专利名称：装配检验装置和使用装配检验装置的装配处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及装配检验装置和使用该装配检验装置的装配处理装置。
背景技术：
目前将结合例如jP-A-5-145295和JP-A-2000-013097说明的装配检验装置称为
装配检验装置。JP-A-5-145295 (示例性实施例，参见图1)披露了一种利用摄像机识别安装在印制电路板上的芯片元件的位置偏移的技术。JP-A-2000-013097 (发明的实施方式，参见图2、披露了这样一种技术即，在元件已经安装在基板上之后，通过高度传感器来测量元件的高度和该元件周围的基板区域的高度，从而判定安装的元件是否有缺陷。
发明内容
本发明提供如下装配检验装置和装配处理装置，该装配检验装置和装配处理装置能够在装配元件被置于装配接收元件中的情况下容易地、精确地检验已装配的装配元件的装配状态。(1)根据本发明的一方面，一种装配检验装置包括标记部，其具有四个或更多个单元图案标记，所述单元图案标记按预定位置关系设置在待被放置到装配接收元件中的装配元件的部分中，并且所述单元图案标记以浓度图案从所述单元图案标记的中心位置到所述单元图案标记的外周逐渐变化的方式形成；成像工具，其被设置为与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件相对并且捕获所述标记部的图像；布置信息识别模块，其至少利用与已被所述成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息；以及装配检验模块，其根据由所述布置信息识别模块识别的布置信息来检验是否达到优良装配状态。(2)在项(1)中所述的装配检验装置中，所述标记部对应于以点像的形式来指示所述单元图案标记的浓度图案的变化。(3)在项⑴或项⑵中所述的装配检验装置中，所述标记部具有被放置在所述装配元件的同一平面上的四个单元图案标记。(4)在项(1)或项(2)中所述的装配检验装置中，所述标记部被设置在可拆除地安装于所述装配元件的卡片上。(5)在项(1)或项(2)中所述的装配检验装置中，所述标记部具有四个或更多个单元图案标记、以及类型指示标记，所述类型指示标记用于识别除了与所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息之外的类型信息。
(6)根据本发明的一方面，一种装配检验装置包括标记部，其具有四个或更多个单元图案标记，所述单元图案标记按预定位置关系设置在装配接收元件的部分、装配基座的待放置所述装配接收元件的预定区域上的部分、 以及待被放置到所述装配接收元件中的装配元件的部分中，并且所述单元图案标记以浓度图案从所述图案标记的中心位置到所述图案标记的外周逐渐变化的方式形成；成像工具，其被设置为与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件相对，并且捕获所述装配接收元件上的所述标记部的图像或者所述装配基座上的所述标记部的图像、以及所述装配元件上的所述标记部的图像；布置信息识别模块，其至少利用与已被所述成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与所述装配接收元件的位置和姿态有关的布置信息、以及与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息；以及装配检验模块，其根据由所述布置信息识别模块识别的两项布置信息来检验是否达到优良装配状态。(7)根据本发明的一方面，一种装配处理装置包括项(1)中所述的装配检验装置；装配前成像工具，其被设置为与待被放置到装配接收元件中的仍待装配的装配元件相对，并且捕获所述装配元件上的标记部的图像；装配前布置信息识别模块，其至少利用与已被所述装配前成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与待被放置到所述装配接收元件中的所述仍待装配的装配元件的位置和姿态有关的布置信息；控制模块，其根据由所述装配前布置信息识别模块识别的与所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息来生成控制信号，并且控制装配元件收取处理操作和将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作；以及处理机构，其根据由所述控制模块生成的所述控制信号来执行所述装配元件收取处理操作和将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作。(8)根据本发明的一方面，一种装配处理装置包括项(6)中所述的装配检验装置；装配前成像工具，其被设置为与待被放置到装配接收元件中的仍待装配的装配元件相对，并且捕获所述装配元件上的标记部的图像和待被放置所述装配元件的仍待装配的装配接收元件上的标记部的图像，或者，所述装配前成像工具被设置为与装配基座相对，并且捕获所述装配接收元件上的标记部的图像或者所述装配基座上的标记部的图像；装配前布置信息识别模块，其至少利用与已被所述装配前成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与待被放置到所述装配接收元件中的所述仍待装配的装配元件的位置和姿态有关的布置信息、以及与所述装配接收元件的位置和姿态有关的布置 fn息；控制模块，其根据由所述装配前布置信息识别模块识别的与所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息、以及由所述装配前布置信息识别模块识别的所述装配接收元件的位置和姿态有关的布置信息来生成控制信号，并且控制装配元件收取处理操作和将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作；以及
处理机构，其根据由所述控制模块生成的所述控制信号来执行所述装配元件收取处理操作和用于将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作。(9)在项(7)或项(8)中所述的装配处理装置中，所述装配检验装置的所述成像工具还用作所述装配前成像工具。(10)在项(9)中所述的装配处理装置中，所述装配检验装置的所述成像工具被设置为能连同所述处理机构一起移动。(11)在项(10)中所述的装配处理装置中，所述处理机构至少将所述成像工具放置在非面向测量位置，在所述非面向测量位置，所述成像工具的成像平面在所述成像工具的视野范围内不直接面向设置在所述装配元件上的所述标记部的表面。根据项(1)，在装配元件被放置到装配接收元件中的情况下，可以容易地、精确地检验已装配的装配元件的装配状态。根据项O)，可以容易地在装配元件上形成标记部。根据项(3)，可以将单元图案标记形成为同一平面上的标记部。根据项，可以容易地更换装配元件的标记部。根据项(5)，即使当装配元件包括不同类型的装配元件时，也可以将考虑到类型的标记部固定到装配元件上。根据项(6)，在装配元件被放置到装配接收元件中的情况下，可以更精确地检验装配之后达到的装配元件放置到装配接收元件中的状态。根据项(7)，在装配元件被放置到装配接收元件中的情况下，可以精确地执行装配元件收取处理操作和将装配元件放置到装配接收元件中的操作，并且可以容易地、精确地检验已装配的装配元件的装配状态。根据项(8)，在装配元件被放置到装配接收元件中的情况下，可以更精确地执行装配元件收取处理操作和将装配元件放置到装配接收元件中的操作，并且更精确地检验已装配的装配元件的装配状态。根据项(9)，可以通过较少数量的成像工具来执行装配元件的装配处理和装配检验。根据项(10)，可以最优地移动成像工具的成像方向。根据项(11)，当与不使用本构造的情况相比时，可以通过成像工具来获取高度精确的信息作为成像信息。
将基于下列附图详细地说明本发明的示例性实施例，其中图IA是示出应用了本发明的装配检验装置和装配处理装置的示例性实施例的概况的说明图，并且图IB是示出在示例性实施例中使用的标记部实例的说明图；图2是示出包括图IA和IB中所示的装配检验装置的装配处理装置的装配处理的概况的说明图；图3是示出第一示例性实施例的装配处理装置的总体结构的说明图；图4A是示出设有在第一示例性实施例中使用的图案标记部的装配元件实例的说明图，图4B是示出图案标记部的总体结构的说明图，并且图4C和图4D是示出单元图案标记的结构实例的说明图；图5A是示意性地示出在第一示例性实施例中使用的图案标记部的单元图案标记的特征的说明图，并且图5B是示出在比较模式中使用的标记部的结构实例的说明图；图6是示出原理的说明图，借助于在第一示例性实施例中使用的图案标记部基于该原理来确定装配元件的位置和姿态；图7是示出在第一示例性实施例中使用的图案标记部的制造实例的说明图；图8是示出在第一示例性实施例中使用的图案标记部的结构实例和尺寸实例的说明图；图9A是示出用作成像工具的摄像机的成像平面相对于图案标记部的中心原点设定在面向测量位置的构造的说明图，图9B是示出用作成像工具的摄像机的成像平面平行于图9A中所示的面向测量位置移动的构造的说明图，并且图9C是示出用作成像工具的摄像机的成像平面被置于与图案标记部的指示平面不平行的非面向测量位置的构造的说明图；图IOA是示意性地示出用作成像工具的摄像机的成像平面相对于图案标记部的中心原点被置于面向测量位置的构造的说明图，并且图IOB是示出在图IOA所示的情况下达到的测量精度的说明图；图11是示出第一示例性实施例的装配处理装置的装配处理过程的流程图；图12是示意性地示出图11中所示的装配处理过程的说明图；图13A至图13D示出了与可以在装配检验过程中检验的位置和姿态有关的布置信息，其中，图13A示出了沿Z轴方向发生的抬升，图1 示出了关于Y轴发生的倾斜，图13C 示出了沿X轴和Y轴两个方向发生的位置偏移，并且图13D示出了关于Z轴发生的旋转偏移；图14A是示意性地示出比较模式的装配处理装置实例的说明图，并且图14B是示出当沿图14A中所示的方向B观看时由装配处理装置产生的正常装配状态的说明图；图15A至图15D示出了比较模式的装配处理装置实例，其中，图15A示出了沿Z轴方向发生的抬升，图15B示出了关于X轴和Y轴发生的倾斜，图15C示出了沿X轴和Y轴两个方向发生的位置偏移，图15D示出了检验关于Z轴发生的旋转偏移的模式；图16是示出第二示例性实施例的装配处理装置的主要模块的说明图；图17是示出在第二示例性实施例的装配处理装置中采用的装配处理过程的流程图；图18是示意性地示出图17中所示的装配处理过程的说明图；图19A是示出用作第三示例性实施例的装配处理装置的装配处理装置的主要模块的说明图，并且图19B是示出第三示例性实施例的装配处理装置的变型例的主要模块的说明图；图20A和图20B是示出在第三示例性实施例中使用的图案标记部卡片的结构实例的说明图；图21A和图21B是示出在第三示例性实施例中使用的图案标记部卡片的固定实例的说明图，其中，(I)是图案标记部卡片的剖视说明图，而(II)是图案标记部卡片的平面说明图22A和图22B是示出在第三示例性实施例中使用的图案标记部卡片的另一实例的说明图，其中，(I)是图案标记部卡片的剖视说明图，而(II)是图案标记部卡片的平面说明图；以及图23示出了第四示例性实施例的装配处理装置(连接器装置)的主要模块，其中，图23A是示出仍待装配的连接器装置的说明图，并且图2 是示出已装配的连接器装置的说明图。
具体实施例方式
示例性实施例的概要图IA示出应用了本发明的装配检验装置和使用所述装配检验装置的装配处理装置的示例性实施例的概况。在图中，如图IA和图IB所示，装配检验装置的一个典型构造包括标记部12，其具有四个或更多个单元图案标记13，该单元图案标记13按预定位置关系设置在装配元件2 的待被放置到装配接收元件1的部分中，并且该单元图案标记13以浓度图案Pc从图案标记的中心位置C到图案标记的外周逐渐变化的方式形成；成像(或摄像，imaging)工具5， 其被设置为与被放置到装配接收元件1中的装配元件2相对并且捕获标记部12的图像；布置信息识别模块6，其至少利用与已被成像工具5捕获图像的标记部12有关的成像信息来识别与被放置到装配接收元件1中的装配元件2的位置和姿态有关的布置信息；以及装配检验模块7，其根据由布置信息识别模块6识别的布置信息来检验是否达到优良装配状态。使用该装配检验装置的装配处理装置包括前面所述的装配检验装置；装配前成像工具5’，其被设置为与待被放置到装配接收元件1中的仍待装配的装配元件2相对，并且捕获装配元件2上的标记部12的图像；装配前布置信息识别模块8，其至少利用与已被装配前成像工具5’捕获图像的标记部12有关的成像信息来识别与待被放置到装配接收元件 1中的仍待装配的装配元件2的位置和姿态有关的布置信息；控制模块9，其根据由装配前布置信息识别模块8识别的与装配元件2的位置和姿态有关的布置信息来生成控制信号， 并且控制收取装配元件2的操作和将装配元件2放置到装配接收元件1中的操作；以及处理机构10，其根据由控制模块9生成的控制信号来执行收取装配元件2的操作和将装配元件2放置到装配接收元件1中的操作。结合这些技术手段，标记部12需要四个或更多个单元图案标记13。对单元图案标记13的主要要求是浓度图案Pc逐渐地变化。单元图案标记不限于中心位置C呈现出的浓度高于在图案标记的外周处达到的浓度的构造。单元图案标记还包括中心位置C呈现出的浓度低于图案标记的外周的浓度的构造。这里还提到用渐变部(gradation)来显示单元图案标记13的浓度图案Pc的变化的技术。然而，显示浓度图案的变化不限于渐变部。还可以用点像(点)的形式来显示变化。尽管可以利用打印技术来直接绘制单元图案标记13， 但也可以利用回射来提供标记，类似于在模制成形操作过程中形成的刻印表面图案；例如， 角锥棱镜(一种利用立方体内表面的角的性质将光等反射到其原始方向的工具)。此外，尽管可以使用多个成像工具5，但从简化装置构造的方面考虑，优选使用一个成像工具。而且，对于布置信息识别模块6的主要要求是利用成像工具5捕获装配接收元件1上的标记部12的图像，并且从该信息并根据预定算法来识别与装配元件2的位置和姿态有关的布置信息。此外，对装配检验模块7的主要要求是提前判定容许范围并且执行与装配有关的最终装配是否落在容许范围内的检验。如图2所示，所述构造的装配处理装置识别与装配元件2有关的布置信息，执行收取装配元件2的操作，并且执行将装配元件2放置到装配接收元件1中的操作。在此情况下，对装配接收元件1的主要要求是被放置到预定区域中。如图2所示，装配检验装置在装配元件2已被放置到装配接收元件1中之后执行装配检验。如图IA和图IB所示，装配检验装置的另一典型构造包括标记部12，其具有四个或更多个单元图案标记13，该单元图案标记13按预定位置关系设置在装配接收元件1的部分、装配基座(未示出)的待放置装配接收元件1的预定区域上的部分、以及待被放置到装配接收元件1中的装配元件2的部分中，并且单元图案标记13以浓度图案Pc从图案标记的中心位置C到图案标记的外周逐渐变化的方式形成；成像工具5，其被设置为与被放置到装配接收元件1中的装配元件2相对，并且捕获装配接收元件1上的标记部12的图像或者装配基座上的标记部12的图像、以及装配元件2上的标记部12的图像；布置信息识别模块 6，其至少利用与已被成像工具5捕获图像的标记部12有关的成像信息来识别与装配接收元件1的位置和姿态有关的布置信息、以及与被放置到装配接收元件1中的装配元件2的位置和姿态有关的布置信息；以及装配检验模块7，其根据由布置信息识别模块6识别的两项布置信息来检验是否达到优良装配状态。如图IA和图IB所示，具有这种装配检验装置的装配处理装置包括装配检验装置，其用于检验被放置到装配接收元件1中的装配元件2的状态；装配前成像工具5’，其被设置为与待被放置到装配接收元件1中的装配元件2相对，并且捕获装配元件2上的标记部12的图像和还没有被放置装配元件2的仍待装配的装配接收元件1上的标记部12的图像，或者，装配前成像工具5’被设置为与装配基座(未示出)相对，并且捕获装配接收元件 1上的标记部12的图像或者装配基座上的标记部12的图像；装配前布置信息识别模块8， 其至少利用与已被装配前成像工具5’捕获图像的标记部12有关的成像信息来识别与还没有被放置到装配接收元件1中的仍待装配的装配元件2的位置和姿态有关的布置信息、以及与装配接收元件1的位置和姿态有关的布置信息；控制模块9，其根据由装配前布置信息识别模块8识别的与装配元件2的位置和姿态有关的布置信息、以及由装配前布置信息识别模块8识别的与装配接收元件1的位置和姿态有关的布置信息来生成控制信号，并且该控制模块9控制收取装配元件2的操作和将装配元件2放置到装配接收元件1中的操作； 以及处理机构10，其根据由控制模块9生成的控制信号来执行收取装配元件2的操作和将装配元件2放置到装配接收元件1中的操作。由于该构造的装配检验装置可以识别与装配元件2的位置和姿态以及装配接收元件1 (或者装配基座)的位置和姿态有关的布置信息，因此考虑到装配元件与装配接收元件之间的相对位置关系来检验被放置到装配接收元件1中的装配元件2的状态。此外，该构造的装配处理装置识别装配元件2和装配接收元件1 (或者装配基座) 的布置信息并且执行收取装配元件2的操作。此外，装配处理装置执行将装配元件2放置到装配接收元件1中的操作。现在说明标记部12的优选构造。首先，将以点像的形式来显示单元图案标记13的浓度图案Pc的变化的构造称作标记部12的优选构造。在本构造中，采用点像指示。因此，喷墨式图像形成装置或者电子照相式图像形成装置可以形成标记部12的单元图案标记13。标记部12的另一构造包括设置在装配元件2的单个平面上的四个单元图案标记 13。例如，无需使四个单元图案标记13中的一个所在的平面不同于设置三个单元图案标记的平面即可以确定装配元件2的位置和姿态。而且，从易于更换标记部12的观点看，最好形成在可拆除地连接到装配元件上的卡片上显示的标记部。此外，当装配元件包括不同类型的装配元件时，如图IB所示，最好提供具有四个或更多个单元图案标记13、以及类型指示标记14的标记部12，所述类型指示标记14用于识别除了与装配元件的位置和姿态有关的布置信息之外的类型信息。此外，在本实施方式中，成像工具5的优选构造包括这样的构造装配检验装置的成像工具5还被用作装配前成像工具5’。此外，用于成像工具5的优选支撑构造包括这样的构造装配检验装置的成像工具5被设置为能连同处理机构10 —起移动。而且，与借助于成像工具5以高精度捕获图像的模式相关，对于处理机构10的主要要求是能够至少将成像工具5放置到非面向测量位置，在所述非面向测量位置，成像工具5的成像平面在成像工具5的视野范围内不直接面向设置在装配元件上的标记部12的表面。在这种情况下，尽管可以接受成像工具被固定地设置在非面向测量位置的构造，但是还可以采用这样的构造即，成像工具5被可移动地支撑为能够执行包含面向测量位置和非面向测量位置的测量，在所述面向测量位置，成像工具5的成像平面在成像工具5的视野范围内面向装配元件上的标记部12的表面。作为选择，还可以采用这样的构造即，成像工具5被可移动地支撑为能够在多个阶段中执行在非面向测量位置的测量。 第一示例性实施例图3是示出用作第一示例性实施例的装配处理装置的装配处理装置的总体结构的说明图。〈装配处理装置的总体构造〉在图中，装配处理装置自动地将装配元件20放置到装配接收元件(未示出)中并且检验装配元件的装配状态。在本示例性实施例中，装配处理装置具有图案标记部30，其用作设置在装配元件20上的标记部，所述标记部用于识别与装配元件20的位置和姿态有关的布置信息；摄像机40，其捕获装配元件20的图案标记部30的图像；机器人50，其用作夹持装配元件20并且将装配元件20放置到装配接收元件中的支撑机构；以及控制器60，其控制摄像机40的成像定时，接收来自摄像机40的成像信息的输入，识别与装配元件20的位置和姿态有关的布置信息，并且根据由此识别的布置信息并且沿着后面将要说明的图11中所示的流程来控制机器人50的运动。在本示例性实施例中，机器人50具有可以通过多轴关节致动的机械臂51。能够执行夹持动作的机械手52连接到机械臂51的末端。根据输入轨迹信息来指示待由机械手 52执行的处理操作，例如，运动捕获。根据来自摄像机40的成像信息来校正待由机械手52 执行的处理操作。在本示例性实施例中，摄像机40固定到机械手52的部分上并且通过机械手52设定在预定的测量位置。有一对定位腿部23设置在例如假设大致呈长方体形状的元件主体21的底部，但装配元件20是根据应用任意选择的。装配元件20在被放置到装配接收元件70的定位凹槽73中的同时被装配(参见图12)。〈图案标记部〉在本示例性实施例中，如图4A和图4B所示，装配元件20的元件主体21的顶面22 被取作识别基准平面。图案标记部30具有设置在顶面22的四个角处的单元图案标记部31 和沿着元件主体21的顶面22的两个相邻侧边设置的类型指示标记36。图4A中的附图标记70指示装配接收元件。例如，如图4C和图5A中所示，单元图案标记31的一个典型构造被示出为具有浓度图案Pc的渐变部32，该浓度图案Pc在中心位置C处呈现出最高浓度并且逐渐地变化从而随着朝向标记的外周的距离增加而浓度变低。如图4D和图5A所示，单元图案标记31的另一典型构造被示出为点图案，该点图案在中心位置C处呈现出点33的最浓密分布，从而形成高浓度区34，以及朝向标记的外周变得逐渐稀疏的点33的分布，从而形成低浓度区35。在此情况下，可以通过改变点33的直径大小、点之间的间隔以及布置位置来给定单元图案标记的浓度分布。特别地，由于通过利用喷墨式图像形成装置或者电子照相式图像形成装置的打印操作易于得到点图案，因此点图案构造是优选的。同时，例如，当装配接收元件70包括多个类型(按照例如颜色类型、尺寸等)时， 类型指示标记36用作ID (标识)指示，用于发现与相应类型的装配接收元件70的匹配。在本示例性实施例中，类型指示标记36设置在两个位置，但也可以设置在一个位置。作为选择，即使当类型指示标记以拆分方式被置于三个位置或更多个位置时，也没有问题。-与LED指示板的比较-不同于图案标记部30，图5B所示的LED指示板180具有设置在基板181上的四个LED 182(182a至182d)。四个LED 182中的三个LED 182 (182a至182c)被放置在基板 181的单个平面上。剩余的一个LED 182 (182d)被设定在与包括作为顶点的三个LED 182 的三角形基准平面183间隔距离“h”的竖直线“V”上。根据三角形基准平面183与竖直线 “V”上的LED 182(182d)之间的位置关系来确定三角形基准平面183的位置和姿态。附图标记184指示用于辨认的LED。甚至通过LED指示板180也能确切地识别装配元件20的位置和姿态；然而，需要使得LED 182可用的电源。因此，鉴于这样的电源不是必需的，本示例性实施例的图案标记部30是优选的。LED指示板180采用一种通过以三维方式放置四个LED 182来提高对位置和姿态的识别精度的技术。然而，在图案标记部30中，各个单元图案标记31具有浓度从其中心位置C朝向其外周逐渐变化的浓度分布。因此，可以通过浓度分布近似表达式来高精度地计算浓度分布的中心位置C(即，呈现出最高浓度的点)。因此，即使当伴随着对单元图案标记31的高精度识别将四个单元图案标记31放置到单个平面上，也能识别出与四个单元图案标记31的中心位置C相对应的顶点的位置。结果，即使装配元件20从位置A改变到位置B，并且发生如图6所示的经过旋转角α的旋转，也能精确地识别出作为装配元件20的识别基准平面的顶面22的位置和姿态。在本示例性实施例中，在单个平面上设置数量为四个的单元图案标记31。然而，单元图案标记的数量不限于四个。单元图案标记31还可以设置在例如任意的六个点处。具体地，只要使标记能够识别装配元件的三维位置和三维姿态，就可以根据需要来选择单元图案标记。主要要求是提供数量为四个或更多个的单元图案标记31，并且待放置单元图案标记31的位置不限于单个平面，还可以设定在不同平面上。-图案标记部的形成实例-在本示例性实施例中，如例如图7所示，图案标记部30包括安装凹槽37，其分别设置在四个角处，并且沿着装配元件20的顶面22的两个侧边来设置；以及标签38，各个标签印有单元图案标记31和类型指示标记36，并且各个标签被固定到各个安装凹槽37上。 此时，例如，选择各个安装凹槽37的深度以使凹槽37的深度与各个标签38的厚度相等。单元图案标记31和类型指示标记36被设定为与用作识别基准平面的顶面22变得齐平。尽管图案标记部30被设定为与用作识别基准平面的顶面22变得齐平，但是图案标记部30不总是需要与顶面22齐平。此外，在本示例性实施例中，标签38通过安装凹槽37固定到装配元件上。然而，标签还可以直接固定到用作识别基准平面的顶面22上，而无需使用安装凹槽37。而且，在本示例性实施例中，期望在图案标记部30的单元图案标记31与装配元件 20的顶面22的各边以一定程度间隔的同时放置标记部单元图案标记31。例如，设置为如图8所示，单元图案标记31的半径取作R并且单元图案标记31 的最外侧轮廓与顶面22的边缘之间的间隔取作S,期望满足S > 2R。该关系基于以高精度检测单元图案标记31的中心位置C的算法。以这样的方式来满足S > 2R的关系S卩，待叠加在单元图案标记31的圆形图案上的矩形检测窗口不与装配元件20的顶面22的边缘(由黑色边缘表示)重叠。实际上，只要为图案标记部30使用不同的检测算法，就可以任意地设定单元图案标记31的布置。〈摄像机的测量位置〉在本示例性实施例中，摄像机40被设置为与图案标记部30相对，从而可以捕获装配元件20上的图案标记部30的图像。当此时对实现的摄像机40的测量位置进行研究时，提到图9Α至图9C所示的构造。首先，图9Α中所示的构造是针对这样的情况即，摄像机40的成像平面的中心位置(即，视野范围的中心位置)包括装配元件20上的图案标记部30的四个单元图案标记 31的中心位置C，并且中心位置为中心位置直接面向作为识别基准平面的顶面22的面向测
量位置。该构造导致了有关摄像机40与图案标记部30之间的距离的测量精度劣化的顾虑ο
如图IOA和图IOB所示，当摄像机40面向图案标记部30时，将图案标记部30的单元图案标记31之间的横向尺寸取作由摄像机40捕获的图像尺寸L。此外，如果当作为装配元件20的识别基准平面的顶面22上的图案标记部30以θ量微小变化时图像尺寸发生的变化取作L’，则满足L’ =LXcose的关系。从上文应当理解到，图像尺寸的变化L’变得小于原始图像尺寸L，从而测量精度将劣化。接下来，图9Β中所示的构造与这样的情况相关即，摄像机40以该摄像机40的视野范围的中心位置变得偏离图案标记部30的四个单元图案标记31的中心位置C的方式从图9Α中所示的位置平行于图案标记部30的表面移动，从而变得偏离图9Α中所示的面向测
量位置。在此情况下，当与图9Α中所示的情况中达到的测量精度相比较时，提高了摄像机 40的测量精度。然而，图案标记部30到达了偏离摄像机40的视野范围的中心位置C的位置，从而导致了在摄像机40的透镜扭曲的影响下测量精度可能会劣化的顾虑。即使对透镜扭曲进行校正，测量精度此时也趋于下降。因此，优选的是采取另外的补救措施。反之，图9C中所示的构造与这样的情况相关即，摄像机40的成像平面与图案标记部30的表面(等同于装配元件20的作为识别基准平面的顶面2 不面向彼此，并且摄像机40的视野范围的中心被设置为与图案标记部30的四个单元图案标记31的中心位置对准。即，该构造对应于这样的情况即，摄像机40的成像平面预先相对于如图9C所示的图案标记部30的识别基准平面倾斜，从而提高摄像机40的测量精度。即，假设在图IOA和图IOB中所示的情况下，图9C中所示的构造可以认为是成像平面以图像尺寸的变化L’倾斜的情况。可以认为图像尺寸的变化L’在成像平面转动θ后变成L。在此情况下，图像尺寸的变化为L = L’/cos θ。因此，在θ的变化较大时，cos θ的值的变化也较大。图像尺寸的变化相应地较大。因此，在图9C中所示的构造中，应当理解到，提高了摄像机40的测量精度。即使当根据需要选择倾斜角θ时，也没有问题。然而，倾斜角可以在15°至75° 的范围内。从提高测量精度的观点看，优选特别地选择倾斜角以接近45°。如例如图3中所示，在摄像机40连接到机械手52上的构造中，随着倾斜角θ变得较大，机械手52在测量之后移动到装配元件20的位置的距离变得较大，这影响了生产节拍。因此，当考虑到生产节拍时，期望在可以确保测量精度的范围内达到的最小倾斜角Θ。〈装配处理〉现在说明由示例性实施例的装配处理装置执行的装配处理。-对装配元件进行装配的处理-首先，控制器60按照图11中所示的流程执行处理并且将控制信号发送到摄像机 40和机器人50。在图中，控制器60首先借助于摄像机40测量仍待装配的装配元件20上的图案标记部30(图12中所示的元件识别过程)。随后，控制器60识别与仍待装配的装配元件20 的位置和姿态有关的布置信息。然后，控制器60确定机械手52的移动动作并且使得机械手52夹持装配元件 20 (参见图12中所示的元件夹持过程)并且使得机械手52将装配元件20放置到装配接收
13元件70中(参见图12中所示的元件装配过程)。控制器60随后判定机械手52已经结束执行对装配元件20进行装配的操作并且使得机械手52后退到预定的退回位置。-装配元件的装配检验-控制器60通过摄像机40来测量已装配的装配元件20上的图案标记部30，从而识别与已装配的装配元件20的位置和姿态有关的布置信息(参见图12中所示的元件检查过程)。然后，检查测量值是否落在预定容许范围内。当测量值在容许范围内时，通过装配检验将已装配的元件判定为可接受(OK)。反之，当测量值超出容许范围时，通过装配检验将已装配的元件判定为有缺陷(NG)。更具体地，如图13A所示，摄像机40从与图案标记部30的各个单元图案标记31 有关的成像信息中获取关于Z轴方向的位置数据，从而可以计算沿Z轴方向发生的抬升 (ΔΖ)。如图1 所示，摄像机40从与图案标记部30的各个单元图案标记31有关的成像信息中获取关于Y轴周围的位置数据，从而计算图案标记部关于Y轴的倾斜角(θ y)。如图13C所示，摄像机40从与图案标记部30的各个单元图案标记31有关的成像信息中获取关于X轴和Y轴方向的位置数据，从而可以计算沿X轴方向和Y轴方向发生的位置偏移(ΔΧ，ΔΥ)。此外，如图13D所示，摄像机40从与图案标记部30的各个单元图案标记31有关的成像信息中获取关于ζ轴周围的位置数据，从而可以计算关于Z轴发生的旋转偏移(Θ Z)。<比较模式的装配元件的装配检验>图14Α示出了图案标记部不设置在装配元件20’上的比较模式。如图14Β所示， 如果装配元件20’被适当地放置到装配接收元件70’中，则装配元件20’不会在Z轴方向上抬升或者关于Y轴倾斜。然而，如图15Α所示，如果装配元件20’被不适当地放置到装配接收元件70’中， 则例如可以通过利用Z轴位移传感器201 (例如，非接触式激光位移传感器或者接触式位移传感器)获得关于Z轴方向的位置数据来计算沿Z轴方向发生的抬升(ΔΖ)。另外，如图15Β所示，可以根据从沿X轴方向和Y轴方向彼此分隔开的两个Z轴位移传感器202和203(非接触式激光位移传感器或者接触式位移传感器)输出的测量值之间的差值来计算关于X轴发生的倾斜角θ χ和关于Y轴发生的倾斜角0y。如图15C所示，必要的是，通过利用X轴位移传感器204和Y轴位移传感器205(例如，非接触式激光位移传感器或者接触式位移传感器)获取X轴位置数据和Y轴位置数据来计算关于X轴发生的位置偏移(ΔΧ)和关于Y轴发生的位置偏移(ΔΥ)。此外，如图15D所示，例如可以根据来自沿X轴方向彼此间隔开的Y轴位移传感器 206和207 (例如，非接触式激光位移传感器和接触式位移传感器)的测量值之间的差值来计算关于Z轴发生的旋转偏移ΘΖ。如上所述，一些传感器能够被共享来计算各个偏移。然而，仍需要大量的位移传感器201至207，这相应地产生了关于设备结构的复杂化的顾虑。 第二示例性实施例
图16是示出用作第二示例性实施例的装配处理装置的装配处理装置的主要模块的说明图。在本示例性实施例中，装配处理装置在基本结构上大致类似于结合第一示例性实施例说明的相应部分。然而，与第一示例性实施例不同的是，与装配元件20的图案标记部 30大致类似的图案标记部80甚至被设置在装配接收元件70的顶面22上。在本示例性实施例中，图案标记部80具有设置在顶面22的四个角处的单元图案标记81和沿着顶面22 的两侧设置的类型指示标记86。在本示例性实施例中，摄像机40捕获装配元件20的图案标记部30的图像，也捕获装配接收元件70的图案标记部80的图像。类似于结合第一示例性实施例说明的相应部分的控制器60沿着图17中所示的流程来控制摄像机40和机器人50 (参见第一示例性实施例)。现在参考图17说明本示例性实施例的装配处理装置的操作。首先，控制器60按照图17中所示的流程执行处理并且将控制信号发送到摄像机 40和机器人50。在图中，控制器60借助于摄像机40来测量仍待装配的装配元件20的图案标记部 30 (参见图18中所示的元件识别过程)；并且随后识别与仍待装配的装配元件20的位置和姿态有关的布置信息。随后，控制器60确定机械手52的移动运动并且使得机械手52夹持装配元件 20 (参见图18中所示的元件夹持过程)。然后，控制器60通过摄像机40来测量装配接收元件70的图案标记部80，从而识别与装配接收元件70的位置和姿态有关的布置信息并且对机械手52的移动运动进行校正；并且通过机械手52将装配元件20放置到装配接收元件70中(参见图18中所示的元件装配过程)。然后，控制器60确定机械手52已经结束对装配元件20进行装配的处理并且使得机械手52后退到预定的退回位置。控制器60随后通过摄像机40来测量已装配的装配元件20上的图案标记部30和装配接收元件70上的图案标记部230，从而识别与已装配的装配元件20的位置和姿态有关的布置信息和与已装配的装配接收元件70的位置和姿态有关的布置信息(参见图18中所示的元件检查过程)。然后，根据图案标记部之间的相对位置关系来检查测量值是否落在预定容许范围内。当测量值在容许范围内时，通过装配检验将已装配的元件判定为可接受(OK)。反之，当测量值超出容许范围时，通过装配检验将已装配的元件判定为有缺陷(NG)。特别地，在本示例性实施例中，还识别与装配接收元件70的位置和姿态有关的布置信息。因此，由于除了保持装配元件20装配到装配接收元件70中的精度优良之外，在装配之后的装配检验过程中也识别装配元件20与装配接收元件70之间的相对位置关系，因此比在第一示例性实施例中的情况下更精确地检查被放置到装配接收元件70中的装配元件20的状态。在本示例性实施例中，在装配检验过程中还识别与装配接收元件70的位置和姿态有关的布置信息。然而，甚至在将装配元件20放置到装配接收元件70中的情况下识别与装配接收元件70的位置和姿态有关的布置信息。因此，可以从装配检验过程中省去用于识别与装配接收元件70有关的布置信息的处理。 第三示例性实施例图19A示出了第三示例性实施例的装配处理装置的主要模块。在图中，装配处理装置大致类似于结合第二示例性实施例说明的相应部分。与第二示例性实施例不同的是，装配接收元件70定位在装配夹具(等同于装配基座)100上的预定区域处，并且与图案标记部80类似的图案标记部110设置在装配夹具100的部分上。在本示例性实施例中，图案标记部110被印制在卡片120的前表面上。卡片120 固定到形成在装配夹具100的顶面101的部分中的安装凹槽102(参见图21)上。图案标记部110包括几种构造，例如如图20A所示，包括被设置在卡片120的前表面的四个角处的由渐变部112构成的单元图案标记111和沿着卡片120的前表面的两侧设置的类型指示标记116的构造；以及如图20B所示，包括被设置在卡片120的前表面的四个角处的由例如点图案113构成的单元图案标记111和沿着卡片120的前表面的两侧设置的类型指示标记116的构造。<用于固定图案标记部的方法>下面提供用于固定图案标记部110的方法。图21A中所示的构造包括在形成在装配夹具100的顶面101中的安装凹槽102 的周壁上设置可弹性变形的按压突起130 ；在按压突起130弹性变形的同时，将印有图案标记部110的卡片120放置到安装凹槽102中；以及通过按压突起130保持放置到安装凹槽 102中的卡片120的外周。在本示例性实施例中，可以在按压突起130弹性变形的同时移除卡片120。图21B中所示的构造包括在形成在装配夹具100的顶面101中的安装凹槽102的底部和印有图案标记部110的卡片120的四个角两处的开口安装孔131和132。卡片120 通过紧固工具(未示出)固定到安装凹槽102的内部。此外，在图22A中所示的构造中，图案标记部110被印制在由纸张或者树脂制成的标签140上，并且标签140固定到装配夹具100的安装凹槽102的底部。而且，在图22B中所示的构造中，图案标记部110被直接印制在装配夹具100的顶面101的安装凹槽102的底部上。如上所述，在本示例性实施例中，装配夹具100的部分设有图案标记部110。摄像机40测量装配夹具100的所述部分上的图案标记部110，从而识别与装配夹具100的位置和姿态有关的布置信息。可以基于与装配夹具100有关的布置信息来识别与装配接收元件 70的位置和姿态有关的布置信息。因此，当装配元件20被放置到装配接收元件70中时，精确地执行将装配元件20放置到装配接收元件70中的处理。而且，在已经完成将装配元件20放置到装配接收元件70中之后，测量装配元件20 上的图案标记部30和装配夹具100上的图案标记部110，从而基于与装配元件20的位置和姿态有关的布置信息和与装配夹具100的位置和姿态有关的布置信息来识别装配元件20 与装配接收元件70之间的相对位置关系。这使得可以检查被放置到装配接收元件70中的装配元件20的状态。在本示例性实施例中，如图19A所示，图案标记部110被设置在装配夹具100的顶面101的安装凹槽102的部分上。图案标记部的位置不限于该位置。实际上，如图19B所示，图案标记部110还可以设置在四个角处以及沿着装配夹具100的顶面101的两侧来设定。 第四示例性实施例图23A和图2 示出了用于检验连接器装置的插入状态的装配处理装置的主要模块。图23A是示出作为连接器装置150的元件的插入式连接器151和凹入式连接器 152还没有通过插入方式连结到一起的状态的说明图。图2 是示出插入式连接器和凹入式连接器通过插入方式连结到一起的状态的说明图。在本示例性实施例中，图案标记部160被设置在插入式连接器151的一侧表面上， 并且图案标记部170被设置在凹入式连接器152的一侧表面上，其中，两个侧表面在相同侧。图案标记部160具有设置在侧表面上的四个角处的单元图案标记161和沿着相同侧表面的两侧设置的类型指示标记166。此外，图案标记部170具有设置在侧表面上的四个角处的单元图案标记171和沿着相同侧表面的两侧设置的类型指示标记176。如图2 所示，在插入式连接器151已经装配到凹入式连接器152中之后，摄像机 40测量图案标记部160和图案标记部170。根据测量到的成像信息，控制器(未示出)识别与插入式连接器151上的图案标记部160的位置和姿态有关的布置信息以及与凹入式连接器152上的图案标记部170的位置和姿态有关的布置信息；并且计算插入式连接器151与凹入式连接器152之间的相对位置关系，从而检查插入式连接器151和凹入式连接器152的装配状态。在示例性实施例中，插入式连接器151上的图案标记部160和凹入式连接器152 上的图案标记部170设有不同的类型指示标记(ID)，从而可以精确地识别与插入式连接器 151有关的布置信息和与凹入式连接器152有关的布置信息。在本示例性实施例中，插入式连接器151设有图案标记部160，并且凹入式连接器 152设有图案标记部170。例如，在凹入式连接器152设置在印制电路板155上的预定区域处的构造中，图案标记部170代替凹入式连接器152设置在印制电路板155上。还可以通过印制电路板上的图案标记部和被插入和放置到凹入式连接器152中的插入式连接器151 的图案标记部160来识别插入式连接器与凹入式连接器之间的相对位置关系。出于解释和说明的目的提供了本发明的示例性实施例的前面的说明。不意在穷举或将本发明限制为所公开的确切形式。显然，对于本技术领域的技术人员可以进行许多修改和变型。选择和说明本示例性实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，因此使得本技术领域的其他人能够为实现各种实施例理解本发明和各种适合于所构想的特定应用的修改。目的在于通过所附权利要求及其等同内容限定本发明的范围。
权利要求
1.一种装配检验装置，包括标记部，其具有四个或更多个单元图案标记，所述单元图案标记按预定位置关系设置在待被放置到装配接收元件中的装配元件的部分中，并且所述单元图案标记以浓度图案从所述单元图案标记的中心位置到所述单元图案标记的外周逐渐变化的方式形成；成像工具，其被设置为与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件相对并且捕获所述标记部的图像；布置信息识别模块，其至少利用与已被所述成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息；以及装配检验模块，其根据由所述布置信息识别模块识别的布置信息来检验是否达到优良装配状态。
2.根据权利要求1所述的装配检验装置，其中，所述标记部对应于以点像的形式来指示所述单元图案标记的浓度图案的变化。
3.根据权利要求1或2所述的装配检验装置，其中，所述标记部具有被放置在所述装配元件的同一平面上的四个单元图案标记。
4.根据权利要求1或2所述的装配检验装置，其中，所述标记部被设置在可拆除地安装于所述装配元件的卡片上。
5.根据权利要求1或2所述的装配检验装置，其中，所述标记部具有四个或更多个单元图案标记、以及类型指示标记，所述类型指示标记用于识别除了与所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息之外的类型信息。
6.一种装配检验装置，包括标记部，其具有四个或更多个单元图案标记，所述单元图案标记按预定位置关系设置在装配接收元件的部分、装配基座的待放置所述装配接收元件的预定区域上的部分、以及待被放置到所述装配接收元件中的装配元件的部分中，并且所述单元图案标记以浓度图案从所述图案标记的中心位置到所述图案标记的外周逐渐变化的方式形成；成像工具，其被设置为与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件相对，并且捕获所述装配接收元件上的所述标记部的图像或者所述装配基座上的所述标记部的图像、以及所述装配元件上的所述标记部的图像；布置信息识别模块，其至少利用与已被所述成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与所述装配接收元件的位置和姿态有关的布置信息、以及与被放置到所述装配接收元件中的所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息；以及装配检验模块，其根据由所述布置信息识别模块识别的两项布置信息来检验是否达到优良装配状态。
7.根据权利要求6所述的装配检验装置，其中，所述标记部对应于以点像的形式来指示所述单元图案标记的浓度图案的变化。
8.根据权利要求6或7所述的装配检验装置，其中，所述标记部具有被放置在所述装配元件的单个平面上的四个单元图案标记。
9.根据权利要求6或7所述的装配检验装置，其中，所述标记部被设置在可拆除地安装于所述装配元件的卡片上。
10.根据权利要求6或7所述的装配检验装置，其中，所述标记部具有四个或更多个单元图案标记、以及类型指示标记，所述类型指示标记用于识别除了与所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息之外的类型信息。
11.一种装配处理装置，包括 根据权利要求1所述的装配检验装置；装配前成像工具，其被设置为与待被放置到装配接收元件中的仍待装配的装配元件相对，并且捕获所述装配元件上的标记部的图像；装配前布置信息识别模块，其至少利用与已被所述装配前成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与待被放置到所述装配接收元件中的所述仍待装配的装配元件的位置和姿态有关的布置信息；控制模块，其根据由所述装配前布置信息识别模块识别的与所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息来生成控制信号，并且控制装配元件收取处理操作和将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作；以及处理机构，其根据由所述控制模块生成的所述控制信号来执行所述装配元件收取处理操作和将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作。
12.一种装配处理装置，包括 根据权利要求6所述的装配检验装置；装配前成像工具，其被设置为与待被放置到装配接收元件中的仍待装配的装配元件相对，并且捕获所述装配元件上的标记部的图像和待被放置所述装配元件的仍待装配的装配接收元件上的标记部的图像，或者，所述装配前成像工具被设置为与装配基座相对，并且捕获所述装配接收元件上的标记部的图像或者所述装配基座上的标记部的图像；装配前布置信息识别模块，其至少利用与已被所述装配前成像工具捕获图像的所述标记部有关的成像信息来识别与待被放置到所述装配接收元件中的所述仍待装配的装配元件的位置和姿态有关的布置信息、以及与所述装配接收元件的位置和姿态有关的布置信息；控制模块，其根据由所述装配前布置信息识别模块识别的与所述装配元件的位置和姿态有关的布置信息、以及由所述装配前布置信息识别模块识别的与所述装配接收元件的位置和姿态有关的布置信息来生成控制信号，并且控制装配元件收取处理操作和将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作；以及处理机构，其根据由所述控制模块生成的所述控制信号来执行所述装配元件收取处理操作和用于将所述装配元件放置到所述装配接收元件中的操作。
13.根据权利要求11或12所述的装配处理装置，其中，所述装配检验装置的所述成像工具还用作所述装配前成像工具。
14.根据权利要求13所述的装配处理装置，其中，所述装配检验装置的所述成像工具被设置为能连同所述处理机构一起移动。
15.根据权利要求14所述的装配处理装置，其中，所述处理机构至少将所述成像工具放置在非面向测量位置，在所述非面向测量位置， 所述成像工具的成像平面在所述成像工具的视野范围内不直接面向设置在所述装配元件上的所述标记部的表面。
全文摘要
本发明提供了装配检验装置和装配处理装置，该装配检验装置包括标记部，其具有四个或更多个单元图案标记，单元图案标记按预定位置关系设置在待被放置到装配接收元件中的装配元件的部分中，并且单元图案标记以浓度图案从所述图案标记的中心位置到所述图案标记的外周逐渐变化的方式形成；成像工具，其被设置为与被放置到装配接收元件中的装配元件相对并且捕获标记部的图像；布置信息识别模块，其至少利用与已被成像工具捕获图像的标记部有关的成像信息来识别与被放置到装配接收元件中的装配元件的位置和姿态有关的布置信息；以及装配检验模块，其用于检验是否达到优良装配状态。
文档编号G01B11/00GK102207370SQ20101061078
公开日2011年10月5日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年3月29日
发明者小池尚己, 若林公宏 申请人:富士施乐株式会社