JPH09196636A - 物品形状獲得方法 - Google Patents

物品形状獲得方法

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JPH09196636A
JPH09196636A JP8008744A JP874496A JPH09196636A JP H09196636 A JPH09196636 A JP H09196636A JP 8008744 A JP8008744 A JP 8008744A JP 874496 A JP874496 A JP 874496A JP H09196636 A JPH09196636 A JP H09196636A
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直樹 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリット光・カメラキャブリレーションと、
測定対象物品の形状データの獲得とをロボットの座標系
に対して一括して自動的に行い得るようにする。 【解決手段】 測定対象物品Wにスリット光Iを照射す
るスリット光源2と前記スリット光Iの画像を撮影する
カメラ3とからなる位置検出器1を用いて該位置検出器
1のキャブリレーションと物品形状の獲得と行うに当た
って、前記測定対象物品Wの座標系を前記カメラ3によ
る画像上の座標系に変換する透視変換式におけるカメラ
パラメータと、前記測定対象物品Wに照射されたスリッ
ト光Iの平面式におけるスリット光パラメータと、前記
測定対象物品Wの形状を表現する形状表現式におけるモ
デルパラメータとを前記位置検出器1を所定回数移動さ
せることにより決定するようにして、スリット光・カメ
ラキャブリレーションと、測定対象物品Wの形状データ
の獲得とをロボットの座標系に対して一括して自動的に
行い得るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、物品形状獲得方
法に関し、さらに詳しくは位置検出器のキャブリレーシ
ョンと物品形状の獲得とを行う物品形状獲得方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ロボット作業修正のために、測
定対象物品にスリット光を照射するスリット光源(例え
ば、レーザ光源)と前記スリット光の画像を撮影するカ
メラとからなる位置検出器を用いて測定対象物品の形
状、位置、姿勢を認識する方法は、従来からよく知られ
ている(例えば、実開平5ー8663号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うにスリット光源とカメラとを用いて測定対象物品の形
状、位置、姿勢を認識する場合、予めスリット光および
カメラの内部パラメータ(例えば、焦点距離、設置位
置、姿勢等)を調べておくキャブリレーション作業が必
要となる。
【0004】例えば、カメラの場合、三次元位置が既知
で且つ同一平面上にない6点以上の点をカメラで撮像
し、カメラの画素値と三次元位置とを対応させてカメラ
パラメータマトリックスを求めるのが一般的であり、ス
リット光の場合、スリット光平面上における三次元位置
が既知の3点以上の点を求めてスリット光パラメータを
得るのが一般的である。
【0005】ところが、上記のようにしてカメラパラメ
ータおよびスリット光パラメータを得る場合、作業工数
がかかるとともに、キャブリレーション作業者の熟練度
がキャブリレーション精度、さらには測定対象物品の認
識精度に大きく影響する結果、最終的にロボットの作業
を不確実なものにするおそれがあり、それにより組み立
てられた製品の品質を低下させてしまうという問題が発
生する。
【0006】また、測定対象物品の形状データを用いて
認識を行う場合にも、形状データの獲得作業に前記した
と同様な問題が発生する。
【0007】さらに、キャブリレーションの座標系とロ
ボットの作業座標系との関係を求める際にも同様な問題
が発生する。
【0008】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、スリット光・カメラキャブリレーションと、測定
対象物品の形状データの獲得とをロボットの座標系に対
して一括して自動的に行い得るようにすることを目的と
するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願発明の基本構成で
は、上記課題を解決するための手段として、測定対象物
品にスリット光を照射するスリット光源と前記スリット
光の画像を撮影するカメラとからなる位置検出器を用い
て該位置検出器のキャブリレーションと物品形状の獲得
と行うに当たって、測定対象物品の座標系を前記カメラ
による画像上の座標系に変換する透視変換式におけるカ
メラパラメータと、前記前記測定対象物品に照射された
スリット光の平面式におけるスリット光パラメータと、
前記測定対象物品の形状を表現する形状表現式における
モデルパラメータとを前記位置検出器を所定回数移動さ
せることにより決定するようにして、スリット光・カメ
ラキャブリレーションと、測定対象物品の形状データの
獲得とをロボットの座標系に対して一括して自動的に行
い得るようにしている。
【0010】本願発明の基本構成において、前記形状表
現式を、媒介変数とモデルパラメータとからなる2次以
上の式とした場合、未知のパラメータ数を最少とし得る
点で好ましい。
【0011】また、前記モデルパラメータの獲得により
決定される形状表現式に関するデータをモデルフィッテ
ィングの際のマスター形状データとした場合、モデルフ
ィッティング工数を低減できる点で好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
願発明の好適な実施の形態について詳述する。
【0013】本願発明にかかる物品形状獲得方法は、図
1に示す装置を用いて実施される。
【0014】図1に示す装置は、測定対象物品Wにスリ
ット光Iを照射するスリット光源2と前記スリット光2
の画像を撮影するカメラ3とからなる位置検出器1をロ
ボット4のアーム5先端に取り付けて構成されている。
【0015】前記スリット光源2としては、例えばレー
ザスリット光を発生させる装置が採用され、前記カメラ
3においては、測定対象物品Wにおける外形やプレスラ
イン等の曲線形状部位に照射されたスリット光Iの途切
れ、屈曲などの特徴を撮像し、該撮像画像よりパターン
マッチング等の画像処理を施すことにより表示手段(例
えば、ディスプレイ)6上に抽出することとなってい
る。
【0016】また、前記位置検出器1は、ロボットアー
ム5の移動に伴って所定の動作範囲において直線移動せ
しめられることとなっている。
【0017】ところで、上記した位置検出器1の場合、
カメラ3およびスリット光2の内部パラメータ(例え
ば、焦点距離、設置位置、姿勢等)を予め調べておくキ
ャブリレーションが必要であるが、本願発明において
は、スリット光・カメラキャブリレーションと、測定対
象物品Wの形状モデル獲得とをロボットの座標系に対し
て一括して自動的に行うこととしている。
【0018】a)カメラパラメータ カメラ3をピンホールカメラモデルと考えた場合、キャ
ブリレーションにおける透視変換式は次式で表される。
【0019】
【数1】
【0020】ここで、u,v:画素値 x,y,z:三次元位置 上記式(1)におけるt11〜t33が求めるべきカメラパ
ラメータである。
【0021】b)スリット光パラメータ スリット光IはZ軸に平行な平面と考えられるので、キ
ャブリレーションにおける平面式は次式で表される。
【0022】
【数2】
【0023】上記平面式は不定形であるので、l13=1
と定め、Z軸に平行な面は除き、上記式(2)における
11,l12,l14が求めるべきスリット光パラメータで
ある。
【0024】c)測定対象物品Wの形状モデル 明確な特徴を持っていない対象物でも認識可能なように
測定対象物品Wの外形にスリット光Iを照射して認識を
行う場合を考える。この場合、形状は曲線式(直線式を
含む)で表すことができる。これを次式の2次のスプラ
イン曲線式で表す。
【0025】
【数3】
【0026】ここで、t:媒介変数 上記式(3)におけるm11〜m23が獲得すべきモデルパ
ラメータである。
【0027】ついで、上記式(1),(2)および
(3)におけるパラメータを算出する方法について説明
する。
【0028】(I)ロボット4により視覚系(換言すれ
ば、位置検出器1)を移動する場合図2に示すように、
位置検出器1を座標系ΣvからΣv′に移動し、測定対
象物品Wを見たとする。
【0029】この時、座標系ΣvとΣv′との間におけ
る座標変換式は次のように表される。
【0030】
【数4】
【0031】ここで、
【0032】
【数5】
【0033】が得られる。これをx,y,zについて解
き、式(3)に代入することにより、t11〜t33、l11
〜l14(ただし、l13=1)、m11〜m23を未知数(2
1個)とする条件式がロボット4による位置検出器1の
1回の移動で2式できる。
【0034】以後、所定の移動動作を少なくとも11回
繰り返し、前記と同様の作業で条件式を作り(換言すれ
ば、u,v,T11〜T34を変化させ)、22個の条件式
からなる非線形連立方程式を解けば、パラメータt11
33、l11〜l14、m11〜m23が得られる。
【0035】つまり、キャブリレーションと同時に測定
対象物品Wのスプライン曲線式が獲得できるのである。
該スプライン曲線式を解析することにより、測定対象物
品Wの形状データが得られる。
【0036】(II)視覚系(換言すれば、位置検出器
1)を固定し、測定対象物品Wを治具ロボットにより移
動する場合 図3に示すように、測定対象物品Wを座標系ΣwからΣ
w′に移動し、カメラ3から見たとする。
【0037】この時、座標系ΣwとΣw′との間におけ
る座標変換式は次のように表される。
【0038】
【数6】
【0039】ここで、
【0040】
【数7】
【0041】これをx,y,zについて解き、式(3)
に代入することにより、t11〜t33、l11〜l14(ただ
し、l13=1)、m11〜m23を未知数(21個)とする
条件式がロボット4による位置検出器1の1回の移動で
2式できる。
【0042】以後、所定の移動動作を少なくとも11回
繰り返し、前記と同様の作業で条件式を作り(換言すれ
ば、u,v,T11〜T34を変化させ)、22個の条件式
からなる非線形連立方程式を解けば、パラメータt11
33、l11〜l14、m11〜m23が得られる。
【0043】つまり、キャブリレーションと同時に測定
対象物品Wのスプライン曲線式が獲得できるのである。
該スプライン曲線式を解析することにより、測定対象物
品Wの形状データが得られる。
【0044】次に、上記のようにして得られた形状デー
タを用いて、測定対象物品(以下、ワークという)Wの
位置姿勢を認識するためのモデルフィッティングを行う
手順について説明する。
【0045】図4に示すように、位置姿勢を認識すべき
ワークWをカメラ3により撮像し、該撮像データを画像
処理装置7に取り込み、前述した手法により得られた記
憶モデル(即ち、基準位置姿勢におけるワークWの外部
形状データ)9を画像メモリ8に呼び込む。そして、前
記記憶モデル9と現ワークWの外部画像10とを比較
し、両者が一致するようにフィッティング演算が実施さ
れる。
【0046】上記フィッティング演算は、図5に示すよ
うに、記憶モデル9を矢印で示すように平行・回転移動
させて画像10に一致させることにより行われ、一致す
るまでの平行・回転移動量が現ワークWの位置姿勢を表
す。
【0047】
【発明の効果】本願発明によれば、測定対象物品の座標
系をカメラによる画像上の座標系に変換する透視変換式
におけるカメラパラメータと、前記測定対象物品に照射
されたスリット光の平面式におけるスリット光パラメー
タと、前記測定対象物品の形状を表現する形状表現式に
おけるモデルパラメータとを前記位置検出器を所定回数
移動させることにより決定するようにしたので、位置検
出器のキャブリレーションと測定対象物品の形状データ
とを一括して自動的に獲得できるという優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施の形態にかかる物品形状獲得方
法に用いられる装置を示す斜視図である。
【図2】本願発明の実施の形状にかかる物品形状獲得方
法の一つの手順(即ち、位置検出器を移動させる場合の
手順)を示す斜視図である。
【図3】本願発明の実施の形状にかかる物品形状獲得方
法の他の手順(即ち、装置対象物品を移動させる場合の
手順)を示す斜視図である。
【図4】モデルフィッティングによるワーク位置姿勢認
識方法に用いられる装置の概略図である。
【図5】モデルフィッティングにおけるフィッティング
演算を説明する説明図である。
【符号の説明】
1は位置検出器、2はスリット光源、3はカメラ、4は
ロボット、5はロボットアーム、Iはスリット光、Wは
測定対象物品。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象物品にスリット光を照射するス
    リット光源と前記スリット光の画像を撮影するカメラと
    からなる位置検出器を用いて該位置検出器のキャブリレ
    ーションと前記測定対象物品の形状獲得とを行うに当た
    って、前記測定対象物品の座標系を前記カメラによる画
    像上の座標系に変換する透視変換式におけるカメラパラ
    メータと、前記測定対象物品に照射されたスリット光の
    平面式におけるスリット光パラメータと、前記測定対象
    物品の形状を表現する形状表現式におけるモデルパラメ
    ータとを前記位置検出器を所定回数移動させることによ
    り決定することを特徴とする物品形状獲得方法。
  2. 【請求項2】 前記形状表現式は、媒介変数とモデルパ
    ラメータとからなる2次以上の式とされていることを特
    徴とする前記請求項1記載の物品形状獲得方法。
  3. 【請求項3】 前記モデルパラメータの獲得により決定
    される形状表現式に関するデータはモデルフィッティン
    グの際のマスター形状データとされることを特徴とする
    前記請求項1および請求項2のいずれか一項記載の物品
    形状獲得方法。
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