KR0183929B1 - 부품 실장 장치의 캘리브레이션 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 제 1 위치(P1)에서 흡착 노즐을 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X1,Y1)을 구하는 제 1 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 y 축 방향으로 소정 거리(a)를 이동시킨 제 2 위치(P2)에서 촬상하여 좌표값(X2,Y2)을 구하는 제 2 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 -y 축 방향으로 소정 거리(b)를 이동시킨 제 3 위치(P3)에서 촬상하여 좌표값(X3,Y3)을 구하는 제 3 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 -x 축 방향으로 소정 거리(c)를 이동시킨 제 4 위치(P4)에서 촬상하여 좌표값(X4,Y4)을 구하는 제 4 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 x 축 방향으로 소정 거리(a)를 이동시킨 제 5 위치(P5)에서 촬상하여 좌표값(X5,Y5)을 구하는 제 5 촬상 단계 및, 상기에서 구한 좌표값과 상기 흡착 노즐의 이동 거리를 이용하여 상기 제 1 위치로부터 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 1 개 픽셀의 크기를 구하는 픽셀 크기 연산 단계를 포함하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부품 실장 장치에서 이용되는 카메라의 픽셀 크기 및 시야의 크기를 구하고 카메라 설치시에 비틀림 각도를 구할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 부품 실장 장치는 반도체 칩이나 기타 전자 부품을 인쇄 회로 기판위에 실장하는 장치이다. 부품 실장 장치에서 인쇄 회로 기판은 콘베이어 벨트에 의해 실장 위치로 이송되며, 로보트에 의해 승강 및 평면 운동하는 흡착 노즐이 부품 트레이상에 놓인 전자 부품을 인쇄 회로 기판의 소정 위치에 실장하는 작업이 반복된다. 부품 실장 작업은 각각의 기구 상호간에 매우 정밀한 위치 제어를 필요로 하는 작업이므로 하나 이상의 카메라를 이용한 위치 제어를 수행하게 되며, 그에 따른 카메라 캘리브레이션을 필요로 한다.
도 1에는 일반적인 부품 실장 장치의 개략적인 설명도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 프레임(110)에는 로보트(120)가 설치되며, 로보트(120)는 헤드(130)를 평면 및 승강 운동시킬 수 있다. 헤드(130)에 설치된 흡착 노즐(140)은 부품 트레이(미도시)로부터 전자 부품을 흡착하여 인쇄 회로 기판(150)에 실장할 수 있다. 인쇄 회로 기판(150)은 콘베이어(150)에 의해 부품 실장 위치로 이송되며, 실장 작업이 종료되면 콘베이어(150)에 의해 다시 다음 단계로 이동한다. 고정 카메라(160)는 흡착 노즐(140)에 흡착된 지그의 저면 형상을 촬상함으로써 부품 실장 장치의 구성 요소 상호간의 상대적인 위치를 제어할 수 있게 한다. 노즐(140)의 평면 및 승강 운동과 콘베이어(140)에 의한 인쇄 회로 기판(150)의 이송은 제어기(170)에 의해 제어된다. 제어기(170)의 위치 제어에 필요한 데이타를 제공할 수 있도록 화상 인식 처리 장치(180)가 제공되며, 화상 인식 처리 장치(180)는 고정 카메라(160)로부터 인식되는 화상 정보를 처리한다.
위와 같은 부품 실장 장치에서 종래 기술에 따라 수행되는 카메라 캘리브레이션 방법을 설명하면 다음과 같다. 통상적으로 카메라 캘리브레이션에는 화상을 구성하는 픽셀(pixel)의 크기를 구하는 과정과 카메라의 촬상 범위를 구하는 과정이 포함된다. 종래에는 이와 같은 과정이 정밀 가공된 지그를 이용하여 수행되었다.
도 2를 참조하면, 고정 카메라로 지그를 촬상하는 것이 도시되어 있으며, 도 3에는 찰상 범위의 프레임이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 고정 카메라(210)의 렌즈(220) 주위에는 발광 다이오드등을 이용한 조명 장치(230)가 설치되며, 조명 장치(230)는 흡착 노즐(260)에 흡착된 지그(240)를 상방향으로 조명한다. 흡착 노즐(260)의 둘레에는 조명 효과를 높이고 음영을 제거할 수 있도록 반사판(250)이 설치된다.
고정 카메라(210)에 의해 촬상된 지그의 화상은 도 3에서 도면 번호 320 으로 지시되어 있다. 통상적으로 찰상 범위 프레임(310)은 가로 방향에서 640 개의 픽셀과 세로 방향에서 480 개의 픽셀로 형성된다. 촬상 범위 프레임(310)에 있는 화상(320)의 가로 방향의 픽셀 갯수를 M 이라 하고, 세로 방향의 픽셀 갯수를 N 이라 하면, 1 개 픽셀의 크기는 다음과 같이 구한다.
1 픽셀의 크기=(측정된 지그의 치수)÷(인식 처리 연산으로 구한 픽셀 갯수)위에서 인식 처리 연산으로 구한 픽셀 갯수는 M 또는 N 이다.
또한 촬상 범위 프레임의 크기는 다음과 같이 구할 수 있다.
촬상 범위 프레임의 크기=(1개 픽셀의 치수×가로 픽셀 갯수)×(1개 픽셀의 치수×세로 픽셀 갯수)
위와 같이 1 개의 픽셀의 크기 및 촬상 범위 프레임의 크기를 구함으로써 이것에 기초하여 카메라 캘리브레이션을 수행한다.
위에서 설명된 종래 기술의 카메라 캘리브레이션에서는 정확한 픽셀의 치수 및 촬상 범위를 구하기 위하여 정밀한 지그를 사용할 필요성이 있다. 즉, 지그의 치수를 미리 측정하고, 지그를 촬상한 픽셀 데이타를 이용하여 픽셀의 크기 및 촬상 범위 프레임의 크기를 구하는 방법을 사용하므로, 지그의 정밀도가 측정의 정확도를 결정하는 것이다. 이처럼 지그에 의한 캘리브레이션은 지그의 정밀도에 관련된 문제를 파생시킨다. 또한 노즐의 흡착면에 대하여 카메라가 수직으로 설치되어 있는지의 여부를 나타내는 카메라의 기울기 각도를 캘리브레이션하는 과정과, 로보트 좌표계와 카메라 좌표계가 직선 방향으로 일치하지 않을 경우 이를 캘리브레이션하는 과정이 별도의 과정을 통해서 수행되어야 한다는 문제점이 있다. 노즐의 흡착면에 대하여 카메라가 기울어져 있을 경우 지그를 이용한 캘리브레이션은 정확성이 저하될 수 밖에 없다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부품 실장 장치에서 개선된 카메라 캘리브레이션 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 픽셀의 크기 및 촬상 범위 프레임의 크기를 구하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기 각도와 카메라 좌표계 및 로보트 좌표계의 회전 각도를 구하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 부품 실장 장치의 개략적인 설명도.
도 2는 종래 기술에 따라서 카메라가 지그를 촬상하는 것을 도시하는 정면도.
도 3은 촬상 범위 프레임에 나타난 지그의 화상을 도시하는 평면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 캘리브레이션에서 각각의 위치에서 촬상 범위 프레임에 나타난 노즐의 흡착면 화상을 도시하는 평면도.
도 5는 도 4a 내지 도 4e에 도시된 노즐 흡착면 중심을 하나의 촬상 범위 프레임에 도시한 평면도.
도 6은 로보트의 x-z 좌표계상에서 카메라의 촬상 상태를 도시하는 개략적인 설명도.
* 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명
110 : 프레임 120 : 로보트
130 : 헤드 140 : 콘베이어
150 : 인쇄 회로 기판 160 : 고정 카메라
170 : 제어기 180 : 화상 인식 처리 수단
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 로보트 좌표계(x,y,z)의 x-y 평면상의 운동 및, z 방향으로의 승강 운동 가능한 흡착 노즐과; 상기 흡착 노즐을 촬상할 수 있으며 카메라 좌표계(X-Y-Z)를 가지는 고정 카메라를 포함하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법에 있어서, 제 1 위치(P1)에서 상기 흡착 노즐을 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X1,Y1)을 구하는 제 1 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 y 축 방향으로 소정 거리(a)를 이동시킨 제 2 위치(P2)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X2,Y2)을 구하는 제 2 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 -y 축 방향으로 소정 거리(b)를 이동시킨 제 3 위치(P3)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X3,Y3)을 구하는 제 3 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 -x 축 방향으로 소정 거리(c)를 이동시킨 제 4 위치(P4)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X4,Y4)을 구하는 제 4 촬상 단계, 상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 x 축 방향으로 소정 거리(a)를 이동시킨 제 5 위치(P5)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X5,Y5)을 구하는 제 5 촬상 단계 및, 상기 각각의 촬상 단계들에서 구한 좌표값과 상기 흡착 노즐의 이동 거리를 이용하여 상기 제 1 위치로부터 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 1 개 픽셀의 크기를 구하는 픽셀 크기 연산 단계를 포함하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법이 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 연산 단계에서 상기 제 1 위치(P1)로부터 상기 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 1 개 픽셀의 크기는 다음의 식,
+ Y 방향 픽셀 크기 = a ÷ │Y1 - Y2 │
- Y 방향 픽셀 크기 = b ÷ │Y1 - Y3 │
+ X 방향 픽셀 크기 = c ÷ │X1 - X5 │
- X 방향 픽셀 크기 = d ÷ │X1 - X4 │ 으로부터 연산된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 각각의 방향에 대한 이동 거리(a,b,c,d)는 동일하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 로보트 좌표계에 대한 카메라 좌표계의 회전 각도(1)는, Q1 = tan ( │X1 - X2 │÷ a ) 및, Q2 = tan ( │Y4 - Y5 │÷ c )라 했을때, 1 = (Q1 + Q2)÷2 로서 구해지는 회전 각도 연산 단계 및, 상기 회전 각도 연산 단계에서 구한 각도의 크기로 카메라가 회전한 반대 방향으로 카메라를 회전시키는 회전 각도 보정 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 카메라 촬상 범위의 픽셀의 갯수가 가로 방향으로 G 개이고, 세로 방향으로 H 개일 경우, 상기 제 1 위치로부터 상기 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 촬상 범위의 크기는 다음의 식,
+ X 방향 촬상 범위 = + X 방향 픽셀 크기 × G/2
- X 방향 촬상 범위 = - X 방향 픽셀 크기 × G/2
+ Y 방향 촬상 범위 = + Y 방향 픽셀 크기 × H/2
- Y 방향 촬상 범위 = - Y 방향 픽셀 크기 × H/2 으로부터 구하는 단계 및,
카메라의 전체 촬상 범위 프레임의 크기는 다음의 식,
촬상 범위 프레임의 크기 = ( + X 방향 촬상 범위 + -X 방향 촬상 범위)×(+Y 방향 촬상 범위 + - Y 방향 촬상 범위)로부터 구하는 단계를 더 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 카메라의 촬상면으로부터 노즐의 흡착면 까지의 거리를 L 이라 하고, 상기 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기가 로보트의 x-z 평면 및 y-z 평면에서 각각 1α 및 1β라 하면, 상기 제 1 위치로부터 상기 카메라 좌표계의 + X 방향 및, + Y 방향에서 설계치의 촬상 범위를 이용하여,
1α = tan (+ X 방향 설계치 촬상 범위/L) - tan (+ X 방향 촬상 범위/L)
1β= tan (+ Y 방향 설계치 촬상 범위/L) - tan ( + Y 방향 촬상 범위/L)를 구하는 카메라 기울기 각도 연산 단계 및, 상기 카메라 기울기 각도 연산 단계에서 구한 해당 각도의 크기로 상기 카메라가 기울어진 반대 방향으로 카메라를 보정하는 기울기 각도 보정 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 픽셀 연산 단계에서 구한 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 1 개 픽셀의 크기가 소정의 오차 허용 범위내에 들때까지 상기 제 1 촬상 단계 내지 제 5 촬상 단계와, 상기 픽셀 연산 단계, 상기 카메라 기울기 각도 연산 단계 및, 상기 기울기 각도 보정 단계를 반복한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 회전 각도 연산 단계에서 구한 각도가 소정의 오차 허용 범위내에 들때까지 상기 제 1 촬상 단계 내지 제 5 촬상 단계와, 상기 픽셀 연산 단계, 상기 회전 각도 연산 단계 및 상기 회전 각도 보정 단계를 반복한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 카메라 캘리브레이션 방법은 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 부품 실장 장치에 적용될 수 있다. 즉, 프레임(110)에 장착된 로보트(120)의 헤드(130)에 흡착 노즐(140)이 설치되며, 인쇄 회로 기판(150)은 콘베이어(140)에 의해 이송된다. 고정 카메라(160)로부터 입력되는 화상 인식 정보를 처리하기 위한 화상 인식 처리 수단(180)이 제공되며, 로보트(120)와 콘베이어(140)를 제어하기 위한 제어기(170)가 제공된다.
본 발명에서는 지그(240)의 사용이 불필요하다. 고정 카메라(160)는 단지 노즐(140)의 흡착면을 촬상함으로써 본 발명이 의도한 소기의 목적을 달성할 수 있다. 따라서 노즐(140)에 대한 촬상이 용이하도록 노즐(140)의 흡착면을 흑색으로 처리하는 것이 바람직스럽다. 고정 카메라(160)가 노즐(160)의 흡착면을 촬상하면 이것은 흑색 화상으로 표시되고, 반사판(250)은 백색 화상으로 표시될 것이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 캘리브레이션 방법을 수행하는데 있어서 촬상 범위 프레임(410)에 촬상된 노즐의 저면(420)을 각각의 단계별로 도시한 것이다.
픽셀의 크기를 구하기 위한 캘리브레이션을 수행하는 최초 단계는 임의의 위치에서 노즐(160)을 촬상함으로써 최초의 좌표값을 구하는 것이다.
도 4a에는 촬상 범위 프레임(410)에 촬상된 노즐(420)의 저면이 도시되어 있다. 노즐(160)의 무게 중심 위치를 P1 이라고 할때, 카메라 좌표계(X,Y,Z)에서 좌표값은 (X1,Y1)으로 표시된다. 처음에 구해진 노즐의 중심 좌표 P1(X1,X2)는 화상 인식 장치의 메모리에 입력된다.
다음에 로보트를 작동시킴으로써 제 2 단계의 촬상 위치로 노즐을 이동시키고 촬상을 수행한다. 도 4b는 제 2 단계에서 노즐(420)을 촬상한 것을 도시한다. 제 2 단계에서는 이미 입력된 데이타에 따라 로보트 좌표계(x,y,z)에서 y 축 방향으로 노즐(420)을 거리 a 로 이동시킨다. 고정 카메라는 로보트 좌표계와 일치하지 않으므로, 로보트 좌표계에서 y 축 방향으로만 이동한다 할지라도 카메라 좌표계에서는 Y 축 방향 및 X 축 방향의 이동이 모두 발생할 것이다. 따라서 제 2 단계에서 노즐의 무게 중심 위치를 P2 라 할때 카메라 좌표값은 (X2,Y2)로서 표시될 수 있다. 이와 같이 구해진 카메라 좌표계의 좌표값은 화상 인식 장치의 메모리에 입력된다.
도 4c에 도시된 것은 제 3 단계에서의 노즐(420)의 촬상 위치를 나타낸 것이다. 제 3 단계에서, 이미 입력된 데이타에 따라, 로보트 좌표계의 최초 위치로부터 -y 축 방향으로 노즐(420)을 거리 b 로 이동시킨다. 제 3 단계에서 노즐의 무게 중심 위치를 P3 라 할때, 그 좌표값은 (X3,Y3)로서 표시될 수 있으며, 이는 화상 인식 장치의 메모리에 입력된다.
도 4d에 도시된 것은 제 4 단계에서의 노즐(420)의 촬상 위치를 나타낸 것이다. 제 4 단계에서, 이미 입력된 데이타에 따라 로보트 좌표계의 최초 위치로부터 -x 축 방향으로 노즐(420)을 거리 c 로 이동시킨다. 제 4 단계에서 노즐의 무게 중심 위치를 P4 라 할때, 그 좌표값은 (X4,Y4)로서 표시될 수 있으며, 이는 화상 인식 장치의 메모리에 입력된다.
도 4e에 도시된 것은 제 5 단계에서의 노즐(420)의 촬상 위치를 나타낸 것이다. 제 5 단계에서, 이미 입력된 데이타에 따라 로보트 좌표계의 최초 위치로부터 x 축 방향으로 노즐(420)을 거리 d 로 이동시킨다. 제 5 단계에서 노즐의 무게 중심 위치를 P5 라 할때, 그 좌표값은 (X5,Y5)로서 표시될 수 있으며, 이는 화상 인식 장치의 메모리에 입력된다.
도 5는 도 4a 내지 도 4e에서 구한 각각의 노즐 위치 좌표를 하나의 촬상 범위 프레임(510)상에 나열시켜서 도시한 것이다. 실제에 있어서, 로보트가 노즐을 각각의 방향으로 이동시키는 거리는 동일하며, a = b = c = d 로서 나타낼 수 있다. 이때 카메라가 노즐의 흡착면에 대하여 기울어져 있다는 점을 감안하면, 최초의 화상 좌표계 위치인 P1 으로부터 각 방향에 대한 픽셀의 크기는 다음과 같이 계산될 것이며, 이 값들은 실질적으로 상이할 것이다.
+ Y 방향 픽셀 크기 = a ÷ │Y1 - Y2 │
- Y 방향 픽셀 크기 = b ÷ │Y1 - Y3 │
+ X 방향 픽셀 크기 = c ÷ │X1 - X5 │
- X 방향 픽셀 크기 = d ÷ │X1 - X4 │
도 5 에서 Q1 및 Q2 로 표시된 것은 카메라 좌표계와 로보트 좌표계 상호간의 회전 각도이다. Q1 및 Q2 는 삼각 함수법에 의하여 구할 수 있다.
즉, Q1 = tan ( │X1 - X2 │÷ a ) 및, Q2 = tan ( │Y4 - Y5 │÷ c )로 표시할 수 있다. 카메라 좌표계의 회전 각도는 Q1 및 Q2 의 평균값으로 구할 수 있다. 즉, 1 를 회전 각도라 할때, 1 = (Q1 + Q2)÷2 로 표시할 수 있다. 카메라를 -1 의 각도로 회전시킴으로써 위와 같은 로보트 좌표계에 대한 카메라 좌표계의 회전 각도를 캘리브레이션 할 수 있다.
다음에 위에서 구한 각 방향의 픽셀 크기를 이용하여 각각의 방향에 대한 촬상 법위를 구할 수 있으며, 이를 기초로 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기를 구하여 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
도 6은 카메라(610)의 촬상 상태를 로보트 좌표계의 x-z 평면에서 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 도면 번호 610 으로 지시된 실선은 설계상의 위치에 고정된 카메라를, 도면 번호 620 으로 지시된 점선은 실제로 고정되었을때 조립 오차에 의해 기울어진 카메라를 도시한다. 도면 번호 650 은 노즐의 흡착면을 나타내며, 따라서 설계상의 위치에 고정된 카메라(610)가 노즐의 흡착면(650)에 대해 수직으로 배치되는데 반해, 실제로 고정된 카메라(620)는 노즐의 흡착면(650)에 대해 기울어진 상태를 유지한다. 카메라(610)가 조립시에 기울어지면, 촬상 범위도 그에 따라 변화한다. 즉, 설계상의 위치에 고정된 카메라(610)의 촬상 범위가 도면 번호 630 으로 지시된 반면에, 실제로 고정된 카메라(620)의 촬상 범위는 도면 번호 640 으로 지시된다. 이러한 촬상 범위의 차이는 y-z 평면상에서도 발생한다.
노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기를 캘리브레이션 하기 위하여, 위에서 각각의 방향에 대하여 구한 픽셀의 크기를 이용하여 각각의 방향에 대한 촬상 범위의 크기를 다음과 같이 구할 수 있다.( 촬상 범위의 픽셀의 갯수는 가로 방향으로 모두 640 개이고, 세로 방향으로 모두 480 개인 것으로 가정한다.)
+ X 방향 촬상 범위 = + X 방향 픽셀 크기 × 640/2
- X 방향 촬상 범위 = - X 방향 픽셀 크기 × 640/2
+ Y 방향 촬상 범위 = + Y 방향 픽셀 크기 × 480/2
- Y 방향 촬상 범위 = - Y 방향 픽셀 크기 × 480/2
노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기 각도는 도 6 에 도시된 바와 같이 X-Z 평면에서 1α로 표시되어 있다. 이것은 카메라의 촬상면으로부터 노즐의 흡착면(65)까지의 촬상 거리를 L 이라 할때, 위에서 구한 + X 방향의 실제 촬상 범위(또는 - X 방향의 실제 촬상 범위) 및 + X 방향의 설계치 촬상 범위(또는 - X 방향의 설계치 촬상 범위)로써 다음과 같이 삼각 함수를 이용하여 구할 수 있다.
1α = tan (+ X 방향 설계치 촬상 범위/L) - tan (+ X 방향 촬상 범위/L)
또한 Y-Z 평면에서 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기 각도를 1α라 할때, 위에서 구한 + Y 방향의 실제 촬상 범위(또는 - Y 방향의 실제 촬상 범위) 및 + Y 방향의 설계치 촬상 범위(또는 - Y 방향의 설계치 촬상 범위)와 함께 다음과 같이 삼각 함수를 이용하여 구할 수 있다.
1β= tan (+ Y 방향 설계치 촬상 범위/L) - tan ( + Y 방향 촬상 범위/L)
위에서 구한 기울기 각도 1α 및 1β를 이용하여 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기를 캘리브레이션 할 수 있다.
카메라의 촬상 범위 프레임의 크기는 다음과 같이 구할 수 있다.
촬상 범위 프레임의 크기 = ( + X 방향 촬상 범위 + -X 방향 촬상 범위)×(+Y 방향 촬상 범위 + - Y 방향 촬상 범위)
위에서 설명된 바와 같이, 각각의 방향에 대한 픽셀의 크기, 카메라 좌표계와 로보트 좌표계 사이의 회전 각도, 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기 및, 촬상 범위 프레임의 크기가 구해질 수 있으며, 이러한 과정은 그 값이 오차 허용 범위내에 진입할때까지 반복될 수 있다. 예를 들면, 각각의 방향에서 구한 1 개 픽셀의 크기는 실질적으로 상이하지만, 캘리브레이션에 의해서 그 차이가 감소하며, 그 허용 오차 범위를 정함으로써 반복 회수를 제한할 수 있다. 또한 로보트 좌표계에 대한 카메라 좌표계의 회전 각도가 0 에 근접할때까지 회전 각도에 대한 캘리브레이션을 반복한다.
본 발명에 따른 부품 실장 장치의 캘리브레이션 방법은 노즐만을 촬상함으로써 픽셀의 크기 및 촬상 범위 프레임의 크기뿐만 아니라 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기 및 로보트 좌표계에 대한 카메라 좌표계의 회전 각도등을 캘리브레이션 할 수 있게 한다는 장점을 가진다. 이러한 캘리브레이션을 통해서 보다 정확한 부품 실장 작업이 수행될 수 있다.
Claims (8)
- 로보트 좌표계(x,y,z)의 x-y 평면상의 운동 및, z 방향으로의 승강 운동 가능한 흡착 노즐과; 상기 흡착 노즐을 촬상할 수 있으며 카메라 좌표계(X-Y-Z)를 가지는 고정 카메라를 포함하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법에 있어서,제 1 위치(P1)에서 상기 흡착 노즐을 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X1,Y1)을 구하는 제 1 촬상 단계,상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 y 축 방향으로 소정 거리(a)를 이동시킨 제 2 위치(P2)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X2,Y2)을 구하는 제 2 촬상 단계,상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 -y 축 방향으로 소정 거리(b)를 이동시킨 제 3 위치(P3)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X3,Y3)을 구하는 제 3 촬상 단계,상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 -x 축 방향으로 소정 거리(c)를 이동시킨 제 4 위치(P4)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X4,Y4)을 구하는 제 4 촬상 단계,상기 흡착 노즐을 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 x 축 방향으로 소정 거리(a)를 이동시킨 제 5 위치(P5)에서 촬상하여 카메라 좌표계의 좌표값(X5,Y5)을 구하는 제 5 촬상 단계 및,상기 각각의 촬상 단계들에서 구한 좌표값과 상기 흡착 노즐의 이동 거리를 이용하여 상기 제 1 위치로부터 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 1 개 픽셀의 크기를 구하는 픽셀 크기 연산 단계를 포함하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법.
- 청구항 1 에 있어서, 상기 연산 단계에서 상기 제 1 위치(P1)로부터 상기 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 1 개 픽셀의 크기는 다음의 식,+ Y 방향 픽셀 크기 = a ÷ │Y1 - Y2 │- Y 방향 픽셀 크기 = b ÷ │Y1 - Y3 │+ X 방향 픽셀 크기 = c ÷ │X1 - X5 │- X 방향 픽셀 크기 = d ÷ │X1 - X4 │ 으로부터 연산되는 것을 특징으로 하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 위치(P1)로부터 로보트 좌표계의 각각의 방향에 대한 이동 거리(a,b,c,d)는 동일한 것을 특징으로 하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법.
- 청구항 2에 있어서, 로보트 좌표계에 대한 카메라 좌표계의 회전 각도(1)는, Q1 = tan ( │X1 - X2 │÷ a ) 및, Q2 = tan ( │Y4 - Y5 │÷ c )라 했을때, 1 = (Q1 + Q2)÷2 로서 구해지는 회전 각도 연산 단계 및,상기 회전 각도 연산 단계에서 구한 각도의 크기로 카메라가 회전한 반대 방향으로 카메라를 회전시키는 회전 각도 보정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법.
- 청구항 2에 있어서, 카메라 촬상 범위의 픽셀의 갯수가 가로 방향으로 G 개이고, 세로 방향으로 H 개일 경우, 상기 제 1 위치로부터 상기 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 촬상 범위의 크기는 다음의 식,+ X 방향 촬상 범위 = + X 방향 픽셀 크기 × G/2- X 방향 촬상 범위 = - X 방향 픽셀 크기 × G/2+ Y 방향 촬상 범위 = + Y 방향 픽셀 크기 × H/2- Y 방향 촬상 범위 = - Y 방향 픽셀 크기 × H/2 으로부터 구하는 단계 및,카메라의 전체 촬상 범위 프레임의 크기는 다음의 식,촬상 범위 프레임의 크기 = ( + X 방향 촬상 범위 + -X 방향 촬상 범위)×(+Y 방향 촬상 범위 + - Y 방향 촬상 범위)로부터 구하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 방법.
- 청구항 5에 있어서, 카메라의 촬상면으로부터 노즐의 흡착면 까지의 거리를 L 이라 하고, 상기 노즐의 흡착면에 대한 카메라의 기울기가 로보트의 x-z 평면 및 y-z 평면에서 각각 1α 및 1β라 하면, 상기 제 1 위치로부터 상기 카메라 좌표계의 + X 방향 및, + Y 방향에서 설계치상의 촬상 범위를 이용하여,1α = tan (+ X 방향 설계치 촬상 범위/L) - tan (+ X 방향 촬상 범위/L)1β= tan (+ Y 방향 설계치 촬상 범위/L) - tan ( + Y 방향 촬상 범위/L)를 구하는 카메라 기울기 각도 연산 단계 및,상기 카메라 기울기 각도 연산 단계에서 구한 해당 각도의 크기로 상기 카메라가 기울어진 반대 방향으로 카메라를 보정하는 기울기 각도 보정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 실장 장치의 카메라 캘리브레이션 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 픽셀 연산 단계에서 구한 카메라 좌표계의 각각의 방향에 대한 1 개 픽셀의 크기가 소정의 오차 허용 범위내에 들때까지 상기 제 1 촬상 단계 내지 제 5 촬상 단계와, 상기 픽셀 연산 단계, 상기 카메라 기울기 각도 연산 단계 및, 상기 기울기 각도 보정 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 부품 실장 장치의 캘리브레이션 방법.
- 청구항 4에 있어서, 상기 회전 각도 연산 단계에서 구한 각도가 소정의 오차 허용 범위내에 들때까지 상기 제 1 촬상 단계 내지 제 5 촬상 단계와, 상기 픽셀 연산 단계, 상기 회전 각도 연산 단계 및 상기 회전 각도 보정 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 부품 실장 장치의 캘리브레이션 방법.
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| KR1019960041769A KR0183929B1 (ko) | 1996-09-23 | 1996-09-23 | 부품 실장 장치의 캘리브레이션 방법 |
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