JP3644846B2

JP3644846B2 - 描画装置の移動誤差検出装置及びその方法

Info

Publication number: JP3644846B2
Application number: JP13230999A
Authority: JP
Inventors: 正昭山本; 浩行城田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: JP2000321025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板などの処理対象物に対して画像の描画を施す描画装置の移動誤差検出装置及びその方法に係り、特に載置台と処理部とを相対移動させる際に生じる移動誤差を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の装置として、例えば、プリント回路基板製造装置が挙げられる。
この装置は、プリント回路基板を載置する描画ステージと、所定の処理位置で描画ステージに対してレーザービームを偏向照射する処理部とを備え、レーザービームにより基板に所要のパターンを直接的に描画するものである。描画ステージは、直動ガイド上に搭載されているとともにモータ軸に連結された送りネジによって処理部に対して移動されるようになっている。
【０００３】
このような装置においては、描画ステージの移動に伴って生じる誤差が問題となる。つまり、基板の所望位置を処理位置に移動させようと、モータを駆動して描画ステージを移動させても、実際にはその距離よりも移動距離が短かったり長かったりして基板の所望位置を処理位置に一致させることができない事態が起きる。このような移動誤差の主要因は、送りネジ周りに生じる『ローリング』や、描画ステージ面上で移動方向に生じる『ヨーイング』や、描画ステージ面に直交する面で移動方向に生じる『ピッチング』などの各挙動である。
【０００４】
これらの挙動は、装置構造の関係上、完全に無くすことができないので、これらを測定して移動位置における移動誤差を検出し、この移動誤差に基づきモータの駆動量を補正する副走査の補正や、レーザーの偏向を補正する主走査の補正を行うのが一般的である。例えば、オートコリメータやレーザー測長器などの計測器を用いて、ローリング，ヨーイング，ピッチングをそれぞれ独立して計測したりする（第１の構成）。一方、上記の装置に比較して高価な描画機やステッパ等では、移動方向やそれに直交する方向の移動誤差をリアルタイムにレーザー測長器で計測しながら補正を行うように構成されている（第２の構成）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、第１の構成では、上記のような挙動を独立して測定することは可能であるが、必要なのは移動位置に応じた移動誤差であって各挙動ではない。したがって、各挙動に基づき移動誤差を求める必要があるが、複数の挙動が絡み合った複合的な移動誤差を求めることは困難である。
【０００６】
一方、第２の構成では、移動誤差を正確に求めることができるが、システムがかなり複雑になることや、装置が極めて高価なものとなるといった問題の他に、目的以上の精度となってオーバースペックとなるといった問題もある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、載置台上の基準パターンを撮影手段で撮影することに基づき、各挙動を含んだ『ずれ量』を求めて比較的簡易で安価、かつ、適度な精度で移動誤差を検出することができる処理装置の移動誤差検出装置することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の描画装置の移動誤差検出装置は、処理対象物を載置する載置台と画像を描画する処理部とを相対的に一方向に移動させ、前記処理対象物に対して処理位置にて画像の描画を施す描画装置の移動誤差検出装置において、前記載置台と前記処理部との相対的な移動方向を挟み、前記載置台の面上の両端部付近に移動方向に沿って所定の間隔で形成された複数の基準パターンと、前記載置台と前記処理部との相対的な移動に伴って、前記載置台に対して相対的に移動し、前記載置台の両端部に設けられた基準パターンを各々撮影可能なように前記基準パターンに対応して配設された少なくとも２台の撮影手段と、前記載置台と前記処理部とを前記所定の間隔ずつ相対的に移動させながら前記２台の撮影手段で基準パターンを撮影し、各移動位置における各々の撮影手段に対する各基準パターンのずれ量を求める演算手段と、前記各基準パターンのずれ量を移動位置に対応付けて記憶する記憶手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の描画装置の移動誤差検出装置は、請求項１に記載の描画装置の移動誤差検出装置において、前記撮影手段が処理位置の近傍に配設されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の描画装置の移動誤差検出装置は、請求項１または２に記載の描画装置の移動誤差検出装置において、前記少なくとも２台の撮影手段は、処理対象物に設けられた位置合わせ穴を撮像して、処理対象物の位置ずれ量を求めるための複数のアライメントスコープのうちの２台を用いることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の描画装置の移動誤差検出方法は、処理対象物を載置する載置台と画像を描画する処理部とを相対的に一方向に移動させ、前記処理対象物に対して処理位置にて画像の描画を施す描画装置の移動誤差検出方法において、前記載置台と前記処理部との相対的な移動方向を挟んで前記載置台の面上の両端部付近に移動方向に沿って所定の間隔で形成された複数の基準パターンを、前記載置台と前記処理部との相対的な移動に伴って、前記載置台に対して相対的に移動し、前記載置台の両端部に設けられた基準パターンを各々撮影可能なように前記基準パターンに対応して配設された少なくとも２台の撮影手段で前記載置台と前記処理部とを相対的に前記所定の間隔ずつ移動させながら撮影する過程と、各移動位置における各々の撮影手段に対する各基準パターンのずれ量を求める過程と、前記各基準パターンのずれ量を移動位置に対応付けて記憶する過程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
請求項１に記載の発明の作用は次のとおりである。
載置台と処理部とを相対的に移動させて２台の撮影手段で載置台面上の基準パターンを撮影し、演算手段により各移動位置における各々の撮影手段に対する各基準パターンのずれ量を求める。この『ずれ量』は、ピッチング，ヨーイング，ローリングなどの挙動が平面的に撮影手段に対して投影されたものとなる。この『ずれ量』と各移動位置とを対応付けて記憶手段に記憶しておけば、載置台に処理対象物を載置して処理を行う際に移動位置に応じて移動誤差を検出することができる。
【００１３】
なお、上記の記憶手段は、半導体メモリやハードディスク装置等の他に、プロッタやＣＲＴなどの装置も含むものである。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明によれば、実際に処理対象物に対して処理が行われるのは処理位置であるので、撮影手段がその位置に近いほど処理位置における移動誤差の検出精度を高めることができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明によれば、処理対象物の位置ずれ量を求めるために備えられている複数のアライメントスコープのうちの２台を用いて各基準パターンのずれ量を求める。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明によれば、まず、基準パターンを撮影手段で撮影する過程の後に、撮影手段に対する各基準パターンのずれ量を求め、次いで各基準パターンのずれ量を移動位置に関連付けて記憶しておくことにより、載置台に処理対象物を載置して処理を行う際に移動位置に応じて移動誤差を検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は、プリント回路基板製造装置の概要説明に供する斜視図であり、図２は詳細な平面図、図３は詳細な側面図である。
【００１８】
基台１の上面には、一対のガイドレール３が配設されており、それらのガイドレール３の間には、サーボモータ７によって回転される送りネジ９が配備されている。送りネジ９には、描画ステージ５がその下部で螺合されている。この描画ステージ５は、鉛直のｚ軸周りに回転させるための回転機構１１と、鉛直のｚ方向に昇降させるための昇降機構１３とを下から順に備え、最上部にプリント回路基板（処理対象物）を吸着載置するための載置テーブル１５を備えている。
【００１９】
本発明の載置台に相当する描画ステージ５の上部には、基準パターンＰＲが形成された基準マスクＲＭが載置テーブル１５の基準位置（図示省略してあるが載置テーブル１５の左上隅）にその左上隅を一致させるようにして配設されている。基準パターンＰＲは、後述する処理が容易なように十字形状であり、送りネジ９を挟んで基準マスクＲＭの両端部付近に形成されている。
【００２０】
また、描画ステージ５がサーボモータ７の駆動により移動されるｙ方向（副走査方向）には、処理位置ＥＰにて描画用のレーザービームＬＢをｘ方向（主走査方向）に偏向しながら下方に向けて照射する処理部２１が配設されている。処理部２１は門型フレームによって基台１の上部に配設されており、サーボモータ７が駆動されると描画ステージ５が処理部２１の下部に進出するようになっている。
【００２１】
基台１には、図１に示す待機位置にある描画ステージ５の上方を覆うようにアライメントスコープユニット３１が配設されている。このアライメントスコープユニット３１は、水平面内でそれぞれ独立に移動可能な４台のアライメントスコープ３３，３５，３７，３９を備えている。各アライメントスコープ３３，３５，３７，３９は、ＣＣＤカメラ３３ａ，３５ａ，３７ａ，３９ａとレンズ部３３ｂ，３５ｂ，３７ｂ，３９ｂとを備えている。これらのアライメントスコープ３３，３５，３７，３９は、本来、描画ステージ５に載置されたプリント回路基板の四隅の位置合わせ穴の位置を計測して、描画ステージ５に載置された基板の位置ずれ量を求めてそのずれを補正するために利用されるものであるが、後述するように本発明においては処理位置ＥＰ側に配備されている２台のアライメントスコープ３３，３５を描画ステージ５の移動誤差の検出にも利用するようになっている。
【００２２】
なお、上述した２台のアライメントスコープ３３，３５は、本発明における撮影手段に相当する。
【００２３】
図４のブロック図を参照する。
各アライメントスコープ３３，３５，３７，３９のＣＣＤカメラ３３ａ，３５ａ，３７ａ，３９ａは全て画像処理部４１に接続されており、ここにおいて各映像信号が処理されて重心位置の算出や『ずれ量』の演算が行われる。また、画像処理部４１には、処理の開始などを指示するキーボード４３や、各アライメントスコープ３３，３５，３７，３９が捉えている映像を映し出したり、処理内容などを表示したりするＣＲＴ４５が接続されている。
【００２４】
この装置全体を統括的に制御するのはシステム制御部４７である。ここには、主走査制御回路４９と、副走査制御回路５１と、誤差テーブル記憶部５３などが接続されている。システム制御部４７は、描画時には、ラスタ変換回路５５から主走査制御回路４９へ順次に送られたラスターデータに基づきレーザビームＬＢのｘ方向の位置を制御するビーム位置制御回路５７を制御する。ビーム位置制御回路５７は、システム制御部４７からの指示とラスターデータに基づいて電子シャッタ５９を制御する。Ｘ軸センサ６１は、ｘ方向に配設された図示しないＸリニアスケールからの光信号を検出して、レーザビームＬＢの主走査方向の偏向距離を測定するためのものである。ここからの信号は、信号処理回路６３で適宜に処理されてからシステム制御部４７に取り込まれ、この信号に基づいて副走査制御回路５１の駆動回路６５へのクロックパルスが生成される。
【００２５】
副走査制御回路５１のサーボモータ７は、レーザビームＬＢの主走査に応じて生成されたクロックパルスに基づいて駆動回路６５によって駆動される。これにより描画ステージ５がｙ方向（副走査方向）に移動される。その移動位置は、図示しないＹリニアスケールからの光信号を検出するＹ軸センサ６７によって検出され、信号処理回路６９により移動位置に応じた信号に変換されてシステム制御部４７に与えられる。システム制御部４７は、その信号に応じてサーボモータ７の駆動にフィードバックをかける。
【００２６】
上記の誤差テーブル記憶部５３は、システム制御部４７が基準マスクＲＭを配備した描画ステージ５を移動した際に、処理部２１側に配備されている２台のアライメントスコープ３３，３５からの映像信号を画像処理部４１が処理することにより得られる基準パターンＰＲの『ずれ量』を各移動位置ごとに対応付けて『誤差テーブル』として格納するものである。
【００２７】
なお、上述した画像処理部４１が本発明の演算手段に相当し、誤差テーブル記憶部５３が本発明における記憶手段に相当する。
【００２８】
本実施例における基準マスクＲＭは、図５に示すように構成されている。
すなわち、ｙ方向に沿って長線が描かれているとともに、所定の間隔でｘ方向に沿った短線がｎ本描かれてなる。上述したように基準マスクＲＭは、載置テーブル１５の基準位置に合わせて取り付けられているので、例えば、各基準パターンＰＲの座標は、左側が（ｘ₁，ｙ₁），……（ｘ₁，ｙ₂），……（ｘ₁，ｙ_n）となり、右側が（ｘ_m，ｙ₁），……（ｘ_m，ｙ₂），……（ｘ_m，ｙ_n）となる。
【００２９】
また、上述した『ずれ量』とは、図６に示すように、各ＣＣＤカメラ３３ａ，３５ａで捉えた視野像Ｖの視野中心Ｃと、基準パターンＰＲの長線と短線の交点とのずれをｘ方向（Δｘ）とｙ方向（Δｙ）について求めたものである。したがって、『ずれ量』がｘｙ方向ともに『０』である場合には、図６における基準パターンＰＲの交点と視野中心Ｃとが一致することになる。上述した誤差テーブル記憶部５３の誤差テーブルとは、上記のΔｘ，Δｙを、各移動位置、つまり設計的に基準パターンＰＲの交点が視野中心Ｃに一致するように駆動されたサーボモータ７の駆動量に対応付けた移動誤差である。
【００３０】
なお、図２および図３に示すように２台のアライメントスコープ３３，３５は処理位置ＥＰからｙ方向に間隔Ｌだけ離れている。この装置における処理は、処理位置ＥＰにて施されるので、処理位置ＥＰと間隔Ｌが近いほど処理位置ＥＰにおける移動誤差の検出精度を高めるができる。したがって、間隔Ｌを処理位置ＥＰに近づけて配設するほど、処理位置ＥＰにおける補正をより正確に行うことができる。
【００３１】
次に、図７のフローチャートを参照して移動誤差の検出処理について説明する。
【００３２】
まずは、描画ステージ５を待機位置においた状態にて、２台のアライメントスコープ３３，３５の各々の視野中心Ｃのｘ方向が、基準パターンＰＲの長線と一致するように各アライメントスコープ３３，３５の位置を予め調整しておく。
【００３３】
ステップＳ１
所定距離だけ描画ステージ５が移動するようにサーボモータ７を駆動する。この駆動によって基準パターンＰＲの最初の交点が視野内に位置する。
【００３４】
ステップＳ２
撮影した基準パターンＰＲに対して画像処理を行って、図６に示したような『ずれ量』（Δｘ，Δｙ）を基準パターンＰＲのそれぞれについて演算によって求める。
【００３５】
ステップＳ３
基準パターンＰＲの各短線の間隔だけ描画ステージ５を移動する。通常は、この移動によって各アライメントスコープ３３，３５の視野内に基準パターンＰＲの次の交点が位置する。
【００３６】
ステップＳ４
視野内の画像を処理して基準パターンＰＲが存在するか否かを判断し、存在するならばステップＳ２に戻って上記の処理を繰り返し、存在しなければステップＳ５に移行する。
【００３７】
ステップＳ５
上記のようにして求めた各『ずれ量』を各移動位置と対応付けて誤差テーブルを生成し、これを誤差テーブル記憶部５３に記憶する。
【００３８】
このようにして生成された誤差テーブルは、アライメントスコープ３３，３５の中心位置に両基準パターンＰＲの交点が一致するように描画ステージ５を移動した場合における、各中心位置に対する交点の『ずれ量』である。この『ずれ量』は、描画ステージ５を移動した際に生じる挙動、つまりローリング，ヨーイング，ピッチングなどが平面的にアライメントスコープ３３，３５に対して投影されたものである。
【００３９】
したがって、製品を処理するためにプリント回路基板を描画ステージ５にセットして描画処理を行う際には、ずれ量を含む誤差テーブルを読み出すことによって描画ステージ５の移動位置に応じた移動誤差を検出することができる。したがって、サーボモータ７の駆動量や、図示しないθ軸駆動機構、あるいはビーム位置制御回路５７などを『ずれ量』に応じて制御することにより処理位置ＥＰにおける描画ステージ５の移動誤差を補正することができる。
【００４０】
しかも、製品の処理に先立って誤差テーブルを生成するだけでよいので、レーザー測長器で計測しながらリアルタイムに補正を行うような従来例に比較して安価に構成でき、かつ適度な精度で移動誤差を検出することができる。また、定期的に上記の誤差テーブルの収集を実施すれば、長期間にわたって移動誤差を正確に検出することができ、処理を正確に施すことができる。
【００４１】
なお、本発明は以下のように変形実施することも可能である。
【００４２】
（１）基準マスクＲＭに形成した基準パターンは、上述したような長線と短線の十字形状だけに限定されるものではなく、パターンの重心位置が求められればどのような形状であってもよい。
【００４３】
例えば、図８（ａ）のように円形状を所定の間隔で形成してもよいし、図８（ｂ）のように長線と短線とをずらして形成してもよい。これらのように形成しても円の重心や短線の重心を画像処理で求めることができるので『ずれ量』を容易に求めることができる。
【００４４】
また、基準パターンＰＲを両端部だけに形成するのではなく、基準マスクＲＭの全面に形成しておいて必要な部分だけを使用するようにしてもよい。
【００４５】
（２）基準パターンＰＲを基準マスクＲＭに形成することなく、直接的に載置テーブル１５の上面に形成しておいてもよい。
【００４６】
（３）本発明の記憶手段としては、誤差テーブル記憶部５３のようなメモリに限定されるものではなく、各移動位置とずれ量とをプロットして表示したり、輝線により表示することで記憶するプロッタやＣＲＴであってもよい。
【００４７】
（４）撮影手段は、移動方向を挟んで少なくとも２台（アライメントスコープ３３，３５）あればローリングなどの挙動を含むずれ量を得ることができるので、撮影手段として３台以上を使用するようにしてもよい。
【００４８】
（５）上述した実施例では、処理部２１が固定で描画ステージ５が移動する構成であったが、逆に処理部２１が移動する構成であっても本発明を適用できる。
【００４９】
（６）上述した実施例ではプリント回路基板製造装置を例に採って説明したが、本発明はこのような装置に限定されるものではなく、例えば、ＰＤＰ基板製造装置などであっても適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の装置発明によれば、ローリング，ヨーイング，ピッチングなどの挙動が平面的に撮影手段に対して投影された『ずれ量』と各移動位置とを対応付けて記憶手段に記憶しておくので、レーザー測長器で計測しながらリアルタイムに補正を行うような従来例に比較して安価に構成でき、かつ適度な精度で移動誤差を検出することができる。したがって、載置台に処理対象物を載置して処理を行う際には、移動位置に応じて誤差を補正することができ、処理対象物に対して正確に処理を施すことができる。
【００５１】
また、請求項２に記載の装置発明によれば、撮影手段を処理位置の近傍に配設することにより、処理位置における移動誤差の検出精度を高めるができる。したがって、処理位置における補正をより正確に行うことができる。
【００５２】
また、請求項３に記載の装置発明によれば、処理対象物の位置ずれ量を求めるために備えられている複数のアライメントスコープのうちの２台を用いて各基準パターンのずれ量を求めることができる。
【００５３】
また、請求項４に記載の方法発明によれば、まず、基準パターンを撮影手段で撮影し、各基準パターンのずれ量を求め、各基準パターンのずれ量を移動位置に関連付けて記憶しておくことにより、移動誤差を適度な精度で検出することができる。したがって、載置台に処理対象物を載置して処理を行う際には移動位置に応じて補正することができ、処理対象物に対して正確に処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプリント回路基板製造装置の概要説明に供する斜視図である。
【図２】プリント回路基板製造装置の詳細な平面図である。
【図３】プリント回路基板製造装置の詳細な側面図である。
【図４】プリント回路基板製造装置のブロック図である。
【図５】基準マスクに形成された基準パターンの説明図である。
【図６】ＣＣＤカメラの視野像を示した模式図である。
【図７】移動誤差の検出処理を示したフローチャートである。
【図８】基準マスクに形成された基準パターンの変形例を示した図である。
【符号の説明】
１ … 基台
３ … ガイドレール
５ … 描画ステージ（載置台）
７ … サーボモータ
９ … 送りネジ
ＰＲ … 基準パターン
ＲＭ … 基準マスク
ＥＰ … 処理位置
ＬＢ … レーザビーム
２１ … 処理部
３３，３５，３７，３９ … アライメントスコープ（撮影手段）
４１ … 画像処理部（演算手段）
５３ … 誤差テーブル記憶部（記憶手段）

Claims

処理対象物を載置する載置台と画像を描画する処理部とを相対的に一方向に移動させ、前記処理対象物に対して処理位置にて画像の描画を施す描画装置の移動誤差検出装置において、
前記載置台と前記処理部との相対的な移動方向を挟み、前記載置台の面上の両端部付近に移動方向に沿って所定の間隔で形成された複数の基準パターンと、
前記載置台と前記処理部との相対的な移動に伴って、前記載置台に対して相対的に移動し、前記載置台の両端部に設けられた基準パターンを各々撮影可能なように前記基準パターンに対応して配設された少なくとも２台の撮影手段と、
前記載置台と前記処理部とを前記所定の間隔ずつ相対的に移動させながら前記２台の撮影手段で基準パターンを撮影し、各移動位置における各々の撮影手段に対する各基準パターンのずれ量を求める演算手段と、
前記各基準パターンのずれ量を移動位置に対応付けて記憶する記憶手段と、
を備えていることを特徴とする描画装置の移動誤差検出装置。
請求項１に記載の描画装置の移動誤差検出装置において、
前記撮影手段が処理位置の近傍に配設されていることを特徴とする描画装置の移動誤差検出装置。
請求項１または２に記載の描画装置の移動誤差検出装置において、
前記少なくとも２台の撮影手段は、処理対象物に設けられた位置合わせ穴を撮像して、処理対象物の位置ずれ量を求めるための複数のアライメントスコープのうちの２台を用いることを特徴とする描画装置の移動誤差検出装置。
処理対象物を載置する載置台と画像を描画する処理部とを相対的に一方向に移動させ、前記処理対象物に対して処理位置にて画像の描画を施す描画装置の移動誤差検出方法において、
前記載置台と前記処理部との相対的な移動方向を挟んで前記載置台の面上の両端部付近に移動方向に沿って所定の間隔で形成された複数の基準パターンを、前記載置台と前記処理部との相対的な移動に伴って、前記載置台に対して相対的に移動し、前記載置台の両端部に設けられた基準パターンを各々撮影可能なように前記基準パターンに対応して配設された少なくとも２台の撮影手段で前記載置台と前記処理部とを相対的に前記所定の間隔ずつ移動させながら撮影する過程と、
各移動位置における各々の撮影手段に対する各基準パターンのずれ量を求める過程と、
前記各基準パターンのずれ量を移動位置に対応付けて記憶する過程と、
を備えていることを特徴とする描画装置の移動誤差検出方法。