JP2015213139A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体を静止させることなく目標位置に精度良く位置決めする。
【解決手段】カメラの撮影画像に伴われる遅延サイクルＲだけ前の目標物の位置Ｘ_ｋ−Ｒを入出力信号Ｕ_ｋを基に算出する予測処理部と、画像処理信号Ｙ_ｋを基に位置Ｘ_ｋ−Ｒを補正する補正処理部と、画像処理信号Ｙ_ｋ時機に応じて補正処理部及び予測処理部の出力値をＲサイクル前の位置情報として切り換え出力するスイッチと、Ｒサイクル分の遅延補償処理を施してＲサイクル前の位置情報から目標物の現在位置Ｘ_ｋを推定する処理部と、現在位置Ｘ_ｋを基に移動機構に指令信号を指令出力部とを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、撮像装置を用いて移動体を目標位置に位置決めする位置決め装置に関する。

電子機器の製造装置や、各種加工装置などの産業機械においては、装置を構成する移動体の位置決め精度が製品の品質に大きく影響する。例えば、プリント基板上の所定の位置に電子部品（抵抗やＩＣチップ等）を実装することで電子基板を生産する部品実装装置（チップマウンタ）が知られている。部品実装装置は、例えばリニアモータ機構により水平面内の任意の箇所に移動可能な実装ヘッド、及び実装ヘッドに具備された吸着ノズルを備える。電子部品フィーダから供給される部品を吸着ノズルにて吸着し、吸着ノズルを移動させて目標実装箇所で降下させた後、部品吸着を解除することで電子部品をプリント基板上に実装する。また、部品実装装置は、エンコーダによって取得される実装ヘッドの位置からリニアモータに与える駆動電流指令を決定する処理を所定周期で実行する位置決め制御器を備える。

前述した通り、部品実装装置では、移動体である実装ヘッドの位置決め精度が製品である電子基板の品質に大きく影響する。同様に、吸着ノズルで電子部品を吸着してから目標実装箇所に移動するまでの時間が生産性に大きく影響する。近年、電子部品の微細化が急速に進んでおり、部品実装の位置精度の向上とともに高速化が求められている。しかし、プリント基板は、製造工程のばらつきや変形等によって目標実装箇所が個体毎に異なる。即ち、プリント基板の設計値に頼って位置決めした場合、実際の電子部品の配置箇所と目標実装箇所との間にずれが生じ得る。また、装置自体に歪みや熱膨張等が発生している場合、エンコーダの値にずれが生じ得る。これも位置ずれの要因となる。実装する電子部品の微細化に伴い、このような様々な位置ずれ要因に起因する影響は増大している。

それに対して、撮像装置の画像信号を基に目標実装箇所に対する吸着部品の相対的な位置ずれを算出し、算出した位置ずれに応じて吸着ノズルを移動させて部品位置を補正する技術が提唱されている（特許文献１，２等参照）。

特開平７−１１５２９６号公報 米国特許出願公開公報２００１／００５５０６９Ａ１号公報 特開２００１−３２５００５号公報

通常、カメラで画像を撮影してその画像を基に位置ずれを算出するまでには所定時間を要し、これが遅延時間となる。遅延時間内に実装ヘッドが移動すると、目標実装位置と実装ヘッドの相対関係はその間に変化してしまう。そのため、特許文献１，２の技術では、少なくとも撮影開始から画像を基に位置ずれ量が算出されるまでの間は実装ヘッドが静止していなければ撮影画像から適正な補正動作を実行することができない。即ち、実装ヘッドを静止させてから撮影を開始し、位置ずれ補正を実行したら再び実装ヘッドを静止させて撮影を開始するといった動作を繰り返すため、位置決め制御の高速化が困難であった。

また、カメラは撮影画像を得るのに所定の露光時間を要するため、位置決め制御器がリニアモータに駆動電流指令を与えるサイクルと比較してカメラの撮影サイクルは長くなるのが通常である。従って、画像撮影及び画像処理の間に実装ヘッドを移動させるにしても、画像信号の入力のないサイクルでは駆動電流指令の演算が不定となる問題もある。なお、短い周期の信号を用いて、長い周期の信号を短い周期の情報として推定する技術（特許文献３参照）もあるが、推定に用いるパラメタが固定値であるため、推定に用いるモデルの誤差が推定精度に与える影響が大きい。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、移動体を静止させることなく目標位置に精度良く位置決めすることができる位置決め装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、位置推定型の手続き、及び状態再構成手続きによってシステムの目標実装箇所の位置を得ることを１つの特徴とする。

また、本発明は、処理部と、試料を撮像する撮像部と、試料に対して相対的に移動する移動体とを有し、処理部が、（１）所定の入力及び前記撮像部からの画像の少なくとも１つに対して位置推定型の補正手続きを行い、（２）前記補正手続きの結果に対して所定の処理を行い、（３）前記所定の処理の結果を使用して前記移動体の位置を得ることを１つの特徴とする。

本発明によれば、移動体を静止させることなく目標位置に精度良く位置決めすることができる。

実施例１に係る位置決め装置の一構成例の全体構成を表す斜視図である。 実施例１における制御装置の一構成例を示すブロック図である。 実装ヘッドで電子部品を吸着して目標位置に配置する動作を模式的に示す図である。 実装ヘッドで電子部品を吸着して目標位置に配置する動作を模式的に示す図である。 実装ヘッドで電子部品を吸着して目標位置に配置する動作を模式的に示す図である。 撮影画像の一例を表す図である。 実施例１におけるカメラ、画像処理部及び本体制御部の各処理のタイミングの一例を示したチャート図である。 実施例１における位置推定器の構成例を示すブロック図である。 実施例１における位置決め制御系の構成例を示すブロック図である。 実施例２に係る位置決め装置の概念構成を例示する図である。 実施例３におけるカメラ、画像処理部及び本体制御部の各処理のタイミングの一例を示したチャート図である。 実施例３の他の例におけるカメラ、画像処理部及び本体制御部の各処理のタイミングの一例を示したチャート図である。 実施例４における位置推定器の構成例を示すブロック図である。 符号の表現を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、全図面において同一部分には原則として同一符号を付して重複する説明は省略する。

・適用装置
本発明の適用対象は、撮影画像を用いて移動体の移動先の位置を決定する位置決め装置である。例えば、レール走行型の搬送装置、マニピュレータ型の搬送装置に適用可能であるが、装置態様は特に限定されず移動体を目標位置に移動させる装置であれば適用できる。移動体には、位置決め装置自体の可動要素の他、可動要素により搬送される物品も含まれる。部品実装装置（チップマウンタ等）であれば実装部品（チップ等）、半導体ウェハ供給装置であれば半導体ウェハ、検体搬送装置であれば検体、自己補充型フィーダであればテープリール等、レーザ加工機であればレーザ射出ユニット又は工作物、マシニングセンタであれば切削工具又は工作物が、移動体の例である。

以降、部品実装装置に本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

１．位置決め装置
図１は本発明の実施例１に係る位置決め装置の一構成例の全体構成を表す斜視図である。同図に示した位置決め装置は、プリント基板等の所望位置に電子部品等を配置する部品実装装置であり、説明の便宜上、模式的に図示してある。また、同図に示したＸ軸及びＹ軸は水平面内で互いに直交していて、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸に直交して鉛直方向に延びている。

図１に示した部品実装装置１００は、実装ヘッド１０、Ｘ軸ビーム機構１１、Ｙ軸ビーム機構１２、Ｙ軸ガイド機構１３、架台３０（同図には４本の脚部のみ図示）、カメラ４０、プリント基板搬送機構６０、及び制御装置９０を備えている。

Ｙ軸ビーム機構１２及びＹ軸ガイド機構１３は対をなしていて、Ｙ軸方向に互いに平行に延在している。Ｙ軸ビーム機構１２及びＹ軸ガイド機構１３の両端はそれぞれ架台３０の脚部によって支持されている。また、Ｙ軸ビーム機構１２はＹ軸リニアモータ固定子１２３及びＹ軸リニアスケール１２４を備えている。Ｙ軸リニアモータ固定子１２３及びＹ軸リニアスケール１２４は、Ｙ軸ビーム機構１２の側面にＹ軸方向に延在して設けられている。一方、Ｙ軸ガイド機構１３にはＹ軸リニアガイド１３１がＹ軸方向に延在して設けられている。Ｙ軸リニアガイド１３１にはスライドユニット（不図示）が取り付けられている。スライドユニットはＹ軸リニアガイド１３１に沿って移動する。

Ｘ軸ビーム機構１１は、一端が支持部を介してＹ軸ビーム機構１２に支持されていて、他端がＹ軸ガイド機構１３の上記スライドユニットに支持されている。このＸ軸ビーム機構１１には、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２、Ｘ軸リニアモータ固定子１１３及びＸ軸リニアスケール１１４が備えられている。Ｙ軸リニアモータ可動子１２１は、Ｙ軸ビーム機構１２に対する支持部に内蔵されていて、Ｙ軸リニアモータ固定子１２３に対向している。Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２はＹ軸ビーム機構１２に対する支持部の下端に設けられていて、Ｙ軸リニアスケール１２４に対向している。Ｘ軸リニアモータ固定子１１３及びＸ軸リニアスケール１１４は、Ｘ軸ビーム機構１１の側面及び上面にＸ軸方向に延在して設けられている。このような構成により、Ｘ軸ビーム機構１１は、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１とＹ軸リニアモータ固定子１２３との間に誘起される電磁気力によって駆動されて、Ｙ軸ビーム機構１２及びＹ軸ガイド機構１３に沿ってＹ軸方向に移動する。Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２は、Ｘ軸ビーム機構１１とともに移動し、Ｙ軸リニアスケール１２４に備わった目盛を読み取って電気信号に変換する。

実装ヘッド１０は支持部を介してＸ軸ビーム機構１１に支持されている。この実装ヘッド１０には、少なくとも１つの吸着ノズル２０、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１及びＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２を備えている。吸着ノズル２０は下端に電子部品を真空吸着する。Ｘ軸リニアモータ可動子１１１は実装ヘッド１０の支持部に内蔵されていて、Ｘ軸リニアモータ固定子１１３に対向している。Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２は実装ヘッド１０の上端に設けられていて、Ｘ軸リニアスケール１１４に対向している。なお、実装ヘッド１０には吸着ノズル２０を上下方向に出し入れする機構が備わっている。このような構成により、実装ヘッド１０は、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１とＸ軸リニアモータ固定子１１３との間に誘起される電磁気力によって駆動されてＸ軸ビーム機構１１に沿ってＸ軸方向に移動する。Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２は実装ヘッド１０とともに移動し、Ｘ軸リニアスケール１１４に備わった目盛を読み取って電気信号に変換する。

プリント基板搬送機構６０はプリント基板６１を搬送し、部品実装装置１００に対してプリント基板６１を出し入れする。プリント基板６１の上面には少なくとも１つの所定形状の目標実装箇所５０が形成されている。目標実装箇所５０は電子部品を実装する目標位置である。

カメラ４０は、撮影光軸をＺ軸方向下向きにした姿勢で前述した実装ヘッド１０に少なくとも１つ取り付けてある。このカメラ４０は実装ヘッド１０の吸着ノズル２０のＸＹ座標を視野領域に含んでいて、撮影画像内における特定位置（後述する原点Ｏ）が吸着ノズル２０の位置（プリント基板６１の高さまで下した際の吸着ノズル２０の先端位置）に対応している。通常時において吸着ノズル２０自体が視野領域に含まれている必要は必ずしもない。

制御装置９０は、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２、カメラ４０等の要素と有線又は無線により電気的に接続されている。制御装置９０には、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２及びＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２でそれぞれ読み取られた実装ヘッド１０のＸ軸方向及びＹ軸方向の絶対位置の情報の他、が入力される。カメラ４０の画像データ（所定のフォーマットに基づく画像データ）は、制御装置９０の画像処理部９４０（図２で後述）に出力される。次いで制御装置９０について説明する。

なお、本実施例においては、吸着ノズル２０又はこれに吸着された電子部品が前述した「移動体」に該当し、実装ヘッド１０、Ｘ軸ビーム機構１１、Ｙ軸ビーム機構１２及びＹ軸ガイド機構１３からなる駆動機構が、移動体を移動させる移動機構を構成する。また、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２及びＹ軸位置エンコーダヘッド部１２２から出力される位置検出信号、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１及びＹ軸リニアモータ可動子１２１に対して出力される駆動電流指令が、移動機構との間で位置決め制御に関して授受する入出力信号に相当する。

Ｘ軸ビーム機構１１又はＹ軸ビーム機構１２は、リニアモータにより実装ヘッド１０又はＸ軸ビーム機構１１を移動させるが、実施例１はこれに限定するものではない。例えば、ボールねじ機構などを利用して、実装ヘッド１０等を移動させる構成であっても良い。実装ヘッド１０は目標位置に対して相対的に移動する移動体の一例である。

２．制御装置
図２は制御装置９０の一構成例を示すブロック図である。

制御装置９０は本体制御部９３０及び画像処理部９４０を備えている。

本体制御部９３０は、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２及びＹ軸位置エンコーダヘッド部１２２の入出力信号及び画像処理部９４０の画像処理信号（後述）を基にＸ軸リニアモータ可動子１１１及びＹ軸リニアモータ可動子１２１の制御をサイクル周期で繰り返し、吸着ノズル２０の位置を目標物（本例では図４に示すプリント基板６１の目標実装位置５０）に近付ける機能を担う。本体制御部９３０には、ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０２及びＲＡＭ（Random Access Memory）９０３が内蔵されていて、ＲＯＭ９０２又はＲＡＭ９０３内に格納されたプログラムに基づいて部品実装装置１００全体の制御を実行する。本体制御部９３０は、Ｘ軸位置エンコーダヘッド部１１２で検出された実装ヘッド１０のＸ軸上における現在位置を取得し、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１に駆動電流指令を与える。同様に、本体制御部９３０は、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２で検出されたＸビーム機構１１のＹ軸上の現在位置を取得し、Ｙ軸リニアモータ可動子１２１に駆動電流指令を与える。こうした本体制御部９３０の処理により、実装ヘッド１０は所定位置に移動する。以下の説明では、本体制御部９３０による実装ヘッド１０の位置制御を「位置決め制御処理」と呼ぶ。

なお、本体制御部９３０は単一のＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０２、ＲＡＭ９０３を内蔵する構成を示しているが、当然ながらこの構成に限定されない。例えば、ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０２及びＲＡＭ９０３の少なくとも１種を複数備える構成としてもよい。これにより、各構成要素の動作制御に必要な演算処理を高速に実行することができる。

画像処理部９４０は、
カメラ４０に対して画像取得タイミングを指示する撮像トリガを与え、カメラ４０の撮影画像を取得する。そして、画像処理部９４０は、撮影画像に対して所定の画像処理を実行し、撮影画像内における目標実装位置５０の観測位置に基づく画像処理信号（後述）を算出し本体制御部９３０に送信する。

３．基本動作
図３Ａ〜図３Ｃは実装ヘッドで電子部品を吸着して目標位置（プリント基板上の目標実装箇所５０）に配置する動作を模式的に示した図である。これらの図におけるＹ軸及びＺ軸の示す方向は、図１におけるＹ軸及びＺ軸の示す方向と一致するものとする。図３Ａ−図３Ｃにおいて、実装ヘッド１０の吸着ノズル２０の中心軸をＣ、カメラ４０の光軸をＬ、カメラ４０の視野領域をＦとする。

まず、図３Ａは実装ヘッド１０の移動中の状態の一例を示している。図３Ａに示すように目標実装箇所５０がカメラ４０の視野領域Ｆにない場合、本体制御部９３０は、Ｙ軸位置エンコーダヘッド部１２２によって取得されるＹ軸上の位置情報に基づいてＹ軸リニアモータ可動子１２１に出力し、電子部品６２を吸着した実装ヘッド１０を目標地点ｙ_ｔに向けて移動させる。また、これと並行して、画像処理部９４０は、カメラ４０に撮像トリガを送信して撮影を開始させる。

ここで、目標地点ｙ_ｔは、プリント基板６１の設計データに基づいて設定された実装ヘッド１０の動作範囲における目標実装箇所５０の推定位置情報であり、ＲＯＭ９０２又はＲＡＭ９０３に予め格納されている。即ち、本体制御部９３０は、部品配置個所５０が所定の目標地点ｙ_ｔに存在するとして実装ヘッド１０の移動を開始する。しかし、プリント基板６１の加工時の歪み等の誤差要因が存在すると、図３Ａに示したように目標実装箇所５０が目標地点ｙ_ｔに一致しない場合がある。目標実装箇所５０と目標位置ｙ_ｔの位置にずれがある場合、実装ヘッド１０を目標地点ｙ_ｔに配置すると、プリント基板６１上の目標実装箇所５０からずれた位置に電子部品６２が配置されてしまう。

実装ヘッド１０の移動を続けるうちに、図３Ｂに示すように目標実装箇所５０がカメラ４０の視野領域Ｆに入ってくる。部品配置領域５０を視野領域Ｆに捉えると、本体制御部９３０は、画像処理部９４０の画像処理により算出される目標実装箇所５０の観察位置を用いた移動補正制御の実行を開始する。

ここで、図４は図３Ｂの状態に対応する撮影画像の一例を示す図である。

図４に例示した撮影画像４００においては、吸着ノズル２０の中心軸Ｃ及びプリント基板６１の交点と目標実装箇所５０とが捉えられている。ここで、撮影画像４００における座標系を、上記交点を原点Ｏ（０，０）、撮影画像４００のピクセル４０１の大きさを単位とするピクセル座標系として定義する。このピクセル座標系において、図中矢印に示すＸ軸及びＹ軸の方向は、図１におけるＸ軸及びＹ軸が示す方向と一致する。

撮影画像４００に対して、画像処理部９４０によって行われる処理の一例は次の通りである。まず、画像処理部９４０は、撮影画像から前記ピクセル座標系における目標実装箇所５０の中心点ｐの座標（ｐｘ，ｐｙ）を算出する。そして、得られた点ｐの座標に所定の係数を乗算することで、原点Ｏ（吸着ノズル２０の中心位置）と目標実装箇所５０の中心位置の偏差ベクトル（Δｃａｍｘ，Δｃａｍｙ）を算出する。そして、算出された偏差ベクトル（Δｃａｍｘ，Δｃａｍｙ）を画像処理信号として本体制御部９３０に出力する。画像処理信号は位置情報を基にした信号であり、このような偏差ベクトルに限らず、例えば位置情報自体であっても良い。

本体制御部９３０は、画像処理部９４０によって算出された偏差ベクトル（Δｃａｍｘ，Δｃａｍｙ）を基に位置推定器９１（後述）で所定の処理を実行し、実装ヘッド１０の位置を制御する。具体的には、偏差ベクトルの大きさが０になるまで位置決め制御処理を繰り返す。以下の説明では、このような画像処理部９４０の画像処理信号に基づく位置決め制御処理を「ビジュアルサーボ制御処理」と呼称する。ビジュアルサーボ制御処理の結果、図３Ｃに示すように吸着ノズル２０の中心軸Ｃが目標実装箇所５０の中心に実質的に一致する。

４．制御サイクル
図５は、カメラ４０、画像処理部９４０、本体制御部９３０の各処理のビジュアルサーボ制御処理におけるタイミングの一例を示したチャート図である。

本体制御部９３０は、予め定められた所定の周期で位置決め制御処理を繰り返し実行する。この位置決め制御処理の実行周期τ_ｕを１サイクル単位として各処理タイミングを説明する。以下の説明において、サイクルｎ（ｎ＝０，１，２…）と記載した場合はビジュアルサーボ処理の開始からｎ番目のサイクルを意味することとする。

図５において、カメラ４０は、サイクル０の開始時に画像処理部９４０から撮影トリガを受信し、サイクル０の開始からサイクル５の終了までの時間、カメラ４０の内部に備わるシャッターを開けて露光（露光１）する。この時間を露光時間１とし、この間に撮影された画像を第１画像とする。次に、画像処理部９４０は、サイクル６の開始からサイクル９の終了までの時間に第１画像に対して画像処理（画像処理１）を実行する。そして、第１画像から得られた画像処理信号がサイクル１０の開始時に本体制御部９３０に入力される。

露光１終了の後、カメラ４０は、画像処理部９４０から撮影トリガを受信し、シャッターを開けて次の露光（露光２）をする。この例では、サイクル６の開始からサイクル１１の終了までの期間が第２画像を撮影するための露光時間２となる。画像処理部９４０は、サイクル１２の開始からサイクル１５の終了までの時間に第２画像に対して画像処理（画像処理２）を実行する。そして、第２画像から得られた画像処理信号がサイクル１６の開始時に本体制御部９３０に入力される。

このように、本実施例においては、本体制御部９３０には、各露光時間のサイクル数をＮとすると、画像処理部９４０による画像処理信号（Δｃａｍｘ，Δｃａｍｙ）がＮサイクル毎に間欠的に入力される。具体的には、図５に示した範囲では、サイクル１０、サイクル１６で本体制御部９３０に画像処理信号が入力され、それ以外のサイクルにおいては本体制御部９３０に画像処理信号は入力されない。サイクル０の開始からサイクル５の終了までに露光１によって撮影された画像１の画像処理信号は、遅延してサイクル１０になって本体制御部９３０に入力される。例えば先の図３Ｂに示した状態にあっては、本体制御装置９３０からの駆動電流指令により露光中も実装ヘッド１０は移動を継続する。そのため、画像処理信号は各サイクルで本体制御装置９３０に入力されない上、画像処理信号は遅延して入力されるため、吸着ノズル２０の中心軸Ｃが目標実装箇所５０の中心に一致したことが判定できず目標実装箇所５０を吸着ノズル２０が通過してしまったり、このような通過の繰り返しにより実装ヘッド１０の位置が振動的に移動したりし得る。本実施例においてはこのような不具合への対策として、本体制御部９３０に位置推定器９１（図６参照）が備えられている。

５．位置推定器
図６は位置推定器９１の構成の一例を示したブロック線図である。位置推定器９１は、現在時刻をサイクルｋとしたとき、サイクルｋに入力される入出力信号Ｕ_ｋ及び画像処理信号Ｙ_ｋから、現在時刻における目標物（目標実装位置５０）の位置Ｘ_ｋの推定値を出力する。本実施例では、入出力信号Ｕ_ｋにはサイクルｋにおける本体制御部９３０の入出力信号（ＸＹエンコーダヘッド部１１２，１２２の位置検出信号又はＸＹ軸リニアモータ可動子１１１，１２１への駆動電流指令）が相当する。なお、本実施例ではＸ_ｋを目標物の位置と示すが、目標物と吸着ノズル２０の中心軸Ｃとの距離など後述する（式１）の状態方程式で表現できる内部状態量Ｘ_ｋであればよい。

ここで、図５を参照して、露光時間をＮサイクル（本例ではＮは偶数とする）、画像処理部９４０の画像処理の所要時間をＭサイクルとして、Ｒ＝（Ｎ／２＋Ｍ）なる自然数Ｒを定義する。この自然数Ｒは、カメラ４０が撮影した画像から演算された画像処理信号が本体制御部９３０に入力されるまでの遅延サイクル数に相当する。

位置推定器９１は、Ｒサイクル制御指令記憶バッファ９１１、フィルタ９１２及び状態再構成器９１３を備えている。次いでＲサイクル制御指令記憶バッファ９１１、フィルタ９１２及び状態再構成器９１３について順次説明する。

（１）Ｒサイクル制御指令記憶バッファ９１１
Ｒサイクル制御指令記憶バッファ９１１は、過去Ｒサイクル分のＲ個の入出力信号Ｕの値を記憶するシフトレジスタである。即ち、現在のサイクルｋに対してＲサイクル前から１サイクル前までの間に位置推定器９１に入力された入出力信号Ｕ_ｋ−Ｒ〜Ｕ_ｋ−１を記憶し、また記憶している入出力信号Ｕ_ｋ−Ｒ〜Ｕ_ｋ−１から任意の信号を出力する。（Ｒ−１）サイクル前から１サイクル前までの入出力信号Ｕ_ｋ−Ｒ+1〜Ｕ_ｋ−１は状態再構成器９１３に出力され、Ｒサイクル前の入出力信号Ｕ_ｋ−Ｒはフィルタ９１２に出力される。

（２）フィルタ９１２
フィルタ９１２は、現在のサイクルｋのＲサイクル前の入出力信号Ｕ_ｋ−Ｒ、及び現在のサイクルｋに入力された画像処理信号Ｙ_ｋを基に、Ｒサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒの値を推定する。本実施例では、この推定型のフィルタ９１２として、カルマンフィルタ（Kalman Filter）を使用する場合を例に挙げて説明する。フィルタ９１２は、予測処理部９１２１、補正処理部９１２２及びスイッチ９１２３を備えている。

・予測処理部９１２１
予測処理部９１２１では、現在のサイクルｋのＲサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒの予測値を入出力信号Ｕ_ｋを基にサイクル周期（τ_ｕ周期）で算出する。具体的には、状態方程式（式１）を基にして、（式２）のようにＵ_ｋ−Ｒ及びＸ_{ｋ−Ｒ−１}を用いてＲサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒを予測する。Ｘ_{ｋ−Ｒ−１}は、現在のサイクルｋの（Ｒ＋１）サイクル前にフィルタ９１２によって算出された目標実装箇所５０の推定位置である。

状態方程式（式１）において、Ａ_ｄは部品配置装置１００の時間遷移の線形モデルを示す行列、Ｂ_ｄは入出力信号Ｕ_ｋに対する線形演算子、ｗ_ｋは零平均かつプロセス誤差共分散行列Ｑ_ｗに従うプロセスノイズである。（式２）では、誤差を無視している。

また、予測処理部９１２１では、（式３）のように、この時間遷移における誤差共分散行列Ｍ_ｋ−Ｒの予測計算も実行される。誤差共分散行列Ｍ_ｋ−Ｒの予測値は補正処理部９１２２に出力される。

（式３）において、Ｐ_{ｋ−Ｒ−１}は、位置推定器９１の１サイクル前の推定誤差共分散行列である。

・補正処理部９１２２
補正処理部９１２２は、画像処理信号Ｙ_ｋの入力周期で画像処理信号Ｙ_ｋを基にＲサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒの予測値を補正する機能を果たす。具体的には、補正処理部９１２２では、観測方程式（式４）を用いて、サイクルｋにおける画像処理信号Ｙ_ｋ、及び予測処理部９１２１で求められた誤差共分散行列Ｍ_ｋ−Ｒの予測値を基に、サイクルｋのＲサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒを補正して出力する。

観測方程式（式４）において、Ｃ_ｄは部品実装装置１００の観測モデルを示す行列、ｖ_ｋは零平均かつ観測誤差共分散行列Ｑ_ｖに従う観測に伴うノイズである。観測方程式（式４）から分かる通り、本実施例の特徴の一つとして、Ｒサイクル前の部品実装装置１００の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ―Ｒを観測した値として画像処理信号Ｙ_ｋを取り扱っている。

補正処理部９１２２で実行される処理には（式５）−（式７）の処理が含まれる。

（式５）の処理は、最適カルマンゲインＬ_ｋ―Ｒを算出する処理である。（式６）の処理は、カルマンゲインＬ_ｋ−Ｒを用いて予測処理部９１２１で求められたＲサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒの予測値を補正してＲサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒの推定値を求める処理である。（式７）の処理は、Ｒサイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−Ｒの推定値の推定誤差共分散行列Ｐ_ｋ−Ｒを算出する処理である。

・スイッチ９１２３
スイッチ９１２３は、状態再構成器９１３に入力する信号の入力元を予測処理部９１２１及び補正処理部９１２２のいずれかに切り換える機能を果たす。予測処理部９１２１は毎サイクル処理を実行する。それに対し、補正処理部９１２２はＮサイクルにつき１回だけ処理を実行し、残りの（Ｎ−１）サイクルは処理を実行しない。本実施例においては、図５に示したように画像処理信号Ｙ_ｋがＮサイクルに１回しか本体制御装置９１３の位置推定器９１に入力されない。そこで、フィルタ９１２においては、画像処理信号Ｙ_ｋが入力されたサイクルはスイッチ９１２３を補正処理部９１２２側に切り換えて補正処理部９１２２で補正した位置Ｘ_ｋ−Ｒを、それ以外の画像処理信号Ｙ_ｋが入力されないサイクルはスイッチ９１２３を予測処理部９１２１側に切り換えて補正されないままの位置Ｘ_ｋ−Ｒを、目標実装箇所５０のＲサイクル前の推定位置の情報として状態再構成器９１３に切り換え出力する。即ち、画像処理信号Ｙ_ｋが入力されないサイクルでは、補正された位置Ｘ_ｋ−Ｒの代替値として補正されないままの位置Ｘ_ｋ−Ｒが出力される。なお、画像処理信号Ｙ_ｋが入力されないサイクルで計算されない推定誤差共分散行列Ｐ_ｋ−Ｒは、予測処理部９１２１で計算される誤差共分散行列Ｍ_ｋ−Ｒが、そのままＰ_ｋ−Ｒに代入される。

（３）状態再構成器９１３
状態再構成器９１３は、Ｒサイクル分の遅延補償処理を施すことでＲサイクル前の位置情報から目標実装箇所５０の現在位置Ｘ_ｋを推定する処理部として機能する。この状態再構成器９１３は、Ｒ個の遅延補償処理部９１３１を備えている。状態再構成器９１３においては、Ｒサイクル制御指令記憶バッファ９１１に記憶された（Ｒ−１）サイクル前から１サイクル前までの入出力信号Ｕ_{ｋ−Ｒ＋１}〜Ｕ_ｋ−１及び現在のサイクルｋの入出力信号Ｕ_ｋをそれぞれ用いた遅延補償処理をフィルタ９１２の出力値（スイッチの出力値）に対してＲステップ繰り返すことによって、現在のサイクルｋにおける目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋを推定する。

各遅延補償処理部９１３１の具体的な処理内容を（式８）に示す。

即ち、ある整数ｉについて、サイクル（ｋ−Ｒ＋ｉ−１）の目標実装箇所５０の位置Ｘ_{ｋ−Ｒ＋ｉ−１}、及びサイクル（ｋ−Ｒ＋ｉ）の入出力信号Ｕ_{ｋ−Ｒ＋ｉ}を用いて、サイクル（ｋ−Ｒ＋ｉ）の目標実装箇所５０の位置Ｘ_{ｋ−Ｒ＋ｉ}を算出する計算である。状態再構成器９１３は、ｉ＝｛１，・・・，Ｒ−１，Ｒ｝について、遅延補償処理部９１３１を実行する。（式８）に示される計算をＲ回行うことで、Ｒサイクル前の状態から現在の状態を導き出すことができる。

本体制御装置９３０の指令信号出力部（例えばＣＰＵ９０１）は、現在のサイクルｋにおける目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋを基に駆動電流指令を算出しＸ軸リニアモータ可動子１１１及びＹ軸リニアモータ可動子１２１に出力する。以上の位置決め制御処理を毎サイクル繰り返し実行することで偏差ベクトル（Δｃａｍｘ，Δｃａｍｙ）が０（ゼロ）になったら本体制御装置９３０はビジュアルサーボ処理を終了する。

なお、以上説明した位置推定器９１は、所定の電子回路を用いたハードウェアで構成することもできるが、本体制御部９３０の例えばＣＰＵ９０１で実行されるプログラムの形で具現化することもできる。

６．位置決め制御系
次に、位置推定器９１を用いた位置決め制御系の一例を説明する。
図７は位置推定器９１を用いたＸ軸方向の位置決め制御系の一例であり、その情報伝達経路を抽出して表している。Ｙ軸方向の位置決め制御系についても同様にして構成できることは言うまでもない。

図７の位置決め制御系には、内部制御系及び外部制御系が含まれる。内部制御系は、内部制御器Ｃ_ｉｎ２０１１、周期τ_ｕのホルダ２０１２、制御入力Ｉ_ｑからエンコーダ出力Ｅに至るまでの制御対象Ｐ_１２０１３、周期τ_ｕのサンプラ２０１４及び加算器２０１５を含む。外部制御系は、外部制御器Ｃ_ｏｕｔ２０２１、位置推定器９１、カメラ画像処理部２０２２、エンコーダ出力Ｅからカメラ位置ｘ_ａに至るまでの機構特性２０２５を含む。カメラ画像処理部２０２２は、図４を用いて説明した通り、カメラ位置ｘ_ａと目標実装箇所５０の位置ｘ_Ｔの差分である画像処理信号Δｃａｍを出力する。この画像処理信号Δｃａｍには、画像処理によるＲ・τ_ｕの遅れ時間要素２０２３と撮像によるＮ・τ_ｕのサンプラ２０２４を伴って画像処理信号Ｙとして出力される。

内部制御系においては、軌道Ｒｒにエンコーダ出力Ｅを追従させる制御（位置決め制御処理）を実行する。制御対象Ｐ_１２０１３はＸ軸リニアモータ可動子１１１やＸ軸位置エンコーダヘッド部１１２、実装ヘッド１０であり、内部制御器Ｃ_ｉｎ２０１１は例えば本体制御部９３０に備えられたＰＩＤ制御器等で実現可能である。図３Ａのように、目標実装箇所５０がカメラ４０の視野領域Ｆから外れていて画像処理信号Ｙが得られない場合、スイッチ２００２は、例えばＣＰＵ９０１（図２参照）の指令によって軌道生成器２００１の出力であるエンコーダ軌道Ｒ_ｅｎｃ側を選択しており、軌道Ｒｒはエンコーダ軌道Ｒ_ｅｎｃとなる。エンコーダ軌道Ｒ_ｅｎｃは、図３Ａで説明した目標地点ｙ_ｔまでの移動軌道である。

その後、図３Ｂ及び図３Ｃのように、目標実装箇所５０がカメラ４０の視野領域Ｆに含まれた場合、例えばＣＰＵ９０１（図２参照）の指令によってスイッチ２００２は画像軌道Ｒ_Ｘを選択する。この間、位置推定器９１は、画像処理信号Ｙと入出力信号Ｕを用いて目標実装箇所５０の推定位置Ｘを出力している。外部制御器Ｃ_ｏｕｔ２０２１は、入力された推定位置Ｘを用いて画像軌道Ｒ_Ｘを演算して出力し、これが内部制御系の軌道Ｒｒとなる。即ち、外部制御器Ｃ_ｏｕｔ２０２１は、Ｘ軸リニアモータ可動子１１１に駆動電流指令を出力する指令出力部（例えばＣＰＵ９０１）に該当する。外部制御器Ｃ_ｏｕｔ２０２１に例えばローパスフィルタ等の直流ゲインが１のフィルタを用いることで、軌道Ｒｒを推定位置Ｘへと収束させる。このビジュアルサーボ処理を繰り返し実行することにより、エンコーダ出力Ｅが推定位置Ｘに実質的に一致し、目標実装箇所５０への電子部品６２の実装が可能となる。

なお、図７に示した位置決め制御系の構造は一例であって実施例を限定するものではない。例えば、内部制御器Ｃ_ｉｎに制御入力Ｉ_ｑや軌道Ｒｒを入力する構成とすることもできる。また、スイッチ２００２は目標実装箇所５０への吸着ノズル２０の位置決めを最終的にビジュアルサーボ処理で行えば良いので、スイッチ２００２を切り換えるタイミングは目標実装箇所５０が視野領域Ｆに入った時点に限らず、目標実装箇所５０がカメラ４０の視野領域Ｆに入ってから設定の時間又は距離だけエンコーダ軌道Ｒ_ｅｎｃを選択した位置決め制御処理を継続する構成としても良い。さらに、図７のような２重ループの制御系構造でなく、カメラ４０の視野領域Ｆが目標実装箇所５０を含む場合と含まない場合で、それぞれ別の制御系を組んでも良い。

７．効果
以上のように、本実施例によれば、遅延サイクルＲを伴いＮサイクル毎にしか画像処理信号Ｙ_ｋが得られないものの、スイッチ９１２３を用いて補正処理部９１２２の出力と予測処理部９１２１の代替出力とを切り換えることにより、現在のサイクルｋの入出力信号Ｕ_ｋ及び画像処理信号Ｙ_ｋに基づく現在のサイクルｋにおける目標実装箇所５０の推定位置Ｘ_ｋを毎サイクル出力することができる。これにより、遅延サイクルＲ中も目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋを推定し続けることができる。そして、常にカメラ４０の撮影画像に基づいて吸着ノズル２０の位置を制御することができるので、位置決め精度も向上する。従って、吸着ノズル２０を静止させることなく高精度に目標実装箇所５０に位置決めすることができる。

特に、本実施例では、画像処理信号Ｙ_ｋと入出力信号Ｕ_ｋ−Ｒから演算される時変のカルマンゲインＬ_ｋ−Ｒを用いている。カルマンゲインＬ_ｋ−Ｒは（式５）に示したように誤差が小さくなるように時々刻々と変化する。そして、このカルマンゲインＬ_ｋ−Ｒを（式６）のように用いることにより、時間に伴って推定誤差を修正することができる。そのため、推定精度の信頼性は極めて高い。

また、カメラ４０は吸着ノズル２０に固定されているため、吸着ノズル２０の移動中であっても撮影画像４００内で原点Ｏ（０，０）が動くことはない。他方、目標実装箇所５０は撮影画像４００内で原点Ｏ（０，０）に向かって移動するため露光時間Ｎに応じた被写体ぶれを伴って映る。言い換えれば、本体制御装置９３０に入力された時点からすれば、入力された画像処理信号には、カメラ４０の露光時間Ｎ及び画像処理装置９４０の画像処理時間Ｍに起因する遅延時間が伴われることとなる。上記自然数Ｒはこの遅延時間に相当するサイクル数を表している。具体的には、画像処理部９４０で計算されるｐ（ｐｘ，ｐｙ）は被写体ぶれを伴った像の中心位置であり、露光時間の中間時点の位置ということになる。従って、露光時間Ｎの半分の時間を画像処理時間Ｍに加えた時間を遅延サイクルＲ（＝Ｎ／２＋Ｍ）として考慮することで、撮影画像４００内の点ｐ（ｐｘ，ｐｙ）から推定された目標実装位置５０の現在位置Ｘ_ｋに高い妥当性を与えることができる。

次に実施例２について説明する。実施例１と同様の点は説明を省略する。

図８は実施例２に係る位置決め装置の概念構成を例示する図である。同図において実施例１と同様の部分には既出図面と同符号を付してある。

同図はＸ軸ビーム機構１１を支える架台３０が共振特性を持つことを表している。この架台３０の共振特性による振動は、目標実装箇所５０及び部品装着ノズル２０の相対振動となる。従って、目標実装箇所５０に吸着ノズル２０を位置決めするためには、架台振動の影響を抑制する必要がある。しかし、架台振動はＸ軸位置エンコーダヘッド１１４では観測できない。そのため、画像処理信号Ｙを基に位置推定器９１で振動を推定し、位置決め制御系に反映する必要がある。

ここで、位置推定器９１は（式１）に示すＡ_ｄ，Ｂ_ｄ、（式４）に示すＣ_ｄを部品実装装置１００のモデルとして用いる。この位置推定器９１で用いるようなモデルは、一般にはＸ軸リニアモータ可動子１１１、Ｘ軸位置エンコーダヘッド１１４、実装ヘッド１０からなる駆動系をモデル化したものである。しかし、前述した通り架台振動はＸ軸位置エンコーダヘッド１１４では観測できないためモデル化できない。そこで、本実施例では、位置推定器９１で架台振動を推定するために、架台３０の振動モードをモデルに反映させることが考えられる。

（式９）は、位置推定器９１における制御入力Ｉ_ｑから画像処理信号Δｃａｍに至るまでの伝達特性の一例である。

ｓはラプラス演算子、ｍは可動部の質量、ωは架台振動の共振角周波数、ζは架台振動の共振減衰定数、Ｋは架台振動の共振レジドゥーである。右辺第１項は駆動系の特性であり、第２項は架台３０の振動モードである。この伝達特性を離散状態空間表現したモデルを補正処理に用いることで、位置推定器９１により架台振動を考慮した推定が可能となり、目標実装箇所５０に吸着ノズル２０を位置決めすることができる。

なお、（式９）はモデルに用いる伝達特性の一例であり、本実施例を限定するものではない。例えば、右辺第１項の駆動系の特性は、制御指令Ｉ_ｑから画像処理信号Δｃａｍに至るまでの特性でなくても良く、例えばエンコーダ出力Ｅに対する速度と位置の関係であっても良い。また、ここではＸ軸について示したが、Ｙ軸についても同様であることは言うまでもない。

次に実施例３について説明する。実施例１と同様の点は説明を省略する。

先の実施例１では、図５においてカメラ４０の露光時間のサイクル数を示すＮが偶数である場合を例に挙げて説明した。従って、遅延時間のサイクル数を示すＲ＝（Ｎ／２＋Ｍ）は自然数となった。しかし、露光時間のサイクル数は、図９に示すように奇数となる場合もある。この場合は、切り上げを行うＣｅｉｌ関数を用い、遅延時間のサイクル数ＲをＲ＝（Ｃｅｉｌ（Ｎ／２）＋Ｍ）と定義すれば良い。

また、図５において、本体制御部９３０に対する画像処理信号Ｙ_ｋの入力周期はカメラ４０の露光時間Ｎであった。カメラ４０の露光時間Ｎと比較して、画像処理部９４０の画像処理時間Ｍが短かったためである。しかし、図１０に示すように露光時間Ｎよりも画像処理時間Ｍが長い場合もある。画像処理信号Ｙ_ｋの入力周期は露光時間Ｎ及び画像処理時間Ｍの長い方となるため、この場合にはＭサイクル毎に本体制御部９３０に画像処理信号Ｙ_ｋが入力される。この場合、図６に示した位置推定器９１のフィルタ９１２において、スイッチ９１２３を切り換えるタイミングをＭサイクルに１回とすればよい。即ち、補正処理部９１２２による処理は、Ｍサイクルに１回だけ実行され、その間の（Ｍ−１）サイクルは実行されない。

次に実施例４について説明する。
実施例１と同様の点は説明を省略する。

先の実施例１ではＲサイクル制御指令記憶バッファ９１１に記憶された入出力信号Ｕ_{ｋ−Ｒ＋１}〜Ｕ_ｋ−１及び現在のサイクルｋの入出力信号Ｕ_ｋをそれぞれ用いてＲ個の遅延補償処理部９１３１によってＲステップの遅延補償処理を繰り返したのに対し、本実施例では、Ｒ個の遅延誤差補正パラメタ導出処理部９１４により遅延補償パラメタ導出処理をＲステップ繰り返して遅延誤差補正パラメタを予め算出しておき、算出した遅延誤差補正パラメタを用いて位置Ｘ_ｋ−ＲにＲサイクル分の遅延補償処理を加える点が相違する。カメラ４０、画像処理部９４０、本体制御部９３０の各処理のビジュアルサーボ制御処理におけるタイミングは、図５に示した実施例１の場合と同様である。

図１１は、本実施例にかかる位置推定器９１の構成の一例を示したブロック線図である。位置推定器９１は、Ｒ個の遅延誤差補正パラメタ導出処理部９１４、予測処理部９１５、Ｒサイクル予測値記憶部９１６、補正処理部９１７、スイッチ９１８、バッファ９２０及び更新処理部９１９を備えている。以降、これら各要素について位置推定器９１の処理内容に沿って説明していく。

・予測処理部９１５
予測処理部９１５は、サイクルｋにおける入出力信号Ｕ_ｋ、及び１サイクル前の目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋ−１の推定値を基に、状態方程式（式１）によってＸ_ｋの予測値を出力する。具体的には、誤差を無視してＸ_ｋ−Ｒを予測する計算（式１０）、及びその際の誤差共分散行列Ｍ_ｋを予測する計算（式１１）を含む。（式１１）において、Ｐ_ｋ−１は、後述する更新処理部９１９の１サイクル前の推定誤差共分散行列である。

・Ｒサイクル予測値記憶部９１６
Ｒサイクル予測値記憶部９１６は、予測処理部９１５から過去Ｒサイクル間に入力されたＲ個のＸ_ｋ予測値（Ｘ_ｋ−Ｒ〜Ｘ_ｋの予測値）を記憶するとともに、Ｒサイクル前の予測値Ｘ_ｋ−Ｒを補正処理部９１７に出力する。

・補正処理部９１７、スイッチ９１８、バッファ９２０
補正処理部９１７は、画像処理信号Ｙ_ｋの入力周期で画像処理信号Ｙ_ｋを基に予測位置Ｘ_ｋ−Ｒの補正に関する処理を実行する。具体的には、補正処理部９１７では、（式１２）を用いて、画像処理信号Ｙ_ｋ及びＸ_ｋ−Ｒの関係を示す遅延観測残差ε_ｋ−Ｒを算出する。

しかし、第１実施例と同様、本実施例においても位置推定器９１に画像処理信号Ｙ_ｋが入力されるのはＮサイクルに１回である。そこで、バッファ９２０とスイッチ９１８によって、次のような処理を実行する。まず、位置推定器９１は、画像処理信号Ｙ_ｋが入力されたサイクルにおいてはスイッチ９１８を補正処理部９１７側に切り換え、遅延観測残差ε_ｋ−Ｒを更新処理部９１９に出力するとともにバッファ９２０に記憶する。一方、画像処理信号Ｙ_ｋが位置推定器９１に入力されないサイクルでは、スイッチ９１８をバッファ９２０側に切り換え、バッファ９２０に記憶された最新の遅延観測残差ε_ｋ−Ｒを代替として更新処理部９１９に出力する。

このように、本実施例においても、補正処理部９１７の処理はＮサイクル毎に実行され、その間の（Ｎ−１）サイクルは実行されない。

・更新処理部９１９、遅延誤差補正パラメタ導出処理部９１４
更新処理部９１９では、予測処理部９１５で算出されたサイクルｋにおける目標実装箇所５０の予測位置Ｘ_ｋと遅延観測残差ε_ｋ−Ｒとから、サイクルｋにおける目標実装箇所５０の推定位置Ｘ_ｋを算出する。

本実施例においては、第１の実施例のように観測方程式（式６）を用いて画像処理信号Ｙ_ｋ及びＸ_ｋ−Ｒの予測値を比較するのではなく、（式１３）に示すように遅延観測残差ε_ｋ−Ｒに遅延逆行ゲイン行列Ｇ_ｋを乗じたもの、サイクルｋにおける目標実装箇所５０の予測位置Ｘ_ｋ、及び観測モデル行列Ｃ_ｄから新たに擬似画像処理信号Ｙ_ｋ ^＊を定義し、これを用いてＸ_ｋを推定する。

具体的には、更新処理部９１９では、擬似画像処理信号Ｙ_ｋ ^＊に関する擬似カルマンゲインＬ_ｋ ^＊が算出され（後述）、（式１４）のように擬似カルマンゲインＬ_ｋ ^＊を用いて予測処理部９１５で求められた予測値Ｘ_ｋ−Ｒを補正することで推定位置Ｘ_ｋが算出される他、（式１５）のように補正後の推定位置Ｘ_ｋの推定誤差共分散行列Ｐ_ｋも算出される。なお、（式１）〜（式１４）で使用した記号は図１２に示すように第１の推定値、第２の推定値、第３の推定値、推定位置、第１の予測値、第２の予測値と表現することもできる。

ここで、擬似カルマンゲインＬ_ｋ ^＊の算出処理について説明すると、まず、前述した線形モデル行列Ａ_ｄと同一サイズの単位行列Ｉに対して、遅延誤差補正パラメタ導出処理部９１４による処理をＲステップ繰り返すことで、遅延誤差補正パラメタΓ_［Ｒ］を算出する。遅延誤差補正パラメタ導出処理部９１４による処理内容は（式１６）に示す通りである。

（式１６）に示した通り、遅延誤差補正パラメタΓ_［Ｒ］は線形モデル行列Ａ_ｄをＲステップ乗じたものである。このように、現在のサイクルｋにおける位置Ｘ_ｋを推定するために、（式１）に用いたモデルに加えて、画像処理信号Ｙ_ｋと入出力信号Ｕ_ｋから演算される時変パラメタ（疑似カルマンゲインＬ_ｋ ^＊）用いることで、精度の高い推定を可能とする。

次に、予測処理部９１５で算出された誤差共分散行列Ｍ_ｋ、遅延誤差補正パラメタΓ_［Ｒ］、及び前述した観測モデル行列Ｃ_ｄを基に、（式１７）のようにして相互共分散行列Ω_ｋを算出する。同様に、観測モデル行列Ｃ_ｄ、誤差共分散行列Ｍ_ｋ、及び前述した観測誤差共分散Ｑ_ｖを基に、（式１８）のように観測残差共分散行列Ψ_ｋを算出する。

そして、相互共分散行列Ω_ｋ、観測残差共分散行列Ψ_ｋ、遅延逆行ゲイン行列Ｇ_ｋとから、擬似カルマンゲインＬ_ｋ ^＊を（式１９）に基づき算出する。

以上のようにして、更新処理部９１９では、Ｒサイクル分の遅延補償処理を施すことでＲサイクル前の位置情報から吸着ノズル２０の現在位置Ｘ_ｋが推定される。

本実施例においても、スイッチ９１８を用いて補正処理部９１７の出力とバッファ９２０の代替出力とを切り換えることにより、現在のサイクルｋの入出力信号Ｕ_ｋ及び画像処理信号Ｙ_ｋに基づく現在のサイクルｋにおける目標実装箇所５０の推定位置Ｘ_ｋを毎サイクル出力することができる。これにより、遅延サイクルＲ中も目標実装箇所５０の位置Ｘ_ｋを推定し続けることができる。そして、常にカメラ４０の撮影画像に基づいて吸着ノズル２０の位置を制御することができるので、位置決め精度も向上する。従って、吸着ノズル２０を静止させることなく高精度に目標実装箇所５０に位置決めすることができる。前述した通り、時変の擬似カルマンゲインＬ_ｋ ^＊を用いることにより、推定精度を更に向上させることができる。

また、（式１７）〜（式１９）に基づく擬似カルマンゲインＬ_ｋ ^＊の算出は、更新処理部９１９において実施されるが、線形モデル行列Ａ_ｄが時間に対して一定である場合には、遅延誤差補正パラメタΓ_［Ｒ］は予め算出しておくことができる。つまり、部品実装装置１００の初期化時等の所定時機に一度遅延誤差補正パラメタΓ_［Ｒ］を算出しておけばこれを毎サイクル用いることができるので、ビジュアルサーボ処理の１サイクル当たりの計算量を削減することができる。そのため、ビジュアルサーボ処理の制御周期を短縮することができ、実施例１に比べて制御を高速化することができる。

なお、本実施例に係る位置推定器９１を図７の位置決め制御系に適用することができることは言うまでもない。図７の位置決め制御系は実施例１で説明した通り一例である。また、本実施例に係る位置推定器９１に用いるモデルに対しては、図８や（式９）の機構共振モデルを当然に用いることができる。

１００・・・部品実装装置
１０・・・実装ヘッド
１１・・・Ｘ軸ビーム機構
１１１・・・Ｘ軸リニアモータ可動子
１１２・・・Ｘ軸位置エンコーダヘッド部
１１３・・・Ｘ軸リニアモータ固定子
１１４・・・Ｘ軸位置エンコーダヘッド
１２・・・Ｙ軸ビーム機構
１２１・・・Ｙ軸リニアモータ可動子
１２２・・・Ｙ軸位置エンコーダヘッド部
１２３・・・Ｙ軸リニアモータ固定子
１２４・・・Ｙ軸エンコーダ
１３・・・Ｙ軸ガイド機構
１３１・・・Ｙ軸リニアガイド
２０・・・吸着ノズル
２１・・・電子部品
２２・・・目標実装箇所
３０・・・架台
４０・・・カメラ
５０・・・目標実装箇所
６０・・・プリント基板搬送路
６１・・・プリント基板
６２・・・電子部品
９０・・・制御装置
９０１・・・ＣＰＵ
９０２・・・ＲＯＭ
９０３・・・ＲＡＭ
９４０・・・画像処理部
９１・・・位置推定器
９１１・・・Ｒサイクル制御指令記憶バッファ
９１２・・・フィルタ
９１２１・・・予測処理部
９１２２・・・補正処理部
９１２３・・・スイッチ
９１３・・・状態再構成器
９１３１・・・遅延補償処理部
９１４・・・遅延誤差補償パラメタ導出処理部
９１５・・・予測処理部
９１６・・・Ｒサイクル予測値記憶バッファ
９１７・・・補正処理部
９１８・・・スイッチ
９１７・・・バッファ
９１９・・・更新処理部
２００１・・・軌道生成器
２００２・・・スイッチ
２０１１・・・内部制御器
２０１２・・・ホルダ
２０１３・・・機構特性
２０１４・・・サンプラ
２０１５・・・加算器
２０２１・・・外部制御器
２０２２・・・カメラ画像処理部
２０２３・・・遅れ時間要素
２０２４・・・サンプラ
２０２５・・・機構特性

Claims (9)

1. 移動体を移動させる移動機構と、
   前記移動機構に設けたカメラと、
   前記カメラの撮影画像を画像処理し撮影画像内における目標物の観測位置に基づく画像処理信号Ｙ_ｋを算出する画像処理部と、
   前記移動機構との間で位置決め制御に関して授受する入出力信号Ｕ_ｋ及び前記画像処理信号Ｙ_ｋを基に前記移動機構の制御をサイクル周期で繰り返し前記移動体の位置を前記目標物に近付ける本体制御部とを備え、
   前記本体制御部は、
   前記カメラの露光時間Ｎ及び前記画像処理部の画像処理時間Ｍに起因して前記撮影画像に伴われる遅延サイクルＲだけ前の前記目標物の位置Ｘ_ｋ−Ｒを前記入出力信号Ｕ_ｋを基に前記サイクル周期で算出する予測処理部と、
   前記画像処理信号Ｙ_ｋの入力周期で前記画像処理信号Ｙ_ｋを基に前記位置Ｘ_ｋ−Ｒの補正又はこれに関連する処理である補正処理を実行する補正処理部と、
   前記画像処理信号Ｙ_ｋが入力されたサイクルは前記補正処理部の出力値を、それ以外のサイクルは代替値を前記目標物のＲサイクル前の位置情報として切り換え出力するスイッチと、
   Ｒサイクル分の遅延補償処理を施すことで前記Ｒサイクル前の位置情報から前記目標物の現在位置Ｘ_ｋを推定する処理部と、
   前記現在位置Ｘ_ｋを基に前記移動機構に指令信号を指令出力部と
   を備えたことを特徴とする位置決め装置。
2. 請求項１の位置決め装置において、
   前記現在値Ｘ_ｋは、前記入出力信号Ｕ_ｋと前記画像処理信号Ｙ_ｋとを基に演算した時変パラメタを用いて推定されることを特徴とする位置決め装置。
3. 請求項１の位置決め装置において、
   前記画像処理信号Ｙ_ｋの入力周期は、前記露光時間Ｎ及び前記画像処理時間Ｍの長い方であることを特徴とする位置決め装置。
4. 請求項２の位置決め装置において、
   前記位置検出器のＲサイクル分の入出力信号を記憶するバッファを備え、
   前記Ｒサイクル分の遅延補償処理は、前記バッファに記憶された（Ｒ−１）サイクル前から現在のサイクルまでの入出力信号Ｕ_{ｋ−Ｒ＋１}〜Ｕ_ｋをそれぞれ用いた遅延補償処理を前記スイッチの出力値に対してＲステップ繰り返す処理であることを特徴とする位置決め装置。
5. 請求項４の位置決め装置において、前記代替値は、前記予測処理部から出力された補正前の前記位置Ｘ_ｋ−Ｒであることを特徴とする位置決め装置。
6. 請求項２の位置決め装置において、
   遅延補償パラメタ導出処理をＲステップ繰り返して遅延誤差補正パラメタを予め算出する遅延誤差補正パラメタ導出処理部を備え、
   前記Ｒサイクル分の遅延補償処理は、前記遅延誤差補正パラメタ導出処理部で算出した遅延誤差補正パラメタを用いて前記スイッチの出力値を遅延補償する処理であることを特徴とする位置決め装置。
7. 請求項６の位置決め装置において、
   前記補正処理部の出力値を記憶するバッファを備え、
   前記代替値は、前記バッファに記憶された前記補正処理部の最新の出力値であることを特徴とする位置決め装置。
8. 請求項２の位置決め装置において、前記補正処理は、前記移動機構を支持する架台の振動モデルを用いて実行されることを特徴とする位置決め装置。
9. 請求項２の位置決め装置において、前記遅延サイクルＲは（Ｃｅｉｌ（Ｎ／２）＋Ｍ）で定義されることを特徴とする位置決め装置。

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