JPH02143381A - 画像処理装置及びこれを用いた工作機械のワーク位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明のｌ」的］ （産業上の利用分野） 本発明は画像処理装置及びこれを用いた１−作機械のワ
ーク位置決め装置に関する。

（従来の技術） 従来、画像処理装置において、画像メモリ上に現わされ
た物体像のコーナの検出は、パターンマツチング法や、
チエインコード追跡法、マスクパターン法によっている
。

パターンマツチング法は、予め設定された正規のコーナ
座標を持つ画像データを、撮像画像に対し相対的に移動
させてゆき、最も良くマツチングする状態から物体のコ
ーナ部を検出しようとするものである。

又、チエインコード法は、物体の辺を構成する点列の連
結関係をチエインコードという数列で表わし、この列の
コーナ部分で発生する特異点に対応する点をコーナ座標
とするものである。

マスクパターン法は、３×３又は５×５のマスクパター
ンを準備し、これを画像データのコーナ近傍で走査する
ことにより、最もよく一致する状態からコーナ座標を決
定するものである。

一方、近年工作機械の分野では、テーブル上に載置され
た被加工物（以下ワークと称する）を正規の位置に位置
決めするために、テーブル上でワークのコーナ部分をＣ
ＣＤカメラなどによる視覚センサで撮像し、上記の画像
処理装置によって正規の位置からの位置ずれ（偏差）を
検出し、前記テーブル又は前記ワークを相対移動させる
ことにより、前記偏差に応じた補正をかけようとするこ
とが試みられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のごとき従来よりの画像処理装置に
あっては、撮像物体のコーナ部分の検出をパターンマツ
チング法やチエインコード追跡法、マスクパターン法に
よって決定することとしていたため、次のごときの問題
点がある。

すなわち、パターンマツチング法にあっては、処理に多
くの時間を要し、特にデータ量の多い画像データにあっ
ては処理時間が多大となると共に、撮像物体に歪がある
場合、特にワークコーナが欠けているような場合、処理
が不完全となるという問題点があった。

又、チエインコード法にあっては、コーナ部分に相当す
る特異点を判断するアルゴリズムが非常に複雑であり、
検出されたコーナ座標値に誤差が発生し易いと共に、コ
ーナ部の欠けたワークのように物体に歪がある場合、や
はり処理が不完全であるという問題点があった。

さらに、マスクパターン法にあっては、バタンマツチン
グ法と同様に処理に多くの時間を要し、歪のある物体に
対して処理が不完全となるという問題点があった。

特に工作機械に使用されるワークは、前加工されていた
り汚れたり歪を受けていたり、或いはコーナ部が欠けて
いることがあり、さらには撮像信号にノイズが乗ること
も多く、工作機械特有の事情により搬像画像自体が不完
全となることが多い。

特に、工作機械の精度はミクロン単位が欲求されるので
確実、高精度な画像処理装置が望まれるところである。

そこで、本発明は、撮像物体に汚れや歪みが生じ、或い
は撮像信号にノイズが乗っていたとしても、確実高精度
、かつ迅速にコーナ部を検出できる画像処理装置を提供
することを目的とする。

又、ワークが前加工され、汚れ、或いは歪が生じたり、
コーナ部が欠けていたとしても、確実。

高精度の位置決めを行うことができる工作機械のワーク
位置決め装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決する本発明の画像処理装置は、第１図に
その概要を示すように、テーブル上に置かれた物体のコ
ーナ部分の撮像信号を入力する画像信号人力部１と、入
力された画像信号を画像メモリ上で平面画像データに形
成する画像データ生成部２と、画像データに予め設定し
た枠に沿っての探査により該枠と前記物体の２つの交点
及び前記物体の境界線を示す点群データを検出する点群
データ検出部３と、検出された点群データのうち前記両
交点を結んだ直線を演算基準線とし該演算基準線に対し
その他の点群データまでの距離を演算し該距離が最大と
なる点を仮コーナに設定する仮コーナ設点部４と、かく
して設定された仮コーすに対し前記物体のコーナに向か
う２辺を想定し前記点群データを２分割する点群データ
分割部５と、分割された各点群データを最小２乗法で直
線に変換し両直線の交点を最小２乗法で直線に変換し両
直線の交点を真のコーナに決定するコーナ決定部６と、
決定された真のコーナのデータを適宜処理して所望の装
置に所望の形で出力する信号出力部７を備えたことを特
徴とする。

又、本発明の工作機械のワーク位置決め装置は、実施例
としての第２図を参照するに、工作機械８のテーブル上
に載置されたワークのコーナ部分を撮像する視覚センサ
９と、該センサ９の出力信号を画像信号Ｓ１として入力
し前記ワークのコーナを演算すると共に演算されたコー
ナ位置と予定のコーナ位置との偏差を補正信号として出
力する請求項］に記載の画像処理装置１０（実施例では
１０Ａ）と、該装置より出力された補正信号ＳＯを人力
し前記ワークＷを前記テーブル８に対して所定位置に補
正移動させるＮＣ装置１１を備えたことを特徴とする。

（作用） 本発明の画像処理装置１０では、点群データ検出部３に
て撮像物体の外形を示す点群データを得、仮コーナ決定
部４にてその曲がり部分に仮コーナを決定する。その後
、点群データ分割部５にてコーナを形成する２辺に相当
する点群データを形成し、コーナ決定部６にて各点群デ
ータを最小２乗法で直線化し両直線の交点を真のコーナ
と決定する。

又、本発明の工作機械におけるワークの位置決め装置で
は、テーブル上に置かれたワークのコナ部分を撮像し、
この撮像信号を前記の画像処理装置に送ることにより正
規の位置に対する偏差を算出させ、この偏差に応じた補
正信号によってワクを正規の位置を基準にして移動させ
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の実施例を示す図面
に基いて説明する。

第２図は本発明の一実施例に係る工作機械のワークの位
置決め装置の全体構成を示す説明図である。

図示のように、本例の工作機械におけるワークの位置決
め装置は、固定テーブル８上でサーボ制御軸１２．ｉ、
３にて平面（Ｘ　Ｙ）移動されるワーク固定台１４にワ
ーククランプ装置１５にてワークＷを固定し、ＮＣ装置
１１がら送られて来る位置決め信号ＳＩにて前記サーボ
制御軸１２．１３を駆動することにより、テーブル８に
対しワークＷを所定の平面位置に位置決めするようにな
っている。

一般には、ワークＷは、まず原点位置に位置決めされ、
次いでＮＣ装置１１に入力されたＮＣプログラムにより
、加工に応じて順次所定の位置へ移動されるものである
。

前記テーブル８の原点位置決めをされた前記ワークＷの
所定のコーナＣｖの上面には、ｃｃＤカメラによる視覚
センサ９が設けられ、該センサ９の撮像信号Ｓｌは画像
処理装置１０Ａに送られるようになっている。

画像処理装置１０Ａは、その内部にデジタル化回路１６
と、画像メモリ１７と、コーナ座標演算部１８と、基準
コーナ座標Ｃ（ＸＯ，ｙｏ）と検出されたコーナ座標Ｃ
（ｘｃ、　ｙｃ）とを比較し前記ＮＣ装置１１へ補正信
号Ｓｏを出力する比較器１つとが順次接続されて設けら
れている。

次に、」二紀構成のワークの位置決め装置の作用を第３
図のフローチャートに基いてワークの原点位置決めの例
で説明する。

ワークの原点位置決め作業は、ステップ３０１で７−ク
Ｗをテーブル８上で仮位置決めしてのち開始される。仮
位置決めは、画像処理装置１０Ａを備えていない従来の
本位置決めに相当し、適宜のストッパにワークＷの一端
を突き当ててのちクランプ装置１５で固定するなどワー
クＷをテーブル８上の所定位置に設定する作業をいい、
通常は、この作業にて百分の１０単位の精度で原点位置
決め可能である。

ステップ３０２では、視覚センサ９にてワークＷのコー
ナ部分Ｃｖを撮像し、撮像信号を画像信号Ｓｌとして画
像処理装置１．　ＯＡへ送る。

ステップ３０３では、画像処理装置１０Ａのデジタル化
回路１６により、人力された画像信号Ｓ１を所定のタイ
ミングで画像メモリ１７上に取り込んで行き、第４図の
斜線で示すように画像メモリ１７上にワークＷのコーナ
部分Ｃｗの画像データを生成する。ただし、画像メモリ
１７には、処理に必要なだけの枠が設けられており、以
下の画像処理はこの枠内で行われるものとする。

ステップ３０４では、第４図の矢印２０で示すように画
像メモリ１７の枠周囲をＲ，、Ｒ２、Ｒ３・・・Ｒｓ、
Ｅｌ、Ｅ２．・・・ＲＥの順で探査することにより、ワ
ーク外形を示す点群データＲｓ、ＥＥ２．・・・ＲＥを
検出する。

すなわち、例えば画像メモリ１７が２値化信号を記憶す
るものである場合、１又は０の変化を検出することによ
り１又はＯ信号の境界点を探査することにより、ワーク
外形を示す点群データが得られる。

ステップ３０５では、第５図に示すように、画像メモリ
１７０枠とワーク画像との２つの交点Ｒｓ　　（ｘｓ、
　ｙｓ）　ＲＥ　　（ＸＥ、　ｙＥ）を直線ｎｏで結び
、これを演算基準線とする。

１０−　ａｘ＋　ｂｘ＋　ｃ　　　　　　　　　　　　
＝ｉｌ）ただし ａ−（ｙＥ　　ｙｓ）／（χε−ｙｓ）ｂ＝−１ Ｃ−ｙＥ　−（ｙＥ　−！Ｓ’）　ｘＥ／　（ＸＥ　−
ＸＳ）又は、 一−１ ｂ　−（Ｋ　Ｅ　−ｘｓ）　／　（ｙ　Ｅ　−ｙｓ）ｃ
−ＸＥ　−（ＸＥ　−ｘｓ）　ｙＥ／　（ｙＥ　−ｙｓ
）ステップ３０６では、第５図に示すように上記手順に
より定められた演算基準線！０と交点Ｒｓ。

ＲＥを除く各点群データＥｌ、Ｅ２．・・・Ｅｎ川との
間の距Ｍｄｎを算出し、これが最大（ｉｌ　ｄ　ｐとな
る点を仮のコーナＰ　（Ｘｐ、　ｙｐ）に設定する。

ｄｎ　−１ａｘｒ＋　＋ｂｙｎ　＋ｅ　Ｉ／　　ａ　　
＋ｂ　　　＝１２）ａｐ−ＭＡ　Ｘ　［ｄｎ］　ｎ　−
３、２，３＝１３＞ここで、この点を真のコーナとしな
いのは、この時点での仮コーナは、画像のノイズ、ワー
クの歪などにより、ワーク位置決めの基準とは為し難い
からである。

次に、ステップ３０７では、第６図に示すように、点群
データＥｌ、Ｅ２・・・を仮コーナＰ（ｘｐ。

ｙｐ）を境として２群に分け、コーナ形成部分の２辺に
相当する点群データＥａ、Ｅｂを形成する。

このとき、コーナ部分の乱れを除くため、仮コーナＰの
近傍部分を所定量だけ除いた形の点群デタＥｃ、Ｅｄを
形成してもよい。

ステップ３０８では、得られた点群データＥａ。

Ｅｂ又はＥｃ、Ｅｄを最小２乗法によりそれぞれ直線化
する。例えば、最小２乗法は設定された直線に対しその
為差の２乗の和をとり、これが最小となる直線１＋　、
１２を検出する方式でよい。なお、このとき、処理速度
をより高めるために、複数個の点で点群データの部分集
合を作り、各部分集合の甲均値に対して最小２乗法を適
用するなとの適宜の処理が行える。

ステップ３０９では、第７図に示すように、得られた直
線Ｍｌ　、ｉ２の交点Ｃ（ｘｃ、　ｙｃ）を演算し、こ
れを真のコーナに設定する。

ステップ３１０では、求めたコーナ座ｆｉｃ（ｘｅ。

ｙｃ）を予め人力されている基準座［Ｃ（ＸＯ，ｙｏ）
と比較器１９で比較し、その偏差△Ｘ、Δｙを補正信号
ＳｏとしてＮＣ装置１１へ出力する。

ステップ１１では、ＮＣ装置へ人力した補正信号Ｓｏに
基いて検出されたコーナ座標Ｃ（ｅｘ、　Ｃｙ）を正規
の位置へ移動させるようザーボ制御軸１２゜１３を動作
させ、以下、この補正を与えた状態で所定の位置決め作
業を実行する。

第８図にノイズ除去方式の一例を示した。

図示のように、画像メモリ１７の伜の部分にノイズ２１
か生じた場合には、これを除くため、点群データの探査
に関し、２値の変化の後に所定の値をカウントし、この
カウント値が所定以下であれば、この２値の変化部分は
ノイズであると判断し、このノイズ２１を無視して次の
点列データを探査する。なお、ワークＷには前加工によ
ってコーナ部分に穴が開けられていることがあるが、こ
の穴とコーナ辺との間の距離はｌｌｌ１１以下となるこ
とはほとんどあり得ないので、この穴をノイズ２１と誤
ることはない。

又、第６図に示す点群データＥａ、Ｅｌ）、Ｅｃ。

Ｅｄにノイズが乗っていたとしても、それは最小２乗法
による処理で除かれ得るものである。

以」二により、本例の画像処理装置１０Ａでは、例えコ
ーナ部分に汚れがありワークＷに歪が生じたり、ノイズ
によってゆがみが生じ、或いはコナ部分Ｃｖのエツジが
欠けていたとしても正規のコーナ位置を適正に検出する
ことが可能である。

しかも、演算は、第３図に示す手順を順次追うだけのも
のであるので、処理の速度が迅速で位置決め前の待ち時
間が最小である。

上記実施例では、ワークの一つのコーナを検出すること
により、検出されたコーナを正規の位置へ移動させる補
正例を示したが、第９図に示すように、ワークのコーナ
をＡ、８２ケ所で撮像し、テーブル８に対する両コーナ
を結ぶ辺２２を正規の線２３上へ戻すような補正をする
こともできる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、適宜
の設ｉｆ的弯更を行うことにより、適宜の態様で実施し
得るものである。

［発明の効果］ 本発明の画像処理装置によれば、例え撮像物体に汚れや
歪が生じ、或いは撮像信号にノイズが乗っていたとして
も、確実、高精度、かつ迅速にコーナ部を検出すること
ができる。

又、本発明の工作機械におけるワークの位置決め装置で
は、例えワークに前加工が為され、汚れや歪が生じ、或
いはコーナ部が欠けていたとし２でも、前記の画像処理
装置で正規のコーナ座標を検出することができ、確実、
高精度の位置決めを行うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像処理装置の概要を示すブロック図
、第２図〜第９図は本発明の実施例を示し、第２図は本
発明の一実施例に係る画像処理装置及び工作機械におけ
るワークの位置決め装置の全体構成を示す説明図、第３
図は−ｈ記ワークの位置決め装置の原点位置決め処理を
示すフローチャト、第４図〜第７図は第２図に示す画像
処理装置の処理状況を示す画像メモリの説明図、第８図
は画像メモリでのノイズ除去方式を示す説明図、第９図
はワークの位置決め装置における位置補正方式の説明図
である。 １０、ＩＯＡ・・・画像処理装置 】７・・・画像メモリ Ｐ　（ｘｐ、　ｙｐ）・・・仮コーナの座標Ｃ（Ｘｅ、
　ＹＣ）・・・検出されたコーナの座標Ｃ（ＸＯ，ｙｏ
）・・・コーナの正規の基準位置代理人　弁理士　三　
好　　保　男 第１図 第３　図 第４図 第６図 第５図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）テーブル上に置かれた物体のコーナ部分の撮像信
   号を入力する画像信号入力部と、入力された画像信号を
   画像メモリ上での平面画像データに形成する画像データ
   生成部と、画像データに予め設定した枠に沿っての探査
   により該枠と前記物体の２つの交点及び前記物体の境界
   線を示す点群データを検出する点群データ検出部と、検
   出された点群データのうち前記両交点を結んだ直線を演
   算基準線とし該演算基準線に対しその他の点群データま
   での距離を演算し該距離が最大となる点を仮コーナに設
   定する仮コーナ設点部と、かくして設定された仮コーナ
   に対し前記物体のコーナに向かう２辺を想定し前記点群
   データを２分割する点群データ分割部と、分割された各
   点群データを最小２乗法で直線に変換し両直線の交点を
   真のコーナに決定するコーナ決定部と、決定された真の
   コーナのデータを適宜処理して所望の装置に所望の形で
   出力する信号出力部を備えたことを特徴とする画像処理
   装置。
2. （２）工作機械のテーブル上に載置されたワークのコー
   ナ部分を撮像する視覚センサと、該センサの出力信号を
   画像信号として入力し前記ワークのコーナを演算すると
   共に演算されたコーナ位置と予定のコーナ位置との偏差
   を補正信号として出力する請求項１に記載の画像処理装
   置と、該装置より出力された補正信号を入力し前記ワー
   クを前記テーブルに対して所定位置に補正移動させるＮ
   Ｃ装置を備えたことを特徴とする工作機械のワーク位置
   決め装置。