JP6829855B2 - ラインスキャンカメラのキャリブレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を撮像するラインスキャンカメラのキャリブレーション方法に関するものである。

搬送装置の一つとして、プレス装置に対象物を供給する装置がある。このような装置は、対象物を上流から下流に向かって搬送する過程において、対象物の洗浄する工程、対象物の位置をカメラで撮像する工程、撮像した画像データを基にして対象物を位置決めする工程を有する。位置決めされた対象物は、吸引パッド付のロボットハンド等でプレス装置に供給される。

対象物の位置をカメラで撮像する工程、及び、対象物を位置決めする工程を実現する装置として、特許文献１に示すものがある。

特許文献１の位置決め装置は、対象物であるブランクが載置され、搬送方向に循環移動するエンドレスベルトと、搬送方向に所定の間隔を置いて配置され、エンドレスベルトを搬送方向に対して直角な方向に移動させる２個のボールねじ機構と、エンドレスベルト上のブランクの位置を撮像するＣＣＤカメラとを備える。

特許文献１の図１の符号θの矢印に示すように、２個のボールねじ機構をそれぞれ独立して作動させることによって、エンドレスベルトを鉛直軸周りに回転させることができるようになっている。

特開２０１２−１１５８５３号公報

特許文献１において、エンドレスベルト上の対象物の位置を撮像するＣＣＤカメラは、エリアスキャンカメラである。エリアスキャンカメラを使用する場合、撮像範囲の部材を黒くしておく必要がある。

これに対して、位置決め装置のエンドレスベルト上に載置される前にラインスキャンカメラによって、対象物の位置を撮像する方法がある。ラインスキャンカメラによる撮像は、対象物を前工程のコンベアから位置決め装置に搬送する過程で行われる。

エリアスキャンカメラでの撮像に対して、ラインスキャンカメラを使用する場合、撮像範囲の装置の部材を黒くしておく必要がない。そのため、撮像範囲の装置の部材のコストダウンを実現することができる。

エリアスキャンカメラに比べてラインスキャンカメラは分解能が高い。そのため、ラインスキャンカメラで撮像された画像を基に位置決めを行えば、位置決め精度が向上する。

ラインスキャンカメラは、エリアスキャンカメラでは撮像が困難であるような、搬送方向に長い対象物も撮像できる。

ラインスキャンカメラは、ライン状視野を照明で明るくすることができれば、撮像可能である。よって、エリアスキャンカメラに比べて、ラインスキャンカメラは、照明を含む装置全体がコンパクトな構成となる。

ラインスキャンカメラには、撮像時におけるレンズ収差、カメラの姿勢、主・副走査分解能の不一致などによって画像の歪みが生じる。この画像の歪みを補正するために、ラインスキャンカメラのキャリブレーションを行う必要がある。

例えば、対象物が大型鋼板であるとすると、ラインスキャンカメラのキャリブレーションにおいて、対象物の大きさに合わせたキャリブレーション用シートを用意することが困難な場合がある。また、例えば、洗浄装置等が存在することによって、対象物の大きさに合わせたキャリブレーション用シートを搬送方向に搬送して、ラインスキャンカメラで撮像することが不可能な場合がある。

ラインスキャンカメラのキャリブレーションが不十分であると、対象物を撮像して得られる画像の精度が低下するという問題がある。

そこで、上記点より本発明は、対象物を撮像して得られる画像の精度を向上させることができるラインスキャンカメラのキャリブレーション方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１のラインスキャンカメラのキャリブレーション方法は、コンピュータによって実施されるラインスキャンカメラのキャリブレーション方法であって、キャリブレーションシートは主走査方向に一定の模様が並ぶように、ラインスキャンカメラのライン状視野に静止した状態で配置され、ラインスキャンカメラでキャリブレーションシートを撮像した画像における模様とキャリブレーションシートの一定の模様とが一致するように画像を補正する主走査方向キャリブレーション工程と、搬送方向に既知の形状のプレートを搬送させながらラインスキャンカメラで撮像した画像における形状とプレートの既知の形状と一致するように画像を補正する副走査方向キャリブレーション工程とを有する

請求項１のラインスキャンカメラのキャリブレーション方法によれば、主走査方向キャリブレーション工程において、ラインスキャンカメラのライン状視野にのみ、静止したキャリブレーションシートを設置することでラインスキャンカメラのキャリブレーションが可能となる。これにより、対象物の大きさに合わせたキャリブレーション用シートを用意する必要はないことに加えて、対象物の大きさに合わせたキャリブレーション用シートを搬送方向に搬送する必要もない。

主走査方向キャリブレーション工程において、レンズ収差及びラインスキャンカメラ取付時の姿勢でのヨーの影響を除去し、撮像した画像の歪みを補正できる。副走査方向キャリブレーション工程において、主・副走査分解能の不一致及びラインスキャンカメラ取付時の姿勢でのロールの影響を除去し、撮像した画像の歪みを補正できる。よって、ラインスキャンカメラは、ラインスキャンカメラ取付時の姿勢に高い精度を要求しなくても、ラインスキャンカメラのキャリブレーションを十分に行うことができる。

請求項１のラインスキャンカメラのキャリブレーション方法は、容易に対象物を撮像して得られる画像の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態であるラインスキャンカメラのキャリブレーション方法を使用可能な位置決め装置を含む搬送装置の一部を示す平面概略図である。 図１の位置決め装置の分解概略図である。 図１の位置決め装置の動作を示す平面概略図である。 本発明の一実施形態であるラインスキャンカメラのキャリブレーション方法のフロー図である。 キャリブレーションシートの概略平面図である。 キャリブレーションシートを撮像した画像の一部である。 ラインスキャンカメラの撮像範囲最適化方法のフロー図である。 ワークを撮像した画像を簡略化した図である。

本発明の一実施形態であるラインスキャンカメラのキャリブレーション方法を使用可能な位置決め装置が使用される装置の一例として、プレス装置に対象物であるワークＷを搬送する搬送装置がある。

図１に示すように、搬送装置は、搬送方向の上流から下流に向かって、第一コンベア装置１、洗浄装置２と、第二コンベア装置３及びラインスキャン装置４、位置決め装置５が順に配置されている。図１中の矢印は搬送方向の上流から下流に向う方向を示す。

吸引パッド付のロボットハンド等（図示せず）によって、ワークＷは第一コンベア装置１に載置される。載置されたワークＷは、適時第一コンベア装置１から洗浄装置２に投入される。洗浄されたワークＷは第二コンベア装置３で搬送方向に送られながら、ラインスキャン装置４によって撮像される。位置決め装置５に移動したワークＷは、ラインスキャン装置４で撮像された画像に基づいて、位置決めが行われる。位置決めされたワークＷは、吸引パッド付のロボットハンド等（図示せず）によって、プレス装置に搬送される。

ラインスキャン装置４は、ラインスキャンカメラ支持体４２を介して、第二コンベア装置３の上方に設置されたラインスキャンカメラ４１を有する。ラインスキャンカメラ４１のライン状視野は、第二コンベア装置３の幅方向に延びる。観察ラインが延びる方向を主走査方向とする。図１では図示していないが、第二コンベア装置３にはワークＷの搬送速度に同期したエンコーダーが設けられている。主走査方向に１ラインずつ走査するタイミングは、エンコーダーから取得できるようになっている。

第二コンベア装置３の搬送方向がラインスキャンカメラ４１の副走査方向となる。

図１では図示していないが、ラインスキャン装置４はラインスキャンカメラ４１のライン状視野を照射するライン照明も有する。

ワークＷがラインスキャンカメラ４１のライン状視野を副走査開始から副走査終了までの間に通過すると、ラインスキャンカメラ４１が撮像した画像が得られるようになっている。

図２に示すように、位置決め装置５は、テーブル５１と、このテーブル５１を支持するテーブル支持部５２とを有する。図２中の矢印は搬送方向の上流から下流に向う方向を示す。

テーブル５１は、搬送方向に延びる複数本のコンベアベルト６１を有するコンベア機構６と、このコンベアベルト６１とテーブル５１の外縁との間及び隣り合うコンベアベルト６１同士の間に配置されるフリーロール群６２とからなる。

コンベアベルト６１は、例えば、マグネットコンベアベルトや吸引コンベアベルトである。コンベア機構６は、搬送中のワークＷのバタツキを抑制して、ワークＷを水平方向に搬送できるようになっている。

テーブル支持部５２は、テーブル５１を支持しつつ水平に移動させるテーブル移動機構とベース５３とを有する。本実施形態では、このテーブル移動機構は、この例では、第一移動機構７及び第二移動機構８からなる。

第一移動機構７及び第二移動機構８は、搬送方向に直交する方向に所定の間隔で設けられている。

第一移動機構７は、ベース５３上に搬送方向に延びる案内手段７１，７１と、これらの案内手段７１，７１に移動自在に取付けられる第一スライダー７２と、搬送方向に延びて第一スライダー７２を移動させる第一ねじ軸７３と、この第一ねじ軸７３を回転させる第一サーボモータ７４とからなる。

第一ねじ軸７３は、例えばボールねじである。ボールねじは、摩擦損失が極めて小さく、第一サーボモータ７４の小型化が図れるとともに、十分な第一スライダー７２の移動精度を実現することができる。

第一サーボモータ７４で第一ねじ軸７３を回動させることによって、第一スライダー７２を搬送方向に移動させることができるようになっている。

第二移動機構８は、ベース５３上に搬送方向に延びる案内手段８１，８１と、これらの案内手段８１，８１に移動自在に取付けられる第二スライダー８２と、搬送方向に延びて第二スライダー８２を移動させる第二ねじ軸８３と、この第二ねじ軸８３を回転させる第二サーボモータ８４と、第二スライダー８２上に設けられ搬送方向に直交する方向に沿って延びる案内手段８５，８５と、これらの案内手段８５，８５に移動可能に取付けられる副スライダー８６とからなる。

第二ねじ軸８３は、例えばボールねじである。ボールねじは、摩擦損失が極めて小さく、第二サーボモータ８４の小型化が図れるとともに、十分な第二スライダー８２の移動精度を実現することができる。

第二サーボモータ８４で第二ねじ軸８３を回動させることによって、第二スライダー８２を搬送方向に移動させることができるようになっている。

第一ねじ軸７３と第二ねじ軸８３は搬送方向に並行して伸びている。

テーブル５１の一端は、第一スライダー７２によって下から支持されている。テーブル５１は第一スライダー７２に対して鉛直軸周りに回転可能に支持されている。

テーブル５１の他端は、第ニスライダー８２及び副スライダー８６によって下から支持されている。テーブル５１は第二スライダー８２に対して鉛直軸周りに回転可能に支持されている。

第二コンベア装置３から位置決め装置５にワークＷを送る際には第一スライダー７２及び第二スライダー８２を搬送方向の上流側に移動させる。これにより、第二コンベア装置３と位置決め装置５のテーブル５１との隙間を小さくすることができる。第二コンベア装置３と位置決め装置５のテーブル５１との隙間を小さくして、位置決め装置５にワークＷを載置させた状態を図３（ａ）に示す。

図３（ｂ）に示すように、第二コンベア装置３から位置決め装置５のテーブル５１上に送られたワークＷは、一定距離分だけコンベア機構６によって搬送方向に移動する。このコンベア機構６によるワークＷの移動は、ワークＷの位置決め動作ではない。

次いで、図３（ｃ）に示すように、第一スライダー７２及び第二スライダー８２を搬送方向の下流側に移動させる。第二コンベア装置３と位置決め装置５のテーブル５１との隙間を大きくして、テーブル５１が第二コンベア装置３と接触することなく、鉛直軸周りに回転できるスペースを確保する。

さらに、ラインスキャンカメラ４１で撮像した画像に基づいて、図３（ｄ）に示すように、第一スライダー７２と第二スライダー８２とをそれぞれ独立して搬送方向に移動させることによって、テーブル５１を水平に移動させると共にテーブル５１を鉛直軸周りに回転させる。このテーブル５１の移動によって、テーブル５１上のワークＷを位置決めできるようになっている。

第一スライダー７２及び第二スライダー８２によるワークＷの移動が、ワークＷの位置決め動作となる。

上記位置決め装置では、複数本のコンベアベルト６１を有するコンベア機構６の場合について説明したがこれに限定されることはない。例えば、テーブル５１の全面がベルトコンベアとなっていてもよい。

上記位置決め装置では、テーブル移動機構の第二移動機構８が搬送方向に直交する方向に沿って延びる案内手段８５、８５と、これらの案内手段８５、８５に移動可能に取付けられる副スライダー８６を有する場合について説明したがこれに限定されることはない。テーブル移動機構は、第一ねじ軸、第一スライダー、第二ねじ軸、第二スライダーによって、テーブルが鉛直軸周りに回転を実現できる構成であればよい。

上記位置決め装置では、図３（ｃ）のテーブル５１の回転できるスペースを確保のための移動と図３（ｄ）のテーブル５１を水平に移動させると共にテーブル５１を鉛直軸周りに回転させる移動を分けて記載して説明したがこれに限定されることはない。例えば、テーブルが図３（ｂ）の状態から直接、図３（ｄ）の状態となるように第一スライダーと第二スライダーとをそれぞれ独立して搬送方向に移動させてもよい。

上記位置決め装置では、搬送装置において位置決め装置が１台である場合説明したがこれに限定されることはない。例えば、搬送装置において、複数台の位置決め装置が設置されていてもよい。

大きなワークが複数台の位置決め装置に跨った状態で載置され、それぞれの位置決め装置を連動させて位置決めを行ってもよい。また、複数台の位置決め装置によって、複数列に並んだ状態でワークの搬送、位置決めを行ってもよい。

以下、ラインスキャンカメラのキャリブレーション方法の一実施形態について、図４から図６を参照して説明する。

ラインスキャンカメラのキャリブレーション方法は、主走査方向キャリブレーション工程と、副走査方向キャリブレーション工程とを有する。

以下、主走査方向キャリブレーション工程について説明する。主走査方向キャリブレーション工程ではレンズ収差及びラインスキャンカメラ取付時の姿勢でのヨーによって発生する画像の歪みを補正する。

ラインスキャンカメラは、ライン状視野がワークＷの搬送方向に直交するように設置されている。

まず、Ｓ１１において、ライン状視野より長い十分な長さのキャリブレーションシート９をライン状視野に配置する。図５に示すように、キャリブレーションシート９は一定幅、一定間隔の縞模様を有する。縞の延びる方向がワークＷの搬送方向となる。つまり、配置されたキャリブレーションシート９は主走査方向に一定の模様が並ぶようになっている。

次いで、Ｓ１２において、ラインスキャンカメラのライン状の視野に静止した状態で配置されたキャリブレーションシート９をラインスキャンカメラ内部のトリガーで連続撮像する。

撮像された画像は、図６に示すように、縦縞で覆い尽くされる。前述のように実際のキャリブレーションシートは一定幅、一定間隔の縞模様を有する。これに対して撮像された画像の縦縞は、レンズ収差及びラインスキャンカメラ取付時の姿勢でのヨーの影響で一定とはならない。

次いで、Ｓ１３において、画像処理で各縞の幅、隣り合う縞の間隔等を算出し、各縞の幅、隣り合う縞の間隔等が一定となるように撮像された画像を補正する。つまり、ラインスキャンカメラでキャリブレーションシート９を撮像した画像における模様とキャリブレーションシート９の実際の一定の模様とが一致するように画像を補正することとなる。

以上のＳ１１〜Ｓ１３で主走査方向キャリブレーション工程が完了する。

以下、主走査方向キャリブレーション工程の次に行われる副走査方向キャリブレーション工程について説明する。

副走査方向キャリブレーション工程は、主・副走査分解能の不一致及びラインスキャンカメラ取付時の姿勢でのロールによって発生する画像の歪みを補正する。副走査方向キャリブレーション工程では、レンズ収差及びラインスキャンカメラ取付時の姿勢でのヨーによって発生する画像の歪みを補正することはできない。したがって、副走査方向キャリブレーション工程の前に主走査方向キャリブレーション工程を行っておくことが必須となる。

まず、Ｓ１４において、搬送方向に大きさが既知の長方形のプレートを搬送させながらラインスキャンカメラで撮像する。

次いで、Ｓ１５において、画像処理によってプレートの頂点を検出し、それらの頂点が９０度かつ各辺の長さが等しくなるように画像を補正する。つまり、撮像した画像における形状とプレートの既知の形状と一致するように画像を補正する

以上のＳ１４及びＳ１５で、副走査方向キャリブレーション工程が完了する。

上記ラインスキャンカメラのキャリブレーション方法の実施形態では、キャリブレーションシートは一定幅、一定間隔の縞模様を有する場合について説明したがこれに限定されることはない。キャリブレーションシートは、主走査方向キャリブレーションが可能な模様であれば、縞模様以外の模様であってもよい。

以下、ラインスキャンカメラの撮像範囲最適化方法について、図７及び図８を参照して説明する。

例えば、搬送装置等では、対象物であるワークＷの位置決め等するためには、ラインスキャンカメラで撮像した画像に基づいてその対象物であるワークＷの外形モデルのデータを事前に取得する。

ラインスキャンカメラで撮像した画像は、ワークＷがラインスキャンカメラのライン状視野を副走査開始から副走査終了までの間に通過することによって撮像される。

図８は、撮像された画像を簡略化した図である。

まず、Ｓ２１において、この画像に基づいて、ラインスキャンカメラの副走査開始に対応する位置から、撮影されたワークＷが含まれるまでの副走査方向の長さを算出する。この長さを仮副走査長とする。仮副走査長は、図８中のＬ１である。

次いで、Ｓ２２において、仮副走査長にオフセット量を加算した長さを副走査長とする。オフセット量は、図８中のΔＬである。副走査長は、図８のＬである。

オフセット量は、一定値であってもよいし、前述の撮像された画像に基づいて適宜算出される値であってもよい。

副走査方向の撮像範囲は、ラインスキャンカメラの副走査開始に対応する位置から、Ｓ２２で算出した副走査長に達するまでとなる。副走査方向の撮像範囲が副走査長に達すると、すぐにラインスキャンカメラで撮像された画像処理結果を出力することができる。

本ラインスキャンカメラの撮像範囲最適化方法では、センサ等の信号によって決定されるラインスキャンカメラの副走査開始時間は変更しない。

上記ラインスキャンカメラの撮像範囲最適化方法では、搬送装置等では、対象物であるワークＷの位置決め等する場合について説明したがこれに限定されることはない。ラインスキャンカメラの撮像範囲最適化方法は、例えば、欠陥検査等の他の産業用途のラインスキャンカメラでも使用可能である。

１ 第一コンベア装置
２ 洗浄装置
３ 第二コンベア装置
４ ラインスキャン装置
５ 位置決め装置
６ コンベア機構
７ 第一移動機構
８ 第二移動機構
９ キャリブレーションシート
５１ テーブル
５２ テーブル支持部
５３ ベース
６１ コンベアベルト
６２ フリーロール群
７１ 案内手段
７２ 第一スライダー
７３ 第一ねじ軸
７４ 第一サーボモータ
８１ 案内手段
８２ 第二スライダー
８３ 第二ねじ軸
８４ 第二サーボモータ
８５ 案内手段
８６ 副スライダー

Claims (1)

1. コンピュータによって実施されるラインスキャンカメラのキャリブレーション方法であって、
   キャリブレーションシートは主走査方向に一定の模様が並ぶように、ラインスキャンカメラのライン状視野に静止した状態で配置され、ラインスキャンカメラでキャリブレーションシートを撮像した画像における模様とキャリブレーションシートの一定の模様とが一致するように画像を補正する主走査方向キャリブレーション工程と、
   搬送方向に既知の形状のプレートを搬送させながらラインスキャンカメラで撮像した画像における形状とプレートの既知の形状と一致するように画像を補正する副走査方向キャリブレーション工程とを有することを特徴とするラインスキャンカメラのキャリブレーション方法。