WO2015173865A1 - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

　撮像部（３）により得られた画像に基づいて位置決め対象物（１０）の位置計測値を出力する画像処理部（４）と、複数回分の位置計測値に基づき位置計測値の計測誤差の推定値を出力する計測誤差推定部（５）と、計測誤差の推定値と目標誤差の大きさの比較を行い、誤差の比較結果を出力する誤差比較部（６）と、誤差の比較結果に基づいて位置決めパラメータの更新を行う位置決めパラメータ設定部（７）と、予め設定された繰り返し終了条件が満たされるまで位置決めパラメータ設定部（７）による位置決めパラメータの更新を繰り返し実行する繰り返し処理部（８）と、位置決めパラメータに基づいて設定された位置決め条件にてテーブル（１）の位置決めを行う位置決め制御部（９）とを備える。

Description

位置決め装置

　本発明は、ＩＣ（Integrated　Circuit）チップやフラットパネルディスプレイ（Flat　Panel　Display，ＦＰＤ）などのアライメントを行う位置決め装置に関する。

　従来より、ＩＣチップやフラットパネルディスプレイ等のアライメントには、移動可能なテーブルと、テーブル上に載せられる位置決め対象物を撮像するカメラと、テーブルを移動させるアクチュエータとから構成され、対象物をカメラで撮像した画像を画像処理することにより対象物の位置を計測し、その計測結果に基づき対象物の位置を補正する位置決め装置が使用されている。

　このような位置決め装置では、位置決めの目標誤差が数μｍ以下に設定されることもあり、そのような目標誤差を達成するために、例えば特許文献１では、位置決め対象物を移動させる際の目標位置を記録する第１ステップと、位置決め対象物を初期移動させる第２ステップと、補正量を求めて位置決め対象物の位置を補正する第３ステップと、第３ステップにおいて求めた補正量が所定の値以下となるまで、第３ステップを繰り返す第４ステップとを備える位置決め装置に関する技術が開示されている。

特開２００３－５０１０６号公報

　このような位置決め装置では、位置決め対象物の位置補正の際にテーブルやカメラに生じる振動が位置決め対象物の位置の計測の誤差の要因となる。仮に、位置決めパラメータが適切に設定されていなかった場合、位置決め完了時にテーブルやカメラに生じる振動によって発生する位置計測の誤差が目標誤差よりも大きくなる場合もある。その場合、位置補正の回数が増加することによりタクトタイムが伸びるといった問題や、位置決め誤差が目標誤差以内に収まらないといった問題が発生する。

　しかしながら、位置決めパラメータの調整は手作業で行われており、位置決め誤差が目標誤差以内に収まるように位置決めパラメータを設定するのは容易ではない。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置決め誤差が目標誤差以内に収まり、かつ、手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるようにテーブルの位置補正の位置決めパラメータを自動的に設定する機能を有する位置決め装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、位置決め対象物を載置して移動可能なテーブルと、テーブルに載せられた位置決め対象物を撮像する撮像部と、を有する位置決め装置であって、撮像部により得られた画像に基づいて位置決め対象物の位置計測値を出力する画像処理部と、複数回分の位置計測値に基づき位置計測値の計測誤差の推定値を出力する計測誤差推定部と、計測誤差の推定値と目標誤差の大きさの比較を行い、誤差の比較結果を出力する誤差比較部と、誤差の比較結果に基づいて位置決めパラメータの更新を行う位置決めパラメータ設定部と、予め設定された繰り返し終了条件が満たされるまで位置決めパラメータ設定部による位置決めパラメータの更新を繰り返し実行する繰り返し処理部と、位置決めパラメータに基づいて設定された位置決め条件にてテーブルの位置決めを行う位置決め制御部とを備えることを特徴とする。

　本発明にかかる位置決め装置は、所望の目標誤差を満たし、かつ、手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるようなアライメント位置決めを容易に実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態１の概略構成を示す図である。 図２は、位置決め制御部による位置決め処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、実施の形態１にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、位置決め対象物の位置の計測結果の一例を示す図である。 図５は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態２の概略構成を示す図である。 図６は、実施の形態２にかかる位置決め装置の位置決めパラメータ設定部の概略構成を示す図である。 図７は、実施の形態２にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態３の概略構成を示す図である。 図９は、実施の形態３にかかる位置決め装置の待ち時間パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態４の概略構成を示す図である。 図１１は、実施の形態４にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。

　以下に、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態１の概略構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる位置決め装置は、テーブル１、アクチュエータ２、撮像部３及び制御装置２０を有する。アクチュエータ２は、テーブル１の駆動源である。撮像部３は、テーブル１上に載せられた位置決め対象物１０を撮像する。位置決め対象物１０には、位置計測に用いるためのマーク１１が記されている。なお、図１には、マーク１１が位置決め対象物１０の２箇所に設けられており、各マーク１１を二つの撮像部３で別々に撮像する構成を図示しているが、位置決め対象物１０に設けるマーク１１及び撮像部３は一つずつであっても良い。

　制御装置２０は、画像処理部４、計測誤差推定部５、誤差比較部６、位置決めパラメータ設定部７、繰り返し処理部８及び位置決め制御部９を有する。画像処理部４は、撮像部３によって得られた画像情報から位置決め対象物１０の位置及び姿勢を計測する。計測誤差推定部５は、画像処理部４によって出力された位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測値を複数回取り込むことで得られた複数個の位置・姿勢の計測値を用いて、後述する方法に基づき、テーブル１や撮像部３の振動によって発生する位置や姿勢の計測誤差の推定値を出力する。誤差比較部６は、計測誤差の推定値と予め設定された目標誤差とを入力とし、計測誤差の推定値と目標誤差の大きさの比較結果を出力する。位置決めパラメータ設定部７は、誤差比較部６によって出力された比較結果に基づき、後述する方法によって位置決め時の加速度パラメータの更新を行い、その加速度パラメータを出力する。繰り返し処理部８は、後述する繰り返し終了条件が満たされるまで位置決めパラメータ設定部７による加速度パラメータの更新を繰り返し実行する。位置決め制御部９は、位置決めパラメータ設定部７によって出力された加速度パラメータに基づいて、アクチュエータ２を駆動することでテーブル１の位置決めを行う。

　次に、位置決め装置の具体的な構成方法について説明する。テーブル１は、ＸＹθステージやＵＶＷステージであり、アクチュエータ２としてテーブル１の各軸に対応するようにサーボモータが取り付けられている。テーブル１上には、パネルなどの位置決め対象物１０が載せられている。

　撮像部３は、例えばＣＣＤカメラであり、テーブル１の上部にレンズがテーブル１を向くように固定されている。画像処理部４には、予めマーク１１の画像パターンが登録されており、撮像部３で撮像した画像から登録された画像パターンを認識する処理を行うことで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢を計測できるように構成されている。

　制御装置２０は、プログラマブルロジックコントローラやモーションコントローラなどの制御装置を組み合わせることによって実現できる。

　次に、位置決め制御部９による位置決め制御について説明する。図２は、位置決め制御部による位置決め処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、まず、位置決め制御部９は、テーブル１を予め設定された基準位置へ移動させる（ステップＳ１）。次に、位置決め制御部９は、画像処理部４に対して撮像開始命令を発行することにより、撮像部３で位置決め対象物１０を撮像し、位置決め対象物１０の位置及び姿勢を計測する（ステップＳ２）。画像処理部４は、前回の位置決め時に設定したテーブル１の位置と、前回の位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測結果と、目標位置及び目標姿勢とに基づき、テーブル１の位置の修正値を求める（ステップＳ３）。

　その後、位置決め制御部９は、ステップＳ３で求めたテーブル１の位置の修正値に基づき位置決め対象物１０の位置決めを行う（ステップＳ４）。位置決め制御部９は、ステップＳ２と同様に位置決め対象物１０の位置及び姿勢を計測する（ステップＳ５）。位置決め制御部９は、ステップＳ５で計測した位置及び姿勢と、目標位置及び目標姿勢との誤差を算出する（ステップＳ６）。位置決め制御部９は、ステップＳ６で算出した誤差が目標誤差以内に収まっているか否かを判定し（ステップＳ７）、目標誤差以内であれば位置決め制御を完了させ（ステップＳ７／Ｙｅｓ）、目標誤差以内でなければ（ステップＳ７／Ｎｏ）、ステップＳ３に処理を戻す。

　上記の位置決め制御部９による位置決め制御により、位置決め対象物１０の位置決め誤差を所望の目標誤差以内に収めることができる。しかし、位置決め時の加速度パラメータの設定が適切でない場合、位置決め完了後にテーブル１や撮像部３に振動が生じ、位置決め対象物１０の位置や姿勢の計測結果に誤差が発生するため、ステップＳ６で算出した誤差が所望の目標誤差以内に収まらない。その結果、位置決めの繰り返し回数が増加し、タクトタイムが増大してしまうという問題がある。

　本実施の形態では、装置立ち上げ時などに、計測誤差推定部５、誤差比較部６、位置決めパラメータ設定部７、繰り返し処理部８を用いて、後述する方法により加速度パラメータを適切な値に自動調整することにより、タクトタイムを増大させずに、所望の精度で位置決め対象物１０を位置決めする。

　次に、位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理について説明する。図３は、実施の形態１にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。加速度パラメータの自動調整処理は以下のように行われる。加速度パラメータの自動調整処理では、位置決めパラメータ設定部７は、加速度パラメータの初期設定値、最小値及び最大値の設定を行う（ステップＳ１０１）。次に、誤差比較部６は、位置決め目標誤差を設定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０１及びステップＳ１０２では、加速度パラメータの自動調整処理の初期設定を行っており、加速度パラメータの初期設定値と目標誤差とを設定するとともに、加速度パラメータの最適値を二分法で探索するためにパラメータの探索範囲の最小値と最大値とを設定する。

　位置決め制御部９は、テーブル１の位置の現在値から所定の間隔だけ移動して位置決めを行う（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３では、加速度パラメータの現在の設定値を用い、テーブル１の位置を現在位置から所定の間隔だけ移動させて位置決めを行う。

　撮像部３は、位置決め対象物１０を所定の回数撮像することで位置決め対象物１０の位置及び姿勢を複数回計測する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３の位置決めが完了した後に、撮像部３で位置決め対象物１０を複数回撮像することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測値を複数個得る。図４は、位置決め対象物の位置の計測結果の一例を示す図である。

　図４において、線Ａ、線Ｂ及び線Ｃは、異なる加速度パラメータでの位置測定結果を示しており、線Ａの加速度パラメータが最も大きく、線Ｂの加速度パラメータが２番目に大きく、線Ｃの加速度パラメータが最も小さい。図４において位置決め完了直後の１回目の計測結果が他の計測結果と大きく異なっている理由は、位置決め完了直後はテーブル１や撮像部３の振動が残っており、それが位置決め対象物１０の位置の計測に誤差を与えるためである。また、１回目の計測結果と他の計測結果との誤差の大きさは、加速度パラメータの大きさに依存して変化し、加速度パラメータが大きいほど計測結果の誤差も大きくなる傾向にある。

　計測誤差推定部５は、ステップＳ１０４で計測した複数個の位置及び姿勢の平均値を算出することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の基準値を算出する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で得た位置決め対象物１０の位置及び姿勢の複数回の計測値の平均値を算出する。平均値を算出する理由は、位置及び姿勢の各計測値はテーブル１や撮像部３の振動により計測値に誤差を生じるが、複数回の計測結果の平均値を用いることで、それらの誤差の影響を低減し振動による計測誤差のない真の計測値に近い値を得ることができるためである。

　計測誤差推定部５は、ステップＳ１０５で算出した位置及び姿勢の平均値と各計測値との誤差の最大値を計算することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差の推定値を算出する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で得た位置及び姿勢の平均値と、ステップＳ１０４で得た各測定値とを比較し、それらの誤差の最大値を算出する。この操作により、テーブル１や撮像部３の振動によって生じた位置計測の誤差の大きさを推定することが可能である。すなわち、位置決め対象物１０の位置や姿勢の計測を複数回行い、それらの平均値を計算することで、テーブル１や撮像部３の振動の影響を低減した位置及び姿勢の測定値を計算することができ、その値を比較のための基準値とすることで、振動の影響により発生する測定誤差の大きさを推定することができる。

　誤差比較部６は、ステップＳ１０６で算出した誤差の最大値とステップＳ１０２で設定された目標誤差との比較を行う（ステップＳ１０７）。位置決めパラメータ設定部７は、ステップＳ１０７での比較結果に基づき、加速度パラメータの現在値、最小値及び最大値を二分法により更新する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０７及びステップＳ１０８では、ステップＳ１０６で算出した誤差の最大値と、ステップＳ１０２で設定した目標誤差との比較を行い、その比較結果に基づき二分法によって加速度パラメータの現在値、最小値及び最大値を更新する。

　繰り返し処理部８は、加速度パラメータの最小値と最大値との差が所定の値以下か否かを判定し（ステップＳ１０９）、所定の値以下であれば加速度パラメータの自動調整を終了し（ステップＳ１０９／Ｙｅｓ）、所定の値以下でなければ（ステップＳ１０９／Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻る動作を行う。ステップＳ１０９では、加速度パラメータの二分探索の最小値と最大値との差が予め設定した所定の値以下か否かを判定し、所定の値以下であれば加速度パラメータの自動調整を終了し、所定の値以下でなければ、処理をステップＳ１０３に戻す操作を行う。ここで、二分探索の最小値と最大値との差が所定の値以下ということは、加速度パラメータの現在値が最適値に十分近いということを意味している。よって、これらの一連の処理により、テーブル１や撮像部３の振動によって生じる位置及び姿勢の計測誤差が所望の目標誤差以内になる範囲内で位置決め加速度が最大となるように加速度パラメータを設定できる。

　位置決め完了後にテーブル１や撮像部３に振動が発生するか否かは、位置決めの加速度パラメータに最も依存する。加速度パラメータを適切な値に自動調整することにより、位置決め完了後のテーブル１や撮像部３の振動を低減することができる。これにより、所望の精度を出し、かつ、手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなる位置決めを容易に実現することができる。

　以上により、実施の形態１にかかる位置決め装置は、テーブル１や撮像部３の振動によって生じる位置及び姿勢の計測の誤差が所望の目標誤差以内になる範囲内で位置決め加速度が最大となるように加速度パラメータを自動的に設定する機能を有するため、所望の目標誤差を満たし、かつ、手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるようなアライメント位置決めを容易に実現できる。すなわち、実施の形態１にかかる位置決め装置は、二分法により位置決めパラメータを探索することにより、所望の精度を出し、かつ、手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるような位置決めパラメータを効率よく探索することができる。

　なお、上記の説明において、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で得た位置決め対象物１０の位置及び姿勢を複数回の計測値の平均値として算出していたが、図４に示したように、位置決め完了直後の１回目の位置及び姿勢の計測値は、テーブル１や撮像部３の振動による計測誤差の影響を大きく受けているため、平均値の算出に１回目の計測値を使用すると、平均値自体に振動による計測誤差の影響が大きく出てしまい、続くステップＳ１０６で振動による位置計測の誤差の大きさを正しく評価できない場合がある。ステップＳ１０５での位置決め対象物の位置及び姿勢を複数回の計測値の平均値として算出する方法として、例えば、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の２回目以降の計測値のみを用いて平均値を算出する方式や、１回目の計測値の影響を少なくするように重みを設定した加重平均を算出する方式を用いることも可能であり、これらの方式を用いることで、テーブル１や撮像部３の振動による計測誤差が平均値の算出結果に与える影響を低減することができる。すなわち、位置決め完了直後の位置や姿勢の測定結果には振動による誤差が乗っている可能性が高いので、基準値を計算する際に位置決め完了直後の測定値の加重を小さくして重み付き平均を計算することにより、単純に算術平均を計算する場合よりも計測誤差が平均値の算出結果に与える影響を小さくできる。

実施の形態２．
　図５は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態２の概略構成を示す図である。実施の形態１と同様の部分については同じ符号を付して重複する説明を省略する。図５に示すように、実施の形態２にかかる位置決め装置は、テーブル１、アクチュエータ２、撮像部３及び制御装置２０ａを有する。制御装置２０ａは、位置決めパラメータ設定部７及び繰り返し処理部８に代えて、位置決めパラメータ設定部７ａ及び繰り返し処理部８ａを有する点で実施の形態１とは異なっている。

　図６は、実施の形態２にかかる位置決め装置の位置決めパラメータ設定部の概略構成を示す図である。図６に示すように、位置決めパラメータ設定部７ａは、位置決めパラメータ記憶部７１、位置決めパラメータ更新部７２、位置決めパラメータ記録部７３及び位置決めパラメータ計算部７４を有する。位置決めパラメータ記憶部７１は、位置決めパラメータを保持し、保持している位置決めパラメータを位置決めパラメータ記録部７３に追加記録する。位置決めパラメータ更新部７２は、誤差比較部６によって出力された比較結果に応じて、後述する方法で位置決めパラメータを更新する。位置決めパラメータ記録部７３は、位置決めパラメータ記憶部７１によって位置決めパラメータが追加記録される。位置決めパラメータ計算部７４は、繰り返し処理部８ａの繰り返し終了条件が満たされた後に、位置決めパラメータ記録部７３に記録されている位置決めパラメータから加重平均値を計算し位置決めパラメータを更新する。

　図７は、実施の形態２にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、加速度パラメータの自動調整処理では、位置決めパラメータ設定部７ａの加速度パラメータの初期値を設定する（ステップＳ２０１）。続いて、誤差比較部６の位置決めの目標誤差を設定する。（ステップＳ２０２）。続いて、繰り返し処理部８ａの繰り返し変数の初期化を行う（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３は、自動調整処理の初期設定を行っており、加速度パラメータの初期設定値及び位置決めの目標誤差を設定し、さらに繰り返し変数の値を初期化する。

　その後、位置決め制御部９により、テーブル１の位置を現在値から所定の間隔だけ移動して位置決めを行う（ステップＳ２０４）。続いて、撮像部３により位置決め対象物１０を所定回数撮像することで位置決め対象物１０の位置及び姿勢を複数回計測する（ステップＳ２０５）。続いて、計測誤差推定部５により、ステップＳ２０５で計測した複数個の位置及び姿勢の平均値を計算することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の基準値を算出する（ステップＳ２０６）。続いて、計測誤差推定部５により、ステップＳ２０６で算出した位置及び姿勢の平均値と各計測値との誤差の最大値を計算することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差の推定値を算出する（ステップＳ２０７）。その後、誤差比較部６により、ステップＳ２０７で算出した誤差の最大値とステップＳ２０２で設定した目標誤差との比較を行う（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０４からステップＳ２０８までは、実施の形態１の加速度パラメータの自動調整処理のステップＳ１０３からステップＳ１０７と同様であり、これらの一連の処理によって、現在の加速度パラメータで位置決めした際にテーブル１や撮像部３の振動によって発生する位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差の推定値を計算する。

　その後、位置決めパラメータ更新部７２により、ステップＳ２０８の比較結果に応じた係数を加速度パラメータに乗じることにより加速度パラメータを更新する（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９では、ステップＳ２０８で出力した位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差の推定値と目標誤差との比較結果に応じて予め設定された係数を加速度パラメータの現在値に乗じることで、加速度パラメータを更新する。ここで、計測誤差の推定値と目標誤差との比較結果に応じた係数は、例えば、計測誤差の推定値が目標誤差よりも大きい場合には０．５倍、計測誤差の推定値が目標誤差よりも小さい場合には１．５倍等の値を用い、計測誤差の推定値が目標誤差よりも大きい場合には加速度パラメータの更新後の値を現在値よりも小さく、計測誤差の推定値が目標誤差よりも小さい場合には加速度パラメータの更新後の値を現在値よりも大きくするように係数の値を設定する。

　続いて、位置決めパラメータ記録部７３に、加速度パラメータの現在値を記録する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０では、加速度パラメータの値をステップＳ２０９で更新した加速度パラメータの値に上書きするのではなく、ステップＳ２０９で更新した加速度パラメータの値を追加記録する。

　その後、繰り返し処理部８ａにより、繰り返し変数をインクリメントする（ステップＳ２１１）。続いて、繰り返し処理部８ａにより、繰り返し変数の値が所定の繰り返し回数に達したか否かを判定し（ステップＳ２１２）、所定の繰り返し回数に達していたら（ステップＳ２１２／Ｙｅｓ）、ステップＳ２１３に移動し、所定の繰り返し回数に達していなかったら（ステップＳ２１２／Ｎｏ）、ステップＳ２０４に移動する処理を行う。ステップＳ２１１、Ｓ２１２では、繰り返し変数をインクリメントし、繰り返し変数の値が所定の繰り返し回数に達したか否かを判定し、その結果に応じてステップＳ２０４又はＳ２１３に分岐する。繰り返し変数の値がまだ所定の繰り返し回数に達していない場合はステップＳ２０４に分岐することで、加速度パラメータの更新及び追加記録を繰り返し、繰り返し変数の値が所定の繰り返し回数に達している場合は、繰り返し処理を抜けてステップＳ２１３に分岐する。

　その後、位置決めパラメータ計算部７４により、ステップＳ２１０で追加記録した加速度パラメータを含めて、位置決めパラメータ記録部７３に記録されている加速度パラメータの加重平均を計算し、その値を加速度パラメータに設定する（ステップＳ２１３）。

　上記の説明の通り、加速度パラメータの自動調整処理のステップＳ２０９において、計測誤差の推定値が目標誤差よりも大きい場合には加速度パラメータの更新後の値を現在値よりも小さく、計測誤差の推定値が目標誤差よりも小さい場合には加速度パラメータの更新後の値を現在値よりも大きくするように加速度パラメータを更新する。

　位置決め完了後のテーブル１や撮像部３の振動の振幅は、位置決め加速度の大きさによって決まり、加速度パラメータを大きくすると位置及び姿勢の計測誤差も大きくなり、逆に、加速度パラメータを小さくすると位置及び姿勢の計測誤差も小さくなる。そのため、ステップＳ２０９の方法で加速度パラメータを更新すると、計測誤差の推定値が目標誤差よりも大きい場合には次回の計測誤差の推定値が小さくなるように加速度パラメータを更新し、計測誤差の推定値が目標誤差よりも小さい場合には次回の計測誤差の推定値が大きくなるように加速度パラメータを更新することとなる。その結果、加速度パラメータは計測誤差の推定値が目標誤差と等しくなる値付近を推移することとなる。

　よって、ステップＳ２１０において加速度パラメータの値を逐次記録しておき、さらに、ステップＳ２１３において繰り返し初期に記録された加速度パラメータの重み係数が小さくなるように設定された加重平均を計算することにより、計測誤差の推定値が目標誤差とほぼ等しくなるように加速度パラメータを精度良く求めることができる。

　たとえ加速度を一定にしても、テーブル１や撮像部３の振動によって発生する位置測定の誤差の大きさは毎回変化する。そのため、二分法のように解が収束することを前提としているアルゴリズムではうまくパラメータを調整できない場合がある。実施の形態２の加速度パラメータの自動調整処理は、調整の最後に加重平均を計算する処理が追加されており、繰り返し回数を増やすことによって平均値のばらつきが減少するため、実施の形態１の加速度パラメータの自動調整処理と比べて、加速度パラメータの調整結果のばらつきを低減できる。

　このように、実施の形態２にかかる位置決め装置は、調整結果がばらつくことなく加速度パラメータの値を自動調整することができるため、所望の目標誤差を満たし、かつ手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるようなアライメント位置決めを容易に実現することが可能である。

実施の形態３．
　図８は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態３の概略構成を示す図である。実施の形態１と同様の部分については同じ符号を付して重複する説明を省略する。図８に示すように、実施の形態３にかかる位置決め装置は、テーブル１、アクチュエータ２、撮像部３、及び制御装置２０ｂを有する。

　制御装置２０ｂは、位置決めパラメータ設定部７、繰り返し処理部８及び位置決め制御部９に代えて、位置決めパラメータ設定部７ｂ、繰り返し処理部８ｂ及び位置決め制御部９ｂを有する点で実施の形態１とは異なっている。位置決めパラメータ設定部７ｂは、誤差比較部６によって出力された比較結果に基づき、後述する待ち時間パラメータを更新し、待ち時間パラメータを出力する。繰り返し処理部８ｂは、後述する繰り返し終了条件が満たされるまで位置決めパラメータ設定部７ｂによる待ち時間パラメータの更新を繰り返す。位置決め制御部９ｂは、位置決めパラメータ設定部７ｂによって出力された待ち時間パラメータに基づいて、アクチュエータ２を駆動することでテーブル１の位置決めを行う。ここで、待ち時間パラメータとは、位置決め制御部９ｂによるテーブル１の位置決めが完了してから画像処理部４へ撮像指令を出力し位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測を開始するまでの待ち時間を設定するためのパラメータである。

　実施の形態３にかかる位置決め装置は、自動調整を行う位置決めパラメータが加速度パラメータではなく待ち時間パラメータである点で実施の形態１にかかる位置決め装置と相違している。このため、位置決めパラメータ設定部７ｂ、繰り返し処理部８ｂ及び位置決め制御部９ｂの構成が実施の形態１と異なっている。

　図９は、実施の形態３にかかる位置決め装置の待ち時間パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、待ち時間パラメータの自動調整処理では、まず、位置決めパラメータ設定部７ｂの待ち時間パラメータの初期設定値、最大値及び最小値の設定を行う（ステップＳ３０１）。次に、誤差比較部６の位置決めの目標誤差を設定する（ステップＳ３０２）。続いて、位置決め制御部９ｂにより、テーブル１の位置を現在値から所定の間隔だけ移動して位置決めを行う（ステップＳ３０３）。その後、撮像部３により、位置決め対象物１０を所定回数撮像することで位置決め対象物１０の位置及び姿勢を複数回計測する（ステップＳ３０４）。続いて、計測誤差推定部５により、ステップＳ３０４で計測した複数個の位置及び姿勢の平均値を算出することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の基準値を算出する（ステップＳ３０５）。

　そして、計測誤差推定部５により、ステップＳ３０５で算出した位置及び姿勢の平均値と各計測値との誤差の最大値を計算することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差の推定値を算出する（ステップＳ３０６）。その後、誤差比較部６により、ステップＳ３０６で算出した誤差の最大値とステップＳ３０２で設定した目標誤差との比較を行う（ステップＳ３０７）。続いて、位置決めパラメータ設定部７ｂにより、ステップＳ３０７の比較結果に基づき、待ち時間パラメータの現在値、最小値及び最大値を二分法により更新する（ステップＳ３０８）。その後、繰り返し処理部８ｂにより、待ち時間パラメータの最小値と最大値との差が所定の値以下か否かを判定し（ステップＳ３０９）、所定の値以下なら（ステップＳ３０９／Ｙｅｓ）、待ち時間パラメータの自動調整処理を終了し、所定の値以下でないなら（ステップＳ３０９／Ｎｏ）、ステップＳ３０３に戻る操作を行う。

　位置決め完了後のテーブル１や撮像部３の振動は時間とともに減衰するため、位置決め完了時点から十分に時間が経過してから位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測を開始することで、テーブル１や撮像部３の振動によって発生する位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差を抑制することができる。また、待ち時間パラメータの自動調整処理の内容は、実施の形態１の位置決め装置における加速度パラメータの自動調整処理において自動調整の対象を加速度パラメータから待ち時間パラメータに置き換えたものとみなすことができる。したがって、図９に示した待ち時間パラメータの自動調整の一連の処理により、実施の形態１における加速度パラメータの自動調整と同様に、テーブル１や撮像部３の振動による位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差が所望の目標誤差以下であり、かつ待ち時間が短くなるように、待ち時間パラメータを自動的に調整できる。

　このように、実施の形態３にかかる位置決め装置は、テーブル１や撮像部３の振動によって生じる位置及び姿勢の計測誤差が所望の目標誤差以内になる範囲内で位置決め完了時点から位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測を開始するまでの待ち時間が短くなるように待ち時間パラメータを自動的に設定する機能を有する。テーブル１や撮像部３の振動は時間経過とともに減衰するため、位置決め完了から位置決め対象物を撮像するまでの待ち時間を調整することで、位置決め対象物の位置や姿勢の測定結果から振動による誤差を無くすことができる。このため、所望の目標誤差を満たし、かつ、手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるようなアライメント位置決めを容易に実現できる。

実施の形態４．
　図１０は、本発明にかかる位置決め装置の実施の形態４の概略構成を示す図である。実施の形態４にかかる位置決め装置は、実施の形態２にかかる位置決め装置に変更を加えたものであり、実施の形態１及び実施の形態２と同様の構成要素については、実施の形態１，２と同じ符号を付して重複する説明を省略する。図１０に示すように、実施の形態４にかかる位置決め装置は、テーブル１、アクチュエータ２、撮像部３及び制御装置２０ｃを有する。制御装置２０ｃは、繰り返し処理部８ａに代えて、繰り返し処理部８ｃを有する点で実施の形態１とは異なっている。繰り返し処理部８ｃは、後述する繰り返し終了条件が満たされるまで位置決めパラメータ設定部７ａによる加速度パラメータの更新を繰り返し実行する。

　図１１は、実施の形態４にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理の流れを示すフローチャートである。図１１に示すように、加速度パラメータの自動調整処理では、まず、位置決めパラメータ設定部７ａの加速度パラメータの初期値を設定する（ステップＳ４０１）。次に、誤差比較部６の位置決めの目標誤差を設定する（ステップＳ４０２）。続いて、繰り返し処理部８ｃのアップ回数変数及びダウン回数変数の初期化を行う（ステップＳ４０３）。

　続いて、位置決め制御部９により、テーブル１の位置を現在値から所定の間隔だけ移動して位置決めを行う（ステップＳ４０４）。次に、撮像部３により、位置決め対象物１０を所定の回数撮像することで、位置決め対象物１０の位置及び姿勢を複数回計測する（ステップＳ４０５）。その後、計測誤差推定部５により、ステップＳ４０５で計測した複数個の位置及び姿勢の平均値を計算することで位置決め対象物１０の位置及び姿勢の基準値を算出する（ステップＳ４０６）。続いて、計測誤差推定部５により、ステップＳ４０６で算出した位置及び姿勢の平均値と各計測値との誤差の最大値を計算することで位置決め対象物１０の位置及び姿勢の計測誤差の推定値を算出する（ステップＳ４０７）。そして、誤差比較部６により、ステップＳ４０７で算出した誤差の最大値とステップＳ４０２で設定した目標誤差との比較を行う（ステップＳ４０８）。

　その後、位置決めパラメータ更新部７２により、ステップＳ４０８の比較結果に応じた係数を加速度パラメータに乗じることにより加速度パラメータを更新する（ステップＳ４０９）。続いて、位置決めパラメータ記録部７３により、加速度パラメータの現在値を記録する（ステップＳ４１０）。続いて、繰り返し処理部８ｃにより、ステップＳ４０８の比較結果に応じてアップ回数変数又はダウン回数変数のどちらかをインクリメントする（ステップＳ４１１）。続いて、繰り返し処理部８ｃにより、アップ回数変数及びダウン回数変数の両方の値が所定の設定値に達したか否かを判定し（ステップＳ４１２）、条件を満たしていたら（ステップＳ４１２／Ｙｅｓ）、ステップＳ４１３に移動し、条件を満たしていなかったら（ステップＳ４１２／Ｎｏ）、ステップＳ４０４に移動する操作を行う。その後、位置決めパラメータ計算部７４により、ステップＳ４１０によって記録された加速度パラメータの加重平均を計算し、その値を加速度パラメータに設定する（ステップＳ４１３）。

　加速度パラメータの自動調整処理のステップＳ４１１では、ステップＳ４０８で算出した計測誤差の推定値とステップＳ４０２で設定した目標誤差との比較結果に基づき、計測誤差の推定値が目標誤差よりも大きい場合にはダウン回数変数をインクリメントし、計測誤差の推定値が目標誤差よりも小さい場合にはアップ回数変数をインクリメントする。

　実施の形態４にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理と、実施の形態２にかかる位置決め装置の加速度パラメータの自動調整処理とは、加速度パラメータの自動調整の終了判定方法が相違する。実施の形態２では、繰り返し変数の値と所定の繰り返し回数との比較結果に基づいて終了判定を行っていたのに対し、実施の形態４では、アップ回数変数及びダウン回数変数の二つの変数と所定の設定値との比較結果に基づいて終了判定を行う。

　アップ回数変数及びダウン回数変数の両方が所定の設定値以上であるということは、加速度パラメータが増加と減少を一定回数以上繰り返したということを意味するため、加速度パラメータの探索を完了したことの証拠とすることができる。実施の形態２の加速度パラメータの自動調整処理では、調整結果の信頼性を上げるために繰り返し回数を多めに設定する必要があったが、実施の形態４の加速度パラメータの自動調整方法では、加速度パラメータの探索の進行度が分かるため、実施の形態２の加速度パラメータの自動調整方法よりも少ない繰り返し回数で加速度パラメータの探索を終了できる。

　なお、繰り返し変数による終了判定と、アップ回数変数及びダウン回数変数による終了判定とを組み合わせて、繰り返し変数による繰り返し終了条件と、アップ回数変数及びダウン回数変数による繰り返し終了判定とのどちらか一方が満たされるという条件を繰り返し終了条件としても良い。

　以上により、実施の形態４にかかる位置決め装置は、誤差比較部６が出力した誤差の比較結果をアップ回数変数とダウン回数変数とで記憶しておくことで、パラメータの探索の進行度を把握することができる。パラメータ探索の進行度によって繰り返しの終了判定を行うので、実施の形態３の方法と比較して、少ない繰り返し回数で位置決めパラメータの調整を行うことができる。加速度パラメータの自動調整を高速に行うことができるため、所望の目標誤差を満たし、かつ手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるようなアライメント位置決めを容易に実現できる。

　なお、上記の各実施の形態では、位置及び姿勢の誤差を考慮して加速度パラメータ調整を行う場合を例としたが、位置の誤差のみを考慮して加速度パラメータ調整を行うようにすることもできる。例えば、テーブル１がＸＹθステージである場合には、Ｘ方向及びＹ方向の位置の誤差のみ考慮して、Ｘ方向及びＹ方向の送りに関する加速度パラメータのみを調整することもできる。ただし、Ｘ方向及びＹ方向の位置の誤差を考慮してＸ方向及びＹ方向の送りに関する加速度パラメータを調整するだけでなく、回転角θで表される姿勢を考慮して、θ軸周りの回転についても加速度パラメータ調整を行った方が、位置決め誤差が目標誤差内に収まる位置決めパラメータの設定をより短い時間で行いやすくなる。

　以上のように、本発明にかかる位置決め装置は、手作業で位置決めパラメータを設定する場合よりもタクトタイムが短くなるようなアライメント位置決めを容易に実現できる点で有用である。

　１　テーブル、２　アクチュエータ、３　撮像部、４　画像処理部、５　計測誤差推定部、６　誤差比較部、７，７ａ，７ｂ　位置決めパラメータ設定部、８，８ａ，８ｂ，８ｃ　繰り返し処理部、９，９ｂ　位置決め制御部、１０　位置決め対象物、１１　マーク、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ　制御装置、７１　位置決めパラメータ記憶部、７２　位置決めパラメータ更新部、７３　位置決めパラメータ記録部、７４　位置決めパラメータ計算部。

Claims (9)

1. 　位置決め対象物を載置して移動可能なテーブルと、前記テーブルに載せられた位置決め対象物を撮像する撮像部と、を有する位置決め装置であって、
   　前記撮像部により得られた画像に基づいて前記位置決め対象物の位置計測値を出力する画像処理部と、
   　複数回分の前記位置計測値に基づき前記位置計測値の計測誤差の推定値を出力する計測誤差推定部と、
   　前記計測誤差の推定値と目標誤差の大きさの比較を行い、誤差の比較結果を出力する誤差比較部と、
   　前記誤差の比較結果に基づいて位置決めパラメータの更新を行う位置決めパラメータ設定部と、
   　予め設定された繰り返し終了条件が満たされるまで前記位置決めパラメータ設定部による前記位置決めパラメータの更新を繰り返し実行する繰り返し処理部と、
   　前記位置決めパラメータに基づいて設定された位置決め条件にて前記テーブルの位置決めを行う位置決め制御部とを備えることを特徴とする位置決め装置。
2. 　前記画像処理部は、前記撮像部により得られた画像に基づいて前記位置決め対象物の位置計測値及び姿勢計測値を出力し、
   　前記計測誤差推定部は、複数回分の前記位置計測値に基づき前記位置計測値の計測誤差の推定値を出力するとともに、複数回分の前記姿勢計測値に基づき前記姿勢計測値の計測誤差の推定値を出力し、
   　前記誤差比較部は、前記位置計測誤差の推定値及び姿勢計測誤差の推定値を、各々の目標誤差の大きさと比較して誤差の比較結果を出力することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 　前記位置決めパラメータ設定部は、
   　予め設定された位置決めパラメータの探索範囲と前記誤差の比較結果に応じて、二分法に基づき前記位置決めパラメータと前記探索範囲の更新を行い、
   　前記繰り返し処理部は、前記探索範囲が予め設定された大きさよりも小さくなることを前記繰り返し終了条件とすることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
4. 　前記繰り返し処理部は、予め設定された繰り返し回数をもって前記繰り返し終了条件とし、
   　前記位置決めパラメータ設定部は、前記誤差の比較結果に応じて位置決めパラメータを定数倍する更新を行う位置決めパラメータ更新部と、前記位置決めパラメータ更新部によって更新された位置決めパラメータを記録する位置決めパラメータ記録部と、前記繰り返し処理部の繰り返し終了条件が満たされた後に前記位置決めパラメータ記録部に記録された位置決めパラメータから加重平均値を出力する位置決めパラメータ計算部と、を備え、前記位置決めパラメータ計算部の出力を最終的な位置決めパラメータの設定値とすることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
5. 　前記繰り返し処理部は、前記位置決めパラメータ設定部が、前記位置決めパラメータを現在値よりも大きくなるように更新したアップ回数と、前記位置決めパラメータが現在値よりも小さくなるように更新したダウン回数とを計数し、前記アップ回数及び前記ダウン回数の両方が予め設定された設定値以上となることを前記繰り返し終了条件とし、
   　前記位置決めパラメータ設定部は、前記誤差の比較結果に応じて位置決めパラメータを定数倍する更新を行う位置決めパラメータ更新部と、前記位置決めパラメータ更新部によって更新された位置決めパラメータを記録する位置決めパラメータ記録部と、前記繰り返し処理部の繰り返し終了条件が満たされた後に前記位置決めパラメータ記録部に記録された位置決めパラメータから加重平均値を出力する位置決めパラメータ計算部と、を備え、前記位置決めパラメータ計算部の出力を最終的な位置決めパラメータの設定値とすることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
6. 　前記計測誤差推定部は、複数回分の前記位置計測値から位置計測値の算術平均値を算出し、前記算術平均値と前記複数回分の位置計測値との誤差の最大値を前記計測誤差の推定値として出力することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
7. 　前記計測誤差推定部は、複数回分の前記位置計測値から位置計測値の加重平均値を算出し、前記加重平均値と前記複数回分の位置計測値との誤差の最大値を前記計測誤差の推定値として出力することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
8. 　前記位置決めパラメータは、位置決めの加速度パラメータであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の位置決め装置。
9. 　前記位置決めパラメータ部は、位置決めが完了してから前記撮像部が前記位置決め対象物を撮像するまでの待ち時間であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の位置決め装置。

Images