JPS6365884B2 - - Google Patents
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- JPS6365884B2 JPS6365884B2 JP17452282A JP17452282A JPS6365884B2 JP S6365884 B2 JPS6365884 B2 JP S6365884B2 JP 17452282 A JP17452282 A JP 17452282A JP 17452282 A JP17452282 A JP 17452282A JP S6365884 B2 JPS6365884 B2 JP S6365884B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 4
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- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特にロボツトによる組立作業に好適
な、対象物体の光学像を検知し、それを解析する
ことによつて対象物体の位置および姿勢を検出す
る方法およびその方法を実施するための装置に関
する。
な、対象物体の光学像を検知し、それを解析する
ことによつて対象物体の位置および姿勢を検出す
る方法およびその方法を実施するための装置に関
する。
従来、物体の位置を検出する方法としては、物
体を全体的に照明し、これをTVカメラで撮像
し、このようにして得られた画像を２値化し、こ
の２値画像を処理することによつて検出する方法
が広く行なわれてきた。しかし、この方法では、
対象物の色が背景と大きく異なり、２値化によつ
て対象物のみが画像上で分離抽出できる必要があ
つた。また、この方法では奥行き方向の位置が検
出できないため、例えばロボツトによる組立作業
のように対象物を掴んだり、対象物に部品を取り
付けなければならない場合、この対象物は検出器
から既知の距離になければならず、したがつて作
業対象が制限されていた。
体を全体的に照明し、これをTVカメラで撮像
し、このようにして得られた画像を２値化し、こ
の２値画像を処理することによつて検出する方法
が広く行なわれてきた。しかし、この方法では、
対象物の色が背景と大きく異なり、２値化によつ
て対象物のみが画像上で分離抽出できる必要があ
つた。また、この方法では奥行き方向の位置が検
出できないため、例えばロボツトによる組立作業
のように対象物を掴んだり、対象物に部品を取り
付けなければならない場合、この対象物は検出器
から既知の距離になければならず、したがつて作
業対象が制限されていた。
また、ロボツトによる自動溶接用として、工業
用ロボツトに関する第11回国際シンポジウム
（11th Int.Symp.on Industrial Robots（1981））
第151頁から第158頁までに掲載されたテイー・バ
ンバ（T.Bamba）ほか著“ア・ビジユアルセン
サ・フオア・アークーウエルデイング・ロボツト
（Ａ Visual Sensor for Arc−Welding
Robots）”と題する論文に示された、ロボツトの
手先に光切断検出ヘツドを取付け、検出された光
切断波形を演算処理して溶接位置を自動的に検出
する方法があつた。しかし、この方法は、作業対
象を溝状のものに限定しているため、組立作業に
は使用できない。
用ロボツトに関する第11回国際シンポジウム
（11th Int.Symp.on Industrial Robots（1981））
第151頁から第158頁までに掲載されたテイー・バ
ンバ（T.Bamba）ほか著“ア・ビジユアルセン
サ・フオア・アークーウエルデイング・ロボツト
（Ａ Visual Sensor for Arc−Welding
Robots）”と題する論文に示された、ロボツトの
手先に光切断検出ヘツドを取付け、検出された光
切断波形を演算処理して溶接位置を自動的に検出
する方法があつた。しかし、この方法は、作業対
象を溝状のものに限定しているため、組立作業に
は使用できない。
さらに、この方法を組立作業に応用したものと
して、NBSの方法（ジー・ジエイ・ブエンダブ
ルグ（G.J.Vender Brug）ほか著、ア・ビジヨ
ン・システム・フオア・リアル・タイム・コント
ロール・オブ・ロボツト（Ａ Vision System
for Real Time Control of Robots）、工業用ロ
ボツトに関する第９回国際シンポジウム（9th
Int Symp on Industrial Robots）第213頁から
第230頁まで（1979）がある。この方法では、対
象物の位置、姿勢を知るためにロボツト・アーム
を移動させ、異なつた角度から対象物を見る必要
があるため、検出に時間がかかる欠点があつた。
して、NBSの方法（ジー・ジエイ・ブエンダブ
ルグ（G.J.Vender Brug）ほか著、ア・ビジヨ
ン・システム・フオア・リアル・タイム・コント
ロール・オブ・ロボツト（Ａ Vision System
for Real Time Control of Robots）、工業用ロ
ボツトに関する第９回国際シンポジウム（9th
Int Symp on Industrial Robots）第213頁から
第230頁まで（1979）がある。この方法では、対
象物の位置、姿勢を知るためにロボツト・アーム
を移動させ、異なつた角度から対象物を見る必要
があるため、検出に時間がかかる欠点があつた。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、高速に物体の位置および姿勢を検出する方
法、およびこれを実現する小型、軽量な検出装置
を提供することにある。
くし、高速に物体の位置および姿勢を検出する方
法、およびこれを実現する小型、軽量な検出装置
を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明による冒頭
に述べた種類の物体の位置および姿勢の検出方法
は、互いに直交する二つの平板状の光線を一つず
つ対象物体に照射し、平板状の光線と対象物体の
表面との交線を、二つの平板状の光線のなす角
90゜を２等分する平面上にあつて、且つ平板状の
光線の交線上に位置しなく、平板状の光線の交線
に対して傾斜した光軸を有する１台の撮像装置に
よつて撮像し、これによつて得られる画像上の明
るい線を分離抽出し、この分離抽出された線の画
像上の位置について、予め求めておいた実際の位
置と画像上との対応関係を参照することによつて
実際の座標系に変換し、解析することにより対象
物体の位置および傾きを３次元的に検出すること
を要旨とする。この方法を実施するための本発明
による物体の位置および姿勢の検出装置は、互い
に直交する二つの平板状の光線を発生する光源
と、二つの平板状の光線を切り換えて発光させる
装置と、平板状の光線と対象物体の表面との交線
の像を撮像すべく、二つの平板状の光線のなす角
90゜を２等分する平面上になつて、且つ平板状の
光線の交線上に位置しなく、平板状の光線の交線
に対して傾斜した光軸を有する１台の撮像装置
と、これによつて得られる画像上の明るい線を分
離抽出する装置と、それによつて分離抽出された
線と実際の座標位置の対応関係を格納する装置
と、分離抽出された線と格納された対応関係を比
較、解析する計算手段とを含んでいる。
に述べた種類の物体の位置および姿勢の検出方法
は、互いに直交する二つの平板状の光線を一つず
つ対象物体に照射し、平板状の光線と対象物体の
表面との交線を、二つの平板状の光線のなす角
90゜を２等分する平面上にあつて、且つ平板状の
光線の交線上に位置しなく、平板状の光線の交線
に対して傾斜した光軸を有する１台の撮像装置に
よつて撮像し、これによつて得られる画像上の明
るい線を分離抽出し、この分離抽出された線の画
像上の位置について、予め求めておいた実際の位
置と画像上との対応関係を参照することによつて
実際の座標系に変換し、解析することにより対象
物体の位置および傾きを３次元的に検出すること
を要旨とする。この方法を実施するための本発明
による物体の位置および姿勢の検出装置は、互い
に直交する二つの平板状の光線を発生する光源
と、二つの平板状の光線を切り換えて発光させる
装置と、平板状の光線と対象物体の表面との交線
の像を撮像すべく、二つの平板状の光線のなす角
90゜を２等分する平面上になつて、且つ平板状の
光線の交線上に位置しなく、平板状の光線の交線
に対して傾斜した光軸を有する１台の撮像装置
と、これによつて得られる画像上の明るい線を分
離抽出する装置と、それによつて分離抽出された
線と実際の座標位置の対応関係を格納する装置
と、分離抽出された線と格納された対応関係を比
較、解析する計算手段とを含んでいる。
物体の印置、姿勢を簡単に検出する方法として
光切断法を応用した方法がある。これは、第１図
に示すように、スリツト光源１とTVカメラ２よ
り構成された検出器を用いる。スリツト光源２よ
り投光された平板状の光線３と対象物表面の交
線、つまり光切断線４を、この光線の光軸とある
角度を持つななめの方向からTVカメラ２によつ
て撮像すると、例えば第２図に示すように、対象
物の断面形状が得られる。検出器より遠方にある
点ほど、画像上では上方に位置するので、この光
切断波形を抽出し、点ａ，a′の画像上の位置を検
出、処理することによつて、対象物までの距離と
左右方向の位置が検出でき、さらに、角度θを検
出することによつて、スリツト光線のなす平面と
垂直方向の軸まわりの対象物の回転角が検出でき
る。
光切断法を応用した方法がある。これは、第１図
に示すように、スリツト光源１とTVカメラ２よ
り構成された検出器を用いる。スリツト光源２よ
り投光された平板状の光線３と対象物表面の交
線、つまり光切断線４を、この光線の光軸とある
角度を持つななめの方向からTVカメラ２によつ
て撮像すると、例えば第２図に示すように、対象
物の断面形状が得られる。検出器より遠方にある
点ほど、画像上では上方に位置するので、この光
切断波形を抽出し、点ａ，a′の画像上の位置を検
出、処理することによつて、対象物までの距離と
左右方向の位置が検出でき、さらに、角度θを検
出することによつて、スリツト光線のなす平面と
垂直方向の軸まわりの対象物の回転角が検出でき
る。
第３図に示すようにこのような検出器を２組ス
リツト光線の光軸を一致させ、かつ光線のなす平
面が互いに直交するように配置し、それぞれ独立
に検出した対象物の位置および傾きの検出結果を
組合せて処理することによつて対象物上の複数の
点の位置と、対象物上の少なくとも１点の面の法
線方向を一意的に決定できる。
リツト光線の光軸を一致させ、かつ光線のなす平
面が互いに直交するように配置し、それぞれ独立
に検出した対象物の位置および傾きの検出結果を
組合せて処理することによつて対象物上の複数の
点の位置と、対象物上の少なくとも１点の面の法
線方向を一意的に決定できる。
しかし、このような構成をとると、光源とTV
カメラが３角形状に配置され、検出器が大型にな
る欠点がある。そこで、本発明では、第４図に示
すように２組のスリツト光源による十字状スリツ
ト光源を光軸のまわりに45゜回転させ、斜十字状
とし、いずれか１台のTVカメラ２により２本の
光切断線を検出することによつて、TVカメラを
１台とし、検出器の小型、軽量化を図つている。
また、光切断線の検出には、２組のスリツト光源
１ａ，１ｂを交互に発光させ、２つの直交する平
面内の光切断線を独立に検出することによつて、
以降の処理を簡単にし、高速化を図つている。
カメラが３角形状に配置され、検出器が大型にな
る欠点がある。そこで、本発明では、第４図に示
すように２組のスリツト光源による十字状スリツ
ト光源を光軸のまわりに45゜回転させ、斜十字状
とし、いずれか１台のTVカメラ２により２本の
光切断線を検出することによつて、TVカメラを
１台とし、検出器の小型、軽量化を図つている。
また、光切断線の検出には、２組のスリツト光源
１ａ，１ｂを交互に発光させ、２つの直交する平
面内の光切断線を独立に検出することによつて、
以降の処理を簡単にし、高速化を図つている。
つぎに、本発明による物体の位置および姿勢の
検出方法について説明する。
検出方法について説明する。
第４図に示した本発明による検出器の原理図に
おいて、２個のスリツト光源をそれぞれ一つずつ
発光させた場合に検出される光切断線と物体の実
際の位置との対応関係は、第５図ａ，ｂに示すよ
うに、ななめ格子状になる。この対応関係を予め
寸法が既知の模型を用いてこの位置を変えながら
求め、記憶装置に記憶させておくと、この対応関
係と照らしあわせることによつて、検出された光
切断線の画像上の位置から物体の実際の位置と傾
きを求めることができる。第５図ａおよびｂはそ
れぞれ第４図のxz平面およびyz平面における等
幅線（実線）と等距離線（破線）を表わす。
おいて、２個のスリツト光源をそれぞれ一つずつ
発光させた場合に検出される光切断線と物体の実
際の位置との対応関係は、第５図ａ，ｂに示すよ
うに、ななめ格子状になる。この対応関係を予め
寸法が既知の模型を用いてこの位置を変えながら
求め、記憶装置に記憶させておくと、この対応関
係と照らしあわせることによつて、検出された光
切断線の画像上の位置から物体の実際の位置と傾
きを求めることができる。第５図ａおよびｂはそ
れぞれ第４図のxz平面およびyz平面における等
幅線（実線）と等距離線（破線）を表わす。
２個のスリツト光源を切り換えることによつ
て、二つの互いに直交する平面における物体の位
置と傾きが求められるから、これらより物体上の
複数の点の３次元的な位置と物体上の少なくとも
１点の面の法線方向を一意的に求めることができ
る。検出対象物が円筒の端面など単純な形状であ
る場合には、物体の３次元的な位置と姿勢を完全
に決定できる。なお、本発明方法においては、２
個のスリツト光３ａ，３ｂの交線５が対象物と交
わるように事前に対象物と検出器が大まかに位置
合せされているものとし、本発明方法を用いて、
対象物の位置と姿勢を精密に検出するものとす
る。
て、二つの互いに直交する平面における物体の位
置と傾きが求められるから、これらより物体上の
複数の点の３次元的な位置と物体上の少なくとも
１点の面の法線方向を一意的に求めることができ
る。検出対象物が円筒の端面など単純な形状であ
る場合には、物体の３次元的な位置と姿勢を完全
に決定できる。なお、本発明方法においては、２
個のスリツト光３ａ，３ｂの交線５が対象物と交
わるように事前に対象物と検出器が大まかに位置
合せされているものとし、本発明方法を用いて、
対象物の位置と姿勢を精密に検出するものとす
る。
まず、検出される光切断線の画像上での位置と
物体の実際の位置の対応関係を求める方法につい
て具体的に説明する。ここでは、第４図１ａに示
した片方のスリツト光源についてのみ説明する。
他方のスリツト光源１ｂの場合も同様である。第
６図に示すように、２個のスリツト光の交線がｚ
軸に一致し、１ａのスリツト光源によるスリツト
光がxz平面に一致するような直角座標系xyzを仮
定する。まず、第６図に示す装置を用いてｚ方向
の距離と対応関係を求める。第６図において平板
６はxy平面に平行でｚ軸方向に自由に移動可能
であるとする。例えば、目盛付三角柱７を用いて
平板を１cmずつ検出器より遠ざけながら、画像上
での光切断線の位置を求めて行くと、第７図に示
すような等距離線図が得られる。つぎに、第７図
に示した平板６の代わりに一定の幅を持つた平板
をいくつか用意して、ｘ方向の位置との対応関係
を求める。平板のｘ方向の幅を例えば２cmきざみ
として、それぞれの平板をｚ軸方向に移動させな
がら検出される光切断線の端点の位置を求めて行
くと、第８図に示すような等幅線図（ｘ座標）が
得られる。第７図に示した等距離線図と第８図に
示した等幅線図において、線図上のある垂直の線
hh′に沿つた距離および幅の変化を見ると、それ
ぞれ第９図および第１０図のようになる。これら
を線図上の横方向の座標ｉにおける距離の関数zi
および幅の関数xiとして、線図上の縦方向の座標
ｊを変数として表わすと zi＝ｆ(j)＝ai0＋ai1ｊ＋ai2j2＋ai3j3＋ …(1) xi＝ｇ(j)＝bi0＋bi1ｊ＋bi2j2＋bi3j3＋…(2) と近似することができる。何次まで近似するかは
必要とされる検出精度より決定する。線図上のす
べてのｉ（例えばｉ＝１〜256）についてaio，bio
（ｎ＝０、１、２…）を以上の方法であらかじめ
求めておけば、検出された光切断線より式(1)(2)を
用いて、逆にそのｚ方向およびｘ方向の位置を求
めることができる。また、検出対象が平面でその
傾きを求める場合、光切断線の端点の座標（ｘ、
ｚ）（x′、z′）より、 θx＝tan-1z′−ｚ／x′−ｘ (3) を用いてｘ軸とその平面のなす角を求めることが
できる。
物体の実際の位置の対応関係を求める方法につい
て具体的に説明する。ここでは、第４図１ａに示
した片方のスリツト光源についてのみ説明する。
他方のスリツト光源１ｂの場合も同様である。第
６図に示すように、２個のスリツト光の交線がｚ
軸に一致し、１ａのスリツト光源によるスリツト
光がxz平面に一致するような直角座標系xyzを仮
定する。まず、第６図に示す装置を用いてｚ方向
の距離と対応関係を求める。第６図において平板
６はxy平面に平行でｚ軸方向に自由に移動可能
であるとする。例えば、目盛付三角柱７を用いて
平板を１cmずつ検出器より遠ざけながら、画像上
での光切断線の位置を求めて行くと、第７図に示
すような等距離線図が得られる。つぎに、第７図
に示した平板６の代わりに一定の幅を持つた平板
をいくつか用意して、ｘ方向の位置との対応関係
を求める。平板のｘ方向の幅を例えば２cmきざみ
として、それぞれの平板をｚ軸方向に移動させな
がら検出される光切断線の端点の位置を求めて行
くと、第８図に示すような等幅線図（ｘ座標）が
得られる。第７図に示した等距離線図と第８図に
示した等幅線図において、線図上のある垂直の線
hh′に沿つた距離および幅の変化を見ると、それ
ぞれ第９図および第１０図のようになる。これら
を線図上の横方向の座標ｉにおける距離の関数zi
および幅の関数xiとして、線図上の縦方向の座標
ｊを変数として表わすと zi＝ｆ(j)＝ai0＋ai1ｊ＋ai2j2＋ai3j3＋ …(1) xi＝ｇ(j)＝bi0＋bi1ｊ＋bi2j2＋bi3j3＋…(2) と近似することができる。何次まで近似するかは
必要とされる検出精度より決定する。線図上のす
べてのｉ（例えばｉ＝１〜256）についてaio，bio
（ｎ＝０、１、２…）を以上の方法であらかじめ
求めておけば、検出された光切断線より式(1)(2)を
用いて、逆にそのｚ方向およびｘ方向の位置を求
めることができる。また、検出対象が平面でその
傾きを求める場合、光切断線の端点の座標（ｘ、
ｚ）（x′、z′）より、 θx＝tan-1z′−ｚ／x′−ｘ (3) を用いてｘ軸とその平面のなす角を求めることが
できる。
つぎに、光切断線の検出方法について説明す
る。この場合もやはり第４図に示した片側のスリ
ツト光源１ａを用いた場合について説明する。
TVカメラ１によつて撮像した光切断線はスリツ
ト光の幅、光学系のぼけなどにより一般にはある
幅をもつている。そこで、TVカメラの水平走査
方向を第７図および第８図に示した線図の垂直方
向に一致させ、各水平走査線内の最明点を検出
し、その位置を各ｉにおけるｊの値とする（第１
１図）。このようにして、式(1)(2)を計算するため
の光切断線の抽出波形を得る。
る。この場合もやはり第４図に示した片側のスリ
ツト光源１ａを用いた場合について説明する。
TVカメラ１によつて撮像した光切断線はスリツ
ト光の幅、光学系のぼけなどにより一般にはある
幅をもつている。そこで、TVカメラの水平走査
方向を第７図および第８図に示した線図の垂直方
向に一致させ、各水平走査線内の最明点を検出
し、その位置を各ｉにおけるｊの値とする（第１
１図）。このようにして、式(1)(2)を計算するため
の光切断線の抽出波形を得る。
本発明では、直角に配置された二つのスリツト
光源を交互に発光させ、xz平面、yz平面の光切
断線の抽出波形を得、式(1)(2)(3)およびyz平面に
おいて同様にして求められる三つの式を用いて、
それぞれの平面内における物体の位置および姿勢
を求め、物体の３次元的な位置および傾きを検出
する。つぎにこの過程を第１２図に示す円柱状の
物体８および第１３図に示す平面上にあいた円形
の孔９を例に説明する。
光源を交互に発光させ、xz平面、yz平面の光切
断線の抽出波形を得、式(1)(2)(3)およびyz平面に
おいて同様にして求められる三つの式を用いて、
それぞれの平面内における物体の位置および姿勢
を求め、物体の３次元的な位置および傾きを検出
する。つぎにこの過程を第１２図に示す円柱状の
物体８および第１３図に示す平面上にあいた円形
の孔９を例に説明する。
まず、円柱状の物体８の位置および姿勢の検出
法について説明する。第４図１ａのスリツト光源
を発光させた場合、例えば第１４図実線で示すよ
うな光切断像がTVカメラ１より検出されたとす
る。同図で縦方向の最明点の位置を検出し、光切
断波形を抽出すると第１５図のようになる。この
波形を折線近似し、各線分の端点の座標（ｉ、
ｊ）を予め求めておいた式(1)(2)を用いて実際の座
標（ｘ、ｚ）に変換すると、第１６図のようにな
る。この図において、最も検出器に近い線分Ａす
なわち、最もｚ座標の小さい線分の中点より、傾
きが小さい場合の円柱状の物体のｘ方向の中心位
置の近似位置が求められる。また、式(3)を用いて
xz方向の傾きが求められる。つぎに第４図１ｂ
のスリツト光源を発光させ、第１４図破線に示す
光切断像が得られた場合も全く同様にして、最も
検出器に近い線分Ｂより円柱状物体のｙ方向の中
心位置と、yz方向の傾きが求められる。また、
検出器から対象物中心位置までの距離ｚは、円柱
の上面が平面とし傾きが小さいと仮定した場合、 ｚ＝z1＋z2／２＋z4−z3／y2−y1・y1＋y2／２ (4) または ｚ＝z3＋z4／２＋z2−z1／x2−x1・x1＋x2／２ (5) で近似的に求められる。ここで、x1，x2，y1，y2
は求められた２本の光切断線の端点の座標、z1，
z2，z3，z4は、四つの点におけるｚ座標である。
傾きが大きい場合には、求めた平面の傾きにより
検出器全体を移動させ、その法線の方向から同様
な検出を行ない、対象物の中心位置および、距離
を正確に求める必要がある。
法について説明する。第４図１ａのスリツト光源
を発光させた場合、例えば第１４図実線で示すよ
うな光切断像がTVカメラ１より検出されたとす
る。同図で縦方向の最明点の位置を検出し、光切
断波形を抽出すると第１５図のようになる。この
波形を折線近似し、各線分の端点の座標（ｉ、
ｊ）を予め求めておいた式(1)(2)を用いて実際の座
標（ｘ、ｚ）に変換すると、第１６図のようにな
る。この図において、最も検出器に近い線分Ａす
なわち、最もｚ座標の小さい線分の中点より、傾
きが小さい場合の円柱状の物体のｘ方向の中心位
置の近似位置が求められる。また、式(3)を用いて
xz方向の傾きが求められる。つぎに第４図１ｂ
のスリツト光源を発光させ、第１４図破線に示す
光切断像が得られた場合も全く同様にして、最も
検出器に近い線分Ｂより円柱状物体のｙ方向の中
心位置と、yz方向の傾きが求められる。また、
検出器から対象物中心位置までの距離ｚは、円柱
の上面が平面とし傾きが小さいと仮定した場合、 ｚ＝z1＋z2／２＋z4−z3／y2−y1・y1＋y2／２ (4) または ｚ＝z3＋z4／２＋z2−z1／x2−x1・x1＋x2／２ (5) で近似的に求められる。ここで、x1，x2，y1，y2
は求められた２本の光切断線の端点の座標、z1，
z2，z3，z4は、四つの点におけるｚ座標である。
傾きが大きい場合には、求めた平面の傾きにより
検出器全体を移動させ、その法線の方向から同様
な検出を行ない、対象物の中心位置および、距離
を正確に求める必要がある。
つぎに、平面上に垂直にあいた円形の孔の中心
位置および孔のあいている方向の検出法について
説明する。第１７図にTVカメラより検出される
光切断像の１例を示す。この場合も、前例と同様
に二つの光切断線を二つのスリツト光源１ａ，１
ｂを切り換えて独立に検出する。第１７図におい
て実線と破線は、このようにして得られるxz平
面とyz平面の光切断線をそれぞれ示している。
二つの光切断線の端点a1，a2およびb1，b2を結ん
だ線分a1a2，b1b2を前例において第１４図に示し
た線分ＡとＢに対応させて考えると、全く同様に
孔の中心位置および孔のあいている方向を検出で
きる。
位置および孔のあいている方向の検出法について
説明する。第１７図にTVカメラより検出される
光切断像の１例を示す。この場合も、前例と同様
に二つの光切断線を二つのスリツト光源１ａ，１
ｂを切り換えて独立に検出する。第１７図におい
て実線と破線は、このようにして得られるxz平
面とyz平面の光切断線をそれぞれ示している。
二つの光切断線の端点a1，a2およびb1，b2を結ん
だ線分a1a2，b1b2を前例において第１４図に示し
た線分ＡとＢに対応させて考えると、全く同様に
孔の中心位置および孔のあいている方向を検出で
きる。
以下、本発明による検出装置の一実施例を第１
８図により説明する。
８図により説明する。
本発明の原理を示した第４図における二つのス
リツト光源１ａ，１ｂは本実施例においては、ハ
ロゲン・ランプ１０ａ，１０ｂ、シリンドリカ
ル・レンズ１１ａ，１１ｂ、スリツト１２ａ，１
２ｂおよびレンズ１４で構成されている。また、
二つのスリツト光を合成して斜十字状のスリツト
光を得るため、光路の途中にハーフ・ミラー１３
を置いている。シリンドリカル・レンズ１１ａ，
１１ｂは、ハロゲン・ランプ１０ａ，１０ｂのフ
イラメントの像がそれぞれスリツト１２ａ，１２
ｂ上に結像するように配置される。またレンズ１
４およびハーフ・ミラー１３は、二つのスリツト
１２ａ，１２ｂの像が対象物上で斜十字状に結像
するように配置される。一方、TVカメラ２ｃは
通常の撮像管式の白黒TVカメラであり、スリツ
ト光の光軸に対してななめ方向かつ水平走査方向
が上下方向になるように配置され、対象物の光切
断線を撮像する。１７はマイクロコンピユータま
たはミニコンピユータであり、装置全体の制御お
よび式(1)〜(5)に示した計算を行なう。１８は記憶
装置であり、式(1)(2)のaio，bio（ｉ＝１、２…、
256、ｎ＝０、１、２、３…）を予め格納してお
くものである。１５は照明切換え装置であり、２
組のスリツト光源を切り換えて発光させる。また
１６は特願昭54−146427号に示された光切断線抽
出回路であり、TV信号の各水平走査線上の最明
点の位置を検出し、光切断線抽出波形をコンピユ
ータ１７に対し出力する。
リツト光源１ａ，１ｂは本実施例においては、ハ
ロゲン・ランプ１０ａ，１０ｂ、シリンドリカ
ル・レンズ１１ａ，１１ｂ、スリツト１２ａ，１
２ｂおよびレンズ１４で構成されている。また、
二つのスリツト光を合成して斜十字状のスリツト
光を得るため、光路の途中にハーフ・ミラー１３
を置いている。シリンドリカル・レンズ１１ａ，
１１ｂは、ハロゲン・ランプ１０ａ，１０ｂのフ
イラメントの像がそれぞれスリツト１２ａ，１２
ｂ上に結像するように配置される。またレンズ１
４およびハーフ・ミラー１３は、二つのスリツト
１２ａ，１２ｂの像が対象物上で斜十字状に結像
するように配置される。一方、TVカメラ２ｃは
通常の撮像管式の白黒TVカメラであり、スリツ
ト光の光軸に対してななめ方向かつ水平走査方向
が上下方向になるように配置され、対象物の光切
断線を撮像する。１７はマイクロコンピユータま
たはミニコンピユータであり、装置全体の制御お
よび式(1)〜(5)に示した計算を行なう。１８は記憶
装置であり、式(1)(2)のaio，bio（ｉ＝１、２…、
256、ｎ＝０、１、２、３…）を予め格納してお
くものである。１５は照明切換え装置であり、２
組のスリツト光源を切り換えて発光させる。また
１６は特願昭54−146427号に示された光切断線抽
出回路であり、TV信号の各水平走査線上の最明
点の位置を検出し、光切断線抽出波形をコンピユ
ータ１７に対し出力する。
対象物の検出を行なう前に、前に説明したよう
に、式(1)(2)を示す係数（および、同様にして得ら
れるyiの係数）を記憶装置に格納する作業が必要
である。第６図に示した装置を用いて、すでに説
明したように、等距離線図（第７図）および等幅
線図（第８図）を求める。この作業は照明切換え
装置１５を切り換え、２組のスリツト光源双方に
関して行なう。つぎに、これらのデータをもと
に、コンピユータ１７によつて、各ｉでの式(1)(2)
の係数を求め、記憶装置１８に格納する。対象物
の検出過程では、すでに第１２図、第１３図を例
に説明したように、コンピユータ１７が照明切換
え装置１５を制御し、２組のスリツト光源をそれ
ぞれ発光させた場合の光切断線の抽出波形を光切
断線抽出回路１６より得、この波形をコンピユー
タ１７によつて折線近似した後、それぞれの線分
の実際の位置座標を、記憶装置１８に格納された
データをもとに式(1)(2)を用いて求める。コンピユ
ータ１７上で２組のスリツト光源をそれぞれ発光
させた場合の線分のうち、対象物上のものを、距
離ｚを判定基準にそれぞれ１本ずつ選び出し（通
常、最も検出器に近く、視野の中央付近にある線
分）それぞれ４つの端点より、式(3)(4)(5)および線
分の中点の計算を行なつて、物体の位置および姿
勢を検出する。
に、式(1)(2)を示す係数（および、同様にして得ら
れるyiの係数）を記憶装置に格納する作業が必要
である。第６図に示した装置を用いて、すでに説
明したように、等距離線図（第７図）および等幅
線図（第８図）を求める。この作業は照明切換え
装置１５を切り換え、２組のスリツト光源双方に
関して行なう。つぎに、これらのデータをもと
に、コンピユータ１７によつて、各ｉでの式(1)(2)
の係数を求め、記憶装置１８に格納する。対象物
の検出過程では、すでに第１２図、第１３図を例
に説明したように、コンピユータ１７が照明切換
え装置１５を制御し、２組のスリツト光源をそれ
ぞれ発光させた場合の光切断線の抽出波形を光切
断線抽出回路１６より得、この波形をコンピユー
タ１７によつて折線近似した後、それぞれの線分
の実際の位置座標を、記憶装置１８に格納された
データをもとに式(1)(2)を用いて求める。コンピユ
ータ１７上で２組のスリツト光源をそれぞれ発光
させた場合の線分のうち、対象物上のものを、距
離ｚを判定基準にそれぞれ１本ずつ選び出し（通
常、最も検出器に近く、視野の中央付近にある線
分）それぞれ４つの端点より、式(3)(4)(5)および線
分の中点の計算を行なつて、物体の位置および姿
勢を検出する。
本実施例では、検出器にハロゲン・ランプと撮
像管式のTVカメラを用いているので、検出器を
安価に構成できる利点がある。
像管式のTVカメラを用いているので、検出器を
安価に構成できる利点がある。
つぎに第１９図を用いて、他の実施例を説明す
る。本実施例では、スリツト光源に、発光ダイオ
ード・アレイ１９ａ，１９ｂを用いている。また
TVカメラには２次元固体イメージ・センサを用
いた固体白黒TVカメラ２ｄを用いている。他の
構成部材は第１８図に示した前例と全く同様であ
る。装置の動作も前例と全体同様である。
る。本実施例では、スリツト光源に、発光ダイオ
ード・アレイ１９ａ，１９ｂを用いている。また
TVカメラには２次元固体イメージ・センサを用
いた固体白黒TVカメラ２ｄを用いている。他の
構成部材は第１８図に示した前例と全く同様であ
る。装置の動作も前例と全体同様である。
本実施例では、光源に発光ダイオード、TVカ
メラに固体カメラを用いているので、検出器を小
型かつ低消費電力とすることができる。また、光
源の発熱も小さく抑えることが可能である。さら
に、発光ダイオードはハロゲン・ランプに比べ、
高速にオン、オフ可能であるので、短時間に２組
の光切断線を取り込むことができる。
メラに固体カメラを用いているので、検出器を小
型かつ低消費電力とすることができる。また、光
源の発熱も小さく抑えることが可能である。さら
に、発光ダイオードはハロゲン・ランプに比べ、
高速にオン、オフ可能であるので、短時間に２組
の光切断線を取り込むことができる。
本発明によれば、二つのスリツト光が直交する
ように光源を配置し、それぞれの光切断線を解析
することによつて、二つの互いに直交する平面に
おける対象物の位置および傾きが極く短時間のう
ちに検出できるので、物体の３次元的な位置およ
び姿勢の高速な検出に効果がある。また、二つの
スリツト光を45゜回転させ斜十字状としたことに
よつて、１台のTVカメラで二つの平面内の光切
断線を撮像できるため、検出器を小型、軽量に構
成できる。さらに、本発明の前提となつている光
切断法の効果によつて、対象物の色や表面の状態
に影響されない位置、および姿勢の検出が可能で
ある。
ように光源を配置し、それぞれの光切断線を解析
することによつて、二つの互いに直交する平面に
おける対象物の位置および傾きが極く短時間のう
ちに検出できるので、物体の３次元的な位置およ
び姿勢の高速な検出に効果がある。また、二つの
スリツト光を45゜回転させ斜十字状としたことに
よつて、１台のTVカメラで二つの平面内の光切
断線を撮像できるため、検出器を小型、軽量に構
成できる。さらに、本発明の前提となつている光
切断法の効果によつて、対象物の色や表面の状態
に影響されない位置、および姿勢の検出が可能で
ある。
第１図は光切断法による検出器の斜視図、第２
図はその検出例を示す図、第３図は光切断法によ
る検出器を２組組み合せたものの斜視図、第４図
は本発明の原理となる検出器の斜視図、第５図は
第４図の検出器による等距離線と等幅線を表わし
た図、第６図は等距離線と等幅線を得る装置の斜
視図、第７図および第８図はそれぞれ得られる等
距離線図および等幅線図の一例、第９図および第
１０図はそれぞれ第７図および第８図の値の変化
を表わす図、第１１図は光切断線の抽出方法を表
わす図、第１２図および第１３図は二つの検出対
象例の斜視図、第１４図、第１５図および第１６
図は第１２図の検出処理過程を表わす図、第１７
図は第１３図の検出画像、第１８図および第１９
図は本発明による二つの異つた実施の態様を示す
構成図である。 符号の説明 １，１ａ，１ｂ…スリツト光源、
２，２ａ，２ｂ…TVカメラ、３，３ａ，３ｂ…
スリツト光、４…光切断線、５…スリツト光の交
線、６…平板、７…目盛付三角柱、８…円柱状物
体、９…円形孔、１０ａ，１０ｂ…ハロゲン・ラ
ンプ、１１ａ，１１ｂ…シリンドリカル・レン
ズ、１２ａ，１２ｂ…スリツト、１３…ハーフ・
ミラー、１４…レンズ、１５…照明切換え装置、
１６…光切断線抽出回路、１７…コンピユータ、
１８…記憶装置、１９ａ，１９ｂ…発光ダイオー
ド・アレイ、２ｃ…撮像管式白黒TVカメラ、２
ｄ…固体白黒TVカメラ。
図はその検出例を示す図、第３図は光切断法によ
る検出器を２組組み合せたものの斜視図、第４図
は本発明の原理となる検出器の斜視図、第５図は
第４図の検出器による等距離線と等幅線を表わし
た図、第６図は等距離線と等幅線を得る装置の斜
視図、第７図および第８図はそれぞれ得られる等
距離線図および等幅線図の一例、第９図および第
１０図はそれぞれ第７図および第８図の値の変化
を表わす図、第１１図は光切断線の抽出方法を表
わす図、第１２図および第１３図は二つの検出対
象例の斜視図、第１４図、第１５図および第１６
図は第１２図の検出処理過程を表わす図、第１７
図は第１３図の検出画像、第１８図および第１９
図は本発明による二つの異つた実施の態様を示す
構成図である。 符号の説明 １，１ａ，１ｂ…スリツト光源、
２，２ａ，２ｂ…TVカメラ、３，３ａ，３ｂ…
スリツト光、４…光切断線、５…スリツト光の交
線、６…平板、７…目盛付三角柱、８…円柱状物
体、９…円形孔、１０ａ，１０ｂ…ハロゲン・ラ
ンプ、１１ａ，１１ｂ…シリンドリカル・レン
ズ、１２ａ，１２ｂ…スリツト、１３…ハーフ・
ミラー、１４…レンズ、１５…照明切換え装置、
１６…光切断線抽出回路、１７…コンピユータ、
１８…記憶装置、１９ａ，１９ｂ…発光ダイオー
ド・アレイ、２ｃ…撮像管式白黒TVカメラ、２
ｄ…固体白黒TVカメラ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 対象物体の光学像を検知し、それを解析する
ことによつて対象物体の位置および姿勢を検出す
る方法において、互いに直交する二つの平板状の
光線を一つずつ対象物体に照射し、平板状の光線
と対象物体の表面との交線を、二つの平板状の光
線のなす角90゜を２等分する平面上にあつて、且
つ平板状の光線の交線上に位置しなく、平板状の
光線の交線に対して傾斜した光軸を有する１台の
撮像装置によつて撮像し、これによつて得られる
画像上の明るい線を分離抽出し、この分離抽出さ
れた線の画像上の位置について、予め求めておい
た実際の位置と画像上との対応関係を参照するこ
とによつて実際の座標系に変換し、解析すること
により対象物体の位置および傾きを３次元的に検
出することを特徴とする物体の位置および姿勢検
出方法。 ２ 対象物体の光学像を検知し、それを解析する
ことによつて対象物体の位置および姿勢を検出す
る装置において、互いに直交する二つの平板状の
光線を発生する光源と、二つの平板状の光線を切
り換えて発光させる装置と、平板状の光線と対象
物体の表面との交線の像を撮像すべく、二つの平
板状の光線のなす角90゜を２等分する平面上にあ
つて、且つ平板状の光線の交線上に位置しなく、
平板状の光線の交線に対して傾斜した光軸を有す
る１台の撮像装置と、これによつて得られる画像
上の明るい線を分離抽出する装置と、それによつ
て分離抽出された線と実際の座標位置との対応関
係を格納する装置と、分離抽出された線と格納さ
れた対応関係を比較、解析する計算手段とを備え
たことを特徴とする物体の位置および姿勢検出装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17452282A JPS5965203A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 物体の位置および姿勢検出方法および装置 |
| US06/537,095 US4611292A (en) | 1982-10-06 | 1983-09-29 | Robot vision system |
| EP83109972A EP0107820B1 (en) | 1982-10-06 | 1983-10-05 | Robot vision system |
| DE8383109972T DE3381117D1 (de) | 1982-10-06 | 1983-10-05 | Visiervorrichtung fuer roboter. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17452282A JPS5965203A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 物体の位置および姿勢検出方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5965203A JPS5965203A (ja) | 1984-04-13 |
| JPS6365884B2 true JPS6365884B2 (ja) | 1988-12-19 |
Family
ID=15979991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17452282A Granted JPS5965203A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 物体の位置および姿勢検出方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5965203A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6129714A (ja) * | 1984-07-21 | 1986-02-10 | Matsushita Electric Works Ltd | 位置検出装置 |
| JPH0781857B2 (ja) * | 1985-04-24 | 1995-09-06 | 富士写真フイルム株式会社 | カメラの測距装置 |
| JPS6222009A (ja) * | 1985-07-23 | 1987-01-30 | Sony Corp | 三次元物体認識方法 |
| JP2535561B2 (ja) * | 1987-09-19 | 1996-09-18 | 株式会社豊田中央研究所 | 三次元座標測定装置 |
| JPH01203907A (ja) * | 1988-02-10 | 1989-08-16 | Aisin Seiki Co Ltd | ３次元位置・姿勢計測方法 |
| JPH04178506A (ja) * | 1990-11-13 | 1992-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ワークの３次元位置計測方法 |
| US5317388A (en) * | 1992-06-29 | 1994-05-31 | United Parcel Service Of America, Inc. | Method and apparatus for determining the displacement of a rectangular object with respect to a reference position |
| JP5804722B2 (ja) * | 2011-02-16 | 2015-11-04 | 三菱重工業株式会社 | 位置検出装置 |
| US10744658B2 (en) * | 2014-03-04 | 2020-08-18 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Nuclear reactor light-based fuel alignment systems and methods |
| JP6279060B1 (ja) * | 2016-12-02 | 2018-02-14 | ジャパンマリンユナイテッド株式会社 | レーザセンサ、及び計測方法 |
| CN113063362B (zh) * | 2021-04-07 | 2023-05-09 | 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 | 非接触式的磁浮列车转向架间距检测方法 |
-
1982
- 1982-10-06 JP JP17452282A patent/JPS5965203A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5965203A (ja) | 1984-04-13 |
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