JPH10308598A - スキャン型センサのキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリブレーションが校正治具を用いて短時
間に効率よく行えるスキャン型センサのキャリブレーシ
ョン方法を提供する。 【解決手段】 校正用の測定治具４を１方向より移動さ
せて画像入力を行い、その画像結果より部品認識カメラ
７の原点距離の補正量および高さの補正量を決定し、こ
の測定治具４をセンサスキャン方向に対しある量ずらし
て画像入力を２回行い、その画像結果よりカメラ回転お
よびカメラスケールを決定し、続いて測定治具４を回転
させることでその４方向の画像を入力し、それらの画像
結果よりカメラオフセット量を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品実装機などの
産業用自動設備に搭載される部品認識システムのキャリ
ブレーション方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、部品実装機などの産業用自動設備
に搭載される部品認識システムにおいて、そのキャリブ
レーション方法について、図面を参照しながら説明す
る。

【０００３】図１０および図１１は実装機用の部品認識
カメラにおける従来のキャリブレーション動作の説明図
であり、４は測定治具、７は部品認識カメラである。図
１２は部品認識カメラにおける従来のキャリブレーショ
ン動作における処理手順を示すフローチャート図であ
る。図１３は従来のカメラスケールおよびカメラ回転の
キャリブレーション方法の説明図で、６１，６２，６
３，６４は治具移動位置、６５，６６，６７，６８は各
点での治具中心座標、１３はフレームメモリである。図
１４は従来のカメラオフセットのキャリブレーション方
法の説明図であり、７１は治具の平均中心座標、７２は
フレームメモリ１３の中心座標である。

【０００４】以上のように構成された実装機用の部品認
識カメラのキャリブレーションについて、その動作を以
下に説明する。まず、治具ノズル（□１５ｍｍ）をヘッ
ド軸にドッキングさせる。その後、部品認識カメラの視
野内（たとえば分解能６０μｍ，視野サイズ□２９ｍ
ｍ）にヘッドを移動させる。それを、図１０のように、
視野内の４ポイントの治具移動位置６１，６２，６３，
６４へ順次移動させ、各治具移動位置６１，６２，６
３，６４での測定治具４の中心座標を部品認識カメラ７
にて計測する。このとき撮像された各治具移動位置６
１，６２，６３，６４における各治具中心が、図１３に
示すように、治具中心座標６５，６６，６７，６８であ
ったとすると、これらの治具中心座標６５，６６，６
７，６８を用いて、カメラ回転およびカメラスケールを
決定する。

【０００５】すなわち、各認識位置でのフレームメモリ
１３上の治具中心座標６５，６６，６７，６８と、治具
を治具中心座標６５，６６，６７，６８で表される各ポ
イントに動かすためのＮＣに与える座標とが、表１の通
りであるとすると、まず、カメラ回転角は、認識座標系
での治具中心位置を用いた式（１）および式（２）に基
づいて、式（３）のように示される。

【０００６】

【表１】

【０００７】

【数１】

【０００８】また、部品認識カメラ７における１画素あ
たりの分解能にあたるカメラスケールは、認識座標系相
対距離（治具中心座標６５と治具中心座標６６の間の距
離もしくは治具中心座標６７と治具中心座標６８の間の
距離）とＮＣ座標系相対距離により、式（４）および式
（５）を用いて求めることができる。

【０００９】

【数２】

【００１０】次に、カメラオフセットの計測動作につい
て説明する。まず、図１１に示すように、測定治具４を
部品認識カメラ７の中心へ移動させ、そこで測定治具４
を１回転させる。その際に、測定治具４をある回転角を
もったところでいったん測定治具４の回転を停止させ、
部品認識カメラ７にて、そのときの測定治具４を撮像す
る。その作業を計４回繰り返し４つの治具画像を記録す
る。

【００１１】測定治具４の撮像結果が図１４に示すよう
であったとすると、まず４つのポイントの治具中心座標
の平均値である平均中心座標７１は式（６）を用いて求
められる。

【００１２】

【数３】

【００１３】この平均中心座標７１の値とフレームメモ
リ１３のフレーム中心座標７２の値との差が、カメラオ
フセット量であり、式（４）および式（５）で求めたカ
メラ回転およびカメラスケールにより、式（７）で求め
ることができる。

【００１４】

【数４】

【００１５】以上の動作フローを示したのが図１２で、
キャリブレーション開始（ステップ＃３１）に従って、
治具ノズルをヘッドにドッキングさせ（ステップ＃３
２）、カメラスケールおよびカメラ回転の計測（ステッ
プ＃３４）およびカメラオフセットを計測（ステップ＃
３５）することにより、各補正量を算出し、最後に治具
ノズルをヘッドより切り離す（ステップ＃３６）ことに
より、一連のキャリブレーション動作を完了する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来のキャリブレーション方法では、実装機用認識
カメラとしてラインセンサや３次元レーザセンサのよう
な移動している部品を撮像するタイプのスキャン型セン
サのキャリブレーションまでを含めて行うことを目的と
しておらず、カメラスケール計測のような視野内で４方
向に移動させて治具を撮像する方法では校正ができな
い。

【００１７】また、スキャン型センサの場合、取り込み
開始位置は固定位置からの入力という場合が多く、その
場合原点センサの正確な位置調整が必要となり、原点セ
ンサの取り付けに際する作業効率の低下といった問題点
を有していた。

【００１８】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、部品実装機において部品認識を行うためのスキャ
ン型センサに対するキャリブレーションを、校正治具を
用いて短時間に効率よく行うことができるスキャン型セ
ンサのキャリブレーション方法を提供する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のスキャン型センサのキャリブレーション方法
は、スキャン型センサに対し、移動時に得られる位置情
報によりスキャン型センサの取り込み開始タイミングを
生成するインターフェースボードを具備し、撮像された
画像データとのオフセットに基づいて、部品移動方向の
補正を画像取り込み開始タイミングにより校正し、部品
走査方向の補正はロボット移動ラインを校正することを
特徴とする。

【００２０】以上により、部品実装機において部品認識
を行うためのスキャン型センサに対するキャリブレーシ
ョンを、校正治具を用いて短時間に効率よく行うことが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載のスキャ
ン型センサのキャリブレーション方法は、部品実装機に
搭載される部品認識システムにおいて、前記部品認識シ
ステムに備え付けられたスキャン型センサと移動時に得
られる位置情報より前記スキャン型センサの取り込み開
始タイミングを生成するインターフェースボードを具備
し、実装用部品を撮像して取り込んだ撮像画像に基づい
て前記実装機用部品の位置を測定するに際し、その測定
に対して校正治具を用いて校正するキャリブレーション
方法であって、部品移動方向は前記撮像画像の取り込み
開始タイミングによって校正を行い、部品走査方向は前
記撮像画像に基づく前記位置測定時のオフセットにより
校正を行う方法とする。

【００２２】請求項２に記載のスキャン型センサのキャ
リブレーション方法は、請求項１に記載の校正治具にお
いて、治具中心を計測するための１つもしくは複数のマ
ーキングが存在する方法とする。

【００２３】請求項３に記載のスキャン型センサのキャ
リブレーション方法は、請求項１に記載の校正治具にお
いて、治具中心を計測するために治具中心より左右対称
に複数のマーキングが存在する方法とする。

【００２４】以下、本発明の実施の形態を示す部品認識
カメラとして用いられるスキャン型センサに対するキャ
リブレーション方法について、図面を参照しながら具体
的に説明する。なお、図１０から図１４に示して説明し
た従来の部品認識システムにおけるものと同様の作用を
なすものには同一の符号を付し、ここでの説明は省略す
る。

【００２５】図１は本実施の形態の部品認識カメラ（ス
キャン型センサ）のキャリブレーション方法を実行する
ためのキャリブレーションシステムを示すブロック図で
あり、１は第１の原点センサ、２は第２の原点センサ、
３はヘッド、５は検出器、６はデータ転送部、８はセン
サインターフェースボード、９はエンコーダ、１０は認
識処理ボード、１１はグラフィックメモリ、１２は中央
演算処理回路、１３はフレームメモリ、１４はモニタで
ある。図２は図１に示すキャリブレーションシステムに
おける測定治具４のフレームメモリ１３への取り込み画
像の説明図であり、１７はフレームメモリ１３への入力
方向、１８は測定治具４の中心を示す治具中心である。
図３は本実施の形態のキャリブレーション方法の処理手
順を示すフローチャート図である。図４は原点距離の計
測の説明図であり、２１は原点距離の補正量である。図
５はカメラスケールおよびカメラ回転を計測するための
測定治具４における動作の説明図である。図６は、カメ
ラスケールおよびカメラ回転を計測するために、治具取
り込み開始位置４１によって取り込まれた測定治具４の
画像の説明図である。図７は、カメラスケールおよびカ
メラ回転を計測するために、治具取り込み開始位置４２
によって取り込まれた測定治具４の画像の説明図であ
る。図８はカメラスケールおよびカメラ回転を計測する
ための計測方法の説明図である。図９はオフセットの計
測方法の説明図である。

【００２６】以上のように構成されたキャリブレーショ
ンシステムについて、図面を参照しながら以下に説明す
る。まず、図１を用い、部品実装機における部品認識カ
メラ（スキャン型センサ）を用いた場合の画像認識シス
テムによる部品撮像原理を説明する。

【００２７】ヘッド３に取り付けられた測定治具４を左
側もしくは右側からある速度で移動させていく。その途
中のあるタイミングで、部品認識カメラ７内の検出器５
によって、１ライン上の画像を順次撮像し、その撮像画
像をデータ転送部６に蓄える。その画像入力タイミング
は、たとえば右側から走査する場合、第２原点センサ２
から認識開始位置Ｎ２までの距離１６にあたるエンコー
ダ９からのパルス数をセンサインターフェースボード８
によりカウントし、部品認識カメラ７に取込開始タイミ
ングを与えることにより任意に決定する。この場合、も
ちろんエンコーダの代わりにリニアスケールを用いても
よい。

【００２８】また、センサインターフェースボード８
は、部品認識カメラ７が外部同期であれば、エンコーダ
９からのパルス信号に従って１ライン毎のデータを取り
出すタイミングも生成し、そのタイミングを部品認識カ
メラ７に送出することによって、データ転送部６よりデ
ータを取り出すことも可能である。取り出された画像デ
ータはそのまま認識処理ボード１０へ送られ、その中の
フレームメモリ１３へ転送される。その画像データは、
図２に示すように、画像入力開始時点のデータから、フ
レームメモリ１３に、１ライン毎に矢印１７で示す入力
方向に順次書き込まれる。

【００２９】その後、フレームメモリ１３に取り込み込
まれた測定治具４の画像に対して、中央演算処理回路１
２によって画像処理が行われ、その結果をグラフィック
メモリ１１に書き込んで、フレームメモリ１３の画像と
あわせてモニタ１４へ結果表示が行われる。

【００３０】キャリブレーション動作の全体は、図３の
フローチャートに示すように、キャリブレーション開始
（ステップ＃３３１）から治具ノズルのドッキング（ス
テップ＃３３２）までは従来例と同様である。その後、
原点距離の計測（ステップ＃３３３）、カメラスケー
ル，カメラ回転の計測（ステップ＃３３５）、カメラオ
フセットの計測（ステップ＃３３６）を順次実行し、最
後に治具ノズルを切り離す（ステップ＃３３７）。

【００３１】まず、原点距離の計測（ステップ＃３３
３）であるが、これは図１において１方向よりヘッド３
を部品認識カメラ７上をある速度で移動し、ヘッド３に
取り付けられた測定治具４を部品認識カメラ７にて撮像
することによって行われる。そのとき治具画像の取込開
始タイミングは、撮像対象の部品サイズによってあらか
じめ決定されており、第１原点センサ１からの距離１５
もしくは第２原点センサ２からの距離１６によって決ま
る。いま撮像された画像が図４で示すようになっていた
とすると、その治具中心１８のＹ座標とフレームメモリ
１３上の中心座標７２におけるＹ座標とは、本来、第１
原点センサ１もしくは第２原点センサ２の取り付け精度
が出ていれば一致するはずであり、よって、これが原点
距離の補正量２１となる。すなわち、この治具中心１８
の座標を（Ｘ_z0，Ｙ_z0）とし、フレームメモリ１３上の
中心位置（認識中心）の座標を（Ｘ_v0，Ｙ_v0）としたと
き、原点距離の補正量２１をＬｃとすると、式（８）を
用いて決定することができる。

【００３２】

【数５】

【００３３】この補正量２１をエンコーダパルスに換算
し、インターフェースボード８にセットされているエン
コーダパルスのカウント数を校正し直すことで、部品移
動方向に対する取り込み開始タイミングの校正を終了す
ることとなる。

【００３４】次に、カメラスケール，カメラ回転の計測
（ステップ＃３３５）であるが、これは図１において測
定治具４を２回ほど部品認識カメラ７上を異なった側の
位置から移動することによって計測する。図５はその動
作における部品認識カメラ７の上面から見た図であり、
この図に示すように、測定治具４を、部品走査方向４０
に対してシフトした位置４１，４２から撮像し、その撮
像画像を入力する。その結果、入力された画像は、たと
えば図６および図７に示すようになる。このとき、図６
での治具中心１８ａの認識座標を（Ｘｖ１，Ｙｖ１）、
ＮＣ座標を（Ｘｎ１，Ｙｎ１）とし、図７での治具中心
１８ｂの認識座標を（Ｘｖ２，Ｙｖ２）、ＮＣ座標を
（Ｘｎ２，Ｙｎ２）として記録しておけば、図８に示す
ように、カメラ回転θ_x およびカメラスケールＳｘは、
それぞれ式（９）および式（１０）を用いて決定するこ
とができる。

【００３５】

【数６】

【００３６】最後に、カメラオフセットの計測（ステッ
プ＃３３６）であるが、これは従来例と同様に、測定治
具４を４回撮像することによって求めることができる。
すなわち、図１において、測定治具４を部品認識カメラ
７上を移動することによって撮像し１枚の画像を得る。
その後、計測治具４をある角度回転させたうえで再び測
定治具４を撮像し、その撮像画像を得る。この作業を繰
り返し、測定治具４の１回転分の治具中心データを記録
する。その結果が図９に示すようになったとすると、各
回での治具中心位置の平均中心位置における座標７１と
フレームメモリ１３上の中心位置上の中心座標７２との
差が、すなわち部品走査方向のカメラオフセット４３で
あり、その値Ｘｖは式（１１）で示される。

【００３７】

【数７】

【００３８】測定治具４の中心計測に関しては、たとえ
ば図１５に示すように、測定治具４の中心に、正確にあ
る形状のマーキング７３を入れることによって、そのマ
ーキング７３の中心座標を求めることによって治具中心
とすることができる。さらに、図１６のように、複数の
マーキング７４，７５，７６，７７によって、その各々
の中心座標よりそれら４点に中心座標を測定治具４の中
心座標とすれば、マーキンギ１の場合に対し、明るさに
よるマーキングのむらによる中心位置座標のズレを極力
抑えることが可能となる。マーキングの数は中心座標計
測における処理時間とのトレードオフによって決定する
こともできる。

【００３９】なお、スキャン型センサとしてはラインセ
ンサカメラだけでなくレーザ光を利用して１ライン毎の
高さを計測しうる３次元センサカメラも含めることがで
きることは言うまでもない。

【００４０】以上の動作により、部品実装機において部
品認識を行うための部品認識カメラ（スキャン型セン
サ）に対するキャリブレーションを、校正治具を用いて
短時間に効率よく行うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、実装機用
部品認識のためのスキャン型センサに対するキャリブレ
ーションを、校正治具を用いて短時間に効率よく行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のキャリブレーション方法
が実施されるシステム図

【図２】同実施の形態におけるフレームメモリへの取り
込み画像の説明図

【図３】同実施の形態におけるキャリブレーション方法
のフローチャート図

【図４】同実施の形態における原点距離の計測の説明図

【図５】同実施の形態におけるスケール，回転の計測の
ための治具動作の説明図

【図６】同実施の形態におけるスケール，回転の計測の
ための撮像画像の説明図

【図７】同実施の形態におけるスケール，回転の計測の
ための他の撮像画像の説明図

【図８】同実施の形態におけるスケール，回転の計測方
法の説明図

【図９】同実施の形態におけるオフセットの計測方法の
説明図

【図１０】従来の部品認識カメラのキャリブレーション
動作の説明図

【図１１】他の従来例の部品認識カメラのキャリブレー
ション動作の説明図

【図１２】上記各従来例のキャリブレーション動作を示
すフローチャート図

【図１３】同従来例におけるスケール、回転のキャリブ
レーション方法の説明図

【図１４】同従来例におけるオフセットのキャリブレー
ション方法の説明図

【図１５】本発明の実施の形態における測定治具のマー
キングの説明図

【図１６】同実施の形態における測定治具のマーキング
の他の説明図

【符号の説明】

１ 第１原点センサ ２ 第２原点センサ ３ ヘッド ４ 測定治具 ５ 検出器 ６ データ転送部 ７ 部品認識カメラ ８ センサインターフェースボード ９ エンコーダ １０ 認識処理ボード １１ グラフィックメモリ １２ 中央演算処理回路 １３ フレームメモリ １４ モニタ １７ フレームメモリ入力方向 １８ 治具中心 ２１ 原点距離の補正量 ２２ 治具高さの１ライン ３１ 固定カメラのキャリブレーション開始 ３２ 治具ノズルのドッキング ３３ 原点距離の計測 ３５ カメラスケール、カメラ回転の計測 ３６ カメラオフセットの計測 ３７ 治具の切り離し ３８ キャリブレーションの終了 ４０ センサスキャン方向 ４１，４２ 治具取込開始位置 ４３ 部品走査方向のカメラオフセット ６１，６２，６３，６４ 治具移動位置 ６５，６６，６７，６８ 各点での治具中心 ７１ 治具の平均中心 ７２ フレームメモリの中心 ７３ 治具中心のマーキング ７４，７５，７６，７７ 治具中心より左右対称のマ
ーキング ７８ 治具中心座標

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品実装機に搭載される部品認識システ
   ムにおいて、前記部品認識システムに備え付けられたス
   キャン型センサと移動時に得られる位置情報より前記ス
   キャン型センサの取り込み開始タイミングを生成するイ
   ンターフェースボードを具備し、実装用部品を撮像して
   取り込んだ撮像画像に基づいて前記実装機用部品の位置
   を測定するに際し、その測定に対して校正治具を用いて
   校正するキャリブレーション方法であって、部品移動方
   向は前記撮像画像の取り込み開始タイミングによって校
   正を行い、部品走査方向は前記撮像画像に基づく前記位
   置測定時のオフセットにより校正を行うことを特徴とす
   るスキャン型センサのキャリブレーション方法。
2. 【請求項２】 校正治具において、治具中心を計測する
   ための１つもしくは複数のマーキングが存在することを
   特徴とする請求項１に記載のスキャン型センサのキャリ
   ブレーション方法。
3. 【請求項３】 校正治具において、治具中心を計測する
   ために治具中心より左右対称に複数のマーキングが存在
   することを特徴とする請求項１に記載のスキャン型セン
   サのキャリブレーション方法。