JPH05213246A - ハブ位置検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 車両のタイヤ取り付けを自動化するためのハ
ブ位置検出方法及び装置。ハブ（２）の表面を光源
（３）により斜めから照明してハブ面に取り付けられた
ハブボルト（１）の胴体部分をカメラ（４）で撮像し、
その画像からハブの位相と位置を検出し、その位相と位
置に基づいて倣い板（６）の位置を修正し、倣い板
（６）をハブ（２）面に接触させてハブ面の傾きに倣わ
せ、倣い板（６）に取り付けたカメラ（８Ａ）（８Ｂ）
でハブボルト（１）の像を撮像し、撮像したハブボルト
（１）の位置、位相、倣い板の姿勢に基づいてハブ
（２）の位置、姿勢、位相を演算する。 【効果】 ビジョンセンサを用いたハブ位置検出が信頼
性高く、かつ精度よく行うことができる。このことによ
り、多車種のハブ位置に対して、自動取り付けが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のタイヤ取り付け
を自動化するためのハブ位置検出方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両のタイヤ取り付けを自動
化するためには、ハブの位置を求める必要がある。ハブ
の位置を求める方法には、ハブを機械的に矯正して固定
し、位置を出す方法と、ハブ位置をセンサで検出し、タ
イヤ取り付け装置をセンサデータでシフトする方法があ
る。ハブを機械的に矯正する方法としては、特開平２−
１６９３０３号公報に記載された方法が知られており、
切角修正装置や位相合わせ装置を用いて機械的に矯正を
行っている。ハブ位置をビジョンセンサで検出する方法
としては、特開平１−１６６２７１号公報に記載された
方法が知られており、ウインドウの領域を切り替え、２
値化した画像からハブボルト先端位置を検出している。
ハブ位置を距離センサとビジョンセンサを組み合わせて
検出する方法としては、特開平１−２１８９０３号公
報、特開平１−２１８９０４号公報、特開平１−２１８
９０５号公報に記載された方法が知られており、ハブの
三次元位置を検出している。また、ハブボルトを２台の
カメラで検出し、立体視を用いてハブボルトの三次元位
置を検出する方法もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ハブの位置を機械的に
矯正する方法は、フレキシブル性が無いため、ハブの位
置が異なる多種類の自動車のタイヤ取り付けを行うこと
ができないという問題がある。このため、ビジョンセン
サのような汎用性の高いセンサを利用してフレキシブル
性のある自動化システムを構築することが望ましいが、
ハブボルトにはビジョンセンサで検出するための特徴が
少ないため、ビジョンセンサでの検出信頼性が低いとい
う問題がある。ハブボルトがビジョンセンサで検出する
特徴が少ないという問題に対して、本発明者らは、先
に、ハブボルトに斜めから光を当てて、影になるハブボ
ルトの胴体部分をカメラで見ると、ハブボルトの箇所
に、ビジョンセンサで検出することのできる明瞭な特徴
が得られることを実験で確認した。しかし、ハブボルト
の胴体部分をカメラで見るためには、斜めからハブボル
トを検出することになるため、ハブボルトの検出精度が
悪くなると言う問題が発生した。本発明が解決すべき課
題は、このようなビジョンセンサを用いた方法の検出精
度を高め、ハブボルトを信頼性高く検出することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明のハブ位置検出方法は、ハブ面を斜めから照
明するとともに、ハブ面に取り付けられたハブボルトの
胴体部分をカメラで撮像し、その画像からハブの位相と
位置を検出し、その位相と位置に基づいて倣い板の位置
を修正し、同倣い板をハブ面に接触させてハブ面の傾き
に倣わせ、同倣い板に取り付けたカメラでハブボルトの
像を撮像し、撮像したハブボルトの位置、位相、倣い板
の姿勢に基づいてハブ位置、姿勢、位相を演算するもの
である。また本発明のハブ位置検出装置は、ハブの表面
を斜め方向から照明する光源と、同ハブに取り付けられ
たハブボルトの胴体部分を撮影するカメラと、同カメラ
により撮像された画像に基づいてハブの位相角と車両進
行方向に対する位置を求める手段と、同手段により求め
られた位相と車両進行方向に対する位置に基づいて位相
と進行方向の位置をシフトする２軸以上の駆動部を持っ
た計測装置と、同計測装置に取り付けられ、ハブボルト
先端面に接触することによりハブ面の姿勢に倣う倣い板
と、同倣い板に取り付けられたハブボルト検出用カメ
ラ，と、前記倣い板に面直に取り付けられたスタッドを
撮像することにより倣い板の姿勢を検出するためのカメ
ラと、前記倣い板がハブボルトに接触したことを検出す
る手段と、倣い板がハブボルトに接触した時の計測装置
の現在値と倣い板の角度に基づいてハブ位置、姿勢、位
相を演算する手段と、演算されたハブ位置、姿勢、位相
のデータをタイヤ取り付けロボットコントローラに伝送
する手段とを備えた構成としている。

【０００５】

【作用】本発明のハブボルト検出原理を図１に示す。ハ
ブボルト１の先端１ａは光源３からの光が当たって輝く
が、ハブボルト胴体部分１ｂは影となる。カメラ４でハ
ブボルトを検出すると、図２に示すような特異な画像と
なり、本発明では、図３のようなテンプレート５を登録
してハブボルトの位置を検出する。前記のような検出方
法を採用すると、輝いた部分と影の部分が明瞭に区別さ
れるため、ハブボルト１の先端１ａと胴体部分１ｂ、ハ
ブ２の表面が同色であっても信頼性高くハブボルト先端
を検出することができる。また、図４に示すように光源
７及びカメラ８を倣い板６上に固定することにより、常
にハブ２の表面に対して一定角度でカメラ８は見ること
ができるため、図５に示すようにハブ２の表面が傾いて
も、安定して、精度よくハブボルト１を検出することが
できる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。図６に計測装置１０の概要を、図７に要部拡大
図を示す。これらの図において、計測装置は４軸駆動部
を有しており、Ｙ軸モータ１１によってＹ軸方向に駆動
されるＹ軸テーブル１２が設けられ、このＹ軸テーブル
１２にはＸ軸モータ１３によってＸ方向に駆動されるＸ
軸テーブル１４が設けられ、このＸ軸テーブルにはＺ軸
モータ１５によってＺ軸方向に駆動されるＺ軸テーブル
１６が設けられている。さらにＺ軸テーブル１６には倣
い板６を保持する倣い板保持枠１７が設けられており、
この倣い板保持枠１７を揺動及び回転自在に支持するフ
レーム１８が設けられている。倣い板６はθ軸モータ１
９によって回転可能に構成されている。前記倣い板６に
は２つの光源７Ａ，７Ｂ及び２つのカメラ８Ａ，８Ｂが
固定されている。倣い板６にはまた面直にスタッド２０
が取り付けられており、Ｚ軸テーブル１６に設けられた
光源２１とカメラによりその像を撮影することができる
ようになっている。図中２３はＸ軸テーブル１４の位置
を測定するための磁気式位置検出器である。前記Ｙ軸テ
ーブル１２はタイヤ取り付けロボットの退避用とＹ軸方
向のズレ補正用に設けられ、Ｘ軸テーブル１４はハブに
対してアプローチするために設けられ、Ｚ軸は車種に対
応して上下するために設けられ、θ軸モータ１９は倣い
板６の位相（角度）を補正させるために設けられる。

【０００７】図８にハブ計測装置の動作フローを示す。
まず、計測装置は車種信号を受け取り、車種に対応した
Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のデータをセットする。次に、固定カ
メラ４により光源３で照らされたハブ２のＹ軸方向のズ
レと位相ズレを求める。図８の場合、斜め下方向から見
ているため、Ｚ方向のズレとＸ軸方向のズレの区別がで
きない。このため、Ｘ軸とＺ軸のデータによるシフトは
しない。求めたＹ軸方向のズレと位相方向のズレをシフ
トし、計測装置はハブ面にアプローチする。計測装置の
倣い面のＸ方向はバネ２４で支えられており、バネ２４
の変化量は磁気式位置検出器２３で読み取ることができ
る。計測装置は倣い板６がハブボルト１に接触した後、
磁気式位置検出器２３の検出値が一定値になるまで押し
込み動作を行い、停止する。停止した位置で計測装置の
現在値と磁気式位置検出器２３のデータを読み込む。
また、停止した位置でカメラ８Ａ，８Ｂ，２２でハブボ
ルト１とスタッド２０の位置を検出する。検出データと
計測装置の現在値、磁気式位置検出器データより、ハブ
の位置、姿勢、位相を演算する。計測装置は原位置へ戻
り、データをタイヤ取り付け用ロボットに伝送する。

【０００８】図９に計測装置のブロック図を示す。図
中、３１はカメラ８Ａ，８Ｂ，２２で撮影した画像を画
像処理し、ハブボルト先端位置及びスタッド先端位置を
検出する画像処理部、３２は座標変換とシステム全体の
コントロールを行う演算部及びコントロール部、３３は
磁気式位置検出器２３で検出した計測装置の位置データ
及び車種情報データの入力部、３４は位置データ、座標
変換マトリックスを格納したメモリ部、３５は演算部３
２で演算されたデータをタイヤ取り付けロボットコント
ローラへ出力するデータ出力部、３６はコントロール部
３２で求められたズレ量に基づいて各軸モータ１１，１
３，１５，１９に制御指令を与えるモータコントロール
部である。

【０００９】次に、検出のアルゴリズムを説明する。図
１０にカメラ４の検出アルゴリズムを示す。ハブボルト
１は光源３によって斜め上から照らされるため、カメラ
４で見ると図１１に示す特異な画像を示す。画像処理で
は図１１に示す特徴４０をハブボルト１の特徴として捉
え、３個のハブボルトを図１１より検出する。検出した
３個のハブボルト間の距離をチェックして、正規の位置
であれば３個のハブボルトを通る円の中心位置を演算
し、中心位置と１個のハブボルト位置から位相を演算す
る。演算した中心位置、位相と基準の中心位置、位相の
差分を求め、求めた差分を計測装置の座標の値に変換し
て、Ｙ軸とθ軸の計測装置のシフト量とする。

【００１０】図１３に精密検出の検出アルゴリズムを示
す。倣い板６が接触して押し込み後、停止した位置で計
測装置の現在値（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ）と磁気式位置検出器
データを読み込む。次に、この状態でカメラ８Ａ，８
Ｂ，２２でハブボルト１とスタッド２０の位置を検出す
る。カメラ２２で検出したスタッド２０の位置から倣い
板６のＹ軸回り、及びＺ軸回りの角度を演算する。カメ
ラ８Ａ，８Ｂで検出したハブボルト１の位置は図１２
（（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図）に示す倣い板６上
に設定した座標４１上の位置であり、まず、座標４１上
におけるハブの中心位置と位相を演算する。最終的に必
要なデータはタイヤ取り付け用ロボット座標上でのハブ
位置、姿勢、位相であるため、まず、倣い板６に設定し
た座標４１上のハブ位置を、計測装置の現位置と磁気式
位置検出器２３のデータと倣い板６の角度を用いて、座
標変換を行い、計測装置座標上のハブ位置、姿勢、位相
とする。次に、前記データを、予め求めておいた計測装
置座標とタイヤ取り付け用ロボット座標の座標変換式を
用いて、タイヤ取り付け用ロボット座標上のハブ位置、
姿勢、位相に変換する。変換後、データをタイヤ取り付
け用ロボットに伝送する。タイヤ取り付け用ロボット
は、前記データを用いてシフトを行い、タイヤ取り付け
作業を実行する。以上の実施例ではハブボルト胴体部が
影になる特徴を利用してビジョンセンサ検出を行った
が、カメラと光源を同軸にして、ハブボルト胴体部のみ
を光源で光らせる方法を採用しても、上述の実施例と同
様な効果を得ることができる。

【００１１】

【発明の効果】本発明を適用することにより、ビジョン
センサを用いたハブ位置検出が信頼性高く、かつ精度よ
く行うことができる。このことにより、多車種のハブ位
置に対して、自動取り付けが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のハブボルト検出原理を示す説明図で
ある。

【図２】 ハブボルトの画像の説明図である。

【図３】 ハブボルトの位置を検出するために登録され
たテンプレートの例を示す説明図である。

【図４】 倣い板に取り付けられた光源及びカメラの説
明図である。

【図５】 ハブ面が傾いたときの検出状態を示す説明図
である。

【図６】 本発明の計測装置の実施例を示す斜視図であ
る。

【図７】 本発明の計測装置の要部の拡大斜視図であ
る。

【図８】 ハブ計測装置の動作フロー図である。

【図９】 計測装置のブロック図である。

【図１０】 カメラの検出アルゴリズムのフローチャー
トである。

【図１１】 カメラによって検出されたハブボルトの説
明図である。

【図１２】 倣い板上の座標の説明図である。

【図１３】 精密検出の検出アルゴリズムのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ ハブボルト、１ａ ハブボルト先端、１ｂ ハブボ
ルト胴体部分、２ ハブ、３ 光源、４ カメラ、５
テンプレート、６ 倣い板、７（７Ａ，７Ｂ）光源、８
（８Ａ，８Ｂ） カメラ、１０ 計測装置、１１ Ｙ軸
モータ、１２Ｙ軸テーブル、１３ Ｘ軸モータ、１４
Ｘ軸テーブル、１５ Ｚ軸モータ、１６ Ｚ軸テーブ
ル、１７ 倣い板保持枠、１８ フレーム、１９ θ軸
モータ、２０ スタッド、２１ 光源、２２ カメラ、
２３ 磁気式位置検出器、２４バネ、３１ 画像処理
部、３２ 演算部及びコントロール部、３３ データ入
力部、３４ メモリ部、４５ データ出力部、３６ モ
ータコントロール部、４０特徴、４１ 座標

フロントページの続き (72)発明者 近藤 展英 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 渡並 直 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハブ面を斜めから照明するとともに、ハ
   ブ面に取り付けられたハブボルトの胴体部分をカメラで
   撮像し、その画像からハブの位相と位置を検出し、その
   位相と位置に基づいて倣い板の位置を修正し、同倣い板
   をハブ面に接触させてハブ面の傾きに倣わせ、同倣い板
   に取り付けたカメラでハブボルトの像を撮像し、撮像し
   たハブボルトの位置、位相、倣い板の姿勢に基づいてハ
   ブ位置、姿勢、位相を演算することを特徴とするハブ位
   置検出方法。
2. 【請求項２】 ハブ（２）の表面を斜め方向から照明す
   る光源（３）と、同ハブ（２）に取り付けられたハブボ
   ルト（１）の胴体部分（１ｂ）を撮影するカメラ（４）
   と、同カメラ（４）により撮像された画像に基づいてハ
   ブ（２）の位相角と車両進行方向に対する位置を求める
   手段と、同手段により求められた位相と車両進行方向に
   対する位置に基づいて位相と進行方向の位置をシフトす
   る２軸以上の駆動部を持った計測装置（１０）と、同計
   測装置（１０）に取り付けられ、ハブボルト先端面（１
   ａ）に接触することによりハブ面の姿勢に倣う倣い板
   （６）と、同倣い板（６）に取り付けられたハブボルト
   検出用カメラ（８Ａ），（８Ｂ）と、前記倣い板（６）
   に面直に取り付けられたスタッド（２０）を撮像するこ
   とにより倣い板（６）の姿勢を検出するためのカメラ
   （２２）と、前記倣い板（６）がハブボルト（１）に接
   触したことを検出する手段と、倣い板（６）がハブボル
   ト（１）に接触した時の計測装置（１０）の現在値と倣
   い板（６）の角度に基づいてハブ位置、姿勢、位相を演
   算する手段と、演算されたハブ位置、姿勢、位相のデー
   タをタイヤ取り付けロボットコントローラに伝送する手
   段とを備えたハブ位置検出装置。