CN113167606B - 线性标尺的检测值的校正方法 - Google Patents

Abstract

提供更准确地校正由线性标尺的检测值确定的拍摄对象上的点的位置坐标的方法。使视野移动到对校准板上形成的凹部定义的计测点来进行拍摄(步骤S13‑1)，从凹部的端缘的图像检测边缘(步骤S13‑2)，计算该边缘的交点(步骤S13‑3)，保存该交点的基于线性标尺的实测值(步骤S13‑4)，使用与真值的差分，对拍摄对象上的点的由线性标尺检测出的位置坐标进行校正。

Description

线性标尺的检测值的校正方法

技术领域

本发明涉及线性标尺的检测值的校正方法。

背景技术

以往，提出了一种尺寸测定装置，其具备在X、Y方向上移动的X-Y工作台、测定各个方向的移动量的线性标尺、进行定位的瞄准装置、设置有已知其正确的位置的多个标记的校正板、以及运算装置(参照专利文献1)。

在这样的装置中，在X-Y工作台上载置校正板，通过2个线性标尺测定多个标记的位置，将该多个测定值以及表示标记的位置的多个准确的值存储于运算装置。而且，在对被测定部进行测定时，基于该存储的值，通过运算装置进行测定的校正。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭62-119607号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的尺寸测定装置中使用的校正板是在去除了应变的铝板等上网格状地设有具有小的半径的孔的校正板。

在这样的校正板中，由于作为标记的孔的半径小，因此根据该孔的图像的圆周上的点提取作为基准的圆的中心时的误差的影响容易较大。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够更准确地校正由线性标尺的检测值确定的拍摄对象上的点的位置坐标的方法。

用于解决课题的手段

用于解决上述课题的本发明是一种线性标尺的检测值的校正方法，该线性标尺是根据线性标尺的检测值来确定拍摄对象上的点的位置坐标的装置中的线性标尺，该校正方法的特征在于，使用二维地配置有具有交叉的端缘的凹部或凸部的校准板，将对所述校准板定义的基板坐标系中的所述端缘的交点的位置坐标保持为真值，取得基准点在所述基板坐标系中的基于所述线性标尺的位置坐标作为实测值，所述基准点被定义为从拍摄所述校准板而得到的图像中的所述凹部或凸部的交叉的端缘的图像检测出的边缘(edge)的交点，将所述实测值与所述真值的差分作为校正量，对所述拍摄对象上的点的线性标尺的检测值进行校正。

这样，将基准点定义为从配置于校准板的凹部的端缘的图像检测出的边缘的交点。计算穿过校准板的交叉的端缘的边缘上的隔开某种程度的2点的直线，将基准点定义为这样得到的直线的交点，因此能够减小误差的影响。因此，如果像这样使用校准板来校正拍摄对象上的点的线性标尺的检测值，则能够更准确地校正拍摄对象上的点的位置坐标。

另外，本发明也可以是，在所述真值取得时和所述实测值取得时，所述校准板的温度存在差异的情况下，对该真值校正由该温度的差异导致的热膨胀引起的变化的量。

这样，在实施使用了校准板的校准时与取得真值时相比存在温度差的情况下，能够进行考虑了由温度差引起的校准板的热膨胀的校正。

另外，本发明也可以是，在所述真值取得值和所述实测值取得时存在相对于所述装置的位置偏离的情况下，对该真值校正所述位置偏离的量。

这样，在利用校准板进行实测取得时，即使校准板相对于装置因旋转或平行移动而发生位置偏离，也能够进行考虑了该位置偏离的校正。

另外，本发明也可以是，所述校准板在方形的板状构件的面上二维地配置有通过锪孔加工而形成的具有方形的所述端缘的所述凹部。

若这样形成校准板，则拍摄凹部的端缘时的边缘变得更鲜明、明确，能够进行更准确的校正。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够更准确地校正由线性标尺的检测值确定的拍摄对象上的点的位置坐标的方法。

附图说明

图1是表示实施例中的外观检查装置的概要结构的立体图。

图2是示意性地表示实施例中的外观检查装置的俯视图及一个视野的放大图。

图3是说明实施例中的拍摄位置计算的图。

图4是表示实施例中的图像处理系统与视野坐标系的关系的图。

图5是表示实施例中的校准板的结构的俯视图。

图6是表示实施例中的外观检查装置的检查流程的时序图。

图7是表示实施例中的校准的流程的概要的流程图。

图8是表示实施例中的校准板的温度取得的流程的流程图。

图9是表示实施例中的计测点实测值取得处理的流程的流程图。

图10是说明实施例中的计测点实测值取得处理的图。

图11是表示实施例中的校准板的位置偏离校正的流程的流程图。

图12是实施例中的显示计测点的误差的用户界面显示例。

图13是说明实施例中的计测对象点的坐标值的校正的图。

具体实施方式

〔实施例1〕

以下，使用附图对本发明的实施例的外观检查装置1进行更详细的说明。

图1是表示外观检查装置1的主要部分的概要结构的立体图。外观检查装置1主要具备：架台4，其将包含对检查对象物进行拍摄的照相机2的摄像单元3支承为能够沿X轴方向移动；滚珠丝杠5，其沿Y轴方向驱动架台4；引导件6，其沿Y轴方向引导被滚珠丝杠5驱动的架台4；以及框架7，其对上述结构进行支承。在框架7的沿Y轴方向延伸的滚珠丝杠支承部7a设置有与滚珠丝杠5平行地检测架台4的位置的线性标尺8。而且，在同样沿框架7的Y轴方向延伸的引导支承部7b，与对设置于架台4的滑块进行引导的轨道平行地设置有对架台4的位置进行检测的线性标尺9。另外，沿着在X轴方向上延伸的架台4设置有检测摄像单元3的位置的线性标尺10。

这些线性标尺8、9、10由分别沿着框架7和架台4配置的被检测部以及设置于架台4和摄像单元3的检测部构成，检测部检测相对于被检测部的位置信息。

在图1的外观检查装置1中，在摄像单元3设置有朝向下方具有视野的照相机2。检查对象物在照相机2的下方配置于将检查对象物沿X轴方向搬运的输送机。通过输送机从外观检查装置1外搬入的检查对象物在照相机2的下方停止，在规定位置被夹紧。而且，若检查结束，则检查对象物从照相机2的下方被输送机搬运到外观检查装置1外。

作为检查对象物以基板11为例，对求出检查对象物上的点P的坐标值的方法进行说明。

图2的(A)是示意性地表示基板11配置于规定位置的外观检查装置1的从铅垂上方观察的状态的图。与Y轴方向平行地配置有滚珠丝杠5和线性标尺8以及引导件6和线性标尺9。另外，支承摄像单元3的架台4位于与Y轴方向交叉的方向。在图2的(A)中，点12是相对于基板11定义的基板坐标系原点。另外，点13是摄像系统轴位置，这里是照相机2的光轴的位置。图2的由虚线包围的区域14是照相机2的视野，在该视野14中包含基板11上的点P。图2的(B)是将图2的(A)中由虚线包围的一个视野14放大表示的图。在此，点15是视野坐标系原点，将视野中心设为(0，0)。该视野坐标系原点15与摄像系统轴位置13一致。

在本实施例中，将基板11上的点P在以基板坐标系原点为(0，0)的基板坐标系中的位置计算为P＝摄像系统轴位置+视野内检测坐标。

参照图3，对进行线性标尺校正的情况下的摄像系统轴位置15的计算进行说明。实线的箭头表示基板坐标系，虚线的箭头表示机械坐标系。在此，点16是机械坐标系原点。17表示电动机。

在图3中，y1(μm)、y2(μm)分别表示线性标尺8、9的计测值。x1(μm)表示线性标尺10的计测值。w(μm)表示线性标尺8、9间的距离。在此，线性标尺8、9、10的计测值在基板坐标系中将基板坐标系原点设为(0，0)(也可以将机械坐标系原点设为(0，0))。此时，通过下式(1)计算摄像系统轴位置(x′(μm)，y′(μm))。

y′＝y2-(y2-y1)×(x1/w)

x′＝x1

其中，关于x′，在相对于w而y2～y1较小的情况下，x′≈x1，因此近似为x′＝x1。

接着，参照图4，对视野内检测坐标从图像处理系统向视野坐标系的变换进行说明。对视野内坐标的计算进行说明。在此，图4表示图2的(B)所示的一个视野14。实线箭头表示视野坐标系，虚线箭头表示图像处理坐标系。点18是图像处理系统原点，将视野的左上设为(0，0)。

这里，将x(pixel)设为图像处理系统X坐标，将y(pixel)设为图像处理系统Y坐标。并且，将x’(μm)设为机械坐标系X坐标，将y’(μm)设为机械坐标系Y坐标。另外，将width(pixel)设为视野图像的横宽，将height(pixel)设为视野图像的纵宽，将α设为照相机2的分辨率(例如6μm或10μm)。

此时，通过下式(2)变换为视野坐标系。其中，在式(2)中，仅进行视野内的坐标变换，结合式(1)计算出距机械坐标系原点的距离。

x′＝(x-width/2)×α

y′＝{(height-y)-height/2}×α

图5是在外观检查装置1的校准中使用的校准板20的俯视图。校准板20是由热膨胀系数小的材料、例如SUS304形成的纵510mm、横460mm的方形的板状构件。在校准板20的正面201(与照相机2对置的面)设置有多个(在图5中为16个)具有与校准板20的端边202、203平行的端缘21a、21b、21c、21d的方形的凹部21。该凹部21例如能够通过锪孔加工而形成，在校准板20的正面侧的凹部21的端缘21a、21b、21c、21d形成有陡立的边缘。此外，也可以通过在校准板20的正面形成与校准板20的端边平行的格子状的槽，从而设置多个方形的凸部。在该情况下，也在校准板20的正面侧的凸部的端缘形成有陡立的边缘。

需要说明的是，作为校准板20的材料，除了SUS等金属以外，还可以使用将陶瓷粉体成型并烧结而得到的陶瓷。通过使用金刚石烧结体工具等对陶瓷制的板状构件进行切削加工，能够高精度地形成校准板20的正面侧的凹部21的端缘21a、21b、21c、21d的陡立的边缘。通过由陶瓷形成，与SUS相比，能够得到刚性、化学稳定性、耐磨损性高、热膨胀引起的变形少的校准板20。这样的校准板20不会生锈，不会产生由瑕疵、打痕引起的变形，因此能够进行高精度的校准20。

另外，即使使用塑料等合成树脂作为校准板20的材料，也能够实现10μm左右的加工精度，能够形成廉价且难以破损的校准板20。

在此，通过图6所示的时序图，对外观检查装置1的检查流程进行说明。

首先，从控制器对伺服驱动器发送位置指令(步骤S1)。在接收到该位置指令的伺服驱动器中，驱动伺服马达而使架台4及摄像单元3移动，若向规定位置的移动完成，则从伺服驱动器向控制器发送该意思(步骤S2)。

然后，控制器从线性标尺8、9、10读取规定位置处的线性标尺值(步骤S3)。

接着，从控制器对摄像单元3发送拍摄指令(步骤S4)。当进行了摄像单元3的摄像时，从摄像单元3向控制器发送曝光完成的意思(步骤S5)。

重复从步骤S1到步骤S5的处理，直到对全部视野的拍摄完成为止。

在控制器中，将线性标尺8、9、10的读取值保存于存储部的规定区域(步骤S6)。在此，检查完成(步骤S7)。

接着，控制器从摄像单元3的图像处理部读入检测坐标值(步骤S8)。此时，在摄像单元3的图像处理部中，进行检测坐标＝摄像系统轴位置+视野内检测坐标的视野内坐标的校正计算(步骤S9)。

接着，对使用了上述校准板20的校准的流程进行说明。图7表示校准的流程的概要。该处理例如在组装调整时或定期检查时通过操作者从外观检查装置1的操作面板上输入指示而选择了校准模式的情况下进行。

首先，获取用于因校准板20的温度变化而引起的热膨胀的校正处理的温度(步骤S11)。根据图8对该子例程的详细情况进行说明。首先，利用温度测定单元、例如非接触温度计测量校准板20的温度(步骤S11-1)。从操作面板输入测定出的校准板的温度并存储于规定的存储区域(步骤S11-2)。这样取得的温度数据用于由温度变化引起的热膨胀的校正。

在此，因热膨胀而变化的距离通过以下的式(3)计算。

热膨胀变化距离(μm)＝热膨胀系数×与真值计测时的温度差(度)×距校准板20端原点的距离(mm)÷1000

例如，设该校准时的校准板20的温度为22.0度，校准板20的真值测定时的温度为24.0度。另外，在校准板20由SUS304形成的情况下，热膨胀系数为17.3。另外，若距校准板20端原点的距离为450mm，则作为由热膨胀引起的变化量的热膨胀变化距离的值如下。

17.3×(-2)×450÷1000＝-15.57μm

此外，校准中的温度变化优选设为±0.1度以内。

接着，利用输送机将校准板20搬入外观检查装置1内、即照相机2的下方(步骤S12)。

接着，进行计测点实测值取得处理(步骤S13)。根据图9对该计测点实测值取得处理子例程的详细情况进行说明。

按照图10的(A)的虚线的箭头，使摄像单元3移动以使视野包含以正(+)表示的点22(基准点)来进行拍摄(步骤S13-1)。在图10的(A)中，仅对左上的由正表示的点标注附图标号，但其他的由正表示的点也相同。此时的照相机2的视野图像的例子如图10的(B)所示。如图10的(B)所示，以凹部21的相互交叉的端缘21a、21b进入视野内的方式使照相机2移动。然后，从拍摄到的图像中检测边缘(步骤S13-2)。接着，与外观检查时同样地通过线性标尺8、9、10计算检测出的边缘的交点(计测点)22(步骤S13-3)，将其坐标值保存在文件中(步骤S13-4)。在此，计测点22相当于被定义为边缘的交点的基准点。

返回到图7，之后，利用输送机将校准板20搬出到外观检查装置1外(步骤S14)。

接着，进行校准板20的位置偏离校正(步骤S15)。根据图12对校准板20的位置偏离校正处理子例程的详细情况进行说明。

首先，使用校准板20的左下、右下的计测点(在图10的(A)中被以虚线标记的圆包围地示出)，通过下式(4)求出校准点的旋转角θ(步骤S15-1)。

θ(rad)＝arctan{(右下计测点的Y坐标值-左下计测点的Y坐标值)/(右下计测点的X坐标值-右下计测点的X坐标值)}

首先，利用下式(5)对通过式(3)考虑了真值计测时和校准时的温度变化的校准板20的真值(X、Y坐标)进行校正(步骤S15-2)。

X′＝Xcosθ-Ysinθ

Y′＝Xsinθ+Ycosθ

接着，根据下式(6)，以通过式(5)求出的校准板20的左下计测点的坐标值(X′，Y′)为基准，使真值在基板坐标系上偏移(步骤S15-3)。

X″＝X′+校准板左下计测点(X′)

Y″＝Y′+校准板左下计测点(Y′)

返回图7，接着，取得通过式(6)求出的X″、Y″(校准板20的真值)与先前保存在文件中的值之间的差并进行保存(步骤S16)。

图12表示将校正了旋转或位置偏离的校准板20的计测点的真值与在步骤S13-4中保存的实测值之差作为误差来显示的用户界面的例子。在图12中，以这种方式获取的误差被显示为误差表。通过显示这样的误差，能够确认外观检查装置1中的停止精度。另外，在X轴、Y轴存在问题而无法正常动作的情况下、摄像单元的组装较差的情况下，误差变大，因此能够用作这些机构各部的调整的指标。

对经由图7所示的校准板20的校准的、图6所示的外观检查时的步骤S9中的针对计测对象点的检测坐标的校正处理的具体例进行说明。

参照图13，以下示出相对于外观检查时的计测对象点m(用虚线的正表示)的XY坐标值的校正值的计算式(7)。在此，将校准时在计测点a、b、c、d处拍摄时的校正值分别设为C(a)、C(b)、C(c)、C(d)，将在计测对象点m处拍摄时的校正值设为C(m)，_X、_Y表示各自的X、Y坐标值。另外，关于计测点a～c的XY坐标，以c为(0，0)进行标准化。另外，在计测对象点的周围，在计测点有2点或只有2点的情况下，对2点或1点进行同样的计算。

C(m)_X＝(1-m_X)(0+m_Y)C(a)_X+

(0+m_X)(0+m_Y)C(b)_X+

(1m_X)(1-m_Y)C(c)_X+

(0+m_X)(1-m_Y)C(d)_X

C(m)_Y＝(1-m_X)(0+m_Y)C(a)_Y+

(0+m_X)(0+m_Y)C(b)_Y+

(1-m_X)(1-m_Y)C(c)_Y+

(0+m_X)(1-m_Y)C(d)_Y

这样，即使在产生了线性标尺8、9、10的相对倾斜或偏离的情况下，也能够通过外观检查装置1更准确地校正计测对象物上的计测对象点的基于线性标尺的检测值。将计测点设为从拍摄凹部21的端缘21a～21c而得到的图像中检测出的边缘的交点，因此能够将凹部的端缘设定为适当的长度，因此能够降低交点计算时的误差的影响，能够更准确地进行计测对象点的位置坐标的校正。

此外，以下为了能够对比本发明的结构要件和实施例的结构，带附图的附图标号地记载本发明的结构要件。

＜发明1＞

一种装置(1)中的线性标尺(8、9、10)的检测值的校正方法，该装置(1)根据线性标尺(8、9、10)的检测值来确定拍摄对象上的点的位置坐标，该校正方法的特征在于，

使用二维地配置有具有交叉的端缘(21a、21b、21c、21d)的凹部(21)或凸部的校准板(20)，

将针对所述校准板(20)定义的基板坐标系中的所述端缘的交点的位置坐标保持为真值，

取得基准点(22)在所述基板坐标系中的基于所述线性标尺(8、9、10)的位置坐标作为实测值，所述基准点(22)被定义为从拍摄所述校准板(20)而得到的图像中的所述凹部(21)或凸部的交叉的端缘(21a、21b、21c、21d)的图像检测出的边缘的交点，

将所述实测值与所述真值的差分作为校正量，对所述拍摄对象上的点的线性标尺(8、9、10)的检测值进行校正。

标号说明

1：外观检查装置；2：照相机；8、9、10：线性标尺；12：基板坐标系原点；P：基板上的点；20：校准板；21：凹部；21a、21b、21c、21d：端缘；22：计测点。

Claims (4)

1.一种线性标尺的检测值的校正方法，该线性标尺是根据线性标尺的检测值来确定拍摄对象上的点的位置坐标的装置中的线性标尺，该校正方法的特征在于，

使用二维地配置有具有交叉的端缘的凹部或凸部的校准板，

将对所述校准板定义的基板坐标系中的所述端缘的交点的位置坐标保持为真值，

取得基准点在所述基板坐标系中的基于所述线性标尺的位置坐标作为实测值，所述基准点被定义为从拍摄所述校准板而得到的图像中的所述凹部或凸部的交叉的端缘的图像检测出的边缘的交点，

将所述实测值与所述真值的差分作为校正量，对所述拍摄对象上的点的线性标尺的检测值进行校正。

2.根据权利要求1所述的线性标尺的检测值的校正方法，其特征在于，

在所述真值取得时和所述实测值取得时，所述校准板的温度存在差异的情况下，对该真值校正由该温度的差异导致的热膨胀引起的变化的量。

3.根据权利要求1或2所述的线性标尺的检测值的校正方法，其特征在于，

在所述真值取得时 和所述实测值取得时存在相对于所述装置的位置偏离的情况下，对该真值校正所述位置偏离的量。

4.根据权利要求1或2所述的线性标尺的检测值的校正方法，其特征在于，

所述校准板在方形的板状构件的面上二维地配置有通过锪孔加工而形成的具有方形的所述端缘的所述凹部。

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