JPS62261002A

JPS62261002A - 光切断法により円形突起物の位置を３次元的に認識する装置

Info

Publication number: JPS62261002A
Application number: JP10300486A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saito; 浩斉藤; Kazunori Noso; 千典農宗
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1987-11-13
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH0765889B2

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】［発明の技術分野］この発明は、光切断法により円形突起物の位置を３次元
的に認識する装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］例えば円形突起に部品を組付ける作業をロボットを用い
て自動化する場合、円形突起の位置を３次元的に認識す
る視覚システムが必要になる。円形突起がＣ〕ボットに
対して静止しているのであれば、突起の位置を認識する
装置の構成はそれ程面倒ではないが、対象物がコンベア
等で移動している場合、その物体の円形突起の位置を３
次元的に認識することは困叉区である。しかも、移動づ
る物体の円形突起の位置をＩＦ接触で検出する必要があ
る。従来このような要求に見合う３次元視覚システムは
実用化されていない。

［発明の目的コこの発明（ま前述したような技術的背景に鑑みなされた
ちので、その目的は、移動する物体に対ブる部品組み付
は作業をロボットで自動化する等に応用すべく、円形突
起物の１ｉ置を３次元的に認識することを、光切断法に
より非接触でかつ高速に行える装置を提供することにあ
る。

［発明の概要］この発明に係る光切断法により円形突起物の位置を３次
元的に認識する装置は、対象物にスリット光を照射して
光切断線を生じさせ、その光切断線をカメラで撮像し、
対象物に係わる３次元形状情報を算出可能な画像データ
を得る光切断法による光学系／搬像系と、光切断線が円
形突起物を横断するようにスリット光を照射し、その光
切断線が上記円形突起物の端面の外形円と交わる２点を
検出する手段と、上記２点を結ぶ弦長を算出する手段と
、光切断線を移動させて上記弦長の等しい２木の光切断
線の対を見いだす手段とを有するものである（第１図参
照）。

［発明の実施例コ第２図はこの発明の一実施例による装置の構成を示して
いる。レーザ等を用いた投光器１からスリット光２が出
射し、そのスリット光２が可動ミラー３″で反射して対
象物４に照射される。対象物４の表面にはスリット光２
による輝線（光切断線）２ａが生じる。この実施例にお
いては、対象物４は平板状の物体とし、その表面に円形
突起５が存在する。

対象物４の上方に設置したテレビカメラ６で光切断線２
ａを含む部分を撮像する。得られた画像信号は、演算部
１０の制御により、画像信号取込部７から画像メモリ８
に書き込まれ、表示部９に表示される。可動ミラー３は
、演算部１ｏの制御により、ｈ…引制御部１１によって
駆動されて変位する。可動ミラー３の変位によってスリ
ット光２がｈ１引され、対象物４上でスリット光２の照
射位置を変えるようになっている。

突起位置算出部１２は、演算部１０から指令信号を受４
−Ｊて、円形突起５の中心位置および法線方向を計算す
る。

第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）はカメラ６で得られた画像デ
ータの例であり、２ｂは光り断線２ａの像である。この
ように、カメラ６から得られる画像データにおいては、
円形突起５の部分で、その高さに応じた段差をもつ光切
断線８１２ｂが観測される。ここで、突起５の円形端面
上に生じる弦の両端の点をＡとＢで示づことにする。な
お、第３図（ａ　）　　（ｂ　）　　（ｃ　）は対象物
４の傾きがそれぞれ異なる場合の画像例である。

演算部１０は、画像メモリ８に格納された画像データに
基づいて、対象物４上における円形突起５の輪郭（外形
円）と光切断線２ａとの交点Ａ。

Ｂの３次元座標を、光切断法による３次元側拒の原理に
基づいて算出（ると共に、線分ＡＢの長さを算出する。

また、）Ｖｉ算郡部１０、掃引ａｉｌ＋御部１１を制御
してスリット光２をｈ９引し、第３図（ｂ）に示すよう
に、円形突起５にＡ点ど８点で交ゎ、る光切断線と、弦
長ＡＳに等しい弦長を有する０点とＤ点で交わる別の光
切断線とを見い出す。

突起位置算出部１２は、ＡＢ＝ＣＤの関係およびＡ、Ｂ
、Ｃ，Ｄ４点の座標値から、円形突起５の中心位ｎと法
線方向をり７出し、表示部９に表示する。

ＡＢ＝ＣＤの関係にある４点の座標をそれぞれＡ（Ｘｌ
、Ｖｌ、Ｚ　　１　）　、Ｂ（Ｘ２．Ｖ２．Ｚ２）Ｃ（
Ｘ３．Ｖ３．２３　　）、Ｄ（Ｘ　　４　、Ｖｌ、Ｚ　
　４　）とし、円形突起５の中心座標を（ｘ　、　ｙ　
、　ｚ　）、また円形突起５の中心の単位法線ベクトル
を（斐。

ｍ、ｎ）とする。突起位置算出部１２はＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ点の座標値を与えられ、次に示ず式によって円形
突起５の中心位置と単位法線ベクトルを計算する。

【：次に、Ａ　Ｂ　＝　ＣＤの関係にある２本の光切Ｉ！Ｊ
ｉ線を児つりるための制御と処理を第４図ｃＩ３よび第
５図に基づいて説明する。

まず、ステップ３０１で最新の画像データを画像メモリ
８に取込み、ステップ３０２で、その画像データから光
切断線と円形突起の輪郭との交点Ａと８の座標を検出す
る。ステップ３０２の詳細は、第６図、第７図に基づい
て後述する。

ここで、ステップ３０３においてＡ、Ｂ点の検出が行な
われなかった（光切断線が円形突起と交わらなかった）
ことがわかると、ステップ３０４で、スリット光２を一
定方向（ここでは下向きとする）に幅αだけ移動させ、
ステップ３０１で新たな画像データをメモリ８に取込み
、再び切断点を探索する。

ステップ３０３において、Ａ、Ｂ点の検出が行なわれた
ことがわかると、ステップ３０５において、線分ＡＢの
長さ、すなわち弦長Ｌ１を算出する。

次にステップ３０６で、スリット光２を一定方向（ここ
では下向きとする）に幅βだけ移動させ、ステップ３０
７で新たな画像データをメモリ８に取込み、ステップ３
０８で移動後の光切断線と円形突起との交点ＣとＤの座
標を検出し、ステップ３０９でＣ１０点が検出されたこ
とがわかると、ステップ３１０で線分ＣＤの長さ、すな
わち弦長Ｌ２をσ出する。ステップ３０９でＣ１０点が
検出されないことがわかると、ステップ３０４で前述し
た制御を行ない、再びＡ、Ｂ点の探索を行なう。

さて、Ｌ＋　、Ｌ２が算出されると、次のステップ３１
１．３１４でそれらの大小を比較する。Ｌｌの方が１２
より長いｆ１合はステップ３１５に進み、スリット光２
を上記とは反対に上向きに、しかも上記より多い幅β＋
△だけ移動させ、最初のステップ３０１に戻る。この場
合の光切断線の移動の様子を第５図（Ｃ）に示す。光切
断線はＡＳの位置から移動幅βに対応して下向きに移動
してＣＤの位［ｉに移り、次に上向ぎに移動幅β＋Δ分
だけ移動する。その結果、３番目の光切断線はＡＢの位
置より上になり、この時の交点を新たなＡＢとして、ス
テップ３０１以降の処理が繰り返される。

Ｌ２の方がＬｌより長い場合は、ステップ３１６に進み
、スリット光２を上向きに、かつ上記より少ない幅β−
６分だけ移動させ、最初のステップ３０１に戻る。この
場合の光切断線の移動の様子を第５図（ａ　）に示す。

ステップ３１５またはステップ３１６による処理が何回
か繰り返されるうちに、Ｌ＋　＝１２となる状態が見い
出される。するとステップ３１２からステップ３１３に
進み、突起位置算出部１２に対してＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ点の
座標を与えると共に、突起位置、方向醇出指令を与える
。また同時に、スリット光を上向きに上記と同じ幅βだ
け移動させる。そしてステップ３０１に戻る。この場合
のスリン１−光の移動の様子を第５図（ｂ）に示す。

もし、円形突起５が動いていなければ、Ｌ＋　＝１２と
いう状態が一度見つかれば、スリット光を幅βだけ上下
してもその状態は崩れない。円形突起５が対象物４と共
に移動すると、その状態が崩れ、再びステップ３１５ま
たはステップ３１６の処理が行なわれて、Ｌ＋＝Ｉ−２
になる状態を追求していくことになる。

ここで、ステップ３０４における切断点が見つからなか
った時の移動幅αは、βに比べて充分大きくしておけば
、装置のスタート時を始め、何らかの原因で円形突起５
と光切断線２ａとが交わらなくなった時にも、正常状態
への復帰が高速で行なわれるようになる。では次に、第
４図におけるステップ３０２のＡ、ｂ点算出処理の詳細
について、第６図と第７図に基づいて説明する。

まず、第６図（ａ　）に矢印Ｖで示すように左上から右
下に向けてラスター走査を行ない、ある閾゛値以上の濃
度１ｕ′（を有する点を検出する。（ａ　）（ｂ　）　
　（ｃ　）の３つの例では、それぞれ○印を付けた点が
検出される。この時検出された点が画面端の点か否かを
評価し、（ａ　＞　　（ｂ　）の例のように画面端のに
（でない場合、その点を前記Ａ、Ｂ点の一方であると決
定する。

次に、画面下部から上部に向けて矢印Ｗで示づ“ような
ラスター走査を行ない、ある閥値以上の謂度直を有する
点を検出する。、（ａ）（ｂ）の例では、それぞれ△印
を付けた点が検出される。この時検出された点が（ａ　
）の例のように画面の左端である場合、先に検出したＱ
印の点はＢ点であると決定する。また（ｂ　’）の例の
ようにΔ印が画面の右端である場合、先に検出したＯ印
の点はＡ点であると決定する。

さて、先の上から下への水平なラスター走査Ｖによって
、画面端の点が検出された場合（第６図（Ｃ）の場合、
）ひき続き走査Ｖを行なうと、ある所で同−ｙアドレス
に対して、光切断線上の２点が検出される（第６図（Ｃ
）中口印を付けた点）。この時、先に検出した○印の点
が画面右端であった場合、２個の０印の点のうちＸアド
レスが小さい方の点がＢ点であると決定し、第６図には
示していないが、Ｑ印の点が画面左端であった場合、２
周の０印の点のうち、Ｘアドレスが大きい方の点がＡ点
であると決定する。

以上のようにして、交点Ａ、Ｂのうちｙアドレスの小さ
い方の１点が検出されるが、次に、他方の点を検出する
手法を第７図によって説明する。

第７図は先に説明した手法でＢ点を検出した場合である
。この時Ａ点はＢ点よりも左側かつ下側にあるため、Ｂ
点の左側かつ下側を探索することになる。まず、Ｂ点の
座標（ｘ　ａ　、　ｙ　Ｂ　）を記憶しておぎ、×Ｂを
デクリメント（−ＩＬＬだ点がある閾値以上の温度値を
有しているか否か（光切断線上の点か否か）を調べる。

もしそうでなかったら、Ｖ［３をインクリメント（＋１
）していき、最初にある閾値以上の１１度値を有する点
が表われたら、それを８１とし、その座標（Ｘ８＋、Ｖ
Ｂ＋）およびＢとＢ１のｙ座標の差（ＶＢ＋−ＶＢ）を
記憶する。この操作を順次繰り返していくと、ある所で
（光切断線の段差の部分で）ｙＢのインクリメント回数
が大きくなる（第６図、８４点）。

この時その１つ前に検出した点（Ｂ３）をＡ点と見なす
ことができる。

なお、最初にＡ点を検出した場合も同様の手順に従って
Ｂ点を検出できる。

以上のような処理によれば、円形突起物が物体表面と同
色であっても、光切断線の切断点は必ず生じるため、追
跡すべき円形突起物にマーキングをするなどといった操
作は一切不要である。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、この発明によれば、円形突
起物の位置を３次元的に認識することが、光切断法によ
り非接触で高速に行なえるので、円形突起物が移動して
いても、その中心位置、方向を算出しながらこれを追跡
し続けることができる。

この装置をロボットの３次元視党システムに応用ずれば
、コンベヤで移送される物体の円形突起物への部品の組
み付は作業等が容易に自動化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲に記載した構成要件を図解した
ブロック図、第２図はこの発明の一実施例装置の構成図
、第３図は同上装置におけるテレビカメラによる観測画
面を例示した図、第４図は同上装置において弦長の等し
い２本光切断線の対を見いだすための処理手順のフロー
チ１１−ト、第５図は第４図の処理の作用を示す図、第
６図および第７図は光切断線と外形円との交点を検出す
る処理の具体例の作用を示１図である。１・・・投光器　　　２・・・スリット光２ａ・・・光
切断線　２’ｂ・・・光切断線像３・・・可動ミラー　
４・・・対象物５・・・円形突起　　６・・・カメラ１０・・・演算部　　１１・・・掃引制御部１２・・・
突起位置算出部特許出願人　日産自動車株式会社第２Ｔ：Ａ第３図（ａ）　　　　　　　　　　　　ｔｂｌ　　　　　　　
　　　　　＋Ｃ１第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対象物にスリット光を照射して光切断線を生じさ
せ、その光切断線をカメラで撮像し、対象物に係わる３
次元形状情報を算出可能な画像データを得る光切断法に
よる光学系／撮像系と、光切断線が円形突起物を横断するようにスリット光を照
射し、その光切断線が上記円形突起物の端面の外形円と
交わる２点を検出する手段と、上記２点を結ぶ弦長を算
出する手段と、光切断線を移動させて上記弦長の等しい２本の光切断線
の対を見いだす手段と、を有することを特徴とする光切断法により円形突起物の
位置を３次元的に認識する装置。