JPH0816605B2 - 直線部分をもつ対象物の位置ずれ及び姿勢角の自動計測方法 - Google Patents

直線部分をもつ対象物の位置ずれ及び姿勢角の自動計測方法

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JPH0816605B2
JPH0816605B2 JP61073401A JP7340186A JPH0816605B2 JP H0816605 B2 JPH0816605 B2 JP H0816605B2 JP 61073401 A JP61073401 A JP 61073401A JP 7340186 A JP7340186 A JP 7340186A JP H0816605 B2 JPH0816605 B2 JP H0816605B2
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英彦 高野
博夫 荒滝
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Mazda Motor Corp
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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
品の組付け等のために、対象物、特に、その外形状の幅
及び長さが既知であって、直交二辺に直線部分を備えた
実質的に矩形状の物体の位置及び姿勢を自動計測する方
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け作業、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、または少なくともその外形状の一部
に認識の基準とすることが可能な直交二辺を備えてい
る。さらに、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く、しかも認識しよう
とする対象物はその形状自体が既知であるのが通例であ
る。
従って、実質的に矩形状をなす部分、さらに詳しく
は、その一部をなす直交二辺等の基準となる部分を利用
して、対象物の位置ずれと姿勢、即ち、矩形部分の基準
位置に対する位置ずれ及び基準姿勢に対する姿勢角の傾
きを正確に認識できるようにするのが望ましく、それに
よって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、少なくとも直交二辺を備えている矩形
状対象物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
い数のイメージセンサで、正確に位置ずれ及び姿勢を計
測する方法について検討し、本発明をなすに至ったもの
である。
即ち、本発明の目的は、認識対象物が姿勢認識の基準
となる直交二辺を有し、且つ形状が既知であるのが通例
であることに着目し、上述した工場における組付け作業
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、二つのイメージセンサの画像の簡単な処理によっ
て、正確に位置ずれ及び姿勢角を計測可能にすることに
ある。
[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明においては、幅及び
長さが既知である実質的に矩形状の対象物の位置ずれ及
び姿勢角を計測する方法であって、上記対象物の計測域
に、上記対象物が計測域の基準位置にあるときにその対
象物の直交二辺における各辺の長さ方向の略中央部をそ
れぞれ視野内のほぼ中央においてその視野の全幅にわた
っておさめる二つのイメージセンサを配置し、各イメー
ジセンサによって得られた上記対象物の画像を明るさの
差によって2値化し、計測域にある対象物上の上記直交
二辺の略中央部の直線上の点列を抽出して、それらの点
列を構成する各点の座標から、対象物上の上記直交二辺
の直線の方程式を算出し、それらの方程式及び上記対象
物の既知の幅及び長さに基づく演算により、対象物の位
置ずれ及び姿勢角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、位置ずれ及び姿勢角の計
測対象物Aが存在する空間に、基準位置における対象物
A0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は、実質的に矩形状をなすものであるが、少
なくとも周辺に姿勢認識の基準となる直交二辺を有する
ものであればよく、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IC基板等
であってもよい。さらに、対象となる物が直交する二辺
をもたない場合には、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。
第1図においては、基準位置における矩形状対象物A0
の角部をP1,P2,P3及びP4、任意姿勢をとる対象物Aの角
部をP1,P2,P3及びP4とし、また、上記計測対象物Aの各
辺を、直線l,m,s及びtによって示している。
なお、ここでは対象物A自体の形状が既知であり、特
に対象物Aの幅W及び長さHが既知であることを前提に
している。
上記対象物Aの位置ずれ及び姿勢角を計測する計測域
には、対象物が計測域の基準位置にあるときに、その矩
形状の対象物A0の直交する二辺(直線l,m)における各
辺の長さ方向の略中央部を、それぞれ視野内のほぼ中央
において、その視野の全幅にわたっておさめるITVカメ
ラその他適宜のイメージセンサV1,V2を配置する。
このように、両イメージセンサV1,V2を、対象物A0
直交する二辺の長さ方向の略中央部に対応させて、各辺
を視野内のほぼ中央においてその視野の全幅にわたって
おさめるように配置すると、対象物に位置ずれや姿勢角
の変動があっても、最大限にそれらの各辺における直線
部分を視野内におさめ、正確に計測することが可能にな
る。
上記対象物Aがベルトコンベヤ等により移送され、計
測域に達したときには、通常、第1図に示すように、基
準位置に対する任意量の位置ずれ及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
だけの位置ずれをもち、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、上記位置ずれ及び姿勢角の計測のため、上記
イメージセンサV1,V2により、対象物Aの二辺、即ち直
線l,mの位置を画像として検出し、それらの方程式を求
める。この直線の方程式は、イメージセンサV1,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として、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l,mの方程式に代入して勾配及び切片を求めること
により得ることができる。
即ち、直線lの方程式を、 y=A1x+B1 とし、直線l上の点列を構成する各点(x1i,y1i)をそ
れぞれ代入して、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、直線mの方程式を、 x=A2y+B2 とし、直線m上の点列を構成する各点(x2i,y2i)をそ
れぞれ代入して、平均的な勾配A2及び切片B2を求める
と、それらは、 によって与えられる。
また、対象物A0の角度P2に対して位置がずれている対
象物A(幅W及び長さHが既知)の角部P2の座標は、 によって表わされる。
従って、直線lが角θの傾きを有し、且つP2点を通る
ことから、その直線lの方程式を求めると、 となり、勾配A1及び切片B1は、 A1=tanθ ・・・(2) と表わされる。
また、同様にして直線mの方程式は、 となり、勾配A2及び切片B2は、 A2=−tanθ と表わされる。
従って、上記(2)式より、 θ=tan-1(A1) ・・・(5) としてθを求めることができ、また、直線l,mを表わす
方程式の切片に基づき、即ち上記(3)及び(4)式よ
り、 として、Δx及びΔyを求めることができる。
なお、以上においては、直線l,mを表わす方程式の切
片に基づいてΔx及びΔyを計算しているが、直線l,m
の交点座標からその計算を行うこともできる。即ち、直
線l,mの交点である対象物の角部P2の座標を(x1,y1)と
すると、それらは、 によって与えられ、この関係と前記(1)式に基づい
て、Δx及びΔy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、上記イメー
ジセンサV1,V2に接続した演算装置で上述した演算を行
うことによって、対象物Aのx軸及びy軸方向の位置ず
れΔx,Δy、並びに基準姿勢に対する姿勢角θ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、二つのイメー
ジセンサ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、対象物の位置ずれ及び
姿勢角を正確に計測することができ、特に、二つのイメ
ージセンサを利用して対象物上における直交二辺の直線
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、その対象物の位置ずれ及び姿勢角を
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。
しかも、両イメージセンサを、対象物の直交二辺にお
ける長さ方向の略中央部に対応させ、各辺を視野内のほ
ぼ中央においてその視野の全幅にわたっておさめるよう
に配置するので、対象物に位置ずれや姿勢角の変動があ
っても、最大限にそれらの各辺における直線部分を視野
内におさめ、各辺の端部が視野内に入ることが少なくな
るので、位置ずれ及び姿勢角を正確に計測することが可
能になる。
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についての説明図であ
る。 V1,V2……イメージセンサ、 A……対象物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審判の合議体 審判長 松本 悟 審判官 今 勝義 審判官 中田 とし子 (56)参考文献 特開 昭53−39156(JP,A) 特開 昭53−145526(JP,A) 特開 昭54−92274(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】幅及び長さが既知である実質的に矩形状の
    対象物の位置ずれ及び姿勢角を計測する方法であって、
    上記対象物の計測域に、上記対象物が計測域の基準位置
    にあるときにその対象物の直交二辺における各辺の長さ
    方向の略中央部をそれぞれ視野内のほぼ中央においてそ
    の視野の全幅にわたっておさめる二つのイメージセンサ
    を配置し、各イメージセンサによって得られた上記対象
    物の画像を明るさの差によって2値化し、計測域にある
    対象物上の上記直交二辺の略中央部の直線上の点列を抽
    出して、それらの点列を構成する各点の座標から、対象
    物上の上記直交二辺の直線の方程式を算出し、それらの
    方程式及び上記対象物の既知の幅及び長さに基づく演算
    により、対象物の位置ずれ及び姿勢角を計測することを
    特徴とする直線部分をもつ対象物の位置ずれ及び姿勢角
    の自動計測方法。
JP61073401A 1986-03-31 1986-03-31 直線部分をもつ対象物の位置ずれ及び姿勢角の自動計測方法 Expired - Lifetime JPH0816605B2 (ja)

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