JP2007528118A - カメラを備えた機器を制御システムによって所望位置へ動かす方法及びその制御システム - Google Patents

Abstract

制御システム（７）によってカメラ（５）を備えた機器（４）を所望位置（１０）へ動かす方法。カメラ（５）は、制御システム（７）に接続されている。動かしている間、カメラによって写真が撮影される。制御システム（７）によって単位時間あたりに処理される写真の枚数は、機器（４）と所望位置（１０）の間隔が短くなると、増加される。

Description

本発明は、制御システムを用いて、該制御システムに結合されたカメラを備えた機器（ｄｅｖｉｃｅ）を所望位置へ動かす方法に関する。

また、本発明は、制御システムに結合されたカメラを備え、該制御システムを用いて所望位置へ動かすことができる機器を有するシステムにも関する。

特許文献１から既知の上記方法及び上記システムにおいて、上記機器は、部品送り装置（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｅｅｄｅｒ）から部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）をピックアップするのに用いられるノズルを備えた部品配置機（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍａｃｈｉｎｅ）であり、部品のピックアップ後、その部品が次に置かれる基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）上方のある位置まで動かされる。この機器にはカメラが備えられ、このカメラを用いて、ノズルに対する部品の写真が１枚、及び、基板の一部分の写真が１枚、それぞれ撮影される。この写真が撮影される基板の一部分には、マーキング要素が備えられる。このマーキング要素に対する基板上での部品の所望位置に関する情報が上記機器に結合された制御システムに記憶される。上記カメラによって撮影された写真に基づいて、部品が基板上の所望位置に配置されるように、制御システムにおいて上記機器の所望の制御が決定される。
米国特許第５，８８０，８４９号明細書

上記方法の欠点は、制御システムに記憶されている基板上のマーキング要素に対する部品の所望位置が、部品を置くべき基板の理論モデルに基づいていることである。製造上の誤りによって基板上の実際の所望位置がマーキング要素に関して正確に位置していない場合、部品は理論上正しい位置には置かれるが、実際には例えば基板上の導電性トラックなどの上に正確に配置されない。

また、部品が配置されるべき実際の位置の写真が以前に撮影された場合、部品を所望位置へ動かしている間に、例えば、上記機器の振動、上記機器への衝撃、又は、他の外部要因によって、所望位置がわずかに変化して部品が依然として基板上に不正確に配置される、というリスクが依然としてある。

本発明の目的は、機器を正確に所望位置へ動かすことができる方法を提供することである。

上記目的は、本発明に係る方法であって、上記機器を動かしている間、上記カメラによって上記所望位置の写真が撮影され、上記機器と上記所望位置の間隔が短くなるほど上記制御システムによって単位時間あたりに処理される写真の枚数が増やされる方法において、実現される。

この方法において、上記機器を動かしている間、実際の所望位置の複数の写真が撮影される。上記機器と上記所望位置の間隔が比較的大きい場合、単位時間あたりに撮影される及び／又は単位時間あたりに処理される写真の枚数を比較的少なくすることができる。なぜなら、比較的長い距離を動かしている間の動きの精度は比較的低くなり得るからである。しかし、上記機器が上記基板上の上記所望位置の近くに来たときには、最終的に正確に上記所望位置へ到達するように上記機器の動きをより高精度に求めなければならない。

したがって、上記間隔が短くなるほど、上記機器の上記所望位置への動きを上記制御システムがより高精度に求めることができるように、上記制御システムによって単位時間あたりに処理される写真の枚数が増やされる。

本発明に係る方法の一実施形態は、上記機器と上記所望位置の間隔が短くなるほど、１枚の写真の中で上記制御システムによって分析される上記所望位置まわりのエリアを減少させることを特徴とする。

上記機器と上記所望位置の間隔が比較的大きい場合、上記所望位置が写真の中に確実に存在するように上記所望位置まわりの比較的広範囲の写真が撮影されなければならない。上記所望位置から比較的離れたところでは、写真の中で上記所望位置を求めることができる精度はあまり関係ない。しかし、上記機器が上記所望位置へ近づくと、上記所望位置及びその周囲のエリアの正確な写真が撮影されることが重要となる。このエリアは、比較的短くすることができるため、制御システムにおいて写真を分析する速度を比較的高速にできる。加えて、上記所望位置から比較的近いところでは、上記制御システムによって単位時間あたりに処理される写真の枚数が増やされるため、上記制御システムにおいて写真が比較的高速に分析可能となるように分析対象エリアを低減することも重要である。上記機器と上記所望位置の間隔は、物理的に求めることもできる。上記機器は上記所望位置の方向へ動かされるため、所定の時間が経過したとき、間隔が短くなり、よって、この動きによって分析対象エリアも減少した、と推定することも可能である。

本発明に係る方法の一実施形態は、更に、上記制御システムによって単位時間あたりに処理される写真の枚数が段階的に増やされる、ことを特徴とする。

上記制御システムによって単位時間あたりに処理される写真の枚数を段階的に増加させることによって、例えば上記所望位置まで所定距離に達したときに、上記機器を上記所望位置へ動かしている間の所望精度を容易に実現することができる。

本発明に係る方法の更に別の一実施形態は、上記制御システムによって、センサによって観測された上記機器の動きが上記カメラによって撮影された写真からの情報と組み合わされる、ことを特徴とする。

この方法において、上記センサによって観測された上記機器の動きの直接フィードバックと、上記カメラによって撮影された写真から取得された上記所望位置に対する上記機器の位置に関する情報の直接フィードバックとが上記制御システムにおいて行われる。このような高速且つ高精度なフィードバックは、特に上記所望位置の近傍において、確保される。さらに、上記所望位置が上記カメラによってまだ観測できない間は、上記機器を上記センサによって動かすことができる。

本発明は、機器を所望位置へ正確に動かすことができるシステムを提供することにも関する。

本発明に係るシステムにおいて、上記目的は、上記制御システムが、上記機器と上記所望位置の間隔を求める手段と、単位時間あたりに処理される写真の枚数を増加させる手段とを有するとき、実現される。

単位時間あたりに処理される写真の枚数を増やす上記手段を用いることにより、上記機器と上記所望位置の間隔が比較的短いところで単位時間あたりに処理される写真の枚数を増やし、上記所望位置近くでより多くの写真が処理され、上記機器をより高精度に上記所望位置へ制御することができるようにすることができる。

本発明の上記及び他の態様は、下記の実施形態を参照することによって明らかとなる。

図１は、本発明に係るシステム１を示している。システム１には、フレーム２と、フレーム２によって支持された輸送レール３と、輸送レール３上に置かれた移動式機器４とが備えられる。移動式機器４には、カメラ５と、ノズル６とが接続される。機器４は、既知の手段を用いて、矢印Ｘ及びＹで示された方向並びにそれらの逆方向に移動させることができる。システム１は、制御システム７を備える。制御システム７は、カメラ５と、機器４を矢印Ｘ及びＹ方向に動かす駆動手段とに電気的に接続される。この機器４用の駆動手段は、機器４のＸ方向及びＹ方向における位置を決定するセンサとして機能するエンコーダを備えたサーボモータを有することが好ましい。これらエンコーダは、制御システム７と電気的に接続される。

輸送レール３を用いて、基板８は、機器４の位置近くのある位置まで、矢印Ｘの方向へ動かされる。基板８上には、複数の参照要素９と、部品が配置される複数の位置１０とが設けられる。輸送レール３の隣りには、複数の部品送り機（図示せず）が配置され、ここからノズル６によって基板８上の所望位置へ配置すべき部品が１つずつピックアップされる。ここに記載したシステム自体は既知であり、大部分は上述の特許文献１に記載されたシステムに対応する。

図２は、制御システム７に備えられる制御スキーム２０の第一の実施形態を示す。カメラ５が機器４と接続されているため、機器４の位置を導くことができる。基板８上の所望位置１０は、カメラ５によって１枚の写真の形で記録される。機器４の写真及び位置は、画像処理器２２へ供給される。このように処理された写真に基づいて、部品を基板８上の正しい位置１０に置くことができるように、プランナー（ｐｌａｎｎｅｒ）２３を用いて、機器４によってカバーされるルート及び機器４によって支持される部品を決定する。軌道生成器とも呼ばれるプランナー２３において、特にセンサモータの最大速度を考慮して、機器４によって橋渡しされる距離に対する最適時間が計算される。このようなプランナーの処理周波数は比較的低く、処理される写真の枚数も少なくて済む。エンコーダ２１によって求められた機器４のＸ方向位置及びＹ方向位置が機器４からコンパレータ（比較器）２４へ供給される。コンパレータ２４において、写真から求められた所望位置１０に対する機器４の位置とエンコーダ２１に基づいて求められた機器４の位置との差分が比較される。この差分は、コントローラ２５へ供給される。そして、機器４によって実行されるべき動きがコントローラ２５を用いて求められる。

図３は、本発明に係る制御システム７の別の制御スキーム３０を示している。この制御スキーム３０は、プランナー２３がコンパレータ３１及びユニット２６によって置き換えられている点が、図２に示した制御スキームと異なる。コンパレータ３１において、写真から求められた機器４と所望位置１０の相対的な位置が基準値と比較される。この基準値は、写真から観測された所望位置の所望ずれと、部品が置かれるべき実際の位置とを示している。例えば、基板上に存在するトラックパターンに対してわずかに回転した位置に部品を置くこともできる。また、コンパレータ３１を省くこともできる。比較結果である差分は、ユニット２６へ供給される。ユニット２６では、機器４が辿る経路が計算される。画像処理器２２によって処理される所望位置１０周囲の分析対象エリアのサイズは、機器４を正確に動かすために、光学的に減少させることが可能である。この所望位置１０まわりの分析されるエリアが減少すると、ソフトウェアに関しても光学的にも、機器４と所望位置１０の間隔が短くなるからである。ユニット２６による演算は、プランナー２３のものよりも複雑でない。コントローラ２６において、機器４の実際の位置と所望位置の差分のみが比較されることが好ましい。なぜなら、この演算の結果は実行することが可能であり、写真をより高い周波数で分析することができるため、機器４を所望位置へ正確に動かすことができるようになるからである。

図４は、本発明に係るシステム１の制御システム７の第三の実施形態の制御スキーム４０を示している。カメラ５によって取得された写真は、画像処理器４１において分析される。写真上で視認可能な所望位置１０の具体的な、はっきりと認識可能なアスペクトのみが分析されて、所望位置１０に対する機器４の位置が写真から比較的高速に求められるようにすることが好ましい。また、機器４の実際の位置は、エンコーダ２１によっても求められる。エンコーダ２１によって求められた位置及び画像処理器４１によって求められた位置は、フィルタ（例えば、拡張カルマンフィルタ）へ供給される。フィルタにおいては、機器４の実際の位置が正確に求められる。エンコーダ２１がカメラ５により高い周波数で作動している場合、カメラ５によって撮影された写真から取得した情報よりも正確な情報をエンコーダ２１から取得することができる。エンコーダの使用とカメラ５によって取得した写真とを組み合わせることによって、機器４を所望位置１０上へより正確に且つより高速に配置することができる。フィルタ２７からの値は、コンパレータ４２へ供給される。コンパレータ４２では、計算された正確な位置が基準値と比較される。以上の点以外について、制御スキーム４０は制御スキーム３０と同じである。

システム１の作動は以下の通りである。

まず、機器４は、制御システム７によって、ノズル６によって部品がピックアップされる場所である部品送り機へ向けて動かされる。部品をピックアップする際に、ピックアップ精度を向上させるためにカメラ５を用いることができる。加えて、カメラ５を用いて、ノズル６によって保持された部品の機器４に対する位置を求めることができる。制御システムに記憶された輸送レール３に対する基板８の相対的位置に関する情報と、エンコーダを用いて求められた機器４の位置とに基づいて、機器４を所望位置１０の方向へ動かすことができる。

カメラ５によって所望位置１０が検出されるとすぐに、基板８の写真及び基板８上の所望位置１０の写真が、例えば２５Ｈｚ程度の比較的低い周波数で、制御システム７において処理される。これら写真は、制御スキーム２０を用いて、処理される。

この段階において、機器４をできる限り高速に所望位置１０へ近づけることができる。ここでは、高精度要件を満たす必要はない。

機器４と所望位置１０の間隔が所定の閾値未満となるとすぐに、制御システム７によって単位時間あたりに処理される写真の枚数が、例えば５００Ｈｚへ、増加される。加えて、制御システム７においては、制御スキーム２０から制御スキーム３０又は４０への切り替えが行われる。上記周波数によって生成されたすべての写真を高速に処理できるように、画像処理器において考慮される所望位置１０まわりのエリアが低減される。また、例えばトラックパターンの特定の要素などの所望位置の関連するアスペクトのみが分析されることが好ましい。

必要であれば、様々な制御スキーム２０、３０、４０が制御システム７に収容され、機器４と所望位置１０の間隔に応じて、最初は制御スキーム２０が適用され、その後制御スキーム３０又は４０が適用されるようにしてもよい。別の方法として、最初に制御スキーム２０、次に制御スキーム３０、最後に制御スキーム４０を順に適用し、単位時間あたりに処理される写真の枚数を制御スキーム２０から制御スキーム３０又は４０へのそれぞれの切り替えの間に増加させる、ようにしてもよい。

カメラで撮影した写真が機器と所望位置の双方を示すことも可能である。このような写真からは、機器と所望位置の間隔を直接導くことができる。これは、機器の位置が導かれなければならない状況よりも正確である。

本発明に係るシステムの斜視図である。 図１に示した本発明に係るシステムの制御システムの制御スキームである。 図１に示した本発明に係るシステムの制御システムの制御スキームである。 図１に示した本発明に係るシステムの制御システムの制御スキームである。

Claims (6)

1. 制御システムを用いて、該制御システムに結合されたカメラを備えた機器を所望位置へ動かす方法であって、
   前記機器を動かしている間、前記カメラによって前記所望位置の写真を撮影し、
   前記機器と前記所望位置の間隔が短くなるほど、前記制御システムによって単位時間あたりに処理される写真の枚数を増加させる、ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記機器と前記所望位置の間隔が短くなるほど、１枚の写真の中で前記制御システムによって分析される前記所望位置まわりのエリアを減少させる、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２記載の方法であって、
   前記制御システムによって単位時間あたりに処理される写真の枚数を段階的に増加させる、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の方法であって、
   前記制御システムによって、センサによって観測された前記機器の動きが前記カメラによって撮影された写真からの情報と組み合わされる、ことを特徴とする方法。
5. 制御システムに結合されたカメラを備え、該制御システムを用いて所望位置へ動かすことができる機器を有するシステムであって、
   前記制御システムは、
   前記機器と前記所望位置の間隔を求める手段と、
   単位時間あたりに処理される写真の枚数を増加させる手段とを有する、ことを特徴とするシステム。
6. 請求項５記載のシステムであって、
   前記機器は、該機器の動きを記録するのに用いることができるセンサを備える、ことを特徴とするシステム。

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