(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを撮像する撮像部と、
撮像された前記ワークの画像に対し、二値化処理を施して二値化画像を生成する二値化部と、
前記二値化画像に対し、該二値化画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色である対象色の領域を膨張させる膨張処理、および、該対象色の領域を収縮させる収縮処理を施して加工画像を生成する画像処理部と、
前記二値化画像と前記加工画像との差分である差分画像を生成する差分生成部と、
前記差分画像に基づいて、前記ワークの表裏を判定する表裏判定部と、
を備えることを特徴とする表裏判定装置。
【請求項２】
前記差分画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色の領域の面積である領域面積を導出する面積導出部をさらに備え、
前記表裏判定部は、前記差分画像の前記領域面積に基づいて、前記ワークの表裏を判定することを特徴とする請求項１に記載の表裏判定装置。
【請求項３】
予め設定されたモデル画像と、前記差分画像とのパターンマッチングを行うマッチング部をさらに備え、
前記表裏判定部は、前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ワークの表裏を判定することを特徴とする請求項１に記載の表裏判定装置。
【請求項４】
前記ワークに対し、前記撮像部と異なる方向から投光する投光部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の表裏判定装置。
【請求項５】
ワークを撮像し、
撮像した前記ワークの画像に対し、二値化処理を施して二値化画像を生成し、
前記二値化画像に対し、該二値化画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色である対象色の領域を膨張させる膨張処理、および、該対象色の領域を収縮させる収縮処理を施して加工画像を生成し、
前記二値化画像と前記加工画像との差分である差分画像を生成し、
前記差分画像に基づいて、前記ワークの表裏を判定することを特徴とする表裏判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表裏を判定する表裏判定装置および表裏判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ロボットアームがナットを把持し、ナットをボルトに螺合させて締結処理を遂行するとき、把持前のナットの表裏の向きを揃える必要がある。そこで、表裏の向きがランダムな多数のナットそれぞれに表裏判定を行い、表側または裏側のいずれか一方が上向きのものを排除したりするといった処理が行われる。
【０００３】
このようなナットの表裏判定を行うため、ピンを用いた表裏判定装置が公開されている（例えば、特許文献１）。この装置では、例えば、表裏のいずれかが上向きの状態で載置されたナットに対し、ピンを上方から下方に移動させてナットの一部に当接させる。この当接部分は、ナットの表裏で形状が異なることから、ナットの表裏によってナットに当接したときのピンの高さに差が生じる。そのため、ナットに当接したときのピンの高さによってナットの表裏を判定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５４９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１の技術を用いて、ナットなどのワークの表裏を判定する場合、ワークの表面および裏面のうちの一方がテーパ形状、他方が段差形状となっているなど、表裏の形状の差が小さく、ピンを当接させる箇所の高さに十分な差異が表れないことがある。また、ワークの大きさが小さすぎると、表裏で形状に差のある部位にピンを当接させることが困難となる。
【０００６】
本発明の目的は、ワークの表裏の形状の差や、ワーク自体の大きさが小さい場合であっても、ワークの表裏を容易に判定することが可能となる表裏判定装置および表裏判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の表裏判定装置は、ワークを撮像する撮像部と、撮像されたワークの画像に対し、二値化処理を施して二値化画像を生成する二値化部と、二値化画像に対し、二値化画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色である対象色の領域を膨張させる膨張処理、および、対象色の領域を収縮させる収縮処理を施して加工画像を生成する画像処理部と、二値化画像と加工画像との差分である差分画像を生成する差分生成部と、差分画像に基づいて、ワークの表裏を判定する表裏判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
差分画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色の領域の面積である領域面積を導出する面積導出部をさらに備え、表裏判定部は、差分画像の領域面積に基づいて、ワークの表裏を判定してもよい。
【０００９】
予め設定されたモデル画像と、差分画像とのパターンマッチングを行うマッチング部をさらに備え、表裏判定部は、パターンマッチングの結果に基づいて、ワークの表裏を判定してもよい。
【００１０】
ワークに対し、撮像部と異なる方向から投光する投光部をさらに備えてもよい。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の表裏判定方法は、ワークを撮像し、撮像したワークの画像に対し、二値化処理を施して二値化画像を生成し、二値化画像に対し、二値化画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色である対象色の領域を膨張させる膨張処理、および、対象色の領域を収縮させる収縮処理を施して加工画像を生成し、二値化画像と加工画像との差分である差分画像を生成し、差分画像に基づいて、ワークの表裏を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークの表裏の形状の差や、ワーク自体の大きさが小さい場合であっても、ワークの表裏を容易に判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】表裏判定装置の外観斜視図である。
【図２】ナットの形状を説明するための説明図である。
【図３】ナットと撮像部および投光部の位置関係を説明するための説明図である。
【図４】表裏判定装置の制御系を説明するための機能ブロック図である。
【図５】ナットの画像に対する処理を説明するための説明図である。
【図６】表裏判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】変形例の表裏判定装置の制御系を説明するための機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
図１は、表裏判定装置１００の外観斜視図である。本実施形態の表裏判定装置１００は、ワークの一例であるナットＮの表裏を判定する装置であり、図１に示すように、フィーダ１１０と、ストッパ１２０と、投光部１３０と、撮像部１４０と、摺動機構１５０と、集積容器１６０とを備える。
【００１６】
フィーダ１１０は、鉛直上方から下方に向かって外径が大きくなるテーパ状の円錐部１１２を有し、円錐部１１２の下端にガイド１１４が形成されている。ガイド１１４は、円錐部１１２の周方向に延在する円周部１１４ａを有し、円周部１１４ａに連設して直線部１１４ｂが形成されている。
【００１７】
ガイド１１４の円周部１１４ａは、円錐部１１２の下端を径方向外側から囲繞しており、ナットＮは、円錐部１１２の上端側に投入されると、円錐部１１２表面を下端側に落下して円周部１１４ａの内周面に支持される。
【００１８】
直線部１１４ｂは、円周部１１４ａから直線状に延在しており、直線部１１４ｂの上側には、円錐部１１２の下端と大凡同じ高さに底面が位置する溝が形成されている。直線部１１４ｂの溝の幅は、ナットＮの最大外径よりも所定幅だけ大きく、ナットＮが通過可能となっている。
【００１９】
また、直線部１１４ｂの溝と円周部１１４ａとの連結部分において、円周部１１４ａの一端１１４ｃと他端１１４ｄは、直線部１１４ｂの溝と同程度の幅だけ離隔しており、ナットＮは円錐部１１２の下端側から直線部１１４ｂの溝に通過可能となっている。
【００２０】
円錐部１１２は中心軸を回転軸として回転し、円錐部１１２の回転に伴って円錐部１１２の下端側に落下したナットＮを、図１中、実線の矢印の向きに移動させる。ナットＮは、順次、円周部１１４ａの内周側から直線部１１４ｂの溝に移動する。直線部１１４ｂの溝に移動したナットＮは、ナットＮの移動方向の後ろ側に位置するナットＮに押されて、直線部１１４ｂの溝に沿って直進する。このとき、ナットＮは、直線状に整列しており、ナットＮの表面または裏面が溝の底面に面する向きとなっている。
【００２１】
直線部１１４ｂの溝のうち、円周部１１４ａとの接続部分と反対側の端部１１４ｅには、ストッパ１２０が配されており、ストッパ１２０が端部１１４ｅを閉塞していると、直線部１１４ｂ上のナットＮの移動が規制される。このとき、円周部１１４ａの内周側のナットＮは、直線部１１４ｂの溝に入れず、円周部１１４ａの内周側を周回することとなる。
【００２２】
また、ストッパ１２０が直線部１１４ｂの溝の端部１１４ｅから離隔すると、ナットＮが端部１１４ｅからステージＳの撮像位置Ａに送出される。こうして、フィーダ１１０は、投入されたナットＮを直線状に並べつつ、順次送出することとなる。このとき、ナットＮは鉛直上方が表側であるものと裏側であるものが混在している。そのため、このままではロボットアームＲが把持したときのナットＮの向きが統一されず、ナットＮを次工程で用いることが難しい。
【００２３】
そこで、投光部１３０は、撮像位置ＡのナットＮに投光し、撮像部１４０は、投光されたナットＮを撮像する。そして、撮像部１４０が撮像した画像に基づいて、後述する表裏判定部がナットＮの表裏を判定する。撮像および表裏判定については後に詳述する。
【００２４】
摺動機構１５０は、ステージＳ上に配されたアーム部１５２を有し、アクチュエータの動力によってステージＳ上を、図１中、破線の矢印で示す方向に往復移動する。表裏判定の結果、鉛直上方が表側と判定されたナットＮは、アーム部１５２によって撮像位置Ａから送出位置Ｂまで移動される。送出位置Ｂに移動したナットＮは、ロボットアームＲによって把持され、次工程で用いられる。
【００２５】
ステージＳのうち、撮像位置Ａに対して送出位置Ｂと反対側には、ステージＳを鉛直方向に貫通する貫通孔１５４が形成されている。貫通孔１５４の内周面のうち、送出位置Ｂ側は下方ほど送出位置Ｂから離隔するテーパ面１５４ａとなっている。
【００２６】
ステージＳにおける撮像位置Ａは、貫通孔１５４のテーパ面１５４ａ上に位置している。すなわち、撮像位置Ａは傾斜しており、フィーダ１１０から撮像位置Ａに送出されたナットＮは、そのままではテーパ面１５４ａに沿って貫通孔１５４に落下する。ここでは、摺動機構１５０のアーム部１５２によって支持されることで、貫通孔１５４への落下が規制されている。
【００２７】
表裏判定の結果、ナットＮの鉛直上方が裏側と判定されると、摺動機構１５０のアーム部１５２が、図１中、破線の矢印に平行に、送出位置Ｂから離隔する方向に移動する。その結果、ナットＮは、貫通孔１５４へ落下する。
【００２８】
ステージＳの貫通孔１５４の下方には、傾斜板１５６および集積容器１６０が配置されており、貫通孔１５４へ落下したナットＮは、傾斜板１５６に沿って集積容器１６０に導かれる。集積容器１６０に集積されたナットＮは、再度、フィーダ１１０の円錐部１１２に投入される。
【００２９】
図２は、ナットＮの形状を説明するための説明図であり、図２（ａ）には、ナットＮの表面Ｎａ側を示す上面図を示し、図２（ｂ）には、図２（ａ）におけるＩＩ（ｂ）−ＩＩ（ｂ）線断面を示す。
【００３０】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ナットＮの表面Ｎａと側面Ｎｂとの境界部分には、テーパ面Ｎｃが形成されている。一方、ナットＮの裏面Ｎｄと側面Ｎｂとの境界部分には、ナットＮの軸方向に平行な垂直面Ｎｅと軸方向と直交する水平面Ｎｆによって段差が形成されている。
【００３１】
表裏判定装置１００は、このようなナットＮの表面Ｎａ側と裏面Ｎｄ側の形状の差異を、撮像部１４０が撮像したナットＮの画像から特定し、表裏判定を行う。
【００３２】
図３は、ナットＮと撮像部１４０および投光部１３０の位置関係を説明するための説明図である。ここでは、理解を容易とするため、ステージＳのテーパ面１５４ａが図３中、左右方向と平行になるように回転させて示し、ステージＳにおけるテーパ面１５４ａ近傍を簡略化して示す。
【００３３】
図３に示すように、撮像部１４０は、ステージＳ上のナットＮを斜め上方（例えば、テーパ面１５４ａの面方向に対して４５度傾斜した方向）から撮像する。そのため、撮像部１４０は、ナットＮの表面Ｎａ側のテーパ面Ｎｃや、裏面Ｎｄ側の段差を正面に捉えて撮像することができる。
【００３４】
投光部１３０は、ナットＮに対し、撮像部１４０とは異なる方向から投光する。このように、投光部１３０が撮像部１４０と異なる方向から投光することから、撮像部１４０が撮像した画像においては、ナットＮに陰影が明確に表れ、図２に示した、表面Ｎａ側のテーパ面Ｎｃと、裏面Ｎｄ側の段差との差異が明確となり、表裏の判定精度を向上することが可能となる。
【００３５】
図４は、表裏判定装置１００の制御系を説明するための機能ブロック図である。図４に示すように、表裏判定装置１００は、上述した構成部の他に、中央制御部１７０を備える。中央制御部１７０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、ストッパ１２０、摺動機構１５０等を制御する。また、中央制御部１７０は、二値化部１７２、画像処理部１７４、差分生成部１７６、面積導出部１７８、表裏判定部１８０としても機能する。
【００３６】
図５は、ナットＮの画像に対する処理を説明するための説明図である。図５に示すように、二値化部１７２は、撮像されたナットＮの画像に対し、二値化処理を施して二値化画像を生成する。
【００３７】
二値化画像は、例えば、画像のデータにおける各画素値を、予め設定された設定値、または、画像のデータに基づいて設定された設定値と比較し、設定値以上か設定値未満であるかによって、画素値を０と１の二値に置換する処理である。ここでは、二値化処理の結果、二値化画像としてモノクロの画像が生成されたものとし、画素値が０の画素が白、画素値が１の画素が黒となる例を示す。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、ナットＮの表側と裏側とでは、二値化によって白色に変換された白色の領域の形状が僅かに異なる。このような僅かな形状の差異では、図５（ａ）に示す二値化画像に対し、単にパターンマッチングなどで表裏を判定しても、所望の判定精度を維持できない場合がある。
【００３９】
そこで、画像処理部１７４は、二値化画像に対し、図５（ａ）に破線で示す対象領域１８２の画像を抽出する（図５（ｂ））。ここでは、対象領域１８２は、ナットＮにおける、図５（ａ）中、下側の大凡半分の領域を含む。
【００４０】
そして、画像処理部１７４は、抽出した抽出画像に対し、二値化画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色である対象色（ここでは、白色）の領域を膨張させる膨張処理を施し、膨張処理を施した後の画像に、対象色の領域を収縮させる収縮処理を施す。以下、図５（ｃ）に示すように、膨張処理および収縮処理を施した後の画像を加工画像と称す。
【００４１】
ナットＮの表側は、膨張処理を施すと、表面Ｎａに対応する白色の領域が単純に全方位に拡大し、その後、収縮処理を施すことで、白色の領域が拡大した分だけ収縮する。結果的に、図５（ｃ）に示す加工画像は、図５（ｂ）に示す抽出画像と大凡等しくなる。
【００４２】
一方、ナットＮの裏側は、裏面ＮｄとナットＮの径方向に離隔する位置において、上記の水平面Ｎｆ（図２参照）に対応する画像が白色の領域となって示されている。そのため、膨張処理を施すと、裏面Ｎｄと水平面Ｎｆの間に位置する黒色の領域が、白色に置換される。その結果、裏面Ｎｄと水平面Ｎｆの双方の白色の領域が一つの領域に併合される。
【００４３】
その後、収縮処理を施すと、白色の領域と黒色の領域の境界部分において、白色が黒色に置換されて、白色の領域の面積が小さくなるものの、膨張処理において、裏面Ｎｄと水平面Ｎｆとの間に位置した黒色の領域が白色に置換された部分（以下、置換部分と称す）は、白色のままとなる。
【００４４】
そして、差分生成部１７６は、二値化画像を抽出した抽出画像と加工画像との差分である差分画像を生成する。上記のように、ナットＮの表側では、抽出画像と加工画像は大凡等しいことから、図５（ｄ）に示すように、差分画像は白色一色となる。
【００４５】
一方、ナットＮの裏側では、上記のように、置換部分の分だけ、加工画像は抽出画像と異なることとなり、図５（ｄ）に示すように、差分画像は、置換部分のみが黒色となる。
【００４６】
面積導出部１７８は、差分画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色（ここでは、黒色）の領域の面積である領域面積を導出する。
【００４７】
表裏判定部１８０は、差分画像の領域面積に基づいて、ナットＮの表裏を判定する。具体的に、表裏判定部１８０は、領域面積が予め設定された閾値以下であれば、ステージＳ上のナットＮは鉛直上方が表側であると判定し、領域面積が予め設定された閾値より大きければ、ステージＳ上のナットＮは鉛直上方が裏側であると判定する。
【００４８】
このように、表裏判定部１８０は、膨張処理や収縮処理を施す前後の差分画像に基づいて、ナットＮの表裏を判定する。差分画像においては、上記の置換部分に示したように、ナットＮの表裏の形状の差異が顕著となっていることから、二値化画像のパターンマッチングによる判定処理よりも、表裏判定の精度を向上することが可能となる。
【００４９】
また、面積導出部１７８が差分画像から領域面積を導出し、表裏判定部１８０は領域面積の大きさによって表裏判定をすることから、処理負荷を低減することが可能となる。
【００５０】
図６は、表裏判定処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すように、撮像部１４０は、ステージＳ上のナットＮを撮像する（Ｓ２００）。二値化部１７２は、撮像されたナットＮの画像に対し、二値化処理を施して二値化画像を生成する（Ｓ２０２）。
【００５１】
画像処理部１７４は、二値化画像から対象領域１８２の画像を抽出し（Ｓ２０４）、抽出した抽出画像に対し、膨張処理を施し（Ｓ２０６）、膨張処理を施した後の画像に、収縮処理を施す（Ｓ２０８）。差分生成部１７６は、二値化画像を抽出した抽出画像と加工画像との差分である差分画像を生成する（Ｓ２１０）。
【００５２】
面積導出部１７８は、差分画像を構成する二色の領域のうち、いずれか一方の色の領域の面積である領域面積を導出する（Ｓ２１２）。表裏判定部１８０は、領域面積が予め設定された閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ２１４）。領域面積が閾値以下であれば（Ｓ２１４におけるＹＥＳ）、面積導出部１７８は、ステージＳ上のナットＮは鉛直上方が表側であると判定し（Ｓ２１６）、摺動機構１５０に、ステージＳ上のナットＮを送出位置Ｂまで移動させる（Ｓ２１８）。
【００５３】
面積判定ステップＳ２１４において、領域面積が予め設定された閾値より大きければ（Ｓ２１４におけるＮＯ）、表裏判定部１８０は、ステージＳ上のナットＮは鉛直上方が裏側であると判定し（Ｓ２２０）、摺動機構１５０をナットＮから離隔させてナットＮを集積容器１６０に収容させる（Ｓ２２２）。
【００５４】
上述した表裏判定装置および表裏判定方法によれば、ピンなどでナットＮの特定部位に接触させる必要もないことから、ナットＮの大きさによらずナットＮの表裏を容易に判定することが可能となる。
【００５５】
図７は、変形例の表裏判定装置３００の制御系を説明するための機能ブロック図である。図７に示すように、表裏判定装置３００の中央制御部１７０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、ストッパ１２０、摺動機構１５０等を制御する。また、中央制御部１７０は、二値化部１７２、画像処理部１７４、差分生成部１７６、マッチング部３７８、表裏判定部３８０としても機能する。
【００５６】
なお、上述した表裏判定装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、構成および機能の異なるマッチング部３７８および表裏判定部３８０について説明する。
【００５７】
マッチング部３７８は、予め設定されたモデル画像と、差分画像とのパターンマッチングを行う。モデル画像としては、例えば、図５（ｄ）に示すような裏側の差分画像を複数撮像し、その平均的な画像を用いたり、ナットＮの配置や投光状況などを、可能な範囲で理想的条件としたときの差分画像を用いたりする。
【００５８】
表裏判定部３８０は、パターンマッチングの結果に基づいて、ナットＮの表裏を判定する。具体的に、表裏判定部３８０は、差分画像とモデル画像とのパターンマッチングの結果、差分画像とモデル画像が大凡同一であると判定されると、ステージＳ上のナットＮは鉛直上方が裏側であると判定する。また、表裏判定部３８０は、差分画像とモデル画像が全く異なると判定されると、ステージＳ上のナットＮは鉛直上方が表側であると判定する。
【００５９】
このように、マッチング部３７８によるパターンマッチング処理の結果を用いて、表裏判定部３８０がナットＮの表裏判定を行う場合、表裏判定の精度を向上することが可能となる。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
例えば、上述した実施形態および変形例においては、ワークとしてナットＮの表裏を判定する場合について説明したが、上記の膨張処理および収縮処理の結果、上記の置換部分に示したように、表裏の形状の差異が顕著となれば、他のどのようなワークを用いてもよい。
【００６２】
また、上述した実施形態および変形例においては、投光部１３０を備える場合について説明したが、投光部１３０は必須の構成ではない。
【００６３】
また、上述した実施形態および変形例においては、面積導出部１７８やマッチング部３７８による処理の結果を用いて、表裏判定が遂行される場合について説明したが、差分画像に基づいて表裏判定が行われれば、差分画像に対してどのような処理を遂行してもよい。
【００６４】
なお、本明細書の表裏判定方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ワークの表裏を判定する表裏判定装置および表裏判定方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
Ｎ  ナット
１００  表裏判定装置
１３０  投光部
１４０  撮像部
１７２  二値化部
１７４  画像処理部
１７６  差分生成部
１７８  面積導出部
１８０  表裏判定部
３００  表裏判定装置
３７８  マッチング部
３８０  表裏判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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