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
【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。
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