JPH02502307A - 位置検出方法および装置 - Google Patents

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】 位置検出方法および装置 この発明は、電子−光学装置を用いて反射性を有する丸隅部を検出する方法に関 する。

極めて関連を有する一例としては、自動車用車体の窓開口周囲のフレーム部の隅 部がある。風防ガラスおよび他の自動車用窓の装着を自動化することが、試みら れている。ロボットがリフトフレーム上の吸引力ツブを用いて窓を取上げ、それ を窓開口に押入れるようになっている。接着剤は既に、窓（あるいはフレーム部 ）の端部周縁に設けられている。プラスチックトリムは芯に保持されるか、ある いはフレーム部に予め装着されている０重大な問題は、製造ライン上の車体はむ しろ厳密でない許容範囲において、すなわち±４０簡の範囲においてのみ位置決 めされ、しかも窓は、ロボットが密を押入れる前に、窓開口に対して１ｆｉより 正確に位置決めされなければならない点である。不整合状態は、憐れでコストの かかる結果をもたらす。

強力な像（イメージ）分析コンピュータと関連させた４またはそれ以上の固定カ メラを用いて、窓開口の位置を決定することが既知である。この種のシステムは 極めて高価であり、かつ精巧な組立て操作が必要になると共に、理想条件から逸 脱することにより、極めて容易に作動が不調となってしまう、リフトフレーム自 体に単純な発源−検出器センサ（たとえば、発光および受光ダイオード対）と取 付、検出された端部の移行状態が、宮が正しい位置にあることを表示するまで、 リフトフレームを２次元の範囲で移動させることも既知である。このシステムは 単純で安価であるが、作動が極めてゆっくりしたものになる。リフトフレームは 、正しい位置が信頼性をもって決定されるまでに、ロボットにより約１５秒間、 移動を行われることになる。

ダイオード対のような電子−光学位置センサは、−ａに、対象物から戻る拡散光 の存在または不存在により、対象物の存在または不存在を検出するようになって いる。したがって、総体的に走査ビームと、戻り分散光を検出するセンサとを利 用して、輪郭を検出するために利用される電子−光学装置が、多数知られている （たとえば、ヨーロッパ特許公開第０１３７５１７号、ヨーロッパ特許公開第０ １６３３４７号、英国特許第１３７９７６９号および英国特許公開第２００１７ ５３号明細書）、ヨーロッパ特許公開第０１３２２００号明細書には、端部と、 端部間の間隙とを検出する装置が開示されているが、これも分散光を鯨りにして いる。これらの装置のいずれも、対象物が反射性を有する丸形隅部である時に用 いることは不適切である。

他の既知の装置に鏡面反射光を検出するものがある（たとえば、走査された面の 傾斜角を検出するためには、国際公開第８６１０４６フ６ヨーロッパ特許公開第 ０１４３０１２号明細書）、これらの装置は隅部の位置の検出を目的とするもの でも、それに適するものでもない。

この発明の目的は、反射性を有する丸形隅部の位置を検出する改良され、かつ簡 単な方法を提供することである。

この発明において、電子−光学検出装置を用いて反射性丸形隅部の位置を検出す る方法であって、隅部を横切って指向される扇形ビーム光を提供する光源と、反 射性対象物の位置を光学装置に関連するスケールに沿う位置として表示する光検 出器とを備え、前記光源および検出器の位置が、検出器に到達する比較的多量の 光が、隅部に沿って延びる狭幅ストライプから反射された光であるように決めら れていることを特徴とする方法、が提供される。

「光」という用語は、この発明を可視光の利用に限定するものではない．たとえ ば、赤外線光が利用できる。

この発明においては、前述のすべてではないとしても、そのほとんどの例におい て本質的なものである走査ビームに対して、前述のように扇形ビーム光を利用す ることが極めて好ましい．このビームは静止要素、たとえばスリット開口および ／または円筒レンズを用いて、極めて簡単に発生させることができるのに対して 、走査ビームは、より複雑な光学装置、たとえば回転ミラーを必要とする．しか も扇形ビームは走査ペンシルビームによりシミュレーシヨンすることができ、こ れはこの発明の方法の好ましくない修正例において用いられている。

この発明はさらに、要素を丸形反射性隅部を有する対象物に取付ける自動組立て 装置に関する．この装置は、この発明の方法であって請求の範囲第１１項に記載 される方法を利用している．この発明は請求の範囲において特別に限定されてい るが、基礎となる原理は、電子−光学装置を用いて、この装置の視界範囲におい て、隅部が狭幅反射ストライプを発生させることができることから、丸形隅部の 位置を決定できることである．その方法は図面を参照して、（例示的に示される ）この発明の種々の実施例に関連して説明される。

第１図は概略説明図、 第１Ａ図は第１図に通用される光学的考察を示す概略図、第１Ｂ図は検出処理系 統図、 第２図は検出器応答波形の概略図、 第３〜５図は概略説明図、 第６，７図および８図はそれぞれ電子−光学装置の平面図、倒立面図および端室 面図、 第９図は風防ガラス用リフトフレームと共に用いられる４つの装置の概略配置図 、 第１０図はフレームに対する一つの装置の取付は形態を示す概略図、 第１１図は装置を引込める機構の概略図、第１２図は検出パルス幅の変動形態を 示す概略説明図、第１３図は２−センサ装置を備える装置の概略図、第１４Ａお よび１４Ｂ図は改良された光学装置を備える２−検出器装置の概略図、 第１５図は２検出器および２光源を備える装置の概略図、第１６図は第１５図の 装置により得られる波形の概略図、第１図は車体の窓開口周囲の典型的なフレー ム断面１０を示し、外部隅部１１および内部隅部１２を備え、芯を受容するため の減少部を形成している．車体は窓が取付けられる前に塗装され、白色．黒色ま たは任意の範囲の暗色および明色を有すると共に、メタリック仕上げも含まれる ．しかも仕上げ状態は常に、つや消しの拡散性ではなく、強い反射性を有してい る．隅部１１および１２は典型的には、１〜２詐の曲率半径を有する。

光源りが扇形ビーム光をフレーム部１０に送り、センサまたは検出器りが反射光 を受容する．扇形ビームは隅部を横切るように送られる．検出器は出力波形（第 ２図）を提供する良く知られたタイプのものであり、ここではパルスは、検出器 に入射するビームの検出器スケールに沿う位置、したがってこの場合は、反射性 対象物の位置を表示する．入射し、鏡面反射された光線のいくつかが図示される ．入射光線１１は隅部１１に光ストライプを発生し、反射光＆ＩＲ１はＳｌにお いて検出器に当たる．同様に、入射光線１２は隅部１２に光ストライブを発生し 、反射光線Ｒ２はＳ２において検出に当たる．したがって検出器りから得られる 波形は対応するパルスＰ１およびＰ２を表示し、これらパルスは、周囲光および フレーム部１０からの拡散光からもたらされる基礎値Ｐに重ねられる．基礎値の 高さは変動し、これは明色塗装仕上げのものに対しては高くなる傾向を有するが 、パルスＰＩおよびＰ２は顕著であるから、これらは常に信頼性をもって検出さ れる。

位置情報を得るためのパルスＰ１．Ｐ２の処理は、容易に利用できる技術により 行われる．第１ＢＩ！ｌは、コンビエータ６にサンプルを送るアナログ−デジタ ル変換器５に連結された検出器りを示す．コンピュータはパルスＰ１．Ｐ２を位 置決めするためサンプルを分析し、検出器波形をコンピュータにおけるリアルタ イム分析に同期させるため、検出器りをストローブ（ｓｔｒｏｂｅ）処理する（ ライン７）０位置データは制御装置８、特にロボット制御装置に送られ、これは 検出器を保持するロボットにフィードバック制御をもたらし、検出器を隅部１１ ．１２に対する所望位置に移動させるようになっている。

簡単のために、第１図は点光源りを示している。実際には、光源は土で示される 開口を有し、また検出器は、典型的には対象レンズにより決定される開口−シー を有する。光学装置の設計形態は後で詳細に考えることにする。

内油および外曲隅部はそれぞれ、曲率半径ｒにおいて、ｆ＝ｒ　／　２の有効焦 点距離を有する円筒ミラー「レンズ」としての機能を有する。第１Ａ図は、セン サにおいて、対象物の２つの隅部（大きく誇張された半径を存する）において発 生される、虚像および実像Ｍ１およびＭ２の位置を示す、センサから隅部までの 距離ｄが、半径ｒより非常に大きいという仮定において、以下の結果が得られる （２つの場合の符号差は無視する）。

隅部の焦点用層 ｆ瞠ｒ　／　２ 像の高さ ｈ　−ｅ　ｆ　／　ｄ　−ｅ　ｒ　／　２　ｄ光源の像の幅 ｉ　＝　ａ　ｆ　／　ｄ　ｗ　ａ　ｒ　／　２　ｄ検出器において見た光源の角 度幅 ｐ＝　ｉ　／　ｄ　−ａ　ｒ　／　２　ｄ　”曲率中心を通る光線を提供するた めに像位置に適用される補正角度 Ａ　（テルタ）　−ｈ／　ｄ−ｅ　ｒ／　２　ｄ”ここで、ｒ−隅部の曲率半径 （典型的には１〜２０）ａ＝光源の開口（典型的には１〜２鶴）ｄ−センサー窓 フレーム間距１１（典型的には１００Ｄ）ｅ−ランブー検出器間距離 前述の式に典型的な値を代入することにより、この技術が極めて明瞭な像パルス 幅を発生できることが示されている。

検出器時間軸におけるＰｌおよびＰ２の位置は、光源りおよび検出器りからなる 装置に対する、第１図の矢印１４の方向におけるフレーム部１０の位置を良好に 表示する。明らかなように、フレーム部が第１図において下方に移動されると、 パルスＰ１およびＰ２は第２図において右側へ移動する。しかし、位置情報の引 出しについては、後で詳細に考えることにする。

像を複雑にする鏡面反射について、他に多くの可能性が存在する。

１、隅部反射器 内部隅部を包囲する２つめ表面は、２重ミラー隅部反射器としての機能を有する 。第２図は、第１図において入射光線Ｉ３およびＳ３において検出器に当たる反 射光線Ｒ３、により発生されるパルスＰ３を示す、像のパルスの位置および形状 は、ランブー検出器間距離の選択、隅部に形成される正確な角度、および面の平 坦性に依存する。像Ｐ３はＰ２の一側または両側に発生することができる。最悪 の状態は、検出器−ランプ間距離が小さい場合に発生する。この信号の振幅は、 偏光源（図の面内における電気ベクトル）を利用し、かつブリースター角で表面 に光が当たるように配置することにより、低減させることができる。この場合の 反射信号の強度は、大いに低減される。

２、マルチ反射 マルチ反射状態が内隅部において発生することがあり、これはこの信号の見かけ 幅を増大する。内隅部および側面を包含するマルチ反射も発生することがある。

これらの状態は、隅部においてランプおよび検出器間に形成される角度が大きく なるにつれて、大きな問題となってくる。

実際には、隅部から発生する必要信号が容易に確認され得るように、ランプおよ び検出器の位置を構成することは、一般的に問題にはならない。

ここに述べられるセンサは、基本的に２次元装置であり、隅部の軸心に対して位 置測定を行う、鏡面反射信号の強度は、極めて角度に依存している。センサは最 大応答性をもたらすように、隅部軸心に直交する平面内に存するように、注意深 く配置することが重要である。センサが有用信号を発信し続ける角度範囲は、以 下の詳細な光学設計ファクターに依存する：１、検出器の開口、 ２、ランプにより発生される扇形光の幅、３、感光ピクセル（ｐｉｘｅｌ）列の 寸法、直線状に配列された検出器が延長するビクセル幅により利用できる。

４、直線状に配列された検出器の前方に、それに平行に円筒レンズ要素を付加す ることにより、角度幅が拡張される。

最良の結果を得るために、検出器は特別の適用例において、角度の不確定性に応 答するように設計されなければならない、検出器に入る迷走光は像の品質を劣化 させる。そのような影響を最少にするため多（の技術を利用することができる。

１、干渉フィルタ／レーザー 検出器の前の開講狭帯域バス型干渉フィルタと組合せて、はぼ単色の光源として レーザーダイオードを用いることにより、大部分の迷走光が除去される。

２、信号の微分 光源をオンおよびオフ状態で２つの像を捕え、信号を微分することにより、迷走 光信号が無効化される。

パルスＰ１およびＰ２の幅は、装置からフレーム部への距離により変化し、した がって何らかの距離情報が、パルスの分析から得ることができる。他の明白な距 離情報源はＰｌおよび２２間の間隔であり、隅部１１および１２は、装置り、　 Ｄから離れるにつれて、相互に接近して現われる。

ＰｌおよびＰ２を発生するストライブは、隅部１１および１２の回りにいくらか 不確定状態で位置される。パルスＰ１およびＰ２を、２つの隅部の曲率中心Ｃ１ およびＣ２を基準にした場合に存するであろう位置ＣＰＩおよびＣＦ２に移行さ せるように、補正を行うことが可能である。ｅを光源−検出器間距離（第１図） として、角度θがｅ　／　ｄにより与えられる場合、角度位置（第１Ａ図）の項 による補正は以下の式で表わされる：ｆ　１−ｒ　１／２ｄ−ｅｒ　１／　（２ ｄすｆ２＝ｒ２／３ｄ−ｅｒ２／　（２ｄ”）ここで、ｒｌおよびｒ２はそれぞ れ隅部１１および１２の曲率半径であり、以下の角度位置領域における：ＣＰＩ −ＰＬ＋ｆｌ　　および ＣＦ２−Ｐ２−ｆ　２ これらの補正を行う必要があるかどうかは、要求される精度に依る。

この発明の利用例を第３〜５図を参照して考察することにすると、ここでは風防 ガラスは四角形１５で表示されると共に、これが装着されるフレームは破線四角 形１６で表示されている。ｆｆｌ防ガラスの平面図でＸ軸は水平、かつＹ軸はＸ 軸に直交しており、またＺ軸は紙面に直交している。明瞭のために、誤差は誇張 されている。

第３図は極めて単純な場合であり、Ｘ軸における不整合のみが考慮されている。

単一センサ１７がＸ軸誤差Ｅｘを表示し、制御信号をロボットに送り、風防ガラ ス１５を誤差Ｅｘを除去するために右方向に移動させるようにすることができる 。これは、それ自体に何の調整も必要としない通常のロボットにより実施され得 ることが、強調される。

第４図は、Ｘ軸およびＹ軸の両誤差が可能な場合を示す、２つのセンサ１７およ び１８が、Ｘ軸およびＹ軸誤差ＥｘおよびＥｙを決定するために必要である。

第５図は一般的な場合で、Ｚ軸の回りの回転誤差が存在する場合を示す、ここで は３つのセンサ１７．１８および１９が設Ｌｆうれると共に、誤差Ｅｌ、Ｅ２お よびＥ３をもたらし、これから、ロボットに通用されるべきＥｘ、Ｅｙおよびθ ２補正が単純な三角法計算により決定されるが、ここで０２はＺ軸の回りの回転 誤差を表示すると共に、ＥｘおよびＥｙは窓の中心２０とフレームの中心２１と の間の測定値である。

さらに一般的な場合において、誤差θＸおよびθｙ、すなわちＸおよびＹ軸の回 りの傾斜、を決定するためにＺ軸情報が利用される。前述のように、装置１７． １８および１９からフレーム１６への間隔を与えるために、パルス幅またはパル ス間隔から（あるいは後述のように立体鏡的に）、３つの信号Ｄｘ、Ｄｙおよび Ｄｚが得られるならば、Ｄｘ、ＤｙおよびＤｚがすべて等しい場合はθＸ−θｙ ＝０である。前述のものが等しくないならば、再び基本的三角法によりθＸおよ びθｙが決定され、ロボットに対して対応する補正信号が引出される。実際には 、完全な６軸制御の場合でも、ロボットに対する補正信号を決定するために必要 な計算は、比較的安価なパーソナルコンビエータの能力の範囲内にあり、これは リアルタイム制御にとつで十分な速さで計算を処理できる。

電子−光学装置２９の実際の形態を、第６〜８図を参照して説明する。先箱２０ は隔壁２１により、光源室２２および検出室２３に分割される。光源室内でレー ザーダイオード２４、円筒レンズ２５およびミラー２６が箱の底部の窓２８外へ 、扇形ビーム２７を送出する０反射光は別の窓３０を介して検出室２３に入り、 ミラー３１によりフィルタ３２および焦点調整自在な対物レンズ３３を介して送 られると共に、別のミラー３４により直線状に配列された検出器３５に送られ、 この検出器３５は、両隅部からの像が、検出器からの距離が異なるにもかかわら ず、同時に焦点を結ぶような角度に傾斜配置されている。

検出器の視界範囲３６は狭い扇形ビームであり、また装２２９は、ビームの広幅 寸法が検出されるべき隅部を横切るように位置決めされる。

第９図は４つの装置２９が、風防ガラス１５を保持する８つの吸引カップ４１を 備えるリフトフレーム４０に対して取付けられる状態を示す、理論的には３つの 装置２９が利用される（第５図参照）が、実際に発生する車体サイズの変動に適 合するように、４つの装置が設けられる０本体の幅は１ｃｍの大きさで変動でき る。

窓の側部に対称な左および右センサ２９を設けることにより、窓を開口にセンタ リングすると共に、２つの側部において接着剤を充填された間隙を等しくするこ とができる。さらに４つの装置は何らかの過剰データをもたらし、したがって計 算処理において非矛盾性チェックが包含され、もし矛盾が存する場合は警告が与 えられる。

第１０図は、リフトフレーム４０の一部、および端部周囲にプラスチックトリム ４２を備える風防ガラス１５の一部、を示す。

装置２９は、フレーム４０にボルト止めされたブラケット４３から、２つの調整 自在なアーム４４．４５により支持され、前記アーム４４．４５は装置を適切な 位置へ調整させると共に、そこに固定させることができるようになっている。装 置２９は、アーム４５の末端部にピボント止めされたブラケット４６に固定され 、それにより装置２９は、図示の位置、すなわち風防ガラスの前方に存し、した がってフレーム部１０を視界に入れることができる位置から、フレーム内への風 防ガラスの前進を妨げない引込み位置まで移動することが可能になる。２つの位 置は、アーム４５（図示しない装置により）に固定された停止体４７および４８ により限定される。

停止体にはリミントスイッチが設けられて、自動制御Ｂシーケンスにおいて助け となるように構成される。したがって、すべてのブラケット４６は、位置検出が 行なわれる前に、その停止体４７に当接しなければならない、後の工程で、風防 ガラスがフレームに対して提供される時、風防ガラスをフレーム内に安全に押込 み続けられるならば、ブラケット４６はすべてその停止体４８に当接しなければ ならない。

第１１図は、引込み位置にある装置２９およびそのブラケット４６、および引込 みを行なう押圧ロフト４９を示す、押圧ロフトは、アーム４５に取付けられる別 のブラケット５０内を案内されると共に、ブラケット４６に取付けられるビニオ ンにかみ合うロフトに取付けられたランクのような装置（図示しない）により、 ブラケット４６に連結される。押圧ロフトはフレーム部１０に係合する時、スプ リング５１０作用に抗して押戻され、したがってブラケット４６および装置２９ は揺動し、最終的にブラケットが停止体４８に係合する。リフトフレーム４０は さらに前進するから、押圧ロフト４９は引込み可能なプランジ中−５２を備え、 このプランジャー５２は、ワンド４９内に設けられると共にスプリング５１より 強力な別のスプリングの力に抗して、引込まれる。

内隅部１２がそれ自体に取付けられたトリムを有することから、両Ｐ１およびＰ ２（第２図）を発生することは不可能である。その場合、ＰＩ−Ｐ２パルス間隔 により距離互を測定することは不可能である。パルス幅に基づく測定は、信頼性 をもって解釈することが困難である。距！！±が検出器においてレンズ方程式に 適合しない時、像は焦点が合わない状態にあることから、広幅の像が形成される 。公称観察距離がｄ、で、検出器の対物レンズが焦点距ｇｌｆを有し、かつレン ズと検出器例との距離がｕｏの場合、ｔ／ｕｓ　＋１／ｄｏ−１／ｆである。任 意の他の距＠ｄについて、１　／　ｕ　＋　１　／　ｄ　−１／　ｆであり、点 像の場合は、幅Ｗ−（Ｂ／ｕ）ＡＢＳ（ｕ　　ｕｓ）であり、ここでＢはレンズ 開口である（第１２図参照）、さらに、パルスが重ねられる基礎値Ｐが可変であ ることから、パルス幅を測定することは困難である。したがって、２つの横方向 に隔置された検出器りを配置し、通常の立体鏡技術を適用して、互を測定するこ とが好ましい、必要な計算は再び、典型的な１６−ビットのパーソナルコンピュ ータの通常能力の範囲内にある。

位置情報は２つの三角法技術により得られる。

１、立体検出器の利用 同一輪郭の立体像対、好ましくは外隅部からの像ストライブを与えるため、２つ の分離した検出器を利用する。

２．２つの像輪郭の利用 単一検出器を利用するが、２つの隅部に対応する２つの像輪郭を確定し、既知の 窓フレームの寸法および観察方向を利用する。

第２方法をある程度詳細に説明する。窓フレームをガラスの下側から容易に観察 できるように、センサの肉厚を最少化するため、図示される特別の光学装置が選 択される。

しかし、第１方法は好ましい技術のように思われる。これは測定にあたり外隅部 を利用するだけである、という利点を有する。

内隅部は時には不明瞭であり、前述の他の鏡面反射により混同される可能性があ る。この方法はまた、センサの取扱い問題を簡単にする。一般に、引込み機構は 不要である。センサを、ガラスの上方に位置させると共に、それでも外隅部を観 察できるようにリフトフレームに取付けることが可能である。これは、風防ガラ スの曲率により２つのセンサが側部に取付けられる場合に助けになる。２つのセ ンサが頂部に取付けられる場合、小さい距離だけ下方に移動された基準測定位置 を選択することが必要になる。第１３図は、単一光源りの側部に配置される２つ の隔置された検出器ＤＩ、Ｄ２を備える立体装置の利用を、示している。

領域情報は前述のように、三角法技術により計算されることが好ましい、しかし 、前述のように、像パルスの幅を測定することにより、何らかの深さ情報を得る ことが可能である。その場合、パルス幅の測定は三角法データから計算された距 離に対するクロスチェックとして利用できる。

最良の角度を度を得るための光学装置の設計において、カメラレンズの口径に関 して２つの矛盾する要件が生じる。大きい角度検出領域が要求される場合は、レ ンズ口径を増大することが必要である。同時に、カメラの視野深さを最大にし、 かつ明瞭に限定されたピーク深さを維持するためには、レンズ口径を最小にする ことが望ましい、これら矛盾する要件についての解決法は、通常の円形開口（第 ６〜８図において仮定される）をスリット開口に置換し、広幅寸法を検出器の平 面に直交するように配置することである。

これは、第１３図において用いられる型式の立体装置に関して、第１４Ａ図およ び１４Ｂ図に示される。２つの検出器ＤＩ、　Ｄ２（カメラ）は検出器の平面、 すなわち光源５３の扇形ビーム５２を包含し、かつ検出器スケールを包含する平 面、に対して直交するスリット開口５１を有する。

同様に、角度領域は、検出器の平面に直交する幅を延長された光源開口りを用い ることにより増大できる（第１４Ａ図参照）。

その範囲において、検出器の平面に直交する消長光源を用い、かつ通常の球形対 称カメラレンズを円筒レンズに置換することにより、極めて広範な角度領域を有 する検出器が設計できる。

有用な類推法は、このシステムを「同調」回路と比較することである。検出器は 必要な「鏡面信号」を見出し、かつ望ましくない「ランバート」前景を排除する ように設計される。狭い受入れ角度領域において、センサは高いｒＱＪ（ｉを有 し、狭い帯域にわたって信号を検出する。角度領域を増大することにより、検出 器のｒＱＪ値は減少し、かつ帯域は増大し、望ましくない背景からの寄与が増大 する。明らかなように望ましい解決法は、要素に存在する不確実特性に対して、 鏡面信号を検出するための受入れ角度領域を適合させるように、光学装置を最適 化することである。

最終仕上げは、交差する対の円筒レンズにより両開口（光源および検出器）を画 定することで、それにより、検出面内およびそれに直交する開口を別々に決定す ることができる。

風防ガラスの装着において確認されている問題の一つは、プレス工具の摩耗によ り生じる、要素の曲率半径の変動である。この状態は、異なるプレス工具から製 造される混合された車体が、同一製造ライン上に存在する場合に発生する。第１ Ａ図により説明された方法によりピーク位置を補正するため、各車体の原点を確 定すること、あるいは半径を直接測定することが必要になる。この第２の方法は 、検出器に対して簡単な修正を行なうことにより実施できる。第１５図は立体画 法的検出器を示しており、これに対して第２光源Ｌ２が付加される。さて、（各 カメラＤＩ、Ｄ２に対して）それぞれ２つの光源Ｌｌ、Ｌ２による２つの像が捕 持され、比較された場合、像は極めて類僚性を有するが、ピークは２つの光源の 位置の差により、少量だけ移動されることが明らかである。２つの光源は、これ を容易にするため交互にスイッチオンされる。第１６図は、第２図におけるのと 同様、検出器の一方、たとえば第１５図のＤＩにおける、光源Ｌ１からの光に応 答する波形（ａ）を示し、これはそれぞれ外および内隅部１１および１２からピ ークＰ１およびＰ２を発生させている。誤ビークＦがマルチ反射から生じる。波 形（ｂｌは、光源Ｌ２を用いた場合の同検出器の応答を示している。ピークＰ１ およびＰ２はそれぞれ相互方向に、少量ＤＰＩおよびＤＰ２だけ移動され、また 誤ピークＦは全体的に異なる位置へ移動される。応答（ａｌおよび山）、および 検出器Ｌ２からの対応応答から、検出器面内における完全幾何学、すなわちＣ１ およびＣ２の座標および曲率半径ｒ１およびｒ２を決定することは、幾何学的光 学系における簡単な計算から達成される。このビーク位置の移動を測定すること により、曲率半径が明らかにされる。ｆｌおよびｆ２に関する等式は、曲率半径 の関数としてピーク位置の移動量を提供する。２つの光源が既知の距離に配置さ れた場合、この半径を解くことが可能である。

この修正例は別の利点を有する。ピーク位置の移動方向は、半径だけでなく符号 をも表示し、すなわち内および外隅部から得られるピークが区別される。この情 報は像の解釈のあいまい性を解くのに有用である。

この手順は「真実の」ピークと、第１図において説明したようにマルチ反射状態 から時に発生する「誤り」ピークとを区別するための助けとすることができる。

これらの「誤り」ピークは、光源の位置に対して影響を受けやす（、一般に、２ つの像において総体的に相違しているのに対して、真実のピークは極めて類似性 を有し、かつ相互に少し移動された状態にある。

センサは、極めて大きい曲率半径の対象物を検出できるものとしても示される。

しかしこの場合、小半径要素に対するピーク位置の補正のために与えられる等式 はもはや無効であり、全体的レンズ公式が解かれなければならない。

この発明において、便利で、小型で、単色性であることが背景光をろ過すること を容易にしている点を除いて、レーザー光源の利用に特別のものはない。

この発明の方法は、車体上で一連の測定を行なうためにロボットに取付けられる 測定装置に利用することができる。

ＣｐＩ　　　　　ＣＰ２ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成１年９月１８日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、国際出願番号　　ＰＣＴ／ＧＢ８Ｂ１００１９４２、発明の名称　　　位置 検出方法および装置３、特許出願人 住　所　　英国オフクスフォード、オー・エックス・１４．トディー・ワイ、ア ビンドン、アビンドン・インダストリアル・パーク、ブラソクランズ・ウェイ９ 名　称　　メタ・マシーンズ・リミテッド４、代理人 居　所　　〒１０５東京都港区虎ノ門１丁百４番４号：ｉ ］。

看 （１）補正書の翻訳文　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１通請求の範囲 したことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の方法。

６、装置が２つの隔置された検出器（Ｄｌ、Ｄ２）を備え、装置−隅部間距離が ２つの検出器により検出される位置から立体鏡的に決定されるようにしたことを 特徴とする請求の範囲第１項。

第２項または第３項に記載の方法。

７、装置が２つの隔置された光源（Ｌｌ、Ｌ２）を備え、隅部の曲率半径が、２ つの光源からの像に応答して検出器により決定される隅部の位置間の移動量によ り決定されるようにしたことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の方法。

８、対象物上に分布される複数の反射性丸形隅部の位置が、対応する複数の電子 −光学検出装置（１７，１８，１９または２９）により決定されると共に、前記 位置が分析されて、対象物と装置との間の一組の整合誤差を決定するようにした ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。

９、装置（２９）が要素位置決めロボットに取付けられ、整合誤差が対応する自 由度でロボットを調整するために通用されて、ロボットに保持される要素（１５ ）を対象物（１０）に相対的に正しく位置決めするようにしたことを特徴とする 請求の範囲第８項に記載の方法。

１０、対象物が自動車の車体であり、隅部が車体の窓開口のフレーム（１０）の 周囲に分布されており、かつ要素（１５）がロボフトにより開口に挿入される窓 であるようにしたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の方法。

１１、電子−光学検出装置を用いて反射性丸形隅部の位置を検出する方法であっ て、前記装置が、隅部（１１，１２＞を横切る扇形を形成するようにペンシルビ ーム光を走査する光源と、反射性対象物の位置を光学装置に関連するスケールに 沿う位置（たとえば、Ｓｌ）として表示する光検出器（Ｄ）とを備え、光源（Ｌ ）および検出器（Ｄ）の位置が、検出器に到達する比較的多量の光が、隅部を横 切る扇形を描く走査ペンシルビーム光をもたらす、隅部に沿って延びる狭幅スト ライブから反射された光であるように決められていることを特徴とする方法。

１２、を子−光学装置により反射性丸形隅部（１１，１２）の位置を検出する装 置であって、前記装置が、隅部（１１，１２）を横切って指向される扇形ビーム 光を提供する光源（Ｌ）と、隅部から反射される光を受容するように位置決めさ れた光検出器（Ｄ）であって、パルスの位！（ＰＬ、Ｐ２）が線型スケールに沿 う位置を表示している出力波形を発信する型式の光検出器（Ｄ）、および出力波 形に応答して、扇形ビームにより確立された検出器平面内において、検出器に対 する隅部（１１，１２）の位置を計算する計算装置（５，６）、を備えているこ とを特徴とする装置。

１３、検出器平面内に隔置された２つの検出器が設けられ、がっ計算装置（５， ６）が雨検出器からの出力波形に応答して、隅部（１１，１２）の位置を計算す るようにしたことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。

１４、検出器平面内に隔置された２つの光源（Ｌｌ、Ｌ２）が設けられ、かつ計 算装置（５，６）が両光源に対応して前記または各検出器（Ｄ；ＤＩ、Ｄ２）か らの出力波形に応答するようにしたことを特徴とする請求の範囲第１２項または 第１３項に記載の装置。

１５、要素（１０）を丸形反射性隅部を有する対象物（１５）に取付ける自動組 立装置であって、要素を保持するへンドを有すると共に、ヘッドに対して一定の 位置で要素を取上げて、それを対象物に対する公称基準位置へ移動するようにプ ログラム作動されるロボット、前記ヘッドに取付けられると共に、対象物の隅部 の一つを観察するように設定された少なくとも一つの電子−光学装置であって、 前記または各装置が、光源、および反射性対象物の位置を光学装置に関連するス ケールに沿う位置として表示することができるようにした光検出器、を儂えてい るものにおいて、前記光源が、扇形ビームをシミュレートする走査ビームを発生 または照射する、扇形ビーム光を発生させるようになっており、前記スケールが 扇形またはシミュレートされた扇形ビームの大部分の領域の方向で、かつ隅部を 横切って延設されており、前記光源および検出器の位置が、検出器に到達する比 較的多量の光が、前記隅部に沿って延びる狭幅ストライブから反射された光であ るように決められており、かつ前記単一または複数の装置からの信号に応答し、 少なくとも一つの補正信号を計算する計算装置、および前記または各補正信号を 通用して、対応する自由度を有するロボットを制御し、ロボットが前記要素を対 象物に取付ける前に、前記要素を前記基準位置に正確に移行させるようにした装 置、を備えていることを特徴とする自動組立装置。

１６、前記または各装置が、位置発信のために前記要素の前方に取付けられると 共に、計算装置に単一または複数の信号を提供した後で、かつロボットが前記要 素を対象物に取付ける前に、単一または複数の装置を引込める装置を備えている ことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。

１７、前記または各装置が、２つの隔置された検出器と、三角法針真により装置 により検出された隅部の位置を決定する計算装置とを備えていることを特徴とす る請求の範囲第１５項に記載の装置。

国際調査頻失 −一−＾−―−ｋ　ＰＣ？／ＧＢ　６Ｂ１０ＯＬ９４−２−国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．電子−光学検出装置を用いて、反射性丸形隅部（１１，１２）の位置を検出 する方法であって、前記装置が、隅部（１１，１２）を横切って指向される扇形 ビーム光（１１−１２）を提供する光源（Ｌ）と、反射性対象物の位置を光学装 置に関連するスケールに沿う位置（たとえば、Ｓ１）として表示する光検出器（ Ｄ）とを備え、前記光源（Ｌ）および検出器（Ｄ）の位置が、検出器に到達する 比較的多量の光が、前記隅部に沿って延びる狭幅ストライプから反射された光で あるように決められていることを特徴とする方法。
2. ２．スケールに沿う位置（Ｓ１）が、隅部の両率中心（Ｃ１）に位置を関連づけ るように補正されることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．検出器（Ｄ）が出力波形を提供する型式のものであり、時間軸に対するパル スの位置（たとえばＰ１）が、反射性対象物の位置を表示することを特徴とする 、請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
4. ４．隅部の距離に関する装置の表示が、前記狭幅ストライプから反射される光に 対応するパルスの幅から得られることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の 方法。
5. ５．装置が、同一対象物の２つの隅部を同時に観察するように組立てられ、かつ 装置一対象物間距離が、２つの隅部に対して決定される位置（Ｓ１およびＳ２） 間の距離から決定されるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項，第２ 項または第３項に記載の方法。
6. ６．装置が２つの隔置された検出器（Ｄ１，Ｄ２）を備え、装置−隅部間距離が ２つの検出器により検出される位置から立体鏡的に決定されるようにしたことを 特徴とする、請求の範囲第１項第２項または第３項に記載の方法。
7. ７．装置が２つの隔置された光源（Ｌ１，Ｌ２）を備え、隅部の曲率半径が、２ つの光源からの像に応答して検出器により決定される隅部の位置間の移動量によ り決定されるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の方法。
8. ８．対象物上に分布される複数の反射性丸形隅部の位置が、対応する複数の電子 −光学検出装置（１７，１８，１９または２９）により決定されると共に、前記 位置が分析されて、対象物と装置との間の一組の整合誤差を決定するようにした ことを特徴とする、請求の範囲第１〜７項のいずれか１項に記載の方法。
9. ９．装置（２９）が要素位置決めロボットに取付けられ、整合誤差が対応する自 由度でロボットを調整するために適用されて、ロボットに保持される要素（１５ ）を対象物（１０）に相対的に正しく位置決めするようにしたことを特徴とする 、請求の範囲第８項に記載の方法。
10. １０．対象物が自動車の車体であり、隅部が車体の窓開口のフレーム（１０）の 周囲に分布されており、かつ要素（１５）がロボットにより開口に挿入される窓 であるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第９項に記載の方法。
11. １１．電子−光学検出装置を用いて反射性丸形隅部の位置を検出する方法であっ て、前記装置が、隅部（１１，１２）を横切る扇形を形成するようにペンシルビ ーム光を走査する光源と、反射性対象物の位置を光学装置に関連するスケールに 沿う位置（たとえば、Ｓ１）として表示する光検出器（Ｄ）とを備え、光源（Ｌ ）および検出器（Ｄ）の位置が、検出器に到達する比較的多量の光が、隅部を横 切る扇形を描く走査ペンシルビーム光をもたらす、隅部に沿って延びる狭幅スト ライプから反射された光であるように決められていることを特徴とする方法。
12. １２．電子−光学装置により反射性丸形隅部（１１，１２）の位置を検出する装 置であって、前記装置が、隅部（１１，１２）を横切って指向される扇形ビーム 光を提供する光源（Ｌ）と、隅部から反射される光を受容するように位置決めさ れた光検出器（Ｄ）であって、パルスの位置（Ｐ１，Ｐ２）が線型スケールに沿 う位置を表示している出力波形を発信する型式の光検出器（Ｄ）、および出力波 形に応答して、扇形ビームにより確立された検出器平面内において、検出器に対 する隅部（１１，１２）の位置を計算する計算装置（５，６）、を備えているこ とを特徴とする装置。
13. １３．検出器平面内に隔置された２つの検出器が設けられ、かつ計算装置（５， ６）が両検出器からの出力波形に応答して、隅部（１１，１２）の位置を計算す るようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１２項に記載の装置。
14. １４．検出器平面内に隔置された２つの光源（Ｌ１，Ｌ２）が設けられ、かつ計 算装置（５，６）が両光源に対応して前記または各検出器（Ｄ；Ｄ１，Ｄ２）か らの出力波形に応答するようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１２または １３項に記載の装置。
15. １５．要素（１０）を丸形反射性隅部を有する対象物（１５）に取付ける自動組 立装置であって、要素を保持するヘッドを有すると共に、ヘッドに対して一定の 位置で要素を取上げて、それを対象物に対する公称基準位置へ移動するようにプ ログラム作動されるロボット、前記ヘッドに取付けられると共に、対象物の隅部 の一つを観察するように設定された少なくとも一つの電子−光学装置であって、 前記または各装置が、光源、および反射性対象物の位置を光学装置に関連するス ケールに沿う位置として表示することができるようにした光検出器、を備えてい ると共に、前記設定関係は前記スケールが隅部を横切って延びるように決められ ており、かつ光源および検出器の位置が、検出器に到達する比較的多量の光が、 隅部に沿って延びる狭幅ストライプから反射された光であるように決められてい る前記電子−光学装置、前記単一または複数の装置からの信号に応答して、少な くとも一つの補正信号を計算する計算装置、および前記または各補正信号を適用 して、対応する自由度を有するロボットを制御し、ロボットが前記要素を対象物 に取付ける前に、前記要素を前記基準位置に正確に移行させるようにした装置、 を備えている自動組立装置。
16. １６．前記または各装置が、位置発信のために前記要素の前方に取付けられると 共に、計算装置に単一または複数の信号を提供した後で、かつロボットが前記要 素を対象物に取付ける前に、単一または複数の装置を引込める装置を備えている 、請求の範囲第１５項に記載の装置。
17. １７．前記または各装置が、２つのされた検出器と、三角法計算により装置によ り検出された隅部の位置を決定する計算装置とを備えている、請求の範囲第１５ 項に記載の装置。