JPH04148205A - 位置合わせ装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、例えば視覚付きねじ締めロボットや視覚機能
を有する部品挿入機、部品装着機に使用する視覚および
移動機構を有する位置合わせ装置に関する。

従来の技術 従来、視覚付きロボットで移動物体と対象物体との位置
合わせを行う場合、対象物体と移動物体と移動機構とし
てのロボット動作の基準位置を位置合わせ装置に教示し
ておき、対象物体の位置をカメラ入力された画像から認
識し、移動物体の位置を別のカメラで入力した画像から
認識し、対象物体が基準位置にあるときの認識位置との
差と、移動物体が基準位置にあるときの認識位置との差
をもとにして、それぞれの視覚座標からロボット座標へ
の座標変換を行って移動機構の基準位置からの動作補正
量を決めるという方法がとられていた。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の従来の構成では、ロボット動作や対
象物体・移動物体の基準位置の教示設定が位置合わせの
作業精度に直接影響するという課題を有していた。その
ため、高精度の位置合わせが必要な場合には教示の手間
が多大なものとなることが多い。また、位置合わせの作
業精度は教示設定の精度を越えることができない。また
二度に分けて認識を行っておシ、さらに多くの場合位置
合わせ動作とは別ステップで認識を行うことになシ、認
識のための動作を含めた作業動作の実施時間が長くなる
という課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、基準位置の
教示精度とは無関係に位置検出精度および移動機構の位
置決め精度で位置合わせできる位置合わせ装置を提供す
ることを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明の位置合わせ装置は、
移動物体から対象物体へ降した直線に対して角度を持っ
て移動物体と対象物体にパターンを投光する光源と、光
源の投光方向とは異なる角度で移動物体と対象物体に投
光されたパターンの反射光を受光するカメラと、そのカ
メラで受光した入力画像から移動物体と対象物体の相対
位置関係を求める画像処理手段と、相対位置関係から移
動物体の移動方向と移動量を決定し移動機構を移動制御
する制御手段とを有し、画像処理手段は対象物体の形状
から生成される陰と対象物体に光源から投光されたパタ
ーンが移動物体にさえぎられて生成される陰と対象物体
からの反射光が移動物体にさえぎられて生成される陰を
認識して得られる位置情報をもとに移動物体と対象物体
の相対位置関係を求める構成を有している。

作　　用 この構成によって、移動物体と対象物体の所定位置を結
ぶ線分と角度をなす方向に移動物体と対象物体にパター
ンを投光する光源と、光源の投光方向とは異なる角度で
パターンの反射光を受光するカメラと、カメラで受光し
た入力画像から移動物体と対象物体の相対位置関係を求
める画像処理手段と、相対位置関係から移動物体の移動
方向と移動量を決定Ｊ動機構を移動制御する制御手段と
を有し、画像処理手段は対象物体の形状から生成される
陰と対象物体に光源から投光されたパターンが移動物体
にさえぎられて生成される陰と対象物体からの反射光が
移動物体にさえぎられて生成される陰を認識して得られ
る位置情報をもとに移動物体と対象物体の相対位置関係
を求めるようにしているため、１回のカメラ入力画像処
理から移動物体と対象物体の相対位置関係を求めること
ができ、相対位置関係から移動機構の移動方向移動量を
決定できる。そのため教示精度によらず、認識精度に応
じた位置合わせを実現できる。

実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の一実施例における位置合わせ装置の構
成図である。ロボット１の先端には把持装置２が取シ付
けられており、把持装置２は部品３を把持する。光源４
とカメラ６は互いに対向または直交して把持装置２に取
シ付けられ、ロボット１の動作によシ把持装置２ととも
に移動する。

光源４が発する光は直進性のあるレーザ光であり、方形
のパターン６を投光する。カメラ６のレンズにはレーザ
光の波長帯を透過させるフィルタを取り付け、投光され
たパターン６が受光されるようになっている。光源４、
カメラ６、ロボット１の制御信号ＩａＦｉそれぞれコン
トローラ７に接続され、コントローラ７の入呂力によ多
制御される。なお、８はワーク、９はワーク８に設けら
れた部品３を挿入する穴である。

以上のように構成された位置合わせ装置における投光さ
れたパターンについて、以下に説明する。

第２図（ａ）は位置合わせ装置の光源とワークの位置関
係を示す要部構成図、第２図（ｂ）はワークに投光され
たパターンである。第２図（ａ）に示すように、左斜上
方に設置された光源４から投光されたパターン８の一部
は部品３によってさえぎられて陰１０ができる。その結
果第２図（ト）に示すように、ワーク８の穴９に対応し
た欠落部９′と部品３によってさえぎられた懺１ｏのあ
るパターン６ができる。

このパターン６をカメラ６で捉えたときの画像を第３図
、第４図に示す。

第３図（ａ）は第１の実施例における位置合わせ装置の
カメラとワークの位置関係を示す要部構成図、第３図（
３）はカメラに入射するパターンであシ、この場合の光
源４とカメラ６の位置関係は互いに対向の関係にある。

ワーク８で反射してカメラ６に入射するパターン６は再
度部品３によってさえぎられた陰１１ができ、第３図（
ト）Ｋ示すような形になる。

この場合、部品３からワーク８へ降した垂線に対して光
源４の光軸とカメラ６の光軸との成す角を等しくすると
、部品３の位置と高さは次のようにして求められる。部
品３の位置は陰１ｏと陰１１のそれぞれの先端を結ぶ線
分の中間点にあり、ワーク８からの高さは線分に比例し
ている。したがって位置合わせは、上記の方法で求めら
れた部品３の位置とワーク８の穴９に対応したパターン
６上の欠落部９′を一致させることによって行われる。

すなわち、部品３の先端位置とワーク８の穴９との相対
位置ずれ（ｄｚｖｄｐ、ｄｚ　）は次のようにして計算
される。

ｄ！＝”１０”１１）／２　”９’ ｄｙ　”　（”１ｏ”７１１　）／２−７９／ｄ　　＝
　（ｘ、。−ｘｌｌ）／２ ま ただし、（！９／　ｌ　Ｙｇｌ）は欠落部９の座標、（
ｘ、。ｅ　］’　１゜、）は陰１ｏの座標、（”１１．
ｙｌｌ）は陰１１の座標であシ、光源４とカメラ５が部
品３からワーク８へ降した垂線と成す角は４５°とした
。

第４図（ａ）は第２の実施例における位置合わせ装置の
カメラとワークの位置関係を示す要部構成図、第４図（
ロ）はカメラに入射するパターンであシ、との場合の光
源４とカメラ６の位置関係は互いに直交の関係にある。

第３図に示す実施例とは異なり、第４図（ハ）では陰１
０と陰１１が直角関係にある。

この場合、部品３の先端位置とワーク８の穴９との相対
位置ずれ（ｄ工、ｄア、ｄ２）は次のようにして計算さ
れる。

ｄ！＝飛。−！９′ ｄ７””１１　７９’ ｄ　　＝Ｉ　（！１０　　”１１　）”（７１０７１１
］／２ま ただし、（！　ｇ　／　ｅ　ｐ　ｇ　／　）は欠落部９
′の座標、（ｘｌ。ｓ７１゜）は陰１ｏの座標、（！１
１　ｅ７１１　）は陰１１の座標であシ、光源用とカメ
ラ６が部品３からワーク８へ降した垂線と成す角は４６
°で、かつそれぞれの光軸が直交している。

第６図はコントローラ７の構成図である。図に示すよう
にコントローラ７は中央制御部１２、移動機構制御部１
３、画像処理部１４、システムバス１６から構成されて
いる。中央制御部１２、移動機構制御部１３、画像処理
部１４はそれぞれマイクロコンピュータとメモリと入出
力部（Ｉｌｏ）を内蔵し、システムパス１６を介して通
信を行う。

ロボット１は電動モータにより駆動されるポールねじに
よって、前後・左右・上下に動作する。

゛各電動モータは移動機構制御部１３によシ制御される
。中央制御部１２はメモリに内蔵されたプログラムに従
って移動機構制御部１３に対する動作指令や画像処理部
１４に対する画像処理指令を送る。

本実施例におけるカメラ６で受光した入力画像から部品
３とワーク８の相対位置関係を求める画像処理手段と、
相対位置関係から部品３の移動方向と移動量を決定しロ
ボットを移動制御する制御手段は、それぞれ画像処理部
１４と中央制御部１２および移動機構制御部１３のマイ
クロコンピュータのプログラムによって実現されている
。

画像処理部１４は中央制御部１２からの指令に従ってカ
メラ６が受光したレーザ光のパターン６から欠落部ヴの
位置と部品３の先端の陰１０の位置と部品３の先端の陰
１１の位置をテンプレートマツチングによシ認識し、求
められた認識位置座標データを中央制御部１２に送る。

認識処理に使用するテンプレートとして予め第６図（４
）、　（ｂ）　、　（Ｃ）。

（ｄ）のテンプレートを画像処理部１４のメモリに記憶
させておく。

中央制御部１２は、画像処理部１４からの欠落部ヴの位
置、部品３の先端の陰１ｏの位置、部品３の先端の陰１
１の位置の画面座標値を受けて部品３の先端と穴９の相
対位置関係を求め、これをもとに部品３の位置に移動す
るようにロボット１の動作量を計算し、移動機構制御部
１３に動作指令を送る。

移動物体としての部品３の先端と対象物体としての六〇
の相対位置関係は、カメラ６と光源４を対向に配置した
場合およびカメラ５と光源４を直交に配置した場合それ
ぞれの手順で計算されて、（ｄ！、ｄア、ｄ２）が画像
座標系での相対位置として求められ、これをさらに次の
計算により画像座標系から移動機構としてのロボット１
の座標系に変換して位置合わせのためのロボット１の動
作すべきべきペクトｋ（ｒ工、ｒア、ｒ７）が求められ
る。

（ｒ！、ｒ、、ｒ、）＝（ｄｘ、ｄ、、ｄ、）Ｔただし
、Ｔは（３ｘ３）座標変換行列である。

中央制御部１２の処理フローを第７図に示す。

本実施例において、移動物体をねじ締めドライバに保持
されたねじとし、対象物体の所定位置をねじ穴とすれば
本発明の位置合わせ装置をねじ締めロボットに適用する
ことができる。

また本実施例においてロボットに把持された挿入部品を
移動物体とし、挿入穴を対象物体の所定位置とすれば、
本発明の位置合わせ装置を部品挿入ロボットに適用する
こともできる。

また本実施例において装着部品を移動物体とし、装着対
象基板を対象物体とすれば、本発明の位置合わせ装置を
部品装着ロボットに適用することもできる。

また本実施例においてグローブを移動物体とし、端子を
対象物体の所定位置とすれば、本発明の位置合わせ装置
をプローブと端子を位置決めする検査装置に適用するこ
とも可能である。

発明の効果 以上のように本発明の位置合わせ装置では、光源から投
光される光の反射光をカメラが捉える範囲内に対象物体
および移動物体が入るように移動物体およびカメラ・光
源を移動するように教示設定すれば、教示精度とは無関
係に視覚の位置検出精度と移動機構の位置決め精度で移
動物体と対象物体の位置合わせを行うことができる。し
たがって、位置合わせの精度で移動機構の動作位置教示
を行なう必要がなくなり、教示の労力も大幅に軽減され
る。

視覚は１人力画面から移動物体と対象物体の位置を同時
に求めることができるために移動機構の動作への視覚フ
ィードバック処理を短時間で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本−発明の一実施例における位置合わせ装置の
構成図、第２図（ａ）は位置合わせ装置の光源とワーク
の関係を示す要部構成図、第２図（ｂ）はワーク上に投
光されたパターン図、第３図（ａ）は第１の実施例にお
ける位置合わせ装置のカメラとワークの位置関係を示す
要部構成図、第３図山）はカメラに入射するパターン図
、第４図（ａ）は第２の実施例における位置合わせ装置
のカメラとワークの関係を示す要部構成図、第４図（ｂ
）はカメラに入射するパターン図、第５図はコントロー
ラの構成図、第６図（ａ）〜（ｄ）は画像処理部に記憶
させておく各種テンプレートの平面図、第７図は中央制
御部におけるフロー図である。 １・・・・・・ロボット（移動機構）、３・・・・・・
部品（移動物体）、４・・・・・・光源、６・・・・・
・カメラ、８・・・・・・ワーク（対象物体）、す・・
・・・・欠落部（移動物体にさえぎられて生成される陰
）、１０・・・・・・陰、１１・・・・・・陰、１３・
・・・・・移動機構制御部（制御手段）、１４・・・・
・・画像処理部（画像処理手段）。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　　明　ほか２名第 図 第 陰 （ｄ） （ｂ） （ｂ＞ 第 図 第 図 （ａ） ｔｂ） （Ｃ） （ｄ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動機構の移動により移動物体を対象物体の所定
   位置に位置合わせする装置であって、移動物体から対象
   物体へ降ろした垂直線に対し角度を持って移動物体と対
   象物体にパターンを投光する光源と、光源の投光方向と
   は異なる角度で移動物体と対象物体に投光されたパター
   ンの反射光を受光するカメラと、前記カメラで受光した
   入力画像から移動物体と対象物体の相対位置関係を求め
   る画像処理手段と、前記相対位置関係から移動物体の移
   動方向と移動量を決定し移動機構を移動制御する制御手
   段とを有し、前記画像処理手段は対象物体の形状から生
   成される陰と対象物体に光源から投光された光が移動物
   体にさえぎられて生成される陰と対象物体からの反射光
   が移動物体にさえぎられて生成される陰を認識して得ら
   れる位置情報をもとに移動物体対象物体の相対位置関係
   を決定することを特徴とする位置合わせ装置。
2. （２）光源の投光方向とカメラの受光方向が対向するよ
   うに光源とカメラを配置したことを特徴とする請求項１
   記載の位置合わせ装置。
3. （３）光源の投光方向とカメラの受光方向が直交するよ
   うに光源とカメラを配置したことを特徴とする請求項１
   記載の位置合わせ装置。
4. （４）光源とカメラを移動機構に取付け、光源とカメラ
   が移動物体とともに移動可能としたことを特徴とする請
   求項１記載の位置合わせ装置。