JPS62123509A - 位置決め方法およびその装置 - 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】 （発明の利用分野） 本発明は精密組立装置あるいは精密加工装置に係り、と
くに複数個の視覚情報に基づく部品の位置決め方法およ
びその装置に関する。

（発明の背景） 従来、精密組立装置においては、より＋ｎ密な計測技術
が要求され、扱う部品の大きさ、形状および材質などに
よって大きく左右される。とくにμｍオーダの計測とそ
の位置決めの場合には、制約条件が多いため実用化が遅
れている。

上記の場合一般にはＴＶカメラを使用して２次元処理す
るものが多いが、この方法では解像度が５１２　Ｘ５１
２ピントまでで低くかつ観測視野を大きくとれない欠点
がある。

またレーザ光線も多く使用されているが、この方法では
装置の形状が複雑になってレーザ光を透視することがで
きないなどの使用上の制約が多く、かつ装置が大形化し
て高価になる欠点がある。

精密組立装置の一例としてたとえば第１６図に示す磁気
ディスク装置の組立の場合について述べると、磁気ディ
スク装置はベース１にスピンドル２とモータ（図示せず
）とを組合わせたものを固定し、上記スピンドル２に円
盤状の磁気ディスク３とリング状のスペーサ４とを交互
に嵌挿して複数段積重したのち、クランプ５で押圧し締
付ボルト６で固定して、磁気ヘッド部（図示せず）の組
立を行なう構成になっている。

上記磁気ディスク３は精密な記録用媒体としての製品の
性質上、回転運動による振動を無くすることと、複数枚
の磁気ディスクの磁気ディスクの組立ずれを無くず必要
があって製品の寸法精度は高く、はめ合い部の間隙が１
０〜２０μｍと狭くなっている。またＡｌで形成されて
いるので、はめ合い時にこじりによる摩耗粉が磁気ディ
スク表面を傷つけたり、磁気ヘッドを損傷する原因にな
るので、こじりを避ける方法すなわち、非接触で嵌挿す
ることが要求される。

そのため、自動化が困難であるので、現在なお人手によ
って慎重に組立てが行なわれているのが実情である。

そこで、近年、ロボットの応用で手首の硬軟を自由にコ
ントロールできるものを使用した「磁気ディスク装置用
組立ロボット」（昭和５８年１０月１２日発行の日刊工
業新聞）が発表されている。

しかるに上記発表された方法は、部品間の反力をフィー
ドバックして電気的に制御するものであるため、装置が
大形化して高価なものになる恐れがある。

γ方、精密位置計測あるいは精密位置決めを目的とした
技術については、マスクアライナなど半導体製造技術に
も見ることができる。たとえば、特開昭５２−１１７７
４号公報にはマスクとウェハとのギャップが１０乃至５
０μｍ程度に接近していることと、マスクが透明体でそ
のマスク上に形成されたターゲットマークとウェハのタ
ーゲットマークを合わせて位置決めする技術が提案され
ている。

そのため、本発明が適用する精密組立あるいは精密加工
における位置決めとは相違するものである。

（発明の目的） 本発明は前記従来の問題点を解決し、汎用性が高く、精
密組立装置あるいは精密加工装置に適用可能にするとと
もに適用したとき、品質向上、歩留り向上を可能とする
位置決め方法およびその装置を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は前記の目的を達成するため、はめ合う部品間の
間隙を複数位置で拡大計測してその複数個の間隙量の平
均値を求め、その平均値に対するアンバランス量から部
品の相対位置修正量を算出し、これを直交座標に変換し
て一方の部品を他方の部品に非接触で嵌挿しうるように
部品の相対位置を位置決めすることを特徴とするもので
、好ましい実施例としては上記拡大計測系に自動焦点合
せ機構と、照度を制御する機構とを設け、部品の段差お
よび材質に関係なく計測を可能にし、かつ電荷結合素子
（以下ＣＣＤという）およびシリンドリカルレンズを設
け、面積当りの光情報を一次元処理して光学的ノイズの
影響を防止するように構成したものである。

（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を示す第１図乃至第１６図につい
て説明する。第１図は本発明による磁気ディスク位置決
め装置の要部を示す説明図、第２図は第１図に示すスピ
ンドル部分の拡大平面図、第３図は第２図の側面図、第
４図は第１図に示す磁気ディスクとスピンドルとの位置
関係を示す拡大平面図、第５図は第４図の側面図、第６
図は第１図に示す計測部の焦点位置合せを説明するだめ
の説明図、第７図（ａｌは磁気ディスクに焦点を合せた
ときの観測視野における光情報の模擬図、第７図（ｂ）
はＣＣＤ出力信号図、第８図ｆａｔはスピンドルに焦点
を合せたときの観測視野における光情報の模擬図、第８
図（ｂ）はＣＣＤ出力信号図、第９図＜ａ）乃至（ｄ）
は第１図に示す画像処理装置により部品間の間隙を求め
る手順を示す説明図、第１０図および第１１図は部品間
の間隙の状態を示す説明図、第１２図は磁気ディスクの
組立手順を示すフローチャート、第１３図は磁気ディス
クの計測手順を示すフローチャート、第１４図および第
１５図は本発明の一実施例を示す磁気ディスク組立装置
の斜視図である。

第１図において、７は架台にして、位置決めされた磁気
ディスク装置用ベース８を搭載し、その上面に姿勢制御
機構（図示せず）により垂直に保持されたスピンドル９
と、このスピンドル９に接続するモータ１０（第２図お
よび第３図参照）とを固定している。１１はハンドにし
て、後述の第１４図に示す微動位置決め装置２８に支持
され、磁気ディスク１２を真空吸着するとともに後述の
微動機構２６により磁気ディスク１２０穴１２ａをスピ
ンドル９に対して微動位置決めする如くしている。■は
計測系にして、ＣＣＤ１４、シリンドリカルレンズ１５
、干渉フィルタ１６、対物レンズ１７、照明ランプ１８
、ＮＤフィルタ１８ａルンズ１９、ハーフミラ２０を１
個の鏡筒２１内に配置し、この鏡筒２１を焦点合わせ装
置２２により上下動して被測定物である磁気ディスク１
２およびスピンドル９の焦点合わせを自動的に行ないか
つ照明ランプ１８からの光源をレンズ１９で集束し、ハ
ーフミラ２０を介して垂直落射方式の照明をする如くし
ている。上記ＮＤフィルタ１８ａにはロータリソレノイ
ドによる光路開閉機構（図示せず）が設置され、光路上
の該ＮＤフィルタ１８ａの有無により光量を調節する如
くしている。上記光路開閉機構を設置した理由は、磁気
ディスク１２の穴１２ａと、スピンドル９との間隙を計
測する場合、磁気ディスク１２およびスピンドル９の材
質によって光学的反射率が異なるため、それに対応して
照明の光量を制御するためである。また精密位置決めを
目的としたμｍオーダの計測においては、光学的倍率を
３０とし、２０４８ビツトのＣＣＤ１４を使用して分解
能を０．５ｎｍとした場合、その計測視野は１鶴角であ
るため、最初に粗位置決めされる２個の部品の相対関係
は、被計測部が計測視野に入ってはならない。そこで高
分解能の点から視覚センサとしてＣＣＤ１４を選んだが
、ＣＣＤ１４は線情報すなわち一次情報であるため、光
学的ノイズの影響を受けやすいので、シリンドリカルレ
シズ１５を使用して面積当りの光情報を一次元に変換し
てノイズの影客を避けるようにしている。なお、説明の
都合上、第１図においては計測系Ｕを１組しか図示して
いないが、本実施例においては同一構成したものを円周
方向に１２０°間隔で３′ｆＬＪｉ設置している。これ
は第２図および第３図に示す如くスピンドル９の嵌合面
は平面視して６０″間隔で６個の放射状突起９ａになっ
ており、かつ計測系Ｕの寸法上の制約によるものである
。２３は画像処理装置にして、上記ＣＣＤ１４からの一
次情報を多次元データに変換し、さらに磁気ディスク１
２およびスピンドル９の材質、照明など測定条件によっ
て異なるしきい値など、あらかじめ設定しなければなら
ない各種データを実験的に求めてこれをデープル化し、
これらのデータに基いて最終的に２値化データとして記
録している。この２値化データは第４図および第５図に
示す３個の位置ＣＨ＋〜ＣＨｊで計測された磁気ディス
ク１２０穴１２ａとスピンドル９とのギヤツブＧ　ｌ”
”　Ｇ　３に相当する。

２４は演算処理装置にして、上記計測データＧ、〜Ｇ、
についてスピンドル９が磁気ディスク１２の穴１２ａ内
に非接触で嵌挿可能な位置になるように修正すなわち上
記計測データ０１〜Ｇ３の華均僅に対するずれ量および
補正量を算出し、これを直交座標データに換算する如く
している。２５は微小位置制御装置にして、上記演算処
理装置２４からの直交座標データに基いて微動機構２６
を駆動させる如くしている。上記微動機構２６は直交型
ピエゾアクチュエータ（図示せず）にて形成され、上記
微小位置制御装置２５からの指令に基いて上記ハンド１
１を互いに直角な水平２方向に微動させる如くしている
。なお、上記ハンド１１は上下方向にも微動するが、こ
れの駆動系については省略する。

本発明による磁気ディスク位置決め装置は前記の如く構
成されているから、つぎにその作用を第１２図および第
１３図に基いて説明する。

先ず架台７上にベース８を位置決めし、その上面にスピ
ンドル９を姿勢制御により垂直になるように姿勢制御す
る。

４方ハンド１１に真空吸着された磁気ディスク１２を仮
位置決めしその磁気ディスク１２の上方から計測糸長に
より磁気ディスク１２の穴１２ａと、スピンドル９との
はめ合い部の間隙を計測する。たとえば、計測時の磁気
ディスク１２の穴１２ａとスピンドル９との位置関係を
第６図に示す如く、磁気ディスク１２の穴１２ａのエツ
ジ焦点をＦａ、このときの対物レンズ１７の位置をＦａ
’とし、またスピンドル９の外径エツジの焦点をＦｂ、
このときの対物レンズ１７の位置をＦｂ’とすると、対
物レンズ１７を磁気ディスク１２の穴１２ａのエツジに
焦点を合せた場合、第７図（ａ）に示す如＜ＣＣＤ１４
の計測視野２７には左から磁気ディスク１２の穴１２ａ
、間隙およびスピンドル９の順に観測状態を示し、この
場合のＣＣＤ１４の出力画像信号は第７図（ｂｌに示す
如く、Ａｌ材にて形成された磁気ディスク１２の穴１２
．３の加工時に発生した縞が鋸波形状に表われ、その波
高値は照度分布が計測視野２７の中央付近で高いことを
示している。これに対して対物レンズ１７をスピンドル
９に焦点を合せた場合、第８図（ａ）に示ず如＜ＣＣＤ
１４の計測視野２７には左からスピンドル９、間隙およ
び磁気ディスク１２の穴１２ａの順に観測状態を示し、
この場合のＣＣＤ１４の出力画像信号は第８図（ｂ）に
示す如くスピンドル９の表面は鋳物のナシ地で乱反射が
高くなって照明を強くしなければならず、対物レンズ１
７の焦点を磁気ディスク１２の穴１２ａのエツジに合せ
た場合と比較して大きく相異する。

このようにして同一観測視野２７で撮った２つの画像信
号は画像処理装置２３に送られる。画像処理装置２３は
最初にしきい値を設置してＣＣＤ１４からの２つの画像
信号について有効性をチェックするが、このしきい値は
被測定物の材質および照明条件により大きく影響される
ため、あらかじめ実験的に求めたデータをテーブル化し
てソフト的に処理する。したがって画像信号は一度多値
化処理して第９図（ａ）　（ｂ）に示す如く、しきい値
データＣａ　。

ｃｂによって２値し、この２つのデータを合体すると、
第９図（Ｃ）に示す如くになり、このＣ０Ｄ１４のビッ
ト長と光学系倍率から磁気ディスク１２の六ｒ２ａとス
ピンドル９との間隙Ｇが算出される。上記磁気ディスク
１２の穴１２ａと、スピンドル９との間隙Ｇを精密に測
定するには、磁気ディスク１２の穴１２ａおよびスピン
ドル９の外径面にエツジを正確に補えることであるが、
μｍオーダの測定になると、種々の制約条件が多くて実
用性困難である。

そ、こて本実施例においては、磁気ディスク１２の穴１
２ａ内にスピンドル９を非接触で嵌挿することが目的で
あるから、前記の如く計測系Ｕを円周方向に３個設置し
て、これら３個の計測系旦による磁気ディスク１２の穴
１２ａとスピンドル９との相関位置を確認することで位
置修正および位置決めを行なっている。すなわち、第１
Ｏ図および第１１図に示す如く、３個所で測定されたデ
ータＧ、、Ｇ２゜Ｇ３が Ｇ、勺Ｇ２％Ｇ、　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（１）を満したとき、磁気デ
ィスク１２の穴１２ａは非接触でスピンドル９に嵌挿可
能になる。したがって第１１図に示す如く、上記データ
Ｇ＋、Ｇｚ　、Ｇ３よりスピンドル９の中心点Ｐｏと磁
気ディスク１２の穴１２ａの中心点Ｐａとを求めて、こ
れら両中心点Ｐｏ、Ｐａが一致するように磁気ディスク
１２の位置修正を行なえばよいことになる。そのため、
演算処理装置２４はソフトウェアが主体となるので、そ
のアルゴリズムをシンプルにすることが望ましい。そこ
で上記（１）式を満たちのとして、上記３点の間隙Ｇ＋
　、Ｇ２　、Ｇ３の平均値百はＧ　＝　　　　　（Ｇ＋
　　十Ｇｚ　＋　Ｇ３　）・・・・・・・・・（２）で
求められるので、平均値百に対する３点の間隙Ｇ１．Ｇ
ｚ　、Ｇ：ｌのアンバランス量はＣＧ＋　　＝ｇ＋ Ｇ−Ｇｚ　　＝ｇｚ ここで、上記３個所の測定点ＣＨ，，ＣＨ２゜ＣＨ：＋
（前記第４図参照）と位置決め用直交座標との位置関係
は間隙Ｇ１の測定点ＣＨ，とｘｙ座標のｙ軸と一致させ
、さらにｘｙ座標の原点と計測系の原点すなわち磁気デ
ィスク１２の穴１２ａの中心点Ｐａを一致させることに
より、演算処理装置２４の演算処理は容易になり、第１
１図に示す磁気ディスク１２の穴１２ａの中心点Ｐａか
らスピンドル９の中心点Ｐｏへの位置修正は となる。

この場合、両中心点Ｐｏ、Ｐａの位置関係はスピンドル
９が機械的に架台７に固定されているので、スピンドル
９の中心点Ｐｏを基準にして位置決めしているところか
らスピンドル９の中心点をＰｏと表わし、計測系、貝と
微動位置決め装置（後述の第１４図および第１５図の符
号２８参照）の共有する直交座標の原点をＰａとしたた
め、Ｐａ　（０，０）として表わしている。

つぎに第１４図および第１５図においては本発明を実施
した磁気ディスク自動加工装置の斜視図にして汎用性の
高いロボットを使用して磁気ディスクを高速位置決めし
たのちμｍオーダの精密微小位置決めを行なうもので、
ロボットハンド２９の先端部に支持された微動位置決め
装置２８に前記第１図に示すハンド１１、計測系旦など
が装着され、磁気ディスクの精密位置決めを行うもので
ある。

（発明の効果） 本発明は以上述べたる如く、複数個の視覚センサと自動
焦点合せ機構と照明系とこの照明系に設置された照度制
御機構とを設けたものであるから精密部品の非接触嵌挿
などクリーンルームでの組立作業が可能になって、適用
範囲が広く今後ますます高精度が要求される自動化技術
に不可欠なものとなるので、自動組立あるいは自動加工
に実施５　したとき品質向上２歩留り向上に大きく寄与
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気ディスク位置決め装置の要部
を示す説明図、第２図は第１図に示すスピンドル部分の
拡大平面図、第３図は第２図の側面図、第４図は第１図
に示す磁気ディスクとスピンドルとの位置関係を示す拡
大平面図、第５図は第４図の側面図、第６図は第１図に
示す計測部の焦点位置合せを説明するための説明図、第
゛７図（ａｌは磁気ディスクに焦点を合せたときの観測
視野における光情報の模擬図、第７図（ｂ）はＣＯＤ出
力信号図、第８図（ａｌはスピンドルに焦点を合せたと
きの観測視野における光情報の模擬図、第８図（ｂ）は
ＣＯＤ出力信号図、第９図（ａ）乃至（ｄ）は第１図に
示す画像処理装置により部品間の間隙を求める手順を示
す説明図、第１０図および第１１図は部品間の間隙の状
態を示す説明図、第１２図は磁気ディスクの組立手順を
示すフローチャート、第１３図は磁気ディスクの計測手
順を示すフローチャート、第１４図および第１５図は本
発明の一実施例を示す磁気ディスク組立装置の斜視図、
第１６図は本発明が適用する磁気ディスクを示す斜視図
である。 １．８・・・ベース、２，９・・・スピンドル、３，１
２・・・磁気ディスク、４・・・スペーサ、５・・・ク
ランプ、６・・・締付ボルト、７・・・架台、１０・・
・モータ、工１・・・ハンド、■・・・計測系、２３・
・・画像処理装置、２４・・・演算処理装置、２５・・
・微小位置制御装置、２６・・・微動機構、２７・・・
計測視野、２８・・・微動位置決め装置、２９・・・ロ
ボットハンド。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第　１　区 第２図 高　３　図 第　４　図 第　５図 躬　７　図 （ａ） ｃｂ） 第　８　図 ２７　　　（’ａ’） （ｂ） 第　ｑ　図 （旦） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 第　１０　　図 塔　１１　　図 躬　！３　　図 ｑ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、はめ合う部品間の間隙を複数位置で拡大計測してそ
   の複数個の間隙の平均値を求め、その平均値に対するア
   ンバランス量から部品の相対位置修正量を算出し、これ
   を直交座標に変換して一方の部品を他方の部品に非接触
   で嵌挿しうるように部品の相対位置を位置決めすること
   を特徴とする位置決め方法。 ２、前記拡大計測には自動焦点合せ機構と、照度制御機
   構とを有し、部品の段差および材質に関係なく計測可能
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位
   置決め方法。 ３、前記拡大計測には電荷結合およびシリドリカルレン
   ズを有し面積当りの光情報を一次元処理して光学的ノイ
   ズの影響を防止可能にしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項もしくは第２項記載の位置決め方法。 ４、複数個の視覚センサと、自動焦点合せ機構と照明系
   と、この照明系の照度を制御する機構を設け、部品の段
   差および材質に関係なく計測を可能にし、かつ部品間の
   間隙を複数位置で計測してその複数個の間隙の平均値で
   一方の部品を他方の部品に非接触で嵌挿しうるように部
   品の位置決めを可能に構成したことを特徴とする位置決
   め装置。 ５、前記複数個の視覚センサは夫々電荷結合素子および
   シリンドリカルレンズを設け、面積当りの光情報を一次
   元処理して光学的ノイズの影響を防止可能に構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の位置決め装
   置。