(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のワークを撮像する撮像手段と、その撮像した画像を処理する画像処理手段と、それにより得た画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出する検出手段と、検出した前記第１及び第２のワークの位置に基づいて、前記第２のワーク上の目標位置に前記第１のワークを移動させる移動手段とを備えた移動体装置において、
前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の部分を撮像する第１の撮像手段と、
前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の他の部分を撮像する第２の撮像手段と、
前記第１及び第２の撮像手段により得られる２つの画像データに、常に含まれるような１つ以上の基準点の位置、そしてその基準点と前記目標位置との関係を示す位置データを予め入力する入力手段と、
その入力された位置データと、前記２つの画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする移動体装置。
【請求項２】
第１及び第２のワークを撮像し、その撮像した画像を処理し、それにより得た画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出し、検出した前記第１及び第２のワークの位置に基づいて、前記第２のワーク上の目標位置に前記第１のワークを移動させる移動体装置の制御方法において、
前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の部分を撮像する第１の撮像工程と、
前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の他の部分を撮像する第２の撮像工程と、
前記第１及び第２の撮像手段により得られる２つの画像データに、常に含まれるような１つ以上の基準点の位置、そしてその基準点と前記目標位置との関係を示す位置データを予め入力する入力工程と、
その入力された位置データと、前記２つの画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出する検出工程とを備えたことを特徴とする移動体装置の制御方法。
【請求項３】
前記第１のワークは、矩形物体であり、その矩形物体の形状の特徴を表わす部分として端部の角の部分を使用することを特徴とする請求項２記載の移動体装置の制御方法。
【請求項４】
前記第１のワークを移動させる第１の移動工程と、
前記第２のワークを移動させる第２の移動工程との２つの移動工程を備えたことを特徴とする請求項２記載の移動体装置の制御方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の撮像工程は、大地又は空間で固定して移動しないことを特徴とする請求項２記載の移動体装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、代表的な撮像装置であるＣＣＤカメラ等を使用した画像処理により、ワークの位置情報を検出し、ワークをベース部材に位置決めする移動体及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１０ｍｍ角程度のチップをベース部材に位置決めする場合、１台のＣＣＤカメラが撮像した１つの視野を画像処理し、ＣＣＤカメラの視野に対するチップの位置情報Ｘ，Ｙ，θを求め、その値に従ってＸ軸、Ｙ軸、θ軸をそれぞれ補正動作させて必要な精度を得ていた。このような方法として、例えば特開平３−２２８５９１号等の提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の方法は、チップをベース部材に対し±１μｍ程度の精度で位置決めするためには、Ｘ軸に対するチップの傾き角θの測定精度として少なくとも（１）式程度の値が必要とされる。（尚、以下Ａ∧Ｂは、ＡのＢ乗を意味する。）
（１μｍ／１０ｍｍ）ｒａｄ＝１×１０∧−４ｒａｄ  ・・・・・・（１）
しかし、一般的なＣＣＤカメラでは、縦横の画素の数がそれぞれ５００程度であり、得られる測定精度は、（２）式程度でしかない。
（１／５００）ｒａｄ≒２０×１０∧−４ｒａｄ    ・・・・・・・（２）
図５は、従来例１としてチップを１台のＣＣＤカメラで撮像した場合の視野を表わす図である。
【０００４】
図５のように、ＣＣＤカメラの視野の領域内にチップ全体を納めた場合、（２）式の測定精度では不十分となる。
【０００５】
図６は、従来例１としてチップを１台のＣＣＤカメラで撮像した場合の視野を表わす図である。
【０００６】
図６のように、ＣＣＤカメラの視野の領域内にチップの一部を納めた場合、ＣＣＤカメラの画素数に対するθの測定精度は図５の場合より高くなる。しかし、今度はチップ全体を捉えられないことによる問題が場合により生じることがある。
【０００７】
また、複数個のチップを±１μｍ程度の高精度なピッチでベース部材に貼りつける際、ベース部材を搭載し、移動させる移動体を使用する場合は、その移動体の位置情報についても同程度の精度で測定する必要がある。そのためには、レーザ測長器などの高価な測定器が必要となりコストアップの要因となる。またレーザ測長器は、気圧などの影響も受けるので、移動体の位置情報の算出が複雑となるという欠点もあった。
【０００８】
更に、一般的な移動体では、１００ｍｍ程度移動させた場合、移動方向と直交する方向へのヨーイングにより、数μｍ程度動いてしまうため、±１μｍ程度の高精度を実現し、２次元の動作系で位置決めするのは困難であった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、解像度が限られた撮像装置で撮像した画像から、ワークの位置情報を検出し、高精度な位置検出を行なうことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成すべく、本発明に係る移動体装置は、第１及び第２のワークを撮像する撮像手段と、その撮像した画像を処理する画像処理手段と、それにより得た画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出する検出手段と、検出した前記第１及び第２のワークの位置に基づいて、前記第２のワーク上の目標位置に前記第１のワークを移動させる移動手段とを備えた移動体装置において、前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の部分を撮像する第１の撮像手段と、前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の他の部分を撮像する第２の撮像手段と、前記第１及び第２の撮像手段により得られる２つの画像データに、常に含まれるような１つ以上の基準点の位置、そしてその基準点と前記目標位置との関係を示す位置データを予め入力する入力手段と、その入力された位置データと、前記２つの画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
画像データの入力手段が２つであることにより、画像データの限られた解像度による測定精度の制限を受けない高精度の測定を実現する。更に基準点と目標位置との関係を予め入力するので画像データの領域にワークの全体が収まりきらない場合でも正確な位置検出ができる。
【００３４】
或いは、上記の同目的を達成する本発明に係る移動体装置の制御方法は、第１及び第２のワークを撮像し、その撮像した画像を処理し、それにより得た画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出し、検出した前記第１及び第２のワークの位置に基づいて、前記第２のワーク上の目標位置に前記第１のワークを移動させる移動体装置の制御方法であって、
前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の部分を撮像する第１の撮像工程と、
前記第１のワークの形状の特徴を表わす１つ以上の他の部分を撮像する第２の撮像工程と、
前記第１及び第２の撮像工程により得られる２つの画像データに、常に含まれるような１つ以上の基準点の位置、そしてその基準点と前記目標位置との関係を示す位置データを予め入力する入力工程と、
その入力された位置データと、前記２つの画像データに基づいて前記第１及び第２のワークの位置を検出する検出工程を備えたことを特徴とする。
【００３５】
画像データの入力手段が２つであることにより、画像データの限られた解像度による測定精度の制限を受けない高精度の測定を実現する。更に基準点と目標位置との関係を予め入力するので画像データの領域にワークの全体が収まりきらない場合でも正確な位置検出ができる。
【００３６】
また、例えば上記方法において、前記第１のワークは、矩形物体であり、その矩形物体の形状の特徴を表わす部分として端部の角の部分を使用すると良い。
【００３７】
最も特徴の有る部分を使用することにより画像処理の構成を比較的簡単にできる。
【００３８】
また上記方法において、好ましくは、前記第１のワークを移動させる第１の移動工程と、
前記第２のワークを移動させる第２の移動工程との２つの移動工程を備えると良い。
【００３９】
これにより、複数の第１のワークを同一の第２のワークに並べて位置決めすることが容易に実現できた。
【００４０】
また上記方法において、好ましくは、前記第１及び第２の撮像工程では、大地又は空間で固定して移動しないほうが良い。
【００４１】
位置決めの基準を確保したことにより、第２のワークの移動による振動や撮像手段の移動に伴うヨーイング等による画像のふらつきを容易に防止できた。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態を図面を参照して説明する。
【００４３】
はじめに、本発明を適用した移動体であり、ワークをベース部材に貼り合わせる装置について図１〜図３を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態としてのチップ貼り付け装置の構成の概略図である。
【００４５】
図中、チップ貼り付け装置は、天井部のフィンガ３、θステージ４、Ｙステージ５、そしてＺステージ６を備え、更に基部のＸステージ９、ＣＣＤカメラ１０及びＣＣＤカメラ１１を備えており、ワークであるチップ１をベース部材２に順次張り付けるように制御装置１４によって制御されている。Ｘステージ９、Ｙステージ５、及びＺステージ６は、それぞれ直交した方向に配置されている。
【００４６】
天井部において、チップ１を保持するフィンガ（バキュームフィンガ）３は、図１の前後方向であるＹ軸方向に移動可能なＹステージ５、図１の上下方向であるＺ軸方向に移動可能なＺステージ６、そしてＹステージ５上でＺ軸と平行な軸廻りに回転可能なθステージ４により移動及び回転可能に取り付けられている。
【００４７】
基部において、チップ１を貼り付けるベース部材２は、図１の左右方向に移動可能なＸステージ９に移動可能に取り付けられている。
【００４８】
また、レンズ１９及びレンズ２０をそれぞれ有するＣＣＤカメラ１０及びＣＣＤカメラ１１は、それぞれ撮像領域を照明するための不図示の照明装置を有しており、反射光としてベース部材２やチップ１を撮像する。尚、チップ１は、一方の端部がベース部材２の妻面から飛び出す状態でベース部材２に貼り付けられるので、ベース部材２の下方にＣＣＤカメラを設置することができる。撮像された画像は、画像処理装置１５、画像処理装置１６により２値化され、通信用インターフェース８の通信手段を介して制御装置１４に送られる。画像処理装置１５、画像処理装置１６には、それぞれモニタ１７、モニタ１８が接続されており、制御装置１４にはＣＲＴ２１、キーボード２２が接続されており各装置のプログラム、メンテナンス等に使用する。
【００４９】
次に、ＣＣＤカメラが撮像した視野３０及び３１、チップ１、そしてベース部材２の位置関係について図２及び図３を参照して説明する。
【００５０】
図２は、本発明の一実施形態としてのベース部材周りの位置関係を示す図である。
【００５１】
図中、３０はＣＣＤカメラ１０が撮像した視野、３１はＣＣＤカメラ１１が撮像した視野である。スケール７は、ガラス等の透明な材質であり、Ｘステージ９上に搭載され、ベース部材２とともに移動可能であり、スケール７の下面には基準マーク２５及び２６がプロットされている。尚、基準マークは、実際にはスケール７上に等間隔にプロットされている。ＣＣＤカメラ１０及び１１は、チップ１の角の部分であるコーナーＣ１及びＣ２、チップ１、そしてスケール７がそれぞれ１つの視野に入るように固定して配置する。制御装置１４は、基準マーク２５及び２６に基づいて算出するチップ１の位置情報から、Ｙステージ５、θステージ４、Ｘステージ９、そしてＺステージ６を制御する。更に実際には、図３の位置関係において処理を進める。
【００５２】
図３は、本発明の一実施形態としての２台のＣＣＤカメラの視野の位置関係を示す図である。
【００５３】
図中、Ｘ０及びＹ０の値は、２台のＣＣＤカメラ、スケール７、スケール７上の基準マーク２５及び２６の位置によるので予め測定しておく。コーナーＣ１は、基準マーク２５を基準に（Ｘ１，Ｙ１）、そしてコーナーＣ２は、基準マーク２６を基準に（Ｘ２，Ｙ２）とし、更にコーナーＣ１の最終目標位置は（Ｘ１０，Ｙ１０）、Ｘ軸に対するチップの傾き角はθとする。
【００５４】
次に、処理の流れについて図４を参照して説明する。
【００５５】
図４は、本発明の一実施形態としての位置決め処理のフローチャートである。
【００５６】
図中、ステップＳ１で、チップ１を把持したフィンガ３をＣＣＤカメラのピントが合う位置までＺ方向に移動させる。次にステップＳ２で、制御装置１４から画像処理装置１５に指令を送出し（Ｘ1，Ｙ1）を算出させ、結果を制御装置１４に送信させる。同様にステップＳ３で、画像処理装置１６より（Ｘ２，Ｙ２）を得る。ステップＳ４では、θステージのずれ量Δθを算出する。ここでΔθは、（３）式として算出可能である。
Δθ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｙ０−Ｙ１＋Ｙ２）／（Ｘ０−Ｘ１＋Ｘ２））  ・・（３）
ステップＳ４では、このΔθの値が所定の角度範囲内かどうかを比較し、ＮＯであればステップＳ６でθステージ４を補正動作を行い、再度ステップＳ２及びステップＳ３に戻る。一方、ＹＥＳであれば、ステップＳ７で、Ｘステージ９、Ｙステージ５の移動量ΔＸ，ΔＹを算出する。ここで、チップのコーナＣ1の位置を基準マーク２５に対して（Ｘ１０，Ｙ１０）に位置決めする際、ΔＸ，ΔＹは、
ΔＸ＝Ｘ１０−Ｘ１
ΔＹ＝Ｙ１０−Ｙ１
で算出できる。ステップＳ８で、求めたΔＸ，ΔＹが、所定の値の範囲内かどうかを比較し、ＮＯであれば、ステップＳ９でＸステージ９、Ｙステージ５を補正動作させ再度確認のため、ステップＳ２及びＳ３に戻る。ＹＥＳであれば、ステップＳ１０でフィンガ３をベース部材２の位置までＺステージ６により下降させ、ステップＳ１１でベース部材２にチップ１を接着し、ステップＳ１２でフィンガ３のみ上昇させ一連の動作を終了させる。
【００５７】
Ｘステージ９を一定ピッチで移動する度に、前述の一連の動作を再度行うことにより、複数のチップを高精度でベース部材２に貼り付けることが可能となる。
＜実施形態の変形例＞
（１）前述の実施形態は２つの基準マークを使用したが、２台のＣＣＤカメラ、スケール７、スケール７上の基準マークの位置関係は予め分かるので、片方の基準マークで行ってもよい。それ以外の構成は前述の実施形態と同様である。
（２）前述の実施形態は位置決めのフローチャートにおいて、θの補正動作と、Ｘ，Ｙの補正動作を別々に行っているが、θ軸の回転中心位置がわかっていれば、Δθ，ΔＸ，ΔＹの値を同時に求め、２軸同時に補正動作を行う事も可能である。それ以外の構成は前述の実施形態と同様である。
（３）前述の実施形態は位置情報として、チップ１の２コーナーを用いたが、チップ上のパターン等の物体上の画像認識可能な２ヶ所の位置情報でもよい。それ以外の構成は前述の実施形態と同様である。
（４）前述の実施形態は２台のＣＣＤカメラを基部に固定し、チップ１やベース部材２を下部から撮像したが、天井部のフィンガ３、θステージ４、Ｙステージ５、そしてＺステージ６の動作に干渉しないように固定すれば、チップ１やベース部材２を上部から撮像してもよい。この場合、チップ１の貼り付け位置は、ベース部材２から前述の実施形態のように一部飛び出す状態でなくても本発明を適用できるという利点がある。
【００５８】
尚、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、１つの機器から成る装置に適用しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプログラムを供給することによって達成される場合にも適用できることはいうまでもない。この場合、本発明に係るプログラムを格納した記憶媒体が、本発明を構成することになる。そして、該記憶媒体からそのプログラムをシステム或いは装置に読み出すことにより、そのシステム或いは装置が、予め定められたし方で動作することが可能となる。
【００５９】
＜実施形態の効果＞
（１）２台の画像処理装置１５及び１６により取り込まれる、矩形状物体の２つのコーナーＣ１及びＣ２の位置情報によりθの回転量を算出すると共に、それぞれの視野に入る基準マーク２５及び２６の位置情報によりＸＹ平面の移動量を算出した。これにより、チップ１の全体形状も把握しながら、画像処理装置の限られた解像度の環境下で必要とする測定精度を得ることが可能となり、高精度な位置決めを容易に実現することができた。
（２）ベース部材２をＸステージ９と共に移動可能とすることにより、複数のチップ部材を同一のベース部材２に並べて位置決めすることが容易に実現できた。
（３）ＣＣＤカメラ１０及び１１を基部に固定することにより、位置決めの基準を確保したことにより、Ｘステージ９の移動による振動やＣＣＤカメラの移動に伴うヨーイング等による画像のふらつきを容易に防止できた。
（４）前記の実施形態の効果（１）で測定精度を確保し、Ｘステージ９上のスケール７に等間隔でプロットした基準マークを基準とした。これにより、複数のチップを貼り合わせるためのＸステージ９の位置決めのために、新たにレーザ測長器等の高額な測定器を備えることなく高精度な位置決めを容易に実現することができた。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、解像度が限られた撮像装置で撮像した画像から、ワークの位置情報を検出し、高精度な位置検出をすることが可能となる。
【００６１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのチップ貼り付け装置の構成の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態としてのベース部材周りの位置関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態としての２台のＣＣＤカメラの視野の位置関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態としての位置決め処理のフローチャートである。
【図５】従来例１としてチップを１台のＣＣＤカメラで撮像した場合の視野を表わす図である。
【図６】従来例１としてチップを１台のＣＣＤカメラで撮像した場合の視野を表わす図である。
【符号の説明】
１  チップ
２  ベース部材
３  フィンガ
４  θステージ
５  Ｙステージ
６  Ｚステージ
７  スケール
８  通信用インターフェース
９  Ｘステージ
１０  ＣＣＤカメラ
１１  ＣＣＤカメラ
１４  制御装置１４
１５  画像処理装置
１６  画像処理装置
１７  モニタ
１８  モニタ
１９  レンズ
２０  レンズ
２１  ＣＲＴ
２２  キーボード
２５  基準マーク
２６  基準マーク
３０  ＣＣＤカメラ１０が撮像した視野
３１  ＣＣＤカメラ１１が撮像した視野
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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