JP4648964B2 - マーク認識システム、マーク認識方法および表面実装機 - Google Patents

Description

この発明は、カメラを用いてマーク認識を行なうマーク認識システム、マーク認識方法、および当該マーク認識システムを備えた表面実装機に関するものである。

従来より、フィデューシャルマーク等の基板に付されたマーク（基板上マーク）を基板認識カメラにより認識して、当該認識結果に基づいて基板に対する部品実装を行なう表面実装機が知られている。具体的に言うと、カメラは基板上のフィデューシャルマークの上方に移動して、フィデューシャルマークの位置を認識する。こうしてカメラにより認識されたマーク位置に基づいて以後の部品実装動作が制御されることで、基板上の適切な位置に部品が実装される。また、フィデューシャルマークの上方にカメラを移動させるために、例えば、特許文献１記載の表面実装機では、次のような構成が採用されている。つまり、同文献の表面実装機では、ヘッドユニットに基板認識カメラが取り付けられており、ヘッドユニットの移動に伴って基板認識カメラが基板上マークの上方に移動してマーク認識を行なう。つまり、ヘッドユニットは駆動機構（特許文献１中のＸ−Ｙロボット）により駆動可能に構成されており、駆動機構はヘッドユニットを駆動することで、ヘッドユニットに取り付けられたカメラを移動させることができる。

ところで、駆動機構は、駆動動作の連続実行等の原因によって発熱してしまい、熱変形を引き起こすことがある。そして、駆動機構にこのような熱変形が発生してしまうと、この駆動機構による駆動を受けて移動するカメラの移動位置が変動してしまう場合があった。その結果、フィデューシャルマーク認識の際における、カメラとフィデューシャルマークの位置関係にずれが発生してしまい、カメラがフィデューシャルマークの位置を誤って認識（マーク位置誤認識）してしまう場合があった。

そこで、特許文献１記載の表面実装機では、較正用マーク（同文献における「基準マーク」）が設けられている。この較正用マークは基台に対して固定的に設けられており、適当なタイミングで基板認識カメラが較正用マークを認識することで、駆動機構の熱変形に関する情報が得られる。そして、かかる情報に基づいて基板認識カメラの駆動を制御することで、熱変形に依らず当該カメラを基板上マークの上方に適切に位置させて、上述のようなカメラによるマーク位置誤認識の発生を抑制している。

特開２００４−１８６３０８号公報 特開２００６−０４１２６０号公報

また、後に詳述するように、熱変形に関する情報（熱変形情報）をより高精度に求めるために、複数の較正用マークを設けることができる。この場合、基板認識カメラが、複数の較正用マークを順次認識する。そして、各較正用マークの認識結果から熱変形情報を求めることで、熱変形情報を高精度に求めることができる。さらに、基板上マーク認識の際には、こうして求められた熱変形情報に基づいて、基板認識カメラの駆動を制御することで、基板認識カメラを基板上マークの上方に適切に位置させることができる。

ところで、基板上マーク認識動作を効率的に行うこと等を目的として、複数の基板認識カメラがヘッドユニットに設けられる場合がある（特許文献２）。しかしながら、この場合、較正用マークの認識結果に基づいて基板認識カメラの駆動制御を実行しようとすると、次のような問題が発生することがあった。つまり、基板認識カメラのそれぞれが較正用マーク認識動作を実行することで、熱変形情報を求めるためにかかる時間が増大してしまう場合があった。特に、上述のように較正用マークを複数設けた場合には、基板認識カメラのそれぞれが複数の較正用マークを順次認識することとなるため、このような時間の増大はより顕著となる場合があった。したがって、かかる問題の発生を抑制するためには、較正用マーク認識動作を効率的に行なうことが望まれる。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数設けられた較正用マークの認識動作を効率的に実行しつつ、複数のカメラそれぞれが基板上マークの位置を適切に認識することを可能とするマーク認識システム、マーク認識方法および表面実装機を提供することを目的とする。

この発明にかかるマーク認識システムは、上記目的を達成するために、複数の較正用マークを有する基台と、基台の鉛直方向上側で複数のカメラを保持するユニットと、鉛直方向に直交する方向にユニットを駆動する駆動機構と、駆動機構によるユニットの駆動を制御して複数のカメラの相対位置関係を保持したままカメラを移動させる制御手段と、複数のカメラの相対位置関係に関する相対位置情報を記憶する記憶手段とを備え、制御手段は、複数のカメラのうちの一のカメラを各較正用マークの認識可能位置に移動させることで得られる複数の較正用マークの認識結果を用いて駆動機構の熱変形に関する熱変形情報を求め、熱変形情報に基づきユニットの駆動を較正することによって基台上の基板に付された基板上マークを認識可能な位置に一のカメラを移動させて基板上マークを認識し、相対位置情報と熱変形情報とに基づきユニットの駆動を較正することによって基板上マークを認識可能な位置に一のカメラ以外のカメラを移動させて基板上マークを認識することを特徴としている。

また、この発明にかかるマーク認識方法は、基台の鉛直方向上側で複数のカメラを保持するユニットを駆動機構により鉛直方向に直交する方向に駆動することで、基板に付された基板上マークを認識可能な位置に複数のカメラの相対位置関係を保持したままカメラを移動させて、基板上マークをカメラにより認識するマーク認識方法であって、上記目的を達成するために、複数のカメラのうちの一のカメラを、基台に設けられた複数の較正用マークそれぞれの認識可能位置に移動させることで得られる複数の較正用マークの認識結果を用いて駆動機構の熱変形に関する熱変形情報を求め、熱変形情報に基づきユニットの駆動を較正することによって基台上の基板に付された基板上マークを認識可能な位置に一のカメラを移動させて基板上マークを認識し、複数のカメラの相対位置関係に関する相対位置情報と熱変形情報とに基づきユニットの駆動を較正することによって基板上マークを認識可能な位置に一のカメラ以外のカメラを移動させて基板上マークを認識することを特徴としている。

このように構成された発明（マーク認識システム、マーク認識方法）では、複数のカメラのうち一のカメラが各較正用マークを認識し、このマーク認識結果から駆動機構の熱変形に関する熱変形情報が求められる。したがって、一のカメラにより基板上マーク認識を行う場合は、この熱変形情報に基づいて一のカメラの駆動を較正することで、駆動機構の熱変形に依らず当該一のカメラを基板上マークの認識可能位置に適切に移動させることができる。こうして、熱変形に依らず、一のカメラにより基板上マークの位置を適切に認識することができる。

一方、一のカメラ以外のカメラで基板上マーク認識を行う場合は、先ほどの熱変形情報と、複数のカメラの相対位置関係に関する相対位置情報とに基づいて、一のカメラ以外のカメラの駆動を較正する。このように熱変形情報と相対位置情報とに基づいてカメラの駆動を較正することで、駆動機構の熱変形に依らず一のカメラ以外のカメラを基板上マークの認識可能位置に適切に移動させることができる。その結果、一のカメラ以外のカメラによっても、熱変形に依らず基板上マークの位置を適切に認識することができる。つまり、この発明では、複数のカメラの相対位置関係に関する相対位置情報が活用されることで、一のカメラ以外のカメラについては較正用マークの認識動作を行なわずとも、基板上マークの位置を適切に認識することができる。こうして較正用マーク認識動作を効率的に実行しつつ、全てのカメラについて基板上マークの位置を適切に認識することが可能となっている。

また、駆動機構は、鉛直方向に直交する第１軸方向にユニットを駆動する第１軸駆動部と、鉛直方向および第１軸方向に直交する第２軸方向に第１軸駆動部を駆動する第２軸駆動部とで構成することができるが、このような駆動機構は第１軸方向あるいは第２軸方向に熱膨張する場合がある。

特に、第１軸駆動部は、第１軸方向に延びる第１ねじ軸と、第１ねじ軸に螺合するとともにユニットに取り付けられたナットとを有し、第２軸駆動部は、第２軸方向に伸びる第２ねじ軸と、第２ねじ軸に螺合するとともに第１軸ガイドに取り付けられたナットとを有する構成においては、熱変形によりねじピッチが変化する場合がある。

したがって、駆動機構の熱変形による影響を抑制するためには、較正用マークを認識して熱変形情報を求めた上で、当該熱変形情報に基づいて基板上マーク認識を実行することが望ましい。そこで、これらの駆動機構を備えた構成に対しては本発明を適用して、較正用マーク認識動作を効率的に実行しつつ、全てのカメラについて基板上マークの位置を適切に認識することを可能とすることが好適である。

また、複数の較正用マークのうち少なくとも２つの較正用マークそれぞれの位置は、第１軸方向と第２軸方向のいずれにおいても互いに異なるように構成しても良い。このように構成することで、熱変形情報を高精度に求めることができ、基板上マークの位置をより適切に認識することが可能となる。

また、３個以上の較正用マークが設けられているように構成しても良い。このように構成した場合、後述するように、第１軸方向または第２軸方向に対してリニアな熱変形成分のみならず、回転方向の熱変形成分についても求めることができる。したがって、駆動機構の熱変形に関する熱変形情報を高精度に求めることができ、基板上マークの位置をより適切に認識することが可能となる。

また、基板上マークはフィデューシャルマークであっても良い。フィデューシャルマークは基板の位置決めに用いられるため、カメラによる認識動作を高精度に行なうことが重要である。そこで、かかる構成に対しては、本発明を適用して、較正用マーク認識動作を効率的に実行しつつ、フィデューシャルマークの位置を適切に認識することを可能とすることが好適である。

また、本発明にかかる表面実装機は、上述の本発明にかかるマーク認識システムを備えた表面実装機であって、基台上に搬送された基板に対して部品を実装することを特徴とする。したがって、較正用マーク認識動作を効率的に実行して生産効率を高めつつ、全てのカメラについて基板上マークの位置を適切に認識することでき、高い位置精度でもって基板上に部品を実装することが可能となっている。

以上のように、本発明によれば、複数のカメラの相対位置関係に関する相対位置情報が活用されることで、一のカメラ以外のカメラについては較正用マークの認識動作を行なわずとも、基板上マークの位置を適切に認識することができる。こうして較正用マーク認識動作を効率的に実行しつつ、全てのカメラについて基板上マークの位置を適切に認識することが可能となっている。

図１は表面実装機の概略構成を示す平面図である。また、図２は図１に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。この表面実装機１の実装制御ユニット４には、主制御部４１が設けられており、この主制御部４１が表面実装機１全体の動作を統括的にコントロールする。

この表面実装機１では、基台１１の上に基板搬送機構２が配置されており、基板３を基板搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構２は、基台１１上において基板３を図１の右側から左側へ搬送する一対のコンベア２１，２１を有している。これらのコンベア２１，２１は表面実装機全体を制御する実装制御ユニット４の駆動制御部４３により制御される。すなわち、コンベア２１，２１は駆動制御部４３からの駆動指令に応じて作動し、搬入されてきた基板３を所定の実装作業位置（同図に示す基板３の位置）で停止させる。そして、このように搬送されてきた基板３は図略の保持装置により固定保持される。この基板３に対して部品収容部５から供給される電子部品（図示省略）がヘッドユニット６に搭載された吸着ノズル（図示省略）により移載される。また、基板３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構２は駆動制御部４３からの駆動指令に応じて基板３を搬出する。

また、基台１１には、３つのベースマークＢＭ1、ＢＭ2、ＢＭ3（較正用マーク）が該基台１１に対して固定的に設けられている。これらのベースマークＢＭ1、ＢＭ2、ＢＭ3は、Ｚ軸方向上側から見て、基板３が搬送されてくる基板搬送経路３１の外側に配置されている。各ベースマークの位置関係は次の通りである。つまり、Ｘ軸方向において、各ベースマークＢＭ1〜ＢＭ3の位置は互いに異なっている。また、Ｙ軸方向においては、ベースマークＢＭ1、ＢＭ2の位置は略等しい一方、ベースマークＢＭ1（ＢＭ2）とベースマークＢＭ3との位置は互いに異なっている。これらのベースマークＢＭ1〜ＢＭ3は、後述する熱変形情報取得動作の際に用いられるものであるが、詳細は熱変形情報取得動作の説明の際に述べる。

基板搬送機構２の両側には、上記した部品収容部５が配置されている。これらの部品収容部５は多数のテープフィーダ５１を備えている。また、各テープフィーダ５１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品を供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ５１がリールからテープをヘッドユニット６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に繰り出され、その結果、ヘッドユニット６の吸着ノズルによる電子部品のピックアップが可能となる。

また、この基板搬送機構２の他に、ヘッド駆動機構７が設けられている。このヘッド駆動機構７はヘッドユニット６を基台１１の所定範囲にわたりＸ軸方向およびＹ軸方向（Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向）に移動するための機構である。そして、ヘッドユニット６の移動により吸着ノズルで吸着された電子部品が部品収容部５の上方位置から基板３の上方位置に搬送される。すなわち、ヘッド駆動機構７は、Ｘ軸方向に伸びる実装用ヘッド支持部材７１を有しており、この実装用ヘッド支持部材７１はヘッドユニット６をＸ軸に沿って移動可能に支持している。また、実装用ヘッド支持部材７１は、両端部がＹ軸方向の固定レール７２に支持され、この固定レール７２に沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。さらに、ヘッド駆動機構７は、ヘッドユニット６をＸ軸方向に駆動する駆動源たるＸ軸サーボモータ７３と、ヘッドユニット６をＹ軸方向に駆動する駆動源たるＹ軸サーボモータ７４とを有している。モータ７３は、Ｘ軸方向に延びるボールねじ軸７５１に連結されており、このボールねじ軸７５１に螺合するボールナット（図示省略）はヘッドユニット６に取り付けられている。したがって、駆動制御部４３からの動作指令に応じてモータ７３が作動することでヘッドユニット６がＸ軸方向に駆動される。一方、モータ７４はＹ軸方向に延びるボールねじ軸７６１に連結されており、このボールねじ軸７６１に螺合するボールナット７６２は実装用ヘッド支持部材７１に取り付けられている。したがって、駆動制御部４３からの動作指令に応じてモータ７４が作動することで実装用ヘッド支持部材７１がＹ軸方向へ駆動される。

このように本実施形態では、Ｘ軸方向が本発明の「第１軸方向」に相当し、Ｙ軸方向が本発明の「第２軸方向」に相当している。また、モータ７３と、モータ７３に連結されたボールねじ軸７５１（第１ねじ軸）と、ボールねじ軸７５１に螺合するボールナットとが、本発明の第１軸駆動部として機能している。さらに、モータ７４と、モータ７４に連結されたボールねじ軸７６１（第２ねじ軸）と、ボールねじ軸７６１に螺合するボールナット７６２とが、本発明の第２軸駆動部として機能している。

ヘッド駆動機構７によりヘッドユニット６は電子部品を吸着ノズルにより吸着保持したまま基板３に搬送するとともに、所定位置に移載する。より詳しく説明すると、ヘッドユニット６は次のように構成されている。このヘッドユニット６では、鉛直方向Ｚに延設された実装用ヘッド６２が８本、Ｘ軸方向に等間隔で列状配置されている。実装用ヘッド６２のそれぞれの先端部には吸着ノズルが装着されている。

また、ヘッドユニット６では、吸着ノズルを上下方向Ｚに昇降させるＺ軸サーボモータ６４が設けられており、実装制御ユニット４の駆動制御部４３からの動作指令に基づきＺ軸サーボモータ６４が作動して吸着ノズルを上下方向Ｚに移動させる。また、吸着ノズルをＲ方向に回転させるＲ軸サーボモータ６５が設けられており、実装制御ユニット４の駆動制御部４３からの動作指令に基づきＲ軸サーボモータ６５が作動して吸着ノズルをＲ方向に回転させる。したがって、上記のようにヘッド駆動機構７によってヘッドユニット６が部品収容部５に移動されるとともに、Ｚ軸サーボモータ６４およびＲ軸サーボモータ６５を駆動することによって、部品収容部５から供給される電子部品に対して吸着ノズルの先端部が適正な姿勢で当接する。

また、ヘッドユニット６には２台の基板認識カメラ９１、９２が取り付けられている。したがって、ヘッド駆動機構７によりヘッドユニット６が駆動されると、このヘッドユニット６の移動に伴って、これらの基板認識カメラ９１、９２はＸ−Ｙ面内を移動することができる。基板認識カメラ９１、９２は、鉛直方向下側を向いて取り付けられており、基板３に付されたフィデューシャルマークの映像を取得してフィデューシャルマークの位置を認識可能である。つまり、基板認識カメラ９１、９２により認識されたフィデューシャルマークの位置に関するマーク位置情報が画像処理部４４に送られる。続いて、画像処理部４４ではフィデューシャルマークの位置から基板３の位置に関する基板位置情報が求められる。そして、主制御部４１が、かかる基板位置情報を参照しつつ表面実装機１の各部を制御することで、適切な位置に電子部品を実装することができる。

図３は、２台の基板認識カメラの関係を示す平面図である。同図が示すように、基板認識カメラ９１、９２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において互いに異なる位置に取り付けられている。つまり、基板認識カメラ９１、９２は、ヘッドユニット６のＸ軸方向の両端部に取り付けられており、Ｘ軸方向における基板認識カメラ９１、９２それぞれの中心の間は、Ｘ軸方向カメラ間距離Ｃxだけ離れている。一方、Ｙ軸方向においても、基板認識カメラ９１、９２は相互にずらして取り付けられており、Ｙ軸方向における基板認識カメラ９１、９２それぞれの中心の間は、Ｙ軸方向カメラ間距離Ｃyだけ離れている。なお、基板認識カメラ９１、９２の中心は、例えば、各カメラが備えるレンズＬＳの中心として求めることができる。そして、距離Ｃx、Ｃyで与えられる基板認識カメラ９１、９２の相対位置情報は、メモリ４２（図２）に記憶されている。

これらの基板認識カメラ９１、９２は基板３に付されたフィデューシャルマークを認識するために用いられるが、本実施形態では、フィデューシャルマーク認識動作に先立って、先述のヘッド駆動機構７の熱変形に関する熱変形情報が求められる。つまり、ヘッド駆動機構７は連続駆動等の原因により発熱する場合があり、その結果、ボールねじ軸７５１、７６１等の熱膨張、湾曲、あるいはねじピッチの変動等、様々な熱変形が引き起こされるおそれがある。そこで、本実施形態では、ヘッド駆動機構７の熱変形に関する熱変形情報が予め求められて、この熱変形情報に基づいてフィデューシャルマーク認識が実行される。

図４は、熱変形情報取得動作を示すフローチャートである。また、図５は、熱変形情報取得動作における基板認識カメラの動作を示す平面図である。これから説明するとおり、熱変形情報取得動作は、ベースマークＢＭ1〜ＢＭ3が基板認識カメラにより認識されることで実行されるが、かかるベースマーク認識は基板認識カメラ９１のみにより実行される。そこで、基板認識カメラ９１、９２の役割の違いを判りやすくするために、以後の説明では必要に応じて、ベースマーク認識を行なう基板認識カメラ９１をメインカメラ９１と称する一方、ベースマーク認識を行なわない基板認識カメラ９２をサブカメラ９２と称することとする。

本実施形態では、熱変形情報取得動作は、基板３の基台１１への搬送に並行して行なわれる。基板３の搬送が開始されると（ステップＳ１１）、主制御部４１は、ヘッド駆動機構７による駆動を制御して、メインカメラ９１をベースマークＢＭ1の上方に移動させる。こうして、ベースマークＢＭ1の上方に位置したメインカメラ９１はベースマークＢＭ1を認識して、ベースマークＢＭ1の映像は画像処理部４４に送られて記憶される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２と同様にして、メインカメラ９１はベースマークＢＭ2の認識（ステップＳ１３）、およびベースマークＢＭ3の認識（ステップＳ１４）を行う。なお、これらのステップを実行している間に、基板３はＸ軸方向に搬送されている。こうして、画像処理部４４は、各ベースマークＢＭ1〜ＢＭ3の認識結果を得るとともに、これらの認識結果からヘッド駆動機構７の熱変形に関する熱変形情報を求める（ステップＳ１５）。具体的には次の通りである。

まず、ステップＳ１２〜Ｓ１４で得られたベースマークＢＭ1〜ＢＭ3の認識結果から、各ベースマークの位置座標Ｐ（ＢＭ1）、Ｐ（ＢＭ2）、Ｐ（ＢＭ3）が求められる。そして、位置座標Ｐ（ＢＭ1）、Ｐ（ＢＭ3）より、ベースマークＢＭ1からベースマークＢＭ3に向うベクトルａが求められる（式（１））。また、位置座標Ｐ（ＢＭ1）、Ｐ（ＢＭ2）より、ベースマークＢＭ1からベースマークＢＭ2に向うベクトルｂが求められる（式（２））。

一方、メモリ４２には、ヘッド駆動機構７に熱変形が発生していない場合における、ベースマークＢＭ1からベースマークＢＭ3に向うベクトルＡ（式（３））と、ベースマークＢＭ1からベースマークＢＭ2に向うベクトルＢ（式（４））とが記憶されている。

画像処理部４４は、メモリ４２から読み出したベクトルＡ、Ｂと、ベースマーク認識により求められたベクトルａ、ｂとから、ヘッド駆動機構７の熱変形に関連する４種類のパラメータα、β、θ、φを求める。ここで、αはＸ軸方向の伸び率であり、βはＹ軸方向の伸び率であり、θはＸ軸方向の角度変化量であり、φはＹ軸方向の角度変化量である。具体的には、式（５）で与えられる変換行列Ｋ1が求められる。

式（５）を変換行列Ｋ1について解くと、式（６）が得られる。

また、変換行列Ｋ1は、式（７）のように書き表すことができ、式（６）と式（７）とから、熱変形に関連するパラメータα、β、θ、φを求めることができる。

こうして、熱変形に関連するパラメータα、β、θ、φ（熱変形情報）が求められて、熱変形情報取得動作は終了する。これに続いて、フィデューシャルマークの認識動作が実行される。

図６は、フィデューシャルマーク認識動作を示すフローチャートである。また、図７は、フィデューシャルマーク認識動作における基板認識カメラの動作を示す平面図である。基板３の基台１１への搬入動作が完了すると（ステップＳ２１）、これに続いて基板３の対角に付された２つのフィデューシャルマークＦＭ1、ＦＭ2がこの順番で認識される。主制御部４１は、メインカメラ９１、サブカメラ９２のいずれのカメラがフィデューシャルマークＦＭ1に近いかを判断し、近い方のカメラをフィデューシャルマークＦＭ1の上方に移動させる。図７に示す例では、メインカメラ９１がフィデューシャルマークＦＭ1に近いため、メインカメラ９１でマーク認識を行なうと判断される（ステップＳ２２で「ＹＥＳ」と判断される）。また、メインカメラ９１をフィデューシャルマークＦＭ1上方に移動させるにあたって、主制御部４１は、先ほど求めた熱変形に関連するパラメータα、β、θ、φに基づいて、ヘッド駆動機構７によるヘッドユニット６の駆動を較正する。これにより、ヘッド駆動機構７の熱変形に依らず、メインカメラ９１をフィデューシャルマークＦＭ1の上方に適切に移動することができる（ステップＳ２３）。そして、メインカメラ９１により、フィデューシャルマークＦＭ1が認識される（ステップＳ２４）。続くステップＳ２５では、全てのフィデューシャルマークを認識し終えたかが判断される。ここでは、フィデューシャルマークＦＭ2の認識が未実施であるため、ステップＳ２２に戻る。

ステップＳ２２では、メインカメラ９１、サブカメラ９２のいずれのカメラがフィデューシャルマークＦＭ2に近いかが判断される。図７の例では、サブカメラ９２がフィデューシャルマークＦＭ2に近いため、サブカメラ９２でマーク認識を行なうと判断される（ステップＳ２２において「ＮＯ」と判断される）。また、サブカメラ９２をフィデューシャルマークＦＭ2上方に移動させるにあたって、主制御部４１は、メモリ４２に記憶されているカメラ９１、９２の相対位置情報（距離Ｃx、Ｃy）を読み出す。そして、主制御部４１は、熱変形に関連するパラメータα、β、θ、φと距離Ｃx、Ｃyとに基づいてヘッド駆動機構７によるヘッドユニット６の駆動を較正する。これにより、ヘッド駆動機構７の熱変形に依らず、サブカメラ９２をフィデューシャルマークＦＭ2の上方に適切に移動することができる（ステップＳ２６）。そして、サブカメラ９２により、フィデューシャルマークＦＭ2が認識される。続くステップＳ２５では、全てのフィデューシャルマークを認識し終えたと判断されて（ステップＳ２５で「ＮＯ」と判断されて）、フィデューシャルマーク認識動作が終了する。

このように本実施形態では、実装制御ユニット４（制御手段）、ヘッド駆動機構７、ヘッドユニット６（ユニット）、メインカメラ９１およびサブカメラ９２が、本発明のマーク認識システムとして機能している。つまり、メインカメラ９１（一のカメラ）が各ベースマークＢＭ1〜ＢＭ3（較正用マーク）を認識し、このマーク認識結果からヘッド駆動機構７の熱変形に関する熱変形情報（パラメータα、β、θ、φ）が求められる。したがって、メインカメラ９１によりフィデューシャルマーク（基板上マーク）の認識動作を行う場合は、この熱変形情報に基づいてメインカメラ９１の駆動が較正されることで、ヘッド駆動機構７（駆動機構）の熱変形に依らずメインカメラ９１をフィデューシャルマークの上方位置（認識可能位置）に適切に移動させることができる。こうして、熱変形に依らず、メインカメラ９１によりフィデューシャルマークの位置を適切に認識することができる。

一方、サブカメラ９２（一のカメラ以外のカメラ）でフィデューシャルマークの認識を行う場合は、熱変形情報と、カメラ９１、９２の相対位置情報（距離Ｃx、Ｃy）とに基づいて、サブカメラ９２の駆動が較正される。このように熱変形情報と相対位置情報とに基づいてサブカメラ９２の駆動が較正されることで、ヘッド駆動機構７の熱変形に依らずサブカメラ９２をフィデューシャルマークの上方位置（認識可能位置）に適切に移動させることができる。その結果、サブカメラ９２によっても、熱変形に依らずフィデューシャルマークの位置を適切に認識することができる。つまり、この実施形態では、カメラ９１、９２の相対位置情報が活用されることで、サブカメラ９２についてはベースマークＢＭ1〜ＢＭ3の認識動作を行なわずとも、フィデューシャルマークの位置を適切に認識することができる。こうしてベースマークＢＭ1〜ＢＭ3の認識動作を効率的に実行しつつ、全てのカメラ９１、９２についてフィデューシャルマークの位置を適切に認識することが可能となっている。

また、本実施形態では、Ｚ軸方向（鉛直方向）上側から見て、基板３が基台１１に搬送されてくる搬送経路３１の外側に、複数のベースマークＢＭ1〜ＢＭ3は設けられている（図１）。したがって、上述したように基板３の搬送を行なっている最中においても、基板３に邪魔されること無くメインカメラ９１によりベースマークＢＭ1〜ＢＭ3を認識することができる。よって、基板搬送実行中にベースマークＢＭ1〜ＢＭ3の認識を行なうことで、効率的にベースマーク認識を行なうことが可能となっている。

また、本実施形態では、ベースマークＢＭ1（ＢＭ2）とベースマークＢＭ3とのそれぞれの位置は、Ｘ軸方向とＹ軸方向のいずれにおいても互いに異なっている。その結果、熱変形情報を高精度に求めることができ、フィデューシャルマークの位置をより適切に認識することが可能となっている。

また、本実施形態では３個のベースマークＢＭ1〜ＢＭ3が設けられている。しかも、３個のベースマークＢＭ1〜ＢＭ3は一直線上にはなく、任意の２つのベースマークを通る直線から外れた位置に、残りの１つのベースマークは配置されている。具体例を挙げると、ベースマークＢＭ1は、２つのベースマークＢＭ2、ＢＭ3を通る直線の上には無く、２つのベースマークＢＭ2、ＢＭ3を通る直線から外れた位置に配置されている。したがって、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対してリニアな熱変形成分（パラメータα、β）のみならず、回転方向の熱変形成分（パラメータθ、φ）についても求めることができる。よって、ヘッド駆動機構７の熱変形に関する熱変形情報を高精度に求めることができ、フィデューシャルマークの位置をより適切に認識することが可能となっている。

また、本実施形態では、２台のカメラ９１、９２それぞれの位置は、Ｘ軸方向とＹ軸方向のいずれにおいても互いに異なるように構成されている。したがって、フィデューシャルマーク認識を効率的に実行することが可能となっている。

また、本実施形態における表面実装機１は、上述のマーク認識システムを用いて、基台１１上に搬送された基板３に対して部品を実装する。したがって、ベースマーク認識動作を効率的に実行して生産効率を高めつつ、全てのカメラ９１、９２についてフィデューシャルマークの位置を適切に認識することができ、高い位置精度でもって基板３上に部品実装を実行することが可能となっている。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、熱変形情報を求めるために３個のベースマークＢＭ1〜ＢＭ3が設けられている。しかしながら、ベースマークの個数は３個に限られず、２個以上であれば良い。つまり、ベースマークＢＭ1とベースマークＢＭ3とのみを設けたような場合は、次のようにして熱変形情報を求めることができる。すなわち、変換行列Ｋ2は、式（８）で与えられる。

また、変換行列は式（９）のように書き表せる。

したがって、式（８）（９）から、熱変形に関連するパラメータα、βを求めることができる。

また、上記実施形態では、表面実装機に本発明のマーク認識システムを適用した場合について説明した。しかしながら、本発明のマーク認識システムの適用対象はこれに限られず、基板３に付された基板上マークを認識する装置全般に対して本発明は適用できる。例えば、基板３に対して半田を印刷する印刷機等においても、フィデューシャルマーク等の基板上マークが認識される場合があるため、このような印刷機に対して本発明を適用することもできる。

また、上記実施形態では、フィデューシャルマークを基板上マークとして認識する装置について説明したが、フィデューシャルマーク以外のマークを基板上マークとして認識する装置に対しても、本発明を適用することができる。例えば、部品実装を効率的に行なうために、複数の小基板の集合である所謂多面取り基板に対して部品実装を行なうことが一般的に行なわれている。このような装置では、不良のある小基板に対して部品実装を行なわないようにするために、不良のある小基板にバッドマークが付される。そして、このバッドマークがカメラにより認識されて、不良のある小基板が検知されるとともに、バッドマークが付されていない小基板に対してのみ部品実装が行なわれる。そこで、バッドマークを基板上マークとして認識するこのような装置に対して、本発明を適用しても良い。

また、上記実施形態では、２台のカメラが設けられている。しかしながら、カメラの台数はこれに限られず、３台以上のカメラが設けられても良い。この場合であっても、メインカメラ９１については、メインカメラ９１を用いて求めた熱変形情報に基づいて駆動較正を行なうことで、基板上マークの位置を適切に認識することができる。また、メインカメラ以外のサブカメラについては、熱変形情報とカメラの相対位置情報とに基づいて駆動較正を行なうことで、基板上マークの位置を適切に認識することができる。

また、上記実施形態では、２台のカメラ９１、９２それぞれの位置は、Ｘ軸方向とＹ軸方向のいずれにおいても互いに異なるように構成されている。しかしながら、カメラ９１、９２の配置はこれに限られず、例えば、Ｙ軸方向においては、カメラ９１、９２の位置が同じであるように構成することもできる。

また、上記実施形態では、ベースマークＢＭ1、ＢＭ2、ＢＭ3は、Ｚ軸方向上側から見て、基板３が搬送されてくる基板搬送経路３１の外側に配置されている。しかしながら、ベースマークＢＭ1、ＢＭ2、ＢＭ3の位置はこれに限れれず、例えば、Ｚ軸方向上側から見て基板搬送経路３１の内側にベースマークＢＭ1、ＢＭ2、ＢＭ3のいずれか、あるいは全部を配置しても良い。

表面実装機の概略構成を示す平面図である。 図１に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。 ２台の基板認識カメラの関係を示す平面図である。 熱変形情報取得動作を示すフローチャートである。 熱変形情報取得動作における基板認識カメラの動作を示す平面図である。 フィデューシャルマーク認識動作を示すフローチャートである。 フィデューシャルマーク認識動作における基板認識カメラの動作を示す平面図である。

符号の説明

１…表面実装機
１１…基台
３…基板
３１…基板搬送経路
４…実装制御ユニット（制御手段）
４２…メモリ（記憶手段）
６…ヘッドユニット（ユニット）
７…ヘッド駆動機構（駆動機構）
７５１…ボールねじ軸
７６１…ボールねじ軸
７６２…ボールナット
９１…メインカメラ
９２…サブカメラ
ＢＭ1、ＢＭ2、ＢＭ3…ベースマーク
ＦＭ1、ＦＭ2…フィデューシャルマーク
Ｚ…鉛直方向
Ｃx…Ｘ軸方向カメラ間距離（カメラの相対位置情報）
Ｃy…Ｙ軸方向カメラ間距離（カメラの相対位置情報）

Claims (8)

1. 複数の較正用マークを有する基台と、
   前記基台の鉛直方向上側で複数のカメラを保持するユニットと、
   前記鉛直方向に直交する方向に前記ユニットを駆動する駆動機構と、
   前記駆動機構による前記ユニットの駆動を制御して前記複数のカメラの相対位置関係を保持したまま前記カメラを移動させる制御手段と、
   前記複数のカメラの相対位置関係に関する相対位置情報を記憶する記憶手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記複数のカメラのうちの一のカメラを前記各較正用マークの認識可能位置に移動させることで得られる前記複数の較正用マークの認識結果を用いて前記駆動機構の熱変形に関する熱変形情報を求め、
   前記熱変形情報に基づき前記ユニットの駆動を較正することによって前記基台上の基板に付された基板上マークを認識可能な位置に前記一のカメラを移動させて前記基板上マークを認識し、
   前記相対位置情報と前記熱変形情報とに基づき前記ユニットの駆動を較正することによって前記基板上マークを認識可能な位置に前記一のカメラ以外のカメラを移動させて前記基板上マークを認識することを特徴とするマーク認識システム。
2. 前記駆動機構は、前記鉛直方向に直交する第１軸方向に前記ユニットを駆動する第１軸駆動部と、前記鉛直方向および前記第１軸方向に直交する第２軸方向に前記第１軸駆動部を駆動する第２軸駆動部とで構成された請求項１記載のマーク認識システム。
3. 前記第１軸駆動部は、前記第１軸方向に延びる第１ねじ軸と、前記第１ねじ軸に螺合するとともに前記ユニットに取り付けられたナットとを有し、前記第２軸駆動部は、前記第２軸方向に伸びる第２ねじ軸と、前記第２ねじ軸に螺合するとともに前記第１軸駆動部に取り付けられたナットとを有する請求項２記載のマーク認識システム。
4. 前記複数の較正用マークのうち少なくとも２つの較正用マークそれぞれの位置は、前記第１軸方向と前記第２軸方向のいずれにおいても互いに異なる請求項２または３に記載のマーク認識システム。
5. ３個以上の前記較正用マークが設けられている請求項２ないし４のいずれか一項に記載のマーク認識システム。
6. 前記基板上マークはフィデューシャルマークである請求項１ないし５のいずれか一項に記載のマーク認識システム。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のマーク認識システムを備えた表面実装機であって、前記基台上に搬送された前記基板に対して部品を実装することを特徴とする表面実装機。
8. 基台の鉛直方向上側で複数のカメラを保持するユニットを駆動機構により前記鉛直方向に直交する方向に駆動することで、前記基板に付された基板上マークを認識可能な位置に前記複数のカメラの相対位置関係を保持したまま前記カメラを移動させて、前記基板上マークを前記カメラにより認識するマーク認識方法であって、
   前記複数のカメラのうちの一のカメラを、前記基台に設けられた複数の較正用マークそれぞれの認識可能位置に移動させることで得られる前記複数の較正用マークの認識結果を用いて前記駆動機構の熱変形に関する熱変形情報を求め、
   前記熱変形情報に基づき前記ユニットの駆動を較正することによって前記基台上の基板に付された基板上マークを認識可能な位置に前記一のカメラを移動させて前記基板上マークを認識し、
   前記複数のカメラの相対位置関係に関する相対位置情報と前記熱変形情報とに基づき前記ユニットの駆動を較正することによって前記基板上マークを認識可能な位置に前記一のカメラ以外のカメラを移動させて前記基板上マークを認識することを特徴とするマーク認識方法。
   

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