JP4207327B2

JP4207327B2 - 回転位置検出装置

Info

Publication number: JP4207327B2
Application number: JP25720099A
Authority: JP
Inventors: 康宏金子
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: JP2001082942A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転位置検出装置に関し、特に、対象となる部品の穴の位置（向き）の測定開始角度を求めることで測定処理時間の短縮を図り、その結果、作業効率の改善を大幅に可能にした回転位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、円柱状の部品（図１、図７等の番号１）を相手方に組み付ける作業がある場合に、当然、組み付け作業の効率化を図る必要がある。このような組み付け作業を実行するに際して、相手方との位置決めのために、通常、部品１の天面に少なくとも２個のガイド穴（図１，図７等の３つの穴の内の２個）を設けている。さらに、この部品１には、このような２つのガイド穴と、図示のようにさらに実使用上で必要な他の穴（例えば、オイル逃げ穴）の３つの穴が天面に設けられている。
【０００３】
ところで、実際の組み付け作業において、このような部品１は大量の数を扱うことになるが、これらの穴の向きは全て同じ向きに揃えられていることはなく、全くランダムな向きで作業待ちの状態となっている。
そこで、組み付け作業を効率的に行うために、予備作業として、これら３つの穴を利用して部品１の向き、即ち、回転位置（回転角度）を検出する装置が知られている。このような回転位置検出装置を用いて、穴の向き（位置）を予め測定し、相手方に対して部品１を回転させて組み付け作業を行うことにより、組み付け作業の効率化を図っている。
【０００４】
しかしながら、以下に詳述するように、従来の回転位置検出装置には、穴の位置を測定する処理時間にバラツキが大きく、組み付け作業の効率化のためには改善する必要があった。以下に、従来の回転位置検出装置の動作と、その問題点を説明する。
図１は本発明に適用する回転位置検出装置のシステム構成図であるが、従来でも本図示の範囲では同様なシステム構成を有する。図示のように、対象となる部品（以下、「対象物」と称する）１上にあって１つの円周上に存在する穴２に照明装置１０から照明を当てて、その画像をテレビカメラ１１を通して、画像処理装置１２内の画像メモリ１３に記憶する。
【０００５】
そして、図７に示すように、全ての穴を含むドーナツ状に、予め決めておいた角度、例えば円の中心から右方向の角度から決めておいた方向、例えば反時計回りに、子午線方向に投影したデータを得る（４は投影データを得るためにウインドウ群）。このとき、投影する単位角度（各ウインドウの間隔）を各１°とすると、３６０個の投影データが得られる。そして、この投影データから得られて各穴のヒストグラムの値の大小により穴の有無を、また、番目（何番目の穴か）により穴の位置（角度）を検出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の測定方法では、対象物１が図７（ａ）と図７（ｂ）のような向きでは、同じ３つの穴の配列でありながら、最後の穴を検出し終わるまでの測定時間が異なってしまう。また、図７（ｃ）のように予め決めておいた角度上にいずれかの穴が存在すると、測定開始時にこの穴を避けるため一周以上の処理時間が必要になる問題がある。このように、対象物１が最初に置かれた向き、即ち、回転位置に依存した測定処理時間となってしまい、その時の最長時間（図７（ｃ）のときの時間）が回転位置検出装置の処理時間となってしまう問題がある。
【０００７】
即ち、従来は、穴位置の測定開始角度を対象物１を置いたときの穴位置とは関係なく、一定の位置（固定位置、例えば、０°）に設定したため、対象物１を置いたそのときの穴の位置に応じて最初の穴までの測定時間が変化し、その結果、全ての穴の位置（角度）を測定する処理時間にバラツキが発生していた。
例えば、図７（ｃ）のように穴に掛かった状態で測定が開始されると、測定を一周（３６０°）行い、さらに、穴の無いのを確認できる角度まで測定することになるため、処理時間が長くかかる問題があった。
【０００８】
本発明は、例えば、図７（ａ）のような対象物と穴位置との関係において、投影開始角度を固定せずに、以下に説明するようにその都度決めれば、最短時間で処理が完了するという点に着目し、測定開始角度を決めるために、複数の穴の全てを統合した重心により対象物の概略回転位置（角度）を検出し、この位置により投影開始角度を補正することにより上記問題点を解決するものである。
【０００９】
即ち、本発明では、この処理時間のバラツキを無くすために測定開始角度を、固定とせずに、対象物の置かれた状態に応じて変化させるものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜４の発明によれば、穴の位置を測定する際に、最初の穴の測定開始角度を、固定位置からとせずに、対象物の置かれた状態、及び対象物の穴の配列に応じて決めることで、穴の位置の測定処理時間のバラツキを無くすことが可能になり、その結果、相手方への組み付け作業に際して大幅な作業効率の改善を達成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による回転位置検出装置を適用するブロック構成図である。図中、１は対象となる部品（対象物）、２は対象物上の穴、１０は対象物を照明する照明装置、１１は対象物上の穴を撮影するテレビカメラ、１２はテレビカメラで撮影された画像を処理する画像処理装置、１３は画像処理装置に内蔵された画像メモリ、１４は画像メモリの内容を読み出して表示するモニタテレビである。
【００１２】
図示のように、対象物１と対象物１上の３つの穴２は、照明装置１０に照らされ、テレビカメラ１１により撮影され、映像として取り込まれて画像処理装置１２内の画像メモリ１３に記憶される。そしてモニタテレビ１４は画像メモリに記憶された画像データを後述する方法で処理し処理結果を表示する。
図２は、対象物１上の３つの穴を統合した重心の角度と投影開始角度と補正角度の関係を図示したものである。図示のように、３つの穴２は対象物１上の帯状の円周上（即ち、点線で示す内側と外側の２つの円の範囲内）にあるものとする。図中、３は３つの穴を一つの図形として統合したときの重心の位置（＋印）であり、この重心の位置は水平０°（画像データ上のＸ軸）から角度θＭに位置するものとする（この重心の位置の求め方については後述する）。
【００１３】
４は子午線方向（対象物の中心からの外径方向に延びた直線）における投影データを得るためのウインドウ群であり、線状のウインドウ群４が１°単位で並んでいる。そして、θＳはそのウインドウ群４が開始する角度であり、０°（Ｘ軸）から求めた開始角度である。また、θＨは重心の位置３の角度θＭから開始角度θＳを算出するための補正角度であり対象物１により予め決められた値である。
【００１４】
即ち、この補正角度θＨは、対象物上の天面に複数の穴が群がっている状態に応じて補正する角度である。例えば、複数の穴が、天面の一部分のエリアに比較的密に群がっている場合と、天面の半分位に群がっている場合と、天面の全体に群がっている場合、とでは、この補正角度を変化させる。例えば、それぞれ１２０°、９０°、６０°というように、複数の穴の配列を見て経験的に予め設定する。
【００１５】
本発明では、対象物が計測装置に置かれると、対象物全体を画像としてとらえ、対象物の中心と３つの穴の重心とのなす角度θＭを求め、予め対象物の穴の配置に応じて設定した補正角度θＨを加え、θＨとθＭから測定開始角度θＳを求め、測定開始角度θＳから測定を開始するようにしたことにより、従来のように、３６０°を超えて測定しなければならないという問題点を解消するとともに、対象物の穴の配置によっては、予め測定する角度を３６０°より小さくすることができ、その結果測定時間を短縮することができるようになる。
【００１６】
図３は本発明による回転位置検出装置の基本的な処理フローチャートである。まず、図１のブロック構成を使用して、３つの穴２を１つの図形に統合して対象物全体を画像処理し、３つの穴の重心を求める（Ｓ１）。
この３つの穴の重心の求め方については、３つの穴の大きさが同じであれば三角形の重心を求める周知の方法で可能である。即ち、３つの穴のそれぞれのＸ座標とＹ座標を求め、３つのＸ座標値を加算し、さらに３つのＹ座標値を加算し、それぞれの和を３分の１（各頂点からの垂線の高さの１／３）して求めることができる。
【００１７】
一方、後述する図４では、１つの穴の重心を画像データ上の座標で求める方法が示されているが、本発明の実施形態では、このようにして求めた１つ１つの穴の重心から、３つの穴の重心を各穴の重心の座標値の加算とその平均により求めている。この場合、３つの穴の重心は一度に求める。即ち、穴１のＸ座標重心をＭ_x1、Ｘ座標のΣをＡ₁、セグメント数をＢ₁とすると、後述する７頁の式（Ａ／Ｂ）より、Ｍ_x1＝Ａ₁／Ｂ₁，Ｍ_x2＝Ａ₂／Ｂ₂，Ｍ_x3＝Ａ₃／Ｂ₃であるが、各穴の位置が分からない状態では図４のウインドウが決められない。このため、本発明では、（Ａ₁＋Ａ₂＋Ａ₃）／（Ｂ₁＋Ｂ₂＋Ｂ₃）により重心を求める。
【００１８】
そして、このようにして３つの穴の重心が得られると、この重心の位置に対して対象物１の中心から見た重心の角度θＭを求める（Ｓ２）。
次に、対象物に応じて予め決められた補正角度θＨと重心の位置（角度）θＭから、ウインドウ群４の開始角度θＳを、θＳ＝θＨ−θＭ、を計算して求める（Ｓ３）。
【００１９】
次に、対象物１をテレビカメラでとらえ、各角度ごとの投影データを求める（Ｓ４）。この開始角度θＳから子午線方向の投影をするウインドウ群４を１°単位で設定し、投影データを求める。この投影データの大小及びその番目により、３つの穴２のそれぞれの位置（角度）を求める（投影データの詳細は図５及び図６で説明する）。
【００２０】
即ち、対象物１の中心から見て、測定開始角度（θＳ）の位置から順に投影データの値の大きさを比較し、所定の値より大きくなっている角度を求め、その中心値の角度から穴の位置を正確に求める（Ｓ５）。
そして、複数の穴の少なくとも２つの穴として、例えば、１番目の穴と３番目の穴の中心の位置を求め（Ｓ６）、さらに、これらの１番目の穴と３番目の穴の中心を結ぶ直線と、Ｘ軸（基準線）とのなす角度を求める（Ｓ７）。この角度が対象物の回転位置（角度）となる。
【００２１】
このように、本発明によれば、３つの穴の重心から対象物の概略回転位置を求めることにより、常に、最短時間で、３つの穴の位置を求め、精度を低下させずに対象物の回転位置を検出することができる。その結果、対象物を相手方に組み付ける際に、大幅に作業効率を改善することができる。
なお、投影データを測定する際に、穴の無い部分を飛ばして、穴が存在する角度範囲だけを測定することにより、測定時間の短縮を図ることもできる。即ち、図５の右側のヒストグラムを求める際に、穴と次の穴との間のヒストグラムを求める動作を飛ばして次の穴の投影データ作成に移れば、無駄な処理時間を削除することができる（つまり、穴がないことが明らかな角度では投影データの演算を省略する）。
【００２２】
さらに、対象物上の穴の数に条件は無く、穴の配列は偏りが大きいほど効果がある。即ち、複数の穴が天面のある範囲に群がっていれば、これらの複数の穴の重心の位置が対象物の中心位置から離れ、その結果、重心の位置（角度）が明確になり、測定開始角度が明確になるからである。
図４は本発明の実施形態で採用した穴の重心の求め方の一例説明図である。図２に示す３つの穴２の重心３を求めるに際して、１つの穴（２’）の重心の求め方を以下に説明する。画像はＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ連番が打たれている格子状のセグメントで構成されている。
【００２３】
ところで、穴の重心のＸ座標は、穴の表す画像（図の黒い部分）の存在するＸ座標の平均値で表される。即ち、
重心のＸ座標＝Ａ／Ｂ，ここで、
Ａ＝Σ（穴画像のＸ座標）×（そのＸ座標にある穴画像のセグメント数）
Ｂ＝（穴画像の全セグメント数）
また、重心のＹ座標は、穴の表す画像の存在するＹ座標の平均値で表される。即ち、
重心のＹ座標＝Ｃ／Ｄ，
Ｃ＝Σ（穴画像のＹ座標）×（そのＹ座標にある穴画像のセグメント数）
Ｄ＝（穴画像の全セグメント数）
上述では１つの穴２’について説明したが、穴の数が増えても同様で、重心を求める穴の画像のセグメント全体で計算すればよい。
【００２４】
図４の場合について、上記の式を用いて実際の計算を以下に示す。
Ｘ重心＝（３０１×５＋３０２×７＋３０３×７＋３０４×１０＋
３０５×１０＋３０６×１０＋３０７×８＋３０８×９＋
３０９×７＋３１０×２）／７５
＝２２９０１／７５
＝３０５．３５
Ｙ重心＝（２１６×１＋２１７×６＋２１８×７＋２１９×９＋
２２０×９＋２２１×９＋２２２×９＋２２３×９＋
２２４×８＋２２５×５＋２２６×３）／７５
＝１６５８４／７５
＝２２１．１２
次に、本発明の実施形態で採用した投影データの求め方について図５及び図６により詳細に説明する。図５は投影データの求め方の説明図であり、図６は投影データの求め方の一例説明図である。
【００２５】
図５において、対象物１上の穴２−１の位置ｂ（図２に示す線状ウインドウ４に対応）における投影データは、対象物１の中心から外径に向かう直線で、穴との重なる長さｄ（太線参照）の長さにより投影データの大きさが決まる。即ち、位置ｂの線状ウインドウに重なった穴の画素数が投影データとなる。
このように、投影データは対象物１の中心から外径に向かう直線（子午線）方向の、穴に重なる長さであるため、穴の中心の位置（角度）における投影データは大きくなり（図の右側に示す各ピーク値参照）、穴の無い位置（角度）の投影データは「０」となるので、投影データの値から穴の有無が検出できる。但し、投影データの極大値を示す位置（角度）から正確な穴の中心を求めることはできない。なぜなら、図６に実際例で示すように、穴の中心近辺では投影データの大きさの変化が小さく、極大となる位置を正確に求めることが出来ないからである。
【００２６】
図６において、画像データ上の穴２’について、Ｘ軸投影データと、Ｙ軸投影データを示す。図示のように、Ｘ軸投影データは各Ｘ座標上の画素数を数えてヒストグラムにしたものである。同様に、Ｙ軸投影データは各Ｙ座標上の画素数を数えてヒストグラムにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転位置検出装置のシステム構成図である。
【図２】対象物上の３つの穴を統合した重心の角度と投影開始角度と補正角度の関係を図示した図である。
【図３】本発明による回転位置検出装置の基本的な処理フローチャートである。
【図４】本発明の実施形態で採用した穴の重心の求め方の一例説明図である。
【図５】本発明の実施形態で使用する投影データの説明図である。
【図６】本発明の実施形態で採用した投影データの求め方の一例説明図である。
【図７】従来の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１…対象物
２…対象物上の穴
３…重心
４…線状のウインドウ
１０…照明装置
１１…テレビカメラ
１２…画像処理装置
１３…画像メモリ
１４…モニタテレビ

Claims

回転位置を測定すべき対象物上にあって前記対象物の１つの円周上に配列された複数の穴と、前記複数の穴を撮影する撮像手段と、前記撮像手段で撮影された前記対象物上の複数の穴の画像データを取り込む画像処理手段と、前記画像処理手段の処理結果を格納する画像記憶手段と、前記画像記憶手段から読み出して表示するモニタ手段で構成され、前記対象物の回転位置を角度で検出する回転位置検出装置において、
前記画像処理手段は、
前記複数の穴の全てを統合した重心を算出する重心算出手段と、
前記算出された重心と前記対象物の中心とを結ぶ直線が、所定の基準線となす角度を求める重心角度算出手段と、
前記重心の角度に、前記対象物に応じて予め決められた所定の補正角度を加え、前記複数の穴の位置を測定するための測定開始角度を求める測定開始角度算出手段と、
前記測定開始角度から開始し、前記対象物の中心から外径に向かう直線方向に延びた直線に投影された各穴ごとの投影データを単位角度ごとに求める投影データ算出手段と、
前記対象物の中心から外径に向かう直線方向に見た場合について、測定開始角度の位置から順に投影データの値の大きさを比較し、所定の値より大きくなっている個所についてその角度群を求め、その角度群の中心値の角度から穴の位置を求める穴中心位置検出手段と、
前記穴中心位置検出手段で検出された、少なくとも２つの穴の中心を結ぶ直線を求め、前記直線と前記所定の基準線とがなす角度を求め、前記対象物の回転角度とする回転角度検出手段と、
を具備することを特徴とする回転位置検出装置。
前記投影データ算出手段は、各穴の投影データを求める際に、穴の存在する部分だけの投影データを求めるようにした請求項１に記載の回転位置検出装置。
前記補正角度は、前記対象物上の複数の穴の配列状態に応じて、対象物ごとに決める請求項１に記載の回転位置検出装置。
前記基準線を、画像処理画面のＸ軸とする請求項１に記載の回転位置検出装置。