JP5418490B2 - 位置決め制御装置およびこれを備えた位置決め装置 - Google Patents

Description

この発明は、カメラで撮影した画像を用いてステージの位置を制御する位置決め制御装置およびそれを備えた位置決め装置に関する。

ＸＹ方向への平行移動とθ方向への回転移動を行うＸＹθステージ、あるいはＸＹ方向への平行移動とθ方向への回転運動を行うＵＶＷステージを用いた位置決め装置においては、カメラでＸＹθステージもしくはＵＶＷステージに置かれた被撮像物（位置決め対象）を撮像することで、位置決め対象の位置を計測し、外部から与えられる位置決め対象の位置目標値に位置決め対象の位置を一致させるようにＸＹθステージもしくはＵＶＷステージを動作させる。このような位置決め動作を行う際には、位置決め動作に要する時間（タスク時間）を低減するために位置決め対象もしくはステージを一旦静止させずに、移動させたままカメラで位置決め対象を撮影することが望ましい。しかし、位置決め対象もしくはステージを移動させたままカメラで撮影した画像を用いて位置決め対象の位置を計測し、その計測結果を用いて位置決め動作を行うと位置決め精度が悪化する。

従来の撮像方法では、高速駆動するステージ上の基板とカメラとを相対的に移動させながら、基板上の図像を撮像する工程と、基板上の図像を撮像するときに、基板とカメラとの相対移動速度と移動距離とに基づいて、補正の無い状態で撮像トリガを発生させたときの、基板の撮像対象位置と実際に撮影される位置とのずれ量予測工程と、予測したずれ量に相当する時間だけ撮像トリガを発生するタイミングをずらす撮像トリガ補正工程とを備えている。前記ずれ量予測工程は、基準となる基板とカメラとを相対的に移動させながら、基準となる基板を撮像する基準基板撮像工程と、基準基板撮像工程で撮像した画像から、撮影対象位置と補正の無い撮像トリガによる実際の撮像位置とのずれ量を計測する計測工程と、計測したずれ量に基づいてずれ量を予測する工程とを備えている。このような工程を備えることで、基板と撮像装置を相対的に移動させながら、基板上の図像を正確な位置で撮像できる（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の部品実装装置では、実装ヘッドとシャッターカメラを有し、実装ヘッドが所定の位置に移動したときに、部品の撮像を開始するようにシャッターカメラに指示する認識手段と、認識手段による撮像開始の指示からシャッターカメラの露光開始までに実装ヘッドが移動した第１距離と、認識手段による撮像開始の指示からシャッターカメラの露光終了までに実装ヘッドが移動した第２距離とに基づいてシャッターカメラによる撮像で得られた画像における部品の位置を補正し、補正された部品の位置に基づいて実装ヘッドによる部品の実装位置を補正し、補正された実装位置に部品が実装されるように実装ヘッドを制御する主制御部とを備えている。このように構成することで、部品実装時の位置補正を高精度に行うことを可能としている（例えば、特許文献２参照）。

また、従来のマーク認識装置では、基板に設けられた基板マーク、及びＩＣマークを、ヘッドに設けられてＸＹ駆動機構で駆動されるＣＣＤカメラにより読み取るとき、一定速度で移動中に撮像し位置認識したデータを、前もって取得したカメラ移動中に取得した位置データと、停止中に取得した位置データの差分を撮像法差分データにより補正することにより、認識位置精度を確保し、マーク認識時間の短縮を図ることを可能としている。

ＷＯ２００７／１２９７３３号公報 特開２００６−２８７１９９号公報 特開２００４−７９９２５号公報

従来の撮像方法では、ステージに載せられた基板上の図像を撮像するときに、基板とカメラとの相対移動速度および移動距離に基づいて、ステージ上にある基板の位置と実際に撮影される基板の位置とのずれ量を予測し、予測したずれ量に相当する時間だけ撮像トリガを発生するタイミングをずらす。そのため、様々な移動速度、移動距離において基板上の図像を正確な位置で撮像することが可能となる。しかし、この方法で正確な位置で撮像を行うためには、撮像対象である基板の中心がカメラの光軸を必ず通らなければならないという問題があった。

また、従来の部品実装装置では、撮像トリガからカメラの露光開始までに実装ヘッドが移動した第１距離と、撮像トリガからカメラの露光終了までに実装ヘッドが移動した第２距離とに基づいて、カメラによる撮像で得られた画像における部品の位置を補正することで部品の位置計測精度を向上させているが、カメラが露光を開始する瞬間の時刻を計測する必要があり、このような計測機能を有していない通常のカメラを用いる場合は実現が難しいという問題があった。

ところで、汎用的な位置決め装置においては、カメラと位置決め対象を載せるステージの制御部とをネットワークで接続し、カメラで撮像した画像から位置決め対象の位置を検出し、検出した位置決め対象の位置を制御部へ伝送して、制御部において位置決め対象の位置目標値に位置決め対象の位置を追従させるようにステージを制御する構成がとられることがある。この構成を従来の部品実装装置に適用すると、ネットワーク伝送遅れに起因する位置決め誤差を補正することが困難となる問題があった。

また、従来のマーク認識装置では、ＣＣＤカメラにより読み取るとき一定速度で移動中に撮像し位置認識したデータを、前もって取得したカメラ移動中に取得した位置データと、停止中に取得した位置データの差分に基づき補正するが、この方法では、カメラの露光終了から位置決め制御装置２０が画像を認識するまでの遅れ、例えば、画像撮像終了信号の通信遅れに起因する認識位置精度の誤差は補正できないという問題があった。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、位置決め対象が移動中にカメラで実際に前記位置決め対象を撮影した時刻と、前記位置決め対象を移動させる駆動制御装置が認識している前記位置決め対象を撮像した時刻との差を補正することで、高精度な位置決め動作を可能とする位置決め制御装置およびそれを備えた位置決め装置を提供するものである。

この発明に係る位置決め制御装置は、カメラによる位置決め対象の撮像が終了した時刻が特定できる撮像時刻特定信号を出力し、且つ前記撮像された画像を処理して前記位置決め対象の検出位置を特定して出力する画像処理装置、および前記撮像時刻特定信号と前記検出位置と前記位置決め対象を移動させるモータの回転位置とを取得し、前記撮像時刻特定信号が取得された時刻における前記回転位置から所定時間前の前記回転位置を計算し、この計算値と前記検出位置と位置決め対象の目標位置とに基づき、前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御する駆動制御装置を備え、前記位置決め対象を静止中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第１の回転位置と、前記位置決め対象を移動中に前記駆動制御装置によって撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第２の回転位置とを予め取得し、前記所定時間を前記第１の回転位置と前記第２の回転位置とに基づいて決定するものである。

また、この発明に係る位置決め装置は、前記位置決め制御装置、位置決め対象を含む画像を撮影して画像処理装置へ出力するカメラ、および、前記位置決め対象が載るテーブルと、このテーブルを駆動するモータと、前記テーブルの位置を検出する検出器とを有するステージを備えたものである。

この発明によれば、高精度な位置決めを可能とする位置決め制御装置およびこれを備えた位置決め装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る位置決め装置を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るＸＹθステージの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る位置決め動作のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る位置決め動作の各ステップにおける時刻とモータ回転位置の関係を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１に係る位置決め動作の各ステップにおけるテーブル位置を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ回転指令値の計算手順を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１に係る補正パラメータを決定する動作のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る補正パラメータと位置決め誤差との関係を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２に係る補正パラメータを決定する動作のフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る補正パラメータと位置決め誤差との関係を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態４に係る位置決め装置の構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における画像処理装置３０を用いた位置決め制御装置２０およびそれを備えた位置決め装置１０について、図１から図８を用いて説明する。なお、この実施の形態では説明を簡単にするために、位置決め対象がワークの場合で、このワークを載せて搬送する装置を、モータにて駆動されるテーブル５１を有するＸＹθステージ５０と仮定して説明を行う。但し、この実施の形態で説明する位置決め制御装置２０は、ワークを搬送する装置をＸＹθステージ５０に限定するものではなく、位置決め対象である被撮像物体やワークを搬送する装置が移動中に、カメラ６０でこれらを撮影するいかなる位置決め制御装置２０においても使用可能である。また、カメラ６０で撮影する際に必要となるキャリブレーション、ステージ５０のテーブル５１上の回転中心の検出等の作業は終了しており、ＸＹθステージを静止させてカメラ６０でワークを撮影した場合には高精度に位置決め動作可能であるという前提で説明する。ここで言う位置決め動作とは、ワークの位置を指定された位置目標値、ワークの角度を指定された角度目標値へ一致させる動作のことを指す。もし、ＸＹθステージ５０を静止させてカメラ６０でワークを撮像した状況において、高精度に位置決め動作できないのであれば、ＸＹθステージ５０の動作中にカメラ６０でワークを撮像しても高精度に位置決め動作できないことは自明である。従って、上記前提はこの実施の形態の使用範囲を限定するものではない。

図１において、この実施の形態における位置決め制御装置２０を備えた位置決め装置１０は、ワークを載せるＸＹθステージ５０と、このＸＹθステージ５０を駆動制御する駆動制御装置４０と、この駆動制御装置４０が出力する撮影トリガに基づいて前記ワークを撮影するためのカメラ６０と、このカメラ６０から得られた信号を基に画像を生成し、生成した画像を画像処理、座標変換することで前記ワークの検出位置ｐ_ｃｘｙ＝（ｐ_ｃｘ，ｐ_ｃｙ）およびワークの検出角度θ_ｃを特定する画像処理装置３０とを備えている。ＸＹθステージ５０は、駆動制御装置４０から入力されるＸ軸モータ電流Ｉ_ｘ、Ｙ軸モータ電流Ｉ_ｙおよびθ軸モータ電流Ｉ_θに基づき、ワークの位置を位置目標値ｐ_ｒｅｆ＝（ｐ_ｒｅｆｘ，ｐ_ｒｅｆｙ）に、前記ワークの角度を角度目標値θ_ｒｅｆに夫々一致させる。駆動制御装置４０は、外部から取得される位置指令としての位置目標値ｐ_ｒｅｆおよび角度目標値θ_ｒｅｆと、画像処理装置３０から入力される検出位置ｐ_ｃｘｙおよび検出角度θ_ｃと、ＸＹθステージ５０から入力されるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、Ｙ軸モータの回転位置ｐ_ｙおよびθ軸モータの回転位置ｐ_θとに基づき、前記ワークの位置を位置目標値ｐ_ｒｅｆに、前記ワークの角度を角度目標値θ_ｒｅｆに夫々追従させるためのＸ軸モータ電流Ｉ_ｘ、Ｙ軸モータ電流Ｉ_ｙ、θ軸モータ電流Ｉ_θを計算して、ＸＹθステージ５０を駆動する。なお、ｐ_ｒｅｆｘは位置目標値ｐ_ｒｅｆのｘ座標、ｐ_ｒｅｆｙは位置目標値ｐ_ｒｅｆのｙ座標、ｐ_ｃｘは検出位置ｐ_ｃｘｙのｘ座標、ｐ_ｃｙは検出位置ｐ_ｃｘｙのｙ座標を、夫々表す。また、カメラ６０のカメラ位置をｐ_ｃａｍ＝（ｐ_ｃａｍｘ，ｐ_ｃａｍｙ）とし、ｐ_ｃａｍｘはカメラ位置ｐ_ｃａｍのｘ座標、ｐ_ｃａｍｙはカメラ位置ｐ_ｃａｍのｙ座標を表す。

図２に示すように、ＸＹθステージ５０は、ワークを載せるテーブル５１と、テーブル５１をＸ軸方向に移動させるＸ軸直動部５２、このＸ軸直動部５２をＸ軸モータ電流Ｉ_ｘにより駆動するＸ軸モータ５３、および、このＸ軸モータ５３の回転角度であるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘを検出し駆動制御装置４０へ出力するＸ軸位置検出器５４と、テーブル５１をＹ軸方向に移動させるＹ軸直動部５５と、このＹ軸直動部５５をＹ軸モータ電流Ｉ_ｙにより駆動するＹ軸モータ５６、および、このＹ軸モータ５６の回転角度であるＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙを検出し駆動制御装置４０へ出力するＹ軸位置検出器５７と、θ軸モータ電流Ｉ_θによりテーブル５１をθ軸周りに回転させるθ軸モータ５８、このθ軸モータ５８の回転角度であるθ軸モータの回転位置ｐ_θを検出し、駆動制御装置４０へ出力するθ軸回転検出器５９とを有している。また、これらの構成要素は定盤などの台座７０の上に固定されている。なお、図２はＸＹθステージ５０を上から見た図であるため、θ軸モータ５８とθ軸回転検出器５９はテーブルの裏に隠れており、図２では図示していない。

画像処理装置３０は、カメラ６０から入力される信号から画像を撮像し、得られた撮像画像を画像処理部３２へ出力し、かつ撮像が終了した後に撮像が終了した時刻が特定できる撮像時刻特定信号Ｓ_ｔを駆動制御装置４０へ出力する画像撮像部３１と、この画像撮像部３１から入力された撮像画像を画像処理することにより撮像画像内にある前記ワークの画素値を計算し、計算結果を前記ワークの画素値ｐ_ｐとして出力する画像処理部３２と、この画像処理部３２から入力された画素値ｐ_ｐと、予め行っているカメラ６０のキャリブレーションに基づき、前記ワークの位置および角度を演算し、その演算結果を前記ワークの検出位置ｐ_ｃｘｙおよび検出角度θ_ｃとして駆動制御装置４０に出力する座標変換値３３とを有している。なお、撮像時刻特定信号Ｓ_ｔとしては、撮像が完了した瞬間に出力される撮像完了信号、または撮像にかかった時間などを用いることができる。なお、この発明の説明においては、カメラが露光して信号を出力することを「撮影」とし、前記信号を基に画像撮像部３１が撮像画像を構築することを「撮像」とする。

駆動制御装置４０は、制御部４１とＸ軸モータ駆動部４２とＹ軸モータ駆動部４３とθ軸モータ駆動部４４とを有している。

制御部４１は、外部から取得された撮像開始位置ｐ_ｓ＝（ｐ_ｓｘ，ｐ_ｓｙ）、ならびに、ＸＹθステージ５０から入力されるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、Ｙ軸モータの回転位置ｐ_ｙおよびθ軸モータの回転位置ｐ_θに基づき、Ｘ軸モータの回転位置ｐ_ｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙが撮像開始位置ｐ_ｓを通過したときにカメラ６０へ撮影トリガを出力する。さらに制御部４１は、前記ワークの位置目標値ｐ_ｒｅｆおよび座標変換部３３から入力される検出位置ｐ_ｃｘｙ、ならびに、ＸＹθステージ５０から入力されるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、Ｙ軸モータの回転位置ｐ_ｙおよびθ軸モータの回転位置ｐ_θに基づき、前記ワークの位置が位置目標値ｐ_ｒｅｆに追従するようにＸ軸モータ駆動部４２にＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘを、Ｙ軸モータ駆動部４３にＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙをそれぞれ出力し、かつ外部から取得された前記ワークの回転指令値である角度目標値θ_ｒｅｆに検出角度θ_ｃが追従するようにθ軸モータ回転指令値ｐ_ａθをθ軸モータ駆動部４４へ出力する。

Ｘ軸モータ駆動部４２は、制御部４１から出力されたＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘと、Ｘ軸位置検出器５４から出力されたＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘを入力し、この回転位置ｐ_ｘがＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘに追従するようにＸ軸モータ５３を駆動するＸ軸モータ電流Ｉ_ｘをＸ軸モータ５３へ出力する。同様に、Ｙ軸モータ駆動部４３は、制御部４１から出力されたＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙと、Ｙ軸位置検出器５７から出力されたＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙを入力し、この回転位置ｐ_ｙがＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙに追従するようにＹ軸モータ５６を駆動するＹ軸モータ電流Ｉ_ｙをＹ軸モータ５６へ出力する。同様に、θ軸モータ駆動部４４は、制御部４１から出力されたθ軸モータ回転指令値ｐ_ａθと、θ軸回転検出器５９から出力されたθ軸モータの回転位置ｐ_θを入力し、この回転位置ｐ_θがθ軸モータ回転指令値ｐ_ａθに追従するようにθ軸モータ５８を駆動するθ軸モータ電流Ｉ_θをθ軸モータ５８へ出力する。

次に、この発明の実施の形態１における画像処理装置３０を用いた位置決め制御装置２０およびそれを備えた位置決め装置１０が行う位置決め動作について、図３のフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ１０１：
最初に制御部４１によりワークの位置目標値ｐ_ｒｅｆおよび角度目標値θ_ｒｅｆ、ならびに撮像開始位置ｐ_ｓが生成される。これらの値を生成する方法は、図１に示すように、制御部４１が外部から取得する方法、またはプログラム等により駆動制御装置４０の内部で生成する方法などを用いることができる。このとき、撮像開始位置ｐ_ｓは、後述するカメラ６０でテーブル５１を撮像した場合に得られる画像内に、位置決め対象であるワークが写る位置にすれば良い。したがって、撮像開始位置ｐ_ｓは、必ずしもカメラ６０を配置したカメラ位置ｐ_ｃａｍでなくてもよい。

ステップＳ１０２：
制御部４１は、テーブル５１が、外部から取得した撮像開始位置ｐ_ｓを一定速度Ｖ＝（Ｖ_ｘ，Ｖ_ｙ）で通過するように、Ｘ軸モータ駆動部４２へＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘを、Ｙ軸モータ駆動部４３へＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙを夫々出力する。このとき、テーブル５１が撮像開始位置ｐ_ｓを通過する時の速度Ｖは、制御部４１で設定可能である。なお、撮像開始位置ｐ_ｓを通過するときのθ軸の回転速度Ｖ_θも設定可能であるが、撮像開始位置ｐ_ｓにおいてθ軸を回転させておいても、位置決め動作時間の短縮にはならないため、本実施の形態ではＶ_θ＝０として説明する。

ステップＳ１０３：
Ｘ軸モータ駆動部４２は、制御部４１から出力されたＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘに、Ｘ軸モータ位置検出器５４から入力されるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘが追従するように、Ｘ軸モータ５３にＸ軸モータ電流Ｉ_ｘを出力し、Ｘ軸モータ５３を駆動する。同様に、Ｙ軸モータ駆動部４３は、制御部４１から出力されたＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙに、Ｙ軸モータ位置検出器５７から入力されるＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙが追従するように、Ｙ軸モータ５６にＹ軸モータ電流Ｉ_ｙを出力し、Ｙ軸モータ５６を駆動する。Ｘ軸モータ５３およびＹ軸モータ５６が駆動すると、Ｘ軸直動部５２およびＹ軸直動部５５が動作し、テーブル５１がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。そしてテーブル５１は撮像開始位置ｐ_ｓへ近づいていく。

ステップＳ１０４：
制御部４１は、テーブル５１が移動中に、Ｘ軸モータ位置検出器５４およびＹ軸モータ位置検出器５７から入力されるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙと撮像開始位置ｐ_ｓ＝（ｐ_ｓｘ，ｐ_ｓｙ）とを比較し、テーブル５１が撮像開始位置ｐ_ｓを通過したかどうかを判定する。そして、テーブル５１が撮像開始位置ｐ_ｓを通過しているならば、次のステップ（ステップＳ１０５）を実行する。もし、テーブル５１が撮像開始位置ｐ_ｓを通過していないならば、ステップＳ１０３に戻り、テーブル５１が撮像開始位置ｐ_ｓに近づき、一定速度Ｖで通過するように、Ｘ軸モータ駆動部４２へＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘを、Ｙ軸モータ駆動部４３へＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙをそれぞれ出力する。なお、このとき一定速度Ｖが０と入力された場合は、制御部４１はテーブル５１が撮像開始位置ｐ_ｓで静止するように、Ｘ軸モータ駆動部４２へＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘを、Ｙ軸モータ駆動部４３へＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙを夫々出力する。

ステップＳ１０５：
制御部４１は、テーブル５１が撮像開始位置ｐ_ｓを通過したと判定した場合、撮影トリガをカメラ６０へ発行する。

ステップＳ１０６：
カメラ６０は、制御部４１から撮影トリガを取得すると、テーブル５１（または位置決め対象のワーク）を撮影して得られた信号を、画像撮像部３１へ出力する。このときの撮影は、必ずしも撮影対象であるワークの中心がカメラの光軸を通る必要は無い。

ステップＳ１０７：
画像撮像部３１は、カメラ６０から得られた信号に基づき、カメラが撮影した撮像画像を生成し、画像処理部３２へ撮像画像を出力する。このとき、撮影開始位置ｐ_ｓはカメラ６０でテーブル５１を撮影したときに位置決め対象のワークが画像に写る位置に設定するので、画像撮像部３１で生成した撮像画像に必ず前記ワークが写る。つまり、後述するステップＳ１０８における画像処理部３２の画像処理において、ワークの画素値ｐ_ｐの計測が失敗する状況は生じないようにしている。また、画像撮像部３１は画像を撮像した時刻より後に制御部４１へ撮像時刻特定信号Ｓ_ｔを出力する。なお、後述するステップＳ１０８において、ステップＳ１０７で得られた画像を基に画像処理を行い、ワークの画素値ｐ_ｐを検出するため、画素値ｐ_ｐを座標変換することにより得られるワークの検出位置ｐ_ｃｘｙはステップＳ１０７を実行した時刻におけるワークの位置になる。また、前述しているように撮像時刻特定信号Ｓ_ｔとしては、撮像が完了した瞬間に出力する撮像完了信号または撮像にかかった時間などを用いることができる。

ステップＳ１０８：
画像処理部３２は画像撮像部３１から入力した撮像画像に写っているワークの画素を画像処理により特定し、前記ワークの画素値ｐ_ｐを計測する。そして計測した画素値ｐ_ｐを座標変換部３４に出力する。このとき用いる画像処理は２値化処理、エッジ検知、差分などあるが、ワークを特定し、画素値ｐ_ｐが計算できるのであれば、どのような画像処理を用いてもよい。

ステップＳ１０９：
制御部４１は、画像撮像部３２から撮像時刻特定信号Ｓ_ｔを受け取ると、撮像時刻特定信号Ｓ_ｔより撮像が完了した時刻を計算し、その時刻におけるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙを取得し、記憶する。以後、この記憶したＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘの値をｐ_ｍｘと、記憶したＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙの値をｐ_ｍｙと、夫々記載する。この処理は、画像処理部３２の動作（ステップＳ１０８）と同時に行われるため、図３のフローチャートではステップＳ１０８とステップＳ１０９の動作を並列に記述している。もし、撮像時刻特定信号Ｓ_ｔが撮像完了信号ならば、この撮像完了信号が取得された瞬間のＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙを記憶すればよい。また、撮像時刻特定信号Ｓ_ｔが撮像にかかった時間ならば、ステップＳ１０５において制御部４１がカメラ６０へ撮影トリガを発行した時刻から、撮像にかかった時間を足して、撮像が完了した時刻を求め、求めた時刻におけるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙを記憶すればよい。

ステップＳ１１０：
座標変換部３３は、画像処理部３２から入力されたワークの画素値ｐ_ｐから、前記ワークの検出位置ｐ_ｃｘｙおよび検出角度θ_ｃを計算する。ここで計算される検出位置ｐ_ｃｘｙはビジョン座標系から見た前記ワークの位置である。そして座標変換部３３は計算した検出位置ｐ_ｃｘｙおよび検出角度θ_ｃの値を制御部４１へ出力する。

ステップＳ１１１：
制御部４１は、座標変換部３３からワークの検出位置ｐ_ｃｘｙおよび検出角度θ_ｃを取得し、前記ワークの検出位置ｐ_ｃｘｙ、位置目標値ｐ_ｒｅｆ、検出角度θ_ｃ、角度目標値θ_ｒｅｆ、ならびに、ステップＳ１０９において記憶したＸ軸モータの回転値ｐ_ｍｘおよびＹ軸モータの回転値ｐ_ｍｙに基づき、Ｘ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘおよびＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙを修正し、前記修正したＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘをＸ軸モータ駆動部４２へ、前記修正したＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙをＹ軸モータ駆動部４３へ、夫々出力する。

制御部４１が行うＸ軸モータ回転指令値ｐ_ａｘおよびＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａｙの前記修正の方法について、さらに詳細に説明する。制御部４１は式（１）用いてＸ軸およびＹ軸モータ回転指令値ｐ_ａ＝（ｐ_ａｘ，ｐ_ａｙ）を計算する。

ここでＲ_{θｒｅｆ−θｃ}は、位置決め対象のワークをテーブル５１の回転中心周りにθ_ｒｅｆ−θ_ｃだけ回転変換する回転行列であり、撮像画像から取得した前記ワークの検出角度θ_ｃと角度目標値θ_ｒｅｆとの差θ_ｒｅｆ−θ_ｃを用いて

で計算される。また、Ｍ＝（Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙ）はテーブル５１の回転中心とテーブル５１上のモータの回転位置との相対位置、Ｃ＝（Ｃ_ｘ、Ｃ_ｙ）はテーブル５１の回転中心を表しており、これらの値は撮像開始位置ｐ_ｓをカメラ位置ｐ_ｃａｍに一致させ、かつ一定速度Ｖ＝０としてカメラ６０でテーブル５１を撮影した場合、つまりＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙをカメラ位置ｐ_ｃａｍに一致させ、かつその場でテーブル５１を静止させてカメラ６０でテーブル５１を撮影した場合に得られる撮像画像から計測可能であり、予め求めておく。

ｔ_ｐ＝（ｔ_ｐｘ，ｔ_ｐｙ）は補正パラメータであり、図４に示す様に、テーブル５１を移動させたままカメラ６０でテーブル５１（または位置決め対象のワーク）を撮影して画像処理装置３０で処理した際に生じる位置決め誤差を補正する。前記位置決め誤差は、画像撮像部３２が撮像画像を得た時刻と、制御部４１が画像撮像部３２から撮像時刻特定信号Ｓ_ｔを受け取り、撮像時刻特定信号Ｓ_ｔより計算した撮像が完了した時刻とが異なることにより発生するものである。

次に、式（１）について図４〜６を用いて、さらに詳細に説明する。式（１）の説明を簡単にするために、式（１）を式（３）、（４）、（５）の３つの部分に分けて説明する。

ここでｐ_ｗｃａｍ＝（ｐ_{ｗｃａｍｘ}，ｐ_{ｗｃａｍｙ}）は、記憶したＸ軸モータの回転位置ｐ_ｍｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｍｙがカメラ位置ｐ_ｃａｍに一致しているときの位置決め対象のワーク位置に相当する値である。また、ｐ_ｅ＝（ｐ_ｅｘ，ｐ_ｅｙ）は、前記ワークの位置とテーブル５１上のモータの回転位置との相対位置を表している。

式（３）について、図４を用いて説明する。図４は、横軸に時刻、縦軸にＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘまたはＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙを取っており、各ステップにおける時刻とＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘまたはＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙの関係を説明した図である。ここで、縦軸をＸ軸モータの回転位置ｐ_ｍｘとすると、Ｘ軸モータ５３は一定速度Ｖ_ｘで駆動しているため、時刻とＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘとの関係は直線になる。同様に、縦軸をＹ軸モータの回転位置ｐ_ｍｙとすると、Ｙ軸モータ５６は一定速度Ｖ_ｙで駆動しているため、時刻とＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙとの関係も直線になる。また、図４では、ステップＳ１０７において画像撮像部３２が撮像画像を生成した時刻をｔ_Ｓ１０７、そのときのＸ軸およびＹ軸モータの回転位置をｐ_Ｓ１０７＝（ｐ_{Ｓ１０７ｘ}，ｐ_{Ｓ１０７ｙ}）、ステップＳ１０９において制御部４１が撮像時刻特定信号Ｓ_ｔより計算した撮像が完了した時刻をｔ_Ｓ１０９、その時刻ｔ_Ｓ１０９のＸ軸およびＹ軸モータの回転位置を、ｐ_Ｓ１０９＝（ｐ_{Ｓ１０９ｘ}，ｐ_{Ｓ１０９ｙ}）＝ｐ_ｍａ＝（ｐ_ｍｘ，ｐ_ｍｙ）としている。

前述のように各ステップを実行している時刻が異なるため、各ステップにおけるＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘおよびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｙも異なる。つまり、各ステップにおいてテーブル５１の位置が異なるため、ステップＳ１０７において画像を撮像した時刻におけるテーブル５１の位置と、ステップＳ１０９において撮像時刻特定信号Ｓ_ｔより計算した撮像が完了した時刻におけるテーブル５１の位置は異なる。これを模式的に表したのが図５である。図５は、横軸にＸ軸方向の座標、縦軸にＹ軸方向の座標を取っており、各ステップにおけるテーブル位置を説明した図である。図５においてもＸ軸モータ５３とＹ軸モータ５６は、夫々一定速度Ｖ_ｘおよびＶ_ｙでＸ軸直動部５２とＹ軸直動部５５を駆動しているため、テーブル５１の軌跡は直線軌道になる。

そのため、式（３）における（ｐ_ｍｘ―Ｖ_ｘ＊ｔ_ｐｘ、ｐ_ｍｙ―Ｖ_ｙ＊ｔ_ｐｙ）の計算により、制御部４１が撮像時刻特定信号Ｓ_ｔより計算した撮像が完了した時刻ｔ_Ｓ１０９より補正パラメータ（ｔ_ｐｘ、ｔ_ｐｙ）の時間だけ前の時刻におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置を計算することにより、画像撮像部３１が撮像画像を生成した時刻ｔ_Ｓ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置の推定値ｐ_Ｓ１０７’＝（ｐ_{Ｓ１０７ｘ}’，ｐ_{Ｓ１０７ｙ}’）を求めている。また、制御部４１は、この推定値（ｐ_ｍｘ―Ｖ_ｘ＊ｔ_ｐｘ、ｐ_ｍｙ―Ｖ_ｙ＊ｔ_ｐｙ）とカメラ位置ｐ_ｃａｍ＝（ｐ_ｃａｍｘ、ｐ_ｃａｍｙ）との差を検出位置ｐ_ｃｘｙから減算することにより、Ｘ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙがカメラ位置ｐ_ｃａｍ＝（ｐ_ｃａｍｘ、ｐ_ｃａｍｙ）に一致しているときの位置決め対象のワークの位置を計算している。

もちろん、ステップＳ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙを計測することが可能、つまり、制御部４１が画像を撮像した時刻ｔ_Ｓ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙを計測することが可能ならば、このような推定を行う必要はない。しかしながら、画像を撮像した時刻ｔ_Ｓ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙを計測するには、カメラ６０もしくは画像撮像部３１の内部にある半導体から画像の撮像が完了した瞬間の信号を直接取り出す必要がある。このように、カメラ６０もしくは画像撮像部３１の内部にある半導体から画像の撮像が完了した瞬間の信号を直接取り出すことは難しい。また、汎用的な位置決め制御装置のように、さまざまな種類のカメラ、画像処理装置を使用可能にすることが望ましい場合において、これらの内部にある半導体から直接信号を取り出す必要があると、使用可能なカメラ、画像処理装置を限定してしまい、汎用的な位置決め制御装置の利点であるシステム構築の柔軟性を失ってしまう。そのため、制御部４１が画像を撮像した時刻ｔ_Ｓ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータ回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙを計測せずに、精度良く推定する方式が望ましい。

次に、式（４）、（５）について図６を用いて説明する。図６では、横軸にビジョン座標上のＸ軸、縦軸にビジョン座標上のＹ軸を取り、その交点をビジョン座標系の原点としている。また、ビジョン座標系からみたテーブル５１の回転中心をＣ、テーブル５１の回転中心Ｃとテーブル５１上のＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙとの相対位置をＭで表しており、図１と同じ記号を用いているものは同様の意味を表しているので説明を省略する。

式（４）は、まずワークの検出角度θ_ｃを角度目標値θ_ｒｅｆに一致させるようにテーブル５１を回転させたときの前記ワークの位置とテーブル５１の中心Ｃとの相対位置をＲ_{θｒｅｆ−θｃ}（ｐ_ｗｃａｍ−Ｃ）で計算している。そして、計算結果をテーブル５１の回転中心とテーブル５１上のＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙとの相対位置Ｍから引くことにより、検出角度θ_ｃを角度目標値θ_ｒｅｆに一致させた場合の前記ワークの位置とテーブル５１上のＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙとの相対位置ｐ_ｅを計算する。

そして式（５）により、位置目標値ｐ_ｒｅｆから式（４）で計算された相対位置ｐ_ｅを引くことで、前記ワークの位置が位置目標値ｐ_ｒｅｆに一致したときのＸ軸およびＹ軸モータの回転値ｐ_ａ’＝（ｐ_ａｘ’，ｐ_ａｙ’）を計算する。したがって、Ｘ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ，ｐ_ｙをｐ_ａｘ’，ｐ_ａｙ’に一致させれば前記ワークの位置は位置目標値ｐ_ｒｅｆに一致し、高精度な位置決めが可能となる。

ステップＳ１１２：
制御部４１が、外部から取得したワークの角度目標値θ_ｒｅｆと座標変換部３３から入力された検出角度θ_ｃとから、角度目標値θ_ｒｅｆと検出角度θ_ｃとの差を計算し、その結果をθ軸モータ回転指令値ｐ_ａθ’として、θ軸モータ駆動部４４へ出力する。

ステップＳ１１３：
Ｘ軸モータ駆動部４２、Ｙ軸モータ駆動部４３およびθ軸モータ駆動部４４は、ステップＳ１１２において、制御部４１から入力されたＸ軸回転指令値ｐ_ａｘ’、Ｙ軸回転指令値ｐ_ａｙ’およびθ軸回転指令値ｐ_ａθ’、ならびに、ＸＹθステージ５０から入力されるＸ軸モータ回転位置ｐ_ｘ、Ｙ軸モータ回転位置ｐ_ｙおよびθ軸モータ回転位置ｐ_θに基づき、Ｘ軸回転指令値ｐ_ａｘ、Ｙ軸回転指令値ｐ_ａｙおよびθ軸回転指令値ｐ_ａθにＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、Ｙ軸モータの回転位置ｐ_ｙおよびθ軸モータ回転位置ｐ_θが、夫々追従するようにＸ軸モータ電流Ｉ_ｘ、Ｙ軸モータ電流Ｉ_ｙおよびθ軸モータ電流Ｉ_θを計算し、夫々Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５６およびθ軸モータ５８へ出力する。これにより、Ｘ軸回転指令値ｐ_ａｘ、Ｙ軸回転指令値ｐ_ａｙおよびθ軸回転指令値ｐ_ａθにＸ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、Ｙ軸モータの回転位置ｐ_ｙおよびθ軸モータの回転位置ｐ_θが、夫々追従するようＸ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５６およびθ軸モータ５８が駆動され、位置決め対象のワークの位置が位置目標値ｐ_ｒｅｆに一致し、位置決めが達成されることになる。なお、位置決め動作が終了したときのＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙは、前記ワークの位置が位置目標値ｐ_ｒｅｆに一致したときのＸ軸およびＹ軸モータ回転値ｐ_ａ’＝（ｐ_ａｘ’，ｐ_ａｙ’）に一致する。

以上の位置決め動作において、位置決め精度を決定する重要な項目が補正パラメータｔ_ｐの値である。つまり高精度な位置決めを行うためには補正パラメータｔ_ｐを上手く決定する必要がある。次に、位置決め対象のワークが静止中にカメラ６０で撮影して位置決め動作を行った（一定速度Ｖ＝０）場合の位置決め動作が終了したときのＸ軸およびＹ軸モータの回転値ｐ_ａ’と、前記ワークが動作中にカメラ６０でワークを撮影して位置決め動作を行った場合の位置決め動作が終了したときのＸ軸およびＹ軸モータの回転値ｐ_ａ’の値とから、補正パラメータｔ_ｐを適切な値に自動的に決定する動作について、図７のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ２０１：
制御部４１が、ワークの位置目標値ｐ_ｒｅｆおよび角度目標値θ_ｒｅｆを生成する。これらの値を生成する方法は、図１に示すように制御部４１が外部から取得する方法、またはプログラム等により駆動制御装置４０の内部で生成する方法などを用いることができる。また、これらの値は、図７のフローチャートの動作において常に固定である。

ステップＳ２０２：
撮像開始位置ｐ_ｓをカメラ位置ｐ_ｃａｍとし、一定速度Ｖ＝０として、位置決め装置１０にて位置決め動作を行う（つまり、駆動制御装置４０によって、位置決め対象を静止中に撮像して前記位置決め対象の位置が目標位置になるように制御する）。なお、撮像開始位置ｐ_ｓをカメラ位置ｐ_ｃａｍとし、一定速度Ｖを０としているため、一度、テーブル５１をカメラ位置ｐ_ｃａｍに静止させてから、カメラ６０でテーブル５１を撮像する動作になる。また、一定速度Ｖ＝０としているため、補正パラメータｔ_ｐの値がどのような値であっても、位置決め動作には影響がない。また、撮像時のテーブル５１の回転速度Ｖ_θも０とする。

ステップＳ２０３：
前ステップで実行した位置決め動作が終了したときの、Ｘ軸およびＹ軸モータ５３、６の回転位置である第１の回転位置に相当する、Ｘ軸およびＹ軸モータ回転指令値ｐ_ｘ、ｐ_ｙを駆動制御装置４０内に設けた記憶装置（図示せず）に記憶する。ここで記憶したＸ軸およびＹ軸モータ回転指令値を、夫々ｐ_{ｘＳ２０３}、ｐ_{ｙＳ２０３}と記載する。

ステップＳ２０４：
撮像開始位置ｐ_ｓをカメラ位置ｐ_ｃａｍ、一定速度Ｖを所望の値、撮像時の回転速度Ｖ_θを０、補正パラメータｔ_ｐを適当な値にして、ステップＳ２０２と同じ初期位置から位置決め装置１０にて位置決め動作を行う（つまり、駆動制御装置４０によって、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように制御する）。ここで定めた補正パラメータの値をｔ_ｐ’＝（ｔ_ｐｘ’，ｔ_ｐｙ’）と記載する。

ステップＳ２０５：
前ステップで実行した位置決め動作が終了したときの、Ｘ軸およびＹ軸モータ５３、６の回転位置である第２の回転位置に相当する、Ｘ軸およびＹ軸モータ回転指令値ｐ_{ｘＳ２０５}、ｐ_{ｙＳ２０５}を前記記憶装置に記憶し、ステップＳ２０２で実行した位置決め動作とステップＳ２０４で実行した位置決め動作との、Ｘ軸およびＹ軸の夫々の位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０５}＝ｐ_{ｘＳ２０５}−ｐ_{ｘＳ２０３}、Δｐ_{ｙＳ２０５}＝ｐ_{ｙＳ２０５}−ｐ_{ｙＳ２０３}を算出して、位置決め誤差Δｐ_Ｓ２０５＝（Δｐ_{ｘＳ２０５}，Δｐ_{ｙＳ２０５}）を求める。

ステップＳ２０６：
前ステップで得られた位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０５}およびΔｐ_{ｙＳ２０５、}ならびに、前ステップのときに入力された一定速度Ｖ＝（Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ）および補正パラメータｔ_ｐ’に基づき、補正パラメータの最適値ｔ_ｏｐｔ＝（ｔ_ｏｐｔｘ、ｔ_ｏｐｔｙ）を計算する。

ステップＳ２０７：
前ステップで計算された補正パラメータの値ｔ_ｏｐｔを、制御部４１へ入力する。

なお、上記フローでおこなわれる計算は、別途、駆動制御装置４０内に設けた計算装置（図示せず）にて自動的におこなってよく、前記計算装置を設けることなく制御部４１内のＣＰＵでおこなってもよく、各パラメータを位置決め装置１０から適時出力して外部の計算装置で計算してもよい。

次に、図７のフローチャートで記載した動作により補正パラメータの最適値ｔ_ｏｐｔが求まることについて、図４および８を用いて、さらに詳細に説明する。前述のように、式（１）において、（記憶したＸ軸モータ回転位置ｐ_ｍ−一定速度Ｖ＊補正パラメータｔ_ｐ）という項は、画像撮像部３２が画像を撮像して撮像時刻特定信号Ｓ_ｔを出力した時刻ｔ_Ｓ１０７と制御部４１が撮像時刻特定信号Ｓ_ｔより計算した撮像が完了した時刻ｔ_Ｓ１０９との差を補正する項であり、画像撮像部３２が画像を撮像して撮像時刻特定信号Ｓ_ｔを出力した時刻ｔ_Ｓ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_ｘ、ｐ_ｙを推定する。このとき時刻ｔ_Ｓ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置ｐ_Ｓ１０７と推定値（ｐ_ｍｘ―Ｖ_ｘ＊ｔ_ｐｘ、ｐ_ｍｙ―Ｖ_ｙ＊ｔ_ｐｙ）との誤差が、位置決め誤差となる。本実施の形態では、撮像中は一定速度Ｖ＝（Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ）で移動しているため、図８に示すように、位置決め誤差と補正パラメータｔ_ｐとの間には直線の関係があり、その傾きは撮像開始位置ｐ_ｓを通過する一定速度Ｖ＝（Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ）に等しい。したがって前述の直線と横軸との交点を計算し、その計算値を補正パラメータｔ_ｐの値とすることで、位置決め誤差を小さくし、高精度な位置決めが可能となる。

そこで、前述の位置決め誤差と補正パラメータｔ_ｐとの直線式を計算するために、まずステップＳ２０１〜ステップＳ２０５より、補正パラメータｔ_ｐがｔ_ｐ’の場合の位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０５}およびΔｐ_{ｙＳ２０５}を実験により求める。これらの値と一定速度Ｖ＝（Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ）より、位置決め誤差と補正パラメータｔ_ｐとの直線式が計算可能となり、計算した直線式から位置決め誤差が０になる補正パラメータｔ_ｏｐｔ＝（ｔ_ｏｐｔｘ、ｔ_ｏｐｔｙ）を計算すると

となる。

式（６）および（７）により計算した補正パラメータｔ_ｏｐｔ＝（ｔ_ｏｐｔｘ、ｔ_ｏｐｔｙ）を制御部４１へ入力して位置決め動作を行うことにより、テーブル５１を一定速度Ｖで移動させて、カメラ６０でテーブル５１を撮影した撮像画像により位置決め対象のワークの検出位置ｐ_ｃｘｙを検出しても、高精度な位置決めが可能となる。つまり、高精度な位置決めが短時間で達成可能となる。

この実施の形態における画像処理装置を用いた位置決め装置によれば、前記第１の回転位置と前記第２の回転位置とに基づいた補正パラメータｔ_ｐを導入し、画像撮像部３２が画像を撮像して画像完了信号を出力した時刻ｔ_Ｓ１０７と制御部４１が撮像時刻特定信号Ｓ_ｔより計算した撮像が完了した時刻ｔ_Ｓ１０９の差を所定時間として補正する事により、カメラ６０でテーブル５１を撮像する際に一定速度Ｖで移動していても、画像撮像部３２が画像を撮像して画像完了信号を出力した時刻ｔ_Ｓ１０７におけるＸ軸およびＹ軸モータの回転位置を計算できるため、高精度に位置決め対象のワークの位置を位置目標値ｐ_ｒｅｆに一致させることが可能となる。

また、この実施の形態における位置決め制御装置を用いた位置決め装置では、使用するカメラを限定することがないため、汎用性が高く、柔軟なシステム構築を行うことが可能である。

また、この実施の形態における位置決め制御装置では、前記補正パラメータの最適値を、位置決め対象のワークが静止中にカメラ６０で撮影して位置決め動作を行った（一定速度Ｖ＝０）場合の位置決め動作が終了したときのＸ軸およびＹ軸モータ５３、５６の前記第１の回転位置の値と、前記ワークが移動中にカメラ６０でワークを撮影して位置決め動作を行った場合の位置決め動作が終了したときのＸ軸およびＹ軸モータ５３、５６の前記第２の回転位置の値とから自動的に決定できるため、簡単に高精度かつ短時間の位置決め動作を行うことが可能となる。

また、図７に示したフローチャートを全て自動化することにより、専門知識などを持たない人でも最適な補正パラメータを求めることが可能になり、さらに簡単に高精度な位置動作を行うことが可能となる。

なお、この実施の形態では特定の補正パラメータにおける位置決め誤差とカメラ６０を用いた撮像時のテーブル５１の速度との関係を求めて、補正パラメータの最適値を計算したが、その他の補正パラメータにおける位置決め誤差とカメラ６０を用いた撮像時のテーブル５１の速度との別の関係を求めて、求めた別の関係から補正パラメータの最適値を計算しても良い。

また、この実施の形態ではＸＹθステージ５０に用いた場合について説明したが、この実施の形態で説明している撮像位置補正方式はＸＹθステージ５０に用いた場合に限定するものではなく、ＵＶＷステージなどカメラを用いる位置決め制御装置および位置決め装置全般に使用してもよい。

また、この実施の形態ではカメラ６０が位置決め対象のワークを撮影する際に、θ軸方向の回転速度Ｖ_θを０として説明したが、撮影時の回転速度Ｖ_θは０出なくてもよい。この場合、座標変換部３３から入力された前記ワークの検出角度θ_ｃと撮影時の回転速度Ｖ_θと補正パラメータｔ_ｐθとを用いて、検出角度θ_ｃを

と補正し、補正したθ_ｃ’を式（１）に置けるθ_ｃとして考え、計算すればよい。

また、補正パラメータｔ_ｐθは、

と求めればよい。ここで、Δｐ_{θＳ２０５}は、ステップＳ２０２で得られる位置決め対象のワークが静止中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値と、ステップＳ２０５で得られる前記ワークが動作中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値との差、ｔ_ｏｐｔθは、θ軸の最適な補正パラメータ、ｔ_ｐθ’は、ステップＳ２０５で用いた補正パラメータの値である。

以上より、この発明に係る位置決め制御装置では、カメラによる位置決め対象の撮像が終了した時刻が特定できる撮像時刻特定信号を出力し、且つ前記撮像された画像を処理して前記位置決め対象の検出位置を特定して出力する画像処理装置、および前記撮像時刻特定信号と前記検出位置と前記位置決め対象を移動させるモータの回転位置とを取得し、前記撮像時刻特定信号が取得された時刻における前記回転位置から所定時間前の前記回転位置を計算し、この計算値と前記検出位置と位置決め対象の目標位置とに基づき、前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御する駆動制御装置を備え、前記位置決め対象を静止中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第１の回転位置と、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第２の回転位置とを予め取得し、前記所定時間を前記第１の回転位置と前記第２の回転位置とに基づいて決定するので、簡単に短時間で高精度な位置決め動作を可能とすることができる。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２による位置決め制御装置について図９および１０を用いて説明する。この実施の形態と実施の形態１の位置決め制御装置２０との差異は、補正パラメータｔ_ｏｐｔの決定方法である。実施の形態１では、位置決め対象のワークが静止中にカメラ６０で撮影した場合の位置決め動作が終了時のＸ軸およびＹ軸モータ５３、５６の第１の回転位置の値と、前記ワークが動作中にカメラ６０で撮影した場合の位置決め動作が終了時のＸ軸およびＹ軸モータ５３、５６の第２の回転位置の値と、カメラ６０を用いて前記ワークを撮像したときの速度Ｖから最適な補正パラメータｔ_ｏｐｔを計算していたが、この実施の形態では、前記ワークが動作中にカメラ６０を用いて撮像する場合の実験回数を増やし、最適な補正パラメータｔ_ｏｐｔを計算する。なお、図９および１０おいて同じ記号の要素は図７および８と同じ動作を行うために説明を省略する。また、この実施の形態における位置決め動作は図３で表されるフローチャートを実行する点も実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。

次に、この実施の形態における最適な補正パラメータｔ_ｏｐｔを決定する動作について図９のフローチャートを用いて説明する。図９のフローチャートは全部で９つのステップから構成されている。ステップＳ２０１からステップＳ２０５までは、実施の形態１におけるステップＳ２０１からステップＳ２０５までと全く同じ動作を行うため、この実施の形態では説明を省略し、ステップＳ２０６’から説明を行う。

ステップＳ２０６’：
補正パラメータを（ステップＳ２０４）と異なる値にし、撮像開始位置ｐ_ｓをカメラ位置ｐ_ｃａｍ、一定速度Ｖを所望の値として位置決め動作を行う（つまり、駆動制御装置４０によって、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように制御する）。ここで定めた補正パラメータの値をｔ_ｐ” ＝（ｔ_ｐｘ”、ｔ_ｐｙ”）（≠ｔ_ｐ’）と記載する。また、撮像時の回転速度Ｖ_θも０とする。

ステップＳ２０７’：
前ステップで実行した位置決め動作が終了したときの、Ｘ軸およびＹ軸モータ５３、６の回転位置である別の第２の回転位置に相当する、Ｘ軸、Ｙ軸モータ回転指令値ｐ_{ｘＳ２０７’}、ｐ_{ｙＳ２０７’}を記憶し、前ステップで実行した位置決め動作との位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０７’}＝ｐ_{ｘＳ２０７’}−ｐ_{ｘＳ２０３}およびΔｐ_{ｙＳ２０７’}＝ｐ_{ｙＳ２０７’}−ｐ_{ｙＳ２０３}を計算する。

ステップＳ２０８’：
ステップＳ２０４で入力した補正パラメータｔ_ｐ’と、ステップＳ２０５で得られた位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０５}およびΔｐ_{ｙＳ２０５}と、ステップＳ２０６’で入力した補正パラメータｔ_ｐ”と、ステップＳ２０７’で得られた位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０７’}およびΔｐ_{ｙ２０７’}とに基づき、補正パラメータの最適値ｔ_ｏｐｔを計算する。

ステップＳ２０９’：
計算された補正パラメータの値ｔ_ｏｐｔを制御部４１へ入力する。

なお、上記フローでおこなわれる計算は、別途駆動制御装置４０内に設けた計算装置（図示せず）にて自動的におこなってよく、前記計算装置を設けることなく制御部４１内のＣＰＵでおこなってもよく、各パラメータを位置決め装置１０から適時出力して外部で計算してもよい。

次に、図９のフローチャートで記載した動作により補正パラメータの最適値ｔ_ｏｐｔが求まることについて、図１０を用いて、さらに詳細に説明する。実施の形態１で説明したように、この実施の形態においても、撮像中は一定速度Ｖ＝（Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ）で移動しているため、図１０に示すように、位置決め誤差と補正パラメータｔ_ｐとの間には直線の関係がある。したがって前述の直線と横軸との交点を計算し、その計算値を補正パラメータｔ_ｐの値とすることで、位置決め誤差をさらに小さくし、さらに高精度な位置決めが可能となる。

そこで、前述の位置決め誤差と補正パラメータｔ_ｐとの直線式を計算するために、まずステップＳ２０１〜ステップＳ２０５より補正パラメータｔ_ｐがｔ_ｐ’の場合の位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０５}およびΔｐ_{ｙＳ２０５}を実験により求める。また、ステップＳ２０６’およびステップＳ２０７’よりある補正パラメータｔ_ｐ”における位置決め誤差Δｐ_{ｘＳ２０７’}およびΔｐ_{ｙＳ２０７’}を求める。これらの値より、位置決め誤差と補正パラメータｔ_ｐとの直線式が計算可能となり、計算した直線式から位置決め誤差が０になる補正パラメータｔ_ｏｐｔ＝（ｔ_ｘｏｐｔ、ｔ_ｙｏｐｔ）を計算すると

となる。

式（１０）、（１１）により計算した補正パラメータｔ_ｏｐｔ＝（ｔ_ｘｏｐｔ、ｔ_ｙｏｐｔ）を制御部４１へ入力して位置決め動作を行うことにより、テーブル５１を一定速度Ｖで移動させて、カメラ５０でテーブル５１を用いて撮像した撮像画像により位置決め対象のワークの検出位置ｐ_ｃｘｙを検出しても、さらに高精度な位置決めが可能となる。つまり、さらに高精度な位置決めが短時間で可能となる。

この実施の形態における画像処理装置を用いた位置決め制御装置によれば、位置決め対象のワークが静止中にカメラ６０で撮影する位置決め動作を１回、前記ワークが動作中にカメラ６０で撮影する位置決め動作を２回行うことにより、補正パラメータｔ_ｐの最適値を自動的に決定できるため、簡単にさらに高精度かつ短時間の位置決め動作を行うことが可能となる。

また、位置決め対象のワークが動作中にカメラ６０で撮影する位置決め動作の回数を増やすことで、撮像および位置決め動作におけるばらつきの影響を一層低減することが可能となる。

また、この実施の形態における位置決め制御装置を用いた位置決め装置では、使用するカメラを限定することがないため、汎用性が高く、柔軟なシステム構築を行うことが可能である。

なお、この実施の形態では、位置決め対象のワークが静止中にカメラ６０で撮影する位置決め動作を１回、前記ワークが動作中にカメラ６０で撮影する位置決め動作を２回行うことにより、補正パラメータと位置決め誤差との関係を求めているが、さまざまな補正パラメータに応じて前記ワークが動作中にカメラ６０で撮影する位置決め動作を行い、得られた位置決め誤差を用いて最小二乗法により補正パラメータと位置決め誤差との関係を求めて、求めた関係から補正パラメータの最適値ｔ_ｏｐｔを計算しても良い。このように、前記ワークが動作中にカメラ６０で撮影する位置決め動作の回数をより増やすことでデータのばらつき等に起因する誤差の影響をより一層低減することが可能となる。

また、この実施の形態においても、カメラ６０が位置決め対象のワークを撮影する際にθ軸方向の回転速度Ｖ_θを０として説明したが、撮影時の回転速度Ｖ_θは０出なくてもよい。この場合、座標変換部３３から入力された前記のワーク検出角度θ_ｃと撮影時の回転速度Ｖ_θ、補正パラメータｔ_ｐθを用いて、検出角度θ_ｃを

と補正し、補正したθ_ｃ’を式（１）に置けるθ_ｃとして考え、計算すればよい。

また、補正パラメータｔ_ｐθは、

と求めればよい。ここで、Δｐ_{θ２０７’}は、ステップＳ２０２で得られる前記ワークが静止中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値とステップＳ２０７’で得られる前記ワークが動作中に撮影した場合の位置決め動作が終了時のθ軸モータ回転指令値との差であり、ｔ_ｐθ”は、ステップＳ２０７’で用いた補正パラメータの値である。

以上より、この発明に係る位置決め制御装置２０では、位置決め対象を移動中に撮像して前記位置決め対象の位置を前記目標位置になるように制御する動作を複数回おこなうことで、前記動作毎の位置決め誤差と補正パラメータとの複数の組を予め取得し、所定時間を前記複数の組に基づいて決定するので、簡単にさらに高精度かつ短時間の位置決め動作を行うことが可能となる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３による位置決め制御装置２０について説明する。この実施の形態と実施の形態１および２の位置決め制御装置の差異は、実施の形態１および２の位置決め制御装置が、位置決め対象のワークの位置と姿勢の両方を制御しているのに対し、この実施の形態における位置決め制御装置は、前記ワークの位置のみを制御する点にある。

この実施の形態における位置決め制御装置２０の動作は実施の形態１または２における位置決め制御装置２０の動作において、θ軸モータ５８の動作を止める、また式（１）における、回転行列Ｒ_{θｒｅｆ−θｃ}を単位行列にすればよいだけであるので、詳細な説明は省略する。

前記ワークが円形の物体などの場合は、前記ワークの位置のみを制御すればよく、姿勢を制御する必要がないときもある。この場合、θ軸モータ５８は動作させる必要がなく、θ軸モータ駆動部４４の動作も止めておくことにより、無駄なエネルギーを使用することはなく、制御部４１においてθ軸に関する計算を止めることにより、計算負荷の低減につながる。

実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４による位置決め装置について説明する。この実施の形態では、図１１に示すように、位置決め装置１０がシーケンス制御装置８０を有している。これ以外は、実施の形態１または２と同様なので、説明を省略する。このシーケンス制御部８０は、位置決め制御装置２０の駆動制御装置４０（より具体的には制御部４１）へ、上述の第１の回転位置および第2の回転位置を取得する動作を行うためのシーケンスの指令を与える。つまり、駆動制御装置４０は、予めシーケンスを制御する手段であるシーケンス制御装置８０の指令に基づいて第１の回転位置および第２の回転位置を取得する動作を行う。

このように構成することで、また、図７または図９のフローチャートで示した手順を全て自動化することができるので、専門知識などを持たない人でも最適な補正パラメータを求めることが可能になり、簡単に高精度な位置動作を行うことが可能となる。

１０ 位置決め装置、２０ 位置決め制御装置、３０ 画像処理装置、３１ 画像撮像部、３２ 画像処理部、３３ 座標変換部、４０ 駆動制御装置、４１ 制御部、４２ Ｘ軸モータ駆動部、４３ Ｙ軸モータ駆動部、４４ θ軸モータ制御部、５０ ＸＹθステージ、５１ テーブル、５２ Ｘ軸直動部、５３ Ｘ軸モータ、５４ Ｘ軸位置検知器、５５ Ｙ軸直動部、５６ Ｙ軸モータ、５７ Ｙ軸位置検知器、５８ θ軸モータ、５９ θ軸回転検出器、６０ カメラ、７０ 台座、８０ シーケンス制御装置。

Claims (6)

1. カメラによる位置決め対象の撮像が終了した時刻が特定できる撮像時刻特定信号を出力し、且つ前記撮像された画像を処理して前記位置決め対象の検出位置を特定して出力する画像処理装置、および前記撮像時刻特定信号と前記検出位置と前記位置決め対象を移動させるモータの回転位置とを取得し、前記撮像時刻特定信号が取得された時刻における前記回転位置から所定時間前の前記回転位置を計算し、この計算値と前記検出位置と位置決め対象の目標位置とに基づき、前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御する駆動制御装置を備え、
   前記位置決め対象を静止中に撮像して前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記駆動制御装置によって前記モータを制御した場合の前記モータの第１の回転位置と、前記位置決め対象を移動中に撮像して前記駆動制御装置によって前記位置決め対象の位置が前記目標位置になるように前記モータを制御した場合の前記モータの第２の回転位置とを予め取得し、前記所定時間を前記第１の回転位置と前記第２の回転位置とに基づいて決定することを特徴とする位置決め制御装置。
2. 第２の回転位置と第１の回転位置との差分から位置決め誤差を求め、前記位置決め誤差と位置決め対象の移動速度に関する情報から位置決め誤差が最小となる補正パラメータを決定することを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
3. 位置決め対象を移動中に撮像して前記位置決め対象の位置を前記目標位置になるように制御する動作を複数回おこなうことで、前記動作毎の位置決め誤差と補正パラメータとの複数の組を予め取得し、所定時間を前記複数の組に基づいて決定することを特徴とする請求項２に記載の位置決め制御装置。
4. 位置決め対象が載るテーブルと、このテーブルを駆動するモータと、前記テーブルのテーブル角度を検出する検出器とを有するステージをさらに備え、
   駆動制御装置は、前記検出器により検出された前記テーブル角度と画像処理装置により検出された前記位置決め対象の角度とに基づいて、前記位置決め対象が、外部から入力される又は内部で生成される前記位置決め対象の角度目標値となるように、前記テーブル角度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め制御装置。
5. 駆動制御装置は、予め、シーケンスを制御する手段の指令に基づいて第１の回転位置および第２の回転位置を取得する動作を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め制御装置、
   位置決め対象を含む画像を撮影して画像処理装置へ出力するカメラ、
   および、前記位置決め対象が載るテーブルと、このテーブルを駆動するモータと、前記テーブルの位置を検出する検出器とを有するステージを備えた位置決め装置。

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