JPH083320B2 - セグメント自動組立時のセグメント位置姿勢検出方法 - Google Patents
セグメント自動組立時のセグメント位置姿勢検出方法Info
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- JPH083320B2 JPH083320B2 JP2211677A JP21167790A JPH083320B2 JP H083320 B2 JPH083320 B2 JP H083320B2 JP 2211677 A JP2211677 A JP 2211677A JP 21167790 A JP21167790 A JP 21167790A JP H083320 B2 JPH083320 B2 JP H083320B2
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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、エレクタによりトンネル用セグメントの自
動組立を行う際、組立セグメントを既設セグメントに合
せて位置決めするため、組立セグメントと既設セグメン
トの相対的位置姿勢の偏差量を検出する方法に関するも
のである。
動組立を行う際、組立セグメントを既設セグメントに合
せて位置決めするため、組立セグメントと既設セグメン
トの相対的位置姿勢の偏差量を検出する方法に関するも
のである。
この分野の従来技術としては、日本建設機械化協会、
昭和63年度建設機械と施工法シンポジウム論文集P.20〜
23“セグメント自動組立システムの開発”および特開平
１−263509号に記載のように、組立セグメントと既設セ
グメントの境界上にスリット光を照射し、スリット反射
光を受光するテレビカメラからの画像データを水平方向
に走査して走査線上の最明点のアドレスを検出し、その
連続性を判断することにより、画面上のスリット光像
（光切断像）の端点座標を求め、組立セグメント側と既
設セグメント側のそれぞれのスリット光像の端点座標か
ら両セグメント間のすきまおよび段差を求める方法が知
られている。
昭和63年度建設機械と施工法シンポジウム論文集P.20〜
23“セグメント自動組立システムの開発”および特開平
１−263509号に記載のように、組立セグメントと既設セ
グメントの境界上にスリット光を照射し、スリット反射
光を受光するテレビカメラからの画像データを水平方向
に走査して走査線上の最明点のアドレスを検出し、その
連続性を判断することにより、画面上のスリット光像
（光切断像）の端点座標を求め、組立セグメント側と既
設セグメント側のそれぞれのスリット光像の端点座標か
ら両セグメント間のすきまおよび段差を求める方法が知
られている。
上記従来技術は、スリット光像の端点座標を求める
際、スリット光の輝度のばらつきおよび特性、さらにセ
グメントの表面状態、外乱光等に起因するノイズや断線
の影響に対して未解決の点が多々あり、検出精度の面で
問題がある。例えば、光源として外乱光の影響を受けに
くい半導体レーザを用いた場合、レーザビームの断面形
状は一般に第２図（ａ）に示すようなサイドローブを有
する形となり、これをシリンドリカルレンズ等により一
方向に拡大させたスリット光も同様なサイドローブを持
ったものとなる。また、通常の可視領域のレーザ光や白
色光等を光源とした場合には、外乱光（例えばトンネル
内の照明光や溶接光等）によるノイズが多くなる。さら
に、セグメントの表面状態による影響として、表面にき
ずや汚れがある場合、スリット光像の断線を生じる原因
になる。その結果、実際にテレビカメラから得られる映
像は、第３図（ａ）に示す本来のスリット光像ではな
く、同図（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような多くのノ
イズ情報や断線部を含んだものとなるのが一般的であ
る。ここで、（ｂ）はスリット光像の断線が生じた例、
（ｃ）はレーザビームのサイドローブによるノイズ像が
生じた例、（ｄ）はスリット光像の断線とサイドローブ
によるノイズ像の両方が生じた例を示す。このようなノ
イズ情報や断線部を含んだ映像から通常の画像処理技術
によりスリット光像の端点検出を行った場合、例えば検
出すべきスリット光像の端点を第３図に示すa0およびb0
とすると、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すa1，b1やai，biと
いったような求める端点以外の点を誤検出してしまう可
能性が高い。
際、スリット光の輝度のばらつきおよび特性、さらにセ
グメントの表面状態、外乱光等に起因するノイズや断線
の影響に対して未解決の点が多々あり、検出精度の面で
問題がある。例えば、光源として外乱光の影響を受けに
くい半導体レーザを用いた場合、レーザビームの断面形
状は一般に第２図（ａ）に示すようなサイドローブを有
する形となり、これをシリンドリカルレンズ等により一
方向に拡大させたスリット光も同様なサイドローブを持
ったものとなる。また、通常の可視領域のレーザ光や白
色光等を光源とした場合には、外乱光（例えばトンネル
内の照明光や溶接光等）によるノイズが多くなる。さら
に、セグメントの表面状態による影響として、表面にき
ずや汚れがある場合、スリット光像の断線を生じる原因
になる。その結果、実際にテレビカメラから得られる映
像は、第３図（ａ）に示す本来のスリット光像ではな
く、同図（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような多くのノ
イズ情報や断線部を含んだものとなるのが一般的であ
る。ここで、（ｂ）はスリット光像の断線が生じた例、
（ｃ）はレーザビームのサイドローブによるノイズ像が
生じた例、（ｄ）はスリット光像の断線とサイドローブ
によるノイズ像の両方が生じた例を示す。このようなノ
イズ情報や断線部を含んだ映像から通常の画像処理技術
によりスリット光像の端点検出を行った場合、例えば検
出すべきスリット光像の端点を第３図に示すa0およびb0
とすると、同図（ｂ）〜（ｄ）に示すa1，b1やai，biと
いったような求める端点以外の点を誤検出してしまう可
能性が高い。
本発明の目的は、光切断法により組立セグメントと既
設セグメントの相対的位置姿勢の偏差量を検出する場
合、前述した映像中のノイズ情報や断線部の影響を受け
ることなく、偏差量検出の基礎となるスリット光像の端
点座標を正確に求めることができる方法を提供すること
にある。
設セグメントの相対的位置姿勢の偏差量を検出する場
合、前述した映像中のノイズ情報や断線部の影響を受け
ることなく、偏差量検出の基礎となるスリット光像の端
点座標を正確に求めることができる方法を提供すること
にある。
上記目的を達成するため、本発明は、エレクタにより
トンネル用セグメントの自動組立を行う際、セグメント
に対しスリット光を照射する投光器とそのスリット反射
光を受光するテレビカメラとを設け、エレクタが組立セ
グメントを把持した後、組立セグメントによって反射さ
れるスリット光像を含むテレビカメラからの映像信号を
演算装置に入力して、その２値画像のラベリングおよび
各ラベル像ごとの端点検出を行った後、ラベル像間の距
離が所定範囲内にあることを条件に本来連続性がある像
を判別し、この本来連続性がある像と判別されたものの
中から画面垂直方向の最小点座標が最も小さく、最大点
座標が最も大きい像を抽出して、その像の最小点座標を
この時点での組立セグメント側スリット光像の端点座標
として求め、次に組立セグメントが既設セグメント近傍
に移動した後、組立セグメントおよび既設セグメントに
よって反射されるスリット光像を含むテレビカメラから
の画像データを演算装置に入力して、再度２値画像のラ
ベリング、各ラベル像ごとの端点検出および本来連続性
がある像の判別を行い、本来連続性がある像と判別され
たものの中から、セグメント把持時に求めた組立セグメ
ント側スリット光像の端点座標を基準座標としてそれに
最も近い垂直方向最小点座標を持つ像を抽出して、その
像の垂直方向最小点座標をこの時点での組立セグメント
側スリット光像の端点座標として求め、さらにこの組立
セグメント側スリット光像の端点座標に最も近い垂直方
向最大点座標を持つ像を抽出して、その像の垂直方向最
大点座標を既設セグメント側スリット光像の端点座標と
して求め、この時点で求めた組立セグメント側、既設セ
グメント側のそれぞれのスリット光像の端点座標に基づ
き既設セグメントに対する組立セグメントの位置姿勢偏
差量を演算出力させることを特徴とする。
トンネル用セグメントの自動組立を行う際、セグメント
に対しスリット光を照射する投光器とそのスリット反射
光を受光するテレビカメラとを設け、エレクタが組立セ
グメントを把持した後、組立セグメントによって反射さ
れるスリット光像を含むテレビカメラからの映像信号を
演算装置に入力して、その２値画像のラベリングおよび
各ラベル像ごとの端点検出を行った後、ラベル像間の距
離が所定範囲内にあることを条件に本来連続性がある像
を判別し、この本来連続性がある像と判別されたものの
中から画面垂直方向の最小点座標が最も小さく、最大点
座標が最も大きい像を抽出して、その像の最小点座標を
この時点での組立セグメント側スリット光像の端点座標
として求め、次に組立セグメントが既設セグメント近傍
に移動した後、組立セグメントおよび既設セグメントに
よって反射されるスリット光像を含むテレビカメラから
の画像データを演算装置に入力して、再度２値画像のラ
ベリング、各ラベル像ごとの端点検出および本来連続性
がある像の判別を行い、本来連続性がある像と判別され
たものの中から、セグメント把持時に求めた組立セグメ
ント側スリット光像の端点座標を基準座標としてそれに
最も近い垂直方向最小点座標を持つ像を抽出して、その
像の垂直方向最小点座標をこの時点での組立セグメント
側スリット光像の端点座標として求め、さらにこの組立
セグメント側スリット光像の端点座標に最も近い垂直方
向最大点座標を持つ像を抽出して、その像の垂直方向最
大点座標を既設セグメント側スリット光像の端点座標と
して求め、この時点で求めた組立セグメント側、既設セ
グメント側のそれぞれのスリット光像の端点座標に基づ
き既設セグメントに対する組立セグメントの位置姿勢偏
差量を演算出力させることを特徴とする。
組立セグメントが既設セグメント近傍に移動した後、
既設セグメントに対する組立セグメントの位置姿勢偏差
量の検出を２回以上反復して行う場合には、セグメント
把持時に求めた組立セグメント側スリット光像の端点座
標に代え、前回求めた組立セグメント側スリット光像の
端点座標を基準座標として２回目以降の組立セグメント
側スリット光像の端点座標を求めるとよい。
既設セグメントに対する組立セグメントの位置姿勢偏差
量の検出を２回以上反復して行う場合には、セグメント
把持時に求めた組立セグメント側スリット光像の端点座
標に代え、前回求めた組立セグメント側スリット光像の
端点座標を基準座標として２回目以降の組立セグメント
側スリット光像の端点座標を求めるとよい。
本発明では、あらかじめエレクタが組立セグメントを
把持した時点で、第４図（ａ）に示す組立セグメント側
スリット光像の端点座標（xStd，yStd）を求め、次に組
立セグメントが既設セグメント近傍に移動した時点で、
さきに求めた端点座標（xStd，yStd）を基に第４図
（ｂ）に示す組立セグメント側、既設セグメント側各ス
リット光像の端点座標（ｘ ,y ），（xp，yp）を求め
る。本来、把持したセグメントと視覚装置（投光器＋テ
レビカメラ）との相対位置は不変のはずであるが、実際
にはセグメント把持部の機械的な遊び等により、移動中
にセグメントと視覚装置との相対位置が微小変化するこ
とがあるため、移動後に改めて（ｘ ,y ），（xp，
yp）の検出を行い、その際、さきに求めた（xStd，
yStd）を基準座標として用いることで誤検出の防止を図
っている。既設セグメントに対する組立セグメントの位
置姿勢偏差量の検出を２回以上反復して行う場合、前回
求めた組立セグメント側スリット光像の端点座標を基準
座標として２回目以降の組立セグメント側スリット光像
の端点座標検出を行うのも同じ理由からである。
把持した時点で、第４図（ａ）に示す組立セグメント側
スリット光像の端点座標（xStd，yStd）を求め、次に組
立セグメントが既設セグメント近傍に移動した時点で、
さきに求めた端点座標（xStd，yStd）を基に第４図
（ｂ）に示す組立セグメント側、既設セグメント側各ス
リット光像の端点座標（ｘ ,y ），（xp，yp）を求め
る。本来、把持したセグメントと視覚装置（投光器＋テ
レビカメラ）との相対位置は不変のはずであるが、実際
にはセグメント把持部の機械的な遊び等により、移動中
にセグメントと視覚装置との相対位置が微小変化するこ
とがあるため、移動後に改めて（ｘ ,y ），（xp，
yp）の検出を行い、その際、さきに求めた（xStd，
yStd）を基準座標として用いることで誤検出の防止を図
っている。既設セグメントに対する組立セグメントの位
置姿勢偏差量の検出を２回以上反復して行う場合、前回
求めた組立セグメント側スリット光像の端点座標を基準
座標として２回目以降の組立セグメント側スリット光像
の端点座標検出を行うのも同じ理由からである。
スリット光像の端点座標を求める際、実際の映像は第
３図（ｂ）〜（ｄ）に示すような各種ノイズや断線部を
含んだものであるため、その画像データを２値化した
後、高輝度部の集合体である連結領域に番号を付ける。
これは、通常、ラベリングと呼ばれる処理であり、番号
を付けた個々の連結領域をラベル像という。次に、各ラ
ベル像ごとに画面の垂直方向（ｙ方向）における最小点
と最大点の座標を求め、その最小点座標と最大点座標を
基に本来連続性がある像を判別する。そして、本来連続
性がある像と判別されたものの中から、セグメント把持
時には、垂直方向の最小点座標が最も小さく、最大点座
標が最も大きい像を抽出し、セグメント移動後は、基準
座標に最も近い垂直方向最小点座標を持つ像と、この垂
直方向最小点座標に最も近い垂直方向最大点座標を持つ
像を抽出して、最終的に求めるべき端点座標を検出す
る。このようにすることで、ノイズや断線の影響が除去
され、誤検出することがなくなる。
３図（ｂ）〜（ｄ）に示すような各種ノイズや断線部を
含んだものであるため、その画像データを２値化した
後、高輝度部の集合体である連結領域に番号を付ける。
これは、通常、ラベリングと呼ばれる処理であり、番号
を付けた個々の連結領域をラベル像という。次に、各ラ
ベル像ごとに画面の垂直方向（ｙ方向）における最小点
と最大点の座標を求め、その最小点座標と最大点座標を
基に本来連続性がある像を判別する。そして、本来連続
性がある像と判別されたものの中から、セグメント把持
時には、垂直方向の最小点座標が最も小さく、最大点座
標が最も大きい像を抽出し、セグメント移動後は、基準
座標に最も近い垂直方向最小点座標を持つ像と、この垂
直方向最小点座標に最も近い垂直方向最大点座標を持つ
像を抽出して、最終的に求めるべき端点座標を検出す
る。このようにすることで、ノイズや断線の影響が除去
され、誤検出することがなくなる。
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
本発明を実施するための装置の構成は第６図および第
７図に示す通りで、エレクタ26（第７図）により組立セ
グメント16を把持し、第６図に示すように既設セグメン
ト17a,17bの近傍に移動させた際、組立セグメント16と
既設セグメント17a,17bの境界上（図示例では３点）に
スリット光を照射する投光器18a,18b,18cおよびそれぞ
れのスリット光像Ａ−Ａ′,B−Ｂ′,C−Ｃ′を撮像する
テレビカメラ19a,19b,19cと、これらテレビカメラ19a,1
9b,19cからの映像信号を入出力する画像入出力装置22
と、画像データを格納する画像メモリ24と、画像メモリ
24上の画像データに対して画像処理を実行し、かつその
処理結果に基づき既設セグメント17a,17bに対する組立
セグメント16の位置姿勢偏差量を演算出力する演算装置
25と、演算装置25の偏差量出力に対応して組立セグメン
ト16の位置姿勢を修正するようにエレクタ26上のジャッ
キ等を動作させる制御装置（図示せず）を備えている。
テレビカメラ19a,19b,19cからの映像信号の取込み選択
は演算装置25からの信号によりカメラ切換器21を操作し
て行う。また、画像処理等の状況は画像モニタ23により
監視することができる。
７図に示す通りで、エレクタ26（第７図）により組立セ
グメント16を把持し、第６図に示すように既設セグメン
ト17a,17bの近傍に移動させた際、組立セグメント16と
既設セグメント17a,17bの境界上（図示例では３点）に
スリット光を照射する投光器18a,18b,18cおよびそれぞ
れのスリット光像Ａ−Ａ′,B−Ｂ′,C−Ｃ′を撮像する
テレビカメラ19a,19b,19cと、これらテレビカメラ19a,1
9b,19cからの映像信号を入出力する画像入出力装置22
と、画像データを格納する画像メモリ24と、画像メモリ
24上の画像データに対して画像処理を実行し、かつその
処理結果に基づき既設セグメント17a,17bに対する組立
セグメント16の位置姿勢偏差量を演算出力する演算装置
25と、演算装置25の偏差量出力に対応して組立セグメン
ト16の位置姿勢を修正するようにエレクタ26上のジャッ
キ等を動作させる制御装置（図示せず）を備えている。
テレビカメラ19a,19b,19cからの映像信号の取込み選択
は演算装置25からの信号によりカメラ切換器21を操作し
て行う。また、画像処理等の状況は画像モニタ23により
監視することができる。
第７図に示すように、投光器18a,18b,18cとテレビカ
メラ19a,19b,19cが一体となった３組の視覚装置20a,20
b,20cは、エレクタ26のセグメント把持部27近傍に配置
され、セグメント把持部27とともに同図X,Y,Z各軸方向
の摺動およびX,Y,Z各軸回りの回転が可能となってい
る。これらの摺動および回転はエレクタ26上の各種ジャ
ッキによって行われ、これにより把持したセグメントの
位置姿勢を修正することができる。
メラ19a,19b,19cが一体となった３組の視覚装置20a,20
b,20cは、エレクタ26のセグメント把持部27近傍に配置
され、セグメント把持部27とともに同図X,Y,Z各軸方向
の摺動およびX,Y,Z各軸回りの回転が可能となってい
る。これらの摺動および回転はエレクタ26上の各種ジャ
ッキによって行われ、これにより把持したセグメントの
位置姿勢を修正することができる。
第７図に示すセグメント把持部27は図示しない回転機
構により回転させられるねじ軸からなっており、このね
じ軸をエレクタの下方に置かれた組立セグメント16のグ
ラウトホール28にねじ込むことによって組立セグメント
16を把持する。把持したセグメントを吊り上げ、旋回さ
せて所定の位置に移動させることは通常のエレクタと同
様であり、セグメントを位置決めした後、別に設けたボ
ルト締結装置等により既設セグメントに組み付けること
で、セグメントの自動組立が行われる。
構により回転させられるねじ軸からなっており、このね
じ軸をエレクタの下方に置かれた組立セグメント16のグ
ラウトホール28にねじ込むことによって組立セグメント
16を把持する。把持したセグメントを吊り上げ、旋回さ
せて所定の位置に移動させることは通常のエレクタと同
様であり、セグメントを位置決めした後、別に設けたボ
ルト締結装置等により既設セグメントに組み付けること
で、セグメントの自動組立が行われる。
以上の構成において、演算装置25は大まかに第１図に
示すような手順で処理を行う。まず、制御装置よりセグ
メント把持完了信号が入力されると、ステップ101より
ステップ102に進み、組立セグメント側スリット光像の
端点座標（基準座標）を求める処理を実行する（詳細は
第８図に示す）。すなわち、テレビカメラ19a〜19cの選
択を行い、映像入力し、微分処理等の前処理を行った
後、画像データを２値化し、スリット光像を含む高輝度
部を“1"レベルの信号で表示する。すると、この段階で
は、カメラ視野内に組立セグメント側のスリット光像だ
けしか存在しないので、第５図に示すSO側のような像が
得られる。この像に対しラベリングを行うと、９〜15ま
でのラベル像が得られ、次に、各ラベル像ごとにｙ方向
の最小点，最大点座標を求めると、例えば、９のラベル
像では最小点（x9n，y9n）、最大点（x9x，y9x）として
検出される。次に、各ラベル像間のｘ方向およびｙ方向
の距離を求め、ラベル像の連続性を判別する。例えば、
ｉ番目とｉ＋１番目のラベル像のｙ方向の距離はyix−y
(i+1)n、ｘ方向の距離はxix−x(i+1)nとして求められ
る。その際、｜yix−y(i+1)n｜＜ΔY1、かつ、｜xix−x
(i+1)n｜＜ΔX1（ΔX1，ΔY1は、例えば１〜２画素とし
て設定される）なら、ｉ番目とｉ＋１番目のラベル像は
本来連続性がある１本の像と判別される。次に、この本
来連続性がある像と判別されたものの中から、ｙ方向に
おける最小点座標が最も小さく、最大点座標が最も大き
い像を抽出すると、９−10−14の像のみが得られる。し
たがって、セグメント把持時のスリット光像端点座標は
９のｙ方向最小点座標となる。すなわち、第４図（ａ）
に示す端点座標（xstd，ystd）はxstd＝x9n，ystd＝y9n
として求まる。このようにして、各テレビカメラ19a,19
b,19cの映像についてスリット光像端点座標（xstd，y
std）を求めた後、第６図に示すように、エレクタが組
立セグメント16を既設セグメント17a,17bの近傍へセッ
ト完了するまで待機状態となる（ステップ103）。
示すような手順で処理を行う。まず、制御装置よりセグ
メント把持完了信号が入力されると、ステップ101より
ステップ102に進み、組立セグメント側スリット光像の
端点座標（基準座標）を求める処理を実行する（詳細は
第８図に示す）。すなわち、テレビカメラ19a〜19cの選
択を行い、映像入力し、微分処理等の前処理を行った
後、画像データを２値化し、スリット光像を含む高輝度
部を“1"レベルの信号で表示する。すると、この段階で
は、カメラ視野内に組立セグメント側のスリット光像だ
けしか存在しないので、第５図に示すSO側のような像が
得られる。この像に対しラベリングを行うと、９〜15ま
でのラベル像が得られ、次に、各ラベル像ごとにｙ方向
の最小点，最大点座標を求めると、例えば、９のラベル
像では最小点（x9n，y9n）、最大点（x9x，y9x）として
検出される。次に、各ラベル像間のｘ方向およびｙ方向
の距離を求め、ラベル像の連続性を判別する。例えば、
ｉ番目とｉ＋１番目のラベル像のｙ方向の距離はyix−y
(i+1)n、ｘ方向の距離はxix−x(i+1)nとして求められ
る。その際、｜yix−y(i+1)n｜＜ΔY1、かつ、｜xix−x
(i+1)n｜＜ΔX1（ΔX1，ΔY1は、例えば１〜２画素とし
て設定される）なら、ｉ番目とｉ＋１番目のラベル像は
本来連続性がある１本の像と判別される。次に、この本
来連続性がある像と判別されたものの中から、ｙ方向に
おける最小点座標が最も小さく、最大点座標が最も大き
い像を抽出すると、９−10−14の像のみが得られる。し
たがって、セグメント把持時のスリット光像端点座標は
９のｙ方向最小点座標となる。すなわち、第４図（ａ）
に示す端点座標（xstd，ystd）はxstd＝x9n，ystd＝y9n
として求まる。このようにして、各テレビカメラ19a,19
b,19cの映像についてスリット光像端点座標（xstd，y
std）を求めた後、第６図に示すように、エレクタが組
立セグメント16を既設セグメント17a,17bの近傍へセッ
ト完了するまで待機状態となる（ステップ103）。
制御装置よりセグメント所定位置セット完了信号が入
力されると、ステップ104に進み、第４図（ｂ）に示す
組立セグメント側、既設セグメント側各スリット光像の
端点座標（ｘ ,y ），（xp，yp）の検出を行う（詳細
は第９図に示す）。すなわち、カメラ選択からラベル像
の連続性の判別まではセグメント把持時のスリット光像
端点検出（ステップ102）と同様の処理を行い、本来連
続性がある１本の像と判別されたものの中から、セグメ
ント把持時に求めた基準座標（xStd，yStd）に最も近い
ｙ方向最小点座標を持つ像を抽出して、その像の最小点
座標をこの時点での組立セグメント側スリット光像の端
点座標（ｘ ,y ）とする。第９図では、ｘ ＝XN
（ｍ）,y ＝YN（ｍ）として求まる。次に、この
（ｘ ,y ）に最も近いｙ方向最大点座標を持つ像を求
め、その像の最大点座標を既設セグメント側スリット光
像の端点座標（xp，yp）とする。第９図では、XX
（ｋ）,YX（ｋ）がこれに相当する。もし、（ｘ ,
y ）に最も近いｙ方向最大点座標を持つ像が複数ある
場合には、本来連続性がある１本の像と判別されたもの
の中から、ｙ方向の最小点座標が最も小さく、最大点座
標が最も大きい像を求め、その像の最大点座標を求める
べき端点座標（xp，yp）とする。
力されると、ステップ104に進み、第４図（ｂ）に示す
組立セグメント側、既設セグメント側各スリット光像の
端点座標（ｘ ,y ），（xp，yp）の検出を行う（詳細
は第９図に示す）。すなわち、カメラ選択からラベル像
の連続性の判別まではセグメント把持時のスリット光像
端点検出（ステップ102）と同様の処理を行い、本来連
続性がある１本の像と判別されたものの中から、セグメ
ント把持時に求めた基準座標（xStd，yStd）に最も近い
ｙ方向最小点座標を持つ像を抽出して、その像の最小点
座標をこの時点での組立セグメント側スリット光像の端
点座標（ｘ ,y ）とする。第９図では、ｘ ＝XN
（ｍ）,y ＝YN（ｍ）として求まる。次に、この
（ｘ ,y ）に最も近いｙ方向最大点座標を持つ像を求
め、その像の最大点座標を既設セグメント側スリット光
像の端点座標（xp，yp）とする。第９図では、XX
（ｋ）,YX（ｋ）がこれに相当する。もし、（ｘ ,
y ）に最も近いｙ方向最大点座標を持つ像が複数ある
場合には、本来連続性がある１本の像と判別されたもの
の中から、ｙ方向の最小点座標が最も小さく、最大点座
標が最も大きい像を求め、その像の最大点座標を求める
べき端点座標（xp，yp）とする。
このようにして各テレビカメラ19a,19b,19cの映像に
ついてスリット光像端点座標（ｘ ,y ），（xp，yp）
を求めた後、その各座標値を基に既設セグメントに対す
る組立セグメントの位置姿勢偏差量を演算し、制御装置
へ偏差量を出力する（ステップ105,106）。第１図に示
すように３点のスリット光像Ａ−Ａ′,B−Ｂ′,C−Ｃ′
を検出することによりねそれぞれの画面上の端点座標か
ら各点でのセグメント間のすきま、段差に関する情報が
得られるので、その情報を基に組立セグメントのあらゆ
る方向の位置姿勢偏差量を求めることができ、それに対
応した組立セグメントの位置決め補正が可能となる。
ついてスリット光像端点座標（ｘ ,y ），（xp，yp）
を求めた後、その各座標値を基に既設セグメントに対す
る組立セグメントの位置姿勢偏差量を演算し、制御装置
へ偏差量を出力する（ステップ105,106）。第１図に示
すように３点のスリット光像Ａ−Ａ′,B−Ｂ′,C−Ｃ′
を検出することによりねそれぞれの画面上の端点座標か
ら各点でのセグメント間のすきま、段差に関する情報が
得られるので、その情報を基に組立セグメントのあらゆ
る方向の位置姿勢偏差量を求めることができ、それに対
応した組立セグメントの位置決め補正が可能となる。
ステップ107では、制御装置からの信号によりリトラ
イ要否を判断し、例えば偏差量出力が許容値以内でリト
ライ不要の場合には、演算装置の処理は終了するが、リ
トライ要の場合には、ステップ104以降の処理を再度実
行する。このように組立セグメントの位置姿勢偏差量の
検出を２回以上反復して行う場合、セグメント把持時に
求めた基準座標（xstd，ystd）に代え、前回求めた組立
セグメント側スリット光像の端点座標（ｘ ,y ）を基
準座標として２回目以降の組立セグメント側スリット光
像の端点座標を求めることにより、検出精度はさらに向
上する。
イ要否を判断し、例えば偏差量出力が許容値以内でリト
ライ不要の場合には、演算装置の処理は終了するが、リ
トライ要の場合には、ステップ104以降の処理を再度実
行する。このように組立セグメントの位置姿勢偏差量の
検出を２回以上反復して行う場合、セグメント把持時に
求めた基準座標（xstd，ystd）に代え、前回求めた組立
セグメント側スリット光像の端点座標（ｘ ,y ）を基
準座標として２回目以降の組立セグメント側スリット光
像の端点座標を求めることにより、検出精度はさらに向
上する。
次に、第８図，第９図のフローチャートについて説明
する。
する。
第８図（Ａ），（Ｂ）は第１図のステップ102に相当
する画像処理のフローチャートで、ステップ201〜209か
らなる。
する画像処理のフローチャートで、ステップ201〜209か
らなる。
201では画像処理の対象となるテレビカメラの選択を
行う。
行う。
202ではテレビカメラからの映像を入力する。
203では画像データに対する微分処理等の前処理を行
う。
う。
204では画像データを２値化する。
205では２値画像のラベリングを行う。本例ではラベ
ル像の数をｎ個とする。
ル像の数をｎ個とする。
206ではラベル像ごとの端点座標を求める。この場
合、（xin，yin）をｙ方向最小点座標、（xix，yix）を
ｙ方向最大点座標とする（ただし、ｉ＝１〜ｎ）。
合、（xin，yin）をｙ方向最小点座標、（xix，yix）を
ｙ方向最大点座標とする（ただし、ｉ＝１〜ｎ）。
207−０〜207−８ではラベル像のうち長さの短いもの
はノイズとみなし除去する。すなわち、207−１で各ラ
ベル像の長さyix−yinを求め、その値がΔly（例えば５
画素等）未満の場合、ノイズとみなし、207−２〜207−
６の操作によりｉ番目のデータを削除する。したがっ
て、ラベル像の数も１つ減り、207−６のようにｎ＝ｎ
−１となる。
はノイズとみなし除去する。すなわち、207−１で各ラ
ベル像の長さyix−yinを求め、その値がΔly（例えば５
画素等）未満の場合、ノイズとみなし、207−２〜207−
６の操作によりｉ番目のデータを削除する。したがっ
て、ラベル像の数も１つ減り、207−６のようにｎ＝ｎ
−１となる。
208−０〜208−13では、残ったラベル像の連続性を判
別する。
別する。
まず、ｉ番目のラベル像の各端点座標を、 XN（ｉ）＝xin,YN（ｉ）＝yin……最小点 XX（ｉ）＝xix,YX（ｉ）＝yix……最大点 とおく（208−２）。
次に、ｊ番目（ｊ＞ｉ）のラベル像とのｘ方向および
ｙ方向の距離を求め、所定範囲内かどうかを判断する
（208−4,208−５）。もし、所定範囲内であれば、ｉ番
目とｊ番目の像は本来連続性があるものとして、ラベル
像最大点座標値の入替えを行う。
ｙ方向の距離を求め、所定範囲内かどうかを判断する
（208−4,208−５）。もし、所定範囲内であれば、ｉ番
目とｊ番目の像は本来連続性があるものとして、ラベル
像最大点座標値の入替えを行う。
この操作は、208−６に示す XX（ｉ）＝xjx,YX（ｉ）＝yjx により行う。また、ｉ番目とｊ番目の像は同一データと
の判断よりｊ番目のデータを削除する。この操作は208
−７〜208−10により実行する。ここでも、ラベル像デ
ータは１つ減ることになり、208−10によりｎ＝ｎ−１
となる。以上の操作を全ラベル像に対し実行する。
の判断よりｊ番目のデータを削除する。この操作は208
−７〜208−10により実行する。ここでも、ラベル像デ
ータは１つ減ることになり、208−10によりｎ＝ｎ−１
となる。以上の操作を全ラベル像に対し実行する。
209−０〜209−６では、本来連続性がある像と判別さ
れたものの中から、組立セグメント側スリット光像の端
点を示す像はどれかを判別する。この判別は、ノイズ等
の影響が全くない場合には、残った像の中で最も上にあ
る像の端点（ｙ方向の最小点）がスリット光像の端点を
示すという前提に立っている。このため、最初に１番目
の像のｙ方向最小点（NX（１）,YN（１））を基準点（x
std，ystd）とする（209−０）。もし、１番目の像より
もｙ方向最小点が小さく、かつ最大点の大きな像が存在
した場合には（209−2,209−３の操作による）、後者の
ｙ方向最小点に基準点（xstd，ystd）を置き換える（20
9−４）。以上の操作を残った像のすべてに対し実行
し、最終的に求めるべきスリット光像端点座標（xstd，
ystd）を検出する。
れたものの中から、組立セグメント側スリット光像の端
点を示す像はどれかを判別する。この判別は、ノイズ等
の影響が全くない場合には、残った像の中で最も上にあ
る像の端点（ｙ方向の最小点）がスリット光像の端点を
示すという前提に立っている。このため、最初に１番目
の像のｙ方向最小点（NX（１）,YN（１））を基準点（x
std，ystd）とする（209−０）。もし、１番目の像より
もｙ方向最小点が小さく、かつ最大点の大きな像が存在
した場合には（209−2,209−３の操作による）、後者の
ｙ方向最小点に基準点（xstd，ystd）を置き換える（20
9−４）。以上の操作を残った像のすべてに対し実行
し、最終的に求めるべきスリット光像端点座標（xstd，
ystd）を検出する。
第９図は第１図のステップ104に相当する画像処理の
フローチャートで、ステップ301〜316からなる。
フローチャートで、ステップ301〜316からなる。
301では、第８図（Ａ）ないし（Ｂ）と同じ処理によ
り、Δly以上の長さを持ち、かつ、本来連続性があると
判別されたラベル像のみを残す。この処理により、残っ
たラベル像のみを残す。この処理により、残ったラベル
像の各端点座標は、 XN（ｉ）,YN（ｉ）……最小点 XX（ｉ）,YX（ｉ）……最大点 となる（ただし、ｉ＝１〜ｎ）。
り、Δly以上の長さを持ち、かつ、本来連続性があると
判別されたラベル像のみを残す。この処理により、残っ
たラベル像のみを残す。この処理により、残ったラベル
像の各端点座標は、 XN（ｉ）,YN（ｉ）……最小点 XX（ｉ）,YX（ｉ）……最大点 となる（ただし、ｉ＝１〜ｎ）。
302では、画像メモリ上の最大ｙ座標値よりも大きな
値（例えば、ｙ座標の最大値を512とするならば、少な
くとも513以上）をYDELとして代入する。本例ではYDEL
＝10000とした。
値（例えば、ｙ座標の最大値を512とするならば、少な
くとも513以上）をYDELとして代入する。本例ではYDEL
＝10000とした。
303〜308では、第８図（Ａ）および（Ｂ）で得た組立
セグメント側スリット光像の端点座標（xstd，ystd）に
最も近いｙ方向最小点座標を持つラベル像の抽出を行
う。その手法として、ラベル像のｙ方向最小点座標とy
stdとの差をとり、その差がYDELより小さい場合、改め
てこの値をYDELとし、その際のラベル番号をｍとして記
憶する（304〜306）。そして、最終的に、ystdに最も近
いラベル像のｙ方向最小点座標をこの時点で組立セグメ
ント側スリット光像の端点座標と判定する。
セグメント側スリット光像の端点座標（xstd，ystd）に
最も近いｙ方向最小点座標を持つラベル像の抽出を行
う。その手法として、ラベル像のｙ方向最小点座標とy
stdとの差をとり、その差がYDELより小さい場合、改め
てこの値をYDELとし、その際のラベル番号をｍとして記
憶する（304〜306）。そして、最終的に、ystdに最も近
いラベル像のｙ方向最小点座標をこの時点で組立セグメ
ント側スリット光像の端点座標と判定する。
309〜315では、既設セグメント側スリット光像の端点
座標を求める。この処理は、既設セグメント側（第５図
Sp側）の映像が組立セグメント側（第５図So側）の映像
よりも画面の上側（ラベル番号が若い）に存在し、かつ
求めるべき端点座標が組立セグメント側スリット光像の
端点座標に最も近いという前提に立っている。このた
め、309で302と同様にYDEL＝10000を代入し、組立セグ
メント側スリット光像の端点を示すラベル番号ｍの像よ
り１つ前のラベル番号ｍ−１の像から、そのｙ方向最大
点座標値とYN（ｍ）（＝ｙ ）との差をとり、その差が
YDELより小さい場合、改めてこの値をYDELとし、その際
のラベル番号をｋとして記憶する（310〜313）。そし
て、最終的に、YN（ｍ）に最も近いラベル像のｙ方向最
大点座標を既設セグメント側スリット光像の端点座標と
判定する。
座標を求める。この処理は、既設セグメント側（第５図
Sp側）の映像が組立セグメント側（第５図So側）の映像
よりも画面の上側（ラベル番号が若い）に存在し、かつ
求めるべき端点座標が組立セグメント側スリット光像の
端点座標に最も近いという前提に立っている。このた
め、309で302と同様にYDEL＝10000を代入し、組立セグ
メント側スリット光像の端点を示すラベル番号ｍの像よ
り１つ前のラベル番号ｍ−１の像から、そのｙ方向最大
点座標値とYN（ｍ）（＝ｙ ）との差をとり、その差が
YDELより小さい場合、改めてこの値をYDELとし、その際
のラベル番号をｋとして記憶する（310〜313）。そし
て、最終的に、YN（ｍ）に最も近いラベル像のｙ方向最
大点座標を既設セグメント側スリット光像の端点座標と
判定する。
座標をｘ ＝XN（ｍ）,y ＝YN（ｍ）として求め、既
設セグメント側スリット光像の端点座標をxP＝XX
（ｋ），yp＝YX（ｋ）として求める。
設セグメント側スリット光像の端点座標をxP＝XX
（ｋ），yp＝YX（ｋ）として求める。
前にも述べたように301〜316の処理を２回以上反復し
て行う場合、２回目以降は、第８図（Ａ）ないし（Ｃ）
で得た端点座標（xstd，ystd）に代え、前回求めた組立
セグメント側スリット光像の端点座標（ｘ ,y ）を基
準座標として用いることができる。
て行う場合、２回目以降は、第８図（Ａ）ないし（Ｃ）
で得た端点座標（xstd，ystd）に代え、前回求めた組立
セグメント側スリット光像の端点座標（ｘ ,y ）を基
準座標として用いることができる。
なお、前記の実施例では、組立セグメント側のスリッ
ト光像が画面下側に、既設セグメント側のスリット光像
が画面上側に表示されるようにテレビカメラ19a〜19cを
配置したが、これらのテレビカメラ19a〜19cの取り付け
方向を変えることにより、組立セグメント側のスリット
光像が画面上側に、既設セグメント側のスリット光像が
画面下側に表示される。これにより、各端点座標の画面
垂直方向の上下関係が逆転するため、例えばセグメント
把持後に得られるスリット光像の画面垂直方向の最大点
座標を基準座標とする等、処理の一部が変更される。
ト光像が画面下側に、既設セグメント側のスリット光像
が画面上側に表示されるようにテレビカメラ19a〜19cを
配置したが、これらのテレビカメラ19a〜19cの取り付け
方向を変えることにより、組立セグメント側のスリット
光像が画面上側に、既設セグメント側のスリット光像が
画面下側に表示される。これにより、各端点座標の画面
垂直方向の上下関係が逆転するため、例えばセグメント
把持後に得られるスリット光像の画面垂直方向の最大点
座標を基準座標とする等、処理の一部が変更される。
本発明によれば、各種ノイズや断線部を含んだ映像か
らスリット光像端点座標を誤りなく求めることができる
ので、その情報を基に既設セグメントに対する組立セグ
メントの位置姿勢偏差量を算出することにより、従来技
術に比べセグメント自動組立時のセグメント位置決め制
御を精度良く、かつ短時間に行うことが可能となる。
らスリット光像端点座標を誤りなく求めることができる
ので、その情報を基に既設セグメントに対する組立セグ
メントの位置姿勢偏差量を算出することにより、従来技
術に比べセグメント自動組立時のセグメント位置決め制
御を精度良く、かつ短時間に行うことが可能となる。
第１図は本発明における演算装置の処理フロー図、第２
図（ａ），（ｂ）はスリット光として用いるレーザビー
ムの断面図およびその水平方向輝度分布図、第３図〜第
５図は入力画像図、第６図および第７図は本発明を実施
するための装置の概略構成図、第８図および第９図はス
リット光像端点座標を求める画像処理フローチャートで
ある。 １〜15……ラベル像、16……組立セグメント、17a,17b
……既設セグメント、18a,18b,18c……投光器、19a,19
b,19c……テレビカメラ、20a,20b,20c……視覚装置、21
……カメラ切換器、22……画像入出力装置、24……画像
メモリ、25……演算装置、26……エレクタ、27……セグ
メント把持部、Ａ−Ａ′,B−Ｂ′,C−Ｃ′……スリット
光像。
図（ａ），（ｂ）はスリット光として用いるレーザビー
ムの断面図およびその水平方向輝度分布図、第３図〜第
５図は入力画像図、第６図および第７図は本発明を実施
するための装置の概略構成図、第８図および第９図はス
リット光像端点座標を求める画像処理フローチャートで
ある。 １〜15……ラベル像、16……組立セグメント、17a,17b
……既設セグメント、18a,18b,18c……投光器、19a,19
b,19c……テレビカメラ、20a,20b,20c……視覚装置、21
……カメラ切換器、22……画像入出力装置、24……画像
メモリ、25……演算装置、26……エレクタ、27……セグ
メント把持部、Ａ−Ａ′,B−Ｂ′,C−Ｃ′……スリット
光像。
フロントページの続き (72)発明者 筒井 真作 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 森 泰雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 小沢 肇 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 中島 吉男 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 平１−263509（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−24497（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−213699（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−83098（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】エレクタによりトンネル用セグメントの自
動組立を行う際、セグメントに対しスリット光を照射す
る投光器とそのスリット反射光を受光するテレビカメラ
とを設け、エレクタが組立セグメントを把持した後、組
立セグメントによって反射されるスリット光像を含むテ
レビカメラからの映像信号を演算装置に入力して、その
２値画像のラベリングおよび各ラベル像ごとの端点検出
を行った後、ラベル像間の距離が所定範囲内にあること
を条件に本来連続性がある像を判別し、この本来連続性
がある像と判別されたものの中から画面垂直方向の最小
点座標が最も小さく、最大点座標が最も大きい像を抽出
して、その像の最小点座標をこの時点での組立セグメン
ト側スリット光像の端点座標として求め、次に組立セグ
メントが既設セグメント近傍に移動した後、組立セグメ
ントおよび既設セグメントによって反射されるスリット
光像を含むテレビカメラからの映像信号を演算装置に入
力して、再度２値画像のラベリング、各ラベル像ごとの
端点検出および本来連続性がある像の判別を行い、本来
連続性がある像と判別されたものの中から、セグメント
把持時に求めた組立セグメント側スリット光像の端点座
標を基準座標としてそれに最も近い垂直方向最小点座標
を持つ像を抽出して、その像の垂直方向最小点座標をこ
の時点での組立セグメント側スリット光像の端点座標と
して求め、さらにこの組立セグメント側スリット光像の
端点座標に最も近い垂直方向最大点座標を持つ像を抽出
して、その像の垂直方向最大点座標を既設セグメント側
スリット光像の端点座標として求め、この時点で求めた
組立セグメント側、既設セグメント側のそれぞれのスリ
ット光像の端点座標に基づき既設セグメントに対する組
立セグメントの位置姿勢偏差量を演算出力させることを
特徴とするセグメント自動組立時のセグメント位置姿勢
検出方法。 - 【請求項２】組立セグメントが既設セグメント近傍に移
動した後、既設セグメントに対する組立セグメントの位
置姿勢偏差量の検出を２回以上反復して行う場合には、
セグメント把持時に求めた組立セグメント側スリット光
像の端点座標に代え、前回求めた組立セグメント側スリ
ット光像の端点座標を基準座標として２回目以降の組立
セグメント側スリット光像の端点座標を求めることを特
徴とする請求項１記載のセグメント自動組立時のセグメ
ント位置姿勢検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2211677A JPH083320B2 (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | セグメント自動組立時のセグメント位置姿勢検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2211677A JPH083320B2 (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | セグメント自動組立時のセグメント位置姿勢検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0497100A JPH0497100A (ja) | 1992-03-30 |
| JPH083320B2 true JPH083320B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=16609765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2211677A Expired - Fee Related JPH083320B2 (ja) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | セグメント自動組立時のセグメント位置姿勢検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH083320B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104018850B (zh) * | 2014-06-09 | 2016-06-29 | 吉林大学 | 基于双目视觉的管片拼装机的管片定位及抓取系统 |
-
1990
- 1990-08-13 JP JP2211677A patent/JPH083320B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0497100A (ja) | 1992-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |