JPH0634223B2 - 画像入力装置 - Google Patents
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- JPH0634223B2 JPH0634223B2 JP57070040A JP7004082A JPH0634223B2 JP H0634223 B2 JPH0634223 B2 JP H0634223B2 JP 57070040 A JP57070040 A JP 57070040A JP 7004082 A JP7004082 A JP 7004082A JP H0634223 B2 JPH0634223 B2 JP H0634223B2
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- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- G—PHYSICS
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、産業用ロボットもしくは広く産業用自動機械
のための“眼”としての画像入力装置（センサ）の改良
に関する。
のための“眼”としての画像入力装置（センサ）の改良
に関する。
従来より、生産工程の自動化・効率向上を目的として、
種々の光学的なセンサが提案・実用化されている。なか
でも、最近のロボット化の波にのり、テレビカメラを利
用した“眼“の開発はさかんに行われており、対象物と
背景との明暗が明確なものに限って実用化もされ始めて
いる。
種々の光学的なセンサが提案・実用化されている。なか
でも、最近のロボット化の波にのり、テレビカメラを利
用した“眼“の開発はさかんに行われており、対象物と
背景との明暗が明確なものに限って実用化もされ始めて
いる。
しかしながら、対象物と背景との明暗差の少ないもの、
例えば溶接ワークのように表面にしみや錆や傷のあるも
のからその溶接線を抽出するような場合には、２値レベ
ルで画像をとり込むやり方では溶接線を認識することは
不可能で、多値レベル、すなわち画像の濃淡を区別する
ために、４〜８ビットの階調にＡ／Ｄ変換としてとり込
むやり方が試みられている。この方法は、前記２値画像
に比べ、格段にデータ数が増えるので、それを記憶する
メモリの容量や計算する計算機の性能に大容量、光速性
を要求され、産業用の“眼”としては、価格的に見合わ
ないのが現状である。しかし、これら対象物と背景との
明暗の分離が容易でないものは、数多く存在し、このた
めの“眼”に対する要求はきわめて強いものがある。
例えば溶接ワークのように表面にしみや錆や傷のあるも
のからその溶接線を抽出するような場合には、２値レベ
ルで画像をとり込むやり方では溶接線を認識することは
不可能で、多値レベル、すなわち画像の濃淡を区別する
ために、４〜８ビットの階調にＡ／Ｄ変換としてとり込
むやり方が試みられている。この方法は、前記２値画像
に比べ、格段にデータ数が増えるので、それを記憶する
メモリの容量や計算する計算機の性能に大容量、光速性
を要求され、産業用の“眼”としては、価格的に見合わ
ないのが現状である。しかし、これら対象物と背景との
明暗の分離が容易でないものは、数多く存在し、このた
めの“眼”に対する要求はきわめて強いものがある。
本発明は、このような背景を踏まえてなされたもので、
対象物と背景との明暗分離が困難な場合にも、十分に適
用できる産業用の“眼”としての画像入力装置を提供せ
んとするものである。
対象物と背景との明暗分離が困難な場合にも、十分に適
用できる産業用の“眼”としての画像入力装置を提供せ
んとするものである。
第１図は、本発明による装置の一構成例を示すもので、
この図をみても明らかなように本発明は、ほぼ平行光束
にされたスポット状光束（以下、これを平行光束と呼
ぶ）を対象物に投光し、その連続した投光スポットの折
れ曲がり点が対象の認識すべき陵線であることから、こ
の折れ曲がり位置を認識することにより物体の形状や溶
接線を検出せんとするものである。
この図をみても明らかなように本発明は、ほぼ平行光束
にされたスポット状光束（以下、これを平行光束と呼
ぶ）を対象物に投光し、その連続した投光スポットの折
れ曲がり点が対象の認識すべき陵線であることから、こ
の折れ曲がり位置を認識することにより物体の形状や溶
接線を検出せんとするものである。
以下、第１図に従って、本発明の構成を説明する。
(I)はほぼ平行な光束を設定するための発光装置であっ
て、例えばＬＥＤやレーザダイオードを光源１に用いる
場合には、平行光束にするためのレンズ光学系２を必要
とするが、He-Neレーザのようなガスレーザ使用の場合
には、レンズ光学系２は不要の場合もある。このように
して設定した平行光束３は二次元走査装置(II)に入力さ
れる。この二次元走査装置(II)は、例えば２個のカルバ
ノメータ４，５で構成してもよいし、TeO2素子を利用し
た光偏向素子等を２個利用してもよい。
て、例えばＬＥＤやレーザダイオードを光源１に用いる
場合には、平行光束にするためのレンズ光学系２を必要
とするが、He-Neレーザのようなガスレーザ使用の場合
には、レンズ光学系２は不要の場合もある。このように
して設定した平行光束３は二次元走査装置(II)に入力さ
れる。この二次元走査装置(II)は、例えば２個のカルバ
ノメータ４，５で構成してもよいし、TeO2素子を利用し
た光偏向素子等を２個利用してもよい。
いずれにしても、そのうちの１個は平行光束を一軸（Ｘ
軸）方向に走査させるもので、残りの１個は前記一軸に
直角な一軸（Ｙ軸）方向に走査させるものである。図で
は、対象物としての溶接ワーク６に平行光束を投光走査
させた例を示してある。さて、このようにして投光され
たスポット像７を検出するのが、レンズ系８および前記
平行光束を透過する光学的干渉フィルタを受光前面に設
けた二次元ポジション・センシティブ・デバイス（ＰＳ
Ｄ）９とで構成される二次元光電変換装置(III)であ
る。ここで、二次元ポジション・センシティブ・デバイ
ス（ＰＳＤ）はスポット像７の照度重心位置を自動的に
求めることができる素子で、スポット像７の位置は、Ｐ
ＳＤ素子の中心を原点とする二次元座標のアナログ電圧
として出力される。次に(IV)は前記光電変換装置(III)
の出力をメモリ素子１０の中へとり込むための装置であ
って、１１は光電変換素子制御回路，Ａ／Ｄ変換回路お
よびメモリ素子１０とのインターフェース回路からなる
回路であり、また１２はメモリ素子１０にとり込むタイ
ミングに合わせて、走査装置(II)や発光装置(I)および
Ａ／Ｄ変換回路１１等の各タイミングをとるための制御
回路である。なお、メモリ素子１０の内容は必要に応じ
て他の中央処理装置（ＣＰＵ）から読み取ることも可能
である。
軸）方向に走査させるもので、残りの１個は前記一軸に
直角な一軸（Ｙ軸）方向に走査させるものである。図で
は、対象物としての溶接ワーク６に平行光束を投光走査
させた例を示してある。さて、このようにして投光され
たスポット像７を検出するのが、レンズ系８および前記
平行光束を透過する光学的干渉フィルタを受光前面に設
けた二次元ポジション・センシティブ・デバイス（ＰＳ
Ｄ）９とで構成される二次元光電変換装置(III)であ
る。ここで、二次元ポジション・センシティブ・デバイ
ス（ＰＳＤ）はスポット像７の照度重心位置を自動的に
求めることができる素子で、スポット像７の位置は、Ｐ
ＳＤ素子の中心を原点とする二次元座標のアナログ電圧
として出力される。次に(IV)は前記光電変換装置(III)
の出力をメモリ素子１０の中へとり込むための装置であ
って、１１は光電変換素子制御回路，Ａ／Ｄ変換回路お
よびメモリ素子１０とのインターフェース回路からなる
回路であり、また１２はメモリ素子１０にとり込むタイ
ミングに合わせて、走査装置(II)や発光装置(I)および
Ａ／Ｄ変換回路１１等の各タイミングをとるための制御
回路である。なお、メモリ素子１０の内容は必要に応じ
て他の中央処理装置（ＣＰＵ）から読み取ることも可能
である。
本発明では、上記のように制御回路１２によって装置全
体のタイミングがとられるので、二次元走査装置(II)と
光電変換装置(III)の位置関係が明確であれば、光電変
換素子９の信号にもとずいて、ワーク６上のスポット像
７の光電変換素子９の面を原点とするスポット像７の光
電変換素子９の面を原点とする三次元座標を計算するこ
とも可能である。また発光装置(I)の光源１は一定の発
光周波数（本例では少なくとも１０ＫHz以上の周波数）
で変調して発光させ、後述するこの周波数を通すバンド
パスフィルタおよび光学的干渉フィルタで外乱光ノイズ
を除去している。
体のタイミングがとられるので、二次元走査装置(II)と
光電変換装置(III)の位置関係が明確であれば、光電変
換素子９の信号にもとずいて、ワーク６上のスポット像
７の光電変換素子９の面を原点とするスポット像７の光
電変換素子９の面を原点とする三次元座標を計算するこ
とも可能である。また発光装置(I)の光源１は一定の発
光周波数（本例では少なくとも１０ＫHz以上の周波数）
で変調して発光させ、後述するこの周波数を通すバンド
パスフィルタおよび光学的干渉フィルタで外乱光ノイズ
を除去している。
すなわち、発光装置(I)の光源１に特定波長の光（例え
ば、レーザダイオードとして、λ＝８３０ｎｍ）を使用
し、かつそれを制御回路１２の信号に同期させて１０Ｋ
Hzで変調して発光させ、レンズ系８にλ＝８２０〜８４
０ｎｍの光だけを通す干渉フィルタを付加し、また回路
１１に前記発光周波数の信号を通すバンドパスフィルタ
を付加することにより復調して、外乱光ノイズに強い画
像入力装置を構成している。
ば、レーザダイオードとして、λ＝８３０ｎｍ）を使用
し、かつそれを制御回路１２の信号に同期させて１０Ｋ
Hzで変調して発光させ、レンズ系８にλ＝８２０〜８４
０ｎｍの光だけを通す干渉フィルタを付加し、また回路
１１に前記発光周波数の信号を通すバンドパスフィルタ
を付加することにより復調して、外乱光ノイズに強い画
像入力装置を構成している。
次に第２図の本発明による応用例について説明する。
図において、７はスポット像、１３は溶接ワーク、１４
は本発明による装置（センサ）、１５は溶接線である。
は本発明による装置（センサ）、１５は溶接線である。
この例は、同図(A)に示すように、隅肉溶接の開始点Ｓ
を検出し、さらに溶接線１５を検出するためのセンサと
して応用した場合の一例である。この場合、もし平行光
束の走査が一次元（例えば第１図Ｘ軸のみ）のものであ
れば、同(B)に示すように投光されたスポット像７の折
れ曲がり点Ｐ1から、Ｐ1が溶接線１５上の一点であるこ
とはわかるが、溶接開始点Ｓを見つけるためには、この
センサ１４を順次一定方向に移動させて、平行光束を走
査させてＰ2点を得、この操作を繰り返し、折れ曲がり
点がなくなるまで行うことが要求される。この方法は、
時間が多くかかりすぎて非能率である。
を検出し、さらに溶接線１５を検出するためのセンサと
して応用した場合の一例である。この場合、もし平行光
束の走査が一次元（例えば第１図Ｘ軸のみ）のものであ
れば、同(B)に示すように投光されたスポット像７の折
れ曲がり点Ｐ1から、Ｐ1が溶接線１５上の一点であるこ
とはわかるが、溶接開始点Ｓを見つけるためには、この
センサ１４を順次一定方向に移動させて、平行光束を走
査させてＰ2点を得、この操作を繰り返し、折れ曲がり
点がなくなるまで行うことが要求される。この方法は、
時間が多くかかりすぎて非能率である。
本発明では、二次元走査を用いるので、同図(C)に示す
ように一度にＳ点や溶接線１５の傾き方向も判明でき、
きわめて効率がよい。なお、Ｓ点の検出精度は、走査の
きめの細かさにより決められる。
ように一度にＳ点や溶接線１５の傾き方向も判明でき、
きわめて効率がよい。なお、Ｓ点の検出精度は、走査の
きめの細かさにより決められる。
以上の例は、平行光束ビームをテレビカメラの走査と同
じように走査した例であって、本発明では、特に走査の
形態を拘束するものではない。
じように走査した例であって、本発明では、特に走査の
形態を拘束するものではない。
第３図は、第１図における装置(IV)の一実施例を示した
もので、光電変換素子としてＰＳＤ素子を使用してい
る。ＰＳＤ素子からの出力信号は、ＰＳＤ素子制御回路
１６を介して、Ｘ軸，Ｙ軸信号に分けられ、マルチプレ
クサ１７に入力され、ＣＰＵ１８の選択信号に従って順
次Ａ／Ｄ変換回路１９に入力される。そこでＡ／Ｄ変換
されたデータは、メモリ装置２０に記憶される。ここで
のメモリ装置２０への取り込みタイミングは、Ａ／Ｄ変
換のタイミングに同期している。
もので、光電変換素子としてＰＳＤ素子を使用してい
る。ＰＳＤ素子からの出力信号は、ＰＳＤ素子制御回路
１６を介して、Ｘ軸，Ｙ軸信号に分けられ、マルチプレ
クサ１７に入力され、ＣＰＵ１８の選択信号に従って順
次Ａ／Ｄ変換回路１９に入力される。そこでＡ／Ｄ変換
されたデータは、メモリ装置２０に記憶される。ここで
のメモリ装置２０への取り込みタイミングは、Ａ／Ｄ変
換のタイミングに同期している。
さて、走査装置には、ガルバノメータ４，５を使用し、
このタイミングおよび回転角の制御は、ＣＰＵ１８から
のガルバノメータ角度制御ディジタル出力を、マルチプ
レクサ２１を介して、Ｄ／Ａ変換回路２２に入力し、バ
ッファ回路２３を介してガルバノメータ４，５に出力す
ることで得ている。また発光源１としては、レーザダイ
オードを使用し、この発光タイミングもまたＣＰＵ１８
からの発光指令パルスをＮＡＮＤゲート２４，ＮＯＴゲ
ート２５，抵抗２６，２７およびコンデンサ２８で構成
した同期式発振回路に入力し、その出力をバッファ回路
２９を介することで制御している。
このタイミングおよび回転角の制御は、ＣＰＵ１８から
のガルバノメータ角度制御ディジタル出力を、マルチプ
レクサ２１を介して、Ｄ／Ａ変換回路２２に入力し、バ
ッファ回路２３を介してガルバノメータ４，５に出力す
ることで得ている。また発光源１としては、レーザダイ
オードを使用し、この発光タイミングもまたＣＰＵ１８
からの発光指令パルスをＮＡＮＤゲート２４，ＮＯＴゲ
ート２５，抵抗２６，２７およびコンデンサ２８で構成
した同期式発振回路に入力し、その出力をバッファ回路
２９を介することで制御している。
次に本発明の装置を溶接線の認識に利用した具体例につ
いて述べる。第１図の光源１としては、レーザダイオー
ド（λ＝８３０ｎｍ）で、発光周波数は１０ＫHz，４，
５はガルバノメータで、ガルバノメータ４の走査周期は
５０Hz，同５のそれは２５Hzである。すなわち、ガルバ
ノメータ５の角度を一定にした状態で、ガルバノメータ
４の走査を行い、一走査が完了すると、ガルバノメータ
５を一定角度傾けてまたガルバノメータ４の走査を行う
わけである。走査ピッチは、ワーク面上の寸法に換算し
て、ガルバノメータ４は0.3mm、同５は1mmに相当する。
またセンサとワーク間距離は１００mmである。Ａ／Ｄ変
換素子は各８ビット精度，メモリ素子へのとり込みは１
０ＫHzである。この場合、溶接開始点の検出精度は、溶
接線方向で±1mm，溶接線に直角方向で±0.3mmであっ
た。また干渉フィルタやバンドパスフィルタの使用によ
り、検出点近傍３０mmのところで、アーク溶接を行って
も検出に支障はなかった。
いて述べる。第１図の光源１としては、レーザダイオー
ド（λ＝８３０ｎｍ）で、発光周波数は１０ＫHz，４，
５はガルバノメータで、ガルバノメータ４の走査周期は
５０Hz，同５のそれは２５Hzである。すなわち、ガルバ
ノメータ５の角度を一定にした状態で、ガルバノメータ
４の走査を行い、一走査が完了すると、ガルバノメータ
５を一定角度傾けてまたガルバノメータ４の走査を行う
わけである。走査ピッチは、ワーク面上の寸法に換算し
て、ガルバノメータ４は0.3mm、同５は1mmに相当する。
またセンサとワーク間距離は１００mmである。Ａ／Ｄ変
換素子は各８ビット精度，メモリ素子へのとり込みは１
０ＫHzである。この場合、溶接開始点の検出精度は、溶
接線方向で±1mm，溶接線に直角方向で±0.3mmであっ
た。また干渉フィルタやバンドパスフィルタの使用によ
り、検出点近傍３０mmのところで、アーク溶接を行って
も検出に支障はなかった。
以上述べてきたように本発明によれば、対象物と背景と
の明暗のつきがたいものの認識に特に有効であり、二次
元走査を行うことから、対象物の特徴点（例えば、溶接
ワークの場合であると溶接開始点やコーナ点等）の認識
も効率よく行うことができ、またＰＳＤ素子の信号のメ
モリ素子へのとり込みに同期させて、光源の発光や走査
タイミングを制御することにより、高精度の三次元測定
が可能である。さらに特定波長の光源を変調発光させ干
渉フィルクやバンドパスフィルタを通すことにより、テ
レビカメラをセンサにする方式に比して、アーク光等の
光ノイズのあるところでもスポット像を良好にとり込む
ことが可能で、溶接をしながら溶接線を倣うセンサとし
ても有効であることが確認された。したがって産業用ロ
ボットの“眼”として十分に使用できるものであり、そ
の産業性は大なるものである。
の明暗のつきがたいものの認識に特に有効であり、二次
元走査を行うことから、対象物の特徴点（例えば、溶接
ワークの場合であると溶接開始点やコーナ点等）の認識
も効率よく行うことができ、またＰＳＤ素子の信号のメ
モリ素子へのとり込みに同期させて、光源の発光や走査
タイミングを制御することにより、高精度の三次元測定
が可能である。さらに特定波長の光源を変調発光させ干
渉フィルクやバンドパスフィルタを通すことにより、テ
レビカメラをセンサにする方式に比して、アーク光等の
光ノイズのあるところでもスポット像を良好にとり込む
ことが可能で、溶接をしながら溶接線を倣うセンサとし
ても有効であることが確認された。したがって産業用ロ
ボットの“眼”として十分に使用できるものであり、そ
の産業性は大なるものである。
第１図は本発明による画像入力装置の一実施例のブロッ
ク図、第２図(A)(B)(C)は本発明による装置を溶接線、
溶接開始点検出に適用した一例の説明図、第３図は第１
図における装置(IV)の一実施例のブロック図である。 (I)……ほぼ平行光束を設定する手段、(II)……二次元
的に走査する手段、(III)……二次元光電変換手段、３
……平行光束、６……対象物（溶接ワーク）、７……ス
ポット像、８……レンズ系、９……二次元ポジション・
センシティブ・デバイス（ＰＳＤ）、１０……メモリ素
子、１１……光電変換素子制御回路，Ａ／Ｄ変換回路お
よびインターフェース回路からなる回路、１２……制御
回路。
ク図、第２図(A)(B)(C)は本発明による装置を溶接線、
溶接開始点検出に適用した一例の説明図、第３図は第１
図における装置(IV)の一実施例のブロック図である。 (I)……ほぼ平行光束を設定する手段、(II)……二次元
的に走査する手段、(III)……二次元光電変換手段、３
……平行光束、６……対象物（溶接ワーク）、７……ス
ポット像、８……レンズ系、９……二次元ポジション・
センシティブ・デバイス（ＰＳＤ）、１０……メモリ素
子、１１……光電変換素子制御回路，Ａ／Ｄ変換回路お
よびインターフェース回路からなる回路、１２……制御
回路。
フロントページの続き (72)発明者 村田 正雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小林 圭一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−23545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−87283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−42185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−122462（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】１ＫHz以上の周波数で変調したスポット状
平行光束を設定する手段と、前記平行光束を二次元的に
走査する手段と、その二次元的に走査する手段による走
査光が対象物に照射されて得られるスポット像を検出す
る二次元ポジション・センシティブ・デバイス（ＰＳ
Ｄ）をセンサとし、前記センサの前面に前記スポット状
平行光束を透過させる光学的干渉フィルタを設けた二次
元光電変換手段と、前記二次元光電変換手段の信号を復
調し、メモリ素子へ読み込む手段とから構成され、前記
メモリ素子への読み込みタイミングに同期させて前記平
行光束の発光タイミングおよび二次元的に走査する走査
タイミングを制御するように構成したことを特徴とする
画像入力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57070040A JPH0634223B2 (ja) | 1982-04-26 | 1982-04-26 | 画像入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57070040A JPH0634223B2 (ja) | 1982-04-26 | 1982-04-26 | 画像入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58186880A JPS58186880A (ja) | 1983-10-31 |
| JPH0634223B2 true JPH0634223B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=13420068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57070040A Expired - Lifetime JPH0634223B2 (ja) | 1982-04-26 | 1982-04-26 | 画像入力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0634223B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100310132B1 (ko) * | 1997-11-18 | 2001-11-15 | 신현준 | 2차원 레이저 스캐닝 시스템 |
| WO2005032887A2 (en) * | 2003-10-03 | 2005-04-14 | Automotive Systems Laboratory, Inc. | Occupant detection system |
| CN109008806B (zh) * | 2018-06-25 | 2023-06-20 | 东莞市光劲光电有限公司 | 一种基于led智能灯定位的扫地机器人定位系统及方法 |
-
1982
- 1982-04-26 JP JP57070040A patent/JPH0634223B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58186880A (ja) | 1983-10-31 |
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