JPH0639382U - 画像処理における補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ロボットにカメラを搭載して画像処理する場
合において、カメラの交換等の後においても、交換前と
変わりなく作業を行わせることができる補正機構を提供
することにある。 【構成】 スリット光投影器４及びその撮影手段を前記
ロボット１に搭載し、前記撮影手段により基準上のスリ
ット像の変位具合を解析して、前記カメラの位置及び姿
勢を自動計測し、自動的に基準点を補正することを特徴
とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、画像処理による補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、ロボットにカメラを搭載して画像処理を行わせるとき、ロボットのみの 軸ズレ等は合わせ治具で行うことができるが、カメラに衝撃が加えられた場合、 また、保守又は故障の為にカメラを交換する場合、カメラのもとの位置関係がず れてしまう。

【０００３】 この為、このような場合には、画像の教示等、位置決めを全てやり直す必要が あった。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、取り付けられたカメラ により、現在のカメラの位置ずれ姿勢を計測することのできる画像処理における 補正装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

斯かる目的を達成する本考案の構成は基準点に対してカメラの位置及び姿勢を 自動動作させるロボットにおいて、スリット光投影器及びその撮影手段を前記ロ ボットに搭載し、前記撮影手段により基準上のスリット像の変位具合を解析して 、前記カメラの位置及び姿勢を自動計測し、自動的に基準点を補正することを特 徴とする。

【０００６】

【実施例】

以下、本考案について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。 図１〜図３に本考案の一実施例に係る補正装置を示す。本実施例は、取り付け られたカメラにより、現在のカメラの位置ずれ、姿勢を計測し、この計測した（ ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ）により、ロボットのツールセンターポイントを設定し 、誤差をなくそうとするものである。

【０００７】 即ち、同図に示すように、６自由度を有する多関節ロボット１は、ロボットコ ントローラ２、制御盤３により制御されるように構成され、更に、多関節ロボッ ト１の手先部にはスリット光投影器４及びカメラ５が搭載されている。一方、制 御盤３は画像処理装置３ａ、ＰＣ３ｂ，パーソナルコンピュータ３ｃ，モニタ３ ｄにより構成されている。

【０００８】 従って、カメラ５により撮影された画像は、制御盤３内に設けられた画像処理 装置３ａに取り込まれ、その後、パーソナルコンピュータ３ｃに予め格納された プログラムにより、所定の解析を受け、その結果がモニタ３ｄに表示されると共 にその結果に基づいてロボットコントローラ２が多関節ロボット１を制御するこ とになる。

【０００９】 ここで、図３にスリット光投影器４、カメラ５における座標系を示す。同図に 示すように、αはＺ軸回りの傾斜角を、βはＸ軸まわりの傾斜角を、γはＹ軸回 りの傾斜角を示す。Ｘ軸は、スリット光投影器４による投光方向に一致し、Ｙ− Ｚ平面は、Ｘ軸に対して垂直となっている。

【００１０】 図３に示すように、多関節ロボット１が基準姿勢など決められた姿勢の時、カ メラ５からは基準対象物６が観察されるように構成されている。 この基準対象物６には、基準点として、例えば、２点の円形のもの（２点間は 既知）、正方形（長さは既知）が設けられている。

【００１１】 カメラ５により観測された基準点の座標が（ｘ₁，ｙ₁）、（ｘ₂，ｙ₂）である 場合、ｘ，ｙ方向のずれΔｘ，Δｙ及びβ回りの傾斜角Δβは次のようにして求 まる。 Δｘ＝（ｘ₀−ｘ₁） Δｙ＝（ｙ₀−ｙ₁） Δβ＝tan^-1｛（ｙ₁−ｙ₂）／（ｘ₁−ｘ₂）｝

【００１２】 但し、ｘ₀、ｙ₀は画面中央の座標であり、正常時には、（ｘ₁，ｙ₁）が画面中 央に位置するものとする。また、カメラ軸と２点間が合っているとする。 一方、スリット光投影器４は、幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍくらいの２本の平行線 形スリット光をワーク６に照射するものであり、ワーク６表面の形状に応じてス リット光が変形する。カメラ５は、ワーク６表面の形状に応じて変化したスリッ ト光を画像として取り込む。

【００１３】 図５にスリット光とカメラ５との三次元的な関係について示す。同図に示すよ うに、カメラ５はＺ軸上の点ｚ_cに位置し、焦点距離はｆ、ｘ軸と成す角度はφ で、ｘ軸のプラス方向を観測するように配置されている。 図７に示すようにスリット光は、ｘ軸に平行に、ｚ＝０及びｚ＝ｚ_tを中心に 、二本の平行光線として、ｘ軸プラス方向に照射される。点Ｏ（ｘ_O，０，０） 、点Ｐ（ｘ_P，ｙ_P，０）、点Ｑ（ｘ_Q，ｙ_Q，０）、点Ｒ（ｘ_R，０，ｚ_t）は、基 準対象物６上の点であり、点Ｏ、点Ｐ、点Ｑはｚ＝０に対応する図中下方のスリ ット平面上の点であり、点Ｒは、ｚ＝ｚ_tに対応する図中上方のスリット平面上 の点である。

【００１４】 従って、図５に示す幾何学的条件によりカメラ５の視野内でのスリット像の座 標Ｐ^*（ｘ_P ^*，ｙ_P ^*）に基づいて、点Ｐの座標（ｘ_P，ｙ_P，０）が、次のように 求められる。但し、カメラ１画素の縦横の長さを（ｓ，ｔ）とする。また、ｚ_c ，φ，ｆ，ｓ，ｔは既知とする。 tan(Ａ₁₂)＝ｙ_P ^*・ｔ／ｆ ∴

【００１５】 Ａ₁₂＝tan^-1（ｙ_P ^*・ｔ／ｆ） 一方、 γ₁₂＝９０°−φ−Ａ₁₂ ∴ ｘ_P＝ｚ_ctan(γ₁₂) ＝ｚ_ctan(９０°−φ−Ａ₁₂)

【００１６】 また、 ｙ_P：ｘ_P ^*・ｓ＝（ｚ_c ²＋ｘ_P ²）^1/2：｛ｆ²＋（ｙ_P ^*・ｔ）²｝^1/2 ∴ ｙ_P＝ｘ_P ^*・ｓ［（ｚ_c ²＋ｘ_P ²）／｛ｆ²＋（ｙ_P ^*・ｔ）²｝］^1/2

【００１７】 一方、図６に示すように、スリット光投影器４から基準対象物６表面までの距 離（高さ）Ｌ、カメラ５の姿勢がΔα（ｚ軸回りの傾斜角）及びΔγ（ｙ軸回り の傾斜角）は、次のようにして求められる。 距離Ｌ＝ｘ₀ 姿勢Δα＝tan^-1｛（ｘ_Q−ｘ_P）／（ｙ_Q−ｙ_P）｝ Δγ＝tan^-1｛（ｘ_R−ｘ₀）／ｚ_t｝

【００１８】 このようにして、カメラ５の位置姿勢が求められると、多関節ロボット１に大 して通信により伝達し、自動的に補正を行う。 尚、上記実施例におけるスリット光投光器としては、例えば、ハロゲンランプ 、豆電球、タングステンランプ、半導体レーザー、ＬＥＤ、気体レーザー又は光 ファイバ（ガラス又はプラスチック）付投光手段が使用できる。

【００１９】

【考案の効果】

以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本考案によれば次のような 効果を奏する。 （１）取り付けた後のカメラにより撮像した画像を画像処理により解析して、位 置ズレを修正するので、初期取り付け時のカメラ取り付けにあまり精度を要しな い。 （２）衝突等によりカメラ位置がずれた場合でも、ずれた後のカメラにより撮像 した画像を画像処理により解析するので、容易にもとの位置を再現することがで きる。 （３）カメラ故障等により、カメラを交換した時、交換した後のカメラにより撮 像した画像を画像処理により解析するので、容易にもとの位置を再現することが できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の補正対象となる多関節ロボットの正面
図である。

【図２】本考案の一実施例に係る補正機構を構成するロ
ボットコントローラ及び制御盤の概略図である。

【図３】ロボット手先部における座標系の説明図であ
る。

【図４】スリット−カメラとの関係を示す座標系の説明
図である。

【図５】スリットから測定面までの距離Ｌ及び姿勢α，
γの定義を示す説明図である。

【図６】平行形スリットによる三次元計測の原理を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 多関節ロボット ２ ロボットコントローラ ３ 制御盤 ３ａ 画像処理装置 ３ｃ パーソナルコンピュータ ３ｄ モニタ ４ スリット投影器 ５ カメラ ６ 基準対象物

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準点に対してカメラの位置及び姿勢を
   自動動作させるロボットにおいて、スリット光投影器及
   びその撮影手段を前記ロボットに搭載し、前記撮影手段
   により基準上のスリット像の変位具合を解析して、前記
   カメラの位置及び姿勢を自動計測し、自動的に基準点を
   補正することを特徴とする画像処理における補正装置。