JPH0413115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はロボツト視覚装置に関するものであ
り、更に詳しくはロボツトによる組立作業におい
て作業対象物の位置・姿勢を検出するロボツト視
覚装置のうち、特にロボツトの手先に取り付ける
のに好適な視覚装置に関する。

〔従来技術〕

従来、物体の位置を検出する手段としては、物
体全体を一様に照明し、この光学像をTVカメラ
などの撮像装置を用いて電気信号に変換し、この
電気信号をある基準となる信号をもとに２値化
し、この２値化画像信号を処理するものである。
しかし、この装置では対象物表面の色又は明暗が
背景と大きく異なり、２値化によつて対象物のみ
が画像上で分離抽出できる必要があつた。また、
この装置では、奥行方向の位置が検出できないた
め、ロボツトによる組立作業のように対象物をつ
かんだり、対象物に部品を取付けなければならな
い場合、この対象物は検出器から既知の距離にな
ければならない。従つて、上記の２値画像を用い
る装置では作業対象が制限されてしまう欠点があ
る。

また、ロボツトによる自動熔接用として“Ａ
Visual Sensor for Arc−Welding Robots”
Bamba，T.，etal.，11th Int.Symp.on
Industrial Robots，pp151〜158（1981）に開示さ
れた、ロボツトの手先に光切断検出ヘツドを取付
け、検出された光切断汎形を演算処理して熔接位
置を自動的に検出する装置がある。しかし、この
装置は作業対象を溝状のものに限定しているた
め、組立作業に使用できない欠点がある。

さらに、上記の装置を組立作業に適用しようと
した試みにNBSの装置（Vander Brug，G.J.，
etal.“Ａ Vision System for Real Time
Control of Robots”9th Int.Symp.on
Industrial Robots，pp213〜230，1979）がある。
この装置で対象物の位置、姿勢を３次元的に完全
に検出するには、検出器を乗せたロボツトアーム
を移動させ、異なつたいくつかの角度から対象物
を見る必要があるため、検出に時間がかかる欠点
があつた。

また、物体の位置、姿勢をその色に影響されず
に検出する装置として、光切断法を応用した装置
がある。これは第１図に示すように、スリツト光
源１と撮像装置２から構成された検出器を用い
る。スリツト光源１から投光された平板上の光線
３（これを以後スリツト光と呼ぶ）と対象物表面
との交線すなわち光切断線４を、このスリツト光
３の光軸とある角度をなすななめの方向から撮像
装置２によつて撮像すると、たとえば第２図に示
すように対象物の断面形状が得られる。検出器よ
り遠方にある点ほど画像上では上方に位置するの
で、この光切断波形を抽出し、第２図上の点ａ，
a′の画像上の位置を検出・処理することによつ
て、対象物までの距離と左右方向の位置が検出で
きる。また、角度θを検出することによつて、ス
リツト光３のなす平面と垂直な軸まわりの対象物
５の表面の回転角が検出できる。

第３図に示す様に、スリツト光源１ａ，１ｂを
２個組合せて、互いに交わる十字状のスリツト光
３ａ，３ｂを作り、それぞれのスリツト光３ａ，
３ｂに対して、２台の撮像装置２ａ，２ｂを配置
し、２組の光切断線を撮像する。この様な構成に
より、２つの平行でない平面のそれぞれに垂直な
２本の軸まわりの対象物表面の回転角が検出でき
るので、検出器を移動させることなく、対象物の
姿勢が３次元的に検出できる。また、対象物まで
の距離に加えて、２方向の対象物の大きさ・位置
も検出できる。

しかし、このような構成では、２個のスリツト
光源と２個の撮像装置が必要となるため、検出器
が大型になる欠点がある。このため、作業対象物
とロボツト手先との相対的な位置関係を手先に取
付けた検出器を用いて精度良く求めるような場
合、上記した構成の検出器では適用が困難である
という欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記した従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、対象物の色や明暗に影響されずに対象
物の３次元的な位置および姿勢を高速に検出する
小型・軽量な視覚装置を提供することを目的とし
ている。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
直線的に配列した複数の発光ダイオードからなる
発光ダイオード群と該発光ダイオード群から発生
した光を平板状の光線に変換する光学系とを各々
備え、互いに平行でない少なくとも二つの平板状
の光線を互いに交わるように照射すべく形成した
複数の光照射手段と、該各光照射手段により照射
される二つの平板状の光線の各々に対して所望の
傾斜角度を有する撮像光軸を有し、且つ上記各光
照射手段により照射された二つの平板状の光線と
上記対象物体の表面との交線の光学像を撮像して
電気信号に変換する撮像手段と、上記各光照射手
段から照射される二つの光線を切換えて照射する
光線切換手段と、上記撮像手段から得られる電気
信号から画像上の明るい切断線信号を分離抽出す
る分離抽出手段と、上記撮像手段が撮像する画像
上の位置情報と実際の位置情報との対応関係を格
納する格納手段と、上記分離抽出手段によつて分
離抽出された切断線信号と上記格納手段に格納さ
れた対応関係から対象物体の位置及び姿勢を解析
する計算手段とを備えたことを特徴とする視覚装
置である。従つて、光源を小型化、軽量化でき、
その結果視覚装置全体も小型化、軽量化ができ、
ロボツト等への搭載が容易になり、しかも対象物
体の位置及び姿勢を高速で解析することができ、
ロボツト等が対象物が所望の位置及び姿勢である
かどうかの検査も含め、該対象物体に対して作業
を行なうことができる。

〔発明の実施例〕

以下に、本発明のロボツト視覚装置を用いた物
体の位置検出および姿勢検出の一実施例について
説明する。

ここでは、説明をわかりやすくするために、第
４図に示した装置構成を例にして説明する。尚、
以下の説明は、第５図に示す装置構成においても
全く同様に適用できるものである。

即ち、ロボツト視覚装置は、第４図に示す様
に、１個の撮像装置を設け、２つのスリツト光源
１ａ，１ｂをそれらのスリツト光３ａ，３ｂの交
線のまわりに同方向に回転させ、回転するスリツ
ト光３ａ，３ｂの光切断線を１台の撮像装置で検
出するものである。検出の際には、２組の光切断
線を独立に抽出するため、２個のスリツト光源１
ａ，１ｂを交互に切換えて１つずつ発行させる。
また、第４図に示す十字状のスリツト光３ａ，３
ｂを、第５図に示す様に逆八の字状に配置したス
リツト光源１ａ，１ｂで得ても良い。すなわち、
第４図において、スリツト光３ａ，３ｂを形成す
るスリツト光源１ａ，１ｂは、スリツト光３ａ，
３ｂの平面上にあり、且つスリツト光源１ａ，１
ｂと撮像装置の光軸８のなす角度が90°よりもち
いさければ、どこに移動させて配置することも可
能である。

第４図において、２個のスリツト光源１ａ，１
ｂをそれぞれ１つずつ発行させた場合、撮像装置
２によつて検出される光切断線と物体の実際の位
置との対応関係は、第６図ａ，ｂに示すように、
ななめ格子状になる。第６図ａはスリツト光源１
ａを発光させたときの検出画像とxz座標との対
応関係をxz平面における等距離線と等幅線とに
よつて示した図であり、第６図ｂはスリツト光源
１ｂを発光させたときの検出画像とyz座標との
対応関係をyz平面における等距離線と等幅線と
によつて示した図である。以下、第６図ａについ
て説明する。第６図ｂについても同様である。即
ち、第６図ａは、第８図および第９図に示す等距
離線図（ｚ座標）と等幅線図（この場合、ｘ座標
に関するもの）を、便宜的に一つの図として表し
たものである。これらの生成方法については後述
し、ここではそれぞれの内容について説明する。
第８図に示す等距離線図内の個々の右下がりの直
線は、この上のどの位置に光切断線が検出された
場合も、実際のｚ座標（第７図参照）は一定とな
る点（等距離の点）を示している。そしてこれら
直線の間隔は、ｚ座標における一定距離間隔を示
し、左下の直線から右上の直線に行くに従つて小
さなｚ座標から大きなｚ座標になることに対応す
る。第８図では一定間隔のｚ座標に対応する直線
群として示したが、実際には後述のように、これ
らの間を近似的に補間し、画像上のどの点に光切
断線が検出されても、その点の実際のｚ座標が算
出できるようにしている。近似法については、式
(1)および第１０図を用いて後述する。一方、第９
図に示す等幅線図においては、個々の直線は、こ
の上のどの位置に光切断線が検出された場合も、
実際のｘ座標（第７図参照）は一定となる点を示
している。そして、中央の直線がｘ＝０（撮像光
軸上）を示しており、これら直線の間隔は、ｘ＝
０を中心線にしてｘ座標における一定間隔を示
し、右側の直線がマイナス方向、左側がプラス方
向のｘ座標に対応する。第８図と同様に、第９図
では一定間隔のｘ座標に対応する直線群として説
明したが、実際にはこれらの間を補間し、画像上
のどの点に光切断線が検出されても、その点の実
際のｘ座標が算出できるようにしている。以上説
明した等距離線図と等幅線図を参照することによ
つて、検出された画像上の光切断線の位置を実際
のｚ座標とＸ座標に変換することができる。な
お、第６図ｂも同様であり、この場合ｚ座標およ
びｙ座標に変換できる。これらの対応関係をあら
かじめ寸法が既知の物体を用いて検出器からの位
置を変えながら求め、記憶装置に記憶しておく。
そして、物体の位置・姿勢の検出の際には、あら
かじめ記憶されている対応関係と撮像装置２から
検出された光切断線の画像上の位置を照合するこ
とによつて、物体の実際の位置と傾きを求めるこ
とができる。本発明では、２つのスリツト光３
ａ，３ｂを切替えて投光し、２つの互いに平行で
ない平面における物体までの距離・位置および傾
きが求められるから、これらにより物体の３次元
的な位置と姿勢を一意的に求めることができる。

なお、本発明では２つのスリツト光３ａ，３ｂ
の交線６が対象物表面と交わるように検出器また
は対象物があらかじめ大まかに位置合せされてい
るものとし、本発明のロボツト視覚装置を用い
て、検出器と対象物の相対的な位置と姿勢を精密
に検出するものとする。

つぎに、検出される光切断線の画像上での位置
と物体の実際の位置の対応関係を求める方法につ
いて、第７図を用いて説明する。ここでは、第４
図に示すスリツト光源１ａの場合についてのみ説
明するが、第４図に示すスリツト光源１ｂおよび
第５図に示すスリツト光源１ａ，１ｂの場合も同
様である。第７図に示すように、２つのスリツト
光の交線５がｚ軸に一致し、スリツト光源１ａに
よるスリツト光３ａがxz平面に一致するような
座標系xyzを仮定する。まず、第７図に示すよう
にｚ軸に垂直で撮像装置２の視野より広い平面６
を、ｚ軸方向に平行移動できるように、目盛付の
レール７上に立てる。平面６をたとえば１cmきざ
みで検出器から遠ざけながら検出画像上での光切
断線の位置を求めて行くと、第８図に示す様な等
距離線図が得られる。つぎに、平面６を幅一定の
長方形とし、このようなものをいくつかの幅につ
いて用意し、やはりレール７上をｚ軸に垂直にな
るように立ててｚ軸方向に移動させる。平面６の
ｘ軸方向に測つた幅をたとえば２cmきざみとし、
それぞれの平面６をｚ軸方向に移動させたとき検
出される光切断線の端点の軌跡を求めると、第９
図に示すような等幅線図（ｘ座標に関する）が得
られる。第８図に示した等距離線図と第９図に示
した等幅線図において、線図上のある水平の線
hh′に沿つた距離およびｘ方向の位置の変化を見
ると、それぞれ第１０図、第１１図のようにな
る。これらを線図上の縦方向の座標ｊにおける距
離の関数ｚおよびｘ方向の位置の関数ｘとして、
線図上の横方向の座標ｉを変数として表わすと、 z_j＝ｆ（ｉ）＝a_j0＋a_j1ｉ＋a_j2i²＋a_j3i³ ……(1) x_j＝ｇ（ｉ）＝b_j0＋b_j1ｉ＋b_j2i²＋b_j3i³ ……(2) と近似することができる。何次まで近似するかは
必要とされる検出精度により決定する。線図上の
すべてのｊ（たとえばｊ＝１〜256）について、
a_jo，b_jo（ｎ＝０、１、２、……）を以上の方法で
あらかじめ求めておけば、検出された光切断線か
ら式(1)(2)を用いて、逆にそのｚ方向およびｘ方向
の位置を求めることができる。また、検出対象物
を構成する一平面の傾きを求める場合には、以上
の様にして求めた光切断線の端点の実際の座標
（ｘ，ｚ）（x′，z′）より、 θ_x＝tan^-1z′−ｚ／x′−ｘ ……(3) を用いて、その平面とｘ軸のなす角を求めること
ができる。

次に検出画像より光切断線を抽出する手段につ
いて具体的に説明する。この場合もやはり第４図
に示した片側のスリツト光３ａの場合について説
明する。撮像装置２によつて撮像した光切断線
は、スリツト光の幅や光学系のボケなどにより、
一般的にはある幅を持つている。そこで、撮像装
置２の水平走査方向を第８図と第９図に示した線
hh′の方向（横方向）に一致させて配置し、各水
平走査信号のピーク位置（すなわち最明点）の座
標ｉ各をｊにおける光切断線と位置ｉのする（第
１２図参照）。このようにして、式(1)(2)を計算す
るための光切断線の位置の座標を抽出する。

次に、本発明のロボツト視覚装置による対象物
の３次元的な位置・姿勢の検出過程を第１３図に
示す円柱状の物体９および第１４図に示す平面上
にあいた円形の穴１０の検出を例にして説明す
る。

まず、円柱状の対象物９の位置・姿勢の検出法
について説明する。第５図に示すスリツト光３ａ
を投光した場合、たとえば第１５図に実線Ａに示
すような光切断像が撮像装置２により検出された
とする。同図において、先に説明した様に横方向
の最明点の位置を検出し、光切断線の形を抽出す
ると第１６図に示す様になる。第１６図に示す波
形を折線近似し、各線分の端点の座標（ｉ，ｊ）
をあらかじめ求めておいた式(1)(2)を用いて実際の
座標（ｘ，ｚ）に変換すると、第１７図に示す様
になる。この図において、最もｚ座標の小さい線
分Ａ、すなわち最も検出器に近い線分の中点か
ら、円柱状の物体９の上面のｘ方向の近似的な中
心位置が求められる。また、式(3)を用いてxz平
面における物体９の傾きが求められる。つぎにス
リツト光源を切替え第５図に示すもう一方のスリ
ツト光３ｂについて得られる光切断像（第１５図
中の破線Ｂで示す）についても、全く同様の検出
を行うことにより、円柱状の物体９の上面のｙ方
向近似中心位置と、yz平面における物体９の傾
きを求める。更に、以上の検出結果をもとに、検
出器から物体９の上面の中心位置までの距離ｚ
は、円柱状の物体９の上面がｚ軸にほぼ垂直であ
る場合、 ｚ＝z₁＋z₂／２＋z₄−z₃／y₂−y₁・y₁＋y₂／２……
(4) または、 ｚ＝z₃＋z₄／２＋z₂−z₁／x₂−x₁・x₁＋x₂／２……
(5) として求められる。ここで、x₁，x₂は円柱状の物
体９の上面におけるxz平面の光切断像（第１５
図に示すＡ）の端点のｘ座標であり、y₁，y₂はyz
平面の光切断像（第１５図に示すＢ）の端点のｙ
座標であり、z₁，z₂，z₃，z₄はそれぞれ４つの端
点のｚ座標を表わす。以上の検出結果よりもし円
柱状物体９の上面のxz平面およびyz平面におけ
る傾きが90°と著しく異なり、光切断線の中点か
ら中心位置を求める方法および式(4)または(5)によ
る距離の計算の誤差が無視できないと判断される
場合には、傾きの検出結果に従つてロボツトアー
ムを移動させ、ｚ軸すなわちスリツト光３ａ，３
ｂの交線が面にほぼ垂直になるようにし、再度中
心位置および距離の検出を行う。

つぎに、第１４図に示す平面上に垂直にあいた
円形状の穴１０の中心位置および穴のあいている
方向の検出法について説明する。第１８図は第１
４図に示す穴１０を撮像装置で撮像したとき得ら
れる光切断線の一例を示す図である。この場合
も、前例と同様にxz平面およびyz平面における
２組の光切断像をスリツト光源を切替えることに
よつて、独立に検出する。第１８図における実線
と破線は、このようにして得られる２組の光切断
像を示している。同図において、点a₁，a₂を結ぶ
線分と点b₁，b₂を結ぶ線分をそれぞれ前例の第１
５図における線分Ａ，Ｂに対応させた処理を行う
ことによつて、全く同様に穴１０の位置および穴
のあいている方向の検出を行なうことができる。

以下に、本発明のロボツト視覚装置の具体的実
施例について説明する。まず、装置全体の構成お
よびその動作について説明し、しかる後検出器各
部の具体的構成について述べる。

第１９図は本発明のロボツト視覚装置の全体構
成の一実施例を示す図である。検出器は撮像装置
２とスリツト光源１ａ，１ｂから構成されてお
り、次の様な配置構成法によつている。すなわ
ち、 (1) ２つのスリツト光３ａ，３ｂのなす平面の交
線５を、ロボツトのグリツパ１８の回転軸に一
致させる。

(2) スリツト光源１ａ，１ｂの光軸８ａ，８ｂお
よび撮像装置２の光軸８ｃはスリツト光３ａ，
３ｂの交線５上のほぼ一点で交わる。

(3) スリツト光源１ａ，１ｂの光軸８ａ，８ｂお
よび撮像装置２の光軸８ｃは同一平面上にあ
る。

(4) スリツト光源１ａの光軸８ａとスリツト光の
交線５のなす角と、スリツト光源１ｂの光軸８
ｂとスリツト光の交線５のなす角とは等しい。

(5) スリツト光源１ａの光軸８ａと撮像装置２の
光軸８ｃのなす角と、スリツト光源１ｂの光軸
８ｂと撮像装置２の光軸８ｃのなす角とは等し
い。

以上の様な配置でロボツトアーム１１上に検出
器を構成する。検出器の構成法の他の変形例とし
ては、上記の(1)〜(5)のうち論理的に可能な１〜４
個の組合せがある。また、第１９図では検出器が
ロボツトのグリツパ１８を回転駆動する部分に固
定されているが、グリツパ１８上に固定し、グリ
ツパ１８と一体に回転させる様に構成しても良
い。

このロボツト視覚装置の全体は第１９図中のマ
イクロコンピユータ（又はミニコンピユータ）１
５によつて制御される。すなわち、スリツト光切
断装置１３を制御し、スリツト光源１ａ，１ｂが
１つずつ発光するようにし、それぞれの光切断像
を撮像装置２によつて検出する。検出された画像
信号は光切断線抽出回路１４に入力され、光切断
波形がマイクロコンピユータ１５に入力される。
光切断線抽出回路１４は、先に説明した方法に従
つて２次元画像データを１次元波形データに圧縮
するものであり、特願昭57−146427号に開示され
ている装置を用いても良い。このようにして得ら
れた２組の光切断線波形データは、マイクロコン
ピユータ１５内に先に説明した手順で処理され
る。すなわち、波形データの折線近似の後、式(1)
〜(5)の計算を行なつて対象物の３次元的位置及び
姿勢を検出し、そのデータ１７をロボツト腕機構
の制御装置に出力する。式(1)(2)を計算するのに必
要な係数a_jo、b_jo（ｊ＝０、１、２、３…、ｎ＝
０、１、２、３…）は、先に説明した方法であら
かじめ求められ、記憶装置１６内に格納されてお
り、必要な時適宜読み出されて使用される。

次に本実施例のロボツト視覚装置の動作につい
て詳細に説明する。

対象物の検出を行う前に、すでに説明した様
に、式(1)(2)に示した係数a_jo、b_jo（および同様にし
て得られるy_jの係数）を記憶装置１６に格納する
作業が必要である。第７図に示した装置を用いて
スリツト光の交線５がレール７と平行になる様に
ロボツトを動作・固定し、すでに説明した方法で
第８図に示す等距離線図と第９図に示す等幅線図
を求める。この作業はスリツト切替装置１３で切
替え、２つのスリツト光３ａ，３ｂについてそれ
ぞれ行なう。つぎに、これらのデータをもとに、
マイクロコンピユータ１５によつて多項式近似を
行ない、各ｊにおける式(1)(2)の係数a_jo、b_joを求
め、記憶装置１６に格納する。

対象物体の検出過程では、すでに第１３図及び
第１４図を例にして説明した様に、マイクロコン
ピユータ１５がスリツト光切断装置１３を制御
し、２組のスリツト光源１ａ，１ｂをそれぞれ発
光させた場合の光切断像に基づく光切断波形を光
切断線抽出回路１４によつて得て、これをマイク
ロコンピユータ１５によつて折線近似した後、そ
れぞれの線分の実際の位置座標が記憶装置１６に
格納された係数a_jo、b_joをもとにして式(1)(2)（お
よび同様なy_jを求める式）を用いて求められる。
マイクロコンピユータ１５は、２組のスリツト光
源１ａ，１ｂをそれぞれ発光させた場合の線分の
うち、対象物体上の線分を、距離ｚを判定基準に
それぞれ１本ずつ選び出し（通常、最も検出器に
近く、視野の中央近くにある線分）、それそれの
４つの端点から、式(3)〜(5)および線分の中点の計
算を行なつて、対象物体の位置および姿勢を検出
し、ロボツト腕機構の制御装置に出力する。

次に検出器各部の具体的構成について説明す
る。

撮像装置２にはTVカメラを用い、第１２図に
示したｉの方向と水平走査方向を一致させること
により、高速で光切断線を検出することができ
る。もちろん、TVカメラ以外の２次元画像検出
器、例えば１次元フオトダイオードアレーとガル
バノミラーとの組合せでも良い。TVカメラのう
ち、特に２次元固体イメージセンサを用いたもの
は、(イ)耐震・耐衝撃性、(ロ)寿命、(ハ)画像ひずみ、
(ニ)小型・軽量、(ホ)省電力、の５つの点で、電子管
を用いたものよりも優れている。第２０図は２次
元固体イメージセンサ１９を用いた撮像装置の一
具体例を示す図である。本具体例では、ロボツト
アームに搭載される部分は、第２１図に示す様
に、TVカメラ制御ユニツト２２を除いた２次元
固体イメージセンサ１９と前置画像信号増幅器２
０と同期駆動信号波形整形回路２１のみであり、
さらに小型・軽量化が図られている。第２０図に
おいて、前置画像信号増幅器２０は基板２３ａ上
に搭載され、２次元固体イメージセンサ１９と同
期駆動信号波形整形回路２１は基板２３ｂ上に搭
載され、支柱２４で裏ぶた２５上に固定されてい
る。裏ぶた２５にはコネクタ２６が取付けられ、
一切の信号・電源の供給はこのコネクタ２６を介
して行なわれる。また、裏ぶた２５および外枠２
７は内面に静電シールド用の銅箔を貼つた（また
は金属メツキを施した）プラスチツク等の非金属
で構成されている。さらに、結像レンズ２８をプ
ラスチツク化することも可能である。以上の様
に、本実施例による撮像装置を用いれば、耐震・
耐衝撃性、長寿命、低画像ひずみ、省電力という
特徴に加え、検出器を著しく小型・軽量化できる
効果がある。

次に、スリツト光源１ａ，１ｂの具体的構成に
ついて説明する。光源としては、ハロゲンランプ
や放電管や発光ダイオード等を使用することがで
きるが、(イ)耐震・耐衝撃性、(ロ)寿命、(ハ)小型・軽
量性の３点で発光ダイオードが最も優れている。。
第２２図は発光ダイオートを用いたスリツト光源
の一具体例を示す図である。発光ダイオード２９
には、赤外発光の高出力タイプが用いられる。通
常２次元固体イメージセンサの最大感度波長は、
800nｍ付近であるので、この波長の発光ダイオ
ードを用いれば検出感度を最大にできる。第２２
図に示す様に、発光ダイオード２９は、複数個を
シリンドリカルレンズ３０の長手方向に一致させ
て一列に並べて配置する。第２２図ａに示す平面
図において、発光ダイオード２９とスリツト３１
はシリンドリカルレンズ３０に関して結像関係に
ある。また、結像面３２の位置は概略の対象物位
置に設定し、結像面３２とスリツト３１とは結像
レンズ３３に関して結像関係にある。以上の様な
構成をとることにより、発光ダイオード２９から
発光される光を効率良く集光し、スリツト光を形
成できるので、上記した３つの特徴に加え明るい
スリツト光源を実現できる。さらに、発光ダイオ
ード２９にレンズを用いた指向性の強いものを用
いることにより、更に強力なスリツト光源も実現
可能である。

第２３図は発光ダイオードを用いたスリツト光
源の他の具体例を示す図である。第２３図に示す
様に、発光ダイオード２９を複数個スリツト３１
に沿つて配置し、スリツト３１と結像面３２は結
像レンズ３３に関して結像関係にある。また、シ
リンドリカルレンズ３０は、スリツト光に結像面
３２上でむらが出ない様に、結像レンズ３３とス
リツト３１の間に挿入される。本具体例では、結
像面３２の結像関係が狂うと、スリツト光にむら
が生じる欠点があるが、光切断線の位置検出を行
なう本発明では無視できる。本具体例によれば、
第２２図と比較して明らかな様に、光軸方向の長
さを短かくすることができ、発光ダイオード２９
の持つ特徴に加え、スリツト光源を著しく小型に
できる特徴がある。

また、撮像装置と同様に、外枠をプラスチツク
等の非金属で構成すれば、検出器を著しく小型・
軽量にできる効果がある。

なお、第２２図と第２３図に示すスリツト光源
の具体例では、スリツト光が完全な平板状になら
ない。この問題は結像レンズ３３の径を必要以上
に大きくしないことで回避できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、直線的に配列した複数の発光
ダイオードからなる発光ダイオード群と該発光ダ
イオード群から発生した光を平板状の光線に変換
する光学系とを各々備え、互いに平行でない少な
くとも二つの平板状の光線を互いに交わるように
照射すべく形成した複数の光照射手段と、該各光
照射手段により照射される二つの平板状の光線の
各々に対して所望の傾斜角度を有する撮像光軸を
有し、且つ各光照射手段により照射された二つの
平板状の光線と上記対象物体の表面との交線の光
学像を撮像して電気信号に変換する撮像手段とを
備え、それぞれの光切断線を解析することによつ
て、対象物体の色や表面の状態に影響されること
なく、平面内における対象物体の位置・姿勢を検
出器又は対象物体を移動させることなく検出が可
能となり、しかも光源を小型化、軽量化ができ、
その結果視覚装置全体も小型化、軽量化ができ、
ロボツト等への搭載が容易になり、しかも対象物
体の位置及び姿勢を高速で解析することができ、
ロボツト等が対象物が所望の位置及び姿勢である
かどうかの検査も含め、該対象物体に対して作業
を行なうことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は光切断法によるロボツト視覚装置の検
出器を示す斜視図、第２図は第１図に示す検出器
の検出画像の一例を示す図、第３図は光切断法に
よる検出器を２組組合せた検出器を示す斜視図、
第４図は本発明の原理となる検出器の斜視図、第
５図は本発明による検出器の基本構成を示す斜視
図、第６図は第４図に示す検出器による等距離線
と等幅線を表わした図、第７図は等距離線と等幅
線を得る検出器の斜視図、第８図は等距離線の一
例を示す図、第９図は等幅線の一例を示す図、第
１０図は第８図に示す等距離線の変化を表わした
図、第１１図は第９図に示す等幅線の変化を表わ
した図、第１２図は光切断線の抽出方法を表わす
図、第１３図と第１４図は検出対象物体の一例を
示す図、第１５図と第１６図と第１７図は第１３
図に示す検出対象物体の検出処理過程を示す図、
第１８図は第１４図に示す検出対象物体の検出画
像を示す図、第１９図は本発明のロボツト視覚装
置の全体構成の一実施例を示す図、第２０図は本
発明のロボツト視覚装置で用いる撮像装置の一具
体例を示す図、第２１図は第２０図に示す撮像装
置を示すブロツク図、第２２図ａと第２３図ａは
本発明のロボツト視覚装置の検出器に用いるスリ
ツト光源の具体例を示す平面図、第２２図ｂと第
２３図ｂは本発明のロボツト視覚装置の検出器に
用いるスリツト光源の具体例を示す正面図であ
る。 １……スリツト光源、２……撮像装置、３ａ，
３ｂ……スリツト光、４……光切断線、５……ス
リツト光の交線、６……ついたて、７……目盛付
レール、８ａ，８ｂ，８ｃ……光軸、９，１０…
…対象物体、１１……ロボツトアーム、１２……
グリツパの回転軸、１３……スリツト光切断装
置、１４……光切断線抽出回路、１５……マイク
ロコンピユータ、１６……記憶装置、１７……検
出データ、１８……グリツパ、１９……２次元固
体イメージセンサ、２０……前置画像信号像幅
器、２１……同期信号波形整形回路、２２……
TVカメラ制御ユニツト、２３ａ，２３ｂ……基
板、２４……支柱、２５……裏ぶた、２６……コ
ネクタ、２７……外枠、２８，３３……結像レン
ズ、２９……発光ダイオード、３０……シリンド
リカルレンズ、３１……スリツト、３２……結像
面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直線的に配列した複数の発光ダイオードから
   なる発光ダイオード群と該発光ダイオード群から
   発生した光を平板状の光線に変換する光学系とを
   各々備え、互いに平行でない少なくとも二つの平
   板状の光線を互いに交わるように照射すべく形成
   した複数の光照射手段と、該各光照射手段により
   照射される二つの平板状の光線の各々に対して所
   望の傾斜角度を有する撮像光軸を有し、且つ上記
   各光照射手段により照射された二つの平板状の光
   線と上記対象物体の表面との交線の光学像を撮像
   して電気信号に変換する撮像手段と、上記各光照
   射手段から照射される二つの光線を切換えて照射
   する光線切換手段と、上記撮像手段から得られる
   電気信号から画像上の明るい切断線信号を分離抽
   出する分離抽出手段と、上記撮像手段が撮像する
   画像上の位置情報と実際の位置情報との対応関係
   を格納する格納手段と、上記分離抽出手段によつ
   て分離抽出された切断線信号と上記格納手段に格
   納された対応関係から対象物体の位置及び姿勢を
   解析する計算手段とを備えたことを特徴とする視
   覚装置。 ２ 上記撮像手段を、２次元固体イメージセンサ
   で形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の視覚装置。 ３ 直線的に配列した複数の発光ダイオードから
   なる発光ダイオード群と該発光ダイオード群から
   発生した光を平板状の光線に変換する光学系とを
   各々備え、互いに平行でない少なくとも二つの平
   板状の光線を互いに交わるように照射すべく形成
   した複数の光照射手段、該各光照射手段により照
   射される二つの平板状の光線の各々に対して所望
   の傾斜角度を有する撮像光軸を有し、且つ上記各
   光照射手段により照射された二つの光線と上記対
   象物体の表面との交線の光学像を撮像して電気信
   号に変換する撮像手段をロボツトの動作部材上に
   備え、更に上記各光照射手段から照射される二つ
   の光線を切換えて照射する光線切換手段と、上記
   撮像手段から得られる電気信号から画像上の明る
   い切断線信号を分離抽出する分離抽出手段と、上
   記根撮像手段が撮像する画像上の位置情報と実際
   の位置情報との対応関係を格納する格納手段と、
   上記分離抽出手段によつて分離抽出された切断線
   信号と上記格納手段に格納された対応関係から対
   象物体の位置及び姿勢を解析する計算手段と、該
   計算手段によつて解析された対象物体の位置及び
   姿勢に基いて上記ロボツトを制御するロボツト制
   御手段とを備えたことを特徴とする視覚装置。 ４ 上記撮像手段を、２次元固体イメージセンサ
   で形成したことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の視覚装置。