JP5481123B2 - 部品の搭載装置、部品の搭載方法 - Google Patents
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Description
前記第1の部品を撮像した画像に基づいて、前記第1の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第1のずれ量を算出する第1ずれ量算出部と、
前記第2の部品を保持した状態の前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記第2の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第2のずれ量を算出する第2ずれ量算出部と、
前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記可動アームの長さ及び傾き角度が所定の基準値からどれだけずれているかを表す第3のずれ量を算出する第3ずれ量算出部と、
前記可動アームが前記第2の部品を前記第1の部品に搭載する位置を前記第1のずれ量、前記第2のずれ量、および第3のずれ量に基づいて補正して、前記可動アームを駆動するアーム駆動部と、
を備えることを特徴とする。
前記第1の部品を撮像した画像に基づいて、前記第1の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第1のずれ量を算出する第1ずれ量算出工程と、
前記第2の部品を保持した状態の前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記第2の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第2のずれ量を算出する第2ずれ量算出工程と、
前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記可動アームの長さ及び傾き角度が所定の基準値からどれだけずれているかを表す第3のずれ量を算出する第3ずれ量算出工程と、
前記可動アームが前記第2の部品を前記第1の部品に搭載する位置を前記第1のずれ量、前記第2のずれ量、および第3のずれ量に基づいて補正して、前記可動アームを駆動するアーム駆動工程と、
を備えることを特徴としている。
図3(b)において、キャリブレーション時、アーム8の先端にキャリブレーション治具13が装着される。また、キャリブレーション治具13には、キャリブレーション時に位置検出される十字の穴(基準マーク)213が備えられている。
また、接続子11を搭載フレーム12へ搭載時、画像認識部101は、受け取った画像から接続子11の基準点を、カメラ座標による位置および基準方向に対する角度を検出する。
以上で、制御ユニット5の説明を終了する。
次に、キャリブレーション部105から指示されたカメラ4の中心座標に、アーム8の傾き角度θ=−135゜にし、アーム駆動部6が可動部202とアーム8を可変させて移動させる。指示された位置にアーム8が移動した後、カメラ4は、撮像データを取得する(S4)。図10(b)は、アーム8の傾き角度θ=−135゜の時の可動部202とアーム8の状態概略図とカメラ4に映し出された画像の概略図である。アーム8の傾き角度をカメラ4の画像で左右が反転している理由は、カメラ4がアーム8の下側に設置されていて下側から撮像しているためである。
次に、キャリブレーション部105から指示されたカメラ4の中心座標に、アーム8の傾き角度θ=−45゜にし、アーム駆動部6が可動部202とアーム8を可変させて移動させる。指示された位置にアーム8が移動した後、カメラ4は、撮像データを取得する(S4)。図10(c)は、アーム8の傾き角度θ=−45゜の時の可動部202とアーム8の状態概略図とカメラ4に映し出される画像の概略図である。
次に、キャリブレーション部105から指示されたカメラ3の中心座標に、アーム駆動部6が可動部202とアーム8を可変させて移動させる。指示された位置にアーム8が移動した後、カメラ3は、撮像データを取得する(S4)。図11(b)は、搭載フレーム12の右基準位置GD30における可動部202とアーム8の状態概略図とカメラ3に映し出される画像の概略図である。
図12を用いて、各カメラ座標について説明する。図12は、本実施形態におけるカメラ2,3,4の各座標系を説明する概略図である。図11と12において検出される基準マーク213の中心座標c1(x1,y1)とc30(x30,y30)およびp1(xP1,yP1)は、図12のように各カメラにおける座標であり、右下を原点として、カメラ2および3は縦軸の最大値479ピクセル、横軸の最大値639ピクセルであり、カメラ4は縦軸の最大値1023ピクセル、横軸の最大値767ピクセルである。また、縦軸をx軸として、原点から上方向を正方向とし、横軸をy軸として、原点から左方向をプラス方向と本実施形態では定義する。
本実施形態では、カメラ2が撮像した画像から基準マーク213の中心座標c1(x1,y1)=(314.082,249.794)が検出され、カメラ3が撮像した画像から基準マーク213の中心座標c30(x30,y30)=(297.818,198.282)が検出され、カメラ4が撮像したθ=−90゜の画像からら基準マーク213の中心座標p1(xP1,yP1)(508.181,412.719)が検出される。
ただし、カメラ4は、ロボット座標に対して時計回りに90゜回転して取り付けられているため、カメラ4から取得された画像は図12(c)のような座標関係になっている。
また、画像認識部101および画像認識部102は、各画像から検出された各基準マーク213の中心座標を固定パラメータ記憶部104に記憶する。
また、基準位置座標変換部103は、カメラ4の取り付け角度をロボット座標に対して時計回りに90゜回転して取り付けられているため、傾き−90゜すなわち−π/2=−1.571とする。また、基準位置座標変換部103は、変換された各座標およびカメラ4の取り付け角度を固定パラメータ記憶部104に記憶する。
次に、図13(b)のように、第3補正量算出部109は、直線P2の始点b2(x,y)と、直線P3の始点b3(x,y)を重ねる演算を行う。
次に、図13(c)のように、第3補正量算出部109は、直線P2の終点p2(xp2,yp2)と、直線P3の終点p3(xp3,yp3)を直線で結ぶ直線を生成する。
次に、図13(d)のように、第3補正量算出部109は、生成されたp2とp3を結ぶ直線と、x軸とのなす角θを式(1)より求める。
θ=tan−1((yp2−yp3)/|xp2−xp3|)・・・式(1)
式(1)で求めたなす角θは、アーム8の傾きずれ量にあたる。式(1)において、解が正なら反時計回りの傾きずれであり、解が負なら時計回りの傾きずれを意味する。
次に、図14(b)のように、第3補正量算出部109は、直線P1とP2とP3を、終点p1とp2とp3を中心としてそれぞれ反時計回りに90゜回転させる。
次に、図14(c)のように、第3補正量算出部109は、90゜回転させた直線P1とP2とP3を重ね合わせる。アーム8の長さのずれ量が無い場合、90゜回転させた直線P1とP2とP3の終点p1とp2とp3の座標は一致するため図14(d)のようになり、アーム8の長さのずれ量がある場合は、図14(c)のようになる。以下、アーム8の長さのずれ量があった場合について図15〜16を用いて説明を行う。
(xQ1,yQ1)=((xp1+xp2)/2,(yp1+yp2)/2)・・・式(2)
また、図15(b)において、中点(xQ1,yQ1)を通る垂線と、y軸とのなす角θAは、式(3)のように表される。
θA=tan−1((yp2−yp1)/(xp2−xp1))・・・式(3)
また、図15(c)において、p2(xp2,yp2)とp3(xp3,yp3)の中点(xQ2,yp2)は、式(4)のように表される。
(xQ2,yQ2)=((xp2+xp3)/2,(yp2+yp3)/2)・・・式(4)
また、図15(d)において、中点(xQ2,yQ2)を通る垂線と、y軸とのなす角θBは、式(5)のように表される。
θB=tan−1((yp3−yp2)/(xp3−xp2))・・・式(5)
また、図16(a)において、中点(xQ1,yQ1)を通り傾きtanθAの直線は式(6)のように表される。
y=x・tanθA+(yQ1−xQ1・tanθA)・・・式(6)
同様に、中点(xQ2,yp2)を通り傾きtanθBの直線は式(7)のように表される。
y=x・tanθB+(yQ2−xQ2・tanθB)・・・式(7)
また、図16(b)において、式(6)と式(7)の交点(xc,yc)は、式(8)〜(9)のように表される。
xc=((yQ2−xQ2・tanθB)−(yQ1−xQ1・tanθA))/(tanθA−tanθB)
=xQ1+((yQ2−yQ1)−(xQ2−xQ1)・tanθB)/(tanθA−tanθB)・・・式(8)
yc=xc・tanθA+(yQ1−xQ1・tanθA)・・・式(9)
次に、p1(xp1,yp1)と交点(xc,yc)から、アームの長さLを求める。
L=yp1−(yp1−yc)
=yp1−(yp1−xc・tanθA+(yQ1−xQ1・tanθA))
=yp1−(yp1−xQ1+((yQ2−yQ1)−(xQ2−xQ1)・tanθB)/(tanθA−tanθB)・tanθA+(yQ1−xQ1・tanθA))・・・式(10)
上記の演算により求めたアーム8の長さのL[mm]を、第3補正量演算部109が、実測値と置き換えて、固定パラメータ記憶部104に記憶する。例えば、アーム8の長さは、以上の演算によりL=112.125[mm]と算出され、図5のように固定パラメータ記憶部103に記憶される。
以上で、搭載ロボット1のアーム8のキャリブレーション処理を終了する。
さらに、第3補正量算出部109は、固定パラメータ記憶部104に保持されている基準マーク213の中心座標と、キャリブレーション部105から受け取ったアーム8の根元の座標を用いて、アーム8の基準方向に対する傾きのずれ量とアーム8の長さを、第3の補正量として算出して、固定パラメータ記憶部104に記憶する。
この搭載フレーム12の中心である重心G(x,y、θ)を原点として、各列の重心の座標GDi(xDi,yDi)(1≦i≦30)と、x軸に対する各列の傾きθ=−90゜(−1.5708[rad])を設計値フレーム・パラメータとして、本部品搭載装置の利用者が予めフレーム・パラメータ記憶部106に記憶する(S11)。
まず、ステージ7上の搭載フレーム12を図示しないステージ7の駆動部により、所定の位置まで移動して停止する。カメラ2およびカメラ3は、搭載フレーム12の左右に設定されている1列目と30列目の重心である基準点GD1(xD1,yD1)とGD30(xD30,yD30)を撮像し、撮像された画像データを画像認識部101に送る。
画像認識部101は、受け取った画像データからカメラ座標上の基準点GD1とGD30の座標を検出し、第1補正量算出部107に送る。
次に、第1補正量算出部107は、受け取った基準点GD1とGD30の座標と、固定パラメータ記憶部104に記憶されているカメラ座標系の各カメラ位置の座標とを比較してずれ量を求める。
例えば、図17のように、第1補正量算出部107が、カメラ2で撮像された搭載フレーム12の基準点がGD1(xF1,yF1,θF1)=(267.808,245.945,0.0000)と、固定パラメータ記憶部104に記憶されているカメラ系の基準マーク213の中心位置GD1(xF1,yF1,θF1)=(314.082,249.794,0.0000)を比較し、その差(ずれ量)(xMF1,yMF1,θMF1)=(−46.274,−3.849,0.0000)を求める。同様に、第1補正量算出部107が、カメラ3で撮像された搭載フレーム12の基準点がGD30(xF30,yF30,θF30)=(243.643,193.202,0.0000)と、固定パラメータ記憶部104に記憶されているカメラ系の基準マーク213の中心位置GD20(xF30,yF30,θF30)=(297.818,193.202,0.0000)を比較し、その差(ずれ量)(xMF2,yMF2,θMF2)=(−54.175,−5.080,0.0000)を求める。
a1=(−yMF1・MF1)cos(θFF1)−(−xMF1・MF1)sin(θFF1)+xRF1・・・式(11)
b1=(−yMF1・MF1)sin(θFF1)−(−xMF1・MF1)cos(θFF1)+yRF1・・・式(12)
θ1=Θ+θFF1・・・式(13)
a30=(−yMF2・MF2)cos(θFF2)−(−xMF2・MF2)sin(θFF2)+xRF2・・・式(14)
b30=(−yMF2・MF2)sin(θFF2)−(−xMF2・MF2)cos(θFF2)+yRF2・・・式(15)
θ30=Θ+θFF2・・・式(16)
例えば、カメラ2で撮像された基準位置の座標は、式(14)〜式(16)を用いて変換すると、a1=171.007[mm]、b1=−58.974[mm]、θ1=0.0000[rad]。同様に、カメラ3で撮像されたステージ7上の搭載フレーム12の基準位置の座標も、それぞれa30=−171.0029[mm]、b30=−249.237[mm]、θ30=0.0000[rad]のように求まる。
xFlame=(a1+a30)/2[mm]・・・式(17)
yFlame=(b1+b30)/2[mm]・・・式(18)
θFlame=−tan−1((a1−a30)/(b1−b30))[rad]・・・式(19)
例えば、式(13)〜(15)を用いて、xFlame=171.018[mm]、yFlame=−153.105[mm]、θFlame=0.000116[rad]が求められる。このように求められた搭載フレーム12の重心は、具体的には列15と16の間G(xFlame,yFlame,θFlame)を表す。
θi=θDi+θFlame・・・式(20)
例えば、θi=−1.57068が求められる。
また、搭載フレーム12の列2〜29の座標(ai,bi)を、左右の座標(a1,b1)と(a30,b30)および傾きθFlameを用いて演算する。
これらの演算の結果、搭載フレーム12の各列における補正された座標は図18のようになる。
まず、フレーム・パラメータ記憶部106に記憶されている設計値である搭載フレーム12の重心の座標は(0,0,−1.5708)であり、求められた重心位置の位置は(171.018,−154.105,0.000116)である。このため、搭載位置の基準となる重心の位置は、両方の値を加算し(171.018,−154.105,−1.57068)が求める。
次に、この重心位置に基づき、フレーム・パラメータ記憶部106に記憶されている搭載フレーム12の各列の重心値を補正する。これにより、フレーム・パラメータ記憶部106に記憶されているデータ(図6(b))は、図18のように補正される。
以上により、第1補正処理である搭載フレーム12の位置補正処理を終了する。
まず、アーム駆動部8は制御ユニット5からの指示により、搭載ロボット1に、接続子成形装置9から接続子11を吸着するように駆動する。
次に、アーム8に装着された取り付け部211の吸着部212が、接続子成形装置9から接続子11を吸着する。接続子11を吸着後、アーム駆動部8は制御ユニット5からの指示により、カメラ4の中心位置に吸着された複数の接続子11の重心が来るように駆動する。例えば、図7のように、吸着部212に接続子11が10個吸着された場合、接続子11の10個の重心であるGC(xC,yC,θC)を、カメラ4の中心に来る所定の位置にアーム駆動部8は制御ユニット5からの指示によりアーム8を駆動する。
次に、カメラ4は、吸着部212に吸着されている接続子11を撮像する。次に、カメラ4で撮像された画像を画像認識部102が受け取り、各接続子311の重心座標を検出する。第2補正量算出部109は、検出された各接続子311の重心座標を受け取り、さらに10個の接続子311から構成される接続子11の重心座標を求める。重心座標は、例えば、各接続子311のすべての重心座標に対して最小二乗法を行い一次直線の式y=a・x+b(aとbは定数)を算出する。次に、第2補正量算出部109は、各接続子311のすべてのxとyの平均値を求め、さらに算出された一次直線の式に代入して、接続子11の重心座標を求める。また、算出された一次直線の式y=a・x+bの傾きaが、接続子11の重心の傾きθとなる。
例えば、図19のように、重心座標(xFCT,yFCT,θFCT)=(506.790[pixel],382.060[pixel],−0.180[deg])が求められる。
次に、第2補正量算出部109は、固定パラメータ記憶部104に記憶されている基準マーク213の位置を読み出して、求めた重心座標とのずれ量を算出する。
例えば、図19のように、重心座標(xMCT,yMCT,θMCT)=(−1.391[mm],−30.659[mm],−0.0031[rad])が求められる。
次に、第2補正量算出部109は、以下の式(21)〜(18)を用いて、ずれ量をロボット座標系に変換する。また、式(16)〜(18)において、接続子12を撮像しているカメラ4の傾き90゜を0゜に置き換えて演算を行う。式(21)〜(23)において、MCTはカメラ4の分解能、θRCTは固定パラメータ記憶部104に記憶されている基準マークの重心の傾き(カメラ4の傾き)である。
xCT=((−yMCT)cos(θRCT+π/2)−(−xMCT)sin(θRCT+π/2))・MCT・・・式(21)
yCT=((−yMCT)sin(θRCT+π/2)−(−xMCT)cos(θRCT+π/2))・MCT・・・式(22)
θCT=Θ+θRCT+π/2・・・式(23)
例えば、式(21)〜(23)を用いて変換した結果、図19のように、(xCT,yCT,θCT)=(0.883,0.040,−0.0031)が求められる。
次に、第2補正量算出部109は、アーム8に取り付けられている取り付け部211とキャリブレーション処理で使用した調整治具13とのずれ量を、式(24)〜(26)を用いて補正する。なお、図10のように、(xOC,yOC,θOC)は、固定パラメータ記憶部104に記憶されている取り付け部211と調整治具との差である。
Δa=−xCT+xOC・・・式(24)
Δb=−yCT+yOC・・・式(25)
Δθ=−θCT+θOC・・・式(26)
例えば、式(24)〜(26)を用いて補正した結果、図19のように、(Δa,Δb,Δθ)=(−0.613,−0.040,0.0031)が求められる。
以上により、第2補正処理である接続子11の位置補正処理を終了する。
ΔHxi=Δa・cos(θi+Δθ)−Δb・sin(θi+Δθ)・・・式(27)
ΔHyi=Δa・sin(θi+Δθ)+Δb・cos(θi+Δθ)・・・式(28)
ΔRxi=−L・(cos(θi+Δθ)−cos(θi))・・・式(29)
ΔRyi=−L・(sin(θi+Δθ)−sin(θi))・・・式(30)
例えば、ΔHxi=−0.042[mm]、ΔHyi=0.613[mm]、ΔRxi=−0.3523[mm]、ΔRyi=―0.0006[mm]が算出される。
さらに、式(27)〜(30)により算出された値を用いて、式(31)〜(33)により搭載オフセット量を算出する。
Δxi=ΔHxi+ΔRxi・・・式(31)
Δyi=ΔHyi+ΔRyi・・・式(32)
Δθi=Δθ・・・式(33)
例えば、Δxi=−0.394[mm]、Δyi=0.613[mm]、Δθi=0.0031[rad]が算出される。
xi=ai+Δxi・・・式(34)
yi=bi+Δyi・・・式(35)
Θi=θi+Δθi・・・式(36)
例えば、搭載フレーム12の1列目について式(34)〜(36)を計算すると、xi=170.0613[mm]、yi=−54.892[mm]、Θi=−1.56758[deg](=−89.616[deg])が算出される。
図20は、式(34)〜(36)を用いて算出された本実施形態における搭載ロボットに指示する搭載フレーム12の各列への搭載位置(xi,yi,Θi)の座標の一例を示す図である。
以上により、搭載位置演算の処理を終了する。
さらに、第1補正量算出部107は、予めフレーム・パラメータ記憶部106に保持されている値と、固定パラメータ記憶部104に保持されている値と、レール7上の搭載フレーム12における左右の予め定められた部品位置の撮像された画像から検出された座標とをロボット座標で比較して、第1のずれ量である搭載フレーム12のずれ量を算出する。
さらに、第2補正量算出部108は、接続子11を吸着した後、固定パラメータ記憶部104に保持されている値と、カメラ4で撮像された画像から検出された複数の接続子11の重心位置とをロボット座標で比較して、第2のずれ量である接続子11に対するずれ量を算出する。
そして、搭載座標算出部110は、第1補正量算出部107で算出された搭載フレーム12に対するずれ量(第1のずれ量)と、第2補正量算出部108で算出された接続子11に対するずれ量(第2のずれ量)と、第3補正量算出部109で算出されたアーム8に対するずれ量(第3のずれ量)とを用いて、接続子11を搭載フレーム12に搭載する位置を算出し、算出された搭載位置へアーム駆動部6によりアーム8を駆動して、接続子11を搭載フレームに精度良く搭載することが可能になった。
2、3、4・・・カメラ
5・・・制御ユニット
6・・・アーム駆動部
7・・・ステージ
8・・・アーム
9・・・接続子成形装置
11・・・接続子
12・・・搭載フレーム
13・・・キャリブレーション治具
101、102・・・画像認識部
103・・・基準位置座標変換部
104・・・固定パラメータ記憶部
105・・・キャリブレーション部
106・・・フレーム・パラメータ記憶部
107・・・第1補正量算出部
108・・・第2補正量算出部
109・・・第3補正量算出部
110・・・搭載座標算出部
Claims (4)
- 可動アームを用いて、搭載フレームである第1の部品に電子部品である第2の部品を搭載する部品の搭載装置において、
前記第1の部品を撮像した画像に基づいて、前記第1の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第1のずれ量を算出する第1ずれ量算出部と、
前記第2の部品を保持した状態の前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記第2の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第2のずれ量を算出する第2ずれ量算出部と、
前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記可動アームの長さ及び傾き角度が所定の基準値からどれだけずれているかを表す第3のずれ量を算出する第3ずれ量算出部と、
前記可動アームが前記第2の部品を前記第1の部品に搭載する位置を前記第1のずれ量、前記第2のずれ量、および第3のずれ量に基づいて補正して、前記可動アームを駆動するアーム駆動部と、
を備えることを特徴とする部品の搭載装置。 - 前記第1ずれ量算出部は、前記第1のずれ量を前記可動アームの座標系で算出することを特徴とする請求項1に記載の部品の搭載装置。
- 前記第3ずれ量算出部は、前記可動アームを少なくとも3つの異なる傾き角度で撮像した画像から、前記可動アームの位置と角度を抽出した情報に基づいて前記可動アームの長さ及び傾き角度が所定の基準値からどれだけずれているかを表す第3のずれ量を算出する
ことを特徴とする請求項1から2いずれか1項に記載の部品の搭載装置。 - 可動アームを用いて、搭載フレームである第1の部品に電子部品である第2の部品を搭載する部品の搭載方法において、
前記第1の部品を撮像した画像に基づいて、前記第1の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第1のずれ量を算出する第1ずれ量算出工程と、
前記第2の部品を保持した状態の前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記第2の部品が所定の基準状態からどれだけずれているかを表す第2のずれ量を算出する第2ずれ量算出工程と、
前記可動アームを撮像した画像に基づいて、前記可動アームの長さ及び傾き角度が所定の基準値からどれだけずれているかを表す第3のずれ量を算出する第3ずれ量算出工程と、
前記可動アームが前記第2の部品を前記第1の部品に搭載する位置を前記第1のずれ量、前記第2のずれ量、および第3のずれ量に基づいて補正して、前記可動アームを駆動するアーム駆動工程と、
を備えることを特徴とする部品の搭載方法。
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