JP2509357B2 - ワ―ク位置検知装置 - Google Patents
ワ―ク位置検知装置Info
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- 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
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、ロボット等を有する自動生産ライン用装
置に用いて好適なワーク位置検知装置に関する。
置に用いて好適なワーク位置検知装置に関する。
「従来の技術」 従来、自動生産ライン装置においては、ワーク位置
（平行移動と回転移動の６自由度を有する物体として表
現）を、ワーク上の同一直線上に位置しない３点（例え
ば、穴）を代表点として決め、これら代表点の作業空間
における座標を検知することにより求めていた。この場
合、一つの点の座標の検知は、２台のカメラを異なる方
向から同一点を見るステレオカメラ方式により行なわれ
ていた。
（平行移動と回転移動の６自由度を有する物体として表
現）を、ワーク上の同一直線上に位置しない３点（例え
ば、穴）を代表点として決め、これら代表点の作業空間
における座標を検知することにより求めていた。この場
合、一つの点の座標の検知は、２台のカメラを異なる方
向から同一点を見るステレオカメラ方式により行なわれ
ていた。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来のワーク位置決めの技術にお
いては、次のような問題点があった。
いては、次のような問題点があった。
６台のテレビカメラと６台の画像処理装置が必要であ
るので、装置が複雑になり高価格である。
るので、装置が複雑になり高価格である。
１組の画像から実際の作業空間における座標への変換
を行うためにはキャリブレーションが必要であり、しか
も、これを３組分行わなければならないので、調整に多
くの時間を要した。
を行うためにはキャリブレーションが必要であり、しか
も、これを３組分行わなければならないので、調整に多
くの時間を要した。
ワーク上の代表点のコントラストは必ずしも良くない
ため、画像をグレースケール処理する必要があり、検知
に多くの時間を要した。
ため、画像をグレースケール処理する必要があり、検知
に多くの時間を要した。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、上
述した各問題点を解決することができるワーク位置検知
装置を提供することを目的としている。
述した各問題点を解決することができるワーク位置検知
装置を提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」 この発明は、直線状のエッジを少なくとも２箇所有す
るワークの作業空間における当該ワークの位置を検知す
るワーク位置検知装置において、前記各エッジのうちの
一方と作業空間に固定された検出面との交点を検出する
第１の位置検出手段と、前記検出面と異なる位置に固定
された二つの検出面各々と前記各エッジの他方との交点
を検出する第２の位置検出手段と、前記第１、第２の位
置検出手段各々によって検出される交点が存在する前記
エッジ間の位置関係が記憶された記憶手段と、前記第
１、第２の位置検出手段各々によって検出された交点の
座標と前記記憶手段に記憶されたデータに基づいて前記
ワークの位置を算出する演算手段とを具備することを特
徴とする。
るワークの作業空間における当該ワークの位置を検知す
るワーク位置検知装置において、前記各エッジのうちの
一方と作業空間に固定された検出面との交点を検出する
第１の位置検出手段と、前記検出面と異なる位置に固定
された二つの検出面各々と前記各エッジの他方との交点
を検出する第２の位置検出手段と、前記第１、第２の位
置検出手段各々によって検出される交点が存在する前記
エッジ間の位置関係が記憶された記憶手段と、前記第
１、第２の位置検出手段各々によって検出された交点の
座標と前記記憶手段に記憶されたデータに基づいて前記
ワークの位置を算出する演算手段とを具備することを特
徴とする。
また、前記第１、第２の位置検出手段による前記各エ
ッジと各検出面との交点の検出は光学的手段により行っ
ても良いし、前記ワークに対して機械的に接触させる機
械的検出手段により行っても良い。
ッジと各検出面との交点の検出は光学的手段により行っ
ても良いし、前記ワークに対して機械的に接触させる機
械的検出手段により行っても良い。
「作用」 上記構成によれば、光学的検出手段または機械的検出
手段を有する第１、第２の位置検出手段によって、作業
空間に固定された各検出面と各エッジとの交点が３箇所
検出され、そして、これら交点の座標と、各エッジ間の
位置関係に基づいてワークの位置が検知される。
手段を有する第１、第２の位置検出手段によって、作業
空間に固定された各検出面と各エッジとの交点が３箇所
検出され、そして、これら交点の座標と、各エッジ間の
位置関係に基づいてワークの位置が検知される。
したがって、上述した従来のものと比べて、簡単な構
成で、かつ短時間でワークの位置が検知できる。また、
調整時間も短くて済む。
成で、かつ短時間でワークの位置が検知できる。また、
調整時間も短くて済む。
「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。
する。
◇第１実施例 第１図はこの発明による第１実施例のワーク位置検知
装置を示す概略構成図である。この図において、11は溶
接および塗装の対象となる車体（ワーク）である。この
車体11と同様の車体12〜1n（図示略）がそれぞれ所定の
間隔をおいて作業ステーションに間欠的に搬送されるよ
うになっている。この場合、各車体11〜1nが作業ステー
ションに到達すると、一定の位置に固定される。そし
て、所定の作業が行なわれ、この作業が終了すると、次
の作業ステーションまで搬送される。この場合、車体11
〜1n各々の作業ステーションにおける位置は必ずしも一
定ではなく、数十mmの範囲内でばらつきが生じるが、こ
のばらつきは作業ステーションの基準位置に固定された
ワールド座標系２から見た座標で表されるようになって
いる。なお、以下の説明においては、車体11を例に挙げ
て説明を進める。
装置を示す概略構成図である。この図において、11は溶
接および塗装の対象となる車体（ワーク）である。この
車体11と同様の車体12〜1n（図示略）がそれぞれ所定の
間隔をおいて作業ステーションに間欠的に搬送されるよ
うになっている。この場合、各車体11〜1nが作業ステー
ションに到達すると、一定の位置に固定される。そし
て、所定の作業が行なわれ、この作業が終了すると、次
の作業ステーションまで搬送される。この場合、車体11
〜1n各々の作業ステーションにおける位置は必ずしも一
定ではなく、数十mmの範囲内でばらつきが生じるが、こ
のばらつきは作業ステーションの基準位置に固定された
ワールド座標系２から見た座標で表されるようになって
いる。なお、以下の説明においては、車体11を例に挙げ
て説明を進める。
第１図に示す、３はラインマーカであり、直線状のマ
ークを車体11に投光する。このラインマーカ３の光源と
してはレーザ光が好適である。ラインマーカ３によって
投光された直線状のマークは、図示のように、ワールド
座標系２のYZ平面に平行な面（Ｘ＝X1）上にある。４は
上記ラインマーカ３の設定位置に対して斜めに設定され
たテレビジョンカメラ（以下、TVカメラ）であり、ライ
ンマーカ３により投光された車体11上にあるマークの像
を捕らえる。この場合、捕らえられたマーク像は車体11
が曲面をなしているので曲線となる。5,7F各々上記ライ
ンマーカ３と同様のラインマーカである。この場合、ラ
インマーカ５によって投光される直線状のマークは、図
示のようにワールド座標系２のYZ平面に平行な面（Ｘ＝
X2）上にある。一方、ラインマーカ７によって投光され
た直線状のマークは、図示のようにワールド座標系２の
XZ平面に平行な面（Ｙ＝Y3）上にある。6,8は各々上記T
Vカメラ４と同様のTVカメラである。この場合、TVカメ
ラ６はラインマーカ５により投光された車体11上にある
マークり像を捕らえ、TVカメラ８はラインマーカ７によ
り投光された車体11上のマークの像を捕らえる。上述し
たTVカメラ4,6,8各々の出力がワーク位置検知コントロ
ーラ９（第２図参照）に供給される。ここで、このワー
ク位置検知コントローラ９について説明する。
ークを車体11に投光する。このラインマーカ３の光源と
してはレーザ光が好適である。ラインマーカ３によって
投光された直線状のマークは、図示のように、ワールド
座標系２のYZ平面に平行な面（Ｘ＝X1）上にある。４は
上記ラインマーカ３の設定位置に対して斜めに設定され
たテレビジョンカメラ（以下、TVカメラ）であり、ライ
ンマーカ３により投光された車体11上にあるマークの像
を捕らえる。この場合、捕らえられたマーク像は車体11
が曲面をなしているので曲線となる。5,7F各々上記ライ
ンマーカ３と同様のラインマーカである。この場合、ラ
インマーカ５によって投光される直線状のマークは、図
示のようにワールド座標系２のYZ平面に平行な面（Ｘ＝
X2）上にある。一方、ラインマーカ７によって投光され
た直線状のマークは、図示のようにワールド座標系２の
XZ平面に平行な面（Ｙ＝Y3）上にある。6,8は各々上記T
Vカメラ４と同様のTVカメラである。この場合、TVカメ
ラ６はラインマーカ５により投光された車体11上にある
マークり像を捕らえ、TVカメラ８はラインマーカ７によ
り投光された車体11上のマークの像を捕らえる。上述し
たTVカメラ4,6,8各々の出力がワーク位置検知コントロ
ーラ９（第２図参照）に供給される。ここで、このワー
ク位置検知コントローラ９について説明する。
第２図において、TVカメラ４によって捕らえられたマ
ークの像が画像処理装置10に供給され、画像上の特徴点
P1′（第３図（イ）参照）の座標（u1，v1）が求められ
る。また、TVカメラ６によって捕らえられたマークの像
が画像処理装置11に供給され、画像上の特徴点P2′（第
３図（ロ）参照）の座標（u2，v2）が求められる。ま
た、TVカメラ８によって捕らえられたマークの像が画像
処理装置12に供給され、画像上の特徴点P3′（第３図
（ハ）参照）の座標（u3，v3）が求められる。これら画
像処理装置10,11,12各々によって求められた座標(ui，v
i)i=1,2,3データは演算器13に供給される。演算器13
は、メモリ14に書込まれた各TVカメラ4,6,8と各検出面
（マークの像が存在する面）との幾何学的関係を表す定
数と、各画像処理装置10,11,12から供給される各特徴点
P1′，P2′，P3′の座標(ui，vi)i=1,2,3データに基づ
いて、各特徴点の検出面における座標(Ui，Vi)i=1,2,3
を求める。この演算器13から出力された座標(Ui，Vi)
i=1,2,3データは演算器15に供給される。演算器15は、
座標(Ui，Vi)i=1,2,3データと、メモリ16に書込まれて
いる各検出面ワールド座標系２における方程式（Ｘ＝
X1,X＝X2,Y＝Y3）に基づいて、各検出点P1，P2，P3のワ
ールド座標系２における座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3を求
める。演算器15から出力された座標Pi(xi,yi,zi)
i=1,2,3データは演算器17に供給される。演算器17は、
座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3データと、メモリ18に書込ま
れている車体11の特徴を表すデータに基づいて、車体11
に固定されているワーク座標系（後述する）からワール
ド座標系２への座標変換マトリックス を算出する。この座標変換マトリクス は、作業ステーション上で車体11に対して作業するロボ
ット等の自動機（図示略）のコントローラ19に供給され
る。なお、上述したラインマーカ７、TVカメラ８、画像
処理装置12、演算器13,15およびメモリ14,16は第１の位
置検出手段を構成し、一方、ラインマーカ3,5、TVカメ
ラ4,6、画像処理装置10,11、演算器13,15およびメモリ1
4,16は第２の位置検出手段を構成する。
ークの像が画像処理装置10に供給され、画像上の特徴点
P1′（第３図（イ）参照）の座標（u1，v1）が求められ
る。また、TVカメラ６によって捕らえられたマークの像
が画像処理装置11に供給され、画像上の特徴点P2′（第
３図（ロ）参照）の座標（u2，v2）が求められる。ま
た、TVカメラ８によって捕らえられたマークの像が画像
処理装置12に供給され、画像上の特徴点P3′（第３図
（ハ）参照）の座標（u3，v3）が求められる。これら画
像処理装置10,11,12各々によって求められた座標(ui，v
i)i=1,2,3データは演算器13に供給される。演算器13
は、メモリ14に書込まれた各TVカメラ4,6,8と各検出面
（マークの像が存在する面）との幾何学的関係を表す定
数と、各画像処理装置10,11,12から供給される各特徴点
P1′，P2′，P3′の座標(ui，vi)i=1,2,3データに基づ
いて、各特徴点の検出面における座標(Ui，Vi)i=1,2,3
を求める。この演算器13から出力された座標(Ui，Vi)
i=1,2,3データは演算器15に供給される。演算器15は、
座標(Ui，Vi)i=1,2,3データと、メモリ16に書込まれて
いる各検出面ワールド座標系２における方程式（Ｘ＝
X1,X＝X2,Y＝Y3）に基づいて、各検出点P1，P2，P3のワ
ールド座標系２における座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3を求
める。演算器15から出力された座標Pi(xi,yi,zi)
i=1,2,3データは演算器17に供給される。演算器17は、
座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3データと、メモリ18に書込ま
れている車体11の特徴を表すデータに基づいて、車体11
に固定されているワーク座標系（後述する）からワール
ド座標系２への座標変換マトリックス を算出する。この座標変換マトリクス は、作業ステーション上で車体11に対して作業するロボ
ット等の自動機（図示略）のコントローラ19に供給され
る。なお、上述したラインマーカ７、TVカメラ８、画像
処理装置12、演算器13,15およびメモリ14,16は第１の位
置検出手段を構成し、一方、ラインマーカ3,5、TVカメ
ラ4,6、画像処理装置10,11、演算器13,15およびメモリ1
4,16は第２の位置検出手段を構成する。
次に、上記構成による第１実施例の動作について説明
する。
する。
まず、TVカメラ4,6,8にて検出しようとする検出点をP
1，P2，P3とする。この場合、第１図に示すように、検
出点P1，P2は車体11の下面の直線状のエッジ上にあり、
検出点P3は車体11の前面の直線状のエッジ上にある。ま
た、車体11の下面の直線状のエッジを直線ｌとし、車体
11の前面の直線状のエッジを直線ｍとする。これら直線
l,mを定義することによって、検出点P1は直線ｌと検出
面Ｘ＝X1との交点、検出点P2は直線ｌと検出面Ｘ＝X2と
の交点、検出点P3は直線ｍと検出面Ｙ＝Y3との交点とし
て定義することができる。
1，P2，P3とする。この場合、第１図に示すように、検
出点P1，P2は車体11の下面の直線状のエッジ上にあり、
検出点P3は車体11の前面の直線状のエッジ上にある。ま
た、車体11の下面の直線状のエッジを直線ｌとし、車体
11の前面の直線状のエッジを直線ｍとする。これら直線
l,mを定義することによって、検出点P1は直線ｌと検出
面Ｘ＝X1との交点、検出点P2は直線ｌと検出面Ｘ＝X2と
の交点、検出点P3は直線ｍと検出面Ｙ＝Y3との交点とし
て定義することができる。
さて、TVカメラ4,6,8にて検出点P1，P2，P3が検出さ
れると、これら検出点P1，P2，P3が各TVカメラ4,6,8に
よる画像20,21,22上では、第３図に示すように、点
P1′，P2′，P3′になり、そして、これら特徴点P1′，
P2′，P3′の画像上における位置(ui，vi)i=1,2,3が画
像処理装置10,11,12によって求められる。次いで、演算
器13によって、座標(ui，vi)i=1,2,3データと、メモリ1
4に書込まれている各検出面とTVカメラ4,6,8との位置関
係に基づいて、各検出面における各検出点の座標(Ui，V
i)i=1,2,3が求められる。そして、求められた座標(Ui，
Vi)i=1,2,3データが演算器15に供給され、この各検出面
における座標(Ui，Vi)i=1,2,3データと、メモリ16に書
込まれているワールド座標系２における検出面の方程式
（Ｘ＝X1,X＝X2,Y＝Y3）に基づいて検出点P1，P2，P3の
ワールド座標系２における座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3が
求められる。そして、求められた座標Pi(xi,yi,zi)
i=1,2,3データが演算器17に供給される。演算器17は、
供給された座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3データと、メモリ1
8に書込まれている車体11の特徴を表すデータに基づい
てワーク座標系からワールド座標系２への座標変換マト
リックス を求める。
れると、これら検出点P1，P2，P3が各TVカメラ4,6,8に
よる画像20,21,22上では、第３図に示すように、点
P1′，P2′，P3′になり、そして、これら特徴点P1′，
P2′，P3′の画像上における位置(ui，vi)i=1,2,3が画
像処理装置10,11,12によって求められる。次いで、演算
器13によって、座標(ui，vi)i=1,2,3データと、メモリ1
4に書込まれている各検出面とTVカメラ4,6,8との位置関
係に基づいて、各検出面における各検出点の座標(Ui，V
i)i=1,2,3が求められる。そして、求められた座標(Ui，
Vi)i=1,2,3データが演算器15に供給され、この各検出面
における座標(Ui，Vi)i=1,2,3データと、メモリ16に書
込まれているワールド座標系２における検出面の方程式
（Ｘ＝X1,X＝X2,Y＝Y3）に基づいて検出点P1，P2，P3の
ワールド座標系２における座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3が
求められる。そして、求められた座標Pi(xi,yi,zi)
i=1,2,3データが演算器17に供給される。演算器17は、
供給された座標Pi(xi,yi,zi)i=1,2,3データと、メモリ1
8に書込まれている車体11の特徴を表すデータに基づい
てワーク座標系からワールド座標系２への座標変換マト
リックス を求める。
ここで、演算器17によるワーク座標系からワールド座
標系２への座標変換マトリックス を求める方法について第４図を参照しながら説明する。
標系２への座標変換マトリックス を求める方法について第４図を参照しながら説明する。
車体11は複雑な形状をしているが位置を検出している
部分は直線l,mであるので、これら二つの直線l,mにより
車体11の形状を代表している。これら二つの直線l,mは
互いに平行ではなく、図示のようにねじれの位置関係に
ある。したがって、両直線間の関係はこれらの間の距離
Ｈと角度θによって表すことができる。なお、この距離
Ｈと角度θは予め車種別にメモリ18に書込まれている。
部分は直線l,mであるので、これら二つの直線l,mにより
車体11の形状を代表している。これら二つの直線l,mは
互いに平行ではなく、図示のようにねじれの位置関係に
ある。したがって、両直線間の関係はこれらの間の距離
Ｈと角度θによって表すことができる。なお、この距離
Ｈと角度θは予め車種別にメモリ18に書込まれている。
さて、直線l,m間の距離Ｈを求めるためには、図示の
ように点P4，P5を設定し、これらの座標をP4(x4,y4,
z4)、P5(x5,y5,z5)とする。これにより、演算器17は検
出点P1，P2，P3の座標と、２直線間の関係H,θを読込む
ことができるので、下記より、P4，P5の座標を求める。
ように点P4，P5を設定し、これらの座標をP4(x4,y4,
z4)、P5(x5,y5,z5)とする。これにより、演算器17は検
出点P1，P2，P3の座標と、２直線間の関係H,θを読込む
ことができるので、下記より、P4，P5の座標を求める。
P1，P2，P4は同一直線上にある ここで、P4点を原点Owとし、 をXw軸、Zw軸、Yw軸の単位ベクトルとするワーク座標系
23を求める。
23を求める。
これより、ワーク座標系23からワールド座標系２への
座標変換マトリックス を求める。
座標変換マトリックス を求める。
ただし、 は次式のようになる。
この座標変換マトリックス により、車体11の位置を表すことができる。
以上により、２つの平行でない直線状のエッジを有す
る車体11に対して直線部を延長した２つの直線間の距離
Ｈと角度θを与える。そして、ワールド座標系２に固定
された検出面と直線状のエッジの交点位置を、検出面内
に設けられたラインマーカと、それと所定の角度で設定
されたTVカメラとにより、一方のエッジで２箇所、他方
のエッジで１箇所の計３箇所で検出し、ワールド座標系
２における３点の３次元位置を求め、ワークの位置（６
自由度）を検知する。
る車体11に対して直線部を延長した２つの直線間の距離
Ｈと角度θを与える。そして、ワールド座標系２に固定
された検出面と直線状のエッジの交点位置を、検出面内
に設けられたラインマーカと、それと所定の角度で設定
されたTVカメラとにより、一方のエッジで２箇所、他方
のエッジで１箇所の計３箇所で検出し、ワールド座標系
２における３点の３次元位置を求め、ワークの位置（６
自由度）を検知する。
一方、ロボットコントローラ19は、車体11に対する作
業を教示したときの座標変換マトリックス をワーク位置検知コントローラ９から読込み、内部に設
けられたメモリに書込む。そして、再生時における車体
11の座標変換マトリックス により、教示時の作業プログラムを補正する。これによ
り、車体11の停止位置がずれても、車体11に対するロボ
ット等の自動機の作業位置が車体11の停止位置の変化に
追従して変化するので、常に車体11に対する自動機の作
業位置が同一になる。
業を教示したときの座標変換マトリックス をワーク位置検知コントローラ９から読込み、内部に設
けられたメモリに書込む。そして、再生時における車体
11の座標変換マトリックス により、教示時の作業プログラムを補正する。これによ
り、車体11の停止位置がずれても、車体11に対するロボ
ット等の自動機の作業位置が車体11の停止位置の変化に
追従して変化するので、常に車体11に対する自動機の作
業位置が同一になる。
このように、車体11の直線状のエッジと作業空間に固
定した平面との交点を検出するとともに、該エッジと平
行でない車体11の直線状のエッジと作業空間に固定した
二つの平面との交点を検出し、得られたこれら３つの交
点の座標と二つの直線状のエッジ間の距離Ｈおよび傾き
θの関係により車体11の位置を算出する。この場合、直
線状のエッジは車体11の特定の部分に限定されるもので
はない。また、検出点はエッジ上であればどこでも良い
ので、TVカメラ4,6,8の設置の制約が少ない。また、エ
ッジが長い場合には、車体11が基準位置から大きくずれ
ても検出が可能である。また、コントラストの強いマー
カの像に対して画像処理を行うので、簡単な２値化処理
で良いので処理時間が短くて済む。また、検出面内での
２次元的なキャリブレーションのみで良いので、調整が
容易である。また、車体11の形状として記憶すべきデー
タは、エッジ間の距離Ｈと傾きθだけであるので、記憶
装置の小型化が図れる。
定した平面との交点を検出するとともに、該エッジと平
行でない車体11の直線状のエッジと作業空間に固定した
二つの平面との交点を検出し、得られたこれら３つの交
点の座標と二つの直線状のエッジ間の距離Ｈおよび傾き
θの関係により車体11の位置を算出する。この場合、直
線状のエッジは車体11の特定の部分に限定されるもので
はない。また、検出点はエッジ上であればどこでも良い
ので、TVカメラ4,6,8の設置の制約が少ない。また、エ
ッジが長い場合には、車体11が基準位置から大きくずれ
ても検出が可能である。また、コントラストの強いマー
カの像に対して画像処理を行うので、簡単な２値化処理
で良いので処理時間が短くて済む。また、検出面内での
２次元的なキャリブレーションのみで良いので、調整が
容易である。また、車体11の形状として記憶すべきデー
タは、エッジ間の距離Ｈと傾きθだけであるので、記憶
装置の小型化が図れる。
◇第２実施例 第５図はこの発明による第２実施例であるワーク位置
検知装置を示す概略構成図である。この図において、24
は車体11の２次元での変位を検出する２次元変位測定器
であり、その測定面がワールド座標系２のYZ平面に平行
な面（Ｘ＝X1）内にあり、車体11のＹ方向とＺ方向の変
位を測定する。25,26は各々上記２次元変位測定器24と
同一構成の２次元変位測定器である。これらのうち、２
次元変位測定器25は、その測定面がワールド座標系２の
YZ平面に平行な面（Ｘ＝X2）内にあり、車体11のＹ方向
とＺ方向の変位を測定する。一方、２次元変位測定器26
は、その測定面がワールド座標系２のXZ平面図に平行な
面（Ｙ＝Y3）内にあり、車体11のＸ方向とＺ方向の変位
を測定する。
検知装置を示す概略構成図である。この図において、24
は車体11の２次元での変位を検出する２次元変位測定器
であり、その測定面がワールド座標系２のYZ平面に平行
な面（Ｘ＝X1）内にあり、車体11のＹ方向とＺ方向の変
位を測定する。25,26は各々上記２次元変位測定器24と
同一構成の２次元変位測定器である。これらのうち、２
次元変位測定器25は、その測定面がワールド座標系２の
YZ平面に平行な面（Ｘ＝X2）内にあり、車体11のＹ方向
とＺ方向の変位を測定する。一方、２次元変位測定器26
は、その測定面がワールド座標系２のXZ平面図に平行な
面（Ｙ＝Y3）内にあり、車体11のＸ方向とＺ方向の変位
を測定する。
ここで、２次元変位測定器24の構造について第６図を
参照して説明する。この図において、27は断面コ字状に
形成されたフレームであり、床（または天井）に固定さ
れ、その上面にシリンダ28、リニアポテンショメータ24
a、リニアガイド30がそれぞれ取付けられている。この
場合、シリンダ28のピストンロッド先端部28aにおい
て、リニアガイド30とリニアポテンショメータ24aの各
先端部が結合されている。これらより、リニアガイド30
とリニアポテンショメータ24aは、ピストンロッドの上
下運動に伴って動く。また、この際、ピストンロッド先
端部28aの変位がリニアポテンショメータ24aにて検出さ
れる。なお、リニアガイド30は、ピストンロッド先端部
28aが回転するのを防いでいる。
参照して説明する。この図において、27は断面コ字状に
形成されたフレームであり、床（または天井）に固定さ
れ、その上面にシリンダ28、リニアポテンショメータ24
a、リニアガイド30がそれぞれ取付けられている。この
場合、シリンダ28のピストンロッド先端部28aにおい
て、リニアガイド30とリニアポテンショメータ24aの各
先端部が結合されている。これらより、リニアガイド30
とリニアポテンショメータ24aは、ピストンロッドの上
下運動に伴って動く。また、この際、ピストンロッド先
端部28aの変位がリニアポテンショメータ24aにて検出さ
れる。なお、リニアガイド30は、ピストンロッド先端部
28aが回転するのを防いでいる。
ピストンロッド先端部28aには、フレーム31が取付け
られて設けられており、これには、シリンダ32、リニア
ポテンショメータ24bおよびリニアガイド34がそれぞれ
取付けられている。また、シリンダ32のピストンロッド
先端部32aには検出ヘッド35が取付けられている。この
検出ヘッド35は、リニアガイド34により回転しないよう
に拘束されながら、前後に動き、その変位がリニアポテ
ンショメータ24bによって検出されるようになってい
る。一方、上記フレーム27には、直交する二つの基準線
が設定されており、このフレーム27を作業ステーション
に取付ける際に、これら二つの基準線のなす面がワール
ド座標系２のYZ平面あるいはXZ平面共に平行になるよう
に行う。すなわち、２次元変位測定器24,25各々の二つ
の基準線のなす面がワールド座標系２のYZ平面に平行
に、２次元変位測定器26の二つの基準線のなす面がワー
ルド座標系２のXZ平面に平行になるように設置する。こ
のようにしてフレーム27を作業ステーションに設置する
ことにより、検出ヘッド35と車体11との接触部は、この
二つの基準線のなす面内にある。
られて設けられており、これには、シリンダ32、リニア
ポテンショメータ24bおよびリニアガイド34がそれぞれ
取付けられている。また、シリンダ32のピストンロッド
先端部32aには検出ヘッド35が取付けられている。この
検出ヘッド35は、リニアガイド34により回転しないよう
に拘束されながら、前後に動き、その変位がリニアポテ
ンショメータ24bによって検出されるようになってい
る。一方、上記フレーム27には、直交する二つの基準線
が設定されており、このフレーム27を作業ステーション
に取付ける際に、これら二つの基準線のなす面がワール
ド座標系２のYZ平面あるいはXZ平面共に平行になるよう
に行う。すなわち、２次元変位測定器24,25各々の二つ
の基準線のなす面がワールド座標系２のYZ平面に平行
に、２次元変位測定器26の二つの基準線のなす面がワー
ルド座標系２のXZ平面に平行になるように設置する。こ
のようにしてフレーム27を作業ステーションに設置する
ことにより、検出ヘッド35と車体11との接触部は、この
二つの基準線のなす面内にある。
上述した２次元変位測定器24と同様に他の２次元変位
測定器25,26が構成されている。なお、２次元変位測定
器25のフレーム27に取付けられたリニアポテンショメー
タの符号を25a、フレーム31に取付けられたリニアポテ
ンショメータの符号を25bとし、２次元変位測定器26の
フレーム27に取付けられたリニアポテンショメータの符
号を26a、フレーム31に取付けれたリニアポテンショメ
ータの符号を26bとする。
測定器25,26が構成されている。なお、２次元変位測定
器25のフレーム27に取付けられたリニアポテンショメー
タの符号を25a、フレーム31に取付けられたリニアポテ
ンショメータの符号を25bとし、２次元変位測定器26の
フレーム27に取付けられたリニアポテンショメータの符
号を26a、フレーム31に取付けれたリニアポテンショメ
ータの符号を26bとする。
上述した２次元変位測定器24,25,26各々のポテンショ
メータの出力がワーク位置検知コントローラ36（第７図
参照）に供給される。ここで、このワーク位置検知コン
トローラ36について説明する。なお、第７図において前
述した第２図と共通する部分には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。
メータの出力がワーク位置検知コントローラ36（第７図
参照）に供給される。ここで、このワーク位置検知コン
トローラ36について説明する。なお、第７図において前
述した第２図と共通する部分には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。
この図において、37は演算器であり、リニアポテンシ
ョメータ24a〜26a,24b〜26bの各値と、メモリ38に書込
まれているリニアポテンショメータの検出値と各検出面
（測定面が存在する）での位置関係を表す定数に基づい
て、検出面各々における座標(Ui，Vi)i=1,2,3を算出す
る。この演算器37にて算出された座標(Ui，Vi)i=1,2,3
データは演算器15に供給される。なお、図示しないが、
このワーク位置検知コントローラ36には、６個のシリン
ダのオン／オフ制御するシリンダ制御部も設けられてい
る。なお、上述した２次元変位測定器26、演算器15,37,
メモリ16,38は第１の位置検出手段を構成し、２次元変
位測定器24,25、演算器15,37、メモリ16,38は第２の検
出手段を構成する。
ョメータ24a〜26a,24b〜26bの各値と、メモリ38に書込
まれているリニアポテンショメータの検出値と各検出面
（測定面が存在する）での位置関係を表す定数に基づい
て、検出面各々における座標(Ui，Vi)i=1,2,3を算出す
る。この演算器37にて算出された座標(Ui，Vi)i=1,2,3
データは演算器15に供給される。なお、図示しないが、
このワーク位置検知コントローラ36には、６個のシリン
ダのオン／オフ制御するシリンダ制御部も設けられてい
る。なお、上述した２次元変位測定器26、演算器15,37,
メモリ16,38は第１の位置検出手段を構成し、２次元変
位測定器24,25、演算器15,37、メモリ16,38は第２の検
出手段を構成する。
次に、この第２実施例の動作について説明する。
さて、車体11が作業ステーション上に搬送されて停止
すると（通常、車体11検知用スイッチが作業ステーショ
ン上にあり、車体11が搬送されて停止すると、スイッチ
がオンになる）、２次元変位測定器24,25,26各々のシリ
ンダ28が前進する。そして、一定時間経過後、あるいは
リニアポテンショメータ24a,25a,26a各々の検出値の変
化が少なくなると、２次元変位測定器24,25,26各々のシ
リンダ32が前進する。そして、一定時間経過後、あるい
はリニアポテンショメータ24b,25b,26b各々の検出値の
変化が少なった時点、すなわち、２次元変位測定器24,2
5の各検出ヘッド35の下部が車体11の下面の直線状のエ
ッジ部にある２点（P1，P2）に接触するとともに、２次
元変位測定器26の検出ヘッド35の下部が車体11の前面の
直線状のエッジ部上の１点（P3）に接触した時点におい
て、各リニアポテンショメータ24a〜26a,24b〜26bの各
値(ui,vi)i=1,2,3が演算器37に読込まれる。これによ
り、演算器37はこれら値に基づいて次式によりUi，Viを
求める。
すると（通常、車体11検知用スイッチが作業ステーショ
ン上にあり、車体11が搬送されて停止すると、スイッチ
がオンになる）、２次元変位測定器24,25,26各々のシリ
ンダ28が前進する。そして、一定時間経過後、あるいは
リニアポテンショメータ24a,25a,26a各々の検出値の変
化が少なくなると、２次元変位測定器24,25,26各々のシ
リンダ32が前進する。そして、一定時間経過後、あるい
はリニアポテンショメータ24b,25b,26b各々の検出値の
変化が少なった時点、すなわち、２次元変位測定器24,2
5の各検出ヘッド35の下部が車体11の下面の直線状のエ
ッジ部にある２点（P1，P2）に接触するとともに、２次
元変位測定器26の検出ヘッド35の下部が車体11の前面の
直線状のエッジ部上の１点（P3）に接触した時点におい
て、各リニアポテンショメータ24a〜26a,24b〜26bの各
値(ui,vi)i=1,2,3が演算器37に読込まれる。これによ
り、演算器37はこれら値に基づいて次式によりUi，Viを
求める。
ここで、Ui，Viは各２次元変位測定器24,25,26のフレ
ーム27に記された二つの基準線からの距離である（第６
図参照）。また、符号▲Ku i，Kv i，Cu i，Cv i▼は各２次
元変位測定器24,25,26の形状によって決まる定数であ
り、メモリ38（第７図参照）に予め書込まれている。
ーム27に記された二つの基準線からの距離である（第６
図参照）。また、符号▲Ku i，Kv i，Cu i，Cv i▼は各２次
元変位測定器24,25,26の形状によって決まる定数であ
り、メモリ38（第７図参照）に予め書込まれている。
次に、演算器37によって求められた(Ui,Vi)i=1,2,3デ
ータが演算器15に供給される。演算器15は、(Ui,Vi)
i=1,2,3データと、メモリ16に書込まれている各２次元
変位測定器24,25,26の基準線のワールド座標系２におけ
る位置（方程式）に基づいて、各検出点P1，P2，P3のワ
ールド座標系２における座標Pi(xi,yi,zi)を求める。以
後、検出点P1，P2，P3から座標変換マトリックス を算出するまでの処理過程は前述した第１実施例と同様
に行なわれる。
ータが演算器15に供給される。演算器15は、(Ui,Vi)
i=1,2,3データと、メモリ16に書込まれている各２次元
変位測定器24,25,26の基準線のワールド座標系２におけ
る位置（方程式）に基づいて、各検出点P1，P2，P3のワ
ールド座標系２における座標Pi(xi,yi,zi)を求める。以
後、検出点P1，P2，P3から座標変換マトリックス を算出するまでの処理過程は前述した第１実施例と同様
に行なわれる。
しかして、座標変換マトリックス が求められると、各２次元変位測定器24,25,26の各シリ
ンダ32が後退し、さらに一定時間経過後、シリンダ28が
後退する。
ンダ32が後退し、さらに一定時間経過後、シリンダ28が
後退する。
このように、この第２実施例においては、車体11の変
位を直接（接触させて）測定するので、車体11の変位に
対して高精度でロボット等の自動機の位置決めができる
という特徴がある。
位を直接（接触させて）測定するので、車体11の変位に
対して高精度でロボット等の自動機の位置決めができる
という特徴がある。
「発明の効果」 この発明によるワーク位置検知装置によれば、光学的
検出手段または機械的検出手段を有する第１、第２の位
置検出手段により、作業空間に固定された各検出面と各
エッジとの交点を３箇所検出し、これら交点の座標と、
各エッジ間の位置関係に基づいてワークの位置を検知す
るようにしたので、以下に示す効果が得られる。
検出手段または機械的検出手段を有する第１、第２の位
置検出手段により、作業空間に固定された各検出面と各
エッジとの交点を３箇所検出し、これら交点の座標と、
各エッジ間の位置関係に基づいてワークの位置を検知す
るようにしたので、以下に示す効果が得られる。
ワークに直線状のエッジであれば、どこを検出しても
良く、検出器の設置の制約がない。
良く、検出器の設置の制約がない。
直線状のエッジの長さが長い場合、ワークが基準位置
から大きくずれても測定可能である。すなわち、測定範
囲が広い。
から大きくずれても測定可能である。すなわち、測定範
囲が広い。
計算量が少なく、かつ演算が容易であるので、検出時
間が短い。
間が短い。
検出面内での２次元的なキャリブレーションのみで良
いので、調整が短時間でできる。
いので、調整が短時間でできる。
コントラストの強いマーカの像に対して画像処理を行
うので、簡単な２値化処理で良く、処理時間が短い。
うので、簡単な２値化処理で良く、処理時間が短い。
ワークの形状として記憶すべきデータはエッジ間の距
離と傾きだけであるので、記憶容量が少なくて済み、装
置の小型化が図れる。
離と傾きだけであるので、記憶容量が少なくて済み、装
置の小型化が図れる。
変位を直接（ワークに接触させて）測定するので、位
置検出精度が高い。
置検出精度が高い。
【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の第１実施例であるワーク位置検知装
置を示す概略構成図、 第２図は同実施例のコントローラを示すブロック図、 第３図は画像と特徴点の関係を示す図、 第４図は直線状のエッジとワーク座標系の関係を示す
図、 第５図は第２実施例であるワーク位置検知装置を示す概
略構成図、 第６図は２次元変位測定器を示す概略構成図、 第７図は第２実施例のコントローラを示すブロック図で
ある。 11……車体、２……ワールド座標系、3,5,7……ライン
マーカ、4,6,8……TVカメラ（３〜８は光学的検出手
段）、10,11,12……画像処理装置、9,36……ワーク位置
検知コントローラ、13,15,17,37……演算器、14,16,18,
38……メモリ、19……ロボットコントローラ、23……ワ
ーク座標系、24〜26……２次元変位測定器（機械的検出
手段）、35……検出ヘッド。
置を示す概略構成図、 第２図は同実施例のコントローラを示すブロック図、 第３図は画像と特徴点の関係を示す図、 第４図は直線状のエッジとワーク座標系の関係を示す
図、 第５図は第２実施例であるワーク位置検知装置を示す概
略構成図、 第６図は２次元変位測定器を示す概略構成図、 第７図は第２実施例のコントローラを示すブロック図で
ある。 11……車体、２……ワールド座標系、3,5,7……ライン
マーカ、4,6,8……TVカメラ（３〜８は光学的検出手
段）、10,11,12……画像処理装置、9,36……ワーク位置
検知コントローラ、13,15,17,37……演算器、14,16,18,
38……メモリ、19……ロボットコントローラ、23……ワ
ーク座標系、24〜26……２次元変位測定器（機械的検出
手段）、35……検出ヘッド。
Claims (3)
- 【請求項１】直線状のエッジを少なくとも２箇所有する
ワークの作業空間における当該ワークの位置を検知する
ワーク位置検知装置において、前記各エッジのうちの一
方と作業空間に固定された検出面との交点を検出する第
１の位置検出手段と、前記検出面と異なる位置に固定さ
れた二つの検出面の各々と前記各エッジの他方との交点
を検出する第２の位置検出手段と、前記第１、第２の位
置検出手段の各々によって検出される交点が存在する前
記エッジ間の位置関係が記憶された記憶手段と、前記第
１、第２の位置検出手段の各々によって検出された交点
の座標と前記記憶手段に記憶されたデータに基づいて前
記ワークの位置を検出する演算手段とを具備することを
特徴とするワーク位置検知装置。 - 【請求項２】前記第１、第２の位置検出手段による前記
各エッジと各検出面との交点の検出を光学的手段により
行うことを特徴とする請求項１記載のワーク位置検知装
置。 - 【請求項３】前記第１、第２の位置検出手段による前記
各エッジと各検出面との交点の検出を前記ワークに対し
て機械的に接触させる機械的検出手段により行うことを
特徴とする請求項１記載のワーク位置検知装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009541A JP2509357B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | ワ―ク位置検知装置 |
| US07/644,115 US5160977A (en) | 1990-01-19 | 1991-01-18 | Position detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009541A JP2509357B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | ワ―ク位置検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03213251A JPH03213251A (ja) | 1991-09-18 |
| JP2509357B2 true JP2509357B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=11723132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009541A Expired - Lifetime JP2509357B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | ワ―ク位置検知装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5160977A (ja) |
| JP (1) | JP2509357B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2773517B2 (ja) * | 1992-02-27 | 1998-07-09 | 三菱電機株式会社 | プログラム表示装置 |
| US5627646A (en) * | 1995-07-21 | 1997-05-06 | Ford Motor Company | Method for locating flaws in a smooth surface of an object |
| US5992758A (en) * | 1996-09-23 | 1999-11-30 | Agro-Mack Enterprises Ltd. | Proximity detector for ground-based implements |
| ES2160292T3 (es) * | 1997-10-22 | 2001-11-01 | Isra Vision Systems Ag | Procedimiento para la determinacion optica de la posicion de un objeto tridimensional. |
| US6094269A (en) * | 1997-12-31 | 2000-07-25 | Metroptic Technologies, Ltd. | Apparatus and method for optically measuring an object surface contour |
| GB9923795D0 (en) | 1999-10-09 | 1999-12-08 | British Aerospace | Micropositioning system |
| JP2005515910A (ja) * | 2002-01-31 | 2005-06-02 | ブレインテック カナダ インコーポレイテッド | シングルカメラ３ｄビジョンガイドロボティクスの方法および装置 |
| DE10242620B3 (de) * | 2002-09-13 | 2004-04-15 | Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag | Verfahren und Vorrichtung zum visuellen Erkennen von Farbglanzabweichungen |
| WO2007149183A2 (en) * | 2006-05-25 | 2007-12-27 | Braintech Canada, Inc. | System and method of robotically engaging an object |
| WO2008036354A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Braintech Canada, Inc. | System and method of determining object pose |
| US7957583B2 (en) * | 2007-08-02 | 2011-06-07 | Roboticvisiontech Llc | System and method of three-dimensional pose estimation |
| US8559699B2 (en) | 2008-10-10 | 2013-10-15 | Roboticvisiontech Llc | Methods and apparatus to facilitate operations in image based systems |
| CN102019565B (zh) * | 2009-09-21 | 2015-10-14 | Abb技术有限公司 | 用于制造部件的质量控制***和方法 |
| DE102010002816B4 (de) * | 2010-03-12 | 2014-05-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Werkzeugmaschine und Verfahren zur Ermittlung der Position eines in eine Werkstückeinspannvorrichtung eingespannten Werkstücks bei einer Werkzeugmaschine |
| CN102384718B (zh) * | 2011-10-20 | 2013-08-14 | 南车二七车辆有限公司 | 一种铁路货车检测用ccd传感器伺服装置 |
| US9747680B2 (en) | 2013-11-27 | 2017-08-29 | Industrial Technology Research Institute | Inspection apparatus, method, and computer program product for machine vision inspection |
| TWI577493B (zh) * | 2014-12-26 | 2017-04-11 | 財團法人工業技術研究院 | 校正方法與應用此方法的自動化設備 |
| CN109813220A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-05-28 | 宁波吉利汽车研究开发有限公司 | 多车型车身自动测量方法、装置及智能在线测量工作站 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3423135A1 (de) * | 1984-06-22 | 1986-01-02 | Dornier Gmbh, 7990 Friedrichshafen | Verfahren zum auslesen einer entfernungsbildzeile |
| US4831742A (en) * | 1986-10-15 | 1989-05-23 | Struble James E | Contour and outline transducer gage assembly |
| JPH0820239B2 (ja) * | 1987-07-07 | 1996-03-04 | 日産自動車株式会社 | 車体計測方法 |
-
1990
- 1990-01-19 JP JP2009541A patent/JP2509357B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-01-18 US US07/644,115 patent/US5160977A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5160977A (en) | 1992-11-03 |
| JPH03213251A (ja) | 1991-09-18 |
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