JP5457069B2

JP5457069B2 - 電子部品実装装置用カメラ間校正装置

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Publication number: JP5457069B2
Application number: JP2009110779A
Authority: JP
Inventors: 清彦新庄
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: JP2010262981A

Description

本発明は、基板上に電子部品を搭載する電子部品実装装置に係り、特に、電子部品を認識する部品認識カメラと、基板の認識マークを認識するマーク認識カメラとを有し、これら二つのカメラ相互の焦点高さのずれ量を校正するカメラ間校正装置に関するものである。

まず、従来の、この種の電子部品実装装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、図４は、従来の電子部品実装装置のカバー内部にある主要部の一例の外観斜視図であり、図５はその部品搭載ヘッドの部分の正面図である。
図４に示すように、この電子部品実装装置１００は、電子部品（不図示）を供給可能に電子部品実装装置本体に設置されている電子部品供給装置９と、ワークである基板Ｋの搬入および搬出をする回路基板搬送路１０とを備えている。

電子部品供給装置９の近傍には、部品吸着ノズル５が電子部品を吸着した状態において、吸着位置ずれを認識可能な部品認識カメラ４が電子部品実装装置本体に配設されている。この部品認識カメラ４は、基板Ｋの高さよりも下方に設置され、上向きに搭載する電子部品の下部を撮像できるようになっている。
回路基板搬送路１０上には、基板Ｋが載置されるようになっている。基板Ｋには、自身の位置を認識させるための画像認識用の認識マーク（不図示）が付設されている。また、回路基板搬送路１０の上方には部品吸着ノズル５が垂直方向に移動可能な機構（不図示）を備えた部品搭載ヘッド３が配置されている。

この部品搭載ヘッド３は、図５に示すように、電子部品を吸着する部品吸着ノズル５を有する（同図の例では、連続した４つの小型部品用ノズルと１つの大型部品用ノズルとを有している）。また、この部品搭載ヘッド３には基板Ｋの認識マークを認識するマーク認識カメラ２が下向きに付設されている（同図の例では左右２つのカメラを有する）。さらに、この例の部品搭載ヘッド３には光学センサ８が設置され、この光学センサ８によって、直方体等の比較的単純な形状でかつ小型な電子部品は部品吸着ノズル５が吸着し、その位置や角度などの状態を部品認識カメラ４を用いずに認識可能になっている。そして、部品搭載ヘッド３は、マーク認識カメラ２および部品吸着ノズル５と共に、基板Ｋ上などの必要な位置に、所定のプログラムに基づいて、図４に示す、Ｘ軸移動機構６およびＹ軸移動機構７によって適宜にＸ軸およびＹ軸方向に移動されるようになっている。

以上の構成において、この電子部品実装装置１００では、まず、基板Ｋが、部品搭載ヘッド３の可動範囲内となる回路基板搬送路１０の所定の場所に搬入されて位置決めされる。次に、部品搭載ヘッド３が電子部品供給装置９から電子部品Ｂを吸着した後に、基板Ｋ上の予めプログラムされた位置に電子部品Ｂを搭載する。そして、部品搭載ヘッド３は部品吸着と搭載を繰返し行ない、予めプログラムされた位置に全ての電子部品Ｂが搭載された後、基板Ｋが、回路基板搬送路１０より搬出される。

ここで、電子部品の吸着から搭載までの間には、例えば次の二つの搭載方法がある。
第一の方法としては、部品搭載ヘッド３の部品吸着ノズル５によって電子部品を吸着し、光学センサ８によって吸着した電子部品の位置ずれの状態を認識し、そのずれ量を、マーク認識カメラ２によって予め取得した基板Ｋの位置ずれ量に基づいて補正して、基板Ｋ上の予めプログラムされた位置に当該電子部品を搭載する方法がある。

また、第二の方法としては、部品搭載ヘッド３の部品吸着ノズル５によって電子部品を吸着し、部品認識カメラ４によって吸着した電子部品の位置ずれの状態を認識し、そのずれ量を、第一の方法同様に、マーク認識カメラ２によって予め取得した基板Ｋの位置ずれ量に基づいて補正して、基板Ｋ上の予めプログラムされた位置に当該電子部品を搭載する方法がある。なお、これら第一ないし第二の方法とは別に、マーク認識カメラ２自身の位置補正方法として、特許文献１に記載の技術のように、カメラ内部の光学装置の位置ずれを補正する技術も存在する。

ここで、電子部品の搭載に対しては高い位置精度の市場要求があり、その解決手段として、上記第一ないし第二の方法を基に、例えば以下の３つの従来技術が知られている。
例えば特許文献２に記載の技術では、電子部品を部品吸着ノズルに吸着して、その吸着した電子部品を光学センサと部品認識カメラで検出し、光学センサによる検出結果を部品認識カメラによる検出結果に基づいて補正を行なっている。

また、例えば特許文献３に記載の技術では、部品認識カメラとマーク認識カメラの間に透明体に設けられた一つの校正マークを配置し、部品認識カメラとマーク認識カメラの焦点高さを同じ高さにした状態で、部品認識カメラとマーク認識カメラがそれぞれ校正マークを撮像することで補正を行なっている。
また、例えば特許文献４に記載の技術では、部品認識カメラとマーク認識カメラの焦点高さが異なる配置の場合に、撮像光路長設定手段を校正位置に移動可能に設け、４５°反射のプリズムなどで垂直の光路を水平の光路に変更し、さらに、前記プリズムとは別の４５°反射のプリズムなどを用いて、前記水平の光路を垂直の光路に変更し、一つの校正マークを部品認識カメラとマーク認識カメラによってそれぞれ撮像することで補正を行なっている。

特開２００８−２７０６４９号公報特開平８−２５５９９９号公報特開平７−１６２２００号公報特開２００５−０３２９８８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、光学センサによる検出結果を部品認識カメラによる検出結果に基づいて補正可能とするものの、他方、光学センサとマーク認識カメラとの相互のずれ量を取得するには、治具部品を部品吸着ノズルに吸着し、撮像後には、この治具部品を返却する動作が必要になる。したがって、生産タクトを考慮すると生産中に光学センサとマーク認識カメラとのずれ量を取得することは困難である。また、その結果、温度変化による変位や長時間の使用による経時変化に随時に対応することが困難である。したがって、二つのカメラ（ないしセンサ）相互の焦点高さのずれ量を校正する上で不十分である。

また、特許文献３に記載の技術では、部品認識カメラとマーク認識カメラの焦点高さを同じ高さにした状態で、これら二つのカメラ相互のずれ量を認識する必要がある。そのため、二つのカメラの焦点高さを同じにするための移動動作の分だけ生産タクトが長くなるといった問題がある。
具体的には、電子部品を基板に搭載するには、まず、基板を固定し、搬出入させる装置の上側を通過させる必要がある。そのため、電子部品供給装置から基板に搭載する工程において、搭載する電子部品は基板の高さよりも上側で移動させなければならない。つまり、無駄な動作を無くして生産タクトを短縮するためには、部品認識カメラの焦点高さを、基板の高さよりも上方で移動させる電子部品の高さに設定する必要がある。

一方、マーク認識カメラの焦点高さは、基板の画像認識マークを認識するために、その焦点高さを基板の上面高さに合わせる必要がある。そのため、二つのカメラを同じ焦点高さに移動する構成であると、部品認識カメラの焦点高さをマーク認識カメラの高さに合わせる必要が校正の都度生じる。つまり、部品認識カメラにて搭載する電子部品を撮像する工程において、わざわざ低い位置に下げる無駄な動作が必要となるため、毎回の搭載に時間がかかり、生産タクトが長くなってしまう。

また、生産タクトが伸びないようにするために、部品認識カメラが電子部品を撮像する際、および校正マークを撮像する際それぞれに対応可能とするように、部品認識カメラを垂直方向に移動可能な移動手段を別途に設ける構成も考えられる。しかし、この場合は、部品認識カメラを垂直方向に移動させることにより、部品認識カメラの位置がずれてしまい、高い精度で電子部品を搭載することが困難となってしまうおそれがある。

これに対し、特許文献４に記載の技術は、校正位置に移動可能な撮像光路長設定手段を設けたので、特許文献３に記載の技術の問題を解決可能なものの、撮像光路を変更させるために必要なプリズムなど光学部材の設置位置が、搭載する電子部品を部品認識カメラで撮像する位置と同じ空間になる。そのため、この撮像光路長設定手段は、光学部材を校正位置に移動させる必要が生じている。したがって、この光学部材自体の移動により、光学部材の位置がずれてしまい、結果として校正マーク認識時の精度が低くなり、高い精度で電子部品を搭載することが困難となってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、二つのカメラ相互の焦点高さのずれ量の校正を、温度変化による変位や長時間の使用による経時変化に随時に対応可能にするとともに、光学部材の移動や不要な校正動作を可及的に少なくして高い精度での校正を可能とし得る電子部品実装装置用カメラ間校正装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、電子部品を認識する部品認識カメラと、基板の認識マークを認識するマーク認識カメラとを有し、これら二つのカメラの焦点高さが異なるレイアウトをもつ電子部品実装装置に用いられ、前記二つのカメラ相互の焦点高さのずれ量を校正するカメラ間校正装置であって、当該カメラ間校正装置は、一つの校正マークと、前記マーク認識カメラの下方に対向配置された第一の光学部材と、該第一の光学部材と前記校正マークとの間に配置された第二の光学部材とを備え、前記部品認識カメラが電子部品を認識可能な高さを維持した状態で、前記部品認識カメラと共に前記マーク認識カメラに対する所定の校正位置に移動可能に設けられ、前記所定の校正位置にて前記部品認識カメラが前記第二の光学部材の下方に対向する位置に位置しており、前記第一の光学部材は、プリズムミラー又はハーフミラー処理を施した透明体であって、前記校正マーク側から前記マーク認識カメラ側への光路および前記認識マーク側から前記マーク認識カメラ側への光路をそれぞれ確保するとともに、前記第二の光学部材は、ビームスプラッタであって、前記校正マーク側から前記第一の光学部材側への光路および前記電子部品側から前記部品認識カメラ側への光路をそれぞれ確保してなり、さらに、当該カメラ間校正装置が前記所定の校正位置に位置したときに、前記一つの校正マークおよび前記二つの光学部材は、前記部品認識カメラから前記校正マークまでの光路長が、搭載する電子部品から前記部品認識カメラまでの距離と同じになるように配置されるとともに、前記マーク認識カメラから前記校正マークまでの光路長が、前記マーク認識カメラから基板の認識マークまでの距離と同じになるように配置されていることを特徴としている。

本発明に係る電子部品実装装置用カメラ間校正装置によれば、カメラ間校正装置が部品認識カメラと一体に移動可能であり、マーク認識カメラに対する所定の校正位置に移動したときに、第一の光学部材は、校正マーク側からマーク認識カメラ側への光路および認識マーク側からマーク認識カメラ側への光路をそれぞれ確保するとともに、第二の光学部材は、校正マーク側から第一の光学部材側への光路および電子部品側から部品認識カメラ側への光路をそれぞれ確保しているので、各カメラは、このカメラ間校正装置を介することによって、各カメラに対して二つの光学部材自体を移動させることなく、同じ一つの校正マークを撮像することができる。

そして、部品認識カメラの高さは、電子部品を認識可能な高さが維持された状態で所定の校正位置に位置されており、当該カメラ間校正装置が所定の校正位置に位置したときに、一つの校正マークおよび二つの光学部材は、部品認識カメラから校正マークまでの光路長が、搭載する電子部品から部品認識カメラまでの距離と同じになるように配置されるとともに、マーク認識カメラから校正マークまでの光路長が、マーク認識カメラから基板の認識マークまでの距離と同じになるように配置されている。よって、このカメラ間校正装置が装備された電子部品実装装置は、二つのカメラによって第一および第二の光学部材を介して一つの校正マークを撮像して二つのカメラ相互の焦点高さのずれ量を認識することで、該ずれ量を、電子部品を基板に搭載する際に補正可能であり、二つのカメラ相互のずれ量を短い時間で取得できる上、上記従来の技術のように、校正のために高さを変えるような無駄な動作が不要なので、その後遅滞なく、通常の生産動作に移行することができる。

したがって、本発明に係る電子部品実装装置用カメラ間校正装置によれば、二つのカメラ相互の焦点高さのずれ量の校正を、温度変化による変位や長時間の使用による経時変化に随時に対応可能にするとともに、光学部材の移動や不要な校正動作を可及的に少なくして高い精度での校正が可能である。

本発明に係るカメラ間校正装置を備えた電子部品実装装置の斜視図である。本発明に係るカメラ間校正装置を説明する模式図である。部品認識カメラとマーク認識カメラの位置の関係を説明するための模式図である。従来の電子部品実装装置の斜視図である。従来の電子部品実装装置の部品搭載ヘッドの一例の正面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、上記図４および図５に示した従来の電子部品実装装置と同様の構成については、同一の符号を付すとともにその説明を適宜省略する。
図１に、本発明の一実施形態に係るカメラ間校正装置を装備した電子部品実装装置を示す。同図に示すように、この電子部品実装装置１は、電子部品（不図示）を供給可能に電子部品実装装置本体に設置されている電子部品供給装置９と、ワークである基板Ｋの搬入および搬出をする回路基板搬送路１０とを備えている。

電子部品供給装置９の近傍には、電子部品を認識可能な部品認識カメラ４が電子部品実装装置本体に配設されている。この部品認識カメラ４は、図３に示すように、基板Ｋの高さよりも下方に設置され、上向きに搭載する電子部品Ｂの下部を撮像できるようになっている。
回路基板搬送路１０上には、基板Ｋが載置されるようになっている。基板Ｋには、自身の位置を認識させるための画像認識用の認識マーク（不図示）が付設されている。また、回路基板搬送路１０の上方には部品搭載ヘッド３が配置されている。

この部品搭載ヘッド３は、電子部品を吸着する部品吸着ノズル５を有する。また、この部品搭載ヘッド３には基板Ｋの認識マークを認識するマーク認識カメラ２が下向きに付設されている。そして、部品搭載ヘッド３は、マーク認識カメラ２および部品吸着ノズル５と共に、基板Ｋ上などの必要な位置に、所定のプログラムに基づいて、Ｘ軸移動機構６およびＹ軸移動機構７によって適宜にＸ軸およびＹ軸方向に移動されるようになっている。

ここで、この部品搭載ヘッド３には、部品認識カメラ４にカメラ間校正装置２０が装着されており、このカメラ間校正装置２０が、部品認識カメラ４と一体に、上記Ｘ軸移動機構６およびＹ軸移動機構７によってＸ軸およびＹ軸方向に移動されるようになっている。
以下、このカメラ間校正装置２０について詳しく説明する。
図２に、上記カメラ間校正装置２０の模式図を示す。同図は、部品認識カメラ４と一体に移動可能に設けられた当該カメラ間校正装置２０が、マーク認識カメラ２に対する所定の校正位置に移動した状態を模式的に示している。ここで、この所定の校正位置の高さは、部品認識カメラ４が電子部品Ｂの搭載が可能な高さが維持された高さである。

詳しくは、このカメラ間校正装置２０には、同図に示すように、第一の光学部材としてのプリズムミラー２１と、第二の光学部材としてのキューブ型のビームスプラッタ２２と、一つの校正マーク２３とが内蔵されている。
プリズムミラー２１とビームスプラッタ２２は、入射光の光路の変更および透過をさせるために、その光の一部を反射し且つそれ以外を透過可能なハーフミラーを有しており、これにより、入光された光の半分を透過するとともに、残りの半分については、４５°の反射が可能になっている。また、校正マーク２３は、その内部に照明を有する照明装置の筐体壁面のピンホールからなる。つまり、照明装置内部の照明によってピンホールが照射されることで、二つのカメラ２，４の位置補正用の校正マーク２３がつくられるようになっている。

ここで、このカメラ間校正装置２０は、上記ビームスプラッタ２２が、当該カメラ間校正装置２０が前記所定の校正位置に位置したときに、部品認識カメラ４の位置、プリズムミラー２１の位置および校正マーク２３の位置のいずれをも移動させることなく、図２での、部品認識カメラ４から校正マーク２３までの光路長（同図中のＬ１＋Ｈ２）が、図３での、部品認識カメラ４から搭載する電子部品Ｂまでの距離Ｄ_Bと同じになる長さに設定されている。さらに、図２での、マーク認識カメラ２から校正マーク２３までの光路合計長（同図中のＬ１＋Ｌ２＋Ｈ１）が、図３に示すマーク認識カメラ２から基板Ｋまでの距離Ｄ_Mと同じになる長さに設定されている。

次に、この電子部品実装装置の動作、および作用・効果について説明する。
以上の構成において、この電子部品実装装置１では、基板Ｋが、部品搭載ヘッド３の可動範囲内となる回路基板搬送路１０の所定の場所に搬入されて位置決めされる。次に、部品搭載ヘッド３が電子部品供給装置９から電子部品Ｂを吸着した後に、基板Ｋ上の予めプログラムされた位置に電子部品Ｂを搭載する。そして、部品搭載ヘッド３は部品吸着と搭載を繰返し行ない、予めプログラムされた位置に全ての電子部品Ｂが搭載された後、基板Ｋが、回路基板搬送路１０より搬出される。

ここで、この電子部品実装装置１では、部品認識カメラ４とマーク認識カメラ２相互のずれ量を測定する際には、まず、マーク認識カメラ２を、図２に示す、部品認識カメラ４の上方の、二つのカメラ２，４の校正マーク認識用としてあらかじめ決められた所定の校正位置に移動する（動作１）。ここで、この所定の校正位置の高さは、部品認識カメラ４が電子部品Ｂの搭載が可能な高さが維持されている。

次に、この所定の校正位置において、部品認識カメラ４は、プリズムミラー２１およびビームスプラッタ２２を介して校正マーク２３を撮像する（動作２）。同様に、この所定の校正位置において、マーク認識カメラ２は、ビームスプラッタ２２を介して、同じ一つの校正マーク２３を撮像する（動作３）。
前記の（動作１）〜（動作３）により、二つのカメラ２，４は、同じ校正マーク２３を撮像するため、二つのカメラ２，４のずれ量を測定することができる。なお、ずれ量の測定方法自体は、従来同様であるため説明を省略する。これにより、このカメラ間校正装置２０を備えた電子部品実装装置１によれば、電子部品を搭載する生産時に、二つのカメラ２，４のずれ量を補正することで高精度の搭載が可能になる。

このように、この電子部品実装装置１によれば、部品認識カメラ４とマーク認識カメラ２は、カメラ間校正装置２０のプリズムミラー２１およびビームスプラッタ２２を介して一つの校正マーク２３を撮像して二つのカメラ２，４相互の焦点高さのずれ量を認識することで、該ずれ量を、電子部品Ｂを基板Ｋに搭載する際に随時に補正可能であり、二つのカメラ２，４相互のずれ量を短い時間で取得できる。

つまり、このカメラ間校正装置２０によれば、カメラ間校正装置２０が部品認識カメラ４と一体に移動可能であり、マーク認識カメラ４に対する所定の校正位置に移動したときに、プリズムミラー２１は、校正マーク２３側からマーク認識カメラ４側への光路および基板の認識マーク側からマーク認識カメラ４側への光路をそれぞれ確保するとともに、ビームスプラッタ２２は、校正マーク２３側からプリズムミラー２１側への光路および電子部品Ｂ側から部品認識カメラ４側への光路をそれぞれ確保しているので、各カメラ２，４は、このカメラ間校正装置２０を介することによって、各カメラ２，４に対して二つの光学部材２１，２２自体を移動させることなく、同じ校正マーク２３を同時に撮像することができる。

そのため、基板Ｋの搬出入の最中など生産タクトを損なわないタイミングで、マーク認識カメラ２を、部品認識カメラ４の上方の所定の校正位置に移動するだけで、該二つのカメラ２，４のずれ量を測定可能である。したがって、短時間で該ずれ量の取得が可能であり、基板Ｋを、搬出入時間を利用してずれ量を取得できるため、ずれ量の経時変化に随時に対応でき、常に高精度の部品搭載を確保できる。

また、この所定の校正位置は、部品認識カメラ４が電子部品Ｂの搭載が可能な高さが維持されており、この所定の校正位置にカメラ間校正装置２０が位置したときに、一つの校正マーク２３および二つの光学部材２１，２２は、部品認識カメラ４から校正マーク２３までの光路長（Ｌ１＋Ｈ２）が、搭載する電子部品Ｂから部品認識カメラ４までの距離Ｄ_Bと同じになるように配置されるとともに、マーク認識カメラ２から校正マーク２３までの光路長（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｈ１）が、マーク認識カメラ２から基板の認識マークまでの距離Ｄ_Mと同じになるように配置されているので、基板Ｋに搭載する電子部品を部品認識カメラ４で撮像する際に、その電子部品をマーク認識カメラ２の焦点高さまで下げる必要もない。そのため、生産タクトを可及的に短くすることができる。また、部品認識カメラ４自体を移動させる必要もないので、高い位置精度で補正量の取得が可能であり、これにより高い精度で電子部品Ｂを搭載できる。また、マーク認識カメラ２側に校正マーク２３（カメラ間校正装置２０）が固定されているので、高い位置精度で補正量の取得が可能であり、高い精度で電子部品を搭載できる。

なお、本発明に係る電子部品実装装置用カメラ間校正装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、第一の光学部材として、プリズムミラー２１を用いた例で説明したが、これに限らず、プリズムミラー以外の透明体にハーフミラー処理を施すことで同様の効果が得られる。

また、例えば上記実施形態では、一つの校正マーク２３が照明装置に固定されたピンホールによってつくられている例で説明したが、これに限らず、例えば、照明装置はそのままで、校正マーク２３のみを照明装置とは離隔して照明装置の外部の光路上に設けることでマーク認識カメラ２の同軸落射照明として使用することができる。

１電子部品実装装置
２マーク認識カメラ
３部品搭載ヘッド
４部品認識カメラ
５部品吸着ノズル
６Ｘ軸移動機構
７Ｙ軸移動機構
８光学センサ
９電子部品供給装置
１０回路基板搬送路
２０カメラ間校正装置
２１プリズムミラー（第一の光学部材）
２２ビームスプラッタ（第二の光学部材）
２３校正マーク
Ｂ電子部品
Ｋ基板

Claims

電子部品を認識する部品認識カメラと、基板の認識マークを認識するマーク認識カメラとを有し、これら二つのカメラの焦点高さが異なるレイアウトをもつ電子部品実装装置に用いられ、前記二つのカメラ相互の焦点高さのずれ量を校正するカメラ間校正装置であって、
当該カメラ間校正装置は、一つの校正マークと、前記マーク認識カメラの下方に対向配置された第一の光学部材と、該第一の光学部材と前記校正マークとの間に配置された第二の光学部材とを備え、前記部品認識カメラが電子部品を認識可能な高さを維持した状態で、前記部品認識カメラと共に前記マーク認識カメラに対する所定の校正位置に移動可能に設けられ、前記所定の校正位置にて前記部品認識カメラが前記第二の光学部材の下方に対向する位置に位置しており、
前記第一の光学部材は、プリズムミラー又はハーフミラー処理を施した透明体であって、前記校正マーク側から前記マーク認識カメラ側への光路および前記認識マーク側から前記マーク認識カメラ側への光路をそれぞれ確保するとともに、前記第二の光学部材は、ビームスプラッタであって、前記校正マーク側から前記第一の光学部材側への光路および前記電子部品側から前記部品認識カメラ側への光路をそれぞれ確保してなり、
さらに、当該カメラ間校正装置が前記所定の校正位置に位置したときに、前記一つの校正マークおよび前記二つの光学部材は、前記部品認識カメラから前記校正マークまでの光路長が、搭載する電子部品から前記部品認識カメラまでの距離と同じになるように配置されるとともに、前記マーク認識カメラから前記校正マークまでの光路長が、前記マーク認識カメラから基板の認識マークまでの距離と同じになるように配置されていることを特徴とする電子部品実装装置用カメラ間校正装置。