JP5580553B2

JP5580553B2 - カメラ設置位置検出装置及び検出方法並びにカメラ設置位置検出用治具

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Publication number: JP5580553B2
Application number: JP2009136653A
Authority: JP
Inventors: 典之横田
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: JP2010282100A

Description

本発明は、例えば、液晶モジュールとカバーパネルのような平板状のワークを貼り合わせる際に、ワークの位置決め用にワークを撮像するカメラ位置を検出する技術に改良を施した貼合装置及びその制御方法に関する。

一般的に、液晶パネルは、液晶モジュールと、その表面を保護する保護シート、操作用のタッチパネル等を積層することにより構成されている。これらの液晶モジュール、保護シート、タッチパネル等（以下、ワークと呼ぶ）は、液晶モジュールの筐体に組み込まれており、保護パネルやタッチパネルの変形による液晶ガラスへの接触を避けるために、互いの間には空間が形成されていた。

しかし、ワークの間に空気の層が入ると、外光反射により表示面の視認性が低下する。これに対処するため、両面テープや接着剤などの貼着材によって、ワーク間を埋める層が形成されるように貼り合わせることが行われるようになってきている。

このため、液晶パネルの製造には、少なくとも一方のワークに対して、かかる貼着材を準備する必要がある。また、貼り合わされるワークを正確に位置決めするために、カメラによりワークを撮像し、互いのずれを修正する位置決め装置も備える必要がある。

このように、ワークをカメラにより撮像して位置決めする技術としては、例えば、特許文献１及び２に示すものが提案されている。

特開２０００−２５８７４６号公報特開２００３−６６４６６号公報

ところで、図７に示すように、保持装置Ｋによって、上下に対向配置された貼り合せ前のワークＳ１，Ｓ２について、その位置を正確に検出するためには、上下のワークＳ１，Ｓ２のコーナーを、複数台のＣＣＤカメラＰで検出して位置決めする必要がある。例えば、各ワークＳ１，Ｓ２の対角線の両端のコーナーを検出すれば、その対角線の中点から、ワークＳ１，Ｓ２同士の重心のずれを検出できる。また、対角線の傾きから、ワークＳ１，Ｓ２の傾きが検出できる。

そして、検出されたコーナーの座標から、ワークＳ１，Ｓ２の位置を正確に特定するためには、あらかじめ各カメラＰの設置位置を把握しておく必要がある。カメラＰの設置位置を間接的に求める方法としては、次のようなものがある。

すなわち、貼り合せ後のワークＳ１，Ｓ２の位置ずれを測定して、その値をフィードバックし、カメラＰの設置位置を逆算する方法である。しかし、かかる方法では、調整のために、既に貼り合わされた製品を用いて検査するという手間がかかるとともに、修正までに時間がかかる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、簡易な手段で、複数のカメラの位置関係を正確に把握することにより、ワークの位置を正確に検出できるカメラ設置位置検出装置及び検出方法並びにカメラ設置位置検出用治具を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明であるカメラ設置位置検出装置は、複数のカメラと、前記複数のカメラの設置位置関係を検出するための検出用治具と、前記検出用治具に設けられた前記複数のカメラのそれぞれに対応する複数の検出用マークと、前記検出用治具を回動させる駆動機構を有し、前記複数の検出用マークのそれぞれが対応するカメラの視野に収まる範囲内で、前記検出用治具の位置を変位させる変位手段と、前記変位手段により前記検出用治具を回動させて変位させることにより、それぞれのカメラの視野に収まる範囲内で複数の異なる位置で前記カメラが撮像した検出用マークに基づいて、前記複数のカメラの位置関係を算出する位置算出手段と、を有し、前記複数の検出用マークの位置関係が水平方向において固定されていることを特徴とする。

請求項６の発明であるカメラ設置位置検出方法は、複数のカメラによって、検出用治具に設けられた前記複数のカメラのそれぞれに対応する複数の検出用マークを、前記複数の検出用マークのそれぞれが対応するカメラの視野に収まる範囲内で前記検出用治具を回動させることにより、それぞれのカメラの視野に収まる範囲内で位置を変えて少なくとも２度撮像し、カメラが撮像した検出用マークの位置に基づいて、カメラの位置関係を算出し、前記複数の検出用マークの位置関係が水平方向において固定されていることを特徴とする。

請求項７の発明であるカメラ設置位置検出用治具は、複数のカメラの設置位置関係を検出するためのカメラ設置位置検出用治具において、前記検出用治具には、前記複数のカメラのそれぞれに対応する複数の検出用マークが設けられ、前記検出用治具を回動させることにより、前記複数の検出用マークのそれぞれが対応するカメラの視野に収まる範囲内で、前記検出用治具の位置を変位させて、それぞれのカメラの視野に収まる範囲内で複数の異なる位置でカメラによって撮像される前記複数の検出用マークが、平面方向から見た位置関係が固定されていることを特徴とする。

以上のような請求項１、６及び７の発明では、検出用治具の位置を変えて撮像した検出用マークの位置から、カメラの設置位置を正確に検出できるので、貼り合せ後の製品を使用してカメラの設置位置を判断する必要がない。また、検出用マークの位置を変える動作を、検出用治具を回動させることにより行うので、簡単な動作で、短時間にカメラの位置を算出することができる。

請求項４の発明は、請求項１のカメラ設置位置検出装置において、少なくとも２つの前記検出用マークは、前記カメラの光軸方向に投影した場合に、平面方向から見た位置関係が固定されていることを特徴とする。

以上のような請求項４の発明では、検出用マークの位置関係が固定されているので、検出用治具を変位させても、正確な検出が可能となる。

請求項５の発明は、請求項４のカメラ設置位置検出装置において、少なくとも２つの前記検出用マークは、前記カメラの光軸方向に投影した場合に、前記少なくとも２つの検出用マークが互いに重なる位置に配置されていることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７のカメラ設置位置検出用治具において、少なくとも２つの前記検出用マークは、前記カメラの光軸方向に投影した場合に、前記少なくとも２つの検出用マークが互いに重なる位置に配置されていることを特徴とする。

以上のような請求項５及び８の発明では、貼り合せられる一対のワークを撮像するカメラのように、上下に配置されたカメラの場合にも、それぞれの水平面における位置を正確に算出することができる。

以上、説明したように、本発明によれば、簡易な手段で、複数のカメラの位置関係を正確に把握することにより、ワークの位置を正確に検出可能なカメラ設置位置検出装置及び検出方法並びにカメラ設置位置検出用治具を提供することができる。

本発明の一実施形態の全体構成を示す斜視図である。図１の側面図である。図１の実施形態における制御装置を示す機能ブロック図である。図１の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図１の実施形態におけるＣＣＤカメラによって撮像された検出用マークの位置関係を示す説明図である。図１の実施形態におけるＣＣＤカメラによって撮像された検出用マークの位置関係を示す説明図である。従来のワークの位置決め装置を示す斜視図である。

次に、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。
［Ａ．構成］
まず、本実施形態のカメラ設置位置検出装置（以下、本装置と呼ぶ）の構成を説明する。本装置は、図１〜３に示すように、ワークを撮像するための４台のＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、検出用治具２０、テーブル３０、制御装置４０等を有している。

ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄは、内蔵された光源（同軸落射照明）の反射光を検出することにより、検出対象の撮像を行うカメラである。上方に配置されたＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂは、図２に示すように、レンズ面が下方を向いていて、上方のワークＳ２を撮像するためのカメラである。下方に配置されたＣＣＤカメラ１０ｃ，１０ｄは、レンズ面が下方を向いていて、下方のワークＳ１を撮像するカメラである。

これらのＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄは、アーム１１，１２によって支持されている。ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄ及びアーム１１，１２は、カメラ駆動機構１３（図３参照）によって移動する。このカメラ駆動機構１３は、図示しない駆動源等を有し、アーム１１，１２を駆動する機構である（例えば、Ｘ−Ｙ軸駆動機構）。

アーム１１は、カメラ駆動機構１３によって水平面上を、直交する直線方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動することにより、ワークＳ２の上方に対して、ＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｃを出し入れ可能に且つ前後左右方向に走査可能に設けられている。同様に、アーム１２も、カメラ駆動機構１３によって水平面上を、直交する直線方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動することにより、ワークＳ１の上方に対して、ＣＣＤカメラ１０ｂ，１０ｄを出し入れ可能に且つ前後左右方向に走査可能に設けられている。これにより、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄは、ワークＳ１，Ｓ２の所望の点を撮像可能な位置に、移動可能となる。

検出用治具２０は、上下に平行に配置された上プレート２１及び下プレート２２を、４本の支柱２３によって連結した部材である。上プレート２１及び下プレート２２には、それぞれＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄの視野内に対応する検出用マーク２４が設けられている。

この検出用マーク２４は、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄにより撮像され、画像処理により抽出可能なものであれば、どのようなマークでもよい。例えば、本実施形態における検出用マーク２４は、上プレート２１及び下プレート２２に形成された丸穴であり、それぞれ長方形の頂点に対応する位置に４つ設けられている。各検出用マーク２４の互いの位置関係は、水平方向においてのみならず、垂直方向（カメラの光軸方向に投影した場合に、平面方向から見た関係）にも、固定されている。つまり、検出用治具２０が移動しても、検出用マーク２４同士の位置関係は、上下左右ともに変わらない。

テーブル３０は、検出用治具２０（及びワークＳ１）を位置決めするための水平なテーブルである。テーブル３０には、テーブル駆動機構３１（図３参照）が設けられている。テーブル駆動機構３１は、テーブル３０を水平方向に変位させる変位手段である。例えば、Ｘ−Ｙ−θ軸駆動機構によって、テーブル３０を、直交する直線方向（Ｘ方向及びＹ方向）に、且つ、回動方向（θ方向）に、変位させることができる。

ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄ、カメラ駆動機構１３、テーブル駆動機構３１等は、制御装置４０によって制御される。この制御装置４０は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって、以下のような機能を実現することにより構成されている。

すなわち、図３に示すように、制御装置４０は、カメラ駆動部４１、撮像制御部４２、画像処理部４３、マーク抽出部４４、テーブル駆動部４５、カメラ位置算出部４６、記憶部４７等を有している。

カメラ駆動部４１は、カメラ駆動機構１３を制御する手段である。撮像制御部４２は、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄの撮像を制御する手段である。画像処理部４３は、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄにより撮像された画像を処理する手段である。マーク抽出部４４は、撮像された画像から、検出用マークを抽出する手段である。テーブル駆動部４５は、テーブル駆動機構３１を制御する手段である。

カメラ位置算出部４６は、抽出された検出用マーク及びＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄの視野枠から、カメラ位置を算出する手段である。記憶部４７は、各部の駆動量及び方向、演算式等の各種設定、検出用治具２０における各検出用マーク２４間の距離、撮像された画像、抽出された検出用マーク、算出されたカメラ位置等のデータ等を記憶する手段である。

［Ｂ．作用］
以上のような構成を有する本実施形態の作用は、次の通りである。なお、以下に説明する手順でカメラ位置を検出する方法及び制御装置を動作させるコンピュータプログラムも、本発明の一態様である。

まず、カメラ駆動部４１がカメラ駆動機構を制御することにより、アーム１１，１２を移動させる。これにより、ＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂが、検出用治具２０の上プレート２１の上方に移動し、ＣＣＤカメラ１０ｂ，１０ｄは、上プレート２１と下プレート２２と間に移動する（ステップ１０１）。このとき、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄの視野枠に、それぞれ検出用治具２０の検出用マーク２４が入るようにする。なお、対象となる検出用マーク２４は、長方形の対角線の両端に対応する一対の検出用マーク２４である。

そして、撮像制御部４２が、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄに検出用マーク２４を撮像させる（ステップ１０２）。撮像された画像は、画像処理部４３によって抽出に適した処理（例えば、白黒２値画像に変換等）が施される（ステップ１０３）。この画像から、マーク抽出部４４が検出用マークを抽出する（ステップ１０４）。かかる抽出手法は、周知の技術であるため、説明を省略する。

次に、テーブル駆動部４５が、テーブル駆動機構３１を制御することによって、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄの視野枠内に、検出用マーク２４が収まる範囲内で、テーブル３０を回動させる（ステップ１０５）。そして、上記と同様に、検出用マーク２４を、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄが撮像する（ステップ１０６）。そして、撮像された画像から、マーク抽出部４４が、検出用マーク２４を抽出する（ステップ１０７，１０８）。

上記のように抽出された検出用マーク２４の位置と、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄの視野枠との関係に基づいて、カメラ位置算出部４６が、カメラの位置を算出する（ステップ１０９）。

このように撮像した検出用マーク２４の例を、図５及び図６に示す。図５及び図６は、上記のＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｂ若しくはＣＣＤカメラ１０ｃ，１０ｄのように、水平方向に配置された２台のＣＣＤカメラの視野枠（長方形の枠Ａ、Ｂとする）内において、位置を変えた検出用マークが黒の円（第１回目に抽出された第１マークとする）及び黒の正方形（第２回目に抽出された第２マークとする）で示されている。

この算出方法は、種々考えられるが、一例として、次のような式に基づくものを挙げる。なお、以下の式における各記号は、図５及び図６示した記号に対応する。第１マーク同士を結ぶ直線を第１直線、第２マーク同士を結ぶ直線を第２直線とすると、検出用マーク２４の位置は固定されているため、第１直線と第２直線の長さＬは等しい。

そこで、図６に示すような２等辺三角形を想定し、その底辺の中点Ｓから枠Ａの右辺までの距離Ｘ’と上辺までの距離Ｙ’を、以下の式１及び式２により求める。なお、Ｘ１１は、第１マークから枠Ａの右辺までの距離、Ｘ２１は、第２マークから枠Ａの右辺までの距離、Ｙ２１は、第１マークから枠Ａの上辺までの距離、Ｙ２１は、第２マークから枠Ａの上辺までの距離である。

また、図６に示すように、上記の２等辺三角形の高さを示す補助線を想定し、その補助線の傾きａと長さＬ’を、式３、式４により求める。

次に、枠Ｂの第１マークから枠Ａの中点Ｓまでの横方向の距離Ｌ’Ｘ、縦方向の距離Ｌ’Ｙを、傾きａと長さＬ’に基づいて、式５、式６により求める。

さらに、距離Ｘ’、距離Ｙ’、距離Ｌ’Ｘ、距離Ｌ’Ｙと、枠Ｂの第１マークから右辺までの距離Ｘ１２、上辺までの距離Ｙ１２とに基づいて、式７，式８により、枠Ａと枠Ｂの横方向の距離ＰＸ、縦方向の距離ＰＹを求める。

以上の枠Ａ及び枠Ｂの位置関係から、枠Ａを撮像したＣＣＤカメラ１０ａと、枠Ｂを撮像したＣＣＤカメラ１０ｂ（若しくはＣＣＤカメラ１０ｃと１０ｄ）との位置関係が把握される。

なお、上下のＣＣＤカメラ１０ａ，１０ｃ同士のずれ、上下のＣＣＤカメラ１０ｂ，１０ｄ同士のずれは、上下の検出用マーク２４の位置関係が固定されているので、検出用マーク２４に対する水平方向のずれ量の相違によって求めることができる。

［Ｃ．効果］
以上のような本実施形態によれば、あらかじめＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄによって、検出用治具２０の位置を変えて撮像した検出用マーク２４の位置から、ＣＣＤカメラ１０ａ〜１０ｄの設置位置を正確に検出できるので、貼り合せ後の製品を使用して、カメラ位置を逆算して求める必要がない。

また、上記の検出用治具２０は、各検出用マーク２４の位置関係が固定されているので、検出用治具２０を変位させても、正確な検出が可能となる。さらに、検出用治具２０の変位は、回動させればよいので、簡単な動作で、短時間に処理することができる。

［Ｄ．他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、設置するカメラの数は、上記の数には限定されない。少なくとも２台あればよいが、これよりも多くてもよい。カメラの数が多いほど、これを駆動させる機構は簡素化でき、撮像も高速に行うことができる。検出用マークの数も、少なくとも２つあればよい。

複数のカメラは、離隔して保持された対象物の位置を撮像できるように、離隔して配置されていればよい。例えば、ワークを貼り合わせる装置の場合には、貼り合せのために離隔して保持されたワークの位置を検出できるように、カメラが離隔配置されていればよい。したがって、カメラが上下方向に配置されている場合も、左右に配置されている場合も含み、カメラの光軸が一致している場合、平行な場合、光軸の角度が異なる場合も含む。複数の検出用マークも、上記のように配置されたカメラに撮像されるように配置されていればよい。

検出用治具及び検出用マークの態様は、上記のような実施形態で例示したものには限定されず、検出用マークの位置が固定されているものであれば、どのような態様であってもよい。例えば、検出用治具をフレームによって形成してもよい。また、検出用マークを溝や印刷によって形成してもよい。カメラの位置の算出方法も、上記の実施形態で例示したものには限定されない。

１０ａ〜１０ｄ…ＣＣＤカメラ
１１，１２…アーム
１３…カメラ駆動機構
２０…検出用治具
２１…上プレート
２２…下プレート
２３…支柱
２４…検出用マーク
３０…テーブル
３１…テーブル駆動機構
４０…制御装置
４１…カメラ駆動部
４２…撮像制御部
４３…画像処理部
４４…マーク抽出部
４５…テーブル駆動部
４６…カメラ位置算出部
４７…記憶部

Claims

複数のカメラと、
前記複数のカメラの設置位置関係を検出するための検出用治具と、
前記検出用治具に設けられた前記複数のカメラのそれぞれに対応する複数の検出用マークと、
前記検出用治具を回動させる駆動機構を有し、前記複数の検出用マークのそれぞれが対応するカメラの視野に収まる範囲内で、前記検出用治具の位置を変位させる変位手段と、
前記変位手段により前記検出用治具を回動させて変位させることにより、それぞれのカメラの視野に収まる範囲内で複数の異なる位置で前記カメラが撮像した検出用マークに基づいて、前記複数のカメラの位置関係を算出する位置算出手段と、を有し、
前記複数の検出用マークの位置関係が水平方向において固定されていることを特徴とするカメラ設置位置検出装置。
前記検出用治具は、上下に平行に配置された２つのプレートを有し、
前記２つのプレートのそれぞれに前記検出用マークが設けられ、
前記複数のカメラが、前記２つのプレートのそれぞれの検出用マークをそれぞれ撮像する少なくとも一対のカメラを含むことを特徴とする請求項１記載のカメラ設置位置検出装置。
前記検出用マークが、少なくとも前記カメラの台数に対応する個数設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のカメラ設置位置検出装置。
少なくとも２つの前記検出用マークは、前記カメラの光軸方向に投影した場合に、平面方向から見た位置関係が固定されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載のカメラ設置位置検出装置。
少なくとも２つの前記検出用マークは、前記カメラの光軸方向に投影した場合に、前記少なくとも２つの検出用マークが互いに重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項４記載のカメラ設置位置検出装置。
複数のカメラによって、検出用治具に設けられた前記複数のカメラのそれぞれに対応する複数の検出用マークを、前記複数の検出用マークのそれぞれが対応するカメラの視野に収まる範囲内で前記検出用治具を回動させることにより、それぞれのカメラの視野に収まる範囲内で位置を変えて少なくとも２度撮像し、
カメラが撮像した検出用マークの位置に基づいて、カメラの位置関係を算出し、
前記複数の検出用マークの位置関係が水平方向において固定されていることを特徴とするカメラ設置位置検出方法。
複数のカメラの設置位置関係を検出するためのカメラ設置位置検出用治具において、
前記検出用治具には、前記複数のカメラのそれぞれに対応する複数の検出用マークが設けられ、
前記検出用治具を回動させることにより、前記複数の検出用マークのそれぞれが対応するカメラの視野に収まる範囲内で、前記検出用治具の位置を変位させて、それぞれのカメラの視野に収まる範囲内で複数の異なる位置でカメラによって撮像される前記複数の検出用マークが、平面方向から見た位置関係が固定されていることを特徴とするカメラ設置位置検出用治具。
少なくとも２つの前記検出用マークは、前記カメラの光軸方向に投影した場合に、前記少なくとも２つの検出用マークが互いに重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項７記載のカメラ設置位置検出用治具。