JP3514029B2 - Two-dimensional position and orientation measurement method and apparatus, control apparatus for image recording apparatus, and control apparatus for manipulator - Google Patents

Two-dimensional position and orientation measurement method and apparatus, control apparatus for image recording apparatus, and control apparatus for manipulator

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JP3514029B2
JP3514029B2 JP07571796A JP7571796A JP3514029B2 JP 3514029 B2 JP3514029 B2 JP 3514029B2 JP 07571796 A JP07571796 A JP 07571796A JP 7571796 A JP7571796 A JP 7571796A JP 3514029 B2 JP3514029 B2 JP 3514029B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は2次元位置姿勢測定
方法及び装置、画像記録装置用制御装置、及びマニピュ
レータ用制御装置に関し、特に、2次元における位置姿
勢の測定において簡素化及びコストダウンが図れ、取扱
性が改善でき、測定精度がマーク形成媒体の速度に依存
しない測定方法及び装置、及びそれらを利用して画像記
録装置及びマニピュレータを制御する制御装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two- dimensional position / orientation measuring method and device, a controller for an image recording device, and a controller for a manipulator, and in particular, simplification and cost reduction can be achieved in measuring the position and orientation in two dimensions. , can improve handling properties, constant method measuring accuracy measurement have dependent <br/> Shinano on the speed of the mark forming media and apparatus, and a control device for controlling an image recording apparatus and the manipulator using them.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ロボット等による作業の高度化や
複雑化に伴い、2次元の位置、及び姿勢を高速、且つ、
高精度に測定することが要求されている。例えば、マニ
ピュレータによって物体を把持したり、把持した物体を
適当な場所に置くときに対象物の位置、及び姿勢を高
速、且つ、高精度に測定する必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, two-dimensional positions and postures have been changed at high speed with the advancement and complexity of work by robots and the like.
It is required to measure with high accuracy. For example, it is necessary to measure the position and orientation of a target object at high speed and with high accuracy when gripping an object with a manipulator or placing the gripped object at an appropriate place.

【0003】従来の2次元位置姿勢測定装置として、ビ
ジュアルフィードバック制御を行うために、外界センサ
としてテレビカメラ等の撮像手段を用いたものがある。
この2次元位置姿勢測定装置によると、テレビカメラ等
の撮像手段によって測定対象物を撮像して測定対象物の
位置及び姿勢の情報を発生し、この情報から得られた位
置及び姿勢を外部環境に固定した座標系の座標値に変換
し、この座標系の目標座標値と座標変換により得られた
検出座標値との差に応じて測定対象物の位置及び姿勢を
測定するようにしている。
As a conventional two-dimensional position / orientation measuring apparatus, there is one using an image pickup means such as a television camera as an external sensor for performing visual feedback control.
According to this two-dimensional position / orientation measuring device, an image of an object to be measured is picked up by an image pickup means such as a television camera to generate position and attitude information of the object to be measured, and the position and attitude obtained from this information are used as an external environment. The coordinate value is converted into a fixed coordinate system, and the position and orientation of the measuring object is measured according to the difference between the target coordinate value of this coordinate system and the detected coordinate value obtained by the coordinate conversion.

【0004】しかし、この2次元位置姿勢測定装置によ
ると、テレビカメラ等の撮像手段にはCCD等の2次元
センサが用いられており、1画面のデータ取り込み速度
は1/30秒または1/60秒である。これはマニピュ
レータのモータ制御装置のフィードバックのサイクルタ
イムが一般に1/1000秒以下であるのに比べて非常
に遅く、高速な位置決め作業には対応できない。また、
1画面の画素が500×500程度であるため、分解能
が十分でなく、更に、処理すべき情報量が多いので、高
速化のためには専用の処理回路が必要になってコストア
ップになる。
However, according to this two-dimensional position / orientation measuring apparatus, a two-dimensional sensor such as a CCD is used as an image pickup means such as a television camera, and the data capturing speed of one screen is 1/30 seconds or 1/60. Seconds. This is extremely slow compared to the fact that the feedback cycle time of the motor control device of the manipulator is generally 1/1000 second or less, and cannot cope with high-speed positioning work. Also,
Since the number of pixels on one screen is about 500 × 500, the resolution is not sufficient, and since the amount of information to be processed is large, a dedicated processing circuit is required for speeding up, resulting in an increase in cost.

【0005】これらの課題を解決する2次元位置姿勢測
定装置、あるいは2次元位置測定装置として、例えば、
特開平3−17503号公報、及び特開昭64−180
01号公報に示されるものがある。
As a two-dimensional position and orientation measuring device or a two-dimensional position measuring device for solving these problems, for example,
JP-A-3-17503 and JP-A-64-180
There is one disclosed in Japanese Patent Publication No. 01.

【0006】特開平3−17503号公報に示される2
次元位置姿勢測定装置は、正方形の4辺にそれぞれ1次
元光センサを配置し、これによって半導体ウェーハ上に
形成された格子状の切り離し線を読み取り、それぞれ対
向する辺の2対の1次元センサの受光レベル分布、及び
その差に基づいて半導体ウェハーの位置及び姿勢を測定
している。
2 disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 17503/1993
The dimensional position / orientation measuring apparatus has a four-sided square one-dimensional optical sensor arranged on each side of the square, and reads a grid-shaped cut-off line formed on a semiconductor wafer by the sensor. The position and orientation of the semiconductor wafer are measured based on the received light level distribution and the difference therebetween.

【0007】また、特開昭64−18001号公報に示
される2次元位置測定装置は、測定対象物に豆電球等の
点光源を取り付け、この点光源を集光光学系によって集
光し、集光された光ビームをビームスプリッタで分割
し、分割された光ビームをそれぞれ直交する2方向の1
次元センサで検出し、そのセンサ信号を対応する位置検
出回路に入力して測定対象物の位置を測定している。
Further, the two-dimensional position measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-18001 is equipped with a point light source such as a miniature bulb on the object to be measured, and the point light source is condensed by a condensing optical system to collect the light. The emitted light beam is split by a beam splitter, and the split light beam is divided into two orthogonal directions 1
The dimension sensor detects the position and inputs the sensor signal to the corresponding position detection circuit to measure the position of the measuring object.

【0008】一方、画像記録装置の記録媒体上に形成さ
れる複数のカラー画像のレジストレーションの誤差を検
出する画像記録装置用制御装置として、特開平6−11
8735号公報に示されるものがある。この画像記録装
置用制御装置は、逆V字状のパターンの第1および第2
の辺に沿って配置された第1および第2のマーク検出器
と、この第1および第2のマーク検出器から出力される
マーク検出タイミング信号を入力して所定の演算を行
い、その演算結果に基づいて複数のカラー画像のレジス
トレーションの誤差を検出する演算回路を有する。この
画像記録装置用制御装置では、所定の速度で移動する記
録媒体上に、逆V字状のパターンの2辺を第1のカラー
にした第1のマークと、逆V字状のパターンの2辺を第
2のカラーにした第2のマークと、逆V字状のパターン
の第1の辺を第1のカラーに、第2の辺を第2のカラー
にした第3のマークを、それぞれ所定のタイミングで形
成する。この第1より第3のマークは記録媒体の移動に
よって第1および第2のマーク検出器に検出される。第
1および第2のマーク検出器は第1より第3のマークを
検出すると、検出タイミング信号を演算回路に出力す
る。演算回路はその検出タイミング信号を入力して所定
の演算を行い、その演算結果に基づいて第1および第2
のカラー画像のレジストレーションの誤差を検出する。
画像記録装置は、検出された誤差に基づいて、カラー画
像のレジストレーションの調整を行う。
On the other hand, as a control device for an image recording apparatus for detecting an error in registration of a plurality of color images formed on a recording medium of the image recording apparatus, Japanese Patent Laid-Open No. 6-11
There is one disclosed in Japanese Patent No. 8735. This control device for an image recording device is provided with first and second inverted V-shaped patterns.
And a mark detection timing signal output from the first and second mark detectors are input to perform a predetermined calculation, and the calculation result is obtained. And an arithmetic circuit for detecting an error in registration of a plurality of color images based on the above. In this control device for an image recording device, a first mark having two sides of an inverted V-shaped pattern in a first color and an inverted V-shaped pattern are formed on a recording medium that moves at a predetermined speed. A second mark whose side is a second color, and a third mark whose first side of the inverted V-shaped pattern is a first color and whose second side is a second color are respectively It is formed at a predetermined timing. The first to third marks are detected by the first and second mark detectors by the movement of the recording medium. When detecting the first to third marks, the first and second mark detectors output detection timing signals to the arithmetic circuit. The arithmetic circuit inputs the detection timing signal to perform a predetermined arithmetic operation, and based on the arithmetic result, the first and second
The registration error of the color image of.
The image recording device adjusts the registration of the color image based on the detected error.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平3−1
7503号公報の2次元位置姿勢測定装置によると、正
方形の各辺に1次元センサを配置しているので、少なく
とも4本の1次元センサが必要になり、コスト高を招
く。一方、特開昭64−18001号公報の2次元位置
測定装置によると、結像レンズ、かまぼこ型レンズ、ビ
ームスプリッタを含む多種の光学部品が必要になるの
で、構成が複雑化し、コスト高になる。また、豆電球等
の点光源を必要とするので、壊れを防ぐために取り扱い
に注意を必要とする。更に、特開平6−118735号
公報のカラーレジストレーションの誤差検出装置による
と、記録媒体の速度を一定とした演算式にマークの検出
タイミング信号を代入してレジストレーションの誤差を
検出しているので、記録媒体に速度変動が生じると、検
出精度が低下する。
However, Japanese Patent Laid-Open No. 3-1 is used.
According to the two-dimensional position-and-orientation measuring device disclosed in Japanese Patent No. 7503, since the one-dimensional sensor is arranged on each side of the square, at least four one-dimensional sensors are required, resulting in high cost. On the other hand, according to the two-dimensional position measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-18001, various optical components including an imaging lens, a kamaboko lens, and a beam splitter are required, which complicates the configuration and increases the cost. . In addition, since a point light source such as a miniature bulb is required, care must be taken in handling to prevent breakage. Further, according to the color registration error detection device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-118735, the mark detection timing signal is substituted into an arithmetic expression in which the speed of the recording medium is constant to detect the registration error. If the speed of the recording medium fluctuates, the detection accuracy decreases.

【0010】従って、本発明の目的はコストダウンおよ
び構成の簡素化を図れる2次元位置姿勢測定方法及び装
置、画像記録装置用制御装置、及びマニピュレータ用制
御装置を提供することにある。
It is therefore an object of the present invention is to provide two-dimensional position Ru Hakare simplification of cost and construction orientation measuring method and apparatus, an image recording apparatus control unit, and the manipulator control device.

【0011】本発明の他の目的は取り扱いに特別の注意
を払う必要がない2次元位置姿勢測定方法及び装置、及
びマニピュレータ用制御装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide required such have 2D pay particular attention to the handling position and orientation measuring method and apparatus, and a manipulator control device.

【0012】本発明の他の目的は測定精度がマーク形成
媒体の速度に依存しない2次元位置姿勢測定方法及び装
置、及びマニピュレータ用制御装置を提供することにあ
る。
Another object of the present invention lies in that the measurement accuracy rate-dependent, such has two-dimensional position and orientation measuring method and apparatus of the mark forming medium, and to provide a manipulator control system.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】 本発明の第の特徴によ
ると、上記目的を実現するため、第1の平面上を変位す
る測定対象物の位置と姿勢を測定する2次元位置姿勢測
定方法において、第1及び第2の線分、及び前記第2の
線分及び第3の線分との間で2つの交点を提供し、前記
第1及び第2の線分がなす角度、前記第2及び第3の線
分がなす角度、及び前記2つの交点の距離が既知なマー
クを前記測定対象物に形成し、第2の平面に少なくとも
1つの1次元センサを配置し、前記マークに含まれる前
記第1、第2、及び第3の線分の3つの線分像を前記第
2の平面に形成して前記少なくとも1つの1次元光セン
サに長さ方向の受光強度分布を表す受光信号を発生さ
せ、前記受光信号に基づいて前記3つの線分の前記少
なくとも1つの1次元光センサ上の位置を演算し、前記
少なくとも1つの1次元光センサ上の位置に基づいて前
記マークの前記2つの交点の1つの位置と、前記マーク
の前記第1、第2、及び第3の線分の1つの線分の傾斜
を演算することを特徴とする2次元位置姿勢測定方法を
提供する。
According to a first aspect of the problem-solving means for the present invention, for achieving the above object, the two-dimensional position and orientation measuring method for measuring the position and orientation of the measuring object displacing the first upper plane In the first and second line segments, and two intersections between the second line segment and the third line segment, the angle formed by the first and second line segments, A mark having a known angle between the second and third line segments and the distance between the two intersections is formed on the measurement object, and at least one one-dimensional sensor is arranged on the second plane and included in the mark. A light-receiving signal representing the light-receiving intensity distribution in the longitudinal direction on the at least one one-dimensional photosensor by forming three line-segment images of the first, second, and third line segments on the second plane. to generate, at least one of the primary of the three line segments images on the basis of the received light signal Calculating a position on the optical sensor, and based on the position on the at least one one-dimensional optical sensor, one position of the two intersections of the mark and the first, second, and third positions of the mark. There is provided a two-dimensional position and orientation measuring method characterized by calculating the inclination of one line segment.

【0015】本発明の第の特徴によると、上記目的を
実現するため、第1の平面上を変位する測定対象物の位
置と姿勢を測定する2次元位置姿勢測定装置において、
前記測定対象物に形成され、第1及び第2の線分、及び
前記第2及び第3の線分との間で2つの交点を提供し、
前記第1及び第2の線分がなす角度、前記第2及び第3
の線分がなす角度、及び前記2つの交点の距離が既知な
マークと、第2の平面に前記マークに含まれる前記第
1、第2、及び第3の線分の3つの線分像を形成する像
形成手段と、前記第2の平面に配置され、前記3つの線
分像に基づいて長さ方向の受光強度分布を表す受光信号
を出力する少なくとも1つの1次元光センサと、前記受
光信号に基づいて前記3つの線分像の前記少なくとも1
つの1次元光センサ上の位置を演算する第1の演算手段
と、前記少なくとも1つの1次元光センサ上の位置に基
づいて前記マーク前記2つの交点の1つの位置と、前
記マーク前記第1、第2、及び第3の線分の1つの線
分の傾斜を演算する第2の演算手段を具備したことを特
徴とする2次元位置姿勢測定装置を提供する。
According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in a two-dimensional position / orientation measuring apparatus for measuring the position and orientation of a measuring object displaced on a first plane,
Formed on the measurement object, providing two intersections between the first and second line segments and the second and third line segments;
The angle formed by the first and second line segments, the second and third
An angle formed by the line segments and the distance between the two intersections are known, and three line segment images of the first, second, and third line segments included in the marks on the second plane. An image forming unit to be formed, at least one one-dimensional optical sensor which is arranged on the second plane and outputs a light receiving signal representing a light receiving intensity distribution in the length direction based on the three line segment images; The at least one of the three line segment images based on the received light signal
One of the first calculating means for calculating a position on the one-dimensional optical sensor, and one position of the two intersections of the mark based on a position on the at least one one-dimensional optical sensor, wherein the mark first There is provided a two-dimensional position-and-orientation measuring apparatus characterized by comprising a second calculating means for calculating an inclination of one of the first, second, and third line segments.

【0016】本発明の第の特徴によると、上記目的を
実現するため、異なったカラーのトナー像を重ねてカラ
ー画像を形成する画像記録装置において、第1及び第2
の線分、及び前記第2の線分及び第3の線分との間で2
つの交点を提供し、前記第1及び第2の線分がなす角
度、前記第2及び第3の線分がなす角度、及び前記2つ
の交点の距離が既知なマークの画像信号を発生する画像
信号発生手段と、前記マークの画像信号を入力して用
紙、ベルト等の像担持体の第1の位置に前記マークのト
ナー像を第1のカラーで形成する第1のトナー像形成手
段と、前記マークの画像信号を入力して前記像担持体の
前記第1の位置に隣接する第2の位置に前記マークのト
ナー像を第2のカラーで形成する第2のトナー像形成手
段と、前記第1及び第2のカラーのトナー像に含まれる
第1、第2、及び第3の線分の3つの線分像を所定の面
に形成するマーク像形成手段と、前記所定の面に配置さ
れ、前記3つの線分像に基づいて長さ方向の受光強度分
布を表す受光信号を出力する少なくとも1つの1次元光
センサと、前記受光信号に基づいて前記3つの線分像の
前記少なくとも1つの1次元光センサ上の位置を演算す
る第1の演算手段と、前記少なくとも1つの1次元光セ
ンサ上の位置に基づいて前記マークのトナー像前記2
つの交点の1つの位置と、前記マークのトター像前記
第1、第2及び第3の線分の1つの線分の傾斜を第1及
び第2のカラー毎に演算する第2の演算手段と、前記第
2の演算手段の演算結果に基づいて前記第1のカラーの
トナー像に対する前記第2のカラーのトナー像のレジス
トレーションの誤差を算出してその誤差を補正する制御
信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする画像
記録装置用制御装置を提供する。
According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, an image recording apparatus for forming a color image by superposing toner images of different colors is provided.
2 between the second line segment and the third line segment
An image that provides two intersections and generates an image signal of a mark whose angle is formed by the first and second line segments, the angle formed by the second and third line segments, and the distance between the two intersections is known. Signal generation means, and first toner image forming means for inputting the image signal of the mark and forming a toner image of the mark in a first color on a first position of an image carrier such as paper or a belt, Second toner image forming means for inputting an image signal of the mark and forming a toner image of the mark in a second color at a second position adjacent to the first position of the image carrier; The three line segment images included in the first and second color toner images are formed on a predetermined plane.
And the mark image forming means to be formed on the predetermined surface.
Based on the above three line segment images, the received light intensity in the length direction
At least one of the one-dimensional optical sensor, a first calculating means for calculating a position on the at least one one-dimensional optical sensor of the three line segments images on the basis of the light reception signal for outputting a light reception signal representing a cloth Of the toner image of the mark based on the position on the at least one one-dimensional photosensor.
Second computing means for computing the position of one intersection and the inclination of one of the first , second and third line segments of the Toter image of the mark for each of the first and second colors. And an error in registration of the toner image of the second color with respect to the toner image of the first color is calculated based on the calculation result of the second calculation means, and a control signal for correcting the error is output. Provided is a control device for an image recording apparatus, which is equipped with a control means.

【0017】本発明の第の特徴によると、上記目的を
実現するため、象物品の位置及び姿勢を制御するマニ
ピュレータ用制御装置において、前記対象物品の対象表
面に形成され、第1及び第2の線分、及び前記第2の線
分及び第3の線分との間で2つの交点を提供し、前記第
1及び第2の線分がなす角度、前記第2及び第3の線分
がなす角度、及び前記2つの交点の距離が既知なマーク
と、前記マークに含まれる前記第1、第2、及び第3の
線分の3つの線分像をマニピュレータの所定の面に形成
する像形成手段と、前記マニピュレータの前記所定の面
に配置され、前記3つの線分像に基づいて長さ方向の受
光強度分布を表す受光信号を出力する少なくとも1つの
1次元光センサと、前記受光信号に基づいて前記第1、
第2及び第3の線分の前記少なくとも1つの1次元光セ
ンサ上の位置を演算する第1の演算手段と、前記少なく
とも1つの1次元光センサ上の位置に基づいて前記マー
クの前記2つの交点の1つの位置と、前記マークの前記
第1、第2及び第3の線分の1つの線分の傾斜を演算す
る第2の演算手段と、前記第2の演算手段によって演算
された前記1つの位置と前記1つの線分の傾斜に基づい
前記マニピュレータを制御することにより前記対象物
品の前記位置および前記姿勢を所定の位置および所定の
姿勢にする制御手段を備えことを特徴とするマニピュ
レータ用制御装置を提供する。
[0017] According to a fourth aspect of the present invention, for achieving the above object, the manipulator control device for controlling the position and orientation of the Target article, the target table of the target object
A first and second line segment formed on the surface, and the second line
Providing two points of intersection between the line segment and the third line segment,
The angle formed by the first and second line segments, the second and third line segments
A mark whose angle is known and the distance between the two intersections is known.
And the first, second, and third included in the mark
Form three line segment images on a predetermined surface of the manipulator
Image forming means and the predetermined surface of the manipulator
Are arranged in the vertical direction, and based on the three line segment images,
At least one that outputs a received light signal that represents a light intensity distribution
A one-dimensional optical sensor, and the first based on the received light signal,
The at least one one-dimensional optical sensor of the second and third line segments.
The first calculation means for calculating the position on the sensor,
And the marker based on the position on one one-dimensional optical sensor.
Position of one of the two intersections of the
Calculate the slope of one of the first, second and third line segments
And a second computing means for performing computation by the second computing means.
Based on the one position and the slope of the one line segment
Providing manipulator control apparatus characterized by comprising a control means for the position and the orientation of the predetermined position and a predetermined posture of the target object by controlling the manipulator Te.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の2次元位置姿勢測
定用マーク、2次元位置姿勢測定方法及び装置、画像記
録装置用制御装置、及びマニピュレータ用制御装置を添
付図面を参照しながら詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A two-dimensional position and orientation measuring mark, a two-dimensional position and orientation measuring method and apparatus, an image recording apparatus control apparatus, and a manipulator control apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. explain.

【0019】図1の(a) には、本発明の2次元位置姿勢
測定装置の第1の実施の形態が示されている。この2次
元位置姿勢測定装置は、対象表面2と平行な平面上を変
位する測定対象物1と、測定対象物1の対象表面2を照
射する光源(図示せず)と、光源によって照射された対
象表面2を撮像する撮像ユニット5と、撮像ユニット5
から出力されるセンサ信号に基づいて測定対象物1の位
置と姿勢を演算して表示部17に表示する演算ユニット
9を備えて構成されている。
FIG. 1A shows a first embodiment of a two-dimensional position / orientation measuring apparatus of the present invention. This two-dimensional position-and-orientation measuring apparatus is illuminated by a measurement object 1 that is displaced on a plane parallel to the object surface 2, a light source (not shown) that illuminates the object surface 2 of the measurement object 1, and a light source. Imaging unit 5 for imaging the target surface 2, and imaging unit 5
The calculation unit 9 is configured to calculate the position and orientation of the measurement target 1 based on the sensor signal output from the display unit 17 and display the calculated position and orientation on the display unit 17.

【0020】撮像ユニット5は、結像レンズ4、及び結
像面7を有して構成され、結像面7には後述する1次元
光センサが配置されている。
The image pickup unit 5 comprises an image forming lens 4 and an image forming surface 7, and a one-dimensional optical sensor described later is arranged on the image forming surface 7.

【0021】演算ユニット9は、撮像ユニット5とのイ
ンターフェイス機能を備えたマイクロコンピュータ等で
あり、メモリ、ALU等のプロセッサ等を有している。
The arithmetic unit 9 is a microcomputer or the like having an interface function with the image pickup unit 5, and has a processor such as a memory and ALU.

【0022】図1の(b) には、対象表面2に形成された
マーク3が示されている。このマーク3は、第1及び第
2の直線L1 、L2 との間で交点P1 、及び第2及び第
3の直線L2 、L3 との間で交点P2 を提供し、交点P
1 、及びP2 の距離g、直線L1 、L2 がなす角度α、
及び直線L2 、L3 がなす角度βが既知である。
The mark 3 formed on the target surface 2 is shown in FIG. 1 (b). This mark 3 provides an intersection P 2 between the first and second straight line L 1, the intersection point P 1, and the second and third linear L 2, L 3 between L 2, intersection P
1 and the distance g between P 2 and the angle α formed by the straight lines L 1 and L 2 ,
And the angle β formed by the straight lines L 2 and L 3 is known.

【0023】マーク3の形成は、対象表面2と反射率が
異なる塗料を対象表面2に塗布するか、インクでシール
等に印刷したものを対象表面2に貼りつけるか、対象表
面2と反射率が異なる材質の部材を貼りつけても良い。
この実施の形態では、白色の対象表面2に黒色塗料でマ
ーク3を記している。直線は4本以上あっても良く、そ
のうち条件を満たす3本に着目すれば良い。更に、これ
らの直線は連続線、或いは不連続線であっても良く、所
定の長さの線分が定義されれば良い。
The mark 3 is formed by applying a paint having a reflectance different from that of the target surface 2 to the target surface 2, or by sticking a mark or the like printed with ink on the target surface 2, or by applying the mark to the target surface 2. Alternatively, members made of different materials may be attached.
In this embodiment, the mark 3 is marked on the white target surface 2 with black paint. There may be four or more straight lines, and attention should be paid to three that satisfy the condition. Further, these straight lines may be continuous lines or discontinuous lines, and a line segment having a predetermined length may be defined.

【0024】図1の(c) には、撮像ユニット5の結像面
7が示されている。前述したように、結像面7には1次
元光センサ6が配置されており、この結像面7に対象表
面2のマーク3の直線L1 〜L3 が交点P1',P2'を有
する直線L1'〜L3'より成るマーク像3’として結像さ
れる。h−vは2次元座標系を示す。
In FIG. 1C, the image plane 7 of the image pickup unit 5 is shown. As described above, the one-dimensional optical sensor 6 is arranged on the image plane 7, and the straight lines L 1 to L 3 of the mark 3 on the target surface 2 intersect the intersections P 1 ′ and P 2 ′ on the image plane 7. It is imaged as mark image 3 made of linear L 1 '~L 3' 'having. h-v indicates a two-dimensional coordinate system.

【0025】図2には、撮像ユニット5及び演算ユニッ
ト9のシステムが示されている。このシステムは、1次
元光センサ6を駆動する駆動回路11と、1次元光セン
サ6のセンサ信号を増幅するアンプ12と、増幅された
センサ信号をディジタルデータに変換するA/D変換器
13と、A/D変換器13から出力されるディジタルの
センサ信号を記憶するメモリ14と、後述するプロセッ
サ16から制御信号を入力してメモリ14に書き込み/
読み出し信号を出力し、メモリ14におけるセンサ信号
の書き込み、及び読み出しを制御するメモリ制御回路1
5と、メモリ14から読み出したセンサ信号から測定対
象物1の位置、及び姿勢を演算し、その結果を表示部1
7に表示するプロセッサ16を備えて構成されている。
プロセッサ16は直線L1 ’〜L3 ’の1次元光センサ
6上の位置を演算する第1の演算回路16aと、第1の
演算回路16aの演算結果に基づいて交点P1 ,P2
少なくとも1つの位置と、直線L1 〜L3 の少なくとも
1つの傾斜を演算する第2の演算回路16bを有する。
FIG. 2 shows a system of the image pickup unit 5 and the arithmetic unit 9. This system includes a drive circuit 11 that drives the one-dimensional photosensor 6, an amplifier 12 that amplifies the sensor signal of the one-dimensional photosensor 6, and an A / D converter 13 that converts the amplified sensor signal into digital data. , A memory 14 for storing a digital sensor signal output from the A / D converter 13, and a control signal from a processor 16 to be described later to write / write in the memory 14.
A memory control circuit 1 that outputs a read signal and controls writing and reading of a sensor signal in the memory 14.
5 and the sensor signal read from the memory 14, the position and orientation of the measuring object 1 are calculated, and the result is displayed on the display unit 1.
7 is provided with a processor 16 for displaying.
The processor 16 calculates the positions of the straight lines L 1 ′ to L 3 ′ on the one-dimensional optical sensor 6 and the intersections P 1 and P 2 based on the calculation result of the first calculation circuit 16 a. having a second arithmetic circuit 16b for calculating at least one position, at least one slope of the straight line L 1 ~L 3.

【0026】以上の構成において、動作を説明する。The operation of the above configuration will be described.

【0027】まず、図示しない光源によって対象表面2
を照射すると、マーク3を含む対象表面2からの反射光
は結像レンズ4により集光され、結像面7に交点P1',
2'を有する直線L1'〜L3'より成るマーク像3’が結
像される。
First, the target surface 2 is illuminated by a light source (not shown).
When the irradiation is performed, the reflected light from the target surface 2 including the mark 3 is condensed by the imaging lens 4, and the intersection P 1 ′,
'Mark image 3 made of' ~L 3 is imaged 'straight line L 1 has a' to P 2.

【0028】結像面7にマーク像3’が結像すると、1
次元光センサ6から光の強度分布を表すセンサ信号が出
力される。このセンサ信号はアンプ12で増幅された
後、A/D変換器13でA/D変換を受けてディジタル
データとしてメモリ14に転送される。転送されたディ
ジタルのセンサ信号は、メモリ制御回路15から出力さ
れる書き込み信号に応じてメモリ14に書き込まれ、ま
た、メモリ制御回路15から出力される読み出し信号に
応じてメモリ14からプロセッサ16へ読み出される。
プロセッサ16は、第1の演算回路16aでマーク像
3’の1次元光センサ6上の位置を演算し、第2の演算
回路16bで、2次元における測定対象物1の位置、及
び姿勢を演算し、その結果を表示部17に表示する。
When the mark image 3'is formed on the image plane 7, 1
The three-dimensional photosensor 6 outputs a sensor signal indicating the light intensity distribution. The sensor signal is amplified by the amplifier 12, then A / D converted by the A / D converter 13, and transferred to the memory 14 as digital data. The transferred digital sensor signal is written in the memory 14 according to the write signal output from the memory control circuit 15, and is read from the memory 14 to the processor 16 according to the read signal output from the memory control circuit 15. Be done.
The processor 16 calculates the position of the mark image 3'on the one-dimensional optical sensor 6 by the first calculation circuit 16a, and calculates the position and orientation of the measurement object 1 in two dimensions by the second calculation circuit 16b. Then, the result is displayed on the display unit 17.

【0029】以下、プロセッサ16で行われる2次元の
位置と姿勢の演算方法について説明する。
A method of calculating the two-dimensional position and orientation performed by the processor 16 will be described below.

【0030】図3はマーク3のx−yで示す2次元座標
系における位置と姿勢を示す。この図において、x軸上
に1次元光センサ6により検出される対象表面2上の読
み取りライン18がある。
FIG. 3 shows the position and orientation of the mark 3 in the two-dimensional coordinate system indicated by xy. In this figure there is a reading line 18 on the target surface 2 detected by the one-dimensional photosensor 6 on the x-axis.

【0031】図4は結像面7における1次元光センサ6
と、マーク像3’の直線L1'〜L3'の位置関係を示す。
FIG. 4 shows the one-dimensional optical sensor 6 on the image plane 7.
And the positional relationship between the straight lines L 1 'to L 3 ' of the mark image 3 '.

【0032】図3において、2次元座標系における読み
取りライン18の直線の方程式は1次元光センサ6の画
素番号qを用いて、 〔x、y〕t =q〔a、b〕t +〔c,d〕t ・・・・・(1) と表すことができる。
In FIG. 3, the equation of the straight line of the reading line 18 in the two-dimensional coordinate system uses the pixel number q of the one-dimensional photosensor 6, [x, y] t = q [a, b] t + [c , D] t ... (1)

【0033】ここで、〔 〕t は転置行列を表す。
〔a、b〕t は読み取りライン18の方向ベクトルであ
り、c、dは0番目の画素の中心の2次元座標系におけ
る位置である。ベルトル〔a、b〕t の大きさは2次元
座標系における1次元光センサ6の1画素当たりの大き
さである。
Here, [] t represents a transposed matrix.
[A, b] t is the direction vector of the reading line 18, and c and d are the positions of the center of the 0th pixel in the two-dimensional coordinate system. The size of the belt [a, b] t is the size per pixel of the one-dimensional photosensor 6 in the two-dimensional coordinate system.

【0034】測定を行う前に読み取りライン18の直線
の方程式を求めておく。a、bは一般に定数であるが、
対象表面2と結像面7が平行でなかったり、レンズの歪
みが大きく、定数として近似すると誤差が大きいとき
は、a、bをqの関数として表しても良い。
Before the measurement is performed, the equation of the straight line of the read line 18 is obtained. a and b are generally constants,
When the target surface 2 and the image plane 7 are not parallel to each other or the lens distortion is large and the error is large when approximated as a constant, a and b may be expressed as a function of q.

【0035】まず、図4において、1次元光センサ6に
おけるマーク像3’の直線の位置q 1 〜q3 を求める。
マーク3の直線L1 〜L3 は一定の幅を有する線であ
り、その像L1'〜L3'の部位では、センサ信号出力レベ
ルは低くなる。よって、マーク像3’の直線L1'〜L3'
の位置qj (j=1〜3)は、図5に示すように、その
近傍で適当な閾値I以下の範囲の画素データを用いて、
例えば、斜線で示す部分の重心位置として求める。その
ときの重心位置qj は、例えば、式(2) で計算する。
First, in FIG. 4, the one-dimensional optical sensor 6
Position q of the straight line of the mark image 3'in 1~ Q3Ask for.
Straight line L of mark 31~ L3Is a line with a constant width
And its image L1'~ L3', The sensor signal output level
Le becomes low. Therefore, the straight line L of the mark image 3 '1'~ L3'
Position qj(J = 1 to 3), as shown in FIG.
By using the pixel data in the range below an appropriate threshold value I,
For example, it is obtained as the position of the center of gravity of the shaded portion. That
Barycentric position qjIs calculated by, for example, formula (2).

【数1】 [Equation 1]

【0036】上式において、D(q) は画素qにおける出
力値、Db はバックグランドレベルを表す。
[0036] In the above equation, D (q) is the output value of the pixel q, D b represents the background level.

【0037】第1の演算回路16aは、このようにして
マーク像3’の直線L1 ’〜L3 ’の位置q1 〜q3
求める。第2の演算回路16bは求められた位置q1
3を式(1) に代入して、2次元座標系におけるマーク
3の直線L1 〜L3 の位置A 1 (x1 、0)〜A3 (x
3 、0)を算出する。
In this way, the first arithmetic circuit 16a
Straight line L of mark image 3 '1’~ L3’Position q1~ Q3To
Ask. The second arithmetic circuit 16b uses the calculated position q1~
q3Substituting into equation (1), the mark in the two-dimensional coordinate system
Straight line 31~ L3Position A 1(X1, 0) to A3(X
3, 0) is calculated.

【0038】第2の演算回路16bの演算において、図
3で示したマーク3の直線L1 とL 2 の交点P
1 (P1x、P1y)をマーク3の位置、マーク3の直線L
2 がy軸に平行なときをマーク3の基準の姿勢として直
線L2 の傾斜θをマーク3の姿勢とする。
In the calculation of the second calculation circuit 16b,
Straight line L of mark 3 shown by 31And L 2Intersection P of
1(P1x, P1y) Is the position of mark 3, the straight line L of mark 3
2When is parallel to the y-axis, the reference posture of mark 3
Line L2The inclination θ of is the posture of the mark 3.

【0039】図3において直線L2 とL3 の交点をP2
とし、三角形A1 1 2 の外接円をπ1 、三角形A2
2 3 の外接円をπ2 とする。円π1 、π2 におい
て、線分A1 2 、A2 3 の長さと、∠A1
1 2 、∠A2 2 3 の角度α、βがそれぞれ求まる
ので、正弦法則より各円の半径R1 、R2 が、また各円
の中心C1 (c1x、c1y)、C2 (c2x、c2y)の座標
が求まり、各円の方程式は次のようになる。 π1 :(x−c1x2 +(y−c1y2 =R1 1 =(x2 −x1 )/2/sin(α) c1x=x2 −(x2 −x1 )/2 c1y=R1 cos(α) ・・・・・(3) π2 :(x−c2x2 +(y−c2y2 =R2 2 =(x3 −x2 )/2/sin(β) c2x=x2 −(x3 −x2 )/2 c2y=R2 cos(β) ・・・・・(4) ここで、直線L2 の直線の方程式を、 x−x2 =ky ・・・・・(5) とおくと、マーク3の位置P1 (P1x、P1y)は外接円
π1 及び直線L2 の交点として求まり、kの値が求まれ
ば、式(3)(5)より
In FIG. 3, the intersection of the straight lines L 2 and L 3 is P 2
And the circumscribed circle of the triangle A 1 P 1 A 2 is π 1 , and the triangle A 2
The circumscribed circle of P 2 A 3 is π 2 . In the circles π 1 and π 2 , the lengths of the line segments A 1 A 2 and A 2 A 3 and ∠A 1 P
Since the angles α and β of 1 A 2 and ∠A 2 P 2 A 3 are obtained respectively, the radii R 1 and R 2 of each circle and the center C 1 (c 1x , c 1y ) of each circle are calculated from the sine law. The coordinates of C 2 (c 2x , c 2y ) are obtained, and the equation of each circle is as follows. π 1 : (x-c 1x ) 2 + (y-c 1y ) 2 = R 1 R 1 = (x 2 −x 1 ) / 2 / sin (α) c 1x = x 2 − (x 2 −x 1 ) / 2 c 1y = R 1 cos (α) ····· (3) π 2: (x-c 2x) 2 + (y-c 2y) 2 = R 2 R 2 = (x 3 -x 2 ) / 2 / sin (β) c 2x = x 2 − (x 3 −x 2 ) / 2 c 2y = R 2 cos (β) (4) Here, the equation of the straight line of the straight line L 2 Where x−x 2 = ky (5), the position P 1 (P 1x , P 1y ) of the mark 3 is obtained as the intersection of the circumscribed circle π 1 and the straight line L 2 , and the value of k If is found, from equations (3) and (5)

【数2】 1x=x2 +k p1y ・・・・・(7) として求めることができる。またマーク3の姿勢は θ=tan-1(−k) ・・・・・(8) として求めることができる。[Equation 2] It can be obtained as p 1x = x 2 + k p 1y (7) Further, the posture of the mark 3 can be obtained as θ = tan −1 (−k) (8).

【0040】そしてkは、例えば、以下のようにして求
める。点P2 の座標を(P2x、P2y)とするとき、式
(4)(5)より
Then, k is obtained as follows, for example. When the coordinates of the point P 2 are (P 2x , P 2y ), from equations (4) and (5)

【数3】 2x=x2 +k p2y ・・・・・(10) と表され、点P1 、及びP2 の長さgを用いて次式を得
る。 (p1x−p2x2 +(p1y−p2y2 =g2 ・・・・・
(11A)そして式(6)(7)(9)(10)を代入
し、整理すると以下の2次方程式を得る。 ((x3 −x1 2 −g2 )k2 −2(x3 −x1 )Fk+F2 −g2 =0 ・・・・・(11B) F=(x3 −x2 )cos(β)/sin(β)+(x
2 −x1 )cos(α)/sin(α) 式(11)は図3に実際に線分P1 2 が図示できるこ
とから明らかなように、必ず解を持つ方程式である。そ
してx3 −x1 =gのときkは、
[Equation 3] It is expressed as p 2x = x 2 + k p 2y (10), and the following equation is obtained using the lengths g of the points P 1 and P 2 . (P 1x -p 2x) 2 + (p 1y -p 2y) 2 = g 2 ·····
(11A) and equations (6), (7), (9), and (10) are substituted and rearranged to obtain the following quadratic equation. ((X 3 -x 1) 2 -g 2) k 2 -2 (x 3 -x 1) Fk + F 2 -g 2 = 0 ····· (11B) F = (x 3 -x 2) cos ( β) / sin (β) + (x
2− x 1 ) cos (α) / sin (α) Expression (11) is an equation that always has a solution, as is clear from the fact that the line segment P 1 P 2 can be actually illustrated in FIG. And when x 3 −x 1 = g, k is

【数4】 である。またx3 −x1 =gのときkは、[Equation 4] Is. When x 3 −x 1 = g, k is

【数5】 であり、kはk1 、k2 の2つの解を持つ。この場合に
は、測定においてマークの変位するkの範囲を限って使
用し、k1 及びk2 のどちらかが本当のマークのkに該
当するかを判別することが必要になる。しかしこの判別
は、例えば、∠A1 1 2 、∠A2 2 3 の角度
α、βがともに90degの場合、k1とk2 の関係は
1 =−k2 であり、kの正負を判別するだけで容易に
行える。またα、βが他の値の場合にもkの範囲をka
<k<kb (ka 、kb はある定数)として測定を行え
ば、判別は容易に行える。実用上、上記の判別には特に
困難は認められていない。
[Equation 5] And k has two solutions, k 1 and k 2 . In this case, it is necessary to use only the range of k in which the mark is displaced in the measurement and determine whether k 1 or k 2 corresponds to the k of the true mark. However, this determination is made, for example, when the angles α and β of ∠A 1 P 1 A 2 and ∠A 2 P 2 A 3 are both 90 deg, the relationship between k 1 and k 2 is k 1 = −k 2 . This can be easily done simply by discriminating whether the k is positive or negative. When α and β have other values, the range of k is k a
If the measurement is performed as <k <k b (where k a and k b are certain constants), the determination can be easily performed. In practice, no particular difficulty has been recognized in the above discrimination.

【0041】以上説明した手順で演算することにより、
2次元での位置と姿勢を求めることができる。図6には
プロセッサ16で行われる演算がフローチャートで示さ
れている。ここで、ステップS1 、S2 、S3 、S4
位置データが得られ、ステップS1 、S2 、S5 で姿勢
データが得られる。
By calculating by the procedure described above,
It is possible to obtain the position and orientation in two dimensions. FIG. 6 is a flowchart showing the calculation performed by the processor 16. Here, position data is obtained in steps S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 , and posture data is obtained in steps S 1 , S 2 , and S 5 .

【0042】マーク3の形状は、図7の(a) に示すよう
に、マーク3の直線L1 〜L3 が離れていてその延長線
上に交点P1 、P2 があっても良い。また、マーク3の
形成は前述した方法に加えて、図7の(b) に示すよう
に、対象表面2をくり抜いて直線L1 〜L3 を形成して
も良い。更に、図7の(c) に示すように、測定対象物1
の輪郭線を直線L1 〜L3 とするマーク3を使用しても
良い。
As for the shape of the mark 3, as shown in FIG. 7A, the straight lines L 1 to L 3 of the mark 3 may be separated from each other and the intersections P 1 and P 2 may be located on the extended line. Further, in addition to the method described above, the mark 3 may be formed by cutting out the target surface 2 to form straight lines L 1 to L 3 in addition to the method described above. Further, as shown in (c) of FIG.
The contour line may be used a mark 3, the straight line L 1 ~L 3.

【0043】図8は図7(c) のマーク3を使用した場
合、結像面7に結像したマーク像3’と、1次元光セン
サ6によって検出されたセンサ信号の強度分布と、閾値
Iとの関係を示す。ここで、図4と共通する部分には共
通する引用数字及び引用符号を付したので重複する説明
は省略する。
FIG. 8 shows a case where the mark 3 shown in FIG. 7 (c) is used, the mark image 3'formed on the image forming surface 7, the intensity distribution of the sensor signal detected by the one-dimensional optical sensor 6, and the threshold value. The relationship with I is shown. Here, since the same reference numerals and reference symbols are given to the same parts as those in FIG. 4, duplicate description will be omitted.

【0044】図9の(a) 、(b) はマーク3の他の変形例
を示す。図9の(a) に示すように、交点P1 、及びP2
が読み取りライン18に対して同じ側にある場合でも、
図6に示したフローで演算ができる。また、マークは図
9の(b) に示すように、直線L1 〜L3 の交点が一カ所
1 で交わる場合でもよい。このときは、上記演算に関
する説明において、点P1 、およびP2 の距離gが零の
ときであり、p1 y=p2 yの関係式と、式(6)
(9)より、
FIGS. 9A and 9B show another modification of the mark 3. As shown in FIG. 9A, the intersection points P 1 and P 2
Are on the same side of the read line 18,
Calculation can be performed by the flow shown in FIG. Further, as shown in FIG. 9B, the mark may be a case where the intersections of the straight lines L 1 to L 3 intersect at one place P 1 . In this case, when the distance g between the points P 1 and P 2 is zero in the above description of the calculation, the relational expression of p 1 y = p 2 y and the expression (6)
From (9),

【数6】 として、kを求めることができる。図6に示したフロー
チャートにおいて、ステップS3 を式(14)に置き換
えて、同様に位置と姿勢の演算が行われる。
[Equation 6] As a result, k can be obtained. In the flowchart shown in FIG. 6, step S 3 is replaced with the equation (14), and the position and orientation are calculated in the same manner.

【0045】更に、マーク3は溝や凸部によって形成し
ても良く、また、直線状の光源を使用したり、蛍光塗料
を塗布して形成しても良い。また、測定対象物1が光透
過性であれば、光透過率の異なる材質で形成しても良
い。
Further, the mark 3 may be formed by a groove or a convex portion, or may be formed by using a linear light source or by applying a fluorescent paint. If the measurement target 1 is light transmissive, it may be formed of materials having different light transmissivities.

【0046】更に、測定する対象が、板状のように薄い
部材であれば、マーク3の替わりに開口を設け、測定対
象物1を挟み、撮像ユニット5と反対側から光を照射し
て漏れてくる光を検出しても良い。
Further, if the object to be measured is a thin member such as a plate, an opening is provided in place of the mark 3, the object to be measured 1 is sandwiched, and light is emitted from the side opposite to the image pickup unit 5 to leak. Incoming light may be detected.

【0047】更に、図10に示すように、測定対象物1
の対象表面2に、対象表面2の隣接しない2つの頂点2
a、2bを結ぶように直線L2 を形成し、対象表面2の
対向する2辺のエッジを直線L1 、L3 として利用する
ことによりマーク3とし、直線L1'〜L3'を有するマー
ク像3’を撮像ユニット5の結像面7に結像させるよう
にしても良い。
Furthermore, as shown in FIG.
To the target surface 2 of the
a, to form a straight line L 2 so as to connect 2b, a mark 3 by utilizing the two opposite sides of the edges of the object surface 2 as a straight line L 1, L 3, has a straight line L 1 '~L 3' The mark image 3 ′ may be formed on the image forming surface 7 of the image pickup unit 5.

【0048】図11は撮像ユニット5の1次元光センサ
6の変形例を示し、同一ラインに3個の1次元光センサ
6a、6b、6cを配置してマーク像3の直線L1'〜L
3'を検出している。もちろん、3個に限定するものでは
なく、複数個が同一ライン上に並んでいれば良い。
FIG. 11 shows a modification of the one-dimensional photosensor 6 of the image pickup unit 5, in which three one-dimensional photosensors 6a, 6b and 6c are arranged on the same line and straight lines L 1 'to L of the mark image 3 are arranged.
3 'is detected. Of course, the number is not limited to three, and a plurality may be arranged on the same line.

【0049】図12は撮像ユニット5の変形例を示す。
撮像ユニット5は結像レンズの替わりに正立等倍実像を
形成するセルフォックスレンズアレイ26を利用してい
る。この場合、対象表面2が多少上下変動しても、正立
等倍実像が得られるのでピントの合う範囲で2次元の位
置と姿勢を測定することができる。また、3直線L1
3 の読み取りは別々のセルフォクスレンズ及び1次元
光センサを使用して行っても良い。このとき、各1次元
光センサは段差のある別々の平行な平面に配置されても
良い。
FIG. 12 shows a modification of the image pickup unit 5.
The image pickup unit 5 uses, instead of the imaging lens, a Selfox lens array 26 that forms an erecting equal-magnification real image. In this case, even if the target surface 2 moves up and down a little, an erecting equal-magnification real image can be obtained, so that the two-dimensional position and orientation can be measured within the focused range. Also, three straight lines L 1 ~
The reading of L 3 may be performed using a separate SELFOX lens and a one-dimensional photosensor. At this time, each one-dimensional optical sensor may be arranged on separate parallel planes having a step.

【0050】以上述べた各変形例においても、図6に示
したフローで位置、及び姿勢を測定することができる。
In each of the modified examples described above, the position and orientation can be measured by the flow shown in FIG.

【0051】図13は本発明の画像記録装置用制御装置
の第1の実施の形態を示す。この画像記録装置用制御装
置は、イエロ(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、
及びブラック(K)のカラーを重ねられた画像を記録さ
れた用紙200を搬送する搬送路210に撮像ユニット
5を有しており、撮像ユニット5の出力は制御ユニット
300に接続されている。撮像ユニット5はセルフォッ
クレンズアレイ26と、1次元光センサ6を有し、制御
ユニット300は、図2で説明したメモリ14、メモリ
制御回路15、プロセッサ16等を有する。搬送路21
0に対して撮像ユニット5の反対側にプラテンロール2
20が設けられている。
FIG. 13 shows a first embodiment of the control device for the image recording apparatus of the present invention. The control device for the image recording device includes yellow (Y), magenta (M), cyan (C),
Further, the image pickup unit 5 is provided in the conveyance path 210 that conveys the paper sheet 200 on which the image in which the color of black (K) is superimposed is recorded, and the output of the image pickup unit 5 is connected to the control unit 300. The imaging unit 5 has the SELFOC lens array 26 and the one-dimensional optical sensor 6, and the control unit 300 has the memory 14, the memory control circuit 15, the processor 16 and the like described in FIG. Transport path 21
The platen roll 2 on the opposite side of the imaging unit 5 with respect to 0.
20 are provided.

【0052】以上の構成において、搬送路210の上流
に設けられた各カラーの画像形成体によって用紙200
にブラックとマゼンタのマーク3を形成する。
In the above structure, the paper 200 is formed by the image forming bodies of respective colors provided upstream of the conveying path 210.
A black and magenta mark 3 is formed on.

【0053】図14の(a) は用紙200の中央部および
左右の両側に形成されたマーク3を示す。
FIG. 14A shows the marks 3 formed on the central portion of the paper sheet 200 and on both left and right sides.

【0054】図14の(b) は図14の(a) のA部を拡大
して示すものであり、ブラック(K)のマーク3は延長
線上に交点PK1、PK2(図示せず)を提供する3つの直
線L K1、LK2、LK3を有し、マゼンタ(M)のマーク3
は延長線上に他の交点PM1、PM2(図示せず)を提供す
る3つの直線LM1、LM2、LM3を有する。
FIG. 14 (b) is an enlarged view of portion A of FIG. 14 (a).
The black (K) mark 3 is extended.
Intersection P on the lineK1, PK23 straights (not shown)
Line L K1, LK2, LK3And has a magenta (M) mark 3
Is another intersection point P on the extension lineM1, PM2(Not shown)
Three straight lines LM1, LM2, LM3Have.

【0055】用紙200が撮像ユニット5の検出ライン
18の位置に到達すると、マーク3はfで示す部分がセ
ルフォックレンズアレイ26を介して1次元光センサ6
によって読み取られる。1次元光センサ6がブラック
(K)およびマゼンタ(M)のマーク3を読み取ると、
読取信号を制御ユニット300へ出力する。制御ユニッ
ト300は読取信号を入力すると、前述した図6のフロ
ーチャートによってブラック(K)及びマゼンタ(M)
のマーク3の位置および姿勢を検出し、ブラック(K)
を基準として、マゼンタ(M)のレジストレーションの
誤差を式(15)によって算出する。
When the sheet of paper 200 reaches the position of the detection line 18 of the image pickup unit 5, the portion of the mark 3 indicated by f passes through the SELFOC lens array 26 and the one-dimensional optical sensor 6 is detected.
Read by When the one-dimensional optical sensor 6 reads the black (K) and magenta (M) marks 3,
The read signal is output to the control unit 300. When the control unit 300 inputs the read signal, the control unit 300 inputs black (K) and magenta (M) according to the flowchart of FIG.
The position and orientation of the mark 3 of the
With reference to, the error in registration of magenta (M) is calculated by equation (15).

【数7】 ここで、 CL :マゼンタ(M)のラテラル方向のレジ
ストレーションの誤差 Cp :マゼンタ(M)のプロセス方向のレジストレーシ
ョンの誤差 x1 :ブラック(K)のマーク3のx座標 y2 :ブラック(K)のマーク3のy座標 x2 :マゼンタ(M)のマーク3のx座標 y2 :マゼンタ(M)のマーク3のy座標 θ :ブラック(K)のマーク3の姿勢 a :ブラック(K)のマーク3の基準姿勢 (θ=0)のときのマゼンタ(M)のマーク3に対する
x方向の理想的な変位 b :ブラック(K)のマーク3の基準姿勢 (θ=0)のときのマゼンタ(M)のマーク3に対する
y方向の理想的な変位
[Equation 7] C L : Magenta (M) lateral direction registration error C p : Magenta (M) process direction registration error x 1 : black (K) mark 3 x coordinate y 2 : black (K) mark 3 y coordinate x 2 : magenta (M) mark 3 x coordinate y 2 : magenta (M) mark 3 y coordinate θ: black (K) mark 3 posture a: black ( Ideal displacement b in the x direction with respect to the mark 3 of magenta (M) when the reference posture of the mark 3 of K) (θ = 0): when the reference posture (θ = 0) of the mark 3 of black (K) Ideal displacement in the y direction with respect to the magenta (M) mark 3 of

【0056】用紙200の搬送方向への移動により、マ
ーク3のgで示す部分が、次に、マーク3のhで示す部
分が、それぞれ、検出ライン18に到達すると、マーク
3のfで示す部分と同じように読み取られ、マゼンタ
(M)のマーク3のブラック(K)のマーク3に対する
レジストレーションの誤差が検出される。このようにし
て、f、g、h、・・・・・の約30箇所の部分のレジ
ストレーションの誤差が検出され、その平均値を取って
マゼンタ(M)のレジストレーションの誤差とする。制
御ユニット300はこの誤差に基づく制御信号を出力
し、マゼンタ(M)の画像形成体を制御してマゼンタ
(M)のレジストレーションの誤差を補正する。補正方
法は種々あるが、例えば、マゼンタ(M)の画像信号の
露光タイミングの制御、マゼンタ(M)の感光体の速度
の制御、等から適当なものを選択して行われる。
When the portion of the mark 3 indicated by g and the portion of the mark 3 indicated by h next reach the detection line 18 by the movement of the sheet 200 in the conveying direction, the portion indicated by f of the mark 3 is reached. And the registration error of the magenta (M) mark 3 with respect to the black (K) mark 3 is detected. In this way, the registration error of about 30 portions of f, g, h, ... Is detected, and the average value thereof is taken as the registration error of magenta (M). The control unit 300 outputs a control signal based on this error to control the magenta (M) image forming body and correct the magenta (M) registration error. There are various correction methods. For example, the exposure timing of the magenta (M) image signal is controlled, and the speed of the magenta (M) photoconductor is controlled.

【0057】同じようにして、イエロ(Y)及びシアン
(C)のブラック(K)に対するレジストレーションの
誤差が検出され、その検出結果に基づいて補正される。
In the same manner, a registration error with respect to yellow (Y) and cyan (C) with respect to black (K) is detected and corrected based on the detection result.

【0058】一般に、電子写真記録装置では、カラー画
像の品質評価の基準の1つにレジストレーションの誤差
がある。これは、商業上、125ミクロン以下に抑えら
れることが多い。画素密度を400DPIとしたとき、
カラー画像のアウトラインは10ミクロン以上の振幅で
波状になる。
Generally, in an electrophotographic recording apparatus, one of the criteria for evaluating the quality of a color image is a registration error. This is often kept commercially below 125 microns. When the pixel density is 400 DPI,
The outline of the color image becomes wavy with an amplitude of 10 microns or more.

【0059】従って、本発明の画像記録装置用制御装置
によると、例えば、マーク3のfの部分の1回だけの読
み取りでは、10ミクロン以下でレジストレーションの
誤差を補正することができなくなる。この観点から、前
述した実施の形態では、約30箇所の部分f、g、h、
・・・・・でマーク3を読み取り、その検出結果の平均
値に基づいてレジストレーションの誤差を検出してい
る。その結果、400DPIの1次元光センサを用いて
検出する場合3ミクロン以下の精度でレジストレーショ
ンの誤差を検出することができることを確認している。
Therefore, according to the control device for an image recording apparatus of the present invention, for example, it is not possible to correct the registration error within 10 microns by reading the f portion of the mark 3 only once. From this point of view, in the above-described embodiment, the portions f, g, h at about 30 places,
The mark 3 is read at ... and the registration error is detected based on the average value of the detection results. As a result, it has been confirmed that the registration error can be detected with an accuracy of 3 microns or less when the detection is performed using the 400-DPI one-dimensional optical sensor.

【0060】図15は本発明の画像記録装置用制御装置
の第1の実施の形態の変形例を示し、図13と同一の部
分を同一の引用数字で示したので、重複する説明は省略
するが、ブラック(K)及びマゼンタ(M)のマーク3
は中間転写ベルト250に形成されている。中間転写ベ
ルト250は駆動ロール230と支持ロール240によ
って張架されており、中間転写ベルト250の各カラー
の転写位置には、ブラック(K)、イエロ(Y)、マゼ
ンタ(M)、及びシアン(C)のトナー像が形成される
感光体ドラム260、270、280、290が設けら
れている。
FIG. 15 shows a modified example of the first embodiment of the control device for an image recording apparatus of the present invention, and the same parts as those in FIG. 13 are shown by the same reference numerals, and therefore the duplicated description will be omitted. But black (K) and magenta (M) mark 3
Are formed on the intermediate transfer belt 250. The intermediate transfer belt 250 is stretched around a drive roll 230 and a support roll 240, and black (K), yellow (Y), magenta (M), and cyan ( Photosensitive drums 260, 270, 280, and 290 on which the toner image of C) is formed are provided.

【0061】以上の構成において、動作は図13、図1
4の(a) 、(b) において説明された動作と同じように行
われる。マーク3が用紙200に形成される代わりに、
中間転写ベルト250に形成される動作において相違す
るだけである。
In the above configuration, the operation is as shown in FIGS.
This is performed in the same manner as the operation described in 4 (a) and (b). Instead of forming the mark 3 on the paper 200,
The only difference is the operation formed on the intermediate transfer belt 250.

【0062】図16は本発明のマニピュレータ用制御装
置の第1の実施の形態を示す。このマニピュレータ用制
御装置はロボット40を制御するものであり、対象物品
1A、1Bの対象表面2A、2Bのマーク3(図示せ
ず)を読み取って読取信号を出力する撮像ユニット5
と、図2で示したメモリ14、メモリ制御回路15、プ
ロセッサ16等を有する制御ユニット300と、制御ユ
ニット300より出力される制御信号を入力してロボッ
ト40を制御するロボットコントローラ400を有す
る。撮像ユニット5は図1の(a) あるいは図5で示した
構成を有し、対象表面2A、2Bには、図1の(b) 、図
7の(a) 、(b) 、(c) 等で示したマーク3が形成されて
いる。また、ロボット40はベース47に固定された垂
直ポスト41と、垂直ポスト41を軸として回転する第
1の回転アーム42と、第1の回転アーム42の支軸
(図示せず)上で回転する第2の回転アーム43と、第
2の回転アーム43に支持されながら上下する垂直アー
ム44と、垂直アーム44の下端に設けられたバンド4
5と、バンド45に設けられたグリッパ46a、46b
を有する。
FIG. 16 shows a first embodiment of the manipulator control device of the present invention. The manipulator control device controls the robot 40, and an image pickup unit 5 that reads a mark 3 (not shown) on the target surfaces 2A and 2B of the target articles 1A and 1B and outputs a read signal.
2, a control unit 300 including the memory 14, the memory control circuit 15, the processor 16 and the like shown in FIG. 2, and a robot controller 400 for inputting a control signal output from the control unit 300 to control the robot 40. The image pickup unit 5 has the configuration shown in FIG. 1A or FIG. 5, and the target surfaces 2A and 2B are shown in FIG. 1B, FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. The mark 3 indicated by the symbol etc. is formed. Further, the robot 40 rotates on a vertical post 41 fixed to a base 47, a first rotating arm 42 that rotates about the vertical post 41 as an axis, and a support shaft (not shown) of the first rotating arm 42. The second rotating arm 43, the vertical arm 44 that moves up and down while being supported by the second rotating arm 43, and the band 4 provided at the lower end of the vertical arm 44.
5 and grippers 46a and 46b provided on the band 45
Have.

【0063】以上の構成において、撮像ユニット5は対
象物品1Aの対象表面2Aのマーク3を読み取って読取
信号を制御ユニット300へ供給する。制御ユニット3
00は、図6で示したフローチャートに基づいてマーク
3の位置および姿勢を検出してロボットコントローラ4
00へ出力する。ロボットコントローラ400は第1の
回転アーム42、第2の回転アーム43、垂直アーム4
4、グリッパ46a、46bを制御してグリッパ46
a、46bに対象物品1Aを把持させる。ロボットコン
トローラ400は、グリッパ46a、46bが対象物品
1Aを把持すると、第1及び第2の回転アーム42、4
3を制御して撮像ユニット5を対象物品1Bの対象表面
2Bの直上に移動させる。撮像ユニット5が対象物品1
Bの対象表面2Bの直上に到達すると、対象状面2B上
のマーク3を読み取り、読取信号を制御ユニット300
へ供給する。制御ユニット300は、図6で示したフロ
ーチャートに基づいてマーク3の位置および姿勢を検出
してロボットコントローラ400へ出力する。ロボット
コントローラ400は第1及び第2の回転アーム42、
43、垂直アーム44、グリッパ46a、46bを制御
して対象物品1Aに対象物品1Bを所定の関係で結合さ
せる。以上に実施の形態では、対象物品1Aを対象物品
1Bに結合させる動作を説明したが、これに限定される
ものではない。例えば、対象物品の第1の位置から第2
の位置への移動、結合された物品の分解、等といった種
々の用途に適用することができる。
In the above structure, the image pickup unit 5 reads the mark 3 on the target surface 2A of the target article 1A and supplies a read signal to the control unit 300. Control unit 3
00 indicates the position and orientation of the mark 3 based on the flowchart shown in FIG.
Output to 00. The robot controller 400 includes a first rotation arm 42, a second rotation arm 43, and a vertical arm 4.
4, controlling the grippers 46a and 46b to control the gripper 46
The target article 1A is held by a and 46b. When the grippers 46 a and 46 b grip the target article 1 </ b> A, the robot controller 400 causes the first and second rotating arms 42 and 4 to move.
3 is controlled to move the imaging unit 5 directly above the target surface 2B of the target article 1B. The imaging unit 5 is the target article 1
When it reaches directly above the target surface 2B of B, the mark 3 on the target surface 2B is read and the read signal is sent to the control unit 300.
Supply to. The control unit 300 detects the position and orientation of the mark 3 based on the flowchart shown in FIG. 6 and outputs it to the robot controller 400. The robot controller 400 includes the first and second rotating arms 42,
43, the vertical arm 44, and the grippers 46a and 46b are controlled to connect the target article 1A to the target article 1A in a predetermined relationship. Although the operation of coupling the target article 1A to the target article 1B has been described in the above embodiment, the operation is not limited to this. For example, from the first position of the target article to the second
It can be applied to various applications such as moving to a position of, a disassembly of a bonded article, and the like.

【0064】図17には、本発明の2次元位置姿勢測定
装置の第2の実施の形態が示されており、図1と同一の
部分には、同一の引用数字及び引用符号を付したので、
重複する説明は省略する。この2次元位置姿勢測定装置
は、一定の幅の開口の直線L 1 〜L3 より成るマーク3
を設けた板状の測定対象物1と、測定対象物1に向けて
光を照射する光源21と、測定対象物1を挟んで光源2
1と反対側にある1次元イメージユニット19と、1次
元イメージユニット19からのセンサ信号に基づいてマ
ーク3の2次元の位置と姿勢を演算する演算ユニット9
から構成されている。
FIG. 17 shows the two-dimensional position / orientation measurement of the present invention.
A second embodiment of the device is shown and is identical to FIG.
Since the same reference numerals and reference signs are attached to the parts,
A duplicate description will be omitted. This two-dimensional position and orientation measuring device
Is a straight line L with a constant width 1~ L3Mark consisting of 3
Towards the measurement object 1 in the form of a plate provided with
A light source 21 that emits light and a light source 2 that sandwiches the measurement target 1
1-dimensional image unit 19 on the opposite side of
Based on the sensor signal from the original image unit 19,
Calculation unit 9 for calculating the two-dimensional position and orientation of the ark 3.
It consists of

【0065】マーク3は、第1及び第2の直線L1 、L
2 との間で交点P1 、及び第2及び第3の直線L2 、L
3 との間で交点P2 を提供し、交点の距離g、及び
1 、L 2 となす角度α、及びL2 、L3 となす角度β
が既知である。光源21は、例えば、ランプ22からの
光を投光レンズ23により平行光にして測定対象物1に
照射する。1次元イメージユニット19は、受光面20
に1次元光センサ6を配置している。このユニット19
の受光面20上にマーク像3’の直線L1'〜L3'が1次
元光センサ6を横切るように形成される。
The mark 3 is the first and second straight lines L.1, L
2Intersection P with1, And the second and third straight lines L2, L
3Intersection P with2And the intersection distance g, and
L1, L 2Angle α and L2, L3Angle β
Is known. The light source 21 is, for example, from a lamp 22.
The light is collimated by the light projecting lens 23 to the measuring object 1.
Irradiate. The one-dimensional image unit 19 includes a light receiving surface 20.
The one-dimensional optical sensor 6 is arranged in the. This unit 19
The straight line L of the mark image 3'on the light receiving surface 20 of1'~ L3'Is the primary
It is formed so as to cross the original light sensor 6.

【0066】演算ユニット9は、1次元イメージユニッ
ト19とのインターフェイス機能を備えたマイクロコン
ピュータ等で構成される。いま測定対象物1はある平面
と平行に変位しており、ある平面上におけるこの測定対
象物1の2次元の位置と姿勢を測定するとき、測定した
い平面上に2次元座標系を設定し、光源21からの照射
光の光路が2次元座標系を設けた平面と直交するように
光源21と1次元イメージユニット19を配置する。ま
た、受光面が照射光の光路と直交するように、つまり1
次元光センサ6が照射光の光路と直交するように1次元
イメージユニット19を配置する。1次元イメージユニ
ット19と演算ユニット9は図2の撮像ユニット5と演
算ユニット9と同じにつき省略する。
The arithmetic unit 9 is composed of a microcomputer having an interface function with the one-dimensional image unit 19. Now, the measuring object 1 is displaced parallel to a certain plane, and when measuring the two-dimensional position and orientation of this measuring object 1 on a certain plane, a two-dimensional coordinate system is set on the plane to be measured, The light source 21 and the one-dimensional image unit 19 are arranged so that the optical path of the irradiation light from the light source 21 is orthogonal to the plane provided with the two-dimensional coordinate system. In addition, the light receiving surface should be perpendicular to the optical path of the irradiation light, that is, 1
The one-dimensional image unit 19 is arranged so that the three-dimensional photosensor 6 is orthogonal to the optical path of the irradiation light. The one-dimensional image unit 19 and the arithmetic unit 9 are the same as the imaging unit 5 and the arithmetic unit 9 in FIG.

【0067】次に、第2の実施の形態における2次元の
位置と姿勢の演算方法について説明する。
Next, a method of calculating a two-dimensional position and orientation according to the second embodiment will be described.

【0068】まずは、投影されたマーク像3’の直線L
1'〜L3'の1次元光センサ6上の位置を求める。
First, the straight line L of the projected mark image 3 '
Determining the position of the one-dimensional optical sensor 6 1 '~L 3'.

【0069】図18は、1次元光センサ6とマーク像
3’の直線L1'〜L3'の位置関係を示す。前述したよう
に、直線L1 〜L3 は一定の幅を持つ開口であり、マー
ク像3’の直線L1'〜L3'の部位では、1次元光センサ
6のセンサ信号出力レベルが大きくなっている。よっ
て、1次元光センサ6上におけるj番目のマーク像3’
の直線L1'〜L3'の位置qj (j =1〜3)は、例え
ば、その近傍で適当な閾値I以上の範囲の画素データq
を用い、式(16)のように演算して求める。
FIG. 18 shows the positional relationship between the one-dimensional photosensor 6 and the straight lines L 1 'to L 3 ' of the mark image 3 '. As described above, the straight lines L 1 to L 3 are openings having a constant width, and the sensor signal output level of the one-dimensional optical sensor 6 is large at the portions of the straight lines L 1 ′ to L 3 ′ of the mark image 3 ′. Has become. Therefore, the j-th mark image 3'on the one-dimensional optical sensor 6
The positions q j (j = 1 to 3) of the straight lines L 1 ′ to L 3 ′ of the line are pixel data q in the vicinity of an appropriate threshold I or more, for example.
Is calculated using equation (16).

【数8】 ここで、D(q) は画素qにおける出力値である。[Equation 8] Here, D (q) is an output value in the pixel q.

【0070】また、2次元座標系において、1次元光セ
ンサ6は画素番号qを用いて、 〔x、y〕t =q〔a、b〕t +〔c、d〕t ・・・・・(17) と表すことができる。ここで、〔a、b〕t は大きさが
画素ピッチの方向ベクトル、〔c、d〕t は0番目の画
素の中心座標である。このとき、1次元光センサ6上の
マーク像3’の直線L1'〜L3'の位置q1 〜q3 は、式
(7)により2次元座標系における開口の直線L1 〜L
3 の位置A1 〜A3 に変換される。このようにして得た
開口の直線L1 〜L3 の位置A1 〜A3 に基づいて、開
口の直線L 1 、L2 の交点P1 (x、y)を対象の位
置、直線L2 がy軸と平行であるときを基準の姿勢(θ
=0)として、前述した実施の形態と同様にまず直線L
2 の傾きkを求め、式(6)、(7)、(8)より測定
対象物1の2次元の位置と姿勢を求めることができる。
In the two-dimensional coordinate system, the one-dimensional optical system
Sensor 6 uses pixel number q   [X, y]t= Q [a, b]t+ [C, d]t    (17) It can be expressed as. Where [a, b]tIs the size
Direction vector of pixel pitch, [c, d]tIs the 0th picture
The center coordinates of the element. At this time, on the one-dimensional optical sensor 6
Straight line L of mark image 3 '1'~ L3Position q1~ Q3Is the expression
Due to (7), the straight line L of the opening in the two-dimensional coordinate system1~ L
3Position A1~ A3Is converted to. Got this way
Straight line L of the opening1~ L3Position A1~ A3Based on
Straight line L of the mouth 1, L2Intersection P of1Target position (x, y)
Position, straight line L2Is parallel to the y-axis, the reference posture (θ
= 0), first of all, as in the above-described embodiment, the straight line L
2Determine the slope k of and measure from equations (6), (7), (8)
The two-dimensional position and orientation of the object 1 can be obtained.

【0071】図19には、以上説明した手順で行われる
演算のフローチャートが示されており、ステップS1
2 、S3 、S4 によって位置データが得られ、ステッ
プS 1 、S2 、S3 、S5 によって姿勢データが得られ
る。
In FIG. 19, the procedure described above is performed.
A flow chart of the operation is shown, step S1,
S2, S3, SFourPosition data is obtained by
S 1, S2, S3, SFiveAttitude data is obtained by
It

【0072】また、開口の直線L1 〜L3 より成るマー
ク3は、図7の(c) のような三角形状とし、その輪郭線
を検出用の直線として用いても良い。また、測定対象物
1が透明な部材であれば、開口の替わりに部材上に透過
率の異なる材質でマークを印刷しても良い。例えば、マ
ークを黒色の透過率の低い塗料で記せば、図4のように
マーク像3’が検出され、上記と同様に位置と姿勢を測
定することができる。
Further, the mark 3 composed of the straight lines L 1 to L 3 of the opening may have a triangular shape as shown in FIG. 7C, and its contour line may be used as a straight line for detection. If the measurement object 1 is a transparent member, a mark may be printed on the member in place of the opening, using a material having a different transmittance. For example, if the mark is written with black paint having a low transmittance, the mark image 3'is detected as shown in FIG. 4, and the position and orientation can be measured in the same manner as described above.

【0073】マーク3は、2次元座標系のある平面に投
影されたマーク像3’が、1次元光センサ6で検出され
る部位が直線であれば良く、L1 、L2 、L3 は直線で
なくても良い。よって測定対象が板状以外でも測定は可
能である。図17において、マーク像3’の直線L1'〜
3'は別々の1次元光センサを使用して検出されても良
い。このとき、各1次元光センサは段差のある別々の平
面に配置されても良い。
For the mark 3, it is sufficient that the mark image 3'projected on a plane having a two-dimensional coordinate system is a straight line at the portion detected by the one-dimensional photosensor 6, and L 1 , L 2 and L 3 are It does not have to be a straight line. Therefore, measurement is possible even if the measurement target is other than a plate. In FIG. 17, the straight line L 1 ′ of the mark image 3 ′-
L 3 'may be detected using a separate one-dimensional photosensor. At this time, each one-dimensional optical sensor may be arranged on a different plane having a step.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の2次元位置
姿勢測定装置及び方法によると、1次元光センサを使用
するだけで良いので、構成の簡素化及びコストダウンを
図ることができる。また、輝点として豆電球等の点光源
を設ける必要がないので、測定対象物の取り扱いが容易
になる。更に、本発明の画像記録装置用制御装置による
と、測定精度が用紙、中間転写ベルト等の媒体速度に依
存しないので、所定の精度の測定結果が得られる。ま
た、本発明のマニピュレータ用制御装置によると、リア
ルタイムで位置姿勢を検出しながら対象物品を取り扱う
ので、記憶すべき情報量を減らすことができ、また、ソ
フトを簡単にすることができる。
As described above, according to the two-dimensional position / orientation measuring apparatus and method of the present invention, only the one-dimensional optical sensor is used, so that the structure can be simplified and the cost can be reduced. Further, since it is not necessary to provide a point light source such as a miniature electric bulb as a bright spot, the object to be measured can be easily handled. Furthermore, according to the control device for an image recording apparatus of the present invention, the measurement accuracy does not depend on the speed of the medium such as the paper and the intermediate transfer belt, so that the measurement result with a predetermined accuracy can be obtained. Further, according to the manipulator control device of the present invention, since the target article is handled while detecting the position and orientation in real time, the amount of information to be stored can be reduced, and the software can be simplified.

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

【図1】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態を示し、(a) は全体の説明図、(b) は(a) の下方
より見た対象表面のマークの説明図、(c) は(a) の下方
より見た結像面の1次元光センサの説明図。
1A and 1B show a first embodiment of a two-dimensional position / orientation measuring apparatus of the present invention, (a) is an overall explanatory view, and (b) is an explanation of a mark on a target surface viewed from below (a). FIG. 6 (c) is an explanatory view of the one-dimensional optical sensor on the image plane as viewed from the lower side of FIG.

【図2】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態における撮像ユニットと演算ユニットのシステム
を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a system of an imaging unit and an arithmetic unit in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図3】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態における2次元座標系におけるマークの位置と姿
勢を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the positions and orientations of marks in the two-dimensional coordinate system in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図4】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態における結像面での1次元光センサとマーク像の
直線の位置関係を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the one-dimensional optical sensor and the straight line of the mark image on the image plane in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図5】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態における1次元光センサの出力波形を示す説明
図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an output waveform of the one-dimensional photosensor in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図6】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態における演算手順を示すフローチャート。
FIG. 6 is a flowchart showing a calculation procedure in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図7】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態におけるマークの変形例を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a modified example of the mark in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図8】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態における結像面での1次元光センサとマーク像の
直線の位置関係を示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the one-dimensional optical sensor and the straight line of the mark image on the image plane in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図9】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実施
の形態におけるマークの他の変形例を示す説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another modification of the marks in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図10】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実
施の形態におけるマークの更に他の変形例を示す説明
図。
FIG. 10 is an explanatory view showing still another modified example of the mark in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図11】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実
施の形態における1次元光センサの変形例を示す説明
図。
FIG. 11 is an explanatory view showing a modified example of the one-dimensional optical sensor in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図12】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第1の実
施の形態における結像レンズの変形例を示す説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a modified example of the imaging lens in the first embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図13】本発明の画像記録装置用制御装置の第1の実
施の形態を示す説明図。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a first embodiment of a control device for an image recording apparatus of the present invention.

【図14】本発明の画像記録装置用制御装置の第1の実
施の形態において用紙に形成されたマークを示す説明
図。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing marks formed on a sheet in the first embodiment of the control device for the image recording apparatus of the present invention.

【図15】本発明の画像記録装置用制御装置の第1の実
施の形態の変形例を示す説明図。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a modification of the first embodiment of the control device for the image recording apparatus of the present invention.

【図16】本発明のマニピュレータ用制御装置の第1の
実施の形態を示す説明図。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a first embodiment of a manipulator control device of the present invention.

【図17】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第2の実
施の形態を示す説明図。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a second embodiment of a two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図18】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第2の実
施の形態における結像面での1次元光センサとマーク像
の直線の位置関係を示す説明図。
FIG. 18 is an explanatory view showing the positional relationship between the one-dimensional optical sensor and the straight line of the mark image on the image plane in the second embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【図19】本発明の2次元位置姿勢測定装置の第2の実
施の形態における演算手順を示すフローチャート。
FIG. 19 is a flowchart showing a calculation procedure in the second embodiment of the two-dimensional position and orientation measuring apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 測定対象物 1A,1B 対象物品 2,2A,2B 対象表面 3 マーク 4 結像レンズ 5 撮像ユニット 6、6a、6b、6c 1次元光センサ 7 結像面 11 駆動回路 12 アンプ 13 A/D変換器 14 メモリ 15 メモリ制御回路 16 プロセッサ 17 表示部 18 読み取りライン 19 1次元イメージユニット 20 受光面 21 光源 22 ランプ 23 投光レンズ 26 セルフォックレンズアレイ 40 ロボット 41 垂直ポスト 42,43 回転アーム 44 垂直アーム 45 バンド 46a,46b グリッパ 47 ベース 200 用紙 210 用紙搬送路 220 プラテンロール 230 駆動ロール 240 支持ロール 250 中間転写ベルト 260,270,280,290 感光体ドラム 300 制御ユニット 400 ロボットコントローラ L1 〜L3 マークの直線 L1'〜L3' マーク像の直線 P1 ,P2 マークの交点 P1',P2' マーク像の交点1 measurement object 1A, 1B object article 2, 2A, 2B object surface 3 mark 4 imaging lens 5 imaging unit 6, 6a, 6b, 6c one-dimensional optical sensor 7 imaging surface 11 drive circuit 12 amplifier 13 A / D conversion 14 memory 15 memory control circuit 16 processor 17 display section 18 reading line 19 one-dimensional image unit 20 light receiving surface 21 light source 22 lamp 23 light projecting lens 26 selfoc lens array 40 robot 41 vertical post 42, 43 rotating arm 44 vertical arm 45 Bands 46a, 46b Gripper 47 Base 200 Paper 210 Paper transport path 220 Platen roll 230 Drive roll 240 Support roll 250 Intermediate transfer belts 260, 270, 280, 290 Photosensitive drum 300 Control unit 400 Robot controller L 1 to L 3 Mark straight line L 1 '~L 3' linear P 1, P 2 marks the intersection P 1 of the mark image ', P 2' intersection mark images

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−72930(JP,A) 特開 昭52−29250(JP,A) 特公 昭58−49070(JP,B2) 特許3111869(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 B25J 13/08 G01B 11/26 G06T 7/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-7-72930 (JP, A) JP-A-52-29250 (JP, A) JP-B-58-49070 (JP, B2) Patent 3111869 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 B25J 13/08 G01B 11/26 G06T 7/60

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の平面上を変位する測定対象物の位置
と姿勢を測定する2次元位置姿勢測定方法において、 第1及び第2の線分、及び前記第2の線分及び第3の線
分との間で2つの交点を提供し、前記第1及び第2の線
分がなす角度、前記第2及び第3の線分がなす角度、及
び前記2つの交点の距離が既知なマークを前記測定対象
物に形成し、 第2の平面に少なくとも1つの1次元センサを配置し、
前記マークに含まれる前記第1、第2、及び第3の線分
の3つの線分像を前記第2の平面に形成して前記少なく
とも1つの1次元光センサに長さ方向の受光強度分布を
表す受光信号を発生させ、 前記受光信号に基づいて前記3つの線分の前記少なく
とも1つの1次元光センサ上の位置を演算し、 前記少なくとも1つの1次元光センサ上の位置に基づい
て前記マークの前記2つの交点の1つの位置と、前記マ
ークの前記第1、第2、及び第3の線分の1つの線分の
傾斜を演算することを特徴とする2次元位置姿勢測定方
法。
1. A two-dimensional position / orientation measuring method for measuring the position and orientation of a measuring object which is displaced on a first plane, comprising: a first and a second line segment; and a second line segment and a third line segment. Two intersections are provided, and the angle formed by the first and second line segments, the angle formed by the second and third line segments, and the distance between the two intersections are known. Forming a mark on the measurement object, arranging at least one one-dimensional sensor on a second plane,
Three line segment images of the first, second, and third line segments included in the mark are formed on the second plane, and the at least one one-dimensional photosensor has a light receiving intensity distribution in the longitudinal direction. Is generated, and the position of the three line segment images on the at least one one-dimensional photosensor is calculated based on the received light signal, and based on the position on the at least one one-dimensional photosensor. Two-dimensional position and orientation measurement, characterized in that the position of one of the two intersections of the mark and the inclination of one of the first, second, and third line segments of the mark are calculated. Method.
【請求項2】前記マークの形成は、前記測定対象物のエ
ッジ、或いはプロファイルを前記第1、第2、及び第3
の線分の少なくとも1つの線分として定義して行う請求
1記載の2次元位置姿勢測定方法。
2. The mark is formed by forming an edge or a profile of the object to be measured with the first, second and third marks.
The two-dimensional position / orientation measuring method according to claim 1 , wherein the two-dimensional position / orientation measuring method is defined as at least one line segment.
【請求項3】前記マークの形成は、前記測定対象物に設
けられた開口を前記第1、第2、及び第3の線分の少な
くとも1つの線分として定義して行う請求項1記載の2
次元位置姿勢測定方法。
Wherein formation of said mark, the measurement object the first openings provided in, according to claim 1, wherein performing defined as at least one segment of the second and third line segments Two
Dimensional position and orientation measurement method.
【請求項4】前記マークの形成は、前記測定対象物に設
けられた前記測定対象物と反射率、或いは透過率の異な
る材料を前記第1、第2、及び第3の線分の少なくと1
つの線分として定義した行う請求項1記載の2次元位置
姿勢測定方法。
4. The mark is formed by using a material having a reflectance or a transmittance different from that of the measuring object, which is provided on the measuring object, to reduce the first, second, and third line segments. 1
The two-dimensional position and orientation measuring method according to claim 1 , wherein the two-dimensional position and orientation is defined as one line segment.
【請求項5】第1の平面上を変位する測定対象物の位置
と姿勢を測定する2次元位置姿勢測定装置において、 前記測定対象物に形成され、第1及び第2の線分、及び
前記第2及び第3の線分との間で2つの交点を提供し、
前記第1及び第2の線分がなす角度、前記第2及び第3
の線分がなす角度、及び前記2つの交点の距離が既知な
マークと、 第2の平面に前記マークに含まれる前記第1、第2、及
び第3の線分の3つの線分像を形成する像形成手段と、 前記第2の平面に配置され、前記3つの線分像に基づい
て長さ方向の受光強度分布を表す受光信号を出力する少
なくとも1つの1次元光センサと、 前記受光信号に基づいて前記3つの線分像の前記少なく
とも1つの1次元光センサ上の位置を演算する第1の演
算手段と、 前記少なくとも1つの1次元光センサ上の位置に基づい
て前記マーク前記2つの交点の1つの位置と、前記マ
ーク前記第1、第2、及び第3の線分の1つの線分の
傾斜を演算する第2の演算手段を具備したことを特徴と
する2次元位置姿勢測定装置。
5. A two-dimensional position / orientation measuring apparatus for measuring the position and orientation of a measuring object which is displaced on a first plane, comprising: first and second line segments formed on the measuring object; and Provide two intersections between the second and third line segments,
The angle formed by the first and second line segments, the second and third
An angle formed by the line segments and the distance between the two intersections are known, and three line segment images of the first, second, and third line segments included in the mark are formed on a second plane. An image forming unit to be formed; and at least one one-dimensional optical sensor which is arranged on the second plane and outputs a light receiving signal representing a light receiving intensity distribution in the length direction based on the three line segment images, the mark on the basis of the first calculating means for calculating a position on the at least one one-dimensional optical sensor of the three line segments images on the basis of the received light signal, a position on the at least one one-dimensional optical sensor to the one position of the two intersections of the first of the mark, characterized by comprising a second calculating means for calculating the slope of one line of the second and third line segments Two-dimensional position and orientation measuring device.
【請求項6】前記マークは、前記第1、第2、及び第3
の線分の少なくとも1つの線分が前記測定対象物のエッ
ジ、或いはプロファイルによって構成される請求項5記
の2次元位置姿勢測定装置。
6. The mark includes the first, second and third marks.
At least one line segment of the object to be measured edge line segment, or claim 5 Symbol constituted by profiles
2-dimensional position and orientation measurement apparatus of the mounting.
【請求項7】前記マークは、前記第1、第2、及び第3
の線分の少なくとも1つの線分が前記測定対象物に形成
された光透過用の開口によって構成される請求項5記載
の2次元位置姿勢測定装置。
7. The mark includes the first, second and third marks.
The two-dimensional position-and-orientation measuring device according to claim 5, wherein at least one of the line segments is defined by an opening for light transmission formed in the measurement object.
【請求項8】前記マークは、前記第1、第2、及び第3
の線分の少なくとも1つの線分が前記測定対象物に設け
られた前記測定対象物と反射率、或いは透過率の異なる
材料によって構成される請求項5記載の2次元位置姿勢
測定装置。
8. The mark comprises the first, second and third marks.
2. The two-dimensional position-and-orientation measuring apparatus according to claim 5, wherein at least one line segment of the line segment is made of a material having a reflectance or a transmittance different from that of the measurement object provided on the measurement object.
【請求項9】異なったカラーのトナー像を重ねてカラー
画像を形成する画像記録装置において、 第1及び第2の線分、及び前記第2の線分及び第3の線
分との間で2つの交点を提供し、前記第1及び第2の線
分がなす角度、前記第2及び第3の線分がなす角度、及
び前記2つの交点の距離が既知なマークの画像信号を発
生する画像信号発生手段と、 前記マークの画像信号を入力して用紙、ベルト等の像担
持体の第1の位置に前記マークのトナー像を第1のカラ
ーで形成する第1のトナー像形成手段と、 前記マークの画像信号を入力して前記像担持体の前記第
1の位置に隣接する第2の位置に前記マークのトナー像
を第2のカラーで形成する第2のトナー像形成手段と、 前記第1及び第2のカラーのトナー像に含まれる第1、
第2、及び第3の線分の3つの線分像を所定の面に形成
するマーク像形成手段と、 前記所定の面に配置され、前記3つの線分像に基づいて
長さ方向の受光強度分布を表す受光 信号を出力する少な
くとも1つの1次元光センサと、 前記受光信号に基づいて前記3つの線分像の前記少なく
とも1つの1次元光センサ上の位置を演算する第1の演
算手段と、 前記少なくとも1つの1次元光センサ上の位置に基づい
て前記マークのトナー像前記2つの交点の1つの位置
と、前記マークのトター像前記第1、第2及び第3の
線分の1つの線分の傾斜を第1及び第2のカラー毎に演
算する第2の演算手段と、 前記第2の演算手段の演算結果に基づいて前記第1のカ
ラーのトナー像に対する前記第2のカラーのトナー像の
レジストレーションの誤差を算出してその誤差を補正す
る制御信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とす
る画像記録装置用制御装置。
9. An image recording apparatus for forming color images by superimposing toner images of different colors, between a first line segment and a second line segment, and between the second line segment and a third line segment. Providing two intersections and generating an image signal of a mark whose angle between the first and second line segments, the angle between the second and third line segments, and the distance between the two intersections is known. An image signal generating means, and a first toner image forming means for inputting the image signal of the mark and forming a toner image of the mark in a first color on a first position of an image carrier such as a sheet or a belt. Second toner image forming means for inputting the image signal of the mark and forming a toner image of the mark in a second color at a second position adjacent to the first position of the image carrier, The first and the second contained in the first and second color toner images,
Forming three line segment images of the second and third line segments on a predetermined surface
And a mark image forming unit that is arranged on the predetermined surface and is based on the three line segment images.
At least one one-dimensional optical sensor, a position on the at least one one-dimensional optical sensor of the three line segments images on the basis of the photodetection signal operation for outputting a light reception signal representing the received light intensity distribution in the longitudinal direction A first calculating means, one position of the two intersections of the toner image of the mark based on the position on the at least one one-dimensional optical sensor, and the first and second positions of the toter image of the mark . and second calculating means for calculating the slope of one line of the third segment to the first and second each color, result to said first color based on said second calculation means An image recording apparatus control device comprising: a control unit for calculating an error in registration of the toner image of the second color with respect to the toner image and outputting a control signal for correcting the error.
【請求項10】前記第1及び第2のトナー像形成手段
は、前記像担持体上のプロセス方向に複数個の前記マー
クを所定のピッチで形成し、前記第1及び第2の演算手
段は、前記複数個の前記マーク毎に複数回の演算を行
い、前記制御手段は、前記複数回の前記演算結果の平均
値に基づいて前記誤差を算出する構成の請求項9記載
画像記録装置用制御装置。
10. The first and second toner image forming means form a plurality of the marks at a predetermined pitch in the process direction on the image carrier, and the first and second calculating means include: 10. The image recording apparatus according to claim 9 , wherein a plurality of calculations are performed for each of the plurality of marks, and the control unit calculates the error based on an average value of the calculation results of the plurality of times. Control device.
【請求項11】象物品の位置及び姿勢を制御するマニ
ピュレータ用制御装置において、前記対象物品の対象表面に形成され、第1及び第2の線
分、及び前記第2の線分及び第3の線分との間で2つの
交点を提供し、前記第1及び第2の線分がなす角度、前
記第2及び第3の線分がなす角度、及び前記2つの交点
の距離が既知なマークと、 前記マークに含まれる前記第1、第2、及び第3の線分
の3つの線分像をマニピュレータの所定の面に形成する
像形成手段と、 前記マニピュレータの前記所定の面に配置され、前記3
つの線分像に基づいて長さ方向の受光強度分布を表す受
光信号を出力する少なくとも1つの1次元光センサと、 前記受光信号に基づいて前記第1、第2及び第3の線分
の前記少なくとも1つの1次元光センサ上の位置を演算
する第1の演算手段と、 前記少なくとも1つの1次元光センサ上の位置に基づい
て前記マークの前記2つの交点の1つの位置と、前記マ
ークの前記第1、第2及び第3の線分の1つの線分の傾
斜を演算する第2の演算手段と、 前記第2の演算手段によって演算された前記1つの位置
と前記1つの線分の傾斜に基づいて 前記マニピュレータ
を制御することにより前記対象物品の前記位置および前
記姿勢を所定の位置および所定の姿勢にする制御手段を
備えことを特徴とするマニピュレータ用制御装置。
11. A pair manipulator control device for controlling the position and orientation of the elephants article, is formed on the target surface of the target object, the first and second lines
And two between the second line segment and the third line segment
Providing an intersection point, the angle formed by the first and second line segments,
The angle formed by the second and third line segments, and the intersection of the two
Of a known distance and the first, second and third line segments included in the mark
Form three line segment images of on the predetermined surface of the manipulator
The image forming means and the manipulator are disposed on the predetermined surface, and
Receiving intensity distribution in the longitudinal direction based on two line segment images
At least one one-dimensional optical sensor that outputs an optical signal, and the first, second, and third line segments based on the received light signal
A position on the at least one one-dimensional photosensor of
First calculating means for, based on the position on the at least one one-dimensional optical sensor
Position of one of the two intersections of the mark and the mark
Inclination of one of the first, second and third line segments of the ark
Second calculating means for calculating the oblique, the one position that is calculated by the second arithmetic means
Manipulator control, characterized by that a control means for the position and the orientation of the predetermined position and a predetermined posture of the target object by controlling the manipulator based on the slope of said one line segment apparatus.
【請求項12】前記少なくとも1つの1次元光センサ
は、前記対象物品が位置する第1の地点から所定の距離
を有する第2の地点に位置する他の対象物品の対象表面
に形成された前記マークについて受光信号を出力し、前
記演算手段は、前記他の対象物品の前記マークの前記
信号を入力して前記対象物品と前記他の対象物品との
相対的位置および相対的姿勢を演算し、前記制御手段
は、前記相対的位置および前記相対的姿勢に基づいて前
記対象物品を前記他の対象物品に組み付ける構成を有す
る請求項11記載のマニピュレータ用制御装置。
12. The aboveAt least one one-dimensional optical sensor
Is a predetermined distance from the first point where the target article is located
Target surface of another target article located at a second point having
Formed inThe abovemarkAbout light receptionOutput signal, before
The calculation means is the above-mentioned mark of the other target article.Receiving
lightA signal is input to separate the target article and the other target article from each other.
The control means for calculating the relative position and the relative attitude,
Is based on the relative position and the relative posture.
There is a configuration for assembling the target article to the other target article
Claim11 descriptionControl device for manipulator.
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