JPH06243253A

JPH06243253A - 円形状対象物検出装置

Info

Publication number: JPH06243253A
Application number: JP5025510A
Authority: JP
Inventors: Misuzu Takano; みすず高野; Yoshihiro Itsuzaki; 嘉浩逸崎; Kinji Horigami; 欣司堀上; Shinya Nakao; 真也中尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1993-02-15
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】円形状対象物の位置検出精度が、画像のノイ
ズによって影響を受けない円形状対象物検出装置を提供
すること。【構成】円形状対象物の位置を検出すべき画像を、円
形状対象物の画像の直径と略等しい直径の円形ウインド
径１４に内側円形ウインド２１と外側円形ウインド２２
とを配し、内外円形ウインド２１、２２の所定位置に±
の符号が異なる係数を有する複数の測定点からなる複数
のウインド１７ａ〜１７ｈを設定してなり、前記画像を
走査する円形ウインド２０と、各走査位置において複数
のウインドの各測定点の画像濃度と前記係数との積の総
和を円形状対象物と円形ウインド２０との相関値として
求める相関値算出手段と、相関値の絶対値が最大になる
走査位置を円形状対象物の位置として検出する最大相関
値位置検出手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、螺子締めロボット用視
覚認識装置のように、テレビカメラ等の視覚センサで撮
像された画像から、螺子穴等の円形状対象物の位置検出
を高速に行う円形状対象物検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、円形状対象物検出装置は、各種の
生産工程において、螺子締めロボット用視覚認識装置と
して広く使用されており、螺子締め以外にも円形状対象
物の検出にその用途が広がりつつある。

【０００３】従来例の円形状対象物検出装置の構成と動
作とを、図５によって説明する。

【０００４】図５は、螺子締めロボット用視覚認識装置
として使用されている従来例の円形状対象物検出装置の
構成を示す。先ず、螺子締めロボットの螺子締め部を、
ＸＹ移動手段によって、ＮＣデータに定められた螺子穴
位置に位置決めする。前記螺子締め部に取付けられた従
来例の円形状対象物検出装置のテレビカメラ等の視覚セ
ンサ１が、螺子締め対象の螺子穴を撮像する。次いで、
画像入力部２が、前記視覚センサ１からの映像信号を受
け、この映像信号を２値化し、ラベリングして、夫々が
隣接・連続した画素からなる複数の２値画像を作成す
る。次いで、画像メモリ３が、前記の複数の２値画像を
記憶する。次いで、前記の複数の２値画像の中から、画
像処理部５の穴領域検出手段６が、２値画像の大きさか
ら判断して、小さいものはノイズとし、規定の大きさ以
上のものを螺子締め対象の螺子穴の２値画像として検出
する。そして、最後に、画像処理部５の重心検出手段７
が、前記の螺子穴の２値画像として検出された２値画像
の重心位置を検出し、この重心位置を螺子締め対象の螺
子穴の中心位置とする。この場合、画像表示部４には、
前記画像メモリ３に記憶された画像が表示される。

【０００５】上記のようにすると、前記のＸＹ移動手段
の位置決めに誤差があっても、円形状対象物検出装置に
よる螺子穴の中心位置検出によって、前記誤差を補正し
て正確な螺子締めを行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
の構成では、図６に示すように、螺子締め対象の螺子穴
の２値画像８が、単独にラベリングされた場合には、２
値画像８の重心位置１０と螺子穴の中心位置１０とが一
致するが、背景にあるノイズの２値画像９が螺子穴の２
値画像８に連続するように存在すると、ラベリングの際
に、ノイズの２値画像９が螺子穴の２値画像８に含まれ
てしまい、求められた重心位置１１が、実際の螺子穴の
中心位置１０と一致しなくなるので、位置決め不良が発
生し、螺子締めの際に、対象物を傷付けるという問題点
を有している。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解決し、円形状
対象物の位置検出精度が、画像のノイズによって影響を
受けない円形状対象物検出装置を提供することを課題と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の円形状対象物検
出装置は、上記の課題を解決するために、円形状対象物
の位置を検出すべき物体を撮像する視覚センサと、前記
の撮像された画像を記憶する画像メモリと、円形状対象
物の画像の直径と略等しい直径の円形ウインド径を有
し、前記円形ウインド径の内側と外側とに内側円形ウイ
ンドと外側円形ウインドとを配し、前記内側円形ウイン
ドと外側円形ウインドとの所定位置に前記円形ウインド
径の内外で±の符号が異なる係数を有する複数の測定点
からなる複数のウインドを設定してなり、前記の記憶さ
れた画像を走査する円形ウインドと、前記走査中に各走
査位置において前記複数のウインドの各測定点の画像濃
度と前記係数との積の総和を前記円形状対象物と前記円
形ウインドとの相関値として求める相関値算出手段と、
前記相関値の絶対値が最大になる走査位置を前記円形状
対象物の位置として検出する最大相関値位置検出手段と
を有することを特徴とする。

【０００９】又、本発明の円形状対象物検出装置は、上
記の課題を解決するために、複数のウインドはラインウ
インドであることが好適である。

【００１０】

【作用】本発明の円形状対象物検出装置は、画像上で、
円形状対象物を円形ウインドで走査し、この円形ウイン
ドの作用により、画像のノイズの影響を受けずに、円形
状対象物の位置を検出できるようになっている。この円
形ウインドの構成と作用は次のとおりである。

【００１１】本発明の円形ウインドは、円形状対象物の
画像の直径と略同じ直径の円を円形ウインド径として有
し、この円形ウインド径の内側と外側とに任意幅の画像
処理範囲を備えた内側ウインドと外側ウインドとを有し
ている。そして、内側ウインド内と外側ウインド内に
は、内側と外側とで±の符号が異なる係数を有する複数
の測定点からなる複数のウインドが所定位置に設定され
ている。

【００１２】前記測定点での画像濃度と前記測定点の前
記係数との積の総和を各走査位置での円形状対象物の位
置と円形ウインドの位置との相関値として求めると、前
記のように測定点が内側と外側とで±の符号が異なる係
数を有することと、円形状対象物の画像濃度と背景の画
像濃度とが異なっていることとの組合せで、前記円形ウ
インドが円形状対象物と一致した場合に、次のようにな
る。

【００１３】内側の符号が＋、外側の符号が−の場合、
円形状対象物の画像濃度が背景の画像濃度よりも大きい
と、内側ウインド内での積の和は＋符号で絶対値が最大
になり、外側ウインド内での積の和は−符号で絶対値が
最小になるので、内側と外側との総和は、＋符号で絶対
値が最大になる。円形状対象物の画像濃度が背景の画像
濃度よりも小さいと、内側ウインド内での積の和は＋符
号で絶対値が最小になり、外側ウインド内での積の和は
−符号で絶対値が最大になるので、内側と外側との総和
は、絶対値が最大になる。

【００１４】内側の符号が−、外側の符号が＋の場合、
円形状対象物の画像濃度が背景の画像濃度よりも大きい
と、内側ウインド内での積の和は−符号で絶対値が最大
になり、外側ウインド内での積の和は＋符号で絶対値が
最小になるので、内側と外側との総和は、−符号で絶対
値が最大になる。円形状対象物の画像濃度が背景の画像
濃度よりも小さいと、内側ウインド内での積の和は−符
号で絶対値が最小になり、外側ウインド内での積の和は
＋符号で絶対値が最大になるので、内側と外側とに総和
は、絶対値が最大になる。

【００１５】上記のように、どの組合せでも、前記円形
ウインドが円形状対象物と一致した場合に、総和の絶対
値が最大になる。従って、相関値の絶対値は、前記円形
ウインドが円形状対象物と一致した場合に、最大にな
る。そして、相関値の＋又は−の符号は、上記のよう
に、円形状対象物の画像濃度と背景の画像濃度との大小
関係と、符号の±の組合せとによって決まる。

【００１６】前記円形ウインドが円形状対象物から少し
ずれた場合には、±の符号の変化によって、内側ウイン
ド内での前記積の和と外側ウインド内での前記積の和と
は、一方の増減に対して他方が減増するので、その総和
が大きく変化し、前記一致点のずれの検出が容易にな
る。更に、図６に示すように、円形状対象物の画像にノ
イズの画像が連続して存在し、円形ウインドが、図６に
示すノイズの画像９の方向にずれた場合に、円形状対象
物からずれた内側ウインドの部分は画像濃度が円形状対
象物の画像濃度とあまり違わないノイズの画像９に重な
り、内側ウインドの測定点と画像濃度との積の和の値は
殆ど変化しないが、外側ウインドの背景からずれた部分
が円形状対象物の画像に重なり、外側ウインドの測定点
と画像濃度との積の和が変化するので、前記のずれの検
出が可能になるという有効な作用がある。この作用は、
外側ウインドが無ければ成り立たないのは明らかであ
る。

【００１７】従って、走査の各位置において、前記相関
値を求め、この相関値の絶対値が最大になる円形ウイン
ドの位置を求めれば、前記円形ウインドの位置が、円形
状対象物の位置となる。そして、円形状対象物の画像の
直径と円形ウインドの直径との差は、位置検出誤差にな
るので、この差を許容誤差範囲内にしておけば良い。

【００１８】又、本発明の円形状対象物検出装置は、複
数のウインドは、特に、その位置や形状に制限は無い
が、ラインウインドにすると、比較的に少数のラインウ
インドの配置で、円形状対象物の画像と円形ウインドと
のずれを正確に相関値に反映できるので、装置が簡単
で、高速処理が可能になる。

【００１９】

【実施例】本発明の円形状対象物検出装置の一実施例
を、図１〜図４、図６に基づいて説明する。

【００２０】図１は螺子締めロボット用視覚認識装置に
使用されている本実施例の構成を示すブロック図、図４
は本実施例の動作を示すフローチャートである。

【００２１】ステップ＃１の画像取り込み工程におい
て、先ず、螺子締めロボットの螺子締め部が、ＸＹ移動
手段によって、ＮＣデータが定めた螺子穴位置に位置決
めされ、螺子締め部に取付けられた本実施例の円形状対
象物検出装置のテレビカメラ等の視覚センサ１が、螺子
締め対象の螺子穴を撮像する。次いで、画像入力部２
が、前記視覚センサ１からの映像信号を受け、この映像
信号から濃淡画像データを作成する。次いで、画像メモ
リ３が、前記の濃淡画像データを記憶し、画像表示部４
が前記濃淡画像を表示し、ステップ＃２に進む。

【００２２】ステップ＃２の円形ウインドにラインウイ
ンドを設定する工程において、画像処理部５の相関値算
出手段１２が、図２に示す円形ウインド２０に、下記の
ようにして、ラインウインド１７ａ〜１７ｈを設定す
る。

【００２３】図２に示す円形ウインド２０には、円形ウ
インド径１４として螺子穴径と略等しい直径の円と、円
形ウインド径１４より任意長さだけ小さい直径の円１５
と、円形ウインド径１４より前記任意長さだけ大きい直
径の円１６とがあり、前記円形ウインド径１４と円１５
間の画像処理範囲を内側円形ウインド２１とし、前記円
形ウインド径１４と円１６間の画像処理範囲を外側円形
ウインド２２とする。

【００２４】この場合、螺子穴径と、円形ウインド２０
の円形ウインド径１４の直径との差は、位置検出誤差に
なるので、この差は許容誤差範囲内にする。そして、こ
の円形ウインド２０に、内側円形ウインド２１内と外側
円形ウインド２２内とで±の符号が異なる係数を有する
複数の測定点３０、３１（図３参照）を有する８本のラ
インウインド１７ａ〜１７ｈを４５°間隔に設定する。
この場合、円形ウインド径１４上の測定点は内側ウイン
ドの測定点とする。４５°と等間隔にするのは、円形ウ
インド２０が円形状対象物に対してどの方向にずれても
同様の感度を有するようにするためである。又、これら
のラインウインド１７ａ〜１７ｈの測定点３０、３１に
は、走査中に、円形ウインド２０の中心位置の座標によ
って、これらのラインウインド１７ａ〜１７ｈの測定点
３０、３１の座標を決め得るように、前記中心位置の座
標に対する相対座標を決める。

【００２５】図３は、ラインウインド１７ａ〜１７ｈが
±の符号が異なる係数Ａを有する複数の測定点３０、３
１からなる状態を示す。即ち、内側円形ウインド２１の
ラインウインド１７ａの各測定点３０は＋Ａの係数を有
し、外側円形ウインド２２のラインウインド１７ａの各
測定点３１は−Ａの係数を有する。例えば、内側円形ウ
インド２１と外側円形ウインド２２の測定点の数を夫々
８０、内側の符号を＋、その絶対値を１、外側の符号を
−、その絶対値を１、円形状対象物の画像濃度を１０、
背景の画像濃度を３とすると、円形ウインド２０と円形
状対象物とが一致した場合には、相関値は（１０×８０
×１）−（３×８０×１）＝５６０となり、測定点の数
で５だけずれると、相関値は｛（１０×７５×１）＋
（３×５×１）｝−｛（３×７５×１）＋（１０×５×
１）｝＝４９０となる。尚、相関値の＋又は−の符号
は、円形状対象物の画像濃度と背景の画像濃度との大小
と、符号の±の組合せによって決まる。

【００２６】上記を一般的に説明すると、内側と外側と
で係数３０、３１の符号が±反対になっていれば、通
常、円形状対象物の画像濃度と背景の画像濃度とが異な
るので、ウインド１７ａ〜１７ｈの各測定点３０、３１
について、その測定点３０、３１の画像濃度と前記係数
との積の総和を、各走査位置で求めると、前記円形ウイ
ンド２０が円形状対象物と一致した場合に、作用の項で
説明したように、内側ウインド２１内での前記積の和と
外側ウインド２２内での前記積の和との総和の絶対値が
最大になる。従って、相関値の絶対値が最大になる。前
記円形ウインド２０が円形状対象物から少しずれた場合
には、内側ウインド２１内と外側ウインド２２内での±
の符号の変化によって、内側ウインド２１内での前記積
の和と外側ウインド２２内での前記積の和とは、一方の
増減に対して他方が減増するので、±の相加効果によっ
てその総和が大きく変化し、前記一致点のずれの検出が
容易になる。更に、図６に示すように、円形状対象物の
画像にノイズの画像９が連続して存在し、円形ウインド
２０が、図６に示すノイズの画像９の方向にずれた場合
に、円形状対象物からずれた内側ウインド２１の部分は
画像濃度が円形状対象物の画像濃度とあまり違わないノ
イズの画像９に重なり、内側ウインド２１の測定点３０
と画像濃度との積の和の値は殆ど変化しないが、外側ウ
インド２２が背景からずれた部分が円形状対象物の画像
に重なり、外側ウインド２２の測定点３１と画像濃度と
の積の和が変化するので、前記のずれの検出が可能にな
るという有効な作用がある。この作用は、外側ウインド
２２が無ければ成り立たないのは明らかである。

【００２７】従って、走査の各位置において、前記相関
値を求め、この相関値の絶対値が最大になる円形ウイン
ド２０の位置を求めれば、前記円形ウインド２０の位置
が、円形状対象物の位置となる。そして、円形状対象物
の画像の直径と円形ウインド２０の円形ウインド径１４
の直径との差は、位置検出誤差になるので、この差を許
容誤差範囲内にしておけば良い。上記の現象は、前記係
数が、内外で符号が異なってさえいれば実現する。そし
て、前記係数Ａの絶対値は任意であり、測定点３０、３
１の位置によって変化していても良い。上記のようにし
て、ラインウインド１７ａ〜１７ｈの設定が終了する
と、ステップ＃３に進む。

【００２８】ステップ＃３の相関値を算出する工程にお
いて、前記相関値算出手段１２が、上記の円形ウインド
２０を使用して、ステップ＃１において画像メモリ３が
記憶した濃淡画像を走査し、前述の相関値を算出し、ス
テップ＃４に進む。

【００２９】ステップ＃４の最大相関値の位置検出工程
において、最大相関値位置検出手段１３が、ステップ＃
３において相関値算出手段１２が算出した相関値から、
最大相関値の位置を検出する。相関値の絶対値が最大に
なる円形ウインド２０の位置の検出が終了すれば、ステ
ップ＃５に進む。

【００３０】ステップ＃５の円形状の中心位置検出工程
において、最大相関値位置検出手段１３が、前記の相関
値の絶対値が最大になる円形ウインド２０の位置から、
前記螺子穴の中心位置を検出し、終了する。

【００３１】本発明の円形状対象物検出装置は、上記の
実施例に限らず、種々の態様が可能である。実施例のよ
うに、円形ウインドの半径方向に配したラインウインド
を使用すると、比較的に少数のラインウインドの配置
で、例えば、実施例の８本より少なくして、９０°間隔
の４本でも、円形状対象物の画像と円形ウインドとのず
れを正確に相関値に反映できるので、装置が簡単で、高
速処理が可能になる。そして、原理的には、ラインウイ
ンドの位置や形状に制限は無く、円形ウインドの半径方
向に限らず、平行配置等の任意の配置でも良い。更に
は、ラインウインドに限らず、例えば、所定位置に配さ
れた複数の任意の形のウインドでも良い。相関値の計算
方法も、積和だけではなく、種々の計算方法が使用でき
る。又、実施例では、螺子締めロボット用視覚認識装置
として使用したが、これに限らず、円形状対象物の位置
を検出する必要がある場合には、本発明を使用できる。
そして、使用する画像は実施例の濃淡画像に限らず、２
値画像でも良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明の円形状対象物検出装置は、円形
状対象物を円形ウインドで走査し、この円形ウインドの
作用により、螺子締めロボット用視覚認識装置に使用し
て、螺子穴位置の検出を画像のノイズの影響を受けずに
高速に行うことができるだけではなく、各種の生産工程
において、螺子締め以外にも、円形状対象物の位置検出
を画像のノイズの影響を受けずに高速に行うことができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円形状対象物検出装置の一実施例の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の円形ウインドの平面図であ
る。

【図３】本発明の一実施例の円形ウインドに配置される
ラインウインドの測定点の係数を示す平面図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図５】従来例の円形状対象物検出装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図６】従来例の動作図である。

【符号の説明】

１視覚センサ３画像メモリ５画像処理部１２相関値算出手段１３最大相関値位置検出手段１４円形ウインド径１５円形ウインド径より任意長さ小さい直径の円１６円形ウインド径より任意長さ大きい直径の円１７ａ〜１７ｈラインウインド２０円形ウインド２１内側円形ウインド２２外側円形ウインド３０、３１測定点＋Ａ、−Ａ係数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中尾真也大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円形状対象物の位置を検出すべき物体を
撮像する視覚センサと、前記の撮像された画像を記憶す
る画像メモリと、円形状対象物の画像の直径と略等しい
直径の円形ウインド径を有し、前記円形ウインド径の内
側と外側とに内側円形ウインドと外側円形ウインドとを
配し、前記内側円形ウインドと外側円形ウインドとの所
定位置に前記円形ウインド径の内外で±の符号が異なる
係数を有する複数の測定点からなる複数のウインドを設
定してなり、前記の記憶された画像を走査する円形ウイ
ンドと、前記走査中に各走査位置において前記複数のウ
インドの各測定点の画像濃度と前記係数との積の総和を
前記円形状対象物と前記円形ウインドとの相関値として
求める相関値算出手段と、前記相関値の絶対値が最大に
なる走査位置を前記円形状対象物の位置として検出する
最大相関値位置検出手段とを有することを特徴とする円
形状対象物検出装置。
【請求項２】複数のウインドはラインウインドである
請求項１に記載の円形状対象物検出装置。