JP7071207B2 - 位置検出装置、位置検出方法、製造システム、製造方法、制御プログラム、および記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、撮影画像を介して撮影された対象物の位置姿勢を検出する位置検出装置、および位置検出方法に関する。

撮影画像を介して撮影された対象物の位置姿勢を検出する画像計測技術は、例えば、部品実装装置などで利用されている。このような部品実装装置としては、例えば、半導体ダイをリードフレーム等の回路基板にボンディングするダイボンダ装置などがある。この種のダイボンダ用の部品搬送装置は、搬送装置の先端ノズルに吸着保持した半導体ダイを固定された回路基板に降下させ、半導体ダイを固定する。その際、ボンディング位置に合わせた状態で半導体ダイを基板に押し付ける必要があり、先端ノズルとダイの間の相対的な把持位置姿勢を画像計測して補正してから基板に降下させる制御が行われる。この画像測定では、ノズルを停止させて撮影を行うとタクトタイムが長くなるのを考慮して、部品搬送時に停止させずに撮影する方法が提案されている（例えば下記の特許文献１）。この従来技術では、部品実装装置の吸着ノズルに連なる部材の一部を半導体ダイと同じ画像に写しこむことによって基準位置や基準姿勢の相対計測を行っている。

特開２０１６－１８９４９５号公報

特許文献１の部品把持装置では、ダイを吸着する吸着面と、吸着面とその根元を結ぶ傾斜部位を備え、吸着面の太くなった根元部位に反射部材を設置する。画像計測用のカメラは、ダイ裏面にピントが合わされてダイを撮影する。このカメラは、搬送経路の途中に部品把持装置の長軸方向に対向するように設置される。特許文献１の装置では、反射部材にはピントが合わない場合があるが、傾斜部材とのコントラストの差が大きく取られ、傾斜部材と反射部材の境界をなす円の中心の撮像位置は大きくずれないよう配慮されている。

しかしながら、特許文献１の構成では、例えば、傾斜部材と反射部材の境界である円と部品面とでは撮像距離が異なるため、パースペクティブの影響によって把持中心位置と画像上での円の中心位置にずれが生じる可能性がある。

この問題に鑑み、特許文献１の構成では、光軸位置に吸着部材の中心が来た時に撮影を行うよう制御する必要がある。しかしながら、このカメラの光軸と実装装置の中心位置を合わせて撮影を行う制御はそれほど容易ではない。特に、搬送速度が高速になるほど、オーバーランや軌道のブレが生じ、光軸中心と吸着部材の中心を一致させるのはより難しくなる。そして、この中心合せが正確に行えなかった場合には、上記のパースペクティブの影響によって位置検出誤差が生じる可能性がある。なお、パースペクティブの変化により生じる誤差の問題は、撮影光学系にテレセントリック光学系を用いることにより解消できる可能性がある。しかしながら、この種の撮影において、充分な画角を有するテレセントリック光学系は一般に大型、高価なものとなりがちで、しかもピントがエッジを認識できる程度に合う深度範囲も非常に狭いものが多い。

また、特許文献１の構成では、傾斜部材と反射部材の境界の円のピントが合った画像を利用できない問題がある。この円は相対位置計測の基準となるため、できるだけピントが合った画像を取得できるのが望ましい。しかしながら、この従来構成では、計測原理上、根元に設置される反射部材はダイの観察面すなわち合焦面と大きく離して配置することができない。ところがピンセット状の把持ツールなどのような把持ツールの場合、実装作業の妨げとなるため反射材を把持位置に近づけることができない場合が多々ある。このような場合、反射材は合焦面から離れた位置に配置せざるを得ず、合焦位置から反射材の位置が極端に離れるとエッジが不明瞭になって境界の円の画像認識が難しくなる。例えば、照明が周上で均一でない場合には、中心位置が大きくずれて検出ないし推定される可能性がある。

本発明の課題は、以上のような事情に鑑み、対象物の保持装置などの妨げとなる構造物を必要とせず、移動中の対象物を停止させることなく対象物の画像を撮影し、撮影画像から高精度にワークの位置姿勢を検出できるようにすることにある。

本発明の一つの態様は、対象物を、前記対象物の移動中に撮影する撮影装置と、前記撮影装置の被写界深度範囲内に空中像を形成する形成装置と、前記撮影装置の撮影画像における、前記対象物と、前記空中像との撮影像の位置関係に基づき、前記対象物の位置姿勢を検出する制御装置と、を備えた位置検出装置である。
本発明の別の態様は、制御装置が、保持装置により保持した対象物が撮影装置の撮影領域内を通過するよう移動させる搬送工程と、前記制御装置が、前記撮影装置によって、前記撮影領域内を移動する対象物と、前記保持装置に固定された形成装置により前記撮影装置の被写界深度範囲内に形成された空中像と、を撮影させる撮影工程と、前記制御装置が、前記撮影装置の撮影画像における、前記対象物と、前記空中像との撮影像の位置関係に基づき、前記対象物の位置姿勢の補正量を検出する位置検出方法である。

上記構成によれば、空中像のマークを形成して位置姿勢の検出処理の基準点として用いる。そのため、対象物の保持装置などの妨げとなる構造物を必要とせず、移動中の対象物を停止させることなく対象物の画像を撮影し、撮影画像から高精度にワークの位置姿勢を検出することができる。

本発明の実施形態に係る位置検出装置を用いた部品実装装置の構成を示した説明図である。 図１の部品実装装置の動作を示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は図１の部品実装装置に適用可能な、保持ないし把持装置の異なる構成をそれぞれ示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は図１の部品実装装置の位置検出系の光学系の異なる配置例をそれぞれ示した説明図である。 図１の部品実装装置の本発明の実施形態１における空中像の配置を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）はパースペクティブによって生じるマークの位置検出誤差を示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は図１の部品実装装置の位置検出系の計測動作例を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は図１の部品実装装置に適用可能な本発明の実施形態２の光源の構成を示した説明図である。 図１の部品実装装置に適用可能な本発明の実施形態３の位置検出系の構成を示した説明図である。 （ａ）～（ｄ）は実施形態３の位置検出系に適用可能なマスクパターンの構成を示した説明図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の実施形態３の位置検出系の異なる調整例を示した説明図である。 本発明の実施形態に係る位置検出装置を用いた実装制御の流れを示したフローチャート図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

以下に示す実施形態では、撮影画像を介して撮影された対象物の位置姿勢を検出する位置検出装置を備えた部品実装装置の構成を例示する。以下の実施形態では、例えば特許文献１のような位置検出のための実体のマークを対象物の保持装置に付与するような構成を取らない。以下の実施形態では、位置検出装置は、対象物を保持する保持装置に対して固定され、撮影装置の被写界深度範囲内の結像位置に空中像のマークを形成するマーク像形成装置を備える。そして、位置検出装置の制御装置は、撮影装置の撮影画像における、部品実装装置で取り扱われる部品やワークなどの対象物と、空中像のマークとの撮影像の位置関係に基づき、その対象物の位置姿勢を検出する。部品実装装置は、位置検出装置が検出した対象物の位置姿勢に基づき、例えば作業空間における対象物の相対的な位置姿勢、例えば製造装置や他のワークとの相対的な位置姿勢の関係を補正する。

＜実施形態１（基本構成）＞
図１は本実施形態における部品実装装置の構成例を示している。同図の部品実装装置は、吸着ノズルからなる把持ツール１０が取り付けられた実装ヘッド５と、実装ヘッド５をＹ方向にガイドするガイドレール１と、を備える。例えば吸着ノズルからなる把持ツール１０は、部品実装装置が取り扱う対象物である部品の保持装置に相当する。図１では、その右側に座標軸の配置を示すように、図の紙面に水平方向がＸ方向、水平方向がＹ方向、上下方向がＺ方向、Ｚ軸周りの回転方向がθ方向に相当する。

さらに、図１の部品実装装置は、実装ヘッド５をガイドレール１に沿ってＹ方向に移動させるＹ方向移動機構３と、および実装ヘッド５をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構２と、を備える。部品実装装置のＸ方向移動機構２、Ｙ方向移動機構３、実装ヘッド５などの駆動量は、後述の駆動制御部２０によって制御される。

さらに、図１の部品実装装置は、撮影装置としてのカメラ３２および光源３１と、カメラ３２で撮影した画像に対して後述の画像処理を行う画像処理部４０と、を備える。

実装、あるいはそのために位置検出される対象物、即ち部品１１の保持装置としての把持ツール１０の先端には部品１１を吸着把持する吸着面を有する。このように把持ツール１０を吸着ノズルから構成する場合、把持ツール１０は不図示の負圧発生手段などによって駆動され、駆動制御部２０は把持ツール１０の駆動負圧のＯＮ／ＯＦＦあるいは負圧値を制御する。

把持ツール１０が保持している部品１１の位置姿勢を検出する位置検出装置の検出処理の基準点となる空中像のマークを形成するマーク像形成装置は、実装ヘッド５側に設けられている。図１では、このマーク像形成装置は、点光源８１、８２、結像レンズ９１、９２から構成されている。これらの部材によるマーク像形成の詳細については後述する。

部品１１は、実装ヘッド５によって搬送された後、不図示の実装位置に移動され、例えば加工や、他の部材への組み付けなどの製造処理、を受ける。その際、把持ツール１０が保持している部品１１の位置姿勢に基づき、実装位置における加工や、他の部材への組み付け制御を行う必要がある。

そのため、把持ツール１０に保持されて例えばＹ軸方向に搬送される部品１１を撮影できるよう、位置検出装置は、部品１１の搬送範囲に撮像光軸を向けたカメラ３２を備える。カメラ３２の近傍には、カメラ３２の撮像範囲を照明できるよう光源３１が配置されている。この光源３１は、位置検出装置のカメラ３２により部品１１を撮像するための光源で、把持ツール１０に把持された部品１１の特徴を観察できるように光の方向や強度が調節されている。

実装ヘッド５は、内部に把持ツール１０をＺ方向に移動させるＺ方向移動機構６と、把持ツール１０をθ方向に回転させるθ方向移動機構７を備える。これらの各移動機構（６、７）も、駆動制御部２０によって制御される。駆動制御部２０、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向の各移動機構（２、３、６、７）を制御して把持ツール１０をＸ、Ｙ、Ｚ、θ各方向に関して並進ないし回転移動させ、作業空間内における部品１１の位置姿勢を制御することができる。また、上記の負圧機構などを介して、把持ツール１０の把持とリリースも駆動制御部２０により制御される。

カメラ３２、光源３１は、画像処理部４０のカメラインターフェース４１に接続されている。画像処理部４０は内部にデータ、信号処理を行うＣＰＵ４２とデータやプログラムを記憶するメモリ４３とを備えた制御装置である。

画像処理部４０は、メモリ４３を備え、このメモリ４３には把持ツール１０に対する部品１１の相対位置を検出する相対位置検出プログラムを格納しておく。メモリ４３は、より具体的には、例えばＲＯＭ４３１、ＲＡＭ４３２によって構成される。上記のプログラム類と定数データなどはＲＯＭ４３１に格納され、ＲＡＭ４３２はプログラム実行時のワークエリアとして用いられる。

また、画像処理部４０は、カメラ３２、光源３１を制御して画像を取得するカメラインターフェース４１と、駆動制御部２０との間でデータ通信を行うデータインターフェース４５を備える。なお、ＣＰＵ４２、カメラインターフェース４１、メモリ４３、データインターフェース４５はそれぞれ画像処理装置の内部バス（不図示）により接続されている。また駆動制御部との間にはデータバス５０が設置され互いに制御データを送受信することができる。

一方、図１の駆動制御部２０は、内部に実装駆動制御のためのＣＰＵ２２とデータやプログラムを記憶するメモリ２３とを備える。そのメモリ２３には画像処理部４０の相対位置検出プログラム４４によって検出された把持ツール１０に対する部品１１の相対位置よりＸ、Ｙ、θ方向の各移動機構（２、３、６、７）の補正量を計算する補正プログラム２４が格納されている。メモリ２３は、より具体的には、例えばＲＯＭ２３１、ＲＡＭ２３２によって構成される。上記のプログラム類と定数データなどはＲＯＭ２３１に格納され、ＲＡＭ２３２はプログラム実行時のワークエリアとして用いられる。

また、駆動制御部２０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向の各移動機構（２、３、６、７）を駆動制御する駆動機構インターフェースと、画像処理部４０との間でデータ通信を行うデータインターフェース２５とを備える。ＣＰＵ２２、駆動機構インターフェース２１、メモリ２３、データインターフェース２５の間は、例えば駆動制御部２０の内部バス（不図示）により接続されている。駆動制御部２０は、上記のデータバス５０を介して、画像処理部４０と制御データを送受信することができる。なお、駆動制御部２０と画像処理部４０の間のデータバス５０は、他の通信手段、例えば有線ないし無線接続の各種ネットワーク通信手段などであってもよい。

なお、図１では、部品実装装置ないし位置検出装置の制御装置は、駆動制御部２０、および画像処理部４０の２つに分けて図示してある。しかしながら図１の構成は一例に過ぎず、例えば同図の駆動制御部２０、画像処理部４０は同じ機能を備えた一体の制御装置であっても構わない。これら制御装置が後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ２２、４２の制御プログラムは、例えばＲＯＭ２３１、４３１の、例えばＥＥＰＲＯＭ領域のような記憶部に格納しておくこともできる。また、この制御プログラムは、例えばＨＤＤやＳＳＤなどから成る不図示の外部記憶装置に格納しておいてもよい。

また、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ２２、４２の制御プログラムは、ネットワークインターフェースなどを介して、上記の各記憶部に供給し、また新しい（別の）プログラムに更新することができる。あるいは、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ２２、４２の制御プログラムは、各種の磁気ディスクや光ディスク、フラッシュメモリなどの記憶手段と、そのためのドライブ装置を経由して、上記の各記憶部に供給し、またその内容を更新することができる。上述の制御手順を実現するためのＣＰＵ２２、４２の制御プログラムを格納した状態における各種の記憶手段や記憶部は、本発明の制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成することになる。

図２は、図１の部品供給装置の実装動作における実装ヘッド５の部分の動きを示している。また、図１２は、この部品供給装置の実装動作の全体の流れを示している。図１２の手順は、駆動制御部２０ないし画像処理部４０のＣＰＵ２２、４２によって実行される。特に、図１２の手順のうち、撮影、マーク認識、位置検出、補正値算出（Ｓ１２～Ｓ１５）の細部については、追って詳細に説明する。図１２の手順はＣＰＵ２２、４２のプログラムデータとして記述された部分は、ＲＯＭ２３１、４３１や、上述の他の記憶ないし記録媒体に格納しておく。

図２において、図１の実装ヘッド５は、例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ方向の各移動機構（２、３、６、７）を介して駆動制御部２０により制御され、部品供給部６１の位置に移動される。部品供給部６１において、部品１１をピックアップ、即ち、把持ツール１０により部品１１を吸着、把持する（図１２のＳ１０）。その後、実装ヘッド５は、駆動制御部２０の制御により、図２に破線で概略を例示するような経路でカメラ３２（および光源３１）の前方の撮影領域内を通過移動させる（Ｓ１１）。この移動の過程において、画像処理部４０の制御により、カメラ３２で実装ヘッド５、特に把持ツール１０で保持されている部品１１の部位を撮像（撮影）させる（Ｓ１２）。この時、カメラ３２による撮像は、実装ヘッド５の搬送移動を停止させることなく行う。

把持ツール１０で保持された部品１１は、実装位置６２まで搬送され、この例では、所定の位置姿勢で装着される。実装位置６２には、例えば、図示のように他の部品などが既に配置されている。本実施形態では、把持ツール１０は、細長い全体形状であり、その周囲には空間が確保され、図示のように他の部品などが既に配置されている実装位置６２においても、確実に部品１１を配置、実装することができる。

画像処理部４０がカメラ３２で撮影した部品１１の位置姿勢は、実装ヘッド５に装着されているマーク像形成装置（８１、８２、９１、９２）が形成する空中像のマークを基準点として用いて検出される（Ｓ１３、Ｓ１４）。例えば、撮影画像中のマークの空中像を画像認識（Ｓ１３）などにより検出し、同じく画像認識などにより検出した部品１１の撮影像との位置関係を計算する。この演算によって、実装ヘッド５を基準とした部品１１の位置姿勢を検出（Ｓ１４）することができる。

さらに、駆動制御部２０の制御により、部品１１は、図２の実装位置６２まで実装ヘッド５によって搬送される。この過程で、好ましくは実装ヘッド５の搬送の継続中に、検出（Ｓ１４）した位置姿勢情報に基づき、実際の部品１１の位置姿勢を補正する。この補正は、図１のＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向の各移動機構（２、３、６、７）を介して行われ、このように部品１１の位置姿勢を補正した上で、実装位置６２における部品１１の配置、実装（Ｓ１６）を行う。以上のようにして、実装位置６２において、確実に所期の位置姿勢で部品１１を配置、実装することができる。

図１のＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向の各移動機構（２、３、６、７）は、それぞれ把持ツール１０の先端位置を表現した位置信号を出力するよう構成しておく。これにより、駆動制御部２０は図１の各移動機構（２、３、６、７）の位置信号から把持ツールの先端位置を検出することができる。また、各移動機構（２、３、６、７）の駆動源にステッピングモータなどを使用している場合は、駆動制御部２０が各移動機構（２、３、６、７）に送信した正逆駆動パルス数をカウントすることで把持ツールの先端位置を検出するような構成を用いてもよい。また、把持ツール１０は、把持状態を示す把持状態信号を出力することができるものとする。例えば、吸着ツールの出力する把持状態信号は、吸着面に負圧がかかって部品を把持しているか否かを表現した信号である。

本実施形態では、部品の保持装置としての把持ツール１０として吸着タイプを例示するが、保持装置の方式は任意であって、吸着タイプに限定されるものではない。例えば、保持装置として、図３（ａ）のようにピンセット状の複数の把持指を有するグリッパ１４４（ハンド、ロボットハンドなどと呼ばれる場合もある）を用いる場合でも、例えば後述の部品１１の位置姿勢の補正は実施することができる。

特に、保持装置として、図３（ａ）のようなグリッパ１４４を用いる場合は、指の駆動範囲内で相対計測のマークとして用いる基準点１３１、１３２が指の動きにより遮蔽され撮影画像に写らないといったことがないよう機構を設計する。また、可能であれば、把持指などがカメラ３２に対して基準点１３１、１３２（マーク）を遮蔽しないようグリッパ１４４の機構を調整するのが望ましい。また、図３のような保持装置を用いる場合には、グリッパ１４４から、把持指の位置（例えば角度）を示す指位置信号を駆動制御部２０に出力させることができる。そして、この指位置信号を用いて補正プログラムで部品の位置姿勢を補正する補正量を算出することができる。なお、グリッパ１４４が、センタリング機構等によりその把持中心が必要な精度範囲で実装ヘッド５の中心位置と一致するよう保たれるような構成であれば、上記の指位置信号を利用して補正演算を行わなくても良い場合がある。また、グリッパ１４４の把持指の数や構造も図３（ａ）のような構成に限定されない。本実施形態では、たとえば図３（ｂ）のように多関節多指の把持装置１５を用いる場合でも、後述の制御を実施することができる。

ここで、本実施形態における部品１１の位置検出動作の基本となる、カメラ３２と、実装ヘッド５に装着されているマーク像形成装置（８１、８２、９１、９２）の光学的な構成につき詳細に説明する。

図１において、カメラ３２の撮影光学系は、例えば、合焦位置が部品１１の下部の表面となるようにフォーカス（合焦距離）が設定されている。すなわち平面１２が合焦平面となるように設定されている。また、このような撮影距離を保証するために、駆動制御部２０は、カメラ３２の前方を通過する時、部品１１の下部の表面が平面１２の位置を通るよう、例えばＺ軸に関する移動機構（６）を制御するような構成であってもよい。ただし、カメラ３２の撮影光学系の、適当な位置検出精度を達成できる程度の被写界深度範囲に余裕がある場合には、部品１１の表面がカメラ３２の合焦平面である平面１２の付近の高さを通る、程度の比較的ルーズな制御でも事足りる可能性がある。そして、このような比較的ルーズな制御でも、カメラ３２の被写界深度の範囲内の結像位置にある空中像のマークを充分な合焦状態で撮影することができる。

カメラ３２の撮像画角（撮影画角）は、いうまでもなく撮影光学系の倍率、撮像センサのサイズや縦横比などにより決定される。このカメラ３２の撮像画角（撮影画角）は、部品１１の位置姿勢を検出するための基準点として、マーク像形成装置（８１、８２、９１、９２）により形成されたマークの空中像、即ち、基準点１３１、１３２を収めるのに十分な広さを有するものとする。

光源３１は、カメラ３２の近傍に配置される。この光源３１は、カメラ３２の撮影光学系の合焦面である平面１２に相当する部品１１の表面付近にできるだけ均一、かつカメラ３２の撮影条件で必要な照明輝度が得られるように構成されている。なお、光源３１の照射角は部品１１のみを照らせばよいので、撮影位置付近での部品周辺に照明光を集光するような構成であればよい。また、光源３１は、カメラ３２のシャッターと同期して、撮影を実行するときのみ発光するように制御される構成であってよい。

前述のように、撮影は、部品１１を停止させることなく行うことができる。例えば、駆動制御部２０が受信するＸ、Ｙ軸に係る移動機構（２、３）の発生する位置信号により、部品１１および空中像として投影された基準点１３１、１３２が画角に入っているタイミングで画像処理部４０を介して撮像指令を送信する。また、撮影するタイミングを決定するその他の方法としては、光源３１をオフした状態で基準点１３１、１３２を画像処理部４０で監視して所定の撮像範囲に進入したのを契機として光源３１を点灯し、撮像センサに撮像指令を送る構成であってもよい。即ち、撮影装置の撮影画像を介して撮影装置の撮影画角の内側にマークの空中像が進入したか否を監視する。そして、撮影画角の内側にマークの空中像が進入することを契機として、撮影装置により対象物、およびマークの空中像の撮影画像を撮影させる。このような制御によれば、撮像タイミングを画像処理部４０の制御のみで決定でき、駆動制御部の負荷を低減できる可能性がある。

本実施形態では、図１において、マーク像形成装置（８１、８２、９１、９２）は、実装ヘッド５に固定的に装着、特に把持ツール１０の先端との位置関係が変わらないように装着される。これにより、実装ヘッド５が保持する部品１１の位置姿勢は実装ヘッド５に対して固有の位置関係を持って投影、結像される基準点（マーク）を基準として計測される。

即ち、図１～図３に示したように、実装ヘッド５には、把持ツール１０、Ｚ方向移動機構６、θ方向移動機構７の他に点光源８１、８２、結像レンズ９１、９２が把持ツール１０の先端との位置関係が変わらないように固着されている。なお、点光源８１、８２の後方には、前方に光を効率よく照射するため反射部材を配置してもよい。

結像レンズ９１、９２は点光源８１、８２の前方に設置され、カメラ３２の合焦平面である平面１２上に焦点が来るように点光源からの光を集光（コリメート）するように設計しておく。通常、把持ツール１０の直上の実装ヘッド５の把持中心線には、θ方向移動機構７を配置する必要がある。このため、図示のように点光源８１、８２、結像レンズ９１、９２は実装ヘッド５の把持中心線からオフセットして配置してある。

一方、結像レンズ９１、９２を介して空中像のマークとして投射される基準点１３１、１３２はカメラ３２の撮像範囲（撮影画角）内に同時に撮影できる必要がある。そのため、本実施形態では点光源８１、８２、結像レンズ９１、９２は把持中心に向かって傾きを持つように配置される。この場合、レーザと異なり光軸がカメラに入射している必要はない。なお実装ヘッド５内の実装空間に十分な余裕がある場合には垂直下方に向かって空中像のマークを投射するよう点光源８１、８２、結像レンズ９１、９２を配置してもよい。

また、光源３１からの照明光が正反射光をできるだけカメラ３２の撮影光学系に入射しないよう、実装ヘッド５のカメラに対向する側は黒塗り、またはバフ処理などの反射防止加工を施しておくのが好ましい。

次に、本実施形態において、実装ヘッド５に固定的に装着したマーク像形成装置（８１、８２、９１、９２）によって投射される基準点１３１、１３２（マーク）の空中像につき、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

上記の光源は点光源を想定しているが、これは一例であって、本実施形態で用いるマークの空中像は任意の形状であって差し支えない。このことを説明するため、図４（ａ）、（ｂ）では、雲形の光源８を図示している。この光源８は、空中像として形成（結像）される基準点１３’（マーク）に対応する実体点１３が含まれる。

図４（ａ）、（ｂ）では、位置検出のためのカメラ３２のより詳細な構成を示してある。即ち、カメラ３２は撮影レンズ３３を備え、その結像面には設置される撮像センサ３４が配置されている。図４において、結像レンズ９は雲形の光源８の位置にある点から発せられた光を集光して結像面である平面１２上に雲形の虚像８’すなわち雲形の空中像を結像する。なお、図４（ａ）はカメラ３２の撮影レンズ３３と、結像レンズ９の光軸がほぼ平行である構成を、図４（ｂ）は、結像レンズ９の光軸が撮影レンズ３３の光軸に対して傾斜している構成を、それぞれ図示している。図４（ａ）、（ｂ）の構成は、結像関係にある実体点１３、基準点１３’（マーク）、撮像センサ３４の像面上の２次虚像８”に関しては光学原理的にはほぼ同等の構成である。

この時、基準点１３’の実体点１３も雲形の光源８に含まれており、結像面である平面１２上の所定の位置に基準点１３’が形成される。本実施形態では、基準点１３’が形成される平面１２は、カメラ３２の合焦平面と一致するような光学系が形成されている。このため、平面１２の雲形の光源の虚像８’上にある点から出射した光はカメラ３２の撮影レンズ３３を介して撮像センサ３４像面に雲形の光源の２次虚像８”として結像する。

平面１２に形成される雲形の光源の空中像８’の位置は、構造体が何もない空間であり微粒子などの散乱物が存在しなければ、雲形の光源の虚像８’は横からの観察者の目や他のカメラで捉えることはできない。このような空中像（ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅ）は「空間像」などと呼ばれる場合もある。

一方、カメラ３２の撮影レンズ３３を介してリレーされ、撮像センサ３４によって、雲形の光源８の空中像８’にピントが合った状態で撮影される。撮像センサ３４上には実体の部品１１に並んで、本来は離れた位置にある雲形の光源８があたかも隣に存在するかのごとくの撮影像が形成される。この結像関係は、撮影レンズ３３、結像レンズ９から成る１つの撮像光学系で、雲形の光源８を撮影しているのと同等である。同様に、基準点１３’に関しても、雲形の２次虚像８”に含まれる点１３”として撮像センサ３４上で観測されることになる。

特に、図４（ｂ）は光源８、結像レンズ９をカメラ３２の光軸に対して傾斜させて配置した場合を示している。上記のように、実装ヘッドの把持ツールや各座標軸に関する移動機構はカメラ３２の撮影光軸の延長線上に配置されることが多い。そのため、図４（ａ）のような配置で基準点１３’を形成する光源８を置くためのスペースを確保することが難しい場合がある。例えば、実際には、マーク像形成のための光学系は、図４（ａ）よりも図４（ｂ）に近い配置になる可能性がある。しかしながら、上記のように、図４（ａ）、（ｂ）の構成は、結像関係にある実体点１３、基準点１３’（マーク）、撮像センサ３４の像面上の２次虚像８”に関しては光学原理的にはほぼ同等である。従って、図４（ｂ）のような光軸配置であっても、実装ヘッドの部品１１の保持中心に対して固定された平面１２上の所定位置に基準点１３’（マーク）の空中像を形成することができる。

しかも、本実施形態の構成は、特許文献１などで行われているように実体のマークを実装ヘッドに付与する構成ではなく、基準点（マーク）は空中像として形成される。そのため、部品１１の位置姿勢を検出するための基準点（マーク）には実体がなく、光源の配置に自由度があり、従来の実体マークを用いる構成のような制約を受けない。

例えば、図４（ｂ）のような光軸配置によると、実体の光源８はカメラ３２の画角外にあっても差し支えない。そして、空中像１３’は図４（ａ）の構成と同様に部品１１に隣接した位置に形成することができる。なお、空中像上の点から出る光は方向性を持っているが広がりを持っているため、その一部でもカメラ３２の撮影レンズ３３に入射していればよい。レーザの場合と異なり光源８の光軸１４上の光線がカメラ３２の撮影レンズ３３の開口に入射している必要はなく、レーザによる基準点形成より配置の自由度は高い。

次に、空中像で形成する基準点（マーク）の配置について、図５を参照して説明する。図５は空中像の合焦面である平面１２での把持ツール１０の吸着中心すなわちツール座標系の基準位置Ｔｏと点光源８１、８２の空中像である基準点１３１、１３２の位置関係を示している。図５に示すようにツール座標化はＴｏを原点とし、各座標軸の方向は上記の移動機構（２、３、６、７）の駆動方向と一致する。ここで、把持ツール１０は部品１１に遮蔽されておりカメラ３２側から見えない。また、合焦面である平面は部品実装装置の作業空間でもあるため、構造物を置かずオープンな空間となっている。即ち、カメラ３２から見ると、ピントが合う位置には基準となる構造物を置くことができず、また、部品１１の後方の把持ツール１０を直接、撮影することもできない。しかしながら、空中像の基準点１３１、１３２はあたかもそこに点光源が存在するがごとくカメラで撮像することができる。

ここで空中像の基準点１３１、１３２を代表する点を、それぞれ点Ａ、点Ｂとする。これらの空中像は点像であるが、現実にはある程度の面積を有するため、代表点であるＡ、Ｂは空中像の重心などとして求めればよい。点Ａ、点Ｂ、点Ｏｔはツール座標のＹ軸上に１直線に並ぶように配置され線分ＡＢの中点が、ツール座標系の原点である点Ｏｔと一致するよう配置される。また線分ＡＢの垂直２等分線がＸ軸と一致し、θの方向は合焦面である平面１２の面内にある。

このような配置によりツール座標の原点Ｏｔおよびツール座標の座標軸の方向をカメラ３２の撮影画像内に写しこむことができる。また、本実施形態では、光源８、結像レンズ９、把持ツール１０は互いに位置関係が変わらないように実装ヘッド５に固定されている。そのため、実装ヘッド５の搬送動作により３点Ａ、Ｂ、Ｏｔの位置関係が変わることはない。

ここで、図６（ａ）のように空中像ではなく、実装ヘッド５の根元に実体の基準点１５１、１５２を配置した構成を考えてみる。基準点１５１、１５２は、例えば再帰反射部材などによって構成する。この場合、基準点１５１、１５２は、図６（ｂ）のように撮影される。

しかしながら、撮影タイミングによっては、図６（ｃ）のように基準点１５１、１５２が図６（ｂ）に比して画角の周辺部に撮影される場合も考えられる。そして、図６（ｃ）のようにパースペクティブが生じて光軸から離れるほど基準点が中心に寄って来てしまう。これにより、図６（ｃ）のように見かけ上の座標原点Ｏｔ’は本来のツール座標系の原点Ｏｔからずれて撮像されてしまう。また、実体の基準点１５１、１５２を配置する構成では、撮影タイミングや撮影距離の選定によっては、基準点が把持ツール１０に隠されてしまう可能性も否めない。このような実体の基準点１５１、１５２を配置する構成は、特許文献１などに開示されている構成と同等である。そして、このような実体の基準点１５１、１５２を用いる構成では、正しい計測が可能なのはカメラ３２の光軸と撮像面との交点Ｏｃとツール座標系の原点Ｏｔが一致したとき、すなわち図６（ｂ）のみに限定される。そのため、移動中の無停止撮影では、撮影位置、撮影タイミングを厳密に制御したりしなければならないデメリットがある。

一方、本実施形態の基準点は空中像によるマークであって、カメラ３２の合焦平面に形成されるため、カメラ３２の画角内のどこで撮影してもパースペクティブは生じない。このため、本実施形態のマーク形成によれば、撮影位置、撮影タイミングに拘らず、画像から正しいツール座標の原点Ｏｔを取得することができる。本実施形態の構成では、また、照明の光軸が遮られていても光源に大きさと広がりがあるため、光線が一部でもカメラに入射すれば基準点を得ることができるためオクルージョン（撮影遮蔽）にも強いという効果がある。

なお、以上では、基準点を形成する空中像による基準点が２点である場合を説明したが、基準点の数は任意である。例えば、予めカメラ座標系とツール座標系が充分な精度で校正してあり、基準点からツール座標の原点Ｏｔへのベクトルが既知である場合、基準点は少なくとも１点あれば十分である可能性がある。また、多関節多指ハンドなど把持姿勢によってオクルージョン（撮影遮蔽）が避けられないときには複数の基準点を形成する構成でもよい。さらに、部品の保持中心の周囲に円周状に多数の基準点を配置することにより誤差を平均化して軽減する構成も考えられる。このように、より多数の基準点の空中像を投影する構成によると、画像認識の処理などにおいて、例えば認識の対象物や基準点の重心を取得するような処理が容易になる可能性がある。このように、複数のマーク空中像を形成し、撮影画像における対象物および複数のマークの撮影像の位置関係に基づき対象物の位置姿勢を検出する構成によると、後の画像処理が容易にできる可能性がある。

以下では、画像処理部４０による相対位置検出プログラム４４の概略につき説明する。ここで、例えば部品１１は半導体ダイなどの四角い平板部品であり、把持ツール１０は吸着面型で、部品１１は平面内の回転を除き、回転しないものとする。即ち、Ｚ軸以外他の軸廻りの回転誤差は考慮しなくてもよい。この場合、基準位置姿勢からの相対位置姿勢は、部品の平面内の並進移動と面内（Ｚ軸廻りの）回転移動の量として検出される。

図７（ａ）は把持ずれがない所期の把持状態における、カメラ３２の撮影結果を示している。図７（ａ）の状態では、ツール座標の原点Ｏｔと部品１１の基準位置Ｏｐ（この場合重心）が一致している。また、部品１１の姿勢も各辺がツール座標のＸ軸、Ｙ軸と平行であり、回転ずれは生じていない。この状態を、ツール座標に対する相対位置（Ｘ，Ｙ，θ）＝（０，０，０）と考える。本実施形態では、このように撮影画像中の空中像マークに対応する撮影像の２つを結ぶ直線の中点と、部品の撮影像の所定部位、例えば重心と、が一致する状態を基準とする。

一方、図７（ｂ）は実際の把持状態を示していて部品１１の所定部位、例えば重心に相当する基準点Ｏｐ（ｘｐ，ｙｐ）は、ツール座標の原点Ｏｔ（ｘｔ，ｙｔ）とＸＹ平面において一致しておらず、また同平面内でθｐだけ回転している。画像処理部４０は撮像した画像からマッチング等により部品の基準位置Ｏｐと面内回転θｐを求める。また、撮影された基準点１３１、１３２の空中像から、重心検出などによりそれぞれ点Ａ、Ｂを求め、線分ＡＢの中点から、ツール座標の基準点Ｏｔ（ｘｔ，ｙｔ）を求める。

以上のようにして、把持ずれなしの基準位置姿勢に対する相対位置姿勢ずれは、
（Ｘ，Ｙ，θ）＝（ｘｐ－ｘｔ，ｙｐ－ｙｔ，－θｐ）
のように求めることができる。なお、上記で示した式はごく基本な相対位置姿勢の記述である。実際には、各座標値ないし位置姿勢の値には画像歪、光学倍率の補正などの演算を加えることができ、また、必要に応じて作業空間のワールド座標系における座標値に変換することもできる。そのような画像歪や光学倍率の補正に関しては既知の種々の方式があるが、本実施形態の内容に影響を及ぼさないので任意の方法を採用してよい。また、重心や面内回転を求めるには、パターンマッチングによる手法が考えられるが、これらに限定されず任意の手法を用いてよい。さらに、部品の相対位置を求める方法として重心を求める方法を示したが、特定の部品によっては、特徴点や基準点が画像で直接確認できる場合があり、その場合はそれらの特徴点や基準点を用いてもよい。

次に駆動制御部２０による補正プログラム２４について説明する。駆動制御部２０は、画像処理部４０よりデータバス５０を通じて相対位置データを受信すると補正量を計算する。ワールド座標系での補正量は相対位置の符号を反転させたもの、すなわち補正量Ｒｗ（Ｘ，Ｙ，θ）は、
Ｒｗ（Ｘ，Ｙ，θ）＝（－ｘｐ＋ｘｔ，－ｙｐ＋ｙｔ，θｐ）
となる。

補正プログラムは、ワールド座標系での補正量Ｒｗに対してＸ軸、Ｙ軸とθ方向（Ｚ軸廻り）に関する移動機構（２、３、７）に与える指令値に変換し、把持ずれなしの場合の各軸の駆動量に例えば加算する補正を行う。これにより部品１１の位置姿勢を本来の位置姿勢に補正することができる。本実施形態の場合、相対位置から指令値へ加算量への変換は各駆動軸が直交しているため単純にワールド座標の単位に対して駆動軸の単位の倍率を掛ければよい。また、把持ツール１０のような吸着手段ではなく、ロボットアーム、例えば垂直多関節ロボットのような保持装置を用いる場合には、最終的な目標位置姿勢をワールド座標系で求めてから逆運動学演算を行い、指令値に変換する。

以上のように、本実施形態によれば、空中像のマークを対象物の保持装置と固定の位置関係で形成するマーク像形成装置を用いている。そのため、実体マークを用いる従来構成のように例えばパースペクティブの影響などを受けることなく、撮影画像から正確かつ確実に対象物の位置姿勢を検出することができる。本実施形態の位置検出装置を部品実装装置に用いることにより、正確かつ確実に実装すべき対象物としての部品の位置姿勢を検出することができ、それに基づき実装時の例えば対象物としての部品の位置姿勢を補正することができる。

また、本実施形態のように空中像のマークを形成するマーク像形成装置を用いる構成は、実装ヘッドなどに装着する際の制約が少なく、また、対象物の撮影対象面と同じ結像位置に位置姿勢検出の基準となる空中像のマークを形成できる。また、空中像のマークは、対象物の保持装置などの妨げとなる構造物を必要とせず形成できる。このような空中像のマークを用いれば、オクルージョン（撮影遮蔽）を生じる可能性が少なく、例えば対象物の搬送中に対象物を停止させることなく位置姿勢の検出のための撮像を行うことができる。従って、本実施形態の位置検出装置を用いた部品実装装置などの製造システムでは、位置姿勢の検出対象の部品などの対象物から物品を製造する工程を遅滞させることなく、迅速に進行させることができる。

＜実施形態２＞
以下、実施形態２、あるいはさらに実施形態３として、空中像のマークを形成するマーク像形成装置の異なる構成例を示す。

図８（ａ）～（ｃ）は、本実施形態２において、例えば図４の基準点１３として用いることができるマークの空中像を形成するマーク像形成装置、特にその光源装置の光学系の構成を示している。図８（ａ）～（ｃ）の構成は、実施形態１の光源８、結像レンズ９に相当する。

本実施形態ではその他のハードウエアは実施形態１と同様の構成で実現でき、以下では重複した説明は省略するものとする。

図８（ａ）～（ｃ）の光源８はチップ型のＬＥＤなど指向性が小さい光源で、主鏡筒７０の底に実装されている。光源８の上方には絞り７１が配置されている。この絞り７１によって、光源からの光が主鏡筒７０の壁面で反射してゴースト像を形成することが防止され、また、絞り７１のマスクとしての機能により、マークの空中像が例えば点形状になるように制限される。

結像レンズ９は、正の焦点距離を持つレンズであり、好ましくは、例えば収差等を抑制するため、１素子以上のレンズから構成することができる。結像レンズ９は、主鏡筒７０とは別体のレンズ鏡筒７４に固定されている。レンズ鏡筒７４は、主鏡筒７０内で図中上下方向に摺動自在に支持され主鏡筒７０に対して図８（ｂ）ないし図８（ｃ）に示すように上下動させ、伸縮することによって空中像の結像位置を調節ことができるよう構成する。図８（ｂ）のようにレンズ鏡筒を縮めた場合は空中像の結像位置（結像レンズ９の図中下側の破線の交点）を遠方にずらすことができ、また、図８（ｃ）のようにレンズ鏡筒を伸ばした場合は空中像の結像位置（同）を近くすることができる。

また、図８（ａ）～（ｃ）の光源装置は、結像位置を設定した後、固定部材７３によってレンズ鏡筒７４を固定することができるよう構成されている。固定部材７３は、例えば外筒に螺合したビスなどによって構成され、レンズ鏡筒７４をかしめることにより、レンズ鏡筒７４と外筒とを特定の相対的な位置姿勢で固定する。固定部材７３は、レンズ鏡筒７４と外筒との可動機構と相俟って、レンズ鏡筒７４、即ち結像レンズ９の位置姿勢の調節機構を構成する。光源８と、結像レンズ９と、の相対的な位置姿勢を調節する同様の調節機構は、後述の図１１（実施形態３）でも用いられる。

このような構成により、部品１１の厚みが変化したなどの理由でカメラ３２の焦点位置を変更しなければならないような場合にも対処することができる。焦点の調整にはカメラ３２で取得される画像を用いることができる。すなわちカメラ３２の位置に実装ヘッド５を静止させ、余分なものが写らないように光源３１はオフして光源８のみをオンしてカメラ３２でビデオ撮影を行う。結像する点でのスポット径が最も小さくなるのでレンズ鏡筒７４を上下させ、最も小さくなる点で固定すればよい。なお、レンズ鏡筒７４のフォーカシングをモータなどにより制御し、マーク空中像のスポット径を計算してフィードバック制御を行うことによってオートフォーカス機能を実現することもできる。また、以上の説明ではレンズ鏡筒７４を伸縮させ、空中像位置を調整する方法を示したが、主鏡筒ごと実装ヘッドに対して上下させて空中像位置を調整する制御手法をとってもよい。また、粗動を主鏡筒ないし実装ヘッドの動作で実施し、微動をレンズ鏡筒の伸縮で実施する構成を用いてもよい。

＜実施形態３＞
図９は実施形態３で使用される基準点１３である空中像を形成する光源装置である。実施形態１の光源８、結像レンズ９に相当する部分である。この実施形態ではその他のハードウエアは実施形態１と同様の構成で実現できる、その重複した説明は省略するものとする。

本実施形態では光源８の代わりに面状のバックライト７５、およびフィルタマスク７６を用いている。フィルタマスク７６は光を通す部位と遮断する部位からなる所定のパターンが形成されている。フィルタマスク７６を通過したバックライト７５から出た光は、カメラ３２の合焦面であり結像レンズ９の焦点位置でもある平面１２で結像され、マスクのパターンを反映したシャープな像を結ぶ。平面１２はカメラ３２の合焦面であるのでカメラ３２で撮影される空中像７７もピントが合ったシャープなものとなる。即ち、この構成は、マーク像形成装置が、光源と、結像レンズと、マークの空中像の形状に対応する形状の光透過部を有するマスクと、を備える構成である。

なお、フィルタマスク７６として固定フィルム部材が安価であるが、フィルタマスク７６には液晶フィルタのような透過型光変調パネルを用いることもできる。これにより、フィルタマスク７６の透過型光変調パネルを制御するプログラムによって、任意の形状パターン、例えば図１０（ａ）～（ｄ）に示すような文字や図形の空中像マークを形成することができる。

また、有機ＥＬパネルや、マトリクス状に配置された複数のＬＥＤなど、自己発光型の光源を用いてバックライト７５とフィルタマスク７６を代替し、同等のマーク像形成を行うことができる。また、有機ＥＬパネルや複数のＬＥＤなどを空中像マークの実体形成に用いる場合には、これらの表示装置ないし光源の表示制御ないし点灯制御を介して、マークの空中像の形状パターンを任意に制御することができる。

図１０（ａ）のフィルタマスクの形状パターン１００１は、いわゆるトンボ（トリムマーク）などと呼ばれるもので、直交する十字の方向が、それぞれＸ軸、Ｙ軸方向に一致するよう投影される。このトンボ（トリムマーク）の交点は、例えば位置検出の基準点として用いることができる。

図１０（ｂ）のフィルタマスクの形状パターン１００２は、上記同様のトンボ（トリムマーク）形状のさらに文字情報を追加したものである。この例では文字情報は「Ａ１２３４」のようなサンプル文字列であるが、文字情報として例えば組み付け部品のシリアル番号や組み付け日時などの情報をマークの空中像の一部として投影することができる。この構成によれば、文字情報を利用できるため、ソフトウェアバグなどによって撮像データや部品の取り違えなどを起す可能性を低減できる。また、トンボ（トリムマーク）形状に追加した文字情報は、後で取得した画像を解析したり管理したりする際にも有用である。

図１０（ｃ）のフィルタマスクの形状パターン１００３は、複数、この例では４個のドットから成るマークを空中像として形成することができる。これらのドット間は、例えば互いの距離が既知の等間隔となるよう配置する。図１０（ｃ）の複数ドットから成る形状パターン１００３は上述同様の対象物の位置検出のための基準点として用いることができる。

図１０（ｄ）のフィルタマスクの形状パターン１００４は、は空間を分割して白黒のパターンを空中像として表示するものである。例えば、図１０（ｄ）の場合、マス目が３６個あるので２の３６乗通りのパターンを表現できる。それぞれに適宜定義を割り付けておけば図１０（ｂ）の場合と比較して、より多くの情報を表示することができる。なお、これまでの説明はモノクロのカメラを使いモノクロの空中像を形成することを前提に説明したが、カラーカメラを用いカラー表現されたマークの空中像を位置検出の基準点に用いる構成であってもよい。

また、固定のフィルタマスクの代わりに透過型光変調パネルを用いる場合は、何種類かの形状パターンを繰り返しカメラ３２により撮影させ、その撮影結果を用いて、例えば画像座標からワールド座標への変換を行うための校正データを得ることが考えられる。

さらに、図１１（ａ）～（ｃ）に示すように、マーク像形成装置の光源装置を撮影光軸に対して傾斜して配置する構成においては、フィルタマスク７６に対する空中像７７はカメラ３２の合焦面である平面１２に対して傾きを持つ。基準点として点光源の空中像のマークを用いる実施形態１や実施形態２とは異なり、本実施形態のような面構造の空中像のマークの場合は、次のような配慮が必要である。例えば、マークの空中像の大部分がカメラ３２の被写界深度範囲を外れてしまう場合がある。これに対処するには、例えば図１１（ａ）に示すように、シャインプルーフの原理を満たすようにフィルタマスク７６を傾ける。これにより、空中像７７をカメラ３２の合焦面である平面１２と一致するか、あるいは平行に設定することができる。

本実施形態３では、調節機構を用いて、フィルタマスク７６の傾きを例えば光源８の傾きに応じて調整することができる。このため、例えば、レンズ鏡筒７４の調整と合わせてカメラ３２の合焦面である平面１２と空中像７７の位置と傾きを一致させることができる。

図１１（ａ）はシャインプルーフの原理を満たす基本構成の一例を示したものであるが、さらに、図１１（ｂ）のようにフィルタマスク７６およびバックライト７５を一体として、照明の光軸に対する傾斜を調整できるよう構成してもよい。あるいはさらに、図１１（ｃ）のようにフィルタマスク７６およびバックライト７５とは独立して照明の光軸に対する結像レンズ９の傾きの調整を行う構成としてもよい。あるいはさらに、フィルタマスク７６、バックライト７５、結像レンズ９を光軸と交差する任意の方向にシフトする構成（詳細不図示）を追加してもよい。

以上のように、マークの空中像の結像系を構成する照明光学系に、レンズ、光源ないしマークの物体面、あるいはさらにレンズのティルトやシフト調整を行う構成を設けることができる。この構成は、マーク像形成装置の結像レンズと、光源と結像レンズとの相対的な位置姿勢を調節する調節機構に相当する。そして、この前記調節機構によって、例えば、前記マーク像形成装置により形成される前記マークの空中像の結像面が前記撮影装置の撮影光軸と直交するよう設定する、といった調整が可能となる。これにより、撮像条件に最適な位置姿勢および合焦状態で、マークの空中像を形成することができる。

１…ガイドレール、５…実装ヘッド、８…光源、９…結像レンズ、１０…把持ツール、１１…部品、２０…駆動制御部、３２…カメラ、４０…画像処理部、７０…主鏡筒、７１…絞り、７３…固定部材、７４…レンズ鏡筒、７５…バックライト、７６…フィルタマスク。

Claims (19)

1. 対象物を、前記対象物の移動中に撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置の被写界深度範囲内に空中像を形成する形成装置と、
   前記撮影装置の撮影画像における、前記対象物と、前記空中像との撮影像の位置関係に基づき、前記対象物の位置姿勢を検出する制御装置と、を備えた位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置において、前記形成装置は、前記空中像を含む複数の空中像を形成し、前記制御装置は、前記撮影画像における、前記対象物、および前記複数の空中像の撮影像の位置関係に基づき、前記対象物の位置姿勢を検出する位置検出装置。
3. 請求項２に記載の位置検出装置において、前記制御装置は、前記撮影画像において、前記空中像の撮影像の２つを結ぶ直線の中点と、前記対象物の撮影像の所定部位と、が一致する状態を基準として前記対象物の位置姿勢を検出する位置検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記対象物が吸着ノズルにより保持される位置検出装置。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記対象物が複数の把持指により保持される位置検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記形成装置の、前記空中像を形成するための光軸が前記撮影装置の撮影光軸に対して傾斜して配置されている位置検出装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記形成装置は、前記空中像を形成するための光源と、結像レンズと、前記光源と前記結像レンズとの相対的な位置姿勢を調節する調節機構と、を備える位置検出装置。
8. 請求項７に記載の位置検出装置において、前記調節機構により、前記形成装置により形成される前記空中像の結像面が前記撮影装置の撮影光軸と直交するよう調整することが可能である位置検出装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記形成装置は、光源と、結像レンズと、前記空中像の形状に対応する形状の光透過部を有するマスクと、を備える位置検出装置。
10. 請求項９に記載の位置検出装置において、前記マスクが、透過型光変調パネルであり、前記制御装置が前記透過型光変調パネルを制御して前記光透過部の形状を変化させ、前記空中像の形状を制御する位置検出装置。
11. 請求項１から８のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記形成装置は、マトリクス状に配置された複数の光源と、結像レンズと、を備え、前記制御装置が前記複数の光源の点灯制御を介して、前記空中像の形状パターンを制御する位置検出装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の位置検出装置において、前記制御装置は、前記撮影装置の撮影画像を介して前記撮影装置の撮影画角の内側に前記空中像が進入したか否を監視し、前記撮影画角の内側に前記空中像が進入することを契機として、前記撮影装置により前記対象物、および前記空中像の撮影画像を撮影させる位置検出装置。
13. 前記対象物を保持して搬送する保持装置を備え、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の位置検出装置によって、検出した前記対象物の位置姿勢に基づき、前記保持装置で保持した前記対象物の位置姿勢を補正して、製造装置によって前記対象物に対する製造工程を実行し、物品を製造する製造システム。
14. 請求項１３に記載の製造システムにおいて、検出した前記対象物の位置姿勢に基づき、直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の少なくとも１つに関して前記対象物を並進移動および／または回転移動させるよう、前記保持装置を駆動し、前記対象物の位置姿勢を補正する製造システム。
15. 請求項１４に記載の製造システムにおいて、前記保持装置がロボットアームであり、前記制御装置は、検出した前記対象物の位置姿勢に基づき前記ロボットアームに関する逆運動学演算を行って得た駆動量に基づき、前記ロボットアームを駆動し、前記対象物の位置姿勢を補正する製造システム。
16. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の位置検出装置によって検出した前記対象物の位置姿勢に基づき、前記対象物の位置姿勢を補正して、製造装置によって前記対象物に対する製造工程を実行し、物品を製造する製造方法。
17. 制御装置が、保持装置により保持した対象物が撮影装置の撮影領域内を通過するよう移動させる搬送工程と、
    前記制御装置が、前記撮影装置によって、前記撮影領域内を移動する対象物と、前記保持装置に固定された形成装置により前記撮影装置の被写界深度範囲内に形成された空中像と、を撮影させる撮影工程と、
    前記制御装置が、前記撮影装置の撮影画像における、前記対象物と、前記空中像との撮影像の位置関係に基づき、前記対象物の位置姿勢の補正量を検出する位置検出方法。
18. 請求項１７に記載の位置検出方法の各工程を前記制御装置に実行させる制御プログラム。
19. 請求項１８に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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