JPH02264804A - 位置決めマーク - Google Patents

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〕 本発明は組立てドツキング作業などを行う際に用いる位
置決めマークに関する。

〔従来の技術〕

従来より、組立てドツキング作業等において、対象とな
るターゲットにマークを取り付け、マーク像をカメラに
入力して画像処理することにより位置決めする方法が用
いられてきた。位置決めのためのマーク、とじてはい（
つか発明されているが、代表的な２種類のマークについ
て説明する。

第１のマークは、ターゲットに設置した４角形の頂点の
マークであり、頂点の像または頂点を結ぶ辺の像をカメ
ラで読み取り、４頂点及び対角線の交点の座標を用いて
射影幾何学の複比の定理に・よりターゲットの３次元空
間内での位置と姿勢を推定することができるものである
。このマークは二宮、中谷らにより“タンプリング衛星
の自律回収に必要な視覚情報処理”という題目で第３２
回宇宙科学技術連合講演会（１９８８）講演集Ｐ２５２
〜Ｐ２５３で述べられている。

第２のマークは、ＧＦＴ　（グラブルフィクスチャター
ゲット）と呼ばれる平面マークであり、第６図に示すよ
うに、同心円の縞に長方形を重ね合わせたもので、同心
円のリングの一部に切れ目が設けである。予め記憶させ
たＧＦＴの中心部分のパターンと比較し、マークの傾き
、拡大率を求めて、アフィン変換やパターンマツチング
によりマークに含まれる特徴点の座標を求めることによ
り、物体の位置と姿勢を推定することができる。このマ
ークについては、山脇、堀口らにより°“マニュピユレ
ータ系の画像による位置検出システムの検討”という題
目で宇宙用人工知能／ロボット／オートメーションシン
ポジウム講演集のＰ１９３〜Ｐ１９６に述べられている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の位置決めマークには以下の欠点がある。

（イ）第１のマークにあっては、位置決め精度が４角形
の頂点座標を読み取る精度に大きく影響され、カメラの
分解能や画像入力に伴うノイズによる誤差を受けやすい
。また人間が遠隔操作で画像を見ながら位置決めするこ
とはかなり困難である。

（ロ）第２のマークにあっては、平面状のマークである
ために、平面に平行な軸周りの位置ずれがマークの特徴
変化として現れにくく、位置決め精度を向上させるのに
障害となる。またエツジなどのマークの特徴量を抽出す
る必要があるため、認識誤差が影響しやすい。

（ハ）第１のマーク又は第２のマークのいずれにあって
も、位置決めする必要のある自由度の減少の有無に拘わ
らず自由度の高い場合と同様の処理手続きをする必要が
あった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、画像機器のノイズ
等による誤差を受けずにかつあらゆる自由度に容易に対
応できる位置決めマークを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、物体の組立てやドツキング作業時に、作業対
象であるターゲットの接合面に設けられターゲットの位
置決めを行う位置決めマークであって、 十字ラインを有する中心円と、この中心円に向かって円
錐台状にくり抜かれて形成されかつ段部で区切られた複
数のテーパ壁と、このテーパ壁の前記段部で形成され前
記十字ラインの延長位置に切れ目を有する中心円同心の
中間リングと、この中間リングと同心をなす最外リング
とを備え、これら十字ライン、中心円、テーパ壁、切れ
目。

中間・リング及び最外リングが、識別可能に配色されて
いることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の位置決めマークが目標位置より平行にずれてい
るときは、位置決めマークの十字ラインの中心点と最外
リングの中心点とが重なった状態で目標位置からずれる
。従ってこの場合には、十字ラインの中心点を目標位置
に一致させるように位置決めマークを平行移動させるこ
とにより位置決めを行うことができる。

位置決めマークが回転してずれているときは、十字ライ
ンの中心点と最外リングの中心点が重ならずに回転に対
応した距離だけずれる。従ってこの場合には、十字ライ
ンの中心点と最外リングの中心点が重なるように位置決
めマークを回転させることにより位置決めを行うことが
できる。

また、位置決めマークがその中心軸の周りで回転してず
れているときには、中間リングの切れ目が所定位置から
回転に対応してずれる。従ってこの場合には、切れ目が
所定の位置にくるように位置決めマークをその中心軸の
周りで回転させることによって位置決めを行うことがで
きる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る位置決めマ
ークの縦断面図及び正面図である。

位置決めマーク１は、中心円２と、この中心円２から段
差を設け、円錐台状にくり抜いて形成された中間リング
３と、正面に設けられた最外リング４とを備えている。

中心円２は、第２図に示すように、白色に塗られており
、その表面には中心で交叉する十字ライン５が設けられ
ている。この十字ライン５は、黒色に塗られその形状と
中心位置が明瞭にされている。

中間リング３は、中心円２と同心をなし、その表面は中
心円２と同じく白色に塗られている。また中間リング３
には、十字ライン５の延長上に位置する黒色の切れ目６
が設けられている。

最外リング４は、中心円２及び中間リング３と同心をな
し、その表面は白色に塗られている。

また、円錐台状に（り抜くことによって形成されたテー
パ壁７，８は、中心円２と中間リング３と最外リング４
との輪郭を明瞭にするため黒色に塗られている。

次に、本例の位置決めマーク１を用いてターゲットの位
置決めを行う方法について説明する。

第３図は位置決めマーク１による位置決め操作を実現す
るシステムの概略図で、ターゲット９の接合面１０とチ
ェイサ１１の接合面１２とをドツキングする場合を示す
。

ターゲット９には、接合面１０に正面を向けた位置決め
マーク１が取り付けられている。ここで座標系は、便宜
上、位置決めマーク１の正面方向即ち接合面１０に垂直
な方向をＺ軸、中心円２と中間リング３と最外リング４
に平行な方向即ち接合面１０に平行な方向をＸ軸及びＹ
軸としである（第１図〜第３図）。従って位置決めは、
Ｘ軸、Ｙ軸。

Ｚ軸方向に沿った３自由度平行移動とＸ軸、Ｙ軸。

Ｚ軸の周りの３自由度回転移動との計６自由度に対して
独立に行う。

チェイサ１１には、接合面１２から覗（画像センサ用の
カメラ１３が組み込まれている。

ターゲット９とチェイサ１１の外部には、カメラ１３に
より取り込まれた位置決めマーク１の画像を表示するた
めの画像表示手段１４と、この画像表示手段１４に表示
された位置決めマーク１の画像に基づきターゲット９を
前記６自由度の移動によってチェイサ１１に接合させる
ための接合操作手段１５とが設けられている。

位置決め操作の第１として、ターゲット９をＸ軸、Ｙ軸
に沿って平行移動する。この平行移動操作は、画像表示
手段１４を見ながら、位置決めマークｌの中心円２に設
けられている十字ライン５の中心が目標とする位置に一
致するように、接合操作手段１５を用いてターゲット９
又はチェイサ１１を操作することにより行う。

第２の操作として、位置決めマークｌの最外リング４の
中心と中心円２の中心とを一致させ、Ｘ軸とＹ軸の周り
の位置決めをする。即ち、ターゲット９がＸ軸の周りの
回転方向にずれているときには、第４図に示すように、
最外リング４の中心１６と中心円２の十字ライン５の中
心１７とがδだけＹ軸方向にずれた画像が画像表示手段
１４に表示される。従ってこの場合には、接合操作手段
１５によりターゲット９をＸ軸の周りにδ＝Ｏになるよ
うに回転させて位置決めする。また、ターゲット９がＹ
軸の周りの回転方向にずれているときには、第５図に示
すように、最外リング４の中心１６と十字ライン５の中
心１７とがδ′だけＸ軸方向にずれた画像が画像表示手
段１４に表示される。この場合も接合操作手段１５によ
りターゲット９をＹ軸の周りにδ′＝０となるように回
転させて位置決めする。このようにしてＸ軸とＹ軸との
周りの回転補正を行う。

第３の操作として、Ｚ軸の周りの回転方向の位置決めを
する。この操作は、画像表示手段１４を見ながら、接合
操作手段１５によって、中間リング３の切れ目６が予め
指定した方向と一致するようにターゲット９を回転させ
ることにより行う。

第４の操作として、ターゲット９をＺ軸方向に平行移動
し、ターゲット９の接合面１０とチェイサ１１の接合面
１２とを一致接合させる。接合面１０と接合面１２とが
一致したか否かは画像表示手段１４又は接合操作手段１
５に予め記憶させた最外リング４の外形寸法と画像表示
手段１４に表示された最外リング４の外形寸法とが一致
したか否かで判断する。

また、Ｚ軸に沿って平行方向に両物体９，１１を近づけ
ていく際に、精度の必要に応じて前記第１〜第３の操作
を繰り返すことによ・す、位置決め誤差を減少させるこ
とができる。

以上、例として６自由度位置決めの場合について説明し
たが、各軸周りの位置決めが独立して実行可能であるた
め、操作手順は必ずしも上述の通りでなくとも良い。ま
たより自由度の少ない位置決めを行う場合には、上述し
た操作のうち必要な自由度に対する操作のみを行えば十
分であり、位置決めすべき自由度が少なくなるほど操作
手順が簡単で容易になる。さらに、画像処理装置を用い
ることにより、目視によらない自動的な位置決め処理が
可能となる。

尚、本実施例にあっては、中心円２．中間リング３及び
最外リング４を白色に塗り、十字ライン５、切れ目６及
びテーパ壁７．８を黒色に塗り分けているが、これに限
る趣旨ではない。中心円２゜中間リング３．最外リング
４．十字ライン５及び切れ目６が明瞭に識別できる色な
らばその配色は問わないことは明らかである。また、本
例では、中間リング３を１つだけ設けた構造となってい
るが１つ以上ならばその数を問わないことは明らかであ
る。

〔発明の効果〕

本発明の位置決めマークは、以上説明したように構成さ
れているため、以下の効果がある。

（イ）画像センサ用カメラと位置決めマークからなる簡
単な構成により、３次元空間に置かれた６自由度方向に
対して位置ずれを生じている任意の２つの物体の組立て
ドツキング作業を行うことが可能である。また、この作
業は人間が画像を見ながら遠隔操作により行うことはも
ちろん、画像処理により自動的に行うことも可能である
。

（ロ）位置決め操作において、各軸と各軸周りの位置決
めが独立して行えるため、６自由度以下の自由度におけ
る位置決めに対しては、必要な自由度に対する操作のみ
を行えば十分である。従って位置決めすべき自由度が少
なくなるほど操作手順が簡単で容易になる。

（ハ）３次元の立体的なマークであるため、軸周りのず
れがマークの変化として現れやすく平面的なマークに比
べて精度が高い。

（ニ）マークから認識すべき特徴量のほとんどが円また
はリングの中心座標であるため、画像のノイズや認識誤
差などの影響を受けにくい。

（ホ）マークの奥行きを変更することにより、同心円の
中心のずれ量を変化させることができ、この結果全く同
一の処理手続きによって回転の位置決め精度を調整する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る位置決めマークの縦断
面図、 第２図は第１図の位置決めマークの正面図、第３図は第
１図の位置決めマークによる位置決め操作を実現するシ
ステム概略図、 第４図及び第５図は第１図の位置決めマークの回転によ
るずれを示す説明図、 第６図は従来の位置決めマークを示す平面図である。 位置決めマーク 中心円 中間リング 最外リング 十字ライン 切れ目 テーパ壁 ９・・・・・ターゲット １０、１２・・・接合面 １１・・・・・チェイサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体の組立てやドッキング作業時に、作業対象で
   あるターゲットの接合面に設けられターゲットの位置決
   めを行う位置決めマークであって、十字ラインを有する
   中心円と、この中心円に向かって円錐台状にくり抜かれ
   て形成されかつ段部で区切られた複数のテーパ壁と、こ
   のテーパ壁の前記段部で形成され前記十字ラインの延長
   位置に切れ目を有する中心円同心の中間リングと、この
   中間リングと同心をなす最外リングとを備え、これら十
   字ライン、中心円、テーパ壁、切れ目、中間リング及び
   最外リングが、識別可能に配色されていることを特徴と
   する位置決めマーク。