JP7050359B2 - 位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents

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Description

本発明は、位置決め装置及び位置決め方法に関する。
プリント基板の製造現場では、複数のプローブ(電気接触子)を有する検査ヘッドをプリント基板に圧接し、プローブをプリント基板の測定点に接触させてプリント基板の電気的な特性を検査する検査装置が使用されている。
このような検査装置の検査ヘッドは、多様なプリント基板を検査可能とするために、3次元の移動機構によって位置決めされるヘッド本体と、このヘッド本体に取り付けられ、複数のプローブ及びこの複数のプローブを位置決めするガイドを有するプローブユニットとを有する構成とされる。つまり、検査装置では、検査ヘッドのプローブユニットが、検査するプリント基板に応じて交換される。
一般に、検査装置は、検査ヘッドを位置決めする位置決め装置が、カメラを備え、カメラによってプリント基板を撮影し、画像処理によってプリント基板の位置を確認して検査ヘッドを基板に対して位置決めする。しかしながら、近年、プリント基板の高精細化が進んでおり、検査ヘッドをプリント基板に対して厳密に位置決めすることが必要とされるため、ヘッド本体に対するプローブユニットの取り付け誤差が無視できないものとなっている。
このようなプローブユニットの取り付け誤差を補正するために、プリント基板を保持するテーブルに補助カメラを配設し、この補助カメラによって検査ヘッドを撮影してプローブユニットのガイドに設けられる治具位置決めマークの位置を認識することにより、プローブユニットの正確な位置を把握する検査装置が提案されている(特開2009-113600号公報参照)。
特開2009-113600号公報
前記公報に記載される検査装置では、プリント基板を保持するテーブルに補助カメラを配設するため、装置構成が複雑である。このように複雑な装置構成は、装置のコストを増大させるだけでなく、小型の装置ではプローブユニットの正確な位置を把握するための構成を配置するスペースを確保することが困難となるという不都合もある。特に、プリント基板の両面を検査するためには、前記公報に記載されているように、表側の検査ヘッドのガイドを撮影する補助カメラと、裏側の検査ヘッドのガイドを撮影する補助カメラとが必要である。
前記不都合に鑑みて、本発明は、検査ヘッド等の処理部をプリント基板等の処理対象物に対して正確に位置決めすることができる位置決め装置及び位置決め方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するためになされた本発明の位置決め装置は、被位置決め部材である第1処理部を位置決め対象物である処理対象物に対して位置決めする位置決め装置であって、前記第1処理部を移動させる第1移動機構と、前記第1移動機構に保持され、前記処理対象物を撮影する第1カメラと、前記第1カメラと反対方向から前記第1処理部を撮影する第2カメラと、対向し合う前記第1カメラ及び前記第2カメラの撮影範囲内に出現、消滅するよう配設される基準マーカーとを備える。
また、本発明の位置決め方法は、処理部を処理対象物に対して位置決めする位置決め方法であって、第1カメラと、前記第1カメラに対向するよう配置した第2カメラとによって、前記第1及び第2カメラの撮影範囲内に出現した基準マーカーを撮影する工程と、前記第2カメラで前記処理部に設けられた処理部マーカーを撮影する工程と、前記第2カメラで撮影した前記基準マーカーの位置と、前記第2カメラで撮影した前記処理部マーカーの位置とから、前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する工程と、前記算出された前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置と、前記第1カメラで撮影した前記基準マーカーの位置とから、前記第1カメラ及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する工程と、前記第1カメラで前記処理対象物を撮影する工程と、前記第1カメラで撮影した前記処理対象物の位置から、前記第1カメラに対する前記処理対象物の相対位置を認識する工程と、前記認識された前記第1カメラに対する前記処理対象物の相対位置と、前記算出された前記第1カメラ及び前記処理部マーカー間の相対位置とに基づき、前記処理部を前記処理対象物に対して位置決めする工程とを備える。
本発明の一実施形態に係る位置決め装置の構成を示す模式図である。 図1の位置決め装置を備える検査装置の構成を示す模式図である。 図1の位置決め装置のマーカー移動装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る位置決め方法を示すフローチャートである。 図4の基準マーカー撮影工程における裏側カメラの撮影画像の簡略化イメージ図である。 図4の処理部マーカー撮影工程における裏側カメラの撮影画像の簡略化イメージ図である。 図4の基準マーカー位置算出工程の概要を示す簡略化イメージ図である。 図4のカメラ位置算出工程における表側カメラの撮影画像の簡略化イメージ図である。 本発明の位置決め装置の動作を示すフローチャートである。 図9の位置決め工程における表側カメラの撮影画像の簡略化イメージ図である。 図3とは異なるマーカー移動装置の構成を示す模式図である。
本発明の一態様に係る位置決め装置は、被位置決め部材である第1処理部を位置決め対象物である処理対象物に対して位置決めする位置決め装置であって、第1処理部を移動させる第1移動機構と、前記第1移動機構に保持され、前記処理対象物を撮影する第1カメラと、前記第1カメラと反対方向から前記第1処理部を撮影する第2カメラと、対向し合う前記第1カメラ及び前記第2カメラの撮影範囲内に出現、消滅するよう配設される基準マーカーとを備える。
また、本発明の他の態様に係る位置決め方法は、処理部を処理対象物に対して位置決めする位置決め方法であって、第1カメラと、前記第1カメラに対向するよう配置した第2カメラとによって、前記第1及び第2カメラの撮影範囲内に出現した基準マーカーを撮影する工程と、前記第2カメラで前記処理部に設けられた処理部マーカーを撮影する工程と、前記第2カメラで撮影した前記基準マーカーの位置と、前記第2カメラで撮影した前記処理部マーカーの位置とから、前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する工程と、前記算出された前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置と、前記第1カメラで撮影した前記基準マーカーの位置とから、前記第1カメラ及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する工程と、前記第1カメラで前記処理対象物を撮影する工程と、前記第1カメラで撮影した前記処理対象物の位置から、前記第1カメラに対する前記処理対象物の相対位置を認識する工程と、前記認識された前記第1カメラに対する前記処理対象物の相対位置と、前記算出された前記第1カメラ及び前記処理部マーカー間の相対位置とに基づき、前記処理部を前記処理対象物に対して位置決めする工程とを備える。
ここで、「撮影範囲」とは、カメラによる撮影画像の中で画像処理に必要とされる画像領域を意味し、画像処理に必要とされない周辺領域は含まないものとする。
当該位置決め装置及び位置決め方法は、前記第1及び第2カメラの撮影範囲内に出現、消滅する基準マーカーを使用する。これにより、基準マーカーを前記第1及び第2カメラの撮影範囲に出した状態で、処理部側の第1カメラと、それに対向する第2カメラによって、前記基準マーカーをそれぞれ撮影できる。また、基準マーカーをカメラの撮影範囲から退避させた状態で、第2カメラで処理部を撮影することもできる。これらの撮影画像から、前記処理部と前記基準マーカーとの相対位置関係を導き出せる。このため、処理部側の第1カメラで処理対象物を撮影して前記処理対象物に対する前記第1カメラの相対位置を算出し、前記処理部と前記第1カメラとの相対位置関係を補正することによって、前記処理部を前記処理対象物に対して正確に位置決めすることができる。また、当該位置決め装置及び位置決め方法では、移動可能な第1カメラを第2カメラに対向させて処理部の正確な位置を確認するので、第2カメラを当該位置決め装置の他の構成要素及び他の装置の構成要素と干渉しない任意のスペースに配置することができる。これにより、装置を小型化することができる。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
図1に示す本発明の一実施形態に係る位置決め装置は、位置決め対象である処理対象物(不図示)に対して第1処理部Haを正確に位置決めする装置である。
前記処理対象物と前記第1処理部Haとの組み合わせの例としては、プリント基板とその電気的特性を検査する検査ヘッド、フィルムとそれに穴を開ける穿孔加工部、仕上げ加工が施される製品パーツと仕上げ加工ヘッドなどを挙げることができる。
図1の位置決め装置は、第1処理部Haを移動させる第1移動機構1aと、第1処理部Haとの相対位置が一定であるように第1移動機構1aに保持され、処理対象物を表側から撮影する第1カメラ(表側カメラ)2aと、表側カメラ2aと反対方向(裏側)から第1処理部Haを撮影する第2カメラ(裏側カメラ)2bと、対向し合う第1カメラ2a及び第2カメラ2bの撮影範囲内に出現、消滅するよう配設される基準マーカーMcとを備える。
第1移動機構1aは、第1処理部Ha及び第1カメラ2aを保持し、前後、左右、上下の移動や回転などの動作のいずれか又は複数の組み合わせによって、第1処理部Ha及び第1カメラ2aを移動させる。第2カメラ2bは、位置が固定されていてもよいが、第2移動機構(不図示)により保持することで、移動して位置決め可能であってもよい。第1処理部Haには、第2カメラ2bによって撮影可能な位置(裏面)に第1処理部マーカーが設けられる。
当該位置決め装置は、基準マーカーMcを第1及び第2カメラ2a、2bの撮影範囲に出した状態で、第1処理部Ha側の第1カメラ2aと、それに対向する第2カメラ2bによって、基準マーカーMcをそれぞれ撮影できる。また、基準マーカーMcを第1及び第2カメラ2a、2bの撮影範囲から退避させた状態で、第2カメラ2bで第1処理部Haを撮影することもできる。これらの撮影画像から、第1処理部Haと基準マーカーMcとの相対位置関係を導き出せる。このため、第1処理部Ha側の第1カメラ2aで処理対象物を撮影して処理対象物に対する第1カメラ2aの相対位置を算出し、第1処理部Haと第1カメラ2aとの相対位置関係を補正することによって、第1処理部Haを処理対象物に対して正確に位置決めすることができる。
また、当該位置決め装置は、移動可能な第1カメラ2aを第2カメラ2bに対向させて第1処理部Haの正確な位置を確認するので、第2カメラ2bを当該位置決め装置の他の構成要素及び他の装置の構成要素と干渉しない任意のスペースに配置できるので、装置を小型化することができる。
以下に、当該位置決め装置を備える検査装置の構成について述べることで、当該位置決め装置及び位置決め方法の詳細を説明する。
[検査装置]
図2に示す検査装置は、両面に回路が形成されたプリント基板Pの電気的特性を検査する電気検査装置である。
図2の検査装置は、処理対象物であるプリント基板Pを水平に保持する基板保持機構3と、第1処理部である表側検査ヘッドHaと、第2処理部である裏側検査ヘッドHbと、表側検査ヘッドHa及び裏側検査ヘッドHbをプリント基板Pに対して位置決めする当該位置決め装置とを備える。
当該位置決め装置は、表側検査ヘッドHaを移動させる表側移動機構1aと、裏側検査ヘッドHbを移動させる裏側移動機構1bと、プリント基板Pを表側(上側)から撮影する表側カメラ2aと、プリント基板Pを裏側(下側)から撮影する裏側カメラ2bと、対向し合う表側カメラ2a及び裏側カメラ2bの撮影範囲内に出現、消滅するよう基準マーカーMcを移動させるマーカー移動装置4と、各機構の動作を制御するコントローラー5とを備える。つまり、当該位置決め装置は、処理部を2つ持ち、それぞれの処理部を個別に移動させる2つの移動機構1a、1bを有する構成となっている。
当該位置決め装置は、表側検査ヘッドHaをプリント基板Pに対して位置決めする場合、表側移動機構1aを第1移動機構とし、裏側移動機構1bを第2移動機構とし、表側カメラ2aを第1カメラとし、裏側カメラ2bを第2カメラとして用いる。また、当該位置決め装置は、裏側検査ヘッドHbをプリント基板Pに対して位置決めする場合、表側移動機構1aを第2移動機構とし、裏側移動機構1bを第1移動機構とし、表側カメラ2aを第2カメラとし、裏側カメラ2bを第1カメラとして用いる。
なお、以下の説明では、実施形態に合わせて「水平」「上」「下」等の絶対的な方向を用いるが、本発明の構成要素の配置を限定するものではない。
〔プリント基板〕
図2の検査装置によって電気的特性が検査されるプリント基板Pとしては、典型的には両面に回路パターンが形成された両面基板が挙げられる。また、プリント基板Pは、堅固なリジッドプリント基板であってもよく、可撓性を有するフレキシブルプリント基板であってもよい。
また、プリント基板Pは、表側移動機構1a及び裏側移動機構1bによって表側検査ヘッドHa及び裏側検査ヘッドHbを位置決めする際に、プリント基板Pの位置を正確に認識するための基準点となる対象物マーカーMpを有する。
対象物マーカーMpは、例えば、プリント基板Pの両面に回路パターンを形成する金属によって回路パターンと同時に形成される金属パターンとすることができる。また、対象物マーカーMpは、回路パターン中の特徴点(画像処理により認識できる点)であってもよく、金属パターン以外に、例えば塗料を用いた印刷等により形成されるものであってもよい。なお、対象物マーカーMpはプリント基板Pの表と裏に個別に設けられてもよいが、ここでは、表裏いずれの側からも認識できるスルーホールのような単一のパターンであるものとして説明する。
〔基板保持機構〕
基板保持機構3は、プリント基板Pの外縁部を把持することにより、プリント基板Pを水平に保持する。保持されたプリント基板Pは、表面の回路パターンに表側検査ヘッドHaが上側から当接可能となり、且つプリント基板Pの裏面の回路パターンに裏側検査ヘッドHbが下側から当接可能となる。
この基板保持機構3としては、例えばプリント基板Pの周縁を全周に亘って挟持する一対の枠体、プリント基板Pの四辺をそれぞれ把持する幅広の4つのクリップ、プリント基板Pの四辺にそれぞれ間隔を空けて複数配設される多数のクリップ等を用いることができる。
〔検査ヘッド〕
表側検査ヘッドHaは、当該位置決め装置の表側移動機構1aによって位置決めされるヘッド本体6aと、このヘッド本体6aに着脱可能に取り付けられるプローブユニット7aとを有する。裏側検査ヘッドHbも同様に、裏側移動機構1bによって位置決めされるヘッド本体6bと、このヘッド本体6bに取り付けられるプローブユニット7bとを有する。
<ヘッド本体>
ヘッド本体6a、6bは、移動機構1a、1bの末端に固定される部材であり、移動機構1a、1bの動作によって、プローブユニット7a、7bをプリント基板Pに対して適切な位置に当接させるように正確に位置決めされることで電気検査を行う。
<プローブユニット>
プローブユニット7a、7bは、先端がプリント基板Pの表面又は裏面に圧接される複数のプローブ8a、8bと、この複数のプローブ8a、8bがそれぞれ挿入される複数のガイド孔を有するガイドプレート9a、9bとを有する。
複数のプローブ8a、8bは、その軸方向が、ガイドプレート9a、9bの面に垂直、かつそれぞれの先端がガイドプレート9a、9bのガイド孔から僅かに突出するよう保持される。また、複数のプローブ8a、8bは、プリント基板Pの導電パターンの所定の測定点に当接できるよう配置される。
ガイドプレート9a、9bは、絶縁性を有する材料で形成され、複数のプローブ8a、8bの配置を定める。
ガイドプレート9a、9bの、プリント基板Pに対向する面には、プローブユニット7a、7bをプリント基板Pに正確に位置決めするための基準点となる処理部マーカーMha、Mhbが設けられる。つまり、表側検査ヘッドHa及び裏側検査ヘッドHbは、処理部マーカーMha、Mhbがプリント基板Pの対象物マーカーMpに対して所定の相対位置に配置されるよう位置決めされる。
また、表側検査ヘッドHa及び裏側検査ヘッドHbは、複数のプローブ8a、8bを介してプリント基板Pの電気的特性を測定するための回路を有することが好ましい。つまり、表側検査ヘッドHa及び裏側検査ヘッドHbは、プリント基板Pの電気的特性を測定し、測定結果を比較的少数の配線を介してコントローラー5に出力することができるような測定回路を有するとよい。
〔移動機構〕
表側移動機構1aは、表側検査ヘッドHaを位置決めする直交座標型移動機構である。具体的には、表側移動機構1aは、プリント基板Pに平行な第1方向(図2の紙面に垂直な方向)に移動する第1移動体10aと、第1移動体10a上をプリント基板Pに平行且つ第1方向に垂直な第2方向(図2における左右方向)に移動する第2移動体11aと、表側検査ヘッドHaをプリント基板Pに垂直な軸を中心に回転させる回転機構12aと、第2移動体11aに対して表側検査ヘッドHaをプリント基板Pに垂直な方向に移動させる昇降機構13aとを有する。表側移動機構1aは、第2移動体11aによって表側カメラ2aを保持する。前記プリント基板Pに垂直な軸とは、表側カメラ2aの光軸に平行な軸であり、前記プリント基板Pに垂直な方向とは、表側カメラ2aの光軸に平行な方向である。
裏側移動機構1bは、裏側検査ヘッドHbを位置決めする直交座標型移動機構である。具体的には、裏側移動機構1bは、表側移動機構1aの構成を上下反転させた構成であり、プリント基板Pに平行な第1方向に移動する第1移動体10bと、第1移動体10b上をプリント基板Pに平行且つ第1方向に垂直な第2方向に移動する第2移動体11bと、裏側検査ヘッドHbをプリント基板Pに垂直な軸を中心に回転させる回転機構12bと、第2移動体11bに対して裏側検査ヘッドHbをプリント基板Pに垂直な方向に移動させる昇降機構13bとを有する。裏側移動機構1bは、第2移動体11bによって裏側カメラ2bを保持する。
加えて、裏側移動機構1bは、第1移動体10bによって、基準マーカーMcを移動させるマーカー移動装置4を保持する。なお、本実施形態では、マーカー移動装置4が裏側移動機構1bの第1移動体10bに設けられるものとして説明するが、マーカー移動装置4は、表側移動機構1aの第1移動体10aに設けられてもよい。また、マーカー移動装置4は、表側移動機構1aの第2移動体11aに設けられてもよく、裏側移動機構1bの第2移動体11bに設けられてもよい。
<第1移動体>
第1移動体10a、10bは、第1方向に延びる一対のレール14a、14bに添って移動可能に配設され、一対のレール14a、14b間を接続するよう第2方向に延びるよう構成される。この第1移動体10a、10bは、例えばボールねじ等によって第1方向に位置決めされる。
<第2移動体>
第2移動体11a、11bは、第1移動体10a、10bに添って第2方向に移動可能に設けられる。この第2移動体11a、11bは、例えばボールねじ等によって、第1移動体10a、10b上における第2方向に位置決めされる。
<回転機構>
回転機構12a、12bは、第2移動体11a、11bに取り付けられ、検査ヘッドHa,Hbを昇降機構13a、13bと共にプリント基板Pに垂直な軸廻り(ここでは鉛直軸の周り)に回転させ、位置(角度)を決定する。
<昇降機構>
昇降機構13a、13bは、検査ヘッドHa,Hbをプリント基板Pの法線方向に移動させ、複数のプローブ8a、8bの先端をプリント基板Pに当接させる。
<カメラ>
第1及び第2の各カメラ2a、2bは、プリント基板Pの対象物マーカーMpを含む画像を撮影して、コントローラー5に画像データを提供する。この画像データに基づき、表側移動機構1a又は裏側移動機構1bの移動量が算出され、表側検査ヘッドHa又は裏側検査ヘッドHbがプリント基板Pの回路パターンに正対するよう移動される。
各カメラ2a、2bが撮影した画像データは、コントローラー5において公知の画像処理技術によって解析される。詳細は後述するが、これによって、表側移動機構1a又は裏側移動機構1bによって移動すべき表側検査ヘッドHa又は裏側検査ヘッドHbの必要な移動距離が特定される。
<基準マーカー>
基準マーカーMcは、表側カメラ2a及び裏側カメラ2bによって撮影可能な単一のマークであり、標識部材15に設けられる。
標識部材15は、特に限定されないが、一例として、図3に示すような構成にすることができる。すなわち、この標識部材15は、裏側カメラ2bの撮影範囲内に突出した状態でプリント基板Pと平行に保持される板状部16を有し、板状部16には基準マーカーMcとして、プリント基板Pに垂直な細孔が形成されたものとすることができる。
板状部16の厚さは、形状を維持できる十分な強度を確保できる範囲で可能な限り小さいことが好ましく、例えば0.05mm以上0.20mm以下である。板状部16の厚さを小さくすることによって、基準マーカーMcがカメラ2a、2bの正面に配置されていない場合にも、基準マーカーMcの位置を正確に確認しやすくなる。
基準マーカーMcの平面形状は、その位置(座標)を特定可能であればよく、例えば十字状等としてもよいが、形成が容易なように円形とするとよい。円形状の基準マーカーMcの直径は、カメラ2a、2bによって確認できる範囲で可能な限り小さいことが好ましく、例えば0.2mm以上1.0mm以下である。
(マーカー移動装置)
マーカー移動装置4は、標識部材15の基準マーカーMcを、表側カメラ2a及び裏側カメラ2bの撮影範囲内に出現させ、また撮影範囲外に退避させる。図2の検査装置では、表側移動機構1a及び裏側移動機構1bによって、表側カメラ2aと裏側カメラ2bとを対向させる。ついで、裏側カメラ2bに近接して設けられたマーカー移動装置4で基準マーカーMcを突出させることにより、両カメラ2a、2bの撮影範囲内に基準マーカーMcを出現させることができる。基準マーカーMcを両カメラ2a、2bの撮影範囲内に出現させた状態のときには、基準マーカーMcと、裏側移動機構1bの第1移動体10bとの相対位置が一定となる。
また、マーカー移動装置4は、プリント基板Pに垂直な方向におけるプリント基板Pが保持される高さ位置に、基準マーカーMcを突出させることが好ましい。このように、基準マーカーMcをプリント基板Pが保持される高さ位置に配置することによって、基準マーカーMcに対する表側カメラ2a及び裏側カメラ2bの相対位置が、対象物マーカーMpの撮影時と同様になる。その結果、表側カメラ2aと検査ヘッドHaの処理部マーカーMhaとの相対位置関係をより正確に把握することができる。ひいては表側カメラ2aとプローブ9aとの相対位置関係をより正確に把握することができる。
マーカー移動装置4は、第1移動体10bの第2方向中央部に基準マーカーMcを保持することが好ましい。このように、基準マーカーMcを第2方向中央部に保持することによって、マーカー移動装置4が他の構成要素と干渉しにくいので、マーカー移動装置4を簡素な構成とすることができると共に、基準マーカーMcの突出位置の誤差を小さくすることができる。
また、マーカー移動装置4は、基準マーカーMcをプリント基板Pに対して傾斜する方向に突出及び後退させてもよい。基準マーカーMcを傾斜方向に突出及び後退させることによって、基準マーカーMcが検査装置の他の構成要素、例えばプリント基板Pを保持する治具等と干渉しにくくなるので、基準マーカーMc及びマーカー移動装置4の設計が容易となる。
基準マーカーMcを前記傾斜する方向に突出及び後退させるマーカー移動装置4の構成としては、図3に示すように、標識部材15を斜め方向に案内する直動ガイド17と、この直動ガイド17に傾斜する方向に標識部材15を押し引きする駆動シリンダー18とを有する構成とすることができる。駆動シリンダー18は、ピストン先端部により標識部材15を押し引きし、シリンダーの反対側の端部(基端部)を中心に上下方向に旋回可能となる。
このように、マーカー移動装置4が、直動ガイド17と駆動シリンダー18とを有する構成とすることにより、駆動シリンダー18をプリント基板Pに平行な方向に延びるよう配置することができる。これにより、マーカー移動装置4、特にその駆動シリンダー18が他の構成要素と干渉しにくくなるので、マーカー移動装置4の設計が容易となる。
なお、図3では、裏側移動機構1bの第1移動体10bの下面(プリント基板Pが保持される側と反対側の面)に第2移動体11bが配設され、第1移動体10bの上面(プリント基板Pが保持される側の面)にマーカー移動装置4が配設されている。つまり、マーカー移動装置4は、標識部材15を後退させた状態で、第1移動体10bの上面と基板保持機構3の下面との隙間に収まるよう構成されている。このため、不図示の回転機構12b及び昇降機構13bは、裏側検査ヘッドHbを第1移動体10bの側方に保持するよう第2移動体11bに取り付けられる。
また、マーカー移動装置4は、第2移動体11a、11bを位置決めすることによりカメラ2a、2bを基準マーカーMcに略正対させられるように、つまりカメラ2a、2bの撮影画像の中央部に基準マーカーMcを映り込ませることができるように、標識部材15を突出させる。これにより、カメラ2a、2bの撮影画像における基準マーカーMcの座標をより正確に求めることができるので、表側検査ヘッドHa及び裏側検査ヘッドHbの位置決め精度をより向上することができる。
なお、マーカー移動装置4は、両カメラ2a、2bで同時に撮影可能な場所に基準マーカーMcを出現させ、退避させられるものであればよいので、裏側カメラ2bではなく表側カメラ2aに近接した位置に、つまり表側移動機構1aに設けられてもよい。図2の検査装置では、表側移動機構1aと裏側移動機構1bとが上下対称に設けられているため、1つの基準マーカーMcを使用して表側検査ヘッドHaと裏側検査ヘッドHbとの位置決めを行うことが可能である。このため、マーカー移動装置4を2つ設ける必要がない。
〔コントローラー〕
コントローラー5としては、例えばプログラマブルロジックコントローラー、パーソナルコンピューター等が用いられる。
コントローラー5は、初期設定制御と位置決め制御とを行う。この初期設定制御と位置決め制御とが、本発明の位置決め方法を構成する。初期設定制御は、検査するプリント基板Pの変更(ラインチェンジ)に伴ってプローブユニット7a、7bを交換したときに行われ、カメラ2a、2bとプローブユニット7a、7bとの相対位置を確認する。位置決め制御は、電気検査を行うためにプローブユニット7a、7bをプリント基板Pに対して位置決めする制御である。この位置決め制御では、後で詳述するが、初期設定制御において確認したカメラ2a、2bとプローブユニット7a、7bとの相対位置を考慮して、実際のプリント基板Pに対してプローブユニット7a、7bを位置決めする。これにより、プローブ8a、8bをプリント基板Pの測定点に正確に当接させて、プリント基板Pの電気的特性を検査することができる。
前記初期設定制御及び位置決め制御は、例えばパートプログラム、サブルーチン等のソフトウェアによって実現することができる。
〔位置決め方法〕
以下、本発明における位置決め方法の詳細を説明する。なお、前記初期設定制御及び位置決め制御について、表側移動機構1aによって表側検査ヘッドHaの位置決めを行う場合の制御として説明する。裏側移動機構1bによって裏側検査ヘッドHbの位置決めを行う場合の制御は、表側移動機構1aによって表側検査ヘッドHaの位置決めを行う場合の制御と同様の処理を上下反転して行うものである。このため、裏側移動機構1bの位置決めを行う場合の制御の説明は省略する。
<初期設定制御>
図4に示すように、初期設定制御の手順は、基準マーカー撮影工程(ステップS1)と、基準マーカー退避工程(ステップS2)と、処理部移動工程(ステップS3)と、処理部マーカー撮影工程(ステップS4)と、基準マーカー位置算出工程(ステップS5)と、カメラ位置算出工程(ステップS6)とを備える。
(基準マーカー撮影工程)
ステップS1の基準マーカー撮影工程では、表側カメラ(第1カメラ)2aと表側カメラ2aに対向するよう配置した裏側カメラ(第2カメラ)2bとによって、マーカー移動装置4がこれらのカメラ2a、2bの撮影範囲に出現させた基準マーカーMcを撮影する。
この基準マーカー撮影工程S1において、1つの基準マーカーMcを2つのカメラ2a、2bでそれぞれ撮影するので、各カメラ2a、2bの撮影画像における基準マーカーMcの座標の差から、表側カメラ2aと裏側カメラ2bとの位置のずれが算出できる。図5に、この基準マーカー撮影工程S1における裏側カメラ2bの撮影画像を簡略化したイメージを示す。図において、基準マーカーMcの像が座標C1に存在する。
(基準マーカー退避工程)
ステップS2の基準マーカー退避工程では、マーカー移動装置4によって、基準マーカーMcを、第1及び第2カメラ2a、2bの撮影範囲から退避させる。
(処理部移動工程)
ステップS3の処理部移動工程では、表側移動機構1aによって、表側検査ヘッドHaを裏側カメラ2bの撮影範囲内に移動させる。この際、表側検査ヘッドHaと表側カメラ2aとの相対位置が一定であるように、表側カメラ2aも表側検査ヘッドHaと共に移動する。
(処理部マーカー撮影工程)
ステップS4の処理部マーカー撮影工程では、裏側カメラ2bによって、表側検査ヘッドHaの処理部マーカーMhaを撮影する。図6に、この処理部マーカー撮影工程S4における裏側カメラ2bの撮影画像を簡略化したイメージを示す。図において、処理部マーカーMhaの像が座標C2に存在する。
なお、基準マーカー撮影工程S1において、裏側カメラ2bの撮影範囲が十分に広く、表側検査ヘッドHaを移動させなくても裏側カメラ2bの撮影範囲内に処理部マーカーMhaが出現している場合には、基準マーカー撮影工程S1がこの処理部マーカー撮影工程S4を兼ねることができる。この場合、基準マーカー退避工程S2及び処理部移動工程S3は省略することができる。
つまり、当該位置決め方法は、表側カメラ2aとこの表側カメラ2aに対向するよう配置した裏側カメラ2bとによって、これらのカメラ2a、2bの撮影範囲内に出現した基準マーカーMcを撮影する基準マーカー撮影工程S1と、裏側カメラ2bで表側検査ヘッドHaに設けられた処理部マーカーMhaを撮影する処理部マーカー撮影工程S4とを、別々に行ってもよく、同時に行ってもよい。
(基準マーカー位置算出工程)
ステップS5の基準マーカー位置算出工程では、基準マーカー撮影工程S1で裏側カメラ2bにより撮影した画像中の基準マーカーMcの位置(第1方向の位置と第2方向の位置とを含む座標)C1と、処理部移動工程S3での表側検査ヘッドHaの移動距離(第1方向の移動距離及び第2方向の移動距離を含む2次元データ)Lと、処理部マーカー撮影工程S4で裏側カメラ2bにより撮影した前記処理部マーカーMhaの位置(座標)C2とから、基準マーカーMcと処理部マーカーMhaとの間の相対位置(第1方向の間隔及び第2方向の間隔を含む2次元データ)Xを算出する。図7は、処理部マーカー撮影工程S4において裏側カメラ2bから見た、基準マーカーMcと処理部マーカーMhaとの相対位置Xを示している。図において、処理部マーカーMhaは、座標C3に存在する。この座標C3は、撮影画像の外側に位置し得る。
なお、処理部移動工程S3を省略した場合には、表側検査ヘッドHaの前記移動距離Lを0として基準マーカーMc及び処理部マーカーMha間の相対位置Xを算出する。つまり、処理部移動工程S3が不要の場合には、裏側カメラ2bで撮影した画像中の基準マーカーMcの位置(座標C1)及び処理部マーカーMhaの位置(座標C2)のみから、基準マーカーMc及び処理部マーカーMha間の相対位置Xを算出することができる。
(カメラ位置算出工程)
ステップS6のカメラ位置算出工程では、基準マーカー位置算出工程S5で算出された基準マーカーMcと処理部マーカーMhaとの相対位置Xと、表側カメラ2aで撮影した基準マーカーMcの位置(座標)とから、表側カメラ2a及び処理部マーカーMha間の相対位置(表側カメラ2aの撮影画像における処理部マーカーMhaの位置に対応する座標)を算出する。
具体的には、図8に示すように、表側カメラ2aの撮影画像における基準マーカーMcの位置(座標C4)から、前記相対位置X(すなわち、基準マーカー位置算出工程S5で算出した図7に示す基準マーカーMc及び処理部マーカーMha間の相対位置X)を、カメラの向きの違いを相殺するために反転した距離-Xだけ離れた位置が、表側カメラ2aの撮影画像における処理部マーカーMhaの座標C5となる。
表側カメラ2aと裏側カメラ2bとが完全には対向せず多少のずれがある場合、裏側カメラ2bで撮影した基準マーカーMcの座標C1と、表側カメラ2aで撮影した基準マーカーMcの座標C4とは異なる。しかし、ステップS1~S6の初期設定制御を行うことで、両カメラ2a、2bのずれが補正できる。その結果、裏側カメラ2bの撮影画像を用いて、表側カメラ2aと処理部Haとの位置関係を正確に算出することができる。
<位置決め制御>
図9に示すように、位置決め制御の手順は、処理対象物撮影工程(ステップS11)と、対象物位置認識工程(ステップS12)と、位置決め工程(ステップS13)とを備える。
(処理対象物撮影工程)
ステップS11の処理対象物撮影工程では、表側カメラ2aによって、プリント基板P、つまり処理対象物の代表点である対象物マーカーMpを撮影する。対象物マーカーMpの撮影が可能な位置まで表側カメラ2aを移動させる際、表側検査ヘッドHaは、表側カメラ2aと一定の相対位置を保って表側カメラ2aと共に動く。
(対象物位置認識工程)
ステップS12の対象物位置認識工程では、処理対象物撮影工程S11で表側カメラ2aにより撮影した対象物マーカーMpの位置から、表側カメラ2aに対する対象物マーカーMpの位置、つまり表側カメラ2aの撮影画像における対象物マーカーMpの座標C6を認識する。
(位置決め工程)
ステップS13の位置決め工程では、対象物位置認識工程S12で認識した表側カメラ2aに対する対象物マーカーMpの座標C6と、初期設定制御において算出された表側カメラ2a及び処理部マーカーMha間の相対位置とに基づき、表側検査ヘッドHaをプリント基板Pに対して正確に正対させるよう位置決めする。
具体的には、先ず、表側検査ヘッドHa及びプリント基板Pの設計データから、表側検査ヘッドHaがプリント基板Pに対して正確に正対するときの、処理部マーカーMhaと対象物マーカーMpとのあるべき相対位置Yを算出する。この相対位置Yの算出は、位置決め制御を行う前に予め実施しておくことが好ましい。
次に、図10に示すように、対象物位置認識工程S12で撮影した画像の座標系における対象物マーカーMpの座標C6に対して前記相対位置Yだけずれた位置を、処理部マーカーMhaがあるべき座標C7として決定する。このあるべき座標C7も、表側カメラ2aの撮影画像の外側に存在する場合がある。
さらに、このあるべき座標C7に処理部マーカーMhaが一致するよう、表側検査ヘッドHa及び表側カメラ2aを表側移動機構1aにより移動させる移動量Zを算出する。この移動量Zは、処理部マーカーMhaのあるべき座標C7と、初期設定制御のカメラ位置算出工程S6で算出した表側カメラ2aの撮影画像における処理部マーカーMhaの座標C5との差分として算出することができる。
そして、表側移動機構1aによって、算出した移動量Zだけ表側検査ヘッドHa及び表側カメラ2aを移動させる。これにより、表側検査ヘッドHaがプリント基板Pに対して正確に正対する状態となる。
<利点>
図2の検査装置は、第1移動体10bに保持され、裏側カメラ2bの撮影範囲内に出現及び撮影範囲外に退避可能な基準マーカーMcを有することにより、基準マーカーMcを突出させて、表側カメラ2a及び裏側カメラ2bで、同一の基準マーカーMcを撮影できる。また、基準マーカーMcを退避させて、裏側カメラ2bで表側検査ヘッドHaの処理部マーカーMhaを撮影できる。このように、必要なときだけ基準マーカーMcをカメラの前に出現させられるので、位置決めが迅速に行える。
また、図2の検査装置は、表側カメラ2a及び裏側カメラ2bのいずれもが移動可能である。従って、位置決めの初期設定制御を任意の位置で行うことができる。具体的には、初期設定制御の必要が生じた際の表側カメラ2a又は裏側カメラ2bの位置において、基準マーカーMcを突出させれば、すぐに初期設定制御が開始できる。あるいは、基板や配線、その他の検査装置のパーツによって表側カメラ2aと裏側カメラ2bとの間が遮られる場合にも、遮断物のない位置まで両カメラを移動させることで初期設定制御が開始でき、位置決めにおける制約が少ない。
図2の検査装置は、表側移動機構1aと裏側移動機構1bの2つの移動機構が対に設けられており、移動機構1a、1bの一方が保持するカメラ2a、2bを第1カメラとし、移動機構1a、1bの他方が保持するカメラ2b,2aを第2カメラとして相互に利用して検査ヘッドHa,Hbのプローブ8a、8bの位置を確認するため、専用のカメラ等が不要であり、構成が簡単である。
また、図2の検査装置において、基準マーカーMcを有する標識部材15及び基準マーカーMcを移動させるマーカー移動装置4を第1移動体10bに設けることで、標識部材15及び基準マーカーMcの移動を比較的大型で駆動力に余裕を持たせやすい第1移動体10bの駆動部に負担させ、第2移動体11bの駆動部、回転機構12b及び昇降機構13bに負担をかけないことで、図2の検査装置の全体設計が容易となる。なお、マーカー移動装置4を裏側移動機構1bの第1移動体10bではなく表側移動機構1aの第1移動体10aに設けてもよいことは言うまでもない。
また、基準マーカーMcを移動させるマーカー移動装置4を第1移動体10bに設けることで、他の構成要素と干渉しにくくなることから、基準マーカーMcの移動距離を比較的小さくすることができる。このため、標識部材15及びマーカー移動装置4の重量及び弾性に起因する基準マーカーMcの位置ずれが生じにくくなるので、図2の検査装置は位置決め精度を向上しやすい。
[第二実施形態]
図11に、図3のマーカー移動装置4に替えて図2の検査装置に使用することができるマーカー移動装置4aを示す。
このマーカー移動装置4aは、標識部材15aに設けられた基準マーカーMcを、カメラ2a、2bの撮影範囲内に出現させ、また撮影範囲外に退避させる。
このマーカー移動装置4aは、標識部材15aを保持し、標識部材15aを第1方向及び第2方向の平面内で水平に直線移動させる第1駆動部19と、標識部材15aを第1駆動部19もろとも第1方向及び第2方向それぞれに垂直な方向(すなわち、プリント基板Pに垂直な方向であり、ここでは鉛直方向)に直線移動させる第2駆動部20とを有する。
第1駆動部19及び第2駆動部20は、例えばシリンダー機構等から構成することができる。
マーカー移動装置4aは、マーカーの突出及び後退が2方向の直線移動の組み合わせであることによって、裏側移動機構1bの第2移動体11bとの干渉を避けることが容易である。このため、図2の検査装置全体の設計がさらに容易になる。
[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
当該位置決め装置において、初期設定制御を開始してから全ての位置決め制御を終了するまで、より詳しくは、初期設定制御の基準マーカー撮影工程で基準マーカーを撮影するときから最後の位置決め工程の対象物位置認識工程で対象物マーカーを撮影するまでの間、処理部と第1カメラとの相対位置を一定にできればよい。つまり、当該位置決め装置は、位置決めに必要な制御を行う間、処理部と第1カメラとが連動して移動する構成であればよい。従って、第2カメラは、図2に示した検査装置のように第2移動体に保持されるものに限られず、昇降機構や回転機構に保持されてもよく、処理部に直接取り付けられてもよい。
当該位置決め装置において、表側移動機構が基準マーカーつまりマーカー移動装置を保持してもよい。また、基準マーカーは、表側移動機構又は裏側移動機構の第2移動体に保持されてもよい。
当該位置決め装置において、第2移動体に取り付けられた昇降機構が処理部を回転機構と共に昇降させてもよい。
当該位置決め装置の移動機構は、直交座標型移動機構に限られず、例えば多関節ロボット、デルタ型(パラレルリンク)ロボット等、任意の移動機構を有するものとすることができ、複数の移動機構を組み合わせたものであってもよい。
本発明に係る位置決め装置は、両面に回路パターンが形成されたプリント基板の電気的特性を検査する検査装置に特に好適に利用することができる。
1a、1b 移動機構
2a、2b カメラ
3 保持機構
4、4a マーカー移動装置
5 コントローラー
6a、6b ヘッド本体
7a、7b プローブユニット
8a、8b プローブ
9a、9b ガイドプレート
10a、10b 第1移動体
11a、11b 第2移動体
12a、12b 回転機構
13a、13b 昇降機構
14a、14b レール
15、15a 標識部材
16 板状部
17 直動ガイド
18 駆動シリンダー
19 第1駆動部
20 第2駆動部
Ha 表側検査ヘッド(第1処理部)
Hb 裏側検査ヘッド
Mc 基準マーカー
Mp 対象物マーカー
Mha、Mhb 処理部マーカー
P プリント基板

Claims (13)

  1. 被位置決め部材である第1処理部を位置決め対象物である処理対象物に対して位置決めする位置決め装置であって、
    前記第1処理部を移動させる第1移動機構と、
    前記第1移動機構に保持され、前記処理対象物を撮影する第1カメラと、
    前記第1カメラと反対方向から前記第1処理部を撮影する第2カメラと、
    対向し合う前記第1カメラ及び前記第2カメラの撮影範囲内に出現、消滅するよう配設される基準マーカーと
    を備え
    前記基準マーカーが、前記処理対象物が保持される位置に出現可能な位置決め装置。
  2. 前記第2カメラを移動可能に保持する第2移動機構をさらに備える、請求項1に記載の位置決め装置。
  3. 前記第2移動機構が、前記処理対象物に対して位置決めされる第2処理部を、前記第2カメラとの相対位置が一定であるよう保持する請求項2に記載の位置決め装置。
  4. 前記第1移動機構が、前記第1カメラの光軸に垂直な第1方向に移動する第1移動体と、前記第1カメラの光軸及び前記第1方向に垂直な第2方向に移動する第2移動体とを有する、請求項1、請求項2又は請求項3に記載の位置決め装置。
  5. 前記基準マーカーが前記第1移動体の前記第2方向中央部に保持される請求項4に記載の位置決め装置。
  6. 前記第1移動機構が、前記第2移動体に保持され、前記第1処理部を前記第1カメラの光軸に平行な軸周りに回転させる回転機構をさらに有する、請求項4又は請求項5に記載の位置決め装置。
  7. 前記第1移動機構が、前記第2移動体に保持され、前記第1処理部を前記第1カメラの光軸に平行な方向に移動させる昇降機構をさらに有する、請求項4、請求項5又は請求項6に記載の位置決め装置。
  8. 前記基準マーカーが前記第1カメラの光軸に対して傾斜する方向に突出及び後退する請求項1から請求項のいずれか1項に記載の位置決め装置。
  9. 前記基準マーカーを突出及び後退させる機構が、前記基準マーカーを案内する直動ガイドと、この直動ガイドに傾斜する方向に前記基準マーカーを押し引きする駆動シリンダーとを有する請求項に記載の位置決め装置。
  10. 前記基準マーカーを出現させる機構が、前記第1カメラの光軸に垂直な第1方向、並びに、前記第1カメラの光軸及び前記第1方向に垂直な第2方向の平面内に直線移動させる機構と、前記第1方向及び第2方向に垂直な方向に直線移動させる機構との組み合わせである請求項に記載の位置決め装置。
  11. 前記第1処理部が、複数のプローブを有する検査ヘッドである、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の位置決め装置。
  12. 被位置決め部材である処理部を位置決め対象物である処理対象物に対して位置決めする位置決め方法であって、
    第1カメラと、前記第1カメラに対向するよう配置した第2カメラとによって、前記第1及び第2カメラの撮影範囲内に出現した基準マーカーを撮影する工程と、
    前記第2カメラで前記処理部に設けられた処理部マーカーを撮影する工程と、
    前記第2カメラで撮影した前記基準マーカーの位置と、前記第2カメラで撮影した前記処理部マーカーの位置とから、前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する工程と、
    前記算出された前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置と、前記第1カメラで撮影した前記基準マーカーの位置とから、前記第1カメラ及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する工程と、
    前記第1カメラで前記処理対象物を撮影する工程と、
    前記第1カメラで撮影した前記処理対象物の位置から、前記第1カメラに対する前記処理対象物の相対位置を認識する工程と、
    前記認識された前記第1カメラに対する前記処理対象物の相対位置と、前記算出された前記第1カメラ及び前記処理部マーカー間の相対位置とに基づき、前記処理部を前記処理対象物に対して位置決めする工程と
    を備え
    前記基準マーカーが、前記処理対象物が保持される位置に出現する位置決め方法。
  13. 前記基準マーカーを撮影する工程と、前記処理部マーカーを撮影する工程との間に、
    前記基準マーカーを前記第1及び第2カメラの撮影範囲から退避する工程と、
    前記処理部を前記第2カメラの撮影範囲まで移動させる工程と、
    をさらに備え、
    前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する工程で、さらに前記処理部の移動距離を考慮して、前記基準マーカー及び前記処理部マーカー間の相対位置を算出する
    請求項12に記載の位置決め方法。
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