JPH0350608A - トラツキング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野゛ 従来の技術（第７図、第８図、第９図）発明が解決しよ
うとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例（第１図（ａ）、第１図（ｂ）、第２図、第４図
、第５図、第６図） 発明の効果 第３図、 〔概　要〕 本発明は、プリント基板上に指定されたスルーホールの
位置を正確に検出するためのトラッキング方法に関し、
例えば、電話回線等の接続、切断を自動化することを目
的とし、外部指令によって動作するロボット機構（二次
元Ｘ−Ｙ軸ロボロボットとそれに取りつけられた接続用
ピン及び−次元等のレーザセンサによって位置を計測す
る位置計測部から構成され、指定されたスルーホールの
位置を探索する際、レーザ光の反射光量よりレーザセン
サにおいて検出されるスルーホール信号とパターンから
の反射信号と基板面からの反射信号とによって探索位置
を計測し、探索経路をレーザ軌跡が離脱した場合にはロ
ボット機構が正しい位置にもどるようなフィードバック
機能を有するトラッキング方法に関する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はプリント基板上の指定されたスルーホールの位
置を正確に検出するためのトラッキング方法に関し、さ
らに具体的には、ロボット機構と位置計測部とを組み合
わせて、決められた位置から指定されたスルーホール位
置を探索する際、探索経路を離脱したことを検出してロ
ボット機構が正しい位置にもどるようなフィードバック
をかけることを特徴とするトラッキング方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のパターン探索のためのトラッキング方法は、対象
とするプリント基板上に位置ずれ検出用マーキングを行
ない、そのマークを検出することにより位置修正を行な
うのが一般的である。第７図は従来方式としてのマーキ
ング法によるトラッキング方法の原理説明図である。第
７図において１は所定のパターンであり、マトリックス
ポード（ＭＢ）上に印刷された金等による金属めっき層
である。３は穴の部分を示し、マトリックスポード（Ｍ
Ｂ）に対して貫通穴として形成されている。

２は検出用マーキングを示し、光に対する反射率の良い
白ペイント等がその上部に塗布されている。

第７図に図示されたように、マーキング法によるトラッ
キング方法では対象とするパターン１の上下両側にトラ
ッキング用の検出用マーキング２を印刷しておく。二次
元Ｘ−Ｙ軸ロボロボットターン上を移動して半導体レー
ザよりのレーザ光線を照射しながら、パターン探索のた
めのトラッキングを行なうが、パターンよりのレーザ光
の反射光をセンサによって検出し、レーザの軌跡がどの
方向にずれたかを判断し、位置の修正を行なう。例えば
、第７図において、レーザの軌跡の内、（イ）の軌跡は
正しいレーザの軌跡を示しているが上方向にずれた場合
には例えば（ロ）に示す軌跡となり、下方向にずれた場
合には例えば（ハ）に示す軌跡となる。従って、（ロ）
及び（ハ）のような軌跡を通過した場合には検出用マー
キング２よりの反射光をセンサにより検出すると、どち
らの方向にずれているかの判断ができ、位置の修正を行
なうことができる。

ここでこのようなトラッキング方法を適用する技術につ
いて説明する。第８図は、エポキシもしくはセラミック
ス等の材質により形成されるマトリックスポード（ＭＢ
）上のマトリックスパターン１の形状を概略的に示して
いる。第８図中のパターンｌは第７図に図示したパター
ン１或いは本発明のトラッキング方法を適用するパター
ンに対応している。第８図のマトリックスポードは例え
ば１８０ｍｍｘ　１０５ｍｍの寸法であり、その中に直
径約９００μｍの貫通穴（スルーホール）を有するパタ
ーンｌが形成されており、かつこのパターンは金等によ
る金属層がめつきされている。

この第８図に図示されたマトリックスポード（ＭＢ）４
はさらに実際には第９図に図示される如（、約３００枚
所定の間隔で同じくマトリックス状に配置されている。

即ち、第９図はマトリックスポードの配置構成図を図示
している。さらに二次元Ｘ−Ｙ軸ロボロボット第９図内
に図示される如く配置され、Ｘ軸およびＹ軸方向に高速
で移動することができるようになされており、粗く所定
のマトリックスポード（ＭＢ）４を選択後、トラッキン
グ方法によりパターン１を照射されたレーザ光線の反射
をセンサで検出しながら追跡する。二次元Ｘ−Ｙ軸ロボ
ロボットはピン６が取り付けられており、所定の指定穴
の探索が終了した時点で、その指定穴に対してピンを挿
入する動作を行なうことになる。このようなマトリック
スポードの配置構成はさらに具体的には二階層に構成さ
れていて、導電性のピン６を指定穴に挿入すると所望の
電話回線間が接続されることになり、このピン６を抜い
て別の指定穴に挿入すれば先の電話回線間は切断され、
別の電話回線間が接続されるという動作を行なうことに
なる。このように二次元Ｘ−Ｙ軸ロボロボット使用して
正しく指定穴のトラッキングと中心位置の位置決めを行
なうわけであるが、マトリックスポード自体が経時変化
等の事情により撓んでしまったり、歪んでいたり或いは
傾いていたりすることがあり、一方指定穴の直径は約９
００μｍであり、許容誤差は各単体の誤差を考えると、
±３５０μｍ程度であることから、パターン１上を正確
に連鋳するトラッキング方法及び中心位置の決定方法が
必要であった。従って、従来方式のトラッキング方法と
しては前述の如きマーキング法によるトラッキング方法
が実施されていた。

従来、電話回線の接続、切断のためのマトリックスポー
ド上におけるピンの抜き差しは人手を介して行なわれて
いること多かったが、従来のマーキング法、或いは本発
明によるトラッキング方法を適用することにより、二次
元Ｘ−Ｙ軸ロボロボットーザセンサにより、自動化して
しかも正確に行なうことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、従来方式によるトラッキング方法では検出用
のマーキングパターンを予め所定のパターン上に印刷付
加する必要があった。しかも対象パターンの両側にマー
キングパターンを配置しなければならないためコスト高
になるという問題点があった。また、マーキングパター
ンを余分に配置するため、所望のパターン間隔にも制限
が生じ、パターン配置のための集積密度が制限されると
いう問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、レーザセンサの反射光量のデータに基づいて
パターンから離脱したことを判別し、パターン上の正し
い位置に修正を行なうトラッキング方法を提供すること
を目的とする。さらに具体的には、本発明は一次元等の
レーザセンサの距離信号及び光強度信号を用いて、穴の
位置並びにパターン上か、或いは基板上かを判定し、基
板上と判定された時に、パターン上から離脱した直前の
穴の位置まで戻り、パターン上の探索を再開することに
よりパターン上の正しい位置に修正を行なうトラッキン
グ方法を提供することを目的とする。

上記の目的は、外部指令によって動作するロボット機構
と、レーザセンサによって位置を計測する位置計測部か
ら構成され、所定のスルーホール列を有するプリント基
板上の指定されたスルーホールの位置を検出するトラッ
キング方法において、指定されたスルーホールの位置を
探索する際、レーザ光の反射光量よりレーザセンサにお
いて検出されるスルーホール信号とパターンからの反射
信号と基板面からの反射信号とによってプリント基板上
の探索位置を計測し、レーザ軌跡が前記所定のスルーホ
ール列上を離脱した場合には、ロボット機構が正しい位
置にもどるフィードバック機能を有することを特徴とす
るトラッキング方法によって達成される。

〔作　用〕

本発明はプリント基板上の指定されたスルーホールの位
置を正確に検出するためのトラッキング方法に関し、外
部指令によって動作するロボット（二次元Ｘ−Ｙ軸ロボ
ロボット機構と一次元等のレーザセンサによって位置を
計測する位置計測部から構成され、指定されたスルーホ
ールの位置を探索する際、金属パターン上であるか、マ
トリックスポード等の基板上であるか或いは穴の位置で
あるかをレーザ光の反射光量よりレーザセンサにおいて
検出される距離信号と光強度信号によって判別し、基板
上であるという中間レベルの光強度信号が検出された場
合には、直ちにパターン上からずれたものと判断し、直
前の穴の位置に戻り、かつその穴の中心位置の位置計測
を、レーザ光を穴の中心と思われる位置でＸ軸、Ｙ軸方
向に移動し、エツジを検出することで中間点を穴の中心
位置として検出し、ロボット機構が正しい位置にもどり
再びこの穴の中心位置からパターン上の探索を再開する
というフィードバック機能を有するトラッキング方法と
しての動作を行なっている。

〔実施例〕

第１図に本発明によるトラッキング方法の動作説明図を
図示する。ここで、第１図（ａｌは所定のパターンｌ上
をレーザ軌跡７が、所定の穴３の中心点を通過しながら
正常にトラッキングしている状態、即ち二次元Ｘ−Ｙ軸
ロボロボットロボット機構が正しい移動を行なっている
状態における、位置計測部におけるレーザセンサにおい
て検出された距離信号波形８と光強度信号波形９を図示
している。レーザの軌跡７が第１図（ａ）に図示した如
く、パターン上か穴の位置にあるかによって、レーザ光
の反射率が異なるため、レーザセンサによって受信され
る２つの信号、即ち距離信号８と光強度信号９が得られ
るわけである。穴３はプリント基板上に貫通穴（スルー
ホール）等として形成され、その周辺に金等の金属層を
めっきされたパターン１が構成されており、レーザ光に
よってパターン上を探索しながら目的とする指定穴（基
準穴、指定差点穴）を抽出できるわけである。従って、
レーザの軌跡７が正確にパターンと穴の上を通れば、第
１図（ａ）に図示されたような距離信号８及び光強度信
号９が抽出できることになる。

一方、第１図世）はレーザ軌跡７１がパターン１上でず
れた時の移動状態について、それぞれ同様にレーザセン
サにおける距離信号波形８１と光強度信号波形９１とを
図示している。第１図（ｂ）において１１．１２．１３
．１４．１５は所定のパターンにおける特に穴とその周
辺部の金属パターン部分を指示する参照番号であるが、
第１図（ｂ）において図示されるように、レーザの軌跡
７１はパターン部分１１．１２を通過している時は正常
な移動となっているが、パターン部分１３では既に穴の
中心位置かられずかにずれており、パターン部分１４で
は大きくずれ、ついにパターン部分１４を通過した直後
には金属パターン上を離脱してしまい、レーザの軌跡７
１は基板部分上を移動し、パターン部分１５では穴の中
を通過できず対応する距離信号８１はハイレベルを維持
し、同様に光強度信号も穴の位置情報を完全に失なって
いる。

ここで特に注目してみたいのはレーザの軌跡７１が基板
上をトラッキングしている時である。即ち対応する距離
信号は、レーザの軌跡が基板上の場合はハイレベルであ
り、一方の光強度信号は中間レベルとして表示されるこ
とになるわけである。

このように第１図（ｂ）では、何らかの経時変化等の理
由でマトリックスポード（ＭＢ）が変形したり、撓んだ
り、曲げられていたりした場合において、レーザの軌跡
がずれた場合のレーザの軌跡７１に対応する２つの信号
波形を示している。第１図（ｂｌに図示するよ・うに、
レーザ光の軌跡が上方向にずれと距離信号８１及び光強
度信号９１に変化が現われる。第１図（ｂ）に示す距離
信号波形８１により穴の位置を計測し、光強度信号波形
９１により穴、パターン、或いは基板上にいるかの判別
を行なう。

距離信号波形８１によってレベルが低い部分（ローレベ
ル）が穴であると判断し、しかもその中間点の座標を計
算すると、その中間点を通ってＸ軸と直角なＹ軸方向に
移動ずれは必ず穴の中心位置を計測できることになる。

一方、光強度信号波形９１の中で高レベル（ハイレベル
）がパターン上、中間レベルが基板上、低レベル（ロー
レベル）が穴と判別されるわけである。次に第２図を参
照して、本発明によるトラッキング方法におけるレーザ
軌跡７１の修正方法を説明する。即ち、第２図は本発明
によるレーザ軌跡の修正方法の説明図である。第２図に
おいて、それぞれ第１図（ｂｌの各部分と対応する部分
には同一の参照番号を付している。第２図においてずれ
たレーザ軌跡７１がパターン部分１４を通過して基板上
を移動することによって光強度信号波形９１において、
図示されるように、中間レベルが検出された時、パター
ン上からずれたと判断して、直前の穴、即ち第２図にお
いてパターン部分１４の穴の位置に戻ることになる。そ
して穴１４の位置において、レーザ光をＸ軸及びＹ軸方
向に移動して、円形穴のエツジの位置を検出することで
、中心点の位置を計測する。

計測された穴の中心位置より再びパターン上を修正され
たレーザ軌跡７２に図示されるように探索する。このよ
うに、−度パターンを離脱してレーザ軌跡がずれた場合
には直ちにその位置情報を２つの信号から検出して、直
前の穴の位置にもどるというフィードバック動作を行な
い、常に穴の中心位置を検知しながら、二次元Ｘ−Ｙ軸
ロボロボットロボット機構を移動させる、トラッキング
方法である。

第３図は上記のフィードバック動作によって戻った穴の
中心位置の計測方法の説明図である。フィードバックに
よって戻った穴の中心と思われる位置でＸ軸方向にまず
レーザ軌跡を移動し、パターンとの境界となる穴のエツ
ジ位置を座標Ｘ１゜Ｘ２として計測する。このＸｉ、Ｘ
２の座標の中心を計算して、次にその中心座標位置（Ｘ
１＋Ｘ２）／２においてＹ軸方向にレーザ軌跡を移動す
る。同様にエツジ位置Ｙｌ、Ｙ２を計測する。このＹｌ
、Ｙ２の座標の中心を計算して、（Ｙ１＋Ｙ２）／２と
して求める０以上のようにＸ軸９Ｙ軸方向のエツジを検
出することから、穴の中心ことになる。このように計測
することによってほぼ円形に近い穴の中心位置は決定さ
れる。

第４図はこのようにしてフィードバックにより戻った穴
の中心位置決定の動作フローチャート図である。

（１１において、第３図の穴のＸ十方向に移動し、ＭＢ
間の距離を測定し、Ｘ軸方向（ＭＢに対して垂直方向）
に移動してレーザのフォーカスを合わせる。

（２）において、穴のＸ＋側から一方向に移動し、穴の
エツジ部分を検出し、大幅の確認を行なう。

（３）において、穴のＹ十方向の中心位置を計算する。

（４）において、穴のＹ十方向に移動してＹ一方向に移
動しながら穴のエツジ部分を検出し、大幅の確認を行な
う。

（５）穴のＹ方向の中心位置を計算する。

以上の動作フローによって穴の中心位置を見出すことが
できる。第２図のパターン部分１４の穴において具体的
に上記のようなプロセスを用いて穴の中心を割出してい
る。

第５図は本発明によるトラッキング方法において使用さ
れる位置計測部の構成図である。即ち、第５図において
は所定のパターン及び穴３を有するマトリックスポード
（ＭＢ）４に対して、半導体レーザ４０より、コリメー
トレンズ４１°、アナモルフィックプリズムペア４２、
片凸レンズ４３、ビームスプリッタ４４を通してレーザ
光を照射する。一方パターン、穴３、及びマトリックス
ポード４からのレーザ光の反射光の位置情報即ち、距離
信号及び光強度信号はビームスプリッタ４４内のミラー
により反射されて、両凸ンズ４５を介して４分割ホトダ
イオード４６によって検出されるように構成されている
。二次元Ｘ−Ｙ軸ロボロボットパターン上を探索移動す
るロボットのヘッド部分等にこのような半導体レーザ４
０及び４分割ホトダイオード４６等のレーザセンサを含
む位置計測部が取り付けられている。

第６図は、第５図の４分割ホトダイオード４６による指
定穴の中心位置を正確に計測する原理図である。第６図
においてＡ、　Ｂ、　　Ｃ，Ｄはそれぞれ同一特性で同
一面積のホトダイオードであり、全体として４分割ホト
ダイオードを構成している。

このようなＡ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄの４分割ホトダイオード
パターン上に穴のパターン形状３０が影として映し出さ
れている。各ホトダイオードには照射されたパターン或
いはその補数としての光の照射量に比例した信号量が計
測されることから、差動増幅器５０．５１により、それ
ぞれのＹ軸方向及びＸ軸方向のずれを、各ホトダイオー
ドに照射された光の照射量に対応する信号量の和と差か
ら演算することにより求めることができる。従って、Ｘ
軸方向、Ｙ軸方向のずれを修正することで正確に穴の中
心位置を求めることができ、逆に中心点からどのくらい
ずれた位置にいるかも精度良く把握することができる。

例えばこの位置合わせの精度は約１０μｍ程度である。

従って、このようにして指定穴の中心位置がわかれば、
前述の如く電話回線間の接続等の目的のためのピンを正
確に挿入することができる。

本発明の実施態様を述べると以下の通りである。

即ち、本発明は外部指令によって動作するロボット機構
と、レーザセンサによって位置を計測する位置計測部か
ら構成され、所定のスルーホール列を有するプリント基
板上の指定されたスルーホールの位置を検出するトラッ
キング方法において、指定されたスルーホールの位置を
探索する際、レーザ光の反射光量よりレーザセンサにお
いて検出されるスルーホール信号とパターンからの反射
信号と基板面からの反射信号とによって基板上の探索位
置を計測し、レーザ軌跡が前記所定のスルーホール列上
を離脱した場合には、ロボット機構が正しい位置にもど
るフィードバック機能を有することを特徴とするトラッ
キング方法に関するものである。

〔発明の効果〕

本発明のトラッキング方法によれば、レーザセンサによ
って検出される、距離信号と光強度信号の２つ信号だけ
で穴の位置、並びにパターン上から離脱したという情報
を抽出することができ、レーザ軌跡を正しい位置にフィ
ードバック法により修正可能となり、常に穴の中心位置
を確認しながらパターン上を正確に探索できるという利
点が存在する。従って従来方式においてマトリックスポ
ード（ＭＢ）等の基板上に設けられていた特殊な光学的
反射率を高めた検出用マーキングも不要となり、パター
ンの集積密度も高めることができるという利点が存在し
、しかも低コストで実現できるという利点が存在する。

従来、電話回線の接続、切断のためのマトリックスポー
ド上におけるビンの抜き差しは人手を介して行なわれる
ことが多かったが、本発明によるロボット機構と位置計
測部の構成で行なわれるフィードバック機能を有するト
ラッキング方法によって、正確にパターン上をトラッキ
ングして指定穴を探索しピンを精度良く抜き差しでき、
このような局の完全自動化による無人局化も計ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトラッキング方法の動作説明図で
あり、特に第１図（ａ）は正常な移動状態についてレー
ザ軌跡に対する距離信号と光強度信号の波形を図示して
おり、第１図（ｂ）はレーザ軌跡がパターン上でずれた
時の移動状態についてそれぞれ同様に距離信号と光強度
信号波形を図示している。 第２図は本発明によるトラッキング方法におけるレーザ
の軌跡の修正方法を説明するための図面であり、第３図
はフィードバックで戻った穴の中心の位置を計測するた
めの方法の説明図であり、第４図はフィードバックによ
り戻った穴の中心位置決定の動作フローを示すフローチ
ャート図であり、第５図は本発明によるトラッキング方
法におけるレーザ軌跡の位置計測部の構成例である。第
６図は４分割ホトダイオードによる指定穴の中心位置を
計測する原理図であり、第７図は従来例としてのマーキ
ング法によるトラッキング法の原理説明図であり、第８
図はマトリックスポード（ＭＢ）上のパターン配置の概
略図を示し、第９図はマトリックスポードの配置構成図
を示している。 １・・・パターン、 ２・・・検出用マーキング、 ３・・・穴（指定穴、基準穴、スルーホール）４・・・
マトリックスポード（ＭＢ） ５・・・二次元Ｘ−Ｙ軸ロボロボ ット・・ビン ７・・・レーザ軌跡 ８．８１・・・距離信号（波形） ９．９１・・・光強度信号（波形） １１．１２．１３，１４．１５・・・穴及びその周辺の
金属パターンのパターン部分 ３０・・・映し出された穴のパターン ７１・・・ずれたレーザ軌跡 ７２・・・修正されたレーザ軌跡 ン　　　　　ン Ｘ２　　　　Ｘｌ フィードバラクで戻った穴の中ノご位置の計測方法の説
明図 笥　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外部指令によつて動作するロボット機構と、レーザセン
   サによつて位置を計測する位置計測部から構成され、所
   定のスルーホール列を有するプリント基板上の指定され
   たスルーホールの位置を検出するトラッキング方法にお
   いて、指定されたスルーホールの位置を探索する際、レ
   ーザ光の反射光量よりレーザセンサにおいて検出される
   スルーホール信号とパターンからの反射信号と基板面か
   らの反射信号とによつてプリント基板上の探索位置を計
   測し、レーザ軌跡が前記所定のスルーホール列上を離脱
   した場合には、ロボット機構が正しい位置にもどるフィ
   ードバック機能を有することを特徴とするトラッキング
   方法。