JPH0961117A - Three-dimensional position detector - Google Patents

Three-dimensional position detector

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Publication number
JPH0961117A
JPH0961117A JP7221840A JP22184095A JPH0961117A JP H0961117 A JPH0961117 A JP H0961117A JP 7221840 A JP7221840 A JP 7221840A JP 22184095 A JP22184095 A JP 22184095A JP H0961117 A JPH0961117 A JP H0961117A
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JP
Japan
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image
memory
camera
ring
distance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7221840A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Nakayama
博之 中山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0961117A publication Critical patent/JPH0961117A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Image Analysis (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the distance to an object by picking up the image of a ring beam applied to the object with a camera and detecting one portion or the entire part of the image which is registered in advance from the picked-up images along one scanning line on an image memory in the horizontal direction. SOLUTION: The image of aring beam 12 is stored in a registration memory 7 in advance and an image outputted from a camera 3 is stored at an image memory 5. An image obtained by binarizing the image from the memory 5 and aregistered image from the memory 7 are inputted to a correlation operator 8. Since the ring beam image travels only in lateral direction on the memory 5, the operator 8 detects one or a plurality of regions which are highly correlated to one portion or the entire part of the trgostered image in the memory 7, namely those which extremely match, and output them to an image coordinate detection means 9. The means 9 detects the center image coordinates of a ring beam image inducing the region from one portion or the entire part of the registered image based in the input from the operator 8. The center coordinates of the ring beam image detected by the means 9 are inputted to a three-dimensional coordinate calculating means 10, thus calculating the distance to a target surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、塗装ロボットや溶
接ロボットなどの産業用ロボットに装備され、塗装作業
や溶接作業などを行なう際の対象物までの距離計測や端
部検出等に用いられる三次元位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is a tertiary robot which is equipped in an industrial robot such as a painting robot or a welding robot and is used for measuring a distance to an object or detecting an end portion when performing a painting work or a welding work. The present invention relates to an original position detection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】塗装ロボットや溶接ロボットなどの産業
用ロボットに、目的とする作業をさせる場合、当該ロボ
ットにどのような作業を行なうべきかを指示する作業デ
ータを予め与えておく必要がある。最も簡単な作業デー
タの与え方として、所謂ティーチングプレイバック方式
がある。このティーチングプレイバック方式は、作業対
象物を設置した状態において、操作員が産業用ロボット
をマニュアル操作で動かし、このときの操作データを記
憶させ、この記憶させたデータを用いて以降の作業行な
わせるものである。
2. Description of the Related Art When an industrial robot such as a painting robot or a welding robot is made to perform a desired work, it is necessary to previously give work data for instructing the robot what kind of work should be performed. There is a so-called teaching playback method as the simplest method of giving work data. In this teaching playback system, an operator manually operates an industrial robot in a state where a work object is installed, operation data at this time is stored, and subsequent work is performed using the stored data. It is a thing.

【0003】しかしながら上記ティーチングプレイバッ
ク方式では、実際の作業時において対象物をデータ入力
時と全く同一の状態に設置しなければならないため、工
数の多い上、作業効率が低いなどの欠点がある。しか
も、産業用ロボット自身のたわみや、外乱に弱いといっ
た問題もある。
However, in the above teaching playback system, the object has to be installed in the same state as when the data is input during the actual work, and therefore, there are drawbacks such as a large number of steps and a low work efficiency. Moreover, there are problems such as the deflection of the industrial robot itself and weakness in disturbance.

【0004】そこで、産業用ロボットの手先、または他
の位置から対象物までの位置を計測し、産業用ロボット
との相対的な位置関係を求めて位置決めをする装置が必
要となる。なお、対象物の表面を産業用ロボット自身が
倣うことができれば、ティーチングプレイバック方式に
よるデータ入力の必要がなくなり、工数の削減、作業効
率の向上が期待できる。
Therefore, a device for measuring the position from the hand of the industrial robot or another position to the object and determining the relative positional relationship with the industrial robot for positioning is required. It should be noted that if the industrial robot itself can copy the surface of the object, it is not necessary to input data by the teaching playback method, and it is expected that the man-hours will be reduced and the work efficiency will be improved.

【0005】図4は、従来の三次元位置検出装置を示す
図であって、産業用ロボットの手先または他の位置に取
付けられ、対象物までの距離や形状を計測するものとな
っている。図4に示すように、この三次元位置検出装置
においては、スリットレーザ光源14から出射されたス
リット光15が、対象物13に向かって照射される。ス
リットレーザ光源14はレーザ管の前に円柱レンズ(不
図示)を設置したものであり、駆動回路2から電源を供
給されて駆動されると、レーザビーム光をスリット光1
5に変換して出力するものである。
FIG. 4 is a diagram showing a conventional three-dimensional position detecting device, which is attached to the hand of an industrial robot or at another position to measure the distance and shape to an object. As shown in FIG. 4, in this three-dimensional position detecting device, the slit light 15 emitted from the slit laser light source 14 is irradiated toward the object 13. The slit laser light source 14 is one in which a cylindrical lens (not shown) is installed in front of the laser tube. When the slit laser light source 14 is driven by being supplied with power from the drive circuit 2, the slit laser light source
It is converted into 5 and output.

【0006】対象物13に照射されたスリット光15は
カメラ3により撮像される。カメラ3は、スリット光1
5の平面に対して垂直な方向に、スリットレーザ光源1
4から一定距離Dだけ離れた位置に設置されている。カ
メラ3の前面には光学バンドパスフィルタ4が装着され
ている。光学バンドパスフィルタ4は、その最大透過波
長を、スリットレーザ光源14の発振波長に合わせてあ
り、透過波長幅を十分狭くしてある。こうすることによ
り、カメラ3が撮像する画像にはスリット光15のみが
写ることにとなる。
The slit light 15 applied to the object 13 is imaged by the camera 3. Camera 3 has slit light 1
The slit laser light source 1 is arranged in a direction perpendicular to the plane of FIG.
It is installed at a position separated from D4 by a constant distance D. An optical bandpass filter 4 is mounted on the front surface of the camera 3. The optical bandpass filter 4 has its maximum transmission wavelength matched with the oscillation wavelength of the slit laser light source 14, and has a sufficiently narrow transmission wavelength width. By doing so, only the slit light 15 is reflected in the image captured by the camera 3.

【0007】カメラ3から出力される画像は、画像メモ
リ5に記憶される。画像メモリ5に記憶された画像は、
上部の走査線から順次水平方向に読み出され、二値化回
路6に入力される。
The image output from the camera 3 is stored in the image memory 5. The images stored in the image memory 5 are
The data are sequentially read out in the horizontal direction from the upper scanning line and input to the binarization circuit 6.

【0008】二値化回路6は、入力された画像の濃度を
予め設定された閾値と比較し、閾値以上の濃度であれば
H信号を出力し、閾値未満の濃度であればL信号を出力
するものとなっている。二値化回路6の出力は画像座標
検出手段9に入力する。
The binarization circuit 6 compares the density of the input image with a preset threshold value, outputs an H signal if the density is equal to or higher than the threshold value, and outputs an L signal if the density is lower than the threshold value. It is supposed to do. The output of the binarization circuit 6 is input to the image coordinate detecting means 9.

【0009】画像座標検出手段9は、二値化回路6から
の画像転送開始時において「0」にリセットされて走査
線数を計数する第1のカウンタと、各走査線の最初にお
いて「0」にリセットされてデータ数を計数する第2の
カウンタとから構成されている。そして二値化回路6か
らH信号のデータが入力されると、その時の第1のカウ
ンタの値を画像上の縦座標(j座標)とし、第2のカウ
ンタの値を横座標(i座標)として出力する。座標検出
手段9から出力された座標値(i,j)は三次元座標計
算手段10に入力される。
The image coordinate detecting means 9 is reset to "0" at the start of image transfer from the binarizing circuit 6 and counts the number of scanning lines, and "0" at the beginning of each scanning line. And a second counter which is reset to count the number of data. When the H signal data is input from the binarization circuit 6, the value of the first counter at that time is taken as the ordinate (j coordinate) on the image, and the value of the second counter is taken as the abscissa (i coordinate). Output as. The coordinate value (i, j) output from the coordinate detecting means 9 is input to the three-dimensional coordinate calculating means 10.

【0010】カメラ3は、前述したように、スリット光
15の平面に垂直な方向にスリットレーザ光源14から
距離Dだけ離れた位置に設置されているため、カメラ3
から対象物13までの距離L1 ,L2 により画像上に写
るスリット光15の位置が異なる。
As described above, the camera 3 is installed at a position separated from the slit laser light source 14 by a distance D in the direction perpendicular to the plane of the slit light 15, so that the camera 3
The position of the slit light 15 shown on the image differs depending on the distances L1 and L2 from the object to the object 13.

【0011】図5の(a)は、カメラ3の左側にスリッ
トレーザ光源14が位置している場合におけるスリット
光像の位置変化の様子を示している。図5の(a)の下
側にあるスリット光像は距離L1 の位置を示しており、
上側にあるスリット光像は距離L2 の位置を示してい
る。即ち、画像上でのスリット光15のi座標が対象物
13までの距離を示しており、図の左に行くほどカメラ
3に近いことになる。これは公知の三角測量の原理であ
る。
FIG. 5A shows how the position of the slit light image changes when the slit laser light source 14 is located on the left side of the camera 3. The slit light image on the lower side of FIG. 5A shows the position at the distance L1.
The slit light image on the upper side shows the position at the distance L2. That is, the i coordinate of the slit light 15 on the image indicates the distance to the object 13, and the closer to the left in the figure, the closer to the camera 3. This is a known triangulation principle.

【0012】図4に説明を戻す。三次元座標計算手段1
0では入力される座標値(i,j)のi座標に注目し
て、三角測量の原理により、対象物13までの距離が求
められる。三次元座標計算手段10で求められた対象物
13までの距離は、表示器11に表示される。また上記
の距離情報は、産業用ロボットに直接入力されて、産業
用ロボットの制御に使用される。
Returning to FIG. Three-dimensional coordinate calculation means 1
At 0, paying attention to the i coordinate of the input coordinate value (i, j), the distance to the object 13 is obtained by the principle of triangulation. The distance to the object 13 obtained by the three-dimensional coordinate calculation means 10 is displayed on the display 11. Further, the above distance information is directly input to the industrial robot and used for controlling the industrial robot.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の装置で
は、スリット光15を用いているために、図5の(a)
に示すように、対象物13の部材端部とスリット光15
とが略直交しているときには、対象物13の端部倣いが
行なえるが、図5の(b)に示すように対象物13の部
材端部とスリット光15とがほぼ平行となっている時に
は、対象物13の部材端部が不明となる。このため、ス
リット光15をスキャナなどにより別途走査して検出す
る必要があり、装置が大型化する。また、スリット光1
5の形状が単純なため、画像上に何らかのノイズが入っ
たときに、真実のスリット光像とノイズとの区別がつか
ず、誤計測してしまうおそれがある。更に、スリット光
15が画像上の全ての領域に撮像される可能性があり、
常に画像全体が処理対象となるため、長い処理時間を要
するといった問題があった。
In the conventional device described above, since the slit light 15 is used, (a) in FIG.
As shown in FIG.
When and are substantially orthogonal to each other, the end portion of the target object 13 can be copied, but as shown in FIG. 5B, the member end portion of the target object 13 and the slit light 15 are substantially parallel to each other. At times, the member end portion of the object 13 becomes unknown. Therefore, it is necessary to separately scan the slit light 15 with a scanner or the like to detect it, and the size of the apparatus increases. Also, slit light 1
Since the shape of 5 is simple, when some noise is included in the image, the true slit light image and the noise cannot be distinguished from each other, and there is a risk of erroneous measurement. Furthermore, the slit light 15 may be imaged in all areas on the image,
There is a problem that a long processing time is required because the entire image is always processed.

【0014】本発明の目的は下記効果を奏する三次元位
置検出装置を提供することにある。 (a) レーザ光軸に対して全周方向に対象物の部材端部を
検出することができ、レーザ光を走査する必要がなく、
装置を小型化でき、かつ、スキャナのような可動部がな
くて済むため信頼性が向上する。
An object of the present invention is to provide a three-dimensional position detecting device having the following effects. (a) It is possible to detect the member end of the object in the entire circumferential direction with respect to the laser optical axis, and there is no need to scan the laser light,
The device can be miniaturized, and the moving part such as the scanner is not required, so that the reliability is improved.

【0015】(b) 小さなノイズや、形の異なるノイズと
の区別を明確に行なえ、誤計測が極めて少なくなり、計
測精度の向上が図れる。 (c) 検出に当たっては画像メモリ上の一走査線上のみの
探索で済み、処理時間の短縮が図れる。
(B) It is possible to clearly distinguish between small noises and noises of different shapes, so that erroneous measurement is extremely reduced and measurement accuracy can be improved. (c) Only one scanning line in the image memory needs to be searched for the detection, and the processing time can be shortened.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明においては以下に示す手段が用
いられている。本発明の三次元位置検出装置は、円錐状
の拡がりを持つリング光を照射するリングレーザ光源
と、このリングレーザ光源の投影中心と自己のレンズ中
心とを結ぶ直線に対して垂直な方向に光軸を有するカメ
ラと、このカメラから出力される画像を記憶するための
画像メモリと、前記リング光の画像を予め登録しておく
登録メモリと、前記画像メモリ内の一走査線に沿って横
方向に移動しながら前記登録メモリに登録されているリ
ング光の画像の少なくとも一部を検出するための相関演
算器と、この相関演算器により検出された領域の画像上
での座標を検出する画像座標検出手段と、この画像座標
検出手段により検出された座標から対象物までの距離を
計算する三次元座標計算手段とを備え、前記対象物に向
かって照射された前記リング光を前記カメラで撮像し、
撮像された画像中から予め登録されている画像の一部ま
たは全部を画像メモリ上の一走査線に沿って横方向に検
出することにより、対象物までの距離を計測するように
構成されている。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems and achieve the object, the following means are used in the present invention. The three-dimensional position detecting device of the present invention is a ring laser light source for irradiating a ring light having a conical spread, and a light beam in a direction perpendicular to a straight line connecting the projection center of this ring laser light source and the center of its own lens. A camera having an axis, an image memory for storing an image output from the camera, a registration memory for pre-registering the image of the ring light, and a horizontal direction along one scanning line in the image memory. Correlation calculator for detecting at least a part of the ring light image registered in the registration memory while moving to, and image coordinates for detecting coordinates on the image of the region detected by the correlation calculator It comprises a detecting means and a three-dimensional coordinate calculating means for calculating the distance from the coordinates detected by the image coordinate detecting means to the object, and the front of the ring light radiated toward the object. Captured by the camera,
It is configured to measure a distance to an object by laterally detecting a part or all of an image registered in advance from the captured image along one scanning line on the image memory. .

【0017】上記三次元位置検出装置においては、リン
グレーザ光源から対象物に向かってリング光が照射され
る。一方、カメラはリングレーザ光源の投影中心と自己
のレンズ中心とを結ぶ直線に対して垂直な方向に光軸を
有しており、カメラの光軸とリングレーザ光源の投影中
心とを含む平面と対象物平面との成す交線が、カメラ光
軸と直交するように対象物を撮像すると、画像上でのリ
ング光像は常に同じ大きさで、かつ、カメラと対象物の
距離に応じて画像上を横方向に移動するのみとなる。そ
こで、リング光の画像を予め登録メモリに記憶させてお
き、カメラから出力される画像は画像メモリに記憶させ
る。相関演算器には画像メモリからの画像を二値化した
画像と、登録メモリからの登録画像とが入力される。
In the above three-dimensional position detecting device, ring light is emitted from the ring laser light source toward the object. On the other hand, the camera has an optical axis in a direction perpendicular to a straight line connecting the projection center of the ring laser light source and the center of its own lens, and a plane including the optical axis of the camera and the projection center of the ring laser light source. When the object is imaged so that the line of intersection with the object plane is orthogonal to the camera optical axis, the ring light image on the image is always the same size, and the image is taken according to the distance between the camera and the object. It only moves laterally up. Therefore, the ring light image is stored in advance in the registration memory, and the image output from the camera is stored in the image memory. The binarized image of the image from the image memory and the registered image from the registered memory are input to the correlation calculator.

【0018】上述のようにリング光像は画像メモリ上を
横方向にしか移動しないため、相関演算器では、画像メ
モリ上の一定のj座標において、登録メモリ内の登録画
像の一部または全部と相関の高い領域、即ちよく一致す
る領域を、1個または複数個検出し、画像座標検出手段
に出力する。
As described above, since the ring light image moves only laterally on the image memory, the correlation calculator calculates a part or all of the registered image in the registered memory at a constant j coordinate on the image memory. One or a plurality of highly correlated regions, that is, well-matched regions are detected and output to the image coordinate detecting means.

【0019】画像座標検出手段では、相関演算器からの
入力に基づいて登録画像の一部または全部から、その領
域を含むリング光像の中心の画像座標が検出される。画
像座標検出手段で検出されたリング光像の中心座標は、
三次元座標計算手段に入力され、対象物表面までの距離
が計算される。
The image coordinate detecting means detects the image coordinate of the center of the ring light image including the region from a part or the whole of the registered image based on the input from the correlation calculator. The center coordinates of the ring light image detected by the image coordinate detection means are
It is input to the three-dimensional coordinate calculation means, and the distance to the object surface is calculated.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1実施形態)図1は、本発明の第1実施形態に係る
三次元位置検出装置の構成を示す図である。図1に示す
ように、リングレーザ光源1から出射されたリング光1
2は、対象物13に向けて照射される。リングレーザ光
源1は、レーザ管の前に円錐レンズ(不図示)を設置し
たものであり、駆動回路2から電源を供給されて駆動さ
れると、レーザビーム光をリング光15に変換して出力
するものである。
(First Embodiment) FIG. 1 is a view showing the arrangement of a three-dimensional position detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the ring light 1 emitted from the ring laser light source 1
2 is irradiated toward the object 13. The ring laser light source 1 has a conical lens (not shown) installed in front of the laser tube, and when driven by power supplied from the drive circuit 2, converts the laser beam light into ring light 15 and outputs it. To do.

【0021】カメラ3はリングレーザ光源1の投影中心
と自己のレンズ中心とを結ぶ直線に対して垂直な方向に
光軸を有しており、カメラ3の光軸とリングレーザ光源
1の投影中心を含む平面と、対象物13の平面との成す
交線が、カメラ光軸と直交するように対象物を撮像す
る。
The camera 3 has an optical axis in a direction perpendicular to a straight line connecting the projection center of the ring laser light source 1 and the center of its own lens, and the optical axis of the camera 3 and the projection center of the ring laser light source 1 The object is imaged so that the line of intersection between the plane including the and the plane of the object 13 is orthogonal to the camera optical axis.

【0022】カメラ3の前面には光学バンドパスフィル
タ4が装着されている。光学バンドパスフィルタ4は、
最大透過波長をリングレーザ光源1の発振波長と合わせ
てあり、透過波長幅を十分狭くしてある。こうすること
により、カメラ3が撮像する画像にはリング光12のみ
が写ることになる。上記撮像系による位置検出の原理に
ついて、図2を用いて説明する。
An optical bandpass filter 4 is mounted on the front surface of the camera 3. The optical bandpass filter 4 is
The maximum transmission wavelength is matched with the oscillation wavelength of the ring laser light source 1, and the transmission wavelength width is sufficiently narrowed. By doing so, only the ring light 12 is captured in the image captured by the camera 3. The principle of position detection by the image pickup system will be described with reference to FIG.

【0023】図2の(a)は本装置における撮像系にお
ける座標系を示す図である。カメラ3のレンズ中心に座
標系の原点を置き、カメラ3の光軸方向をZ軸、原点か
らレーザの投影中心に向かう軸をX軸、このX軸とZ軸
とを含むXZ平面に垂直な向きをY軸とする。
FIG. 2A is a view showing the coordinate system of the image pickup system in this apparatus. The origin of the coordinate system is placed at the center of the lens of the camera 3, the optical axis direction of the camera 3 is the Z axis, the axis extending from the origin to the projection center of the laser is the X axis, and the axis perpendicular to the XZ plane including the X axis and the Z axis. The direction is the Y axis.

【0024】リング光12は、レーザ投影中心を頂点と
する円錐形の拡がりを持ち、その拡がり角をZ軸に平行
な直線から見てそれぞれθ1 、θ2 とする。またカメラ
3はレンズの中心から焦点距離fだけ離れた位置に撮像
面を有し、対象物面に照射されたリング光12の位置P
1 、P2 からの像の入射角をそれぞれω1 、ω2 とす
る。
The ring light 12 has a conical divergence whose apex is the laser projection center, and the divergence angles are θ1 and θ2 when viewed from a straight line parallel to the Z axis. Further, the camera 3 has an imaging surface at a position separated from the center of the lens by a focal length f, and the position P of the ring light 12 irradiated on the object surface.
The incident angles of the images from 1 and P2 are ω1 and ω2, respectively.

【0025】以上の状態で、まずリング光像の大きさに
ついて求めると、図2の(a)のxがリング光の大きさ
を示すことになる。次に、カメラ3から距離Lだけ離れ
た位置にある対象物面上のリング光12の位置P1 およ
びP2 は(1)式で表される。
When the size of the ring light image is first obtained in the above state, x in FIG. 2A indicates the size of the ring light. Next, the positions P1 and P2 of the ring light 12 on the object surface at a position separated from the camera 3 by the distance L are expressed by equation (1).

【0026】 P1 =(L,D+tanθ1 ) P2 =(L,D+tanθ2 ) …(1) 従って、位置P1 およびP2 からカメラ3の撮像面への
像の入射角は、次式で表される。
P1 = (L, D + tan θ1) P2 = (L, D + tan θ2) (1) Therefore, the incident angle of the image from the positions P1 and P2 to the imaging surface of the camera 3 is expressed by the following equation.

【0027】 ω1 =tan-1{(D+Ltanθ1 )/L} ω2 =tan-1{(D+Ltanθ2 )/L} …(2) この結果、撮像面でのリング光像の大きさxは、(3)
式となる。
The ω1 = tan -1 {(D + Ltanθ1) / L} ω2 = tan -1 {(D + Ltanθ2) / L} ... (2) As a result, the size x of the ring light image on the imaging surface, (3)
It becomes an expression.

【0028】 x=f(tanω2 −tanω1 ) =f[{(D+Ltanθ2 )/L}−{(D+Ltanθ1 )/L}] =f(tanθ2 −tanθ1 ) …(3) (3)式から明らかなように、リング光像の大きさx
は、距離Lに依存していない。
X = f (tanω 2 −tanω 1) = f [{(D + Ltan θ 2) / L}-{(D + Ltan θ 1) / L}] = f (tan θ 2 −tan θ 1) ... (3) As is clear from the equation (3), , Ring light image size x
Does not depend on the distance L.

【0029】即ち距離Lが変化しても、リング光像の大
きさは一定である。上式を用いて、X軸周りの全ての平
面について同様の計算が行なえる。またレーザ投影中心
と、カメラ3のレンズ中心とがX軸上に並ぶように設置
されている為、図2の(a)の紙面に垂直な方向ではθ
1 =ω1 ,θ2 =ω2 となり、これも距離Lには無関係
に一定の大きさとなる。
That is, even if the distance L changes, the size of the ring light image is constant. Similar calculations can be performed for all planes around the X axis using the above equation. Further, since the laser projection center and the lens center of the camera 3 are arranged side by side on the X-axis, θ is set in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.
1 = ω1, θ2 = ω2, which is also constant regardless of the distance L.

【0030】以上のことから、カメラ3にて撮像される
リング光12の画像は、カメラ3と対象物13の距離L
によらず全く同一の大きさ、形状であることが判る。次
に、リング光像の画像上での中心位置を求める。撮像面
上での中心位置x0は、(4)式で表される。
From the above, the image of the ring light 12 taken by the camera 3 is the distance L between the camera 3 and the object 13.
It can be seen that the size and shape are exactly the same regardless of. Next, the center position of the ring light image on the image is obtained. The center position x 0 on the image pickup surface is expressed by equation (4).

【0031】 x0 =f{(D+Ltanθ)/L} =(fD/L)+ftanθ …(4) 即ち、カメラ3と対象物13の距離Lに反比例して横方
向に移動する。縦方向には、レーザ投影中心とカメラ3
のレンズ中心とがX軸上に並ぶように設置されているた
め移動は生じない。
X 0 = f {(D + Ltan θ) / L} = (fD / L) + ftan θ (4) That is, the lateral movement is in inverse proportion to the distance L between the camera 3 and the object 13. In the vertical direction, the laser projection center and the camera 3
Since it is installed so that the center of the lens is aligned with the X axis, no movement occurs.

【0032】以上のことをまとめると、図2の(b)に
示すように、同じ大きさのリング光像が、距離Lが小か
ら大へと変化するのに伴って、画像上を左から右に向か
って移動することになる。このときのリング光像の中心
位置の直線軌跡を以下エピポーララインと呼ぶ。
To summarize the above, as shown in FIG. 2B, a ring light image of the same size changes from left to right on the image as the distance L changes from small to large. You will move to the right. The straight line locus of the center position of the ring light image at this time is hereinafter referred to as an epipolar line.

【0033】図1に説明を戻す。登録メモリ7には、予
め平板などにリング光12を照射した結果得られる完全
な形のリング光像を記憶させておく。相関演算を簡単に
するため、登録画像は二値化しておく。
Returning to FIG. The registration memory 7 stores in advance a ring light image of a perfect shape obtained as a result of irradiating the flat plate or the like with the ring light 12. The registered image is binarized in order to simplify the correlation calculation.

【0034】カメラ3から出力される画像は、画像メモ
リ5に記憶される。画像メモリ5から出力される画像
は、二値化回路6に入力される。二値化回路6は、入力
された画像の濃度を予め設定された閾値と比較し、閾値
以上の濃度であればH信号を出力し、閾値未満の濃度で
あればL信号を出力する。
The image output from the camera 3 is stored in the image memory 5. The image output from the image memory 5 is input to the binarization circuit 6. The binarization circuit 6 compares the density of the input image with a preset threshold value, outputs an H signal if the density is higher than the threshold value, and outputs an L signal if the density is lower than the threshold value.

【0035】図3の(a)は、図1のような段差を持つ
対象物13を撮像したときに得られる二値化画像の一例
を示す図である。図3の(a)から明らかなように、対
象物13の上段の平面で反射したリング光12の一部分
は画面の左側に、また下段の平面で反射したリング光1
2の一部分は画面の右側に、それぞれ分れて撮像され
る。
FIG. 3A is a diagram showing an example of a binarized image obtained when the object 13 having a step as shown in FIG. 1 is imaged. As is apparent from FIG. 3A, a part of the ring light 12 reflected by the upper plane of the object 13 is on the left side of the screen and the ring light 1 reflected by the lower plane is 1.
Parts of 2 are separated and imaged on the right side of the screen.

【0036】二値化回路6の出力および登録メモリ7の
出力は相関演算器8に入力される。相関演算器8は、論
理積回路とカウンタとで構成されており、入力される二
つの二値化画像の両方がH信号のときに相関値を計数す
るように動作する。
The output of the binarization circuit 6 and the output of the registration memory 7 are input to the correlation calculator 8. The correlation calculator 8 is composed of a logical product circuit and a counter, and operates so as to count the correlation value when both of the two input binary images are H signals.

【0037】図3の(b)に示すように、登録メモリ7
には完全な形のリング光像の二値化画像が登録されてい
る。図3の(c)に示すように、図3の(a)のような
入力画像に関しては、j1 (=j2 )座標がエピポーラ
ラインとなる。このエピポーララインは、カメラ3とリ
ングレーザ光源1を設置した時点で決定されるので、対
象物13の計測時には既知の情報として扱える。
As shown in FIG. 3B, the registration memory 7
A binarized image of a complete ring light image is registered in. As shown in (c) of FIG. 3, in the input image as shown in (a) of FIG. 3, the j1 (= j2) coordinate is the epipolar line. Since this epipolar line is determined when the camera 3 and the ring laser light source 1 are installed, it can be treated as known information when measuring the object 13.

【0038】相関演算器8は、入力画像の左端から順に
登録画像の中心位置を1画素づつずらしながら、エピポ
ーラライン上に沿って登録画像と入力画像との論理積を
求める。登録画像の中心が(i1 ,j1 )座標に到達す
ると、入力画像中の対象物13の上部での反射光像と登
録画像の左側部分とが一致する。そこで両者の論理積を
とると、上部での反射光像分の「H」の領域が得られ
る。従って、相関演算器8内のカウンタでは、リング光
像の約半分の数だけの相関値を計数することになる。
The correlation calculator 8 finds the logical product of the registered image and the input image along the epipolar line while shifting the center position of the registered image by one pixel from the left end of the input image. When the center of the registered image reaches the (i1, j1) coordinate, the reflected light image at the upper part of the target object 13 in the input image and the left side portion of the registered image match. Then, when the logical product of the two is taken, the "H" region corresponding to the reflected light image at the upper part is obtained. Therefore, the counter in the correlation calculator 8 counts as many correlation values as about half of the ring light image.

【0039】同様に、登録画像の中心が(i2 ,j2 )
座標に到達すると、入力画像中の対象物13の下部での
反射光像と登録画像の右側部分とが一致する。そこで両
者の論理積をとると、下部での反射光像分の「H」の領
域が得られる。従って相関演算器8内のカウンタでは、
リング光像の約半分の数だけの相関値を計数することに
なる。その他のエピポーラライン上の位置では、ほとん
ど相関値が計数されることはない。
Similarly, the center of the registered image is (i2, j2)
When the coordinates are reached, the reflected light image of the lower part of the object 13 in the input image and the right side portion of the registered image match. Then, when the logical product of the two is taken, the "H" region corresponding to the reflected light image at the lower part is obtained. Therefore, in the counter in the correlation calculator 8,
Only about half the number of the ring light images will be counted. Almost no correlation value is counted at other positions on the epipolar line.

【0040】再び図1に説明を戻す。相関演算器8の出
力は画像座標検出手段9に入力される。画像座標検出手
段9は、入力される相関値と閾値とを比較する比較回路
と、相関演算器8からの相関値入力開始時において
「0」にリセットされ、相関値が一つ入力される毎に1
づつ計数するカウンタとで構成されており、入力される
相関値が登録画像にある程度近いと判断される閾値、例
えば登録画像中のリング光像の画素数の約半分の値以上
の大きさであるとすると、その時のカウンタの値、即
ち、画像上でのi座標を出力する。また、j座標はエピ
ポーララインの位置であるため、これは固定値(j1 )
を出力する。
The description will be returned to FIG. 1 again. The output of the correlation calculator 8 is input to the image coordinate detecting means 9. The image coordinate detecting means 9 is reset to “0” at the start of inputting a correlation value from the correlation calculator 8 and a comparison circuit that compares the input correlation value with a threshold value, and every time one correlation value is input. To 1
And a threshold value for determining that the input correlation value is close to the registered image to some extent, for example, a value equal to or larger than about half the number of pixels of the ring light image in the registered image. Then, the value of the counter at that time, that is, the i coordinate on the image is output. Since the j coordinate is the position of the epipolar line, this is a fixed value (j1)
Is output.

【0041】画像座標検出手段9から出力される座標
は、三次元座標計算手段10に入力される。三次元座標
計算手段10においては、入力された座標(i1 ,j1
)および(i2 ,j2 )のi座標から、(4)式を用
いて対象物13までの距離Lを計算する。ここでi座標
と(4)式のx0 の関係は(5)式で表される。 x0 =αi …(5) ここで、αは一定の係数で(撮像素子の幅)/(画像メ
モリの横方向画素数)で求められる。
The coordinates output from the image coordinate detecting means 9 are input to the three-dimensional coordinate calculating means 10. In the three-dimensional coordinate calculation means 10, the input coordinates (i1, j1
) And the i coordinate of (i2, j2), the distance L to the object 13 is calculated using the equation (4). Here, the relationship between the i coordinate and x 0 of the equation (4) is expressed by the equation (5). x 0 = αi (5) Here, α is a constant coefficient and is obtained by (width of image sensor) / (number of horizontal pixels of image memory).

【0042】三次元座標計算手段10で求められた対象
物13までの距離Lは、表示器11に表示される。また
距離Lを示す情報は上記産業用ロボットに直接入力され
て、産業用ロボットの制御に使用される。
The distance L to the object 13 obtained by the three-dimensional coordinate calculation means 10 is displayed on the display 11. Information indicating the distance L is directly input to the industrial robot and used for controlling the industrial robot.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
る三次元位置検出装置を提供できる。 (a) ビーム形状が円形であるため、レーザ光軸に対して
全周方向に対象物の部材端部を検出することができ、レ
ーザ光を走査する必要がなく、装置を小型化でき、か
つ、スキャナのような可動部がなくて済むため信頼性が
向上する。
According to the present invention, it is possible to provide a three-dimensional position detecting device having the following effects. (a) Since the beam shape is circular, it is possible to detect the member end portion of the object in the entire circumferential direction with respect to the laser optical axis, it is not necessary to scan the laser light, and the device can be downsized, and Reliability is improved because there is no need for moving parts such as a scanner.

【0044】(b) リング光の検出において、完全な形の
リング光との相関値を求めて、閾値との比較判定を行っ
ているため、小さなノイズや、形の異なるノイズとの区
別を明確に行なえ、誤計測が極めて少なくなり、計測精
度の向上が図れる。 (c) リング光がエピポーラライン上しか移動しないた
め、その検出に当たっては画像メモリ上の一走査線上の
みの探索で済み、処理時間の短縮が図れる。
(B) In the detection of ring light, the correlation value with the ring light of perfect shape is obtained and the comparison judgment with the threshold value is performed, so it is clear to distinguish between small noise and noise of different shapes. Therefore, erroneous measurement is extremely reduced, and measurement accuracy can be improved. (c) Since the ring light moves only on the epipolar line, only one scanning line on the image memory needs to be searched for the detection, and the processing time can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る三次元位置検出装
置の構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a three-dimensional position detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態に係る三次元位置検出装
置の撮像系による位置検出原理を説明するための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of position detection by the image pickup system of the three-dimensional position detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施形態に係る三次元位置検出装
置の作用説明図。
FIG. 3 is an operation explanatory view of the three-dimensional position detecting device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】従来例に係る三次元位置検出装置の構成を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a three-dimensional position detecting device according to a conventional example.

【図5】従来例に係る三次元位置検出装置による部材端
部の検出動作説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a detection operation of a member end portion by the three-dimensional position detecting device according to the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…リングレーザ光源 2…レーザ光源駆動回路 3…カメラ 4…光学バンドパスフィルタ 5…画像メモリ 6…二値化回路 7…登録メモリ 8…相関演算器 9…画像座標検出手段 10…三次元座標計算手段 11…表示器 12…リングレーザ光 13…対象物 14…スリットレーザ光源 15…スリット光 1 ... Ring laser light source 2 ... Laser light source drive circuit 3 ... Camera 4 ... Optical bandpass filter 5 ... Image memory 6 ... Binarization circuit 7 ... Registration memory 8 ... Correlation calculator 9 ... Image coordinate detection means 10 ... Three-dimensional coordinates Calculation means 11 ... Display device 12 ... Ring laser light 13 ... Object 14 ... Slit laser light source 15 ... Slit light

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】円錐状の拡がりを持つリング光を照射する
リングレーザ光源と、 このリングレーザ光源の投影中心と自己のレンズ中心と
を結ぶ直線に対して垂直な方向に光軸を有するカメラ
と、 このカメラから出力される画像を記憶するための画像メ
モリと、 前記リング光の画像を予め登録しておく登録メモリと、 前記画像メモリ内の一走査線に沿って横方向に移動しな
がら前記登録メモリに登録されているリング光の画像の
少なくとも一部を検出する相関演算器と、 この相関演算器により検出された領域の画像上での座標
を検出する画像座標検出手段と、 この画像座標検出手段により検出された座標から対象物
までの距離を計算する三次元座標計算手段とを有し、 前記対象物に向かって照射された前記リング光を前記カ
メラで撮像し、撮像された画像中から予め登録されてい
る画像の一部または全部を画像メモリ上の一走査線に沿
って横方向に検出することにより、対象物までの距離を
計測する事を特徴とする三次元位置検出装置。
1. A ring laser light source for irradiating a ring light having a conical spread, and a camera having an optical axis in a direction perpendicular to a straight line connecting a projection center of the ring laser light source and its own lens center. An image memory for storing an image output from this camera, a registration memory for pre-registering the image of the ring light, and a horizontal memory that moves along one scanning line in the image memory. A correlation calculator that detects at least a part of the ring light image registered in the registration memory, an image coordinate detection unit that detects the coordinates on the image of the region detected by the correlation calculator, and the image coordinates And a three-dimensional coordinate calculation means for calculating the distance from the coordinates detected by the detection means to the object, the ring light emitted toward the object is imaged by the camera, Tertiary characterized by measuring the distance to the object by detecting a part or all of the image registered in advance from the imaged image along one scanning line on the image memory. Original position detection device.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6750426B2 (en) 2000-08-29 2004-06-15 Kvaerner Masa-Yards Oy Welding arrangement and method
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