CN1152232C

CN1152232C - 使用定位标记的位置误差测量方法和装置及根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置

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Publication number: CN1152232C
Application number: CNB988137496A
Authority: CN
Inventors: ��ɭ; 森俊博
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2004-06-02
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: US6718057B1; WO2000037884A1; DE19882963T1; TW419933B; CN1285035A

Abstract

以预定精度相对于图像信息检测装置(1、2)对定位标记(21-24)进行定位并加以固定，在狭视场的图像信息检测装置(1)可检测定位标记(21-24)时，根据该图像信息求被加工件(7)的位置误差；在狭视场的图像信息检测装置(1)不能检测定位标记(21-24)时，由宽视场的图像信息检测装置(2)检测定位标记(21-24)的图像信息，根据该图像信息得到的被加工件(7)的位置误差，修正宽视场的图像信息检测装置(2)与被加工件(7)的相对位置；由狭视场的图像信息检测装置检测定位标记(21-24)的图像信息，根据该图像信息求被加工件(7)的位置误差。

Description

使用定位标记的位置误差测量方法和装置及根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置

技术领域

本发明涉及测量被加工件的定位标记并根据该测量结果进行定位修正的使用定位标记的位置误差测量方法和装置，及根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置。

背景技术

图7表示以往的根据使用定位标记测量位置误差的测量结果进行位置修正的加工装置的构成例子，该加工装置以例如在印刷电路板上进行钻孔加工为例，测量被加工件的定位标记，根据该测量结果进行定位修正后进行加工。图中，1是具有狭视场透镜的摄像机，5是对摄像机1的图像信息进行图像处理的图像处理装置，6是显示从摄像机1输入至图像处理装置5的图像与图像处理装置5的处理结果的显示装置，7是被加工件，8是对被加工件7进行定位的XY台，9是对被加工件7进行加工的工具，10是控制装置，进行图像处理控制、定位修正控制和加工控制等，11是手动脉冲产生装置，21～24是定位标记。

在印刷电路板钻孔等加工作业中，要求高定位精度，因而如上所述，修正定位用的摄像机需要使用狭视场高分辨率的摄像机。

接着对动作进行说明。在图7中，被加工件固定在XY台8，在加工前，由XY台8进行定位修正。定位修正根据控制装置10的指令，由未图示的X轴驱动系统和Y轴驱动系统使XY台在X方向和Y方向定位。把摄像机1移动至预设的定位标记的基准位置，由图像处理装置5进行图像处理，测量基准位置与定位标记的位置误差，从而确定定位修正量。

图8表示使用定位标记，通过图像处理进行位置误差测量的例子，其中，3表示摄像机1的视场。如前所述，在要求高定位精度的用途中，摄像机1的视场3狭窄。如图8(a)所示，在定位标记21不落入摄像机1的狭视场3时，图像处理装置5中即使进行图像处理，也不能发现定位标记，因而成为识别错误，另一方面，若定位标记21落入摄像机1的狭视场3，则为无识别错误。

在图7中，当图像处理装置5不能识别定位标记21时，从图像处理装置5向控制装置10传送识别错误等报警信息，控制装置10进行处理，输出报警信号使操作者易于判断。操作者识别报警后，使用控制装置10的手动脉冲产生装置11等，使定位标记21移动至摄像机1的狭视场3中(图8(b))，用图像处理装置5再次进行图像处理。显示装置6中显示的定位标记位置误差测量结果的例子示于图8(c)。其后，使摄像机移动至下一定位标记位置进行自动测量。

上述定位标记位置误差测量作业，相应于预设的要测量的定位标记点数进行多次，在控制装置10中，由测量的定位标记的位置误差数据运算求出被加工件7的加工点位置误差，进行加工点的位置误差修正，用图7的工具9对已进行位置误差修正的被加工件7的加工点进行加工。在这种以往的根据使用定位标记测量位置误差的测量结果，进行位置修正的加工装置中，未发现定位标记时，变成图像处理装置识别错误，然后操作者用手动操作使定位标记移动至摄像机的视场中，再次进行图像处理，因而定位修正费工费时。

如上所述，在识别对象物不进入摄像机视场时处理麻烦，为解决该问题，作为把摄像机视场变大进行处理的技术，在特开昭60-163183号公报中揭示了一种图9所示的位置误差测量装置。图中，101是可存在识别对象物102的对象范围，103是内设可切换“宽视场”与“狭视场”的电动变焦透镜104的摄像机，105是安装该摄像机103、使摄像机103移动定位于对象范围101中的任意位置的二维定位装置，106是视觉传感控制装置。该视觉传感控制装置106由驱动电动变焦透镜104的变焦透镜驱动装置107、二维定位装置105的定位控制装置108、对摄像机103取入的图像进行处理的图像处理装置109及统一控制这些装置的中央处理装置110构成。

摄像机103定位于对象范围101的中央部，同时，电动变焦透镜104设置在“宽视场”，从而对象范围101全部显示在摄像机103得到的图像中，识别对象物102自然显示在对象范围101中的预定位置。接着，根据“宽视场”得到的识别对象物102的位置误差，定位控制装置108驱动二维定位装置105，摄像机103定位于识别对象物102所对应的位置，同时，由变焦透镜驱动装置107切换至“狭视场”。因而，通过由图像处理装置109处理该“狭视场”得到的图像信息，可得到高精度的位置误差数据。

考虑由这种方法识别图7所示定位标记的场合，则先移动摄像机，在“宽视场”进行定位标记的图像处理，使定位标记位于视场中央后，再切换至“狭视场”进行定位标记的图像处理，并进行位置修正。因此，这种方法虽然对狭视场的摄像机未能发现大部分定位标记的场合是有效的，但因必须进行“宽视场”与“狭视场”的识别，因而费时，不能用于要求高生产率的用途。

发明揭示

本发明为解决上述课题而作出，其目的在于提供一种可用于要求高精度和高生产率用途的、使用定位标记的位置误差测量方法和装置，及根据使用定位标记进行位置误差测量的测量结果进行位置修正的加工装置。

第1发明的一种使用定位标记的位置误差测量方法，包括下述步骤：以预定精度相对于所述图像信息检测装置对所述定位标记进行定位并加以固定；在狭视场的所述图像信息检测装置可检测所述定位标记时，根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；在所述狭视场的图像信息检测装置不能检测所述定位标记时，由宽视场的图像信息检测装置检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息得到的所述被加工件的位置误差，修正所述宽视场的图像信息检测装置与被加工件的相对位置；由狭视场的图像信息检测装置检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息，求所述被加工件的位置误差。

第2发明的一种使用定位标记的位置误差测量方法，包括下述步骤：以预定精度相对于所述图像信息检测装置对所述定位标记进行定位并加以固定；在设置在狭视场且可变更视场大小的所述图像信息检测装置可检测定位标记时，根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；在设置在狭视场且可变更视场大小的图像信息检测装置不能检测所述定位标记时，展宽所述图像信息检测装置的视场，检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息得到的所述被加工件的位置误差，修正所述图像信息检测装置与所述被加工件的相对位置；使所述图像信息检测装置视场变狭，检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息，求所述被加工件的位置误差。

第3发明的一种使用定位标记的位置误差测量装置，该位置误差测量装置包括：以预定精度相对于所述图像信息检测装置对所述定位标记进行定位并加以固定的定位固定装置；具有狭视场的第1图像信息检测装置；具有宽视场的第2图像信息检测装置；在由所述第1图像信息检测装置可检测所述定位标记时，根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；在由所述第1图像信息检测装置不能检测所述定位标记时，由所述第2图像信息检测装置检测所述定位标记的图像信息；由所述定位装置修正从该图像信息得到的所述被加工件的位置误差；由所述第1图像信息检测装置检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息求所述被加工件的位置误差。

第4发明的一种使用定位标记的位置误差测量装置，该位置误差测量装置包括：以预定精度相对于所述图像信息检测装置对所述定位标记进行定位并加以固定的定位固定装置；视场大小可变的图像信息检测装置；在设置在狭视场的所述图像信息检测装置可检测定位标记时，根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；在设置在狭视场的图像信息检测装置不能检测所述定位标记时，展宽所述图像信息检测装置的视场，检测所述定位标记的图像信息；由所述定位装置修正根据该图像信息得到的所述被加工件的位置误差；使所述图像信息检测装置视场变狭，检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息求所述被加工件的位置误差。

第5发明的一种根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置，该加工装置包括：以预定精度相对于所述图像信息检测装置和所述加工装置对所述定位标记进行定位并加以固定的定位固定装置；具有狭视场的第1图像信息检测装置；具有宽视场的第2图像信息检测装置；在由所述第1图像信息检测装置可检测所述定位标记时，根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；在由所述第1图像信息检测装置不能检测所述定位标记时，由所述第2图像信息检测装置检测所述定位标记的图像信息；由所述定位装置修正从该图像信息得到的所述被加工件的位置误差；由所述第1图像信息检测装置检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；由所述定位装置修正从所述第1图像信息检测装置得到的所述被加工件的位置误差；由所述加工装置加工所述被加工件。

第6发明的一种根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置，该加工装置包括：以预定精度相对于所述图像信息检测装置和所述加工装置对所述定位标记进行定位并加以固定的定位固定装置；可改变视场大小的图像信息检测装置；在设置在狭视场的所述图像信息检测装置可检测定位标记时，根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；在设置在狭视场的图像信息检测装置不能检测所述定位标记时，展宽所述图像信息检测装置的视场，检测所述定位标记的图像信息；由所述定位装置修正根据该图像信息得到的所述被加工件的位置误差；使所述图像信息检测装置视场变狭，检测所述定位标记的图像信息；根据该图像信息求所述被加工件的位置误差；由所述定位装置修正设置在狭视场的所述图像信息检测装置得到的所述被加工件的位置误差；由所述加工装置加工所述被加工件。

本发明如上所述构成，取得如下效果。

第1发明以预定精度相对于图像信息检测装置对被加工件上的定位标记进行定位并加以固定，该构成使狭视场的图像信息检测装置几乎不会不命中定位标记，在狭视场的图像信息检测装置可检测定位标记时，根据狭视场的图像信号检测装置的图像信息，求被加工件的位置误差，因而与对各定位标记必须进行“宽视场”识别与“狭视场”识别的情形相比，可大幅度缩短图像处理的识别时间和被加工件的定位时间，对即使要求高精度且高生产率的用途也能适用。

第2发明具有与第1发明同样的效果外，因宽视场的图像信息检测装置与狭视场的图像信息检测装置切换时定位装置的位置修正动作距离变小，可进一步提高生产率。不需狭视场的图像信息检测装置与宽视场的图像信息检测装置对位，同时可使构成紧凑。

第3发明与第5发明取得与第1发明同样的效果。

第4发明与第6发明取得与第2发明同样的效果。

附图概述

图1是本发明实施形态1的根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置构成示意图。

图2是本发明实施形态1的被加工件相对于XY台定位的方法说明图。

图3是本发明实施形态1的使用定位标记的位置误差测量方法的流程图。

图4是本发明实施形态1的使用定位标记的位置误差测量方法的动作说明图。

图5是本发明实施形态2的使用定位标记的位置误差测量方法的流程图。

图6是本发明实施形态2的使用定位标记的位置误差测量方法的动作说明图。

图7是以往的根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置构成图。

图8是以往的通过图像处理进行使用定位标记的位置误差测量的一个例子的说明图。

图9是以往的位置误差测量装置的构成图。

实施发明的最佳形态

实施形态1

图1是本发明实施形态1的根据使用定位标记的位置误差测量结果进行位置修正的加工装置构成图，图中，1是作为图像信息检测装置的具有狭视场透镜的摄像机，2是作为图像信息检测装置的具有宽视场透镜的摄像机，5是对摄像机1的图像信息进行图像处理的图像处理装置，6是对摄像机1或摄像机2输入至图像处理装置5的图像及图像处理装置5处理结果进行显示的显示装置，7是被加工件，8是作为对被加工件7进行定位的定位装置的XY台，9是作为对被加工件进行加工的加工装置的工具，10是进行图像处理控制、定位修正控制和加工控制等的控制装置，21～24是定位标记。图2是对被加工件7相对于XY台8进行定位的定位方法说明图。图中，7a、7b是被加工件7的基准面，31～33是XY台上的定位销，41、42是与上述定位销一起固定被加工件7且构成可在XY台上移动的固定销。

接着，说明XY台8和定位标记21～24的定位固定装置。图2中，通过使以高精度形成的被加工件7的基准面7a、7b接触XY台8的高精度配置的定位销31～33，并由固定销41、42加以固定，可以预定精度定位XY台8和被加工件7。进而，通过以基准面7a、7b作基准以所需精度形成被加工件7的定位标记21～24，可以预定精度定位XY台8与定位标记21～24。通过这种构成，使得即使是狭视场的摄像机，定位标记也几乎不会脱离其视场。

在例如印刷电路板上钻孔加工这种要求高精度定位的用途中，仅用上述XY台与被加工件的机械定位，难于满足要求精度，因而不言而喻需要通过使用定位标记的图像处理进行位置修正。进而，在这类用途中，还要求高生产率，故还需缩短图像处理中识别时间等的空程(air cut)时间。

图3是表示本发明实施形态1的使用定位标记的位置误差测量方法的流程图，图4是其动作说明图。图4中，3表示狭视场，4表示宽视场。

图3中，首先，进行定位修正的摄像机1移动至定位标记的基准位置(S1)。然后，进行图像处理(S2)，判定图像处理结果(S3)。在步骤S3，当图像处理结果不为识别错误时(“否”)，得到定位标记的位置误差(基准位置与测量位置之差)(S4)。接着，在步骤S11，判断是否有下一定位标记，在有下一定位标记(“是”)时，摄像机移动至下一定位标记位置(S1)，进行与上述同样的处理。在S11判断中，不存在下一定位标记(“否”)时，从上述得到的定位标记位置误差，由控制装置10在控制装置10中运算并求得被加工件7的位置误差，进行被加工件7的位置修正(S12)。

在步骤S3中图像处理结果为识别错误(“是”)时，即，如图4(a)所示，在狭视场3中没有定位标记时，执行步骤S5～S10。首先，比摄像机1视场宽的摄像机2移动至定位标记的基准位置(S5)，根据摄像机2的输入图像进行图像处理(S6)(图4(b))。接着，在S7，计算定位标记的位置误差(基准位置与测量位置的差，ΔX1、ΔY1)。定位标记21与定位标记21的误差测量结果(基准位置与测量位置的差，ΔX1、ΔY1)在显示装置6上显示的例子示于图4(c)。在基准位置反映步骤S7中得到的、定位标记的位置误差(基准位置与测量位置的差，ΔX1、ΔY1)的值，因而再次使摄像机1移动(S8)，在摄像机1进行图像处理(S9)(图4(d))，计算定位标记的位置误差(基准位置与测量位置的差，ΔX2、ΔY2)(S10)。这时显示装置6的显示例子示于图4(e)。接着，流程进至S11，进行与上述同样的处理。作为定位标记的位置误差测量结果，ΔX2、ΔY2是更高精度的值。

这里，采用预先求得的校正数据，由图1的控制装置10自动进行摄像机切换(从摄像机1至2，或从摄像机2至1)及变更切换所必需的参数。

在上述说明中，所例示的是由XY台使被加工件7相对于工具9与摄像机1、2移动，但也可固定被加工件7，使工具9与摄像机1、2相对于被加工件7移动。

XY台8与定位标记21～24的定位固定装置不限于上述定位固定装置，例如使用定位导向件与真空吸附机构等，只要是能实现XY台8与定位标记21～24的定位的装置均可。

作为图像信息检测装置虽然例示了摄像机，但不限定于摄像机，也可采用半导体图像传感器等各种可检测视觉信息的装置。

在上述构成中，以预定精度相对于图像信息检测装置对被加工件上的定位标记进行定位并加以固定，使狭视场的图像信息检测装置几乎不会不命中上述定位标记，在由狭视场的图像信息检测装置可检测位置标记时，由狭视场的图像信息检测装置的图像信息可求得被加工件的位置误差，宽视场的图像信息检测装置，作为狭视场的图像信息检测装置的一种辅助装置，仅在必要时使用。因此，与对于各定位标记必须进行“宽视场”识别与“狭视场”识别的情况相比，可大幅度缩短图像处理的识别时间与被加工件的定位时间，对要求高精度且高生产率的用途，也可适用。

实施形态2

图5是本发明实施形态2的使用定位标记的位置误差测量方法的流程图，图6是其动作说明图。图6中，12是作为图像信息检测装置的、可变更视场大小的摄像机，例如使用变焦透镜构成。

图5中，与实施形态1相同的部分省略其说明。在图5步骤S3中，当图像处理结果为识别错误时(“是”)，即，如图6(a)所示，定位标记不在狭视场3中时，执行步骤S5′～S10。

首先，展宽可变更视场的摄像机12的视场(S5′)，进行图像处理(S6)(图6(b))。然后，在S7，获得定位标记的位置误差(基准位置与测量位置的差，ΔX1、ΔY1)。定位标记21与定位标记21的误差测量结果(基准位置与测量位置的差，ΔX1、ΔY1)在显示装置6上的显示例子示于图6(c)。接着，在摄像机12视场回到原视场(变为狭视场)的同时，在基准值反映S7中得到的定位标记的位置误差(基准位置与测量位置的差，ΔX1、ΔY1)的值，因而使摄像机12移动(S8′)，进行图像处理(S9)(图6(d))。

通过上述构成，可取得与实施形态1同样的效果，同时，宽视场的图像信息检测装置与狭视场的图像信息检测装置切换时，定位装置的位置修正动作的距离变小，因而可提高生产率。而且，具有不需要狭视场的图像信息检测装置与宽视场的图像信息检测装置对位，同时可使构成紧凑的效果。

产业可利用性

如上所述，根据本发明的使用定位标记的位置误差测量方法和装置及使用定位标记的位置误差测量结果，进行位置修正的加工装置可用于要求高精度与高生产率的用途中。

Claims

1.一种位置误差测量方法，其特征在于包括下述步骤：

由具有第一视场的第一图像信息检测装置检测被加工件的图像信息；

由控制装置判断所述图像信息中是否包含被加工件上的定位标记的图像信息；

在判断为图像信息中包含被加工件上的定位标记的图像信息时，根据所述图像信息确定被加工件相对于第一图像信息检测装置的位置误差；

在判断为图像信息中不包含被加工件上的定位标记的图像信息时，由具有比第一视场宽的第二视场且相对于第一图像信息检测装置固定于预定位置的第二图像信息检测装置，检测所述定位标记的图像信息；根据第二图像信息检测装置检测的所述定位标记的图像信息，改变第二图像信息检测装置与被加工件的相对位置；由第一图像信息检测装置检测改变相对位置后的被加工件上的定位标记的图像信息；根据第一图像信息检测装置检得的定位标记的图像信息，确定被加工件相对于第一图像信息检测装置的位置误差。

2.一种位置误差测量方法，其特征在于包括下述步骤：

由设定第一视场的、视场大小可变的图像信息检测装置检测被加工件的图像信息；

在判断为图像信息中包含被加工件上的定位标记的图像信息时，根据所述图像信息确定被加工件相对于图像信息检测装置的位置误差；

在判断为图像信息中不包含被加工件上的定位标记的图像信息时，由把视场设定得比第一视场宽的第二视场的所述图像信息检测装置，检测所述定位标记的图像信息；根据设定为第二视场的所述图像信息检测装置检测的所述定位标记的图像信息，改变图像信息检测装置与被加工件的相对位置；由重新设定为第一视场的图像信息检测装置检测改变相对位置后的被加工件上的定位标记的图像信息；根据重新设定为第一视场的图像信息检测装置检得的定位标记的图像信息，确定被加工件相对于重新设定为第一视场的图像信息检测装置的位置误差。

3.一种位置误差测量装置，其特征在于它包括：

具有第一视场、检测被加工件的图像信息的第一图像信息检测装置；

具有比第一视场宽的第二视场且相对于第一图像信息检测装置固定于预定位置的第二图像信息检测装置；

判断所述第一图像信息检测装置检测的图像信息中是否包含被加工件上的定位标记的图像信息的控制装置；

所述控制装置在判断为图像信息中包含定位标记的图像信息时，根据所述图像信息确定被加工件相对于第一图像信息检测装置的位置误差；在判断为图像信息中不包含定位标记的图像信息时，第二图像信息检测装置，检测所述定位标记的图像信息；

所述控制装置根据第二图像信息检测装置检测的所述定位标记的图像信息，改变第二图像信息检测装置与被加工件的相对位置；第一图像信息检测装置检测改变相对位置后的被加工件上的定位标记的图像信息；

所述控制装置根据第一图像信息检测装置检得的定位标记的图像信息，确定被加工件相对于第一图像信息检测装置的位置误差。

4.一种位置误差测量装置，其特征在于它包括：

检测被加工件且视场大小可变的图像信息检测装置；

判断设定为第一视场的图像信息检测装置检测的所述图像信息中是否包含被加工件上的定位标记的图像信息的控制装置；

所述控制装置在判断为图像信息中包含被加工件上的定位标记的图像信息时，根据所述图像信息确定被加工件相对于图像信息检测装置的位置误差；在判断为图像信息中不包含被加工件上的定位标记的图像信息时，视场设定为比第一视场宽的第二视场的所述图像信息检测装置，检测所述定位标记的图像信息；

所述控制装置根据设定为第二视场的所述图像信息检测装置检测的所述定位标记的图像信息，改变图像信息检测装置与被加工件的相对位置；由重新设定为第一视场的图像信息检测装置检测改变相对位置后的被加工件上定位标记的图像信息；

所述控制装置根据重新设定为第一视场的图像信息检测装置检得的定位标记的图像信息，确定被加工件相对于重新设定为第一视场的图像信息检测装置的位置误差。

5.一种根据位置误差测量结果进行位置修正的加工装置，其特征在于它包括：

对所述被加工件进行加工的加工装置；

所述控制装置在判断为图像信息中包含被加工件上的定位标记的图像信息时，根据所述图像信息确定被加工件相对于第一图像信息检测装置的位置误差；在判断为图像信息中不包含被加工件上的定位标记的图像信息时，所述第二图像信息检测装置，检测所述定位标记的图像信息；

所述控制装置根据第一图像信息检测装置检得的定位标记的图像信息，确定被加工件相对于第一图像信息检测装置的位置误差；

所述控制装置根据所述位置误差修正所述第一图像信息检测装置和被加工件的相对位置；

所述加工装置对已修正相对位置的加工件进行加工。

6.一种根据位置误差测量结果进行位置修正的加工装置，其特征在于它包括：

检测被加工件且视场大小可变的图像信息检测装置；

对所述被加工件进行加工的加工装置；

所述控制装置在判断为图像信息中包含被加工件上的定位标记的图像信息时，根据所述图像信息确定被加工件相对于图像信息检测装置的位置误差；在判断为图像信息中不包含被加工件上的定位标记的图像信息时，由视场设定为比第一视场宽的第二视场的所述图像信息检测装置，检测所述定位标记的图像信息；

所述控制装置根据设定为第二视场的所述图像信息检测装置检测的所述定位标记的图像信息，改变图像信息检测装置与被加工件的相对位置；由重新设定为第一视场的图像信息检测装置检测改变相对位置后的被加工件上的定位标记的图像信息；

所述控制装置由重新设定为第一视场的图像信息检测装置检得的定位标记的图像信息，确定被加工件相对于重新设定为第一视场的图像信息检测装置的位置误差；

所述控制装置根据所述位置误差修正所述图像信息检测装置和被加工件的相对位置；

所述加工装置对已修正相对位置的加工件进行加工。