JP4061519B2 - 画像処理装置のキャリブレーション方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの位置を認識する画像処理装置と、ワークの位置を移動させるための移動テーブル（ＸＹθテーブル）の位置関係を較正（キャリブレーション）する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像処理装置を使用した自動化機器では、自動化機器の作業対象となるワークを移動させるための移動テーブルと、ワークを撮影する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。移動テーブルは、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。
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については、移動テーブルの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用マークまたはワークを、カメラの視野内の任意な２点を移動させ、画像処理装置でキャリブレーション用マークまたはワークを認識し、その位置データと実ステージの軸（Ｘ軸またはＹ軸）の移動距離より演算で求めている。
また、θ軸を持った移動テーブルで画像処理装置で計測したワークの位置データをもとに回転補正を行うには、θ軸の回転中心位置を求める必要がある。 従来は、画像処理装置で認識可能なキャリブレーション用マークまたはワークを、カメラ視野内で任意の２点をθ軸を回転させ画像処理装置でその位置を計測し、移動前の認識位置データと移動後の認識位置データをもとに、θ軸の移動量より回転中心位置を求める手法がとられている。
図８はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すもので、キャリブレーションマークまたは実ワーク７１をカメラ視野内で、θテーブルを回転させた従来のキャリブレーション方法を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
微細な位置決め精度を要求される自動化機器が増加しており、カメラの倍率が高くなり視野は狭くなる方向にある。その狭い視野内の２点を移動（回転）させて、画像処理装置で位置を求めるには、移動テーブルのθ軸の回転角度を大きくできないため回転中心位置を演算で求める誤差が大きくなるという欠点がある。本発明は、このような問題点を改善し、高精度に画像処理装置と移動テーブルのキャリブレーションを行うことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、カメラを備え、ワークの位置を認識する画像処理装置のキャリブレーション方法において、ＸＹテーブル上に搭載されたθテーブルの上に置かれたキャリブレーションマークまたはワークを前記θテーブルの回転前に前記カメラで撮影し、撮影された画像から前記キャリブレーションマークまたはワークの特定のパターンを認識して、画像処理装置の座標系でのその位置Ｔ１（ tx1 ， ty1 ）を計測し、
前記カメラの視野の範囲から前記キャリブレーションマークまたはワークがはずれるように前記θテーブルを回転させ、その後前記ＸＹテーブルを移動させることにより前記キャリブレーションマークまたはワークを前記カメラ視野内に移動させ、前記キャリブレーションマークまたはワークの特定のパターンを認識して画像処理装置の座標系でのその位置Ｔ２（ tx2 ， ty2 ）を計測し、
前記画像処理装置の座標系での位置Ｔ１（ tx1 ， ty1 ）、Ｔ２（ tx2 ， ty2 ）をＸＹθテーブルの座標系の位置Ｔ１’（ tx1' ， ty １ ' ， T θ１）、Ｔ２’（ tx2' ， ty2' ， T θ２）へ変換し、
前記位置Ｔ１’（ tx1' ， ty １ ' ， T θ１）、Ｔ２’（ tx2' ， ty2' ， T θ２）をもとに前記θテーブルの回転中心位置（ x θ , y θ）を求めるようにしたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。
図１は本発明を実施するための一構成例を示すもので、１１はテレビカメラ、１２は照明、１３は画像処理装置、１４はＸＹθテーブル、１５はマシンコントローラである。
ＸＹθテーブル１４上にはキャリブレーション用マークまたは実ワークがあり、Ｘテーブル、Ｙテーブル、θテーブルを備えている。
画像処理装置１３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１５に出力する。マシンコントローラ１５はＸＹθテーブル１４の駆動制御をする。なお、ＸＹθテーブル１４上のキャリブレーション用マークまたは実ワークを画像処理装置１３が認識しやすいように、照明１２がある。
図２はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すものであり、テーブル上に第１点目のキャリブレーションマークまたは実ワーク２１が配置されている。
図３はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すものであり、ＸＹθテーブルのθテーブルをカメラ視野からはみ出す程度に大きく回転させた後のキャリブレーションマークまたは実ワーク３１を示す。
図４はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すもので、θテーブルを回転させたためにカメラ視野からはみ出したものを、ＸテーブルまたはＹテーブルを移動させて、カメラ視野内に移動させた第２点目のキャリブレーションマークまたは実ワーク４１を示す。
図5は本発明によるカメラ視野を従来技術と比較した図である。
回転位置の求め方は、２等辺三角形にたとえれば、底辺の長さ（Ｗ）と２等辺の向かい合う角度（θ）を基に２等辺三角形の高さ（Ｈ）を求めることと等しく、底辺の誤差（εw）および角度の誤差（εθ）が同一とすると従来技術と本発明による違いは明らかである。
図から明らかなように、従来技術では
H = (W1 / 2 ±εw) / tan(θ1 / 2 ±εθ)
本発明では
H = (W2 / 2 ±εw) / tan(θ2 / 2 ±εθ)
ただし、W1＜ W2 ， θ1 ＜θ2
したがって、W、θの大きいほうがHのばらつきが小さくなり、回転中心位置が精度よく求められる。
図６は図４での画像処理装置の座標系を示すものである。また、図７は画像処理装置の座標系をＸＹθテーブル座標系に変換した図である。
図６において、dx = tx2 - tx1、dy = ty2 - ty1であり、Ｔ１を認識した時のＸＹθテーブルの位置とＴ２を認識した時のＸＹθテーブルの位置の差分すなわちテーブルの移動量を示す。
θ軸回転中心の求め方について以下に説明する。
１）画像処理装置で認識した２点Ｔ１(ｔｘ１，ｔｙ１)，Ｔ２(ｔｘ２，ｔｙ ２)を画像処理座標系からＸＹθテーブル座標系Ｔ１’(ｔｘ１’，ｔｙ１ ’)，Ｔ２’(ｔｘ２’，ｔｙ２’)に変換する。
Ｔ１’は
tx1' = (tx1 - Tox) * cosθ + (ty1 - Toy) * sinθ
ty1' = (ty1 - Toy) * cosθ - (tx1 - Tox) * sinθ
Ｔ２’は
tx2' = (tx2 - Tox) * cosθ + (ty2 - Toy) * sinθ
ty2' = (ty2 - Toy) * cosθ - (tx2 - Tox) * sinθ
２）ＸＹθテーブル移動量より、Ｔ２’の移動後の実座標Ｔ２''をＴ２’を基準に求める。
Tx2'' = tx2'＋ dx
Ty2'' = ty2'＋ dy
３）ＸＹθテーブル座標系の２点（Ｔ１'，Ｔ２''）の回転中心を求める。
第１点目から第２点目までのθテーブルの回転角βは
β = Tθ2 - Tθ1
(tx2'' - xθ) = (tx1' - xθ) * cosβ - (ty1' - yθ) * sinβ
(ty2'' - yθ) = (ty1' - yθ) * cosβ + (tx1' - xθ) * sinβ
回転中心位置
xθ = (tx2'' + tx1') / 2 - (ty2'' - ty1') / (2 * tan(β/2))
yθ = (ty2'' + ty1') / 2 + (tx2'' - tx1') / (2 * tan(β/2))
として求められる。
【０００６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のキャリブレーション方法はカメラ視野に制限されることなく、広範囲にθテーブルを回転させ、精度良く位置補正を行うためのθテーブルの回転中心位置を求めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の構成図
【図２】 ＸＹθテーブルを上面から見たもので第１点目のキャリブレーションマークを示す図
【図３】 ＸＹθテーブルを上面から見たものでθテーブルを回転させたキャリブレーションマークを示す図
【図４】 図３で示したキャリブレーションマークをＸテーブルまたはＹテーブルをカメラ視野内に移動させた第２点目のキャリブレーションマークを示す図
【図５】 本発明によるカメラ視野を従来技術と比較した図である。
【図６】 図４で示すキャリブレーションマークの画像処理装置座標系を説明する図
【図７】 ＸＹθテーブル座標系に変換した図
【図８】 従来の技術を説明したものでカメラ視野内で第１点目から第２点目へ回転させたキャリブレーションマークを示す図
【符号の説明】
１１ テレビカメラ
１２ 照明
１３ 画像処理装置
１４ ＸＹθテーブル
１５ マシンコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの位置を認識する画像処理装置と、ワークの位置を移動させるための移動テーブル（ＸＹθテーブル）の位置関係を較正（キャリブレーション）する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像処理装置を使用した自動化機器では、自動化機器の作業対象となるワークを移動させるための移動テーブルと、ワークを撮影する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。移動テーブルは、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。
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については、移動テーブルの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用マークまたはワークを、カメラの視野内の任意な２点を移動させ、画像処理装置でキャリブレーション用マークまたはワークを認識し、その位置データと実ステージの軸（Ｘ軸またはＹ軸）の移動距離より演算で求めている。
また、θ軸を持った移動テーブルで画像処理装置で計測したワークの位置データをもとに回転補正を行うには、θ軸の回転中心位置を求める必要がある。 従来は、画像処理装置で認識可能なキャリブレーション用マークまたはワークを、カメラ視野内で任意の２点をθ軸を回転させ画像処理装置でその位置を計測し、移動前の認識位置データと移動後の認識位置データをもとに、θ軸の移動量より回転中心位置を求める手法がとられている。
図８はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すもので、キャリブレーションマークまたは実ワーク７１をカメラ視野内で、θテーブルを回転させた従来のキャリブレーション方法を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
微細な位置決め精度を要求される自動化機器が増加しており、カメラの倍率が高くなり視野は狭くなる方向にある。その狭い視野内の２点を移動（回転）させて、画像処理装置で位置を求めるには、移動テーブルのθ軸の回転角度を大きくできないため回転中心位置を演算で求める誤差が大きくなるという欠点がある。本発明は、このような問題点を改善し、高精度に画像処理装置と移動テーブルのキャリブレーションを行うことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、カメラを備え、ワークの位置を認識する画像処理装置のキャリブレーション方法において、ＸＹテーブル上に搭載されたθテーブルの上に置かれたキャリブレーションマークまたはワークを前記θテーブルの回転前に前記カメラで撮影し、撮影された画像から前記キャリブレーションマークまたはワークの特定のパターンを認識して、画像処理装置の座標系でのその位置Ｔ１（ tx1 ， ty1 ）を計測し、
前記カメラの視野の範囲から前記キャリブレーションマークまたはワークがはずれるように前記θテーブルを回転させ、その後前記ＸＹテーブルを移動させることにより前記キャリブレーションマークまたはワークを前記カメラ視野内に移動させ、前記キャリブレーションマークまたはワークの特定のパターンを認識して画像処理装置の座標系でのその位置Ｔ２（ tx2 ， ty2 ）を計測し、
前記画像処理装置の座標系での位置Ｔ１（ tx1 ， ty1 ）、Ｔ２（ tx2 ， ty2 ）をＸＹθテーブルの座標系の位置Ｔ１’（ tx1' ， ty １ ' ， T θ１）、Ｔ２’（ tx2' ， ty2' ， T θ２）へ変換し、
前記位置Ｔ１’（ tx1' ， ty １ ' ， T θ１）、Ｔ２’（ tx2' ， ty2' ， T θ２）をもとに前記θテーブルの回転中心位置（ x θ , y θ）を求めるようにしたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。
図１は本発明を実施するための一構成例を示すもので、１１はテレビカメラ、１２は照明、１３は画像処理装置、１４はＸＹθテーブル、１５はマシンコントローラである。
ＸＹθテーブル１４上にはキャリブレーション用マークまたは実ワークがあり、Ｘテーブル、Ｙテーブル、θテーブルを備えている。
画像処理装置１３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１５に出力する。マシンコントローラ１５はＸＹθテーブル１４の駆動制御をする。なお、ＸＹθテーブル１４上のキャリブレーション用マークまたは実ワークを画像処理装置１３が認識しやすいように、照明１２がある。
図２はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すものであり、テーブル上に第１点目のキャリブレーションマークまたは実ワーク２１が配置されている。
図３はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すものであり、ＸＹθテーブルのθテーブルをカメラ視野からはみ出す程度に大きく回転させた後のキャリブレーションマークまたは実ワーク３１を示す。
図４はＸＹθテーブル１４を上面より見た図を示すもので、θテーブルを回転させたためにカメラ視野からはみ出したものを、ＸテーブルまたはＹテーブルを移動させて、カメラ視野内に移動させた第２点目のキャリブレーションマークまたは実ワーク４１を示す。
図5は本発明によるカメラ視野を従来技術と比較した図である。
回転位置の求め方は、２等辺三角形にたとえれば、底辺の長さ（Ｗ）と２等辺の向かい合う角度（θ）を基に２等辺三角形の高さ（Ｈ）を求めることと等しく、底辺の誤差（εw）および角度の誤差（εθ）が同一とすると従来技術と本発明による違いは明らかである。
図から明らかなように、従来技術では
H = (W1 / 2 ±εw) / tan(θ1 / 2 ±εθ)
本発明では
H = (W2 / 2 ±εw) / tan(θ2 / 2 ±εθ)
ただし、W1＜ W2 ， θ1 ＜θ2
したがって、W、θの大きいほうがHのばらつきが小さくなり、回転中心位置が精度よく求められる。
図６は図４での画像処理装置の座標系を示すものである。また、図７は画像処理装置の座標系をＸＹθテーブル座標系に変換した図である。
図６において、dx = tx2 - tx1、dy = ty2 - ty1であり、Ｔ１を認識した時のＸＹθテーブルの位置とＴ２を認識した時のＸＹθテーブルの位置の差分すなわちテーブルの移動量を示す。
θ軸回転中心の求め方について以下に説明する。
１）画像処理装置で認識した２点Ｔ１(ｔｘ１，ｔｙ１)，Ｔ２(ｔｘ２，ｔｙ ２)を画像処理座標系からＸＹθテーブル座標系Ｔ１’(ｔｘ１’，ｔｙ１ ’)，Ｔ２’(ｔｘ２’，ｔｙ２’)に変換する。
Ｔ１’は
tx1' = (tx1 - Tox) * cosθ + (ty1 - Toy) * sinθ
ty1' = (ty1 - Toy) * cosθ - (tx1 - Tox) * sinθ
Ｔ２’は
tx2' = (tx2 - Tox) * cosθ + (ty2 - Toy) * sinθ
ty2' = (ty2 - Toy) * cosθ - (tx2 - Tox) * sinθ
２）ＸＹθテーブル移動量より、Ｔ２’の移動後の実座標Ｔ２''をＴ２’を基準に求める。
Tx2'' = tx2'＋ dx
Ty2'' = ty2'＋ dy
３）ＸＹθテーブル座標系の２点（Ｔ１'，Ｔ２''）の回転中心を求める。
第１点目から第２点目までのθテーブルの回転角βは
β = Tθ2 - Tθ1
(tx2'' - xθ) = (tx1' - xθ) * cosβ - (ty1' - yθ) * sinβ
(ty2'' - yθ) = (ty1' - yθ) * cosβ + (tx1' - xθ) * sinβ
回転中心位置
xθ = (tx2'' + tx1') / 2 - (ty2'' - ty1') / (2 * tan(β/2))
yθ = (ty2'' + ty1') / 2 + (tx2'' - tx1') / (2 * tan(β/2))
として求められる。
【０００６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のキャリブレーション方法はカメラ視野に制限されることなく、広範囲にθテーブルを回転させ、精度良く位置補正を行うためのθテーブルの回転中心位置を求めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の構成図
【図２】 ＸＹθテーブルを上面から見たもので第１点目のキャリブレーションマークを示す図
【図３】 ＸＹθテーブルを上面から見たものでθテーブルを回転させたキャリブレーションマークを示す図
【図４】 図３で示したキャリブレーションマークをＸテーブルまたはＹテーブルをカメラ視野内に移動させた第２点目のキャリブレーションマークを示す図
【図５】 本発明によるカメラ視野を従来技術と比較した図である。
【図６】 図４で示すキャリブレーションマークの画像処理装置座標系を説明する図
【図７】 ＸＹθテーブル座標系に変換した図
【図８】 従来の技術を説明したものでカメラ視野内で第１点目から第２点目へ回転させたキャリブレーションマークを示す図
【符号の説明】
１１ テレビカメラ
１２ 照明
１３ 画像処理装置
１４ ＸＹθテーブル
１５ マシンコントローラ
Claims (1)
- カメラを備え、ワークの位置を認識する画像処理装置のキャリブレーション方法において、ＸＹテーブル上に搭載されたθテーブルの上に置かれたキャリブレーションマークまたはワークを前記θテーブルの回転前に前記カメラで撮影し、撮影された画像から前記キャリブレーションマークまたはワークの特定のパターンを認識して、画像処理装置の座標系でのその位置Ｔ１（ tx1 ， ty1 ）を計測し、
前記カメラの視野の範囲から前記キャリブレーションマークまたはワークがはずれるように前記θテーブルを回転させ、その後前記ＸＹテーブルを移動させることにより前記キャリブレーションマークまたはワークを前記カメラ視野内に移動させ、前記キャリブレーションマークまたはワークの特定のパターンを認識して画像処理装置の座標系でのその位置Ｔ２（ tx2 ， ty2 ）を計測し、
前記画像処理装置の座標系での前記位置Ｔ１（ tx1 ， ty1 ）、Ｔ２（ tx2 ， ty2 ）をＸＹθテーブルの座標系の位置Ｔ１’（ tx1' ， ty １ ' ， T θ１）、Ｔ２’（ tx2' ， ty2' ， T θ２）へ変換し、
前記位置Ｔ１’（ tx1' ， ty １ ' ， T θ１）、Ｔ２’（ tx2' ， ty2' ， T θ２）をもとに前記θテーブルの回転中心位置（ x θ , y θ）を求めるようにした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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00095399A JP4061519B2 (ja) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | 画像処理装置のキャリブレーション方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00095399A JP4061519B2 (ja) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | 画像処理装置のキャリブレーション方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000199704A JP2000199704A (ja) | 2000-07-18 |
| JP4061519B2 true JP4061519B2 (ja) | 2008-03-19 |
Family
ID=11488050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00095399A Expired - Fee Related JP4061519B2 (ja) | 1999-01-06 | 1999-01-06 | 画像処理装置のキャリブレーション方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4061519B2 (ja) |
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| JP2007064698A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Yaskawa Electric Corp | 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 |
| JP4878385B2 (ja) * | 2009-12-07 | 2012-02-15 | コグネックス・コーポレイション | オブジェクト制御システム、オブジェクト制御方法、プログラム、及び回転中心位置特定装置 |
| JP2013096863A (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Shimadzu Corp | キャリブレーション方法および基板検査装置 |
| CN106352795B (zh) * | 2016-10-26 | 2019-02-19 | 哈尔滨工业大学 | 用于柔性制造的视觉测量装置及方法 |
| CN110857924A (zh) * | 2018-08-22 | 2020-03-03 | 皓琪科技股份有限公司 | 协助阵列排版的电路板辨识且记录缺陷位置的*** |
| CN111721781A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 深圳中科飞测科技有限公司 | 一种检测设备及检测设备的检测方法 |
-
1999
- 1999-01-06 JP JP00095399A patent/JP4061519B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000199704A (ja) | 2000-07-18 |
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