JPH0663733B2 - 多重孔の検出方法 - Google Patents
多重孔の検出方法Info
- Publication number
- JPH0663733B2 JPH0663733B2 JP1300368A JP30036889A JPH0663733B2 JP H0663733 B2 JPH0663733 B2 JP H0663733B2 JP 1300368 A JP1300368 A JP 1300368A JP 30036889 A JP30036889 A JP 30036889A JP H0663733 B2 JPH0663733 B2 JP H0663733B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hole
- plane
- equation
- camera
- multiple holes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Automatic Assembly (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、機械部品などの部材に同心状にかつ軸線方向
に段差状に径が小さくなる多重孔の検出をするための方
法に関する。
に段差状に径が小さくなる多重孔の検出をするための方
法に関する。
従来の技術 機械部品などでは、孔に臨んで同心にナツトが固定され
ている構造があり、また軸線方向に順に半径が小さくな
つている複数の孔が形成されている構造があり、これら
の段差状の多重孔のうち、最も径の小さい孔にボルトを
螺合し、またピンを挿通する必要が生じる。先行技術で
は、そのような多重孔を有する部材をテレビカメラなど
の２次元センサによつて撮像して、中心側にある径が最
も小さい孔を検出するようにしている。
ている構造があり、また軸線方向に順に半径が小さくな
つている複数の孔が形成されている構造があり、これら
の段差状の多重孔のうち、最も径の小さい孔にボルトを
螺合し、またピンを挿通する必要が生じる。先行技術で
は、そのような多重孔を有する部材をテレビカメラなど
の２次元センサによつて撮像して、中心側にある径が最
も小さい孔を検出するようにしている。
発明が解決すべき課題 このような先行技術では、最外郭の孔の輪郭は比較的捕
らえやすく、その最外郭の孔の中心位置の検出は比較的
容易に可能であるけれども、さらに小さい径を有する内
側の孔の検出に関しては、光を多重孔の軸線に対して傾
斜した角度から照射したとき、外側の孔の段差状の周縁
の影が生じて、内側の孔の明確な輪郭を捕らえることが
一般的に困難である。また、多重孔は同心円状に配置さ
れるべきであるが、実際のワークには心ずれがあり、最
外部の孔の中心を検出しても、内側の孔の中心と一致し
ない。したがつて内側の孔の中心を正確に求めること
が、先行技術では困難であつた。
らえやすく、その最外郭の孔の中心位置の検出は比較的
容易に可能であるけれども、さらに小さい径を有する内
側の孔の検出に関しては、光を多重孔の軸線に対して傾
斜した角度から照射したとき、外側の孔の段差状の周縁
の影が生じて、内側の孔の明確な輪郭を捕らえることが
一般的に困難である。また、多重孔は同心円状に配置さ
れるべきであるが、実際のワークには心ずれがあり、最
外部の孔の中心を検出しても、内側の孔の中心と一致し
ない。したがつて内側の孔の中心を正確に求めること
が、先行技術では困難であつた。
本発明の目的は、多重孔の各孔を正確に検出することが
できるようにした多重孔の検出方法を提供することであ
る。
できるようにした多重孔の検出方法を提供することであ
る。
課題を解決するための手段 本発明は、同心状にかつ軸線方向に段差状に径が小さく
なるように形成された多重孔が部材の一方表面に臨んで
形成された多重孔の検出方法であつて、 多重孔を有する前記部材の前記一方表面に、多重孔を横
切る相互に交差した一対のスリツト光を照射し、 前記部材の前記一方表面を、単一のテレビカメラで撮像
し、このテレビカメラの軸線は、多重孔の前記軸線とほ
ぼ平行であり、 その撮像した像に基づいて、各孔の周縁にあるスリツト
孔の端点の３次元座標を検出し、 多重孔の軸線方向の座標値が同一またはごく近似してい
る端点を、それぞれ、同一平面上にある端点であるもの
として判別し、 前記各同一平面上にある端点の３次元座標値に基づい
て、各孔の中心の３次元座標を求めることを特徴とする
多重孔の検出方法である。
なるように形成された多重孔が部材の一方表面に臨んで
形成された多重孔の検出方法であつて、 多重孔を有する前記部材の前記一方表面に、多重孔を横
切る相互に交差した一対のスリツト光を照射し、 前記部材の前記一方表面を、単一のテレビカメラで撮像
し、このテレビカメラの軸線は、多重孔の前記軸線とほ
ぼ平行であり、 その撮像した像に基づいて、各孔の周縁にあるスリツト
孔の端点の３次元座標を検出し、 多重孔の軸線方向の座標値が同一またはごく近似してい
る端点を、それぞれ、同一平面上にある端点であるもの
として判別し、 前記各同一平面上にある端点の３次元座標値に基づい
て、各孔の中心の３次元座標を求めることを特徴とする
多重孔の検出方法である。
作 用 本発明に従えば、多重孔の段差状の各孔を横切るように
してスリツト光を照射し、このスリツト光は相互に交差
しており、たとえば十字状またはＴ字状などであり、単
一のテレビカメラで、多重孔が臨む部材の一方表面を撮
像し、その撮像結果によつて、各孔の周縁にあるスリツ
ト光の端点の３次元座標を検出する。各端点の３次元座
標値のうち、多重孔の軸線方向、すなわち奥行き方向の
座標値を比較して、その多重孔の軸線方向の座標値が同
一またはごく近似している端点を、それぞれ、同一平面
上にある端点であるものとして判別し、こうして各平面
上にある端点を、グループ化して分離し、したがつて各
端点がどの孔の端点であるかを判別することができ、こ
のような同一平面上にある端点の３次元座標値に基づ
き、各孔の中心の３次元座標を求める。
してスリツト光を照射し、このスリツト光は相互に交差
しており、たとえば十字状またはＴ字状などであり、単
一のテレビカメラで、多重孔が臨む部材の一方表面を撮
像し、その撮像結果によつて、各孔の周縁にあるスリツ
ト光の端点の３次元座標を検出する。各端点の３次元座
標値のうち、多重孔の軸線方向、すなわち奥行き方向の
座標値を比較して、その多重孔の軸線方向の座標値が同
一またはごく近似している端点を、それぞれ、同一平面
上にある端点であるものとして判別し、こうして各平面
上にある端点を、グループ化して分離し、したがつて各
端点がどの孔の端点であるかを判別することができ、こ
のような同一平面上にある端点の３次元座標値に基づ
き、各孔の中心の３次元座標を求める。
テレビカメラの軸線は、多重孔の軸線とほぼ平行であ
り、したがつて各端点の３次元座標値のうち、多重孔の
軸線方向の座標値の比較が容易である。
り、したがつて各端点の３次元座標値のうち、多重孔の
軸線方向の座標値の比較が容易である。
スリツト光は前述のように十字状であつてもよく、ある
いはまたＴ字状であつてもよく、その他の形状であつて
もよい。
いはまたＴ字状であつてもよく、その他の形状であつて
もよい。
実施例 第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図である。
産業用ロボツト100の作業端101によつて把持された部材
102は平板103に形成された孔104に同心にその孔104より
も小径のねじ孔105を有するナツト106が溶接などによつ
て固定されている。第２図はこの孔104とねじ孔105とを
示す正面図である。
産業用ロボツト100の作業端101によつて把持された部材
102は平板103に形成された孔104に同心にその孔104より
も小径のねじ孔105を有するナツト106が溶接などによつ
て固定されている。第２図はこの孔104とねじ孔105とを
示す正面図である。
テレビカメラなどによつて実現される２次元センサ107
は、部材102の第１図における左方の表面を撮像する。
前記孔104とねじ孔105とは多重孔108を構成し、これら
の孔104,105は同心状であり、しかもそれらの軸線方向
に段差状に、第１図の左方から右方に径が小さくなるよ
うに段差状に形成されている。すなわち孔104の径に比
べて、ねじ孔105の径が小さい。センサ107の光軸は、た
とえばこの実施例では、多重孔108の軸線とほぼ平行に
ある。センサ107からの出力は、マイクロコンピュータ
などによつて実現される処理回路109に与えられる。部
材102の前記一方表面側、すなわちセンサ107が配置され
た側には、スリツト光源110が配置される。このスリツ
ト光源110によつて、相互に90度で交差する十字状のス
リツト光が照射され、このスリツト光が照射された状態
は第３図に示されている。平板103の表面には縦（第３
図の上下方向）に延びるスリツト光111が照射され、ま
た、横（第３図の左右方向）に延びるスリツト光112が
照射される。さらにねじ孔105を有するナツト106には、
スリツト光111が参照符111a,111bで示されるように照射
され、同様にしてスリツト光112はナツト106上で参照符
112a,112bで示されるように照射される。
は、部材102の第１図における左方の表面を撮像する。
前記孔104とねじ孔105とは多重孔108を構成し、これら
の孔104,105は同心状であり、しかもそれらの軸線方向
に段差状に、第１図の左方から右方に径が小さくなるよ
うに段差状に形成されている。すなわち孔104の径に比
べて、ねじ孔105の径が小さい。センサ107の光軸は、た
とえばこの実施例では、多重孔108の軸線とほぼ平行に
ある。センサ107からの出力は、マイクロコンピュータ
などによつて実現される処理回路109に与えられる。部
材102の前記一方表面側、すなわちセンサ107が配置され
た側には、スリツト光源110が配置される。このスリツ
ト光源110によつて、相互に90度で交差する十字状のス
リツト光が照射され、このスリツト光が照射された状態
は第３図に示されている。平板103の表面には縦（第３
図の上下方向）に延びるスリツト光111が照射され、ま
た、横（第３図の左右方向）に延びるスリツト光112が
照射される。さらにねじ孔105を有するナツト106には、
スリツト光111が参照符111a,111bで示されるように照射
され、同様にしてスリツト光112はナツト106上で参照符
112a,112bで示されるように照射される。
第４図を参照して処理回路109の動作を説明する。ステ
ツプn1からステツプn2に移り、スリツト光源110によつ
て十字状のスリツト光111,112を部材102の一方表面に照
射して、これらのスリツト光111,112が多重孔108を横切
る状態とする。スリツト光111,112が孔104,105に掛から
ず、これらの孔104,105を横切らなかつたときには、処
理回路109はステツプn3においてロボツト100を動作させ
て、孔104,105に対するスリツト光111,112の掛かり具合
いをセンサ107で検出し、ロボツト100の作業端101によ
る部材102の移動方向を決定し、スリツト光111,112が孔
104,105を横切るようになるまで、移動指令信号を与
え、こうして部材102をロボツト100によつて移動する。
こうしてスリツト光111,112が孔104,105を横切る状態と
した後、ステツプn4において、各孔104の４つの端点Ａ
〜Ｄおよび孔105の端点Ｅ〜Ｈの３次元座標を検出す
る。このセンサ107の座標系では、センサ107の光軸方向
はＺ軸方向であり、第１の紙面内でＺ軸方向に垂直な方
向をＹ軸方向とし、第１図の紙面に垂直方向をＸ軸方向
とする。
ツプn1からステツプn2に移り、スリツト光源110によつ
て十字状のスリツト光111,112を部材102の一方表面に照
射して、これらのスリツト光111,112が多重孔108を横切
る状態とする。スリツト光111,112が孔104,105に掛から
ず、これらの孔104,105を横切らなかつたときには、処
理回路109はステツプn3においてロボツト100を動作させ
て、孔104,105に対するスリツト光111,112の掛かり具合
いをセンサ107で検出し、ロボツト100の作業端101によ
る部材102の移動方向を決定し、スリツト光111,112が孔
104,105を横切るようになるまで、移動指令信号を与
え、こうして部材102をロボツト100によつて移動する。
こうしてスリツト光111,112が孔104,105を横切る状態と
した後、ステツプn4において、各孔104の４つの端点Ａ
〜Ｄおよび孔105の端点Ｅ〜Ｈの３次元座標を検出す
る。このセンサ107の座標系では、センサ107の光軸方向
はＺ軸方向であり、第１の紙面内でＺ軸方向に垂直な方
向をＹ軸方向とし、第１図の紙面に垂直方向をＸ軸方向
とする。
そこでステツプn5では、センサ107の光軸方向、すなわ
ち多重孔108の軸線方向、すなわち前述のＺ軸方向の各
端点Ａ〜D,E〜Ｈの座標値を相互に比較する。平板103の
孔104における端点Ａ〜Ｄの軸線方向の座標値は同一ま
たはごく近似している。またナツト106の孔105における
端点Ｅ〜Ｈの軸線方向の座標値は同一またはごく近似し
ている。また端点Ａ〜Ｄと端点Ｅ〜Ｈとの軸線方向の座
標値は、平板103の厚みt1だけずれている。したがつて
これらの端点Ａ〜Ｄと端点Ｅ〜Ｈとの軸線方向の座標値
が同一または近似しているかどうかを判別することによ
つて、孔104の端点Ａ〜Ｄと孔105の端点Ｅ〜Ｈとを判別
することができる。
ち多重孔108の軸線方向、すなわち前述のＺ軸方向の各
端点Ａ〜D,E〜Ｈの座標値を相互に比較する。平板103の
孔104における端点Ａ〜Ｄの軸線方向の座標値は同一ま
たはごく近似している。またナツト106の孔105における
端点Ｅ〜Ｈの軸線方向の座標値は同一またはごく近似し
ている。また端点Ａ〜Ｄと端点Ｅ〜Ｈとの軸線方向の座
標値は、平板103の厚みt1だけずれている。したがつて
これらの端点Ａ〜Ｄと端点Ｅ〜Ｈとの軸線方向の座標値
が同一または近似しているかどうかを判別することによ
つて、孔104の端点Ａ〜Ｄと孔105の端点Ｅ〜Ｈとを判別
することができる。
ステツプn6では、こうして求めた端点Ａ〜Ｄおよび端点
Ｅ〜Ｈの座標値に基づいて、各孔104,105毎の中心位置
を演算して求めることができる。こうして孔104,105の
中心位置を正確に検出することができるようになる。
Ｅ〜Ｈの座標値に基づいて、各孔104,105毎の中心位置
を演算して求めることができる。こうして孔104,105の
中心位置を正確に検出することができるようになる。
第５図は、３次元センサ107によつて多重孔108を３次元
的に捕えるための構成を示す斜視図である。以下の説明
では、特に孔104に関連して行うけれども、もう１つの
孔105に関連しても同様である。部材102の平面である表
面に臨んで真円の孔104が形成されている。この孔104に
は、複数（この実施例では２）のスリツト光が照射され
る。なお、カメラとスリツト光を照射する２台の投光器
3,4は一体化されている。スリツト光は参照符5,6でそれ
ぞれ示される平面である。部材102の表面にある光切断
線は孔104において欠落しており、これらの端点を参照
符A,B,C,Dでそれぞれ示す。部材102の表面は、工業用テ
レビカメラ７によつて撮像される。このカメラ７は、電
荷蓄積素子（略称CCD）の撮像面８と、部材102の表面を
撮像面８に結像するレンズ９とを含む。部材102の３次
元座標系をX,Y,Zで示し、カメラ７のカメラ座標系（CCD
の撮像面上に設定される座標系）をXc,Ycで示す。カメ
ラ７からの出力は、処理回路10に与えられる。
的に捕えるための構成を示す斜視図である。以下の説明
では、特に孔104に関連して行うけれども、もう１つの
孔105に関連しても同様である。部材102の平面である表
面に臨んで真円の孔104が形成されている。この孔104に
は、複数（この実施例では２）のスリツト光が照射され
る。なお、カメラとスリツト光を照射する２台の投光器
3,4は一体化されている。スリツト光は参照符5,6でそれ
ぞれ示される平面である。部材102の表面にある光切断
線は孔104において欠落しており、これらの端点を参照
符A,B,C,Dでそれぞれ示す。部材102の表面は、工業用テ
レビカメラ７によつて撮像される。このカメラ７は、電
荷蓄積素子（略称CCD）の撮像面８と、部材102の表面を
撮像面８に結像するレンズ９とを含む。部材102の３次
元座標系をX,Y,Zで示し、カメラ７のカメラ座標系（CCD
の撮像面上に設定される座標系）をXc,Ycで示す。カメ
ラ７からの出力は、処理回路10に与えられる。
第６図は、第５図に示されるセンサ107の電気的構成を
示すブロツク図である。投光器3,4は駆動回路11,12によ
つて駆動される。処理回路10に備えられているテレビカ
メラコントロール13は、カメラ７の電荷蓄積素子にライ
ン14を介して同期信号を与え、これによつて電荷蓄積素
子から得られる映像信号はライン15を介して処理回路10
のアナログ／デジタル変換回路16に与えられてデジタル
値に変換される。こうして得られるアナログ／デジタル
変換回路16からの出力は、しきい値設定器17からの弁別
レベルであるしきい値と、比較器18において比較され
て、ライン19からは２値化信号が得られる。この２値化
信号は、フレームメモリ20にストアされる。メモリ20の
内容は、バス21を介して処理手段22に与えられ、また通
信コントローラ23を介して外部の処理回路109とデータ
の転送を行うことができる。このような基本的な構成を
有する本発明の一実施例において、まず孔104の中心位
置の計測を行い（後述のＩ章〜II章）、次に部材102の
平面である表面の傾き、すなわち姿勢角を計測し（後述
のIII章）、さらにまた、その部材の102の一表面とカメ
ラ７との間の距離を計測する（後述のIV章）。
示すブロツク図である。投光器3,4は駆動回路11,12によ
つて駆動される。処理回路10に備えられているテレビカ
メラコントロール13は、カメラ７の電荷蓄積素子にライ
ン14を介して同期信号を与え、これによつて電荷蓄積素
子から得られる映像信号はライン15を介して処理回路10
のアナログ／デジタル変換回路16に与えられてデジタル
値に変換される。こうして得られるアナログ／デジタル
変換回路16からの出力は、しきい値設定器17からの弁別
レベルであるしきい値と、比較器18において比較され
て、ライン19からは２値化信号が得られる。この２値化
信号は、フレームメモリ20にストアされる。メモリ20の
内容は、バス21を介して処理手段22に与えられ、また通
信コントローラ23を介して外部の処理回路109とデータ
の転送を行うことができる。このような基本的な構成を
有する本発明の一実施例において、まず孔104の中心位
置の計測を行い（後述のＩ章〜II章）、次に部材102の
平面である表面の傾き、すなわち姿勢角を計測し（後述
のIII章）、さらにまた、その部材の102の一表面とカメ
ラ７との間の距離を計測する（後述のIV章）。
まず孔104の円の中心位置の計測原理を説明する。処理
回路10では、第７図のステツプu1からステツプu2に移
り、交差する２本のスリツト光5,6を、孔104を含む平面
に対して投光し、孔104の線で欠落する４つの端点A,B,
C,Dの３次元位置を計測する。
回路10では、第７図のステツプu1からステツプu2に移
り、交差する２本のスリツト光5,6を、孔104を含む平面
に対して投光し、孔104の線で欠落する４つの端点A,B,
C,Dの３次元位置を計測する。
Ｉ、スリツト光5,6による点A,B,C,Dの三次元位置の計測
方法。
方法。
第８図に示されるようにスリツト光の投光器３と、カメ
ラ７とを配置し、スリツト光平面５上の１点Ｐ（このＰ
は、前述の、A,B,C,Dを代表として表す）の物体座標系
での座標を（X,Y,Z）、点Ｐの撮像面８上の像の座標を
カメラ座標系でＱ（Xc,Yc）とする。カメラ７の透視変
換を第１式に示す。
ラ７とを配置し、スリツト光平面５上の１点Ｐ（このＰ
は、前述の、A,B,C,Dを代表として表す）の物体座標系
での座標を（X,Y,Z）、点Ｐの撮像面８上の像の座標を
カメラ座標系でＱ（Xc,Yc）とする。カメラ７の透視変
換を第１式に示す。
またスリツト光平面５の方程式を第２式に示す。
ａ＊Ｘ＋ｂ＊Ｙ＋Ｚ＝ｄ …（２） したがつて、Ｐの物体座標系における座標（X,Y,Z）は
第１式および第２式を連立させて解くことによつて求ま
る。基本的には、スリツト光平面5,6上にあるすべての
点の３次元座標を求めることができる。
第１式および第２式を連立させて解くことによつて求ま
る。基本的には、スリツト光平面5,6上にあるすべての
点の３次元座標を求めることができる。
第１式と第２式から成る連立方程式を解く前に、係数
（Ｃ１ １〜Ｃ３ ４,h,a,b,d）を予め求めておく。以下に
その方法を示す。
（Ｃ１ １〜Ｃ３ ４,h,a,b,d）を予め求めておく。以下に
その方法を示す。
（１）カメラパラメータのキヤリブレーシヨンについ
て。
て。
第１式のＣ１ １〜Ｃ３ ４をカメラパラメータと称する。
カメラパラメータとは、レンズ９の焦点距離、レンズ９
の主点の位置、レンズ９と受光面すなわち撮像面８との
距離などに依存して決定される値である。これらの値を
実測することは困難であるので、次の手法で求める。
カメラパラメータとは、レンズ９の焦点距離、レンズ９
の主点の位置、レンズ９と受光面すなわち撮像面８との
距離などに依存して決定される値である。これらの値を
実測することは困難であるので、次の手法で求める。
第１式を展開し、係数ｈを消去すると、 Ｃ１ １＊Ｘ＋Ｃ１ ２＊Ｙ＋Ｃ１ ３＊Ｚ＋Ｃ１ ４−Ｃ３ １
＊Xc＊Ｘ −Ｃ３ ２＊Xc＊Ｙ−Ｃ３ ３＊Xc＊Ｚ−Ｃ３ ４＊Xc＝０…
（３−１） Ｃ２ １＊Ｘ＋Ｃ２ ２＊Ｙ＋Ｃ２ ３＊Ｚ＋Ｃ２ ４−Ｃ３ １
＊Xc＊Ｘ−Ｃ３ ２ ＊Xc＊Ｙ−Ｃ３ ３＊Xc＊Ｚ−Ｃ３ ４＊Xc＝０ …（３−
２） となる。したがつて、同一平面上にない６点の既知の３
次元座標と、それぞれに対応するカメラ座標を第３−１
式および第３−２式に代入し、12元連立方程式を解くこ
とによつて12個の未知数（Ｃ１ １〜Ｃ３ ４）が求まる。
ここではカメラパラメータの算出の精度を向上するため
に、３次元座標が既知のｎ点（ｎ＞６）の計測を行い、
最小２乗法によつて求める。
＊Xc＊Ｘ −Ｃ３ ２＊Xc＊Ｙ−Ｃ３ ３＊Xc＊Ｚ−Ｃ３ ４＊Xc＝０…
（３−１） Ｃ２ １＊Ｘ＋Ｃ２ ２＊Ｙ＋Ｃ２ ３＊Ｚ＋Ｃ２ ４−Ｃ３ １
＊Xc＊Ｘ−Ｃ３ ２ ＊Xc＊Ｙ−Ｃ３ ３＊Xc＊Ｚ−Ｃ３ ４＊Xc＝０ …（３−
２） となる。したがつて、同一平面上にない６点の既知の３
次元座標と、それぞれに対応するカメラ座標を第３−１
式および第３−２式に代入し、12元連立方程式を解くこ
とによつて12個の未知数（Ｃ１ １〜Ｃ３ ４）が求まる。
ここではカメラパラメータの算出の精度を向上するため
に、３次元座標が既知のｎ点（ｎ＞６）の計測を行い、
最小２乗法によつて求める。
第３式から、係数Ｃ１ １〜Ｃ３ ４に関する次の12元2n連
立方程式が得られる。
立方程式が得られる。
ただし、 Ｃ３ ４＝１ …（７−２） 最小２乗法により Ｇ＝（Et＊Ｅ）− １＊Et＊Ｆ …（８） を計算すると、Ｇが求まる。
（２）スリツト光の平面の方程式の係数の算出。
スリツト光の平面上の既知の３点の３次元位置を第２式
に代入すれば、a,b,dに関する３元連立方程式が得られ
るので、これを解けばa,b,dを算出できる。ここでは精
度を上げるために、既知のｎ点（ｎ＞３）の３次元座標
を第２式に代入し、次の３元ｎ連立方程式を最小２乗法
で解く。
に代入すれば、a,b,dに関する３元連立方程式が得られ
るので、これを解けばa,b,dを算出できる。ここでは精
度を上げるために、既知のｎ点（ｎ＞３）の３次元座標
を第２式に代入し、次の３元ｎ連立方程式を最小２乗法
で解く。
これを Ｊ＊Ｋ＝Ｌ …（10） と置けば、 Ｋ＝（Jt＊Ｊ）− １＊Jt＊Ｌ …（11） より求まる。
（３）特徴点の３次元座標の算出。
前述の方法でＣ１ １〜Ｃ３ ４,a,b,dを求めておけば、特
徴点の３次元座標は第２式と第３式を連立して、次式を
解くことで求まる。
徴点の３次元座標は第２式と第３式を連立して、次式を
解くことで求まる。
Ｍ＊Ｎ＝Ｒ …（12） ただし、 ただし、 Ｃ３ ４＝１ …（15−２） 第12式より、 Ｎ＝Ｍ− １＊Ｒ …（16） II、点A,B,C,Dを通る円の中心の計測方法。
点A,B,C,Dを通る円の中心は、 （1a）４点A,B,C,Dを通る平面上にある。
（2a）各点A,B,C,Dからの距離が等しい。
という２つの条件1a,2aから求まる。
（１）部材102の表面である４点A,B,C,Dを含む平面P1
3、すなわち第９図の紙面の方程式の係数の算出（第７
図のステツプu3）。
3、すなわち第９図の紙面の方程式の係数の算出（第７
図のステツプu3）。
４点A,B,C,Dを含む平面の法線ベクトル成分は、Ｚ成分
が大きく、X,Y成分および距離が小さいので、平面の方
程式を次式で表す。
が大きく、X,Y成分および距離が小さいので、平面の方
程式を次式で表す。
ａ１＊ｘ＋ｂ１＊ｙ＋ｚ＝ｄ１ …（17） ４点A,B,C,Dは、この平面上の点であるので、 これにより、最小２乗法でa,b,dを算出し、あるいはま
た３点A,B,Cの場合には、１行の成分を無視して逆行列
でａ１,b１,d１を算出する。
た３点A,B,Cの場合には、１行の成分を無視して逆行列
でａ１,b１,d１を算出する。
（２）各点A,B,C,Dのうちの２点からの距離が等しい平
面の方程式の係数の算出。
面の方程式の係数の算出。
各点からの距離が等しい点（x,y,z）は次式で表すこと
ができる。
ができる。
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＋ｒ
２ …（19） （ｉ＝１〜４） 精度よく算出するために、互いに距離の大きい２点を用
いて算出する。ここでは点A,Bと点C,Dのペアを用いる。
２ …（19） （ｉ＝１〜４） 精度よく算出するために、互いに距離の大きい２点を用
いて算出する。ここでは点A,Bと点C,Dのペアを用いる。
第９図の平面図を参照して、点A,Bから等しい距離にあ
る点は次式になる（第７図のステツプu4）。
る点は次式になる（第７図のステツプu4）。
−２＊ｘ１＊ｘ＋ｘ１ ２−２＊ｙ１＊ｙ＋ｙ１ ２−２＊ｚ１＊ｚ＋ｚ１ ２ ＝−２＊ｘ２＊ｘ＋ｘ２ ２−２＊ｙ２＊ｙ＋ｙ２ ２−２＊ｚ２＊ｚ＋ｚ２ ２ …
（20−１） ２（ｘ１−ｘ２）＊ｘ＋２（ｙ１−ｙ２）＊ｙ＋２（ｚ１−ｚ２）＊ｚ ＝（ｘ１ ２−ｘ２ ２）＋（ｙ１ ２−ｙ２ ２）＋（ｚ１ ２−ｚ２ ２）…（20−２） この第20−２式を、 ａ２＊ｘ＋ｂ２＊ｙ＋ｃ２＊ｚ＝ｄ２ …（20−３） と置く。第20−３式は、平面P11の式である。
（20−１） ２（ｘ１−ｘ２）＊ｘ＋２（ｙ１−ｙ２）＊ｙ＋２（ｚ１−ｚ２）＊ｚ ＝（ｘ１ ２−ｘ２ ２）＋（ｙ１ ２−ｙ２ ２）＋（ｚ１ ２−ｚ２ ２）…（20−２） この第20−２式を、 ａ２＊ｘ＋ｂ２＊ｙ＋ｃ２＊ｚ＝ｄ２ …（20−３） と置く。第20−３式は、平面P11の式である。
点C,Dも同様に算出する（第７図のステツプu5）。
２（ｘ３−ｘ４）＊ｘ＋２（ｙ３−ｙ４）＊ｙ＋２（ｚ３−ｚ４）＊ｚ ＝（ｘ３ ２−ｘ４ ２）＋（ｙ３ ２−ｙ４ ２）＋（ｚ３ ２−ｚ４ ２）…（21−１） これを ａ３＊ｘ＋ｂ３＊ｙ＋ｃ３＊ｚ＝ｄ３ …（21−２） と置く。第21−２式は、平面P12の式である。
（３）円の中心Ｏの算出。
第17式、第20−３式、第21−２式の３平面の交点が円の
中心である。したがつて、円の中心座標（xc1,yc1,zc
1）は次式の連立方程式を解くことで求まる（第７図の
ステツプu6）。
中心である。したがつて、円の中心座標（xc1,yc1,zc
1）は次式の連立方程式を解くことで求まる（第７図の
ステツプu6）。
これより III、平面P13のＸ軸まわりの姿勢角αおよびＹ軸まわり
の姿勢角βの計測。
の姿勢角βの計測。
第10図（１）において、平面P13aがＸ軸まわりに＋Δα
だけ角変位して平面P13bの姿勢となつたとき、スリツト
光５の平面P13a上の光切断線26は、平面P13b上では光切
断線27のとおりとなる。カメラ７の撮像面８において、
α＝０の光切断線26の像は参照符26aで示され、その回
転後の光切断線27の像は参照符27aで示される。また第1
1図（１）で示されるように、平面P13cがＹ軸まわりに
角度Δβだけ角変位して平面P13dとなつたときには、平
面P13c上の光切断線28は平面P13d上で光切断線29とな
る。したがつてカメラ７の撮像面８において、光切断線
28の像28aは光切断線29の像29aとなる。こうして撮像面
８上の像27a,29aによつて、平面P13a,P13bの相互の角度
Δαと平面P13c,P13dの角度＋Δβを演算して求めるこ
とができる。第10図および第11図にΔα，Δβの定義を
示し、さらに第12図〜第14図を参照して平面の傾きを求
める手法について具体的に述べる。
だけ角変位して平面P13bの姿勢となつたとき、スリツト
光５の平面P13a上の光切断線26は、平面P13b上では光切
断線27のとおりとなる。カメラ７の撮像面８において、
α＝０の光切断線26の像は参照符26aで示され、その回
転後の光切断線27の像は参照符27aで示される。また第1
1図（１）で示されるように、平面P13cがＹ軸まわりに
角度Δβだけ角変位して平面P13dとなつたときには、平
面P13c上の光切断線28は平面P13d上で光切断線29とな
る。したがつてカメラ７の撮像面８において、光切断線
28の像28aは光切断線29の像29aとなる。こうして撮像面
８上の像27a,29aによつて、平面P13a,P13bの相互の角度
Δαと平面P13c,P13dの角度＋Δβを演算して求めるこ
とができる。第10図および第11図にΔα，Δβの定義を
示し、さらに第12図〜第14図を参照して平面の傾きを求
める手法について具体的に述べる。
（１）第13図に示される対象面P13のＸ軸まわりの姿勢
角αと、その対象面P13のＹ軸まわりの姿勢角βとを求
めるにあたり、まずカメラ７の撮像面８上の水平スリ
ツト光の光切断線30の方程式を予め求めておき、この光
切断線30の方程式と、予め求めておいた前述のカメラ
パラメータＣ１ １〜Ｃ３ ４とから、光切断線30とレン
ズ９の主点を通る平面P14の方程式を求める（第12図の
ステツプm1,m2）。またスリツト光の平面P15の方程式
を予め求めておく（第12図のステツプm3）。
角αと、その対象面P13のＹ軸まわりの姿勢角βとを求
めるにあたり、まずカメラ７の撮像面８上の水平スリ
ツト光の光切断線30の方程式を予め求めておき、この光
切断線30の方程式と、予め求めておいた前述のカメラ
パラメータＣ１ １〜Ｃ３ ４とから、光切断線30とレン
ズ９の主点を通る平面P14の方程式を求める（第12図の
ステツプm1,m2）。またスリツト光の平面P15の方程式
を予め求めておく（第12図のステツプm3）。
（２）前のパラグラフ（１）で示した方程式，，
と、カメラパラメータとによつて、平面P14,P15の各
平面の法線ベクトルを求め、その法線ベクトルを２，
３とし、平面P14,P15の交線31の方向ベクトルを とすると、 と２，３とは直交するので、 これにより、 が求められる（第12図のステツプm4）。
と、カメラパラメータとによつて、平面P14,P15の各
平面の法線ベクトルを求め、その法線ベクトルを２，
３とし、平面P14,P15の交線31の方向ベクトルを とすると、 と２，３とは直交するので、 これにより、 が求められる（第12図のステツプm4）。
（３）同様にして第14図から、光切断線32とカメラパラ
メータより平面P16の方程式を求め、平面P17の方程式も
求めておけば、平面P16,P17の法線ベクトルをそれぞれ
６，７、光線33の方向ベクトルを として、 これにより、 が求められる（第12図のステツプm7）。
メータより平面P16の方程式を求め、平面P17の方程式も
求めておけば、平面P16,P17の法線ベクトルをそれぞれ
６，７、光線33の方向ベクトルを として、 これにより、 が求められる（第12図のステツプm7）。
この第14図において、平面P16はレンズ９の主点を通る
平面であり、P17は投光器３のスリツト光がなす平面を
示している。
平面であり、P17は投光器３のスリツト光がなす平面を
示している。
（４）対象面P13の法線ベクトル０ ＝（ｓ０,t０,1） …（30） は に直交するから、 これにより、０が求められる（第12図のステツプm
8）。
8）。
センサの撮像面８の対象面P13に対する姿勢角α（Ｘ軸
まわりの回転角）、β（Ｙ軸まわりの回転角）は次式で
求められる（第12図のステツプm9）。
まわりの回転角）、β（Ｙ軸まわりの回転角）は次式で
求められる（第12図のステツプm9）。
α＝tan− １（ｔ０） …（33） β＝tan− １（ｓ０） …（34） IV、距離の計測方法。
第15図に示されるように、平面P13eとカメラ７の撮像面
８との間の距離を計測する際、この平面P13eがP13fおよ
びP13gで示すように検出可能な範囲で変位すると、第15
図（２）で示されるように撮像面８上では、投光器３の
スリツト光５の光切断線34,35,36は像34a,35a,36aとな
つて検出される。このようにして撮像面８上の像34a,35
a,36aを検出することによつて、平面P13e,P13f,P13gの
距離を計測することができる。この手法を第16図および
第17図を参照してさらに具体的に説明する。
８との間の距離を計測する際、この平面P13eがP13fおよ
びP13gで示すように検出可能な範囲で変位すると、第15
図（２）で示されるように撮像面８上では、投光器３の
スリツト光５の光切断線34,35,36は像34a,35a,36aとな
つて検出される。このようにして撮像面８上の像34a,35
a,36aを検出することによつて、平面P13e,P13f,P13gの
距離を計測することができる。この手法を第16図および
第17図を参照してさらに具体的に説明する。
（１）カメラ７の光軸の方程式は、 ｘ＝ｙ＝０ …（35） であつて、その撮像面８と対象面P13との距離ｄは、カ
メラのレンズ９の光軸と対象面P13の交点のＺ座標と定
義する。
メラのレンズ９の光軸と対象面P13の交点のＺ座標と定
義する。
対象面P13上の１点の座標を求めれば、対象面P13の法線
ベクトルとから対象面P13の平面の方程式が決定でき
る。その点は、平面P14,P15,P17の交点として得られ、
その点を、（ｘ０,y０,z０）とすると、対象面P13の方
程式は、 ｓ０（ｘ−ｘ０）＋ｔ０（ｙ−ｙ０）＋１・（ｚ−
ｚ０）＝０ …（36） となる（第16図のステツプr1,r2）。
ベクトルとから対象面P13の平面の方程式が決定でき
る。その点は、平面P14,P15,P17の交点として得られ、
その点を、（ｘ０,y０,z０）とすると、対象面P13の方
程式は、 ｓ０（ｘ−ｘ０）＋ｔ０（ｙ−ｙ０）＋１・（ｚ−
ｚ０）＝０ …（36） となる（第16図のステツプr1,r2）。
（２）距離ｄは、 ｄ＝ｓ０Ｘ０ｔ０Ｙ０＋Ｚ０ …（37） として求められる（第16図のステツプr3,r4）。
Ｖ、面位置の計測。
第18図を参照して、面13の位置計測にあたつては、単一
の投光器４からのスリツト光６を投光し、カメラ７の光
軸37は、物体座標系のＸ−Ｙ平面に垂直であるものとす
る。このとき、計測対象となる平面P13とスリツト光平
面６の交線38上の１点39の３次元位置を計測し、そのＺ
軸成分を面位置（すなわち高さ）とする。
の投光器４からのスリツト光６を投光し、カメラ７の光
軸37は、物体座標系のＸ−Ｙ平面に垂直であるものとす
る。このとき、計測対象となる平面P13とスリツト光平
面６の交線38上の１点39の３次元位置を計測し、そのＺ
軸成分を面位置（すなわち高さ）とする。
本発明は、孔104の中心位置を計測することができるだ
けではなく、その孔104の面積およびその他の物理量を
広く演算して求めることが可能であり、そのような改変
は当業者に容易である。
けではなく、その孔104の面積およびその他の物理量を
広く演算して求めることが可能であり、そのような改変
は当業者に容易である。
本発明の他の実施例として、孔104,105は３以上、軸線
方向に順次的に系が小さくなるように形成されていても
よい。
方向に順次的に系が小さくなるように形成されていても
よい。
発明の効果 以上のように本発明によれば、多重孔の各孔を正確に検
出することができ、特にテレビカメラの軸線と多重孔の
軸線とはほぼ平行とし、これによつて同一平面上にある
端点をグループ化して分離することが容易である。
出することができ、特にテレビカメラの軸線と多重孔の
軸線とはほぼ平行とし、これによつて同一平面上にある
端点をグループ化して分離することが容易である。
第１図は本発明の一実施例の全体の構成を示す断面図、
第２図は部材102のセンサ107側から見た正面図、第３図
は部材102の多重孔108にスリツト光源110からスリツト
光111,112を照射した状態を示す正面図、第４図は処理
回路109の動作を説明するためのフローチヤート、第５
図は本発明の一実施例の３次元センサ107の簡略化した
斜視図、第６図は第５図に示される３次元センサ107の
電気的構成を示すブロツク図、第７図は孔104の中心位
置の算出手順を示すフローチヤート、第８図はスリツト
光５による点Ｐの３次元位置計測の手法を示す斜視図、
第９図は平面P13の平面図、第10図は平面の姿勢角αの
定義を示す図、第11図は平面の姿勢角βの定義を示す簡
略化した図、第12図は姿勢角α，βを計測する手順を示
すフローチヤート、第13図および第14図は対象面P13の
Ｘ軸まわりの姿勢角αとＹ軸まわりの姿勢角βを計測す
るための手法を示す簡略化した図、第15図は平面P13e,P
13f,P13gの距離の計測原理を示す簡略化した図、第16図
は平面の距離ｄの算出手順を示すフローチヤート、第17
図は距離ｄの計測を行うための構成を簡略化して示す
図、第18図は本発明のさらに他の実施例の面13の位置計
測を行う原理を示す簡略化した図である。 100……ロボツト、102……部材、107……２次元セン
サ、108……多重孔、109……処理回路、111,112……ス
リツト光、Ａ〜D,E〜Ｈ……端点
第２図は部材102のセンサ107側から見た正面図、第３図
は部材102の多重孔108にスリツト光源110からスリツト
光111,112を照射した状態を示す正面図、第４図は処理
回路109の動作を説明するためのフローチヤート、第５
図は本発明の一実施例の３次元センサ107の簡略化した
斜視図、第６図は第５図に示される３次元センサ107の
電気的構成を示すブロツク図、第７図は孔104の中心位
置の算出手順を示すフローチヤート、第８図はスリツト
光５による点Ｐの３次元位置計測の手法を示す斜視図、
第９図は平面P13の平面図、第10図は平面の姿勢角αの
定義を示す図、第11図は平面の姿勢角βの定義を示す簡
略化した図、第12図は姿勢角α，βを計測する手順を示
すフローチヤート、第13図および第14図は対象面P13の
Ｘ軸まわりの姿勢角αとＹ軸まわりの姿勢角βを計測す
るための手法を示す簡略化した図、第15図は平面P13e,P
13f,P13gの距離の計測原理を示す簡略化した図、第16図
は平面の距離ｄの算出手順を示すフローチヤート、第17
図は距離ｄの計測を行うための構成を簡略化して示す
図、第18図は本発明のさらに他の実施例の面13の位置計
測を行う原理を示す簡略化した図である。 100……ロボツト、102……部材、107……２次元セン
サ、108……多重孔、109……処理回路、111,112……ス
リツト光、Ａ〜D,E〜Ｈ……端点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平松 新 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 中野 康夫 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 上田 澄広 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (56)参考文献 特開 昭56−132506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−35005（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】同心状にかつ軸線方向に段差状に径が小さ
くなるように形成された多重孔が部材の一方表面に臨ん
で形成された多重孔の検出方法であつて、 多重孔を有する前記部材の前記一方表面に、多重孔を横
切る相互に交差した一対のスリツト光を照射し、 前記部材の前記一方表面を、単一のテレビカメラで撮像
し、このテレビカメラの軸線は、多重孔の前記軸線とほ
ぼ平行であり、 その撮像した像に基づいて、各孔の周縁にあるスリツト
孔の端点の３次元座標を検出し、 多重孔の軸線方向の座標値が同一またはごく近似してい
る端点を、それぞれ、同一平面上にある端点であるもの
として判別し、 前記各同一平面上にある端点の３次元座標値に基づい
て、各孔の中心の３次元座標を求めることを特徴とする
多重孔の検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1300368A JPH0663733B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 多重孔の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1300368A JPH0663733B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 多重孔の検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03160303A JPH03160303A (ja) | 1991-07-10 |
| JPH0663733B2 true JPH0663733B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=17883937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1300368A Expired - Fee Related JPH0663733B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 多重孔の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0663733B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040033929A (ko) * | 2002-10-16 | 2004-04-28 | 한국생산기술연구원 | 스캐너 및 이를 이용한 구멍 측정 방법 |
| KR100750084B1 (ko) * | 2006-07-21 | 2007-08-22 | (주)동서전자 | 액정 모니터용 내부케이스의 나사홀 불량검사장치 |
| JP5804722B2 (ja) * | 2011-02-16 | 2015-11-04 | 三菱重工業株式会社 | 位置検出装置 |
| JP5500485B2 (ja) * | 2011-12-06 | 2014-05-21 | トヨタ自動車東日本株式会社 | 三次元計測方法、三次元計測装置及び三次元計測プログラム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5635005A (en) * | 1979-08-29 | 1981-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Detector for center position of object to be measured |
| JPS56132506A (en) * | 1980-03-22 | 1981-10-16 | Ando Electric Co Ltd | Measuring device for center position of hole |
-
1989
- 1989-11-17 JP JP1300368A patent/JPH0663733B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03160303A (ja) | 1991-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3556589B2 (ja) | 位置姿勢認識装置 | |
| JP2564963B2 (ja) | ターゲット及びこれを用いた三次元位置姿勢計測システム | |
| EP0107820A2 (en) | Robot vision system | |
| CN111123242B (zh) | 一种基于激光雷达和相机的联合标定方法及计算机可读存储介质 | |
| US7502504B2 (en) | Three-dimensional visual sensor | |
| JP7353757B2 (ja) | アーチファクトを測定するための方法 | |
| JP3138080B2 (ja) | 視覚センサの自動キャリブレーション装置 | |
| JP2007256091A (ja) | レンジファインダ校正方法及び装置 | |
| JPS60200111A (ja) | ３次元物体認識装置 | |
| CN113989368A (zh) | 一种物体表面高精度定位方法及系统 | |
| JPH0626770B2 (ja) | ワークのはめ合い方法 | |
| JPH0663733B2 (ja) | 多重孔の検出方法 | |
| Dai et al. | High-accuracy calibration for a multiview microscopic 3-D measurement system | |
| JP2567923B2 (ja) | 距離計測方法 | |
| JP2002005622A (ja) | 複数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置における配置パラメータの検出方法 | |
| JPH076769B2 (ja) | 物体計測装置 | |
| Chen et al. | A new sub-pixel detector for grid target points in camera calibration | |
| JPH05329793A (ja) | 視覚センサ | |
| JP3369235B2 (ja) | 三次元測定に於ける測定歪校正方法 | |
| JPH08110206A (ja) | 位置及び姿勢検出方法と位置及び姿勢検出装置 | |
| CN116481508B (zh) | 多尺寸平面靶标测量和定位方法及其检测装置 | |
| Kalová et al. | Inspection of welding seams | |
| KR20040009550A (ko) | 역공학의 센서융합에 의한 데이터 획득방법 | |
| Yuan et al. | A Target-based Calibration Method for LiDAR-Visual-Thermal Multi-Sensor System | |
| JPS6189504A (ja) | ３次元物体形状測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |