JPH0425907A - 自動機の位置ずれ補正装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば加工、組立て及び配線等を行う際に使
用する自動機の位置ずれ補正装置、特に知覚センサを備
え該知覚センサが外力等によって位置ずれを起こした時
に、この位置ずれを検知して正確な作業を続行できるよ
うにした自動機の位置ずれ補正装置に関する。

（従来の技術） 上記加工、組立て及び配線等を行う際に使用するロボッ
トのような自動機において、被加工物たるワークを掴ん
だり、加工したりする動作を自動的に行う場合、カメラ
等の視覚センサによってワークの位置及び形状を把握す
ることが広く行われている。

ここに、視覚センサに外力や急激な加速度等が加わって
、視覚センサの配置位置や角度にずれか生じてしまうこ
とがあり、このように視覚センサに位置ずれが生じると
、視覚センサによるワークの正確な位置及び形状の把握
を行うことができなくなってしまう。このため、視覚セ
ンサの位置ずれを検知し、位置ずれが生じた時に視覚セ
ンサを所定の位置及び角度に修正する必要がある。

従来、この種の視覚センサの位置ずれの修正作業は、人
手によって、元の位置に直すか、または基準点を書き直
し新たなデータを取り直してやり直すこと等によって一
般に行われていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来例においては、視覚センサに位
置ずれが生じたことを常に監視することができず、位置
ずれが生じたまま、即ち不正確なまま作業が進められて
しまうことがあるばかりでなく、人手による修正作業は
、保守性が悪くしかも安全性にも問題かあるといった欠
点があった。

つまり、従来の視覚センサ（カメラ）を備えたロボット
等の自動機においては、視覚センサに位置ずれが生した
時、正確な作業ができずに時間のロスに繋がってしまう
ばかりでなく、修正作業も人手によっていたため、保守
性や安全性にも問題があるのが現状であった。

本発明は上記に鑑み、視覚センサがロボット等の自動機
との間に相対的な位置すれを起こしてしまっても、その
移動量及び角度を検知して、素早く補正できるようにし
たものを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明に係る自動機の位置ず
れ補正装置は、作業台の上に指標を設けるとともに、こ
の指標と被加工物たるワークとを撮影できる視覚センサ
を設置し、この視覚センサで撮影した画像上の指標と予
め記憶させておいた正常状態における指標とを画像処理
装置で比較し処理することによって視覚センサの配置位
置及び角度のずれを把握し、この処理結果に基づいて自
動機の動きを補正するか、または視覚センサの配置位置
及び角度のずれを補正するようにしたものである。

（作　用） 上記構成の本発明によれば、指標とワークとの位置関係
、及び自動機と視覚センサとの位置関係を一定にしてお
くことにより、視覚センサと指標との位置関係をそのま
ま自動機とワークとの位置関係に対応させ、視覚センサ
によってワークと指標を捕らえ、指標の形状及び大きさ
から現在の自動機とワークとの、更には視覚センサと指
標との位置関係を知ることによって、視覚センサに位置
ずれが生じた否かを知ることができる。そして、位置ず
れが生じた場合に、このずれ量の応じて自動機の動きを
補正するか、または視覚センサの配置位置及び角度のず
れを補正することによって、正確な作業を続行させるこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図において、作業台１の側部上面には、
水平方向に延びるアーム３を備えた自動機（ロボット）
２が配置されているとともに、この自動機２の作業台］
上の作業領域４内には、被加工物たるワーク５か載置さ
れている。

更に、このワーク５の近傍には四角形状の指標６が描か
れているとともに、この上方には視覚センサ（カメラ）
７が配置され、上記ワーク５及び指標６は、この視覚セ
ンサ７の撮像範囲８内に入るように構成されている。

この視覚センサ７は、自動機２の動作に際してワーク５
の位置及び形状を把握するためのものであるが、更に自
動機２が１サイクルの動作を開始する時に、指標６の形
状及び大きさを把握し、これによって現在の視覚センサ
７自身の位置及び角度を把握するよう構成されている。

即ち、指標６とワーク５との位置関係、及び自動機２の
アーム３と視覚センサ７との位置関係を夫々一定にして
おくことにより、視覚センサ７と指標６との位置関係を
そのまま自動機２のアーム３とワーク５との位置関係に
対応させ、視覚センサ７によってワーク５と指標６を捕
らえて、指標６の形状及び大きさから現在の自動機３の
アーム２とワーク５との位置関係、更には視覚センサ７
と指標６との位置関係を知ることよって、視覚センサ７
に位置ずれが生じた否かを知ることができるようなされ
ている。

この視覚センサ７からの出力は、画像処理装置９に入力
される。この画像処理装Ｗ９は、プログラマブルコント
ローラ１０の指令により、視覚センサ７からの画像デー
タを受信し、指標６の形状及び大きさから、視覚センサ
７の現在の位置及び角度のずれを検出して、ワーク５に
対する補正データを自動機コントローラ１１に送信する
とともに、ずれが大きい時、及び指標６が撮像範囲８の
外に出てしまい検知不能になった時に、異常信号をプロ
グラマブルコントローラ１０に出力して、操作パネル１
２の表示部に表示させる。

一方、上位計算機１３から自動機コントローラ１１に自
動機２の作業データか転送され、更にこの上位計算機１
３は、プログラマブルコントローラ１０にもデータ転送
完了信号や起動信号等を出力する。

このプログラマブルコントローラ１０は、上位計算機１
３の信号を受信し、それによって自動機コントローラ１
１に動作信号を送信し、更に画像処理装置９にも認識指
令を送信する。

自動機コントローラ１１は、プログラマブルコントロー
ラ１０からの動作信号を受信すると、更に画像処理装置
９からのワーク５の位置及び形状の補正されたデータを
受けて、自動機２の動作指令を行う。これにより、自動
機２はワーク５に対して所定の作業を行い、作業が完了
すると自動機コントローラ１１はプログラマブルコント
ローラ１０に動作完了信号を出力するようなされている
。

第２図に示すように、視覚センサ７は指標６とワーク５
とを同時に撮像範囲８内に入れてこれを検知している。

ここに、指標６は、形状の変化を認識しやすいように四
角形となされ、更に方向を誤らないように一辺を二重線
となしているが、他の多角形やＸ印、更には円形でも良
く、また二重線の代わりに太線等地の３線と区別できる
ものでは何でも良いことは勿論である。

次に視覚センサ７の配置位置及び角度のずれを把握する
原理について説明する。

第３図は視覚センサ７に関する各空間軸、即ちＸ方向、
Ｙ方向及びＺ方向を示すものである。

第４図は、視覚センサ７がＸ、　Ｙ方向にずれた状態を
示す。画像処理装置９は、破線で示す正常状態における
指標６ａを予め記憶しており、実線で示す現在の画像上
の指標６ｂとのずれｊｌｄｘ。

ｄｙを把握すれば補正が可能となる。

この時、正常状態におｌする指標５ａと視覚センサ７に
よる実際の画像上の指標６ｂとの夫々対応する１点を（
Ｘ、Ｙ、Ｚ）、　　（ｘ、ｙ、ｚ）とすると、両者の関
係は、 （Ｘ　　Ｙ　　Ｚ　　１）　＝　（ｘ　　ｙ　　ｚ　　
１）　Ｔｘｙ　＝（１）と現すことができる。

この式（１）に（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、　　（ｘ、Ｙ、Ｚ）の
値を夫々代入してＴｘｙを求め、これからずれ■ｄｘ、
ｄｙを算出することができる。

第５図（ａ）は、視覚センサ７がＺ方向にずれた時の画
像の状態を示している。破線で示す画像処理装置９に予
め記憶された正常状態における画像６ａと、実線で示す
現在の画像上の指標６ｂのずれは、同図（ｂ）に示すよ
うに、指標６が正常状態から距離ｄｚだけ離れた位置６
′に位置した時に生じ、視覚センサ７のレンズの焦点１
５から該レンズ１５の焦点路Ｍｆだげ離れた位置にある
焦点面１６に写される。

そこで、画像上の指標６ｂと正常状態における指標６ａ
とを比を倍率ｍとすると、正常状態における指標６ａと
視覚センサ７による実際の画像上の指標６ｂとの夫々対
応する１点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）。

（Ｘ＋　　ｙ、ｚ）の関係は、 （Ｘ　　Ｙ　　Ｚ　　１）−（ｘ　　ｙ　　ｚ　　１）
Ｔｚ−（２）と現すことができる。

ここで、同図（ｂ）より、倍率ｍは、 ただし、ｈ；正常状態における視覚センサと指標との距
離 Ω　；画像上の指標の幅 ｐ　；正常状態における指標の幅 となる。

そこで、上記式（２）に（Ｘ　、Ｙ　、Ｚ　）　ｒ　　
（ｘ　。

ｙ、ｚ）の値を夫々代入してＴｚを求め、これから倍率
ｍ１更にはずれ量ｄｚを算出することができる。

第６図は、視覚センサ７に２軸回りの回転ずれが生じた
場合の画像の状態を示している。同図の破線で示す正常
状態における指標６ａと、実線で示す画像上の指標６ｂ
とのなす角を０２とすると、正常状態における指標６ａ
と視覚センサ７による実際の画像上の指標６ｂとの夫々
対応する１点（Ｘ　　Ｙ、Ｚ）、　　（ｘ、ｙ、ｚ）の
関係は、（Ｘ　　Ｙ　　Ｚ　　　１） （Ｘ ］） Ｔｗ・・・（３） と現すことができる。

そこで、上記式（３）に（Ｘ、　Ｙ、　Ｚ）　、　　（
ｘ。

ｙ、ｚ）の値を夫々代入してＴｗを求め、これからＺ軸
回りのずれ角θ２を求めることができる。

第７図（ａ）は、視覚センサ７にＸ軸回りの回転ずれが
生じた場合の画像の状態を示している。

同図の破線で示す正常状態における指標６ａと、実線で
示す画像上の指標６ｂとは、同図（ｂ）に示すように、
現在の視覚センサ７の光軸１７ｂと正常状態における視
覚センサ７の光軸１６ａと間にＸ軸回りにずれ角θＸが
生じた結果、正常の焦点１５が１５′にずれ、正常状態
における焦点面１６が１６′のずれた結果束じたもので
ある。ここに、正常状態における指標６ａと視覚センサ
７による実際の画像上の指標６ｂとの夫々対応する１点
を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）。

これらの関係は、 （Ｘ　　Ｙ　　Ｚ　　１）−（Ｘ　　３’（ｘ。

ｙ。

とすると、 １）Ｔｕ・・・（４） と現すことができる。

そこで、上記式（４）に（Ｘ、　Ｙ、　Ｚ）、　　（ｘ
。

ｙ、　　ｚ）の値を夫々代入してＴｕを求め、これから
Ｘ軸回りのずれ角θＸを求めることができる。

更に、Ｙ軸回りに回転ずれθｙがある場合も同様に、 （ｘ　　ｙ　　ｚ　　　１）−（ｘ　　　ｙ　　　ｚ　
　　１）Ｔｃ・・・（５） と現すことができる。

そこで、上記式（５）に（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）（ｘ。

ｙ、ｚ）の値を夫々代入してＴｖを求め、これからＹ軸
回りのずれ角θｙを求めることができる。

第８図は（ａ）は正常状態における画像６ａを、同図（
ｂ）は３方向の平行ずれと回転ずれか組合わされた時の
画像上の指標６ｂを夫々示すものである。この時、正常
状態の指標６ａと視覚センサ７による実際の画像上の指
標６ｂとの夫々対応する１点を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、　　（
ｘ、ｙ、ｚ）とすると、これらの関係は、 （Ｘ　　Ｙ　　　Ｚ　　　１）＝（ｘ　　　ｙ　　　ｚ
　　　１）Ｔｃ−（６）となる。

ここで、この式（６）は、上記各式（１）〜（５）を組
合わせたものであり、Ｔｃは、上記Ｔｘｙ、Ｔｚ、Ｔｕ
、Ｔｖ、Ｔｗを合成して得ることかできる。

以上のように、画像処理装置９は、正常状態における指
標６ａの、例えば各頂点の座標を予め記憶しておき、現
在の画像上の指標６ｂの各頂点の座標とを比較すること
により、このＴｃを算出することができ、その結果、上
記角氷平方向のずれ量ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ及び回転ずれ量
θＸ、θｙ。

θ２を把握することができる。

このようにして、画像処理装置９で視覚センサ７の指標
６に対するずれ量を把握し、これを基にワーク５の補正
データを作成し、この補正データを自動機コントローラ
１１に入力する。そして、この自動機コントローラ１１
では、この画像処理装置９からのワーク５の位置及び形
状の補正されたデータを受けて、自動機２に動作指令を
行い、これにより、視覚センサ７の位置ずれを自動的に
補正し、この補正されたデータによって自動機２を正確
に作業させることができる。

なお、上記実施例は、視覚センサ７を作業台１に固定し
て取付けた例を示すものであるが、視覚センサ７を自動
機２に取付けるようにすることができる。この結果、視
覚センサ７は指標６とワーク５とを同時に捕らえられな
い場合が生じてしまうことがあるが、この場合には、自
動機２の原点の付近に指標６を配置し、自動機２が原点
に復帰した時に常に視覚センサ７のずれ量を把握し、画
像処理装置に記憶させるようにすることにより、１サイ
クルの動作中、自動機２が補正されたデータを基に正確
な作業を行うようにすることができる。

更に、視覚センサ７を作業台に固定することなく、例え
はＸ、Ｙ及びＺの３方向に平行移動ができ、かつ回転自
在な可動部材等を介して取付けることにより、この３方
向の平行移動及び回転自在となし、視覚センサ７が捕ら
えた指標６の画像を画像処理装置９で処理した時、指標
６の形状及び大きさに変化があればこのずれ量を求めて
指標６が正確に映るように視覚センサ７自体の位置及び
角度を可動部材を移動させること等によって修正するよ
うにすることもできる。

この場合、視覚センサ７は常に正確な位置及び角度でワ
ーク５を捕らえることができるようになり、自動機２が
正確な作業を行うようにすることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、視覚センサのデ
ータにより作動する自動機の作業精度を向上させるとと
もに、人手による修正作業を大幅に減少させ、これによ
って作業停止による生産性の低下を防止するとともに、
作業性や安全性を向上させることができるといった効果
かある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体のシステ
ムの概略を示す概略構成図、第２図は平面図、第３図は
要部斜視図、第４図は視覚センサがＸ及びＹ方向にずれ
た時の指標の画像と正常位置における指標の画像を示す
図、第５図（ａ）は視覚センサがＺ方向にずれた時の指
標の画像と正常位置における指標の画像を示す図、同図
（ｂ）はその時の原理を示す原理図、第６図は視覚セン
サがＺ軸回りに回転した時の指標の画像と正常位置にお
ける指標の画像を示す図、第７図（ａ）は視覚センサが
Ｘ軸回りに回転した時の指標の画像と正常位置における
指標の画像を示す図、同図（ｂ）はその時の原理を示す
原理図、第８図（ａ）は正常位置における指標の画像を
示す図、同図（、ｂ　）は視覚センサのずれが複雑に絡
み合った時の画像を示す図である。 １・・・作業台、２・・・自動機（ロボット）、３・・
アーム、５・・・ワーク、６・・・指標、６ａ・・・正
常位置における指標、６ｂ・・・画像上の指標、７・・
・視覚センサ、８・・画像領域、９・・画像処理装置、
］０・・・プログラマブルコントローラ、１１・・・自
動機コントローラ、１４・・・上位計算機、１５・・焦
点、１６・・焦点面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 作業台の上に指標を設けるとともに、この指標と被加工
   物たるワークとを撮影できる視覚センサを設置し、この
   視覚センサで撮影した画像上の指標と予め記憶させてお
   いた正常状態における指標とを画像処理装置で比較し処
   理することによって視覚センサの配置位置及び角度のず
   れを把握し、この処理結果に基づいて自動機の動きを補
   正するか、または視覚センサの配置位置及び角度のずれ
   を補正するようにしたことを特徴とする自動機の位置ず
   れ補正装置。