特開 2022-25540 キャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022025540

(43)【公開日】2022-02-10

(54)【発明の名称】キャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/10 20060101AFI20220203BHJP

【ＦＩ】

B25J9/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020128423

(22)【出願日】2020-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100173691

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 康久

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100137095

【弁理士】

【氏名又は名称】江部 武史

(72)【発明者】

【氏名】図斉 賢治

(72)【発明者】

【氏名】森本 一幸

(72)【発明者】

【氏名】福冨 健智

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS12

3C707AS13

3C707BS03

3C707KS03

3C707KT01

3C707KT05

3C707KT09

(57)【要約】

【課題】ロボットの可動部のキャリブレーションを実行するためのキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法を提供する。
【解決手段】キャリブレーションシステム１００は、ワークテーブル１１と、ワークテーブル１１上に載置されたワークに対する作業を実行するための作業部１２と、ワークと作業部１２との相対位置を変化させるための可動部１３とを備えるロボット１と、ワークテーブル１１の上方に設けられたカメラ２と、ロボット１の可動部１３およびカメラ２を制御するための制御装置４と、を含む。制御装置４は、可動部１３を目標量だけ駆動させるよう可動部１３を駆動した後、カメラ２を駆動し、ワークテーブル１１を含むカメラ画像を取得し、さらに、取得したカメラ画像から可動部１３の実際の駆動量を算出し、実際の駆動量と目標量との差に基づいて、可動部１３のキャリブレーションを実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークテーブルと、前記ワークテーブル上に載置されたワークに対する作業を実行するための作業部と、前記ワークと前記作業部との相対位置を変化させるための可動部と、を備えるロボットと、
前記ワークテーブルの上方に設けられたカメラと、
前記ロボットの前記可動部および前記カメラを制御するための制御装置と、を含み、
前記制御装置は、前記可動部を目標量だけ駆動させるよう前記可動部を駆動した後、前記カメラを駆動し、前記ワークテーブルを含むカメラ画像を取得し、さらに、前記取得したカメラ画像から、前記可動部の実際の駆動量を算出し、前記実際の駆動量と前記目標量との差に基づいて、前記可動部の位置制御のキャリブレーションを実行するよう構成されていることを特徴とするキャリブレーションシステム。

【請求項2】

前記ワークテーブルの作業面をＸＹ平面としたとき、前記可動部は、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸可動部と、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸可動部と、を含んでおり、
前記作業部および前記カメラは、前記Ｘ軸可動部によって前記Ｘ軸方向に移動可能に設けられており、
前記ワークテーブルは、前記Ｙ軸可動部によって前記Ｙ軸方向に移動可能に設けられている請求項１に記載のキャリブレーションシステム。

【請求項3】

前記可動部は、Ｚ軸方向に移動可能なＺ軸可動部をさらに含んでおり、
前記Ｚ軸可動部は、前記Ｘ軸可動部に取り付けられており、
前記作業部および前記カメラは、前記Ｚ軸可動部に取り付けられ、これにより、前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向に移動可能である請求項２に記載のキャリブレーションシステム。

【請求項4】

前記カメラは、前記カメラの視野内に、前記ワークに対する作業を実行する前記作業部の先端部が位置するような向きおよび位置で、前記ワークテーブルの上方に設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【請求項5】

前記制御装置が前記可動部の前記キャリブレーションを実行する際、前記ワークテーブル上にはキャリブレーションチャートが載置されており、
前記制御装置は、前記可動部を前記目標量だけ駆動させるよう前記可動部を制御する前に、前記カメラを駆動し、前記ワークテーブル上に載置された前記キャリブレーションチャートを撮影し、カメラキャリブレーションを実行するよう構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【請求項6】

前記キャリブレーションチャートは、少なくとも１つのマーカーを含んでおり、
前記カメラが取得した前記カメラ画像は、前記マーカーを含んでおり、
前記制御装置は、前記取得したカメラ画像における前記マーカーの位置から、前記可動部の前記実際の駆動量と前記目標量との前記差を算出する請求項５に記載のキャリブレーションシステム。

【請求項7】

前記制御装置は、前記目標量をランダムに変更して、前記可動部の前記実際の駆動量と前記目標量との前記差を算出する工程を複数回繰り返し、複数回の前記工程によって取得された複数の前記差に基づいて、前記可動部の前記キャリブレーションを実行するよう構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【請求項8】

ワークテーブルと、前記ワークテーブル上に載置されたワークに対する作業を実行するための作業部と、前記ワークと前記作業部との相対位置を変化させるための可動部と、を備えるロボットのためのキャリブレーション方法であって、
前記可動部を目標量だけ駆動させるよう前記可動部を制御する工程と、
前記ワークテーブルの上方に設けられたカメラを用いて、前記ワークテーブルを含むカメラ画像を取得する工程と、
前記取得したカメラ画像から、前記可動部の実際の駆動量を算出する工程と、
前記実際の駆動量と前記目標量との差に基づいて、前記可動部の位置制御のキャリブレーションを実行する工程と、を含むことを特徴とするキャリブレーション方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、ロボットの可動部の位置制御のキャリブレーションを実行するためのキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法に関し、より具体的には、カメラを用いてロボットの可動部の駆動の目標量と実際の駆動量との差を直接算出し、ロボットの可動部の位置制御のキャリブレーションを実行するためのキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工場の生産ラインにおいて、作業の自動化・無人化を図るため、組立や加工用の産業用ロボットが広く用いられている。産業用ロボットは、工場の生産ラインにおいて、作業対象物（これを「ワーク」という）に対する所定の作業、例えば、部品の取り付け、液体材料の塗布や切削等の加工、導電検査等を行う。このような産業用ロボットは、ロボットアームや可動ステージ等の可動部と、ワークに対する所定の作業を実行するための作業部（例えば、ピックアップハンド、ノズル、コンタクトプローブ）とを備えており、可動部によって作業部とワークとの相対位置を制御することにより、ワークに対する所定の作業を実現する。

【0003】

ワークに対する所定の作業を実行するためには、産業用ロボットの可動部の正確な位置制御が必要である。産業用ロボットの可動部の正確な位置制御を実現するため、産業用ロボットの可動部を稼働させるためのモーターにエンコーダー装置を設けることが広く行われている（特許文献１参照）。エンコーダー装置によってモーターの回転量を測定した後、測定したモーターの回転量から、駆動される産業用ロボットの可動部の駆動量を算出し、算出した駆動量に基づいて、産業用ロボットの可動部の位置制御が実行される。このような構成により、産業用ロボットの可動部の駆動量を制御することができ、ワークに対する所定の作業を実行することができる。

【0004】

しかしながら、エンコーダー装置を用いた可動部の制御では、産業用ロボットの可動部の駆動量を、モーターの回転量から間接的に取得しているため、モーターと産業用ロボットの可動部との間に介在する全ての部品の寸法誤差、治具熱膨張、軸ずれの影響を考慮することができない。そのため、産業用ロボットの可動部の実際の駆動量と、間接的に算出された産業用ロボットの可動部の駆動量との間に差が生じてしまう。また、産業用ロボットの可動部に加重がかかったり、動作スピードが変化したり、環境温度が変化したりする等、産業用ロボットの使用環境が変化した際には、エンコーダー装置によって測定されたモーターの回転量が同じであっても、産業用ロボットの可動部の駆動量が変化してしまう場合がある。そのため、エンコーダー装置を用いて、ロボットの可動部の位置制御を正確に実行することは非常に困難であるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－２１１４２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、カメラを用いてロボットの可動部の駆動の目標量と実際の駆動量との差を直接算出して、ロボットの可動部の位置制御のキャリブレーションを実行することが可能なキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このような目的は、以下の（１）～（８）の本発明により達成される。
（１）ワークテーブルと、前記ワークテーブル上に載置されたワークに対する作業を実行するための作業部と、前記ワークと前記作業部との相対位置を変化させるための可動部と、を備えるロボットと、
前記ワークテーブルの上方に設けられたカメラと、
前記ロボットの前記可動部および前記カメラを制御するための制御装置と、を含み、
前記制御装置は、前記可動部を目標量だけ駆動させるよう前記可動部を駆動した後、前記カメラを駆動し、前記ワークテーブルを含むカメラ画像を取得し、さらに、前記取得したカメラ画像から、前記可動部の実際の駆動量を算出し、前記実際の駆動量と前記目標量との差に基づいて、前記可動部の位置制御のキャリブレーションを実行するよう構成されていることを特徴とするキャリブレーションシステム。

【0008】

（２）前記ワークテーブルの作業面をＸＹ平面としたとき、前記可動部は、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸可動部と、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸可動部と、を含んでおり、
前記作業部および前記カメラは、前記Ｘ軸可動部によって前記Ｘ軸方向に移動可能に設けられており、
前記ワークテーブルは、前記Ｙ軸可動部によって前記Ｙ軸方向に移動可能に設けられている上記（１）に記載のキャリブレーションシステム。

【0009】

（３）前記可動部は、Ｚ軸方向に移動可能なＺ軸可動部をさらに含んでおり、
前記Ｚ軸可動部は、前記Ｘ軸可動部に取り付けられており、
前記作業部および前記カメラは、前記Ｚ軸可動部に取り付けられ、これにより、前記Ｘ軸方向および前記Ｚ軸方向に移動可能である上記（２）に記載のキャリブレーションシステム。

【0010】

（４）前記カメラは、前記カメラの視野内に、前記ワークに対する作業を実行する前記作業部の先端部が位置するような向きおよび位置で、前記ワークテーブルの上方に設けられている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【0011】

（５）前記制御装置が前記可動部の前記キャリブレーションを実行する際、前記ワークテーブル上にはキャリブレーションチャートが載置されており、
前記制御装置は、前記可動部を前記目標量だけ駆動させるよう前記可動部を制御する前に、前記カメラを駆動し、前記ワークテーブル上に載置された前記キャリブレーションチャートを撮影し、カメラキャリブレーションを実行するよう構成されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【0012】

（６）前記キャリブレーションチャートは、少なくとも１つのマーカーを含んでおり、
前記カメラが取得した前記カメラ画像は、前記マーカーを含んでおり、
前記制御装置は、前記取得したカメラ画像における前記マーカーの位置から、前記可動部の前記実際の駆動量と前記目標量との前記差を算出する上記（５）に記載のキャリブレーションシステム。

【0013】

（７）前記制御装置は、前記目標量をランダムに変更して、前記可動部の前記実際の駆動量と前記目標量との前記差を算出する工程を複数回繰り返し、複数回の前記工程によって取得された複数の前記差に基づいて、前記可動部の前記キャリブレーションを実行するよう構成されている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のキャリブレーションシステム。

【0014】

（８）ワークテーブルと、前記ワークテーブル上に載置されたワークに対する作業を実行するための作業部と、前記ワークと前記作業部との相対位置を変化させるための可動部と、を備えるロボットのためのキャリブレーション方法であって、
前記可動部を目標量だけ駆動させるよう前記可動部を制御する工程と、
前記ワークテーブルの上方に設けられたカメラを用いて、前記ワークテーブルを含むカメラ画像を取得する工程と、
前記取得したカメラ画像から、前記可動部の実際の駆動量を算出する工程と、
前記実際の駆動量と前記目標量との差に基づいて、前記可動部の位置制御のキャリブレーションを実行する工程と、を含むことを特徴とするキャリブレーション方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、カメラを用いてロボットの可動部の駆動の目標量と実際の駆動量との差を直接算出することができるので、ロボットの可動部の位置制御のキャリブレーションを正確に実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明のキャリブレーションシステムを概略的に示すブロック図である。

【図2】図１に示すロボット、カメラ、およびキャリブレーションチャートを示す斜視図である。

【図3】図２中のカメラの周辺領域の拡大図である。

【図4】図１に示すキャリブレーションチャートの平面図である。

【図5】図１に示す制御装置を概略的に示すブロック図である。

【図6】カメラ画像の画像座標、カメラワールド座標、およびロボット制御軸の関係を示すための図である。

【図7】参照マーカーの目標位置と実際の移動後位置の差を説明するための図である。

【図8】本発明のキャリブレーション方法を示すフローチャートである。

【図9】図８に示す可動部のキャリブレーション処理をより詳細に示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明のキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法を、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて、説明する。なお、以下で参照する各図は、本発明の説明のために用意された模式的な図である。図面に示された各構成要素の寸法（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法を反映したものではない。また、各図において、同一または対応する要素には、同じ参照番号が付されている。以下の説明において、各図のＺ軸の正方向を「上側」といい、Ｚ軸の負方向を「下側」ということがある。

【0018】

最初に、図１～図７を参照して、本発明の実施形態に係るキャリブレーションシステムを詳述する。図１は、本発明のキャリブレーションシステムを概略的に示すブロック図である。図２は、図１に示すロボット、カメラ、およびキャリブレーションチャートを示す斜視図である。図３は、図２中のカメラの周辺領域の拡大図である。図４は、図１に示すキャリブレーションチャートの平面図である。図５は、図１に示す制御装置を概略的に示すブロック図である。図６は、カメラ画像の画像座標、カメラワールド座標、およびロボット制御軸の関係を示すための図である。図７は、参照マーカーの目標位置と実際の移動後位置の差を説明するための図である。なお、図２中では、図面の簡略化のため、ロボットの各コンポーネントおよびカメラと制御装置とを接続する配線は省略されていることに留意されたい。

【0019】

＜キャリブレーションシステム１００＞
図１に概略的に示されているキャリブレーションシステム１００は、ロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーション（較正）を実行するために用いられる。キャリブレーションシステム１００は、ロボット１と、カメラ２と、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されたキャリブレーションチャート３と、ロボット１およびカメラ２の制御を行うための制御装置４と、を含んでいる。

【0020】

ロボット１は、ワークテーブル１１上に載置されたワーク（図示せず）に対して、部品の取り付け、塗布や切削等の加工、導電検査等の所定の作業を行う機能を有している。典型的には、ロボット１は、ワーク（例えば、回路基板や精密部品）に対して精密作業を行い、プロダクトまたは仕掛品を得るための産業用ロボットである。ロボット１は、ワークテーブル１１と、ワークテーブル１１上に載置されるワークに対する作業を実行するための作業部１２と、ワークテーブル１１と作業部１２との相対位置を変化させるための可動部１３と、を備えている。

【0021】

図２に示されているように、ワークテーブル１１は、平板状の部材であり、その上に作業部１２によって作業が施されるワークが載置される。作業部１２は、ワークテーブル１１上に載置されたワークに対して所定の作業を実行するために用いられる。ワークに対して実行すべき作業の内容に応じて、様々なツールを、作業部１２として用いることができる。例えば、ワークに対して熱硬化性樹脂等の接着剤の塗布を行う場合には、ノズルを作業部１２として用いることができ、ワークに対して部品の組み付けを行う場合には、ピックアップハンドを作業部１２として用いることができ、ワークに対して導電検査を行う場合には、コンタクトプローブを作業部１２として用いることができる。

【0022】

作業部１２は、図示しない配線によって制御装置４に接続されており、制御装置４からの制御に応じて、所定の動作を実行する。例えば、作業部１２がノズルである場合には、作業部１２は、制御装置４からの制御に応じて、ノズル内部に充填された液体材料（例えば、熱硬化性樹脂等の接着剤）をワークに対して塗布する動作を実行する。以下、作業部１２は、制御装置４からの制御に応じて、液滴をワークのワークポイント（作業対象点）に対して塗布するためのノズルであるとして説明を提供するが、上述のように作業部１２はノズルに限られない点に留意されたい。制御装置４からの制御に応じて、可動部１３が駆動され、作業部１２とワークテーブル１１上に載置されたワークとの相対位置が調整された後、制御装置４は、作業部１２に対して制御信号を送信し、ワークに対して自身の内部に充填された液体材料をワークのワークポイントに対して吐出する。

【0023】

可動部１３は、ロボット１の土台として機能するベース１３１と、ベース１３１の上方にベース１３１の上面とは離間して設けられたＸ軸可動部１３Ｘと、ベース１３１の上面上に設けられたＹ軸可動部１３Ｙと、Ｘ軸可動部１３Ｘに取り付けられたＺ軸可動部１３Ｚと、を備えている。

【0024】

Ｘ軸可動部１３Ｘは、図示しない配線によって制御装置４に接続されており、制御装置４からの制御に応じて、Ｘ軸ステージ１３３Ｘを、図２中のＸ軸方向に沿ってスライド移動させる機能を有している。Ｘ軸可動部１３Ｘは、ベース１３１のＸ軸方向の両端側にそれぞれ立設するよう設けられた一対の脚部１３１Ｘと、ベース１３１の上面から離間し、一対の脚部１３１Ｘの間を架橋するよう設けられ、図中のＸ軸に沿って延伸するＸ軸レール１３２Ｘと、Ｘ軸レール１３２Ｘ上をスライド移動可能に設けられた箱形のＸ軸ステージ１３３Ｘと、Ｘ軸ステージ１３３Ｘをスライド移動させるためのステッピングモーター等のＸ軸アクチュエーター（図示せず）と、を備えている。制御装置４からＸ軸アクチュエーターに制御信号が送信されると、Ｘ軸アクチュエーターが制御信号に応じて駆動し、Ｘ軸ステージ１３３Ｘを、Ｘ軸レール１３２Ｘ上でスライド移動させる。

【0025】

Ｙ軸可動部１３Ｙは、図示しない配線によって制御装置４に接続されており、制御装置４からの制御に応じて、Ｙ軸ステージ１３２Ｙを、図２中のＹ軸方向に沿ってスライド移動させる機能を有している。Ｙ軸可動部１３Ｙは、ベース１３１の上面上に設けられ、図中のＹ軸に沿って延伸するＹ軸レール１３１Ｙと、Ｙ軸レール１３１Ｙ上をスライド移動可能に設けられた平板状のＹ軸ステージ１３２Ｙと、Ｙ軸ステージ１３２Ｙをスライド移動させるためのステッピングモーター等のＹ軸アクチュエーター（図示せず）と、を備えている。制御装置４からＹ軸アクチュエーターに制御信号が送信されると、Ｙ軸アクチュエーターが制御信号に応じて駆動し、Ｙ軸ステージ１３２ＹをＹ軸レール１３１Ｙ上でスライド移動させる。また、図２に示されているように、Ｙ軸ステージ１３２Ｙの面は、図中のＸＹ平面と一致している。また、ロボット１のワークテーブル１１が、Ｙ軸ステージ１３２Ｙ上に固定されている。

【0026】

Ｚ軸可動部１３Ｚは、図示しない配線によって制御装置４に接続されており、制御装置４からの制御に応じて、Ｚ軸ステージ１３１Ｚを、図２中のＺ軸方向に沿ってスライド移動させる機能を有している。Ｚ軸可動部１３Ｚは、Ｘ軸可動部１３ＸのＸ軸ステージ１３３Ｘ上に設けられた平板状のＺ軸ステージ１３１Ｚと、Ｚ軸ステージ１３１Ｚをスライド移動させるためのステッピングモーター等のＺ軸アクチュエーター（図示せず）と、を備えている。制御装置４からＺ軸アクチュエーターに制御信号が送信されると、Ｚ軸アクチュエーターが制御信号に応じて駆動し、Ｚ軸ステージ１３１ＺをＸ軸ステージ１３３Ｘ上で、Ｚ軸方向に沿ってスライド移動させる。また、図２に示されているように、Ｚ軸ステージ１３１Ｚの面方向は、図中のＸＺ平面と一致している。また、作業部１２およびカメラ２が、固定具によって、Ｚ軸ステージ１３１Ｚの面上に固定されている。

【0027】

このように図示の形態では、ワークテーブル１１は、Ｙ軸可動部１３ＹのＹ軸ステージ１３２Ｙ上に取り付けられている。一方、Ｚ軸可動部１３ＺのＺ軸ステージ１３１Ｚは、Ｘ軸可動部１３ＸのＸ軸ステージ１３３Ｘに取り付けられており、さらに、作業部１２およびカメラ２が、Ｚ軸ステージ１３１Ｚに取り付けられている。したがって、制御装置４は、可動部１３のＸ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚを駆動することにより、作業部１２とワークテーブル１１上に載置されたワークとの相対位置を変更することができる。

【0028】

なお、本明細書において、用語「駆動量」および「駆動の目標量」は、それぞれ、制御装置４からの制御によって駆動され、スライド移動された可動部１３の各ステージの「移動量」および「移動の目標量」を指す。例えば、「Ｘ軸可動部１３Ｘの駆動量」といった場合、制御装置４からの制御によって駆動されたＸ軸アクチュエーターによってスライド移動されたＸ軸ステージ１３３Ｘの移動量を指し、「可動部１３の駆動量」といった場合、制御装置４からの制御によって駆動されたＸ軸アクチュエーター、Ｙ軸アクチュエーター、およびＺ軸アクチュエーターによってそれぞれスライド移動されたＸ軸ステージ１３３Ｘ、Ｙ軸ステージ１３２Ｙ、およびＺ軸ステージ１３１Ｚの移動ベクトルの和を指す。

【0029】

カメラ２は、ワークテーブル１１の上方において、作業部１２とワークテーブル１１を撮影可能に設けられた任意の撮像デバイスである。図２に示されているように、カメラ２は、可動部１３のＺ軸可動部１３ＺのＺ軸ステージ１３１Ｚに取り付けられている。カメラ２は、図示しない配線によって制御装置４に接続されており、作業部１２とワークテーブル１１を含むカメラ画像をリアルタイムで取得し、取得したカメラ画像を制御装置４に送信する。制御装置４は、カメラ２から送信されたカメラ画像を参照することにより、作業部１２とワークテーブル１１上に載置されたワークとの相対位置をリアルタイムで確認することができる。したがって、カメラ２は、作業部１２とワークテーブル１１上に載置されたワークとの相対位置を観察するための視覚センサーとして機能する。

【0030】

図３は、図２中のカメラ２の周辺領域の拡大図を示している。なお、図３中においてカメラ２の先端から下方に向けて放射状に延伸する点線は、カメラ２の視野を表現している。図３に示されているように、カメラ２は、カメラ２の視野内に常に、ワークに対する作業を実行する作業部１２の先端部１２１が位置するような向きおよび位置で、Ｚ軸ステージ１３１Ｚに取り付けられている。このように、カメラ２および作業部１２の双方がＺ軸ステージ１３１Ｚに取り付けられているため、カメラ２と作業部１２との相対位置は常に一定である。また、作業部１２の先端部１２１は、作業部１２がノズルである場合には、液滴を吐出するノズル先端であり、作業部１２がピックアップハンドである場合には、ワークを把持するハンド先端部であり、作業部１２がコンタクトプローブである場合には、プローブ先端である。

【0031】

このような構成により、ロボット１がワークに対する作業を実行する際にカメラ２によってリアルタイムで取得されるカメラ画像は、作業部１２の先端部１２１とワークテーブル１１上のワークを常に含んでいる。そのため、制御装置４は、カメラ画像を参照することにより、作業部１２とワークテーブル１１上に載置されたワークとの相対位置をリアルタイムで直接確認することができ、作業部１２とワークテーブル１１上に載置されたワークとの相対位置の制御をより正確に実行することができる。なお、後述するように、カメラ２によって取得されるカメラ画像は、ロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーションにも利用される。

【0032】

図４には、本発明のキャリブレーションシステム１００において用いられるキャリブレーションチャート３が示されている。キャリブレーションチャート３は、平板状の部材であり、その上面に、インク等の着色料によって、少なくとも１つのマーカー３１が形成されている。図示の形態では、キャリブレーションチャート３は、等間隔で格子状に配置された複数のマーカー３１を含んでいる。キャリブレーションチャート３は、本発明のキャリブレーションシステム１００を用いてロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーションを実行する際に、キャリブレーションシステム１００の管理者や使用者等によって、少なくとも１つのマーカー３１がカメラ２の視野内に位置するよう、ロボット１のワークテーブル１１上に配置される。

【0033】

図５には、制御装置４のブロック図が示されている。制御装置４は、ロボット１の各コンポーネント（具体的には、作業部１２および可動部１３）およびカメラ２に接続されている。制御装置４は、ロボット１の各コンポーネントおよびカメラ２を制御する機能を有している。制御装置４は、単体のデバイスとして実施されていてもよいし、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ノートパソコン、ワークステーション、タブレット型コンピューター、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、ウェアラブル端末、サーバー等の任意の演算デバイス内において実施されていてもよい。

【0034】

図５に示されているように、制御装置４は、制御装置４の動作を実行するための１つ以上のプロセッサー４１と、制御装置４への入力および制御装置４からの出力を実行するためのＩ／Ｏ（インプット／アウトプット）インターフェース４２と、制御装置４の処理を実行するために用いられるデータ４４およびモジュール４５を保存している１つ以上のメモリー４３と、を備えている。

【0035】

１つ以上のプロセッサー４１は、１つ以上のマイクロプロセッサー、マイクロコンピューター、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリーコントロールユニット（ＭＣＵ）、画像処理用演算処理装置（ＧＰＵ）、状態機械、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれらの組み合わせ等のコンピューター可読命令に基づいて信号操作等の演算処理を実行する演算ユニットである。特に、プロセッサー４１は、メモリー４３内に保存されているコンピューター可読命令（例えば、データ、プログラム、モジュール等）をフェッチし、演算、信号操作および制御を実行するよう構成されている。

【0036】

Ｉ／Ｏインターフェース４２は、ウェブインターフェース、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）等の様々なソフトウェアインターフェースおよびハードウェアインターフェースを含む。例えば、Ｉ／Ｏインターフェース４２は、キーボード、マウス、タッチパネルディスプレイ、外部メモリー、プリンター、ディスプレイのような周辺デバイスのためのインターフェースである。Ｉ／Ｏインターフェース４２は、キーボード、マウス、タッチパネルディスプレイのような入力デバイスを用いた制御装置４への入力およびディスプレイ、プリンター、外部メモリーへの制御装置４からの出力を可能とする。また、Ｉ／Ｏインターフェース４２は、制御装置４が、インターネット等のネットワークを介して、外部に設けられたウェブサーバーやデータサーバーのような任意の外部デバイスと通信を行うことを可能としてもよい。

【0037】

メモリー４３は、揮発性記憶媒体（例えば、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、不揮発性記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、ＳＤカード、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク）、またはこれらの組み合わせを含むコンピューター可読媒体である。

【0038】

メモリー４３は、プロセッサー４１と通信可能に接続されており、プロセッサー４１により実行可能な複数のモジュール４５、および、複数のモジュール４５による処理に必要なデータ４４を保存している。また、メモリー４３は、複数のモジュール４５の１つ以上によって受信、処理、生成されたデータや、複数のモジュール４５による処理を実行するために必要なデータを一時保存する機能を備えている。

【0039】

データ４４は、カメラ２が取得したカメラ画像に対する歪み補正等の画像処理およびカメラ２のカメラキャリブレーションを実行するために必要なカメラパラメーター４４１と、ロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーション用の駆動補正パラメーター４４２と、制御装置４の処理を実行するために必要な任意の数のその他データ４４３と、を含んでいる。

【0040】

カメラパラメーター４４１は、カメラ２のレンズの焦点距離、収差特性、カメラ２の画像センサーのセンサー特性等のカメラ２のレンズおよび画像センサーに関するパラメーターである。カメラパラメーター４４１は、キャリブレーションシステム１００の構築前に事前に取得または測定され、メモリー４３内に保存されている。

【0041】

駆動補正パラメーター４４２は、制御装置４から可動部１３に出力される出力値を補正するためのパラメーターである。制御装置４が、可動部１３（Ｘ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、および／またはＺ軸可動部１３Ｚ）を所定の目標量だけ駆動させるために、可動部１３に対して、目標量に対応する出力値を可動部１３に出力したとしても、可動部１３の部品の寸法誤差、治具熱膨張、軸ずれ等の影響により、駆動の目標量と、実際の駆動量との間に差が生じてしまう。駆動補正パラメーター４４２は、このような可動部１３の駆動の目標量と実際の駆動量との差を最小化するために用いられる。可動部１３の駆動の目標量と実際の駆動量との間の相関関係は、典型的には、高次の多項式で表され、駆動補正パラメーター４４２は、該高次の多項式の各項の係数である。このような駆動補正パラメーター４４２は、後述する本発明のキャリブレーション方法によって任意のタイミング（ロボット１の稼働開始時、半日に１回、日に１回、月に１回等）で取得され、メモリー４３内に保存される。なお、一度も本発明のキャリブレーション方法が実行されていない場合には、駆動補正パラメーター４４２は、全てゼロである。この場合、駆動補正パラメーター４４２を用いても、制御装置４から可動部１３への出力値は補正されない。

【0042】

モジュール４５は、ルーティーン、アプリケーション、プログラム、アルゴリズム、ライブラリー、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、またはこれらの組み合わせ等のプロセッサー４１により実行可能なコンピューター可読命令である。

【0043】

モジュール４５は、カメラ２を制御するためのカメラ制御モジュール４５１と、カメラ２に対するカメラキャリブレーションを実行するためのカメラキャリブレーションモジュール４５２と、ロボット１を制御するためのロボット制御モジュール４５３と、カメラ２が取得したカメラ画像内におけるロボット制御軸（すなわち、ロボット１の可動部１３の可動方向であるＸ軸およびＹ軸）を特定するためのロボット制御軸特定モジュール４５４と、ロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーションを実行するための可動部キャリブレーションモジュール４５５と、制御装置４が提供する機能を補うための任意の数のその他モジュール４５６と、を含んでいる。

【0044】

プロセッサー４１は、メモリー４３内に保存されている各種モジュールを用いることにより、所望の機能を提供することができる。例えば、プロセッサー４１は、可動部キャリブレーションモジュール４５５を用いることにより、ロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーションのための処理を実行することができる。また、各モジュールは、他のモジュールを使用することも可能である。

【0045】

カメラ制御モジュール４５１は、カメラ２を駆動し、カメラ画像を取得する機能と、カメラ２によって取得されたカメラ画像に対して補正を施す機能と、を有している。カメラ制御モジュール４５１は、カメラ２からリアルタイムで送信されるカメラ画像に対して、メモリー４３内に保存されているカメラパラメーター４４１を用いて歪み補正等の画像処理を施す。カメラ制御モジュール４５１によって取得および補正されたカメラ画像は、メモリー４３内に一時的に保存され、制御装置４の各モジュールによって用いられる。

【0046】

カメラキャリブレーションモジュール４５２は、カメラ２のカメラキャリブレーションを実行する機能を有している。カメラキャリブレーションは、「ｃａｍｅｒａ ｒｅｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ」とも称され、カメラ２が取得したカメラ画像の画像座標系と、カメラ２のカメラワールド座標系と、現実世界の３次元ワールド座標系との間の投影関係を特定するための処理である。

【0047】

前述のように、本発明のキャリブレーションシステム１００によるロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーションが実行される際には、キャリブレーションチャート３がロボット１のワークテーブル１１に載置される。そのため、カメラ２によって取得されるカメラ画像は、キャリブレーションチャート３を含んでいる。カメラキャリブレーションモジュール４５２は、キャリブレーションチャート３を含むカメラ画像およびメモリー４３内に保存されているカメラパラメーター４４１を用いて、カメラ２のカメラキャリブレーションを実行する。

【0048】

図６には、カメラキャリブレーションによって特定された、カメラ画像におけるカメラワールド座標系の一例が示されている。図６中の点線で示されている軸が、カメラ２のカメラワールド座標軸である。このように、ワークテーブル１１上のキャリブレーションチャート３に対するカメラ２の位置、回転、および傾きによって、カメラ２のカメラワールド座標系の座標軸とカメラ画像の画像座標系の座標軸は一致しない。そのため、カメラキャリブレーションによって、カメラ画像の画像座標系と、カメラ２のカメラワールド座標系との投影関係を特定する必要がある。カメラキャリブレーションにより、カメラ画像におけるキャリブレーションチャート３の３次元ワールド座標が確認可能となり、カメラ画像内のマーカー３１の位置が変化した際に、カメラ画像内でのマーカー３１の位置の変化から、現実でのマーカー３１の位置の変化を、現実世界の単位（例えば、ｍｍ）で計測できるようになる。カメラキャリブレーションモジュール４５２によるカメラキャリブレーションは、幾何光学の分野においてよく知られた任意の方法（例えば、カメラの内部パラメーターと外部パラメーターを用いた座標変換方法）を用いて実行することができる。

【0049】

ロボット制御モジュール４５３は、ロボット１を制御する機能を有している。より具体的には、ロボット制御モジュール４５３は、ロボット１の可動部１３を駆動させ、ロボット１の作業部１２とワークテーブル１１上のワークとの相対位置を変化させる機能と、作業部１２を駆動させ、ワークに対して所定の作業を実行する機能と、を有している。

【0050】

ロボット制御モジュール４５３は、可動部１３のＸ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚをそれぞれ独立に駆動させることができる。なお、ロボット制御モジュール４５３がロボット１のＸ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚを駆動していない初期状態の作業部１２の位置を初期位置という。ロボット制御モジュール４５３は、ロボット１の作業部１２とワークテーブル１１上のワークとの相対位置を変化させるために、可動部１３のＸ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚのそれぞれの駆動の目標量を決定し、Ｘ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚのそれぞれ用の出力値を決定する。なお、作業部１２が初期位置にある場合、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの間のＺ軸方向の離間距離は、実行される作業に応じて略一定であるので、可動部１３のＺ軸可動部１３Ｚの駆動の目標量は、事前に設定された固定値である。

【0051】

Ｘ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚのそれぞれ用の出力値を決定した後、ロボット制御モジュール４５３は、可動部１３のＸ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚの位置制御の精度を高めるため、メモリー４３内に保存されている駆動補正パラメーター４４２を参照し、Ｘ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚのそれぞれ用の出力値を補正する。

【0052】

その後、ロボット制御モジュール４５３は、Ｘ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚに対して、補正した出力値を出力し、可動部１３のＸ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚをそれぞれ独立に駆動させ、作業部１２とワークとの相対位置を、ワークに対する作業を実行するために適切な所定の状態とする。

【0053】

より具体的には、ロボット制御モジュール４５３は、最初に、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙを駆動し、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置がアプローチ条件を満たすようにする。なお、ここでいう「アプローチ条件」とは、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとのＸＹ平面上での相対位置が、ロボット制御モジュール４５３がＺ軸可動部１３Ｚを駆動し、作業部１２の先端部１２１をワークのワークポイントに向かってアプローチさせるために適した条件にあるか否かを判断するための条件である。例えば、アプローチ条件は、カメラ画像内における作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの離間距離、ワークのワークポイントに対する作業部１２の先端部１２１の角度等である。アプローチ条件は、作業部１２の形状、作業部１２が行う作業の種類、ワークの形状、大きさ等に応じて事前に設定されている。このように、ロボット制御モジュール４５３は、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙを駆動し、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置がアプローチ条件を満たすようにする。

【0054】

また、前述のように、カメラ２は、カメラ２の視野内に常に、ワークに対する作業を行う作業部１２の先端部１２１が位置するような向きおよび位置で、可動部１３のＺ軸可動部１３ＺのＺ軸ステージ１３１Ｚに取り付けられている。カメラ２によって取得されるカメラ画像は、作業部１２の先端部１２１とワークテーブル１１上のワークが含まれている。ロボット制御モジュール４５３は、カメラ２が取得したカメラ画像を参照することにより、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置をリアルタイムで確認することができる。そのため、ロボット制御モジュール４５３は、カメラ画像を参照し、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置がアプローチ条件を満たすか否かを確認する。作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置がアプローチ条件を満たさない場合には、ロボット制御モジュール４５３は、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙを再度駆動し、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置を、アプローチ条件が満たされるよう、修正する。

【0055】

その後、ロボット制御モジュール４５３は、Ｚ軸可動部１３Ｚを駆動し、作業部１２の先端部１２１をワークのワークポイントに対してアプローチさせ、作業部１２の先端部１２１を、ワークのワークポイントに接触または近接させる。その後、ロボット制御モジュール４５３は、作業部１２を駆動し、ワークに対して所定の作業を行う。なお、ワークに対する所定の作業が終了した後、ロボット制御モジュール４５３は、Ｘ軸可動部１３Ｘ、Ｙ軸可動部１３Ｙ、およびＺ軸可動部１３Ｚをそれぞれ駆動し、作業部１２を初期位置に戻してもよいし、ワーク上の別のワークポイントに対する作業を実行するために、可動部１３および作業部１２を駆動してもよい。

【0056】

なお、上述のようにカメラ２によって取得されるカメラ画像は、作業部１２の先端部１２１を含んでいるので、ロボット制御モジュール４５３は、カメラ画像を参照することにより、作業部１２の先端部１２１の汚れ、変形、または破損を検出することができる。ロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーション時に作業部１２の先端部１２１の汚れ、変形、または破損が検出された場合には、ロボット制御モジュール４５３は、Ｉ／Ｏインターフェース４２を用いて、ディスプレイ等の出力装置にエラーメッセージを表示させる。これにより、キャリブレーションシステム１００の管理者や使用者等は、作業部１２の清掃や交換等の適切な処置を取ることができる。

【0057】

図５に戻り、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、カメラ２によって取得されるカメラ画像の画像座標系と、ロボット１のロボット制御軸、すなわち、可動部１３の駆動方向であるＸ軸およびＹ軸との投影関係を特定するためのロボット制御軸特定処理を実行する機能を有している。具体的には、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第１のカメラ画像（移動前カメラ画像）を取得する。次に、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、ロボット制御モジュール４５３を用いて、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙをそれぞれ所定量だけ駆動させる。次に、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第２のカメラ画像（移動後カメラ画像）を取得する。次に、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、第１のカメラ画像中の任意のマーカー３１の位置と、第２のカメラ画像中の対応するマーカー３１の位置とを比較し、カメラ２が取得したカメラ画像において、可動部１３の駆動方向であるＸ軸およびＹ軸が、カメラ画像中のどの方向に対応するのかを特定する。

【0058】

図６には、カメラ画像のカメラ座標と、ロボット１のロボット制御軸、すなわち、可動部１３の駆動方向であるＸ軸およびＹ軸との関係の一例が示されている。このようなロボット制御軸特定処理を実行することにより、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれを駆動した際に、カメラ画像内において、マーカー３１がどの方向に移動するのかを特定することができる。

【0059】

図５に戻り、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、メモリー４３内に保存されている駆動補正パラメーター４４２を更新、すなわち、可動部１３の位置制御のキャリブレーションを実行する機能を有している。具体的には、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、最初に、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第１のカメラ画像（移動前カメラ画像）を取得する。次に、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、第１のカメラ画像内に含まれるマーカー３１の１つを参照マーカーとして特定する。さらに、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の目標量を決定する。この際、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の目標量は、カメラ２によって取得されるカメラ画像から参照マーカーが外れない範囲で、ランダムに設定される。

【0060】

次に、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙを目標量だけ駆動した場合に、カメラ画像内において参照マーカーが位置すると予想される目標位置を算出する。次に、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、ロボット制御モジュール４５３を用いて、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれに対して、駆動の目標量に対応する出力値を出力し、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれを駆動する。

【0061】

Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙが駆動された後、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第２のカメラ画像（移動後カメラ画像）を取得する。次に、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、第２のカメラ画像における参照マーカーの実際の移動後位置を特定する。図７に示されているように、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の目標量と、実際の駆動量との間に差が存在する場合、第２のカメラ画像中における参照マーカーの目標位置と実際の移動後位置は一致しない。可動部キャリブレーションモジュール４５５は、第２のカメラ画像中における参照マーカーの目標位置と実際の移動後位置の差を算出し、メモリー４３内に一時保存する。なお、第２のカメラ画像中における参照マーカーの目標位置と実際の移動後位置の差は、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の実際の駆動量と目標量との差に対応する。したがって、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、第２のカメラ画像における参照マーカーの目標位置と実際の移動後位置から、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の実際の駆動量と目標量との差を算出する。

【0062】

可動部キャリブレーションモジュール４５５は、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の目標量をランダムに変更して、上述したＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の実際の駆動量と目標量との差を算出する工程を、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれの駆動の目標量と実際の駆動量との間の相関関係を表す近似式（高次の多項式）を算出するのに必要な回数（例えば、５００回）だけ繰り返す。その後、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、メモリー４３内に一時保存されている複数の差を用いて、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれの駆動の目標量と実際の駆動量との間の相関関係を表す近似式（高次の多項式）を算出し、得られた近似式のパラメーターを用いて、メモリー４３内の駆動補正パラメーター４４２を更新する。

【0063】

このような工程を実行することにより、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、ロボット１の可動部１３のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置制御のキャリブレーションを実行することができる。なお、上述の説明では、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙを駆動し、Ｚ軸可動部１３Ｚを駆動していないが、本発明はこれに限られない。可動部キャリブレーションモジュール４５５は、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙに加えて、Ｚ軸可動部１３Ｚを駆動し、可動部１３のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の位置制御のキャリブレーションを実行してもよい。ただし、一般的に、ロボット１のような産業用ロボットでは、Ｚ軸方向の位置制御に要求される精度は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置制御に要求される精度よりも大幅に低い。例えば、精密部品の加工では、Ｚ軸方向の位置制御に要求される精度はｍｍ単位であるのに対し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置制御に要求される精度はμｍ以下の単位である。そのため、Ｚ軸方向の位置制御のキャリブレーションの重要度は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置制御のキャリブレーションの重要度よりも低い。

【0064】

このように、本発明のキャリブレーションシステム１００においては、カメラ２が取得したカメラ画像（第１のカメラ画像および第２のカメラ画像）に基づいて、ロボット１の可動部１３の駆動の目標量と実際の駆動量との差を算出し、算出した差に基づいて、ロボット１の可動部１３の位置制御のキャリブレーションを実行することができる。カメラ画像に基づいて算出される可動部１３の駆動の目標量と実際の駆動量との差は、可動部１３の部品の寸法誤差、治具熱膨張、軸ずれ等の影響を全て含んだものであるので、本発明のキャリブレーションシステム１００によれば、正確に可動部１３の位置制御のキャリブレーションを実行することができる。そのため、本発明のキャリブレーションシステム１００によれば、ロボット１を用いたワークに対する作業の精度を向上させることができる。

【0065】

さらに、本発明のキャリブレーションシステム１００においては、カメラ２が取得したカメラ画像から、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置がアプローチ条件を満たしているか否かが確認され、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置がアプローチ条件を満たしていない場合には、作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置が修正される。そのため、カメラ２が取得したカメラ画像による作業部１２の先端部１２１とワークのワークポイントとの相対位置の修正によって、ロボット１を用いたワークに対する作業の精度をさらに向上させることができる。

【0066】

＜キャリブレーション方法Ｓ１００＞
上述したキャリブレーションシステム１００を用いて本発明のキャリブレーション方法が実行される。以下、図８および図９を参照して、本発明のキャリブレーション方法を詳述する。図８は、本発明のキャリブレーション方法を示すフローチャートである。図９は、図８に示す可動部のキャリブレーション処理をより詳細に示すフローチャートである。

【0067】

本発明のキャリブレーション方法Ｓ１００は、キャリブレーションシステム１００の管理者や使用者等によって任意のタイミング（例えば、ロボット１の稼働開始時、半日に１回、日に１回、月に１回等）で実行される。最初に、工程Ｓ１１０において、キャリブレーションシステム１００の管理者や使用者等は、キャリブレーションチャート３を、ロボット１のワークテーブル１１上に載置する。この際、キャリブレーションチャート３は、マーカー３１がカメラ２の視野内に位置するように配置される。その後、キャリブレーションシステム１００の管理者や使用者等は、制御装置４に対して、以下に詳述する工程を開始するための所定の操作を実行する。

【0068】

キャリブレーションシステム１００の管理者や使用者等が、制御装置４に対して所定の操作を実行すると、工程Ｓ１２０において、制御装置４のプロセッサー４１は、カメラキャリブレーションモジュール４５２を用いて、カメラ２のカメラキャリブレーションを実行する。具体的には、カメラキャリブレーションモジュール４５２は、最初に、カメラ制御モジュール４５１を用いてカメラ２を駆動し、ワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、キャリブレーションチャート３を含むカメラ画像を取得する。次に、カメラキャリブレーションモジュール４５２は、キャリブレーションチャート３を含むカメラ画像およびメモリー４３内に保存されているカメラパラメーター４４１を用いて、カメラ２のカメラキャリブレーションを実行する。

【0069】

次に、工程Ｓ１３０において、制御装置４のプロセッサー４１は、ロボット制御軸特定モジュール４５４を用いて、カメラ２が取得したカメラ画像の画像座標と、ロボット１のロボット制御軸、すなわち、可動部１３の駆動方向であるＸ軸およびＹ軸との投影関係を特定するためのロボット制御軸特定処理を実行する。具体的には、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第１のカメラ画像（移動前カメラ画像）を取得する。次に、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、ロボット制御モジュール４５３を用いて、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙをそれぞれ所定量だけ駆動させる。次に、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第２のカメラ画像（移動後カメラ画像）を取得する。第２のカメラ画像が取得された後、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、ロボット制御モジュール４５３を用いて、ロボット１の作業部１２を初期位置に戻す。

【0070】

次に、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、第１のカメラ画像中の任意のマーカー３１の位置と、第２のカメラ画像中の対応するマーカー３１の位置とを比較し、カメラ２が取得したカメラ画像中において、可動部１３の駆動方向であるＸ軸およびＹ軸はどの方向に対応するのかを特定する。なお、上述の説明では、ロボット制御軸特定モジュール４５４は、第１のカメラ画像を取得したが、工程Ｓ１２０において取得されたカメラ画像を、第１のカメラ画像として利用してもよい。この場合、第１のカメラ画像を取得するための処理が省略される。

【0071】

次に、工程Ｓ１４０において、制御装置４のプロセッサー４１は、可動部キャリブレーションモジュール４５５を用いて、可動部１３の位置制御のキャリブレーションを実行する。図９は、工程Ｓ１４０において実行される可動部１３の位置制御のキャリブレーション処理をより詳細に示している。工程Ｓ１４１において、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第１のカメラ画像（移動前カメラ画像）を取得する。次に、工程Ｓ１４２において、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、第１のカメラ画像内に含まれるマーカー３１の１つを参照マーカーとして特定する。さらに、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の目標量を決定する。この際、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の目標量は、カメラ２によって取得されるカメラ画像から参照マーカーが外れない範囲で、ランダムに設定される。

【0072】

次に、工程Ｓ１４３において、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙを目標量だけ駆動した場合に、カメラ画像内において参照マーカーが位置すると予想される目標位置を算出する。工程Ｓ１４４において、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、ロボット制御モジュール４５３を用いて、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれに対して、駆動の目標量に対応する出力値を出力し、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれを駆動する。

【0073】

工程Ｓ１４５において、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、カメラ制御モジュール４５１を用いて、ロボット１のワークテーブル１１上に載置されているキャリブレーションチャート３を撮影し、第２のカメラ画像（移動後カメラ画像）を取得する。工程Ｓ１４６において、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、第２のカメラ画像における参照マーカーの実際の移動後位置を特定する。さらに、可動部キャリブレーションモジュール４５５は、第２のカメラ画像中における参照マーカーの目標位置と実際の移動後位置の差を算出し、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の実際の駆動量と目標量との差として、メモリー４３内に一時保存する。その後、制御装置４のプロセッサー４１は、ロボット制御モジュール４５３を用いて、ロボット１の可動部１３を駆動し、ロボット１の作業部１２を初期位置に戻してもよい。このように、工程Ｓ１４１～工程Ｓ１４６において、Ｘ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙの駆動の実際の駆動量と目標量との差の測定が実行される。

【0074】

工程Ｓ１４７において、制御装置４のプロセッサー４１は、工程Ｓ１４１～工程Ｓ１４６が、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれの駆動の目標量と実際の駆動量との間の相関関係を表す近似式（高次の多項式）を算出するのに必要な回数（例えば、５００回）だけ実行されたか否かを判別する。工程Ｓ１４１～工程Ｓ１４６が必要な回数だけ実行されていないと判別された場合には、処理は、工程Ｓ１４１に戻る。一方、工程Ｓ１４１～工程Ｓ１４６が必要な回数だけ実行されていると判別された場合には、処理は、工程Ｓ１４８に進む。

【0075】

工程Ｓ１４８において、制御装置４のプロセッサー４１は、可動部キャリブレーションモジュール４５５を用いて、メモリー４３内に一時保存されている複数の差から、可動部１３のＸ軸可動部１３ＸおよびＹ軸可動部１３Ｙのそれぞれの駆動の目標量と実際の駆動量との間の相関関係を表す近似式（高次の多項式）を算出し、得られた近似式のパラメーターを用いて、メモリー４３内の駆動補正パラメーター４４２を更新する。工程Ｓ１４８が終了すると、工程Ｓ１４０の処理が完了し、キャリブレーション方法Ｓ１００も終了する。

【0076】

以上、本発明のキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の各コンポーネントの構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の構成に任意の構成のものを付加することができる。

【0077】

本発明の属する分野および技術における当業者であれば、本発明の原理、考え方、および範囲から有意に逸脱することなく、記述された本発明のキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法の構成の変更を実行可能であろうし、変更された構成を有するキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法もまた、本発明の範囲内である。

【0078】

例えば、図１～図７を参照して詳述されたキャリブレーションシステムのコンポーネントの数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意のコンポーネントが追加若しくは組み合わされ、または任意のコンポーネントが削除された態様も、本発明の範囲内である。また、キャリブレーションシステムの各コンポーネントは、ハードウェア的に実現されていてもよいし、ソフトウェア的に実現されていてもよいし、これらの組み合わせによって実現されていてもよい。

【0079】

また、図８および図９に示されたキャリブレーション方法の工程の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の工程が、任意の目的で追加若しくは組み合わされ、または、任意の工程が削除される態様も、本発明の範囲内である。

【符号の説明】

【0080】

１…ロボット １１…ワークテーブル １２…作業部 １２１…先端部 １３…可動部 １３１…ベース １３Ｘ…Ｘ軸可動部 １３１Ｘ…脚部 １３２Ｘ…Ｘ軸レール １３３Ｘ…Ｘ軸ステージ １３Ｙ…Ｙ軸可動部 １３１Ｙ…Ｙ軸レール １３２Ｙ…Ｙ軸ステージ １３Ｚ…Ｚ軸可動部 １３１Ｚ…Ｚ軸ステージ ２…カメラ ３…キャリブレーションチャート ３１…マーカー ４…制御装置 ４１…プロセッサー ４２…Ｉ／Ｏインターフェース ４３…メモリー ４４…データ ４４１…カメラパラメーター ４４２…駆動補正パラメーター ４４３…その他データ ４５…モジュール ４５１…カメラ制御モジュール ４５２…カメラキャリブレーションモジュール ４５３…ロボット制御モジュール ４５４…ロボット制御軸特定モジュール ４５５…可動部キャリブレーションモジュール ４５６…その他モジュール １００…キャリブレーションシステム Ｓ１００…キャリブレーション方法 Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０…工程 Ｓ１４１～Ｓ１４８…工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】