JP6271514B2 - 生産設備 - Google Patents

Description

本発明は、種々の製品の生産に用いられる生産設備に関するものである。

生産設備として、例えば特許文献１のように、基板に電子部品を実装する部品実装機が知られている。このような生産設備においては、製品の品質向上などを目的として、生産を行う機械動作の制御の高精度化が望まれている。例えば、部品実装機においては、生産用の材料である基板の変形状態や電子部品の供給位置のばらつきなどが実装制御の精度に影響することになる。そこで、特許文献１では、レーザ測長器などのセンサを用いて基板や電子部品の高さを測定する構成としている。そして、この測定の結果を実装制御に反映させることで、精度向上を図っている。

特開２００４−０７１６４１号公報

このように、生産設備において対象物までの距離を測定する場合には、センサなどを対応する位置に増設する必要がある。また、生産設備は、小型化などの要請によってセンサなどの機器の設置が制約されることがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来とは異なる構成により、対象物までの距離を測定し、機械動作の制御の精度向上を図ることができる生産設備を提供することを目的とする。

本発明の生産設備は、水平方向に移動可能に設けられた移動台と、前記移動台に取り付けられ、電子部品を吸着する吸着ノズルを昇降可能に保持し、基板への前記電子部品の実装に用いられる実装ヘッドと、前記基板を上方から撮像可能に前記移動台に設けられ、前記移動台の移動によって前記実装ヘッドと一体的に移動されるカメラと、前記カメラの撮像による画像に含まれる情報と、予め記憶されている制御プログラムとに基づいて前記基板に前記電子部品を装着する装着動作を制御する制御装置と、を備える生産設備であって、前記カメラは、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、前記生産設備は、前記カメラの視野に部品供給装置により複数の部品供給位置において供給される複数の前記電子部品が収まる位置に前記移動台を停止させた状態において、前記撮像素子の前記電気信号を変換して取得された画像に対する画像処理の結果に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、複数の前記電子部品に対する前記可変焦点レンズの焦点合わせをそれぞれ行う焦点制御部と、前記可変焦点レンズへの印加電圧と対象物から前記カメラまでの距離との関係を示すレンズ特性を予め記憶する記憶部と、前記焦点制御部が複数の前記電子部品に対して焦点を合わせた際の前記可変焦点レンズへの印加電圧と前記レンズ特性とに基づいて複数の前記電子部品までの各距離を部品高さとして測定する距離測定部と、を備え、前記制御装置は、前記距離測定部の測定により取得した前記部品高さに基づいて前記電子部品の吸着動作を制御する。
本発明の生産設備は、水平方向に移動可能に設けられた移動台と、前記移動台に取り付けられ、電子部品を吸着する吸着ノズルを昇降可能に保持し、基板への前記電子部品の実装に用いられる実装ヘッドと、前記基板を上方から撮像可能に前記移動台に設けられ、前記移動台の移動によって前記実装ヘッドと一体的に移動されるカメラと、前記カメラの撮像による画像に含まれる情報と、予め記憶されている制御プログラムとに基づいて前記電子部品を吸着した前記吸着ノズルを所定の下降位置まで下降させて前記基板に前記電子部品を装着する装着動作を制御する制御装置と、を備える生産設備であって、前記カメラは、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、前記生産設備は、前記カメラの視野に前記基板の複数の部位が収まる位置に前記移動台を停止させた状態において、前記撮像素子の前記電気信号を変換して取得された画像に対する画像処理の結果に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記基板上の前記複数の部位に対する前記可変焦点レンズの焦点合わせをそれぞれ行う焦点制御部と、前記可変焦点レンズへの印加電圧と対象物から前記カメラまでの距離との関係を示すレンズ特性を予め記憶する記憶部と、前記焦点制御部が前記基板上の前記複数の部位に対して焦点を合わせた際の前記可変焦点レンズへの印加電圧と前記レンズ特性とに基づいて前記基板上の前記複数の部位までの各距離を測定する距離測定部と、を備え、前記制御装置は、前記装着動作において、前記距離測定部により測定された前記基板上の前記複数の部位までの各距離に基づいて前記基板の変形状態を取得し、前記基板の変形状態に応じて前記吸着ノズルの前記下降位置を補正する。

このような構成によると、生産用の材料に貼付等された情報を読み取るために材料を撮像するカメラを用いて、対象物からカメラまでの距離を測定することができる。つまり、既存のカメラを流用することができるので、センサなどの機器を増設することなく、機械動作の制御に利用可能な対象物までの距離の測定が可能となる。これにより、機械動作の制御の精度向上を図ることができる。

実施形態における部品実装機（生産設備）を示す全体図である。 部品実装機の基板カメラ、制御装置を示すブロック図である。 基板カメラの液晶レンズの構成を示す平面図である。 液晶レンズのレンズ特性である距離テーブルを示す図である。 基板カメラを用いた距離測定と基板の変形状態を示す図である。 部品供給装置における各フィーダの部品高さを示す図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の生産設備を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。実施形態においては、生産設備が部品実装機である構成を例示する。部品実装機は、例えば、集積回路の製造工程において、回路基板上に複数の電子部品を配置（実装）する装置である。この回路基板は、例えばスクリーン印刷機により電子部品の装着位置にクリームハンダを塗布され、複数の部品実装機を順に搬送されて電子部品を装着される。その後に、電子部品を装着された回路基板は、リフロー炉に搬送されてハンダ付けされることにより回路基板製品として集積回路を構成する。また、上記の回路基板、電子部品、およびクリームハンダは、生産設備である部品実装機における生産用の材料に相当する。

（部品実装機の全体構成）
部品実装機１は、基板搬送装置１０と、部品供給装置２０と、部品移載装置３０と、部品カメラ５０と、基板カメラ６０と、制御装置７０とを備えて構成される。各装置１０，２０，３０および各カメラ５０，６０は、部品実装機１の基台２に設けられ、制御装置７０により制御される。また、図１に示すように、部品実装機１の水平幅方向（図１の左上から右下に向かう方向）をＸ軸方向、部品実装機１の水平長手方向（図１の右上から左下に向かう方向）をＹ軸方向、鉛直高さ方向（図１の上下方向）をＺ軸方向とする。

基板搬送装置１０は、回路基板Ｂを部品実装機１のＸ軸方向に搬送する装置であり、回路基板Ｂを所定位置に位置決めして保持する基板保持装置を兼ねる。この基板搬送装置１０は、部品実装機１のＹ軸方向に並設された第一搬送機構１１と第二搬送機構１２とにより構成されたダブルコンベアタイプの装置である。第一搬送機構１１は、一対のガイドレール１１ａ，１１ｂと、図示しないコンベアベルトなどにより構成されている。

第一搬送機構１１の一対のガイドレール１１ａ，１１ｂは、基台２の上部にＸ軸方向に平行に配置され、コンベアベルトに載置されて搬送される回路基板Ｂを案内する。また、第一搬送機構１１には、所定位置まで搬送された回路基板Ｂを基台２側から押し上げてクランプすることで、回路基板Ｂを位置決めするクランプ装置が設けられている。第二搬送機構１２は、第一搬送機構１１と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。

部品供給装置２０は、回路基板Ｂに実装される電子部品を供給する装置である。部品供給装置２０は、部品実装機１のＹ軸方向の前部側（図１の左前側）に配置されている。この部品供給装置２０は、本実施形態において、複数のカセット式のフィーダ２１を用いたフィーダ方式としている。フィーダ２１は、基台２に対して着脱可能に取り付けられるフィーダ本体部２１ａとフィーダ本体部２１ａの後端側に設けられたリール収容部２１ｂとを有する。フィーダ２１は、リール収容部２１ｂにより部品包装テープが巻回された供給リール２２を保持している。

上記の部品包装テープは、電子部品が所定ピッチで収納されたキャリアテープと、このキャリアテープの上面に接着されて電子部品を覆うトップテープとにより構成される。フィーダ２１は、図示しないピッチ送り機構により供給リール２２から引き出された部品包装テープをピッチ送りする。そして、フィーダ２１は、キャリアテープからトップテープを剥離して電子部品を露出させている。これにより、フィーダ２１は、フィーダ本体部２１ａの前端側に位置する部品供給位置Ｐｓにおいて、部品移載装置３０が電子部品を吸着可能となるように電子部品の供給を行っている。

部品移載装置３０は、電子部品を部品供給位置Ｐｓから回路基板Ｂの実装位置に移載する装置である。本実施形態において、部品移載装置３０は、基板搬送装置１０および部品供給装置２０の上方に配置された直交座標型としている。この部品移載装置３０は、Ｙ軸方向に延在する一対のＹ軸レール３１ａ，３１ｂにＹ軸方向に移動可能にＹ軸移動台３２が設けられている。Ｙ軸移動台３２は、ボールねじ機構を介してＹ軸サーボモータ３３の動作により制御される。また、Ｙ軸移動台３２には、Ｘ軸移動台３４がＸ軸方向に移動可能に設けられている。Ｘ軸移動台３４は、図示しないボールねじ機構を介してＸ軸サーボモータ３５の動作により制御される。

また、部品移載装置３０のＸ軸移動台３４には、ヘッド保持装置４０が取り付けられている。このヘッド保持装置４０は、ケース４１をＸ軸移動台３４に固定され、当該ケース４１に対して昇降軸体４２をＺ軸方向に昇降可能に支持している。昇降軸体４２は、ケース４１に収容されているＺ軸サーボモータ４３の動作によりＺ軸方向への移動を制御される。また、昇降軸体４２の下端部には、交換可能に実装ヘッド４４が取り付けられている。

実装ヘッド４４は、部品供給装置２０により供給された電子部品を吸着する吸着ノズル４５を、部品実装機１のＺ軸と平行な回転軸線回りに回転可能に保持する。この吸着ノズル４５は、ケース４１に収容されているθ軸サーボモータ４６の動作により実装ヘッド４４に対する回転角度を制御される。また、吸着ノズル４５は、ヘッド保持装置４０における図示しない吸着機構を構成し、制御される空気圧の負圧によって電子部品を吸着可能としている。

部品カメラ５０および基板カメラ６０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を有するデジタルカメラである。部品カメラ５０および基板カメラ６０は、通信可能に接続された制御装置７０による制御信号に基づいて視野に収まる範囲の撮像を行い、当該撮像により取得した画像データを制御装置７０に送出する。また、部品カメラ５０および基板カメラ６０の「視野」とは、各カメラ５０，６０のレンズユニットや撮像素子によって定まる撮像可能な範囲をいう。

部品カメラ５０は、光軸がＺ軸方向となるように基台２に固定され、吸着ノズル４５に吸着された状態の電子部品を撮像可能に構成されている。この部品カメラ５０から画像データを取得した制御装置７０は、画像処理により吸着ノズル４５による電子部品の吸着状態を認識する。これにより、制御装置７０は、吸着状態に応じて吸着ノズル４５の位置および角度を補正することで、実装制御の精度向上を図っている。

基板カメラ６０は、光軸がＺ軸方向となるようにＸ軸移動台３４に固定され、回路基板Ｂを撮像可能に構成されている。より詳細には、基板カメラ６０は、基板搬送装置１０によって所定位置に搬入された回路基板Ｂに設けられた基板マーク（フィデューシャルマークとも称される）を撮像する。そして、制御装置７０は、基板カメラ６０の撮像による画像データを取得して、画像に含まれる画像処理により基板マークの位置を認識する。これにより、制御装置７０は、基板マークの実際の位置に基づいてＹ軸移動台３２およびＸ軸移動台３４を位置補正して実装を行うように制御する。このように、制御装置７０は、基板カメラ６０の撮像による画像に含まれる情報（回路基板Ｂの位置情報）を用いることにより、実装制御の精度向上を図っている。

また、この基板カメラ６０は、本実施形態において、回路基板Ｂおよび電子部品を対象物として、当該対象物までの距離を測定する際のカメラとして兼用される。詳細には、部品実装機１は、回路基板Ｂを撮像する目的の他に、レンズユニットに含まれる可変焦点レンズの動作制御の制御値を利用した距離測定に基板カメラ６０を用いている。この基板カメラ６０は、図２に示すように、固定レンズ６１と、液晶レンズ６２（本発明の「可変焦点レンズ」に相当する）と、撮像素子６３と、撮像部６４と、焦点制御部６５とを有する。固定レンズ６１および液晶レンズ６２は、撮像素子６３の光軸と同軸となるように配置されている。固定レンズ６１は、レンズユニットの最外部に配置された対物レンズであって、ユニット内部への異物の侵入等を防護する機能を有する。

液晶レンズ６２は、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズである。本実施形態では、可変焦点レンズとして、２つの電極間に液晶層を配置された液晶レンズを採用している。詳細には、液晶レンズ６２は、図３に示すように、外形が矩形状からなる第一電極６１ａと、円形状からなる第二電極６１ｂとを有する。第一電極６１ａおよび第二電極６１ｂは、平行に配置された一対の透明基板に設けられた２つの電極をそれぞれ有し、２つの電極間に同一の液晶層を介在させている。

このような構成からなる液晶レンズ６２は、第一電極６１ａおよび第二電極６１ｂにそれぞれ異なる電圧が印加されると、電界の方向に応じて液晶分子の配向状態が変化してレンズとして作用する。また、第一電極６１ａへの印加電圧Ｖａよりも第二電極６１ｂへの印加電圧Ｖｂを高くすることで（Ｖａ＜Ｖｂ）、液晶レンズ６２は、実質的に凸レンズとして機能する。また、印加電圧Ｖａ，Ｖｂの振幅を一定とした場合には、印加電圧Ｖａ，Ｖｂの差分により液晶レンズ６２の焦点距離を制御することができる。

撮像素子６３は、固定レンズ６１および液晶レンズ６２の透過光を電気信号に変換する。撮像部６４は、外部入力される制御信号および図示しないメモリに記憶されている設定値等に基づいて、焦点制御部６５を介してレンズユニットを制御するとともに、撮像素子６３により変換された電気信号をデジタル信号に変換して被写体を撮像する。そして、撮像部６４は、撮像により取得した画像を制御装置７０に転送する。

焦点制御部６５は、撮像部６４がレンズユニットを制御する際に、撮像素子６３の電気信号に基づいて液晶レンズ６２の焦点合わせを行う。具体的には、焦点制御部６５は、撮像部６４により変換されたデジタル信号を画像処理して、レンズユニットの焦点が合っているか否かを判定する。そして、焦点制御部６５は、レンズユニットの焦点が合っていない場合には、液晶レンズ６２の動作制御の制御値である印加電圧を調整して、液晶レンズ６２の焦点距離を変動させることで焦点合わせを行う。

本実施形態においては、焦点制御部６５は、上記の画像処理においてコントラスト検出方式を採用している。即ち、焦点制御部６５は、画像における一または複数の所定領域について算出したコントラストの値に基づいて、焦点が合っているか否かを判定している。また、焦点制御部６５は、液晶レンズ６２への印加電圧を調整する際には、第一電極６１ａへの印加電圧を一定に維持した状態で、第二電極６１ｂへの印加電圧を昇圧または降圧させる構成としている。

このような構成からなる基板カメラ６０は、上記のようにヘッド保持装置４０とともにＸ軸移動台３４に固定されていることから、ヘッド保持装置４０が電子部品を吸着する際には、部品供給装置２０の部品供給位置Ｐｓの上方に位置する。そのため、基板カメラ６０は、部品移載装置３０の移動制御によって部品供給装置２０の複数のフィーダ２１が視野に収まるように移動され、それぞれの部品供給位置Ｐｓにある電子部品を撮像可能となっている。また、基板カメラ６０を用いた距離測定の詳細について後述する。

制御装置７０は、主として、ＣＰＵや各種メモリ、制御回路により構成され、部品カメラ５０および基板カメラ６０の撮像により取得した画像データに基づいて実装ヘッド４４の動作を制御する。この制御装置７０は、図２に示すように、実装制御部７１、画像処理部７２、距離測定部７４、および記憶部７３に、バスを介して入出力インターフェース７５が接続されている。入出力インターフェース７５には、モータ制御回路７６および撮像制御回路７７が接続されている。

実装制御部７１は、モータ制御回路７６を介して実装ヘッド４４の位置や吸着機構の動作を制御する。より詳細には、実装制御部７１は、部品実装機１に複数設けられた各種センサから出力される情報や、各種の認識処理の結果を入力する。そして、実装制御部７１は、記憶部７３に記憶されている制御プログラム、各種センサによる情報、画像処理や認識処理の結果に基づいて、モータ制御回路７６に制御信号を送出する。画像処理部７２は、撮像制御回路７７を介して部品カメラ５０および基板カメラ６０の撮像による画像データを取得して、用途に応じた画像処理を実行する。この画像処理には、例えば、画像データの二値化、フィルタリング、色相抽出などの加工処理などが含まれる。

記憶部７３は、ハードディスク装置などの光学ドライブ装置、またはフラッシュメモリなどにより構成される。この記憶部７３には、部品実装機１を動作させるための制御プログラム、バスや通信ケーブルを介して部品カメラ５０および基板カメラ６０から制御装置７０に転送された画像データ、画像処理部７２による処理の一時データ、距離測定処理に用いられるレンズ特性などが記憶される。

ここで、レンズ特性とは、液晶レンズ６２への印加電圧と、対象物から基板カメラ６０までの距離との関係を示すものである。本実施形態では、液晶レンズ６２に対応するレンズ特性として、図４に示すように、第一電極６１ａへの印加電圧Ｖａ、第二電極６１ｂへの印加電圧Ｖｂにより定まる対象物−基板カメラ６０間の距離を示すマップとしている。また、対象物−基板カメラ６０間の距離は、液晶レンズ６２への印加電圧により変動する焦点距離と相関がある。そのため、レンズ特性としては、印加電圧と焦点距離との関係を示すものとしてもよい。

距離測定部７４は、基板カメラ６０を用いて対象物までの距離を測定する。詳細には、距離測定部７４は、先ず焦点制御部６５が対象物に対して焦点を合わせた際の液晶レンズ６２に対する印加電圧を入力する。次に、距離測定部７４は、記憶部７３に予め記憶されているレンズ特性を取得する。そして、距離測定部７４は、入力した印加電圧とレンズ特性に基づいて対象物までの距離を測定する。また、距離測定部７４は、レンズ特性が印加電圧と焦点距離との関係を示す場合には、当該焦点距離に基づいて対象物−基板カメラ６０間の距離を測定するようにしてもよい。ここで、「対象物−基板カメラ６０間の距離」とは、対象物の表面から撮像素子６３の撮像面までの距離としている。

入出力インターフェース７５は、ＣＰＵや記憶部７３と各制御回路７６，７７との間に介在し、データ形式の変換や信号強度を調整する。モータ制御回路７６は、実装制御部７１による制御信号に基づいて、Ｙ軸サーボモータ３３、Ｘ軸サーボモータ３５、Ｚ軸サーボモータ４３、およびθ軸サーボモータ４６を制御する。これにより、実装ヘッド４４が各軸方向に位置決めされるとともに、吸着ノズル４５が所定角度となるように制御される。また、モータ制御回路７６は、制御対象の各軸モータの位置情報などに基づいて、部品カメラ５０に対して撮像の制御信号を送出可能としている。これにより、例えば、予め設定されている位置を吸着ノズル４５が通過する際に、適正なタイミングで部品カメラ５０による撮像が行われるようにしている。

撮像制御回路７７は、制御装置７０のＣＰＵまたはモータ制御回路７６による撮像の制御信号に基づいて、部品カメラ５０および基板カメラ６０による撮像を制御する。また、撮像制御回路７７は、部品カメラ５０および基板カメラ６０の撮像による画像データを取得して、入出力インターフェース７５を介して記憶部７３に記憶させる。さらに、撮像制御回路７７は、距離測定部７４の要求に応じて基板カメラ６０の焦点制御部６５に対して、対象物に対する液晶レンズ６２の焦点合わせを行うように制御信号を送出する。そして、焦点制御部６５により焦点合わせがされると、液晶レンズ６２への印加電圧の値を取得して距離測定部７４に出力する。

（回路基板を対象物とした距離測定）
部品実装機１における回路基板Ｂを対象物とした距離測定について、図面を参照して説明する。この距離測定は、上記のように、基板搬送装置１０により搬送され所定位置に位置決めして保持された回路基板Ｂを対象物としている。つまり、部品実装機１は、回路基板Ｂに電子部品を装着する際に、回路基板Ｂから基板カメラ６０までの距離を測定し、当該測定の結果を利用した装着動作を行っている。

より詳細には、先ず、基板搬送装置１０は、回路基板Ｂを所定位置まで搬送するとともに、回路基板Ｂを位置決めしてクランプすることにより保持する。そして、制御装置７０により各軸モータが駆動され、実装ヘッド４４に保持された吸着ノズル４５の先端部が部品供給装置２０における部品供給位置Ｐｓまで移動される。吸着ノズル４５は、ヘッド保持装置４０の吸着機構が作動されると、部品供給装置２０により供給されている電子部品を先端部に吸着する。

次に、部品移載装置３０の動作により、実装ヘッド４４が回路基板Ｂ上の定められた座標位置まで移動される。このとき、実装ヘッド４４は、部品カメラ５０の上方であって、部品カメラ５０の視野内を経由して移動される。そして、部品カメラ５０は、制御装置７０から送出される制御信号に基づいて撮像を行い、画像データを制御装置７０に送信する。制御装置７０は、取得した画像データに基づいて、吸着ノズル４５に対する電子部品の位置および角度などの吸着状態を認識する。

続いて、基板カメラ６０は、視野Ｆｖ内に回路基板Ｂが収まるように移動され、制御装置７０から送出される制御信号に基づいて回路基板Ｂの撮像を行い、画像データを制御装置７０に送信する。制御装置７０は、取得した画像データを画像処理部７２が画像処理することにより、回路基板Ｂの二隅に設けられた基板マークＦＭ（図５参照）の位置を認識する。そして、制御装置７０は、２つの基板マークＦＭの位置関係に基づいて、回路基板Ｂのクランプ状態を認識する。制御装置７０は、予め記憶されている制御プログラムによる装着動作の制御において、回路基板Ｂのクランプ状態に基づいて補正を行う。

また、部品実装機１は、回路基板Ｂの撮像を行う際に、並行して回路基板Ｂの高さ（基板高さＨｂ）の算出および回路基板Ｂの変形状態の取得を行っている。詳細には、制御装置７０が基板カメラに対して制御信号を送出すると、基板カメラ６０は、視野Ｆｖ内に収まっている回路基板Ｂを対象物として焦点制御部６５が液晶レンズ６２への印加電圧を調整して焦点合わせを行う。このとき、焦点制御部６５は、視野Ｆｖの中央部に位置する部位Ｐ１を基準として焦点合わせを行う。そして、制御装置７０は、焦点制御部６５が焦点を合わせた際の液晶レンズ６２の第一電極６１ａおよび第二電極６１ｂへの印加電圧Ｖａ，Ｖｂを入力する。

距離測定部７４は、入力した部位Ｐ１に対応する印加電圧Ｖａ，Ｖｂと、レンズ特性（図４参照）と、に基づいて対象物である回路基板Ｂ（部位Ｐ１）までの距離を測定する。そして、制御装置７０は、この測定結果と基板カメラ６０が固定されているヘッド保持装置４０の現在の位置情報とに基づいて、部品実装機１における基準面Ｓから回路基板Ｂの表面までの基板高さＨｂを算出する。

さらに、焦点制御部６５は、基準の部位Ｐ１の焦点合わせを行う際に、部位Ｐ１から回路基板Ｂの長手方向に離間して設定された複数の部位Ｐ２，Ｐ３についても焦点合わせを行う。距離測定部７４は、基準の部位Ｐ１と同様に、部位Ｐ２，Ｐ３に対して焦点を合わせた際の液晶レンズ６２への印加電圧Ｖａ，Ｖｂと、レンズ特性とに基づいて複数の部位Ｐ２，Ｐ３までの各距離を測定する。

そして、制御装置７０は、これらの測定結果に基づいて回路基板Ｂの変形状態を取得する。この変形状態は、図５に示すように、回路基板の反りに起因するものであり、少なくとも３点の距離を測定することで、曲線状の変形状態を把握することが可能である。さらに、距離測定の部位を増加することで、変形状態をより詳細に取得することができる。また、回路基板Ｂの変形状態を取得することで、距離の測定を行っていない部位についても基準面Ｓからの基板高さを推定することが可能となる。

制御装置７０は、電子部品の装着動作において、取得した基板高さＨｂおよび回路基板Ｂの変形状態に応じて吸着ノズル４５の下降位置を補正する。これにより、制御装置７０は、電子部品の装着位置における回路基板Ｂの変形量を勘案して、吸着ノズル４５を適正な下降端まで移動させている。このようにして、制御装置７０は、回路基板Ｂのクランプ状態や変形状態に起因して、吸着ノズル４５の移動量の過不足が生じることを防止し、装着動作の制御の精度向上を図っている。

（複数の電子部品を対象物とした距離測定）
部品実装機１における複数の電子部品を対象物とした距離測定について、図面を参照して説明する。距離測定は、上記のように、部品供給装置２０により部品供給位置Ｐｓに供給された複数の電子部品を対象物としている。つまり、部品実装機１は、電子部品を吸着する際に、複数の電子部品から基板カメラ６０までの距離をそれぞれ測定し、当該測定の結果を利用した吸着動作を行っている。

より詳細には、先ず、制御装置７０により各軸モータが駆動され、実装ヘッド４４に保持された吸着ノズル４５の先端部が部品供給装置２０における部品供給位置Ｐｓの上方まで移動される。このとき、基板カメラ６０は、ヘッド保持装置４０とともに移動され、図６に示すように、視野Ｆｖ内に収まる複数の部品供給位置Ｐｓにある電子部品Ｔを撮像可能な状態となる。基板カメラ６０は、制御装置７０から送出される制御信号を入力すると、焦点制御部６５により複数の電子部品Ｔを対象物として焦点合わせをそれぞれ行う。

このとき、基板カメラ６０が視野Ｆｖ内において焦点合わせを行う位置については、例えば以下のような方法で指定される。先ず、基板カメラ６０の現在の位置で撮像された画像データを画像処理して複数の電子部品Ｔの位置を認識する。そして、基板カメラ６０の視野Ｆｖにおいて、複数の電子部品Ｔの位置が含まれる領域について焦点合わせを行う領域として指定する。上記の画像処理および領域の指定については、基板カメラ６０または制御装置７０の何れで行うようにしてもよい。

このように、基板カメラ６０による複数の電子部品Ｔに対して焦点合わせが行われると、制御装置７０は、複数の電子部品Ｔに対して焦点制御部６５が焦点を合わせた際の液晶レンズ６２の第一電極６１ａおよび第二電極６１ｂへの印加電圧Ｖａ，Ｖｂをそれぞれ入力する。そして、距離測定部７４は、印加電圧Ｖａ，Ｖｂとレンズ特性（図４参照）とに基づいて対象物である複数の電子部品Ｔから基板カメラ６０までの各距離を測定する。この距離測定の方法については、上記のように対象物を回路基板Ｂとした場合と同様であるため、詳細な説明を省略する。

制御装置７０は、この測定結果と基板カメラ６０が固定されているヘッド保持装置４０の現在の位置情報とに基づいて、部品実装機１における基準面Ｓから各電子部品Ｔの表面までの部品高さＨｐ１〜Ｈｐ８を算出する。そして、制御装置７０は、取得した部品高さＨｐ１〜Ｈｐ８に基づいて電子部品Ｔの吸着動作を制御する。つまり、制御装置７０は、電子部品Ｔの吸着動作において、対応する部品高さＨｐ１〜Ｈｐ８に応じて吸着ノズル４５の下降位置を補正する。

これにより、部品供給装置２０の部品供給位置Ｐｓにおけるばらつきを勘案して、吸着ノズル４５を適正な下降端まで移動させている。このようにして、制御装置７０は、部品供給装置２０の各フィーダ２１の設置状態や電子部品Ｔの寸法や包装状態に起因して、吸着ノズル４５の移動量の過不足が生じることを防止し、吸着動作の制御の精度向上を図っている。

（本実施形態の構成による効果）
上述した部品実装機１によると、生産用の材料である回路基板Ｂに付された基板マークＦＭを読み取るために回路基板Ｂを撮像する基板カメラ６０を用いて、対象物（回路基板Ｂ、電子部品Ｔ）から基板カメラ６０までの距離を測定するものとした。これにより、既存の基板カメラ６０を流用することができるので、センサなどの機器を増設することなく、装着動作や吸着動作の制御に利用可能な対象物までの距離の測定が可能となる。よって、部品実装機１は、測定結果を利用して機械動作の制御を行うことで、当該制御の精度向上を図ることができる。

また、焦点制御部６５が回路基板Ｂにおける複数の部位Ｐ１〜Ｐ３に対する焦点合わせを行い、距離測定部７４が回路基板Ｂに設定された複数の部位Ｐ１〜Ｐ３までの各距離を測定するものとした。これにより、当該測定の結果に基づいて回路基板Ｂの変形形状を把握することができる。また、本実施形態のように、同一の視野Ｆｖにおいて、液晶レンズ６２への印加電圧を変動させることで、一連の測定動作によって複数箇所の基板高さＨｂ１〜Ｈｂ３を把握できる。よって、測定箇所が複数ある場合でも、効率的に距離測定を行うことができる。

さらに、制御装置７０は、基板カメラ６０を用いて測定した複数の部位Ｐ１〜Ｐ３の距離に基づいて、回路基板Ｂの変形状態を取得するものとした。これにより、制御装置７０は、装着動作における吸着ノズル４５の昇降を高精度に制御することができる。よって、個々に異なる回路基板Ｂの反りに対応し、電子部品の持ち帰りや過剰な押し付けなどに起因する装着不良の発生を防止することができる。従って、回路基板製品の品質向上を図ることができるとともに、吸着ノズル４５の破損などを防止できる。

ここで、部品供給装置２０の部品供給位置Ｐｓにある各電子部品Ｔは、各フィーダ２１の設置状態、電子部品Ｔの寸法や包装状態によって、部品高さがそれぞれ異なることがある。そうすると、電子部品Ｔの吸着動作に影響することがある。これに対して、本実施形態では、複数の電子部品Ｔまでの各距離を測定し、当該測定の結果に基づいて各電子部品Ｔの部品高さＨｐ１〜Ｈｐ８を算出するものとした。そして、部品高さＨｐ１〜Ｈｐ８に応じて吸着ノズル４５の下降端を制御できるので、吸着動作の制御の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、可変焦点レンズに液晶レンズ６２を採用した。可変焦点レンズとしては、液体レンズと液晶レンズが考えられる。ここで、液晶レンズは、液体レンズと比較すると、温度誤差などが生じにくく、耐久性の観点からも有利である。また、焦点変化速度が速いので、焦点合わせに要する時間を短くすることができる。また、印加電圧の昇圧および降圧に伴う焦点距離のヒステリシス特性がない、または微小であることから、測定精度を向上させることができる。このようなことから、本実施形態のようにマップを用いた距離測定においては、液晶レンズを採用することは特に有用である。

＜実施形態の変形態様＞
本実施形態において、対象物までの距離の測定に用いられる焦点制御部６５、記憶部７３、および距離測定部７４は、基板カメラ６０または制御装置７０に設けられるものとした。これに対して、例えば基板カメラ６０が記憶部および距離測定部を有する構成としてもよい。これにより、基板カメラ６０が距離測定装置として動作するので、制御装置７０の処理負荷および制御装置７０との通信量を低減することができる。

また、記憶部７３に予め記憶されているレンズ特性として、対象物−基板カメラ６０間の距離を示すマップを例示した。これに対して、レンズ特性としては、マップの他に、印加電圧と対象物からカメラまでの距離との関係を示す数式としてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。

本実施形態では、生産設備として、回路基板Ｂに電子部品Ｔを実装する部品実装機１を例示した。これに対して、生産設備は、生産用の材料を撮像して機械動作を制御するものであればよく、本実施形態と同様の回路基板製品の生産ラインにおけるスクリーン印刷機や、部品を被組立体に組み付ける組立機などとしてもよい。この場合に、回路基板やクリームはんだ、スクリーンマスク、組立部品、被組立体等が生産用の材料に相当し、これらを撮像するカメラが可変焦点レンズおよび撮像素子を有することで、距離測定装置を構成することが可能である。このような構成により、例えば、印刷動作や組立動作に対象物までの距離を反映した制御が可能となり、精度向上を図ることができる。

また、可変焦点レンズは、第一電極６１ａおよび第二電極６１ｂを有する液晶レンズ６２を例示した。液晶レンズは、用途などに応じて電極の数量を含めて種々の特性を有するものがある。このような場合でも、予めレンズ特性を取得しておくことで、本実施形態のように対象物までの距離の測定に用いることができる。なお、可変焦点レンズとしては、液体レンズを採用してもよい。

１：部品実装機（生産設備）
１０：基板搬送装置、 ２０：部品供給装置、 ３０：部品移載装置
５０：部品カメラ、 ６０：基板カメラ
６２：液晶レンズ、 ６２ａ：第一電極、 ６２ｂ：第二電極
６３：撮像素子、 ６５：焦点制御部
７０：制御装置
７３：記憶部、 ７４：距離測定部
Ｂ：回路基板、 Ｐｓ：部品供給位置、 Ｔ：電子部品
Ｈｂ１〜Ｈｂ３：基板高さ、 Ｈｐ１〜Ｈｐ８：部品高さ

Claims (4)

1. 水平方向に移動可能に設けられた移動台と、
   前記移動台に取り付けられ、電子部品を吸着する吸着ノズルを昇降可能に保持し、基板への前記電子部品の実装に用いられる実装ヘッドと、
   前記基板を上方から撮像可能に前記移動台に設けられ、前記移動台の移動によって前記実装ヘッドと一体的に移動されるカメラと、
   前記カメラの撮像による画像に含まれる情報と、予め記憶されている制御プログラムとに基づいて前記基板に前記電子部品を装着する装着動作を制御する制御装置と、を備える生産設備であって、
   前記カメラは、
   印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、
   前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
   前記生産設備は、
   前記カメラの視野に部品供給装置により複数の部品供給位置において供給される複数の前記電子部品が収まる位置に前記移動台を停止させた状態において、前記撮像素子の前記電気信号を変換して取得された画像に対する画像処理の結果に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、複数の前記電子部品に対する前記可変焦点レンズの焦点合わせをそれぞれ行う焦点制御部と、
   前記可変焦点レンズへの印加電圧と対象物から前記カメラまでの距離との関係を示すレンズ特性を予め記憶する記憶部と、
   前記焦点制御部が複数の前記電子部品に対して焦点を合わせた際の前記可変焦点レンズへの印加電圧と前記レンズ特性とに基づいて複数の前記電子部品までの各距離を部品高さとして測定する距離測定部と、を備え、
   前記制御装置は、前記距離測定部の測定により取得した前記部品高さに基づいて前記電子部品の吸着動作を制御する生産設備。
2. 水平方向に移動可能に設けられた移動台と、
   前記移動台に取り付けられ、電子部品を吸着する吸着ノズルを昇降可能に保持し、基板への前記電子部品の実装に用いられる実装ヘッドと、
   前記基板を上方から撮像可能に前記移動台に設けられ、前記移動台の移動によって前記実装ヘッドと一体的に移動されるカメラと、
   前記カメラの撮像による画像に含まれる情報と、予め記憶されている制御プログラムとに基づいて前記電子部品を吸着した前記吸着ノズルを所定の下降位置まで下降させて前記基板に前記電子部品を装着する装着動作を制御する制御装置と、を備える生産設備であって、
   前記カメラは、
   印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、
   前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、を有し、
   前記生産設備は、
   前記カメラの視野に前記基板の複数の部位が収まる位置に前記移動台を停止させた状態において、前記撮像素子の前記電気信号を変換して取得された画像に対する画像処理の結果に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記基板上の前記複数の部位に対する前記可変焦点レンズの焦点合わせをそれぞれ行う焦点制御部と、
   前記可変焦点レンズへの印加電圧と対象物から前記カメラまでの距離との関係を示すレンズ特性を予め記憶する記憶部と、
   前記焦点制御部が前記基板上の前記複数の部位に対して焦点を合わせた際の前記可変焦点レンズへの印加電圧と前記レンズ特性とに基づいて前記基板上の前記複数の部位までの各距離を測定する距離測定部と、を備え、
   前記制御装置は、前記装着動作において、前記距離測定部により測定された前記基板上の前記複数の部位までの各距離に基づいて前記基板の変形状態を取得し、前記基板の変形状態に応じて前記吸着ノズルの前記下降位置を補正する生産設備。
3. 前記焦点制御部は、前記カメラの視野に部品供給装置により供給される複数の前記電子部品が収まる位置に前記移動台を停止させた状態において、複数の前記電子部品に対する焦点合わせをそれぞれ行い、
   前記距離測定部は、複数の前記電子部品に対して焦点を合わせた際の前記可変焦点レンズへの印加電圧と前記レンズ特性とに基づいて複数の前記電子部品までの各距離を部品高さとして測定し、
   前記制御装置は、前記距離測定部の測定により取得した前記部品高さに基づいて前記電子部品の吸着動作を制御する、請求項２の生産設備。
4. 前記可変焦点レンズは、２つの電極間に液晶層を配置された液晶レンズであり、
   前記焦点制御部は、前記２つの電極への印加電圧の差分を調整することにより前記対象物に対する前記液晶レンズの焦点合わせを行う、請求項１〜３の何れか一項の生産設備。

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