JP2007218778A - Position detection method and alignment method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position detection method and an alignment method capable of detecting the position and the direction of a rectangular detection object, and performing alignment to a reference position efficiently and highly accurately. <P>SOLUTION: A deviation angle of the direction of the detection object is determined from an output from the first and second line sensors for detecting each edge position of one side of the detection object, and each deviation amount to each axial direction of the detection object after correction of the deviation angle is determined from the determined deviation angle of the detection object and each output from the first to third line sensors. Then, each deviation amount X, Y in the x-axis and y-axis directions and the deviation angle θ are controlled simultaneously in the three axes. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、矩形状の、例えば大型のガラスや液晶パネル等を簡易に、しかも高精度に位置決めすることのできる位置検出方法および位置合わせ方法に関する。   The present invention relates to a position detection method and an alignment method capable of easily positioning a rectangular, for example, large glass or a liquid crystal panel with high accuracy.

矩形状の大型のガラスや液晶パネル等の位置合わせは、専ら、液晶パネル等を支持した３軸制御形のステージを制御して行われる。ちなみに３軸制御形のステージは、そのステージを直交座標系におけるｘ軸およびｙ軸方向にそれぞれ移動自在に設けると共に、その移動面と直交する軸を回転軸として回転可能に設けたものである。尚、液晶パネル等を支持する自走式のロボットを用い、該ロボットの移動と回転とを制御することで位置合わせを行うことも考えられている。   Positioning of a large rectangular glass or a liquid crystal panel is performed exclusively by controlling a three-axis control type stage that supports the liquid crystal panel or the like. Incidentally, the stage of the three-axis control type is provided so that the stage can be moved in the x-axis and y-axis directions in the Cartesian coordinate system, and can be rotated about the axis orthogonal to the moving surface as a rotation axis. Note that it is also considered to perform alignment by using a self-propelled robot that supports a liquid crystal panel or the like and controlling the movement and rotation of the robot.

ちなみに上述した位置合わせ制御は、通常、液晶パネル等を位置決めすべき基準位置に対する上記液晶パネル等の現在位置とのずれ量、具体的には直交座標系におけるｘ軸およびｙ軸方向のずれ量（Δｘ,Δｙ）と、その向きのずれ角Δθとがそれぞれ零［０］となるように前記ステージの３軸をそれぞれフィードバック制御することによってなされる。また上記位置合わせ制御を行うべく、３つの位置検出センサを用いて矩形状の液晶パネル等（検出対象物）の位置とその向きを検出することも提唱されている（例えば特許文献１,２を参照）。
特開平１０−３３８３４６号公報 特開２０００−２３５１４９号公報 Incidentally, the above-described alignment control is usually performed by the amount of deviation from the current position of the liquid crystal panel or the like relative to the reference position where the liquid crystal panel or the like is to be positioned, specifically, the amount of deviation in the x-axis and y-axis directions ( Δx, Δy) and the deviation angle Δθ in the direction thereof are each controlled by feedback control of the three axes of the stage so as to be zero [0]. In order to perform the alignment control, it is also proposed to detect the position and orientation of a rectangular liquid crystal panel or the like (detection target) using three position detection sensors (see, for example, Patent Documents 1 and 2). reference).
JP 10-338346 A JP 2000-235149 A

しかしながら特許文献１に示される基板の位置検出技術は、ロボットハンドに設けられた前端縁検出センサと側縁検出センサとを用い、ロボットハンドを前進移動させて先端縁を検出したときの移動距離ｘと、ロボットハンドを基板の幅方向に移動させて側縁が検出されたときの移動距離ｙ1,ｙ2とから、基板の位置とその向き（傾き）とを検出するものである。つまり位置検出処理にロボットハンドの移動制御が必要となるので、位置検出までに時間を要することが否めない。しかも上述した位置検出の後に、改めてロボットハンドを用いて基板の位置合わせを行うことが必要となるので、効率的に位置合わせを行うことができないと言う問題がある。   However, the substrate position detection technique disclosed in Patent Document 1 uses a front edge detection sensor and a side edge detection sensor provided in a robot hand, and moves the robot hand forward to detect the leading edge x. The position of the substrate and its direction (tilt) are detected from the movement distances y1 and y2 when the side edge is detected by moving the robot hand in the width direction of the substrate. That is, since movement control of the robot hand is necessary for the position detection process, it cannot be denied that it takes time to detect the position. In addition, after the above-described position detection, it is necessary to align the substrate again using the robot hand, so that there is a problem that the alignment cannot be performed efficiently.

また特許文献２に示される位置合わせ技術は、θ軸の回転中心に設けられた第１の位置検出センサにて基板の縁部が位置付けられるようにテーブルをｙ軸方向に移動させ、この状態から第２の位置検出センサにて上記基板の縁部が検出されるまでテーブルを回転させて基板の向きを合わせた後、第３の位置検出センサにより前記基板の他の縁部が検出されるまで前記テーブルをｘ軸方向に移動させることで、その位置合わせを行うものである。従ってこの位置合わせ技術においては、予め第１の位置検出センサをθ軸の回転中心に設けておくことが必要である。しかも先ずテーブルを回転させて基板の向きを補正した後にしか、その位置合わせを行うことができないと言う問題がある。   The alignment technique disclosed in Patent Document 2 moves the table in the y-axis direction so that the edge of the substrate is positioned by the first position detection sensor provided at the rotation center of the θ-axis. The table is rotated until the edge of the substrate is detected by the second position detection sensor and the orientation of the substrate is adjusted, and then the other edge of the substrate is detected by the third position detection sensor. The table is aligned by moving the table in the x-axis direction. Therefore, in this alignment technique, it is necessary to previously provide the first position detection sensor at the rotation center of the θ axis. Moreover, there is a problem that the alignment can be performed only after the table is first rotated to correct the orientation of the substrate.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、矩形状の検出対象物の位置とその向きとを簡易に検出して、基準位置に対する位置合わせを効率的に、しかも高精度に行うことのできる位置検出方法および位置合わせ方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to easily detect the position and orientation of a rectangular detection object, and to efficiently align the reference position. An object of the present invention is to provide a position detection method and an alignment method that can be performed with high accuracy.

上述した目的を達成するべく本発明に係る位置検出方法は、直角座標系におかれた矩形状の検出対象物、例えばガラスや液晶パネル等の位置とその向きを検出するに際して、
前記直角座標系の一方の軸方向に離間して設けられて前記直角座標系の他方の軸方向における前記検出対象物の一辺のエッジ位置をそれぞれ検出する第１および第２のラインセンサ、並びに前記直角座標系の他方の軸方向に設けられて前記直角座標系の一方の軸方向における前記検出対象物の前記一辺に隣接する辺のエッジ位置を検出する第３のラインセンサを用い、
前記第１および第２のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の一辺における互いに異なる部位でのエッジ位置から、前記直角座標系に対する前記検出対象物の向きのずれ角を求めると共に、求められた検出対象物の向きのずれ角と前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の互いに隣り合う２辺のエッジ位置とから前記向きのずれ角を補正後における前記直角座標系の基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量をそれぞれ求めることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, the position detection method according to the present invention detects the position and orientation of a rectangular detection object such as glass or a liquid crystal panel placed in a rectangular coordinate system.
A first line sensor and a second line sensor which are provided separately in one axial direction of the rectangular coordinate system and detect an edge position of one side of the detection object in the other axial direction of the rectangular coordinate system; and Using a third line sensor that is provided in the other axial direction of the rectangular coordinate system and detects an edge position of a side adjacent to the one side of the detection object in the one axial direction of the rectangular coordinate system;
A deviation angle of the direction of the detection object with respect to the rectangular coordinate system is obtained and obtained from edge positions at different portions on one side of the detection object respectively detected by the first and second line sensors. The right angle after correcting the deviation angle of the direction from the deviation angle of the direction of the detected object and the edge positions of the two adjacent sides of the detection object detected by the first to third line sensors, respectively. It is characterized in that the amount of deviation of the detection object from the reference position of the coordinate system in each axial direction is obtained.

即ち、本発明に係る位置検出方法は、例えばｘ軸方向に所定の距離ｄを隔てて設けられた第１および第２のラインセンサを用いて矩形状の検出対象物の一辺のｙ軸方向におけるエッジ位置ａ,ｂをそれぞれ検出すると共に、ｙ軸方向に設けられた第３のラインセンサを用いて上記矩形状の検出対象物の前記一辺に隣接する辺のｘ軸方向におけるエッジ位置cを検出するようにし、これらの検出されたエッジ位置ａ,ｂ,ｃから、前記検出対象物を位置付けるべき基準位置からの前記検出対象物の位置ずれ量Ｘ,Ｙとその向きのずれ角θとをそれぞれ求めることを特徴としている。   That is, the position detection method according to the present invention uses, for example, the first and second line sensors provided at a predetermined distance d in the x-axis direction, and the one side of the rectangular detection object in the y-axis direction. The edge positions a and b are detected, respectively, and the edge position c in the x-axis direction of the side adjacent to the one side of the rectangular detection object is detected using the third line sensor provided in the y-axis direction. From these detected edge positions a, b, and c, the amount X, Y of positional deviation of the detection object from the reference position where the detection object should be positioned and the deviation angle θ of the direction are respectively determined. It is characterized by seeking.

具体的には前記検出対象物の向きのずれ角θについては、前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物のエッジ位置がａ,ｂ,ｃとして与えられ、前記第１および第２のラインセンサの離間距離がｄとして与えられるとき、
θ＝arctan［（ｂ−ａ）／ｄ］
として計算し、また前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙについては、前記検出対象物の回転中心を（α,β）とし、前記直角座標系の原点からの前記一方の軸方向における前記第３のラインセンサの距離をｙo、他方の軸方向における前記第１または第２のラインセンサの距離をｘoとしたとき、
Ｙ＝ａ・cosθ＋（α−ｘo）sinθ＋β（１−cosθ）
Ｘ＝ｃ・cosθ−（β−ｙo）sinθ＋α（１−cosθ）
として計算するようにすれば良い。 Specifically, for the deviation angle θ of the direction of the detection object, the edge positions of the detection object respectively detected by the first to third line sensors are given as a, b, c, When the distance between the first and second line sensors is given as d,
θ = arctan [(b−a) / d]
As for the shift amounts X and Y of the detection object in the respective axial directions, the rotation center of the detection object is (α, β), and the one axis from the origin of the rectangular coordinate system When the distance of the third line sensor in the direction is yo, and the distance of the first or second line sensor in the other axial direction is xo,
Y = a · cos θ + (α−xo) sin θ + β (1-cos θ)
X = c · cos θ− (β−yo) sin θ + α (1−cos θ)
It is sufficient to calculate as follows.

尚、前記検出対象物の回転中心（α,β）については、予めその座標系において既知である場合には、その位置座標をそのまま用いれば十分であるが、未知である場合には前記検出対象物の向きを所定角度回転させ、その回転前に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ1,ｂ1,ｃ1）から求められる前記検出対象物の向きのずれ角θ1と、回転後に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ2,ｂ2,ｃ2）から求められる回転後における前記検出対象物の向きのずれ角θ2とに従い
Ｐ＝sinθ1−sinθ2，Ｑ＝cosθ1−cosθ2
Ｒ＝−ａ1・cosθ1＋ａ2・cosθ2＋ｘo・Ｐ
Ｓ＝ｃ1・cosθ1−ｃ2・cosθ2＋ｙo・Ｐ
として、
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
として算出するようにすれば良い。 If the rotation center (α, β) of the detection object is known in advance in the coordinate system, it is sufficient to use the position coordinates as it is, but if it is unknown, the detection object The direction of the object to be detected is obtained by rotating the direction of the object by a predetermined angle and obtaining the edge position (a1, b1, c1) of the object to be detected detected by the first to third line sensors before the rotation. The deviation angle θ2 of the direction of the detection object after rotation obtained from the deviation angle θ1 and the edge position (a2, b2, c2) of the detection object detected by the first to third line sensors after rotation. And P = sinθ1-sinθ2, Q = cosθ1-cosθ2
R = -a1 · cosθ1 + a2 · cosθ2 + xo · P
S = c1 · cosθ1-c2 · cosθ2 + yo · P
As
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
It is sufficient to calculate as follows.

また検査対象物を回転制御しながらｘ軸方向およびｙ軸方向に移動制御する場合、その移動制御に伴って回転中心も変化していくので、前記検出対象物の移動量（ｘ,ｙ）に応じて前記検出対象物の回転中心（α,β）を補正して前記直角座標系における前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙを
Ｙ＝ａ・cosθ＋（α−ｘo−ｘ）sinθ
＋（β−ｙ）・（１−cosθ）
Ｘ＝ｃ・cosθ−（β−ｙo−ｙ）sinθ
＋（α−ｘ）・（１−cosθ）
として求め、これによって３軸同時制御を実現するようにすれば良い。 Further, when the movement control is performed in the x-axis direction and the y-axis direction while controlling the rotation of the inspection object, the rotation center also changes along with the movement control, so that the amount of movement (x, y) of the detection object is changed. Accordingly, the center of rotation (α, β) of the detection object is corrected and the amount of displacement X, Y in the direction of each axis of the detection object in the rectangular coordinate system is expressed as Y = a · cos θ + (α−xo−x ) Sinθ
+ (Β-y) · (1-cosθ)
X = c · cos θ− (β−yo−y) sin θ
+ (Α-x) · (1-cosθ)
Thus, the three-axis simultaneous control may be realized.

尚、上述した位置検出を次のようにして実行することも可能である。即ち、前記検出対象物の向きのずれ角θを、前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物のエッジ位置がａ,ｂ,ｃとして与えられ、前記第１および第２のラインセンサの離間距離がｄとして与えられるとき
θ＝arctan［（ｂ−ａ）／ｄ］
として計算し、一方、前記各軸方向での前記検出対象物のずれ量Ｙ,Ｘについては、前記検出対象物の回転中心を（α,β）とし、前記直角座標系の原点からの前記一方の軸方向における前記第３のラインセンサの距離をｙo、他方の軸方向における前記第１または第２のラインセンサの距離をｘoとしたときの前記検出対象物の向きのずれ角θを
sinθ≒θ，cosθ≒（１−０.５θ２）
とそれぞれ近似して
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo）θ＋０.５（β−ａ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo）θ＋０.５（α−ｃ）θ２
として近似計算するようにしても良い。 The position detection described above can also be executed as follows. That is, the deviation angle θ of the direction of the detection object is given as edge positions of the detection object detected by the first to third line sensors as a, b, c, respectively. When the distance between two line sensors is given as d, θ = arctan [(ba) / d]
On the other hand, for the displacement amounts Y and X of the detection object in the respective axis directions, the rotation center of the detection object is (α, β), and the one from the origin of the rectangular coordinate system The deviation angle θ of the direction of the detection object when the distance of the third line sensor in the axial direction is yo and the distance of the first or second line sensor in the other axial direction is xo.
sinθ≈θ, cosθ≈ (1-0.5θ 2 )
Y≈a + (α−xo) θ + 0.5 (β−a) θ 2
X≈c− (β−yo) θ + 0.5 (α−c) θ 2
Approximate calculation may be performed as follows.

また前記検出対象物の回転中心（α,β）については、前記検出対象物の向きを所定角度回転させ、回転前に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ1,ｂ1,ｃ1）から求められる前記検出対象物の向きのずれ角θ1、および回転後に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ2,ｂ2,ｃ2）から求められる回転後における前記検出対象物の向きのずれ角θ2を
sinθ1≒θ1，cosθ1≒（１−０.５θ1２）
sinθ2≒θ2，cosθ2≒（１−０.５θ2２）
とそれぞれ近似し、
Ｐ＝θ1−θ2，Ｑ＝−０.５（θ1＋θ2）Ｐ
Ｒ＝−ａ1＋ａ2＋ｘo・Ｐ＋０.５（ａ1・θ1２−ａ2・θ2２）
Ｓ＝ｃ1−ｃ2＋ｙo・Ｐ−０.５（ｃ1・θ1２−ｃ2・θ2２）
として、
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
として近似計算するようにしても良い。 Further, with respect to the rotation center (α, β) of the detection object, the direction of the detection object is rotated by a predetermined angle, and the edge of the detection object detected by the first to third line sensors before the rotation. The deviation angle θ1 of the direction of the detection object obtained from the position (a1, b1, c1), and the edge position (a2, b2, of the detection object detected by the first to third line sensors after rotation) The deviation angle θ2 of the direction of the detected object after rotation obtained from c2)
sinθ1 ≒ θ1, cosθ1 ≒ (1-0.5θ1 2 )
sinθ2 ≒ θ2, cosθ2 ≒ (1-0.5θ2 2 )
Respectively,
P = θ1−θ2, Q = −0.5 (θ1 + θ2) P
R = −a 1 + a 2 + xo · P + 0.5 (a 1 · θ 1 2 −a 2 · θ 2 2 )
S = c 1 −c 2 + yo · P−0.5 (c 1 · θ 1 2 −c 2 · θ 2 2 )
As
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
Approximate calculation may be performed as follows.

更には３軸同時制御を行う場合には、前記検出対象物の移動量（ｘ,ｙ）に応じて前記検出対象物の回転中心（α,β）を補正し、上述した如く近似計算される前記直角座標系における前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙを
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo−ｘ）θ
＋０.５（β−ａ−ｙ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo−ｙ）θ
＋０.５（α−ｃ−ｘ）θ２
として求めることも可能である。 Further, when performing three-axis simultaneous control, the rotation center (α, β) of the detection target is corrected according to the movement amount (x, y) of the detection target, and approximate calculation is performed as described above. The amount of deviation X, Y in the direction of each axis of the detection object in the rectangular coordinate system is expressed as Y≈a + (α−xo−x) θ
+0.5 (β-a−y) θ 2
X≈c− (β−yo−y) θ
+0.5 (α−c−x) θ 2
It is also possible to ask for.

尚、前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物のエッジ位置ａ,ｂ,ｃと、前記第１および第２のラインセンサの離間距離ｄから求められる前記検出対象物の辺の傾きｔ＝（ｂ−ａ）／ｄからarctan関数のテーブルを参照して、またはarctan関数を用いて上記傾きｔを３次まで展開した近似式を用いて前記検出対象物の向きのずれ角θを
θ＝arctanｔ
として求め、一方、前記検出対象物の回転中心（α,β）および前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙをそれぞれ近似計算する場合には、前記辺の傾きｔから
θ≒［−１＋（１＋２ｔ２）１／２］／ｔ
として近似して求められる前記検出対象物の向きのずれ角θを用いて実行するようにすれば、近似計算を採用しながらもその検出精度・制御精度を高めることが可能となる。 The detection object is obtained from the edge positions a, b, c of the detection object detected by the first to third line sensors and the distance d between the first and second line sensors. Referring to the arctan function table from the slope t = (b−a) / d of the side, or using the arctan function to approximate the orientation of the detection object using an approximate expression in which the slope t is expanded to the third order. Deviation angle θ θ = arctant
On the other hand, when approximately calculating the rotation center (α, β) of the detection object and the shift amounts X, Y of the detection object in the respective axial directions, θ≈ [-1+ (1 + 2t 2 ) 1/2 ] / t
As described above, the detection accuracy and control accuracy can be improved while adopting approximate calculation.

また本発明に係る位置合わせ方法は、上述した位置検出方法を用いて実現されるものであって、矩形状の検出対象物を支持したステージを、基準となる直交座標に対してその軸方向にそれぞれ移動させると共に、これらの各軸方向に直交する軸を中心として回転させて前記検出対象物を基準位置に位置合わせするに際して、
前記検出対象物を所定角度回転させて、その回転前後における前記第１〜第３のラインセンサの出力に基づいて前記検出対象物の回転中心を求めた後、この回転中心と前記第１〜第３のラインセンサの出力から求められる前記基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とに従って前記ステージの前記各軸方向への移動と回転とを同時にフィードバック制御することを特徴としている。 Further, the alignment method according to the present invention is realized by using the above-described position detection method, and a stage supporting a rectangular detection object is placed in an axial direction with respect to a reference orthogonal coordinate. When moving the respective detection targets and aligning the detection target object with a reference position by rotating around the axes orthogonal to the respective axial directions,
After rotating the detection object by a predetermined angle and obtaining the rotation center of the detection object based on the outputs of the first to third line sensors before and after the rotation, the rotation center and the first to first Feedback control of the movement and rotation of the stage in the respective axial directions according to the deviation amount and the direction deviation angle of the detection target from the reference position obtained from the output of the line sensor 3. It is characterized by doing.

また本発明に係る位置合わせ方法は、前述した位置検出方法を用いて、先ず初期時における前記検出対象物の向きを求めると共に、その向きのずれ角を予め設定した判定閾値と比較し、
前記検出対象物の向きのずれ角が上記判定閾値よりも大きいときには、前記検出対象物を所定角度回転させて、その回転前後における前記第１〜第３のラインセンサの出力に基づいて前記検出対象物の回転中心を求めた後、この回転中心と前記第１〜第３のラインセンサの出力から求められる前記基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とに従って前記ステージの前記各軸方向への移動と回転とを同時にフィードバック制御し、
一方、前記検出対象物の向きのずれ角が前記判定閾値よりも小さいときには、上記向きのずれ角が零［０］となるまで前記ステージを回転制御し、その後に検出される前記第１〜第３のラインセンサの出力に基づいて前記ステージの前記各軸方向への移動をフィードバック制御することを特徴としている。 Further, the alignment method according to the present invention uses the position detection method described above to first determine the orientation of the detection object at the initial time, and compares the deviation angle of the orientation with a preset determination threshold,
When the deviation angle of the direction of the detection target is larger than the determination threshold, the detection target is rotated by a predetermined angle, and the detection target is based on the outputs of the first to third line sensors before and after the rotation. After obtaining the rotation center of the object, the amount of deviation and the deviation angle of the direction of the detection object from the reference position obtained from the rotation center and the output of the first to third line sensors According to the feedback control of the movement and rotation of the stage in each axial direction simultaneously,
On the other hand, when the deviation angle of the direction of the detection object is smaller than the determination threshold, the stage is rotationally controlled until the deviation angle of the direction becomes zero [0], and the first to first detected thereafter. The movement of the stage in each axial direction is feedback-controlled based on the output of the line sensor No. 3.

尚、前記ステージの回転中心が固定的に定められている場合には、予めそのキャリブレーション時に前記ステージを回転させて該ステージに支持された前記検出対象物の回転中心を求めて記憶し、その後、前記ステージに支持された検出対象物を位置合わせする時には、上記記憶した回転中心と前記第１〜第３のラインセンサの出力から求められる前記基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とに従って前記ステージの移動と回転をそれぞれ制御するようにすれば良い。   When the rotation center of the stage is fixedly determined, the stage is rotated in advance during the calibration, and the rotation center of the detection object supported by the stage is obtained and stored. When the detection object supported by the stage is aligned, the axis of the detection object from the reference position obtained from the stored rotation center and the outputs of the first to third line sensors is adjusted. The movement and rotation of the stage may be controlled respectively according to the amount of deviation and the angle of deviation of the direction.

また前記第１〜第３のラインセンサに対するキャリブレーション時には、予めその辺部に略三角形状の切り込みまたは突起を設けた矩形状の標準検出体を前記各軸方向にそれぞれ移動させて前記第１〜第３のラインセンサの出力の変化を監視し、各ラインセンサの出力が極値をとるときの前記標準検出体の移動量から前記各ラインセンサの設置位置（ｘo,ｙo,ｄ）をそれぞれ逆算して記憶し、前記検出対象物の検出時には、記憶した前記各ラインセンサの設置位置（ｘo,ｙo,ｄ）を用いて前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とをそれぞれ計算するようにすれば良い。   Further, at the time of calibration for the first to third line sensors, a rectangular standard detection body provided with a substantially triangular notch or protrusion on its side in advance is moved in the respective axial directions, respectively. The change in the output of the third line sensor is monitored, and the installation position (xo, yo, d) of each line sensor is back calculated from the amount of movement of the standard detection body when the output of each line sensor takes an extreme value. And when detecting the detection object, using the stored installation positions (xo, yo, d) of the line sensors, the amount of displacement of the detection object in the direction of each axis and the angle of deviation of the direction, May be calculated respectively.

本発明に係る位置検出方法によれば、第１〜第３のラインセンサを用いて検出される矩形状の検出対象物の隣接する２辺のエッジ位置から、計算によって上記検出対象物の向きのずれ角θと、そのずれ角θを回転補正したときの前記検出対象物の基準位置からのｘ軸方向およびｙ軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙとをそれぞれ一括して求めることができる。従って上記ずれ量Ｘ,Ｙとずれ角θとに従って検出対象物を回転制御しながら移動制御し、簡易に、しかも効率的に所定の基準位置に位置合わせすることが可能となる。   According to the position detection method of the present invention, the direction of the detection object is calculated by calculating from the edge positions of two adjacent sides of the rectangular detection object detected using the first to third line sensors. The shift angle θ and the shift amounts X and Y in the x-axis direction and the y-axis direction from the reference position of the detection object when the shift angle θ is rotationally corrected can be obtained all at once. Therefore, the object to be detected is moved and controlled according to the deviation amounts X and Y and the deviation angle θ, and can be easily and efficiently aligned with a predetermined reference position.

また検出対象物を僅かに回転させ、その回転前後における前記第１〜第３のラインセンサの出力からその回転中心を求めるようにすることによって、その制御系における回転中心が未知であっても、精度の高い位置検出と位置合わせ制御が可能となる。更には前述したように近似計算を採用すれば、位置検出精度と位置合わせ制御制御とを殆ど犠牲にすることなくその演算処理の簡素化とその処理所要時間の短縮化を図ることができるので、演算負荷を軽減しながら効率的な位置検出と位置合わせ制御が可能となる。特に３軸同時制御を実現したことと相俟って、位置合わせの所要時間を短縮することが可能となる。   Further, by rotating the detection object slightly and obtaining the rotation center from the outputs of the first to third line sensors before and after the rotation, even if the rotation center in the control system is unknown, Position detection and alignment control with high accuracy are possible. Furthermore, if approximate calculation is employed as described above, the calculation process can be simplified and the time required for the process can be shortened without sacrificing the position detection accuracy and the alignment control control. Efficient position detection and alignment control can be performed while reducing the calculation load. In particular, coupled with the achievement of the three-axis simultaneous control, it is possible to reduce the time required for alignment.

更には前述したようにarctan関数のテーブルを参照して、またはarctan関数を用いて上記傾きｔを３次まで展開した近似式を用いて前記検出対象物の向きのずれ角θを求め、前記検出対象物の回転中心（α,β）および前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙの近似計算については、前記辺の傾きｔから
θ≒［−１＋（１＋２ｔ２）１／２］／ｔ
として近似して求められるずれ角θを用いて実行するようにすれば、簡易にして効果的にその検出精度・制御精度を実用的に十分程度まで高めることが可能となる等の効果が奏せられる。 Further, as described above, the deviation angle θ of the direction of the detection object is obtained by referring to the table of the arctan function or by using the arctan function and using the approximate expression in which the inclination t is expanded to the third order. For approximate calculation of the rotation center (α, β) of the object and the shift amounts X, Y of the detection object in the respective axial directions, θ≈ [−1+ (1 + 2t 2 ) 1/2 from the side inclination t. ] / T
If the deviation angle θ obtained by approximation is used, the detection accuracy and control accuracy can be increased to a practically sufficient level easily and effectively. It is done.

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る位置検出方法および位置合わせ方法について説明する。
この位置検出方法および位置合わせ方法は、矩形状の検出対象物である、例えば大型の液晶ガラスパネルを、その辺の向きを正確に規定して所定の基準位置に位置付ける用途に適したものである。特にこの方法は、上記液晶ガラスパネル（検出対象物）を支持し、直交座標系のｘ軸およびｙ軸方向にそれぞれ移動可能に設けられると共に、その座標面と直交する軸（ｚ軸）方向を中心軸として回転可能に設けられた３軸可動ステージを移動・回転制御して、前記液晶ガラスパネル（検出対象物）の位置とその向きを調整する場合に適用される。尚、上記３軸可動ステージは、液晶ガラスパネル（検出対象物）を載置するテーブル機構のみならず、液晶ガラスパネル（検出対象物）を支持して移送する自走式ロボットやロボットアームとして実現される場合もある。 Hereinafter, a position detection method and an alignment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
This position detection method and alignment method are suitable for applications in which, for example, a large-sized liquid crystal glass panel, which is a rectangular detection target, is positioned at a predetermined reference position by accurately defining the direction of its sides. . In particular, this method supports the liquid crystal glass panel (object to be detected) and is provided so as to be movable in the x-axis and y-axis directions of the orthogonal coordinate system, and has an axis (z-axis) direction orthogonal to the coordinate plane. This is applied when the position and orientation of the liquid crystal glass panel (detection target) are adjusted by moving and rotating a three-axis movable stage that is rotatably provided as a central axis. The three-axis movable stage is realized not only as a table mechanism for placing a liquid crystal glass panel (detection target) but also as a self-propelled robot or robot arm that supports and transfers the liquid crystal glass panel (detection target). Sometimes it is done.

この位置検出方法および位置合わせ方法は、例えば図１に示すように、３軸可動ステージ１に載置されて予め設定された基準位置に位置合わせに供せられる矩形状の検出対象物２の隣接する２辺の位置（エッジ位置）をそれぞれ検出するための第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３を用いて実行される。第１のラインセンサ１１は、前記３軸可動ステージ１がなす直交座標系の原点（０,０）から、そのｘ軸方向に所定の距離ｘoを隔てた位置（ｘo，０）に設けられ、また第２のラインセンサ１２は、更に上記第１のラインセンサ１１からｘ軸方向に距離ｄを隔てた位置（ｘo＋ｄ,０）に設けられている。特にこれらの第１および第２のラインセンサ１１,１２は、後述するように複数の画素の配列方向をｙ軸方向に設定し、これによって前記検出対象物２の辺のｙ軸方向におけるエッジ位置をそれぞれ検出するように設けられている。   For example, as shown in FIG. 1, the position detection method and the alignment method are adjacent to a rectangular detection object 2 placed on a triaxial movable stage 1 and used for alignment at a preset reference position. This is executed using the first to third line sensors 11, 12, 13 for detecting the positions of two sides (edge positions). The first line sensor 11 is provided at a position (x0, 0) that is separated from the origin (0, 0) of the orthogonal coordinate system formed by the three-axis movable stage 1 in the x-axis direction by a predetermined distance x0. The second line sensor 12 is further provided at a position (x0 + d, 0) that is separated from the first line sensor 11 by a distance d in the x-axis direction. In particular, the first and second line sensors 11 and 12 set the arrangement direction of a plurality of pixels in the y-axis direction as will be described later, whereby the edge position in the y-axis direction of the side of the detection object 2 is set. Are provided so as to detect each of them.

また第３のラインセンサ１３は、前記３軸可動ステージ１がなす直交座標系の原点（０,０）から、そのｙ軸方向に所定の距離ｙoを隔てた位置（０,ｙo）に設けられ、その画素の配列方向をｘ軸方向に設定することで、前記検出対象物２の辺のｘ軸方向におけるエッジ位置を検出するように設けられている。これらの第１〜第３のエッジセンサ１１,１２,１３によって、３軸可動ステージ１に支持されて直交座標系に位置付けられた検出対象物２の隣接する２辺のエッジ位置が、前記ｘ軸およびｙ軸からの離間距離ａ,ｂ,ｃとしてそれぞれ検出されるようになっている。   The third line sensor 13 is provided at a position (0, yo) that is separated from the origin (0, 0) of the Cartesian coordinate system formed by the triaxial movable stage 1 by a predetermined distance yo in the y-axis direction. By setting the arrangement direction of the pixels in the x-axis direction, an edge position in the x-axis direction of the side of the detection object 2 is provided. By these first to third edge sensors 11, 12, and 13, the edge positions of two adjacent sides of the detection object 2 supported by the three-axis movable stage 1 and positioned in the orthogonal coordinate system are the x-axis. And distances a, b, and c from the y-axis are detected.

尚、上記第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３は、基本的には、例えば図２に示すように光源２１から発せられた単色光（例えばレーザ光）をレンズ２２を介して平行光として照射し、複数の受光素子（画素）を所定のピッチで一次元配列したライン形のイメージセンサ（例えばＣＣＤ）２３にて上記単色平行光を受光するように構成される。そして上記イメージセンサ２３の出力を解析する位置検出部２４にて上記光路中に位置付けられた検出対象物２の辺（エッジ）の位置を検出するようにしたものである。具体的には検出対象物２のエッジにおいて生じるフレネル回折による前記イメージセンサ２３の受光面上での受光量の分布パターンをパターン解析部２５において解析し、その解析結果に従ってエッジ位置計算部２６にて上記エッジ位置を高精度に検出するように構成される。   The first to third line sensors 11, 12, and 13 basically convert monochromatic light (for example, laser light) emitted from a light source 21 through a lens 22 as shown in FIG. The monochromatic parallel light is received by a line-type image sensor (for example, CCD) 23 that is irradiated as light and has a plurality of light receiving elements (pixels) arranged one-dimensionally at a predetermined pitch. The position detection unit 24 that analyzes the output of the image sensor 23 detects the position of the side of the detection target 2 positioned in the optical path. Specifically, the pattern analysis unit 25 analyzes the distribution pattern of the received light amount on the light receiving surface of the image sensor 23 due to Fresnel diffraction occurring at the edge of the detection object 2, and the edge position calculation unit 26 according to the analysis result. The edge position is configured to be detected with high accuracy.

ちなみに上記イメージセンサ２３を用いたエッジ位置の検出は、例えば本発明者が先に提唱した特開２００４−１７７３３５号公報にて詳しく紹介したように『検出対象物のエッジにおいて生じる単色平行光のフレネル回折による、イメージセンサの受光面上での光強度分布の立ち上がり部分における光強度変化をハイパボリックセカンド関数sech(ｘ)により近似し、このハイパボリックセカンド関数sech(ｘ)を用いて前記イメージセンサの各受光セル（画素）による受光強度を解析することで上記検出対象物のエッジ位置を求める』ことによってなされる。   Incidentally, the detection of the edge position using the image sensor 23 is, for example, as described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 2004-177335 previously proposed by the present inventor, “Fresnel of monochromatic parallel light generated at the edge of the detection object. A light intensity change at the rising portion of the light intensity distribution on the light receiving surface of the image sensor due to diffraction is approximated by a hyperbolic second function sech (x), and each light reception of the image sensor is performed using this hyperbolic second function sech (x). This is done by “determining the edge position of the detection object by analyzing the intensity of light received by the cell (pixel)”.

このようにしてイメージセンサ２３の出力を解析して検出対象物２のエッジ位置を検出するセンサが、前述した第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３としてそれぞれ用いられる。そしてこれらの第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３を用いて検出される検出対象物２の隣接する２辺のエッジ位置ａ,ｂ,ｃの情報に従って前記直交座標系における検出対象物２の向きのずれ角θと、この向きのずれ角θの補正後における前記検出対象物２の前記直角座標系の基準位置からの前記ｘ軸およびｙ軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙをそれぞれ求め、これらのずれ量Ｘ,Ｙ,θに従って前記検出対象物２の位置合わせを実行する前記３軸可動ステージ１の制御装置は、例えば図３に示すように構成される。   Thus, the sensors that analyze the output of the image sensor 23 and detect the edge position of the detection target 2 are used as the first to third line sensors 11, 12, and 13, respectively. And the detection target in the said orthogonal coordinate system according to the information of edge position a, b, c of two adjacent sides of the detection target 2 detected using these 1st-3rd line sensors 11, 12, 13 2 and displacement amounts X and Y in the x-axis and y-axis directions from the reference position of the rectangular coordinate system of the detection object 2 after correction of the deviation angle θ in this direction, respectively. The control device for the three-axis movable stage 1 that obtains and aligns the detection object 2 according to the deviation amounts X, Y, and θ is configured as shown in FIG. 3, for example.

この３軸可動ステージ１の制御装置について簡単に説明すると、この制御装置は前述した第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３の出力として検出対象物２の隣接する２辺のエッジ位置ａ,ｂ,ｃを検出するエッジ位置検出装置３１ａ,３１ｂ,３１ｃと、マイクロコンピュータ等からなる位置決め制御部３２と、この位置決め制御部３２の制御を受けて前記３軸可動ステージ１のＸ軸の移動量、Ｙ軸の移動量、および回転角θをそれぞれ制御するＸ軸制御部３３、Ｙ軸制御部３４、および回転角制御部３５を備えて構成される。特に上記制御部３２は、後述するように検出対象物２の向きのずれ量θを検出する回転角計算部３２ａと、その回転中心を求める回転中心計算部３２ｂと、検出対象物２のｘ軸およびｙ軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙを計算する移動量計算部３２ｃと、その計測系の校正を実行するキャリブレーション部３２ｄとを備えて構成される。   The control device for the three-axis movable stage 1 will be briefly described. The control device outputs the edge positions a of two adjacent sides of the detection object 2 as outputs of the first to third line sensors 11, 12, and 13 described above. , b, c, edge position detectors 31a, 31b, 31c, a positioning control unit 32 composed of a microcomputer, etc., and the movement of the X axis of the three-axis movable stage 1 under the control of the positioning control unit 32 An X-axis control unit 33, a Y-axis control unit 34, and a rotation angle control unit 35 that respectively control the amount, the Y-axis movement amount, and the rotation angle θ. In particular, the control unit 32 includes, as will be described later, a rotation angle calculation unit 32a that detects the amount of deviation θ in the direction of the detection object 2, a rotation center calculation unit 32b that calculates the rotation center, and the x axis of the detection object 2. And a movement amount calculation unit 32c for calculating the shift amounts X and Y in the y-axis direction, and a calibration unit 32d for executing calibration of the measurement system.

基本的には上述した如く第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３を備えて構成される３軸可動ステージ１の制御装置において、本発明に係る位置検出方法および位置合わせ方法は次のようにして実施される。ステージ１上に置かれた検出対象物２の隣接する２辺のエッジ位置が、図４(ａ)に示すように第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３によってｘ軸およびｙ軸からの距離ａ,ｂ,ｃとして検出された場合、例えばその向きがｘ軸と検出対象物２の辺とのなす角度θとして定義すると、
θ＝tan−１［（ｂ−ａ）／ｄ］
＝arctan［（ｂ−ａ）／ｄ］
として数学的に求めることができる。従って図４(ｂ)に示すように上記角度θだけ検出対象物２を回転補正したときの該検出対象物２の座標原点（０,０）からのｘ軸およびｙ軸方向のずれ量Ｙ,Ｘは、検出対象物２の回転中心を（α,β）としたとき、
Ｙ＝ａ・cosθ＋（α−ｘo）sinθ＋β（１−cosθ）
Ｘ＝ｃ・cosθ−（β−ｙo）sinθ＋α（１−cosθ）
としてそれぞれ計算することができる。 Basically, in the control device for the three-axis movable stage 1 configured to include the first to third line sensors 11, 12, and 13 as described above, the position detection method and the alignment method according to the present invention are as follows. It is implemented in this way. Edge positions of two adjacent sides of the detection object 2 placed on the stage 1 are moved from the x-axis and the y-axis by the first to third line sensors 11, 12, 13 as shown in FIG. For example, if the orientation is defined as an angle θ between the x axis and the side of the detection object 2,
θ = tan −1 [(b−a) / d]
= Arctan [(ba) / d]
As mathematically. Therefore, as shown in FIG. 4B, when the detection object 2 is rotationally corrected by the angle θ, the displacement amount Y, in the x-axis and y-axis directions from the coordinate origin (0, 0) of the detection object 2 X is (α, β) where the center of rotation of the detection object 2 is
Y = a · cos θ + (α−xo) sin θ + β (1-cos θ)
X = c · cos θ− (β−yo) sin θ + α (1−cos θ)
Can be calculated respectively.

即ち、検出対象物２の２辺とその回転中心との距離ｅ,ｆは、図５(ａ)に示すように
ｆ＝（β−ａo）cosθ
ｅ＝（α−ｃo）cosθ
なる関係にある。また距離ａo,ｃoは
ａo＝ａ−（α−ｘo）tan(−θ)
ｃo＝ｃ−（ｙo−β）tan(−θ)
なる関係にあるので、上記距離ｅ,ｆは、
ｆ＝［β−ａ＋（α−ｘo）tan(−θ)］cosθ
＝（β−ａ）cosθ−（α−ｘo）sinθ
ｅ＝［α−ｃ＋（ｙo−β）tan(−θ)］cosθ
＝（α−ｃ）cosθ−（ｙo−β）sinθ
として表し得る。従って図５(ｂ)に示すように座標（α,β）を中心として検出対象物２を回転補正したときの該検出対象物２のずれ量Ｘ,Ｙは
Ｙ＝β−ｆ
＝ａ・cosθ＋（α−ｘo）sinθ＋β（１−cosθ）
Ｘ＝α−ｅ
＝ｃ・cosθ−（β−ｙo）sinθ＋α（１−cosθ）
として計算することができる。 That is, the distances e and f between the two sides of the detection object 2 and the rotation center thereof are expressed as f = (β−ao) cos θ as shown in FIG.
e = (α−co) cos θ
There is a relationship. The distances ao and co are as follows: ao = a− (α−xo) tan (−θ)
co = c- (yo-.beta.) tan (-. theta.)
Therefore, the distances e and f are
f = [[beta] -a + ([alpha] -xo) tan (-[theta])] cos [theta]
= (Β-a) cosθ- (α-xo) sinθ
e = [α−c + (yo−β) tan (−θ)] cos θ
= (Α−c) cos θ− (yo−β) sin θ
Can be expressed as Therefore, as shown in FIG. 5B, when the detection object 2 is rotationally corrected around the coordinates (α, β), the shift amounts X and Y of the detection object 2 are Y = β−f
= A · cosθ + (α−xo) sinθ + β (1-cosθ)
X = α−e
= C · cos θ-(β-yo) sin θ + α (1-cos θ)
Can be calculated as

従って検出対象物２の回転中心（α,β）が、例えば３軸可動ステージ１の回転中心として既知であるならば、第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３によって検出される検出対象物２の２辺のエッジ位置ａ,ｂ,ｃに従って、上述したように検出対象物２の向きのずれ角θと、このずれ角θを回転補正した後の検出対象物２の２辺の座標原点からのずれ量Ｘ,Ｙをそれぞれ求めることができる。そしてこれらのずれ量Ｘ,Ｙとずれ角θをそれぞれ制御量として前記Ｘ軸制御部３３、Ｙ軸制御部３４、および回転角制御部３５に与え、３軸可動ステージ１の移動と回転とを一括して制御すれば、３軸同時制御の下で検出対象物２の位置合わせを行うことが可能となる。   Therefore, if the rotation center (α, β) of the detection target 2 is known as the rotation center of the triaxial movable stage 1, for example, the detection target detected by the first to third line sensors 11, 12, 13 is detected. According to the edge positions a, b, c of the two sides of the object 2, as described above, the deviation angle θ of the direction of the detection object 2 and the coordinates of the two sides of the detection object 2 after rotationally correcting the deviation angle θ. Deviation amounts X and Y from the origin can be obtained respectively. The deviation amounts X and Y and the deviation angle θ are supplied as control amounts to the X-axis control unit 33, the Y-axis control unit 34, and the rotation angle control unit 35, and the movement and rotation of the three-axis movable stage 1 are performed. If it controls collectively, it will become possible to align the detection target object 2 under 3 axis | shaft simultaneous control.

ところで検出対象物２の回転中心（α,β）が未知である場合には、次のようにしてその回転中心（α,β）を求めるようにすれば良い。具体的には図６に示すように検出対象物２を微少角度Δθだけ回転させ、回転前に前記第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３によって検出される検出対象物２の２辺のエッジ位置ａ1,ｂ1,ｃ1と、回転後に前記前記第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３によって検出される検出対象物２の２辺のエッジ位置ａ2,ｂ2,ｃ2とから、その回転中心（α,β）を計算する。   By the way, when the rotation center (α, β) of the detection target 2 is unknown, the rotation center (α, β) may be obtained as follows. Specifically, as shown in FIG. 6, the detection object 2 is rotated by a minute angle Δθ, and the two sides of the detection object 2 detected by the first to third line sensors 11, 12, 13 before the rotation. Edge positions a 1, b 1, c 1, and edge positions a 2, b 2, c 2 of the two sides of the detection object 2 detected by the first to third line sensors 11, 12, 13 after the rotation, Calculate the center of rotation (α, β).

即ち、検出対象物２を微少角度Δθだけ回転させても、その回転中心は変化することがないので、回転前の検出対象物２の向きの角度θ1と、回転後における検出対象物２の向きの角度θ2との間には
Δθ＝θ2−θ1
θ1＝arctan［（ｂ1−ａ1）／ｄ］
θ2＝arctan［（ｂ2−ａ2）／ｄ］
なる関係が成立する。またこれらの各向きからそのずれ角θ1,θ2をそれぞれ回転補正したときの検出対象物２の基準座標（０,０）からのずれ量Ｘ,Ｙは互いに一致するので、
Ｙ＝ａ1・cosθ1＋（α−ｘo）sinθ1＋β（１−cosθ1）
＝ａ2・cosθ2＋（α−ｘo）sinθ2＋β（１−cosθ2）
Ｘ＝ｃ1・cosθ1−（β−ｙo）sinθ1＋α（１−cosθ1）
＝ｃ1・cosθ2−（β−ｙo）sinθ2＋α（１−cosθ2）
なる関係が成立する。 That is, even if the detection object 2 is rotated by a minute angle Δθ, the center of rotation does not change. Therefore, the angle θ1 of the direction of the detection object 2 before rotation and the direction of the detection object 2 after rotation. Δθ = θ2−θ1
θ1 = arctan [(b1−a1) / d]
θ2 = arctan [(b2−a2) / d]
This relationship is established. Also, since the deviation amounts X and Y from the reference coordinates (0, 0) of the detection object 2 when the deviation angles θ1 and θ2 are respectively corrected for rotation from these directions,
Y = a1 · cos θ1 + (α−xo) sin θ1 + β (1-cos θ1)
= A2 · cosθ2 + (α-xo) sinθ2 + β (1-cosθ2)
X = c1 · cos θ1− (β−yo) sin θ1 + α (1-cos θ1)
= C1 · cosθ2− (β−yo) sinθ2 + α (1-cosθ2)
This relationship is established.

従って上記関係式を（α,β）について解くことにより、例えば
Ｐ＝sinθ1−sinθ2，Ｑ＝cosθ1−cosθ2
Ｒ＝−ａ1・cosθ1＋ａ2・cosθ2＋ｘo・Ｐ
Ｓ＝ｃ1・cosθ1−ｃ2・cosθ2＋ｙo・Ｐ
とおいて、
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
なる計算を実行することにより、その回転中心（α,β）を求めることが可能となる。従ってこのようにして検出対象物２の回転中心（α,β）を求めれば、これによって前述したように３軸可変ステージ１の移動と回転とを一括して制御して検出対象物２の位置合わせを行うことが可能となる。 Therefore, by solving the above relational expression for (α, β), for example, P = sin θ1−sin θ2, Q = cos θ1−cos θ2
R = -a1 · cosθ1 + a2 · cosθ2 + xo · P
S = c1 · cosθ1-c2 · cosθ2 + yo · P
Anyway,
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
It is possible to obtain the center of rotation (α, β) by executing the following calculation. Accordingly, when the rotation center (α, β) of the detection target object 2 is obtained in this way, the movement and rotation of the three-axis variable stage 1 are collectively controlled as described above, thereby detecting the position of the detection target object 2. It is possible to perform matching.

尚、回転中心が変化しない場合には、例えばそのキャリブレーション時に、回転前後のずれ角θが零［０］となるように検出対象物２を回転させれば、その回転中心の計算を次のように簡単に行うことが可能となる。   If the rotation center does not change, for example, when the detection object 2 is rotated so that the deviation angle θ before and after the rotation becomes zero [0] during the calibration, the calculation of the rotation center is performed as follows. It becomes possible to do so easily.

Figure 2007218778
Figure 2007218778

ところで検出対象物２の向きのずれ角θが小さい場合、わざわざ上述したようにしてその回転中心（α,β）を求めなくても、そのずれ角θだけ検出対象物２の向きを回転補正すれば第１および第２のラインセンサ１１,１２によって検出される検出対象物２のエッジ位置ａ2,ｂ2が等しくなる。従って回転補正後における検出対象物２の座標原点（０,０）からのずれ量Ｘ,Ｙは、第１および第２のラインセンサ１１,１２によって検出されるずれ量ａ2（＝ｂ2）,ｃ2そのものとなる。従ってこの場合には、既に検出対象物２の向きを回転補正しているので、上述した如く検出したずれ量ａ2,ｃ2に従って前記３軸可変ステージ１の移動を制御するだけで十分である。   By the way, when the deviation angle θ of the direction of the detection object 2 is small, the direction of the detection object 2 can be rotationally corrected by the deviation angle θ without needing to find the rotation center (α, β) as described above. For example, the edge positions a2 and b2 of the detection target 2 detected by the first and second line sensors 11 and 12 are equal. Accordingly, the deviation amounts X and Y from the coordinate origin (0, 0) of the detection target 2 after the rotation correction are the deviation amounts a2 (= b2) and c2 detected by the first and second line sensors 11 and 12, respectively. It becomes itself. Accordingly, in this case, since the direction of the detection object 2 has already been rotationally corrected, it is sufficient to control the movement of the three-axis variable stage 1 according to the deviations a2 and c2 detected as described above.

従って位置合わせ制御を実行するに際しては、例えば図７に示す手順に従って、先ず初期時における検出対象物２のエッジ位置［ａ1,ｂ1,ｃ1］を検出し〈ステップＳ１〉、これらの検出エッジ位置［ａ1,ｂ1,ｃ1］に従って検出対象物２の向きのずれ角θ1を計算する〈ステップＳ２〉。そしてそのずれ角θ1が予め設定した閾値、例えば１°以下である否かを判定し〈ステップＳ３〉、その判定結果に応じて位置合わせ手順を変更する。   Accordingly, when executing the alignment control, for example, according to the procedure shown in FIG. 7, first, the edge positions [a1, b1, c1] of the detection object 2 at the initial time are detected <Step S1>, and these detected edge positions [ The deviation angle θ1 of the direction of the detection object 2 is calculated according to [a1, b1, c1] <step S2>. Then, it is determined whether or not the deviation angle θ1 is a preset threshold value, for example, 1 ° or less <step S3>, and the alignment procedure is changed according to the determination result.

具体的にはずれ角θ1が１°以下であるならば、検出対象物２を上記ずれ角θ１だけ回転させて回転補正し〈ステップＳ４〉、その回転後における検出対象物２のエッジ位置［ａ2,ｂ2（＝ａ2）,ｃ2］を検出する〈ステップＳ５〉。そして検出されたエッジ位置［ａ2,ｂ2（＝ａ2）,ｃ2］に従って３軸可変ステージ１をｘ軸およびｙ軸方向にそれぞれ移動制御して位置合わせを行う〈ステップＳ６〉。この移動制御は２軸同時に行うようにすれば良い。   Specifically, if the deviation angle θ1 is 1 ° or less, the detection object 2 is rotated by the deviation angle θ1 to correct the rotation <step S4>, and the edge position [a2, of the detection object 2 after the rotation is corrected. b2 (= a2), c2] is detected <step S5>. Then, in accordance with the detected edge positions [a2, b2 (= a2), c2], the three-axis variable stage 1 is controlled to move in the x-axis and y-axis directions, respectively, and aligned (step S6). This movement control may be performed simultaneously for the two axes.

一方、ずれ角θ1が１°を超える場合には、例えば３軸可変ステージ１を微少角度Δθ（例えば１°）回転させる〈ステップＳ７〉。そして回転後おける検出対象物２のエッジ位置［ａ2,ｂ2,ｃ2］を検出し〈ステップＳ８〉、そのときの検出対象物２の向きのずれ角θ2を計算する〈ステップＳ９〉。そして前述した回転前のエッジ位置［ａ1,ｂ1,ｃ1］とそのずれ角θ１、および回転後のエッジ位置［ａ2,ｂ2,ｃ2］とそのずれ角θ2とから前述したように検出対象物２の回転中心（α,β）を計算する〈ステップＳ１０〉。しかる後、求められた回転中心（α,β）と、前述した回転後のエッジ位置［ａ2,ｂ2,ｃ2］とから、更にその向きのずれ角θ2を回転補正した後のｘ軸およびｙ軸方向のずれ量Ｘ,Ｙを計算する〈ステップＳ１１〉。そしてこれらのずれ量Ｘ,Ｙ,θ2に従ってＸ軸制御部３３、Ｙ軸制御部３４、および回転角制御部３５をそれぞれ同時に制御して検出対象物２の位置合わせを行う〈ステップＳ１２〉。   On the other hand, when the deviation angle θ1 exceeds 1 °, for example, the triaxial variable stage 1 is rotated by a minute angle Δθ (for example, 1 °) <step S7>. Then, the edge position [a2, b2, c2] of the detection object 2 after rotation is detected <Step S8>, and the deviation angle θ2 of the direction of the detection object 2 at that time is calculated <Step S9>. Then, as described above, the edge position [a1, b1, c1] before the rotation and the shift angle θ1 and the edge position [a2, b2, c2] after the rotation and the shift angle θ2 as described above are used. The center of rotation (α, β) is calculated <Step S10>. Thereafter, from the obtained rotation center (α, β) and the above-mentioned edge position [a2, b2, c2] after rotation, the x-axis and y-axis after further correcting the deviation angle θ2 in the direction. The direction deviation amounts X and Y are calculated <step S11>. Then, the X-axis control unit 33, the Y-axis control unit 34, and the rotation angle control unit 35 are simultaneously controlled according to these deviation amounts X, Y, and θ2, respectively, to align the detection target object 2 (step S12).

このようにして検出対象物２のずれ角θに応じて３軸可変ステージ１の移動・回転制御を実行する位置合わせ方法によれば、検出対象物２の回転中心（α,β）が既知であるか、或いは未知であるかに拘わることなく３軸可動テーブル１の３軸を、つまりｘ軸およびｙ軸方向への移動制御と共に、その移動面内における回転制御とを同時に実行することができるので、その制御効率を高めて短時間に位置合わせを完了することができる。また検出対象物２の向きのずれ角θが小さい場合には、回転中心（α,β）を求めるべく検出対象物２を回転させることに代えて該検出対象物２を直接的に回転制御してそのずれ角を補正し、その後、その位置ずれを補正するだけなので、これもまたその制御効率を高めて短時間に位置合わせを完了することができる。従ってその作業効率の向上を図ることが可能となる。   Thus, according to the alignment method for executing the movement / rotation control of the three-axis variable stage 1 in accordance with the deviation angle θ of the detection target object 2, the rotation center (α, β) of the detection target object 2 is known. Regardless of whether it is present or unknown, the three axes of the three-axis movable table 1, that is, the movement control in the x-axis and y-axis directions, and the rotation control within the moving plane can be executed simultaneously. Therefore, it is possible to increase the control efficiency and complete the alignment in a short time. When the deviation angle θ of the direction of the detection object 2 is small, the rotation of the detection object 2 is directly controlled instead of rotating the detection object 2 to obtain the rotation center (α, β). Thus, the misalignment angle is corrected, and then the misalignment is only corrected. This also increases the control efficiency and completes the alignment in a short time. Therefore, the work efficiency can be improved.

ところで上述した如く３軸可動テーブル１の３軸を同時制御して検出対象物２の位置合わせを行う場合、一般的には検出対象物２のｘ軸およびｙ軸方向への移動に伴ってその回転中心（α,β）も変化する。従って検出対象物２の移動中においても偏差（Ｘ、Ｙ、θ）が必要な場合には、３軸可動テーブル１の移動に伴う検出対象物２の移動量（ｘ,ｙ）に応じて前記検出対象物２の回転中心（α,β）を以下のように補正しながら、前記検出対象物２の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙを
Ｙ＝ａ・cosθ＋（α−ｘo−ｘ）sinθ
＋（β−ｙ）・（１−cosθ）
Ｘ＝ｃ・cosθ−（β−ｙo−ｙ）sinθ
＋（α−ｘ）・（１−cosθ）
としてそれぞれ求めるようにする。このようにしてその回転中心（α,β）に補正を加えることにより、３軸可動テーブル１の３軸同時制御によって検出対象物２を移動させながら最終的な偏差をリアルタイムに求めることが可能となる。 By the way, when the detection target 2 is aligned by simultaneously controlling the three axes of the three-axis movable table 1 as described above, the detection target 2 generally moves along with the movement in the x-axis and y-axis directions. The center of rotation (α, β) also changes. Accordingly, when deviations (X, Y, θ) are required even during the movement of the detection target object 2, the deviation is determined according to the movement amount (x, y) of the detection target object 2 accompanying the movement of the three-axis movable table 1. While correcting the rotation center (α, β) of the detection object 2 as follows, the deviation amounts X and Y of the detection object 2 in the respective axial directions are expressed as follows: Y = a · cos θ + (α−xo−x) sinθ
+ (Β-y) · (1-cosθ)
X = c · cos θ− (β−yo−y) sin θ
+ (Α-x) · (1-cosθ)
As you ask for each. By correcting the rotation center (α, β) in this way, it is possible to obtain the final deviation in real time while moving the detection target 2 by the three-axis simultaneous control of the three-axis movable table 1. Become.

以上、本発明に係る位置検出方法および位置合わせ方法について説明したが、前述した向きのずれ角θの計算にはアークタンジェント（arctan）の計算が必要であり、またずれ量Ｘ,Ｙの計算にはサイン（sin）・コサイン（cos）の計算が必要である。しかもこれらの三角関数の計算をマイクロコンピュータ等にて実行する場合には、通常、煩雑な演算処理を必要とし、その処理時間も長くなる。   Although the position detection method and the alignment method according to the present invention have been described above, the calculation of the deviation angle θ in the above-described direction requires the calculation of the arc tangent (arctan) and the calculation of the deviation amounts X and Y. Requires calculation of sine and cosine. In addition, when the calculation of these trigonometric functions is executed by a microcomputer or the like, usually, complicated calculation processing is required and the processing time becomes long.

そこで本発明の別の実施形態においては、以下に説明するような近似を導入することにより、その制御精度を犠牲にすることなく高速にずれ量Ｘ,Ｙおよびずれ角θを求め、検出対象物２の位置合わせを実行するようにしている。即ち、上述した角度θが、例えば±２°の微少範囲であるとすると、
sinθ≒θ，cosθ≒（１−０.５θ２）
としてそれぞれ近似することができる。従ってこの近似を用いれば、前述したずれ量Ｘ,Ｙをそれぞれ
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo）θ＋０.５（β−ａ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo）θ＋０.５（α−ｃ）θ２
として近似することが可能となる。これらの近似式に示されるように、上述した近似を用いることでサイン（sin）・コサイン（cos）計算を不要とし、単純な四則演算だけでずれ量Ｘ,Ｙを効率的に演算することが可能となる。 Therefore, in another embodiment of the present invention, by introducing the approximation described below, the shift amounts X and Y and the shift angle θ are obtained at high speed without sacrificing the control accuracy, and the detection target object is obtained. 2 alignment is executed. That is, if the angle θ described above is in a very small range of ± 2 °, for example,
sinθ≈θ, cosθ≈ (1-0.5θ 2 )
Can be approximated respectively. Therefore, if this approximation is used, the above-described deviation amounts X and Y are set to Y≈a + (α−xo) θ + 0.5 (β−a) θ 2, respectively.
X≈c− (β−yo) θ + 0.5 (α−c) θ 2
Can be approximated as As shown in these approximate expressions, by using the above-described approximation, the sine (sin) and cosine (cos) calculations are not required, and the deviation amounts X and Y can be efficiently calculated only by simple four arithmetic operations. It becomes possible.

更に前述した回転中心（α,β）についても、
sinθ1≒θ1，cosθ1≒（１−０.５θ1２）
sinθ2≒θ2，cosθ2≒（１−０.５θ2２）
としてそれぞれ近似することで、前述したＰ,Ｑ,Ｒ,Ｓをそれぞれ
Ｐ＝θ1−θ2，Ｑ＝−０.５（θ1＋θ2）Ｐ
Ｒ＝−ａ1＋ａ2＋ｘo・Ｐ＋０.５（ａ1・θ1２−ａ2・θ2２）
Ｓ＝ｃ1−ｃ2＋ｙo・Ｐ−０.５（ｃ1・θ1２−ｃ2・θ2２）
として近似し、
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
として求められる回転中心（α,β）を簡単に計算することが可能となる。回転中心（α,β）についても、単純な四則演算だけで効率的に演算することが可能となる。 Furthermore, about the rotation center (α, β) described above,
sinθ1 ≒ θ1, cosθ1 ≒ (1-0.5θ1 2 )
sinθ2 ≒ θ2, cosθ2 ≒ (1-0.5θ2 2 )
Respectively, P, Q, R, and S described above are respectively P = θ1−θ2, Q = −0.5 (θ1 + θ2) P
R = −a 1 + a 2 + xo · P + 0.5 (a 1 · θ 1 2 −a 2 · θ 2 2 )
S = c 1 −c 2 + yo · P−0.5 (c 1 · θ 1 2 −c 2 · θ 2 2 )
And approximate as
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
It is possible to easily calculate the rotation center (α, β) obtained as follows. The rotation center (α, β) can be efficiently calculated only by simple four arithmetic operations.

特にずれ角θ2を零［０］としたときの回転中心については、例えば
ａ12＝ａ1−ａ2，ｃ12＝ｃ1−ｃ2
として
α＝ｘo−０.５［ｃ12−（ａ1−ｙo）θ1−０.５ｃ1・θ1２］
−［ａ12／θ1］
β＝ｙo−０.５［ａ12＋（ｃ1−ｘo）θ1−０.５ｃ1・θ1２］
＋［ｃ12／θ1］
と近似することができるので、単純な四則演算だけで簡単にその回転中心（α,β）を求めることが可能となる。 In particular, for the rotation center when the deviation angle θ2 is zero [0], for example, a12 = a1−a2, c12 = c1−c2
Α = xo−0.5 [c12− (a1−yo) θ1−0.5c1 · θ1 2 ]
-[A12 / θ1]
β = yo−0.5 [a12 + (c1−xo) θ1−0.5c1 · θ1 2 ]
+ [C12 / θ1]
Therefore, the center of rotation (α, β) can be easily obtained by simple four arithmetic operations.

ところで一辺が１ｍ以上ある大型の検出対象物２の位置合わせを行う場合、仮に第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３による位置検出幅が３０ｍｍであるすると、第１および第２のラインセンサ１１,１２間の離間距離ｄを上記位置検出幅の３０倍以上に十分に広く設定することが可能である。するとこのように設置された第１および第２のラインセンサ１１,１２を用いて検出し得る検出対象物２の向きのずれ角θは、±２°程度以下となる。従って上述した近似計算を行う場合、上記ずれ角θの範囲でその計算精度が確保できれば十分である。またラインセンサ１１,１２,１３による位置検出誤差は±１０μｍ程度であるので、その有効数字は±１５.００ｍｍの範囲で示される４桁となる。従って近似計算の誤差として、例えば０.０１％の精度を確保できれば前述した位置合わせ制御に問題なく使用し得る。   By the way, when positioning the large detection object 2 having a side of 1 m or more, if the position detection width by the first to third line sensors 11, 12, 13 is 30 mm, the first and second lines It is possible to set the separation distance d between the sensors 11 and 12 to be sufficiently wide at least 30 times the position detection width. Then, the deviation angle θ of the direction of the detection object 2 that can be detected using the first and second line sensors 11 and 12 installed in this way is about ± 2 ° or less. Therefore, when the above approximate calculation is performed, it is sufficient if the calculation accuracy can be ensured in the range of the deviation angle θ. Further, since the position detection error by the line sensors 11, 12, and 13 is about ± 10 μm, the effective number is four digits shown in the range of ± 15.00 mm. Therefore, as an error in approximation calculation, for example, if accuracy of 0.01% can be ensured, it can be used without any problem in the above-described alignment control.

そこで上述した
θ＝arctan［（ｂ−ａ）／ｄ］
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo）θ＋０.５（β−ａ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo）θ＋０.５（α−ｃ）θ２
なる近似式を用い、
α＝５０，β＝７０，ｘo＝２０，ｙo＝６０，ｄ＝５０
なる設定条件の下で、第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３にて検出されるエッジ位置ａ,ｂ,ｃを種々変えて前述した理論式によって求められるずれ量Ｘ,Ｙとの差を調べてみたところ、０.２％以上の誤差が生じることが確認された。 Therefore, θ = arctan [(ba) / d] described above
Y≈a + (α−xo) θ + 0.5 (β−a) θ 2
X≈c− (β−yo) θ + 0.5 (α−c) θ 2
Using the approximate expression
α = 50, β = 70, xo = 20, yo = 60, d = 50
Under various setting conditions, the edge positions a, b, and c detected by the first to third line sensors 11, 12, and 13 are variously changed and the deviation amounts X and Y obtained by the above-described theoretical formulas are obtained. When the difference was examined, it was confirmed that an error of 0.2% or more occurred.

そこで前述したように
sinθ≒θ，cosθ≒（１−０.５θ２）
として近似したとき
tanθ＝cosθ／sinθ≒θ／（１−０.５θ２）
と近似し得ることに着目し、検出対象物２の辺の傾きをｔ［＝（ｂ−ａ）／ｄ］として、そのずれ角θを
θ＝arctan［ｔ］≒［−１＋√（１＋２ｔ２）］／ｔ
として近似してみた。そしてこの近似したずれ角θを用いて前述した近似計算によりずれ量Ｘ,Ｙを求めてみたところ、その誤差が０.０１％以下に低減することが確認できた。 So as mentioned above
sinθ≈θ, cosθ≈ (1-0.5θ 2 )
When approximated as
tan θ = cos θ / sin θ≈θ / (1−0.5θ 2 )
The slope of the side of the detection object 2 is t [= (b−a) / d], and the deviation angle θ is θ = arctan [t] ≈ [−1 + √ (1 + 2t 2). ]] / T
I tried to approximate as. Then, when the deviation amounts X and Y were obtained by the above-described approximation calculation using the approximate deviation angle θ, it was confirmed that the error was reduced to 0.01% or less.

一方、検出対象物２の回転させたときの向きのずれ角θ1,θ2を
θ1＝arctan［（ｂ1−ａ1）／ｄ］
θ2＝arctan［（ｂ2−ａ2）／ｄ］
として求め、前述した
Ｐ＝θ1−θ2，Ｑ＝−０.５（θ1＋θ2）Ｐ
Ｒ＝−ａ1＋ａ2＋ｘo・Ｐ＋０.５（ａ1・θ1２−ａ2・θ2２）
Ｓ＝ｃ1−ｃ2＋ｙo・Ｐ−０.５（ｃ1・θ1２−ｃ2・θ2２）
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
なる近似計算によって回転中心（α,β）を求めたところ、回転中心（α,β）の誤差が０.０５％以上となった。 On the other hand, the deviation angles θ1 and θ2 of the direction when the detection object 2 is rotated are θ1 = arctan [(b1−a1) / d].
θ2 = arctan [(b2−a2) / d]
P = θ1−θ2, Q = −0.5 (θ1 + θ2) P
R = −a 1 + a 2 + xo · P + 0.5 (a 1 · θ 1 2 −a 2 · θ 2 2 )
S = c 1 −c 2 + yo · P−0.5 (c 1 · θ 1 2 −c 2 · θ 2 2 )
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
When the rotation center (α, β) was obtained by the approximate calculation, the error of the rotation center (α, β) was 0.05% or more.

これに対して検出対象物２の回転させたときの向きのずれ角θ1,θ2を
θ1≒［−１＋√（１＋２ｔ1２）］／ｔ1
θ2≒［−１＋√（１＋２ｔ2２）］／ｔ2
としてそれぞれ近似して前述した如く回転中心（α,β）を近似計算してみたところ、回転中心（α,β）の誤差が０.００５％以下となり、１桁以上の精度向上効果があることが確認できた。 On the other hand, the deviation angles θ1, θ2 of the direction when the detection object 2 is rotated are set to θ1≈ [−1 + √ (1 + 2t1 2 )] / t1.
θ2≈ [-1 + √ (1 + 2t2 2 )] / t2
As described above, the rotation center (α, β) is approximated and the error of the rotation center (α, β) is 0.005% or less, and there is an effect of improving accuracy by one digit or more. Was confirmed.

図８(ａ)(ｂ)は、前述した
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo）θ＋０.５（β−ａ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo）θ＋０.５（α−ｃ）θ２
なる近似演算により求められるずれ量Ｘ,Ｙが、ずれ角θの近似の仕方によってどのように変化するかを示したもので、誤差特性Ｘa,Ｘb,Ｘc,Ｙa,Ｙb,Ｙcは、
θa＝arctan［ｔ］ …〈理論式〉
θb≒ｔ …〈近似式１〉
θc≒［−１＋√（１＋２ｔ２）］／ｔ …〈近似式２〉
として上記ずれ角θをそれぞれ求めた場合を示している。この図８(ａ)(ｂ)に示される特性Ｘa,Ｘb,Ｘc,Ｙa,Ｙb,Ｙcから、〈近似式２〉により求められるずれ角θcを用いることによりその計算誤差が大幅に改善されることが判る。 8 (a) and 8 (b) show the above-described Y≈a + (α−xo) θ + 0.5 (β−a) θ 2.
X≈c− (β−yo) θ + 0.5 (α−c) θ 2
This shows how the deviation amounts X and Y obtained by the approximate calculation change depending on how the deviation angle θ is approximated. The error characteristics Xa, Xb, Xc, Ya, Yb, and Yc are:
θa = arctan [t] ... <Theoretical formula>
θb≈t (Approximation 1)
θc≈ [−1 + √ (1 + 2t 2 )] / t (Approximation 2)
As shown, the above-mentioned deviation angle θ is obtained. From the characteristics Xa, Xb, Xc, Ya, Yb, Yc shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the calculation error is greatly improved by using the deviation angle θc obtained by <Approximation Formula 2>. I understand that.

ちなみに〈理論式〉よりも〈近似式２〉を用いた方が精度が高くなる理由は、図９にずれ角θ自体の誤差特性θa,θb,θcを示すように、〈近似式２〉により求められるずれ角θcの誤差特性θcが、前述したずれ量Ｘ,Ｙの近似演算による誤差特性と逆向きのお椀形の変化特性を示し、これによってその誤差が打ち消されているものと考えられる。
また前述した近似計算により検出対象物２の回転中心（α,β）を求めるに際しても、上述したようにずれ角θの近似の仕方を異ならせた場合、図１０(ａ)(ｂ)に回転中心（α,β）の誤差特性αa,αb,αc,βa,βb,βcをそれぞれ対比して示すように、前述した〈近似式２〉により求められるずれ角θbを用いて近似計算することで、その誤差を十分に小さく抑え得ることが確認できた。 Incidentally, the reason why the accuracy is higher when using <approximate expression 2> than <theoretical expression> is that, according to <approximate expression 2>, as shown in FIG. 9, error characteristics θa, θb, and θc of the deviation angle θ itself. The obtained error characteristic θc of the deviation angle θc shows a change characteristic of the bowl shape opposite to the error characteristic obtained by the approximate calculation of the deviation amounts X and Y described above, and it is considered that the error is canceled out.
Further, when obtaining the rotation center (α, β) of the detection object 2 by the above-described approximate calculation, if the method of approximating the deviation angle θ is varied as described above, the rotation is performed as shown in FIGS. As shown by comparing the error characteristics αa, αb, αc, βa, βb, and βc of the center (α, β), the approximate calculation is performed using the deviation angle θb obtained by the above-described <Approximation Formula 2>. It was confirmed that the error could be kept sufficiently small.

尚、ずれ角θを
θｄ≒ｔ−ｔ３／３ …〈近似式３〉
として近似してみたところ、ずれ角θ自体の誤差特性は０.０００１%以下の精度で理論値と略一致することが確認できた。従ってアークタンジェント関数［arctan］を用いてずれ角θを理論的に求めることに代えて、上述した〈近似式３〉を用いてずれ角θを近似計算すれば、その演算処理の簡易化を図り得ることも明らかとなった。 In addition, the deviation angle θ θd ≒ t-t 3/ 3 ... < approximation formula 3>
As a result, it was confirmed that the error characteristic of the deviation angle θ itself substantially coincided with the theoretical value with an accuracy of 0.0001% or less. Therefore, instead of theoretically obtaining the deviation angle θ using the arctangent function [arctan], if the deviation angle θ is approximately calculated using the above-described <Approximation Formula 3>, the calculation process can be simplified. It was also clear that you would get.

以上のことから検出対象物２を位置合わせするべく３軸可動ステージ１の制御量Ｘ,Ｙ,θを求めるに際しては、先ず第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３により検出される検出対象物２のエッジ位置（ａ,ｂ,ｃ）に従って、その辺の傾きｔを
ｔ＝（ｂ−ａ）／ｄ
として計算し、その後、ずれ角θを前述した〈近似式３〉を用いて
θ≒ｔ−ｔ３／３
として計算する。この際、
（ｔ−ｔ３／３）×５７.２９５７８
なる係数演算を実行することで、ラジアン［rad］から°［deg］に変換することが望ましい。 From the above, when obtaining the control amounts X, Y, and θ of the three-axis movable stage 1 in order to align the detection target object 2, first, detection detected by the first to third line sensors 11, 12, and 13. According to the edge position (a, b, c) of the object 2, the inclination t of the side is t = (b−a) / d
As calculated, then, with the deviation angle theta aforementioned <approximate expression 3> θ ≒ t-t 3 /3
Calculate as On this occasion,
(T−t 3 /3)×57.29578
It is desirable to convert from radians [rad] to ° [deg] by executing the following coefficient calculation.

しかる後、予め準備したテーブルを用いて
θ≒［−１＋√（１＋２ｔ２）］／ｔ
なる近似処理を実行し、この近似処理により求められたずれ角θを用いて前述した
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo）θ＋０.５（β−ａ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo）θ＋０.５（α−ｃ）θ２
なる近似計算を実行してずれ量Ｘ,Ｙを求めるようにすれば、その演算処理を四則演算とテーブルの参照だけで短時間に簡単に、しかも０.０１％以下（４桁以上）の誤差精度で実行することが可能となる。 Thereafter, using a previously prepared table, θ≈ [−1 + √ (1 + 2t 2 )] / t
Approximate processing is executed, and using the deviation angle θ obtained by this approximate processing, Y≈a + (α−xo) θ + 0.5 (β−a) θ 2 described above.
X≈c− (β−yo) θ + 0.5 (α−c) θ 2
When the approximate calculation is executed to obtain the deviation amounts X and Y, the calculation process can be easily performed in a short time with only four arithmetic operations and a table reference, and an error of 0.01% or less (4 digits or more). It is possible to execute with accuracy.

また回転中心（α,β）の計算についても、同様に回転前後における検出対象物２のエッジ位置の辺の傾きｔ1,ｔ2から、そのずれ角θ1,θ2を
θ1≒［−１＋√（１＋２ｔ1２）］／ｔ1
θ2≒［−１＋√（１＋２ｔ2２）］／ｔ2
としてそれぞれ求め、前述したように
Ｐ＝θ1−θ2，Ｑ＝−０.５（θ1＋θ2）Ｐ
Ｒ＝−ａ1＋ａ2＋ｘo・Ｐ＋０.５（ａ1・θ1２−ａ2・θ2２）
Ｓ＝ｃ1−ｃ2＋ｙo・Ｐ−０.５（ｃ1・θ1２−ｃ2・θ2２）
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
として近似計算することで、その演算処理を四則演算とテーブルの参照だけで短時間に簡単に実行することが可能となる。 Similarly, for the calculation of the rotation center (α, β), the shift angles θ1, θ2 are changed from the inclinations t1, t2 of the edge position of the detection object 2 before and after the rotation to θ1≈ [−1 + √ (1 + 2t1 2). ]] / T1
θ2≈ [-1 + √ (1 + 2t2 2 )] / t2
As described above, P = θ1−θ2, Q = −0.5 (θ1 + θ2) P
R = −a 1 + a 2 + xo · P + 0.5 (a 1 · θ 1 2 −a 2 · θ 2 2 )
S = c 1 −c 2 + yo · P−0.5 (c 1 · θ 1 2 −c 2 · θ 2 2 )
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
As a result of the approximate calculation, it is possible to easily execute the arithmetic processing in a short time with only four arithmetic operations and a table reference.

ところで上述した如く検出対象物２の位置（ずれ量Ｘ,Ｙ）とその向き（ずれ角θ）を求めて位置合わせ制御を実行する場合、第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３の設置位置、つまり各ラインセンサ１１,１２,１３間の位置関係を示す前述した距離［ｘo,ｙo,ｄ］が予め正確に求められていることが必要である。従って第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３を通常の機械的精度で所定の位置に取り付けた後、例えば図１１に示すような調整用基準板５を準備し、この調整用基準板５を用いて第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３の取り付け位置を、ひいては各ラインセンサ１１,１２,１３間の位置関係を示す距離［ｘo,ｙo,ｄ］を正確に求めるようにすれば良い。   By the way, as described above, when the alignment control is executed by obtaining the position (deviation amount X, Y) and the direction (deviation angle θ) of the detection object 2, the first to third line sensors 11, 12, 13 are used. It is necessary that the above-mentioned distance [x0, yo, d] indicating the installation position, that is, the positional relationship between the line sensors 11, 12, 13 is accurately obtained in advance. Therefore, after the first to third line sensors 11, 12, and 13 are attached at predetermined positions with normal mechanical accuracy, for example, an adjustment reference plate 5 as shown in FIG. 11 is prepared, and this adjustment reference plate is prepared. 5 is used to accurately obtain the mounting positions of the first to third line sensors 11, 12, 13 and, in turn, the distance [xo, yo, d] indicating the positional relationship between the respective line sensors 11, 12, 13. You can do it.

尚、上記調整用基準板５は、検出対象物２と略同等な大きさを有し、その隅部の角度を高精度に直角に設定した矩形状の板体からなり、第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３のそれぞれに対応付けてその２辺の３カ所にＶ字型の切り欠き６ａ,６ｂ,６ｃを設けたものからなる。また切り欠き６ａ,６ｂの中心（先端部）間の距離を正確にＤとして設定し、更に上記２辺が突き合う隅部から切り欠き６ａの中心（先端部）までの距離を正確にｘoとし、また切り欠き６ｃの中心（先端部）までの距離を正確にｙoとしておく。尚、特に図示しないがＶ字型の切り欠き６ａ,６ｂ,６ｃに代えて、Ｖ字型の突起を設けたものであっても良い。   The adjustment reference plate 5 has a size substantially the same as that of the detection object 2 and is formed of a rectangular plate whose corners are set at a highly accurate right angle. Each of the line sensors 11, 12, and 13 is provided with V-shaped cutouts 6a, 6b, and 6c at three locations on the two sides. Further, the distance between the centers (tip portions) of the notches 6a and 6b is accurately set as D, and the distance from the corner where the two sides meet to the center (tip portion) of the notches 6a is accurately set as xo. In addition, the distance to the center (tip portion) of the notch 6c is accurately set to yo. Although not particularly shown, a V-shaped protrusion may be provided in place of the V-shaped notches 6a, 6b, 6c.

そして図１２にその処理手順の例を示すように、先ずステージ１を左右（ｘ軸方向）に動かして図１１(ａ)に示すように第２のラインセンサ１２に前記切り欠き６ｂの先端部が位置付けられ、これによって第２のラインセンサ１２により検出される位置ｂが最小（最大）となるようにする〈ステップＳ２１〉。そしてそのときの前記ステージ１の移動位置ｓ２を求める。   Then, as shown in the example of the processing procedure in FIG. 12, the stage 1 is first moved left and right (in the x-axis direction), and the tip of the notch 6b is added to the second line sensor 12 as shown in FIG. Is positioned so that the position b detected by the second line sensor 12 is minimized (maximum) <step S21>. Then, the moving position s2 of the stage 1 at that time is obtained.

次いでステージ１を再度左右（ｘ軸方向）に動かして第１のラインセンサ１１に前記切り欠き６ａの先端部が位置付けられ、これによって第１のラインセンサ１１により検出される位置ａが最小（最大）となるようにする〈ステップＳ２２〉。そしてそのときの前記ステージ１の移動位置ｓ１を求める。そして上記検出位置ｓ１,ｓ２とから、
ｄ＝Ｄ＋ｓ１−ｓ２
として、第１および第２のラインセンサ１１,１２間の離間距離ｄを求める〈ステップＳ２３〉。 Next, the stage 1 is again moved left and right (in the x-axis direction) to position the tip of the notch 6a on the first line sensor 11, so that the position a detected by the first line sensor 11 is the minimum (maximum). <Step S22>. Then, the moving position s1 of the stage 1 at that time is obtained. From the detection positions s1, s2,
d = D + s1-s2
As a result, a distance d between the first and second line sensors 11 and 12 is obtained <step S23>.

しかる後、ステージ１を右または左（ｘ軸方向）に動かして、図１１(ｂ)に示すように前記第１および第２のラインセンサ１１,１２から切り欠き６ａ,６ｂがそれぞれ外れるようにし〈ステップＳ２４〉、この状態で前記ステージ１を上下方向（ｙ軸方向）に移動させる。そして図１１(ｃ)に示すように第３のラインセンサ１３に前記切り欠き６ｃの先端部が位置付けられ、これによって第３のラインセンサ１３により検出される位置ｃが最小（最大）となるようにする〈ステップＳ２５〉。そしてこの状態を前記第１および第２のラインセンサ１１,１２のセンタ位置として設定し、ｙ軸方向の計測原点を設定する。これによって第１および第２のラインセンサ１１,１２のセンタ位置からの第３のラインセンサ１３のｙ軸方向への離間距離がｙoとして設定されることになる。   Thereafter, the stage 1 is moved to the right or left (x-axis direction) so that the notches 6a and 6b are detached from the first and second line sensors 11 and 12, respectively, as shown in FIG. <Step S24> In this state, the stage 1 is moved in the vertical direction (y-axis direction). As shown in FIG. 11C, the tip of the notch 6c is positioned on the third line sensor 13, so that the position c detected by the third line sensor 13 is minimized (maximum). <Step S25>. This state is set as the center position of the first and second line sensors 11 and 12, and the measurement origin in the y-axis direction is set. As a result, the distance in the y-axis direction of the third line sensor 13 from the center position of the first and second line sensors 11 and 12 is set as yo.

その後、前記ステージ１を更に上下方向（ｙ軸方向）に移動させて、第３のラインセンサ１３を前記切り欠き６ｃから外れた位置に位置付け〈ステップＳ２６〉、更にこの状態からステージ１を左右（ｘ軸方向）に動かして図１１(ｄ)に示すように第１のラインセンサ１１に前記切り欠き６ａが位置付けられ、第１のラインセンサ１１により検出される位置ｃが最小（最大）となるようにする〈ステップＳ２７〉。そしてこの状態を前記第３のラインセンサ１３のセンタ位置として設定し、ｘ軸方向の計測原点を設定する。これによって第３のラインセンサ１３のセンタ位置からの第１のラインセンサ１１のｘ軸方向への離間距離がｘoとして設定されることになる。   Thereafter, the stage 1 is further moved in the vertical direction (y-axis direction), and the third line sensor 13 is positioned at a position deviated from the notch 6c <Step S26>. As shown in FIG. 11D, the notch 6a is positioned in the first line sensor 11, and the position c detected by the first line sensor 11 is minimum (maximum). <Step S27>. This state is set as the center position of the third line sensor 13, and the measurement origin in the x-axis direction is set. As a result, the distance in the x-axis direction of the first line sensor 11 from the center position of the third line sensor 13 is set as xo.

かくして上述した如く調整用基準板５を用い、ステージ１を移動させながら第１〜第３のラインセンサ１１,１２,１３の出力を監視して、第１および第２のラインセンサ１１,１２間の距離ｄを正確に求め、更に第３のラインセンサ１３の設置位置を基準として第１および第２のラインセンサ１１,１２の計測原点とするセンタ位置を設定すると共に、第１のラインセンサ１１の設置位置を基準として第３のラインセンサ１３の計測原点とするセンタ位置を設定することにより、前述したラインセンサ１１,１２,１３間の位置関係［ｘo,ｙo,ｄ］を正確に求めることが可能となる。この結果、これらの位置関係［ｘo,ｙo,ｄ］に従って前述したように検出対象物５の位置検出および位置合わせを、簡易にしかも高精度を実行することが可能となる。   Thus, using the adjustment reference plate 5 as described above, the outputs of the first to third line sensors 11, 12, 13 are monitored while moving the stage 1, and the first and second line sensors 11, 12 are monitored. The distance d of the second line sensor 13 is accurately obtained, and the center position as the measurement origin of the first and second line sensors 11 and 12 is set with reference to the installation position of the third line sensor 13, and the first line sensor 11 The positional relationship [x0, yo, d] between the line sensors 11, 12, 13 described above is accurately obtained by setting the center position as the measurement origin of the third line sensor 13 with reference to the installation position of the third line sensor 13. Is possible. As a result, the position detection and alignment of the detection object 5 can be performed easily and with high accuracy as described above according to these positional relationships [xo, yo, d].

尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば検出対象物が或る程度の厚みを有するような場合、レーザ測長器を用いて検出対象物５の速報から、その隣接する２辺のエッジ位置ａ,ｂ,ｃをそれぞれ検出するように構成することもできる。但し、この場合には検出対象物５が置かれる直交座標系の、特に上記検出対象物５の側方に３つのレーザ測長器の設置することが必要となるので、その設置に大きな空間を要することになる。従って実際的には上述した実施形態で示したようなラインセンサを用いる方が好ましい。   In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. For example, when the detection object has a certain thickness, the adjacent edge positions a, b, and c are detected from the preliminary report of the detection object 5 using a laser length measuring device. It can also be configured. However, in this case, since it is necessary to install three laser length measuring devices in the Cartesian coordinate system on which the detection target object 5 is placed, particularly on the side of the detection target object 5, a large space is required for the installation. It will take. Therefore, in practice, it is preferable to use a line sensor as shown in the above-described embodiment.

また検出対象物５の大きさや、位置合わせの為のステージ１の移動量については、その仕様に応じて定めれば十分である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   It is sufficient to determine the size of the detection object 5 and the amount of movement of the stage 1 for alignment according to the specifications. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

本発明に係る位置検出方法および位置合わせ方法が適用される３軸移動ステージと、その制御に用いられるラインセンサとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the three-axis movement stage to which the position detection method and the positioning method which concern on this invention are applied, and the line sensor used for the control. ラインセンサの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a line sensor. 本発明に係る位置検出方法および位置合わせ方法を適用した３軸移動ステージの制御装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the control apparatus of the 3 axis | shaft movement stage to which the position detection method and position alignment method which concern on this invention are applied. 本発明に係る位置検出方法の検出原理と位置合わせ方法の実行形態を模式的に示す図。The figure which shows typically the detection principle of the position detection method which concerns on this invention, and the execution form of the alignment method. 位置検出の原理を図式的に示す図。The figure which shows the principle of a position detection typically. 回転中心の算出法を説明する為の図。The figure for demonstrating the calculation method of a rotation center. 本発明に係る位置合わせ方法の実行手順の一例を示す図。The figure which shows an example of the execution procedure of the positioning method which concerns on this invention. 近似に伴うずれ量Ｘ,Ｙの誤差特性を示す図。The figure which shows the error characteristic of deviation | shift amount X, Y accompanying approximation. 近似に伴うずれ角θの誤差特性を示す図。The figure which shows the error characteristic of deviation | shift angle | corner (theta) accompanying approximation. 近似に伴う回転中心（α,β）の誤差特性を示す図。The figure which shows the error characteristic of the rotation center ((alpha), (beta)) accompanying approximation. 第１〜第３のラインセンサの校正処理の形態を模式的に示す図。The figure which shows typically the form of the calibration process of a 1st-3rd line sensor. 図１１に示す第１〜第３のラインセンサの校正処理の手順を示す図。The figure which shows the procedure of the calibration process of the 1st-3rd line sensor shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ ３軸可変ステージ
２ 検出対象物
１１ 第１のラインセンサ
１２ 第２のラインセンサ
１３ 第３のラインセンサ
３１ａ,３１ｂ,３１ｃ エッジ位置検出装置
３２ 位置決め制御部（マイクロコンピュータ）
３２ａ 回転角計算部
３２ｂ 回転中心計算部
３２ｃ 移動量計算部
３２ｄ キャリブレーション部
３３ Ｘ軸制御部
３４ Ｙ軸制御部
３５ 回転角制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3 axis variable stage 2 Detection target 11 1st line sensor 12 2nd line sensor 13 3rd line sensor 31a, 31b, 31c Edge position detection apparatus 32 Positioning control part (microcomputer)
32a Rotation angle calculation unit 32b Rotation center calculation unit 32c Movement amount calculation unit 32d Calibration unit 33 X axis control unit 34 Y axis control unit 35 Rotation angle control unit

Claims (12)

直角座標系におかれた矩形状の検出対象物の位置とその向きを検出する位置検出方法であって、
前記直角座標系の一方の軸方向に離間して設けられて前記直角座標系の他方の軸方向における前記検出対象物の一辺のエッジ位置をそれぞれ検出する第１および第２のラインセンサ、並びに前記直角座標系の他方の軸方向に設けられて前記直角座標系の一方の軸方向における前記検出対象物の前記一辺に隣接する辺のエッジ位置を検出する第３のラインセンサを備え、
前記第１および第２のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の一辺における互いに異なる部位でのエッジ位置から、前記直角座標系に対する前記検出対象物の向きのずれ角を求めると共に、求められた検出対象物の向きのずれ角と前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の互いに隣り合う２辺のエッジ位置とから前記向きのずれ角を補正後における前記直角座標系の基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量をそれぞれ求めることを特徴とする位置検出方法。 A position detection method for detecting the position and orientation of a rectangular detection object placed in a rectangular coordinate system,
A first line sensor and a second line sensor which are provided separately in one axial direction of the rectangular coordinate system and detect an edge position of one side of the detection object in the other axial direction of the rectangular coordinate system; and A third line sensor that is provided in the other axial direction of the rectangular coordinate system and detects an edge position of a side adjacent to the one side of the detection object in the one axial direction of the rectangular coordinate system;
A deviation angle of the direction of the detection object with respect to the rectangular coordinate system is obtained and obtained from edge positions at different portions on one side of the detection object respectively detected by the first and second line sensors. The right angle after correcting the deviation angle of the direction from the deviation angle of the direction of the detected object and the edge positions of the two adjacent sides of the detection object detected by the first to third line sensors, respectively. A position detection method, characterized in that a shift amount of each of the detection objects in a direction of each axis from a reference position of a coordinate system is obtained. 前記検出対象物の向きのずれ角θは、前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物のエッジ位置がａ,ｂ,ｃとして与えられ、前記第１および第２のラインセンサの離間距離がｄとして与えられるとき、
θ＝tan−１［（ｂ−ａ）／ｄ］
（＝arctan［（ｂ−ａ）／ｄ］）
として計算されるものであって、
前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙは、前記検出対象物の回転中心を（α,β）とし、前記直角座標系の原点からの前記一方の軸方向における前記第３のラインセンサの距離をｙo、他方の軸方向における前記第１または第２のラインセンサの距離をｘoとしたとき、
Ｙ＝ａ・cosθ＋（α−ｘo）sinθ＋β（１−cosθ）
Ｘ＝ｃ・cosθ−（β−ｙo）sinθ＋α（１−cosθ）
として計算されるものである請求項１に記載の位置検出方法。 As for the deviation angle θ of the direction of the detection object, the edge positions of the detection object detected by the first to third line sensors are given as a, b, c, respectively. When the separation distance of the line sensor is given as d,
θ = tan −1 [(b−a) / d]
(= Arctan [(ba) / d])
Which is calculated as
The displacement amounts X and Y of the detection object in the respective axial directions are set such that the rotation center of the detection object is (α, β), and the third axial direction in the one axial direction from the origin of the rectangular coordinate system. When the distance of the line sensor is yo and the distance of the first or second line sensor in the other axial direction is xo,
Y = a · cos θ + (α−xo) sin θ + β (1-cos θ)
X = c · cos θ− (β−yo) sin θ + α (1−cos θ)
The position detection method according to claim 1, wherein the position detection method is calculated as follows. 前記検出対象物の回転中心（α,β）は、前記検出対象物の向きを所定角度回転させ、回転前に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ1,ｂ1,ｃ1）から求められる前記検出対象物の向きのずれ角θ1と、回転後に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ2,ｂ2,ｃ2）から求められる回転後における前記検出対象物の向きのずれ角θ2とに従い
Ｐ＝sinθ1−sinθ2，Ｑ＝cosθ1−cosθ2
Ｒ＝−ａ1・cosθ1＋ａ2・cosθ2＋ｘo・Ｐ
Ｓ＝ｃ1・cosθ1−ｃ2・cosθ2＋ｙo・Ｐ
として、
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
として算出されるものである請求項２に記載の位置検出方法。 The rotation center (α, β) of the detection object is obtained by rotating the direction of the detection object by a predetermined angle and detecting the edge position of the detection object (detected by the first to third line sensors before rotation) ( The deviation angle θ1 of the direction of the detection object obtained from a1, b1, c1) and the edge position (a2, b2, c2) of the detection object detected by the first to third line sensors after rotation P = sin θ 1 −sin θ 2, Q = cos θ 1 −cos θ 2 in accordance with the deviation angle θ 2 of the direction of the detection object after rotation obtained from
R = -a1 · cosθ1 + a2 · cosθ2 + xo · P
S = c1 · cosθ1-c2 · cosθ2 + yo · P
As
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
The position detection method according to claim 2, wherein the position detection method is calculated as follows. 請求項２に記載の位置検出方法において、
前記検出対象物の移動量（ｘ,ｙ）に応じて前記検出対象物の回転中心（α,β）を補正して前記直角座標系における前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙを
Ｙ＝ａ・cosθ＋（α−ｘo−ｘ）sinθ
＋（β−ｙ）・（１−cosθ）
Ｘ＝ｃ・cosθ−（β−ｙo−ｙ）sinθ
＋（α−ｘ）・（１−cosθ）
として求める補正手段を備えることを特徴とする位置検出方法。 The position detection method according to claim 2,
According to the amount of movement (x, y) of the detection target, the rotational center (α, β) of the detection target is corrected to shift the amount X, X, Y is Y = a · cos θ + (α−xo−x) sin θ
+ (Β-y) · (1-cosθ)
X = c · cos θ− (β−yo−y) sin θ
+ (Α-x) · (1-cosθ)
A position detection method comprising: a correction unit that is obtained as follows. 前記検出対象物の向きのずれ角θは、前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物のエッジ位置がａ,ｂ,ｃとして与えられ、前記第１および第２のラインセンサの離間距離がｄとして与えられるとき
θ＝tan−１［（ｂ−ａ）／ｄ］
（＝arctan［（ｂ−ａ）／ｄ］）
として計算されるものであって、
前記各軸方向での前記検出対象物のずれ量Ｙ,Ｘは、前記検出対象物の回転中心を（α,β）とし、前記直角座標系の原点からの前記一方の軸方向における前記第３のラインセンサの距離をｙo、他方の軸方向における前記第１または第２のラインセンサの距離をｘoとしたとき、前記検出対象物の向きのずれ角θを
sinθ≒θ，cosθ≒（１−０.５θ２）
とそれぞれ近似して
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo）θ＋０.５（β−ａ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo）θ＋０.５（α−ｃ）θ２
として近似計算するものである請求項１に記載の位置検出方法。 As for the deviation angle θ of the direction of the detection object, the edge positions of the detection object detected by the first to third line sensors are given as a, b, c, respectively. When the distance of the line sensor is given as d, θ = tan −1 [(b−a) / d]
(= Arctan [(ba) / d])
Which is calculated as
The deviation amounts Y and X of the detection object in the respective axial directions are set to the rotation center of the detection object as (α, β), and the third displacement in the one axial direction from the origin of the rectangular coordinate system. Where the distance of the line sensor is yo and the distance of the first or second line sensor in the other axial direction is xo, the deviation angle θ of the direction of the detection object is
sinθ≈θ, cosθ≈ (1-0.5θ 2 )
Y≈a + (α−xo) θ + 0.5 (β−a) θ 2
X≈c− (β−yo) θ + 0.5 (α−c) θ 2
The position detection method according to claim 1, wherein approximate calculation is performed as follows. 前記検出対象物の回転中心（α,β）は、前記検出対象物の向きを所定角度回転させ、回転前に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ1,ｂ1,ｃ1）から求められる前記検出対象物の向きのずれ角θ1、および回転後に前記第１〜第３のラインセンサにより検出される前記検出対象物のエッジ位置（ａ2,ｂ2,ｃ2）から求められる回転後における前記検出対象物の向きのずれ角θ2を
sinθ1≒θ1，cosθ1≒（１−０.５θ1２）
sinθ2≒θ2，cosθ2≒（１−０.５θ2２）
とそれぞれ近似し、
Ｐ＝θ1−θ2，Ｑ＝−０.５（θ1＋θ2）Ｐ
Ｒ＝−ａ1＋ａ2＋ｘo・Ｐ＋０.５（ａ1・θ1２−ａ2・θ2２）
Ｓ＝ｃ1−ｃ2＋ｙo・Ｐ−０.５（ｃ1・θ1２−ｃ2・θ2２）
として、
α＝［ＰＲ＋ＱＳ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
β＝［ＰＳ−ＱＲ］／［Ｐ２＋Ｑ２］
として近似計算されるものである請求項５に記載の位置検出方法。 The rotation center (α, β) of the detection object is obtained by rotating the direction of the detection object by a predetermined angle and detecting the edge position of the detection object (detected by the first to third line sensors before rotation) ( The deviation angle θ1 of the direction of the detection object obtained from a1, b1, c1) and the edge position (a2, b2, c2) of the detection object detected by the first to third line sensors after rotation The deviation angle θ2 of the direction of the detection object after rotation obtained from
sinθ1 ≒ θ1, cosθ1 ≒ (1-0.5θ1 2 )
sinθ2 ≒ θ2, cosθ2 ≒ (1-0.5θ2 2 )
Respectively,
P = θ1−θ2, Q = −0.5 (θ1 + θ2) P
R = −a 1 + a 2 + xo · P + 0.5 (a 1 · θ 1 2 −a 2 · θ 2 2 )
S = c 1 −c 2 + yo · P−0.5 (c 1 · θ 1 2 −c 2 · θ 2 2 )
As
α = [PR + QS] / [P 2 + Q 2 ]
β = [PS-QR] / [P 2 + Q 2 ]
The position detection method according to claim 5, which is approximately calculated as: 請求項５に記載の位置検出方法において、
前記検出対象物の移動量（ｘ,ｙ）に応じて前記検出対象物の回転中心（α,β）を補正して前記直角座標系における前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙを
Ｙ≒ａ＋（α−ｘo−ｘ）θ
＋０.５（β−ａ−ｙ）θ２
Ｘ≒ｃ−（β−ｙo−ｙ）θ
＋０.５（α−ｃ−ｘ）θ２
として求める補正手段を備えることを特徴とする位置検出方法。 The position detection method according to claim 5,
According to the amount of movement (x, y) of the detection target, the rotational center (α, β) of the detection target is corrected to shift the amount X, X, Y is Y≈a + (α−xo−x) θ
+0.5 (β-a−y) θ 2
X≈c− (β−yo−y) θ
+0.5 (α−c−x) θ 2
A position detection method comprising: a correction unit that is obtained as follows. 請求項１に記載の位置検出方法において、
前記第１〜第３のラインセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物のエッジ位置がａ,ｂ,ｃとして与えられ、前記第１および第２のラインセンサの離間距離がｄとして与えられるとき、前記検出対象物の辺の傾きｔ＝（ｂ−ａ）／ｄからアークタンジェント関数のテーブルを参照して、またはアークタンジェント関数を用いて上記傾きｔを３次まで展開した近似式を用いて前記検出対象物の向きのずれ角θを
θ＝arctanｔ（＝tan−１ｔ）
として求め、一方、前記傾きｔから
θ≒［−１＋√（１＋２ｔ２）］／ｔ
として近似して求められる前記検出対象物の向きのずれ角θを用いて、前記検出対象物の回転中心（α,β）および前記検出対象物の各軸方向へのずれ量Ｘ,Ｙをそれぞれ近似計算することを特徴とする位置検出方法。 The position detection method according to claim 1,
When the edge positions of the detection objects respectively detected by the first to third line sensors are given as a, b, and c, and the separation distance between the first and second line sensors is given as d, Refer to the arc tangent function table from the inclination t = (b−a) / d of the side of the detection object, or use an approximation formula that expands the inclination t to the third order using the arc tangent function. The deviation angle θ of the direction of the detection object is set to θ = arctant (= tan −1 t)
On the other hand, from the inclination t, θ≈ [−1 + √ (1 + 2t 2 )] / t
Using the deviation angle θ of the direction of the detection target obtained by approximation as follows, the rotation center (α, β) of the detection target and the shift amounts X and Y of the detection target in the respective axial directions are respectively determined. A position detection method characterized by performing approximate calculation. 請求項１〜８のいずれかに記載の位置検出方法を用い、矩形状の検出対象物を支持したステージを、基準となる直交座標に対してその軸方向にそれぞれ移動させると共に、これらの各軸方向に直交する軸を中心として回転させて前記検出対象物を基準位置に位置合わせする位置合わせ方法であって、
前記検出対象物を所定角度回転させて、その回転前後における前記第１〜第３のラインセンサの出力に基づいて前記検出対象物の回転中心を求めた後、この回転中心と前記第１〜第３のラインセンサの出力から求められる前記基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とに従って前記ステージの前記各軸方向への移動と回転とを同時にフィードバック制御することを特徴とする位置合わせ方法。 Using the position detection method according to any one of claims 1 to 8, the stage supporting a rectangular detection object is moved in the axial direction with respect to a reference orthogonal coordinate, and each of these axes An alignment method for aligning the detection object with a reference position by rotating about an axis orthogonal to the direction,
After rotating the detection object by a predetermined angle and obtaining the rotation center of the detection object based on the outputs of the first to third line sensors before and after the rotation, the rotation center and the first to first Feedback control of the movement and rotation of the stage in the respective axial directions according to the deviation amount and the direction deviation angle of the detection target from the reference position obtained from the output of the line sensor 3. An alignment method characterized by: 請求項１〜８のいずれかに記載の位置検出方法を用い、矩形状の検出対象物を支持したステージを、基準となる直交座標に対してその軸方向にそれぞれ移動させると共に、これらの各軸方向に直交する軸を中心として回転させて前記検出対象物を基準位置に位置合わせする位置合わせ方法であって、
初期時における前記検出対象物の向きを求めると共に、その向きのずれ角を予め設定した判定閾値と比較し、
前記検出対象物の向きのずれ角が上記判定閾値よりも大きいときには、前記検出対象物を所定角度回転させて、その回転前後における前記第１〜第３のラインセンサの出力に基づいて前記検出対象物の回転中心を求めた後、この回転中心と前記第１〜第３のラインセンサの出力から求められる前記基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とに従って前記ステージの前記各軸方向への移動と回転とを同時にフィードバック制御し、
前記検出対象物の向きのずれ角が前記判定閾値よりも小さいときには、上記向きのずれ角が零［０］となるまで前記ステージを回転制御し、その後に検出される前記第１〜第３のラインセンサの出力に基づいて前記ステージの前記各軸方向への移動をフィードバック制御することを特徴とする位置合わせ方法。 Using the position detection method according to any one of claims 1 to 8, the stage supporting a rectangular detection object is moved in the axial direction with respect to a reference orthogonal coordinate, and each of these axes An alignment method for aligning the detection object with a reference position by rotating about an axis orthogonal to the direction,
Finding the orientation of the detection object at the initial time, and comparing the deviation angle of the orientation with a preset determination threshold,
When the deviation angle of the direction of the detection target is larger than the determination threshold, the detection target is rotated by a predetermined angle, and the detection target is based on the outputs of the first to third line sensors before and after the rotation. After obtaining the rotation center of the object, the amount of deviation and the deviation angle of the direction of the detection object from the reference position obtained from the rotation center and the output of the first to third line sensors According to the feedback control of the movement and rotation of the stage in each axial direction simultaneously,
When the deviation angle of the direction of the detection object is smaller than the determination threshold, the stage is rotationally controlled until the deviation angle of the direction becomes zero [0], and the first to third detected thereafter. A positioning method comprising feedback-controlling movement of the stage in each axial direction based on an output of a line sensor. 請求項９または１０に記載の位置合わせ方法において、
前記ステージの回転中心が固定的に定められている場合には、予めそのキャリブレーション時に前記ステージを回転させて該ステージに支持された前記検出対象物の回転中心を求めて記憶し、
前記ステージに支持された検出対象物の位置合わせ時には、上記記憶した回転中心と前記第１〜第３のラインセンサの出力から求められる前記基準位置からの前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とに従って前記ステージの移動と回転をそれぞれ制御することを特徴とする位置合わせ方法。 The alignment method according to claim 9 or 10,
When the rotation center of the stage is fixedly determined, the stage is rotated in advance during the calibration, and the rotation center of the detection object supported by the stage is obtained and stored.
When aligning the detection object supported by the stage, the detection object is displaced in the axial direction from the reference position obtained from the stored rotation center and the outputs of the first to third line sensors. A positioning method, wherein the movement and rotation of the stage are respectively controlled according to the amount and the deviation angle of the direction. 請求項９または１０に記載の位置合わせ方法において、
前記第１〜第３のラインセンサのキャリブレーション時に、予めその辺部に略三角形状の切り込みまたは突起を設けた矩形状の標準検出体を前記各軸方向にそれぞれ移動させて前記第１〜第３のラインセンサの出力の変化を監視し、各ラインセンサの出力が極値をとるときの前記標準検出体の移動量から前記各ラインセンサの設置位置（ｘo,ｙo,ｄ）をそれぞれ逆算して記憶し、
前記検出対象物の検出時には、記憶した前記各ラインセンサの設置位置（ｘo,ｙo,ｄ）を用いて前記検出対象物の各軸方向へのずれ量と向きのずれ角とをそれぞれ計算することを特徴とする位置合わせ方法。 The alignment method according to claim 9 or 10,
At the time of calibration of the first to third line sensors, a rectangular standard detection body provided with a substantially triangular notch or protrusion on the side in advance is moved in the respective axial directions to move the first to first line sensors. The change in the output of each line sensor is monitored, and the installation position (xo, yo, d) of each line sensor is calculated backward from the amount of movement of the standard detection body when the output of each line sensor takes an extreme value. Remember,
At the time of detecting the detection object, the amount of displacement of the detection object in each axial direction and the displacement angle of the direction are calculated using the stored installation positions (xo, yo, d) of the respective line sensors. Alignment method characterized by
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