JP3339090B2 - 位置検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出方法に係わ
り、特に、カメラが撮像した画像に基づいて基準の位置
を検出する方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】高精度な加工や組み立てを行う製造装置
などでは作業位置を精度よく検出する必要があり、位置
検出装置を用いて作業位置の検出が行われる。位置検出
装置における位置検出方法は、たとえば、カメラなどで
作業位置を含む所定の領域を撮像し、撮像画面上に定め
られた座標系（以下、視覚認識座標系という）における
作業位置に対応する座標を検出し、撮像画面における作
業位置の座標を、たとえば、ワークや加工器具の作業領
域に定められた座標系（以下、作業領域座標系という）
における座標に変換して作業位置の検出を行う。このと
き、下記式（１）に示すようなアフィン座標変換式を用
いて視覚認識座標（ｘ，ｙ）を作業領域座標（Ｘ，Ｙ）
に変換する。

【０００３】

【数１】

【０００４】上記式（１）の行列〔Ｍ〕は座標変換行列
であり、カメラの設置角度に応じた視覚認識座標系と作
業領域座標系との傾きおよびレンズ系による撮像画像の
歪みなどを較正すると共に、座標系間の倍率を調整して
座標変換する。（Ｘ０，Ｙ０）は、たとえば、行列によ
る座標変換の基準座標と作業領域座標系の基準座標との
偏移を較正する補正項である。

【０００５】従来の位置検出装置において上記式（１）
の行列〔Ｍ〕および補正項（Ｘ０，Ｙ０）を決定する方
法について説明する。図６は、位置検出装置のカメラの
撮像画面を示す。位置検出装置は、対象物を作業領域座
標系の既知の３点の座標Ａ（Ｘａ，Ｙａ），Ｂ（Ｘｂ，
Ｙｂ），Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）に移動させて、固定したカメ
ラの撮像画面７０内に対象物の像７２ａ，７２ｂ，７２
ｃを映し出す。図６に示すように、カメラの撮像画面７
０における左上端に視覚認識座標系の原点Ｏ（０，０）
を定めた場合に、対象物が作業領域座標系の座標Ａ（Ｘ
ａ，Ｙａ）に位置したとき撮像画面上の対象物の像７２
ａは視覚認識座標系の座標ａ（ｘａ，ｙａ）に位置し、
対象物が座標Ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）に位置したとき像７２ｂ
は座標ｂ（ｘｂ，ｙｂ）に位置し、対象物が座標Ｃ（Ｘ
ｃ，Ｙｃ）に位置したとき像７２ｃは座標ｃ（ｘｃ，ｙ
ｃ）に位置する。このとき、上記式（１）から下記式
（２），（３），（４）が成り立つ。

【０００６】

【数２】

【０００７】

【数３】

【０００８】

【数４】

【０００９】上記式（２）〜（４）を用いて、式（３）
から式（２）を減算した減算結果、および、式（４）か
ら式（２）を減算した減算結果を用いると行列〔Ｍ〕は
下記式（５）のようになる。ただし、式（５）において
Ｘａｂ＝Ｘｂ−Ｘａ，Ｙａｂ＝Ｙｂ−Ｙａ，Ｘａｃ＝Ｘ
ｃ−Ｘａ，Ｙａｃ＝Ｙｃ−Ｙａ，ｘａｂ＝ｘｂ−ｘａ，
ｙａｂ＝ｙｂ−ｙａ，ｘａｃ＝ｘｃ−ｘａ，ｙａｃ＝ｙ
ｃ−ｙａとした。

【００１０】

【数５】

【００１１】つまり、行列〔Ｍ〕は、式（３）から式
（２）を減算することで作業領域座標系のベクトルＡＢ
および視覚認識座標系のａｂ、式（４）から式（２）を
減算することで作業領域座標系のベクトルＡＣおよび視
覚認識座標系のａｃを算出し、ベクトルＡＢ，ａｂ，Ａ
Ｃ，ａｃの各要素を用いて定められる。

【００１２】また、作業領域座標系の座標Ａ，Ｂ，Ｃの
重心座標（Ｘｇ，Ｙｇ）、および、視覚認識座標系の座
標ａ，ｂ，ｃの重心座標（ｘｇ，ｙｇ）を用いると、式
（１）から（Ｘ０，Ｙ０）は下記式（６）のようにな
る。

【００１３】

【数６】

【００１４】ここで、 Ｘｇ＝（Ｘａ＋Ｘｂ＋Ｘｃ）／３ Ｙｇ＝（Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｙｃ）／３ ｘｇ＝（ｘａ＋ｘｂ＋ｘｃ）／３ ｘｇ＝（ｘａ＋ｘｂ＋ｘｃ）／３ である。

【００１５】そして、位置検出装置では、式（５）、式
（６）の算出結果、および式（１）に基づいて、カメラ
の撮像画面上で指定した視覚認識座標（ｘ，ｙ）を作業
領域座標（Ｘ，Ｙ）に変換して位置を検出する。上述し
たように式（５）に示す行列〔Ｍ〕は、視覚認識座標系
のベクトルａｂ，ａｃが作業領域座標系のベクトルＡ
Ｂ，ＡＣに変換されることを用いて、近似的に定めたも
のであり、視覚認識座標系のベクトルａｂ，ａｃおよび
重心座標（ｘｇ，ｙｇ）付近に位置する座標については
比較的精度よく作業領域座標系の座標に変換することが
できる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の位置検出システムでは、座標ａ，ｂ，ｃなどの３座標
を用いて、式（１）の変換式を決定するため、位置検出
を行う対象物が映し出される撮像画面７０の中心付近に
位置する座標の変換誤差が大きくなる。つまり、撮像画
面上での３座標を検出する際に発生する誤差の影響を低
減させるために３座標を撮像画面上に広範囲に採ろうと
すると、図６に示すように、ベクトルａｂ，ａｃおよび
重心座標（ｘｇ，ｙｇ）は幾何学的に撮像画面の中心か
ら外れた位置に存在しやすく、座標変換式（１）は、撮
像画面７０の中心付近での変換データが反映されない。

【００１７】この問題を解決するために、単に、ベクト
ルａｂ，ａｃの間隔を狭くしたり、その大きさを小さく
して、ベクトルａｂ，ａｃおよび重心座標を撮像画面の
中心付近に位置させたのでは、画像処理装置で対象物の
視覚認識座標ａ，ｂ，ｃを検出する際に発生する誤差の
影響が大きくなり、高い変換精度が得られない。

【００１８】また、カメラ２のレンズによる歪みは、撮
像中心点に対して対称な歪みが主であるが、３座標を用
いた場合にはベクトルａｂ，ａｃは撮像中心点に向かう
成分が小さくなりやすく、レンズによる歪みを効果的に
較正するような行列〔Ｍ〕を決定することが困難にな
る。

【００１９】さらに、上述したように、撮像画面の端に
視覚認識座標系の原点Ｏ点を定めているため、座標Ａ，
Ｂ，Ｃ，ａ，ｂ，ｃの値が比較的に大きくなり、計算機
を用いてディジタル方式の乗算などを行う際に発生する
丸め誤差などの影響が大きくなり、また、視覚認識座標
系での重心座標（ｘｇ，ｙｇ）が、ある程度大きな値を
有し、式（６）で示される（Ｘ０，Ｙ０）には、行列
〔Ｍ〕による変換に起因する誤差の影響が大きくなり上
記式（１）の座標変換誤差が大きくなる。そのため、視
覚認識座標系の座標を作業領域座標系の座標に精度よく
変換することができず、高精度な位置検出ができない。

【００２０】本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み
てなされ、高精度な位置検出を行うことができる位置検
出方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】第１の発明の位置検出方
法は、基準対象が形成された作業板が位置する作業領域
内に規定された作業領域座標系上の位置を撮像手段を用
いて検出する位置検出方法であって、前記作業領域座標
系の原点を前記撮像手段の撮像画面のほぼ中心に位置さ
せ、前記原点に対して対称になるように前記作業領域座
標系上に規定された４点の座標に、前記作業板上の基準
対象が順に位置するように前記作業板を移動し、前記４
点の座標のそれぞれの位置で、前記撮像手段の撮像画面
上に規定され、前記撮像画面のほぼ中心に原点が位置す
る視覚認識座標系上の前記基準対象の像の座標を検出
し、前記検出された前記視覚認識座標系上の４つの座標
と、前記作業領域座標系上に規定された前記４点の座標
とに基づいて、前記視覚認識座標系上の座標を前記作業
領域座標系上の座標に変換する座標変換式を決定し、前
記座標変換式を用いて、前記視覚認識座標系上の座標を
前記作業領域座標系上の座標に変換し、前記変換によっ
て得られた座標に基づいて、前記撮像画面上に映し出さ
れた任意の像の前記作業領域座標系上の位置を検出す
る。

【００２２】第１の発明の位置検出方法は、好ましく
は、前記作業領域座標系上に規定された４点の座標に、
前記作業板を順次、移動したときに、当該座標での位置
決めを複数回行う。

【００２３】第２の発明の位置検出方法は、基準対象が
形成された作業板が位置する作業領域内に規定された作
業領域座標系上の位置を撮像手段を用いて検出する位置
検出方法であって、前記作業板のほぼ中心に規定された
前記作業領域座標系の原点に対して対称になるように前
記作業領域座標系上に規定された４点の座標に、前記撮
像手段を移動し、前記４点の座標のそれぞれの位置で、
前記撮像手段の撮像画面のほぼ中心に原点が規定された
視覚認識座標系上の前記基準対象の像の座標を検出し、
前記検出された前記視覚認識座標系上の４つの座標と、
前記作業領域座標系上に規定された前記４点の座標とに
基づいて、前記視覚認識座標系上の座標を前記作業領域
座標系上の座標に変換する座標変換式を決定し、前記座
標変換式を用いて、前記視覚認識座標系上の座標を前記
作業領域座標系上の座標に変換し、前記変換によって得
られた座標に基づいて、前記撮像画面上に映し出された
任意の像の前記作業領域座標系上の位置を検出する。

【００２４】

【作用】第１の発明の位置検出方法では、作業領域座標
系の原点を前記撮像手段の撮像画面のほぼ中心に位置さ
せ、前記原点に対して対称になるように前記作業領域座
標系上に規定された４点の座標に、作業板上の基準対象
が順に位置するように前記作業板を移動する。そして、
前記４点の座標のそれぞれの位置で、前記撮像手段の撮
像画面上に規定され、前記撮像画面のほぼ中心に原点が
位置する視覚認識座標系上の前記基準対象の像の座標を
検出する。そして、前記検出された前記視覚認識座標系
上の４つの座標と、前記作業領域座標系上に規定された
前記４点の座標とに基づいて、前記視覚認識座標系上の
座標を前記作業領域座標系上の座標に変換する座標変換
式を決定する。そして、前記座標変換式を用いて、前記
視覚認識座標系上の座標を前記作業領域座標系上の座標
に変換する。そして、前記変換によって得られた座標に
基づいて、前記撮像画面上に映し出された任意の像の前
記作業領域座標系上の位置を検出する。

【００２５】

【実施例】第１実施例について説明する。図１に本実施
例の位置検出システムの構成図を示す。図１に示すよう
に、位置検出システム１は、撮像手段としてのカメラ
２、画像処理部４、座標変換部６、位置制御部８、作業
板１２が取り付けられた移動駆動部１０および表示・入
力部１４で構成される。位置検出システム１は、座標変
換式決定モードと、位置検出モードとを有する。位置検
出システム１は、座標変換式決定モードにおいて、座標
変換部６が座標変換を行う際に用いる座標変換式を決定
する。位置検出システム１は、位置検出モードにおい
て、座標変換式決定モードで決定された座標変換式を用
いて撮像画面に映し出された対象物の視覚認識座標系の
座標（ｘ，ｙ）を作業領域座標系の座標（Ｘ，Ｙ）に変
換し、対象物の作業領域座標系における位置を検出す
る。作業板１２には、たとえば、基準対象としての基準
対象物１４が形成され、基準対象物１４の作業板１２上
の位置は既知である。カメラ２は、移動駆動部１０の上
方に配設され、予め決められた位置および角度から下方
に位置する作業板１２を撮像し、撮像画像に応じた画像
信号Ｓ２を画像処理部４に出力する。

【００２６】座標変換式決定モードについて説明する。
位置制御部８は、移動駆動部１０に対して、図１に示す
ように予め定められた作業領域座標系（Ｘ−Ｙ）におけ
る４つの座標Ａ（Ｘａ，Ｙａ），Ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ），Ｃ
（Ｘｃ，Ｙｃ），Ｄ（Ｘｄ，Ｙｄ）に作業板１２上の基
準対象物１４が順次、位置するように作業板１２を順
次、移動させることを示す駆動制御信号Ｓ８を出力す
る。このとき、作業領域座標系（Ｘ−Ｙ）の原点Ｏは、
たとえば、カメラ２の撮像画面のほぼ中心に位置するよ
うに定め、座標Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、カメラ２の撮像画面
に映し出されるように定める。

【００２７】移動駆動部１０は、位置制御部８からの駆
動制御信号Ｓ８に基づいて、作業板１２をＸ，Ｙ軸方向
に移動させ、カメラ２は撮像画像に応じた画像信号Ｓ２
を画像処理部４に出力する。

【００２８】画像処理部４は、カメラ２から画像信号Ｓ
２を入力し、基準対象物１４が作業領域座標系における
座標Ａ（Ｘａ，Ｙａ）に位置したときに、図２に示すよ
うに、撮像画面に映し出された基準対象物１４の像４２
ａの撮像画面上に決定された視覚認識座標系（ｘ−ｙ）
における座標ａ（ｘａ，ｙａ）を検出し、座標変換部６
に出力する。このとき、視覚認識座標系（ｘ−ｙ）の原
点Ｏは撮像画面上のほぼ中央に位置するように定める。
その後、画像処理部４は、基準対象物が作業領域座標系
における座標Ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ），Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ），Ｄ
（Ｘｄ，Ｙｄ）に位置したときの像４２ｂ，４２ｃ，４
２ｄの座標ｂ（ｘｂ，ｙｂ），ｃ（ｘｃ，ｙｃ），ｄ
（ｘｄ，ｙｄ）を検出し、座標変換部６に順次、出力す
る。

【００２９】座標変換部６は、基準対象物１４の作業領
域座標系における座標Ａ（Ｘａ，Ｙａ），Ｂ（Ｘｂ，Ｙ
ｂ），Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ），Ｄ（Ｘｄ，Ｙｄ）、および、
基準対象物の像７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄの視覚
認識座標系における座標ａ（ｘａ，ｙａ），ｂ（ｘｂ，
ｙｂ），ｃ（ｘｃ，ｙｃ），ｄ（ｘｄ，ｙｄ）を用い
て、下記式（７）の行列〔Ｍ〕および（Ｘ０，Ｙ０）を
決定する。

【００３０】

【数７】

【００３１】上記式（７）に座標Ａ（Ｘａ，Ｙａ），Ｂ
（Ｘｂ，Ｙｂ），Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ），Ｄ（Ｘｄ，Ｙ
ｄ）、および、座標ａ（ｘａ，ｙａ），ｂ（ｘｂ，ｙ
ｂ），ｖ（ｘｃ，ｙｃ），ｄ（ｘｄ，ｙｄ）を代入する
と下記式（８）〜式（１１）が得られる。

【００３２】

【数８】

【００３３】

【数９】

【００３４】

【数１０】

【００３５】

【数１１】

【００３６】上記式（１０）から式（８）を減算した結
果、および、上記式（１１）から式（９）を減算した結
果を用いると行列〔Ｍ〕は、下記式（１２）のようにな
る。式（１２）でｘａｃ＝ｘｃ−ｘａ，ｙａｃ＝ｙｃ−
ｙａ，ｘｂｄ＝ｘｄ−ｘｂ，ｙｂｄ＝ｙｄ−ｙｂ，Ｘａ
ｃ＝Ｘｃ−Ｘａ，Ｙａｃ＝Ｙｃ−Ｙａ，Ｘｂｄ＝Ｘｄ−
Ｘｂ，Ｙｂｄ＝Ｙｄ−Ｙｂを用いた。

【００３７】

【数１２】

【００３８】つまり、行列〔Ｍ〕は、式（１０）から式
（８）を減算することで作業領域座標系のベクトルＡＣ
および視覚認識座標系のベクトルａｃ、式（１１）から
式（９）を減算することで作業領域座標系のベクトルＢ
Ｄおよび視覚認識座標系のベクトルｂｄを算出し、ベク
トルＡＣ，ａｃ，ＢＤ，ｂｄの各要素を用いて定められ
る。図２に示すように、ベクトルＡＣ，ａｃ，ＢＤ，ｂ
ｄは、カメラ２の撮像画面の中心点に向かう成分が大き
いため、これらから算出された行列〔Ｍ〕はカメラ２の
レンズによる撮像画面中心点に対称な歪みを高精度に較
正することができる。

【００３９】また、座標Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよび座標ａ，
ｂ，ｃ，ｄの重心は、撮像画面のほぼ中央付近に位置
し、行列〔Ｍ〕は位置検出が行われる対象物が比較的、
頻繁に映し出される撮像画面の中心の座標を高精度に変
換することができる。また、行列〔Ｍ〕は、直交行列に
限定していないため、カメラ２が移動する２次元平面
と、作業板１２とにわずかに傾きが生じている場合に
も、傾きの影響を有効に較正して高精度な座標変換を行
うことができる。さらに、作業領域座標系および視覚認
識座標系の原点を撮像画面における中心付近に採ったた
め、行列〔Ｍ〕は上述した従来の位置検出システムに比
べて小さな値を用いて算出され、乗算などの際に発生す
る丸め誤差などの影響が小さく高精度な座標変換を行う
ことができる。

【００４０】一方、作業領域座標系の座標Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの重心座標（Ｘｇ，Ｙｇ）、および、視覚認識座標系
の座標ａ，ｂ，ｃ，ｄの重心座標（ｘｇ，ｙｇ）は、下
記式（１３）のように定められる。

【００４１】

【数１３】 Ｘｇ＝（Ｘａ＋Ｘｂ＋Ｘｃ＋Ｘｄ）／４ Ｙｇ＝（Ｙａ＋Ｙｂ＋Ｙｃ＋Ｙｄ）／４ （１３） ｘｇ＝（ｘａ＋ｘｂ＋ｘｃ＋ｘｄ）／４ ｙｇ＝（ｙａ＋ｙｂ＋ｙｃ＋ｙｄ）／４

【００４２】上記式（７）、上記式（１２）で定められ
る行列〔Ｍ〕、および、上記式（１３）で定められる重
心座標（Ｘｇ，Ｙｇ）、（ｘｇ，ｙｇ）を用いると（Ｘ
０，Ｙ０）は、下記式（１４）のように定められる。

【００４３】

【数１４】

【００４４】座標変換部６は、座標変換式決定モードに
おいて、上述したように、視覚認識座標系の座標を作業
領域座標系の座標に高精度に変換する上記式（７），
（１２），（１４）で定めらる座標変換式を決定するこ
とができる。

【００４５】位置検出モードについて説明する。カメラ
２は、上述した座標変換式決定モードと同様に、下方に
位置する作業板１２を撮像し、撮像画像に応じた画像信
号Ｓ２を画像処理部４に出力する。表示・入力部１４
は、画像処理部４から画像信号Ｓ２を入力し、画像信号
Ｓ２に応じた撮像画像を表示し、たとえば、利用者がマ
ウスなどの位置指定手段を用いて撮像画像上の対象物ま
たは特定の位置を指定し、指定位置を示す信号Ｓ１４を
画像処理部４に出力する。画像処理部４は、表示・入力
部１４から入力した指定位置を示す信号Ｓ１４で指定さ
れる位置の視覚認識座標系での座標（ｘ，ｙ）を座標変
換部６に出力する。

【００４６】位置制御部８は、画像処理部４から視覚認
識座標系における座標（ｘ，ｙ）を入力すると、座標変
換式決定モードで決定された上記式（７），（１２），
（１４）で定められる座標変換式を用いて、作業領域座
標系における座標（Ｘ，Ｙ）を算出し、算出された座標
（Ｘ，Ｙ）を作業装置１８に出力する。作業装置１８
は、たとえば、加工装置などの装置であり、座標変換部
６から座標（Ｘ，Ｙ）を入力し、該座標に、たとえば、
ワークや加工器具を移動させ作業を行う。

【００４７】上述したように、位置検出システム１は、
位置検出モードにおいて、座標変換式決定モードで決定
した変換式を用いて高精度な位置検出を行う。本実施例
の位置検出システム１では、視覚認識座標系の座標を高
精度に作業領域座標系の座標に変換する座標変換式を決
定することができ、この変換式を用いて視覚認識座標系
の座標を作業領域座標系の座標に高精度に変換すること
ができ、精度の高い位置検出を行うことができる。

【００４８】第２実施例について説明する。図３に本実
施例の位置検出システムの構成図を示す。図３に示すよ
うに示すように、本実施例の位置検出システム２１は、
上述した第１実施例の位置検出システム１と同一のほぼ
同一の構成であるが、基準対象物１４が形成された作業
板１２の位置は固定され、移動駆動部２２はカメラ２を
２次元平面上を移動させ、カメラ２は下方に位置する作
業板１２を撮像する。図３に示すように、作業領域座標
系（Ｘ’−Ｙ’）を定める。

【００４９】座標変換決定モードについて説明する。位
置制御部２８は、移動駆動部２２に対して、図３に示す
ように予め定められた作業領域座標系（Ｘ’−Ｙ’）に
おける４つの座標Ａ’ （Ｘａ’，Ｙａ’），Ｂ’（Ｘ
ｂ’，Ｙｂ’），Ｃ’（Ｘｃ’，Ｙｃ’），Ｄ’（Ｘ
ｄ’，Ｙｄ’）にカメラ２を順次、移動させることを示
す駆動制御信号Ｓ２８を出力する。このとき、作業領域
座標系（Ｘ’−Ｙ’）の原点Ｏは、たとえば、作業板１
２のほぼ中心に位置するように定め、座標Ａ’，Ｂ’，
Ｃ’，Ｄ’は、カメラ２の撮像画面に作業板１２の基準
対象物１４が映し出されるように定める。

【００５０】移動駆動部２２は、位置制御部２８からの
駆動制御信号Ｓ２８に基づいてカメラ２をＸ，Ｙ軸方向
に移動させ、カメラ２は撮像画像に応じた画像信号Ｓ２
を画像処理部４に出力する。

【００５１】画像処理部４は、カメラ２から画像信号Ｓ
２を入力し、カメラ２が作業領域座標系における座標
Ａ’（Ｘａ’，Ｙａ’）に位置したときに、図４
（Ａ），（Ｂ）に示すように、撮像画面３２ａに映し出
された基準対象物１４の像５２ａの撮像画面３２ａ上に
決定された視覚認識座標系（ｘ’−ｙ’）における座標
ａ’（ｘａ’，ｙａ’）を座標変換部６に出力する。こ
のとき、視覚認識座標系（ｘ’−ｙ’）の原点Ｏは撮像
画面上のほぼ中央に位置するように定める。その後、画
像処理部４は、カメラ２が作業領域座標系における座標
Ｂ’（Ｘｂ’，Ｙｂ’），Ｃ’（Ｘｃ’，Ｙｃ’），
Ｄ’（Ｘｄ’，Ｙｄ’）に位置したときの撮像画面３２
ｂ，３２ｃ，３２ｄ上の像５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの座
標ｂ’（ｘｂ’，ｙｂ’），ｃ’（ｘｃ’，ｙｃ’），
ｄ’（ｘｄ’，ｙｄ’）を座標変換部６に順次、出力す
る。

【００５２】座標変換部２６は、カメラ２の作業領域座
標系における座標Ａ’（Ｘａ’，Ｙａ’），Ｂ’（Ｘ
ｂ’，Ｙｂ’），Ｃ’（Ｘｃ’，Ｙｃ’），Ｄ’（Ｘ
ｄ’，Ｙｄ’）、および、基準対象物の像５２ａ，５２
ｂ，５２ｃ，５２ｄの視覚認識座標系における座標ａ’
（ｘａ’，ｙａ’），ｂ’（ｘｂ’，ｙｂ’），ｃ’
（ｘｃ’，ｙｃ’），ｄ’（ｘｄ’，ｙｄ’）を用い
て、下記式（１５）の行列〔Ｍ〕および（Ｘ０’，Ｙ
０’）を決定する。下記式（１５）における、行列
〔Ｍ’〕および（Ｘ０’，Ｙ０’）は、上述した第１実
施例と同様の意味を有する。

【００５３】

【数１５】

【００５４】このとき、作業板１２は固定されているた
め、作業領域座標系（Ｘ’，Ｙ’）における基準対象物
１４の座標は不変であり、この座標を（Ｘｍ’，Ｙ
ｍ’）とすると上記式（１５）と、座標Ａ’，Ｂ’，
Ｃ’，Ｄ’および座標ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’を用いる
と下記式（１６）〜式（１９）が得られる。

【００５５】

【数１６】

【００５６】

【数１７】

【００５７】

【数１８】

【００５８】

【数１９】

【００５９】上記式（１８）から式（１６）を減算しが
結果、および、上記式（１９）から式（１７）を減算し
た結果を用いると行列〔Ｍ’〕は、下記式（２０）のよ
うになる。式（２０）でｘａｃ’＝ｘｃ’−ｘａ’，ｙ
ａｃ’＝ｙｃ’−ｙａ’，ｘｂｄ’＝ｘｄ’−ｘｂ’，
ｙｂｄ’＝ｙｄ’−ｙｂ’，Ｘａｃ’＝Ｘｃ’−Ｘ
ａ’，Ｙａｃ’＝Ｙｃ’−Ｙａ’，Ｘｂｄ’＝Ｘｄ’−
Ｘｂ’，Ｙｂｄ’＝Ｙｄ’−Ｙｂ’を用いた。

【００６０】

【数２０】

【００６１】つまり、行列〔Ｍ’〕は、式（１８）から
式（１６）を減算することで作業領域座標系のベクトル
Ａ’Ｃ’および視覚認識座標系のベクトルａ’ｃ’、式
（１９）から式（１７）を減算することで作業領域座標
系のベクトルＢ’Ｄ’および視覚認識座標系のベクトル
ｂ’ｄ’を算出し、ベクトルＡ’Ｃ’，ａ’ｃ’，Ｂ’
Ｄ’，ｂ’ｄ’の各要素を用いて定められる。このと
き、図４（Ｂ）に示すように、ベクトルＡ’Ｃ’，ａ’
ｃ’，Ｂ’Ｄ’，ｂ’ｄ’は、カメラ２の撮像画面の中
心点に向かう成分が大きく、カメラ２のレンズによる撮
像画面中心点に対称な歪みを高精度に較正することがで
きる。また、作業領域座標系および視覚認識座標系の原
点Ｏを撮像画面における中心付近に採ったため、行列
〔Ｍ’〕は上述した従来の位置検出システムに比べて小
さな値を用いて算出され、乗算などの際に発生する丸め
誤差などの影響が小さく、高精度な座標変換を行うこと
ができる。一方、座標Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’、およ
び、座標ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の重心座標は、下記式
（２１）のように定められる。

【００６２】

【数２１】 Ｘｇ’＝（Ｘａ’＋Ｘｂ’＋Ｘｃ’＋Ｘｄ’）／４ Ｙｇ’＝（Ｙａ’＋Ｙｂ’＋Ｙｃ’＋Ｙｄ’）／４ （２１） ｘｇ’＝（ｘａ’＋ｘｂ’＋ｘｃ’＋ｘｄ’）／４ ｙｇ’＝（ｙａ’＋ｙｂ’＋ｙｃ’＋ｙｄ’）／４

【００６３】上記式（１５）、上記式（２０）で定めら
れる行列〔Ｍ’〕、および、上記式（２１）で定められ
る重心座標を用いると（Ｘ０’，Ｙ０’）は、下記式
（２２）のように定められる。

【００６４】

【数２２】

【００６５】上述したように、座標変換部２６は、座標
変換式決定モードにおいて、視覚認識座標系の座標
（ｘ，ｙ）を作業領域座標系の座標（Ｘ’，Ｙ’）に高
精度に変換する上記式（１５），（２０），（２２）で
定められる座標変換式を決定する。

【００６６】位置検出モードは、上述した従来の位置検
出システム１で説明したのとほぼ同様であり、座標変換
部２６は座標変換式決定モードで決定した上記式（１
５），（２０），（２２）で定められた座標変換式を用
いて、高精度な位置検出を行う。本実施例の位置検出シ
ステム２１では、固定された作業板１２についても第１
実施例の位置検出システム１と同様に、視覚認識座標系
の座標を高精度に作業領域座標系の座標に変換する座標
変換式を決定することができ、この変換式を用いて視覚
認識座標系の座標を作業領域座標系の座標に高精度に変
換することができ、精度の高い位置検出を行うことがで
きる。

【００６７】第３実施例について説明する。本実施例の
位置検出システム３１は、上述した第１実施例の位置検
出システム１と同一の構成であるが、座標変換式決定モ
ードにおける位置制御部２８の処理および座標変換部２
６の処理が異なる。位置制御部８は、移動駆動部１０に
対して、図１に示すように予め定められた作業領域座標
系（Ｘ−Ｙ）における４つの座標Ａ（Ｘａ，Ｙａ），Ｂ
（Ｘｂ，Ｙｂ），Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ），Ｄ（Ｘｄ，Ｙｄ）
に作業板１２上の基準対象物１４が順次、位置するよう
に作業板１２を順次、移動させ、各座標に対して所定の
回数、位置決めを行うことを示す駆動制御信号Ｓ８を出
力する。位置決めを所定の回数行うのは、移動駆動部１
０の動作に機械的な誤差が発生し、基準対象物が目標の
位置からずれた位置に移動される場合を考慮した。

【００６８】移動駆動部１０は、位置制御部８からの駆
動制御信号Ｓ８に応じて、作業板１２の基準対象物１５
を各座標Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して所定の回数、位置決め
を行う。画像処理部４は、カメラ２から画像信号Ｓ２を
入力し、たとえば、基準対象物１４が作業領域座標系に
おける座標Ａ（Ｘａ，Ｙａ）に所定の回数、位置決めし
たときに、ｉ番目に位置決めを行った際に、撮像画面に
映し出された基準対象物１４の像の視覚認識座標系（ｘ
−ｙ）における座標ａ（ｘａｉ，ｙａｉ）を座標変換部
６に出力する。

【００６９】座標変換部６は、画像処理部４から位置決
め回数に相当する座標（ｘａｉ，ｙａｉ）を入力し、こ
れらの平均値を算出し、この平均値を座標ａ（ｘａ，ｙ
ａ）とする。画像処理部４および座標変換部６は、座標
Ｂ，Ｃ，Ｄに位置決めした場合にも、座標Ａの場合と同
様に、座標ｂ，ｃ，ｄを決定する。座標変換部６は、こ
のように決定された座標ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて、上述
した第１実施例の座標変換部６と同様にして変換式を決
定する。本実施例の位置検出システム３１では、作業板
１２の基準対象物１４を座標Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して所
定の回数、位置決めを行い、座標ａ，ｂ，ｃ，ｄを決定
するため、位置決めの際に発生する機械的な誤差の影響
を低減させることができさらに高精度な座標変換が可能
な変換式を決定することができる。そのため、座標変換
部２６で視覚認識座標系の座標を作業領域座標系の座標
に変換し、高精度な位置検出が可能となる。

【００７０】本発明は、上述した実施例に限定されな
い。たとえば、上述した位置検出システムは、基準対象
物１４の像が撮像画面に図２、図４に示すような位置に
映し出されるのではなく、図５に示すような位置に映し
出されるように基準対象物を移動してもよい。また、上
述した位置検出システムは、基準対象物１４を作業領域
座標系の４点ではなく５点またはそれ以上の数の点に移
動させ、そのなかから適当な点を選択して、座標変換式
を決定するようにしてもよい。

【００７１】

【発明の効果】本発明の位置検出方法によれば、撮像画
面上に映し出された像の絶対位置を高精度にすることが
できる。また、本発明の位置検出方法によれば、撮像手
段または基準対象を基準位置に移動した際に発生する位
置決め誤差による影響を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の位置検出システムの構成図であ
る。

【図２】第１実施例の位置検出システムの撮像画面を示
す図である。

【図３】第２実施例の位置検出システムの構成図であ
る。

【図４】（Ａ）は第２実施例の位置検出システムのカメ
ラの各位置における撮像画面を示す図である。（Ｂ）は
座標変換式の決定を説明するための図である。

【図５】従来の位置検出システムの位置検出方法を説明
するための図である。

【図６】従来の位置検出システムの位置検出方法を説明
するための図である。

【符号の説明】

１，２１・・・位置検出システム ２・・・カメラ ４・・・画像処理部 ６，２６・・・座標変換部 ８，２８・・・位置制御部 １０，２２・・・移動駆動部 １２・・・作業板 １４・・・基準対象物 １８・・・作業装置 １９・・・表示・入力部 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ・・・像 ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ・・・像 ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ・・・像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−313106（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−209109（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−300843（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−191904（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−274490（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−785（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−232183（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 B23Q 17/24 B25J 19/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準対象が形成された作業板が位置する作
   業領域内に規定された作業領域座標系上の位置を撮像手
   段を用いて検出する位置検出方法であって、 前記作業領域座標系の原点を前記撮像手段の撮像画面の
   ほぼ中心に位置させ、前記原点に対して対称になるよう
   に前記作業領域座標系上に規定された４点の座標に、前
   記作業板上の基準対象が順に位置するように前記作業板
   を移動し、 前記４点の座標のそれぞれの位置で、前記撮像手段の撮
   像画面上に規定され、前記撮像画面のほぼ中心に原点が
   位置する視覚認識座標系上の前記基準対象の像の座標を
   検出し、 前記検出された前記視覚認識座標系上の４つの座標と、
   前記作業領域座標系上に規定された前記４点の座標とに
   基づいて、前記視覚認識座標系上の座標を前記作業領域
   座標系上の座標に変換する座標変換式を決定し、 前記座標変換式を用いて、前記視覚認識座標系上の座標
   を前記作業領域座標系上の座標に変換し、 前記変換によって得られた座標に基づいて、前記撮像画
   面上に映し出された任意の像の前記作業領域座標系上の
   位置を検出する位置検出方法。
2. 【請求項２】前記作業領域座標系上の座標系を（Ｘ−
   Ｙ）座標系とし、 前記作業領域座標系上に規定された４点の座標を（Ｘ
   ａ，Ｙａ），（Ｘｂ，Ｙｂ），（Ｘｃ，Ｙｃ），（Ｘ
   ｄ，Ｙｄ）とし、 前記視覚認識座標系上の座標系を（ｘ−ｙ）座標系と
   し、 前記検出された視覚認識座標系上の４つの座標を（ｘ
   ａ，ｙａ），（ｘｂ，ｙｂ），（ｘｃ，ｙｃ），（ｘ
   ｄ，ｙｄ）とし、 前記座標（Ｘａ，Ｙａ）と座標（Ｘｃ，Ｙｃ）とが前記
   原点に対して対称に位置し、前記座標（Ｘｂ，Ｙｂ）と
   座標（Ｘｄ，Ｙｄ）とが前記原点に対して対称に位置
   し、 ｘａｃ＝ｘｃ−ｘａ，ｙａｃ＝ｙｃ−ｙａ，ｘｂｄ＝ｘ
   ｄ−ｘｂ，ｙｂｄ＝ｙｄ−ｙｂ，Ｘａｃ＝Ｘｃ−Ｘａ，
   Ｙａｃ＝Ｙｃ−Ｙａ，Ｘｂｄ＝Ｘｄ−Ｘｂ，Ｙｂｄ＝Ｙ
   ｄ−Ｙｂとした場合に、 下記式（１）〜（４）で規定される座標変換式を用い
   て、前記視覚認識座標系上の座標を前記作業領域座標系
   上の座標に変換する 請求項１に記載の位置検出方法。
3. 【請求項３】前記作業領域座標系上に規定された４点の
   座標に、前記作業板を順次、移動したときに、当該座標
   での位置決めを複数回行う請求項１に記載の位置検出方
   法。
4. 【請求項４】基準対象が形成された作業板が位置する作
   業領域内に規定された作業領域座標系上の位置を撮像手
   段を用いて検出する位置検出方法であって、 前記作業板のほぼ中心に規定された前記作業領域座標系
   の原点に対して対称になるように前記作業領域座標系上
   に規定された４点の座標に、前記撮像手段を移動し、 前記４点の座標のそれぞれの位置で、前記撮像手段の撮
   像画面のほぼ中心に原点が規定された視覚認識座標系上
   の前記基準対象の像の座標を検出し、 前記検出された前記視覚認識座標系上の４つの座標と、
   前記作業領域座標系上に規定された前記４点の座標とに
   基づいて、前記視覚認識座標系上の座標を前記作業領域
   座標系上の座標に変換する座標変換式を決定し、 前記座標変換式を用いて、前記視覚認識座標系上の座標
   を前記作業領域座標系上の座標に変換し、 前記変換によって得られた座標に基づいて、前記撮像画
   面上に映し出された任意の像の前記作業領域座標系上の
   位置を検出する位置検出方法。
5. 【請求項５】前記作業領域座標系上の座標系を（Ｘ’−
   Ｙ’）座標系とし、 前記作業領域座標系上に規定された４点の座標を（Ｘ
   ａ’，Ｙａ’），（Ｘｂ’，Ｙｂ’），（Ｘｃ’，Ｙ
   ｃ’），（Ｘｄ’，Ｙｄ’）とし、 前記視覚認識座標系上の座標系を（ｘ’−ｙ’）座標系
   とし、 前記検出された視覚認識座標系上の４つの座標を（ｘ
   ａ’，ｙａ’），（ｘｂ’，ｙｂ’），（ｘｃ’，ｙ
   ｃ’），（ｘｄ’，ｙｄ’）とし、 前記座標（Ｘａ’，Ｙａ’）と座標（Ｘｃ’，Ｙｃ’）
   とが前記原点に対して対称に位置し、前記座標（Ｘ
   ｂ’，Ｙｂ’）と座標（Ｘｄ’，Ｙｄ’）とが前記原点
   に対して対称に位置し、 ｘａｃ’＝ｘｃ’−ｘａ’，ｙａｃ’＝ｙｃ’−ｙ
   ａ’，ｘｂｄ’＝ｘｄ’−ｘｂ’，ｙｂｄ’＝ｙｄ’−
   ｙｂ’，Ｘａｃ’＝Ｘｃ’−Ｘａ’，Ｙａｃ’＝Ｙｃ’
   −Ｙａ’，Ｘｂｄ’＝Ｘｄ’−Ｘｂ’，Ｙｂｄ’＝Ｙ
   ｄ’−Ｙｂ’とした場合に、 下記式（５）〜（８）で規定される座標変換式を用い
   て、前記視覚認識座標系上の座標を前記作業領域座標系
   上の座標に変換する 請求項４に記載の位置検出方法。