JPH0765889B2 - 光切断法により円形突起物の位置を３次元的に認識する装置 - Google Patents
光切断法により円形突起物の位置を３次元的に認識する装置Info
- Publication number
- JPH0765889B2 JPH0765889B2 JP10300486A JP10300486A JPH0765889B2 JP H0765889 B2 JPH0765889 B2 JP H0765889B2 JP 10300486 A JP10300486 A JP 10300486A JP 10300486 A JP10300486 A JP 10300486A JP H0765889 B2 JPH0765889 B2 JP H0765889B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、光切断法により円形突起物の位置を３次元
的に認識する装置に関する。
的に認識する装置に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ 例えば円形突起に部品を組付ける作業をロボットを用い
て自動化する場合、円形突起の位置を３次元的に認識す
る視覚システムが必要になる。円形突起がロボットに対
して静止しているのであれば、突起の位置を認識する装
置の構成はそれ程面倒ではないが、対象物がコンベア等
で移動している場合、その物体の円形突起の位置を３次
元的に認識することは困難である。しかも、移動する物
体の円形突起の位置を非接触で検出する必要がある。従
来このような要求に見合う３次元視覚システムは実用化
されていない。
て自動化する場合、円形突起の位置を３次元的に認識す
る視覚システムが必要になる。円形突起がロボットに対
して静止しているのであれば、突起の位置を認識する装
置の構成はそれ程面倒ではないが、対象物がコンベア等
で移動している場合、その物体の円形突起の位置を３次
元的に認識することは困難である。しかも、移動する物
体の円形突起の位置を非接触で検出する必要がある。従
来このような要求に見合う３次元視覚システムは実用化
されていない。
［発明の目的］ この発明は前述したような技術的背景に鑑みなされたも
ので、その目的は、移動する物体に対する部品組み付け
作業をロボットで自動化する等に応用すべく、円形突起
物の位置を３次元的に認識することを、光切断法により
非接触でかつ高速に行える装置を提供することにある。
ので、その目的は、移動する物体に対する部品組み付け
作業をロボットで自動化する等に応用すべく、円形突起
物の位置を３次元的に認識することを、光切断法により
非接触でかつ高速に行える装置を提供することにある。
［発明の概要］ この発明に係る光切断法により円形突起物の位置を３次
元的に認識する装置は、対象物にスリット光を照射して
光切断線を生じさせ、その光切断線をカメラで撮像し、
対象物に係わる３次元形状情報を算出可能な画像データ
を得る光切断法による光学系／撮像系と、光切断線が円
形突起物を横断するようにスリット光を照射し、その光
切断線が上記円形突起物の端面の外形円と交わる２点を
検出する手段と、上記２点を結ぶ弦長を算出する手段
と、光切断線を移動させて上記弦長の等しい２本の光切
断線の対を見いだす手段とを有するものである（第１図
参照）。
元的に認識する装置は、対象物にスリット光を照射して
光切断線を生じさせ、その光切断線をカメラで撮像し、
対象物に係わる３次元形状情報を算出可能な画像データ
を得る光切断法による光学系／撮像系と、光切断線が円
形突起物を横断するようにスリット光を照射し、その光
切断線が上記円形突起物の端面の外形円と交わる２点を
検出する手段と、上記２点を結ぶ弦長を算出する手段
と、光切断線を移動させて上記弦長の等しい２本の光切
断線の対を見いだす手段とを有するものである（第１図
参照）。
［発明の実施例］ 第２図はこの発明の一実施例による装置の構成を示して
いる。レーザ等を用いた投光器１からスリット光２が出
射し、そのスリット光２が可動ミラー３で反射して対象
物４に照射される。対象物４の表面にはスリット光２に
よる輝線（光切断線）2aが生じる。この実施例において
は、対象物４は平板状の物体とし、その表面に円形突起
５が存在する。
いる。レーザ等を用いた投光器１からスリット光２が出
射し、そのスリット光２が可動ミラー３で反射して対象
物４に照射される。対象物４の表面にはスリット光２に
よる輝線（光切断線）2aが生じる。この実施例において
は、対象物４は平板状の物体とし、その表面に円形突起
５が存在する。
対象物４の上方に設置したテレビカメラ６で光切断線2a
を含む部分を撮像する。得られた画像信号は、演算部10
の制御により、画像信号取込部７から画像メモリ８に書
き込まれ、表示部９に表示される。可動ミラー３は、演
算部10の制御により、掃引制御部11によって駆動されて
変位する。可動ミラー３の変位によってスリット光２が
掃引され、対象物４上でスリット光２の照射位置を変え
るようになっている。
を含む部分を撮像する。得られた画像信号は、演算部10
の制御により、画像信号取込部７から画像メモリ８に書
き込まれ、表示部９に表示される。可動ミラー３は、演
算部10の制御により、掃引制御部11によって駆動されて
変位する。可動ミラー３の変位によってスリット光２が
掃引され、対象物４上でスリット光２の照射位置を変え
るようになっている。
突起位置算出部１は、演算部10から指令信号を受けて、
円形突起５の中心位置および法線方向を計算する。
円形突起５の中心位置および法線方向を計算する。
第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）はカメラ６で得られた画像デ
ータの例であり、2bは光切断線2aの像である。このよう
に、カメラ６から得られる画像データにおいては、円形
突起５の部分で、その高さに応じた段差をもつ光切断線
像2bが観測される。ここで、突起５の円形端面上に生じ
る弦の両端の点をＡとＢで示すことにする。なお、第３
図（ａ）（ｂ）（ｃ）は対象物４の傾きがそれぞれ異な
る場合の画像例である。
ータの例であり、2bは光切断線2aの像である。このよう
に、カメラ６から得られる画像データにおいては、円形
突起５の部分で、その高さに応じた段差をもつ光切断線
像2bが観測される。ここで、突起５の円形端面上に生じ
る弦の両端の点をＡとＢで示すことにする。なお、第３
図（ａ）（ｂ）（ｃ）は対象物４の傾きがそれぞれ異な
る場合の画像例である。
演算部10は、画像メモリ８に格納された画像データに基
づいて、対象物４上における円形突起５の輪郭（外形
円）と光切断線2aとの交点A,Bの３次元座標を、光切断
法による３次元測拒の原理に基づいて算出すると共に、
線分ABの長さを算出する。
づいて、対象物４上における円形突起５の輪郭（外形
円）と光切断線2aとの交点A,Bの３次元座標を、光切断
法による３次元測拒の原理に基づいて算出すると共に、
線分ABの長さを算出する。
また、演算部10は、掃引制御部11を制御してスリット光
２を掃引し、第３図（ｂ）に示すように、円形突起５に
Ａ点とＢ点で交わる光切断線と、弦長ABに等しい弦長を
有するＣ点とＤ点で交わる別の光切断線とを見い出す。
２を掃引し、第３図（ｂ）に示すように、円形突起５に
Ａ点とＢ点で交わる光切断線と、弦長ABに等しい弦長を
有するＣ点とＤ点で交わる別の光切断線とを見い出す。
突起位置算出部12は、AB＝CDの関係およびＡ、Ｂ、Ｃ、
D4点の座標値から、円形突起５の中心位置と法線方向を
算出し、表示部９に表示する。
D4点の座標値から、円形突起５の中心位置と法線方向を
算出し、表示部９に表示する。
AB＝CDの関係にある４点の座標をそれぞれＡ（x1,y1,
z1）、Ｂ（x2,y2,z2）、Ｃ（x3,y3,z3）、Ｄ（x4,y4,
z4）とし、円形突起５の中心座標を（x,y,z）、また円
形突起５の中心の単位法線ベクトルを（l,m,n）とす
る。突起位置算出部12はA,B,C,D点の座標値を与えら
れ、次に示す式によって円形突起５の中心位置と単位法
線ベクトルを計算する。
z1）、Ｂ（x2,y2,z2）、Ｃ（x3,y3,z3）、Ｄ（x4,y4,
z4）とし、円形突起５の中心座標を（x,y,z）、また円
形突起５の中心の単位法線ベクトルを（l,m,n）とす
る。突起位置算出部12はA,B,C,D点の座標値を与えら
れ、次に示す式によって円形突起５の中心位置と単位法
線ベクトルを計算する。
次に、AB＝CDの関係にある２本の光切断線を見つけるた
めの制御と処理を第４図および第５図に基づいて説明す
る。
めの制御と処理を第４図および第５図に基づいて説明す
る。
まず、ステップ301で最新の画像データを画像メモリ８
に取込み、ステップ302で、その画像データから光切断
線と円形突起の輪郭との交点ＡとＢの座標を検出する。
ステップ302の詳細は、第６図，第７図に基づいて後述
する。
に取込み、ステップ302で、その画像データから光切断
線と円形突起の輪郭との交点ＡとＢの座標を検出する。
ステップ302の詳細は、第６図，第７図に基づいて後述
する。
ここで、ステップ303においてA,B点の検出が行なわれな
かった（光切断線が円形突起と交わらなかった）ことが
わかると、ステップ304で、スリット光２を一定方向
（ここでは下向きとする）に幅αだけ移動させ、ステッ
プ301で新たな画像データをメモリ８に取込み、再び切
断点を探索する。
かった（光切断線が円形突起と交わらなかった）ことが
わかると、ステップ304で、スリット光２を一定方向
（ここでは下向きとする）に幅αだけ移動させ、ステッ
プ301で新たな画像データをメモリ８に取込み、再び切
断点を探索する。
ステップ303において、A,B点の検出が行なわれたことが
わかると、ステップ305において、線分ABの長さ、すな
わち弦長L1を算出する。
わかると、ステップ305において、線分ABの長さ、すな
わち弦長L1を算出する。
次にステップ306で、スリット光２を一定方向（ここで
は下向きとする）に幅βだけ移動させ、ステップ307で
新たな画像データをメモリ８に取込み、ステップ308で
移動後の光切断線と円形突起との交点ＣとＤの座標を検
出し、ステップ309でC,D点が検出されたことがわかる
と、ステップ310で線分CDの長さ、すなわち弦長L2を算
出する。ステップ309でC,D点が検出されないことがわか
ると、ステップ304で前述した制御を行ない、再びA,B点
の探索を行なう。
は下向きとする）に幅βだけ移動させ、ステップ307で
新たな画像データをメモリ８に取込み、ステップ308で
移動後の光切断線と円形突起との交点ＣとＤの座標を検
出し、ステップ309でC,D点が検出されたことがわかる
と、ステップ310で線分CDの長さ、すなわち弦長L2を算
出する。ステップ309でC,D点が検出されないことがわか
ると、ステップ304で前述した制御を行ない、再びA,B点
の探索を行なう。
さて、L1,L2が算出されると、次のステップ311,314でそ
れらの大小を比較する。L1の方がL2より長い場合はステ
ップ315に進み、スリット光２を上記とは反対に上向き
に、しかも上記より多い幅β＋△だけ移動させ、最初の
ステップ301に戻る。この場合の光切断線の移動の様子
を第５図（Ｃ）に示す。光切断線はABの位置から移動幅
βに対応して下向きに移動してCDの位置に移り、次に上
向きに移動幅β＋△分だけ移動する。その結果、３番目
の光切断線はABの位置より上になり、この時の交点を新
たなABとして、ステップ301以降の処理が繰り返され
る。
れらの大小を比較する。L1の方がL2より長い場合はステ
ップ315に進み、スリット光２を上記とは反対に上向き
に、しかも上記より多い幅β＋△だけ移動させ、最初の
ステップ301に戻る。この場合の光切断線の移動の様子
を第５図（Ｃ）に示す。光切断線はABの位置から移動幅
βに対応して下向きに移動してCDの位置に移り、次に上
向きに移動幅β＋△分だけ移動する。その結果、３番目
の光切断線はABの位置より上になり、この時の交点を新
たなABとして、ステップ301以降の処理が繰り返され
る。
L2の方がL1より長い場合は、ステップ316に進み、スリ
ット光２を上向きに、かつ上記より少ない幅β−△分だ
け移動させ、最初のステップ301に戻る。この場合の光
切断線の移動の様子を第５図（ａ）に示す。
ット光２を上向きに、かつ上記より少ない幅β−△分だ
け移動させ、最初のステップ301に戻る。この場合の光
切断線の移動の様子を第５図（ａ）に示す。
ステップ315またはステップ316による処理が何回か繰り
返されるうちに、L1＝L2となる状態が見い出される。す
るとステップ312からステップ313に進み、突起位置算出
部12に対してA,B,C,D点の座標を与えると共に、突起位
置、方向算出指令を与える。また同時に、スリット光を
上向きに上記と同じ幅βだけ移動させる。そしてステッ
プ301に戻る。この場合のスリット光の移動の様子を第
５図（ｂ）に示す。
返されるうちに、L1＝L2となる状態が見い出される。す
るとステップ312からステップ313に進み、突起位置算出
部12に対してA,B,C,D点の座標を与えると共に、突起位
置、方向算出指令を与える。また同時に、スリット光を
上向きに上記と同じ幅βだけ移動させる。そしてステッ
プ301に戻る。この場合のスリット光の移動の様子を第
５図（ｂ）に示す。
もし、円形突起５が動いていなければ、L1＝L2という状
態が一度見つかれば、スリット光を幅βだけ上下しても
その状態は崩れない。円形突起５が対象物４と共に移動
すると、その状態が崩れ、再びステップ315またはステ
ップ316の処理が行なわれて、L1＝L2になる状態を追求
していくことになる。
態が一度見つかれば、スリット光を幅βだけ上下しても
その状態は崩れない。円形突起５が対象物４と共に移動
すると、その状態が崩れ、再びステップ315またはステ
ップ316の処理が行なわれて、L1＝L2になる状態を追求
していくことになる。
ここで、ステップ304における切断点が見つからなかっ
た時の移動幅αは、βに比べて充分大きくしておけば、
装置のスタート時を始め、何らかの原因で円形突起５と
光切断線2aとが交わらなくなった時にも、正常状態への
復帰が高速で行なわれるようになる。では次に、第４図
におけるステップ302のA,b点算出処理の詳細について、
第６図と第７図に基づいて説明する。
た時の移動幅αは、βに比べて充分大きくしておけば、
装置のスタート時を始め、何らかの原因で円形突起５と
光切断線2aとが交わらなくなった時にも、正常状態への
復帰が高速で行なわれるようになる。では次に、第４図
におけるステップ302のA,b点算出処理の詳細について、
第６図と第７図に基づいて説明する。
まず、第６図（ａ）に矢印Ｖで示すように左上から右下
に向けてラスター走査を行ない、ある閾値以上の濃度値
を有する点を検出する。（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの例
では、それぞれ○印を付けた点が検出される。この時検
出された点が画面端の点か否かを評価し、（ａ）（ｂ）
の例のように画面端の点でない場合、その点を前記A,B
点の一方であると決定する。
に向けてラスター走査を行ない、ある閾値以上の濃度値
を有する点を検出する。（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの例
では、それぞれ○印を付けた点が検出される。この時検
出された点が画面端の点か否かを評価し、（ａ）（ｂ）
の例のように画面端の点でない場合、その点を前記A,B
点の一方であると決定する。
次に、画面下部から上部に向けて矢印Ｗで示すようなラ
スター走査を行ない、ある閾値以上の濃度値を有する点
を検出する。（ａ）（ｂ）の例では、それぞれ△印を付
けた点が検出される。この時検出された点が（ａ）の例
のように画面の左端である場合、先に検出した○印の点
はＢ点であると決定する。また（ｂ）の例のように△印
が画面の右端である場合、先に検出した○印の点はＡ点
であると決定する。
スター走査を行ない、ある閾値以上の濃度値を有する点
を検出する。（ａ）（ｂ）の例では、それぞれ△印を付
けた点が検出される。この時検出された点が（ａ）の例
のように画面の左端である場合、先に検出した○印の点
はＢ点であると決定する。また（ｂ）の例のように△印
が画面の右端である場合、先に検出した○印の点はＡ点
であると決定する。
さて、先の上から下への水平なラスター走査Ｖによっ
て、画面端の点が検出された場合（第６図（ｃ）の場
合、）ひき続き走査Ｖを行なうと、ある所で同一ｙアド
レスに対して、光切断線上の２点が検出される（第６図
（ｃ）中□印を付けた点）。この時、先に検出した○印
の点が画面右端であった場合、２個の□印の点のうちｘ
アドレスが小さい方の点がＢ点であると決定し、第６図
には示していないが、○印の点が画面左端であった場
合、２個の□印の点のうち、ｘアドレスが大きい方の点
がＡ点であると決定する。
て、画面端の点が検出された場合（第６図（ｃ）の場
合、）ひき続き走査Ｖを行なうと、ある所で同一ｙアド
レスに対して、光切断線上の２点が検出される（第６図
（ｃ）中□印を付けた点）。この時、先に検出した○印
の点が画面右端であった場合、２個の□印の点のうちｘ
アドレスが小さい方の点がＢ点であると決定し、第６図
には示していないが、○印の点が画面左端であった場
合、２個の□印の点のうち、ｘアドレスが大きい方の点
がＡ点であると決定する。
以上のようにして、交点A,Bのうちｙアドレスの小さい
方の１点が検出されるが、次に、他方の点を検出する手
法を第７図によって説明する。
方の１点が検出されるが、次に、他方の点を検出する手
法を第７図によって説明する。
第７図は先に説明した手法でＢ点を検出した場合であ
る。この時Ａ点はＢ点よりも左側かつ下側にあるため、
Ｂ点の左側かつ下側を探索することになる。まず、Ｂ点
の座標（xB,yB）を記憶しておき、xBをデクリメント
（−１）した点がある閾値以上の濃度値を有しているか
否か（光切断線上の点か否か）を調べる。もしそうでな
かったら、yBをインクリメント（＋１）していき、最初
にある閾値以上の濃度値を有する点が表われたら、それ
をB1とし、その座標（xB1,yB1）およびＢとB1のｙ座標
の差（yB1−yB）を記憶する。この走査を順次繰り返し
ていくと、ある所で（光切断線の段差の部分で）yBのイ
ンクリメント回数が大きくなる（第６図,B4点）。この
時その１つ前に検出した点（B3）をＡ点と見なすことが
できる。
る。この時Ａ点はＢ点よりも左側かつ下側にあるため、
Ｂ点の左側かつ下側を探索することになる。まず、Ｂ点
の座標（xB,yB）を記憶しておき、xBをデクリメント
（−１）した点がある閾値以上の濃度値を有しているか
否か（光切断線上の点か否か）を調べる。もしそうでな
かったら、yBをインクリメント（＋１）していき、最初
にある閾値以上の濃度値を有する点が表われたら、それ
をB1とし、その座標（xB1,yB1）およびＢとB1のｙ座標
の差（yB1−yB）を記憶する。この走査を順次繰り返し
ていくと、ある所で（光切断線の段差の部分で）yBのイ
ンクリメント回数が大きくなる（第６図,B4点）。この
時その１つ前に検出した点（B3）をＡ点と見なすことが
できる。
なお、最初にＡ点を検出した場合も同様の手順に従って
Ｂ点を検出できる。
Ｂ点を検出できる。
以上のような処理によれば、円形突起物が物体表面と同
色であっても、光切断線の切断点は必ず生じるため、追
跡すべき円形突起物にマーキングをするなどといった操
作は一切不要である。
色であっても、光切断線の切断点は必ず生じるため、追
跡すべき円形突起物にマーキングをするなどといった操
作は一切不要である。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、この発明によれば、円形突
起物の位置を３次元的に認識することが、光切断法によ
り非接触で高速に行なえるので、円形突起物が移動して
いても、その中心位置，方向を算出しながらこれを追跡
し続けることができる。この装置をロボットの３次元視
覚システムに応用すれば、コンベヤで移送される物体の
円形突起物への部品の組み付け作業等が容易に自動化で
きる。
起物の位置を３次元的に認識することが、光切断法によ
り非接触で高速に行なえるので、円形突起物が移動して
いても、その中心位置，方向を算出しながらこれを追跡
し続けることができる。この装置をロボットの３次元視
覚システムに応用すれば、コンベヤで移送される物体の
円形突起物への部品の組み付け作業等が容易に自動化で
きる。
第１図は特許請求の範囲に記載した構成要件を図解した
ブロック図、第２図はこの発明の一実施例装置の構成
図、第３図は同上装置におけるテレビカメラによる観測
画面を例示した図、第４図は同上装置において弦長の等
しい２本光切断線の対を見いだすための処理手順のフロ
ーチャート、第５図は第４図の処理の作用を示す図、第
６図および第７図は光切断線と外形円との交点を検出す
る処理の具体例の作用を示す図である。 １……投光器、２……スリット光 2a……光切断線、2b……光切断線像 ３……可動ミラー、４……対象物 ５……円形突起、６……カメラ 10……演算部、11……掃引制御部 12……突起位置算出部
ブロック図、第２図はこの発明の一実施例装置の構成
図、第３図は同上装置におけるテレビカメラによる観測
画面を例示した図、第４図は同上装置において弦長の等
しい２本光切断線の対を見いだすための処理手順のフロ
ーチャート、第５図は第４図の処理の作用を示す図、第
６図および第７図は光切断線と外形円との交点を検出す
る処理の具体例の作用を示す図である。 １……投光器、２……スリット光 2a……光切断線、2b……光切断線像 ３……可動ミラー、４……対象物 ５……円形突起、６……カメラ 10……演算部、11……掃引制御部 12……突起位置算出部
Claims (1)
- 【請求項１】対象物にスリット光を照射して光切断線を
生じさせ、その光切断線をカメラで撮像し、対象物に係
わる３次元形状情報を算出可能な画像データを得る光切
断法による光学系／撮像系と、 光切断線が円形突起物を横断するようにスリット光を照
射し、その光切断線が上記円形突起物の端面の外形円と
交わる２点を検出する手段と、 上記２点を結ぶ弦長を算出する手段と、 光切断線を移動させて上記弦長の等しい２本の光切断線
の対を見いだす手段と、 を有することを特徴とする光切断法により円形突起物の
位置を３次元的に認識する装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10300486A JPH0765889B2 (ja) | 1986-05-07 | 1986-05-07 | 光切断法により円形突起物の位置を３次元的に認識する装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10300486A JPH0765889B2 (ja) | 1986-05-07 | 1986-05-07 | 光切断法により円形突起物の位置を３次元的に認識する装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62261002A JPS62261002A (ja) | 1987-11-13 |
| JPH0765889B2 true JPH0765889B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=14342516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10300486A Expired - Lifetime JPH0765889B2 (ja) | 1986-05-07 | 1986-05-07 | 光切断法により円形突起物の位置を３次元的に認識する装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765889B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6357046B2 (ja) * | 2014-08-01 | 2018-07-11 | Nok株式会社 | ワーク品目識別装置 |
-
1986
- 1986-05-07 JP JP10300486A patent/JPH0765889B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62261002A (ja) | 1987-11-13 |
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