JPWO2020003359A1 - 光学式マーク読取装置及びこれを備えた電子機器製造装置 - Google Patents

Abstract

本明細書が開示する光学式マーク読取装置は、マークを撮像する撮像装置と、撮像装置によって撮像した画像から情報を読み取る読取処理を実行する読取部と、マークに対して撮像装置の位置を調整する位置調整装置と、位置調整装置を制御する制御部とを備える。位置調整装置は、マーク設置面と撮像装置の光軸とがなす角度を調整可能に構成されている。制御部は、位置調整装置を駆動することによって、マークに対して撮影装置を予め設定された設定位置に位置決めする位置決め処理と、設定位置に位置決めされた撮像装置によって撮像された画像から読取部がマークの読み取りに失敗した場合に、位置調整装置によってマーク設置面と撮像装置の光軸とのなす撮像角度を調整する角度調整処理を実行可能に構成されている。

Description

本明細書に開示する技術は、光学式マーク読取装置及びこれを備えた電子機器製造装置に関する。

一般に、電子機器を構成する部品に対して、トレーサビリティのために光学的に読み取り可能なマークが付されることがある。部品に付されたマークは、電子機器を製造する製造設備において読み取られる。マークの読み取りには、マークを撮像し、その撮像画像からマークに保持された情報を認識するための読取装置が用いられる。特許文献１（特開２００５−１６５８０２号公報）には、光学式マーク読取装置の一例が開示されている。

特許文献１の光学式マーク読取装置では、撮像装置に設けられた結像部の位置を移動可能に構成されている。結像部の位置を移動することにより、撮像装置の焦点距離を調整する。マークの読み取りに失敗した場合には、焦点距離を調整することによって、マークの読み取り精度の向上を図っている。しかしながら、特許文献１の技術では、焦点距離を調整するだけであるため、マークが付されたマーク設置面と撮像装置の光軸とがなす撮像角度は変化しない。従って、例えばマークの印字状態が悪く、マークに歪みを生じているような場合には、焦点距離を調整しただけではマークの読み取り精度を向上させることが難しい場合がある。本明細書では、光学式マークの読み取り精度が向上し得る、新規で有用な技術を提供する。

本明細書は、電子機器を製造する製造設備に配置され、該製造設備において電子機器を構成する部品のマーク設置面に付された光学式のマークを読み取る読取装置を開示する。この光学式マーク読取装置は、マークを撮像する撮像装置と、撮像装置によって撮像した画像から情報を読み取る読取処理を実行する読取部と、マークに対して撮像装置の位置を調整する位置調整装置と、位置調整装置を制御する制御部とを備える。位置調整装置は、マーク設置面と撮像装置の光軸とがなす角度を調整可能に構成されている。制御部は、位置調整装置を駆動することによって、マークに対して撮影装置を予め設定された設定位置に位置決めする位置決め処理を実行可能に構成されている。また制御部は、設定位置に位置決めされた撮像装置によって撮像された画像から読取部がマークの読み取りに失敗した場合に、位置調整装置によってマーク設置面と撮像装置の光軸とのなす撮像角度を調整する角度調整処理を実行可能に構成されている。

上記の光学式マーク読取装置は、マーク設置面と撮像装置の光軸とがなす撮像角度を調整可能に構成された位置調整装置を備えている。そのため、位置調整装置によって、マーク設置面と撮像装置の光軸とのなす撮像角度を調整することができる。従って、例えばマーク設置面に付されたマークが歪みを生じているような場合にも、撮像角度を調整することで、マークの読み取り確率を向上することができる。

実施例の電子機器製造装置１００の構成を示す模式図。 光学式マーク読取装置１０によって基板１２に付されたマーク１４を読み取るときの光学式マーク読取装置１０と基板１２との位置関係を示す模式図。 光学式マークの読み取り手順を示すフローチャート。 光学式マーク読取装置１０の角度調整処理を説明する図。

本技術の一実施形態では、制御部は、角度調整処理を実行する際は、マークの読み取りに失敗した画像の状態とは関係なく、撮像角度を予め設定されている角度に調整してもよい。このような構成によると、撮像角度を予め設定されている角度に調整するだけであるため、マークの読み取りに失敗した画像を解析する必要はなく、制御部の構成を簡易化することができる。なお、マークの読み取りに失敗した場合、撮像角度を所定の角度範囲内で微調整することでマークの読み取りに成功することが多い。このため、マークの読み取りに失敗した画像を解析しなくても、マークの読み取り確率は大きく変化しない。

本技術の一実施形態では、撮像装置は、角度調整処理によって撮像角度が調整されている間、所定の時間間隔でマークを撮像してもよい。読取部は、撮像装置で所定の時間間隔で撮像される画像のそれぞれに対して読取処理を実行してもよい。制御部は、角度調整処理の実行中に読取部でマークの読み取りに成功した場合に、角度調整処理を終了してもよい。このような構成によると、マークの読み取りに成功するまで、撮像角度を調整しながらマークの撮像及び読取処理が実行される。

本技術の一実施形態では、光学式マーク読取装置は、マークの読み取りに成功した場合に、読み取りに成功したときの部品と撮像装置との相対位置及び撮像角度を規定する相対位置データを記憶する記憶部をさらに備えていてもよい。制御部は、角度調整処理において、記憶部に記憶されている相対位置データに基づいて撮像角度を調整してもよい。マークが付された部品の製造履歴に係る属性（例えば、製造ロットや製造ライン）が同種である場合、部品に付されたマークの状態（例えばマークの歪み方の特徴）も類似していることが多い。そのため、マークの読み取りに成功したときの相対位置データに基づいて角度調整処理を実施することで、マークの読み取りに必要な時間を短縮することができる。

上記に加えて、又は代えて、記憶部の相対位置データの統計結果から、相対位置データのマークの読み取り確率を導出するデータ解析部をさらに備えていてもよい。制御部は、角度調整処理において、相対位置データの読み取り確率の高い順に撮像角度を調整してもよい。これにより、マークの読み取りに必要な時間をさらに短縮することができる。

本技術の一実施形態では、位置調整装置は、撮像装置の光軸上に配置可能なレンズと、撮像装置の光軸に対して前記レンズの位置を調整するアクチュエータとを備えていてもよい。アクチュエータがレンズの位置を調整することで、撮像角度を調整してもよい。アクチュエータでレンズの位置を調整するだけであるため、可動部を小さくでき、装置を小型化することができる。

本技術の一実施形態では、位置調整装置は、多関節型ロボットであってもよい。当該位置調整装置がマーク設置面に対して撮像装置の姿勢を調整することで、撮像角度を調整してもよい。

本技術の一実施形態では、マークは二次元コードであってもよい。

本技術の一実施形態では、電子機器製造装置が、電子機器を構成する部品の組付けを行う組付け装置と、電子機器を構成する部品のマーク設置面に付された光学式のマークを読み取る、上記光学式マーク読取装置とを備えていてもよい。

図面を参照して、本実施例の電子機器製造装置１００について説明する。本実施例の電子機器製造装置１００は、電子部品を備えた基板１２（電子機器の一例）を製造する製造ラインに設置され、基板１２に電子部品を実装する部品実装機である。図２に示すように、基板１２には複数の電子部品が実装される。基板１２の上面（ｘｙ平面）の予め設定された位置にはマーク設置面１２ａが設けられており、マーク設置面１２ａに光学式のマーク１４が付されている。マーク１４は、マトリクス型の二次元コードであり、基板１２を特定するための情報（例えば、製造番号等）を保持している。電子機器製造装置１００は、基板１２のマーク１４を読み取ることで、基板１２を特定すると共に基板１２に対して行った作業を記憶するようになっている。マーク１４には、例えばＱＲコード（登録商標）又はデータマトリックス等の二次元コードを採用することができる。

図1に示すように、電子機器製造装置１００は、組立装置５０及び搬送装置６０を備える。組立装置５０は、部品供給フィーダから供給される部品を基板１２の予め定められた位置に実装する。組立装置５０は、例えば、ノズルが設けられたヘッドと、ヘッドをｘｙ方向に駆動するｘｙロボット機構によって構成される。部品フィーダから供給される部品をノズルによって吸着し、ヘッドを基板１２に対して所定の位置に位置決めすることで、ノズルに吸着した部品を基板１２に実装する。搬送装置６０は、基板１２の電子機器製造装置１００への搬入及び電子機器製造装置１００からの搬出を行う。搬送装置６０が基板１２を電子機器製造装置１００内の部品実装位置に搬入すると、基板１２に対して組立装置５０による部品の実装が行われ、また、後述する光学式マーク読取装置１０によるマーク１４の読み取りが行われる。搬送装置６０は、例えば一対のベルトコンベア６２と、ベルトコンベア６２に取り付けられると共に基板１２を下方から支持する支持装置（不図示）と、ベルトコンベア６２を駆動する駆動装置（不図示）により構成することができる。

上記したように、電子機器製造装置１００は、光学式マーク読取装置１０を備える。光学式マーク読取装置１０は、撮像装置２０、位置調整装置３０、及び制御装置４０を備える。撮像装置２０は、マーク１４を撮像する装置であり、公知の二次元コードリーダに装備される撮像装置２０を用いることができる。撮像装置２０は、例えば、マーク１４を照明する照明器と、マーク１４を撮影するカメラと、カメラとマーク１４の間に配置されるレンズによって構成することができる。撮像装置２０は、支持シャフト３４（図２に図示）の先端に取り付けられており、基板１２のマーク設置面１２ａに付されたマーク１４を基板１２の上方から撮像可能に配置されている。

位置調整装置３０は、マーク１４に対して撮像装置２０の位置を調整する装置である。位置調整装置３０は、撮像装置２０をｘｙ方向に移動させるｘｙ移動機構を備えている（図２参照）。位置調整装置３０のｘｙ移動機構を駆動することで、マーク１４に対して所定の位置に撮像装置２０を移動させることができる。位置調整装置３０のｘｙ移動機構による位置調整では、撮像装置２０はマーク設置面１２ａに対して平行に移動する。

図２に示すように、位置調整装置３０は、さらに、撮像装置２０を支持シャフト３４の軸線（ｘ軸ａ１）周りに回転させる第１回転機構と、撮像装置２０をｙ軸ａ２周りに回転させる第２回転機構を備えている。位置調整装置３０の第１回転機構を駆動することで、撮像装置２０がｘ軸ａ１周りに回転し、マーク設置面１２ａと撮像装置２０の光軸Ａとがなす撮像角度θが調整される。すなわち、図４に示すように、撮像装置２０はｙ−ｚ平面内において回転し、マーク設置面１２ａに対する撮像角度θが変化する。従って、ｘｙ移動機構及び第１回転機構を駆動することで、撮像装置２０によってマーク１４を撮像することができる（図４に示す状態）。例えば、マーク１４がｙ方向に歪んで、マーク１４のｘ方向に伸びる両辺の長さが異なる場合は、撮像装置２０をｘ軸（図２中のａ１）周りに回転させることで、マーク１４の歪みを修正することができる。また、位置調整装置３０の第２回転機構を駆動することで、撮像装置２０がｙ軸（図２中のａ２）周りに回転し、撮像装置２０はｘ−ｚ平面内において回転し、マーク設置面１２ａに対する撮像角度θが変化する。従って、例えば、マーク１４がｘ方向に歪んで、マーク１４のｙ方向に伸びる両辺の長さが異なる場合は、撮像装置２０をｙ軸（図２中のａ２）周りに回転させることで、マーク１４の歪みを修正することができる。上述した説明から明らかなように、位置調整装置３０には、複数の自由度を有する移動ロボットが用いられている。

なお、位置調整装置３０のｘｙ移動機構、第１回転機構及び第２回転機構の駆動は、制御装置４０によって制御される。すなわち、位置調整装置３０と制御装置４０は、ケーブル３２（図２に図示）によって接続され、制御装置４０から送信される制御信号によって位置調整装置３０は制御される。

制御装置４０は、ＣＰＵ．ＲＯＭ．ＲＡＭを備えたコンピュータによって構成される。制御装置４０は、制御部４２、読取部４４及び記憶部４６を備えており、予めインストールされたプログラムを実行することで様々な機能が付与される。一例ではあるが、位置調整装置３０を駆動して、マーク１４に対して所定の位置（撮像角度）に位置決めする、及び、位置調整装置３０を駆動して、マーク設置面１２ａと撮像装置２０の光軸Ａとのなす撮像角度を調整する制御部４２として機能する。制御装置４０は、撮像装置２０によって撮像した画像から情報を読み取る読取処理を実行する読取部４４として機能する。制御装置４０は、読み取りに成功したときの基板１２と撮像装置２０との相対位置及び撮像角度を規定する相対位置データを記憶する記憶部４６として機能する。

図３を参照して、光学式マーク読取装置１０を用いて、基板１２に付されたマーク１４を読み取る手順について説明する。先ず、ステップＳ１２では、マーク１４に対する撮像装置２０の位置決め処理を実行する。具体的には、制御装置４０の制御部４２は、位置調整装置３０のｘｙ移動機構を駆動し、撮像装置２０を所定の撮像位置Ｘに位置決めする。すなわち、マーク１４は基板１２の上面の予め設定された位置に付されていて既知であり、また、電子機器製造装置１００内で基板１２を位置決めした位置（すなわち、部品実装位置）も既知である。このため、制御装置４０は、撮像装置２０が基板１２に付されたマーク１４と対向するように、撮像装置２０を位置決めする。なお、撮像装置２０を位置決めする撮像位置Ｘの位置情報は、制御装置４０の記憶部４６に記憶されている。

次いで、ステップＳ１４では、制御装置４０は、撮像装置２０によってマーク１４を撮像する。マーク１４を撮像すると、ステップＳ１６で、制御装置４０は、ステップＳ１４で撮像したマーク１４の撮像画像から情報を読み取る処理を実行する。ステップＳ１６の読み取り処理は、公知の二次元コードリーダで実行される読み取り処理とすることができる。

ステップＳ１８では、制御装置４０は、読取部４４による読み取り処理が成功したか否かを判定する。すなわち、ステップＳ１２によって撮像装置２０がマーク１４に対して位置決めされた状態では、マーク設置面１２ａと撮像装置２０の光軸Ａとがなす撮像角度θは直交している。このため、マーク１４の印字状態が良い場合にはマーク１４の読み取りに成功するが、マーク１４の印字状態が悪く、例えば、マーク設置面１２ａに付されたマーク１４に歪みが生じているような場合には、マーク１４の読み取りができないときがある。このため、本実施例では、ステップＳ１８においてマーク１４の読み取りに成功したか否かを判定する。読取部４４が読み取りを失敗した場合には、ステップＳ２０へと移動する。読取部４４が読み取りを成功した場合は、ステップＳ２２へと移動する。

ステップＳ２０では、制御装置４０の制御部４２が、撮像装置２０の角度調整処理を実行する。例えば、図４に示すように、制御部４２が、位置調整装置３０のｘｙ移動機構と第１回転機構を駆動し、所定の撮像位置Ｘ（前に撮像した撮像位置）から、予め定められた撮像位置Ｙ（調整後の撮像位置）へと、撮像装置２０の位置調整をさせる。これによって、基板１２のマーク設置面１２ａと撮像装置２０の光軸Ａとの撮像角度θがΔθ変化する。なお、撮像装置２０を位置決めする撮像位置Ｙは、制御装置４０の記憶部４６において予め記憶されている。従って、ステップＳ２０の処理は、マーク１４の読み取りに失敗した画像の状態とは関係なく実行される。すなわち、マーク１４の読み取りに失敗した画像を解析して失敗の原因を特定する等の処理は行われず、撮像装置２０を予め定められた撮像位置Ｙに移動させる。このため、撮影した画像を解析するプログラムを装備する必要はなく、また、マーク１４の読み取りプログラムの性能を上げる必要も無い。

ステップＳ２０で所定の撮像位置Ｙに撮像装置２０を位置決めすると、ステップＳ１４に移動し、ステップＳ１６、Ｓ１８と、マーク１４の読み取りが成功するまで、これらのステップを繰り返し実行する。これによって、撮像装置２０は、撮像角度θを変更しながらマーク１４を撮像すると共に、撮像した画像に対して読み取り処理を実行する。マーク１４の読み取りに失敗した場合、撮像角度θを微調整することでマーク１４の読み取りに成功することが多い。このため、ステップＳ１４〜Ｓ２０のステップを繰返すことで、マーク１４の読み取りに成功することができる。

ステップＳ２２では、制御装置４０の記憶部４６に、基板１２（マーク設置面１２ａ）と撮像装置２０との相対位置データを記憶する。具体的には、制御装置４０は、マーク１４の読み取りに成功したときの撮像装置２０の位置（ｘｙ移動機構、第１回転機構、第２回転機構の位置）を、基板１２に対する撮像装置２０の相対位置データとして、記憶部４６において記憶する。なお、記憶部４６に記憶された位置データは、その後に生産される基板１２に付されたマーク１４を読み取る際に、ステップＳ１２の所定の撮像位置Ｘとして用いることができる。

以上の一連のステップにより、光学式マーク読取装置１０を用いて、基板１２に付されたマーク１４の読み取りは完了する。

上述した実施例では、ステップＳ２０で撮像装置２０の角度調整処理を実行した後に、ステップＳ１４からの処理を実行しているが、これに限定されず、制御部４２が、ステップＳ２０の角度調整処理を実行中にステップＳ１６、Ｓ１８の処理を行ってもよい。そして、読取部４４でマーク１４の読み取りに成功した場合に、実行中の角度調整処理を終了するように構成されていてもよい。すなわち、撮像装置２０が軌道データに基づいて所定の撮像位置Ｙに向かって移動中も、撮像装置２０は予めプログラムされた所定の時間間隔でマーク１４を撮像し、撮像した画像に対して読み取り処理を実行する。これにより、マーク１４の読み取りに必要な時間を短縮することができる。

なお、部品（基板１２など）の製造履歴に係る属性（例えば、製造ロットや製造ライン）が同種である場合、部品に付されたマーク１４の状態（例えばマーク１４の歪み方の特徴）が類似していることが多い。従って、制御部４２は、マーク１４の読み取りが成功したときの基板１２と撮像装置２０との相対位置及び撮像角度θを規定する相対位置データに基づいて、ステップＳ１２の位置決め処理又はステップＳ２０の角度調整処理を実施してもよい。これにより、マーク１４の読み取りに必要な時間を短縮することができる。このような場合において、光学式マーク読取装置１０の制御装置４０が、データ解析部４８をさらに備えていてもよい。データ解析部４８は記憶部４６の相対位置データの統計結果から、相対位置データのマーク１４の読み取り確率を導出する。制御部４２は、角度調整処理において、相対位置データの前記読み取り確率の高い順に撮像角度θを調整してもよい。これにより、マーク１４の読み取りに必要な時間をさらに短縮することができる。

本実施例の電子機器製造装置１００は、基板１２に電子部品を実装する部品実装機であったが、本明細書に開示の技術は、部品実装機の他にも、例えば、基板１２を収容するケーシングの開口部にカバーを取り付ける装置にも適用することができる。この場合、カバーやケーシングの表面に二次元コードが付され、その付された二次元コードが光学式マーク読取装置１０により読み取られる。また、本実施例では、光学式マーク読取装置１０により読み取られるマーク１４が二次元コードであったが、これに限られず、例えば、一次元コードを用いてもよい。また、マーク１４は、プリンタによって基板１２に直接的に印刷されていてもよいし、マーク１４が付されたシール等が貼付されていてもよい。

本実施例の角度調整処理では、基板１２の位置が固定された状態で、撮像装置２０の位置を調整したが、このような実施態様に限られない。例えば、撮像装置２０の位置を固定し、基板１２の位置を調整することで、撮像角度θを調整してもよい。あるいは、基板１２及び撮像装置２０の両者の位置を調整することで、撮像角度θを調整してもよい。

本明細書に記載の技術において、撮像装置２０の位置を調整する位置調整装置３０として、多関節型のロボットを用いてもよい。撮像装置２０の位置調整に多関節型のロボットを用いることで、撮像装置２０を多様な位置及び姿勢に位置決めすることができ、マーク１４の読み取り確率を向上することができる。

本明細書に記載の技術において、撮像角度θの調整は、撮像装置２０の光軸Ａ上に配置されたレンズ（不図示）と、レンズの位置を光軸Ａに直交する平面内において移動させるアクチュエータ（不図示）によって行ってもよい。レンズを光軸Ａに直交する平面内において移動させるだけでよいため、光学式マーク読取装置１０が大型化することを抑制することができる。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

１０：光学式マーク読取装置
１２：基板
１２ａ：マーク設置面
１４：マーク
２０：撮像装置
３０：位置調整装置
３２：ケーブル
３４：支持シャフト
４０：制御装置
４２：制御部
４４：読取部
４６：記憶部
４８：データ解析部
５０：組立装置
６０：搬送装置
１００：電子機器製造装置
Ａ：光軸

Claims (9)

1. 電子機器を製造する製造設備に配置され、前記製造設備において前記電子機器を構成する部品のマーク設置面に付された光学式のマークを読み取る読取装置であり、
   前記マークを撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置によって撮像した画像から情報を読み取る読取処理を実行する読取部と、
   前記マークに対して前記撮像装置の位置を調整する位置調整装置と、
   前記位置調整装置を制御する制御部と、を備えており、
   前記位置調整装置は、前記マーク設置面と前記撮像装置の光軸とがなす角度を調整可能に構成されており、
   前記制御部は、
   前記位置調整装置を駆動することによって、前記マークに対して前記撮像装置を予め設定された設定位置に位置決めする位置決め処理と、
   前記設定位置に位置決めされた前記撮像装置によって撮像された画像から前記読取部が前記マークの読み取りに失敗した場合に、前記位置調整装置によって前記マーク設置面と前記撮像装置の光軸とがなす撮像角度を調整する角度調整処理と、
   を実行可能に構成されている、光学式マーク読取装置。
2. 前記制御部は、前記角度調整処理を実行する際は、前記マークの読み取りに失敗した画像の状態とは関係なく、前記撮像角度を予め設定されている角度に調整する、請求項１に記載の光学式マーク読取装置。
3. 前記撮像装置は、前記角度調整処理によって前記撮像角度が調整されている間、所定の時間間隔で前記マークを撮像し、
   前記読取部は、前記撮像装置で所定の時間間隔で撮像される画像のそれぞれに対して前記読取処理を実行し、
   前記制御部は、前記角度調整処理の実行中に前記読取部で前記マークの読み取りに成功した場合に、前記角度調整処理を終了する、請求項１又は２に記載の光学式マーク読取装置。
4. 前記マークの読み取りに成功した場合に、読み取りに成功したときの前記部品と前記撮像装置との相対位置及び撮像角度を規定する相対位置データを記憶する記憶部と、をさらに備えており、
   前記制御部は、前記角度調整処理において、前記記憶部に記憶されている前記相対位置データに基づいて前記撮像角度を調整する、請求項３に記載の光学式マーク読取装置。
5. 前記記憶部の前記相対位置データの統計結果から、前記相対位置データのマークの読み取り確率を導出するデータ解析部をさらに備え、
   前記制御部は、前記角度調整処理において、前記相対位置データの前記読み取り確率の高い順に前記撮像角度を調整する、請求項４に記載の光学式マーク読取装置。
6. 前記位置調整装置は、前記撮像装置の光軸上に配置可能なレンズと、前記撮像装置の光軸に対して前記レンズの位置を調整するアクチュエータと、を備えており、
   前記アクチュエータが前記レンズの位置を調整することで、前記撮像角度を調整する、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学式マーク読取装置。
7. 前記位置調整装置は、多関節型ロボットであり、
   前記位置調整装置が前記マーク設置面に対して前記撮像装置の姿勢を調整することで、前記撮像角度を調整する、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学式マーク読取装置。
8. 前記マークは二次元コードである、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学式マーク読取装置。
9. 電子機器を構成する部品の組付けを行う組付け装置と、
   前記電子機器を構成する部品のマーク設置面に付された光学式のマークを読み取る請求項１から８のいずれか一項に記載の読取装置と、
   を備える、電子機器製造装置。

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