JP3577881B2 - Transfer method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの位置を2段階の画像処理により精密計測補正する移載方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、特開平5−45120号(視覚センサ座標系の教示方法)に開示されているように、機械装置のエンドエフェクタ部の先端付近を撮像して画像認識によりワークの位置を計測する技術が知られている。しかしながら、ワークをピックアップする前の画像認識によりワーク位置を認識しても、実際にワークを機械装置でピックアップすると、その際のショックでワークが位置ずれを起こすことがある。また、ワークをピックアップする前の計測だけでは、部品供給装置の設計の自由度が減少するという問題がある。ワークをピックアップした後、画像認識によりワークの位置を計測する技術も多数存在するが、その場合、部品供給装置に厳密な位置決めを必要とする。
【0003】
一方、特願昭58−109532号(認識付電子部品実装装置)には、ワークをピックアップした後における2段階の画像処理計測について開示しているが、組付けワークの計測と目的地計測という2段階であり、1ワークの2段階計測を提案するものではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ワークの位置をピックアップ前とピックアップ後の2段階で画像処理計測することにより、部品供給装置の設計の自由度を大きくすると共に、ワークの精密な位置補正を可能とすると共に、必要に応じてピックアップ前の画像処理計測やピックアップ後の画像処理計測をそれぞれ2段階以上行うことにより、さまざまな計測トラブルや外乱、位置ずれ等に対応可能とすることを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の移載方法にあっては、上記の課題を解決するために、図1に示すように、少なくとも水平面内にて位置制御可能な支持体(アーム11,12)と、該支持体に装着された第1の撮像手段1と、前記支持体の可動範囲内に設置された第2の撮像手段2と、第1及び第2の撮像手段1,2にそれぞれ付加された補助照明手段3,4と、前記支持体に対して鉛直方向に位置制御可能な可動部材13と、該可動部材13に支持されたワーク移載用ハンドHとから構成される移載装置を用いてワークを移載する方法であって、第1の撮像手段1によりワークを撮像し、この撮像された画像を処理してワークの位置を求め、位置が求められたワークをハンドHによりピックアップし、ピックアップされたワークを第2の撮像手段2の撮像エリア内へ移動させ、第2の撮像手段2によりワークを再び撮像し、この撮像された画像を処理してワークの水平面内の回転量及びハンド回転中心位置に対する偏心量を求めて、求められた回転量及び偏心量に基づいて予め設定された目的地データを補正し、補正後の目的地データに基づいてワークを目的地に移載する方法であり、第2の撮像手段2による画像認識処理において、パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致する場合、1回の画像処理でワークの回転量を計測し、パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致しない場合、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち一方を1回目の画像処理で計測し、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち他方を2回目の画像処理で計測することを特徴とするものである。
【0006】
また、前記支持体が少なくとも回転するアーム11,12を含んで構成されている移載装置を用いてワークを移載する方法として、第1の撮像手段1によりワークを撮像し、この撮像された画像を処理してワークの位置を画像上の基準位置に対する変位を示すベクトルとして表現し、前記支持体の姿勢に応じて前記画像上の基準位置をベクトルとして表現し、前記各ベクトルを合成してワークの位置を求めて、位置が求められたワークをハンドによりピックアップし、ピックアップされたワークを第2の撮像手段2の撮像エリア内へ移動させ、第2の撮像手段2によりワークを再び撮像し、この撮像された画像を処理してワークの水平面内の回転量及びハンド回転中心位置に対する偏心量を求めて、求められた回転量及び偏心量に基づいて予め設定された目的地データを補正し、補正後の目的地データに基づいてワークを目的地に移載する移載方法であって、第2の撮像手段2による画像認識処理において、パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致する場合、1回の画像処理でワークの回転量を計測し、パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致しない場合、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち一方を1回目の画像処理で計測し、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち他方を2回目の画像処理で計測することを提案するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に用いる移載装置の全体構成を示す斜視図である。図中、10はNC制御装置であり、移載装置本体5に対して水平面内で回動制御可能な第1アーム11と、第1アーム11の回動端に枢支されて第1アーム11に対して水平面内で回動制御可能な第2アーム12と、第2アーム12の回動端に対して鉛直方向に位置制御可能な可動軸13とを少なくとも備えている。この可動軸13は第2アーム12の回動端に対して水平面内で回動制御可能である。これにより、可動軸13の下端部は可動範囲内であれば3次元座標軸上の任意の座標にNC制御可能であり、かつ水平面内で回転方向の姿勢を制御可能である。
【0008】
可動軸13の下端部にはワーク移載用ハンドHが装着されている。ワーク移載用ハンドHは、鉛直軸を中心として大きく鉛直面内で小さく回動制御可能である。また、第2アーム12には可動軸13の近傍に第1の撮像手段1が装着されている。第1の撮像手段1には補助照明手段3が付加されている。
【0009】
装置本体5の上面には、第1アーム11及び第2アーム12の回転半径以内に、第2の撮像手段2と作業テーブル7が配置されており、第2の撮像手段2の周囲には補助照明手段4が付加されている。また、装置本体5に隣接してワーク(部品)を移入及び移出するためのコンベア装置6が付設されている。
【0010】
ここで、第1の撮像手段1と第2の撮像手段2の役割について説明すると、第1の撮像手段1は、ワーク移載用ハンドHによりワークをピックアップする際に、ワークの位置を画像計測処理により求めるために用いており、第2の撮像手段2は、ワーク移載用ハンドHによりピックアップされたワークを画像計測処理してワークの水平面内の回転量及びハンド回転中心位置に対する偏心量を求めるために用いている。すなわち、第1の撮像手段1はワークをピックアップする前の画像認識処理に用いており、第2の撮像手段2はワークをピックアップした後の画像認識処理に用いている。
【0011】
ところで、第1の撮像手段1はワーク移載用ハンドHのピックアップ部近傍の視野を撮像する必要があるので、第2アーム12の先端(移動端)に装着されて、ワーク移載用ハンドHと共に水平面内を移動する。このため、第1の撮像手段1により撮像されるワークの画像は第1アーム11や第2アーム12の角度によって水平面内でX−Y方向に移動するのみならず、X軸やY軸に対して画像自体が回転することになり、画像計測処理により求めたワーク位置の画面上での座標をX−Y座標に変換するための変換式は、第1アーム11や第2アーム12の角度によって異なることになる。
【0012】
本発明では、このような煩雑さを解消するために、ベクトル表現を用いている。つまり、第1の撮像手段1により撮像された画像を処理してワーク位置を画像上の基準位置(以下、「カメラ位置」と呼ぶ)に対する変位を示すベクトルとして表現し、また、各アーム11,12の姿勢に応じて前記カメラ位置をベクトルとして表現し、これらのベクトルを合成してワーク位置を求めている。
【0013】
以下、ベクトル表現を用いてワーク位置を求める手法について一例を挙げて説明する。図2は第1アーム11の回動中心を原点として、第2アーム12の先端(移動端)に装着された第1の撮像手段としてのCCDカメラ1と、ワークWの位置関係を水平面内(X−Y座標系)で示したものである。CCDカメラ1により撮像された画像は、例えば、図3に示すようになる。この例では、ワーク位置Pwとカメラ位置Pcは若干ずれているが、そのずれの量や方向は一定ではない。一方、ハンド位置Ph(ワーク移載用ハンドHの中心位置)とカメラ位置Pcの間隔(ずれの量)は一定であるが、ハンド位置Phから見たカメラ位置Pcの方向は各アーム11,12の角度によって異なる。
【0014】
以上の関係をベクトル図で表現すると、図4のようになる。図中、Phはハンド位置(Xh,Yh)、Pcはカメラ位置(Xc,Yc)、Pwはワーク位置(Xw,Yw)である。L1 は第1アーム11のベクトル、L2 は第2アーム12のベクトル、L3 はハンド位置Phから見たカメラ位置Pcのベクトル、L4 はカメラ位置Pcとワーク位置Pwのずれを示すベクトルである。部品位置ベクトルLは、
L=L1 +L2 +L3 +L4
と表現できる。
【0015】
次に、座標変換アルゴリズムについて説明する。まず、事前作業としてキャリブレーションを行う。図5はキャリブレーション時の第1アームと第2アームの姿勢を示している。第1アームはX軸に対してθ01の角度となるようにNC制御されており、第2アームは第1アームに対してθ02の角度となるようにNC制御されている。ワーク位置はカメラ位置と一致させている。このときの部品位置ベクトルL0 は、図6のベクトル図から明らかなように、
L0 =L01+L02+L03+L04
ただし、L04=(0,0)
と表現することができる。
【0016】
キャリブレーションが完了すれば、図7に示すように、任意のワーク位置を算出可能となる。まず、カメラの画像上にワークが含まれるように、第1アームの角度θi1と第2アームの角度θi2を設定する。このとき、ハンド位置のベクトルは、図8のベクトル図から明らかなように、Li1+Li2となり、各アームの角度θi1とθi2に基づいて求めることができる。また、ハンド位置から見たカメラ位置のベクトルLi3は、次式で求めることができる。
Li3=f(θi1,θi2)=R(Δθi)・L03
ただし、Δθi=(θi1−θ01)+(θi2−θ02)
ここで、R(Δθi)は、キャリブレーション時のハンド位置から見たカメラ位置の変位を表すベクトルL03の方向を、キャリブレーション時に対する各アームの回転角度Δθiに応じて回転させるための2行2列のマトリクスである。
【0017】
次に、画面上でのカメラ位置に対するワーク位置の変位を表すベクトルLi4(vision)を画像計測処理により求める。このベクトルLi4(vision)は、パターンマッチング等の画像処理技術によりワーク位置の画面上での座標(画素の水平走査位置及び垂直走査位置)を求めて、これとカメラ位置の画面上での座標(例えば、画面中央の画素の水平走査位置及び垂直走査位置)との差分として表現することができる。そして、この画面上でのベクトルLi4(vision)をX−Y座標系でのカメラ位置に対するワーク位置の変位を表すベクトルLi4に変換するには、次式を用いる。
Li4=M(θi1+θi2+α)・Li4(vision)
ただし、αはカメラの取り付けオフセット角(定数)である。
ここで、M(θi1+θi2+α)は、画面上でのベクトルLi4(vision)の長さと方向を、各アームの姿勢に応じて、X−Y座標系でのカメラ位置に対するワーク位置の変位を表すベクトルLi4に変換するための2行2列のマトリクスである。
【0018】
以上の各分割ベクトルを求めた後、これらを合成すれば、ワーク位置のベクトルは、
Li=Li1+Li2+Li3+Li4
として求めることができる。つまり、ワーク位置PwのX−Y座標系での座標データを各アームの姿勢にかかわらず、(Xw,Yw)=Liとして求めることができる。以上のようなベクトル表現の手法によりワーク位置を算出すれば、キャリブレーション作業が簡単であるうえに、デバッグ作業も容易に行える。
【0019】
ワーク位置が分かれば、ワーク移載用ハンドHによりワークWをピックアップして、これを第2の撮像手段2の上方に運び、第2の撮像手段2によりワークWを撮像し、ワークセンターとハンド回転センターの水平面内での偏位量や、ハンドHに対するワークWの回転量を画像計測処理により求めて位置補正を行うものであるが、この後姿勢画像認識は、2次元(X−Y座標系)で行うため、ワークの水平面を確保する必要がある。
【0020】
そこで、ワークWをピックアップするワーク移載用ハンドHには、図9に示すように、ワークWの基準面に当接する位置決め用のプレートPを設けている。この例では、ワークの上面に当接するプレートPがハンドHの下面に設けられており、ピックアップ用の爪NによりワークWを押さえることにより、ワークWの下面は水平となり、後姿勢画像認識の精度を確保できる。仮に、プレートPが無ければ、ピックアップ時の機械的な衝撃等によりワークWが水平面に対して傾斜する場合があり、これを防止する目的で位置決め用のプレートPを設けることが好ましい。
【0021】
また、図10に示すように、ワーク移載用ハンドHは、ハンド上部を支点に鉛直面上を微小な角度(例えば、±0.5度程度)回転できるようにしても良い。このようにすれば、傾斜しているワークもピックアップしやすいし、位置決め用のプレートだけでは水平面を確保できない場合にも対応できる。
【0022】
ここで、第1の撮像手段1による前姿勢画像認識と位置補正の方法について説明する。第1の撮像手段1による画像認識処理において、図11に示すように、現在計測値Xmが基準計測値Xoと異なる場合、現在計測値Xmと基準計測値Xoの大きさの比率(Xm/Xo)から現在のワーク移載用ハンドと対象ワーク間の鉛直距離をYm=Yo・(Xm/Xo)として算出し、これにより、鉛直方向の位置補正を行うことができる。また、図12に示すように、第1の撮像手段1による画像認識処理において、現在計測値Xmが基準計測値Xoと異なる場合、大きさの比率(Xm/Xo)から現在のワークの水平位置補正をdXm=dXo・(Xm/Xo)として算出し、これにより、水平方向の位置補正を行うことができる。
【0023】
また、第1の撮像手段1によるワーク位置の画像認識処理で計測不可能な場合、図13に示すように、第1の撮像手段1の位置を水平面内で徐々にずらしながら再計測を行う。この場合、第1の撮像手段1の移動方向を、図14に示すように、第1回目の撮像中心から水平面内で渦巻き状に拡がりながら設定すれば、再計測の回数を少なくすることができる。なお、1回の計測で画像認識処理不可能な場合に、補助照明装置3の灯光方向又は灯光量の少なくとも一方を変化させて再計測を行うことが好ましい。
【0024】
次に、第2の撮像手段2による後姿勢画像認識と位置補正の方法について説明する。ワーク移載用ハンドHによりピックアップされたワークWは、第2の撮像手段2の上方に運ばれて、下方から撮像される。撮像されたワークの画像の一例を図15に示す。この例では、画像認識処理用のパターンマッチングの基準となるテンプレート(図中の破線で示す図形)の回転中心とワーク(図中の実線で示す図形)の回転中心が一致しており、1回の撮像でワークの回転量αを認識し、回転方向について、−αだけワークの姿勢を補正する。
【0025】
この図15のようにテンプレートの回転中心とワークの回転中心(以下、「ワークセンター」と呼ぶ)が一致するのは、それほど稀なケースではない。なぜなら、既に第1の撮像手段1によりワークWの位置をピックアップ前に装置が認識しており、また、ハンドHの回転中心は装置の側で認識しているから、ワークWをピックアップする際に、図16に示すように、ワークセンターとハンド回転センターが一致するようにピックアップしており、そのピックアップの際の衝撃でワークがずれなかった場合には、ワークセンターとハンド回転センターは一致していることになる。そして、このピックアップされたワークを第2の撮像手段2の上方に運ぶ操作はNC制御により行われるものであるから、第2の撮像手段2による画像認識処理用のパターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワーク移載用ハンドHの回転中心が一致する位置に移動させることは可能である。したがって、ワークをピックアップの際の衝撃でワークがずれなかった場合には、図15のように、ワークの回転量の補正だけで事足りると考えて良い。
【0026】
一方、ワークをピックアップの際の衝撃でワークがハンドの正規の位置からずれた場合、例えば、少し誇張して示してあるが、図17のように、ワークがハンドの爪から外れているような場合、第2の撮影手段2により撮像されたワークの画像は、図18のようになり、画像認識処理用のパターンマッチングの基準となるテンプレート(図中の破線で示す図形)の回転中心とワークセンターは一致しない。このような場合、1回目の撮像による画像認識により、ワークの回転量αを認識し、その場で回転方向について、−αだけワークの姿勢を補正する。次に、2回目の撮像を行うと、第2の撮影手段により撮像されたワークの画像は、図19のようになる。この2回目の撮像による画像認識により、ワークセンターとテンプレートの回転中心の水平方向の偏心量(x,y)を計測し、X軸について−x、Y軸について−yだけそれぞれ位置補正する。この手順は逆でも良く、1回目の撮像による画像認識により、ワークの水平方向の偏心量を補正して図15の状態に持ち込み、2回目の撮像による画像認識により、ワークの回転量αを認識し補正する、という手順であっても良い。
【0027】
ところで、第2の撮像手段2による画像認識処理において、1回の画像認識処理で計測不可能な場合には、図20に示すように、ワーク移載用ハンドHを鉛直面内で徐々に移動させながら再計測を行う。あるいは、図21に示すように、ワーク移載用ハンドHに把持されたワークWを水平面内で徐々に回転させながら再計測を行う。さらにまた、図22に示すように、ワーク移載用ハンドを鉛直方向に徐々に移動させながら再計測を行う。この際、ワークの鉛直移動方向は、画像認識処理のパターンマッチングの相関値のより高くなる方向へワークを移動させることが好ましい。また、1回の計測で画像認識処理不可能な場合に、補助照明装置4の灯光方向又は灯光量の少なくとも一方を変化させて再計測を行うことが好ましい。
【0028】
これらの再計測の手法は単独で使用するのみならず適宜組み合わせて使用しても良いことは言うまでもない。
【0029】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、ワーク移載用ハンドによりワークをピックアップする前にワーク位置を第1の撮像手段により認識すると共に、ワーク移載用ハンドによりワークをピックアップした後に第2の撮像手段によりワーク位置を再認識することができるから、ワーク位置の2段階計測により精度が向上するという効果があり、また、部品供給の簡素化が可能になるという効果がある。さらに、請求項14又は15の発明によれば、ワークをピックアップする際のワークの傾斜を防止できるという効果がある。
【0030】
請求項2の発明によれば、ベクトル表現を用いてワーク位置を求めているので、ワーク移載用ハンドの移動に伴って第1の撮像手段の姿勢が回転してもワーク位置を容易に算出することができるという効果がある。
請求項3の発明によれば、表裏判別が容易となり、表裏で特徴のある画像を精密計測できるという効果がある。
【0031】
請求項4の発明によれば、ハンドとワーク間の距離を自動計算することができ、ティーチングが不要になるという効果があり、請求項5の発明によれば、基準値の再設定が不要になるという効果がある。
請求項6の発明によれば、ワークが第1の撮像手段の視野から外れている場合に再計測により対応できるという効果があり、請求項7の発明によれば、その再計測の繰り返し回数の削減が可能になるという効果がある。
【0032】
請求項1の発明によれば、ワークの回転方向の姿勢のずれに対応することができるという効果がある。また、請求項1の発明によれば、ワーク中心とハンド中心の位置ずれに対応できるという効果がある。
請求項8又は9の発明によれば、ワークの回転や傾きによる計測トラブル等の外乱に対応できるという効果があり、また、請求項10の発明によれば、距離の相違による計測トラブル等の外乱に対応できるほか、撮像手段のピントが合っていない場合にも対応できるという効果がある。さらに、請求項11の発明によれば、パターンマッチングの相関値を利用することにより再計測の繰り返し回数の削減が可能になるという効果がある。また、請求項12又は13の発明によれば、ワーク表面の反射率の相違等があっても照明条件の変更により対応できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いる移載装置の全体構成を示す斜視図である。
【図2】本発明に用いる移載装置のアーム部の概略構成図である。
【図3】本発明に用いる移載装置のハンド部とカメラ部の位置関係を示す説明図である。
【図4】本発明に用いる移載装置のハンド部とカメラ部の位置をベクトル表現した説明図である。
【図5】本発明に用いる移載装置のキャリブレーション時のアーム部の姿勢を示す説明図である。
【図6】本発明に用いる移載装置のキャリブレーション時のハンド部とカメラ部の位置をベクトル表現した説明図である。
【図7】本発明に用いる移載装置の計測時のアーム部の姿勢を示す説明図である。
【図8】本発明に用いる移載装置の計測時のハンド部とカメラ部の位置をベクトル表現した説明図である。
【図9】請求項14のプレートを備えるワーク移載用ハンドの使用状況を示す説明図である。
【図10】請求項15の上部が回転可能となったワーク移載用ハンドの使用状況を示す説明図である。
【図11】請求項4の作用を説明するための説明図である。
【図12】請求項5の作用を説明するための説明図である。
【図13】請求項6の作用を説明するための説明図である。
【図14】請求項7の作用を説明するための説明図である。
【図15】請求項1の回転中心が一致する場合の作用を説明するための説明図である。
【図16】請求項1の回転中心が一致する場合のワークとハンドの位置関係を示す説明図である。
【図17】請求項1の回転中心が一致しない場合のワークとハンドの位置関係を示す説明図である。
【図18】請求項1の回転中心が一致しない場合の1回目の計測時の作用を説明するための説明図である。
【図19】請求項1の回転中心が一致しない場合の2回目の計測時の作用を説明するための説明図である。
【図20】請求項9の作用を説明するための説明図である。
【図21】請求項8の作用を説明するための説明図である。
【図22】請求項10の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 第1の撮像手段
2 第2の撮像手段
3 補助照明手段
4 補助照明手段
5 移載装置本体
10 NC制御装置
11 第1アーム
12 第2アーム
13 可動軸
H ワーク移載用ハンド[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a transfer method for precisely measuring and correcting the position of a workpiece by two-stage image processing.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-45120 (Teaching method of visual sensor coordinate system), there is known a technique for measuring the position of a workpiece by image recognition by capturing an image of the vicinity of the end of an end effector section of a mechanical device. Has been. However, even if the work position is recognized by image recognition before the work is picked up, if the work is actually picked up by a mechanical device, the work may be displaced by a shock at that time. Further, there is a problem that the degree of freedom in designing the component supply device is reduced only by the measurement before picking up the workpiece. There are many techniques for measuring the position of a work by image recognition after picking up the work, but in this case, strict positioning is required for the component supply device.
[0003]
On the other hand, Japanese Patent Application No. 58-109532 (electronic component mounting apparatus with recognition) discloses two-stage image processing measurement after picking up a work. This is a stage, and does not suggest two-stage measurement of one work.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention, by an image processing measuring the position of the workpiece in two stages after the pickup before and pickup, as well as the degree of freedom in designing the component supplying device, thereby enabling a precise positional correction of the workpiece, required It is an object of the present invention to make it possible to cope with various measurement troubles, disturbances, displacements, and the like by performing two or more stages of image processing measurement before pickup and image processing measurement after pickup according to the above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the transfer method of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, as shown in FIG. 1, a support (
[0006]
In addition, as a method of transferring a work using a transfer device having the support including at least the rotating
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the transfer device used in the present invention. In the drawing,
[0008]
A work transfer hand H is attached to the lower end of the
[0009]
On the upper surface of the apparatus
[0010]
Here, the role of the
[0011]
Since the first imaging means 1 needs to take an image of the field of view near the pickup portion of the work transfer hand H, it is mounted on the tip (moving end) of the
[0012]
In the present invention, a vector expression is used to eliminate such complexity. That is, the image captured by the first
[0013]
Hereinafter, a method of obtaining a work position using a vector expression will be described with an example. FIG. 2 shows the positional relationship between the
[0014]
The above relationship is represented by a vector diagram as shown in FIG. In the figure, Ph indicates a hand position (Xh, Yh), Pc indicates a camera position (Xc, Yc), and Pw indicates a work position (Xw, Yw). L 1 is a vector indicating a displacement vector of the
L = L 1 + L 2 + L 3 + L 4
Can be expressed as
[0015]
Next, a coordinate conversion algorithm will be described. First, calibration is performed as a preliminary operation. FIG. 5 shows the postures of the first arm and the second arm during calibration. The first arm is NC controlled so as to have an angle of θ 01 with respect to the X axis, and the second arm is NC controlled so as to have an angle of θ 02 with respect to the first arm. The work position matches the camera position. The component position vector L 0 at this time is, as apparent from the vector diagram of FIG.
L 0 = L 01 + L 02 + L 03 + L 04
Where L 04 = (0,0)
Can be expressed as
[0016]
When the calibration is completed, an arbitrary work position can be calculated as shown in FIG. First, the angle θ i1 of the first arm and the angle θ i2 of the second arm are set so that the work is included in the image of the camera. In this case, the vector of the hand position can be determined based As apparent from the vector diagram of FIG. 8, the L i1 + L i2, and the angle theta i1 and theta i2 of each arm. Further, the vector Li3 of the camera position viewed from the hand position can be obtained by the following equation.
L i3 = f (θ i1 , θ i2 ) = R (Δθi) · L 03
Where Δθi = (θ i1 −θ 01 ) + (θ i2 −θ 02 )
Here, R (Δθi) is two lines for rotating the direction of the vector L03 representing the displacement of the camera position viewed from the hand position at the time of calibration according to the rotation angle Δθi of each arm with respect to the time of calibration. It is a two-column matrix.
[0017]
Next, a vector Li4 (vision) representing the displacement of the work position with respect to the camera position on the screen is obtained by image measurement processing. The vector Li4 (vision) is obtained by calculating the coordinates (horizontal scanning position and vertical scanning position of the pixel) of the work position on the screen by using an image processing technique such as pattern matching, and calculating the coordinates of the work position and the camera position on the screen. (For example, the horizontal scanning position and the vertical scanning position of the pixel at the center of the screen). Then, to convert the vector Li4 (vision) on this screen into a vector Li4 representing the displacement of the work position with respect to the camera position in the XY coordinate system, the following equation is used.
L i4 = M (θ i1 + θ i2 + α) · L i4 (vision)
Here, α is the mounting offset angle (constant) of the camera.
Here, M (θ i1 + θ i2 + α) is the length and direction of the vector L i4 (vision) on the screen, and the position of the workpiece position with respect to the camera position in the XY coordinate system according to the posture of each arm. It is a matrix of 2 rows and 2 columns for converting into a vector Li4 representing displacement.
[0018]
After obtaining each of the above divided vectors, by combining them, the vector at the work position becomes
Li = Li1 + Li2 + Li3 + Li4
Can be obtained as That is, the coordinate data of the work position Pw in the XY coordinate system can be obtained as (Xw, Yw) = Li regardless of the posture of each arm. If the work position is calculated by the above-described vector expression method, the calibration work is simple and the debugging work can be easily performed.
[0019]
If the work position is known, the work W is picked up by the work transfer hand H, carried above the second imaging means 2, the work W is imaged by the second imaging means 2, and the work center and the hand are picked up. The position correction is performed by calculating the amount of deviation of the rotation center in the horizontal plane and the amount of rotation of the work W with respect to the hand H by image measurement processing. In this postural image recognition, two-dimensional (XY coordinates) is used. System), it is necessary to secure the horizontal surface of the work.
[0020]
Therefore, the work transfer hand H that picks up the work W is provided with a positioning plate P that contacts the reference surface of the work W, as shown in FIG. In this example, a plate P that is in contact with the upper surface of the work is provided on the lower surface of the hand H, and the lower surface of the work W is leveled by pressing the work W with the claw N for pick-up. Can be secured. If there is no plate P, the workpiece W may be inclined with respect to the horizontal plane due to mechanical shock or the like at the time of pickup, and it is preferable to provide a positioning plate P for the purpose of preventing this.
[0021]
Further, as shown in FIG. 10, the work transfer hand H may be configured to be able to rotate on a vertical plane by a small angle (for example, about ± 0.5 degrees) with the upper part of the hand as a fulcrum. In this way, it is easy to pick up an inclined work, and it is possible to cope with a case where a horizontal surface cannot be secured with only a positioning plate.
[0022]
Here, a method of the front posture image recognition and the position correction by the
[0023]
If the work cannot be measured by the image recognition processing of the work position by the first imaging means 1, re-measurement is performed while gradually shifting the position of the first imaging means 1 in the horizontal plane as shown in FIG. In this case, if the moving direction of the
[0024]
Next, a method of recognizing the rear posture image and correcting the position by the
[0025]
It is not a rare case that the rotation center of the template coincides with the rotation center of the work (hereinafter referred to as “work center”) as shown in FIG. This is because the apparatus has already recognized the position of the work W by the
[0026]
On the other hand, when the work is deviated from the normal position of the hand due to the impact of picking up the work, for example, although slightly exaggerated, as shown in FIG. In this case, the image of the work imaged by the second photographing
[0027]
By the way, in the image recognition processing by the second imaging means 2, if measurement cannot be performed by one image recognition processing, the work transfer hand H is gradually moved in the vertical plane as shown in FIG. Re-measurement is performed. Alternatively, as shown in FIG. 21, re-measurement is performed while gradually rotating the work W held by the work transfer hand H in a horizontal plane. Furthermore, as shown in FIG. 22, the re-measurement is performed while gradually moving the work transfer hand in the vertical direction. In this case, it is preferable to move the work in a direction in which the correlation value of the pattern matching in the image recognition processing becomes higher as the vertical movement direction of the work. In addition, when the image recognition processing cannot be performed by one measurement, it is preferable to perform re-measurement by changing at least one of the light direction and the light amount of the
[0028]
It goes without saying that these re-measurement methods may be used not only alone but also in appropriate combinations.
[0029]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the work position is recognized by the first imaging unit before the work is picked up by the work transfer hand, and the second imaging unit is picked up after the work is picked up by the work transfer hand. Thus, the work position can be re-recognized, so that there is an effect that accuracy is improved by two-stage measurement of the work position, and there is an effect that simplification of component supply becomes possible. Further, according to the fourteenth or fifteenth aspect , there is an effect that inclination of the work when picking up the work can be prevented.
[0030]
According to the second aspect of the present invention, since the work position is obtained by using the vector representation, the work position can be easily calculated even if the attitude of the first imaging means is rotated with the movement of the work transfer hand. There is an effect that can be.
According to the third aspect of the present invention, it is easy to distinguish between front and back, and there is an effect that a characteristic image can be precisely measured on the front and back.
[0031]
According to the invention of
According to the invention of
[0032]
According to the first aspect of the invention, there is an effect that it is possible to cope with a shift in the posture of the work in the rotation direction. Further, according to the invention of
According to the eighth or ninth aspect of the invention, there is an effect that it is possible to cope with a disturbance such as a measurement trouble due to the rotation or inclination of the work, and according to the tenth aspect of the invention, there is provided a disturbance such as a measurement trouble due to a difference in distance. In addition to this, there is an effect that it is possible to cope with a case where the imaging means is out of focus. Furthermore, according to the eleventh aspect of the present invention, the number of re-measurement repetitions can be reduced by using the correlation value of pattern matching. Further, according to the twelfth and thirteenth aspects, there is an effect that even if there is a difference in the reflectance of the work surface or the like, it can be dealt with by changing the illumination conditions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a transfer device used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an arm portion of a transfer device used in the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a hand unit and a camera unit of the transfer device used in the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram in which the positions of a hand unit and a camera unit of the transfer device used in the present invention are represented by vectors.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a posture of an arm unit at the time of calibration of a transfer device used in the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram in which the positions of a hand unit and a camera unit at the time of calibration of the transfer device used in the present invention are represented by vectors.
FIG. 7 is an explanatory view showing a posture of an arm unit at the time of measurement of the transfer device used in the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram in which the positions of a hand unit and a camera unit at the time of measurement of the transfer device used in the present invention are expressed in a vector.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a use state of a work transfer hand provided with the plate according to claim 14 ;
FIG. 10 is an explanatory view showing a use state of a work transfer hand in which the upper part of claim 15 is rotatable.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the operation of
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the operation of
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the operation of
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an operation in the case where the rotation centers coincide with each other in
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the work and the hand when the rotation centers match in
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the workpiece and the hand when the rotation centers do not coincide with each other;
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining an operation at the time of the first measurement when the rotation centers do not coincide with each other;
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining an operation at the time of the second measurement when the rotation centers do not coincide with each other in the first embodiment;
FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining the operation of claim 9 ;
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining the operation of claim 8 ;
FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the function of
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (15)
第1の撮像手段によりワークを撮像する過程と、
第1の撮像手段により撮像された画像を処理してワークの位置を求める過程と、
位置が求められたワークをハンドによりピックアップする過程と、
ピックアップされたワークを第2の撮像手段の撮像エリア内へ移動させる過程と、
第2の撮像手段によりワークを再び撮像する過程と、
第2の撮像手段により撮像された画像を処理してワークの水平面内の回転量及びハンド回転中心位置に対する偏心量を求める過程と、
求められた回転量及び偏心量に基づいて予め設定された目的地データを補正する過程と、
補正後の目的地データに基づいてワークを目的地に移載する過程とを含み、
第2の撮像手段による画像認識処理において、
パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致する場合、1回の画像処理でワークの回転量を計測し、
パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致しない場合、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち一方を1回目の画像処理で計測し、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち他方を2回目の画像処理で計測することを特徴とする移載方法。 A support that can be position-controlled at least in a horizontal plane, a first imaging unit mounted on the support, a second imaging unit that is installed within a movable range of the support, A method of transferring a work using a transfer device including a movable member capable of position control in a vertical direction and a work transfer hand supported by the movable member ,
Imaging the workpiece by the first imaging means;
Processing the image captured by the first imaging means to determine the position of the work;
A process of picking up the work whose position has been determined by hand,
Moving the picked-up work into the imaging area of the second imaging means;
A step of imaging the workpiece again by the second imaging means;
A process of processing the image captured by the second imaging means to determine the amount of rotation of the work in the horizontal plane and the amount of eccentricity with respect to the hand rotation center position;
Correcting the preset destination data based on the obtained rotation amount and eccentric amount,
Viewing including the process of transferring the work to the destination based on the destination data after the correction,
In the image recognition processing by the second imaging means,
If the rotation center of the template and the rotation center of the work, which are the reference for pattern matching, match, the rotation amount of the work is measured by one image processing,
If the rotation center of the template and the rotation center of the work, which are the basis of pattern matching, do not match, one of the rotation amount of the work and the eccentricity in the horizontal direction is measured in the first image processing, and the rotation amount of the work or the horizontal direction is measured. Wherein the other of the eccentric amounts is measured in the second image processing .
第1の撮像手段によりワークを撮像する過程と、
第1の撮像手段により撮像された画像を処理してワークの位置を画像上の基準位置に対する変位を示すベクトルとして表現する過程と、
前記支持体の姿勢に応じて前記画像上の基準位置をベクトルとして表現する過程と、
前記各ベクトルを合成してワークの位置を求める過程と、
位置が求められたワークをハンドによりピックアップする過程と、
ピックアップされたワークを第2の撮像手段の撮像エリア内へ移動させる過程と、
第2の撮像手段によりワークを再び撮像する過程と、
第2の撮像手段により撮像された画像を処理してワークの水平面内の回転量及びハンド回転中心位置に対する偏心量を求める過程と、
求められた回転量及び偏心量に基づいて予め設定された目的地データを補正する過程と、
補正後の目的地データに基づいてワークを目的地に移載する過程とを含み、
第2の撮像手段による画像認識処理において、
パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致する場合、1回の画像処理でワークの回転量を計測し、
パターンマッチングの基準となるテンプレートの回転中心とワークの回転中心が一致しない場合、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち一方を1回目の画像処理で計測し、ワークの回転量又は水平方向の偏心量のうち他方を2回目の画像処理で計測することを特徴とする移載方法。 A support that can be position-controlled at least in a horizontal plane, a first imaging unit mounted on the support, a second imaging unit that is installed within a movable range of the support, A method of transferring a work using a transfer device including a movable member capable of position control in the vertical direction and a work transfer hand supported by the movable member , wherein the support is at least It is configured to include a rotating arm,
Imaging the workpiece by the first imaging means;
Processing the image captured by the first image capturing means to represent the position of the workpiece as a vector indicating displacement relative to a reference position on the image;
Expressing a reference position on the image as a vector according to the orientation of the support,
Obtaining the position of the workpiece by synthesizing the respective vectors;
A process of picking up the work whose position has been determined by hand,
Moving the picked-up work into the imaging area of the second imaging means;
A step of imaging the workpiece again by the second imaging means;
A process of processing the image captured by the second imaging means to determine the amount of rotation of the work in the horizontal plane and the amount of eccentricity with respect to the hand rotation center position;
Correcting the preset destination data based on the obtained rotation amount and eccentric amount,
Viewing including the process of transferring the work to the destination based on the destination data after the correction,
In the image recognition processing by the second imaging means,
If the rotation center of the template and the rotation center of the work, which are the reference for pattern matching, match, the rotation amount of the work is measured by one image processing,
If the rotation center of the template and the rotation center of the work, which are the basis of pattern matching, do not match, one of the rotation amount of the work and the eccentricity in the horizontal direction is measured in the first image processing, and the rotation amount of the work or the horizontal direction is measured. Wherein the other of the eccentric amounts is measured in the second image processing .
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