JP2020165684A - Detection device and mobile device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、検出領域に存在する物体が有する穴の位置を検出する検出装置及び移動装置に関する。 The present invention relates to a detection device and a moving device that detect the position of a hole in an object existing in the detection area.
フォークリフトでパレットを持ち上げて搬送を行う場合、作業者は、目視で、パレットが有する穴の位置にフォークの位置を合わせ、フォークを穴に挿入している。
また従来から、フォークリフト機能付きのAGV(Automated Guided Vehicle)も知られている。このAGVでは、パレットが所定の位置及び向きで置かれていることを前提とし、自動で、パレットが有する穴の位置にフォークの位置を合わせ、フォークを穴に挿入している。
When the pallet is lifted by a forklift for transportation, the operator visually aligns the fork with the position of the hole of the pallet and inserts the fork into the hole.
Further, conventionally, an AGV (Automated Guided Vehicle) with a forklift function is also known. In this AGV, on the premise that the pallet is placed at a predetermined position and orientation, the position of the fork is automatically adjusted to the position of the hole of the pallet, and the fork is inserted into the hole.
しかしながら、従来のフォークリフトでは操作に技術を要するため、未熟な作業者が操作を行った場合に、操作ミスの発生する可能性が高くなる。
また、フォークリフト機能付きのAGVでは、パレットが所定の位置及び向きで置かれていることを前提としている。そのため、何らかの原因でパレットの位置又は向きがずれている場合、このAGVはフォークを穴に挿入できず、フォークがパレット自体に衝突してバンパーセンサ等により停止してしまう。そのため、このAGVでは、停止時間によるロスタイムの増加が懸念される。
However, since the conventional forklift requires skill for operation, there is a high possibility that an operation error will occur when an inexperienced operator performs the operation.
Further, in the AGV with a forklift function, it is assumed that the pallets are placed in a predetermined position and orientation. Therefore, if the position or orientation of the pallet is deviated for some reason, the AGV cannot insert the fork into the hole, and the fork collides with the pallet itself and stops due to the bumper sensor or the like. Therefore, in this AGV, there is a concern that the loss time will increase due to the downtime.
一方、従来から、検出領域に存在する物体の位置を検出するエリアセンサ(測域センサ)が知られている(例えば特許文献1参照)。そして、このエリアセンサをフォークに取付け可能であれば、パレットが有する穴の位置を検出可能とも考えられる。 On the other hand, conventionally, an area sensor (range sensor) that detects the position of an object existing in the detection region has been known (see, for example, Patent Document 1). If this area sensor can be attached to the fork, it is considered that the position of the hole of the pallet can be detected.
しかしながら、エリアセンサでは、レーザ光を反射するミラーを回転させるメカニカルな回転機構を有している。そのため、エリアセンサは外形が大きく、エリアセンサをフォークに取付けることはできない。 However, the area sensor has a mechanical rotation mechanism that rotates a mirror that reflects laser light. Therefore, the outer shape of the area sensor is large, and the area sensor cannot be attached to the fork.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、メカニカルな回転機構を用いずに、検出領域に存在する物体が有する穴の位置を検出可能な検出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a detection device capable of detecting the position of a hole of an object existing in a detection region without using a mechanical rotation mechanism. I am aiming.
この発明に係る検出装置は、光を検出領域に投光する投光部と、投光部により投光されて検出領域で反射された光を集光するレンズと、複数の受光素子を有し、レンズにより集光された光を当該受光素子毎に受光するイメージセンサと、イメージセンサによる受光結果に基づいて、TOF方式により、検出領域に存在する物体までの距離を、受光素子が位置する受光位置毎に算出する距離演算部と、距離演算部により算出された受光位置毎の距離に基づいて、物体が有する穴の位置を算出する穴位置演算部とを備えたことを特徴とする。 The detection device according to the present invention includes a light projecting unit that projects light into a detection region, a lens that collects light that is projected by the light projecting unit and reflected in the detection region, and a plurality of light receiving elements. Based on the image sensor that receives the light collected by the lens for each light receiving element and the light receiving result by the image sensor, the light receiving element is located at the distance to the object existing in the detection area by the TOF method. It is characterized by including a distance calculation unit that calculates for each position and a hole position calculation unit that calculates the position of a hole of an object based on the distance for each light receiving position calculated by the distance calculation unit.
この発明によれば、上記のように構成したので、メカニカルな回転機構を用いずに、検出領域に存在する物体が有する穴の位置を検出可能となる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to detect the position of a hole of an object existing in the detection region without using a mechanical rotation mechanism.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
検出装置1は、検出領域に存在する物体10が有する穴1001を検出する。この検出装置1は、産業用(工業用)のセンサとして用いられる。この検出装置1は、図1に示すように、計測制御部101、投光部102、受光部103、距離演算部104、位置演算部105、MPU(Micro Processing Unit)106、入出力部107、通信部108、表示部109及び操作部110を備えている。また、検出装置1は、投光部102が投光して検出領域で反射された光を受光部103が受光する反射型に構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
The detection device 1 detects the
なお、投光部102及び受光部103は、計測部111を構成する。また図2では、計測制御部101、投光部102、受光部103、距離演算部104、位置演算部105及びMPU106が、センサヘッド112に搭載されている。図2に示すセンサヘッド112の前面には、フィルタ1121が設けられている。なお図2では、計測制御部101、距離演算部104及び位置演算部105の図示を省略している。
また、入出力部107、通信部108、表示部109及び操作部110は、インタフェース部113を構成する。
The
Further, the input /
計測制御部101は、MPU106を介して入力された制御情報に基づいて、制御信号を生成する。制御信号は、イメージセンサ1033での光の受光動作に応じて、投光部102での光の投光タイミングを制御する信号である。この計測制御部101により生成された制御信号は、投光部102に出力される。
The
投光部102は、計測制御部101からの制御信号に従い、パルス状の光を検出領域に投光する。なお、投光部102が投光する光のビーム形状は、予め設定されている。図2では、投光部102は、回路基板である投光基板(不図示)1021と、光を発光する発光素子1022と、発光素子1022の前面に配置された絞りであるアパーチャー1023と、発光素子1022により発光されてアパーチャー1023を通過した光を拡散するディヒューザー1024とから構成されている。また、投光部102により投光される光の幅及び投光周期は、想定される物体10までの距離又は移動速度等により決まる。また、投光部102は、投光する光を変調してもよい。
The
受光部103は、投光部102により投光されて検出領域で反射された光を受光する。図2では、受光部103は、回路基板である受光基板(不図示)1031と、レンズ1032と、イメージセンサ1033とから構成されている。
The
レンズ1032は、投光部102により投光されて検出領域で反射された光を集光する。このレンズ1032は、非テレセントリックレンズである。
The
イメージセンサ1033は、複数の受光素子を有し、レンズ1032により集光された光を当該受光素子毎に受光する。以下では、イメージセンサ1033はリニアタイプであり、複数の受光素子が一次元方向に配列されているものとする。リニアタイプのイメージセンサ1033は、産業用のセンサに求められる高速応答に対応可能である。このイメージセンサ1033による受光結果を示す情報は、距離演算部104に出力される。
なお、イメージセンサ1033は、上記受光結果を示す情報として、例えば、投光部102により光が投光された時刻(投光時刻)を基準として、各受光素子で光を受光した時刻(受光時刻)である遅れ時間を示す情報を出力してもよい。また、投光部102が光を変調している場合には、イメージセンサ1033は、上記受光結果を示す情報として、例えば、投光部102により投光された光と各受光素子で受光された光との位相差を示す情報を出力してもよい。
The
The
距離演算部104は、イメージセンサ1033による受光結果に基づいて、TOF(Time Of Flight)方式により、イメージセンサ1033から物体10までの距離を、受光素子が位置する受光位置毎に算出する。この距離演算部104により算出された受光位置毎の距離を示す情報(距離情報)は、位置演算部105及びMPU106に出力される。
The
位置演算部105は、距離演算部104により算出された受光位置毎の距離に基づいて、イメージセンサ1033に結像された物体10の像の位置を算出する。この位置演算部105により算出された物体10の像の位置を示す情報(位置情報)は、MPU106に出力される。
The
MPU106は、距離演算部104により算出された受光位置毎の距離及び位置演算部105により算出された物体10の像の位置に基づいて、物体10が有する穴1001の位置を算出する。この際、MPU106は、イメージセンサ1033に結像された物体10の像の位置、イメージセンサ1033から物体10までの距離、及び、レンズ1032の焦点距離に基づいて、物体10が有する穴1001の位置を算出する。このMPU106により算出された物体10が有する穴1001の位置を示す情報は、インタフェース部113に出力される。
The
なお、位置演算部105及びMPU106は、「距離演算部104により算出された受光位置毎の距離に基づいて、物体10が有する穴1001の位置を算出する穴位置演算部」を構成する。
The
また、計測制御部101、距離演算部104及び位置演算部105は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。
Further, the
入出力部107は、検出装置1に対する各種設定の入力を行い、制御情報を生成してMPU106に出力する。この制御情報には、例えば、投光部102による光の投光を指示するトリガ信号、又は、投光部102でレーザ光を用いる場合にはレーザ光の停止を指示する停止信号等が含まれる。
また、入出力部107は、MPU106から入力された情報の出力を行う。この際、入出力部107は、例えば、アナログ出力を行ってもよいし、閾値判定を行って閾値を超えた場合にオン出力を行ってもよい。
The input /
Further, the input /
通信部108は、イーサネット(登録商標)等のネットワークを介して外部装置と通信を行い、例えばMPU106から入力された情報を外部装置に送信する。
表示部109は、各種の動作表示を行う。また、表示部109は、MPU106から入力された情報を表示する。例えば、表示部109は、物体10が有する穴1001の位置を表示する場合に、受光部103の光軸上を零点とし、穴1001が光軸からどのくらい離れた場所に位置しているかを数値で表示する。
操作部110は、ユーザ操作を受付け、例えば、表示部109の表示切替え又は検出装置1に対する各種設定等を行う。
The
The
The
次に、実施の形態1に係る検出装置1の動作例について、図3を参照しながら説明する。
検出装置1の動作例では、図3に示すように、まず、投光部102は、計測制御部101からの制御信号に従い、パルス状の光を検出領域に投光する(ステップST1)。この投光部102により投光された光は、検出領域に存在する物体10により反射され、レンズ1032を介してイメージセンサ1033に入射される。なお、検出領域に壁等の背景が存在する場合には、投光部102により投光された光は当該背景でも反射され、レンズ1032を介してイメージセンサ1033に入射される。
Next, an operation example of the detection device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
In the operation example of the detection device 1, as shown in FIG. 3, first, the
次いで、イメージセンサ1033は、入射された光を受光素子毎に受光する(ステップST2)。図4に示すように、イメージセンサ1033の各受光素子(Pixel No.0〜No.n)での光(受光パルス)の受光タイミングは、投光部102による光(投光パルス)の投光タイミングに対し、物体10との間の距離に応じて遅れる。なお以下では、イメージセンサ1033は、上記受光結果を示す情報として、各受光素子での受光時刻(遅れ時間)を示す情報を出力するものとする。このイメージセンサ1033により例えば図5Aに示すような受光位置と受光時刻との関係が得られる。
Next, the
次いで、距離演算部104は、イメージセンサ1033による受光結果に基づいて、TOF方式により、物体10までの距離を、受光素子が位置する受光位置毎に算出する(ステップST3)。
Next, the
この際、距離演算部104は、まず、イメージセンサ1033による受光結果に基づいて、下式(1)より、受光位置毎に、受光素子で受光した光が反射された位置(反射点)までの距離を算出する。式(1)において、diはi番目の受光素子で受光した光の反射点までの距離を示し、cは光の速度を示し、tdiはi番目の受光素子での受光時刻を示している。
di=c×tdi/2 (1)
At this time, the
d i = c × t di / 2 (1)
ここで、式(1)により得られる受光位置から反射点までの距離は、受光部103の光軸に対してθiだけ傾いた方向の距離である。なお、θiは、レンズ1032上の光軸位置とi番目の受光位置とを結ぶ線分と、光軸との成す角度であり、既知である。そこで、距離演算部104は、受光位置毎に、θiを用いて、算出した反射点までの距離を、受光部103の光軸に平行(略平行の意味を含む)な距離に変換する。
Here, the distance from the light receiving position obtained by the equation (1) to the reflection point is the distance in the direction inclined by θ i with respect to the optical axis of the
そして、距離演算部104は、受光位置毎に、上記変換により得られた反射点までの距離から、物体10までの距離を得る。ここで、距離演算部104は、上記変換により得られた反射点までの距離のうち、イメージセンサ1033から背景までの距離に相当するものは除外する。この距離演算部104により例えば図5Bに示すような距離情報が得られる。
Then, the
次いで、位置演算部105は、距離演算部104により得られた距離情報に基づいて、イメージセンサ1033に結像された物体10の像の位置を算出する(ステップST4)。この際、位置演算部105は、像の両エッジの位置を算出する。
Next, the
次いで、MPU106は、距離演算部104により得られた距離情報及び位置演算部105により得られた位置情報に基づいて、物体10が有する穴1001の位置を算出する(ステップST5)。
Next, the
この際、MPU106は、下式(2)より、物体10が有する穴1001の位置を算出する。式(2)において、x1は物体10が有する穴1001の位置を示し、x2は物体10が有する穴1001の像の位置(受光位置)を示している。物体10が有する穴1001の像の位置は、位置演算部105により算出された像の両エッジの位置の間の任意の位置である。また、dは物体10とイメージセンサ1033との間の距離を示し、fはレンズ1032とイメージセンサ1033との間の距離(焦点距離)を示している。なお、式(2)における{(d−f)/f}は光学系の倍率である。
x1={(d−f)/f}×x2 (2)
At this time, the
x 1 = {(df) / f} x x 2 (2)
ここで、実施の形態1に係る検出装置1は、センサ(投光部102及び受光部103)と検出領域とが対向配置された反射型に構成されている。これにより、実施の形態1に係る検出装置1は、検出領域の片側にのみセンサを設置すればよく、また、投光部102と受光部103との間での光軸合わせが不要となり、透過型を用いた場合に対して設置条件が緩くなる。また、実施の形態1に係る検出装置1は、検出範囲が広くなる。また、実施の形態1に係る検出装置1は、イメージセンサ1033と物体10との間の距離が算出できるため、非テレセントリックレンズを用いても物体10が有する穴1001の位置を算出でき、従来構成に対して低コスト化が実現できる。
Here, the detection device 1 according to the first embodiment is configured as a reflection type in which the sensor (
また、従来のエリアセンサは、レーザ光を反射するミラーを回転させるメカニカルな回転機構を有している。これに対し、実施の形態1に係る検出装置1は、上記のような回転機構は用いていない。そのため、実施の形態1に係る検出装置1は、小型化が可能であり、また、振動及び衝撃に対する耐性が高くなる。 Further, the conventional area sensor has a mechanical rotation mechanism for rotating a mirror that reflects laser light. On the other hand, the detection device 1 according to the first embodiment does not use the rotation mechanism as described above. Therefore, the detection device 1 according to the first embodiment can be miniaturized and has high resistance to vibration and impact.
以上のように、この実施の形態1によれば、検出装置1は、光を検出領域に投光する投光部102と、投光部102により投光されて検出領域で反射された光を集光するレンズ1032と、複数の受光素子を有し、レンズ1032により集光された光を当該受光素子毎に受光するイメージセンサ1033と、イメージセンサ1033による受光結果に基づいて、TOF方式により、検出領域に存在する物体10までの距離を、受光素子が位置する受光位置毎に算出する距離演算部104と、距離演算部104により算出された受光位置毎の距離に基づいて、物体10が有する穴1001の位置を算出する穴位置演算部とを備えた。これにより、実施の形態1に係る検出装置1は、メカニカルな回転機構を用いずに、検出領域に存在する物体10が有する穴1001の位置を検出可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the detection device 1 emits the
また、検出装置1は、距離演算部104により算出された受光位置毎の距離に基づいて、物体10が有する穴の方向を算出する穴方向演算部を備えていてもよい。すなわち、上記受光位置毎の距離から、物体10における穴が形成された端面及び穴の内壁面のうちの少なくとも一方の面のイメージセンサ1033の受光面に対する傾きを算出可能であり、この傾きからイメージセンサ1033の受光面に対する物体10の傾きを算出可能であるため、穴方向演算部は穴の方向を算出可能である。
Further, the detection device 1 may include a hole direction calculation unit that calculates the direction of the hole of the
例えば、図6Aに示される物体10に対し、穴方向演算部が穴の方向を算出する場合を考える。図6Aに示される物体10はパレット等であり、穴が形成された端面の幅が狭い。この場合、図6Bに示すように、穴方向演算部は、上記端面のイメージセンサ1033の受光面に対する傾きを算出できず、穴の方向を算出できない場合がある。このような場合には、図6Bに示すように、穴方向演算部は、穴の内壁面のイメージセンサ1033の受光面に対する傾きを算出し、その傾きから穴の方向を算出する。なお図6Cは、物体10が検出装置1(イメージセンサ1033の受光面)に対して斜めに位置する場合を示している。
For example, consider a case where the hole direction calculation unit calculates the direction of the hole with respect to the
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1に係る検出装置1が、一対のフォーク201を有する移動装置2に適用された場合を示す。移動装置2としては、フォークリフト又はフォークリフト機能付きのAGVが挙げられる。
The second embodiment shows a case where the detection device 1 according to the first embodiment is applied to a
図7は実施の形態2に係る移動装置2の構成例を示す図である。図7では、移動装置2のうちの一対のフォーク201のみを図示している。
移動装置2は、一対のフォーク201を有し、パレット10a(物体10)を持ち上げて搬送を行う。なお、パレット10aは、1つの側面に対して一対の穴1001を有している。なお、フォーク201の幅及び厚み、一対のフォーク201の配置間隔、パレット10aが有する穴1001の幅及び厚み、並びに、一対の穴1001の配置間隔は、規格等により事前に把握可能である。また、フォーク201は、先端側が、先に向かい細くなるテーパ状に構成されている。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the
The moving
また、フォーク201の先端側内部には、検出装置1が取付けられている。検出装置1は、実施の形態1に示した検出装置1であり、検出領域に存在するパレット10aが有する穴1001の位置を検出する。なお、検出装置1は、メカニカルな回転機構を有していないため、従来のエリアセンサに対して小型化可能であり、フォーク201の先端側内部に取付け可能である。
Further, the detection device 1 is mounted inside the tip side of the
なお図7Aでは、検出装置1が、一対のフォーク201のうちの一方のみに取付けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、検出装置1は、一対のフォーク201のうちの両方に取付けられていてもよい。これにより、例えば、一方の検出装置1が故障した場合でも、他方の検出装置1で穴1001の位置の検出を実施可能となる。
Note that FIG. 7A shows a case where the detection device 1 is attached to only one of the pair of
そして、実施の形態2に係る移動装置2では、フォーク201の先端側内部に検出装置1を設けることで、パレット10aが有する穴1001の位置を検出可能となり、フォーク201と穴1001との相対的なずれ量を容易に把握可能となる。
Then, in the moving
また、検出装置1が物体10が有する穴の方向を算出可能な場合には、移動装置2はフォーク201の挿入方向を適切に調整可能となる。
Further, when the detection device 1 can calculate the direction of the hole of the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, it is possible to freely combine the embodiments, modify any component of each embodiment, or omit any component in each embodiment. ..
1 検出装置
2 移動装置
10 物体
10a パレット
101 計測制御部
102 投光部
103 受光部
104 距離演算部
105 位置演算部
106 MPU
107 入出力部
108 通信部
109 表示部
110 操作部
111 計測部
112 センサヘッド
113 インタフェース部
201 フォーク
1001 穴
1021 投光基板
1022 発光素子
1023 アパーチャー
1024 ディヒューザー
1031 受光基板
1032 レンズ
1033 イメージセンサ
1121 フィルタ
1
107 Input /
Claims (6)
前記投光部により投光されて前記検出領域で反射された光を集光するレンズと、
複数の受光素子を有し、前記レンズにより集光された光を当該受光素子毎に受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサによる受光結果に基づいて、TOF方式により、前記検出領域に存在する物体までの距離を、前記受光素子が位置する受光位置毎に算出する距離演算部と、
前記距離演算部により算出された受光位置毎の距離に基づいて、前記物体が有する穴の位置を算出する穴位置演算部とを備えた
ことを特徴とする検出装置。 A light projecting unit that projects light into the detection area,
A lens that collects the light that is projected by the light projecting unit and reflected in the detection area.
An image sensor having a plurality of light receiving elements and receiving light collected by the lens for each light receiving element.
A distance calculation unit that calculates the distance to an object existing in the detection region for each light receiving position where the light receiving element is located by the TOF method based on the light receiving result by the image sensor.
A detection device including a hole position calculation unit that calculates the position of a hole possessed by the object based on the distance for each light receiving position calculated by the distance calculation unit.
ことを特徴とする請求項1記載の検出装置。 The hole position calculation unit calculates the position of the hole based on the position of the image of the object imaged on the image sensor, the distance from the image sensor to the object, and the focal length of the lens. The detection device according to claim 1, wherein the detection device is characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の検出装置。 The detection device according to claim 1 or 2, further comprising a hole direction calculation unit that calculates the direction of a hole possessed by the object based on the distance for each light receiving position calculated by the distance calculation unit. ..
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちの何れか1項記載の検出装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light receiving elements are arranged in a one-dimensional direction.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの何れか1項記載の検出装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the lens is a non-telecentric lens.
前記フォークのうちの少なくとも一方における先端側内部に取付けられた検出装置とを備え、
前記検出装置は、
光を検出領域に投光する投光部と、
前記投光部により投光されて前記検出領域で反射された光を集光するレンズと、
複数の受光素子を有し、前記レンズにより集光された光を当該受光素子毎に受光するイメージセンサと、
前記イメージセンサによる受光結果に基づいて、TOF方式により、前記検出領域に存在するパレットまでの距離を、前記受光素子が位置する受光位置毎に算出する距離演算部と、
前記距離演算部により算出された受光位置毎の距離に基づいて、パレットが有する穴の位置を算出する穴位置演算部とを備えた
ことを特徴とする移動装置。 A pair of forks and
A detection device mounted inside the tip side of at least one of the forks is provided.
The detection device
A light projecting unit that projects light into the detection area,
A lens that collects the light that is projected by the light projecting unit and reflected in the detection area.
An image sensor having a plurality of light receiving elements and receiving light collected by the lens for each light receiving element.
A distance calculation unit that calculates the distance to the pallet existing in the detection region for each light receiving position where the light receiving element is located by the TOF method based on the light receiving result by the image sensor.
A moving device including a hole position calculation unit that calculates the position of a hole of the pallet based on the distance for each light receiving position calculated by the distance calculation unit.
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JP2019063678A JP7329943B2 (en) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | Detection device and movement device |
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