JP5418490B2 - POSITIONING CONTROL DEVICE AND POSITIONING DEVICE HAVING THE SAME - Google Patents
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Description
この発明は、カメラで撮影した画像を用いてステージの位置を制御する位置決め制御装置およびそれを備えた位置決め装置に関する。 The present invention relates to a positioning control device that controls the position of a stage using an image photographed by a camera, and a positioning device including the same.
XY方向への平行移動とθ方向への回転移動を行うXYθステージ、あるいはXY方向への平行移動とθ方向への回転運動を行うUVWステージを用いた位置決め装置においては、カメラでXYθステージもしくはUVWステージに置かれた被撮像物(位置決め対象)を撮像することで、位置決め対象の位置を計測し、外部から与えられる位置決め対象の位置目標値に位置決め対象の位置を一致させるようにXYθステージもしくはUVWステージを動作させる。このような位置決め動作を行う際には、位置決め動作に要する時間(タスク時間)を低減するために位置決め対象もしくはステージを一旦静止させずに、移動させたままカメラで位置決め対象を撮影することが望ましい。しかし、位置決め対象もしくはステージを移動させたままカメラで撮影した画像を用いて位置決め対象の位置を計測し、その計測結果を用いて位置決め動作を行うと位置決め精度が悪化する。 In a positioning apparatus using an XYθ stage that performs parallel movement in the XY direction and rotational movement in the θ direction, or a UVW stage that performs parallel movement in the XY direction and rotational movement in the θ direction, the camera uses an XYθ stage or UVW. An XYθ stage or UVW is used to measure the position of the positioning target by imaging the object to be imaged (positioning target) placed on the stage, and to match the position of the positioning target with a position target value of the positioning target given from the outside. Move the stage. When performing such a positioning operation, in order to reduce the time (task time) required for the positioning operation, it is desirable to photograph the positioning target with the camera while moving the positioning target or the stage without temporarily stopping it. . However, if the position of the positioning target is measured using the image captured by the camera while the positioning target or the stage is moved, and the positioning operation is performed using the measurement result, the positioning accuracy deteriorates.
従来の撮像方法では、高速駆動するステージ上の基板とカメラとを相対的に移動させながら、基板上の図像を撮像する工程と、基板上の図像を撮像するときに、基板とカメラとの相対移動速度と移動距離とに基づいて、補正の無い状態で撮像トリガを発生させたときの、基板の撮像対象位置と実際に撮影される位置とのずれ量予測工程と、予測したずれ量に相当する時間だけ撮像トリガを発生するタイミングをずらす撮像トリガ補正工程とを備えている。前記ずれ量予測工程は、基準となる基板とカメラとを相対的に移動させながら、基準となる基板を撮像する基準基板撮像工程と、基準基板撮像工程で撮像した画像から、撮影対象位置と補正の無い撮像トリガによる実際の撮像位置とのずれ量を計測する計測工程と、計測したずれ量に基づいてずれ量を予測する工程とを備えている。このような工程を備えることで、基板と撮像装置を相対的に移動させながら、基板上の図像を正確な位置で撮像できる(例えば、特許文献1参照)。 In the conventional imaging method, the process of capturing a graphic image on the substrate while relatively moving the substrate on the stage that is driven at high speed and the camera, and the relative relationship between the substrate and the camera when imaging the graphic image on the substrate. Based on the moving speed and moving distance, when the imaging trigger is generated in the state without correction, the deviation amount prediction process between the imaging target position of the board and the actual shooting position, and the predicted deviation amount And an imaging trigger correction step of shifting the timing of generating the imaging trigger by the time to be performed. The shift amount prediction step includes correcting a position of a target to be captured from a reference substrate imaging step of imaging a reference substrate while relatively moving a reference substrate and a camera, and an image captured in the reference substrate imaging step. A measurement step of measuring a deviation amount from an actual imaging position due to an imaging trigger without an image, and a step of predicting a deviation amount based on the measured deviation amount. By providing such a process, it is possible to capture an image on the substrate at an accurate position while relatively moving the substrate and the imaging device (see, for example, Patent Document 1).
また、従来の部品実装装置では、実装ヘッドとシャッターカメラを有し、実装ヘッドが所定の位置に移動したときに、部品の撮像を開始するようにシャッターカメラに指示する認識手段と、認識手段による撮像開始の指示からシャッターカメラの露光開始までに実装ヘッドが移動した第1距離と、認識手段による撮像開始の指示からシャッターカメラの露光終了までに実装ヘッドが移動した第2距離とに基づいてシャッターカメラによる撮像で得られた画像における部品の位置を補正し、補正された部品の位置に基づいて実装ヘッドによる部品の実装位置を補正し、補正された実装位置に部品が実装されるように実装ヘッドを制御する主制御部とを備えている。このように構成することで、部品実装時の位置補正を高精度に行うことを可能としている(例えば、特許文献2参照)。 Further, the conventional component mounting apparatus has a mounting head and a shutter camera. When the mounting head moves to a predetermined position, a recognition unit that instructs the shutter camera to start imaging of the component, and a recognition unit The shutter is based on the first distance that the mounting head has moved from the instruction to start imaging to the start of exposure of the shutter camera and the second distance that the mounting head has moved from the instruction to start imaging by the recognition means to the end of exposure of the shutter camera. Correct the position of the component in the image obtained by imaging with the camera, correct the mounting position of the component by the mounting head based on the corrected position of the component, and mount so that the component is mounted at the corrected mounting position And a main control unit for controlling the head. With this configuration, position correction at the time of component mounting can be performed with high accuracy (see, for example, Patent Document 2).
また、従来のマーク認識装置では、基板に設けられた基板マーク、及びICマークを、ヘッドに設けられてXY駆動機構で駆動されるCCDカメラにより読み取るとき、一定速度で移動中に撮像し位置認識したデータを、前もって取得したカメラ移動中に取得した位置データと、停止中に取得した位置データの差分を撮像法差分データにより補正することにより、認識位置精度を確保し、マーク認識時間の短縮を図ることを可能としている。 In the conventional mark recognition device, when the substrate mark and IC mark provided on the substrate are read by a CCD camera provided on the head and driven by an XY drive mechanism, the image is captured while moving at a constant speed to recognize the position. By correcting the difference between the position data acquired during camera movement acquired in advance and the position data acquired during stoppage with the imaging method difference data, the recognition position accuracy is ensured and the mark recognition time is shortened. It is possible to plan.
従来の撮像方法では、ステージに載せられた基板上の図像を撮像するときに、基板とカメラとの相対移動速度および移動距離に基づいて、ステージ上にある基板の位置と実際に撮影される基板の位置とのずれ量を予測し、予測したずれ量に相当する時間だけ撮像トリガを発生するタイミングをずらす。そのため、様々な移動速度、移動距離において基板上の図像を正確な位置で撮像することが可能となる。しかし、この方法で正確な位置で撮像を行うためには、撮像対象である基板の中心がカメラの光軸を必ず通らなければならないという問題があった。 In the conventional imaging method, when the image on the substrate placed on the stage is imaged, the position of the substrate on the stage and the substrate actually photographed based on the relative moving speed and moving distance between the substrate and the camera. The amount of deviation from this position is predicted, and the timing for generating the imaging trigger is shifted by a time corresponding to the predicted amount of deviation. Therefore, it is possible to pick up images on the substrate at accurate positions at various moving speeds and moving distances. However, in order to perform imaging at an accurate position by this method, there has been a problem that the center of the substrate to be imaged must pass through the optical axis of the camera.
また、従来の部品実装装置では、撮像トリガからカメラの露光開始までに実装ヘッドが移動した第1距離と、撮像トリガからカメラの露光終了までに実装ヘッドが移動した第2距離とに基づいて、カメラによる撮像で得られた画像における部品の位置を補正することで部品の位置計測精度を向上させているが、カメラが露光を開始する瞬間の時刻を計測する必要があり、このような計測機能を有していない通常のカメラを用いる場合は実現が難しいという問題があった。 Further, in the conventional component mounting apparatus, based on the first distance that the mounting head has moved from the imaging trigger to the start of exposure of the camera, and the second distance that the mounting head has moved from the imaging trigger to the end of exposure of the camera, The position measurement accuracy of the parts is improved by correcting the position of the parts in the image captured by the camera, but it is necessary to measure the time when the camera starts exposure. When using a normal camera that does not have a problem, there is a problem that it is difficult to realize.
ところで、汎用的な位置決め装置においては、カメラと位置決め対象を載せるステージの制御部とをネットワークで接続し、カメラで撮像した画像から位置決め対象の位置を検出し、検出した位置決め対象の位置を制御部へ伝送して、制御部において位置決め対象の位置目標値に位置決め対象の位置を追従させるようにステージを制御する構成がとられることがある。この構成を従来の部品実装装置に適用すると、ネットワーク伝送遅れに起因する位置決め誤差を補正することが困難となる問題があった。 By the way, in a general-purpose positioning device, a camera and a control unit of a stage on which a positioning target is placed are connected via a network, the position of the positioning target is detected from an image captured by the camera, and the detected position of the positioning target is controlled by the control unit The stage may be controlled so that the position of the positioning target follows the target position value of the positioning target in the control unit. When this configuration is applied to a conventional component mounting apparatus, there is a problem that it is difficult to correct positioning errors caused by network transmission delay.
また、従来のマーク認識装置では、CCDカメラにより読み取るとき一定速度で移動中に撮像し位置認識したデータを、前もって取得したカメラ移動中に取得した位置データと、停止中に取得した位置データの差分に基づき補正するが、この方法では、カメラの露光終了から位置決め制御装置20が画像を認識するまでの遅れ、例えば、画像撮像終了信号の通信遅れに起因する認識位置精度の誤差は補正できないという問題があった。
In addition, in the conventional mark recognition device, the difference between the position data acquired during the camera movement acquired in advance and the position data acquired during the stop is obtained by capturing the image and recognizing the position while moving at a constant speed when reading by the CCD camera. However, in this method, a delay until the
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、位置決め対象が移動中にカメラで実際に前記位置決め対象を撮影した時刻と、前記位置決め対象を移動させる駆動制御装置が認識している前記位置決め対象を撮像した時刻との差を補正することで、高精度な位置決め動作を可能とする位置決め制御装置およびそれを備えた位置決め装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and recognizes the time when the positioning target is actually captured by the camera while the positioning target is moving, and the drive control device that moves the positioning target. A positioning control device that enables a highly accurate positioning operation by correcting a difference from the time at which the positioning target is imaged and a positioning device including the same are provided.
この発明に係る位置決め制御装置は、カメラによる位置決め対象の撮像が終了した時刻が特定できる撮像時刻特定信号を出力し、且つ前記撮像された画像を処理して前記位置決め対象の検出位置を特定して出力する画像処理装置、および前記撮像時刻特定信号と前記検出位置と前記位置決め対象を移動させるモータの回転位置とを取得し、前記撮像時刻特定信号が取得された時刻における前記回転位置から所定時間前の前記回転位置を計算し、この計算値と前記検出位置と位置決め対象の目標位置とに基づき、前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御する駆動制御装置を備え、前記位置決め対象を静止中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第1の回転位置と、前記位置決め対象を移動中に前記駆動制御装置によって撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第2の回転位置とを予め取得し、前記所定時間を前記第1の回転位置と前記第2の回転位置とに基づいて決定するものである。 The positioning control device according to the present invention outputs an imaging time specifying signal that can specify the time when the imaging of the positioning target by the camera is completed, and processes the captured image to specify the detection position of the positioning target. The image processing device to output, the imaging time specifying signal, the detection position, and the rotational position of the motor that moves the positioning target are acquired, and a predetermined time before the rotational position at the time when the imaging time specifying signal is acquired And a drive control device for controlling the motor so that the position of the positioning target becomes the target position based on the calculated value, the detection position, and the target position of the positioning target. The positioning target is imaged while the positioning target is stationary, and the drive control device controls the motor so that the position of the positioning target becomes the target position. The first rotation position of the motor in the case where the motor is moved, and the motor when the motor is controlled so that the position of the positioning target becomes the target position by imaging the drive target while moving the positioning target The second rotation position is acquired in advance, and the predetermined time is determined based on the first rotation position and the second rotation position.
また、この発明に係る位置決め装置は、前記位置決め制御装置、位置決め対象を含む画像を撮影して画像処理装置へ出力するカメラ、および、前記位置決め対象が載るテーブルと、このテーブルを駆動するモータと、前記テーブルの位置を検出する検出器とを有するステージを備えたものである。 The positioning device according to the present invention includes the positioning control device, a camera that captures an image including a positioning target and outputs the image to the image processing device, a table on which the positioning target is placed, a motor that drives the table, And a stage having a detector for detecting the position of the table.
この発明によれば、高精度な位置決めを可能とする位置決め制御装置およびこれを備えた位置決め装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a positioning control device that enables highly accurate positioning and a positioning device including the same.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1における画像処理装置30を用いた位置決め制御装置20およびそれを備えた位置決め装置10について、図1から図8を用いて説明する。なお、この実施の形態では説明を簡単にするために、位置決め対象がワークの場合で、このワークを載せて搬送する装置を、モータにて駆動されるテーブル51を有するXYθステージ50と仮定して説明を行う。但し、この実施の形態で説明する位置決め制御装置20は、ワークを搬送する装置をXYθステージ50に限定するものではなく、位置決め対象である被撮像物体やワークを搬送する装置が移動中に、カメラ60でこれらを撮影するいかなる位置決め制御装置20においても使用可能である。また、カメラ60で撮影する際に必要となるキャリブレーション、ステージ50のテーブル51上の回転中心の検出等の作業は終了しており、XYθステージを静止させてカメラ60でワークを撮影した場合には高精度に位置決め動作可能であるという前提で説明する。ここで言う位置決め動作とは、ワークの位置を指定された位置目標値、ワークの角度を指定された角度目標値へ一致させる動作のことを指す。もし、XYθステージ50を静止させてカメラ60でワークを撮像した状況において、高精度に位置決め動作できないのであれば、XYθステージ50の動作中にカメラ60でワークを撮像しても高精度に位置決め動作できないことは自明である。従って、上記前提はこの実施の形態の使用範囲を限定するものではない。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the
図1において、この実施の形態における位置決め制御装置20を備えた位置決め装置10は、ワークを載せるXYθステージ50と、このXYθステージ50を駆動制御する駆動制御装置40と、この駆動制御装置40が出力する撮影トリガに基づいて前記ワークを撮影するためのカメラ60と、このカメラ60から得られた信号を基に画像を生成し、生成した画像を画像処理、座標変換することで前記ワークの検出位置pcxy=(pcx,pcy)およびワークの検出角度θcを特定する画像処理装置30とを備えている。XYθステージ50は、駆動制御装置40から入力されるX軸モータ電流Ix、Y軸モータ電流Iyおよびθ軸モータ電流Iθに基づき、ワークの位置を位置目標値pref=(prefx,prefy)に、前記ワークの角度を角度目標値θrefに夫々一致させる。駆動制御装置40は、外部から取得される位置指令としての位置目標値prefおよび角度目標値θrefと、画像処理装置30から入力される検出位置pcxyおよび検出角度θcと、XYθステージ50から入力されるX軸モータの回転位置px、Y軸モータの回転位置pyおよびθ軸モータの回転位置pθとに基づき、前記ワークの位置を位置目標値prefに、前記ワークの角度を角度目標値θrefに夫々追従させるためのX軸モータ電流Ix、Y軸モータ電流Iy、θ軸モータ電流Iθを計算して、XYθステージ50を駆動する。なお、prefxは位置目標値prefのx座標、prefyは位置目標値prefのy座標、pcxは検出位置pcxyのx座標、pcyは検出位置pcxyのy座標を、夫々表す。また、カメラ60のカメラ位置をpcam=(pcamx,pcamy)とし、pcamxはカメラ位置pcamのx座標、pcamyはカメラ位置pcamのy座標を表す。
In FIG. 1, a
図2に示すように、XYθステージ50は、ワークを載せるテーブル51と、テーブル51をX軸方向に移動させるX軸直動部52、このX軸直動部52をX軸モータ電流Ixにより駆動するX軸モータ53、および、このX軸モータ53の回転角度であるX軸モータの回転位置pxを検出し駆動制御装置40へ出力するX軸位置検出器54と、テーブル51をY軸方向に移動させるY軸直動部55と、このY軸直動部55をY軸モータ電流Iyにより駆動するY軸モータ56、および、このY軸モータ56の回転角度であるY軸モータの回転位置pyを検出し駆動制御装置40へ出力するY軸位置検出器57と、θ軸モータ電流Iθによりテーブル51をθ軸周りに回転させるθ軸モータ58、このθ軸モータ58の回転角度であるθ軸モータの回転位置pθを検出し、駆動制御装置40へ出力するθ軸回転検出器59とを有している。また、これらの構成要素は定盤などの台座70の上に固定されている。なお、図2はXYθステージ50を上から見た図であるため、θ軸モータ58とθ軸回転検出器59はテーブルの裏に隠れており、図2では図示していない。
As shown in FIG. 2, the
画像処理装置30は、カメラ60から入力される信号から画像を撮像し、得られた撮像画像を画像処理部32へ出力し、かつ撮像が終了した後に撮像が終了した時刻が特定できる撮像時刻特定信号Stを駆動制御装置40へ出力する画像撮像部31と、この画像撮像部31から入力された撮像画像を画像処理することにより撮像画像内にある前記ワークの画素値を計算し、計算結果を前記ワークの画素値ppとして出力する画像処理部32と、この画像処理部32から入力された画素値ppと、予め行っているカメラ60のキャリブレーションに基づき、前記ワークの位置および角度を演算し、その演算結果を前記ワークの検出位置pcxyおよび検出角度θcとして駆動制御装置40に出力する座標変換値33とを有している。なお、撮像時刻特定信号Stとしては、撮像が完了した瞬間に出力される撮像完了信号、または撮像にかかった時間などを用いることができる。なお、この発明の説明においては、カメラが露光して信号を出力することを「撮影」とし、前記信号を基に画像撮像部31が撮像画像を構築することを「撮像」とする。
The
駆動制御装置40は、制御部41とX軸モータ駆動部42とY軸モータ駆動部43とθ軸モータ駆動部44とを有している。
The
制御部41は、外部から取得された撮像開始位置ps=(psx,psy)、ならびに、XYθステージ50から入力されるX軸モータの回転位置px、Y軸モータの回転位置pyおよびθ軸モータの回転位置pθに基づき、X軸モータの回転位置pxおよびY軸モータの回転位置pyが撮像開始位置psを通過したときにカメラ60へ撮影トリガを出力する。さらに制御部41は、前記ワークの位置目標値prefおよび座標変換部33から入力される検出位置pcxy、ならびに、XYθステージ50から入力されるX軸モータの回転位置px、Y軸モータの回転位置pyおよびθ軸モータの回転位置pθに基づき、前記ワークの位置が位置目標値prefに追従するようにX軸モータ駆動部42にX軸モータ回転指令値paxを、Y軸モータ駆動部43にY軸モータ回転指令値payをそれぞれ出力し、かつ外部から取得された前記ワークの回転指令値である角度目標値θrefに検出角度θcが追従するようにθ軸モータ回転指令値paθをθ軸モータ駆動部44へ出力する。
The
X軸モータ駆動部42は、制御部41から出力されたX軸モータ回転指令値paxと、X軸位置検出器54から出力されたX軸モータの回転位置pxを入力し、この回転位置pxがX軸モータ回転指令値paxに追従するようにX軸モータ53を駆動するX軸モータ電流IxをX軸モータ53へ出力する。同様に、Y軸モータ駆動部43は、制御部41から出力されたY軸モータ回転指令値payと、Y軸位置検出器57から出力されたY軸モータの回転位置pyを入力し、この回転位置pyがY軸モータ回転指令値payに追従するようにY軸モータ56を駆動するY軸モータ電流IyをY軸モータ56へ出力する。同様に、θ軸モータ駆動部44は、制御部41から出力されたθ軸モータ回転指令値paθと、θ軸回転検出器59から出力されたθ軸モータの回転位置pθを入力し、この回転位置pθがθ軸モータ回転指令値paθに追従するようにθ軸モータ58を駆動するθ軸モータ電流Iθをθ軸モータ58へ出力する。
X-axis
次に、この発明の実施の形態1における画像処理装置30を用いた位置決め制御装置20およびそれを備えた位置決め装置10が行う位置決め動作について、図3のフローチャートに沿って説明する。
Next, a positioning operation performed by the
ステップS101:
最初に制御部41によりワークの位置目標値prefおよび角度目標値θref、ならびに撮像開始位置psが生成される。これらの値を生成する方法は、図1に示すように、制御部41が外部から取得する方法、またはプログラム等により駆動制御装置40の内部で生成する方法などを用いることができる。このとき、撮像開始位置psは、後述するカメラ60でテーブル51を撮像した場合に得られる画像内に、位置決め対象であるワークが写る位置にすれば良い。したがって、撮像開始位置psは、必ずしもカメラ60を配置したカメラ位置pcamでなくてもよい。
Step S101:
First, the
ステップS102:
制御部41は、テーブル51が、外部から取得した撮像開始位置psを一定速度V=(Vx,Vy)で通過するように、X軸モータ駆動部42へX軸モータ回転指令値paxを、Y軸モータ駆動部43へY軸モータ回転指令値payを夫々出力する。このとき、テーブル51が撮像開始位置psを通過する時の速度Vは、制御部41で設定可能である。なお、撮像開始位置psを通過するときのθ軸の回転速度Vθも設定可能であるが、撮像開始位置psにおいてθ軸を回転させておいても、位置決め動作時間の短縮にはならないため、本実施の形態ではVθ=0として説明する。
Step S102:
The
ステップS103:
X軸モータ駆動部42は、制御部41から出力されたX軸モータ回転指令値paxに、X軸モータ位置検出器54から入力されるX軸モータの回転位置pxが追従するように、X軸モータ53にX軸モータ電流Ixを出力し、X軸モータ53を駆動する。同様に、Y軸モータ駆動部43は、制御部41から出力されたY軸モータ回転指令値payに、Y軸モータ位置検出器57から入力されるY軸モータの回転位置pyが追従するように、Y軸モータ56にY軸モータ電流Iyを出力し、Y軸モータ56を駆動する。X軸モータ53およびY軸モータ56が駆動すると、X軸直動部52およびY軸直動部55が動作し、テーブル51がX軸方向およびY軸方向に移動する。そしてテーブル51は撮像開始位置psへ近づいていく。
Step S103:
X-axis
ステップS104:
制御部41は、テーブル51が移動中に、X軸モータ位置検出器54およびY軸モータ位置検出器57から入力されるX軸モータの回転位置pxおよびY軸モータの回転位置pyと撮像開始位置ps=(psx,psy)とを比較し、テーブル51が撮像開始位置psを通過したかどうかを判定する。そして、テーブル51が撮像開始位置psを通過しているならば、次のステップ(ステップS105)を実行する。もし、テーブル51が撮像開始位置psを通過していないならば、ステップS103に戻り、テーブル51が撮像開始位置psに近づき、一定速度Vで通過するように、X軸モータ駆動部42へX軸モータ回転指令値paxを、Y軸モータ駆動部43へY軸モータ回転指令値payをそれぞれ出力する。なお、このとき一定速度Vが0と入力された場合は、制御部41はテーブル51が撮像開始位置psで静止するように、X軸モータ駆動部42へX軸モータ回転指令値paxを、Y軸モータ駆動部43へY軸モータ回転指令値payを夫々出力する。
Step S104:
ステップS105:
制御部41は、テーブル51が撮像開始位置psを通過したと判定した場合、撮影トリガをカメラ60へ発行する。
Step S105:
ステップS106:
カメラ60は、制御部41から撮影トリガを取得すると、テーブル51(または位置決め対象のワーク)を撮影して得られた信号を、画像撮像部31へ出力する。このときの撮影は、必ずしも撮影対象であるワークの中心がカメラの光軸を通る必要は無い。
Step S106:
When the
ステップS107:
画像撮像部31は、カメラ60から得られた信号に基づき、カメラが撮影した撮像画像を生成し、画像処理部32へ撮像画像を出力する。このとき、撮影開始位置psはカメラ60でテーブル51を撮影したときに位置決め対象のワークが画像に写る位置に設定するので、画像撮像部31で生成した撮像画像に必ず前記ワークが写る。つまり、後述するステップS108における画像処理部32の画像処理において、ワークの画素値ppの計測が失敗する状況は生じないようにしている。また、画像撮像部31は画像を撮像した時刻より後に制御部41へ撮像時刻特定信号Stを出力する。なお、後述するステップS108において、ステップS107で得られた画像を基に画像処理を行い、ワークの画素値ppを検出するため、画素値ppを座標変換することにより得られるワークの検出位置pcxyはステップS107を実行した時刻におけるワークの位置になる。また、前述しているように撮像時刻特定信号Stとしては、撮像が完了した瞬間に出力する撮像完了信号または撮像にかかった時間などを用いることができる。
Step S107:
The
ステップS108:
画像処理部32は画像撮像部31から入力した撮像画像に写っているワークの画素を画像処理により特定し、前記ワークの画素値ppを計測する。そして計測した画素値ppを座標変換部34に出力する。このとき用いる画像処理は2値化処理、エッジ検知、差分などあるが、ワークを特定し、画素値ppが計算できるのであれば、どのような画像処理を用いてもよい。
Step S108:
The
ステップS109:
制御部41は、画像撮像部32から撮像時刻特定信号Stを受け取ると、撮像時刻特定信号Stより撮像が完了した時刻を計算し、その時刻におけるX軸モータの回転位置pxおよびY軸モータの回転位置pyを取得し、記憶する。以後、この記憶したX軸モータの回転位置pxの値をpmxと、記憶したY軸モータの回転位置pyの値をpmyと、夫々記載する。この処理は、画像処理部32の動作(ステップS108)と同時に行われるため、図3のフローチャートではステップS108とステップS109の動作を並列に記述している。もし、撮像時刻特定信号Stが撮像完了信号ならば、この撮像完了信号が取得された瞬間のX軸モータの回転位置pxおよびY軸モータの回転位置pyを記憶すればよい。また、撮像時刻特定信号Stが撮像にかかった時間ならば、ステップS105において制御部41がカメラ60へ撮影トリガを発行した時刻から、撮像にかかった時間を足して、撮像が完了した時刻を求め、求めた時刻におけるX軸モータの回転位置pxおよびY軸モータの回転位置pyを記憶すればよい。
Step S109:
ステップS110:
座標変換部33は、画像処理部32から入力されたワークの画素値ppから、前記ワークの検出位置pcxyおよび検出角度θcを計算する。ここで計算される検出位置pcxyはビジョン座標系から見た前記ワークの位置である。そして座標変換部33は計算した検出位置pcxyおよび検出角度θcの値を制御部41へ出力する。
Step S110:
The coordinate
ステップS111:
制御部41は、座標変換部33からワークの検出位置pcxyおよび検出角度θcを取得し、前記ワークの検出位置pcxy、位置目標値pref、検出角度θc、角度目標値θref、ならびに、ステップS109において記憶したX軸モータの回転値pmxおよびY軸モータの回転値pmyに基づき、X軸モータ回転指令値paxおよびY軸モータ回転指令値payを修正し、前記修正したX軸モータ回転指令値paxをX軸モータ駆動部42へ、前記修正したY軸モータ回転指令値payをY軸モータ駆動部43へ、夫々出力する。
Step S111:
The
制御部41が行うX軸モータ回転指令値paxおよびY軸モータ回転指令値payの前記修正の方法について、さらに詳細に説明する。制御部41は式(1)用いてX軸およびY軸モータ回転指令値pa=(pax,pay)を計算する。
The method for correcting the X-axis motor rotation command value p ax and the Y-axis motor rotation command value p ay performed by the
ここでRθref−θcは、位置決め対象のワークをテーブル51の回転中心周りにθref−θcだけ回転変換する回転行列であり、撮像画像から取得した前記ワークの検出角度θcと角度目標値θrefとの差θref−θcを用いて
Here, R θref−θc is a rotation matrix that rotationally transforms the workpiece to be positioned around the rotation center of the table 51 by θ ref −θ c , and the detected angle θ c of the workpiece acquired from the captured image and the target angle value using the difference theta ref - [theta] c with theta ref
で計算される。また、M=(Mx、My)はテーブル51の回転中心とテーブル51上のモータの回転位置との相対位置、C=(Cx、Cy)はテーブル51の回転中心を表しており、これらの値は撮像開始位置psをカメラ位置pcamに一致させ、かつ一定速度V=0としてカメラ60でテーブル51を撮影した場合、つまりX軸モータの回転位置pxおよびY軸モータの回転位置pyをカメラ位置pcamに一致させ、かつその場でテーブル51を静止させてカメラ60でテーブル51を撮影した場合に得られる撮像画像から計測可能であり、予め求めておく。
Calculated by M = (M x , M y ) represents the relative position between the rotation center of the table 51 and the rotation position of the motor on the table 51, and C = (C x , C y ) represents the rotation center of the table 51. these values match the imaging start position p s to the camera position p cam, and when taken to the table 51 by the
tp=(tpx,tpy)は補正パラメータであり、図4に示す様に、テーブル51を移動させたままカメラ60でテーブル51(または位置決め対象のワーク)を撮影して画像処理装置30で処理した際に生じる位置決め誤差を補正する。前記位置決め誤差は、画像撮像部32が撮像画像を得た時刻と、制御部41が画像撮像部32から撮像時刻特定信号Stを受け取り、撮像時刻特定信号Stより計算した撮像が完了した時刻とが異なることにより発生するものである。
t p = (t px , t py ) is a correction parameter. As shown in FIG. 4, the table 51 (or a workpiece to be positioned) is photographed with the
次に、式(1)について図4〜6を用いて、さらに詳細に説明する。式(1)の説明を簡単にするために、式(1)を式(3)、(4)、(5)の3つの部分に分けて説明する。 Next, Formula (1) will be described in more detail with reference to FIGS. In order to simplify the description of Expression (1), Expression (1) will be described by dividing it into three parts of Expressions (3), (4), and (5).
ここでpwcam=(pwcamx,pwcamy)は、記憶したX軸モータの回転位置pmxおよびY軸モータの回転位置pmyがカメラ位置pcamに一致しているときの位置決め対象のワーク位置に相当する値である。また、pe=(pex,pey)は、前記ワークの位置とテーブル51上のモータの回転位置との相対位置を表している。
Here, p wcam = (p wcamx , p wcamy ) is the work position to be positioned when the stored rotational position p mx of the X-axis motor and rotational position p my of the Y-axis motor coincide with the camera position p cam. Is a value corresponding to. Further, p e = (p ex , p ey ) represents a relative position between the position of the workpiece and the rotational position of the motor on the table 51.
式(3)について、図4を用いて説明する。図4は、横軸に時刻、縦軸にX軸モータの回転位置pxまたはY軸モータの回転位置pyを取っており、各ステップにおける時刻とX軸モータの回転位置pxまたはY軸モータの回転位置pyの関係を説明した図である。ここで、縦軸をX軸モータの回転位置pmxとすると、X軸モータ53は一定速度Vxで駆動しているため、時刻とX軸モータの回転位置pxとの関係は直線になる。同様に、縦軸をY軸モータの回転位置pmyとすると、Y軸モータ56は一定速度Vyで駆動しているため、時刻とY軸モータの回転位置pyとの関係も直線になる。また、図4では、ステップS107において画像撮像部32が撮像画像を生成した時刻をtS107、そのときのX軸およびY軸モータの回転位置をpS107=(pS107x,pS107y)、ステップS109において制御部41が撮像時刻特定信号Stより計算した撮像が完了した時刻をtS109、その時刻tS109のX軸およびY軸モータの回転位置を、pS109=(pS109x,pS109y)=pma=(pmx,pmy)としている。
Equation (3) will be described with reference to FIG. Figure 4 is a time in the horizontal axis, and taking a rotational position p x or rotational position p y of the Y-axis motor of the X-axis motor to the vertical axis, the rotational position p x or Y axis of time and X-axis motor in each step it is a diagram for explaining the relationship between the rotational position p y of the motor. Here, the vertical axis is the rotational position p mx of X-axis motor, for
前述のように各ステップを実行している時刻が異なるため、各ステップにおけるX軸モータの回転位置pxおよびY軸モータの回転位置pyも異なる。つまり、各ステップにおいてテーブル51の位置が異なるため、ステップS107において画像を撮像した時刻におけるテーブル51の位置と、ステップS109において撮像時刻特定信号Stより計算した撮像が完了した時刻におけるテーブル51の位置は異なる。これを模式的に表したのが図5である。図5は、横軸にX軸方向の座標、縦軸にY軸方向の座標を取っており、各ステップにおけるテーブル位置を説明した図である。図5においてもX軸モータ53とY軸モータ56は、夫々一定速度VxおよびVyでX軸直動部52とY軸直動部55を駆動しているため、テーブル51の軌跡は直線軌道になる。
Since the time running the steps as described above are different, also different rotational positions p y of the rotational position p x and the Y-axis motor of the X-axis motor in each step. That is, since the position of the table 51 are different at each step, the position of the table 51 at the time and position of the table 51 at the time of the captured image, the imaging which is calculated from the image pickup time specifying signal S t in step S109 has been completed in step S107 Is different. This is schematically shown in FIG. FIG. 5 illustrates the table position in each step, with the horizontal axis representing the X-axis coordinate and the vertical axis representing the Y-axis coordinate.
そのため、式(3)における(pmx―Vx*tpx、pmy―Vy*tpy)の計算により、制御部41が撮像時刻特定信号Stより計算した撮像が完了した時刻tS109より補正パラメータ(tpx、tpy)の時間だけ前の時刻におけるX軸およびY軸モータの回転位置を計算することにより、画像撮像部31が撮像画像を生成した時刻tS107におけるX軸およびY軸モータの回転位置の推定値pS107’=(pS107x’,pS107y’)を求めている。また、制御部41は、この推定値(pmx―Vx*tpx、pmy―Vy*tpy)とカメラ位置pcam=(pcamx、pcamy)との差を検出位置pcxyから減算することにより、X軸およびY軸モータの回転位置px、pyがカメラ位置pcam=(pcamx、pcamy)に一致しているときの位置決め対象のワークの位置を計算している。
Therefore, (p mx -V x * t px, p my -V y * t py) in equation (3) by calculation of the time t S109 that
もちろん、ステップS107におけるX軸およびY軸モータの回転位置px、pyを計測することが可能、つまり、制御部41が画像を撮像した時刻tS107におけるX軸およびY軸モータの回転位置px、pyを計測することが可能ならば、このような推定を行う必要はない。しかしながら、画像を撮像した時刻tS107におけるX軸およびY軸モータの回転位置px、pyを計測するには、カメラ60もしくは画像撮像部31の内部にある半導体から画像の撮像が完了した瞬間の信号を直接取り出す必要がある。このように、カメラ60もしくは画像撮像部31の内部にある半導体から画像の撮像が完了した瞬間の信号を直接取り出すことは難しい。また、汎用的な位置決め制御装置のように、さまざまな種類のカメラ、画像処理装置を使用可能にすることが望ましい場合において、これらの内部にある半導体から直接信号を取り出す必要があると、使用可能なカメラ、画像処理装置を限定してしまい、汎用的な位置決め制御装置の利点であるシステム構築の柔軟性を失ってしまう。そのため、制御部41が画像を撮像した時刻tS107におけるX軸およびY軸モータ回転位置px、pyを計測せずに、精度良く推定する方式が望ましい。
Of course, the rotational position p x of X-axis and Y-axis motor in the step S107, it is possible to measure the p y, that is, the rotational position p in the X-axis and Y-axis motor at time t S107 the
次に、式(4)、(5)について図6を用いて説明する。図6では、横軸にビジョン座標上のX軸、縦軸にビジョン座標上のY軸を取り、その交点をビジョン座標系の原点としている。また、ビジョン座標系からみたテーブル51の回転中心をC、テーブル51の回転中心Cとテーブル51上のX軸およびY軸モータの回転位置px、pyとの相対位置をMで表しており、図1と同じ記号を用いているものは同様の意味を表しているので説明を省略する。 Next, equations (4) and (5) will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the horizontal axis is the X axis on the vision coordinate, the vertical axis is the Y axis on the vision coordinate, and the intersection is the origin of the vision coordinate system. Also, represents the center of rotation of the table 51 as viewed from the vision coordinate system C, the rotation center C and on the table 51 in the X-axis and Y-axis rotational position p x of the motor of the table 51, the relative positions of the p y in M Since the same symbols as those in FIG. 1 represent the same meaning, the description thereof is omitted.
式(4)は、まずワークの検出角度θcを角度目標値θrefに一致させるようにテーブル51を回転させたときの前記ワークの位置とテーブル51の中心Cとの相対位置をRθref−θc(pwcam−C)で計算している。そして、計算結果をテーブル51の回転中心とテーブル51上のX軸およびY軸モータの回転位置px、pyとの相対位置Mから引くことにより、検出角度θcを角度目標値θrefに一致させた場合の前記ワークの位置とテーブル51上のX軸およびY軸モータの回転位置px、pyとの相対位置peを計算する。 Formula (4) is expressed as follows. First, the relative position between the position of the workpiece and the center C of the table 51 when the table 51 is rotated so that the detected angle θ c of the workpiece coincides with the angle target value θ ref is R θref−. It is calculated by θc (p wcam −C). Then, the center of rotation on the table 51 in the X-axis and Y-axis rotational position p x of the motor of the calculation result table 51, by subtracting from the relative position M with p y, a detection angle theta c to the angle desired value theta ref the rotational position of the X-axis and Y-axis motor on said workpiece position and the table 51 when the matched p x, calculates the relative position p e of p y.
そして式(5)により、位置目標値prefから式(4)で計算された相対位置peを引くことで、前記ワークの位置が位置目標値prefに一致したときのX軸およびY軸モータの回転値pa’=(pax’,pay’)を計算する。したがって、X軸およびY軸モータの回転位置px,pyをpax’,pay’に一致させれば前記ワークの位置は位置目標値prefに一致し、高精度な位置決めが可能となる。 And the equation (5), by subtracting the relative position p e from the position target value p ref is calculated by Equation (4), X axis and Y axis when the position of the workpiece coincides with the position target value p ref rotation value p a of the motor '= (p ax' to calculate the, p ay '). Thus, the rotational position p x of X-axis and Y-axis motors, p y and p ax ', p ay' position of the workpiece if brought into match coincides with the position target value p ref, enabling accurate positioning Become.
ステップS112:
制御部41が、外部から取得したワークの角度目標値θrefと座標変換部33から入力された検出角度θcとから、角度目標値θrefと検出角度θcとの差を計算し、その結果をθ軸モータ回転指令値paθ’として、θ軸モータ駆動部44へ出力する。
Step S112:
ステップS113:
X軸モータ駆動部42、Y軸モータ駆動部43およびθ軸モータ駆動部44は、ステップS112において、制御部41から入力されたX軸回転指令値pax’、Y軸回転指令値pay’およびθ軸回転指令値paθ’、ならびに、XYθステージ50から入力されるX軸モータ回転位置px、Y軸モータ回転位置pyおよびθ軸モータ回転位置pθに基づき、X軸回転指令値pax、Y軸回転指令値payおよびθ軸回転指令値paθにX軸モータの回転位置px、Y軸モータの回転位置pyおよびθ軸モータ回転位置pθが、夫々追従するようにX軸モータ電流Ix、Y軸モータ電流Iyおよびθ軸モータ電流Iθを計算し、夫々X軸モータ53、Y軸モータ56およびθ軸モータ58へ出力する。これにより、X軸回転指令値pax、Y軸回転指令値payおよびθ軸回転指令値paθにX軸モータの回転位置px、Y軸モータの回転位置pyおよびθ軸モータの回転位置pθが、夫々追従するようX軸モータ53、Y軸モータ56およびθ軸モータ58が駆動され、位置決め対象のワークの位置が位置目標値prefに一致し、位置決めが達成されることになる。なお、位置決め動作が終了したときのX軸およびY軸モータの回転位置px、pyは、前記ワークの位置が位置目標値prefに一致したときのX軸およびY軸モータ回転値pa’=(pax’,pay’)に一致する。
Step S113:
In step S112, the X-axis
以上の位置決め動作において、位置決め精度を決定する重要な項目が補正パラメータtpの値である。つまり高精度な位置決めを行うためには補正パラメータtpを上手く決定する必要がある。次に、位置決め対象のワークが静止中にカメラ60で撮影して位置決め動作を行った(一定速度V=0)場合の位置決め動作が終了したときのX軸およびY軸モータの回転値pa’と、前記ワークが動作中にカメラ60でワークを撮影して位置決め動作を行った場合の位置決め動作が終了したときのX軸およびY軸モータの回転値pa’の値とから、補正パラメータtpを適切な値に自動的に決定する動作について、図7のフローチャートを用いて説明する。
In the above positioning operation, important items for determining the positioning accuracy is a value of the correction parameter t p. That in order to perform high-precision positioning is necessary to successfully determine the correction parameter t p. Next, it is positioning operation work of the positioning target is captured by the
ステップS201:
制御部41が、ワークの位置目標値prefおよび角度目標値θrefを生成する。これらの値を生成する方法は、図1に示すように制御部41が外部から取得する方法、またはプログラム等により駆動制御装置40の内部で生成する方法などを用いることができる。また、これらの値は、図7のフローチャートの動作において常に固定である。
Step S201:
The
ステップS202:
撮像開始位置psをカメラ位置pcamとし、一定速度V=0として、位置決め装置10にて位置決め動作を行う(つまり、駆動制御装置40によって、位置決め対象を静止中に撮像して前記位置決め対象の位置が目標位置になるように制御する)。なお、撮像開始位置psをカメラ位置pcamとし、一定速度Vを0としているため、一度、テーブル51をカメラ位置pcamに静止させてから、カメラ60でテーブル51を撮像する動作になる。また、一定速度V=0としているため、補正パラメータtpの値がどのような値であっても、位置決め動作には影響がない。また、撮像時のテーブル51の回転速度Vθも0とする。
Step S202:
The imaging start position p s is set to the camera position p cam, and the
ステップS203:
前ステップで実行した位置決め動作が終了したときの、X軸およびY軸モータ53、6の回転位置である第1の回転位置に相当する、X軸およびY軸モータ回転指令値px、pyを駆動制御装置40内に設けた記憶装置(図示せず)に記憶する。ここで記憶したX軸およびY軸モータ回転指令値を、夫々pxS203、pyS203と記載する。
Step S203:
X-axis and Y-axis motor rotation command values p x and p y corresponding to the first rotation position that is the rotation position of the X-axis and Y-
ステップS204:
撮像開始位置psをカメラ位置pcam、一定速度Vを所望の値、撮像時の回転速度Vθを0、補正パラメータtpを適当な値にして、ステップS202と同じ初期位置から位置決め装置10にて位置決め動作を行う(つまり、駆動制御装置40によって、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように制御する)。ここで定めた補正パラメータの値をtp’=(tpx’,tpy’)と記載する。
Step S204:
Imaging start position p s camera position p cam, the desired value constant velocity V, and the rotational speed V theta at the time of
ステップS205:
前ステップで実行した位置決め動作が終了したときの、X軸およびY軸モータ53、6の回転位置である第2の回転位置に相当する、X軸およびY軸モータ回転指令値pxS205、pyS205を前記記憶装置に記憶し、ステップS202で実行した位置決め動作とステップS204で実行した位置決め動作との、X軸およびY軸の夫々の位置決め誤差ΔpxS205=pxS205−pxS203、ΔpyS205=pyS205−pyS203を算出して、位置決め誤差ΔpS205=(ΔpxS205,ΔpyS205)を求める。
Step S205:
X-axis and Y-axis motor rotation command values p xS205 and p yS205 corresponding to the second rotation position that is the rotation position of the X-axis and Y-
ステップS206:
前ステップで得られた位置決め誤差ΔpxS205およびΔpyS205、ならびに、前ステップのときに入力された一定速度V=(Vx、Vy)および補正パラメータtp’に基づき、補正パラメータの最適値topt=(toptx、topty)を計算する。
Step S206:
Based on the positioning errors Δp xS205 and Δp yS205 obtained in the previous step , and the constant velocity V = (V x , V y ) and the correction parameter t p ′ input in the previous step, the optimum value t of the correction parameter opt = (t optx , t opt ) is calculated.
ステップS207:
前ステップで計算された補正パラメータの値toptを、制御部41へ入力する。
Step S207:
The correction parameter value t opt calculated in the previous step is input to the
なお、上記フローでおこなわれる計算は、別途、駆動制御装置40内に設けた計算装置(図示せず)にて自動的におこなってよく、前記計算装置を設けることなく制御部41内のCPUでおこなってもよく、各パラメータを位置決め装置10から適時出力して外部の計算装置で計算してもよい。
The calculation performed in the above flow may be performed automatically by a separate calculation device (not shown) provided in the
次に、図7のフローチャートで記載した動作により補正パラメータの最適値toptが求まることについて、図4および8を用いて、さらに詳細に説明する。前述のように、式(1)において、(記憶したX軸モータ回転位置pm−一定速度V*補正パラメータtp)という項は、画像撮像部32が画像を撮像して撮像時刻特定信号Stを出力した時刻tS107と制御部41が撮像時刻特定信号Stより計算した撮像が完了した時刻tS109との差を補正する項であり、画像撮像部32が画像を撮像して撮像時刻特定信号Stを出力した時刻tS107におけるX軸およびY軸モータの回転位置px、pyを推定する。このとき時刻tS107におけるX軸およびY軸モータの回転位置pS107と推定値(pmx―Vx*tpx、pmy―Vy*tpy)との誤差が、位置決め誤差となる。本実施の形態では、撮像中は一定速度V=(Vx、Vy)で移動しているため、図8に示すように、位置決め誤差と補正パラメータtpとの間には直線の関係があり、その傾きは撮像開始位置psを通過する一定速度V=(Vx、Vy)に等しい。したがって前述の直線と横軸との交点を計算し、その計算値を補正パラメータtpの値とすることで、位置決め誤差を小さくし、高精度な位置決めが可能となる。
Next, the determination of the optimum value t opt of the correction parameter by the operation described in the flowchart of FIG. 7 will be described in more detail with reference to FIGS. As described above, in formula (1), (the stored X-axis motor position p m - constant speed V * correction parameter t p) term since, imaging time specifying
そこで、前述の位置決め誤差と補正パラメータtpとの直線式を計算するために、まずステップS201〜ステップS205より、補正パラメータtpがtp’の場合の位置決め誤差ΔpxS205およびΔpyS205を実験により求める。これらの値と一定速度V=(Vx、Vy)より、位置決め誤差と補正パラメータtpとの直線式が計算可能となり、計算した直線式から位置決め誤差が0になる補正パラメータtopt=(toptx、topty)を計算すると Therefore, in order to calculate the linear equation of the positioning error and the correction parameter t p described above, from step S201~ Step S205 First, the correction parameter t p experimental positioning errors Delta] p XS205 and Delta] p YS205 in the case of t p ' Ask. Constant at these values speed V = (V x, V y ) from a straight line equation allows calculation of the positioning error and correction parameter t p, positioning errors from the calculated linear equation is zero correction parameter t opt = ( t optx , t opt )
となる。
It becomes.
式(6)および(7)により計算した補正パラメータtopt=(toptx、topty)を制御部41へ入力して位置決め動作を行うことにより、テーブル51を一定速度Vで移動させて、カメラ60でテーブル51を撮影した撮像画像により位置決め対象のワークの検出位置pcxyを検出しても、高精度な位置決めが可能となる。つまり、高精度な位置決めが短時間で達成可能となる。
Equation (6) and (7) was calculated by the correction parameter t opt = (t optx, t opty) by performing the positioning operation by entering the
この実施の形態における画像処理装置を用いた位置決め装置によれば、前記第1の回転位置と前記第2の回転位置とに基づいた補正パラメータtpを導入し、画像撮像部32が画像を撮像して画像完了信号を出力した時刻tS107と制御部41が撮像時刻特定信号Stより計算した撮像が完了した時刻tS109の差を所定時間として補正する事により、カメラ60でテーブル51を撮像する際に一定速度Vで移動していても、画像撮像部32が画像を撮像して画像完了信号を出力した時刻tS107におけるX軸およびY軸モータの回転位置を計算できるため、高精度に位置決め対象のワークの位置を位置目標値prefに一致させることが可能となる。
According to the positioning apparatus using the image processing apparatus in this embodiment, by introducing a correction parameter t p, based on said second rotational position and the first rotational position, the captured
また、この実施の形態における位置決め制御装置を用いた位置決め装置では、使用するカメラを限定することがないため、汎用性が高く、柔軟なシステム構築を行うことが可能である。 In addition, in the positioning device using the positioning control device in this embodiment, the camera to be used is not limited, so that it is possible to construct a highly versatile and flexible system.
また、この実施の形態における位置決め制御装置では、前記補正パラメータの最適値を、位置決め対象のワークが静止中にカメラ60で撮影して位置決め動作を行った(一定速度V=0)場合の位置決め動作が終了したときのX軸およびY軸モータ53、56の前記第1の回転位置の値と、前記ワークが移動中にカメラ60でワークを撮影して位置決め動作を行った場合の位置決め動作が終了したときのX軸およびY軸モータ53、56の前記第2の回転位置の値とから自動的に決定できるため、簡単に高精度かつ短時間の位置決め動作を行うことが可能となる。
Further, in the positioning control device according to this embodiment, the optimum value of the correction parameter is determined when the positioning target workpiece is photographed by the
また、図7に示したフローチャートを全て自動化することにより、専門知識などを持たない人でも最適な補正パラメータを求めることが可能になり、さらに簡単に高精度な位置動作を行うことが可能となる。 In addition, by automating all of the flowchart shown in FIG. 7, it becomes possible for a person who does not have specialized knowledge or the like to obtain an optimal correction parameter, and it is possible to easily perform a highly accurate position operation. .
なお、この実施の形態では特定の補正パラメータにおける位置決め誤差とカメラ60を用いた撮像時のテーブル51の速度との関係を求めて、補正パラメータの最適値を計算したが、その他の補正パラメータにおける位置決め誤差とカメラ60を用いた撮像時のテーブル51の速度との別の関係を求めて、求めた別の関係から補正パラメータの最適値を計算しても良い。
In this embodiment, the relationship between the positioning error in a specific correction parameter and the speed of the table 51 at the time of imaging using the
また、この実施の形態ではXYθステージ50に用いた場合について説明したが、この実施の形態で説明している撮像位置補正方式はXYθステージ50に用いた場合に限定するものではなく、UVWステージなどカメラを用いる位置決め制御装置および位置決め装置全般に使用してもよい。
In this embodiment, the case where the
また、この実施の形態ではカメラ60が位置決め対象のワークを撮影する際に、θ軸方向の回転速度Vθを0として説明したが、撮影時の回転速度Vθは0出なくてもよい。この場合、座標変換部33から入力された前記ワークの検出角度θcと撮影時の回転速度Vθと補正パラメータtpθとを用いて、検出角度θcを
In this embodiment, when the
と補正し、補正したθc’を式(1)に置けるθcとして考え、計算すればよい。
And the corrected θ c ′ is considered as θ c that can be placed in the equation (1) and calculated.
また、補正パラメータtpθは、 The correction parameter t pθ is
と求めればよい。ここで、ΔpθS205は、ステップS202で得られる位置決め対象のワークが静止中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値と、ステップS205で得られる前記ワークが動作中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値との差、toptθは、θ軸の最適な補正パラメータ、tpθ’は、ステップS205で用いた補正パラメータの値である。
You can ask. Here, Δp θS205 is a θ axis motor rotation command value at the time when the positioning operation is completed when the workpiece to be positioned obtained in step S202 is photographed while stationary, and the workpiece obtained in step S205 is photographed while the workpiece is in operation. The difference from the θ-axis motor rotation command value at the end of the positioning operation in this case, t optθ is the optimum correction parameter for the θ-axis, and t pθ ′ is the value of the correction parameter used in step S205.
以上より、この発明に係る位置決め制御装置では、カメラによる位置決め対象の撮像が終了した時刻が特定できる撮像時刻特定信号を出力し、且つ前記撮像された画像を処理して前記位置決め対象の検出位置を特定して出力する画像処理装置、および前記撮像時刻特定信号と前記検出位置と前記位置決め対象を移動させるモータの回転位置とを取得し、前記撮像時刻特定信号が取得された時刻における前記回転位置から所定時間前の前記回転位置を計算し、この計算値と前記検出位置と位置決め対象の目標位置とに基づき、前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御する駆動制御装置を備え、前記位置決め対象を静止中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第1の回転位置と、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第2の回転位置とを予め取得し、前記所定時間を前記第1の回転位置と前記第2の回転位置とに基づいて決定するので、簡単に短時間で高精度な位置決め動作を可能とすることができる。 As described above, in the positioning control device according to the present invention, the imaging time specifying signal that can specify the time when the imaging of the positioning target by the camera is completed is output, and the detected position of the positioning target is determined by processing the captured image. An image processing device that identifies and outputs the image capturing time specifying signal, the detection position, and a rotational position of a motor that moves the positioning target, and from the rotational position at the time when the imaging time specifying signal is acquired A drive control device that calculates the rotational position before a predetermined time and controls the motor based on the calculated value, the detected position, and the target position of the positioning target so that the position of the positioning target becomes the target position. The positioning target is imaged while still and the position of the positioning target is set to the target position by the drive control device. When the motor is controlled such that the first rotational position of the motor when the motor is controlled and the positioning target are imaged during movement and the position of the positioning target becomes the target position by the drive control device The second rotational position of the motor is acquired in advance, and the predetermined time is determined based on the first rotational position and the second rotational position, so that a highly accurate positioning operation can be performed in a short time. Can be made possible.
実施の形態2.
以下、この発明の実施の形態2による位置決め制御装置について図9および10を用いて説明する。この実施の形態と実施の形態1の位置決め制御装置20との差異は、補正パラメータtoptの決定方法である。実施の形態1では、位置決め対象のワークが静止中にカメラ60で撮影した場合の位置決め動作が終了時のX軸およびY軸モータ53、56の第1の回転位置の値と、前記ワークが動作中にカメラ60で撮影した場合の位置決め動作が終了時のX軸およびY軸モータ53、56の第2の回転位置の値と、カメラ60を用いて前記ワークを撮像したときの速度Vから最適な補正パラメータtoptを計算していたが、この実施の形態では、前記ワークが動作中にカメラ60を用いて撮像する場合の実験回数を増やし、最適な補正パラメータtoptを計算する。なお、図9および10おいて同じ記号の要素は図7および8と同じ動作を行うために説明を省略する。また、この実施の形態における位置決め動作は図3で表されるフローチャートを実行する点も実施の形態1と同じであるため、説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
Hereinafter, a positioning control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. The difference between this embodiment and the
次に、この実施の形態における最適な補正パラメータtoptを決定する動作について図9のフローチャートを用いて説明する。図9のフローチャートは全部で9つのステップから構成されている。ステップS201からステップS205までは、実施の形態1におけるステップS201からステップS205までと全く同じ動作を行うため、この実施の形態では説明を省略し、ステップS206’から説明を行う。 Next, the operation for determining the optimum correction parameter t opt in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 9 is composed of nine steps in total. Since steps S201 to S205 perform exactly the same operations as steps S201 to S205 in the first embodiment, description thereof is omitted in this embodiment, and description is made from step S206 ′.
ステップS206’:
補正パラメータを(ステップS204)と異なる値にし、撮像開始位置psをカメラ位置pcam、一定速度Vを所望の値として位置決め動作を行う(つまり、駆動制御装置40によって、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように制御する)。ここで定めた補正パラメータの値をtp” =(tpx”、tpy”)(≠tp’)と記載する。また、撮像時の回転速度Vθも0とする。
Step S206 ′:
The correction parameter is set to a value different from that in (Step S204), the positioning operation is performed with the imaging start position p s as the camera position p cam and the constant speed V as the desired value (that is, the positioning target is being moved by the drive control device 40). And control so that the position of the positioning target becomes the target position). The value of the correction parameter determined here is described as t p ″ = (t px ″, t py ″) (≠ t p ′). The rotational speed V θ at the time of imaging is also set to zero.
ステップS207’:
前ステップで実行した位置決め動作が終了したときの、X軸およびY軸モータ53、6の回転位置である別の第2の回転位置に相当する、X軸、Y軸モータ回転指令値pxS207’、pyS207’を記憶し、前ステップで実行した位置決め動作との位置決め誤差ΔpxS207’=pxS207’−pxS203およびΔpyS207’=pyS207’−pyS203を計算する。
Step S207 ′:
X-axis and Y-axis motor rotation command value p xS207 ′ corresponding to another second rotation position that is the rotation position of the X-axis and Y-
ステップS208’:
ステップS204で入力した補正パラメータtp’と、ステップS205で得られた位置決め誤差ΔpxS205およびΔpyS205と、ステップS206’で入力した補正パラメータtp”と、ステップS207’で得られた位置決め誤差ΔpxS207’およびΔpy207’とに基づき、補正パラメータの最適値toptを計算する。
Step S208 ′:
The correction parameter t p ′ input in step S204, the positioning errors Δp xS205 and Δp yS205 obtained in step S205, the correction parameter t p ″ input in step S206 ′, and the positioning error Δp obtained in step S207 ′. Based on xS 207 ′ and Δpy 207 ′ , an optimal value t opt of the correction parameter is calculated.
ステップS209’:
計算された補正パラメータの値toptを制御部41へ入力する。
Step S209 ′:
The calculated correction parameter value t opt is input to the
なお、上記フローでおこなわれる計算は、別途駆動制御装置40内に設けた計算装置(図示せず)にて自動的におこなってよく、前記計算装置を設けることなく制御部41内のCPUでおこなってもよく、各パラメータを位置決め装置10から適時出力して外部で計算してもよい。
The calculation performed in the above flow may be automatically performed by a calculation device (not shown) provided in the
次に、図9のフローチャートで記載した動作により補正パラメータの最適値toptが求まることについて、図10を用いて、さらに詳細に説明する。実施の形態1で説明したように、この実施の形態においても、撮像中は一定速度V=(Vx、Vy)で移動しているため、図10に示すように、位置決め誤差と補正パラメータtpとの間には直線の関係がある。したがって前述の直線と横軸との交点を計算し、その計算値を補正パラメータtpの値とすることで、位置決め誤差をさらに小さくし、さらに高精度な位置決めが可能となる。 Next, it will be described in further detail with reference to FIG. 10 that the optimum value t opt of the correction parameter is obtained by the operation described in the flowchart of FIG. As described in the first embodiment, in this embodiment as well, since it moves at a constant speed V = (V x , V y ) during imaging, as shown in FIG. relationship of the straight line between the t p. Therefore to calculate the intersection of the above linear and horizontal axis by the calculated value and the value of the correction parameter t p, and further reduce the positioning error, it is possible to more accurate positioning.
そこで、前述の位置決め誤差と補正パラメータtpとの直線式を計算するために、まずステップS201〜ステップS205より補正パラメータtpがtp’の場合の位置決め誤差ΔpxS205およびΔpyS205を実験により求める。また、ステップS206’およびステップS207’よりある補正パラメータtp”における位置決め誤差ΔpxS207’およびΔpyS207’を求める。これらの値より、位置決め誤差と補正パラメータtpとの直線式が計算可能となり、計算した直線式から位置決め誤差が0になる補正パラメータtopt=(txopt、tyopt)を計算すると Therefore, in order to calculate the linear equation with the correction parameter t p the previous positioning error, first correction parameter t p from step S201~ step S205 is determined experimentally positioning error Delta] p XS205 and Delta] p YS205 in the case of t p ' . Further, positioning errors Δp xS207 ′ and Δp yS207 ′ in a certain correction parameter t p ″ are obtained from step S206 ′ and step S207 ′. From these values, a linear expression between the positioning error and the correction parameter t p can be calculated. When a correction parameter t opt = (t xopt , t yopt ) is calculated from the calculated linear equation so that the positioning error is zero.
となる。
It becomes.
式(10)、(11)により計算した補正パラメータtopt=(txopt、tyopt)を制御部41へ入力して位置決め動作を行うことにより、テーブル51を一定速度Vで移動させて、カメラ50でテーブル51を用いて撮像した撮像画像により位置決め対象のワークの検出位置pcxyを検出しても、さらに高精度な位置決めが可能となる。つまり、さらに高精度な位置決めが短時間で可能となる。
Equation (10), is moved calculated correction parameter t opt = (t xopt, t yopt) by performing the positioning operation by entering the
この実施の形態における画像処理装置を用いた位置決め制御装置によれば、位置決め対象のワークが静止中にカメラ60で撮影する位置決め動作を1回、前記ワークが動作中にカメラ60で撮影する位置決め動作を2回行うことにより、補正パラメータtpの最適値を自動的に決定できるため、簡単にさらに高精度かつ短時間の位置決め動作を行うことが可能となる。
According to the positioning control apparatus using the image processing apparatus in this embodiment, the positioning operation for photographing with the
また、位置決め対象のワークが動作中にカメラ60で撮影する位置決め動作の回数を増やすことで、撮像および位置決め動作におけるばらつきの影響を一層低減することが可能となる。
In addition, by increasing the number of positioning operations that are performed by the
また、この実施の形態における位置決め制御装置を用いた位置決め装置では、使用するカメラを限定することがないため、汎用性が高く、柔軟なシステム構築を行うことが可能である。 In addition, in the positioning device using the positioning control device in this embodiment, the camera to be used is not limited, so that it is possible to construct a highly versatile and flexible system.
なお、この実施の形態では、位置決め対象のワークが静止中にカメラ60で撮影する位置決め動作を1回、前記ワークが動作中にカメラ60で撮影する位置決め動作を2回行うことにより、補正パラメータと位置決め誤差との関係を求めているが、さまざまな補正パラメータに応じて前記ワークが動作中にカメラ60で撮影する位置決め動作を行い、得られた位置決め誤差を用いて最小二乗法により補正パラメータと位置決め誤差との関係を求めて、求めた関係から補正パラメータの最適値toptを計算しても良い。このように、前記ワークが動作中にカメラ60で撮影する位置決め動作の回数をより増やすことでデータのばらつき等に起因する誤差の影響をより一層低減することが可能となる。
In this embodiment, the positioning parameter for capturing with the
また、この実施の形態においても、カメラ60が位置決め対象のワークを撮影する際にθ軸方向の回転速度Vθを0として説明したが、撮影時の回転速度Vθは0出なくてもよい。この場合、座標変換部33から入力された前記のワーク検出角度θcと撮影時の回転速度Vθ、補正パラメータtpθを用いて、検出角度θcを
In this embodiment, the rotation speed V θ in the θ-axis direction is set to 0 when the
と補正し、補正したθc’を式(1)に置けるθcとして考え、計算すればよい。
And the corrected θ c ′ is considered as θ c that can be placed in the equation (1) and calculated.
また、補正パラメータtpθは、 The correction parameter t pθ is
と求めればよい。ここで、Δpθ207’は、ステップS202で得られる前記ワークが静止中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値とステップS207’で得られる前記ワークが動作中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値との差であり、tpθ”は、ステップS207’で用いた補正パラメータの値である。
You can ask. Here, Δp θ207 ′ is taken while the workpiece obtained in step S202 is in motion and the θ-axis motor rotation command value at the end of positioning operation and the workpiece obtained in step S207 ′ is taken during operation. In this case, the difference from the θ-axis motor rotation command value at the end of the positioning operation is tpθ ″ is the value of the correction parameter used in step S207 ′.
以上より、この発明に係る位置決め制御装置20では、位置決め対象を移動中に撮像して前記位置決め対象の位置を前記目標位置になるように制御する動作を複数回おこなうことで、前記動作毎の位置決め誤差と補正パラメータとの複数の組を予め取得し、所定時間を前記複数の組に基づいて決定するので、簡単にさらに高精度かつ短時間の位置決め動作を行うことが可能となる。
As described above, in the
実施の形態3.
以下、この発明の実施の形態3による位置決め制御装置20について説明する。この実施の形態と実施の形態1および2の位置決め制御装置の差異は、実施の形態1および2の位置決め制御装置が、位置決め対象のワークの位置と姿勢の両方を制御しているのに対し、この実施の形態における位置決め制御装置は、前記ワークの位置のみを制御する点にある。
Embodiment 3 FIG.
A
この実施の形態における位置決め制御装置20の動作は実施の形態1または2における位置決め制御装置20の動作において、θ軸モータ58の動作を止める、また式(1)における、回転行列Rθref−θcを単位行列にすればよいだけであるので、詳細な説明は省略する。
In the operation of the
前記ワークが円形の物体などの場合は、前記ワークの位置のみを制御すればよく、姿勢を制御する必要がないときもある。この場合、θ軸モータ58は動作させる必要がなく、θ軸モータ駆動部44の動作も止めておくことにより、無駄なエネルギーを使用することはなく、制御部41においてθ軸に関する計算を止めることにより、計算負荷の低減につながる。
When the workpiece is a circular object or the like, it is only necessary to control the position of the workpiece, and it may not be necessary to control the posture. In this case, it is not necessary to operate the θ-
実施の形態4.
以下、この発明の実施の形態4による位置決め装置について説明する。この実施の形態では、図11に示すように、位置決め装置10がシーケンス制御装置80を有している。これ以外は、実施の形態1または2と同様なので、説明を省略する。このシーケンス制御部80は、位置決め制御装置20の駆動制御装置40(より具体的には制御部41)へ、上述の第1の回転位置および第2の回転位置を取得する動作を行うためのシーケンスの指令を与える。つまり、駆動制御装置40は、予めシーケンスを制御する手段であるシーケンス制御装置80の指令に基づいて第1の回転位置および第2の回転位置を取得する動作を行う。
Embodiment 4 FIG.
The positioning device according to Embodiment 4 of the present invention will be described below. In this embodiment, as shown in FIG. 11, the
このように構成することで、また、図7または図9のフローチャートで示した手順を全て自動化することができるので、専門知識などを持たない人でも最適な補正パラメータを求めることが可能になり、簡単に高精度な位置動作を行うことが可能となる。 By configuring in this way, since all the procedures shown in the flowchart of FIG. 7 or FIG. 9 can be automated, it becomes possible even for those who do not have specialized knowledge, etc. It becomes possible to easily perform a highly accurate position operation.
10 位置決め装置、20 位置決め制御装置、30 画像処理装置、31 画像撮像部、32 画像処理部、33 座標変換部、40 駆動制御装置、41 制御部、42 X軸モータ駆動部、43 Y軸モータ駆動部、44 θ軸モータ制御部、50 XYθステージ、51 テーブル、52 X軸直動部、53 X軸モータ、54 X軸位置検知器、55 Y軸直動部、56 Y軸モータ、57 Y軸位置検知器、58 θ軸モータ、59 θ軸回転検出器、60 カメラ、70 台座、80 シーケンス制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記位置決め対象を静止中に撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記駆動制御装置によって前記モータを制御した場合の前記モータの第1の回転位置と、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第2の回転位置とを予め取得し、前記所定時間を前記第1の回転位置と前記第2の回転位置とに基づいて決定することを特徴とする位置決め制御装置。 An image processing apparatus that outputs an imaging time specifying signal that can specify the time when the imaging of the positioning target by the camera is completed, and that processes the captured image to specify and output the detection position of the positioning target, and the imaging A time specifying signal, the detection position, and a rotational position of a motor that moves the positioning target are acquired, and the rotational position a predetermined time before the rotational position at the time when the imaging time specifying signal is acquired is calculated, A drive control device that controls the motor based on the calculated value, the detection position, and the target position of the positioning target so that the position of the positioning target becomes the target position;
A first rotational position of the motor when the motor is controlled by the drive control device so that the positioning target is imaged while the positioning target is stationary and the position of the positioning target becomes the target position, and the positioning target is moved A second rotational position of the motor when the motor is controlled so that the position of the positioning target becomes the target position by the drive control device, and the predetermined time is determined as the first time. A positioning control device, wherein the positioning control device is determined based on a first rotational position and the second rotational position.
駆動制御装置は、前記検出器により検出された前記テーブル角度と画像処理装置により検出された前記位置決め対象の角度とに基づいて、前記位置決め対象が、外部から入力される又は内部で生成される前記位置決め対象の角度目標値となるように、前記テーブル角度を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の位置決め制御装置。 A stage having a table on which a positioning target is placed, a motor that drives the table, and a detector that detects a table angle of the table;
The drive control device is configured such that the positioning target is input from outside or generated internally based on the table angle detected by the detector and the angle of the positioning target detected by the image processing device. The positioning control apparatus according to claim 1, wherein the table angle is controlled so as to be an angle target value of a positioning target.
位置決め対象を含む画像を撮影して画像処理装置へ出力するカメラ、
および、前記位置決め対象が載るテーブルと、このテーブルを駆動するモータと、前記テーブルの位置を検出する検出器とを有するステージを備えた位置決め装置。 The positioning control device according to any one of claims 1 to 5,
A camera that captures an image including a positioning target and outputs the image to an image processing apparatus;
And the positioning apparatus provided with the stage which has the table which mounts the said positioning object, the motor which drives this table, and the detector which detects the position of the said table.
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