JPS62185105A - 方向性基準マ−ク等による対象物の姿勢及び寸法の自動計測方法 - 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】 ［ｉｔ業上の利用分野］ 本発明は、自動車や家電製品における部品の組付け、基
板へのＩＣの組付は等のために、対象物の位ごずれ、姿
勢角及び寸法を自動計測する方法に関するものである。

［従来の技術］ 生産工場における作業を自動化するため、従来から各種
方式のパターン認識技術が開発されている。このような
パターン認識技術は、何らかの手段により対象物自体の
形状等を判別しようとするものであり、そのパターン認
識のために使用する装置が比較的複雑で高価なものとな
るのが通例である。

しかるに、各種工場における組付は作業、例えば、自動
車の車体に対するエンジン、バッテリ。

燃料タンク等の組付け、家電製品の本体に対する各種部
品の組付け、基板へのＩＣの組付は等の自動化に際して
は、必ずしも上述したようなパターン認識技術を必要と
しない。即ち、認識等の対象に２なる自動車の車体、家
電製品の本体、ＩＣ基板等は、形状が一定であるのが通
例であるため、それらの形状を改めて判別する必要はな
く、単にそれらの認識対象物の基準位置に対する位置ず
れ、基準姿勢に対する姿勢角の傾きを計測すればよく、
さらに大小複数種の製品が混在する場合が多々見られる
が、この場合には製品の寸法を計測対象に付加すれば充
分であり、それによって装置自体を著しく簡単化し、安
価に提供することが可能になる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上述した工場における組付は作業等に
おいて、一般的なパターン認識技術を利用することなく
、対象物にその位置ずれ、姿勢角及び寸法の計測に必要
な方向性基準マークを含むＢｉ数のマークを伺し、それ
たのマークを利用して簡単■つ安価にそれらを計Ｊｌｌ
ｌ可能にすることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の計、！！ｌｌｌ　ｊ
ｉ法におり・ては、姿勢及び寸法を計ΔＩｌｌすべき対
象物上の離間位置に、方向性を有する方向性基準マーク
及び適宜の基準マークを付設し、画像入力装置によって
得た対象物の画像から、上記方向性基準マークの姿勢角
を、マーク図形のＳ軸への射影図形におけるＳ軸方向の
最大１１ＧＡｓと、Ｔ軸方向の最大高さをとる点のＳ座
標と射影図形のＳ軸上端部との間の幅Ａｐに基づいて、
それらの比で与えられるＱ　４ｆｉをパラメータとして
計７１１１１すると共に、各基準マークの重心位置の座
標値及び上述の姿勢角に基づく演算により、上記対象物
の位置ずれ及び基準マーク間の軸線方向距離を計測する
、という技術的手段を採用している。

［発明の効果］ このような本発明の計測方法によれば、画像入力装置に
よって得られた対象物の画像に対して、複雑な処理を施
す必要はなく、その画像における方向性基準マークにつ
いての簡単な処理により対象物の姿勢角を計測できると
共に、二つの基準マークの重心位置の座標値に基づく簡
単な演算により、対象物の位置ずれ及び基準マーク間の
軸線方向距離を計測することができる。しかも、それら
の計１１１１１に際して、対象物に単に方向性基準マー
クと適宜の基準マークの各１個を付設するだけでよいと
いう点でも、計測作業上において有利なものである。

また、このように対象物の姿勢及び寸法を簡単に計測で
きるため、ｌ１ｌＵｉｉ像入力装置からの画像の信号を
処理するための装置をハードウェア化することが容易で
あるばかりでなく、上記画像の信号の実時間処理が可能
となり、従って工場の生産ライン等における利用に極め
て好適である。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の方法をさらに具体的に説
明する。

第１図に示すように、いま、位置ずれ、姿勢角及び寸法
の計測対象物Ａが存在する空間に、基準位置における対
象物ＡＯの中心に原点０を有するｘ−ｙ座標系を設定す
る。この計測対象物Ａは、例えば自動車のボンネット内
を平面的に見たものであっても、あるいは自動車の車体
であっても、さらにＩＣ基板等であっても差支えない。

また、ここでは以下の数式による説明を簡単化するため
、ｘ−ｙ座標系の原点を基準位置にある対象物Ａの中心
に設定した場合について説明するが、上記原点は適宜位
置に設定することができる。

上記対象物Ａには、その上に方向性基準マーク１及び適
宜形状の基準マーク２の各１個を付設する。この方向性
基準マークｌは、図示したような２等辺３角形ばかりで
なく、方向性のある任意形状ノマークを使用することが
でき、それを対象物Ａ上の適宜位置に設けることができ
る。また、上記基質マーク２は、方向性基準マークｌと
対象物Ａの中心に対して点対象の位置に付設しているが
、適宜位置に設けることができ、この場合に、対象物Ａ
の対角位置など、後述の画像入力装ごとの関係で支障が
ない範囲内において、できるだけ間隔を置いて設けるの
が計測精度上望ましく、その形状、大きさは適宜選定す
ることができる。

この基準マーク１．２は、それを対象物Ａ上に塗料によ
って描記したり、あるいは対象物に対するラベルの貼着
等によって付設することもできるが、対象物Ａ上の有形
物体をそのまま利用することもできる。但し、その周辺
に同様の形状を有するものが存在しないことが、誤認識
を防止する上で望ましく、止むを得ずそれらが存在する
場合には、分別を容易にするため１色マークを用いるの
が効果的である。

上記対象物Ａがベルトコンベヤ等により移送され、位１
δずれ、姿勢角及び寸法の計測域に達したときには、第
１図に示すように、基へ畦位置に対する任意量の位１δ
ずれ及び任意量の姿勢角の傾きを有している。即ち、対
象物Ａの中心が座標系の原点Ｏに対してＸ軸及びｙ軸方
向にそれぞれΔＸ及びΔｙだけの位置ずれをもち、また
角Ｏだけ対象物の基準姿勢に対して傾斜している。

そこで、上記位置ずれ、姿勢角及び寸法の計測のため、
まず、ＩＴＶカメラ等の画像入力装置により、上記基準
マーク１．２を画像として撮像する。この画像入力装こ
は、各基準マーク１．２に共通のものを用いることもで
きるが、各マークごとに個別的に用いてもよく、その場
合に、基準マークに画像入力装置を近接配置して撮像す
ることにより１分解能を高め、計測精度を向上させるこ
とができる。

このようにして画像入力装置により入力された方向性基
準マーク１についての画像の信号は、画像処理装置にお
いて次のような処理を行うことにより、マークの方向、
即ち対象物の方向が計測される。

第２図には画像入力装置の視野内における映像の一例を
示している。この映像からマークｌの姿勢角０を計測す
るには、パラメータとして、以下に説明するＱ値なるも
のを用いる。

いま、第３図（イ）に示すように、固定されたＳ−Ｔ直
角座標系に任意の姿勢角Ｏで平面図形Ｐが置かれていた
とする。ここで、θは反時計回り方向を正、その反対を
負とする。第３図（ｒｌ）に示すように、上記平面図形
ＰのＳ軸への射影をとり。

その射影図形ＰのＳ軸方向の最大幅をＡｓ、　Ｔ軸方向
の最大高さをとる点のＳ座標と射影図形Ｐ′のＳ軸上の
左側端部との間の幅をＡｐとしたとき、ＡｓとＡｐの比
がＱ値であり、これを姿勢百計Δ１１用のパラメータと
する。

ここで、２等辺３角形を例にとり、上式に従ってＱ値を
算出した結果を第４図に示す。

このようにして得られるＱ値は、第４図から明らかなよ
うに、０＝Ｏを中心とする一定範囲内で、姿勢角０と一
義的に対応し、従って上記Ｑ値の計Ｊｌｌによって姿勢
角Ｏを求め得ることがわかる。なお、姿勢角が一定範囲
をこえたとき（第４直ちに姿勢角Ｏを求めることができ
なくなるが、実際上、姿勢角０が極端に大きくなること
はあり得ないため、計測に支障を来たすようなことはな
い。

また、対象物の位置ずれの計＋１１１に際しては、まず
、上記画像の信号を画像処理装置で処理することにより
、基準マーク１．２の重心位置ＰＩ及びＰ２が測定され
る。この重心位置の測定は、公知の手段により容易に行
うことができるが、その−例を筒単に説明すると、Ｘ−
Ｙ直角座標系上に基準マークが置かれているとした場合
、重心位置の座標（ＸＧ、ＹＧ）は、 によって与えられるため、この演算を行う演算装置を画
像入力装置に接続すればよい。但し、ｄｓは図形の微小
面積である。

上記により測定された基やマーク１．２の重心位置Ｐ！
及びＰｚは、それをｘ−ｙ座標系から見たときの座標を
、それぞれ、 Ｐ＋（ｘ＋、ｙ＋）、　　Ｐｚ（ｘｚ、ｙｚ）とすると
、それらの座標値が、 によって表わされる。

なお、上式におけるＷは、基準位置にある対象物Ａ上の
２個の基準マーク１及び２間のＸ軸方向の離間距離、Ｈ
は２個の基準マーク１及び３間のｙ軸方向の離間距離で
ある。

対象物Ａの中心位とのＸ軸及びｙ軸方向の位；ごずれΔ
Ｘ及びΔｙは、基準マーク１及び２について計ΔＩＩＩ
　した重心位置の上記座標値Ｐ　ｌ（！ｌ　、ｙ＋）　
。

Ｐ　２　（！２　、ｙｚ）から。

ｘ１＋ｘ７　　　　　　　　　　　　ｙ＋　＋　テ２Δ
Ｘ＝□、　Δｙ＝− という簡単な演算によって求めることができる。

、９なお、上記基準マーク１．２の重心位置は、Ｘ−ｙ
座標における座標（Ｈ、！＋）　　＋　（ｘｚ、ｙｚ）
としてではなく、基準位置にある対象物Ａ上の基準マー
クの重心位置に対する相対位置、即ち図中に示したＸ軸
及びｙ軸方向の位置ずれ（ｄ　ｘ＋　、　ｄ　Ｙ＋）　
　。

（ｄｘ２．ｄｙ２）として求めることもでき、これらの
値によっても上記ΔＸ、Δｙを同様に簡単に求めること
ができる。

さらに、大小複数種の対象物を判別するための基準とす
る寸法、即ち上記Ｗ及びＨの値は、ΔＸ、Δｙ及びθの
値が上述したところにより既知であるため、例えば基準
マーク２の重心位置の座標値。

Ｗ　　　　　Ｈ。

ｘ２＝−−ｃａｓｏ＋−５ｉｎＯ＋ΔＸＷ、　　　Ｈ ｙｚ“−７，５１ｎＯ−７００ｓ０＋Δｙに基づき、 Ｗ＝　２　（−（Ｘ２　ｃｏｓＯ＋Ｙ２　ｓｉｎθ）＋
（ΔｘｃｏｓＯ＋Δｙ　Ｓｉｎθ））Ｈ＝　２　（（Ｘ
２ｓＩｎｏ−Ｙ２　ＣＯ５θ）−（Δｘ　ｓｉｎθ−Δ
ｙ　ｃａｓｅ）　）によって求めることができる。

上述したところから明らかなように、対象物の位置ずれ
、姿勢角及び寸法は、簡単な演算により容易に計ΔＩＩ
Ｉすることができ、このような演算は、基準マーク１．
２の重心位置Ｐ１及びＰｚを計ΔＩＩＩする画像処理装
置に簡単な１ｌｉＩＴ算回路を接続することにより実現
することができる。

以上に詳述したように、本発明の自動計測方法によれば
、対象物の形状が予め定められている組付は作業等にお
いて、複雑、高価なパターン認識技術を利用することな
く、また対象物の画像に対して複雑な処理を施すことな
く、対象物に付した基やマークを利用して、簡単且つ安
価に位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測することができ、
しかも画像の信号を処理するための装置を容易にハード
ウェア化すると共に、その計測の実時間処理を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る計測方法についての説明図、第２
図は画像入力装置の視野の正面図、第３図（イ）（ａ）
はＱ値の計測に関する説明図、第４図は２等辺３角形の
Ｑ値の変化を示す線図である。 １．２　　・・基準マーク、 Ａ・・対象物。 汀　２　図 ＾Ｙ 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、姿勢及び寸法を計測すべき対象物上の離間位置に、
   方向性を有する方向性基準マーク及び適宜の基準マーク
   を付設し、画像入力装置によって得た対象物の画像から
   、上記方向性基準マークの姿勢角を、マーク図形のＳ軸
   への射影図形におけるＳ軸方向の最大幅Ａｓと、Ｔ軸方
   向の最大高さをとる点のＳ座標と射影図形のＳ軸上端部
   との間の幅Ａｐに基づいて、それらの比で与えられるＱ
   値をパラメータとして計測すると共に、各基準マークの
   重心位置の座標値及び上述の姿勢角に基づく演算により
   、上記対象物の位置ずれ及び基準マーク間の軸線方向距
   離を計測することを特徴とする方向性基準マーク等によ
   る対象物の姿勢及び寸法の自動計測方法。