JPS62229011A - 直線部分をもつ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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車や家電製品の生産ラインにおける部品
の組付は等のために、対象物、特に実質的に矩形状をな
す四つの直線部分をもった物体の位置ずれ、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］ 生産ライン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、姿勢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１例えば、自動
車の車体°や家電製品の本体に対する各種部品の組付け
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、認識等の対象になる自
動車の車体、家電製品の本体、ＩＣ基板等は、通常、実
質的に矩形状をなし、またそれらの認識対象物自体が矩
形状でなくても、矩形状の台車に載せて移動させるとか
、その対象物上に矩形部分が存在する場合が多い。

しかも、このように対象物が矩形状をなす場合には、認
識しようとする対象物として多数種のものが混在してい
ても、縦横の寸法を計測することによりその形状を識別
することができる。

従って、対象物の認識は、実質的に矩形状をなす部分の
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、及び縦横の寸法を正確に計測できれば充分であり
、それによって認識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］ 本発明者らは、上述した矩形状対象物の姿勢及び寸法の
認識を行うに際し、ＩＴＶカメラその他のイメージセン
サによる対象物の２次元画像を利用して、できるだけ簡
単な演算処理により、しかもできるだけ少ない数のイメ
ージセンサで、正確に計測する方法について検討し、本
発明をなすに至ったものである。

即ち１本発明の目的は、認識対象物が矩形状をなすのが
通例であることに着目し、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、複数のイメージセンサの画像の簡単な処理に
よって、正確に位置ずれ、姿・勢角及び寸法を計測可能
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、本発明においては、実質的に
矩形状をなす対象物の姿勢及び寸法を計測する計測域に
、基準位置にある平均的寸法の矩形状の対象物の周囲各
辺に対してそれらを視野内のほぼ中央におさめる四つの
イメージセンサを配置し、各イメージセンサによって得
られた画像から計測域にある対象物上の上記周囲各辺の
方程式を算出し、それらに基づく演算により、対象物の
位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測するという技術的手段
を採用している。

［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、姿勢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Ａ（＋の
中心に原点０を有するｘ−ｙ座標系を設定する。計測対
象物Ａとしては、縦横の寸法を異にする複数種のものが
混在するが、いずれも実質的に矩形状をなすものを対象
とする。矩形状の対象物とは、例えば自動車の車体を平
面的に見たものであっても、あるいは家電製品の本体や
ＩＣ基板等であってもよい、さらには、対象となる物が
矩形状でない場合には、その上に付されている矩形状の
部分、あるいはその物を載置した矩形状の台などを計測
対象物Ａとしても差支えない、また、縦横の寸法を異に
する複数種の計測対象物Ａが混在するということは、例
えば部品の組付は等のために計測域に順次送られてくる
自動車の車体として、幅Ｗ及び長さＨについての寸法を
異にする複数車種の車体が混在していることなどを意味
している。

第１図においては、基準位置における矩形状対象物ａＯ
の角部をＰＩ＊Ｐ２．Ｐ３及びＰ４、任意姿勢をとる対
象物Ａの角部をＰｉ、Ｐｉ＊Ｐ５及びＰｉｋし、また、
上記計測対象物Ａの各辺を、直線見、ｍ、５及び七によ
って示している。

上記対象物Ａの位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測する計
測域には、基準位置にある平均的寸法の矩形状の対象物
＾０の周囲各辺（直線１．ｍ、ｓ。

ｔ）のそれぞれに対して、その各辺を視野内のほぼ中央
におさめるＩＴＶカメラその他適宜のイメージセンサＶ
ｌ、Ｖ２１Ｖ３１Ｖ４　ヲ配ｅｌ　＋　６　。

上記対象物Ａがベルトコンベヤ等により移送すれ、計測
域に達したときには、通常、第１図に示すように、基準
位置に対する任意量の位置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
０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θ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、
上記イメージセンサＶｌ、Ｖ２．Ｖ３．Ｖ４により、そ
れぞれ対象物Ａの周囲各辺、即ち直線文。

ｍ、ｓ、ｔの位置を画像として検出し、それらの直線の
方程式を算出して、以下に説明するような演算を行うこ
とにより、対象物ＡのＸ軸及びｙ軸方向の位置ずれΔＸ
、Δｙ、基準姿勢に対する姿勢角θ、さらに対象物の幅
Ｗ及び長さＨを求めることができる。

まず、上記イメージセンサＶ　ｌ　＊　Ｖ　２　＊　Ｖ
　３　＊　Ｖ　ａの出力に基づく対象物Ａの周囲各辺の
直線見、　ｍ　、　ｓ　。

ｔの方程式は、一般に利用されている各種手段によって
求めることができ、例えばイメージセンサＶｌ、Ｖ２．
Ｖ３．Ｖ４によって得た画像を矩形状対象物Ａ内とそれ
以外の部分の明るさの差によって２値化し、微分等の適
宜処理を施すことにより、その直線上の点列を抽出可能
として、それらの点列を構成する各点の座標を求め、そ
れらの座標値を直線１、ｍ、ｓ、ｔの方程式に代入して
勾配及び切片を求める、などの手段を用いることができ
る。

即ち、直線文の方程式を、 ｙ＝Ａ１ｘ＋８１ とし、直線立上の点列を構成する各点（ｘ＋＋、ｙ＋＋
）をそれに代入して、平均的な勾配ＡＩ及び切片Ｂ１を
求めると、それらは、 によって与えられる。

同様にして、直線ｍの方程式を、 ｙ＝Ａ２ｘ＋８２ とし、直線ｍ上の点列を構成する各点（ｘｚｉ；ｙｚ’
ｔ）をそれに代入して、平均的な勾配Ａ２及び切片Ｂ２
を求めると、それらは、 によって与えられる。

また、対象物Ａｏの角部Ｐ２に対して位置がずれている
対象物Ａの角部ｐ５の座標は、 ・・・（１） によって表わされる。

従って、直線見が角θの傾きを有し、且つ２５点を通る
ことから、その直線文の方程式を求めると、 となり、勾配ＡＩ及び切片Ｂ１は。

Ａ１＝　ｔａｎθ　　　　　　　　　　　　　　−−−
（２）と表わされる。

また、同様にして直ｉ１ｍの方程式は。

となり、勾配Ａ２及び切片Ｂ２は。

Ａ２ニーｔａＪＩθ よ、ゎ６　！Ｎ６　ｍ　　　　　　　　　　　　”　”
　’　（０従って、上記（２）式より。

θ＝ｔａＴ１−１（Ａ１）・・・（５）としてθを求め
ることができ、また、直！Ｉｌｌ、ｍを表わす方程式の
切片に基づき、即ち上記（３）及び（０式より。

として、ΔＸ及びΔｙを求めることができる。

しかしながら、これらの（６）（７）式は未知のＷ及び
Ｈを含んでいるので、それを消去する必要がある。

そこで、イメージセンサＶ３．Ｖ４の出力を上記Ｗ及び
Ｈの計測に利用することになる。この場合にも、上述し
た場合と同様にして、直線ｓ、ｔの式に、それらの直線
上の点列を構成する各点の座標値（ｘ：＋＋、ｙ３＋）
　（ｘａｔ、ｙｎｔ）をそれに代入して、平均的な勾配
Ａ　３　＋　Ａ　４及び切片８３．Ｂ４を求め、対象物
Ａの角部Ｐｊの座標との関係から、直線Ｓについて１、
’、　　Ａ３＝　　ｔａｎθ ・・・（８） を得る。

同様に、直線ｔについて１ 、’、　Ａａ＝−ｔａｎθ ・・・（９） を得る。

そして、　（８）Ｘ　ｔａｎ　θ−（９）により、（８
）＋　（９）ｔａｎθにより、 が得られ、（６）（１０）式からΔＸを消去して。

（７）（１１）式からΔｙを消去して、を得る。

ここで、 ｃ　＝　ｃｏｓ　θ、　　　Ｄ　＝　ｓ’＋ｎθ。

と置くと、上記（１２）（１３）式は。

Ｃ・Ｗ−Ｄ　−Ｈ＋Ｅ＝　Ｏ Ｄ争Ｗ＋Ｃ・Ｈ＋Ｆ＝０ と表わされ、これらにより、次式のようにＨ及びＷを求
めることができる。

また、これらのＨ及びＷの値を前述した（６）（７）式
に代入することにより、ΔＸ及びΔｙの値も求められる
。

なお、以上においては、直線、ｌ、ｍ、ｓ、ｔを表わす
方程式の切片に基づいてΔＸ及びΔｙを計算しているが
、直線文９ｍあるいは直線ｓ、ｔの交点座標からその計
算を行うこともできる０例えば、直線文１ｍの交点であ
る対象物の角部Ｐｉの座標を（ｘ＋、ｙ＋）　、角部Ｐ
４の座標を（！２．Ｙ２）とすると、それらの座標値は
、 によって与えられ、これらに基づいて、ΔＸ、Δｙ、Ｗ
及びＨを計算することもできる。

このように、上記イメージセンサＶｌ、Ｖ２．Ｖ３．Ｖ
４に接続した演算装置で、上述した演算を行うことによ
って、対象物ＡのＸ軸及びｙ軸方向の位置ずれΔＸ、Δ
ｙ、基準姿勢に対する姿勢角θ、並びに対象物の寸法Ｈ
及びＷを簡単に求めることができる。

［発明の効果］ このような本発明の計測方法によれば、四つのイメージ
センサの出力に基づいて上述した式についての演算を行
うという簡易な手段によって、対象物の位置ずれ、姿勢
角及び寸法を正確に計測することができ、特に、イメー
ジセンサを利用して対象物上における各辺の直線の方程
式を求めるにすぎないので、イメージセンサにより対象
物の全体を観察して、パターン認識またはそれに準じた
技術により、その対象物の位置ずれ、姿勢角及び寸法を
計測する場合等に比して、演算処理が極めて簡単になる
ばかりでなく、非常に正確な測定を行うことができる。

また、このように簡単に計測できるため、イメージセン
サからの出力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、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る計測方法のについての説明図であ
る。 Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ３．Ｖ４　・＊　イ）−シセンサ、Ａ・
・対象物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、実質的に矩形状をなす対象物の姿勢及び寸法を計測
   する計測域に、基準位置にある平均的寸法の矩形状の対
   象物の周囲各辺に対してそれらを視野内のほぼ中央にお
   さめる四つのイメージセンサを配置し、各イメージセン
   サによって得られた画像から計測域にある対象物上の上
   記周囲各辺の方程式を算出し、それらに基づく演算によ
   り、対象物の位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測すること
   を特徴とする直線部分をもつ対象物の姿勢及び寸法の自
   動計測方法。