JPS62201311A

JPS62201311A - 物体の位置検出装置

Info

Publication number: JPS62201311A
Application number: JP4337886A
Authority: JP
Inventors: Morihiko Oota; 守彦太田; Osamu Tajima; 修田島; Seiji Sato; 佐藤　清二
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-05

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】（産業上の利用分野）本発明は、例えば産業用ロボットなどの走行を制御する
ための物体の位置検出ｉ置に関する。

（従来の技術）従来より、例えば産業用ロボットを工場内で障害物の少
ない方向に安全に移動させるための視覚センサーとして
、被測定物である物体の位置を測定する一手段として測
量精度の高いシャインプルーグ条件を用いた三角側ω法
が用いられている。

このシャインプルーグ条件を用いた三角側着用の光学系
は、第６図の原理図に示す如く、光源１より出射した光
はコリメータレンズ２によりペンシルビームｐとされて
被測定物３上に輝点として照射された後、結像レンズ４
を介してあおり（角度変位）Ｆ１１能を有する結像面と
なるイメージセンサ５上に到達することにより、輝点の
像の位置をこのイメージセンサ５で測定し、三角側ωの
原理により被測定物３までの距離を測定するものである
。このイメージセンサ５の結像面と結像レンズ４のレン
ズ面とペンシルビームｐとが一点で交わることの必要性
を被測定物３の距離の測定条件としているのが、シ１？
インプルーグの条件といわれている。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記光学系は常に前方の距離しか測定できな
いため、この測温原理を用いた産業用ロボットの視覚セ
ン→ノ゛−は、測迅光学系を回転テーブルに載置して、
これを例えば回転角１００°の角度範囲にｎつで絶えず
時計方向および反時８１方向に反復回動させる必要があ
るため、大川りな回転大テーブルやこれを駆動する大容
量のモータが必要となり、しかも高価なイメージセンサ
を使用する必要が有るなど装置が大型となり、いきおい
高価となるなどの問題点があった。

（問題点を解決するだめの手段）本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり
、一つのＷ面内に反射性を有する被測定物が存在する場
合において、光源から出射された光を順次走査する走査
手段と、この走査手段によって走査された光を反射手段
を介して反射光として被測定物に投射させて反射され゛
た第１の反射光と、前記走査手段にて走査された光を前
記被測定物に直接投射してこれにより反射された第２の
反射光とを受光する受光手段と、この受光手段により受
光された前記第１・第２の反射光に対応する信号によっ
て前記被測定物の位置を検出する検出手段とよりなるこ
とを特徴とする物体の位置検出装置を提供するものであ
る。

（作　用）第１図に示す如く、反射性を有する物体１６の位置を検
出する際、発光素子１０から出射された光りを回転駆動
する回転鏡１３により走査して、この走査光を反射鏡１
４を介して物体１６に照射される反射光し１と、直接物
体１６に照ｇＡされる反射光し２０２つの反射光とを光
電変換素子のような受光素子１７に入射させて、走査手
段の位相によって物体１６の位置検出を行うため、装置
を小型化し得ると共に、これを廉価に構成し得る。

（実　施　例）第１図は本発明になる物体の位置検出装置の好適な一実
施例を示す原理図であり、例えば半導体レーザなどの発
光素子（光源）１０から出射した光りはコリメータレン
ズ１１により平行光とされた後、所定の位置に設けられ
たモータ１２にて所定方向〈実施例では反時計方向）に
、例えば１００〜２００ｐｐｍで回転駆動している回転
鏡１３の鏡面１３ａに投射され、この回転鏡１３が光を
受光している門光りを走査している。

そして、この回転鏡１３によって走査された光しは所定
の位置に配置されている反射鏡１４に投射され、同様に
反射鏡１４が受光している間この反射鏡１４によって反
射されている。なお、１５（ま反０＝ｌ鏡１４によって
作られた回転１１１３の虚像で必り、また、１６は測定
可能な範囲り内に配置された反射性を右する物体（被測
定物）である。

叩ら、例えば測定可能な範囲り内に反射性を有する物体
１６が存イ１する場合において、発光素子１０から出射
された光りは、回転鏡１３の回転角に応じて順次受光走
査されて第１の反射光し１として反ｑ４鏡１４に投射さ
れ、この投射された反射光し１を反射性をイ＋する物体
１６に投射さゼて、そこからの反射光を受光素子１７に
入射させる。

一方、この回転鏡１３が受光（走査）した光しは、その
回転角に応じて順次走査された第２の反射光Ｌ２として
直接物体１６に投射された後、この物体１６に反射され
て、上記第１の反射光Ｌ１と同様に受光素子１７に入射
されることにより、回転鏡１３、反射鏡１４、および物
体１６を連結する反射光の光路によって平面三角形が形
成される。

ここで、受光素子（光電変換素子）１７に入射した上記
第１および第２の反射光Ｌｌ、Ｌ２によって被測定物１
６の位置座標の求め方を、第２図に示す平面三角形を併
用して説明する。

即ち、この第２図において平面三角形の各辺をａ、ｂ、
ｃとして、その対角をＡ、［３，０とし場合、正弦の法
則によって、となる。

なお、Δｏ、Ｂｏ、Ｃｏは各色の原点である。

（１）式より基線ａの長さと角度Ｂ、Ｃを知ることにに
す、この基線ａをＸ軸にとって、頂点Ｂｏを原点とずれ
ば、（２式により頂点Ａｏの座標（ｘ、ｙ）を求めるこ
とが可能となる。

従って、１：一夕１２の後ｊホする回転パルス発生回路
から出力された基準位置を、回転鏡１３の輝点とこの輝
点の虚像位置１５を結ぶ線を基準線（基線）１Ｂとする
と、この基準線１８から物体１６に直接入用する反射光
Ｌ２の角度角Ｂ′　と、基準線１８から反射鏡１４に入
射する反射光１−１の角Ｃ′　（つまり虚＠１５から物
体１６に入射する反射光Ｌ１の角Ｃ″）が得られる。そ
して、回転鏡１３の輝点１３ａと虚像位置１５と物体１
６とを結ぶ線にＪ：って平面三角形が構成されるため、
これを第２図の平面三角形に対応させると、基準線１８
は辺ａに、角０″は角Ｃに、そして角Ｂ′は角Ｂにそれ
ぞれ相当することになる。従って、回転鏡１３の輝点は
第２図の原点Ｂｏに、被測定物１６は頂点Ａｏｋ−１そ
して回転ｇ、ｎ１３の１１ｍ１５は頂点Ｇｏに相当する
と考えられ、これにより上記２式によって物体１６の位
置座標を数学的に解析して読み取ることが可能となる。

ここで、物体１６の位置座標の求め方を第３図乃至第５
図を用いて説明する。

第３図は受光素子１７に入射された上記第１および第２
の反射光Ｌ１．Ｌ２によって物体１６の位置を求めるた
めの回路のブロック図である。

この第３図において、第１図に示すモータ１２の回転に
応じて回転パルス発生回路１９からは第４図（Ａ）に示
すようにモータ１２が１回転する毎に出力されるパルス
信号ａが制御信号としてゲート回路２０に供給される。

即ち、このパルス信号ａは第５図に具体的に示すゲート
回路２０の端子２１を介してアナログスイッチ２２の一
方の端子に供給され、アナログスイッチ２２の他方の端
子には電源回路（第５図中に図示せず）より端子２３を
介して電源電圧が供給される。

アナログスイッチ２２は一方の入力端子より第４図（Δ
）に示ずようなパルス化％ａが供給された場合に、他方
の端子に供給された電源電圧を後述する後段回路に供給
するように制御され、この電源電圧はダイオード２４を
介して他端が接地されているコンデン’）−２５の一端
に供給されるので、第４図（０）に示す如くのゲート信
号ｄがゲート端子２６より出力される。

また、上記受光索子１７に入射した２つの光Ｌ＋、Ｌ２
は、それぞれ光電変換された後、増幅回路２８に供給さ
れて増幅された後、第４図＜８）に示す如くの信号すの
それぞれの反射光し１゜［２に対応した位相差のある信
号ｂ−１，ｂ−２となって波形整形回路２つにそれぞれ
供給される。

そして波形整形回路２９からは第４図（Ｃ）に示づ如く
の整形パルス信号Ｃが、上記第５図に示したゲート回路
２０のアナログスイッチ２７に供給される。即ち、整形
パルス化＠Ｃのうち反射光Ｌ１に対応する信′；ｊ　ｃ
　−１がアナログスイッチ２７に入来すると、アナログ
スイッチ２７が導通状態となるので、このゲート回路２
０のコンデンサー２５に充電された電荷が放電され、第
４図（Ｄ）に示すゲート信号ｄがＬレベルとなる。

一方、波形整形回路２９より出力される信号ｃ−１は同
時にトリがパルスとしてマルチバイブレーク回路３０に
も同時に供給され、このマルチバイブレータ回路３０か
ら第４図（Ｅ）に示す如くの方形波の信号ｅが出力され
、この信号ｅは整形パルス信号Ｃの反射光１−２に対応
する信号ｃ−２が入来するまで出力され続けて、この信
号ｃ−２が入来した時にＬレベルとなる。

つまり、回転パルス信号ａの立上りエツジよりグー１〜
信号ｄの立下りエツジまでの長さは、回転パルス発生回
路１９からパルス信号ａが出力されてから上記受光素子
１７に入射される反射光「１を発するまでのはいだ回転
鏡１３が回転するのに要した所要時間であり、回転パル
ス信号ａの立上りエツジよりマルチバイブレーク回路３
０から出力される方形波の信号ｅの立下りエツジまでの
長さが回転パルス発生回路１つからパルス信号ａが出力
されてから上記受光索子１７に入射される光Ｌ２をｎ　
するまでの間に回転鏡１３が回転するのに要した所要時
間である。

この２つの時間は演算回路３１において、カウンタ等を
用いて３１測することにより容易に求められ、また、第
４図（Ａ）に示した回転パルス信号の１周期分の閘門は
回転鏡１３が１回転（３６０度〉する角度に相当するの
で、上記回転パルスのパルス信号ａ１ゲート信号ｄ及び
方形波の信号ｅからそれぞれ回転鏡１３の回転角として
割出すことにより、上記０式より物体１６の座標位置を
求めることが出来る。

なＪ３、この方式はタッチパネルおよびロボットのＩＭ
境センサーどして応用できる。また、本発明においては
回転鏡１３を多面鏡としてＰＧ分割を多面鏡どすること
でサンプリング速度が高まるので、動きの速い物体の位
置検出が容易となる。そして、回転鏡の回転角は光の反
射角の半分であるから、回転角から反射角を導き出すの
は容易である。

（発明の効果）以上の如く、本発明になる物体の位置検出装置において
は、回転駆動される回転鏡のような光走査手段によって
物体の位置検出を行ない得るので、従来の如く光学系を
載置した大型のターンテーブルを回転させるような必要
がなく、装置を小型化し得ると共に、これを廉価に構成
し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる物体の位置検出装置の好適な一実
施例を示す原理図、第２図は正弦の法則を説明するため
の平面三角形を示す図、第３図は回路のブロックダイア
グラム、第４図（Ａ）〜（Ｅ）は回転鏡が２回転する閘
門に相当するタイムチャート、第５図はゲート回路のブ
ロックダイアグラム、第６図はシャインプルーグ条件を
用いた三角測量光学系の原理図である。１０・・・発光素子、１２・・・モータ、１３・・・回
転鏡、１４・・・反ｒＪＪＦＡ、１６・・・物体、１９
・・・回転パルス発生回路。Ｉ　　Ｅｌんｆ　２　巳一一中七才　ｌ　臼

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一つの平面内に反射性を有する被測定物が存在す
る場合において、光源から出射された光を順次走査する
走査手段と、この走査手段によって走査された光を反射手段を介して
反射光として被測定物に投射させて反射された第１の反
射光と、前記走査手段にて走査された光を前記被測定物
に直接投射してこれにより反射された第２の反射光とを
受光する受光手段と、この受光手段により受光された前
記第１・第２の反射光に対応する信号によつて前記被測
定物の位置を検出する検出手段とよりなることを特徴と
する物体の位置検出装置。
（２）走査手段を回転鏡とした特許請求の範囲第１項記
載の物体の位置検出装置。