(57)【要約】【課題】  ワークと工具、またはワークとセンサとの高精度な位置決めを必要とする加工や検査に係り、特に多数の微細穴の加工や検査のための位置決めに好適な高精度位置決め装置を提供する。【解決手段】  テーブル上で、ワークと異なる位置に、加工や検査を行う位置の目標点をマーキングした基準サンプルを設置し、基準サンプルを画像として取得するための画像取得手段と、取得した画像より基準サンプル上にマーキングされた前記目標点を解析する画像解析手段と、解析した前記目標点より前記テーブルの位置決め誤差を求め、位置決め制御手段にテーブル位置補正を働きかけるための位置誤差データを生成する位置決め誤差検出手段を設けたことを特徴とする高精度位置決め制御装置【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１方向以上の可動部を有するテーブルと、前記テーブルを駆動する少なくとも１つ以上のテーブル駆動手段と、前記テーブル駆動手段に対して位置指令を行う位置決め制御手段と、そのテーブル上に固定されたワークを固定するワーク固定手段と、前記ワークに加工または検査を行うための工具またはセンサを具備した主軸より成る高精度位置決め装置において、
前記テーブル上で、前記ワーク固定手段と異なる位置に、加工や検査を行う位置の目標点をマーキングした基準サンプルを固定する基準サンプル固定手段と、基準サンプルを画像として取得するための画像取得手段と、取得した画像より基準サンプル上にマーキングされた前記目標点を解析する画像解析手段と、解析した前記目標点より前記テーブルの位置決め誤差を求め、前記位置決め制御手段にテーブル位置補正を働きかけるための位置誤差データを生成する位置決め誤差検出手段を設けたことを特徴とする高精度位置決め制御装置。
【請求項２】
前記基準サンプル上にマーキングされた目標点が１次元または２次元の穴の配列であり、
前記画像解析手段において、画像中のそれぞれの穴の重心を算出して、前記重心の位置と設定位置との差により、位置決め誤差を検出する位置決め誤差検出手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の高精度位置決め装置。
【請求項３】
基準サンプル上にマーキングされた目標点を取得し、同じ位置の画像を異なる倍率の複数の画像として認識するための異なる倍率の複数の画像取得手段から成る画像取得手段と、それぞれの画像取得手段で取得した画像をそれぞれ画像解析する画像解析手段と、前記画像解析手段による倍率の低い画像での解析結果からテーブル位置を粗補正する位置誤差データを生成し、かつ倍率の高い画像での解析結果からテーブル位置を精密補正する位置誤差データを生成する位置決め誤差検出手段を設けたことを特徴とする請求項１及至２記載の高精度位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークと工具、またはワークとセンサとの高精度な位置決めを必要とする加工や検査に係り、特に多数の微細穴の加工や検査のための位置決めに好適な高精度位置決め装置に関する発明である。 
【背景技術】
【０００２】
従来の自動位置決め設定方法は、複数のワークに加工する際の位置決め補正をするための基準マークをワーク上の複数の位置に設け、加工工程で基準マークをＣＣＤカメラで読み取り、位置ずれ誤差を測定し、加工時の動作を補正している（例えば、特許文献１参照）。 
このような場合、基準マークは例えばワークの４隅に設けて主にワークの傾きや固定台に対する位置ずれ補正の範囲でしか行われないため、各加工点が設計どおり加工されるためには、ワークと工具の相対位置決めを行うテーブルの位置決め精度が正確でなければならず、高精度保証するためには高価なリニアスケールによるフィードバック制御が必要になるなど位置決め装置が高価になるという問題があった。
【０００３】
また、検査ステージの移動補正量をあらかじめワークを検査して求めておき、同一品種のワークに対して移動補正量を行うものもある（例えば、特許文献２参照。）。
しかし、この場合もテーブルの繰り返し位置決め精度が正確でなければならず、これも位置決め装置が高価になるという問題があった。
【０００４】
また、ＣＣＤカメラで図面の線をトレーサで倣い、ワークを加工するという倣い装置もある（例えば特許文献３参照）。
しかし、この場合も加工は板材の切断に使用され、倣う線が連続的であり、線に倣うための画像処理方法しか考えられていなかったという問題があった。
【特許文献１】特開平４−１１３８４６号公報（第６−７頁、第４図）
【特許文献２】特開２００２−１０７１３７号公報（第４−５頁、第３−４図）
【特許文献３】特開平５−２８２０３０号公報（第３−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、ワークと工具、またはワークとセンサとの高精度な位置決めを必要とする加工や検査に係り、特に多数の微細穴の加工や検査のための位置決めに好適な高精度位置決め装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
少なくとも１方向以上の可動部を有するテーブルと、前記テーブルを駆動する少なくとも１つ以上のテーブル駆動手段と、前記テーブル駆動手段に対して位置指令を行う位置決め制御手段と、そのテーブル上に固定されたワークを固定するワーク固定手段と、前記ワークに加工または検査を行うための工具またはセンサを具備した主軸より成る高精度位置決め装置において、前記テーブル上で、前記ワーク固定手段と異なる位置に、加工や検査を行う位置の目標点をマーキングした基準サンプルを固定する基準サンプル固定手段と、基準サンプルを画像として取得するための画像取得手段と、取得した画像より基準サンプル上にマーキングされた前記目標点を解析する画像解析手段と、解析した前記目標点より前記テーブルの位置決め誤差を求め、前記位置決め制御手段にテーブル位置補正を働きかけるための位置誤差データを生成する位置決め誤差検出手段を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、高価なリニアスケールを使った高度な位置フィードバック制御を使用せず、さらに前記テーブル駆動手段の絶対位置決め精度や繰り返し位置決め精度によらず、基準サンプルにマーキングされた目標点に倣ってワークを加工したり、検査したりすることを可能とした。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、前記基準サンプル上にマーキングされた目標点が１次元または２次元の穴の配列であり、前記画像解析手段において、画像中のそれぞれの穴の重心を算出して、前記重心の位置と設定位置との差により、位置決め誤差を検出する位置決め誤差検出手段を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、あらかじめ設定された目標点に対して、その目標点を穴中心として高精度に合わせた穴加工や穴検査が可能となる。
【０００８】
また、請求項３記載の発明によれば、基準サンプル上にマーキングされた目標点を取得する画像取得手段が、同じ位置の画像を異なる倍率の複数の画像として認識するための異なる倍率の複数の画像取得手段から成り、それぞれの画像取得手段で取得した画像をそれぞれ画像解析する画像解析手段と、倍率の低い画像での解析結果からテーブル位置を粗補正する位置誤差データを生成し、倍率の高い画像での解析結果からテーブル位置を精密補正する位置誤差データを生成する位置決め誤差検出手段を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、２つの穴加工の目標点の間隔が離れていても、重心位置の認識分解能を下げず、位置決め誤差の補正範囲の拡大を可能とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ワークと工具、またはワークとセンサとの高精度な位置決めを必要とする加工や検査に係り、特に多数の微細穴の加工や検査のための位置決めに好適な高精度位置決め装置を提供することが可能であるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に関し、以下に図面を用いて詳説する。
【００１１】
図１は本発明の実施に係る高精度位置決め装置を加工機に適用した場合の構成図である。
加工機本体１上に、テーブル２を備える。テーブル２は、位置決め制御手段１７からの指令によりテーブル駆動手段３を介して前後左右に移動し、位置決めデータ記憶手段１９に記憶された位置決めデータに基づき位置決め制御手段１７が指定する位置に移動する。
【００１２】
テーブル上には、ワーク固定治具４と基準サンプル固定治具９を設置し、それぞれワーク５と基準サンプル１０を固定している。なお、基準サンプル固定治具９はアクリルなどの透明材料を使用しており、照明１１より透過光が基準サンプルの下側から当てられるようになっている。なお、照明１１は基準サンプルの上方にあってもよい。
【００１３】
ワーク５の上には、スピンドル７に保持された工具８があり、スピンドル７は主軸６に設置されている。主軸６は主軸＆スピンドル制御手段１８の指令により上下に動作し、スピンドルは主軸＆スピンドル制御手段１８の指令により工具８を回転する。この主軸６とスピンドル７の動作により工具８は、テーブル２が位置決めした位置でワーク５を加工することが出来る。
【００１４】
基準サンプル１０は、位置決めデータ記憶手段１９に記憶された位置決めデータに基づき、目標となる少なくとも１つ以上の点にマーキングを施したものである。
基準サンプル１０の上には、レンズ１３とＣＣＤカメラ１４から構成される画像取得手段１２を備える。テーブル２が次の目標点に到達した後、画像取得手段１２は基準サンプル１０の画像を取得し、画像解析手段１５に画像データを送信する。画像解析手段１５では、基準サンプルの画像データを二値化などの画像処理を施し、基準サンプル上にマーキングされた目標点を取得する。位置決め誤差検出手段１６は、前記目標点と現在のテーブル位置との位置誤差を求めて、位置誤差データを位置決め制御手段１７に送る。位置決め制御手段１７は、位置誤差データよりテーブル２の位置を補正するようにテーブル駆動手段３に指令する。
【００１５】
図２は本発明の実施に係る基準サンプルの構成図である。
基準サンプル１０の材料として、熱膨張係数が少ないガラスを使用する実施例を示す。基準サンプル１０はワーク５と等しい寸法の外形であり、基準サンプル１０の表面上に、位置決めデータに基づき、外形のあらかじめ設定した１点を基準として、位置決めの目標となる少なくとも１つ以上の点に十分高精度にマーキングを施す。マーキングは、前記目標点を中心とする円形の透過窓２０であり、この透過窓以外の基準サンプル１０表面には蒸着マスク２１を施している。
【００１６】
基準サンプル１０を裏側から光を当てると、透過窓２０の部分は明るく、蒸着マスク２１の部分は暗くなる。従って、透過窓２０を含む画像を取得して、二値化すると前記目標点を中心とする円は白くなり、その他の蒸着マスク２１の部分は黒くなる。前記円の中心を求めることにより、前記目標点を取得することが出来る。円の中心は円の重心を計算し、この重心を中心と設定する方法が好ましい。
【００１７】
なお、基準サンプル１０はガラス以外の材料、例えばワー５クと同じ材料を使用して、蒸着ではなく実際の加工と同じ加工を施したものでもよい。また、基準サンプル１０の外形寸法は、ワーク５の外形寸法と異なってもよいが、この場合は、ワーク５と基準サンプル１０で位置決めやアライメントの基準とするルールやマーキングを設定しなければならない。
【００１８】
また、ワーク５が穴加工品であり、穴位置に対向して剣山状にピンを持つ別の物がある場合には、このピンを持つ物を基準サンプル１０として、このピンの頂点位置を画像取得し、位置決めの目標点としてもよい。
【００１９】
図３は本発明の実施に係るテーブル上治具の構成図である。
ワーク５は、ワーク固定手段４上でワーク位置決め治具３０でアライメントされている。また、基準サンプル１０は、基準サンプル固定手段９上で基準サンプル位置決め治具３１でアライメントされている。基準サンプル固定手段９と基準サンプル位置決め治具３１は光を透過することが可能なアクリルなどの材料を使用している。
【００２０】
ワーク位置決め治具３０と基準サンプル位置決め治具３１により、ワーク５と基準サンプル１０は、対応する辺がそれぞれ平行になるように固定されている。また、工具８がワーク５の左上隅の真上にある時に、画像取得手段１２は、基準サンプル１０の右上隅を中心とする画像を取得するように設置している。
【００２１】
ワーク５と基準サンプル１０は、外形寸法が等しく、それぞれの右上隅を位置決めの基準点とすることで、テーブル２移動時に、ワーク５外形に対するワーク５の工具８による加工中心点の相対位置座標と、基準サンプル１０外形に対する画像取得手段１２で取得する画像中心点の相対位置座標とが常に等しくなるようにしている。例えば、スタート時工具位置３２がワークの右上隅真上にあるときは、スタート時画像取得手段位置３３は基準サンプル右上隅真上にある。
【００２２】
図４は本発明の実施に係る位置決め補正の説明図である。
テーブル上治具の構成は図３のとおりである。
位置決めデータに基づき、位置決め目標点の１つの位置にテーブルを移動し、停止後画像取得手段１２で基準サンプルの画像を取得する。この画像を画像解析手段１５で画像処理すると、穴加工位置移動時画像４０が得られる。穴加工位置移動時画像４０には、元画像に二値化処理を行い、背景が黒で、透過丸窓画像４５の部分が白い円になっており、この透過丸窓画像４５の重心４６を算出している。
【００２３】
また、画像には、Ｘ方向位置合わせ目標線４２とＹ方向位置合わせ目標線４３が描画されており、この交点である位置合わせ目標点４４の位置と円の重心４６の位置の差が、位置合わせデータどおりの目標点と現在のテーブル位置との位置誤差に等しく、位置決め誤差検出手段１６で、位置誤差データを算出している。
この位置誤差データにより位置決め制御手段１７でテーブル２の位置を補正し、補正後に穴加工位置補正時画像４１のように透過丸窓画像４５の重心４６が位置合わせ目標点４４と重なるようにすることで、基準サンプル１０の透過丸窓２１の位置に倣って、基準サンプル１０と同等な精度の位置決め性能を得ることが出来る。
【００２４】
従って、基準サンプル１０の位置決め目標点を示すマーキングの位置精度を、位置決めデータに対して正確にするほど、より高精度な位置決めが可能となる。特にガラス蒸着を使った基準サンプルでは、１μｍ未満の高精度なマーキングが可能であるので、１μｍ未満の精度を要求する位置決め用途に好適である。
【００２５】
図５は本発明の実施に係る２種類の倍率での画像取得が可能な画像取得手段の構成図である。
基準サンプルの画像を、まず共通レンズ５５で取り込む。次に、画像分岐手段５４でプリズムを利用して画像を２系統に分岐し、一方を低倍率レンズ５２を介して、ＣＣＤカメラＡ５０に取り込み、他方を高倍率レンズ５３を介して、ＣＣＤカメラＢ５１に取り込む。
これにより、画像解析手段１５では、異なる倍率の基準サンプルの画像を解析することができるので、位置誤差が大きく高倍率の画像で基準サンプル透過丸窓画像４５の一部または全部が解析画像内にないときに、低倍率の画像を使って、テーブル位置を粗補正し、再度高倍率の画像を取得し、高倍率の画像を使ってより高い分解能でテーブル位置を補正することが出来る。
【００２６】
図６は本発明の実施に係る高精度位置決め装置を検査機に適用した場合の構成図
である。
スピンドル７および工具８を、検査用ＣＣＤカメラ６０および検査用レンズ６１で置き換えており、画像検査手段６２で、位置決めデータ記憶手段１９に記憶された位置決めデータに基づき位置決めされたテーブル位置で加工されたワークの検査を行う。
この場合も、基準サンプル１０を画像取得手段１２で取得し、取得した画像の解析結果からテーブル２の位置を補正し、その時の検査用ＣＣＤカメラ６０で取得したワークの加工画像の解析結果を検査基準と比較して、合否判定を行うものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施に係る高精度位置決め装置を加工機に適用した場合の構成図である。
【図２】本発明の実施に係る基準サンプルの構成図である。
【図３】本発明の実施に係るテーブル上治具の構成図である。
【図４】本発明の実施に係る位置決め補正の説明図である。
【図５】本発明の実施に係る２種類の倍率での画像取得が可能な画像取得手段の構成図
【図６】本発明の実施に係る高精度位置決め装置を検査機に適用した場合の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…加工機本体
２…テーブル
３…テーブル駆動手段
４…ワーク固定手段
５…ワーク
６…主軸
７…スピンドル
８…工具
９…基準サンプル固定手段
１０…基準サンプル
１１…照明
１２…画像取得手段
１３…レンズ
１４…ＣＣＤカメラ
１５…画像解析手段
１６…位置決め誤差検出手段
１７…位置決め制御手段
１８…主軸＆スピンドル制御手段
１９…位置決めデータ記憶手段
２０…透過丸窓（位置決め目標点を中心とする円）
２１…蒸着マスク
３０…ワーク位置決め治具
３１…基準サンプル位置決め治具
３２…スタート時工具位置
３３…スタート時画像取得手段位置
４０…画像取得手段で取得した穴加工位置移動時画像
４１…画像取得手段で取得した穴加工位置補正時画像
４２…Ｘ方向位置合わせ目標線
４３…Ｙ方向位置合わせ目標線
４４…位置合わせ目標点
４５…基準サンプル透過丸窓画像
４６…基準サンプル透過丸窓重心
５０…ＣＣＤカメラＡ
５１…ＣＣＤカメラＢ
５２…低倍率レンズ
５３…高倍率レンズ
５４…画像分岐手段
５５…共通レンズ
６０…検査用ＣＣＤカメラ
６１…検査用レンズ
６２…画像検査手段
【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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