JP2007064698A - 画像処理装置および画像処理装置のキャリブレーション方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ワークサイズに合わせて、ワークを撮影するカメラをカメラテーブルに設置した自動化機器では、カメラ位置を知ることが出来ないため、移動した位置でＸＹθテ−ブルとの位置関係を都度キャリブレーションする必要がある。
【解決手段】 カメラ１１を設置したカメラテーブル１２の角度およびカメラ位置を、ＸＹθテーブル１５の座標系に変換することにより、カメラ１１をワークサイズにあわせて移動させても、精度良くアライメントすることが可能となる。
【選択図】図１
【解決手段】 カメラ１１を設置したカメラテーブル１２の角度およびカメラ位置を、ＸＹθテーブル１５の座標系に変換することにより、カメラ１１をワークサイズにあわせて移動させても、精度良くアライメントすることが可能となる。
【選択図】図１
Description
本発明は、ワークの位置をアライメントさせるためのＸＹθテーブル（アライメントテーブル）の位置を精度良く較正（キャリブレーション）するための画像処理装置およびこれを備えた自動化機器に関する。
画像処理装置を備え、これを使って作業対象となるワークの位置決め等を行う自動化機器は、ワークをアライメントさせるためのＸＹθテーブルと、ワークを撮影するカメラとから構成さている。そして、ＸＹθテーブルは、一般的にＸ軸、Ｙ軸およびこれらの上にありワークを回転させるためのθ軸とから構成される。
上記自動化機器においては、正確なカメラ位置を知ることが出来ないため、画像処理前に、ＸＹθテーブルと、カメラとの位置関係をキャリブレーションする必要がある。
上記自動化機器においては、正確なカメラ位置を知ることが出来ないため、画像処理前に、ＸＹθテーブルと、カメラとの位置関係をキャリブレーションする必要がある。
ＸＹθテーブルの移動距離の校正をするため、画像処理装置の基本分解能である画素サイズのキャリブレーションは、以下の手順で行われる。
（１）ＸＹθテーブルのＸ軸またはＹ軸のいずれか１軸のみを用い、画像処理装置で認識可能なキャリブレーションマークをカメラの視野内で移動させる。
（２）画像処理装置でキャリブレーションマークを認識する。
（３）その位置データとＸＹθテーブルの軸（Ｘ軸またはＹ軸）の移動距離から、ＸＹθテーブルの移動距離の校正量を演算で求める。
（２）画像処理装置でキャリブレーションマークを認識する。
（３）その位置データとＸＹθテーブルの軸（Ｘ軸またはＹ軸）の移動距離から、ＸＹθテーブルの移動距離の校正量を演算で求める。
また、θ軸を持ったＸＹθテーブルにおいて、画像処理装置により計測したワークの位置データをもとに回転校正を行うには、θ軸の回転中心位置を求める必要がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１９９７０４号公報（第２、３頁）
近年の自動化機器においては、多種サイズのワークに対応するため、カメラテーブル上にカメラが設けられ、ワークのサイズが変わると、カメラをワークに対応したキャリブレーションマークの位置に移動させている。
しかし、ＸＹθテーブルに対して、カメラの傾き、およびカメラの取り付けられたカメラテーブルの移動軸の傾きなどの機械的な誤差が存在するため、カメラを移動させると、その正確な位置がわからなくなるという問題があった。
すなわち従来は、キャリブレーションの基準となるＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系とが一致せず、キャリブレーションの精度が良くならないという問題があった。
しかし、ＸＹθテーブルに対して、カメラの傾き、およびカメラの取り付けられたカメラテーブルの移動軸の傾きなどの機械的な誤差が存在するため、カメラを移動させると、その正確な位置がわからなくなるという問題があった。
すなわち従来は、キャリブレーションの基準となるＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系とが一致せず、キャリブレーションの精度が良くならないという問題があった。
加えて、この影響をキャンセルするために、サイズの異なるワークが載置されるたびにカメラをキャリブレーションマークの位置に移動させ、上記キャリブレーションを行っていた。ワークサイズが異なれば、キャリブレーションマークの位置が異なるので、これを認識するカメラの位置が変わり、校正値も変わってしまうからである。すなわち、ワークが変わるたびにキャリブレーションを行っていたので、作業効率が上がらないという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ＸＹθテーブルに対するカメラの傾きまたは、カメラの取り付けられたカメラテーブルの移動軸の傾きを考慮したキャリブレーションを行うことにより、キャリブレーションの精度の良い画像処理装置と共に、作業効率の良い自動化機械を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、ワークが載置されるアライメントテーブルと、前記ワークを撮影するカメラと、前記カメラを移動させるカメラテーブルと、を備えた画像処理装置において、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ１，ｙ１）を計測するステップと、前記アライメントテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ２、ｙ２）を計測するステップと、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ３，ｙ３）を計測するステップと、前記カメラテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークの位置（ｘ４、ｙ４）を計測するステップと、前記計測された位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）に基づいて、ＸＹθテーブル座標系と画像処理装置座標系との位置関係を求めるステップと、を含むことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークに代えて、前記ワークの特定パターンとしたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２記載の画像処理装置のキャリブレーション方法によりキャリブレーションされることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、ワークが載置されるアライメントテーブルと、前記ワークを撮影するカメラと、を備えた画像処理装置において、前記カメラを移動させるカメラテーブルを備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ１，ｙ１）を計測し、前記アライメントテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ２、ｙ２）を計測し、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ３，ｙ３）を計測し、前記カメラテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークの位置（ｘ４、ｙ４）を計測し、前記計測された位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）に基づいて、アライメントテーブルとカメラ位置のキャリブレーションを行うことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４乃至５いずれかに記載の画像処理装置を備えたことを特徴とするものである。
請求項１に記載の発明は、ワークが載置されるアライメントテーブルと、前記ワークを撮影するカメラと、前記カメラを移動させるカメラテーブルと、を備えた画像処理装置において、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ１，ｙ１）を計測するステップと、前記アライメントテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ２、ｙ２）を計測するステップと、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ３，ｙ３）を計測するステップと、前記カメラテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークの位置（ｘ４、ｙ４）を計測するステップと、前記計測された位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）に基づいて、ＸＹθテーブル座標系と画像処理装置座標系との位置関係を求めるステップと、を含むことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークに代えて、前記ワークの特定パターンとしたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２記載の画像処理装置のキャリブレーション方法によりキャリブレーションされることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、ワークが載置されるアライメントテーブルと、前記ワークを撮影するカメラと、を備えた画像処理装置において、前記カメラを移動させるカメラテーブルを備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ１，ｙ１）を計測し、前記アライメントテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ２、ｙ２）を計測し、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ３，ｙ３）を計測し、前記カメラテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークの位置（ｘ４、ｙ４）を計測し、前記計測された位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）に基づいて、アライメントテーブルとカメラ位置のキャリブレーションを行うことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４乃至５いずれかに記載の画像処理装置を備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、ＸＹθテーブルに対するカメラの傾きまたは、カメラの取り付けられたカメラテーブルの移動軸の傾きを考慮したキャリブレーションを行うので、キャリブレーション精度が向上する。
さらに、対象ワークのサイズが変わるたびにキャリブレーションを行う必要がなくなるので、作業効率が向上する。
さらに、対象ワークのサイズが変わるたびにキャリブレーションを行う必要がなくなるので、作業効率が向上する。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の自動化機器の構成図である。
図において、１１はテレビカメラ、１２はカメラを移動させる１軸のカメラテーブル、１３は照明、１４は画像処理装置、１５はＸＹθテーブル、１６はマシンコントローラである。
図において、１１はテレビカメラ、１２はカメラを移動させる１軸のカメラテーブル、１３は照明、１４は画像処理装置、１５はＸＹθテーブル、１６はマシンコントローラである。
テレビカメラ１１はワーク１０を撮影するためのものであり、１軸のカメラテーブル１２に設置されて、ワークサイズにあわせて移動するようになっている。照明１３は、キャリブレーションマークを画像処理装置１４が認識しやすくするためのものである。画像処理装置１４は、テレビカメラ１１からの信号を処理し、マシンコントローラ１６に出力する。ＸＹθテーブル１５は、Ｘテーブル、Ｙテーブル、θテーブルを備えており、これを動かすことにより、載置されたワークをアライメントするものである。マシンコントローラ１６はＸＹθテーブル１５の駆動制御をする。
次に、本発明の画像処理装置におけるキャリブレーション動作について説明する。
本発明の自動化機器は、以下のステップ１〜６に従ってキャリブレーションを行う。
本発明の自動化機器は、以下のステップ１〜６に従ってキャリブレーションを行う。
（ステップ１）本ステップでは、キャリブレーションマークを認識し、キャリブレーションマーク位置（ｘ１，ｙ１）を測定する。
図２はＸＹθテーブル１５を上面より見た図を示している。テーブルに載置されたワーク（図示せず）上にキャリブレーションマーク２１が配置され、その位置はＸＹθテーブル座標系において、（ｘ１，ｙ１）となっている。
図２はＸＹθテーブル１５を上面より見た図を示している。テーブルに載置されたワーク（図示せず）上にキャリブレーションマーク２１が配置され、その位置はＸＹθテーブル座標系において、（ｘ１，ｙ１）となっている。
（ステップ２）本ステップでは、ＸＹθテーブルのＸテーブルを移動させる。キャリブレーションマークは、図３に示すように移動する。さらに、キャリブレーションマークを認識し、キャリブレーションマーク位置（ｘ２，ｙ２）を測定する。
（ステップ３）図４はＸテーブル移動前後のキャリブレーションマークを写したカメラ視野を示すものである。
本ステップでは、画像処理装置が認識したキャリブレーションマーク位置（ｘ１，ｙ１）およびＸＹθテーブル移動後のキャリブレーションマーク位置（ｘ２，ｙ２）とコントローラから得られたテーブルの移動距離とから、キャリブレーションの基準となるＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系との位置関係を求める（図６）。ここでキャリブレーションマーク位置（ｘ１，ｙ１）と（ｘ２，ｙ２）より、ＸＹθテーブルのＸ軸の画像処理座標系のＸ軸に対する角度θ１が求められる。
θ１＝ａｒｃｔａｎ（（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）） （１）
画像処理装置の基本分解能である画素サイズは、この２点間のテーブルの実移動距（Ｌ１）から求められる。
画素サイズ Ｘ＝（Ｌ１×ｃｏｓθ）／（ｘ２−ｘ１） （２）
画素サイズＹも同様に求められる。
図６は求められたθ１をＸＹθテーブル座標系に変換した座標を示し、画像処理の基本分解能である画素サイズのキャリブレーションによるＸＹθテーブルのＸ軸方向移動距離の校正およびＸＹθテーブル１５のＸ軸に対するカメラの取付傾きの校正をすることが出来る。
本ステップでは、画像処理装置が認識したキャリブレーションマーク位置（ｘ１，ｙ１）およびＸＹθテーブル移動後のキャリブレーションマーク位置（ｘ２，ｙ２）とコントローラから得られたテーブルの移動距離とから、キャリブレーションの基準となるＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系との位置関係を求める（図６）。ここでキャリブレーションマーク位置（ｘ１，ｙ１）と（ｘ２，ｙ２）より、ＸＹθテーブルのＸ軸の画像処理座標系のＸ軸に対する角度θ１が求められる。
θ１＝ａｒｃｔａｎ（（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）） （１）
画像処理装置の基本分解能である画素サイズは、この２点間のテーブルの実移動距（Ｌ１）から求められる。
画素サイズ Ｘ＝（Ｌ１×ｃｏｓθ）／（ｘ２−ｘ１） （２）
画素サイズＹも同様に求められる。
図６は求められたθ１をＸＹθテーブル座標系に変換した座標を示し、画像処理の基本分解能である画素サイズのキャリブレーションによるＸＹθテーブルのＸ軸方向移動距離の校正およびＸＹθテーブル１５のＸ軸に対するカメラの取付傾きの校正をすることが出来る。
（ステップ４）本ステップでは、ＸＹθテーブル１５を固定した状態で、カメラを設置したカメラテーブルのみを移動させる。
（ステップ５）図５はカメラテーブル移動前後のキャリブレーションマークを写したカメラ視野を示すものである。
本ステップにおいては、画像処理装置が認識したカメラテーブル移動前のキャリブレーションマーク位置（ｘ３，ｙ３）とカメラテーブル移動後のキャリブレーションマーク位置（ｘ４，ｙ４）とから、ＸＹθテーブル１５のＸ軸に対するカメラテーブルの移動軸の傾きを求める。
θ２＝ａｒｃｔａｎ（（ｙ４−ｙ３）／（ｘ４−ｘ３）） （３）
図７はステップ２で求められたＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系との位置関係（図６）に対し、本ステップで求められたカメラテーブルの移動軸の傾きを考慮して校正した画像処理装置座標系を示す。
図に示すように、キャリブレーションの基準となるＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系との位置関係が明らかとなる。
本ステップにおいては、画像処理装置が認識したカメラテーブル移動前のキャリブレーションマーク位置（ｘ３，ｙ３）とカメラテーブル移動後のキャリブレーションマーク位置（ｘ４，ｙ４）とから、ＸＹθテーブル１５のＸ軸に対するカメラテーブルの移動軸の傾きを求める。
θ２＝ａｒｃｔａｎ（（ｙ４−ｙ３）／（ｘ４−ｘ３）） （３）
図７はステップ２で求められたＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系との位置関係（図６）に対し、本ステップで求められたカメラテーブルの移動軸の傾きを考慮して校正した画像処理装置座標系を示す。
図に示すように、キャリブレーションの基準となるＸＹθテーブル座標系とカメラの持つ画像処理装置座標系との位置関係が明らかとなる。
以上のように、
（１）ＸＹθテーブルのＸ軸方向の移動距離
（２）カメラ取付傾き
（３）カメラを設置したカメラテーブルの移動軸の傾き
について校正することにより、カメラをワークサイズにあわせて移動させても、精度良くアライメントすることが可能となる。
さらに、対象ワークのサイズが変わるたびにキャリブレーションを行う必要がなくなるので、作業効率が向上する。
（１）ＸＹθテーブルのＸ軸方向の移動距離
（２）カメラ取付傾き
（３）カメラを設置したカメラテーブルの移動軸の傾き
について校正することにより、カメラをワークサイズにあわせて移動させても、精度良くアライメントすることが可能となる。
さらに、対象ワークのサイズが変わるたびにキャリブレーションを行う必要がなくなるので、作業効率が向上する。
なお、上記実施例においては、キャリブレーションを行う際にはキャリブレーションマークを認識しているが、これに限らず、実ワークの特定パターン（特定形状）を認識するようにしても良い。
１１ テレビカメラ
１２ カメラテーブル
１３ 照明
１４ 画像処理装置
１４ ＸＹθテーブル
１６ マシンコントローラ
１２ カメラテーブル
１３ 照明
１４ 画像処理装置
１４ ＸＹθテーブル
１６ マシンコントローラ
Claims (6)
- ワークが載置されるアライメントテーブルと、前記ワークを撮影するカメラと、前記カメラを移動させるカメラテーブルと、を備えた画像処理装置において、
前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ１，ｙ１）を計測するステップと、
前記アライメントテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ２、ｙ２）を計測するステップと、
前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ３，ｙ３）を計測するステップと、
前記カメラテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークの位置（ｘ４、ｙ４）を計測するステップと、
前記計測された位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）に基づいて、ＸＹθテーブル座標系と画像処理装置座標系との位置関係を求めるステップと、を含むことを特徴とする画像処理装置のキャリブレーション方法。 - 前記ワークに設けられたキャリブレーションマークに代えて、前記ワークの特定パターンとしたことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置のキャリブレーション方法
- 請求項１乃至２記載の画像処理装置のキャリブレーション方法によりキャリブレーションされることを特徴とする自動化機器。
- ワークが載置されるアライメントテーブルと、前記ワークを撮影するカメラと、を備えた画像処理装置において、
前記カメラを移動させるカメラテーブルを備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ１，ｙ１）を計測し、
前記アライメントテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ２、ｙ２）を計測し、
前記ワークに設けられたキャリブレーションマークを撮影・認識し、前記キャリブレーションマークの位置（ｘ３，ｙ３）を計測し、
前記カメラテーブルを移動させ、前記ワークに設けられたキャリブレーションマークの位置（ｘ４、ｙ４）を計測し、
前記計測された位置（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、（ｘ４、ｙ４）に基づいて、アライメントテーブルとカメラ位置のキャリブレーションを行うことを特徴とする請求項４記載の画像処理装置。 - 請求項４乃至５いずれかに記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする自動化機器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005248520A JP2007064698A (ja) | 2005-08-30 | 2005-08-30 | 画像処理装置および画像処理装置のキャリブレーション方法 |
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-
2005
- 2005-08-30 JP JP2005248520A patent/JP2007064698A/ja active Pending
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