も溝の方向に垂直な方向
で適当な仰角を有するようにすればよく、画像処理装置
を構成することが簡単である。なお、凹部構造は波形の
溝であってもよい。波形の溝は照明装置からの照明光の
向きを比較的自由に決めることができる。さらに、凹部
構造は格子点に形成された孔であってもよい。孔を形成
することは工作上容易であり、しかも搭載する対象物が
重量物であっても十分その荷重に耐えることができる。
また、本発明の搬送装置は、上記の背景構造体を短冊状
に形成しスラットとして使用するスラットコンベア搬送
装置であってよい。このような搬送装置は、ワークを測
定位置に搬送してきてそこで形状測定や検査を行い、必
要に応じて仕分けしたり、ロボットハンドによるワーク
の把握を正確にさせるようにすることができる。

【０００７】また、本発明の画像処理システムは、上記
の背景構造体を利用した搬送装置と、凹部に光が射し込
みにくい方向から背景構造体表面を照明する照明装置
と、背景構造体のほぼ垂直上方から撮影して画像を取り
込む撮像装置と、撮像した画像信号を空間フィルタを用
いた画像処理をして支持面の像を消去し背景部分を平板
化することを特徴とする。このような画像処理システム
は、ワークを前記背景構造体上に搭載して画像処理する
ことにより、ワークの輪郭が明確になり、特徴抽出が簡
単である。なお、画像処理として比較的単純な膨張収縮
処理を用いることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像計測用背
景構造体および搬送装置を、図面を用い実施例に基づい
て詳細に説明する。図１ないし図４は本発明の画像計測
用搬送装置によりワークの形状測定をするシステムを説
明する図面である。図１は画像測定システムの全体を示
す図面、図２は背景構造体の斜視図、図３は背景構造体
に対する照明方法を示す図面、図４は画像処理の手順を
説明する図面である。図１において、参照番号１は測定
対象のワーク、３は搬送装置、５は撮像装置、７は画像
処理装置、９は照明装置である。

【０００９】搬送装置３は、図２にあるように表面に平
行溝を形成した金属板スラットを並設したエンドレスコ
ンベアである。平行溝の間隔は５〜６ｍｍ、溝の深さは
８〜１０ｍｍであり、全体に黒色の艶消し耐熱塗料が塗
布されている。溝の方向は搬送方向に対して約４５度傾
いている。照明装置９はワーク１が搭載されている位置
の斜め上方に設置され、図３に示すように照明光線は溝
の方向に対してほぼ垂直の側面から照射する。照明光線
は測定部分における面に対しほぼ６０度の傾斜角を持つ
ため、溝の底面には光が到達しない。したがって、垂直
上方から見ると暗色の縞模様の上にワーク１が載ってい
る状態になる。溝底部に照明光が到達しないような角度
は溝の幅と深さから決定することができ、例えば幅５ｍ
ｍ深さ８ｍｍの溝では仰角が５８度有ればよい。なお、
ワーク１が陰を作って画像処理の障害になるのを防ぐた
め、照明器を複数にして多方面から照明するようにして
もよい。また、照明の角度を大きくすることができない
場合は溝を深くして光が底部に届きにくくすることで対
処できる。

【００１０】撮像装置５は画素を５００×５００有する
ＣＣＤカメラであって、ワークの垂直上方から撮像した
画像を取り込む。視野の広さは対象とするワーク１の大
きさに合わせて１０００ｍｍ×１０００ｍｍ程度に調整
してある。画像処理装置７は、撮像装置５からの画像信
号を入力して、画像処理技術によりワーク１の２次元形
状を抽出する機能を有する。本発明の背景構造体を用い
る場合は図４に示したような比較的簡単な膨張収縮処理
で十分目的を果たすことができる。図４の（ａ）は、撮
像装置５が取得した背景板の縞模様の上にワーク１が載
っている原始画像を適当な閾値を用いて２値化して得ら
れた白黒画面を示す。画像処理装置７は、この２値化画
像を膨張処理して縞模様が互いに重なって連続するよう
にする。

【００１１】本実施例のケースではカメラの１画素が実
寸法の２ｍｍに当たるので、２画素分膨張させることに
より５ｍｍの溝幅は埋められて図４の（ｂ）のような中
間画像が得られる。この中間画像ではワーク１の外形も
縮んでしまうので正確な特徴算出処理をすることができ
ない。次ぎに、画像処理装置７はこの中間画像について
膨張させたと同じ画素分だけ収縮させる収縮処理を行
う。収縮処理は画像中の白点を膨張させると同じ処理で
あるから、一旦連続してベタ黒になった縞模様部分の内
部はそのままベタ黒で残り、境界部分が先の２値化画像
におけるワーク１との境界位置まで後退する。図４の
（ｃ）は収縮処理後の画像を示す図面である。このよう
にして抽出されたワーク１の２次元形状からワークの面
積や周囲長、あるいはワークの姿勢を判定することがで
きる。

【００１２】本実施例におけるワーク１は、例えば耐摩
耗材の鋳物で、砂型から取り出した直後の高温重量物で
ある。ワーク１は搬送装置３により図示の位置に搬送さ
れてきて、ここで図外の工業用ロボットのハンドで取り
上げられ、図外の研削機械で側面を削ぎ落として整形さ
れる。ワークは４つの側面を整形する必要があるので、
ロボットはワークをつかんだまま対向する２側面につい
て研削加工した後で、ワークを搬送装置１の元の場所に
戻して再び姿勢測定をして取り上げ、研削機械で残った
２側面の加工をしてから、搬送装置１で搬出させる。こ
のような作業を正確にかつ円滑に行うにはロボットハン
ドが正確にワークを把持する必要があり、ワークの形状
と姿勢を正確にかつ迅速に測定する必要がある。

【００１３】本実施例における搬送装置は搬送帯に上記
の溝付き金属板を用いているので、鋳物等、硬質で高温
の重量物を搭載しても十分耐えられるばかりか、使用を
繰り返す間にワークを載せる上面部分の塗料が剥離して
金属光沢を生ずるようになっても、溝底部が暗色を保持
するため、簡単な画像処理技術を適用することにより容
易にワークの２次元形状を背景から抽出して、迅速に特
徴算出処理を行うことができる。また、本実施例では簡
単のため、画像情報を２値化して画像処理した場合につ
いて述べたが、多値画像の場合は膨張収縮処理に代えて
最小値最大値フィルタによればよい。

【００１４】なお、上記説明では背景構造体の溝を平行
直線としたが、要はワークとの接触面が金属光沢を有す
るようになっても、底部に照明が届かないようにして膨
張収縮処理により画像処理して実質的に暗黒背景化する
ことができればよいので、曲線溝であっても、または正
方格子や六方格子、円配列などの孔パターンであっても
よい。これにより背景にワークを支える凸部と溝または
孔による凹部とができることになるが、凹部に光が入ら
ない環境であれば凹部が低照度部凸部が高照度部として
撮像され、凸部のピッチあるいは幅が十分小さければ画
像の膨張収縮処理により凸部の高照度部は凹部の低照度
部の浸食されて消去され、対象物のみが残ることにな
る。また、先の説明では対象物の照度が高い場合を想定
しているが、照度が低い場合にも背景の高照度部を膨張
縮小することにより同じ結果を得ることができる。

【００１５】なお、測定環境によっては照明装置を特に
備えなくても周囲光により適当な照明を得ることができ
る場合がある。また、実施例として背景構造体を有する
搬送装置について述べたが、ワークを背景構造体上に置
いて撮像し２次元形状を抽出する簡易な方法は、ロボッ
トハンドでワークを搬送してきて載置し姿勢を変えて持
ち替えて次の加工を行う場合や、専ら測定のために用い
られるような、ワークを搬送しない単なる載置台に用い
ても有効なことはいうまでもない。また、背景構造体の
材質は金属に限らず木材、樹脂、セラミック等、搭載す
る対象物により適当な物を選択することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明の画像
処理用背景構造体および搬送装置は、ゴムや塗装金属板
では扱いきれない各種の対象物を搭載して使用すること
ができ、撮像した画像から画像処理のための２次元形状
を容易に抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の背景構造体を用いた画像計測システム
の全体を示す図面である。

【図２】本発明の背景構造体の１例を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の背景構造体に対する照明方法を示す斜
視図である。

【図４】本発明の背景構造体を用いた画像処理の手順を
説明する図面である。

【符号の説明】

１ 測定対象 ３ 搬送装置 ５ 撮像装置 ７ 画像処理装置 ９ 照明装置

フロントページの続き (72)発明者 金丸 孝夫 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工 業株式会社 野田工場内 (56)参考文献 特開 平８−155398（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−201024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−139347（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 B07C 5/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の平面部に支持面を残して照明によ
   り底面を覆うような陰を生成する凹部を形成し、該凹部
   に黒化処理を施して、前記支持面の大きさが該支持面の
   画像部分が膨張収縮処理による画像処理により消去され
   て実質的に凹部と同質化できるような大きさである画像
   計測用背景構造体を短冊状に形成しスラットとして使用
   する搬送装置であって、前記凹部の底面に光が射し込み
   にくい方向から前記背景構造体表面を照明する照明装置
   と、該背景構造体のほぼ垂直上方から撮影して画像を取
   り込む撮像装置と、撮像した画像信号を空間フィルタを
   用いた膨張収縮処理による画像処理をして前記支持面の
   像を消去し平板化する画像処理システムを備えることを
   特徴とする搬送装置。
2. 【請求項２】 前記凹部が断面矩形の等間隔の平行溝で
   あることを特徴とする請求項１記載の搬送装置。
3. 【請求項３】 前記凹部が複数の波形溝であることを特
   徴とする請求項１記載の搬送装置。