JPH08105720A - 部品の姿勢検出装置 - Google Patents

部品の姿勢検出装置

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JPH08105720A
JPH08105720A JP6239901A JP23990194A JPH08105720A JP H08105720 A JPH08105720 A JP H08105720A JP 6239901 A JP6239901 A JP 6239901A JP 23990194 A JP23990194 A JP 23990194A JP H08105720 A JPH08105720 A JP H08105720A
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誠 庭川
Toshikazu Onda
寿和 恩田
Koji Igura
浩司 井倉
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単しかも安価に部品の三次元姿勢を認識す
る。 【構成】 円弧抽出装置3によって部品1の円弧に沿っ
た点を抽出し、抽出された点を用いてステレオ点検出装
置4によって複数のステレオ点を求め、ステレオ点に基
づいて面検出装置7によって部品1の面を求め、この面
の状況に応じて位置検出装置8によって部品1の姿勢を
評価し、円弧輪郭を有する部品1の姿勢認識を無人で自
動的に行い、また、部品1の三次元姿勢を認識して部品
1が重なっていたり傾いていても確実に位置認識を可能
とし、簡単しかも安価に円弧輪郭を有する部品1の三次
元姿勢を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、部品の面を検出するこ
とにより部品の姿勢を検出する部品の姿勢検出装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】工業用部品を組立てる際のはめあい検査
を行う場合、部品間の面を得る必要がある。また、ロボ
ットで部品をつかむ際にも、部品の向いている面を得る
必要がある。従来、部品の面を検出する場合、レーザレ
ンジファインダ、レーザ光、スリット光等の装置が用い
られている。これらにより、部品までの距離z及び位置
xyを求め、このxyzもしくはxzによって部品の面
を求めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】スリット光は、直射日
光のような明るい光が部品にあたった場合、光が消えて
しまい部品までの距離が検出できなくなってしまう。ま
た、スリット光は、位置xyの分解能が粗いため、スリ
ット光を動かして何度も撮影して分解能を上げる必要が
ある。更に、レーザレンジファインダやレーザ光は比較
的高価であり、目にも有害で保護具が必要である。
【0004】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、簡単でしかも安価に部品の面を検出して部品の三次
元姿勢を認識することができる部品の姿勢検出装置を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第一発明の構成は、一部に円または円弧形状の輪郭を
有する部品の姿勢を検出する姿勢検出装置において、画
像データ中にある点列の二つの端点と他の一点の合計三
点を通る円または円弧を仮定した後に点列の他の点が円
の円周上にあるか否かを判定し、点列の全ての要素の点
が円周上にあれば点列を仮定した円弧として認識し、円
周上から一定以上離れた点があれば点列を円弧に近似し
ない円弧抽出装置と、該円弧抽出装置で求められた円弧
に沿った点を用いて複数のステレオ点を求めるステレオ
点検出装置と、該ステレオ点検出装置で求められた複数
のステレオ点と前記部品の面との距離に応じて面を求め
る面検出装置と、該面検出装置で求められた面の状況に
より前記部品の姿勢を評価する姿勢検出装置とからなる
ことを特徴とする。
【0006】また、上記目的を達成するための第二発明
の構成は、一部に直線状の輪郭を有する部品の姿勢を検
出する姿勢検出装置において、前記部品の輪郭または同
一平面上にある直線群を画像データから複数抽出する直
線抽出装置と、該直線抽出装置で求められた複数の直線
群を用いて複数のステレオ点を求めるステレオ点検出装
置と、該ステレオ点検出装置で求められた複数のステレ
オ点と前記部品の面との距離に応じて面を求める面検出
装置と、該面検出装置で求められた面の状況により前記
部品の姿勢を評価する姿勢検出装置とからなることを特
徴とする
【0007】そして、前記面検出装置は、最小二乗法に
より面を求めると共にこの求められた面と複数のステレ
オ点との距離Di をそれぞれ求める機能と、全ての距離
Diがしきい値よりも小さくなるまで最大の値の距離Di
を除いていく機能と、全ての距離Di がしきい値より
も小さくなった時点で面を評価する機能とを備えたこと
を特徴とする。また、前記面検出装置は、n個のステレ
オ点より3点を選んで面を求めると共にこの求められた
面と3個のステレオ点を除いたn−3個のステレオ点と
の距離Di をそれぞれ求める距離設定機能と、しきい値
よりも小さい値の距離Di の数をカウントするカウント
機能と、距離設定機能及びカウント機能の操作をnC3
回繰り返す演算機能と、カウントされたしきい値よりも
小さい値の距離Di の数うち最も個数の多い面を求める
面として評価する機能とを備えたことを特徴とする。
【作用】
【0008】第一発明では、円弧抽出装置によって部品
の円弧に沿った点を抽出し、抽出された点を用いてステ
レオ点検出装置によって複数のステレオ点を求め、ステ
レオ点に基づいて面検出装置によって部品の面を求め、
この面の状況に応じて姿勢検出装置によって部品の姿勢
を評価する。
【0009】第二発明では、直線抽出装置によって部品
の直線に沿った点を抽出し、抽出された点を用いてステ
レオ点検出装置によって複数のステレオ点を求め、ステ
レオ点に基づいて面検出装置によって部品の面を求め、
この面の状況に応じて姿勢検出装置によって部品の姿勢
を評価する。
【0010】そして面検出装置では、最小二乗法により
面を求めると共に求められた面と複数のステレオ点との
距離Di をそれぞれ求め、全ての距離Di がしきい値よ
りも小さくなるまで最大の値の距離Di を除いていき、
全ての距離Di がしきい値よりも小さくなった時点で面
を評価する。また、面検出装置では、n個のステレオ点
より3点を選んで面を求めると共に求められた面と3個
のステレオ点を除いたn−3個のステレオ点との距離D
i をそれぞれ求め、しきい値よりも小さい値の距離Di
の数をカウントしてこの操作をnC3 回繰り返し、カウ
ントされたしきい値よりも小さい値の距離Di の数うち
最も個数の多い面を求める面として評価する。
【0011】
【実施例】図1乃至図3に基づいて第一発明の一実施例
を説明する。図1には第一発明の一実施例に係る部品の
姿勢検出装置の全体構成、図2,図3にはステレオ点を
求める手法の概念を示してある。
【0012】図1において、1は一部に円または円弧形
状の輪郭を有する部品、2はこの部品1を撮影するカメ
ラであり、カメラ2は二台備えられている。一方のカメ
ラ2で撮影された画像は円弧抽出装置3に入力され、他
方のカメラ2で撮影された画像はステレオ測定装置4に
入力される。円弧抽出装置3では円弧が抽出され、円弧
抽出装置3で抽出された(求められた)円弧に沿った点
が点抽出装置5で抽出される。点抽出装置5の情報はス
テレオ測定装置4に入力され、更にxyzメモリ6に送
られる。ステレオ測定装置4及びxyzメモリ6では、
円弧に沿った点を用いて複数のステレオ点が求められる
(ステレオ点検出装置)。複数のステレオ点は面検出装
置7に送られ、面検出装置7ではステレオ点に応じて物
品1の面が求められる。面検出装置7で求められた面の
状況は姿勢検出装置としての位置検出装置8に送られ、
位置検出装置8では面の状況により部品1の位置(m,
n,l)及び向き(θx ,θy )が求められる(姿勢が
評価される)。
【0013】円弧抽出装置3は、画像データ中にある点
列の二つの端点と他の一点の合計三点を通る円または円
弧を仮定した後に点列の他の点が円の円周上にあるか否
かを判定し、点列の全ての要素の点が円周上にあれば点
列を仮定した円弧として認識し、円周上から一定以上離
れた点があれば点列を円弧に近似しないようにした装置
である。
【0014】上述した部品の姿勢検出装置による部品1
の姿勢を検出する手法を説明する。
【0015】 円弧抽出装置3によって画像データに
基づいて円弧を抽出し、抽出した円弧により円の近似式
として、(x+a)2 +(y+b)2 =r2 を得る。
円が円弧の場合は、反時計回りで円弧の始点(Xs ,Y
s )と終点(Xe ,Ye )を求める。 図2に示すような円弧について、円弧の内角θ0
開始角θs 、終了角θeを次式によって求める。 θs = tan-1{(Ys −b)/(Xs −a)} θe = tan-1{(Ye −b)/(Xe −a)} θ=θe −θs
【0016】 円弧上に沿った点について、p個以上
のステレオ点を求める(p>2)。まず、円弧に沿っ
た、p1,p2,p3を求める(図3(a))。p1,
p2,p3は、順に内角が0,θ/2,θである。次
に、p1,p2,p3について相関値の良好なステレオ
計測を行う。p1,p2,p3ともステレオ点の相関値
が0.9を超えていれば得られるステレオ点列は{i=
1〜3|(x1 ,y1 ,z1)}である。p3のみステ
レオ点のみ相関値が0.9を超えていなければ、得られ
るステレオ点列は{i=1〜2|(x1 ,y1
1 )}である。以上のプロセスで3点以上のステレオ
点列が得られればへプロセスを移行する。次に、円弧
に沿ったp4,p5を得る(図3(b))。p4,p5
は、内角が順に、θ/4,θ・(3/4)である。同様
に、p4,p5について相関値の良好なステレオ計測を
行い、3点以上のステレオ点列が得られればへプロセ
スを移行する。このように、内角を1/2ずつ狭めてゆ
き、最終的に3点以上のステレオ点列を求め、得られた
p点のステレオ点列を{i=1〜p|(x1 ,y1 ,z
1 )}とする。
【0017】 最少二乗法を用いて数式1によって
で求めたステレオ点列を通過する面ax+by+cz+
d=0を求める。
【数1】
【0018】 で求めた面が、xz面を切る角θx
と、yz面を切る角θy を求める。 θx = tan-1(−a/c) θy = tan-1(−b/c) ステレオ点列{i=1〜2|(x1 ,y1
1 )}を、で求めたθx ,θy をxy軸とする2次
元平面へ投射する。 Xi =xi /cos(θx) Yi =yi /cos(θy) これにより、2次元点列{i=1〜2|(x1 ,y
1 )}を得る。 円抽出装置3により、2次元点列{i=1〜2|
(x1 1 )}から円弧を抽出し、円の近似式として、
(x+M)2+(y+N)2=R2 を得る。 で求めた円弧の中心を変換する。 m=M・cos(θx ) n=N・cos(θy ) l=M・sin(θx )+N・sin(θy )−c/d 以上の計算によって、円弧の位置(m,n,l)、
向き(θx ,θy )を得る。
【0019】従って、円弧輪郭を持つ部品1の姿勢認識
を、無人で自動的に行うことができる。また、部品1の
三次元姿勢を認識することができるので、部品1が重な
っていたり、傾いていても、位置が認識できる。
【0020】ここで、図4,図5に基づいて面検出装置
の他の実施例を説明する。図4,図5には面検出装置の
機能を説明するフローチャートを示してある。
【0021】図4で示した面検出装置は請求項3に相当
し、最小二乗法により面を求めると共に求められた面と
複数のステレオ点との距離Di をそれぞれ求める機能
と、全ての距離Di がしきい値よりも小さくなるまで最
大の値の距離Di を除いていく機能と、全ての距離Di
がしきい値よりも小さくなった時点で面を評価する機能
とを備えている。
【0022】図4に示すように、まず、前述した数式
1によりax+by+cz=dを求める。次に数式2
によって各点Si と面との距離Di を求める。
【数2】 i=1…nにおいて、しきい値Th と距離Di との関
係が全てTh >Di が満たされた場合に処理を終了す
る。尚、しきい値Th は実験的に求められている。 で全てTh >Di が満たされない時、距離Di の最
大値Dx (Dx =max Di を求め、Si からSx を除く
と共にn=n−1とし、に戻る。以上により部品の面
を検出する。
【0023】図5で示した面検出装置は、請求項4に相
当し、n個のステレオ点より3点を選んで面を求めると
共に求められた面と3個のステレオ点を除いたn−3個
のステレオ点との距離Di をそれぞれ求める距離設定機
能と、しきい値よりも小さい値の距離Di の数をカウン
トするカウント機能と、距離設定機能及びカウント機能
の操作をnC8 回繰り返す演算機能と、カウントされた
しきい値よりも小さい値の距離Di の数のうち最も個数
の多い面を求める面として評価する機能とを備えてい
る。
【0024】図5に示すように、まず、n個の点より
3点選び、数式3により平面を評価する。
【数3】 で選んだ3個の点を除いたn−3個の点iにおい
て、前述した数式2によって各点と面との距離Di を求
める。しきい値Th と距離Di との関係がTh>Di
が満たされる点数mi をカウントする。尚、しきい値T
h は実験的に求められている。上記〜をnC3
繰り返す。ただし、で選ぶ3点はその度毎に異なる。
〜で求めた点数mi のうち、最も個数の多い面が
求める面になる。
【0025】次に図6乃至図10に基づいて第二発明の
一実施例を説明する。図6には第二発明の一実施例に係
る部品の姿勢検出装置の全体構成、図7乃至図10には
ステレオ点を求める手法の概念を示してある。
【0026】図において、11は一部に直線状の輪郭を
有する物品、12はこの部品11を撮影するカメラであ
り、カメラ12は二台備えられている。一方のカメラ1
2で撮影された画像は直線抽出装置13に入力され、他
方のカメラ12で撮影された画像はステレオ測定装置1
4に入力される。直線抽出装置13では物品11の輪郭
または同一平面上にある直線群が複数抽出され、直線抽
出装置13で抽出された(求められた)複数の直線群に
沿った点が点抽出装置15で抽出される。点抽出装置1
5の情報はステレオ測定装置14に入力され、更にxy
zメモリ16に送られる。ステレオ測定装置14及びx
yzメモリ16では、直線群に沿った点を用いて複数の
ステレオ点が求められる(ステレオ点検出装置)。複数
のステレオ点は面検出装置17に送られ、面検出装置1
7ではステレオ点に応じて物品11の面が求められる。
面検出装置17で求められた面の状況は姿勢検出装置と
しての位置検出装置18に送られ、位置検出装置18で
は面の状況により部品11の位置(m,n,l)及び向
き(θx ,θy )が求められるようになっている(姿勢
が評価される)。
【0027】上述した部品の姿勢検出装置による部品の
姿勢を検出する手法を説明する。
【0028】 一つの部品11についてn本(n>
1)の直線群を画像から抽出する(図7)。直線群は、
部品11の輪郭である直線、及び同一平面にあるとわか
っている直線からなる。直線抽出により得られた直線の
始点を(Xs ,Ys )、終点を(Xe ,Ye )、長さを
L、方向をθとする。
【0029】 複数の直線からp点以上のステレオ点
を求める(p>2)。 (1) まず、直線1に沿ったp1,p2,p3を得る(図
3)。ただし、p1,p2,p3は順に(Xs ,Ys
)、(Xs +L/2・cos θ,Ys +L/2・sin
θ)、(Xe ,Ye )である。 (2) 次にp1,p2,p3について相関値の良好なステ
レオ計測を行う。p1,p2,p3ともステレオ点の相
関値が0.9を超えていれば得られるステレオ点列は
{i=1〜3|(x1 ,y1 ,z1 )}である。p3の
みステレオ点の相関値が0.9を超えていなければ、得
られるステレオ点列は{i=1〜2|(x1,y1 ,z
1 )}である。 (3) (1)(2)のプロセスをn本の直線について行った後、
3点以上のステレオ点列が求められている場合はへプ
ロセスを移行する(図9)。 (4) 1直線に沿ったp10,p11を得る(図10)。
ただし、p10,p11は順に(Xs +L/4・cos
θ,Ys +L/4・sin θ)、(Xs +L3/4・cos
θ,Ys +L3/4・sin θ)である。同様に、p1
0,p11について相関値の良好なステレオ計測を行
い、3点以上のステレオ点列が得られればへプロセス
を移行する。 (1) 〜(4) のように、直線の長さLを1/2ずつ狭めて
ゆき、最終的に3点以上のステレオ点列を求める。得ら
れたp点のステレオ点列を{i=1〜p|(x 1 ,y
1 ,z1 )}とする。
【0030】 最少二乗法を用いて第一発明と同様に
数式1によってで求めたステレオ点列を通過する面a
x+by+cz+d=0を求める。
【0031】 で求めた面がxz面を切る角θx
と、yz面を切る角θy を求める。 θx = tan-1(−a/c) θy = tan-1(−b/c) 以上の計算により、部品の位置{i=1〜p|(x
1 ,y1 ,z1 )}、向き(θx ,θy )を得る。
【0032】従って、同一面にあって、複数直線を持つ
部品11の姿勢認識を、無人で自動的に行うことができ
る。また、部品11の三次元姿勢を認識することができ
るので、部品11が重なっていたり、傾いていても、位
置が認識できる。尚、面検出装置17としては、図4,
図5で示したものを適用することも可能である。
【0033】
【発明の効果】第一発明の部品の姿勢検出装置による
と、円弧輪郭を有する部品の姿勢認識が無人で自動的に
行える。また、円弧輪郭を有する部品の三次元姿勢を認
識することができるので、部品が重なっていたり傾いて
いても確実に位置認識が可能となる。この結果、簡単し
かも安価に円弧輪郭を有する部品の三次元姿勢が認識で
きる。
【0034】第二発明の部品の姿勢検出装置によると、
一部に直線状の輪郭を有する部品の姿勢認識が無人で自
動的に行える。また、一部に直線状の輪郭を有する部品
の三次元姿勢を認識することができるので、部品が重な
っていたり傾いていても確実に位置認識が可能となる。
この結果、簡単しかも安価に一部に直線状の輪郭を有す
る部品の三次元姿勢が認識できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一発明の一実施例に係る部品の姿勢検出装置
の全体構成図。
【図2】ステレオ点を求める手法の概念図。
【図3】ステレオ点を求める手法の概念図。
【図4】面検出装置の機能を説明するフローチャート。
【図5】面検出装置の機能を説明するフローチャート。
【図6】第二発明の一実施例に係る部品の姿勢検出装置
の全体構成図。
【図7】ステレオ点を求める手法の概念図。
【図8】ステレオ点を求める手法の概念図。
【図9】ステレオ点を求める手法の概念図。
【図10】ステレオ点を求める手法の概念図。
【符号の説明】
1,11 部品 2,12 カメラ 3 円弧抽出装置 4,14 ステレオ測定装置 5,15 点抽出装置 6,16 xyzメモリ 7,17 面検出装置 8,18 位置検出装置 13 直線抽出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06T 7/00 9061−5H G06F 15/70 330 M

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一部に円または円弧形状の輪郭を有する
    部品の姿勢を検出する姿勢検出装置において、 画像データ中にある点列の二つの端点と他の一点の合計
    三点を通る円または円弧を仮定した後に点列の他の点が
    円の円周上にあるか否かを判定し、点列の全ての要素の
    点が円周上にあれば点列を仮定した円弧として認識し、
    円周上から一定以上離れた点があれば点列を円弧に近似
    しない円弧抽出装置と、 該円弧抽出装置で求められた円弧に沿った点を用いて複
    数のステレオ点を求めるステレオ点検出装置と、 該ステレオ点検出装置で求められた複数のステレオ点と
    前記部品の面との距離に応じて面を求める面検出装置
    と、 該面検出装置で求められた面の状況により前記部品の姿
    勢を評価する姿勢検出装置と、 からなることを特徴とする部品の姿勢検出装置。
  2. 【請求項2】 一部に直線状の輪郭を有する部品の姿勢
    を検出する姿勢検出装置において、前記部品の輪郭また
    は同一平面上にある直線群を画像データから複数抽出す
    る直線抽出装置と、該直線抽出装置で求められた複数の
    直線群を用いて複数のステレオ点を求めるステレオ点検
    出装置と、該ステレオ点検出装置で求められた複数のス
    テレオ点と前記部品の面との距離に応じて面を求める面
    検出装置と、該面検出装置で求められた面の状況により
    前記部品の姿勢を評価する姿勢検出装置と、からなるこ
    とを特徴とする部品の姿勢検出装置。
  3. 【請求項3】 前記面検出装置は、最小二乗法により面
    を求めると共にこの求められた面と複数のステレオ点と
    の距離Di をそれぞれ求める機能と、全ての距離Di が
    しきい値よりも小さくなるまで最大の値の距離Di を除
    いていく機能と、全ての距離Di がしきい値よりも小さ
    くなった時点で面を評価する機能とを備えたことを特徴
    とする請求項1または請求項2に記載の部品の姿勢検出
    装置。
  4. 【請求項4】 前記面検出装置は、n個のステレオ点よ
    り3点を選んで面を求めると共にこの求められた面と3
    個のステレオ点を除いたn−3個のステレオ点との距離
    Di をそれぞれ求める距離設定機能と、しきい値よりも
    小さい値の距離Di の数をカウントするカウント機能
    と、距離設定機能及びカウント機能の操作をnC3 回繰
    り返す演算機能と、カウントされたしきい値よりも小さ
    い値の距離Di の数うち最も個数の多い面を求める面と
    して評価する機能とを備えたことを特徴とする請求項1
    または請求項2に記載の部品の姿勢検出装置。
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