JPH09262784A - 透明なワークの配列装置および配列方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水晶素板のような透明なワークをマスクトレー
上に正しく配列するための自動配列装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】ワーク４０を黒色で艶があるワーク供給ト
レー３６上に配し、リングライト３５によって斜め方向
から光を照射し、ワーク４０のエッジの部分を乱反射さ
せて光らせ、その画像をＣＣＤカメラ３０によって取込
むとともに、コンピュータ４３によって画像処理し、画
像処理されたデータに基いてロボット１１、１２によっ
てマスクトレー４７上に正しく配列する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透明なワークの配列
装置および配列方法に係り、とくに透明なワークを所定
の位置に配列する装置および配列方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の電子機器に水晶発振器が広く用い
られている。例えば携帯用電話機には水晶発振器が組込
まれており、このような水晶発振器によって所定の周波
数の発振出力を取出すようにしている。

【０００３】このような水晶発振器に用いられる水晶の
素板は厚さが２０〜数１０μｍの値であって非常に薄い
透明板から構成されている。このような水晶の素板は一
定の寸法、例えば３×５ｍｍのほぼ長方形の形状に加工
された後に洗浄され、所定の枚数、例えば８０枚を単位
として袋詰めし、後工程に供給される。

【０００４】後工程において水晶素板の表面であってそ
の両面には金メッキによって電極が形成される。このと
きにエッジの部分には金メッキを施さず、両側の電極が
互いに導通しないようにマスク機能をもったトレー状の
キャリアに整列して収納されるようになっている。この
ような水晶素板のキャリアに対する収納作業を従来は作
業者が目視によって判断しながら人手によって１枚１枚
トレー上に収納するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】水晶の素板は透明板か
ら構成され、しかも寸法が小さいばかりでなく上述の如
く非常に薄いために、目視では見難く、しかもピンセッ
トによって水晶素板を扱う際に素板が欠けたり割れたり
する事故が発生し易く、このために高度な熟練を要して
いた。このことから水晶素板のトレーへの収納作業の自
動化が切望されていた。

【０００６】すなわち目視によって水晶素板のワークを
判断し、ピンセットによってトレーへの配列および収納
を行なう作業は、超薄型でしかも透明なワークを扱わな
ければならないために、かなりの熟練を要した。しかも
このように扱い難いワークを割れや欠けがないようにキ
ャリアに挿入しなければならなかった。従って見づらい
ものを扱うために、目が疲労し易く、しかもこのような
作業を反復継続して行なわなければならないために、身
体にとってかなり過酷な作業になっていた。

【０００７】このような作業を自動化しようとしても、
対象となるワーク、すなわち水晶素板が非常に薄型であ
るばかりか、透明であるために、画像処理を行なうこと
ができず、このような理由からロボットによる自動配列
作業が妨げられていた。

【０００８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、透明なワークを自動的に所定の位置に
配列するようにした配列装置および透明なワークを所定
の位置に配列する配列方法を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明なワーク
を所定の位置に配列する装置において、透明なワークに
対して斜めの方向から光を照射する照明手段と、前記照
明手段による照明光の乱反射によって前記ワークの光っ
たエッジの画像を取込む撮像手段と、前記撮像手段によ
って取込まれたワークのエッジの画像を処理する画像処
理手段と、前記ワークを所定の配列位置に移動して配列
する移動手段と、前記移動手段を前記画像処理手段から
の信号に基いて制御する制御手段と、をそれぞれ具備す
る透明なワークの配列装置に関するものである。

【００１０】前記照明手段による照明光の照射角度が水
平方向に対して１０〜６０°の範囲内であってよい。

【００１１】前記画像処理されたワークのエッジの画像
の面積が所定の範囲内にあるもののみを所定の位置に配
列するようにしてよい。

【００１２】前記透明なワークが水晶発振器を構成する
水晶素板であってよい。

【００１３】方法に関する発明は、透明なワークに対し
て斜めの方向から照明光を照射してエッジを光らせ、エ
ッジの部分の反射光によってワークの画像を得るととも
に、該ワークの画像を処理し、画像処理されたデータを
制御手段に供給し、前記データに基いて制御手段によっ
て制御して前記ワークを所定の位置に配列する、ことを
特徴とする透明なワークの配列方法に関するものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
る透明な水晶素板の自動配列装置を示すものであって、
この装置はステージ１０を備えている。ステージ１０上
にはその長辺方向に沿ってＸ軸方向移動ロボット１１が
配されており、このロボット１１と直交するようにＹ軸
方向移動ロボット１２がＸ軸方向移動ロボット１１上に
取付けられている。Ｘ軸方向移動ロボット１１およびＹ
軸方向移動ロボット１２はそれぞれ送りねじ１３、１４
を備えており、しかもこれらの送りねじ１３、１４の端
部にはモータ１５、１６が取付けられている。

【００１５】Ｙ軸方向移動ロボット１２上には移動台２
０が取付けられている。そして移動台２０の下面には移
動ユニット２１が取付けられている。移動ユニット２１
は後述する水晶素板を所定の位置に移動させるためのも
のであって、互いに所定の角度をなす一対のバキューム
ヘッド２３、２４がＶ字状に取付けられている。これら
一対のバキュームヘッド２３、２４は交互に移動される
ようになっており、図２に示す状態においてはバキュー
ムヘッド２３が垂直になっており、このヘッド２３で水
晶素板を配列するようにしている。これに対してバキュ
ームヘッド２４で水晶素板を持上げる場合には、バキュ
ームヘッド２３が鎖線で示すように右上方へ旋回するよ
うになっている。

【００１６】移動台２０の内部にはθ軸用モータ２５が
収納されている。このモータ２５は移動ユニット２１を
その軸線を中心として旋回させるためのものである。ま
た移動台２０上にはＺ軸用のモータ２６が配されてお
り、このモータ２６によってＺ軸用送りねじ２７を介し
て移動台２０をＹ軸方向移動ロボット１２に対して上下
動させるようにしている。

【００１７】移動台２０の先端部には垂直方向に取付け
レール２８が取付けられており、この取付けレール２８
にブラケット２９が取付けられている。そしてブラケッ
ト２９の先端側には画像取込み用のＣＣＤカメラ３０が
保持されている。ＣＣＤカメラ３０はその光軸が垂直に
なっており、その下方には接写レンズ３１が取付けられ
るようになっている。この接写レンズ３１を通して水晶
素板の画像の取込みが行なわれるようになっている。

【００１８】さらに上記移動台２０には左右一対のアー
ム３４を介してリングライト３５が保持されるようにな
っている。リングライト３５は図２〜図４に示すよう
に、プラスチック板から成るワーク供給トレー３６によ
って供給される水晶素板から成るワーク４０を斜め方向
から照射し、これによってワーク４０の側端のエッジの
部分を乱反射させ、ＣＣＤカメラ３０による画像の取込
みを可能にするためのものである。

【００１９】次にこのような配列装置の制御系について
説明すると、図５に示すように、ＣＣＤカメラ３０によ
って取込まれた画像は画像処理用コンピュータ４３に入
力されるようになっている。そしてこのコンピュータ４
３によってロボットのコントローラを構成する駆動制御
回路４４が制御されるようになっている。駆動制御回路
４４はＸ軸方向のモータ１５、Ｙ軸方向のモータ１６、
Ｚ軸方向のモータ２６、およびθ軸方向のモータ２５を
それぞれ制御するようにしており、これらのモータの制
御の組合わせになって透明な水晶素板から成るワーク４
０を所定の位置に配列するようにしている。

【００２０】水晶素板４０は図６に示すようにほぼ長方
形であってそのコーナの部分が円弧状をなす透明板から
構成されており、その長辺側の長さが４．０ｍｍであっ
て、短辺側の長さが３．０ｍｍで、しかもコーナの部分
の曲率半径が１．５ｍｍになっている。またここではそ
の厚さは３０〜４０μｍの値になっている。

【００２１】このような水晶素板４０は図７に示すマス
クトレー４７内に配列されるようになっている。マスク
トレー４７は下側から支持板４８、下板４９、中板５
０、上板５１の４層構造をなしている。そして上板５１
を除去した状態で、マスクトレー４７の中板５０の保持
孔５３にワーク４０が配列されるようになっている。そ
してこの後に上板５１を取付けるようにしている。

【００２２】このようにマスクトレー４７内に水晶素板
４０を収納するのは、この水晶素板４０の両側にそれぞ
れ電極をメッキ処理によって形成するためである。すな
わち図８に示すように、マスクトレー４７内に収納され
た水晶素板４０は、支持板４８が除去されると、その上
下面がそれぞれ上板５１の露出用開口５４および下板４
９の露出用開口５５を通して露出することになる。従っ
てこのような状態においてメッキ処理を行なうことによ
り、水晶素板４０の上下面にそれぞれ図８および図９に
示すように、金メッキ層から成る電極５７、５８が形成
される。そしてこの後にこれらの金メッキ層５７、５８
にリード線５９、６０を接続することになる。

【００２３】次にこのような配列装置によって水晶素板
から成るワーク４０を配列する動作について説明する。
上述の如くこの装置はステージ１０上にワーク供給部３
６と、マスクトレー４７とを配列するとともに、Ｘ軸方
向移動ロボット１１とＹ軸方向移動ロボット１２とを搭
載し、これによってワーク供給トレー３６によって供給
される水晶素板４０をマスクトレー４７上に配列するよ
うになっている。

【００２４】ワーク供給トレー３６は導電性のプラスチ
ック板から成り、しかもその上面が黒色であって鏡面に
なっている。このようなトレー３６上には８００〜１０
００個のワーク４０がバラ状に供給される。なおここで
は２つのワーク供給トレー３６がステージ１０上に配列
されるようになっており、一方のワーク供給トレー３６
が空になったときに他方のワーク供給トレー３６に切換
えられるとともに、その間に空になったトレー３６が新
しいトレーと交換されるようになっており、これによっ
てロスタイムをなくしている。

【００２５】ワーク４０が整列した状態で配列されるマ
スクトレー４７は１列に５個ずつ、２列で合計１０個が
ステージ１０上に配置されている。そして個々のトレー
４７が図７に示すような構成になっており、１個のトレ
ー４７で６×１４個の素板４０を配列するようにしてい
る。しかもこのようなトレー４７上にワーク４０を配列
するための吸着手段は一対のバキュームヘッド２３、２
４から構成されており、これらを交互に用いるようにし
ており、これによってタクトタイムを最小限にしてい
る。

【００２６】ワーク４０の配列動作の概略を説明する
と、Ｘ軸方向移動ロボット１１とＹ軸方向移動ロボット
１２とによって移動台２０を移動させ、画像取込み用の
カメラ３０を一対のワーク供給トレー３６の内の一方の
所定の位置の上部へ移動し、この位置においてトレー３
６上のワーク４０の画像を取込む。このときに図４に示
すようにリングライト３５によって水晶素板４０に対し
て斜め方向から光を照射し、これによって素板４０の外
周側のエッジの部分を光らせ、微小な寸法のワーク４０
の輪郭を接写レンズ３１を通してＣＣＤカメラ３０に取
込む。この動作を視野内の全てのワーク４０に対して行
なうとともに、そのデータをコンピュータ４３に送出す
る。

【００２７】コンピュータ４３はＣＣＤカメラ３０で取
込まれたワーク４０に関する画像信号の処理を行なうと
ともに、欠陥のないワーク４０をバキュームヘッド２
３、２４によってピックアップするように駆動制御回路
４４を制御する。これに応じて駆動制御回路４４がＸ軸
方向移動ロボット１１とＹ軸方向移動ロボット１２とを
それぞれモータ１５、１６によって駆動し、搬送すべき
ワーク４０の上部にバキュームヘッド２３を移動する。
そしてこの後にＺ軸用のモータ２６を駆動してバキュー
ムヘッド２３を下降させ、さらにθ軸用モータ２５によ
ってバキュームヘッド２３の回転角をワーク４０の向き
に応じて補正する。

【００２８】所定の位置まで下降されたバキュームヘッ
ド２３がワーク４０を真空吸着するとともに、この状態
でＺ軸モータ２６によってバキュームヘッド２３を先端
に吸引保持する移動ユニット２１を上昇させる。次にバ
キュームヘッド２３と２４の交換を行ない、Ｘ軸方向、
Ｙ軸方向、およびθ軸方向の位置決めを行なって再びバ
キュームヘッド２４を下降させて別のワーク４０を真空
吸着する。この後にＺ軸モータ２６によって移動ユニッ
ト２１を上昇させる。そしてこの後に再びＸ軸モータ１
５とＹ軸モータ１６とによってＸ軸方向移動ロボット１
１とＹ軸方向移動ロボット１２とを作動させるととも
に、Ｚ軸方向の移動をＺ軸モータ２６によって、またθ
軸方向の回転をθ軸モータ２５によって行ない、バキュ
ームヘッド２３、２４にそれぞれ保持されているワーク
４０をマスクトレー４７上の中板５０の保持孔５３に正
しい姿勢で収納する。

【００２９】この動作を繰返すことによって、ワーク供
給トレー３６によってバラバラの状態で供給された水晶
素板４０をマスクトレー４７の中板５０の保持孔５３に
正しく配列することが可能になる。一杯になったならば
ステージ１０からマスクトレー４７を排出するととも
に、空のトレーにワーク４０を配列する動作を繰返す。

【００３０】本実施の形態に係る配列装置の大きな特徴
は、リングライト３５によってワーク４０に対して斜め
方向から光を照射することにより、ワーク４０の外形を
画像として取込むことにある。このときのワーク４０に
対する光の照射角であって水平方向に対する角度θ（図
４参照）は１０〜６０°の範囲内であればよい。より好
ましくは２０〜４５°の範囲内であって、θが約３０°
の場合に最も鮮明な画像が得られる。従ってワーク４０
のエッジの部分に光が当って乱反射するようにリングラ
イト３５を正しい高さに予め調整しておく。

【００３１】このようにしてリングライト３５の照明に
よって得られた画像がＣＣＤカメラ３０によって取込ま
れる。図１３がＣＣＤカメラ３０によって得られた画像
を示している。

【００３２】このような画像をコンピュータ４３によっ
てまずグレー処理し、図１４に示すような画像に変換す
る。すなわちグレー処理によってワーク４０の輪郭部分
をより明確に浮上がらせる。

【００３３】この後にコンピュータ４３によって白黒の
反転を行ない、図１４に示す画像を図１５に示す画像に
変換する。このような白黒の反転による変換によってワ
ーク４０の輪郭の部分が強調されることになる。

【００３４】さらにコンピュータ４３はワーク４０の輪
郭の内側の部分を白に、他の部分は全部黒に反転させる
ように画像処理する。これによって図１６に示すように
ワーク４０と対応する部分のみが白い画像に変換され
る。

【００３５】この後コンピュータ４３は各ワーク４０に
対応する画像の面積を求め、一定の面積に達しているも
のだけを抽出する。一定の面積に達していないものは、
欠けたり欠損している可能性があるために除去する。図
１８はこのようにして抽出された画像を示すものであ
る。

【００３６】すなわち実作業においては、ワーク供給ト
レー３６によって水晶素板４０がバルク状で供給される
ために、ワーク４０が重なったり、欠けたり割れたりし
ている可能性がある。そこで実画でとれたワーク４０の
輪郭よりも縮小し、その面積を求め、パラメータ化した
設定値と比較してパスしたものだけを取出してマスクト
レー４７上に配列するようにしている。

【００３７】図１１はこのようなコンピュータ４３の画
像処理の動作をフローチャートによって示しており、コ
ンピュータ４３は画像を取込んだ後に２値化し、反転を
行なうようにしている。

【００３８】この後にそれぞれのワーク４０に対応する
画像についてラベリングおよびラベリングカウントを取
得している。そしてそれぞれのラベルの画像の重心を求
め、次いでラベルの画像の面積を求めるようにしてい
る。そしてこの後に面積が最大のラベルを取除くように
しており、これによって背景が除去される。

【００３９】この後にそれぞれのラベリングが施された
ワークの画像について、基準面積の０．８倍以上であっ
て基準面積の１．２倍以下のものを選択し、このような
ワークをカウントするとともに、このようなワークと対
応する処理対象ラベル番号を保存する。つぎにこのよう
にして処理を行なうラベル番号がついているワークの画
像の重心位置を保持し、次いでこのようなラベル番号が
ついているワークの画像の慣性主軸を求め、この慣性主
軸を保存する。重心位置の情報に基いてＸ方向とＹ方向
の位置が定められ、慣性主軸の情報に基いてθ方向の制
御が行なわれる。このような操作をラベルのカウント数
と等しい回数実行する。

【００４０】図１２はコンピュータ４３による２次処
理、すなわち角度補正と位置補正のための制御のための
フローチャートを示しており、処理対象のラベルの画像
を１個抽出し、保存した最初の２値画像を加算する。こ
れはノイズの除去と穴を塞ぐ処理を行なうためである。
この後に重心位置と慣性主軸に関する情報から長辺のエ
ッジの検出を行なう。そしてエッジ角の計算を行ない、
さらに短辺のエッジの検出によってそのラベルの画像の
Ｘ軸方向の長さとＹ軸方向の長さを計算する。

【００４１】ワークのＸ軸方向の長さ（基準値）とその
ラベルの画像のＸ軸方向の長さの差が７０μｍ以下の場
合には、さらにワークのＹ軸方向の長さ（基準値）とそ
のラベルの画像のＹ軸方向の長さの差が１０５μｍ以上
であるかどうかの判断を行なうとともに、差が１０５μ
ｍ以下の場合にはラベルの内周のチェックを行ない、こ
れによってそのラベルのワーク４０に欠損があるかどう
かをチェックする。この後に各ワーク４０の中心補正の
計算を行なう。これによって２次処理が行なわれる。

【００４２】このように本実施の形態においては、水晶
素板４０の寸法が非常に小さいばかりでなく、静電気に
帯電し易く、しかも超軽量であることから、カーボンの
粉末入りの導電性のプラスチック板から成るワーク供給
トレー３６を用いるようにし、しかも光の照射による画
像の取込み易さを考慮し、表面が黒色の艶があるものを
用いるようにしている。このような水晶素板４０に対し
てリングライト３５によって光を照射するとともに、ワ
ーク４０のエッジの部分を乱反射させ、安定化した形状
に関する画像を取出すようにしている。ワーク４０が少
しでもオーバラップしたものをとると欠けたり割れが発
生するために、画像処理によって実画でとれた外形より
も縮小する処理をコンピュータ４３によって行なうよう
にし、重なったワーク４０や欠けたワーク４０を取出さ
ないようにしている。

【００４３】従ってこのような水晶素板４０の自動配列
によれば、取扱いが困難な水晶素板４０を画像処理によ
って自動化して配列することが可能になり、大幅な省力
化が可能になるとともに、過酷な作業を機械による自動
化に置換えることが可能になる。またワーク４０の割れ
や欠けの発生を防ぐことによって、品質の安定化につな
がることになる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明は、透明なワークに
対して斜めの方向から照明光を照射してエッジを光ら
せ、エッジの部分の反射光によってワークの画像を得る
とともに、該ワークの画像を処理し、画像処理されたデ
ータを制御手段に供給し、このデータに基いて制御手段
によって制御してワークを所定の位置に配列するように
したものである。

【００４５】従って透明なワークの配列作業の自動化が
可能になる。また画像処理を行なうことによって重なっ
たワークを取出すことを防止でき、あるいはまた欠けた
ワークを排除することによって、ワークの配列の信頼性
を高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】配列装置の全体の構成を示す平面図である。

【図２】配列装置の要部の正面図である。

【図３】画像取込み装置を示す要部斜視図である。

【図４】画像の取込み動作を示す要部縦断面図である。

【図５】配列装置の制御系のブロック図である。

【図６】水晶素板から成るワークの平面図である。

【図７】マスクトレーの分解斜視図である。

【図８】マスクトレーに保持された水晶素板の縦断面図
である。

【図９】メッキによって電極が形成された水晶素板の斜
視図である。

【図１０】電極にリード線が接続された水晶素板の斜視
図である。

【図１１】画像処理の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１２】画像処理の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１３】取込まれた画像の平面図である。

【図１４】処理された画像の平面図である。

【図１５】処理された画像の平面図である。

【図１６】処理された画像の平面図である。。

【図１７】取込まれた画像の平面図である。

【図１８】処理された画像の平面図である。

【符号の説明】

１０‥‥ステージ、１１‥‥Ｘ軸方向移動ロボット、１
２‥‥Ｙ軸方向移動ロボット、１３‥‥送りねじ（Ｘ
軸）、１４‥‥送りねじ（Ｙ軸）、１５‥‥モータ（Ｘ
軸）、１６‥‥モータ（Ｙ軸）、２０‥‥移動台、２１
‥‥移動ユニット、２３、２４‥‥バキュームヘッド、
２５‥‥モータ（θ軸）、２６‥‥モータ（Ｚ軸）、２
７‥‥送りねじ（Ｚ軸）、２８‥‥取付けレール、２９
‥‥ブラケット、３０‥‥ＣＣＤカメラ、３１‥‥接写
レンズ（光学系）、３４‥‥アーム、３５‥‥リングラ
イト、３６‥‥プラスチック板（ワーク供給トレー）、
４０‥‥ワーク（水晶素板）、４３‥‥コンピュータ、
４４‥‥駆動制御回路（コントローラ）、４７‥‥マス
クトレー、４８‥‥支持板、４９‥‥下板、５０‥‥中
板、５１‥‥上板、５３‥‥保持孔、５４、５５‥‥露
出用開口、５７、５８‥‥金メッキ層（電極）、５９、
６０‥‥リード線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明なワークを所定の位置に配列する装置
   において、 透明なワークに対して斜めの方向から光を照射する照明
   手段と、 前記照明手段による照明光の乱反射によって前記ワーク
   の光ったエッジの画像を取込む撮像手段と、 前記撮像手段によって取込まれたワークのエッジの画像
   を処理する画像処理手段と、 前記ワークを所定の配列位置に移動して配列する移動手
   段と、 前記移動手段を前記画像処理手段からの信号に基いて制
   御する制御手段と、 をそれぞれ具備する透明なワークの配列装置。
2. 【請求項２】前記照明手段による照明光の照射角度が水
   平方向に対して１０〜６０°の範囲内であることを特徴
   とする請求項１に記載の透明なワークの配列装置。
3. 【請求項３】前記画像処理されたワークのエッジの画像
   の面積が所定の範囲内にあるもののみを所定の位置に配
   列するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の透
   明なワークの配列装置。
4. 【請求項４】前記透明なワークが水晶発振器を構成する
   水晶素板であることを特徴とする請求項１に記載の透明
   なワークの配列装置。
5. 【請求項５】透明なワークに対して斜めの方向から照明
   光を照射してエッジを光らせ、 エッジの部分の反射光によってワークの画像を得るとと
   もに、該ワークの画像を処理し、 画像処理されたデータを制御手段に供給し、 前記データに基いて制御手段によって制御して前記ワー
   クを所定の位置に配列する、 ことを特徴とする透明なワークの配列方法。