JPH07500423A - センサ装置及び位置決め方法並びにそれらのマウントロボット制御への利用 - 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】 センサ装置及び位置決め方法並びにそれらのマウントロボット制御への利用 本発明は、二つの相互に移動する物体の相対位置を確定する請求の範囲ｌの前文 に記載のセンサ装置と、このセンサ装置を用いて移動可能なロボットの位置を自 動的に決める方法と、機械モして／または装置、特に電子チップの自動加工また は処理用の機械モして／また装置を配列した工程ラインで使用するマウントロボ ットを制御するための前記センサ装置の使用並びに前記位置決め方法の適用に関 するものである。

第１図は、従来技術による電子チップを自動的に加工する機械モして／または自 動的に処理するための装置の工程ラインを概略図示第２図は、第１図に示した従 来技術による設備から選んだ装置の概略側面図である。

雑誌　ｒＰｒｏｄｕｃｔｒｏｎｉｃ　１／２−１９９１Ｊの１１２頁およびｒＥ ｕｒｏｐｅａｎ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＪの１９９０年１０月号には、第 １図に斜視図と示した電子チップを自動的に加工する機械そして／または自動的 に処処理するための工程ラインが開示されている。機械Ｂ１からＢ４は、例えば 電子チップに電子結線を施す「ダイボンダ」及び「ワイヤボンダ」であり、装置 Ｅ１とＢ２は、例えばプラスチックをキュアするための連続オーブンと、電子チ ップを中間的に貯えて置くための装置である。電子チップが輸送されて機械Ｂ１ からＢ２または装置Ｅｌ、Ｅ２に供給される際、或いはそこで加工または処理を 受け、その加工または処理のあと其処から送り出される際には、加工または処理 される電子チップはマガジンに納められている。

機械Ｂ１からＢ２および装置Ｅｌ、Ｅ２は直列に配置される。この直列配置され た機械及び装置の後側には、マガジンの輸送に関するレール装置Ｔが設けられ、 このレール装置上を走行すマウントロボットＲは、要求に応じてマガジンＭを掴 み、移動し、位置付けし、そして開放する。

機械Ｂ１、レール装置Ｔ及びマウントロボットＲは、′！Ｊ２図に側面図の形で 概略図示されている。マウントロボットＲは、このレール装置Ｔ上を直線的に、 かつ水平に走行する。マガジンＭを掴むグリップ装置Ｇは、前進後退可能な往復 台Ｖと昇降可能な往復台ＨとによってマウントロボットＲ上で移動可能に支持さ れている。前進後退可能な往復台Ｖは、マウントロボットＲ上でレール装置Ｔに 対して水平かつ直角方向に機械Ｂ１に対し、前進または後退する方向に移動する ことが出来る。昇降可能な往復台Ｈは前進後退可能な往復台Ｖに対し垂直方向に 移動することが出来る。その結果、グリップ装置Ｇは、マガジンＭを機械Ｂｌに おけるマガジンの計画位置Ｐ１またはＢ２に運び込んで其処に降ろしたり、或い はそこでマガジンを掴んで其処から持ち去ったりするための、機械Ｂｌに対して 三つのデカルト自由度、即ち三つの移動方向に動（ことが可能である。

このことがマウントロボットＲの動きを自動化する問題を課することになる。

機械Ｂ１からＢ４は、組み立て工程の要求に従ってセットされ、変更され、そし て調整される。その時、個々の機械は明らかに一線に並べられると共に、出来る 限りレール装置Ｔに対して直角に、即ちマウントロボットＲの走行方向に直角に 並べられるが、レール装置Ｔに対して機械的に、直接的に所定の方法で接続され てはない。

只一つの共通な基準は床面であり、そのうえ機械Ｍまたはその上のマガジン位置 ＰＩ、Ｐ２は床面に対して標準化されない種々の高さで、そしてレール装置Ｔに 対しては標準化されない種々の距離で配置される。こうした状況下で、マウント ロボットを自動化するためには、マウントロボット自身がマガジン位１！Ｐ１． Ｐ２を学習し、それに対応するグリッパ装置Ｇのセット位置を決定する必要があ る。

さもなければ、マガジン位置Ｐｉ、Ｐ２を変更の度毎に計測しなけれはならず、 そして対応するデフォルト値としてマウントロボットＲの制御装置に入力されな ければならない。これは実に厄介で煩雑な作業である。マガジンの位置を検出す るためには、センサ装置が必要になる。

この目的に使用することの出来るセンサ装置は、例えばＮａｍｃＯ社のパンフレ ットｒＬＮ１１０／１２０Ｊに開示されている。このセンサ装置は、実質的には 光源としてのレーザ装置、定速で回転するミラー装置、光検出器、および角度基 準検出器を統合した計測装置と、逆反射装置と、物体に添付するコードプレート と、計算回路の機能をはだすマイクロプロセッサとからなっている。定速回転す るミラー装置を使うことによって、レーザビームは所定の画角で周期的走査を行 なう。逆反射装置は光検出器にレーザビームを返す。

一定割合でレーザ走査ビームが逆反射装置にあてられている限り、光検出器から 逆反射装置までの距離に逆比例するパルス幅の逆反射パルスが光検出器によって 発生される。逆反射装置が光検出器に近：すれば近いほど、走査周期におけるダ ーク間隔に対する逆反射間隔のパルスデューティ−ファクタは大きくなる。他方 、角度基準検出器は走査周期ごとに角度基準パルスお発生する。もし走査の過程 でレーザビームが逆反射装置に到達すると、逆反射パルスが開始される。角度基 準パルスの始まりと逆反射パルスの始まりとの間の時間は、角度基準パルスの始 まりにおけるレーザビームの方向に対する逆反射装置の角度位置に直接比例する 。その結果、もしレーザビームに対する走査面または回転ミラー装置の軸に直角 な走査面における逆反射装置の大きさが解れば、逆反射装置の角度位置または距 離の非接触測定が可能になる。更に、もし既知の逆反射装置が物体の決まった位 置に設けられているか、または既知の物体が既知の逆反射装置と光検出器との間 でレーザビームを遮るように設けられていれば、計算回路は同じ原理で物体の距 離と位置を計算することが出来る。この場合、物体にはコードプレートを付けて もよく、計算回路はこのコードプレートによって物体を見分けることが出来る。

以下の記述では説明を簡単にするために、物体またはコードプレートが常に画角 の二等分線に対して実質的に直角な平面内にあると仮定する。もしも、物体また はコードプレートが画角の二等分線に対して既知の角度だけ傾斜している場合に は、計算回路によって計算される物体またはコードプレートからセンサ装置の光 学中心までの距離は、この角度の余弦によって補正されねばならない。

電子チップを自動的に加工及び処理するための機械及び装置を配設した工程ライ ンにおいて、もしマウントロボットＲが上述の種類のセンサ装置を備えていれば 、計算回路は機械Ｂｌ乃至Ｂ４や、装置Ｅ１、Ｅ２の距離及び位置に関する情報 を供給するが、それはレーザビームによって捜査される面または回転ミラー装置 の軸に直角な面に在るものに関する情報だけである。マウントロボットＲを自動 化するには、回転ミラー装置の軸に平行な方向に関する情報、またはレーザビー ムによる走査面に直角な方向に関する情報がまだ抜けている。何故ならば、上述 の種類のセンサ装置によって得られる情報は二次元情報だけであって、マウント ロボットＲの動きを自動化するのには不十分である。

この種のセンサ装置を二台組合わせてこの不十分さを克服することは煩雑であり 、更にマウントロボット周囲にある限られた空間からすれば、混乱を招くだけで ある。

従って、本発明の目的は単一のセンサ装置が、特にロボットの動きを自動化する のに十分な三次元情報を供給することが出来るように、上述の種類のセンサ装置 を改良することにある。

この目的を達成するために、最初に述べた種類のセンサ装置は、請求の範囲ｌに 記載の特徴の組合せによって特徴付けられる。機械モして／または装置を配列し た工程ラインに使用するマウントロボットを制御するためのセンサ装置の使用に ついては、請求の範囲１４に明らかに記載されている。センサ装置によって自動 的にロボットの位置基準を決定する方法は、請求の範囲１６に明記されている。

機械モして／または装置の工程ラインたいして、相互に直交する三つの方向に移 動可能にマウントロボットを制御する方法の応用については、請求の範囲１９が それを明記している。本発明の有利な展開については、それぞれの従属項に明記 されている。

本発明によるセンサ装置によれば、本発明によるコードフィールドを用いてマウ ントロボットの位置決めをし、そしてもし適切な構成であれば、コードフィール ドの情報を読み取るのに、単一の走査装置で十分である。

即ち、本発明は一方において、計算回路が機械または装置とマガジンから、それ らの位置、大きさを簡単に計算し、そしてもし適切な構成であれば、自動連続運 転においてこれら計算結果を順次、マウントロボットの制御用情報として送り出 すことを可能にするものである。マウントロボットは機械または装置とマガジン の位置、大きさを簡単に学習し、そしてもし適切な構成であれば、自動連続運転 においてこの学習を行なう。そのあと、グリッパ装置は種々の機械または装置に おいて、マガジンをいろいろな位置に自動的に移動することが出来、そして種々 のマガジンをその形式にしたがって取り扱うことが可能になる。

他方、本発明によれば、機械、装置及びマガジン上や、同一または他のフードキ ャリヤ上に、本発明によるコードフィールドの所定の位置で、例えば機械やマガ ジンの形式等に関する情報を供給するコードフィールドを付は加えて設けること が可能になる。本発明によるコードフィールド関して、マウントロボットは付は 加えられたフードフィールドの位置を知っているから、機械または装置や、マガ ジンの位置、大きさを学習すると、直ちに走査装置の画角内にもうひとつのコー ドフィールドを持ってきて、その情報を読み取ることが出来る。

更に、位置がグリッパ装置によって移動される毎に、これらの位置は新に決めた 実際の位置と、記憶された位置との比較によって自動的にチェックすることが出 来る。このチェック結果は、一連の機械または装置列の長さ、機械または装置の 意図しない移動、または床面の動き、振動による位置ずれ等に起因する距離の誤 差の自動補正に使用され、それに応じて初期に学習した位置が調整される。この チェック結果は、例えば、もしマガジンの受け入れ位置にマガジンを追加する場 所がないとか、或いはマガジンの排出位置にマガジンが用意されていない等の場 合に、ある位置または物体の不在を検出するのにも使用することが出来る。

最後に、マウントロボットの制御においては、プログラムされない物体をそれな りに検出することができ、マウントロボットがずれた位置にあるマガジンや、垂 れ下ったケーブル等の障害物と衝突しないように制御することが出来る。

以下、本発明を図面を参照して詳細に述べる。本発明の利点はこの説明から明ら かとなろう。図において：第３図は、上述の形式の公知のセンサ装置と共に使用 する本発明によるマスクとしてのバーコードを備えた逆反射装置の平面図であり ： 第４図は、センサ装置におけるバーコードとレーザビームの角度と長さの関係を 幾何学的に示した図であり；第５ａ図と第５ｂ図は、それぞれ一つの対角線と二 つの光学的に同一な中間フィールド領域を備えた一つの中間フィールドにおける 境界線と表面領域の角度と長さの関係を幾何学的に示した図であり；そして 第６ａ図と第６ｂ図は、それぞれ二つの光学的に異なる中間フィールドを備えた 一つの中間フィールドにおける境界線と表面領域の角度と長さの関係を幾何学的 に示す図である。

第３図において、例えば既に引用したＮａｍｃｏ社のパンフレットに開示され、 それ自体公知である逆反射装置１が、実質的に平らな逆反射表面の平面図として 描かれている。逆反射装置１は、例えば引用Ｎａｍｃ　ｏ社パンフレットに述べ られている形式のセンサ装置の一部である。このセンサ装置は、例えば第１図、 第２図に示したマウントロボットＲのようなロボットに装着される。

しかしながら、原理的には、表面が適当な仕方、即ち逆反射の代わりに逆拡散で 光を散乱するセンサ装置もまた使用可能である。そして、レーザビームの代わり に、別の光線を使用することも可能である。また、一般には、レーザ光と光学中 心の周りを回転するミラー装置によって周期的な走査を行なう代わりに、一連の 発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光と、一連の光検出器とを使用して、グローバ ル走査を行なうことも可能である。

逆反射装置１の逆反射面には、実質的に平板なマスクが取り付けられる。このマ スクはある点で、不透明な幅広で棒状の線２と、不透明な輻の狭い棒状の線３を 備え、その他の点では透明となっている。このマスクは、例えばその一部が逆反 射面上にあるガラス板をコートしている写真用エマルジョンで形成されている。

しかし、このマスクを逆反射装置ｌの逆反射面に直接色彩塗布して形成してもよ い。原理的には、このガラス板を逆反射面の前に取付けることも可能である。不 透明の線は、黒くして目で確認できるようにしたほうが有利である。

マスクを取付けた逆反射袋（１１は、第１図に示す各機械と装置の後側の所定の 部位、例えば床面から所定の高さにある第２図の部位Ｓに設けられる。この高さ は対応ディホルト値としてロボットの計算回路に入力され、従ってロボット制御 装置の知るところとなるので、センサ装置の画角に逆反射装置１が入るようにロ ボットを移動させることが可能になる。

更に、ある種の形式の機械または装置の個々の重要な位置、特にマガジンを持っ てきたり、或いは取り上げたりする位置が、逆反射装置１に対して決められてい るような場合には、ロボットの計算回路はそこに対応するディホルト値によって その情報を受け取る。従って、ロボットの計算回路が以下に説明する方法で逆反 射装置の位置を知ると、ロボットの制御装置は直ちにグリッパ装置を情報位置に 自動的に移動し、種々のマガジンをその形式にしたがって取り扱うことが可能に なる。

逆反射装置ｌ上には、線２や線３のような線の組合せが種々のバーコードを形成 し、このバーコードをセンサ装置の光線が走査する。゛この目的のために、バー コードの線は通常、線の組合せによってコード化された意味を持った線の集合に 分けられていて、各々の線の集合は実質的に（即ち、実際には境界線のない）長 方形の線集合領域内に配置されて情報ブロックを形成する。

第３図の例では、四つの特定の線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄが一つの実質 的な（即ち、実際には境界線のない）長方形のコードフィールドを形成している 。逆反射装置１は第１図に示した機械または装置上に、長方形コードフィールド の中心線がセンサ装置の走査面に平行になるようにして配置される（一般には、 長方形の中心線とは幾何学的に明確に定義された用語であるが、本発明によるこ の例では現実に存在する線ではないので、ここに述べている中心線については第 ３図に図示しない）。

長方形のコードフィールドにおいて、線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの各々 はそれ自身実質的な（即ち、実際には境界線のない）長方形の位置決めフィール ドを形成している。正確には、実質的に線集合を縁取る長方形が同一になるよう にして位置決めフィールドを形成している。更に、線集合はその長方形、即ち線 集合領域６Ａ。

６Ｂ、６Ｃ，６Ｄ内において、境界７または１２のように、長方形即ち線集合の より長い方の境界が、線のより長い方の境界になるような向きに配置されている 。そして長方形、即ち線集合領域６Ａ。

６Ｂ、６Ｃ１６Ｄは、実質的に（即ち、実際には線のない）それらの短い辺が一 線に並び、かつ長辺が互いに平行になるようにして配置される（ところで、「長 い」、「短い」という用語は、特に第３図の例を参照したものであるが、本発明 の範囲内でそれらを入れ換えて使用することも可能である）。ところで、位置決 めフィールドのコードはそれぞれ、少なくとも二本の長方形の線と、その間にあ る長方形の空間隙からなっていて、これらの線と空間隙は、例えば「明」と「暗 」といったように光学的には互いに異なり、そしてその長手方向はコードフィー ルド全体に延びるの中心線に対し直角をなしている。

それぞれ相隣る長方形の位置決めフィールド、即ち線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ ，６Ｄは、互いに所定の同じ距離に配置されているので、その間に同一の実質的 に（即ち、実際には境界線のない）長方形の中間フィールド８ＡＢ、８ＢＣ１８ ＣＤが明確に定められる。

従って、コードフィールドは中心線にそって連続して交互に並ぶ位置付はフィー ルド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄと中間フィールド８ＡＢ。

８ＢＣ，８ＣＤによって正確に満たされる。

位置付はフィールド、即ち線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄは、一つの数列を 形成する。線集合の各々は線集合領域６Ａ、６Ｂ１６Ｃ１６Ｄの位置についてコ ード化され、好ましくは連続した数の数列からとった数を用いてコード化される 。第３図に図示の実施例を例にとれば、線集合領域６Ａは数字Ｏに、線集合領域 ６Ｂは数字ｌそれぞれコード化する。従って、一つの位置決めフィールドに配列 したコードはコードフィールドに於けるこの位置決めフィールドの位置に対応し 、そしてこのコードは走査装置によって評価されて、中心線に沿う一連の位置決 めフィールドのどの位置にこの位置決めフィールドがあるかを示す位置情報とな る。コードフィールドに於ける位置決めフィールドの連続位置は連続する数値に よって表現するのが好ましい。

長方形の中間フィールド８ＡＢ、８ＢＣ，８ＣＤには、例えば線集合領域６Ｃの 境界７の端部ｌＯと線集合領域６Ｂの境界１２の端部１１とを結ぶ対角線９ＢＣ のように、相隣る位置決めフィールド、即ち線集合領域の互いに向かい合う境界 線の、互いに対角に向かい合う端部を結ぶ対角線９ＡＢ、９ＢＣ１９ＣＤが配置 される。これら対角線９ＡＢ、９ＢＣ，９ＣＤは、それぞれの中間フィールド８ ＡＢ、８ＢＣ，８ＣＤにおいて、その表面領域を二つに分け、かつ中心線を斜め に横切る境界線を表している。この境界線を走査装置によって走査する際に、中 間フィールドと対角線との間の輝度コントラストが走査装置に照度密度の変化、 正確には言えば、二つの急激に続いて起こる照度密度の変化が走査装置に生じ、 これが見る方向を決定する。このことは第４図を参照して以下に詳しく説明する 。

−例としてこれまでに述べた、四つの位置決めフィールド、即ち線集合６Ａ、６ Ｂ、６Ｃ，６Ｄとそれぞれの中間フィールド８ＡＢ。

８ＢＣ，８ＣＤにある三つの対角線９ＡＢ、９ＢＣ，９ＣＤは容易により高次な ものとする事ができるが、線集合領域の数は偶数個であって、これに対応して対 角線は好ましくは互いに平行であって、一つ少ない奇数個であるのが好ましい。

第３図に示すような対角線９ＡＢ、９ＢＣ，９ＣＤは、互いに平行な向きにある のが好ましいが、もし計算回路が更に他の処理のために必要な情報を備えている 場合には、このことは必ずしも必修要件ではない。

マスクを取り付けた逆反射装置に対して自動的にロボットを位置決めする本発明 の方法を述べるに当たって、先ず初めにセンサ装置に於けるバーコドと光線の角 度と長さの関係を示す第４図の幾何学図形について説明するのがよいだろう。

この説明のための基礎として（特に、簡単な幾何学的関係という理由から）、既 に引用したＮａｍｃｏ社のパンフレットにある公知の走査装置を取り上げて説明 する。理論的には、この装置から知られるレーザ光線と、光学中心の周りを回転 するミラー装置を使用した周期的走査は、以下の説明の原理から逸脱することな しに、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）列からの光と、それを受ける光検出器列を使 用するグローバル走査によって置き換えることができる。

第４図には、逆反射装置ｌを配置した機械または装置の壁４０が概略図示されて いる。逆反射袋ｇＬｌの上には、マスク４２が設けられ、このマスクがバーコー ドを備え、第３図に示した対角線９ＡＢ、９ＢＣ，９ＣＤのような対角線の一点 ４３だけが示されている。

光線は点４４から出て、マスクのバーコードによって遮られない限り、逆反射装 置ｉ４１によって点４４へと送り返される。従って、第４図に於いて、点４４は センサ装置の光学中心の意味を持つことになる。逆反射装置４１とマスク４２は かなり厚みのあるものとして第４図に示されているが、これは逆反射装置４１と マスク４２があることを示すためだけであって、以下の説明では重要ではなく、 何等これらに注意を払う必要はない。

一定回転するミラー装置による光線の偏向によって、光線は点４４の周りに、例 えば時計形りに連続して移動する。光線の角度位置は第４図における時計廻りの 方向に明確に測定され、そのゼロ点は角度基準検出器によってセンサ装置によっ て予め決められた角度位置にあり、第４図では規準方向４５によって示されてい る。ミラー装置の回転周期において、角度位置は点４４の周りに矢印４６の方向 に、時間ｔＡにおける画角始点の値（図示せず）から時間ｔＵにおける線４７、 即ちマスク走査の始点における値、及びその後時間ｔＶにおける線４８、即ちマ スク走査の終点における値を経て、時間ｔＥにおける画角終点の値（図示せず） まで増加する。この場合の角度位置は、式ｔＭ＝ｌ／２・（ｔＥ−、ｔＡ）で示 される時間ｔＭにおける画角の角二等線分に一致する。この操作は一定回転する ミラー装置の回転ごとに繰り返され、こうしてセンサ装置の設計によって予め決 められた画角の周期的走査が行なわれる。

既に述べた通り、以下の説明を簡単化するために、逆反射装置４１とマスク４２ は画角の角二等分線に対し、実質的に直角な平面内にある。従って、画角の角二 等分線は、逆反射装置４１とマスク４２に対する光学中心４４から出る垂線４９ に一致する。

ロボットの計算回路は逆反射装置４１が床面から、どの高さにあるかをそれに対 応したディホルト値として知らされているから、ロボットの制御装置は逆反射装 置４１がセンサ装置の画角に入り、発した光線が逆反射装置４１に当って返され る逆反射光を光検出器が受るようにして、ロボットを移動させることが出来る。

ひとたび、逆反射装置４１がこのような仕方で画角に入ると、センサ装置による ロボットの自動的位置決め方法は、以下に述べる仕方で行われる。

第一の段階では、ロボットの制御装置は画角がマスクの線集合領域の全て、即ち 第３図の例で言えば、四つの線集合領域６Ａ、６Ｂ。

６Ｃ１６Ｄの全てをカバーするようにして、垂線４９における角度位置と、垂線 ４９の長さ、即ち光学中心４４から逆反射装置４１までの距離とをセットするの に必要な情報を計算回路から受ける。言い換えれば、これら線集合の線に対応す る光検出器からのパルスは全て、時間ｔＡとｔＥとの間の時間区間に生ずること になる。時間ｔｌＡに始まる最初のパルスと、時間ＬＩＥで止まる最後からくる パルスは、最初に走査された線集合に対応する。時間ｔ２Ａで始まり最初のパル スと、時間ｔ２Ｅで止まる最後からくるパルスは、最後に走査された線集合に対 応する。

第一の段階でこの操作がどのように継続するかは、始めに光学中心４４が線集合 領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ１６Ｄの全長の中心にある垂線上にもたらされ、次に線集 合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄに出来るだけ近付けられる場合に、最も簡単に説 明することが出来る。

このために、例えば時間ｔＭが式ｔＭ＝１／２・　（ｔＥ−ｔＡ）を満たすまで は、ロボットを水平方向にだけ移動し、画角の角二等分線を線集合領域の全長の 中心にある垂線と一致させ、最初は光学中心４４が線集合領域６Ａ１６Ｂ、６Ｃ ，６Ｄの前面で水平方向に関してのみ中心にあるようにする。その後、時間ｔＭ がｔＭ＝１／２・　（Ｔ２Ｅ−ＴＩＡ）になるまで、更に時間ｔｌＡＳ　Ｔ２Ｅ がそれぞれＴＩＡ＝ｔＡ及びＴ２Ａ＝ｔＥとになるように、更にロボットを水平 方向にだけ制御して、線集合領域の全長が企画角を満たすようにする。勿論、こ の間に制御装置はこのために必要な情報を、計算回路から継続して受け取ってい る。

第二段階にでは、制御装置は光学中心４４と逆反射装置４９の間の距離、即ち垂 線４９の長さを、画角が相隣る二つの線集合だけをカバーするように減少させる のに必要な情報を計算回路から受けとる。どの線集合からこれら相隣る二つの線 集合領域を選ぶかは、線集合のコーディングと制御装置における対応ディホルト 値に基づいて選択される。便宜的には、それらは線集合列の中心にある相隣る線 集合領域、即ち第３図の例で言えば、計算回路によって検出されるそれぞれ数字 ２および３とコード化された線集合領域６Ｂと６０を選択する。勿論、この場合 、光学中心４４は線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの前面の水平線の中心に位 置している。

このようにしてロボットを逆反射装置のに対して接近させることによって、実質 的にはマスク４２の種々のバーコードを光学中心４４から見る角度の値を大きく し、これによって位置決め精度を向上させることを意図している。更にそこから 接近させれば、画角には対角線だけが入ってくるようになり、その対角線９ＢＣ の一点が第４図に点４３として示しである。

第三段階では、ロボット制御装置は光線の角度位置が対角線９ＢＣの点４３と一 致するまでの時間、即ち点４３が走査されるまでの時間ｔＭ’　の間、ロボット を垂直方向にだけ移動するのに必要な情報を計算回路から受けて、光学中心４４ が線集合領域６Ｂと６０の前面でその垂直方向についても、中心にくるようにロ ボットを移動する。この間、ロボットは水平方向には移動しないので、画角は相 隣る線集合領域６Ｂと６０によってだけカバーされ続け、光学中心４４は線集合 領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの前面の水平線の中心に位置している。

従って、光学中心４４は線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの前面の水平線及び 垂直線の中心に位置している。

この時、計算回路はその位置で線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの中心点に対 する光学中心４４の座標を計算する。デカルト座標において、逆反射装置４１と マスク４２に直角な方向の座標は垂線４９の長さによって与えられ、逆反射装置 ４１とマスク４２に平行な方向の座標はゼロに等しくなる。何故ならば、光学中 心４４は線集合領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄの前面で実際に中心に位置している からである（このことが上述の「簡単化」につながっている）。

実際に決められるこれらの座標または個々の座乗は、計算回路によって用意され 、逆反射装置に関するロボットの位置基準としてロボットの制御装置によって使 用するためにそこへ送られる。その時から、ロボットの制御装置はグリップ装置 を自動的に関係する機械または装置の重要な部位、特にマガジンを持込んだり或 いは取り上げたりして、種々の形式のマガジンを取り扱う部位に移動させること が出来るようになる。

一般に、コードキャリヤと走査装置の局部規準を互いに関係づけるには、二つの 互に等価な可能性がある。即ち、共通な座標系または互いに関係のある一つ以上 の座標系によりて、直接的関係または間接的関係を作り出すことである。一方、 走査面において、光学中心から見る方向の角度位置をコードキャリヤの面に対し て所定の角度位置にある規準方向に関係付けてもよい。他方、コードキャリヤの 面が座標系の予め定めた位置に配置されると共に、走査面において、光学中心の 周りの視点方向の角度位置を、座標系の予め定めた角度位置の規準方向に関係付 けてもよい。

しかし、全ての計算がコードキャリヤの面に直角な規準方向と、三つの互いに直 交する方向、即ち−っは規準方向に平行で、他の二つはコードキャリヤの面に平 行な方向に、移動が起こることによって計算が簡素化されることが好ましい。

本発明による方法を実施するためには、線集合領域が画角内にあれば十分であり 、原理的には、画角の角度二等分線が線集合領域の中心の垂線に一致することは 、必ずしも必要ではない。もし画角の角度二等分線が、線集合領域の中心にある 垂線と一致しなければ、センサ装置の光学中心は線集合領域の中心には米ず、逆 反射装置に対する光学中心の三角法による計算はもっと複雑となり、計算装置及 びロボットの制御装置もそれに応じて複雑となるが、計算方法とこれに対応する 計算回路の設計は、−膜技術知識の範囲内にあるので、ここで詳述する必要はな いだろう。例えば、計算回路をマイクロプロセッサとして設計し、それに応じて プログラムすることも出来る。

本発明による方法を実施するには、線集合領域の全長が全画角を満たせば十分で あり、二つの選ばれた線集合領域だけが画角全体を満たす必要はない。もし、逆 反射装置に対してセンサ装置を接近させることがなければ、こうした接近操作を 行なう場合に比べて、水平、垂直両方向における位置決め精度は低下する。

最後に、本発明による方法を実施するために、光学中心４４を線集合領域６Ｂ、 ６Ｃの前面の垂直線の中心にお（ことは本質的なものではない。一般に、ある時 間ｔＨにおける光線の角度位置は対角線９ＢＣに一致する、即ち対角線９ＢＣの 点４３が時間ｔＨに走査される。この時間ｔＨは線集合領域６Ｂ、６Ｃの前面の 垂線における光学中心４４の位置によって直線的に変化する。前述の通り、光学 中心４４は線集合領域６Ｂ、６Ｃの前面の水平線の中心にあり、式ｔＭ＝１／２ ・（ｔ２Ｅ−ｔｌＡ）の関係が満足されていると仮定している。こうした条件下 では、時間ｔＨは光学中心４４が線集合領域６Ｂ、６Ｃの前面の垂線の中心にあ るとき、時間ｔＭに一致する。しかし、時間ｔＨは光学中心４４が、はじめに走 査された線集合の最後に走査された境界の前面にある垂線にあるときには、時間 ｔＥと一致し、光学中心４４が最後にに走査された線集合のはじめに走査された 境界の前面にある水平線にあるときには、時間ｔ２Ａと一致する。従って、この 時間ｔＨは線集合６Ｂ、６Ｃの前面にある垂線における光学中心４４の位置によ って、これら極致ｔｌＥとｔ２Ａの間で直線的に変化する。従って、計算回路は 簡単な比例計算によって、線集合６Ｂ、６Ｃの前面の垂線における光学中心を、 時間ｔＨＳ　ｔｌＥ、ｔ２Ａに依存して計算し、ロボット制御用に用意する。

上述の線集合領域の前面、即ち逆反射装置とマスクの前面に於ける水平線並びに 垂直線に於ける光学中心の位置に関する情報の準備と、この情報を計算回路への 伝送することによって、もしそれが適当である場合には、第３図に示す線集合領 域４または５の前面に、ロボット制御装置そのものを位置づけることが可能にな る。例えば、それは逆反射装置ｌが付けられている機械または装置の形式が、線 集合領域４に於いて逆反射装置に関してコード化され、更に他の線集合領域５が 追加コード情報用として使用することができ、更にまた一つまたはそれ以上の逆 反射装置が、追加のコードフィールドを備え、逆反射装ｇ１１に対して所定の位 置に配置されている場合である。計算回路は逆反射装置１のコードフィールドに 関する追加のコードフィールドを知っているから、ロボット制御装置は先行調査 をする事無しに、これらの追加コードフィールドに行って、その情報を読むこと が可能である。

従って、機械または装置に対する初期に必要なマウントロボットの位置並びにマ ガジンの位置の決定、その後に於ける機械、マガジンの形式等に関する情報を与 える更に他のコードフィールドの読み取りは、単一の走査装置によって十分に賄 われる。何故ならば、マウントロボットは追加のコードフィールドの位置を知っ ているから、機械または装置や、マガジンに関する位置及び大きさを学習すると すぐに、更に他のコードフィールドに移動して、それ自身を走査装置の画角内に 持って行き、その情報を読み取ることが出きる。

線集合領域の前面、即ち逆反射装置とマスクの前面に於ける水平線及び垂直線上 にあるセンサ装置の光学中心の位置に関する情報を準備し、これをロボットの制 御装置に伝送することによって、機械モして／または装置の工程ライン、特にそ の自動化、モして／または正しいマガジンが、正しい機械または装置の正しい位 置に持込まれ、そしてその位置から持ち去られるようにして電子チップを自動処 理する装置の工程ラインに対して、マウントロボットを制御することが可能にな る。

これら位置決め操作のどの一つの場合にも、センサ装置の計算回路モして／また は制御装置は、現在のセット位置がそれ以前に決めたセット位置に一致している がどうか検証することが出きる。もし、そうでない場合には、そうした機械モし て／または装置は差し替えるかまたは、例えば警報機を付けるなどの変更を加え ると良い。

第５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ図には中間フィールドに於けるコードの、種々の変形 設計例が幾何図形として示されている。この場合、図形の枠は既に第３図に関連 して述べた中間フィールドに対応しているが、第３図の場合には実質的な境界に よってのみ描いて、実際の線としては示されていなかったものである。

第５ａ図では、より良くその概観を示すために第３図に関して既に図示した図形 をもう一度図示している。対角線は中間フィールドを実質的に、対角に横切り、 光学的には同一性質の二つの中間領域にそれを分けている。対角線は暗く、中間 フィールド領域は明るい（または、その逆）、即ち対角線は光学的に中間領域と は異なっている。二つの中間フィールド領域の各々は、対角線と共に境界線を作 り出し、この境界線は中間フィールドをほぼ対角に横切っている。

従って、互いに平行な境界線がある。走査装置は二本の境界線に於ける光学的コ ントラストに反応し、このコントラストによって照度密度の変化を作り出し、こ れが視点方向の決定へと導く。

第５ｂ図は、第５ａ図の図形から誘導した図形であって、第５ａ図のものを実質 的に鏡面対称に複写したものを示している。中間フィールドは中心線に沿って、 二つの中間フィールド部に三等分され、それぞれの中間フィールド部の対角線は 互いにある角度で寄り掛かっている。

第６ａ図には、中間フィールドを二つの光学的に異なる中間領域に実質的に、対 角に三等分した図形が示されている。一つの中間フィールドは暗く、他の中間フ ィールドは明るい、即ち境界線が中間フィールドを実質的に、対角状に横切って いる。走査装置は、この境界線に於ける光学的コントラストに反応し、このコン トラストによって照度密度に変化を作り出し、これが視点方向の決定へと導いて いる。

第６ｂ図は、第６ａ図の図形から誘導した図形であって、第６ａ図のものを実質 的に鏡面対称に複写したものを示している。中間フィールドは中心線に沿って、 二つの中間フィールド部に三等分され、それぞれの中間フィールド部の対角線は 互いにある角度で寄り掛かっている。

少なくとも一つの中間フィールドにおけるコードが、中間フィールドの二つの表 面領域の間で中心線を斜めに横切る境界線からなり、この表面領域が、それらに 共通な境界線を走査装置によって走査している間、走査装置に照度密度の変化を 生じさせ、それによって視点方向を決定する目的に沿うようにした、その他のコ ード設計は可能である。特に、第５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ図に示した図形は長方 形の二つの実質的中心線について、ミラー反転が可能なこと、即ち第５ａ、５ｂ 、６ａ、６ｂ図についての、用語「上」　「下」は、本発明の本質から逸脱する ことなしに、相互に入れ換え得るものであり、同様に「明」　「暗」も入れ替え が可能であることは理解されるべきである。

上述のコード設計においては、コードフィールドが互いに同じ大きさの偶数個の 位置決めフィールドと、それより一つ少ない奇数個の互いに大きさの異なる中間 フィールドからなっていることが好ましく、そして中間フィールドは互いに同一 であるか、または鏡映的に同一となっている。第３図の好ましい設計例では、コ ードは正確に四つの位置決めフィールドと、三つの中゛間フィールドからなって いる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コードキャリアのコードフィールドにある物体の一つに配置される光コード のための実質的に平板なコードキャリヤと；走査面内にあって、かつ走査装置の 光学中心から広がる所定の画角を光学的に走査し、前記光学中心には画角内で光 の入射方向からくる光が送られ、そして画角内にある視点方向を決定するために 、入射光の方向に従って画角を走査する間、走査装置の少なくとも一つの光検出 器における照度密度を検出し、入射光の方向に依存する照度密度の変化を決定し 、そして光の入射方向による照度密度変化が、所定の輝度コントラストを越える 輝度コントラストに対応しているときには、光の入射方向に一致する視点方向を 決定する走査装置と；計算回路とからなり、物体の相互の移動によってコードフ ィールドを画角内に持ってくることが可能であって、コードはそれが走査装置に よる走査を受けたときに、走査装置内に視点方向の決定に導く少なくとも一つの 照度密度の変化を作り出すように設計されている二つの相互に移動する物体の相 対位置を感知するセンサ装置であって、前記コードフィールドが実質的に走査面 に平行な中心線を有する長方形として設計され、少なくとも二つの位置決めフィ ールドと、その間に配置された長方形の中間フィールドとからなり、かっ中心線 に沿って交互に並んだ一連の位置決めフィールドと中間フィールドによって満た され、少なくとも一つの中間フィールドのコードは中間フィールドの二つの表面 領域の間で、中心線を斜めに横切る少なくとも一つの境界線かなり、この表面領 域が走査装置によってその共通な境界線の走査を受けたときに、走査装置に視点 方向の決定に導く照度密度の変化を作り出すように設計されていることを特徴と する二つの相互に移動する物体の相対位置を感知するセンサ装置。 ２．中間フィールドは、二つの光学的に異なる中間フィールド領域に実質的に、 対角に二等分され、この中間フィールド領域はその中を対角線が実質的に、対角 に横切る表面領域として設計されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の センサ装置。 ３．中間フィールドは、中心線に沿って二つの中間フィールド部に実質的二等分 され、この中間フィールドは二つの光学的に異なる中間フィールド領域に実質的 に、対角に二等分され、各々の中間フィールド部に於いて、その中を対角線が実 質的に、対角に横切る表面領域として中間フィールド領域が設計され、一つの中 間フィールド部の対角線と他の中間フィールド部の対角線がある角度で互いに寄 り掛かるようにしたことを特徴とする請求の範囲１に記載のセンサ装置。 ４．対角線が中間フィールドを実質的に、対角に横切ってそれをほぼ二つの光学 的に同一性質の中間フィールド領域に二等分し、この対角線は中間フィールド領 域とは光学的に異質であって、対角線と中間フィールド領域は共に表面領域とし て設計され、その中を対角線が中間フィールドを通って、ほぼ対角に横切ること を特徴とする請求の範囲１に記載のセンサ装置。 ５．中間フィールドは中心線に沿って実質的に二つの中間フィールド部に二等分 され、各々の中間フィールド部に於いては、対角線がこの中間フィールド部を実 質的に、対角に横切ってそれを光学的に同一性質の二つの中間フィールド領域に 二等分し、この対角線は中間フィールド領域とは光学的に異質であって、各々の 中間フィールド部に於いて、対角線と中間フィールド領域は共に表面領域として 設計され、その中を対角線が中間フィールド部を通って、ほぼ対角に横切り、一 つの中間フィールド部の対角線と他の中間フィールド部の対角線がある角度で互 いに寄り掛かるようにしたことを特徴とする請求の範囲１に記載のセンサ装置。 ６．コードフィールドが互いに他と同じ大きさの偶数個の位置決めフィールドと 、それより一つ少ない奇数個の互いに他と異なる大きさの中間フィールドからな り、この中間フィールドは互いに同一か、または鏡映的に同一であることを特徴 とする請求の範囲１に記載のセンサ装置。 ７．コードフィールドが四つの位置決めフィールドと、三つの中間フィールドと からなることを特徴とする請求の範囲６に記載のセンサ装置。 ８．位置決めフィールドに配置されたコードはコードフィールドに於ける位置決 めフィールドの位置に対応し、走査装置によって評価され、中心線に沿う位置決 めフィールドによって形成される連続配列のどの点に位置決めフィールドが位置 するかを明記する位置情報からなることを特徴とする請求の範囲６に記載のセン サ装置。 ９．位置決めフィールドに於いて、コードはそれぞれ少なくとも２本の長方形の 線の集合と、その間にある長方形の空間隙とからなり、これら線と空間隙とは互 いに光学的には異質であって、それらの長さの方向はコードフィールドの中心線 の全体にわたって、直角をなしていることを特徴とする請求の範囲に記載８のセ ンサ装置。 １０．コードフィールドに於ける複数の位置決めフィールドのそれぞれの位置が 、連続した数値によってコード化されていることを特徴とする請求の範囲に記載 ９のセンサ装置。 １１．走査面に於いて、光学中心の周りの視点方向の角度位置がコードキヤリヤ の面に対して所定の角度位置にある基準方向に関係付けられていることを特徴と する請求の範囲に記載１のセンサ装置。 １２．コードキャリヤの面が座標系に予め定められた位置に配置され、かつ走査 面に於いて、光学中心の周りの視点方向の角度位置が座標系に予め定められた角 度位置を有する基準方向に関係付けられいることを特徴とする請求の範囲に記載 １のセンサ装置。 １３．基準方向がコードキヤリヤの面に対して直角をなし、かつ一つは基準方向 に平行であって、他の二つはコードキヤリヤの面に平行な相互に直角をなす三つ の方向に、物体が移動可能になっていることを特徴とする請求の範囲１１または １２に記載のセンサ装置。１４．機械そして／または装置の工程ラインに対して 三つの相互に直角をなす方向に移動可能であるマウントロボットに関する請求の 範囲に記載１のセンサ装置の使用。 １５．機械または装置が、電子チップの自動加工または処理をその目的としてい るものであることを特徴とする請求の範囲１４に記載のセンサ装置の使用。 １６．ロボット制御装置並びに請求の範囲１に記載のセンサ装置を用いて、移動 可能なロボットの物体に対する位置を自動的に決定する方法であって、走査装置 はロボット上に配置されると共に、コードキヤリヤは物体上にそれぞれは位置さ れ、画角が複数の位置決めフィールドをカバーすると、計算回路が所定の座標系 に於けるコードフィールドの所定の点に関する座標を計算する、移動可能なロボ ットの物体に対する位置を自動的に決定する方法１７．第一段階で、画角がコー ドフィールド全体をカバーするようにして、ロボット制御装置によってロボット を位置づけ、第二段階で、画角が選択した二つの位置決めフィールドと、その間 にある中間フィールドだけをカバーするようにロボットをコードキャリヤに接近 させて位置づけ、計算回路がコードフィールドの所定の点に関する光学中心の座 標を計算し、その結果をロボット制御装置の使用に供することを特徴とする請求 の範囲１６に記載の方法。 １８．位置決めフィールドのコーディングと、それに対応するロボツト制御装置 のディホルト値との比較によって位置決めフィールドを選択することを特徴とす る請求の範囲１７に記載の方法。 １９．機械そして／または装置の工程ラインに対して三つの相互に直角をなす方 向に移動可能であるマウントロボットを制御するための請求の範囲１６に記載の 方法の適用。 ２０．機械または装置が、電子チップの自動加工または処理を目的とするもので ある請求の範囲１９に記載の方法の適用。