JPS60253902A - 円柱形状物の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は円柱形状物、例えばコンクＩＪ−トの埋込みボ
ルトや自動車のタイヤ取付部であるハブ面に埋込まれ定
検数個のボルト（ハブボルト）のような、円柱形状を含
む機械部品等の位置検出装置に関するものである。

（従来の技術） 機械部品の組立工程では、予め固定されたボルトに対し
てソ固定したいと思う部品をはさんで、ナツトをはめこ
むことにより、その部品を決められた物理的位置にしっ
かりと固定するような場合が多い。このような場合、人
間はまず、ボルト位置を確認する作業をほとんど瞬間的
に行ない、次に確認したボルト位置に部品を持って行き
、ナツトで締付ける、という２段階の作業を行なってい
る。この作業を自動化するためにはボルト位置を高速に
認識し、計測する手段が必要である。

従来から、ボルトのような突起した部品に対しては、接
触型セン（トを用いて機械的に検出する方法が試みられ
てきたが、このような方法の共通市な問題点として、機
械的に損傷を受け易く、摩耗のため長期的に安定した検
出を行なうことができないということがあげられる。ま
几、ボルト位置が予測できない場合には試行錯誤的に探
さなければならず時間がか力）るなと実用上困難なこと
が多く問題点を残す結果となっている。

そこで、接触型センサに代わるものとして、撮像装置を
利用して位置検出を行なう方法がある。

非接触な情報によるものである７′））ら接触型センサ
のように摩耗されることもなく、検出方法が一担確立さ
れれば長期的に安定した装置となることができる。

ここで、従来よりボルトのような円柱形状部品を非接触
に検出する方法は多数提案されているが、それらは誤検
出の原因となる円柱の影ができないように照明を工夫し
た上で、円柱形状を直接的に抽出し、これに基づいて位
置を計測する方法をとっている。この方法の欠点は、対
象となる円柱形状と背景との明暗の差が明確に表せない
場合、円柱形状と背景の領域を区別できなくなるため、
位置）よった色をしている場合には、どのように照明を
工夫しても明暗の差を明確にすることはできないので、
この方法の通用は困難であり、非接触型センナの長所を
有しながらも、問題点を残す結果となっている。

また、入力画像中の図形を認識する方法として、パター
ンマツチング法がよく知られている。

パターンマツチング法は記憶領域上に定義され次標準図
形パターンを入力画像中で走査しながら最もよいマツチ
ングのとれる領域を探す方法が代表的である。

この方法は原理的に簡単であるが、画像中の対象となる
図形とは無関係なところでもマツチングを行なわなけれ
ばならず、その分処理が冗長である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の点に鑑みなされｔもので、円柱形状物を
非接触で位置検出することができるとともに、円柱形状
物の色および材質と背景の色および材質とが同一であっ
ても正確に円柱形状物の位置検出ができ、且つ位置検出
処理の高速化を図っ元日柱形状物の位置検出装置を提供
することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、予め設定したパラメータ［基づいて円柱形状
物の投影像パターンをパターン発生回路によって作成し
、このパターン発生回路で作成された投影像パターンお
よび該パターンにおける円柱形状物の中心位置データを
記憶部に記憶し、この記憶部に記憶された投影像パター
ンに基づいて投影像領域の範１ｊＨを＃！ｆ徴抽出回路
によって決定し所定の投光手段によって照射された対象
物の投影像を撮像して得られる画像入力信号を量子化装
置によって量子化し、この量子化装置の出力信号のうち
前記特徴抽出回路で決定された範囲を満足する画像領域
を概略位置検出回路によって抽出し、この検出回路で抽
出された画像′偵域に対応し且つ前記記憶部に記憶され
た投影像パターンを判別回路によって前記概略位置検出
回路で抽出された画像に重ねるとともに、これら重ねら
れ次画像が一致する割合が所定値以上有るときに前記概
略位置検出回路で抽出された画像信号を通過させ、この
判別回路を通過した画像信号と前記記憶部に記憶された
円柱形状物の中心位置データとを比較回路によって比較
して対象物の中心位置を検出するよ・　うにしたことを
特徴としている。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を説明する
。まず、本発明は、例えば第２図（ａｌ　、　（ｂｌに
示すような円柱形状の機械部品１等の面に対して、第３
図に示す如く斜め上方から照明装置２によって光をあて
、これによって生ずる円柱形状の投影像１ａをカメラ等
の撮像装置３で撮像することが一つの特徴となっている
。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図であり、像１ａ
を撮像する、４は撮像装置３で得られた画像入力信号を
精子化する量子化装置である６５は後述する投影像パタ
ーンを発生させる為のパラメータを設定中るパラメータ
設定回路、６は円柱形状物（１）　投ｉ　像パターンを
発生させるパターン発生回路である。このパターン発生
回路６で作成された投影像パターン６ｉパターン記憶回
路７に記憶さり、、またパターン発生回路６で作成され
た投影像パターンにおける円柱形状物の中心位置データ
は、中心位首記ｔは回路８にｄバ憶さね、る。９はパタ
ーン記憶回路７に記憶された投影像パターンに基づいて
投影像領域の範囲を決定する特徴抽出回路である。１０
は量子化装置４の出力信号のうち特徴抽出回路９で決定
された範囲を満足する画像領域を抽出する概略位置検出
回路である。この検出回路１゜で抽出された画像は、判
別回路■１においてパターン記憶回路７に記憶されたパ
ターンのうち前記検出回路１０で抽出された画像領域に
対応する投影像パターンと重ね合わせられる。判別回路
１１で重ねられた画像が一致する割合が所定値以上有る
とき（ハ前記検出回路１．０の出方信号が円柱形状物１
の投影像１ａの画像であると判別される。この場合前記
検出回路１ｏで抽出された画像信号が比較回路１２に送
られる。比較回路１２は判別回路１１の出力信号と前記
中心位置記憶回路８に記憶された円柱形状物の中心位置
データを比較することによって円柱形状′吻１の中心位
置をめる。

次に前記パラメータ設定回路５とノくターン発生回路６
の詳細について述べる。

第３図において、ｈは円柱形状物】の高さ、ｒは円柱形
状物」の栄径、ψは照明装置２と投影面とのなす角度、
θは投影面における水平軸と、照明中心から投影面に下
した点と円柱形状物Ｊの中心を結ぶ直線とのなす用度を
示している。さらに、４は円柱形状物の投影像１ａ（７
）長さを示している。

いま、第３図に示すように、投影面に垂直に上方から撮
像すると第４図に示すような円柱形・状物の投影像に関
する画像が得られる。原点を図示Ａのようにとれば、円
柱形状物の投影像１ａは次の４条件で表すことができる
、 これらの条件力）ら、円柱形状物の投影像の範囲を次の
ように与えることができる。

（（条件１１１’ｌ（条件２１凸（条件ａ））Ｕｎ件４
　）　・＝　（２１ここに、Ｕは論理和、ｎは論理積で
あることを示す。

また、円柱形状物の中心位置を（ＸＱ　ｌ　７ｏ　）と
すれば次のように与えることができる。

ｙｏ＝　ｌ　ｓｉｎθ／２ 以上のように、円柱形状物１の投影像】ａと位置がｒ、
４．θで表わせることが明らかとなる。

なおｌはｈとψより、ｌ　＝　ｈ／ｌａｎψで与えられ
るので、結局、照明装置２と撮像装置３のセツティング
によって決ｄ）られるθ、ψとＬｌ（出対象となる円柱
形状物１の半径ｒと高さｈで表わしてもよい。

通常、照明装置４や撮像装置は一也セリティックされる
とａ１測中に動力）すことはなく、θおよびψは定数と
して与えることができる。従って１測対象となる円柱形
状物に関するｒとｈを与えることで簡単に円柱形状物の
投影像パターンを簡単に作成できる。

第５１．、＞はパター７発住回路６における投影塚パタ
ーンの発生例である。１ン）ｖｃおいて、Ｌは円柱形状
物の投影像の長さ４にゾ」応する画素数、Ｒは半径ｒに
対応する画素数であり、それぞれ次の関係がある。

ｒ、＝ｌＪ・工　／Ｅ Ｗ ）　・・・・・・・（４） 丘＝ｒ・工ｗ／Ｅｙ ここに、工Ｗ：画像の大きさ、Ｆ２ｗ　：視野の大きさ
で、Ｅｗ／Ｉ、は画像の分解能である。

また、図のように投影像パターンの記憶領域をｎｘｎの
大きさにとれば、記憶領域上の画累の位置Ｐ（１，ｊ）
と（１）式における座標点ＰＩＸ、７）との対応はたと
えば次のようにとることができる。

ｊ　＝　ｎ／２−７ これらのり、Ｒ，ｉ、ｊ、およびθにより％（２）式の
範囲を満足する記憶領域上の位置については０（黒に相
当）、満足しない位置に対しては１（白に相当）とした
パターンを発生させればよい。

このように作成された投影像パターンはバターン記憶回
路７に記憶され、このパターンにおける円柱形状物の中
心位置データは中心位置記憶回路８に記憶される。

上述のようにして、記憶領域上に作成した投影像パター
ンは幾つかの特徴を有しているが本発明では以下に示す
特徴量もまた、パターン作成時に抽出し、記憶している
。

投影像パターンに基づいて、まず、行方向１列方向の周
辺分布テーブルを第５図のように作成し、記憶する。周
辺分布は行方向９列方向に沿って図形を投影し友もので
、投影像パターンの場合は°行または列方向［Ｑの値が
連続して現われる画素（連結画素と呼ぶ。また、１組の
連結画素を連結成分と呼ぶ）の数に関するテーブルとし
て与えている。周辺分布は投影像パターンの特徴をよく
表わしている。

次に、特徴抽出回路９ではこれらの周辺分布テーブルか
ら、入力画像中の円柱形状物の投影像を探索するため、
行または列方向の連結画素の範囲（探索範囲と呼ぶ）を
次のようにしてめる。折重方向の連結画素数をＬｌ、列
方向の連結画素数をり、とすれば、各テーブルより。

Ｂ（ｍｌｌ≦Ｌ、≦Ｂ幅２） ここに、Ａ　（Ｋ、）、Ａ（、に、ｌは行方向周辺分布
テーブルのＫｌ　＋　ｘ、番目の値で、Ａ　（Ｋ、）＜
Ａ　ｆＫ、）であるように選んだものであり、Ｂ　（ｍ
ｌ　ｌ　、　Ｂ　［ｍｔ　）も同様に列方向周辺分布テ
ーブルのｍ、　、　ｍ２番目の値で、Ｂ　（ｍｌ　）　
＜　Ｂ　（ｍ２１　であるように選んだものである。

次ＶＣ概略位置検出回路１０の詳細を述べる。

撮像装置４から入力された信号を量子化して得られる０
と１のパターンを持つ画像（人力画像）中の円柱形状物
の投影像はある一定のかたまりを持つ０の値の集合で表
現されることから、円柱形状物の投影像を抽出するには
、行方向０列方向にそれぞれ投影像パターンから得られ
た探索範囲内にあるような連結成分を探せばよい。その
方法は次のように行なう。

１）入力画像の行方向に順ＶｃＯの連結画素を探してゆ
き、探索範囲を満足するものについて始点。

終点を１組とするアドレステーブルを作成する。

同様にして列方向についてもアドレステーブルを作成す
る。（第６図） ｉｌ）これらのアドレステーブルより、行１列方向に対
して同時に連結成分が存在する位置を抽出する。すなわ
ち、行方向アドレステーブルの各列における始点と終点
の範囲で示される行方向連結成分に対応した列方向アド
レステーブルの各行について、始点、終点の範囲で示さ
れる列方向連結成分の中から行方向アドレステーブルの
列アドレスに対応する位置を抽出すればよい。

円柱形状投影像が複数個ある場合も一度に得られる。な
お、１つの領域について複数の位置が抽出される場合が
あるが、その場合には、それらの位置の距離を測定し、
例えば次式のように判定する。相異なる２点を（１（１
，ｊｏｌ、（ｉＩ、　ｊ＋）とすれば １１＋−１ｏ１　＋　Ｉ　ｊ＋−ｊｏｌ≦Ｄ　・−−＝
（７１ここで、Ｄは適当に定めた正の値である。この条
件を満たすものは２点の位置が接近している場合であり
、倒れかを菓却する。

このようにして、円柱形状′吻の投影像と考えられる領
域を検出でき、これらの概略位置を記憶する。概略位置
が決まると、その位置（（工、　Ｊ）とする）に関する
行９列方向の連結画素数Ｌｌ　、　ＬＪと最もよく一致
する投影像パターンの周辺分布テーブル上の位置（（１
，ｊ）とする）をめる。これは次式のように行なう。行
２列方向周辺分布テーブルにおける連結画素数をそれぞ
れ、Ａ（１１（１≦ｉ≦ｎ）、Ｂ　ｆｊ）　（１≦ｊ≦
ｎ）、とすれば。

ｍ１ｎ（ＩＬニーＡｆｉｌｌ＋１ＬＪ−Ｂ（ｊｌｌｌ　
・・＝１８１（８）式より、概略位置に対応する投影像
パターンの位置（ｉ、ｊ）が得られる。、そこで判別回
路１１では、投影像パターンの位！（１，ｊ）が概略位
置（工、Ｊ）になるように人力画像上に投影像パターン
を重ね合せ、円柱形状物の投影像かどうかを次のように
して判定する。

１）投影像パターンを基準として、パターン内の投影像
と一致する割合が一定値以上の場合１１）投影像パター
ンを基準として、パターン内の背景の部分と一致する割
合が一定値以上この２つの条件を同時に満たす場合に円
柱形状物の投影像と判定する。

このように判別回路１１において入力画像中の円柱形状
物の投影像が得られると、投影像パターンにおける円柱
形状物の中心位置データ（記憶回路８）を利用して円柱
形状物の中心位置を検出することができる。

すなわち、入力画像中の円柱形状物の中心位置を（工。

＋　ＪＱ　）とすれば比較回路１２において次のように
められる。

Ｊｏ＝（Ｊ＋　−ｊｌ　ｌ　”　ｊ。

ここに、（工１＋Ｊ１１人力ｌＩ！ｉｉ像中の円柱形状
投影像上の任意の位置 （１＋、ｊ＋）　”投影像パターンにおいて（工１＋Ｊ
Ｉ）に対応する位置 （ｉｏ　、　ｊｏ）　二股影像パターンにおける円柱形
状中心位置 （３）式より、ｎｘｎの領域で あれば、次のようになる。

ｊ　ｏ　＝　ｎ／２−　ｅ　ＳＩｎθ／２Ｉｎ間によれ
ば、処理に要する時間はｇ略位置探索における行および
列方向アドレステーブル作成に要する時間、これらのア
ドレステーブルから概略位置を抽出するのに要する時間
、および、投影像パターンとの整合と判定に要する時間
、中心位置検出に要する時間となる。

いま、入力画像のサイズをＮＸＮ画素とすれば、行およ
び列方向アドレステーブル作成に要する時間はそれぞれ
Ｎ２に比列した時間となる。これらのテーブルは並列的
に処理できる。テーブルとして得られた連結成分数をそ
れぞれｍ、　、　ｍ、とし、また、投影像パターンのサ
イズをｎｘｎとすれば、通常。

Ｎ　）＞　ｍ、　、　ｍ２．　ｎであるので、結局アド
レステーブル作成時間が最も時間がかかるといえる。従
って、全体にかかる時間もＮ′に比例した時間といえる
。

それゆえ、従来のパターンマツチング法に比べて処理時
間の節約が行なえる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば次のような効果が得られる
。

（１）機械部品における円柱形状物の位置検出が容易に
行える。

円柱形状物としては、例えば、コンクリートの埋込みボ
ルトや自動車のタイヤ取付部であるノ・ブ面に埋込まれ
たボルトなどがある。

（２）非接触にて検出ができるのでＭ粍などの機械的損
傷がなく安定した検出が行える。

（３）照明を一方向から与えることにより生じる゛円柱
形状物の投影像を対象としているため、円柱形状投影像
と周囲の明暗の差が、円柱形状そのものと周囲の明暗の
差より明確に区別できる。

従来から、円柱形状と周囲の濁質が同一の場合には、明
暗の差が小さいため、円柱形状を抽出することが困難で
あったが、本発明によれば、同一の材質でも容易に区別
できる。

（４）円柱形状投影像から円柱形状の中心位置を推定で
きる。

（５）特徴抽出回路によって投影像領域の範囲を決定し
、その範囲に基づいて入力画像中の対象図形の概略位置
決めを行ない、対象図形とは関係のない領域ではパター
ンマツチングを行なわないようにしたので、位置検出処
理の高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図（ａｌ
　、　ｆｂｌはともに円柱形状部品の一例を示す斜視図
、第３図は本発明の一実施例の要部を説明する説明図、
第４図は円柱形状物の投影像図、第５図は円柱形状物の
投影パターンの発生例と周辺分布テーブルを示す説明図
、第６図はアドレステーブル作成例を示す説明図である
。 ］・・円柱形状物、１ａ・・投影像、２・・照明装置、
３・・撮像装置、４　・量子化装置、５・・パラメータ
設定回路、６・・ノ９′ター・ン発生回路、７・・・パ
ターン記憶回路、８・・・中心位置記憶回路、９・・特
徴抽出回路、１０・概略位置検出回路、１１−・・パタ
ーン判別回路、■２・・比較回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 予め設定したパラメータに基づいて円柱形状物の投影像
   パターンを作成するパターン発生回路と、このパターン
   発生回路で作成された投影像パターンおよび該パターン
   における円柱形状物の中心位置データを記憶する記憶部
   と、この記憶部に記憶された投影像パターンに基づいて
   投影像饋域の範囲を決定する特徴抽出回路と、所定の投
   光手段によって照射された対象物の投影像を撮像して侍
   られる画像入力信号を量子化する量子化装置と、この量
   子化装置の出力信号のうち前記特徴抽出回路で決定され
   た範囲を満足する画像領域を抽出する概略位置検出回路
   と、この検出回路で抽出された画像領域に対応し且つ前
   記記憶部に記憶された投影像パターンを前記概略位置検
   出回路で抽出された画像に重ねるとともに、これら重ね
   られた画像が一致する割合が所定値以上有るときに、前
   記概略位置検出回路で抽出された画像信号を通過させる
   判別回路と、この判別回路を通過した画像信号と前記記
   憶部に記憶された円柱形状物の中心位置データを比較す
   る比較回路とを備えたことを特徴とする円柱形状物の位
   置検出装置。