JP2019219998A - 位置決めシステム、監視装置、監視方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1を参照して、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1は、本実施の形態に係る位置決めシステムの概要を示す模式図である。図1に示す位置決めシステム1は、画像処理を用いて対象物(以下、「対象ワークW」という)の位置決めを行う。位置決めは、典型的には、工業製品の製造過程などにおいて、対象ワークWを生産ラインの本来の位置に配置する処理などを意味する。たとえば、位置決めシステム1は、液晶パネルの生産ラインにおいて、ガラス基板に回路パターンの焼付処理(露光処理)前に、露光マスクに対するガラス基板の位置決めを行なう。
次に、本実施の形態に係る位置決めシステムの一例について説明する。
図3は、本実施の形態に係る位置決めシステム1を構成する画像処理装置32のハードウェア構成を示す模式図である。画像処理装置32は、典型的には、汎用的なコンピュータアーキテクチャに従う構造を有しており、予めインストールされたプログラムをプロセッサが実行することで、後述するような各種の画像処理を実現する。
図4は、実施の形態に係る位置決めシステムを構成するコントローラ40のハードウェア構成を示す模式図である。コントローラ40は、チップセット412と、プロセッサ414と、不揮発性メモリ416と、主メモリ418と、システムクロック420と、メモリカードインターフェイス422と、表示コントローラ426と、通信インターフェイス428と、内部バスコントローラ430と、フィールドバスコントローラ438とを含む。チップセット412と他のコンポーネントとの間は、各種のバスを介してそれぞれ結合されている。
図5は、図1に示される位置決めシステムの機能構成の一例を示すブロック図である。画像処理装置32は、撮像部31によって撮像された画像の中からマーク5a,5b(図1参照)を探索し、マーク5aの位置(以下、「計測位置PMa」という)とマーク5bの位置(以下、「計測位置PMb」という)とを特定する。画像処理装置32は、公知のパターン認識技術を用いて、画像の中からマーク5a,5bを認識すればよい。画像処理装置32は、計測位置PMa,PMbの座標を計測する。当該座標は、カメラ座標系で示される。
図5に示されるように、コントローラ40は、移動制御部41とモデル記憶部46と監視部47とを備える。移動制御部41および監視部47は、図4に示すプロセッサ414が制御プログラム440を実行することにより実現される。モデル記憶部46は、図4に示す不揮発性メモリ416および主メモリ418により実現される。
移動制御部41は、マーク5aの計測位置PMaが目標位置SPaに近づくとともに、マーク5bの計測位置PMbが目標位置SPbに近づくように、移動指令を生成する。目標位置SPa,SPbは予め定められている。図5に示されるように、移動制御部41は、座標変換部42と、位置決定部43と、減算部44と、演算部45とを備える。
モデル記憶部46は、移動機構10、ドライバユニット20および移動制御部41を模擬したシミュレーションモデルを記憶する。シミュレーションモデルは、移動機構10の設計データ、移動制御部41の処理を規定するプログラムなどから構成される。
監視部47は、カメラ座標系を機械座標系に変換するためのキャリブレーションパラメータのずれの要因となる異常の有無を監視する。図5に示されるように、監視部47は、軌跡決定部48と、判定部49とを備える。
<3−1.コントローラの位置決め処理の流れ>
図6を参照して、コントローラ40の位置決め処理の流れの一例について説明する。図6は、コントローラにおける位置決め処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図7は、移動制御部による移動制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。まずステップS11において、移動制御部41は、視覚センサ30によって特定された最新の計測位置PMa,PMbの座標(カメラ座標系)を取得する。次にステップS12において、座標変換部42は、計測位置PMa,PMbの座標を機械座標系に変換する。
ここで、Kkは、内挿補間係数である。Ts−Ted≦Tsd<2Ts−Tedの場合、内挿補間係数Kkは、次の式(2)を用いて算出される。
このような内挿補間値の算出方法を用いることによって、撮像時刻tiのエンコーダ値EnsX(i)を高精度に算出できる。同様にして、撮像時刻tiのエンコーダ値EnsY(i),Ensθ(i)が算出される。なお、撮像時刻tiがエンコーダ値の出力時刻から伝送遅延時間Tedだけ前の時刻と一致する場合には、このエンコーダ値をそのまま用いればよい。
図9は、比較例の位置決め処理と、実施の形態に係る位置決め処理とにおける、マークの位置変化の一例を示す図である。図10は、比較例の位置決め処理と、実施の形態に係る位置決め処理とにおける、ステージ装置の移動速度の変化の一例を示す図である。
図11を参照して、コントローラ40による位置決めシステム1の監視処理の流れの一例について説明する。図11は、コントローラにおける監視処理の流れの一例を示すフローチャートである。図11に示す監視処理は、対象ワークWの位置決め処理ごとに行なわれる。また、図11に示す監視処理は、図6に示す位置決め処理と並行して実行される。
軌跡決定部48は、たとえば図12のフローチャートに示すような処理を行うことで、理想軌跡を決定する。図12は、図11に示す理想軌跡の決定処理(ステップS21)のサブルーチンの処理内容を示すフローチャートである。
判定部49は、たとえば図13のフローチャートに示すような処理を行うことで、位置決めシステム1の異常の有無を判定する。図13は、図11に示す異常の有無の判定処理(ステップS22)のサブルーチンの処理内容を示すフローチャートである。
以上のように、対象ワークWの位置決め処理を行なう位置決めシステム1は、移動機構10と、視覚センサ30と、移動制御部41と、軌跡決定部48と、判定部49とを備える。移動機構10は、対象ワークWを移動させる。視覚センサ30は、対象ワークWを撮像し、撮像画像に基づいて対象ワークWの位置(具体的には、マーク5a,5bの計測位置PMa,PMb)を特定する位置特定処理を撮像周期Tbごとに実行する。移動制御部41は、視覚センサ30によって特定された計測位置PMa,PMbが目標位置SPa,SPbにそれぞれ近づくように移動機構10を制御する。軌跡決定部48は、初回の位置特定処理によって特定されたマーク5aの初期位置Pa(0)から目標位置SPaまでのマーク5aの理想軌跡を決定する。さらに、軌跡決定部48は、初回の位置特定処理によって特定されたマーク5aの初期位置Pb(0)から目標位置SPbまでのマーク5bの理想軌跡を決定する。判定部49は、初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定されたマーク5aの計測位置PMaの実軌跡とマーク5aの理想軌跡とを比較する。さらに、判定部49は、初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定されたマーク5bの計測位置PMbの実軌跡とマーク5bの理想軌跡とを比較する。判定部49は、比較結果に基づいて、位置決めシステム1の異常の有無を判定する。
<4−1.変形例1>
上記の説明では、判定部49は、視覚センサ30によって特定された最新の計測位置PMa,PMbが第1許容領域,第2許容領域内にそれぞれ位置するか否かに応じて、異常の有無を判定した。これに対し、判定部49は、位置決定部43から制御周期Tsごとに出力される推定位置PVa,PVbが第1許容領域,第2許容領域内にそれぞれ位置するか否かに応じて、異常の有無を判定してもよい。
判定部49は、図13に示す異常の有無の判定処理に代えて、図14に示す異常の有無の判定処理を実行してもよい。図14は、変形例2に係る判定処理のサブルーチンの処理内容を示すフローチャートである。変形例2においても、変形例1と同様に、推定位置PVa,PVbを用いて、異常の有無が判定される。
監視部47は、図11に示す監視処理に代えて、図15に示す監視処理を実行してもよい。図15は、変形例3に係る監視処理の流れを示すフローチャートである。変形例3に係る監視処理は、図11に示す監視処理と比較して、ステップS22の代わりにステップS121を実行し、かつ、ステップS24の後にステップS122,S123を実行する点で相違する。以下、ステップS121,S122,S123について説明する。
上記の説明では、監視処理は、位置決め処理と並行して実行される。しかしながら、監視処理は、位置決め処理が終了した後に実行されてもよい。位置決め処理が終了しているため、マーク5a,5bの各々について実軌跡が特定されている。マーク5a,5bの実軌跡は、位置決め処理中に位置決定部43から出力される推定位置PVa,PVbをそれぞれ順に繋ぐことにより特定される。もしくは、マーク5a,5bの実軌跡は、位置決め処理中に視覚センサ30から出力される計測位置PMa,PMbをそれぞれ順に繋ぐことにより特定されてもよい。
図17は、変形例5に係るコントローラの機能構成を示す図である。図17に示されるように、変形例5に係る位置決めシステム1Aは、図5に示す位置決めシステム1と比較して、コントローラ40の代わりにコントローラ40Aを備える点で相違する。コントローラ40Aは、図5に示すコントローラ40と比較して、監視部47の代わりに監視部47Aを備え、モデル記憶部46を備えない点で相違する。監視部47Aは、監視部47と比較して、軌跡決定部48の代わりに軌跡決定部48Aを備える点で相違する。
図18は、変形例6に係る位置決めシステムの構成を示す図である。図18に示されるように、変形例6に係る位置決めシステムの視覚センサ30は、対象ワークWとともに、定位置に固定された基準ワークW0を撮像する。基準ワークW0は、透光性を有する素材で構成される。そのため、視覚センサ30は、対象ワークWの特徴部分であるマーク5a,5bと、基準ワークW0の特徴部分であるマーク6a、6bとを同時に撮像できる。
判定部49は、位置決め処理ごとに、理想軌跡および実軌跡を示す画面を表示装置50に表示させてもよい。
上記の説明では、軌跡決定部48,48Aは、マーク5a,5bの各々の理想軌跡を決定した。しかしながら、軌跡決定部48,48Aは、マーク5a,5bの中点の理想軌跡を決定してもよい。この場合、判定部49は、視覚センサ30によって特定された計測位置PMa,PMbの中点の実軌跡と理想軌跡との比較結果に基づいて、位置決めシステム1の異常の発生の有無を判定してもよい。
以上のように、本実施の形態および変形例は以下のような開示を含む。
対象物(W)の位置決め処理を行なう位置決めシステム(1,1A)であって、
前記対象物(W)を移動させるための移動機構(10)と、
前記対象物(W)を撮像し、撮像画像に基づいて前記対象物(W)の位置を特定する位置特定処理を撮像周期ごとに実行するための視覚センサ(30)と、
前記視覚センサ(30)によって特定された位置が目標位置に近づくように前記移動機構(10)を制御するための移動制御部(41)と、
初回の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置から前記目標位置までの前記対象物(W)の理想軌跡を決定する軌跡決定部(48,48A)と、
前記初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置の実軌跡と前記理想軌跡との比較結果に基づいて、前記位置決めシステム(1,1A)の異常の有無を判定する判定部(49)とを備える、位置決めシステム(1,1A)。
前記視覚センサ(30)は、前記対象物(W)が停止中において前記初回の位置特定処理を実行し、前記対象物(W)が移動中において前記後の位置特定処理を実行する、構成1に記載の位置決めシステム(1,1A)。
前記判定部(49)は、前記実軌跡と前記理想軌跡との乖離度を示す特徴量が第1閾値を超える場合に、前記異常が発生していると判定し、警告を通知する、構成1または2に記載の位置決めシステム(1,1A)。
前記判定部(49)は、前記特徴量が第2閾値を超える場合に、前記移動機構(10)を停止させ、
前記第2閾値は前記第1閾値よりも大きい、構成3に記載の位置決めシステム(1,1A)。
前記特徴量は、後の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置と前記理想軌跡との偏差である、構成3または4に記載の位置決めシステム(1,1A)。
前記実軌跡および前記理想軌跡は、前記移動制御部(41)による前記移動機構(10)の制御開始時点からの経過時間と、前記対象物(W)の位置とを対応付けた情報により示され、
前記特徴量は、前記経過時間が同一である、前記実軌跡上の位置と前記理想軌跡上の位置との偏差の最大値または積分値である、構成3または4に記載の位置決めシステム(1,1A)。
前記軌跡決定部(48)は、前記移動機構(10)および前記移動制御部(41)のシミュレーションモデルと、前記初回の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置とを用いてシミュレーションを行なうことにより、前記理想軌跡を決定する、構成1から6のいずれかに記載の位置決めシステム(1)。
前記軌跡決定部(48A)は、学習データを用いた機械学習によって、入力された前記対象物(W)の位置に対応する、当該位置から前記目標位置までの前記対象物(W)の軌跡を示す情報を出力するように構築された学習済みの学習器(148)をさらに備え、
前記学習データは、前記位置決めシステムが正常であるときに実行された前記位置決め処理において前記視覚センサ(30)によって特定された前記対象物(W)の位置を示すデータであり、
前記軌跡決定部(48A)は、前記初回の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置を前記学習器(148)に入力することにより、前記学習器(148)から出力された前記情報で示される軌跡を前記理想軌跡として決定する、構成1から6のいずれかに記載の位置決めシステム(1A)。
前記判定部(49)は、前記実軌跡と前記理想軌跡とを示す画面を表示装置(50)に出力する、構成1から8のいずれかに記載の位置決めシステム(1,1A)。
前記実軌跡および前記理想軌跡は、前記移動制御部による前記移動機構の制御開始時点からの経過時間と、前記対象物の位置とを対応付けた情報により示され、
前記移動機構(10)は、互いに異なる移動方向に並進移動する複数の並進機構(11,13)を含み、
前記判定部(49)は、前記経過時間が同一である、前記実軌跡上の位置と前記理想軌跡上の位置との偏差を、前記複数の並進機構(11,13)の各々に対応する前記移動方向の成分に分解し、各成分の経時変化を示す画面を表示装置(50)に出力する、構成1または2に記載の位置決めシステム。
前記判定部(49)は、前記特徴量の推移を示す画面を表示装置(50)に出力する、構成3から6のいずれかに記載の位置決めシステム(1,1A)。
構成1から11のいずれかに記載の位置決めシステム(1,1A)に用いられる監視装置であって、
前記軌跡決定部と、
前記判定部(49)とを備える、監視装置(40,40A)。
対象物(W)の位置決め処理を行なう位置決めシステム(1,1A)の監視方法であって、
前記位置決めシステム(1,1A)は、
前記対象物(W)を移動させるための移動機構(10)と、
前記対象物(W)を撮像し、撮像画像に基づいて前記対象物(W)の位置を特定する位置特定処理を撮像周期ごとに実行するための視覚センサ(30)と、
前記視覚センサ(30)によって特定された位置が目標位置に近づくように前記移動機構(10)を制御するための移動制御部(41)とを備え、
初回の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置から前記目標位置までの前記対象物(W)の理想軌跡を決定するステップと、
前記初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置の実軌跡と前記理想軌跡との比較結果に基づいて、前記位置決めシステムの異常の有無を判定するステップとを備える、監視方法。
対象物(W)の位置決め処理を行なう位置決めシステム(1,1A)の監視方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記位置決めシステム(1,1A)は、
前記対象物(W)を移動させるための移動機構(10)と、
前記対象物(W)を撮像し、撮像画像に基づいて前記対象物(W)の位置を特定する位置特定処理を撮像周期ごとに実行するための視覚センサ(30)と、
前記視覚センサ(30)によって特定された位置が目標位置に近づくように前記移動機構(10)を制御するための移動制御部(41)とを備え、
前記監視方法は、
初回の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置から前記目標位置までの前記対象物(W)の理想軌跡を決定するステップと、
前記初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定された前記対象物(W)の位置の実軌跡と前記理想軌跡との比較結果に基づいて、前記位置決めシステム(1,1A)の異常の有無を判定するステップとを備える、プログラム。
Claims (14)
- 対象物の位置決め処理を行なう位置決めシステムであって、
前記対象物を移動させるための移動機構と、
前記対象物を撮像し、撮像画像に基づいて前記対象物の位置を特定する位置特定処理を撮像周期ごとに実行するための視覚センサと、
前記視覚センサによって特定された位置が目標位置に近づくように前記移動機構を制御するための移動制御部と、
初回の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置から前記目標位置までの前記対象物の理想軌跡を決定するための軌跡決定部と、
前記初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置の実軌跡と前記理想軌跡との比較結果に基づいて、前記位置決めシステムの異常の有無を判定するための判定部とを備える、位置決めシステム。 - 前記視覚センサは、前記対象物が停止中において前記初回の位置特定処理を実行し、前記対象物が移動中において前記後の位置特定処理を実行する、請求項1に記載の位置決めシステム。
- 前記判定部は、前記実軌跡と前記理想軌跡との乖離度を示す特徴量が第1閾値を超える場合に、前記異常が発生していると判定し、警告を通知する、請求項1または2に記載の位置決めシステム。
- 前記判定部は、前記特徴量が第2閾値を超える場合に、前記移動機構を停止させ、
前記第2閾値は前記第1閾値よりも大きい、請求項3に記載の位置決めシステム。 - 前記特徴量は、前記後の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置と前記理想軌跡との偏差である、請求項3または4に記載の位置決めシステム。
- 前記実軌跡および前記理想軌跡は、前記移動制御部による前記移動機構の制御開始時点からの経過時間と、前記対象物の位置とを対応付けた情報により示され、
前記特徴量は、前記経過時間が同一である、前記実軌跡上の位置と前記理想軌跡上の位置との偏差の最大値または積分値である、請求項3または4に記載の位置決めシステム。 - 前記軌跡決定部は、前記移動機構および前記移動制御部のシミュレーションモデルと、前記初回の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置とを用いてシミュレーションを行なうことにより、前記理想軌跡を決定する、請求項1から6のいずれか1項に記載の位置決めシステム。
- 前記軌跡決定部は、学習データを用いた機械学習によって、入力された前記対象物の位置に対応する、当該位置から前記目標位置までの前記対象物の軌跡を示す情報を出力するように構築された学習済みの学習器をさらに備え、
前記学習データは、前記位置決めシステムが正常であるときに実行された前記位置決め処理において前記視覚センサによって特定された前記対象物の位置を示すデータであり、
前記軌跡決定部は、前記初回の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置を前記学習器に入力することにより、前記学習器から出力された前記情報で示される軌跡を前記理想軌跡として決定する、請求項1から6のいずれか1項に記載の位置決めシステム。 - 前記判定部は、前記実軌跡と前記理想軌跡とを示す画面を表示装置に出力する、請求項1から8のいずれか1項に記載の位置決めシステム。
- 前記実軌跡および前記理想軌跡は、前記移動制御部による前記移動機構の制御開始時点からの経過時間と、前記対象物の位置とを対応付けた情報により示され、
前記移動機構は、互いに異なる移動方向に並進移動する複数の並進機構を含み、
前記判定部は、前記経過時間が同一である、前記実軌跡上の位置と前記理想軌跡上の位置との偏差を、前記複数の並進機構の各々に対応する前記移動方向の成分に分解し、各成分の経時変化を示す画面を表示装置に出力する、請求項1または2に記載の位置決めシステム。 - 前記判定部は、前記特徴量の推移を示す画面を表示装置に出力する、請求項3から6のいずれか1項に記載の位置決めシステム。
- 請求項1から11のいずれか1項に記載の位置決めシステムに用いられる監視装置であって、
前記軌跡決定部と、
前記判定部とを備える、監視装置。 - 対象物の位置決め処理を行なう位置決めシステムの監視方法であって、
前記位置決めシステムは、
前記対象物を移動させるための移動機構と、
前記対象物を撮像し、撮像画像に基づいて前記対象物の位置を特定する位置特定処理を撮像周期ごとに実行するための視覚センサと、
前記視覚センサによって特定された位置が目標位置に近づくように前記移動機構を制御するための移動制御部とを備え、
初回の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置から前記目標位置までの前記対象物の理想軌跡を決定するステップと、
前記初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置の実軌跡と前記理想軌跡との比較結果に基づいて、前記位置決めシステムの異常の有無を判定するステップとを備える、監視方法。 - 対象物の位置決め処理を行なう位置決めシステムの監視方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記位置決めシステムは、
前記対象物を移動させるための移動機構と、
前記対象物を撮像し、撮像画像に基づいて前記対象物の位置を特定する位置特定処理を撮像周期ごとに実行するための視覚センサと、
前記視覚センサによって特定された位置が目標位置に近づくように前記移動機構を制御するための移動制御部とを備え、
前記監視方法は、
初回の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置から前記目標位置までの前記対象物の理想軌跡を決定するステップと、
前記初回の位置特定処理の後の位置特定処理によって特定された前記対象物の位置の実軌跡と前記理想軌跡との比較結果に基づいて、前記位置決めシステムの異常の有無を判定するステップとを備える、プログラム。
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