説明

電子部品装着装置の測定方法

【課題】電子部品装着装置にて実装された電子部品の位置を正確に測定できるようにすること。
【解決手段】検査用基板PPに設けられ、複数の認識マーク34から構成されるキャリブレーションマーク33を基板認識カメラ19で撮像して認識処理し、検査用基板PPの倍率及び傾きのパラメータを求め、更に、検査用基板PPに装着された電子部品を基板認識カメラ19で撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて電子部品が装着されている位置を補正する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、検査用の基板上に装着された電子部品を認識して電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子部品装着装置にて検査専用治具基板に電子部品を実装し、実装された電子部品を認識して装着位置を測定する検査装置は、例えば特許文献1などに開示されている。このように実装済みの検査専用冶具基板を検査装置にセットし、電子部品の位置を検査装置で測定して、基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、例えば、測定結果を装着ヘッドに対する吸着ノズルの取り付け位置についてのオフセットデータとして活用して、電子部品装着装置における電子部品の実装精度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007−103660号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、検査装置を使用して検査専用冶具基板を測定した電子部品の装着位置をからオフセットデータを得るために、電子部品装着装置で実装した検査専用冶具基板を検査装置にセットする手間が発生し、作業が煩わしくなる。このような問題から電子部品装着装置で基板認識カメラを用いて検査専用冶具基板を撮像して電子部品の位置を認識し、測定した結果からオフセットデータを算出して用いることが考えられる。しかしながら、このように電子部品装着装置で検査専用冶具基板を撮像し、電子部品の位置を認識するときに、基板に僅かな回転或いは上下方向の傾き等が発生していても電子部品の位置を正確に認識することが難しく、この結果、オフセットデータを正確に求めて実装精度を向上することができない虞があった。
【0005】
そこで、電子部品装着装置にて実装された電子部品の位置を正確に測定することができ、また、極力正確なオフセットデータを得て実装精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
このため第1の発明は、装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正する
ことを特徴とする。
【0007】
また、第2の発明は、装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
冶具基板にされた電子部品の周辺に配置された基準マークをカメラで撮像して認識し、前記パラメータに基づいて前記基準マークの位置を補正し、補正された位置に基づいて前記電子部品のリファレンス位置を求め、
冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正し、
前記リファレンス位置に対する前記電子部品が実装されている位置及び角度のずれを求める
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明は、電子部品装着装置にて実装された電子部品の位置を正確に測定することができ、また、極力正確なオフセットデータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】電子部品装着装置の平面図である。
【図2】電子部品装着装置の制御ブロック図である。
【図3】照明灯を点灯させて傾斜光を検査用基板上に装着された電子部品に照射した状態の簡略説明図である。
【図4】電子部品装着装置での実装精度(或いはオフセット)を求めるフローチャートを示す図である。
【図5】電子部品が装着される前及び後の検査用基板の平面図である。
【図6】基板での基板位置決めマークの配置を説明するための基板の平面図である。
【図7】基板でのキャリブレーションマークの配置を説明する図である。
【図8】検査用基板を基板認識カメラにより撮像したときの簡略説明図及び撮像したときのキャリブレーションマークの画像の図である。
【図9】対角線上の2つのマークを撮像し、リファレンス位置を求めるときの説明の図である。
【図10】実装部品を認識処理し、その位置及び角度を求めるときの説明の図である。
【図11】撮像した画像の座標系での電子部品の座標が補正後の座標に変化することを示した説明の図である。
【図12】電子部品の実装位置及び角度のずれを求めるときの説明の図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【0011】
図1は電子部品装着装置1の平面図であり、電子部品装着装置1の装置本体2上の前部及び後部には部品供給装置3A、3B、3C、3Dが4つのブロックに分かれて複数並設されている。
【0012】
前記各部品供給装置3A、3B、3C、3Dは、取付用台車であるカートに設けられたフィーダベース上に部品供給ユニット5を多数並設したものであり、部品供給側の先端部が基板としてのプリント基板Pの搬送路に臨むように装置本体2に連結具(図示せず)を介して着脱可能に配設され、この連結具を解除して把手を引くと下面に設けられたキャスタにより移動できる構成である。
【0013】
そして、各部品供給装置3A、3B、3C、3Dは、部品供給側の先端部が装着ヘッド6のピックアップ領域(部品の取出し領域)に臨むように配設されており、各部品供給ユニット5は前記カート台に回転自在に載置した供給リールに巻回した状態で順次繰り出された収納テープに所定間隔で開設した送り孔にその歯が嵌合した送りスプロケットを所定角度回転させて収納テープを電子部品の部品吸着取出位置まで送りモータにより間欠送りするテープ送り機構と、剥離モータの駆動により吸着取出位置の手前でキャリアテープからカバーテープを引き剥がすためのカバーテープ剥離機構とを備え、カバーテープ剥離機構によりカバーテープを剥離してキャリアテープの収納部に装填された電子部品を順次部品吸着取出位置へ供給して先端部から後述する保持具としての吸着ノズルにより取出し可能である。
【0014】
そして、手前側の部品供給装置3B、3Dと奥側の部品供給装置3A、3Cとの間には、基板搬送機構を構成する2つの供給コンベア、位置決め部8、8(コンベアを有する)及び排出コンベアが設けられている。前記各供給コンベアは上流より受けた各プリント基板Pを前記各位置決め部8に搬送し、この各位置決め部8で位置決め機構(図示せず)により位置決めされた各基板P上に電子部品が装着した後、各排出コンベアに搬送し、その後下流側装置に搬送する。なお、前記位置決め機構により、プリント基板Pは前後左右方向(平面方向)、上下方向(垂直方向)の位置決めがされる。
【0015】
Y方向にY軸駆動モータによりガイドレール9に沿って移動する各ビーム10にはその長手方向、即ちX方向にX軸駆動モータにより移動する装着ヘッド6が設けられ、この装着ヘッド6には複数本の吸着ノズルが設けられる。そして、前記装着ヘッド6には前記吸着ノズルを上下動させるための上下軸駆動モータが搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸駆動モータが搭載されている。従って、装着ヘッド6の吸着ノズルはX方向及びY方向に移動可能であり、鉛直軸回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。
【0016】
12は部品認識カメラで、各種電子部品が吸着ノズルに対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかXY方向及び回転角度につき、位置認識するために前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品を撮像する。19は前記装着ヘッド6に設けられた基板認識カメラで、プリント基板Pに付された位置決めマークを撮像する。そして、各前記カメラ12、19により撮像された画像は、認識処理装置により認識処理される。
【0017】
次に、図2の制御ブロック図について説明すると、前記電子部品装着装置1には、この電子部品装着装置1を統括制御する制御装置としてのCPU(セントラル・プロセッシング・ユニット)20と、このCPU20にバスラインを介して接続されるRAM(ランダム・アクセス・メモリ)21及びROM(リ−ド・オンリー・メモリ)22が備えられている。そして、CPU20は前記RAM21に記憶されたデータに基づいて、前記ROM22に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置1の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、CPU20は、インターフェース24及び駆動回路27を介して前記Y軸駆動モータ11、X軸駆動モータ13、上下軸駆動モータ14及び前記θ軸駆動モータ15等の駆動を制御する。
【0018】
前記RAM21にはプリント基板Pの種類毎に部品装着に係る部品装着データが格納されており、後に書き込まれるスキップ情報を除き、その装着順序毎に、プリント基板P内における分割された複数の装着領域のうちのどの装着領域に係るかの情報(「U」で表す。)や、繰り返しパターンで電子部品が装着される複数の割り基板部におけるどの割り基板部に係るかの情報(「O」で表す。)、前記装着領域内又は割り基板部内における装着順情報(「P」で表す。)、プリント基板P内での各電子部品の装着座標のX方向(「X」で表す。)、Y方向(「Y」で表す。)及び角度情報(「Z」で表す。)や、各部品供給ユニット5の配置番号情報(「Fdr」で表す。)などが格納されている。
【0019】
また、前記RAM21には電子部品のサイズ等の特徴を表す部品ライブラリデータや、部品供給ユニット5の配置番号毎に部品IDが格納されている部品配置データ等が格納されている。
【0020】
23はインターフェース24を介して前記CPU20に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ12や基板認識カメラ19により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置23にて行われ、CPU20に処理結果が送出される。即ち、CPU20は、部品認識カメラ12及び基板認識カメラ19に撮像された画像を認識処理するように指示を認識処理装置23に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置23から受取るものである。
【0021】
25は部品画像や各種データ設定のための画面などを表示するモニタで、このモニタ25には入力手段としての種々のタッチパネルスイッチ26が設けられ、作業者がタッチパネルスイッチ26を操作することにより、種々の設定を行うことができる。
【0022】
また、前述した電子部品装着装置1は、プリント基板P上に装着された電子部品の実装精度を検査する検査装置としても機能するものであり、以下その構成について説明する。
【0023】
図3において、前記検査のための仕様する冶具基板である検査用基板PPは乳白色のガラス基板やセラミック基板であって、この検査用基板PPに基板認識カメラ19の後述の光源である照明灯30からの光が斜めから照射された場合に、この検査用基板PP内部で乱反射する材質で作製されている。
【0024】
また、この検査用基板PP上には、この検査用基板PP上に装着された電子部品31の位置を認識するために、この装着された電子部品31の周辺位置に基板位置決めマークMが蒸着により付されている(図3参照)。具体的には、図3に示すように、位置決めマークMは装着後の電子部品31を跨ぐように且つこの電子部品と所定間隔を存して、検査用基板PP上に付されている。
【0025】
30は前記検査用基板PP上に装着された電子部品31及び前記位置決めマークに斜め上方から光(傾斜光)を照射する複数個の照明灯で、前記電子部品31を平面視した場合における最長部の長さより長い間隔を置いて配設される。この複数個の照明灯30は、所定間隔を存して一列に複数個配設した照明灯30群を対向するように、前記間隔を置いて前記装着ヘッド6に二列配設するようにしてもよいし、前記間隔を直径とする円周上に環状に所定間隔を存して複数個配設するようにしてもよい。32は前記基板認識カメラ19の下面に取り付けられる鏡筒で、内部に反射像を結像するためのレンズ33が配設されている。
【0026】
次に、装着済みの電子部品31の実装位置の検査をするとき、即ち、実装精度を求めるとき或いは実装位置のオフセットを求めるときの動作について、図4に示したフローチャートに基づいて説明する。
【0027】
まず、ステップ1の電子部品31の装着動作(ステップS1)について簡単に説明する。初めに、検査専用治具基板である検査用基板PPが上流装置より供給コンベアを介して位置決め部8に搬送されて位置決め固定され、検査対象の電子部品31の装着座標データに従い、装着ヘッド6が移動して、検査対象の電子部品31の部品種に対応した吸着ノズルが装着すべき電子部品31を所定の部品供給ユニット5から吸着して取出す。
【0028】
詳述すると、この場合、対象電子部品31を収納する部品供給ユニット5上方に位置するよう移動するが、Y方向はY軸駆動モータ11が駆動してビーム10が移動し、Y方向と直交する方向でありビーム10に沿った方向であるX方向にX軸駆動モータ13が駆動して装着ヘッド6が移動し、既に所定の部品供給ユニット5は送りモータ及び剥離モータが駆動されて部品吸着取出位置にて前記電子部品31が取出し可能状態にあるため、上下軸駆動モータ14が所定の前記吸着ノズルを下降させて前記電子部品31を吸着して取出し、次に装着ヘッド6は上昇する。
【0029】
そして、前記吸着ノズルは位置決め部8にて位置決めされたプリント基板P上の所定位置に前記電子部品31を装着するように移動するが、この装着ヘッド6の移動途中において、装着ヘッド6が移動しながら部品認識カメラ12の上方位置を通過する際に吸着ノズルに吸着保持された前記電子部品31が部品認識カメラ12により撮像される(フライ認識)。
【0030】
そして、この撮像結果に基づいて前記電子部品31が当該吸着ノズルに対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかXY方向及び回転角度につき認識処理装置により認識処理されるが、Y軸駆動モータ及びX軸駆動モータを駆動させて前記電子部品31を保持した吸着ノズルは検査専用の治具基板である検査用基板PPまで移動する。 従って、装着データの装着座標に前記電子部品31の位置認識処理結果を加味して、制御装置によりY軸駆動モータ、X軸駆動モータ及びθ軸駆動モータが補正制御され、各装着ヘッド6の吸着ノズルが位置ずれを補正しつつ、それぞれ前記電子部品31が検査用基板PP上の各位置決めマークMの間の所定位置に装着される。同様に、複数の電子部品31が検査用基板PP上の所定位置にマトリクス状に装着される(図5参照)。
【0031】
以上のように、検査用基板PP上に検査対象の複数の電子部品31が装着された後、基板認識カメラ19が実装済みの検査用基板PPの3つのコーナーに付された基板位置決めマーク32を撮像し(図6参照)、認識処理装置23により認識処理されて検査用基板PPの位置(検査用基板のX方向及びY方向のずれ)及び角度(検査用基板の傾きである角度ずれ)が把握される(ステップS2)。なお、図6及び後述する図7においては、図示した検査用基板PPでの基板位置決めマーク32及びキャリブレーションマーク33の位置を明確に図示するために電子部品31等の記載は省略している。
【0032】
次に、基板認識カメラ19は実装済みの検査用基板PPの1つの辺の中央に付されたキャリブレーションマーク33の上方へ移動し、キャリブレーションマーク33を撮像する。キャリブレーションマーク33は図7の右の部分に拡大して記載したように、複数の認識マーク34がマトリックス状にXY方向に配置されたもので、基板認識カメラ19によりその全体が一度で撮像可能なように、視野35に収まるサイズである。図8の(a)及び(b)は、基板の一方の側が上方へ傾いている状態の検査用基板PPを基板認識カメラ19により撮像したときの簡略説明図及び撮像したときのキャリブレーションマーク33の画像の例であり、キャリブレーションマーク33の各認識マーク34の間隔が異なっている。なお、図8の(b)では、各認識マーク34がマトリックス状に配置され、その間隔が異なることが容易に分かるように実際には撮像されない碁盤目状のラインを記載している。
【0033】
そして、撮像されたキャリブレーションマーク33は認識処理装置23により認識処理され、認識されたそれぞれの認識マーク34の位置(間隔及び分布)と予め記憶装置27に格納されているキャリブレーションマーク33の各マークの位置(等間隔)、即ち、それぞれのマークの位置とのずれ等に基づいてキャリブレーションマーク33の回転角度、倍率等が求められ、その結果から検査用基板PPのキャリブレーションパラメータ(以下、パラメータという。)が把握される(ステップS3)。なお、図8の(a)に示したように検査用基板PPは傾いているため、認識処理された各認識マーク34の間隔は異なり、基板認識カメラ19から近い位置の右側が広くなっており、例えば、この間隔を他の位置と比較すること等によりキャリブレーションマーク33の鉛直線周りの回転角度、倍率が求められる。このキャリブレーションマーク33の位置は例えば各認識マーク34の集まりの中心位置(重心位置)として求められる。この求められたキャリブレーションマーク33の位置と各マークMとの位置関係は予め分かっているので、各マークMの位置がキャリブレーションマーク33の位置から求められる。前記キャリブレーションマークの回転角度は、例えば各認識マークの並んでいる方向より求められる。
【0034】
このパラメータは、検査用基板PPの回転及び倍率成分のパラメータA、B、E及びF、検査用基板PPに設けられたキャリブレーションマーク33及び各マークMのXY方向のオフセット量X、Y及び検査用基板PPの面の傾き成分のパラメータC、Dから構成され、求められた各パラメータは記憶装置27に格納される。
【0035】
次に、基板認識カメラ19は実装部品の周辺のマークMの上方へ移動し、実装部品を挟む対角線上の2つのマークMを撮像して認識処理し、実装部品が実装されるべき位置(リファレンス位置)37(図9を参照)を求める(ステップS4)。
【0036】
ここで、各マークMを認識して得た位置は、ステップS3で求められて記憶装置27に格納されている各パラメータを使用して補正される。例えば、以下に示した式1及び式2に基づいて各パラメータを使用して各マークMの位置、即ち、座標(Px, Py)は補正され、補正された各マークM位置である座標(Qx, Qy)からリファレンス位置37が求められる。また、補正後のマークMの座標(Qx, Qy)を返還式によって補正前(Px, Py)の座標に戻すことも可能である。
Qx=(A×Px+B×Py+X)/(1+C×Px+D×Py)・・・式1
Qy=(E×Px+F×Py+Y)/(1+C×Px+D×Py)・・・式2
なお、マークMを撮像するときに、照明灯30を点灯させると、検査用基板PPに対して斜めに光(傾斜光)が照射される。すると、図3に示すように、検査用基板PPは乳白色のガラス基板やセラミック基板であって、この検査用基板PPに照明灯30からの光が斜めから照射されると、電子部品31や位置決めマークMに照射した光は反射されてレンズ33により結像されないが、検査用基板PP内部に入射して乱反射した光はレンズ33により結像されて、基板認識カメラ19は電子部品31及び位置決めマークMの透過像を撮像することとなる。
【0037】
また、2つのマークMを認識して得たリファレンス位置37はステップS2で求められた基板位置に基づいて補正される。
【0038】
次に、基板認識カメラ19は実装部品31の上方へ移動し、実装部品31を撮像して認識し、実装部品31の位置及び角度(図10を参照)を求める(ステップS5)。
【0039】
ここで、実装部品31を認識して得た位置は、上述したリファレンス位置を求めるときと同様に、ステップS3で求められて記憶装置27に格納されている各パラメータを使用して補正される。例えば、上述した式1及び式2に基づいて各パラメータを使用して実装部品31の位置、即ち、座標(Px, Py)は補正され、実装部品31の位置である座標(Qx, Qy)が求められる。
【0040】
図11は、撮像した画像の座標系での電子部品の座標41(Px, Py)がキャリブレーションのパラメータを使用して補正することにより補正後の座標42(Qx, Qy)に変化することを示した説明図である。
【0041】
上述したように、実装部品31を認識して得た位置は、ステップS3で求められて記憶装置27に格納されているキャリブレーションの各パラメータを使用して補正されるので、電子部品装着装置において検査用基板PPを用いて実装部品の位置を認識するとき、一層確実に位置を求めることができる。
【0042】
次に、ステップS4で求められた実装部品が実装されるべき位置(リファレンス位置)37に対するステップ5にて求めた補正後の電子部品の位置38(部品認識結果の座標)から電子部品31の実装位置及び角度のずれ39(図12を参照)を求める(ステップS6)。
【0043】
また、実装部品31を認識して得た角度はステップS2で求められた基板の角度に基づいて補正される。
【0044】
そして、求められた電子部品31の実装位置及び角度のずれは、記憶装置27に格納される。
【0045】
以後、その他の実装部品31毎に上述したステップ4からステップ6までの電子部品31の実装位置及び角度のずれを求める工程が繰り返され、全ての電子部品31について求められた電子部品31の実装位置及び角度のずれは、記憶装置27に格納される。
【0046】
そして、格納された電子部品31の実装位置及び角度のずれの使用目的、即ち、上述した測定の目的が判定される(ステップS8)。測定目的が電子部品装着装置のオフセットデータの算出、教示の場合には、格納された電子部品31の実装位置及び角度のずれを使用することにより、オフセットデータを極力正確に算出して教示することができ、算出されたオフセットデータを装着ヘッド6に対する吸着ノズルの取り付け位置についてのX方向、Y方向及θ(回転)のオフセットデータとして活用して、電子部品装着装置1における電子部品の実装精度を高めることができる。
【0047】
また、測定目的が電子部品装着装置1の装着精度の測定の場合には、記憶装置27に格納された電子部品31の実装位置及び角度のずれを用いることにより、一層正確に電子部品の装着精度を算出することができる。
【0048】
以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【0049】
1 電子部品装着装置
6 装着ヘッド
19 基板認識カメラ
31 電子部品
33 キャリブレーションマーク
34 認識マーク
M マーク
PP 検査用基板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正することを特徴とする電子部品装着装置の測定方法。
【請求項2】
装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
冶具基板にされた電子部品の周辺に配置された基準マークをカメラで撮像して認識し、前記パラメータに基づいて前記基準マークの位置を補正し、補正された位置に基づいて前記電子部品のリファレンス位置を求め、
冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正し、
前記リファレンス位置に対する前記電子部品が実装されている位置及び角度のずれを求めることを特徴とする電子部品装着装置の測定方法。

【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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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2013−80746(P2013−80746A)
【公開日】平成25年5月2日(2013.5.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−218666(P2011−218666)
【出願日】平成23年9月30日(2011.9.30)
【出願人】(300022504)株式会社日立ハイテクインスツルメンツ (607)
【Fターム(参考)】