JPS62229012A - 直角部分をもつ対象物の姿勢及び寸法の自動計測方法 - 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、自動車や家電製品の生産ラインにおける部品
の組付は等のために、対象物、特に実質的に矩形状をな
す物体の位置ずれ、姿勢角及び寸法を自動計測する方法
に関するものである。

［従来の技術］ 生産ラインにおける作業を自動化するため、従来から各
種方式のパターン認識技術が開発されている。このよう
なパターン認識技術は、何らかの手段により対象物自体
の形状、姿勢等を判別しようとするものであり、そのパ
ターン認識のために使用する装置が比較的複雑で高価な
ものとなるのが通例である。

しかるに、各種工場における組付は作業、例えば、自動
車の車体や家電製品の本体に対する各種部品の組付けの
自動化に際しては、必ずしも上述したようなパターン認
識技術を必要としない、即ち、認識等の対象になる自動
車の車体、家電製品の本体、ＩＣ基板等は、通常、実質
的に矩形状をなし、またそれらの認識対象物自体が矩形
状でなくても、矩形状の台車に載せて移動させるとか、
その対象物上に矩形部分が存在する場合が多い。

しかも、このように対象物が矩形状をなす場合には、認
識しようとする対象物として多数種のものが混在してい
ても、縦横の寸法を計測することによりその形状を識別
することができる。

従って、対象物の認識は、実質的に矩形状をなす部分の
基や位置に対する位置ずれ、基準姿勢に対する姿勢角の
傾き、及び縦横の寸法を正確に計測できれば充分であり
、それによって認識装置自体を著しく簡単化し、安価に
提供することが可能になる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らは、上述した矩形状対象物の姿勢及び寸法の
認識を行うに際し、ＩＴＶカメラその他のイメージセン
サによる対象物の２次元画像を利用して、できるだけ簡
単な演算処理により、しかもできるだけ少ない散のイメ
ージセンサで、正確に計測する方法について検討し１本
発明をなすに至ったものである。

即ち、本発明の目的は、認識対象物が矩形状をなすのが
通例であることに着目し、上述した工場における組付は
作業等において、一般的なパターン認識技術を利用する
ことなく、複数のイメージセンサの画像の簡単な処理に
よって、正確に位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測可能に
することにある。

［問題点を解決するだめの手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては、実質的に
矩形状をなす対象物の姿勢及び寸法を計測する計測域に
、基準位置にある平均的寸法の矩形状の対象物における
対角位置の直角部分を視野内のほぼ中央におさめる二つ
のイメージセンサを配置し、それらのイメージセンサに
よって得られた画像から計測域にある対象物の各辺の直
線の方程式を算出し、それらに基づく演算により、対象
物の位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測するという技術的
手段を採用している。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の方法をさらに具体的に説
明する。

第１図に示すように、いま、姿勢及び寸法の計測対象物
Ａが存在する空間に、基準位置における対象物ＡＯの中
心に原点０を有するｘ−ｙ座標系を設定する。計測対象
物Ａとしては、縦横の寸法を異にする複数種のものが混
在するが、いずれも実質的に矩形状をなすものを対象と
する。矩形状の対象物とは、例えば自動車の車体を平面
的に見たものであっても、あるいは家電製品の本体やＩ
Ｃ基板等であってもよい。さらには、対象となる物が矩
形状でない場合には、その上に付されている矩形状の部
分、あるいはその物を載置した矩形状の台などを計測対
象物Ａとしても差支えない。また、縦横の寸法を異にす
る複数種の計測対象物Ａが混在するということは、例え
ば部品の組付は等のために計測域に順次送られてくる自
動車の車体として１幅Ｗ及び長さＨについての寸法を異
にする複数車種の車体が混在していることなどを意味し
ている。

第１図においては、基準位置における矩形状対象物ＡＯ
の角部をｐｌ、ｐ２．ｐ３及びＰ４、任意姿勢をとる対
象物Ａの角部をｐｒ、ｐ；、ｐ；及びＰｉとし、また、
上記計測対象物Ａの各辺を、直線ｉ、ｍ、ｓ及びｔによ
って示している。

上記対象物Ａの位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測する計
測域には、基準位置にある平均的寸法の矩形状の対象物
Ａｏにおける対角位置の直角部分（直線文９ｍの交点、
及び直線ｓ、ｔの交点）を視野内のほぼ中央におさめる
二つのＩＴＶカメラその他適宜のイメージセンサｖｌ、
ｖ２を配置する。

上記対象物Ａがベルトコンベヤ等により移送され、計Ｍ
ｉ１１域に達したときには、通常、第１図に示すように
、基僧位置に対する任意量の位置ずれＢ・び任意量の姿
勢角の傾きを有している。即ち、対象物Ａの中心が座標
系の原点０に対してＸ軸及びｙ軸方向にそれぞれΔＸ及
びΔｙだけの位差ずれをもち、また角θだけ対象物の基
準姿勢に対して傾斜している。

そこで、上記位置ずれ、姿勢角及び寸法の計測のため、
上記イメージセンサｖｌ、ｖ２により、それぞれ対象物
への対角位置の直角部分、即ち直線４１、ｍの交点、及
び直線ｓ、ｔの交点の位置を画像として検出し、それら
の各直線の方程式を算出して、以下に説明するような演
算を行うことにより、対象物ＡのＸ軸及びｙ軸方向の位
置ずれΔＸ、Δｙ、基準姿勢に対する姿勢角θ、さらに
対象物の幅Ｗ及び長さＨを求めることができる。

この画像上の直線の方程式は、一般に利用されている各
種手段によって求めることができ、例えばイメージセン
サｖｌ、ｖ２によって得た画像を、矩形状対象物Ａ内と
それ以外の部分の明るさの差によって２値化し、微分等
の適宜処理を施すことにより、その直線上の点列を抽出
可能にすると共に、各直線についてのデータを分離可能
として、各直線ごとにそれらの点列を構成する各点の座
標を求め、それらの座標値を直線の方程式に代入して勾
配及び切片を求めるなどの手段を用いることができる。

即ち、直線立の方程式を、 ｙ　＝Ａ１ｘ　＋Ｂ＋ とし、直線立上の点列を構成する各点（ｘ＋＋、ｙ目）
をそれに代入して、平均的な勾配Ａ１及び切片Ｂ１を求
めると、それらは。

によって与えられる。

同様にして、直ｆｆ１ｍの方程式を、 ｘ＝Ａ２ｙ＋８２ とし、直線ｍ上の点列を構成する各点（ｘ２１．ｙ２＋
）をそれに代入して、平均的な勾配Ａ？及び切片Ｂ２を
求めると、それらは、 によって与えられる。

一方、対象物Ａｏの角部Ｐ２に対して位置がずれている
対象物Ａの角部Ｐ乏の座標を（ｘ＋、ｙ＋）とすると、
そのｐｉ点において直線１．ｒｎが交差することから。

Ｖ　ｌ　＝ＡＩＸ　１　＋Ｂ１　　　　　　　　　ｅ　
＊　ｅ　（１）ＸＩ　＝Ａ２Ｙ　ｌ　＋Ｂ２　　　　　
　　　　・・Φ（２）が成立し、これらの（１）　（２
）式に基づき。

を得る。

また、直線１．ｍの交点である対象物の角Ｐｉの座標が
、 ・・・（５） であることから、ΔＸ及びΔｙは次式により与えられ、
上記（３）（４）式との関連においてそれらのΔＸ及び
Δｙの値が求められる。

さらに、 Ａ１＝　　ｔａｎθ であることから、 ０　＝　　ｔａｎｌ（Ａ＋）　　　　　　　　　’　＃
＃（８）としてθを求めることができる。

しかしながら、上記（６）　（７）式は、未知のＷ及び
Ｈを含んでいるので、それを消去する必要がある。

そこで、イメージセンサｖ２の出力を上記Ｗ及びＨの計
測に利用することになる。この場合も上述した場合と全
く同様であって、直線ｓ、ｔの式に、それらの直線上の
点列を構成する各点の座標値（ｘ３＋、ｙ３ｔ）　（！
Ｎ、ｙ４ｔ）をそれに代入すると、平均的な勾配Ａ３．
Ａ４及び切片８３．Ｂａは、によって与えられる。

一方、対象物Ａの角部２石の座標を（ｘｚ、ｙ２）とす
ると、その２５点において直線ｓ、ｔが交差することか
ら、 ｙ　２　　　＝ＡＺＸ２　　　＋８３　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　拳　　拳　　＊　　（９）
Ｘ２　＝Ａ４Ｖ２　＋Ｂａ　　　　　　　　　・・　（
１０）が成立し、これらの（９）（１０）式に基づき。

を得る。

また、直線ｓ、ｔの交点である対象物の角ＰＡの座標が
、 であることから、ΔＸ及びΔｙは次式により与えられる
。

従って、（６）及び（１３）式から、 −Ｗｃｏｓθ＋Ｈｓｉｎθ＋　（！ｌ　−！２）　＝　
Ｏ（１５）（７）及び（１４）式から、 −Ｗｓｉｎθ−ＨｃａｓＯ＋　　（ｙ＋−ｙ２）＝　　
０　　　（１６が得られ、これらの（１５）（１６）式
に基づき。

Ｗ　＝　　（！ｌ　−ｘｚ）ｃａｓｅ　＋　　（ｙ＋　
−ｙ２）ｓｉｎＯ（１７）Ｈ＝　−（ｘ＋　−ｘｚ）ｓ
ｉｒｌ　＋　　（ｙ＋−ｙ２）ｃａｓＯ（１８）により
、Ｗ及びＨな求めることができる。

また、これらのＨ及びＷの値を前述した（６）（７）式
に代入することにより、ΔＸ及びΔｙの値も求められる
。

なお、以上においては、直線文２ｍ及び直線ｓ、ｔを表
わす方程式の交点座標に基づいてΔＸ及びΔｙを計算し
ているが、それらの直線の切片からその計算を行うこと
もできる０例えば、直線文１ｍの交点である対象物の角
部Ｐチの座標が（５）式で与えられることから、直線見
１ｍの切片Ｂｌ。

Ｂ２、並びに直線ｓ、ｔの切片Ｈ３，Ｈａを、ＷＨ，Ｗ
、Ｈ 日１　＝　−ｔａｎθ　（−ｃａｓＯ−−５ｌｉｍθ＋
ΔＸ）＋−５Ｉｎθ＋−ＣＯ５θ＋ΔｙＷ、ＨＷＨ Ｂ２＝　ｔａｎθ（−ｓｉｎ　Ｏ＋−ｃｏｓ　Ｏ＋Δｙ
）＋−ｃｏｓθ−−３ｌｒｌθ＋ΔＸとして求め、これ
らに基づいてΔＸ、Δｙ、Ｗ及びＨを計算することもで
きる。

このように、上述した計測方法によれば、上記二つのイ
メージセンサに接続した演算装置で上述した簡単な演算
を行うことによって、対象物Ａのｘｆｉｈ及びｙ軸方向
の位置ずれΔＸ、Δｙ、基準姿勢に対する姿勢角θ、並
びに対象物の寸法Ｈ及びＷを簡単に求めることができる
。

［発明の効果］ このような本発明の計測方法によれば、対象物の対角位
芒に二つのイメージセンサを配若し、その出力に基づい
て上述した式についての演算を行うという簡易な手段に
よって、対象物の位置ずれ、姿勢角及び寸法を正確に計
測することができ、特に、イメージセンサを利用して対
象物上における直線の方程式を求めるにすぎないので、
イメージセンサにより対象物の全体を観察して、パター
ン認識またはそれに準じた技術により、その対象物の位
ごずれ及び姿勢角を計測する場合等に比して、演算処理
が極めて簡単になるばかりでなく、非常に正確な測定を
行うことができる。

また、このように簡単に計測できるため、イメージセン
サからの出力を処理するための装置をハードウェア化す
ることが容易であるばかりでなく、実時間処理が可能と
なり、従って工場の生産ライン等における利用に極めて
好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る計測方法のについての説明図であ
る。 ｖ、、ｖ２　６争イメージセンサ、 Ａ一番対象物。 距　１　図 ↑

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、実質的に矩形状をなす対象物の姿勢及び寸法を計測
   する計測域に、基準位置にある平均的寸法の矩形状の対
   象物における対角位置の直角部分を視野内のほぼ中央に
   おさめる二つのイメージセンサを配置し、それらのイメ
   ージセンサによって得られた画像から計測域にある対象
   物の各辺の直線の方程式を算出し、それらに基づく演算
   により、対象物の位置ずれ、姿勢角及び寸法を計測する
   ことを特徴とする直角部分をもつ対象物の姿勢及び寸法
   の自動計測方法。