JPH02268207A - 形状認識装置 - 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】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、三次元物体認識装置に係り、機械部品、電気
部品の加工、組立、検査工程において、部品の形状を従
来法に比べ、特に高速かつ高精度従来、画像を用いた三
次元物体形状認職法としては、単眼視、ステレオ視、ス
ポット・スリット光投影法、パターン投影法等多くの研
究がなされている。例えば、文献「空間コード化による
距離画像入力」佐藤宏介他１名、電子通信学会論文誌、
Ｖｏｌ、Ｊ６８−Ｄ　　Ｎｏｌ、（１９８５）では、物
体にグレイフード状の光パターンを照射し、パターンの
形状を変えて画像を取り込み、物体認識を行っている。

また、文献「スリット光投影法による高精度距離・姿勢
計測ｊ成瀬央他２名、電子通信学会論文誌、Ｖｏｌ、Ｊ
６９−Ｄ　　Ｎｏ、１２　　（１９８６）テは、レーザ
ースリット光を物体に照射して、スリット光投影像を画
像として取り込んで画像処理的手法によって精度の向上
を図っている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、上記した方法によれば、一番目の方法では、物
体の凹凸が大きい場合、グレイコードのパターン像を物
体全面にわたって鮮明に投影するドルオーダーの物体の
場合、位置分解能が±４ｍ閣程度と粗く複雑な形状の物
体を認識できない等の問題点がある。また、二番目の方
法では、測定精度はよいものの、スリット光を少しづつ
動かしながら画像を多数取り込む必要があり、計測と解
析に多大の時間を要す等の問題点があり、実用化は 困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであ
り、その主たる解決課題は、生産ライン等に適用可能な
高速かつ高精度に物体の三次元装置においては、レーザ
ー光源から発射したビーム光または光学レンズによって
線状化したスリット光を縦横に高速掃引するスキャニン
グ装置とそのレーザー照射光を透過または遮断する縦横
に高密度に配列した液晶シャッター群とＴＶカメラ等の
画像入力装置とその画像を処理する画像処理装置におい
て、液晶シャッターをあらかじめ決められたいくつかの
配列パターンにしたがって、オンオフ制御しながら高速
掃引するレーザー照射光の一部だけを対象物体表面に照
射し、ＴＶカメラと画像処理装置によって異なる配列パ
ターンにおける複数枚の光学像を取り込んだのち、各画
像間の演算処理画像に三角測量の原理を適用し、物体表
面に投影したレーザー光学像から物体の三次元形状を高
精度に検出認識することを特徴としている。

さらに、具体的に説明すると、本発明の形状認識装置は
、メートルオーダーの機械部品、電気部品等の三次元形
状を検出識別することを目的とし体の大きさに合わせて
掃引範囲と掃引の間隔、速度を設定した後、物体表面に
照射する。その際、レーザー光は液晶シャッター板を通
過するように構成する。液晶ンヤッターはあらかじめ決
められたいくつかの配列パターンにしたがって、投影画
面の任意の部分の光をオンオフ制御し、オンの場合は、
レーザー光をそのまま透過し、オフの場合は、レーザー
光を遮断する。したがって、スキャニング装置によって
、縦横に高速掃引されたレーザー光は、液晶シャ・７タ
ーによって、決められたパターンの部分の光だけが物体
に照射される。そできないので、物体全面のスリット画
像を得るためには、多大な入力時間を必要とし、さらに
スリットの本数分の画像を取り込み解析する必要があっ
たが、本発明に基づく装置によれば、一つの画面内に多
数のスリット画像を撮像しても、液晶ンヤッターの配列
パターンを用いることにより一本−本のスリット像の分
離と識別を極めて容易に行うことができる。その結果、
画像入力時間の短縮が可能になると共に、従来のパター
ン投影方式では、物体の凹凸が大きい場合、パターン光
の焦点を物体表面全面で合わせることができず、焦点ぼ
けによる精度の低下がさけられなかったが、本方式では
、平行光であるレーザー光を用いているので、物体全面
に鮮明なスリット像を投影することができ、形状検出精
度を向上することが可能になった。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明界／ヤノ
ター板４と、プロジェクタ−５と、ＴＶカメラ６と、画
像処理装置７とからなる。尚、物体８として立方体と円
柱を例に以下説明する。

液晶ンヤノター板４は、縦横に多数のマトリックス状の
液晶シャツターから構成される。この各液晶シャッター
を一例としてグレイフード化パターンに従って、オンオ
フすると、第２図に示すような投影パターンが作成され
る。

レーザー光源ｌから発射したレーザー光は直径が　０．
５ｍ−程度のビーム光であり、光学レンズ２によってビ
ーム光を線状化したスリット光に変換する。測定対象に
よって、ビーム光またはスリットる場合、互いに回転軸
が直交する二つの振動ミラーを互いに同期を取りながら
一定角度で高速に振動させておき、レーザー光を二つの
ミラーで反射させると、二次元的に掃引させることがで
きる。

その場合、各振動ミラーの回転角と回転速度をコンピュ
ーター制御してやると、物体に対して任意の間隔と速度
でレーザー光を照射することができる。

スキャニング装置で二次元に高速掃引されたレーザー光
は、任意の配列パターンにオンオフＩＩ　ａｌｌされた
液晶シャッターによって、レーザー光の一部のみが物体
に照射される。物体表面から反射したレーザー光学像は
ＴＶカメラ６と画像処理装置７により画像として取り込
まれる。数種類の配列パターンに基づいて取り込んだ複
数の画像の差分演算に基づいて、−本一本のレーザース
リット像を分ｔｉｌｌ識別する。本発明による検出画像
の例を第にとらえられないが、レーザー光の方は、距離
が離れても、幅は一定であり、物体面に細い光線となっ
て照射されている。

得られた画像から物体の三次元形状を認識する方法を第
４図に示す。三角測量の原理に基づき、例えば、物体上
の点Ｐの三次元座標ｘ、　　ｙ、　　ｚは次式を計算す
ることで容易に求められる。

Ｘ＝Ｚ　ｔ　ａ　ｎθ ＹフＺｔａｎξ Ｚ＝ｄ／ｆｔａｎθ−ｔａｎ　（φ＋φ＠）［発明の効
果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の装置によれば
、従来、画像の入力と解析に時間を要しまた精度に問題
があった三次元物体の形状計測・形状認識において、短
時間に高精度な形状認識が可能になり、機械部品、電気
部品の加工、組立、検査工程における組立の自動化、不
良品の自動検出をおこなうための部品や組立品の形状の
自動検査が可能になり、製品の信頼性の向上等の効果を
達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象とする方法の構成位置関係を
説明する図、第２図は、グレイコード化パターンの例を
示す図、第３図は、本発明による検出画像の例を示す図
、第４図は物体の三次元位置を求めるための装置の位置
関係を説明する図である。 １・・・・・・レーザー光源、２・・・・・・光学レン
ズ３・・・・・・スキャニング装置、４・・・・・・液
晶シャッター板、５−−−−−−プロジェクタ−６・・
・・・・ＴＶカメラ図面の浄書 手続補正書（方式） １゜ ２゜ ３゜ 事件の表示 平成１年特許願第９１２７２号 発明の名称 形状認識装置 補正をする者 事件との関係　特許出願人（代表出願人）住所　　東京
都千代田区霞が関１丁目３番１号平成１年７月２５日 ６゜ 補正の対象 図面 （全図）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、レーザー光源から発射したビーム光または、光学レ
   ンズによってビーム光を線状化したスリット光を縦横に
   高速掃引するスキャニング装置とそのレーザー光を部分
   的に透過または遮断する縦横に高密度に配列した液晶シ
   ャッター板とＴＶカメラ等の画像入力装置とその画像を
   処理する画像処理装置において、液晶シャッターをあら
   かじめ決められたいくつかの配列パターンにしたがって
   、オンオフ制御しながら高速掃引するレーザー光の一部
   だけを対象物体表面に照射し、ＴＶカメラと画像処理装
   置によって異なる配列パターンにおける複数枚の光学像
   を画像として取り込んだのち、各画像間の演算処理した
   画像に三角測量の原理を適用して、物体表面に投影した
   レーザー光学像から物体の三次元形状を高速かつ高精度
   に検出認識することを特徴とする形状認識装置。