CN113260941A - 控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

控制装置(1)对具有可动部和拍摄装置(202)的控制对象装置(2)进行控制，该拍摄装置(202)伴随可动部的移动而与目标物的相对位置变化，取得目标物的拍摄图像，该控制装置(1)的特征在于，具有：驱动部(102、103)，其基于使可动部移动至目标位置的驱动指令信号对可动部进行驱动；相对位置推定部，其基于驱动指令信号，对目标物和拍摄装置(202)的相对位置的推定值进行计算；模板图像校正部(106)，其基于拍摄装置(202)的拍摄时间内的相对位置的推定值的时间序列信号，对预先登记的模板图像进行校正；以及目标位置校正部(108)，其使用校正后的模板图像对目标位置进行校正。

Description

控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及使用拍摄装置对利用致动器而被驱动的安装头等可动部所要移动的目标位置进行校正的控制装置及控制方法。
背景技术
在电子部件安装机、半导体制造装置等工作机械中，对伺服电动机、线性电动机等致动器进行驱动，进行使安装头等可动部移动至目标位置的定位控制。在如上所述的工作机械中，已知下述技术，即，基于拍摄装置的拍摄图像对由于加工对象物的波动、变形或者装置本身的热膨胀等而产生的位置误差进行校正。
在专利文献1中公开了具有安装头及拍摄装置的部件安装装置。该部件安装装置具有下述功能，即，从由拍摄装置取得的拍摄图像的亮度分布而取得安装头所保持的部件的轮廓，基于所取得的部件的轮廓位置对部件的安装位置进行校正。此时部件安装装置不使安装头暂时停止而进行拍摄，由此缩短了直至定位完成为止所需的时间。此时被摄体和拍摄装置的相对速度不为零。
专利文献1：日本特开2006－287199号公报
发明内容
但是，根据上述现有技术，由于被摄体和拍摄装置的相对速度不为零，因此在曝光的期间被摄体和拍摄装置的相对位置变化，在拍摄图像产生抖动。因此，从拍摄图像取得的部件的轮廓位置是与曝光时间中的哪个时刻相对应没有被唯一地确定，存在位置误差的校正精度降低这样的问题。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够高精度地校正位置误差的控制装置。
为了解决上述的课题，达到目的，本发明所涉及的控制装置对具有可动部和拍摄装置的控制对象装置进行控制，该拍摄装置伴随可动部的移动而与目标物的相对位置变化，取得目标物的拍摄图像，该控制装置的特征在于，具有：驱动部，其基于使可动部移动至目标位置的驱动指令信号，对可动部进行驱动；相对位置推定部，其基于驱动指令信号，对目标物和拍摄装置的相对位置的推定值进行计算；模板图像校正部，其基于拍摄装置的拍摄时间内的相对位置的推定值的时间序列信号，对预先登记的模板图像进行校正；以及目标位置校正部，其使用校正后的模板图像对目标位置进行校正。
发明的效果
根据本发明，具有下述效果，即，能够提供可高精度地校正位置误差的控制装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的控制系统的结构的示意图。
图2是表示图1所示的控制系统的第1状态的图。
图3是表示图1所示的控制系统的第2状态的图。
图4是表示图1所示的控制系统的第3状态的图。
图5是表示图1所示的控制系统的功能结构的图。
图6是表示图5所示的机械模型运算部的结构例的框图。
图7是表示图5所示的模板图像校正部的校正前的模板图像的一个例子的图。
图8是表示图7所示的模板图像的校正后的模板图像的图。
图9是表示图5所示的模板图像校正部所使用的滤波器的各像素坐标的滤波器系数的一个例子的图。
图10是表示图5所示的控制装置的驱动控制处理的流程图。
图11是表示图5所示的控制装置的图像处理的流程图。
图12是表示用于实现图5所示的控制装置的功能的专用的硬件的图。
图13是表示用于实现图5所示的控制装置的功能的控制电路的结构的图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的控制装置及控制方法详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的控制系统10的结构的示意图。控制系统10具有：控制装置1；以及控制对象装置2，其是控制装置1的控制对象的机械系统。在本实施方式中，控制对象装置2是将电子部件安装于基板上的电子部件安装机。控制装置1对控制对象装置2的各部分的动作进行控制。控制对象装置2具有X轴电动机200、Y轴电动机201、拍摄装置202、可动部203、吸附吸嘴204和印刷基板输送机构205。
X轴电动机200及Y轴电动机201是使可动部203的位置变化的致动器。X轴电动机200使可动部203移动的方向与Y轴电动机201使可动部203移动的方向正交。可动部203是对电子部件进行安装的安装头，通过X轴电动机200及Y轴电动机201，与印刷基板206的表面平行地移动。可动部203使用吸附吸嘴204而保持电子部件，或将电子部件载置于印刷基板206上的目标位置207。此外，X轴电动机200及Y轴电动机201在图1中示出了线性电动机，但也能够使用将旋转型的伺服电动机和滚珠丝杠组合等其他直动机构。
拍摄装置202固定于可动部203，伴随可动部203的移动而移动。因此，拍摄装置202和目标物即印刷基板输送机构205之间的相对位置伴随可动部203的移动而变化。
印刷基板输送机构205按照控制装置1的指令对印刷基板206进行输送。目标位置207是设为可动部203移动的目标的位置，在印刷基板206上是设置电子部件的位置。
下面，对控制系统10的基本的动作进行说明。图2是表示图1所示的控制系统10的第1状态的图。图3是表示图1所示的控制系统10的第2状态的图。图4是表示图1所示的控制系统10的第3状态的图。在这里，对通过可动部203的吸附吸嘴204吸附电子部件208，向目标位置207配置电子部件208的动作进行说明。
首先，在图2所示的第1状态下，控制系统10处于可动部203的定位控制中。在第1状态下，目标位置207没有进入拍摄装置202的视野区域V。控制装置1基于印刷基板206的设计数据而使用预先设定的默认目标位置P0进行可动部203的定位控制。如果印刷基板206畸变，或控制对象装置2热膨胀，则会产生误差，原本应该安装电子部件208的目标位置207有时会从默认目标位置P0偏离。如果以在该情况下将可动部203定位于默认目标位置P0的状态将电子部件208向印刷基板206上配置，则控制装置1会在使可动部203移动以使得吸附吸嘴204的中心轴C与默认目标位置P0一致的状态下，将电子部件208配置于印刷基板206上，因此导致将电子部件208配置于从原本应该配置的位置偏离的位置。
因此，控制系统10具有下述功能，即，使用拍摄装置202的拍摄图像对默认目标位置P0进行校正。如图3所示的第2状态那样，如果目标位置207进入拍摄装置202的视野区域V，则控制装置1根据拍摄装置202的拍摄图像对可动部203和目标位置207之间的相对位置进行计算，基于计算出的相对位置，一边对目标位置207和默认目标位置P0的误差进行校正一边进行定位控制。通过进行如上所述的控制，从而最终如图4所示的第3状态那样，吸附吸嘴204的中心轴C和目标位置207的中心位置一致，定位控制完成。
图5是表示图1所示的控制系统10的功能结构的图。控制系统10由控制装置1和控制对象装置2构成。控制装置1具有指令生成部100、机械模型运算部101、作为驱动部的X轴驱动部102及Y轴驱动部103、拍摄指令生成部104、相对位置存储部105、模板图像校正部106、图像处理部107和目标位置校正部108。控制装置1基于由搭载于控制对象装置2的拍摄装置202取得的拍摄图像，进行X轴电动机200及Y轴电动机201的控制。
指令生成部100基于当前的目标位置P(t)，对包含X轴指令位置rx(t)及Y轴指令位置ry(t)在内的位置指令进行计算。作为通过针对时时刻刻变化的目标位置进行插补，从而生成位置指令的技术，例如能够使用日本特开2012－20895号公报所公开的方法。指令生成部100将生成的位置指令输入至机械模型运算部101。
机械模型运算部101基于表示控制对象装置2的机械特性的传递函数和包含由指令生成部100计算出的X轴指令位置rx(t)及Y轴指令位置ry(t)在内的位置指令，使用后面记述的方法对驱动指令信号进行计算，该驱动指令信号包含X轴及Y轴的电流前馈信号和位置参照信号，该X轴及Y轴的电流前馈信号是将为了抑制控制对象装置2的振动而对控制对象装置2的机械振动进行激励的频率成分的增益降低后的信号，该位置参照信号示出可动部203应该追随的位置，用于使可动部203移动至目标位置P(t)。另外，机械模型运算部101与上述的动作同时并行地，对由X轴驱动部102及Y轴驱动部103进行了基于驱动指令信号的控制的情况下的拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的推定值进行计算。机械模型运算部101将计算出的驱动指令信号输入至X轴驱动部102及Y轴驱动部103，将相对位置的推定值输入至相对位置存储部105。
图6是表示图5所示的机械模型运算部101的结构例的框图。图6所示的机械模型运算部101具有驱动指令生成部301和相对位置推定部302。另外，驱动指令生成部301具有指令分配器303、X轴驱动指令生成部304和Y轴驱动指令生成部305。
将时刻t的X轴电动机200的电流值设为ux(t)，将时刻t的X轴电动机200的位置反馈值设为x1(t)。同样地，将时刻t的Y轴电动机201的电流值设为uy(t)，将时刻t的Y轴电动机201的位置反馈值设为y1(t)。另外，将时刻t的拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的X成分设为x2(t)，将Y成分设为y2(t)。
通过预先辨识控制对象装置2的机械特性，从而预先得到从X轴电动机200的电流值至位置反馈值为止的传递函数的分母多项式Dx(s)及分子多项式Nx1(s)、和从Y轴电动机201的电流值至位置反馈值为止的传递函数的分母多项式Dy(s)及分子多项式Ny1(s)。这些关系通过下面的算式(1)表示。在这里将函数f(t)的拉普拉斯变换表示为L[f(t)]。
【式1】
Figure BDA0003145246300000061
同样地，预先得到从X轴电动机200的电流值至拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的X成分为止的传递函数的分母多项式Dx(s)及分子多项式Nx2(s)，以及从Y轴电动机201的电流值至拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的Y成分为止的传递函数的分母多项式Dy(s)及分子多项式Ny2(s)。这些关系通过下面的算式(2)表示。此外，算式(2)的传递函数的分母多项式Dx(s)及Dy(s)与算式(1)共通。
【式2】
Figure BDA0003145246300000062
算式(1)及算式(2)的传递函数能够进行使控制对象装置2动作的试验，取得X轴电动机200及Y轴电动机201的电流值和位置反馈值及拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的实测值的时间序列数据，对这些时间序列数据进行信号处理而求出。另外，通过对位置反馈和相对位置的标度进行调整，从而传递函数的分子多项式如以下所示的算式(3)那样进行归一化。
【式3】
Figure BDA0003145246300000063
由指令生成部100计算出的X轴指令位置rx(t)及Y轴指令位置ry(t)输入至驱动指令生成部301的指令分配器303和相对位置推定部302。指令分配器303将由指令生成部100计算出的X轴指令位置rx(t)输入至X轴驱动指令生成部304，将由指令生成部100计算出的Y轴指令位置ry(t)输入至Y轴驱动指令生成部305。
此时，X轴驱动指令生成部304使用预先设定的X轴的指令滤波器的传递函数Fx(s)及通过算式(1)表示的传递函数，基于下面的算式(4)所示的传递函数对X轴电动机200的电流前馈信号ux*(t)及位置参照信号x1*(t)进行计算。
【式4】
Figure BDA0003145246300000071
同样地，Y轴驱动指令生成部305使用预先设定的Y轴的指令滤波器的传递函数Fy(s)及通过算式(1)表示的传递函数，基于下面的算式(5)所示的传递函数对Y轴电动机201的电流前馈信号uy*(t)及位置参照信号y1*(t)进行计算。
【式5】
Figure BDA0003145246300000072
另外，相对位置推定部302使用上述的指令滤波器的传递函数Fx(s)、Fy(s)及算式(2)的传递函数，基于下面的算式(6)所示的传递函数对相对位置的推定值的X成分及Y成分进行计算。此外，在下面的说明中，有时在函数附带顶帽而示出函数的推定值。另外，在文章中，有时将附带顶帽的函数表示为hat(函数)。例如，函数x2(t)的推定值表示为hat(x2)(t)。在算式(6)中，hat(x2)(t)表示相对位置的推定值的X成分，hat(y2)(t)表示相对位置的推定值的Y成分。
【式6】
Figure BDA0003145246300000081
算式(4)表示出X轴驱动指令生成部304基于将X轴的指令滤波器的传递函数Fx(s)和从X轴的电流值至位置反馈为止的传递函数的分母多项式Dx(s)相乘得到的传递函数对X轴电动机200的电流前馈信号ux*(t)进行计算，且基于将X轴的指令滤波器的传递函数Fx(s)和从X轴的电流值至位置反馈为止的传递函数的分子多项式Nx1(s)相乘得到的传递函数对X轴的位置参照信号x1*(t)进行计算。
与算式(4)同样地，算式(5)表示出Y轴驱动指令生成部305基于将Y轴的指令滤波器的传递函数Fy(s)和从Y轴的电流值至位置反馈为止的传递函数的分母多项式Dy(s)相乘得到的传递函数对Y轴电动机201的电流前馈信号uy*(t)进行计算，且基于将Y轴的指令滤波器的传递函数Fy(s)和从Y轴的电流值至位置反馈为止的传递函数的分子多项式Ny1(s)相乘得到的传递函数对Y轴的位置参照信号y1*(t)进行计算。
另外，算式(6)表示出相对位置推定部302基于将X轴的指令滤波器的传递函数Fx(s)和从X轴的电流值至相对位置为止的传递函数的分子多项式Nx2(s)相乘得到的传递函数对相对位置的推定值的X成分hat(x2)(t)进行计算。另外，算式(6)表示出相对位置推定部302基于将Y轴的指令滤波器的传递函数Fy(s)和从Y轴的电流值至相对位置为止的传递函数的分子多项式Ny2(s)相乘得到的传递函数对相对位置的推定值的Y成分hat(y2)(t)进行计算。
X轴驱动指令生成部304将X轴的驱动指令信号即X轴电动机200的电流前馈信号ux*(t)及位置参照信号x1*(t)输入至X轴驱动部102。Y轴驱动指令生成部305将Y轴的驱动指令信号即Y轴电动机201的电流前馈信号uy*(t)及位置参照信号y1*(t)输入至Y轴驱动部103。另外，相对位置推定部302将计算出的相对位置的推定值的X成分hat(x2)(t)及相对位置的推定值的Y成分hat(y2)(t)输入至相对位置存储部105。
返回至图5的说明。X轴驱动部102基于由机械模型运算部101计算出的X轴的驱动指令信号即X轴电动机200的电流前馈信号ux*(t)及位置参照信号x1*(t)，通过将前馈控制及反馈控制组合后的2自由度控制，进行X轴电动机200的位置控制。
Y轴驱动部103基于由机械模型运算部101计算出的Y轴的驱动指令信号即Y轴电动机201的电流前馈信号uy*(t)及位置参照信号y1*(t)，通过将前馈控制及反馈控制组合后的2自由度控制，进行Y轴电动机201的位置控制。
如上述所示，使用算式(4)及算式(5)对X轴及Y轴的电流前馈信号和位置参照信号进行计算，由此能够使电流前馈信号及位置参照信号所包含的对机械系统的振动进行激励的频率成分的增益降低。因此，通过使用了电流前馈信号及位置参照信号的2自由度控制而进行X轴电动机200及Y轴电动机201的控制，由此能够抑制机械系统的振动。
另外，通过使用算式(6)对拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的X成分hat(x2)(t)及相对位置的推定值的Y成分hat(y2)(t)进行计算，从而能够在考虑了控制对象装置2及拍摄装置202的振动、位移等的基础上，高精度地对进行了2自由度控制的情况下的拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置进行推定。
此外，在这里对机械模型运算部101作为驱动指令信号而输出电流前馈信号及位置参照信号的组的例子进行了说明，但作为其他结构例，也可以是机械模型运算部101作为驱动指令信号而输出电流前馈信号、位置参照信号及速度参照信号的组。另外，也可以是机械模型运算部101作为前馈信号，取代电流前馈信号而输出扭矩前馈信号。
拍摄指令生成部104基于预定的图像处理周期，生成对拍摄装置202的拍摄定时进行控制的拍摄指令。拍摄指令生成部104将生成的拍摄指令输入至拍摄装置202及相对位置存储部105。
向相对位置存储部105输入由机械模型运算部101计算出的相对位置的推定值的X成分hat(x2)(t)及相对位置的推定值的Y成分hat(y2)(t)和由拍摄指令生成部104生成的拍摄指令。相对位置存储部105将从拍摄装置202的曝光开始时刻至曝光结束时刻为止的相对位置的推定值的X成分hat(x2)(t)及相对位置的推定值的Y成分hat(y2)(t)的时间序列信号作为相对位置存储进行存储。
模板图像校正部106基于在相对位置存储部105中存储的相对位置存储，进行图像处理部107所使用的模板图像的校正，并且对图像处理部107为了计算相对位置的观测值所使用的模板图像中的基准位置进行计算。在这里，模板图像是在模板匹配法等图像处理方法中使用的图案图像。在本实施方式中，模板图像是指在可动部203静止的状态下预先对印刷基板206进行拍摄得到的包含目标位置207在内的图像。模板图像校正部106基于相对位置存储，对拍摄图像的抖动进行仿真，基于仿真结果对模板图像进行校正。
图像处理部107使用模板匹配法等图像处理方法，从在定位中由拍摄装置202拍摄到的拍摄图像对与预先登记的模板图像一致的区域进行探索，由此对拍摄装置202和目标位置207的相对位置的观测值进行计算。此时，在定位中取得拍摄图像，由此拍摄中的拍摄装置202和目标位置207的相对位置变化而发生被摄体抖动。因此，在静止状态下拍摄到的模板图像和实际的拍摄图像不严格地匹配。因此，在直接使用以静止状态拍摄到的模板图像的图像处理中，在相对位置的观测值的计算时会产生误差。
与此相对，在本实施方式中，在由图像处理部107进行图像处理的前阶段中，模板图像校正部106基于相对位置存储部105所存储的相对位置存储，预测被摄体抖动而对模板图像进行校正，由此能够对由被摄体抖动引起的相对位置的观测值的误差进行抑制。模板图像校正部106进行校正以使得模板图像包含被摄体抖动。
以下示出模板图像校正部106的具体动作的一个例子。首先，模板图像校正部106基于在相对位置存储部105中存储的相对位置存储对滤波器M进行计算，该滤波器M相当于在拍摄装置202的拍摄中由于拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置变化而产生的被摄体抖动。
滤波器M的像素坐标(X、Y)的滤波器系数的计算式的一个例子通过下面的算式(7)表示。在算式(7)中，设为拍摄装置202的曝光开始时刻T1、曝光结束时刻T2、拍摄装置202的曝光时间Te、X轴方向的每1个像素的长度ΔX、Y轴方向的每1个像素的长度ΔY。另外，δ(·)表示狄拉克德尔塔函数。
【式7】
Figure BDA0003145246300000111
算式(7)是将曝光开始时刻T1的相对位置的推定值和时刻t的相对位置的推定值之差变换为像素单位，在通过时刻[T1，T2]对以像素单位的距离偏移后的德尔塔函数进行积分之后，在周围的±1/2像素的范围取得平均。
此外，在算式(7)中，像素坐标(X、Y)可取负值，因此在通过计算机实现算式(7)时，在逻辑性的像素坐标(X，Y)加上适当的偏移值，由此适当安装上的像素坐标不成为负值。
接下来，模板图像校正部106对预先登记的模板图像K和上述的滤波器M的基于算式(8)的卷积和进行计算，由此对考虑了被摄体抖动而校正后的模板图像K’进行计算。模板图像校正部106将校正后的模板图像K’输入至图像处理部107。
【式8】
Figure BDA0003145246300000112
图7是表示图5所示的模板图像校正部106的校正前的模板图像K的一个例子的图。模板图像K是在静止状态下拍摄到的图像。图8是表示图7所示的模板图像K的校正后的模板图像K’的图。模板图像K’是通过对图7所示的模板图像K和滤波器M的卷积和进行计算而得到的考虑了被摄体抖动的图像。
图9是表示图5所示的模板图像校正部106所使用的滤波器M的各像素坐标的滤波器系数的一个例子的图。滤波器M的各像素的滤波器系数能够基于时刻[T1，T2]的相对位置的推定值通过对算式(7)进行数值计算而得到。在图9中，滤波器系数是零的像素被描绘为黑色，滤波器系数非零的像素与滤波器系数的大小相应地变得明亮即描绘为白色。另外，图8所示的校正后的模板图像K’是通过对图7所示的模板图像K和图9所示的滤波器M的卷积和进行计算而得到的。
向图像处理部107输入由拍摄装置202拍摄到的拍摄图像和由模板图像校正部106输出的校正后的模板图像K’。图像处理部107使用模板匹配法等图像处理方法，对拍摄图像中的与校正后的模板图像K’一致的区域进行探索。此时，在算式(8)中，以曝光开始时刻T1的相对位置的推定值为基准而设计出滤波器系数，因此通过对拍摄图像中的与校正后的模板图像K’的逻辑原点相当的像素坐标进行计算，从而能够对曝光开始时刻T1的被摄体位置进行计算。
在这里，作为图像处理方法的一个例子，对使用最基本的模板匹配的算法的情况进行说明。在该情况下，通过校正后的模板图像K’对拍摄图像进行扫描，对拍摄图像上的各区域中的与校正后的模板图像K’的相似度进行计算，对相似度最大或者大于或等于预先设定的阈值的区域进行确定。接下来，基于确定出的区域内的与校正后的模板图像K’的逻辑原点相当的像素坐标，对拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的观测值进行计算。
此外，在上述的说明中，对模板图像校正部106在空间区域进行模板图像K和滤波器M的卷积和的计算的情况进行了说明，但在图像处理部107通过使用相位限定相关法等离散傅立叶变换的图像处理方法进行位置推定的情况下，模板图像校正部106对模板图像K和滤波器M的离散傅立叶变换进行计算，并且在空间频率域上进行两者的相乘，由此可以对校正后的模板图像K’的离散傅立叶变换进行计算。另外，模板图像校正部106也可以不是在线地对模板图像K的离散傅立叶变换进行计算，而是模板图像校正部106存储有预先离线地对模板图像K的离散傅立叶变换进行计算得到的结果。通过使用如上所述的结构，从而与针对在空间区域上计算出的校正的模板图像K’进行离散傅立叶变换的情况相比，能够削减计算量。图像处理部107将拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的观测值输入至目标位置校正部108。
向目标位置校正部108输入在相对位置存储部105中存储的相对位置存储、拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的观测值。目标位置校正部108生成表示目标位置的校正量的目标位置校正信号，将生成的目标位置校正信号输入至指令生成部100。
例如，在使用算式(7)所示的滤波器系数的计算式的情况下，以曝光开始时刻T1的相对位置的推定值为基准而设定出滤波器的坐标系，因此只要基于曝光开始时刻T1的相对位置的推定值和通过图像处理得到的相对位置的观测值的误差，计算相对于指令生成部100的目标位置的校正量即可。因此，将滤波器M的滤波器系数的计算式如以下所示的算式(9)那样进行变更，可以基于曝光结束时刻T2的相对位置的推定值和通过图像处理得到的相对位置的观测值的误差，计算相对于指令生成部100的目标位置的校正量。
【式9】
Figure BDA0003145246300000131
另外，在能够预先辨识出X轴驱动部102及Y轴驱动部103的追随延迟的多余时间的情况下，在滤波器系数的计算时，可以不是使用从曝光开始时刻T1至曝光结束时刻T2为止的相对位置的推定值，而是使用加上多余时间量的校正后的时刻的相对位置的推定值。在该情况下，相对位置存储部105只要将在曝光开始时刻T1和曝光结束时刻T2各自加上多余时间量的校正后的时间范围的相对位置的推定值的X成分hat(x2)(t)及相对位置的推定值的Y成分hat(y2)(t)的时间序列信号作为相对位置存储进行存储即可。
图10是表示图5所示的控制装置1的驱动控制处理的流程图。图11是表示图5所示的控制装置1的图像处理的流程图。通常，存在拍摄装置202的曝光时间、图像数据的转发速度、图像处理的运算量等的限制，因此图像处理的运算周期必须比驱动控制处理的运算周期更长。因此，控制装置1将驱动控制处理的任务和图像处理的任务分离，将各个任务以不同的运算周期执行。另外，在控制装置1具有多个CPU(Central Processing Unit)的情况下，可以将各个任务分配给不同的CPU。
首先，对驱动控制处理进行说明。如图10所示，控制装置1的指令生成部100基于目标位置的当前值对位置指令进行计算(步骤S101)。指令生成部100将计算出的位置指令输入至机械模型运算部101。
机械模型运算部101基于位置指令，对使可动部203移动至目标位置的驱动指令信号进行计算(步骤S102)。机械模型运算部101将计算出的驱动指令信号输入至X轴驱动部102及Y轴驱动部103。另外，机械模型运算部101基于位置指令，对拍摄装置202和目标位置之间的相对位置的推定值进行计算(步骤S103)。机械模型运算部101将计算出的相对位置的推定值输入至相对位置存储部105。
相对位置存储部105对从机械模型运算部101输入的相对位置的推定值进行存储(步骤S104)。包含X轴驱动部102及Y轴驱动部103在内的驱动部基于驱动指令信号，执行包含X轴电动机200及Y轴电动机201在内的电动机的控制处理(步骤S105)。
接下来，对图像处理进行说明。如图11所示，控制装置1的拍摄指令生成部104对拍摄装置202输出拍摄指令(步骤S201)。模板图像校正部106基于相对位置存储对抖动图像的滤波器进行计算(步骤S202)。模板图像校正部106基于抖动图像的滤波器，对校正后的模板图像进行计算(步骤S203)。模板图像校正部106将校正后的模板图像输入至图像处理部107。
图像处理部107取得拍摄装置202的拍摄图像(步骤S204)。图像处理部107通过图像处理对拍摄装置202和目标位置之间的相对位置的观测值进行计算(步骤S205)。图像处理部107将计算出的相对位置的观测值输入至目标位置校正部108。目标位置校正部108基于相对位置存储所示的相对位置的推定值和相对位置的观测值对表示目标位置的校正量的目标位置校正信号进行计算(步骤S206)。
接下来，对本实施方式的硬件结构进行说明。指令生成部100、机械模型运算部101、X轴驱动部102、Y轴驱动部103、拍摄指令生成部104、相对位置存储部105、模板图像校正部106、图像处理部107及目标位置校正部108由处理电路实现。这些处理电路可以通过专用的硬件实现，也可以是使用CPU的控制电路。
在上述处理电路通过专用的硬件实现的情况下，它们由图12所示的处理电路90实现。图12是表示用于实现图5所示的控制装置1的功能的专用的硬件的图。处理电路90是单一电路、复合电路、被程序化的处理器、被并行程序化的处理器、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)或者它们的组合。
在上述处理电路通过使用CPU的控制电路实现的情况下，该控制电路例如为图13所示的结构的控制电路91。图13是表示用于实现图5所示的控制装置1的功能的控制电路91的结构的图。如图13所示，控制电路91具有处理器92和存储器93。处理器92为CPU，也被称为中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、DSP(Digital SignalProcessor)等。存储器93例如为RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、闪存、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(注册商标)(Electrically EPROM)等非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘、DVD(DigitalVersatile Disk)等。
在上述处理电路由控制电路91实现的情况下，是处理器92将在存储器93中存储的与各结构要素的处理相对应的程序读出并执行而实现的。另外，存储器93还作为由处理器92执行的各处理中的暂时存储器被使用。
如以上说明所述，根据本实施方式所涉及的控制装置1，基于拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的推定值，预测被摄体抖动一边对模板图像K进行校正一边进行通过图像处理实现的位置推定。因此，能够高精度地对定位控制中的由被摄体抖动引起的位置误差进行校正，能够提高定位控制的精度。该方法也能够应用于被摄体的形状复杂的情况、由于被摄体抖动而被摄体形状大幅畸变的情况，通用性高。
另外，通常如控制对象装置2那样的机械系统具有有限的机械刚性，因此如果使定位指令的加速度或者减速度增加，则存在下述问题，即，有时在机械系统产生振动而定位时间增加。
针对如上所述的问题，在本实施方式所涉及的控制装置1中，使用如算式(4)及算式(5)所示那样的电流前馈信号和位置参照信号，进行X轴驱动部102及Y轴驱动部103的控制，由此能够抑制定位完成后的机械振动而缩短定位时间。
另外，在定位中由于机械系统的机械刚性而在拍摄装置202和目标位置207之间会发生位移、振动等，因此在没有考虑机械系统的机械特性的情况下，存在通过图像处理进行的位置推定产生误差这样的问题。
针对如上所述的问题，在本实施方式的控制装置1中，如算式(6)所示，基于考虑了机械特性的拍摄装置202和目标位置207之间的相对位置的推定值对目标位置的校正量进行计算。因此，能够抑制由机械系统的振动及位移引起的拍摄装置202的位置偏差所导致的图像处理的位置推定精度的降低，进行高速且高精度的定位。
以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
例如，在上述实施方式中，对将控制装置1应用于定位控制的例子进行了说明，但本实施方式并不限定于该例。控制装置1基于被摄体抖动的预测对图像处理中使用的模板图像进行校正的方法，也能够应用于轨迹控制装置、卷对卷方式的机械系统等除了定位控制以外的运动控制装置。
另外，在上述实施方式中，说明了使用表示控制对象装置2的机械特性的传递函数对驱动指令信号及相对位置的推定值进行计算的例子，但本实施方式并不限定于该例。在控制对象装置2的机械刚性充分高的情况、难以辨识机械特性的情况下，也能够不使用控制对象装置2的详细的机械特性对驱动指令信号及相对位置的推定值进行计算。在该情况下，例如，假定控制对象装置2为刚体，即，假定控制对象装置2的X轴及Y轴的传递函数通过下面的算式(10)表示，只要构成驱动指令生成部301及相对位置推定部302即可。在这里，Jx是X轴的刚体惯量，Jy是Y轴的刚体惯量。
【式10】
Figure BDA0003145246300000171
另外，在上述实施方式中，对拍摄装置202设置于安装头即可动部203的例子进行了说明，但本实施方式的技术也能够应用于可动部203使目标物移动的工作台，且构成为伴随目标物的移动而拍摄装置202和目标物的相对位置变化的机械。
另外，在上述实施方式中，在机械模型运算部101中，仅根据预先辨识出的机械特性和由指令生成部100输出的指令位置的信息进行了拍摄装置202和目标位置207的相对位置的推定，但在控制对象装置2具有加速度传感器等附加传感器的情况下，也能够通过使用这些传感器的检测值的观测器，进行拍摄装置202和目标位置207的相对位置的推定。
另外，在上述实施方式中，对控制装置1的结构及控制方法进行了说明，但本实施方式所公开的技术也可以作为用于实现控制装置1的控制方法的计算机程序而实施，也可以作为对计算机程序进行存储的存储介质而实施。
标号的说明
1控制装置，2控制对象装置，10控制系统，90处理电路，91控制电路，92处理器，93存储器，100指令生成部，101机械模型运算部，102 X轴驱动部，103 Y轴驱动部，104拍摄指令生成部，105相对位置存储部，106模板图像校正部，107图像处理部，108目标位置校正部，200 X轴电动机，201 Y轴电动机，202拍摄装置，203可动部，204吸附吸嘴，205印刷基板输送机构，206印刷基板，207目标位置，208电子部件，301驱动指令生成部，302相对位置推定部，303指令分配器，304 X轴驱动指令生成部，305 Y轴驱动指令生成部，C中心轴，P0默认目标位置，V视野区域。

Claims (8)

1.一种控制装置，其对具有可动部和拍摄装置的控制对象装置进行控制，该拍摄装置伴随所述可动部的移动而与目标物的相对位置变化，取得所述目标物的拍摄图像，
该控制装置的特征在于，具有：
驱动部，其基于使所述可动部移动至目标位置的驱动指令信号，对所述可动部进行驱动；
相对位置推定部，其基于所述驱动指令信号，对所述目标物和所述拍摄装置的相对位置的推定值进行计算；
模板图像校正部，其基于所述拍摄装置的拍摄时间内的所述相对位置的推定值的时间序列信号，对预先登记的模板图像进行校正；以及
目标位置校正部，其使用校正后的所述模板图像，对所述目标位置进行校正。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述模板图像校正部基于所述时间序列信号对所述拍摄图像的抖动进行仿真，基于仿真结果对所述模板图像进行校正。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述模板图像校正部基于所述时间序列信号，对与由所述拍摄装置的拍摄中的所述相对位置的变化引起的所述拍摄图像的抖动相当的滤波器进行计算，使所述滤波器作用于所述模板图像，由此进行所述模板图像的校正。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，
所述模板图像校正部通过在空间频率域上进行使所述滤波器作用于所述模板图像的运算，从而对空间频率域上的校正后的所述模板图像进行计算，
所述控制装置还具有图像处理部，该图像处理部通过基于空间频率域上的所述拍摄图像和校正后的所述模板图像的图像处理，输出所述相对位置的观测值，
所述目标位置校正部基于所述推定值及所述观测值，对所述目标位置进行校正。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，
还具有图像处理部，该图像处理部使用校正后的所述模板图像对所述拍摄图像进行图像处理而输出所述相对位置的观测值，
所述目标位置校正部基于所述推定值及所述观测值对所述目标位置进行校正。
6.根据权利要求4或5所述的控制装置，其特征在于，
所述图像处理部使用模板匹配而输出所述观测值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制装置，其特征在于，
还具有驱动指令生成部，该驱动指令生成部基于表示所述控制对象装置的机械特性的传递函数，对包含电流前馈信号和位置参照信号在内的驱动指令信号进行计算而输入至所述驱动部，该电流前馈信号是降低了对所述控制对象装置的机械振动进行激励的频率成分的增益后的信号，该位置参照信号是所述可动部应该追随的信号，
所述相对位置推定部基于所述传递函数，对由所述驱动部进行了使用所述电流前馈信号及所述位置参照信号的2自由度控制的情况下的所述相对位置的推定值进行计算。
8.一种控制方法，其特征在于，
控制装置对具有可动部和拍摄装置的控制对象装置进行控制，该拍摄装置伴随所述可动部的移动而与目标物的相对位置变化，取得所述目标物的拍摄图像，
该控制方法包含下述步骤：
控制装置基于输入至对所述可动部进行驱动的驱动部的驱动指令信号，对所述目标物和所述拍摄装置的相对位置的推定值进行计算；
控制装置基于所述拍摄装置的拍摄时间内的所述相对位置的推定值的时间序列信号，对预先登记的模板图像进行校正；以及
控制装置使用校正后的所述模板图像对所述可动部的移动的目标位置进行校正。
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