JP2839009B2 - 位置合わせ用カメラの自動校正方法 - Google Patents

位置合わせ用カメラの自動校正方法

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JP2839009B2
JP2839009B2 JP10261796A JP10261796A JP2839009B2 JP 2839009 B2 JP2839009 B2 JP 2839009B2 JP 10261796 A JP10261796 A JP 10261796A JP 10261796 A JP10261796 A JP 10261796A JP 2839009 B2 JP2839009 B2 JP 2839009B2
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Japan
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camera
axis
cross mark
stage
arm
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敏夫 小松
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は位置合わせ用カメラ
の自動校正方法、特に、移動機構を有する位置合わせ用
カメラの自動校正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の位置合わせ用カメラの自動校正方
法について図面を参照して詳細に説明する。
【0003】図4(a),(b)は、従来の一例を示す
模式図である。ロボット110に円形の穴からなるター
ゲット112が配された板111を持たせ、これをカメ
ラ113によって撮像する。このときターゲット112
の重心位置が視覚装置114に設けられたモニタ115
の中心に来るように、視覚装置114によりロボットコ
ントローラ116を介してロボット110を制御する。
このようにしてターゲット112がモニタ115の中心
と一致したときのロボット座標を記憶する(この記憶は
ロボット110から視覚装置114へデータを送信し、
記憶する)(例えば、特開平3−209108号公報参
照)。
【0004】次に自動校正手順を説明する。まず、ロボ
ット110をロボット座標のX,YZ軸のうち一軸の方
向にのみ位置変化させる。この時の移動量はターゲット
112がカメラ113の視野から外れない値とし、その
値はあらかじめ分っているものとする。この操作によっ
て、ある一軸上を移動させたときのモニタ画面1画素あ
たりの概略の分解能を知ることができる。同様にして、
他の2軸上を移動させたときのモニタ画面1画素あたり
の概略の分解能を知ることができる。
【0005】モニタ115上に写ったターゲット112
の重心位置をx,yとしてモニタ中心の位置をx0 ,y
0 とするとターゲット112を図4(b)に示すよう
に、モニタ115の中心にもってくるためには次の量だ
けターゲットを移動しなければならない。
【0006】x−x0 =Δx y−y0 =Δy ここで、それぞれの軸の1画素あたりの分解能にΔx,
Δyを乗ずることによってロボット110をモニタ11
5の中心に移動させることができる。このとき、ロボッ
ト110を移動させる変数は、X,Y,Z方向の2種類
あるが、カメラの光軸に最も近い軸(平行な軸)の座標
を変数として制御する。このようにしてターゲット11
2がモニタ115の衷心に合う位置の座標を求めて
(X,Y,Z)1 として記憶し、カメラ113の軸方向
に移動させながら(X,Y,Z)n 点を求め、これら求
められた点をもとに最小二乗法により直線を求めること
によって該直線の方向余絃を知ることができる。すなわ
ち、求めた直線を光軸として定義することにより、カメ
ラの設置方向を求めることができる。
【0007】従来の技術は、位置合わせをする対象が載
るステージのX,Y各軸とカメラ視野のX,Y軸の校正
に関しては問題としておらず、それらが平行直角である
ことを前提として、光軸の自動校正を行なっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位置合
わせ用カメラの自動校正方法は、カメラ・ステージ軸
と、カメラ視野の軸を一旦合わせても、ズーミングやフ
オーカシング等でズレが発生するので、時間のかかる再
調整作業が必要となるという欠点があった。
【0009】第1の発明の位置合わせ用カメラの自動校
正方法は、ワーク搭載面の1隅に設けられた十字マーク
においてX−Yステージのそれぞれの軸であるXs軸と
Ys軸に十字マークの腕がそれぞれ平行でありかつ腕同
志は直交している十字マークとX−YステージのXs軸
に平行でありYs軸に直交し前記ワーク搭載面を観測す
るカメラが取り付けられるカメラステージXc軸と前記
カメラ視野内に設定されたX−Y軸とのズレを校正
するために腕の長さLわかっている前記十字マークを有
するX−Yステージと、前記カメラで取り込んだ像を画
像処理し十字マークの重心位置および十字マークの腕方
向を測定する画像処理装置を有する装置を用いた位置合
わせ用カメラの自動校正方法において, (A)前記カメラ・ステージを微動させカメラ視野
(S)のなかに撮像十字マーク(8a)を納めるステッ
プと, (B)前記撮像十字マーク(8a)を画像処理して、そ
の重心位置(x1,y1),方向θ1,腕の長さL1を
計測するステップと, (C)前記カメラ・ステージを微動させカメラ視野
(T)のなかに撮像十字マーク(8b)を納めるステッ
プと, (D)前記撮像十字マーク(8b)を画像処理して、そ
の重心位置(x2,y2),方向θ2,腕の長さL2を
計測するステップと, (E)前記方向θ1と前記方向θ2との方向単純平均θ
3を計算するステップと, (F)前記重心位置(x1,y1)と前記重心位置(x
2,y2)を通過する直線とカメラ軸Xcとの角度βを
計算するステップと, (G)前記方向単純平均θ3と前記角度βを用いて、α
=90−θ3−βの式に当てはめ前記X軸と前記カメ
ラ・ステージXc軸の角度αを求め,前記腕の長さL1
と前記腕の長さL2の単純平均を求め十字マークの腕の
長さL3を算出するステップと、を含んで構成される。
【0010】第2の発明の位置合わせ用カメラの自動校
正方法は、第1の発明において、前記腕の長さLと前記
腕の長さの測定値の単純平均L3との比率で求まる画像
の縮尺補正を行なった後、前記角度αだけ座標回転補正
をかける。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して詳細に説明する。
【0012】図1,図2および図3は本発明の一実施形
態を示す流れ図,グラフおよびブロック図である。図
1,図2,図3に示す位置合わせ用カメラの自動校正方
法は、ワーク搭載面の1隅に設けられた十字マークにお
いてX−Yステージのそれぞれの軸であるXs軸とYs
軸に十字マークの腕がそれぞれ平行でありかつ腕同志は
直交している十字マークとX−YステージのXs軸に平
行でありYs軸に直交し前記ワーク搭載面を観測するカ
メラが取り付けられるカメラステージXc軸と前記カメ
ラ視野内に設定されたX−Y軸とのズレを校正する
ために腕の長さLわかっている前記十字マークを有する
X−Yステージと、前記カメラで取り込んだ像を画像処
理し十字マークの重心位置および十字マークの腕方向を
測定する画像処理装置を有する装置を用いた位置合わせ
用カメラの自動校正方法において, (A)前記カメラ・ステージを微動させカメラ視野9
(視野Sとする)の例えば 右半分に撮像十字マーク(8
a)を納めるステップと, (B)前記撮像十字マーク(8a)を画像処理して、そ
の重心位置(x1,y1),方向θ1,腕の長さL1を
計測するステップと, (C)前記カメラ・ステージを微動させカメラ視野9
(視野Tとする)の例えば 左半分(T)に撮像十字マー
ク(8b)を納めるステップと, (D)前記撮像十字マーク(8b)を画像処理して、そ
の重心位置(x2,y2),方向θ2,腕の長さL2を
計測するステップと, (E)前記方向θ1と前記方向θ2との方向単純平均θ
3を計算するステップと, (F)前記重心位置(x1,y1)と前記重心位置(x
2,y2)を通過する直線とカメラ軸Xcとの角度βを
計算するステップと, (G)前記方向単純平均θ3と前記角度βを用いて、α
=90−θ3−βの式に当てはめ前記X軸と前記カメ
ラ・ステージXc軸の角度αを求め,前記腕の長さL1
と前記腕の長さL2の単純平均を求め十字マークの腕の
長さL3を算出するステップと、を含んで構成される。
ステップ101の視野Sで十字マークの左半分を撮像し
た場合は、ステップ1 03で視野Tで十字マークの右半
分を撮像する。視野Sと視野Tとの合成イメージ上2つ
の十字マークの距離が離れていれば補正精度が向上する
ため、視野Sと視野Tでは逆サイドの半分の視野内に十
字マークを撮像する。
【0013】実際に校正を行う場合は,まず、あらかじ
め判明している十字マークの腕の長さLと、測定した腕
の長さL3との比率で求まる画像の縮尺補正を行い,そ
の後に角度αだけ座標回転補正をかけることで可能とな
る.本発明の校正方法を利用する装置は,対象とする物
を乗せるX−Yステージ部10に位置合わせ校正用の十
字マーク8を有する.十字マーク8の縦および横の線
は,ステージ部10のXs,Ys軸にそれぞれ平行直角
が保証されているものである.十字マーク8の位置は,
カメラ・ステージ6の可動範囲でカメラ4を移動させた
上で,カメラ4の視野に入るステージ部10の任意の位
置である.実施例では,カメラ・ステージ部6はX軸の
場合について記述しているが,Y軸でも同様に校正する
ことは可能である。
【0014】中央演算部1は,記憶部2に格納されてい
る前記フローを実現するプログラムが格納されており,
該プログラムの手順にしたがって,ステージ制御部5と
画像処理部3を制御し,十字マーク8を画像処理した結
果を入力し,その結果からカメラ校正用のパラメータを
計算する.さらに,該パラメータを記憶部2に格納し,
実際にステージの稼働軸を動作させる際の補正パラメー
タとする。
【0015】画像処理部3は,取り込んだ画像を画像処
理し,十字マークの重心位置および方向と腕の長さを計
測するものである。
【0016】カメラ4は,その十字マーク8を十分視野
に取り込める大きさの視野を持ち,カメラ視野のX
軸がカメラ・ステージ部6のXs,Ys軸とそれぞ
れある程度の平行度はあるものとする.角度θは、十字
マークの腕とカメラ軸Xとの角度であり、すなわち、
ステージ軸Yとカメラ軸Xとの角度である。角度β
は同一カメラで撮像した2つの十字マークの重心がなす
直線とカメラ軸Xとのなす角度である。また、十字マ
ークは、カメラステージ軸と平行に移動するため、2つ
の十字マークの重心がなす直線とカメラステージ軸とは
平行である。よって、角度βはカメラステージ軸Xcと
カメラ軸Xのなす角度になる。角度αは、カメラステ
ージ軸XcとX−Yステージのカメラステージ軸Xc
ほぼ平行な軸(Xs軸)とがなす角度である。同一カメ
ラで撮像した2つの十字マークがなす直線とカメラステ
ージXs軸とのなす角度と等しい。
【0017】この角度を用いて、X−Yステージ座標系
とカメラ座標系との補正を行なう。
【0018】したがって、θとαとβとを加えるとステ
ージ軸XsとYsのなす角度,すなわち直角になり、画
像処理から、角度θと角度βを求めることが可能なた
め、角度αはα=90−θ−βで求めることができる。
本例では、θを平均値θ3として説明している。
【0019】
【発明の効果】本発明の位置合わせ用カメラの自動校正
方法は、カメラをカメラ・ステージに沿って動かし基準
マークを2箇所で取り込み画像処理することで各軸の角
度成分のズレを補正するパラメータを求め、求めたパラ
メータを使い一般的な回転座標変換を行いているので、
位置合わせ用カメラの自動校正を行うことが容易にでき
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す流れ図である。
【図2】本発明の第1の実施形態を示すグラフである。
【図3】本発明の第1の実施形態を示すブロック図であ
る。
【図4】(a),(b)は従来の一例を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
1 中央演算部 2 画像処理部 3 記憶部 4 カメラ 5 スデージ制御部 6 カメラステージ 8 十字マーク 9 カメラ視野 10 X−Yステージ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワーク搭載面の1隅に設けられた十字マ
    ークにおいてX−Yステージのそれぞれの軸であるXs
    軸とYs軸に十字マークの腕がそれぞれ平行でありかつ
    腕同志は直交している十字マークとX−YステージのX
    s軸に平行でありYs軸に直交し前記ワーク搭載面を観
    測するカメラが取り付けられるカメラステージXc軸と
    前記カメラ視野内に設定されたX−Y軸とのズレを
    校正するために腕の長さLわかっている前記十字マーク
    を有するX−Yステージと、前記カメラで取り込んだ像
    を画像処理し十字マークの重心位置および十字マークの
    腕方向を測定する画像処理装置を有する装置を用いた位
    置合わせ用カメラの自動校正方法において, (A)前記カメラ・ステージを微動させカメラ視野
    (S)のなかに撮像十字マーク(8a)を納めるステッ
    プと, (B)前記撮像十字マーク(8a)を画像処理して、そ
    の重心位置(x1,y1),方向θ1,腕の長さL1を
    計測するステップと, (C)前記カメラ・ステージを微動させカメラ視野
    (T)のなかに撮像十字マーク(8b)を納めるステッ
    プと, (D)前記撮像十字マーク(8b)を画像処理して、そ
    の重心位置(x2,y2),方向θ2,腕の長さL2を
    計測するステップと, (E)前記方向θ1と前記方向θ2との方向単純平均θ
    3を計算するステップと, (F)前記重心位置(x1,y1)と前記重心位置(x
    2,y2)を通過する直線とカメラ軸Xcとの角度βを
    計算するステップと, (G)前記方向単純平均θ3と前記角度βを用いて、α
    =90−θ3−βの式に当てはめ前記X軸と前記カメ
    ラ・ステージXc軸の角度αを求め,前記腕の長さL1
    と前記腕の長さL2の単純平均を求め十字マークの腕の
    長さL3を算出するステップと、 を含むことを特徴とする位置合わせ用カメラの自動校正
    方法。
  2. 【請求項2】 前記腕の長さLと前記腕の長さの測定値
    の単純平均L3との比率で求まる画像の縮尺補正を行な
    った後、前記角度αだけ座標回転補正をかける請求項1
    記載の位置合わせ用カメラの自動校正方法。
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CN110864671B (zh) * 2018-08-28 2021-05-28 中国科学院沈阳自动化研究所 基于线结构光拟合平面的机器人重复定位精度测量方法

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