JPH0566510U - ワーク位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワーク位置検出を１台のカメラでコストアッ
プを伴うことなく、また煩わしいティーチングを不要に
して効率良く行うようにする。 【構成】 ワーク１を位置決めするワーク支持部材３
に、ワーク１の周囲に多数のマーク２を形成する。カメ
ラ４が少なくとも１つのマーク２を検出したときは、こ
のマーク２のワーク１までの距離及び方向を求めた後、
カメラ４あるいは自動機械（ロボット）５をその距離だ
けその方向へ移動することにより、ワーク位置検出を行
う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、産業ロボットのような自動機械によって行われる所定の動作に用い られるワークの位置を検出するワーク位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

産業ロボットのような自動機械を用いてワーク（目的の物体：対象物）を検査 することが行われている。このような検査過程ではワークの位置を予め検出して 、この位置へロボットを移動して所望の仕事を行わせることが必要である。

【０００３】 このようにワークを検査する場合、ロボットのアームにカメラを取り付けてベ ルトコンベアのような支持部材によって支持されたワークを撮影して処理するた めには、カメラの視野にワークが収まっていなければならない。その場合に、ワ ーク上にカメラの視野を位置決めするのに次の２つの方法が行われている。

【０００４】 １つの方法は、２台のカメラを用意して１台の視野の広いカメラでワークをと らえ、ワーク位置情報を得て、検査用の視野の狭いカメラの視野に入るように位 置決めを行う方法である。２つめの方法は、人間によりロボットに対して各製品 ごとに組み付けワークの位置を教示する（ティーチングする）方法である。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで従来のそのようなワークを視野にとらえるようにカメラを位置決めす る方法には各々次のような問題が存在している。 まず、前者の方法では、カメラを含めた撮影系を２つ用意しなければならずコ ストアップが避けられない。次に、後者の方法では、ティーチングに熟練を要す ると共に時間がかかるので、ワークが多品種の場合、段取り替えの効率が悪くな る。

【０００６】 本考案は以上のような問題に対処してなされたもので、コストアップやティー チング作業を伴うことなく効率良く１台の検査カメラでワーク視野の位置決めを 行うことができるワーク位置検出装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案は、自動機械によって行われる所定の動作に 用いるワークの位置を検出するワーク位置検出装置において、ワークを所定位置 に位置決めすると共にこのワークの周囲に一定の面積及びワークの重心を通過す る主軸を有するマークが多数形成されたワーク支持部材と、ワーク支持部材を撮 影してこの撮影画像をディスプレイに表示する撮影手段を備えた自動機械と、撮 影手段によって少なくとも１つのマークが検出されて表示されたときこのマーク の面積及び主軸の傾きを測定することにより、予め決められている情報を基に前 記ワークの重心までの距離及び方向を求める制御手段と、求められた方向へ求め られた距離だけ前記自動機械を移動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする ものである。

【０００８】

【作用】

ワークをパレット上に位置決めし、ロボットのような自動機械に備えた撮影手 段によって、このワークの周囲にマークが多数形成されたワーク支持部材を撮影 して表示する。撮影画面に少なくとも１つのマークが表示されたときはこのマー ク面積及び主軸の傾きを測定することによって、予め決められている情報を基に 検出手段によってそのマークからワークまでの距離及び方向を求める。続いてそ の方向へその距離だけ駆動手段によって自動機械を移動させることにより、ワー ク上への位置決めを行う。これにより、コストアップを伴うことなく効率良くワ ーク上への位置決めを行うことができる。

【０００９】

【実施例】

以下図面を参照して本考案の実施例を説明する。 図１は本考案のワーク位置検出装置の実施例を示す構成図で、本実施例のワー ク位置検出装置１は、カメラを所定位置に位置決めすると共に、ワーク１の周囲 にマーク２が多数形成されたベルトコンベア、パレット、治具等のようなワーク 支持部材３と、このワーク支持部材３を撮影するカメラ４と、カメラ４を支持し ているロボットのような自動機械５と、カメラ４の出力信号をＡ／Ｄ変換器６に よってディジタル信号に変換した後このディジタル信号の所望の処理を行う制御 手段７と、制御手段７の出力信号をＤ／Ａ変換器１６によってアナログ信号に変 換した後このアナログ信号に基づいてカメラ４で撮影した画像を表示するディス プレイ１７と、制御手段７の出力信号によって制御されて自動機械５を駆動する 駆動手段１８とを備えている。

【００１０】 ワーク支持部材３には図２に示すように、ワーク１の周囲に一定の面積及びワ ーク１の重心を通過する主軸Ｌを有するマーク２が多数形成されている。一例と してこのマーク２は三角形状から成る２ａ乃至２ｈと２Ａ乃至２Ｈの二重円に配 置された例で示している。１５はカメラ４で撮影される視野を示しており、１つ のマーク２ｈが検出されてディスプレイ１７に表示される例を示している。

【００１１】 制御手段７は、全体の制御動作を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）８と、各マ ーク２のワーク１に対する距離及び方向に関する情報が予め記憶されているメモ リ９と、カメラ４で撮影されディスプレイ１７に表示された少なくとも１つのマ ーク２からワーク１の重心までの距離及び方向を求める演算手段１０と、画像が ディスプレイ１７に表示されたときこの画像が何であるかを判別する画像判別手 段１１と、マーク２がディスプレイ１７に表示されたときこのマークを識別する マーク識別手段１２と、自動機械５の先端に取り付けられたカメラ４がワーク１ 上に移動されて位置検出が行われた後ワーク１表面のキズの有無を検出するキズ 検出手段１３とから構成されている。

【００１２】 図３は自動機械５のアーム５Ａに取り付けたカメラ４によってワーク支持部材 ３を撮影する様子を示すもので、カメラ４の視野１５に１つのマーク３が入って いる例を示している。

【００１３】 カメラ４によって撮影される視野１５の画像は、図４に示すように縦横にマト リクス状に配置された画素によってディスプレイ１７に表示される。一例として 縦方向が０乃至１６番地のｊ座標、横方向が０乃至２２番地のｉ座標で示された 例で示している。今、カメラ４の視野１５に１つのマーク２_Mが入って表示され た場合を例にとって、このマーク２_Mからワーク１の重心までの距離及び方向を 求める方法を説明する。なお、Ｌ_Mはマーク２_Mの主軸、θは画面中の水平軸を基 準位置としたマーク２_Mの傾き、Ｇ_Mはマーク２_Mの重心（ｉ_o，ｊ_o）を示してい るものとする。

【００１４】 （１）まず、マーク２_Mの画素数ｎを求めることによってマーク２_Mの面積を求め る。これはマーク２_Mがかかっている画素数をカウントすることによって、ｎ＝ ９０が求まる。なお、画素は２値化画像(１か０)で表わされているものとする。

【００１５】 （２）次に、マーク２_Mの主軸Ｌ_Mの傾きθを求める。この傾きθは例えば２次モ ーメントによって求めることができる。 ここで、ディジタル図形ｆ（ｉ，ｊ）に対する原点回りのモーメントｍ_p,qは 次式のように定義される。

【００１６】

【数１】

【００１７】 なお、ｆ（ｉ，ｊ）は座標（ｉ，ｊ）の画素の濃度値を示したものであり、こ の場合画素は２値化画像で表わされているので、１か０をとる。 実際に用いられるのは２次までのモーメントなので、ｐ＋ｑ≦２のｐ，ｑにつ いてｍ_p,qを計算する。また、重心（ｉ₀，ｊ₀）の各座標は次式で求まる。

【００１８】

【数２】

【００１９】 モーメントのなかでも特に、重心（ｉ₀，ｊ₀）の回りのモーメントＭ_p,qが次 式のように示されて、図形の特徴を良く反映する。

【００２０】

【数３】

【００２１】 ここで、主軸Ｌ_Mの方向とｉ軸のなす傾きθは次式で求めることができる。

【００２２】

【数４】

【００２３】 式（４）から例（図４）のθを求めると、θ＝−３６．１４２６度となる。こ こで、求められる傾きθは、図５に示す範囲で表わされる。 次にこれについて説明する。

【００２４】 ここで、１次モーメントを求める方法について説明すると、１次モーメントの 算出式は次のように示される。

【００２５】

【数５】

【００２６】 但し、ｆ（ｉ，ｊ）は２値化画像で表わされるので、１か０をとる。 ｐ＝０，ｑ＝０とすると、（５）式は次式のように示される。

【００２７】

【数６】

【００２８】 すなわち、ｆ（ｉ，ｊ）（濃度）は１か０、ｉ⁰は１、ｊ⁰は１となるので、濃 度が１であればｆ（ｉ，ｊ）ｉ⁰ｊ⁰より１が出力され、式全体として濃度が１で ある画素数（面積）ｎが、図８のように示される。 次に、ｐ＝１、ｑ＝０とすると、（５）式は次式のように示される。

【００２９】

【数７】

【００３０】 ここでｆ（ｉ，ｊ）ｉ¹ｊ⁰は、濃度が１である座標のｘ座標の値、つまり濃度 が１である画素のｘ座標値の総和が、図９のように示される。 次に、ｐ＝０、ｑ＝１とすると、（５）式は次式のように示される。

【００３１】

【数８】

【００３２】 ここで、ｆ（ｉ，ｊ）ｉ⁰ｊ¹は濃度が１である座標のｙ座標の値をとり、式全 体では濃度が１である画素のｙ座標値の総和が、図８のように示される。 従って、以上の方法で求めた０次、１次モーメントを用いることにより、重心 （ｉ₀，ｊ₀）は次のように求めることができる。 ｉ₀＝Ｍ₁₀／Ｍ₀₀ ， ｊ₀＝Ｍ₀₁／Ｍ₀₀

【００３３】 （３）続いて、マーク２_Mの重心Ｇ_Mを求める。この重心Ｇ_Mは次式のように示さ れる。

【００３４】

【数９】

【００３５】 ここで、ｆ（ｉ，ｊ）は１か０をとる。 ｎはｆ（ｉ，ｊ）＝１の数（面積）である。 前記（２）式を基にすると（９）式は次のように示される。 Ｇ_M（ｉ₀，ｊ₀）＝（９．７，８．４）≒（１０，８） よって、マーク２_Mの重心Ｇ_Mが求まる。

【００３６】 （４）次に、（１）で求められた画素数（面積）ｎから、マーク２_Mの重心Ｇ_Mか らワーク１の重心Ｇ_wまでの距離を求める。 これは、画素数ｎに応じて次のように距離基準例を設定することにより、該当 した画素数ｎに対応して距離ｌ（mm）を求めるようにする。 画素数ｎ 距離ｌ（（mm） ０＜ｎ＜２０ ５ ２０≦ｎ＜４０ １０ ４０≦ｎ＜６０ １５ ６０≦ｎ＜８０ ２０ ８０≦ｎ＜１００ ３０ １００≦ｎ＜１２０ ４０ ： ： ： ： 前記のように、ｎ＝９０の場合、ｌ＝３０（mm）を求めることができる。

【００３７】 （５）次に、傾きθからロボット座標系でマーク２_Mの重心に対してワーク１の 重心が存在する方向θ_Tを求める。 前記のように、θ≒３６度とする。 カメラ４で撮影した画像を表示したときの、カメラ４とロボット(自動機械)５ の配置状態が図６の関係にあったとすると、この配置状態は座標系で図７のよう に示される。なお、ロボット座標系の基準線は反時計回り方向がプラスとなる。 θ_Tは次式で求めることができる。

【００３８】

【数１０】

【００３９】 ここで、θ₁＝５０度、θ₂＝９４度とすると、 θ_T＝５０＋９４−（９０−３６）＝９０度 従って、θ_Tはｉ軸に対して反時計回り方向へ９０度となることがいえる。

【００４０】 （６）この結果、マーク２_Mの重心Ｇ_Mに対してワーク１の重心Ｗ_Mの存在する位 置は、ロボット座標系において、角度を反時計回り方向をプラスとすると、角度 θ_Tは＋９０度の方向で、距離ｌは３０mmの位置に存在することが求まったこと になる。

【００４１】 次に本実施例の動作を図１１のフローチャートを参照して説明する。 スタート後、ステップＡのように自動機械５に取り付けられたカメラ４を任意 の位置に移動させる。次にステップＢのように、その位置でカメラ４で撮影して 得られた視野１５の画像をディスプレイ１７の画面に表示する。

【００４２】 次にステップＣで画面に何か物体が写っているか否かを判別する。何も写って いない場合、フローは図１２のステップＤに進み、ここでエラーが発生したこと を知らせる。この具体的手段としては、ランプ点灯やブザーを鳴らすようにする 。何かが写っている場合はフローはステップＥに進み、ここでその物体の全体が 写っているか否かを判別する。

【００４３】 全体が写っていない場合、フローはステップＦに進み、ここで物体が画面から はみ出している方向を求めた後、ステップＧでカメラ４をその方向へ適切な距離 だけ移動する。続いてフローは再びステップＢに戻る。全体が写っている場合は フローはステップＨに進み、ここでその物体がワークか否かを判別する。

【００４４】 写っている物体がワークでない場合、フローはステップＩに進み、ここでその 物体がマークか否かを判別する。その物体がマークでない場合フローは図１３の ステップＪへ進み、ここでステップＤと同様にエラーが発生したことを知らせる 。一方、ステップＨで写っている物体がワークである場合は、ワーク位置決めは 不要なのでフローはステップＫに進んで、ここでワークにキズがあるか否かの判 別を行ってキズ検出を行う。続いて次のステップに進んで、同様な動作を繰り返 す。

【００４５】 ステップＩでその物体がマークである場合は、フローは図１４のステップＬに 進み、ここでマークからワークの重心までの距離の検出（測定）を行う。この方 法は前記したようにマークの面積（画素数ｎ）を求めることにより、その距離を 求める。次に、ステップＭで、そのマークの重心に対してワークの重心の存在す る方向を検出する。この方法は前記したようにマークの主軸の傾きθを求めるこ とにより、その方向を求める。

【００４６】 次に、ステップＮのように求めた方向に求めた距離だけカメラ４を移動させる ように、制御手段７によって駆動手段１８を制御して自動機械５にその情報を送 った後、ステップＯのように駆動手段１８によって自動機械５を駆動してカメラ ４をワークの位置へ移動させる。続いてフローはステップＢに戻り、以上のよう な動作を繰り返す。

【００４７】 以上述べたように本実施例によれば、ワーク１を位置決めするワーク支持部材 ３にワーク１の周囲に多数のマーク２を形成し、カメラ４によって少なくとも１ つのマーク２が撮影されてその画像が表示されたときは、そのマーク２のワーク １までの距離及び方向を求めた後、自動機械５を駆動してカメラ４をワーク１の 位置に移動してワーク位置検出を行うようにしたので、カメラ４を含めた撮影系 を１つ用意すればよいのでコストアップは伴わず、またティーチングのような煩 わしい方法は行わないのでワーク位置検出の効率を改善することができる。

【００４８】 ワークを位置決めすると共にマークを形成すべきワーク支持部材は特定のもの に限らず、ロボットのような自動機械によってワークを組み込むような目的に用 いられるものであれば何でもよい。また、本実施例ではワーク位置検出後カメラ によってワークのキズ検出を行う場合について説明したが、カメラあるいは自動 機械によって行う動作は、目的、用途等に応じて任意の動作を行わせることがで きる。

【００４９】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、ワーク支持部材のワークの周囲に多数のマ ークを形成し、このマークの少なくとも１つが画像として表示されたときはその マークの重心からワークの重心までの距離及び方向を求めてワーク位置検出を行 うようにしたので、コストアップを伴うことなく効率良くワーク位置検出を行う ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のワーク位置検出装置の実施例を示す構
成図である。

【図２】本実施例装置のワーク支持部材に形成されたマ
ークを示す配置図である。

【図３】本実施例装置の主要部を示す斜視図である。

【図４】本実施例装置においてカメラで撮影した画像を
表示する画面の説明図である。

【図５】本実施例装置で行われるマークの傾きを求める
方法の説明図である。

【図６】本実施例装置で行われるマークのワークに対す
る方向を求める方法の説明図である。

【図７】図６の座標系である。

【図８】本実施例装置で行われる重心を求めるための１
次モーメントの算出の説明図である。

【図９】本実施例装置で行われる重心を求めるための１
次モーメントの算出の説明図である。

【図１０】本実施例装置で行われる重心を求めるための
１次モーメントの算出の説明図である。

【図１１】本実施例の動作を説明するフローチャートで
ある。

【図１２】本実施例の動作を説明するフローチャートで
ある。

【図１３】本実施例の動作を説明するフローチャートで
ある。

【図１４】本実施例の動作を説明するフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１ ワーク ２ マーク ３ ワーク支持部材 ４ カメラ ５ 自動機械（ロボット） ７ 制御手段 ８ ＣＰＵ（中央演算処理装置） ９ メモリ １０ 演算手段 １１ 画像判別手段 １２ マーク認識手段 １３ キズ検出手段 １７ ディスプレイ １８ 駆動手段

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動機械によって行われる所定の動作に
   用いるワークの位置を検出するワーク位置検出装置にお
   いて、ワークを所定位置に位置決めすると共にこのワー
   クの周囲に一定の面積及びワークの重心を通過する主軸
   を有するマークが多数形成されたワーク支持部材と、ワ
   ーク支持部材を撮影してこの撮影画像をディスプレイに
   表示する撮影手段を備えた自動機械と、撮影手段によっ
   て少なくとも１つのマークが検出されて表示されたとき
   このマークの面積及び主軸の傾きを測定することによ
   り、予め決められている情報を基に前記ワークの重心ま
   での距離及び方向を求める制御手段と、求められた方向
   へ求められた距離だけ前記自動機械を移動させる駆動手
   段とを備えたことを特徴とするワーク位置検出装置。