KR20210004957A

KR20210004957A - 제어 시스템, 제어 방법 및 제어 프로그램

Info

Publication number: KR20210004957A
Application number: KR1020207026085A
Authority: KR
Inventors: 마사키 나미에; 겐스케 다루미
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2021-01-13
Also published as: KR102612470B1; JP2019188551A; WO2019208109A1; JP6922829B2; CN111868658A

Abstract

피드백 제어에 관한 제어 파라미터의 조정 공수를 삭감한다. 제어 시스템은, 대상물을 이동시키는 이동 기구(400)와, 대상물을 촬상하여 얻어진 화상으로부터 대상물의 실제 위치를 계측하는 시각 센서(50)와, 촬상 간격보다 짧은 제어 주기마다 이동 기구(400)의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하는 검출부(450)와, 실제 위치와 위치 관련 정보에 기초하여 대상물의 추정 위치를 결정하는 위치 결정부(252)와, 설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 추정 위치를 목표 위치에 맞추는 이동 지령을 이동 기구(400)에 출력하는 피드백 제어부(254)와, 미리 정해진 이동 지령을 이동 기구(400)에 출력하여 얻어지는 피드백값의 추이에 기초하여, 제어 파라미터를 조정하는 조정부(264)를 구비한다.

Description

제어 시스템, 제어 방법 및 제어 프로그램

본 개시는, 시각 센서에 의해 계측된 가공물의 위치에 기초하여, 가공물의 위치 결정을 행하기 위한 기술에 관한 것이다.

FA(Factory Automation)에 있어서, 가공물 등의 대상물의 위치를 목표 위치에 맞추는 기술(위치 결정 기술)이 각종 실용화되어 있다. 이 때, 대상물의 위치와 목표 위치의 편차(거리)를 계측하는 방법으로서, 시각 센서에 의해 촬상된 화상을 이용하는 방법이 있다.

일본공개특허 2017-24134호 공보(특허문헌 1)에는, 가동대와, 가동대를 이동시키는 이동 기구와, 가동대에 놓인 가공물을 반복하여 촬상하고, 그 가공물의 위치를 반복하여 검출하는 시각 센서를 구비하는 가공물 위치 결정 장치가 개시되어 있다. 가공물 위치 결정 장치는, 시각 센서에 의해 위치가 검출될 때마다 검출된 위치와 목표 위치의 차를 산출하여, 이 차가 허용 범위 내라고 판정되었을 때에, 가동대의 이동을 정지한다. 가공물 위치 결정 장치는, 가동대의 이동 정지 후에 시각 센서에 의해 검출된 위치와 목표 위치의 차를 산출하여, 산출된 차가 허용 범위 내인지 여부를 판정한다. 차가 허용 범위 밖이라고 판정되면, 그 차를 줄이는 가동대의 이동 방향이 결정되고, 결정된 이동 방향으로 가동대를 이동시키도록 이동 기구가 제어된다.

특허문헌 1: 일본공개특허 2017-24134호 공보

시각 센서에 의한 가공물의 실제 위치의 계측 처리와, 계측된 실제 위치를 목표 위치에 맞추는 위치 맞춤 처리를 반복하여 행하는 경우, 실제 위치에서 목표 위치까지의 필요 이동 거리에 따라 이동 기구에 대한 이동 지령을 바꾸는 피드백 제어가 유효하다.

피드백 제어의 일례로서, 비례 제어(즉, P 제어)가 알려져 있다. 비례 제어에서는, 필요 이동량에 비례 게인을 곱한 값이 이동 지령이 된다. 비례 게인이 너무 작으면, 가공물이 목표 위치에 도달하기까지의 시간(이하, 「정렬 시간」이라고도 함)이 길어진다. 한편, 비례 게인이 너무 크면, 가공물이 목표 위치를 초과하는 오버 슛이 발생하거나, 오버 슛과 언더 슛이 반복되는 진동이 발생한다. 그 결과, 정렬 시간이 길어진다.

따라서, 정렬 시간을 단축하기 위해서는, 피드백 제어의 제어 파라미터를 최적화할 필요가 있다. 그러나, 최적의 제어 파라미터를 설정하는 데는 경험이 필요하고, 특히 경험이 적은 사용자에게 있어서는 파라미터 설정에 공수(工數)가 걸린다.

본 개시는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 어떤 국면에서의 목적은, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터의 조정 공수를 삭감하는 것이 가능한 제어 시스템을 제공하는 것이다. 다른 국면에서의 목적은, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터의 조정 공수를 삭감하는 것이 가능한 제어 방법을 제공하는 것이다. 다른 국면에서의 목적은, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터의 조정 공수를 삭감하는 것이 가능한 제어 프로그램을 제공하는 것이다.

본 개시의 일례에서는, 제어 시스템은, 대상물을 이동시키기 위한 이동 기구와, 촬상 지시를 접수한 것에 기초하여 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 계측하기 위한 시각 센서와, 상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하기 위한 검출부와, 상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하기 위한 위치 결정부와, 설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구에 출력하는 피드백 제어부와, 미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 검출부로부터 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하기 위한 조정부를 구비한다.

이 개시에 의하면, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터가 자동으로 조정된다. 이에 의해, 제어 시스템은, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터의 조정 공수를 삭감할 수 있다.

본 개시의 일례에서는, 제어 시스템은, 대상물을 이동시키기 위한 이동 기구와, 촬상 지시를 접수한 것에 기초하여 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 계측하기 위한 시각 센서와, 상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다, 소정의 제어 파라미터에 따라, 상기 실제 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 생성하고, 그 이동 지령을 상기 이동 기구에 출력하는 피드백 제어부와, 미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 시각 센서로부터 얻어지는 피드백값으로서의 실제 위치의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하기 위한 조정부를 구비한다.

본 개시의 일례에서는, 상기 조정부는, 상기 추이에 기초하여 결정된 상기 제어 파라미터의 값을 기준으로 하여, 상기 피드백 제어부에 설정될 수 있는 복수의 제어 파라미터 후보를 생성하고, 상기 복수의 제어 파라미터 후보 각각을 상기 피드백 제어부에 순차 설정함과 아울러, 각 제어 파라미터 후보에 대해, 상기 대상물을 소정 위치에서 상기 목표 위치로 이동하기까지 필요로 한 정렬 시간을 계측하며, 상기 복수의 제어 파라미터 후보 중, 상기 정렬 시간이 최단이 되는 제어 파라미터 후보를 최적화 결과로서의 상기 제어 파라미터로서 선택한다.

이 개시에 의하면, 제어 시스템은, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터를 더욱 최적화할 수 있다.

본 개시의 일례에서는, 상기 조정부는, 미리 정해진 복수의 배율 각각을 상기 기준의 제어 파라미터에 곱함으로써, 상기 복수의 제어 파라미터 후보를 생성한다.

이 개시에 의하면, 제어 시스템은, 기준의 제어 파라미터로부터 용이하게 제어 파라미터 후보를 생성할 수 있다.

본 개시의 일례에서는, 상기 조정부는, 상기 추이에서의 단위시간당 최대 변화율을 산출하고, 상기 추이에서 상기 최대 변화율이 나타나는 시점과, 상기 최대 변화율에 기초하여, 상기 피드백 제어부에 의한 제어 대상의 지연 시간을 산출하며, 상기 지연 시간에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 결정한다.

이 개시에 의하면, 상기 제어 파라미터가 지연 시간에 기초하여 결정됨으로써, 제어 시스템은, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터를 보다 최적으로 조정할 수 있다.

본 개시의 일례에서는, 상기 제어 파라미터는, 상기 피드백 제어부의 비례 제어에 이용되는 비례 게인을 포함한다.

이 개시에 의하면, 비례 게인이 자동으로 조정된다. 이에 의해, 제어 시스템은, 비례 게인의 조정 공수를 삭감할 수 있다.

본 개시의 다른 예에서는, 대상물을 이동시키기 위한 이동 기구의 제어 방법은, 촬상 지시를 시각 센서에 출력함으로써 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 상기 시각 센서에 계측시키는 단계와, 상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하는 단계와, 상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하는 단계와, 설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구에 출력하는 단계와, 미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 검출하는 단계에서 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하는 단계를 구비한다.

본 개시의 일례에서는, 대상물을 이동시키기 위한 이동 기구의 제어 프로그램은, 상기 이동 기구를 제어하기 위한 컨트롤러로 하여금, 촬상 지시를 시각 센서에 출력함으로써 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 상기 시각 센서에 계측시키는 단계와, 상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하는 단계와, 상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하는 단계와, 설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구에 출력하는 단계와, 미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 검출하는 단계에서 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하는 단계를 실행시키게 한다.

어떤 국면에서, 피드백 제어에 관한 제어 파라미터의 조정 공수를 삭감할 수 있다.

도 1은, 실시형태에 따른 제어 시스템의 개요를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 변형예에 따른 제어 시스템의 개요를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 실시형태에 따른 제어 시스템의 장치 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시형태에 따른 시각 센서를 구성하는 화상 처리 장치의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 실시형태에 따른 컨트롤러의 하드웨어 구성을 나타내는 모식도이다.
도 6은, 제어 파라미터의 조정 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 이동 기구에 입력된 이동 지령과, 그 응답으로서 이동 기구로부터 출력되는 피드백값의 관계를 시간축상에 나타내는 도면이다.
도 8은, 제어 파라미터의 최적화 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 9는, 도 1에 도시된 위치 결정부에 의한 추정 위치의 결정 처리를 나타내는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 각 실시형태에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일한 부품 및 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 이들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 이들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.

<A. 적용예 1>

우선, 도 1을 참조하여, 본 발명이 적용되는 장면의 일례에 대해 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 제어 시스템(1)의 개요를 나타내는 모식도이다.

제어 시스템(1)은, 화상 처리를 이용하여 정렬을 행한다. 정렬은, 전형적으로는, 공업 제품의 제조 과정 등에서, 대상물(이하, 「가공물(W)」라고도 함)을 생산 라인의 본래의 위치에 배치하는 처리 등을 의미한다. 이러한 정렬의 일례로서, 제어 시스템(1)은, 액정 패널의 생산 라인에서, 유리 기판에 회로 패턴의 소부 처리(노광 처리) 전에, 노광 마스크에 대한 유리 기판의 위치 결정을 행한다.

제어 시스템(1)은, 예를 들어, 시각 센서(50)와, 컨트롤러(200)와, 이동 기구(400)와, 인코더(450)를 포함한다. 시각 센서(50)는, 예를 들어, 촬상부(52)와 화상 처리부(54)를 포함한다. 이동 기구(400)는, 예를 들어, 서보 드라이버(402)와, 서보 모터(410)와, 스테이지(420)로 구성되어 있다.

촬상부(52)는, 촬상 시야에 존재하는 피사체를 촬상하여 화상 데이터를 생성하는 촬상 처리를 행하는 것으로, 스테이지(420)에 놓이는 가공물(W)를 촬상한다. 촬상부(52)는, 컨트롤러(200)로부터의 촬상 트리거(TR)에 따라 촬상을 행한다. 촬상부(52)에 의해 생성된 화상 데이터는, 화상 처리부(54)에 순차 출력된다. 화상 처리부(54)는, 촬상부(52)로부터 얻어진 화상 데이터에 대해 화상 해석을 행하여, 가공물(W)의 실제 위치(PV_v)를 계측한다. 실제 위치(PV_v)는, 계측될 때마다 컨트롤러(200)에 출력된다.

컨트롤러(200)는, 예를 들어 PLC(Programmable Logic Controller)로서, 각종 FA 제어를 행한다. 컨트롤러(200)는, 기능 구성의 일례로서, 위치 결정부(252)와, 피드백 제어부(254)와, 조정부(264)를 포함한다.

위치 결정부(252)는, 시각 센서(50)에 의해 계측된 실제 위치(PV_v)와, 시각 센서(50)에 의한 촬상 간격(Tb)보다 짧은 제어 주기(Ts)마다 얻어지는 인코더값(PV_m)(위치 관련 정보)에 기초하여, 제어 주기(Ts)마다 가공물(W)의 위치(이하, 「추정 위치(PV)」라고도 함)를 추정한다. 일례로서, 촬상 주기(Tb)는, 촬상 상황 등에 따라 변동하며, 예를 들어 약 60ms이다. 제어 주기(Ts)는 고정이며, 예를 들어 1ms이다. 추정 위치(PV)는, 제어 주기(Ts)마다 피드백 제어부(254)에 출력된다.

피드백 제어부(254)는, 제어 파라미터(262)에 따라, 추정 위치(PV)를 목표 위치(SV)에 맞추기 위한 이동 지령(MV)을 제어 주기(Ts)마다 생성하고, 제어 주기(Ts)마다 이동 지령(MV)을 서보 드라이버(402)에 출력한다. 이동 지령(MV)은, 예를 들어, 서보 드라이버(402)에 대한 지령 위치, 지령 속도 또는 지령 토크 중 어느 하나이다.

어떤 국면에서, 목표 위치(SP)는, 생산 공정마다 미리 정해져 있고, 현재 생산 공정에 따라 순차 전환된다. 다른 국면에서, 목표 위치(SP)는, 시각 센서(50)가 소정의 화상 처리를 행함으로써 화상 내로부터 검출된다. 이 경우, 시각 센서(50)는, 미리 정해진 마크를 화상으로부터 검출하고, 그 마크를 목표 위치(SP)로서 인식한다.

피드백 제어부(254)에 의한 피드백 제어는, 예를 들어, PID(Proportional Integral Differential) 제어, PI 제어, PD 제어 또는 P 제어에 의해 실현된다. 도 1의 예에서는, P 제어를 행하는 피드백 제어부(254)가 나타나 있다. 피드백 제어부(254)는, 감산부(256)와 곱셈부(258)로 구성되어 있다.

감산부(256)는, 목표 위치(SP)로부터, 위치 결정부(252)에 의해 결정된 추정 위치(PV)를 감산하고, 그 감산 결과를 곱셈부(258)에 출력한다. 곱셈부(258)는, 감산부(256)에 의한 감산 결과를, 제어 파라미터(262)에 규정되는 비례 게인(Kp)배로 증폭/감쇠한다. 곱셈부(258)에 의한 곱셈 결과는, 적분 처리된 후에 위치 지령으로서 서보 드라이버(402)에 출력된다. 혹은, 곱셈부(258)에 의한 곱셈 결과는, 그대로 속도 지령으로서 서보 드라이버(402)에 출력된다.

서보 드라이버(402)는, 제어 주기(Ts)마다 받는 이동 지령(MV)에 따라, 서보 모터(410)를 구동한다. 보다 구체적으로는, 서보 드라이버(402)는, 제어 주기(Ts)마다 인코더(450)(검출부)로부터 인코더값(PV_m)을 취득한다. 서보 드라이버(402)는, 인코더값(PV_m)에 의해 나타나는 속도/위치를, 이동 지령(MV)에 의해 나타나는 속도/위치에 맞추도록, 서보 모터(410)를 피드백 제어한다. 일례로서, 서보 드라이버(402)에 의한 피드백 제어는, PID 제어, PI 제어, PD 제어 또는 P 제어에 의해 실현된다.

조정부(264)는, 피드백 제어부(254)에 관한 제어 파라미터(262)를 조정한다. 보다 구체적으로는, 컨트롤러(200)는, 동작 모드로서, 통상의 제어 모드와, 제어 파라미터(262)의 조정 모드를 가진다. 동작 모드가 통상의 제어 모드로 설정된 경우, 피드백 제어부(254)와 서보 드라이버(402)가 접속되도록 스위치(SW)가 전환된다. 한편, 동작 모드가 조정 모드로 설정된 경우에는, 조정부(264)와 서보 드라이버(402)가 접속되도록 스위치(SW)가 전환된다.

조정 모드에서, 조정부(264)는, 미리 정해진 이동 지령(MV_n)을 이동 기구(400)에 순차 출력하고, 인코더(450)(검출부)로부터 인코더값(PV_m)을 피드백값으로서 순차 취득한다. 그 후, 조정부(264)는, 취득된 인코더값(PV_m)의 추이에 기초하여 제어 파라미터(262)를 조정한다. 제어 파라미터(262)의 조정 방법의 상세에 대해서는 후술한다. 이와 같이, 제어 파라미터(262)가 자동으로 조정됨으로써, 제어 파라미터(262)의 조정 공수가 삭감된다.

또, 도 1에는, 위치 결정부(252), 피드백 제어부(254), 조정부(264), 서보 드라이버(402), 서보 모터(410) 및 인코더(450)의 컴포넌트군이 하나밖에 도시되지 않았지만, 이들 컴포넌트군은 스테이지(420)를 구동하는 축수만큼 설치된다. 각 컴포넌트군은, 스테이지(420)의 하나의 축방향에서의 제어를 담당하게 된다. 이 경우, 시각 센서(50)에 의해 계측된 실제 위치(PV_v)는, 각 축방향에서의 실제 위치로 분해되고, 분해 후의 각 실제 위치가 대응하는 컴포넌트군에 출력되게 된다.

<B. 적용예 2>

다음에, 도 2를 참조하여, 본 발명이 적용되는 장면의 다른 예에 대해 설명한다. 도 2는, 변형예에 따른 제어 시스템(1)의 개요를 나타내는 모식도이다.

도 1의 예에서는, 조정부(264)는, 미리 정해진 이동 지령(MV_n)을 이동 기구(400)에 입력하여 인코더(450)로부터 얻어지는 인코더값(PV_m)의 추이에 기초하여, 제어 파라미터(262)를 조정하였다. 이에 반해, 도 2의 예에서는, 조정부(264)는, 미리 정해진 이동 지령(MV_n)을 이동 기구(400)에 입력하여 시각 센서(50)로부터 얻어지는 실제 위치(PV_v)의 추이에 기초하여, 제어 파라미터(262)를 조정한다. 제어 파라미터(262)의 조정 방법의 상세에 대해서는 후술한다.

또한, 도 2에 도시된 제어 시스템(1)은, 위치 결정부(252)를 가지지 않는 점, 인코더값(PV_m)이 컨트롤러(200)에 피드백되지 않는 점에서, 도 1에 도시된 제어 시스템(1)과 다르다. 도 2에 도시된 제어 시스템(1)의 그 밖의 점에 대해 도 1에 도시된 제어 시스템(1)과 동일하므로, 이들의 설명에 대해서는 반복하지 않는다.

<C. 제어 시스템(1)의 장치 구성>

도 3은, 제어 시스템(1)의 장치 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(1)은, 시각 센서(50)와, 컨트롤러(200)와, 이동 기구(400)를 포함한다. 시각 센서(50)는, 화상 처리 장치(100)와, 하나 이상의 카메라(도 3의 예에서는, 카메라(102 및 104))를 포함한다. 이동 기구(400)는, 베이스 플레이트(4, 7)와, 볼 나사(6, 9)와, 서보 드라이버(402)(도 3의 예에서는, 서보 드라이버(402X, 402Y))와, 스테이지(420)와, 하나 이상의 서보 모터(410)(도 3의 예에서는, 서보 모터(410X, 410Y))로 구성되어 있다.

화상 처리 장치(100)는, 카메라(102, 104)가 가공물(W)를 촬영하여 얻어진 화상 데이터에 기초하여, 가공물(W)의 특징 부분(12)(예를 들어, 나사 구멍 등)을 검출한다. 화상 처리 장치(100)는, 검출한 특징 부분(12)의 위치를 가공물(W)의 실제 위치(PV_v)로서 검출한다.

컨트롤러(200)에는, 하나 이상의 서보 드라이버(402)(도 3의 예에서는, 서보 드라이버(402X, 402Y))가 접속되어 있다. 서보 드라이버(402X)는, 컨트롤러(200)로부터 받는 X방향의 이동 지령에 따라, 제어 대상의 서보 모터(410X)를 구동한다. 서보 드라이버(402Y)는, 컨트롤러(200)로부터 받는 Y방향의 이동 지령에 따라, 제어 대상의 서보 모터(410Y)를 구동한다.

컨트롤러(200)는, X방향에 대해 생성된 목표 궤도(TGx)에 따라, 서보 드라이버(402X)에 대해 X방향의 목표 위치를 지령값으로서 부여한다. 또한, 컨트롤러(200)는, Y방향에 대해 생성된 목표 궤도(TGy)에 따라, 서보 드라이버(402Y)에 대해 Y방향의 목표 위치를 지령값으로서 부여한다. X, Y방향의 각각의 목표 위치가 순차 갱신됨으로써, 가공물(W)가 목표 위치(SP)로 이동된다.

컨트롤러(200) 및 서보 드라이버(402)는, 필드 네트워크를 통해 데이지 체인으로 접속되어 있다. 필드 네트워크에는, 예를 들어 EtherCAT(등록상표)이 채용된다. 단, 필드 네트워크는 EtherCAT에 한정되지 않고, 임의의 통신 수단이 채용될 수 있다. 일례로서, 컨트롤러(200) 및 서보 드라이버(402)는, 신호선으로 직접 접속되어도 된다. 또한, 컨트롤러(200) 및 서보 드라이버(402)는, 일체적으로 구성되어도 된다.

베이스 플레이트(4)에는, 스테이지(420)를 X방향을 따라 이동시키는 볼 나사(6)가 배치되어 있다. 볼 나사(6)는, 스테이지(420)에 포함되는 너트와 걸어맞춤되어 있다. 볼 나사(6)의 일단에 연결된 서보 모터(410X)가 회전 구동함으로써, 스테이지(420)에 포함되는 너트와 볼 나사(6)가 상대 회전하고, 그 결과, 스테이지(420)가 X방향을 따라 이동한다.

베이스 플레이트(7)에는, 스테이지(420) 및 베이스 플레이트(4)를 Y방향을 따라 이동시키는 볼 나사(9)가 배치되어 있다. 볼 나사(9)는, 베이스 플레이트(4)에 포함되는 너트와 걸어맞춤되어 있다. 볼 나사(9)의 일단에 연결된 서보 모터(410Y)가 회전 구동함으로써, 베이스 플레이트(4)에 포함되는 너트와 볼 나사(9)가 상대 회전하고, 그 결과, 스테이지(420) 및 베이스 플레이트(4)가 Y방향을 따라 이동한다.

또, 도 3에는, 서보 모터(410X, 410Y)에 의한 2축 구동의 이동 기구(400)가 도시되어 있지만, 이동 기구(400)는, XY 평면상의 회전 방향(θ방향)으로 스테이지(420)를 구동하는 서보 모터가 더 조립되어도 된다.

<D. 하드웨어 구성>

도 4 및 도 5를 참조하여, 시각 센서(50)를 구성하는 화상 처리 장치(100) 및 컨트롤러(200)의 하드웨어 구성에 대해 차례대로 설명한다.

(D1. 화상 처리 장치(100)의 하드웨어 구성)

도 4는, 시각 센서(50)를 구성하는 화상 처리 장치(100)의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 4를 참조하여, 화상 처리 장치(100)는, 전형적으로는, 범용적인 컴퓨터 아키텍처에 따른 구조를 가지고 있고, 미리 설치된 프로그램을 프로세서가 실행함으로써, 후술하는 각종 화상 처리를 실현한다.

보다 구체적으로는, 화상 처리 장치(100)는, CPU(Central Processing Unit)나 MPU(Micro-Processing Unit) 등의 프로세서(110)와, RAM(Random Access Memory)(112)과, 표시 컨트롤러(114)와, 시스템 컨트롤러(116)와, I/O(Input Output) 컨트롤러(118)와, 하드 디스크(120)와, 카메라 인터페이스(122)와, 입력 인터페이스(124)와, 컨트롤러 인터페이스(126)와, 통신 인터페이스(128)와, 메모리 카드 인터페이스(130)를 포함한다. 이들 각 부는, 시스템 컨트롤러(116)를 중심으로 서로 데이터 통신 가능하게 접속된다.

프로세서(110)는, 시스템 컨트롤러(116)와의 사이에서 프로그램(코드) 등을 교환하여 이들을 소정 순서로 실행함으로써, 목적의 연산 처리를 실현한다.

시스템 컨트롤러(116)는, 프로세서(110), RAM(112), 표시 컨트롤러(114) 및 I/O 컨트롤러(118)와 각각 버스를 통해 접속되어 있고, 각 부와의 사이에서 데이터 교환 등을 행함과 아울러, 화상 처리 장치(100) 전체의 처리를 담당한다.

RAM(112)은, 전형적으로는, DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성의 기억 장치로서, 하드 디스크(120)로부터 독출된 프로그램이나, 카메라(102 및 104)에 의해 취득된 카메라 화상(화상 데이터), 카메라 화상에 대한 처리 결과 및 가공물 데이터 등을 보유한다.

표시 컨트롤러(114)는, 표시부(132)와 접속되어 있고, 시스템 컨트롤러(116)로부터의 내부 커맨드에 따라, 각종 정보를 표시하기 위한 신호를 표시부(132)에 출력한다.

I/O 컨트롤러(118)는, 화상 처리 장치(100)에 접속되는 기록 매체나 외부 기기와의 사이의 데이터 교환을 제어한다. 보다 구체적으로는, I/O 컨트롤러(118)는, 하드 디스크(120)와, 카메라 인터페이스(122)와, 입력 인터페이스(124)와, 컨트롤러 인터페이스(126)와, 통신 인터페이스(128)와, 메모리 카드 인터페이스(130)와 접속된다.

하드 디스크(120)는, 전형적으로는, 비휘발성의 자기 기억 장치로서, 프로세서(110)에서 실행되는 제어 프로그램(150)에 더하여, 각종 설정값 등이 저장된다. 이 하드 디스크(120)에 설치되는 제어 프로그램(150)은, 메모리 카드(136) 등에 저장된 상태로 유통한다. 또, 하드 디스크(120) 대신에, 플래시 메모리 등의 반도체 기억 장치나 DVD-RAM(Digital Versatile Disk Random Access Memory) 등의 광학 기억 장치를 채용해도 된다.

카메라 인터페이스(122)는, 가공물을 촬영함으로써 생성된 화상 데이터를 접수하는 입력부에 상당하고, 프로세서(110)와 카메라(102, 104) 사이의 데이터 전송을 중개한다. 카메라 인터페이스(122)는, 카메라(102 및 104)로부터의 화상 데이터를 각각 일시적으로 축적하기 위한 화상 버퍼(122a 및 122b)를 포함한다. 복수의 카메라에 대해, 카메라의 사이에서 공유할 수 있는 단일 화상 버퍼를 설치해도 되지만, 처리 고속화를 위해, 각각의 카메라에 대응시켜 독립적으로 복수 배치하는 것이 바람직하다.

입력 인터페이스(124)는, 프로세서(110)와 키보드(134), 마우스, 터치 패널, 전용 콘솔 등의 입력 장치 사이의 데이터 전송을 중개한다.

컨트롤러 인터페이스(126)는, 프로세서(110)와 컨트롤러(200) 사이의 데이터 전송을 중개한다.

통신 인터페이스(128)는, 프로세서(110)와 도시하지 않은 다른 퍼스널 컴퓨터나 서버 장치 등의 사이의 데이터 전송을 중개한다. 통신 인터페이스(128)는, 전형적으로는, 이더넷(등록상표)이나 USB(Universal Serial Bus) 등으로 이루어진다.

메모리 카드 인터페이스(130)는, 프로세서(110)와 기록 매체인 메모리 카드(136) 사이의 데이터 전송을 중개한다. 메모리 카드(136)에는, 화상 처리 장치(100)에서 실행되는 제어 프로그램(150) 등이 저장된 상태로 유통하고, 메모리 카드 인터페이스(130)는, 이 메모리 카드(136)로부터 제어 프로그램을 독출한다. 메모리 카드(136)는, SD(Secure Digital) 등의 범용적인 반도체 기억 디바이스나, 플렉서블 디스크(Flexible Disk) 등의 자기 기록 매체나, CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory) 등의 광학 기록 매체 등으로 이루어진다. 혹은, 통신 인터페이스(128)를 통해, 분배 서버 등으로부터 다운로드한 프로그램을 화상 처리 장치(100)에 인스톨해도 된다.

상술한 바와 같은 범용적인 컴퓨터 아키텍처에 따른 구조를 갖는 컴퓨터를 이용하는 경우에는, 본 실시형태에 따른 기능을 제공하기 위한 어플리케이션에 더하여, 컴퓨터의 기본적인 기능을 제공하기 위한 OS(Operating System)가 인스톨되어 있어도 된다. 이 경우에는, 본 실시형태에 따른 제어 프로그램은, OS의 일부로서 제공되는 프로그램 모듈 중 필요한 모듈을 소정의 순서 및/또는 타이밍에 호출하여 처리를 실행하는 것이어도 된다.

나아가 본 실시형태에 따른 제어 프로그램은, 다른 프로그램의 일부에 조립되어 제공되는 것이어도 된다. 그 경우에도, 프로그램 자체에는, 상기와 같은 조합되는 다른 프로그램에 포함되는 모듈을 포함하지 않고, 이러한 다른 프로그램과 협동하여 처리가 실행된다. 즉, 본 실시형태에 따른 제어 프로그램으로서는, 이러한 다른 프로그램에 조립된 형태이어도 된다.

또, 대체적으로, 제어 프로그램의 실행에 의해 제공되는 기능의 일부 혹은 전부를 전용의 하드웨어 회로로서 실장해도 된다.

(D2. 컨트롤러(200)의 하드웨어 구성)

도 5는, 컨트롤러(200)의 하드웨어 구성을 나타내는 모식도이다. 도 5를 참조하여, 컨트롤러(200)는, 주제어 유닛(210)을 포함한다. 도 5에는, 3축의 서보 모터(410X, 410Y, 410θ)가 도시되어 있고, 이 축수에 따른 수의 서보 드라이버(402X, 402Y, 402θ)가 설치된다.

주제어 유닛(210)은, 칩 세트(212)와, 프로세서(214)와, 비휘발성 메모리(216)와, 주메모리(218)와, 시스템 클록(220)과, 메모리 카드 인터페이스(222)와, 통신 인터페이스(228)와, 내부 버스 컨트롤러(230)와, 필드 버스 컨트롤러(238)를 포함한다. 칩 세트(212)와 다른 컴포넌트의 사이는, 각종 버스를 통해 각각 결합되어 있다.

프로세서(214) 및 칩 세트(212)는, 전형적으로는, 범용적인 컴퓨터 아키텍처에 따른 구성을 가지고 있다. 즉, 프로세서(214)는, 칩 세트(212)로부터 내부 클록에 따라 순차 공급되는 명령 코드를 해석하여 실행한다. 칩 세트(212)는, 접속되어 있는 각종 컴포넌트와의 사이에서 내부적인 데이터를 교환함과 아울러, 프로세서(214)에 필요한 명령 코드를 생성한다. 시스템 클록(220)은, 미리 정해진 주기의 시스템 클록을 발생하여 프로세서(214)에 제공한다. 칩 세트(212)는, 프로세서(214)에서의 연산 처리의 실행 결과 얻어진 데이터 등을 캐시하는 기능을 가진다.

주제어 유닛(210)은, 기억 수단으로서, 비휘발성 메모리(216) 및 주메모리(218)를 가진다. 비휘발성 메모리(216)는, OS, 시스템 프로그램, 사용자 프로그램, 데이터 정의 정보, 로그 정보 등을 비휘발적으로 보유한다. 주메모리(218)는, 휘발성의 기억 영역으로, 프로세서(214)에서 실행되어야 할 각종 프로그램을 보유함과 아울러, 각종 프로그램의 실행시의 작업용 메모리로서도 사용된다.

주제어 유닛(210)은, 통신 수단으로서, 통신 인터페이스(228)와, 내부 버스 컨트롤러(230)와, 필드 버스 컨트롤러(238)를 가진다. 이들 통신 회로는, 데이터의 송신 및 수신을 행한다.

통신 인터페이스(228)는, 화상 처리 장치(100)와의 사이에서 데이터를 교환한다.

내부 버스 컨트롤러(230)는, 내부 버스(226)를 통한 데이터의 교환을 제어한다. 보다 구체적으로는, 내부 버스 컨트롤러(230)는, 버퍼 메모리(236)와, DMA(Dynamic Memory Access) 제어 회로(232)와, 내부 버스 제어 회로(234)를 포함한다.

메모리 카드 인터페이스(222)는, 주제어 유닛(210)에 대해 착탈 가능한 메모리 카드(224)와 프로세서(214)를 접속한다.

필드 버스 컨트롤러(238)는, 필드 네트워크에 접속하기 위한 통신 인터페이스이다. 컨트롤러(200)는, 필드 버스 컨트롤러(238)를 통해 서보 드라이버(402)(예를 들어, 서보 드라이버(402X, 402Y, 402θ))와 접속된다. 이러한 필드 네트워크에는, 예를 들어 EtherCAT(등록상표), EtherNet/IP(등록상표), CompoNet(등록상표) 등이 채용된다.

<E. 제어 파라미터(262)의 조정 처리>

도 6 및 도 7을 참조하여, 조정부(264)에 의한 제어 파라미터(262)의 조정 흐름에 대해 설명한다.

도 6은, 제어 파라미터(262)의 조정 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 6에 도시된 처리는, 컨트롤러(200)의 프로세서(214)가 조정부(264)로서 기능함으로써 실현된다. 다른 국면에서, 도 6에 도시된 처리의 일부 또는 전부가, 회로 소자 또는 그 밖의 하드웨어에 의해 실행되어도 된다.

도 6에 도시된 처리는, 어떤 축방향에 대한 제어 흐름을 나타낸다. 실제로는, 도 6에 도시된 각 처리는, 축방향만큼 병렬로 실행된다.

단계 S110에서, 조정부(264)는, 초기화 처리를 실행한다. 일례로서, 프로세서(214)는, 계측 시간(t)을 0으로 초기화하고, 피드백값을 기억하기 위한 변수(PV_n _-1)를 0으로 초기화한다. 여기서 말하는 「피드백값」이란, 도 1의 예에서는 인코더(450)에 의해 검출된 인코더값(PV_m)에 상당하고, 도 2의 예에서는 시각 센서(50)에 의해 계측된 실제 위치(PV_v)에 상당한다.

단계 S112에서, 조정부(264)는, 하기 (식 1)에 따라, 서보 드라이버(402)에 출력하기 위한 이동 지령(MV_n)을 생성하고, 이동 지령(MV_n)을 서보 드라이버(402)에 출력한다.

MV_n=R_mv*t …(식 1)

단계 S114에서, 조정부(264)는, 이동 지령(MV_n)의 응답으로서 피드백값(PV_n)을 취득한다. 상술한 바와 같이, 「피드백값」이란, 도 1의 예에서는 인코더(450)에 의해 검출된 인코더값(PV_m)에 상당하고, 도 2의 예에서는 시각 센서(50)에 의해 계측된 실제 위치(PV_v)에 상당한다.

단계 S120에서, 조정부(264)는, 하기 (식 2)에 따라, 피드백값(PV_n)의 시간당 변화율이 현시점에서의 최대 변화율(R_max)을 초과하는지 여부를 판단한다. 보다 구체적으로는, 조정부(264)는, 이번 피드백값(PV_n)에서 전회의 피드백값(PV_n-1)을 차분하고, 이 차분 결과를 제어 주기(Ts)로 나누어, 이 나눗셈 결과가 현시점에서의 최대 변화율(R_max)을 초과하는지 여부를 판단한다.

(PV_n-PV_n _-1)/Ts>R_max …(식 2)

조정부(264)는, 피드백값(PV_n)의 시간당 변화율이 현시점에서의 최대 변화율(R_max)을 초과한다고 판단한 경우(단계 S120에서 YES), 제어를 단계 S122로 전환한다. 그렇지 않은 경우에는(단계 S120에서 NO), 조정부(264)는, 제어를 단계 S130으로 전환한다.

단계 S122에서, 조정부(264)는, 하기 (식 3)에 따라, 현시점에서 기록되어 있는 최대 변화율(R_max)을 새로 갱신된 최대 변화율로 고쳐 쓴다.

R_max=(PV_n-PV_n _-1)/Ts …(식 3)

또한, 조정부(264)는, 최대 변화율(R_max)이 출현한 시점에서의 피드백값(PV_n)을 피드백값(PV_r)으로서 기억한다. 또한, 조정부(264)는, 최대 변화율(R_max)이 출현한 시간을 시간(T_r)으로서 기억한다. 단계 S122에서 기억되는 각종 정보는, 예를 들어, 컨트롤러(200)의 기억부(예를 들어, 비휘발성 메모리(216) 또는 주메모리(218)(도 5 참조))에 저장한다.

단계 S124에서, 조정부(264)는, 이번 피드백값(PV_n)으로 전회의 피드백값(PV_n-1)을 갱신한다. 또한, 조정부(264)는, 계측 시간(t)에 제어 주기(Ts)를 가산하여, 계측 시간(t)을 갱신한다.

단계 S130에서, 조정부(264)는, 피드백값의 계측을 종료하는지 여부를 판단한다. 일례로서, 조정부(264)는, 미리 정해진 계측 종료 조건이 만족한 경우에, 피드백값의 계측을 종료한다고 판단한다. 어떤 국면에서, 계측 종료 조건은, 단계 S130의 처리의 실행 횟수가 미리 정해진 횟수에 도달한 경우에 만족한다. 다른 국면에서, 계측 종료 조건은, 최대 변화율(R_max)이 일정값으로 수렴된 경우에 만족한다. 조정부(264)는, 피드백값의 계측을 종료한다고 판단한 경우(단계 S130에서 YES), 제어를 단계 S140으로 전환한다. 그렇지 않은 경우에는(단계 S130에서 NO), 조정부(264)는, 제어를 단계 S112로 되돌린다.

도 7은, 이동 기구(400)에 입력된 이동 지령(MV_n)과, 그 응답으로서 이동 기구(400)로부터 출력되는 피드백값(PV_n)의 관계를 시간축상에 나타내는 도면이다.

단계 S112의 처리가 반복됨으로써, 도 7에 도시된 램프 형상의 이동 지령(MV_n)이 서보 드라이버(402)에 입력되게 된다. 또, 이동 지령(MV_n)이 위치 지령인 경우에는, 서보 드라이버(402)에 입력되는 이동 지령(MV_n)은, 도 7에 도시된 바와 같은 램프 형상이 되지만, 이동 지령(MV_n)이 속도 지령인 경우에는, 서보 드라이버(402)에 입력되는 이동 지령(MV_n)은 일정값이 된다.

조정부(264)는, 미리 정해진 이동 지령(MV_n)을 이동 기구(400)에 순차 출력하여 얻어진 피드백값(PV_n)의 추이에 기초하여, 피드백 제어부(254)에 관한 제어 파라미터(262)(예를 들어, 비례 게인(Kp))를 조정한다.

보다 구체적으로는, 단계 S140에서, 조정부(264)는, 하기 (식 4)에 따라, 정상 게인(K)을 산출한다.

K=R_max/R_mv …(식 4)

(식 4)에 나타나는 「R_max」는, 단계 S122에서 기억된 최대 변화율에 상당한다. 「R_mv」는, 이동 지령(MV_n)의 추이에서의 기울기(즉, 변화율)를 나타낸다.

단계 S142에서, 조정부(264)는, 피드백 제어부(254)의 제어 대상의 지연 시간을 산출한다. 「지연 시간」이란, 피드백 제어부(254)의 제어 대상에 대해 이동 지령을 부여하고 나서, 그 이동 지령에 따른 출력이 나타나기까지의 시간을 나타낸다. 피드백 제어부(254)의 제어 대상은, 도 1에 도시된 제어 시스템(1)의 예에서는, 이동 기구(400)와 인코더(450)를 포함하는 제어계를 가리킨다. 한편, 피드백 제어부(254)의 제어 대상은, 도 2에 도시된 제어 시스템(1)의 예에서는, 시각 센서(50)와 이동 기구(400)와 인코더(450)를 포함하는 제어계를 가리킨다.

조정부(264)는, 피드백값(PV_n)의 추이에서 최대 변화율(R_max)이 출현한 시간(T_r)과, 최대 변화율(R_max)에 기초하여, 피드백 제어부(254)에 의한 제어 대상의 지연 시간(L)을 산출한다. 일례로서, 지연 시간(L)은, 하기 (식 5)에 기초하여 산출된다.

L=T_r-PV_r/R_max …(식 5)

단계 S144에서, 조정부(264)는, 단계 S140에서 산출한 정상 게인(K)과, 단계 S142에서 산출한 지연 시간(L)에 기초하여, 비례 게인(Kp)을 산출한다. 비례 게인(Kp)은, 예를 들어, 하기 (식 6)에 기초하여 산출된다.

Kp=α/(K·L) …(식 6)

(식 6)에 나타나는 「α」는, 미리 정해진 계수이다. (식 6)에 나타나는 바와 같이, 지연 시간(L)이 길수록, 조정부(264)는 비례 게인(Kp)을 작게 한다. 다른 말로 하면, 지연 시간(L)이 짧을수록, 조정부(264)는 비례 게인(Kp)을 크게 한다. 또한, 정상 게인이 클수록, 조정부(264)는 비례 게인(Kp)을 작게 한다. 다른 말로 하면, 정상 게인이 작을수록, 조정부(264)는 비례 게인(Kp)을 크게 한다.

단계 S146에서, 조정부(264)는, 단계 S144에서 산출한 비례 게인(Kp)을 피드백 제어부(254)의 제어 파라미터(262)로서 설정한다.

또, 상술에서는, 단계 S140에서 정상 게인(K)이 산출되는 예에 대해 설명을 하였지만, 도 1에 도시된 제어 시스템(1)과 같이, 입력값으로서의 이동 지령(MV)과, 출력값으로서의 피드백값(PV_n)이 정상적으로 일치하는 경우에는, 정상 게인(K)이 1이 되므로, 단계 S140의 처리는 생략되어도 된다. 「K=1」이 되는 경우, 비례 게인(Kp)은, 상기 (식 6)에 나타나는 바와 같이, 지연 시간(L)에 기초하여 정해진다. 또한, 「K=1」이 되는 경우, 지연 시간(L)은, 하기 (식 7)에 기초하여 산출된다.

L=T_r-PV_r/R_mv …(식 7)

또한, 도 6의 예에서는, 단계 S110에서, 피드백값(PV_n-1)의 초기값이 0으로 설정되는 예에 대해 설명을 하였지만, 피드백값(PV_n-1)의 초기값은, 반드시 0으로 설정될 필요는 없다. 일례로서, 피드백값의 초기값이 일정값(PV0)으로 안정되어 있는 경우에는, 지연 시간(L)은, 하기 (식 8)에 기초하여 산출된다.

L=T_r-(PV_r-PV0)/R_max …(식 8)

또한, 도 6의 예에서는, 피드백값(PV_n)의 최대 변화율(R_max)이 단계 S122에서 순차 갱신되는 예에 대해 설명을 하였지만, 조정부(264)는, 단계 S114에서 계측된 피드백값(PV_n)을 모두 기억해 두고, 기억된 모든 피드백값(PV_n)으로부터 최대 변화율(R_max)을 산출해도 된다.

<F. 제어 파라미터(262)의 최적화 처리>

도 8을 참조하여, 상기 「E. 제어 파라미터(262)의 조정 처리」에서 결정된 제어 파라미터(262)의 최적화 처리에 대해 설명한다.

도 8은, 제어 파라미터(262)의 최적화 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 8에 도시된 처리는, 컨트롤러(200)의 프로세서(214)가 조정부(264)로서 기능함으로써 실현된다. 다른 국면에서, 도 8에 도시된 처리의 일부 또는 전부가, 회로 소자 또는 그 밖의 하드웨어에 의해 실행되어도 된다.

이하에서는, 상기 「E. 제어 파라미터(262)의 조정 처리」에서 결정된 제어 파라미터(262)를 「기준의 비례 게인(Kp)」이라고도 한다.

단계 S150에서, 조정부(264)는, 기준의 비례 게인(Kp)에 곱하는 배율(β(i))을 취득한다. 배율(β(i))은, 미리 정해져 있어도 되고, 사용자에 의해 임의로 설정되어도 된다. 배율(β(i))은, 예를 들어, 변수 「β(1)~β(n)」를 관리하는 배열 데이터이다.

단계 S152에서, 조정부(264)는, 변수(i)를 1로 초기화한다.

단계 S154에서, 조정부(264)는, 기준의 비례 게인(Kp)에 배율(β(i))을 곱하여, 설정 후보의 비례 게인(Kp(i))을 생성한다.

단계 S156에서, 조정부(264)는, 단계 S154에서 생성한 설정 후보의 비례 게인(Kp(i))을 피드백 제어부(254)에 설정함과 아울러, 소정의 정렬 처리를 피드백 제어부(254)에 실행시킨다. 일례로서, 이러한 소정의 정렬 처리는, 미리 정해진 개시 위치로부터 미리 정해진 목표 위치(SP)까지 가공물(W)를 이동하는 처리이다. 이 때, 조정부(264)는, 미리 정해진 개시 위치로부터 미리 정해진 목표 위치(SP)까지 가공물(W)를 이동하기까지 필요로 하는 정렬 시간(Ta(i))을 계측해 둔다.

단계 S158에서, 조정부(264)는, 단계 S156에서 계측된 정렬 시간(Ta(i))을 컨트롤러(200)의 기억부(예를 들어, 비휘발성 메모리(216) 또는 주메모리(218)(도 5 참조))에 저장한다.

단계 S160에서, 조정부(264)는, 변수(i)를 증가시킨다. 즉, 조정부(264)는, 변수(i)에 1을 가산한다.

단계 S170에서, 조정부(264)는, 변수(i)가 소정값(n)보다 작은지 여부를 판단한다. 소정값(n)은, 단계 S154, S156, S158, S160의 실행 횟수를 나타내고, 미리 규정되어 있다. 조정부(264)는, 변수(i)가 소정값(n)보다 작다고 판단한 경우(단계 S170에서 YES), 제어를 단계 S154로 되돌린다. 그렇지 않은 경우에는(단계 S170에서 NO), 조정부(264)는, 제어를 단계 S172로 전환한다.

단계 S172에서, 조정부(264)는, 제어 파라미터 후보(Kp(i)) 중, 정렬 시간(Ta(i))이 최단이 되는 제어 파라미터 후보를 최적 결과로서의 제어 파라미터(262)로서 선택한다.

이상과 같이, 조정부(264)는, 미리 정해진 배율(β(i)) 각각을 기준의 비례 게인(Kp)에 곱함으로써 제어 파라미터 후보(Kp(i))를 생성한다. 그리고, 조정부(264)는, 제어 파라미터 후보(Kp(i)) 각각을 피드백 제어부(254)의 제어 파라미터(262)에 순차 설정함과 아울러, 각 제어 파라미터 후보에 대해, 가공물(W)를 소정 위치에서 목표 위치(SP)로 이동하기까지 필요로 한 정렬 시간(Ta(i))을 계측한다. 그 후, 조정부(264)는, 제어 파라미터 후보(Kp(i)) 중, 정렬 시간(Ta(i))이 최단이 되는 제어 파라미터 후보를 최적화 결과로서의 제어 파라미터(262)로서 선택한다. 이에 의해, 조정부(264)는, 상기 「E. 제어 파라미터(262)의 조정 처리」에서 결정된 제어 파라미터(262)를 더욱 최적화할 수 있다.

또, 도 8의 예에서는, 정렬 시간(Ta(i))이 최단이 되는 제어 파라미터 후보를 최적화 결과로서 선택하는 예에 대해 설명을 하였지만, 그 밖의 평가 지표에 기초하여, 제어 파라미터(262)가 최적화되어도 된다. 일례로서, 조정부(264)는, 각 제어 파라미터 후보에 대해 최대 오버 슛 거리를 산출하고, 최대 오버 슛 거리가 최소가 되는 제어 파라미터 후보를 최적화 결과로서 선택해도 된다. 혹은, 조정부(264)는, 각 제어 파라미터 후보에 대해 이동 거리를 산출하고, 이동 거리가 최소가 되는 제어 파라미터 후보를 최적화 결과로서 선택해도 된다.

<G. 추정 위치(PV)의 결정 처리>

도 9는, 도 1에 도시된 위치 결정부(252)에 의한 추정 위치(PV)의 결정 처리를 나타내는 흐름도이다. 이하에서는, 도 9를 참조하여, 위치 결정부(252)에 의한 추정 위치(PV)의 결정 처리에 대해 설명한다.

단계 S421에서, 위치 결정부(252)는, 시각 센서(50)로부터 실제 위치(PV_v)가 얻어져 있는지 여부를 검출한다. 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)가 얻어져 있는 시각이면(단계 S421에서 YES), 제어를 단계 S422로 전환한다. 그렇지 않은 경우에는(단계 S421에서 NO), 위치 결정부(252)는, 제어를 단계 S427로 전환한다.

단계 S422에서, 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)가 정상값인지 여부를 판단한다. 예를 들어, 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)가 소정 범위 내의 값이면 정상값이라고 판단한다. 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)가 정상값이라고 판단한 경우(단계 S422에서 YES), 제어를 단계 S423으로 전환한다. 그렇지 않은 경우에는(단계 S427에서 NO), 위치 결정부(252)는, 제어를 단계 S427로 전환한다.

단계 S423에서, 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)의 입력을 접수한다. 단계 S424에서, 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)의 입력을 접수하면, 그 실제 위치(PV_v)의 산출원이 되는 촬상 시각의 인코더값(PV_ms)의 추정을 행한다. 또, 촬상부(52)의 노광 시간이 긴 경우, 촬상 시각은, 예를 들어, 노광 개시 시각(촬상부(52)의 셔터가 개방이 되는 시각)과 노광 종료 시각(촬상부(52)의 셔터가 폐쇄가 되는 시각)의 중간 시각에 의해 설정된다.

단계 S425에서, 위치 결정부(252)는, 동시각의 실제 위치(PV_v) 및 인코더값(PV_m)과, 그 실제 위치(PV_v)의 산출원이 되는 촬상 시각의 인코더값(PV_ms)을 이용하여, 추정 위치(PV)를 산출한다. 보다 구체적으로는, 단계 S425에서는, 위치 결정부(252)는, 다음 (식 9)를 이용하여 추정 위치(PV)를 산출한다.

PV=PV_v+(PV_m-PV_ms) …(식 9)

단계 S426에서, 위치 결정부(252)는, 산출한 추정 위치(PV)를 피드백 제어부(254)에 출력한다. 또한, 위치 결정부(252)는, 이 추정 위치(PV)를 참조 추정 위치(PV_p)로 하고, 이 시각의 인코더값(PV_m)을 참조 인코더값(PV_mp)으로서 기억한다.

단계 S427에서, 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)의 출력이 1회 이상인지 여부를 판단한다. 위치 결정부(252)는, 실제 위치(PV_v)의 출력이 1회 이상이라고 판단한 경우(단계 S427에서 YES), 제어를 단계 S428로 전환한다. 그렇지 않은 경우에는(단계 S427에서 NO), 프로세서(214)는, 제어를 단계 S426으로 전환한다.

단계 S428에서, 위치 결정부(252)는, 인코더값(PV_m), 참조 추정 위치(PV_p) 및 참조 인코더값(PV_mp)을 이용하여, 추정 위치(PV)를 산출한다. 보다 구체적으로는, 단계 S428에서는, 위치 결정부(252)는, 다음 (식 10)을 이용하여 추정 위치(PV)를 산출한다.

PV=PV_p+PV_m-PV_mp …(식 10)

<H. 부기>

이상과 같이, 본 실시형태는 이하와 같은 개시를 포함한다.

[구성 1]

대상물을 이동시키기 위한 이동 기구(400)와,

촬상 지시를 접수한 것에 기초하여 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 계측하기 위한 시각 센서(50)와,

상기 촬상 지시가 상기 시각 센서(50)에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구(400)의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하기 위한 검출부(450)와,

상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하기 위한 위치 결정부(252)와,

설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구(400)에 출력하는 피드백 제어부(254)와,

미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구(400)에 순차 출력하여 상기 검출부(450)로부터 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하기 위한 조정부(264)를 구비하는, 제어 시스템(1).

[구성 2]

대상물을 이동시키기 위한 이동 기구(400)와,

상기 촬상 지시가 상기 시각 센서(50)에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다, 소정의 제어 파라미터에 따라, 상기 실제 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 생성하고, 그 이동 지령을 상기 이동 기구(400)에 출력하는 피드백 제어부(254)와,

미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구(400)에 순차 출력하여 상기 시각 센서(50)로부터 얻어지는 피드백값으로서의 실제 위치의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하기 위한 조정부(264)를 구비하는, 제어 시스템(1).

[구성 3]

상기 조정부(264)는,

상기 추이에 기초하여 결정된 상기 제어 파라미터의 값을 기준으로 하여, 상기 피드백 제어부(254)에 설정될 수 있는 복수의 제어 파라미터 후보를 생성하고,

상기 복수의 제어 파라미터 후보 각각을 상기 피드백 제어부(254)에 순차 설정함과 아울러, 각 제어 파라미터 후보에 대해, 상기 대상물을 소정 위치에서 상기 목표 위치로 이동하기까지 필요로 한 정렬 시간을 계측하며,

상기 복수의 제어 파라미터 후보 중, 상기 정렬 시간이 최단이 되는 제어 파라미터 후보를 최적화 결과로서의 상기 제어 파라미터로서 선택하는, 구성 1 또는 2에 기재된 제어 시스템(1).

[구성 4]

상기 조정부(264)는, 미리 정해진 복수의 배율 각각을 상기 기준의 제어 파라미터에 곱함으로써, 상기 복수의 제어 파라미터 후보를 생성하는, 구성 3에 기재된 제어 시스템(1).

[구성 5]

상기 조정부(264)는,

상기 추이에서의 단위시간당 최대 변화율을 산출하고,

상기 추이에서 상기 최대 변화율이 나타나는 시점과, 상기 최대 변화율에 기초하여, 상기 피드백 제어부(254)에 의한 제어 대상의 지연 시간을 산출하며,

상기 지연 시간에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 결정하는, 구성 1~4 중 어느 하나에 기재된 제어 시스템(1).

[구성 6]

상기 제어 파라미터는, 상기 피드백 제어부(254)의 비례 제어에 이용되는 비례 게인을 포함하는, 구성 1~5 중 어느 하나에 기재된 제어 시스템(1).

[구성 7]

대상물을 이동시키기 위한 이동 기구(400)의 제어 방법으로서,

촬상 지시를 시각 센서(50)에 출력함으로써 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 상기 시각 센서(50)에 계측시키는 단계와,

상기 촬상 지시가 상기 시각 센서(50)에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구(400)의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하는 단계와,

상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하는 단계와,

설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구(400)에 출력하는 단계와,

미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구(400)에 순차 출력하여 상기 검출하는 단계에서 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하는 단계를 구비하는, 제어 방법.

[구성 8]

대상물을 이동시키기 위한 이동 기구(400)의 제어 프로그램으로서,

상기 제어 프로그램은, 상기 이동 기구(400)를 제어하기 위한 컨트롤러로 하여금,

미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구(400)에 순차 출력하여 상기 검출하는 단계에서 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하는 단계를 실행시키게 하는, 제어 프로그램.

여기에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 제어 시스템, 4, 7 베이스 플레이트, 6, 9 볼 나사, 12 특징 부분, 50 시각 센서, 52 촬상부, 54 화상 처리부, 100 화상 처리 장치, 102, 104 카메라, 110, 214 프로세서, 112 RAM, 114 표시 컨트롤러, 116 시스템 컨트롤러, 118 I/O 컨트롤러, 120 하드 디스크, 122 카메라 인터페이스, 122a 화상 버퍼, 124 입력 인터페이스, 126 컨트롤러 인터페이스, 128, 228 통신 인터페이스, 130, 222 메모리 카드 인터페이스, 132 표시부, 134 키보드, 136, 224 메모리 카드, 150 제어 프로그램, 210 주제어 유닛, 212 칩 세트, 216 비휘발성 메모리, 218 주메모리, 220 시스템 클록, 226 내부 버스, 230 내부 버스 컨트롤러, 232 제어 회로, 234 내부 버스 제어 회로, 236 버퍼 메모리, 238 필드 버스 컨트롤러, 252 위치 결정부, 254 피드백 제어부, 256 감산부, 258 곱셈부, 262 제어 파라미터, 264 조정부, 400 이동 기구, 402, 402X, 402Y 서보 드라이버, 410, 410X, 410Y 서보 모터, 420 스테이지, 450 인코더.

Claims

대상물을 이동시키기 위한 이동 기구와,
촬상 지시를 접수한 것에 기초하여 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 계측하기 위한 시각 센서와,
상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하기 위한 검출부와,
상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하기 위한 위치 결정부와,
설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구에 출력하는 피드백 제어부와,
미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 검출부로부터 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하기 위한 조정부를 구비하는, 제어 시스템.
대상물을 이동시키기 위한 이동 기구와,
촬상 지시를 접수한 것에 기초하여 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 계측하기 위한 시각 센서와,
상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다, 소정의 제어 파라미터에 따라, 상기 실제 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 생성하고, 그 이동 지령을 상기 이동 기구에 출력하는 피드백 제어부와,
미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 시각 센서로부터 얻어지는 피드백값으로서의 실제 위치의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하기 위한 조정부를 구비하는, 제어 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 조정부는,
상기 추이에 기초하여 결정된 상기 제어 파라미터의 값을 기준으로 하여, 상기 피드백 제어부에 설정될 수 있는 복수의 제어 파라미터 후보를 생성하고,
상기 복수의 제어 파라미터 후보 각각을 상기 피드백 제어부에 순차 설정함과 아울러, 각 제어 파라미터 후보에 대해, 상기 대상물을 소정 위치에서 상기 목표 위치로 이동하기까지 필요로 한 정렬 시간을 계측하며,
상기 복수의 제어 파라미터 후보 중, 상기 정렬 시간이 최단이 되는 제어 파라미터 후보를 최적화 결과로서의 상기 제어 파라미터로서 선택하는, 제어 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 조정부는, 미리 정해진 복수의 배율 각각을 상기 기준의 제어 파라미터에 곱함으로써, 상기 복수의 제어 파라미터 후보를 생성하는, 제어 시스템.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조정부는,
상기 추이에서의 단위시간당 최대 변화율을 산출하고,
상기 추이에서 상기 최대 변화율이 나타나는 시점과, 상기 최대 변화율에 기초하여, 상기 피드백 제어부에 의한 제어 대상의 지연 시간을 산출하며,
상기 지연 시간에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 결정하는, 제어 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 파라미터는, 상기 피드백 제어부의 비례 제어에 이용되는 비례 게인을 포함하는, 제어 시스템.
대상물을 이동시키기 위한 이동 기구의 제어 방법으로서,
촬상 지시를 시각 센서에 출력함으로써 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 상기 시각 센서에 계측시키는 단계와,
상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하는 단계와,
상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하는 단계와,
설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구에 출력하는 단계와,
미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 검출하는 단계에서 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하는 단계를 구비하는, 제어 방법.
대상물을 이동시키기 위한 이동 기구의 제어 프로그램으로서,
상기 제어 프로그램은, 상기 이동 기구를 제어하기 위한 컨트롤러로 하여금,
촬상 지시를 시각 센서에 출력함으로써 상기 대상물을 촬상하고, 촬상에 의해 얻어진 화상으로부터 상기 대상물의 실제 위치를 상기 시각 센서에 계측시키는 단계와,
상기 촬상 지시가 상기 시각 센서에 출력되는 간격보다 짧은 미리 정해진 제어 주기마다 상기 이동 기구의 위치에 관한 위치 관련 정보를 검출하는 단계와,
상기 실제 위치와 상기 위치 관련 정보에 기초하여, 현시점에서의 상기 대상물의 추정 위치를 상기 제어 주기마다 결정하는 단계와,
설정되어 있는 제어 파라미터에 따라, 상기 추정 위치를 상기 대상물의 목표 위치에 맞추기 위한 이동 지령을 상기 제어 주기마다 생성하고, 그 이동 지령을 상기 제어 주기마다 상기 이동 기구에 출력하는 단계와,
미리 정해진 이동 지령을 상기 이동 기구에 순차 출력하여 상기 검출하는 단계에서 얻어지는 피드백값으로서의 위치 관련 정보의 추이에 기초하여, 상기 제어 파라미터를 조정하는 단계를 실행시키게 하는, 제어 프로그램.