JP6333250B2 - 部品保持状態検出方法および部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、保持部材に保持された部品の保持状態を検出する部品保持状態検出方法および部品を基板に実装する部品実装装置に関する。

従来、この種の部品実装装置としては、吸着ノズルに吸着された電子部品（部品）をカメラで撮像し、撮像により得られた画像に基づいて部品の吸着位置を認識するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この部品実装装置では、部品の吸着位置の認識に先立って、複数のドットが付されたガラス治具を吸着ノズルに吸着し、吸着ノズルに吸着されたガラス治具をカメラで撮像し、撮像により得られた画像のドット位置を求め、求めたドット位置の情報に基づいてマシーン座標とカメラ座標間の変換式を求める。そして、部品の吸着位置が認識されると、認識された部品の吸着位置を、求めた変換式を用いてカメラ座標からマシーン座標に変換することにより、位置ずれを補正している。

また、吸着ノズルが装着されるヘッドに基準マークを設け、吸着ノズルに吸着された部品を基準マークと同時に撮像することにより、基準マークを基準とした部品の吸着位置を認識するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−１２８８９号公報 特開２００５−１１９５０号公報

ヘッドに取り付けられた吸着ノズルに吸着された部品とヘッドに設けられた基準マークとを同時に撮像する場合、基準マークが吸着ノズルに吸着された部品とは異なる高さに設けられると、吸着ノズルに吸着された部品にピントが合うように設置されたレンズ（第１のレンズ）では基準マークにピントを合わせることができない。この場合、基準マークにピントを合わせるために第１のレンズの視野内に第１のレンズよりも小径のレンズ（第２のレンズ）を設置し、吸着ノズルに吸着された部品を第１のレンズを通して撮像すると共に基準マークを第１のレンズおよび第２のレンズを通して撮像するものを考えることができる。しかしながら、複数のレンズを組み合わせると、レンズ毎に異なる歪み特性により合成歪みが生じ、第１のレンズおよび第２のレンズを通して撮像される基準マークの撮像画像が複雑に歪められてしまう。このため、従来の手法では、部品と基準マークとが同時に撮像された画像から部品と基準マークの双方の位置を正確に認識することができない場合が生じる。

本発明の部品保持状態検出方法および部品実装装置は、ヘッドに取り付けられた保持部材に保持された部品とヘッドに設けられた基準マークとを同時に撮像するものにおいて、撮像された画像の歪みの補正精度をより向上させて部品と基準マークの双方の位置をより正確に認識できるようにすることを主目的とする。

本発明の部品保持状態検出方法および部品実装装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の部品保持状態検出方法は、
第１のレンズを通して被写体を撮像素子に結像する第１の撮像領域と前記第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体を前記撮像素子に結像する第２の撮像領域とを有するよう撮像手段を構成し、ヘッドに取り付けられた保持部材により部品を保持し、前記保持部材に保持された部品を前記第１の撮像領域で撮像すると共に前記ヘッドに設けられた基準マークを前記第２の撮像領域で撮像することにより前記部品と前記基準マークとを同時に撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記保持部材に保持された部品の保持状態を検出する部品保持状態検出方法であって、
前記保持状態の判定に先立って、前記第１の撮像領域で歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第１の撮像領域の歪み成分を測定して記憶すると共に、前記第２の撮像領域で歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第２の撮像領域の歪み成分を測定して記憶しておき、
前記保持部材に前記部品が保持されると、前記撮像手段により前記部品と前記基準マークとを同時に撮像し、前記第１の撮像領域で前記部品を撮像して得られた画像を、前記記憶された第１の撮像領域の歪み成分に基づいて補正すると共に、前記第２の撮像領域で前記基準マークを撮像して得られた画像を、前記記憶された第２の撮像領域の歪み成分に基づいて補正し、
該補正された画像に基づいて前記保持部材に保持された部品の保持状態を検出する
ことを要旨とする。

この本発明の部品保持状態検出方法では、保持状態の判定に先立って、第１のレンズを通して被写体が撮像される第１の撮像領域で歪み測定用被写体を撮像し、撮像により得られた画像に基づいて第１の撮像領域の歪み成分を測定して記憶しておく。また、第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体が撮像される第２の撮像領域で歪み測定用被写体を撮像し、撮像により得られた画像に基づいて第２の撮像領域の歪み成分を測定して記憶しておく。そして、保持部材に部品が保持されると、撮像手段により部品と基準マークとを同時に撮像し、第１の撮像領域で部品を撮像して得られた画像を、記憶された第１の撮像領域の歪み成分に基づいて補正する。また、第２の撮像領域で基準マークを撮像して得られた画像を、記憶された第２の撮像領域の歪み成分に基づいて補正する。このように、第１のレンズを通して被写体が撮像される第１の撮像領域と第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体が撮像される第２の撮像領域のそれぞれで撮像された歪み測定用被写体の画像を用いて歪み成分を予め測定しておくことにより、第１撮像領域で撮像された画像と第２の撮像領域で撮像された画像とを対応する歪み成分を用いて適切に補正することができる。この結果、歪みを効果的に抑制した補正画像を得ることができ、補正した撮像画像に基づいて保持部材に保持された部品の保持状態を検出することで、部品の保持状態をより正確に判定することができる。なお、第１の撮像領域での歪み測定用被写体の撮像と第２の撮像領域での歪み測定用被写体の撮像は同時であってもよいし、別々であってもよい。

こうした本発明の部品保持状態検出方法において、前記保持状態の判定に先立って、前記歪み測定用被写体として第１の歪み測定用被写体を設置し、前記第１の撮像領域で前記第１の歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第１の撮像領域の歪み成分を測定して記憶すると共に、前記歪み測定用被写体として前記第１の歪み測定用被写体とは異なる第２の歪み測定用被写体を設置し、前記第２の撮像領域で前記第２の歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第２の撮像領域の歪み成分を測定して記憶しておくものとすることもできる。こうすれば、レンズに合わせて適切な歪み測定用被写体を用いることができるから、歪み成分をより正確に測定することができる。

この態様の本発明の部品保持状態検出方法において、前記第１の歪み測定用被写体を、複数の図柄が格子状に配列されたパターンにより構成し、前記第２の歪み測定用被写体を、前記第１の歪み測定用被写体とは異なるピッチで複数の図柄が格子状に配列されたパターンにより構成するものとすることもできる。

本発明の部品実装装置は、
部品を基板に実装する部品実装装置であって、
前記部品を保持する保持部材が取り付けられると共に基準マークが設けられたヘッドと、
前記ヘッドを移動させる移動手段と、
第１のレンズを通して被写体を撮像素子に結像する第１の撮像領域と、前記第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体を前記撮像素子に結像する第２の撮像領域とを有し、前記第１の撮像領域で前記保持部材に保持された部品を撮像すると共に前記第２の撮像領域で前記基準マークを撮像することにより、前記部品と前記基準マークとを同時に撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により前記部品と前記基準マークとが同時に撮像されると、前記第１の撮像領域での撮像により得られた画像を該第１の撮像領域に対して予め測定された第１の歪み成分に基づいて補正すると共に、前記第２の撮像領域での撮像により得られた画像を該第２の撮像領域に対して予め測定された第２の歪み成分に基づいて補正し、前記補正された画像に基づいて前記保持部材に保持された部品の保持状態を検出する保持状態検出手段と、
前記判定された部品の保持状態に基づいて該部品が前記基板に実装されるよう前記移動手段と前記保持部材とを制御する実装制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の部品実装装置では、第１のレンズを通して被写体を撮像素子に結像する第１の撮像領域と、第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体を撮像素子に結像する第２の撮像領域とを有するよう撮像手段を構成し、保持部材に部品が保持されると、第１の撮像領域で保持部材に保持された部品を撮像すると共にこれと同時に第２の撮像領域で基準マークを撮像する。そして、第１の撮像領域で部品を撮像して得られた画像を、第１の撮像領域に対して予め測定された第１の歪み成分に基づいて補正し、第２の撮像領域で基準マークを撮像して得られた画像を、第２の撮像領域に対して予め測定された第２の歪み成分に基づいて補正する。このように、第１のレンズを通して被写体が撮像される第１の撮像領域で撮像された画像と、第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体が撮像される第２の撮像領域で撮像された画像とをそれぞれ異なる歪み成分を用いて補正するから、歪みを効果的に抑制した補正画像を得ることができる。この結果、補正画像に基づいて部品の保持状態を検出すると共にその判定結果に基づいて部品が基板に実装されるよう制御することで、部品をより正確に基板上に実装することができる。

本発明の一実施例としての部品実装装置１０の構成の概略を示す構成図である。 制御装置９０の電気的な接続関係を示すブロック図である。 ヘッド６０およびパーツカメラ７０を側方から見た模式図である。 パーツカメラ７０を上方から見た平面図である。 制御装置９０のＣＰＵ９１により実行される部品実装処理の一例を示すフローチャートである。 キャリブレーションプレートＣＰ１を設置した状態でキャリブレーションプレートＣＰ１を通してメインレンズ７４を見たときの正面図である。 キャリブレーションプレートＣＰ１をパーツカメラ７０で撮像した撮像画像を示す説明図である。 キャリブレーションプレートＣＰ２を設置した状態でキャリブレーションプレートＣＰ２を通してサブレンズ７６ａを見たときの正面図である。 キャリブレーションプレートＣＰ２をパーツカメラ７０で撮像した撮像画像を示す説明図である。 歪み補正テーブルの一例を示す説明図である。 歪み補正テーブルの領域毎の歪み補正値の一例を示す説明図である。 歪み補正の様子を示す説明図である。 バイリニア補間法の説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である部品実装装置１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は制御装置９０の電気的な接続関係を示すブロック図である。

部品実装装置１０は、図１に示すように、電子部品（以下、単に「部品」という）を供給する部品供給装置２０と、回路基板（以下、単に「基板」という）１６を搬送する基板搬送装置３０と、搬送された基板１６をバックアップするバックアップ装置４０と、部品供給装置２０により供給された部品をバックアップ装置４０によりバックアップされた基板１６に装着する部品装着装置５０と、実装装置全体を制御する制御装置９０（図２参照）とを備え、基板搬送装置３０とバックアップ装置４０と部品装着装置５０が筐体１２内に収容されている。なお、図１には、１台の部品実装機１０のみを図示したが、部品実装ラインにおいては複数台の部品実装機が並設され、各部品実装機の制御装置にはこれらを管理するための管理コンピュータ１００（図２参照）が接続されている。

部品供給装置２０は、図１に示すように、筐体１２の前側に着脱可能に取り付けられたテープフィーダ２２を備える。テープフィーダ２２は、テープが巻回されたリール２２ａを備えており、テープ表面には部品が所定間隔で貼り付けられている。これらの部品は、テープの表面を覆うフィルムによって保護されており、リール２２ａからテープが引き出されると、フィーダ部２２ｂにおいてフィルムが剥がされて露出した状態で供給される。

基板搬送装置３０は、図１に示すように、筐体１２の下段部に設置された基台１４上にＹ軸方向（図１の前後方向）に所定間隔隔てて設けられた一対の支持板３２ａ，３２ｂと、支持板３２ａ，３２ｂの互いに対向する面に設けられた一対のコンベアベルト３４ａ，３４ｂとを備える。一対の支持板３２ａ，３２ｂは、長手方向がＸ軸方向（図１の左右方向）となる長方形状の部材として構成されており、長手方向の両端には駆動輪および従動輪が設けられている。コンベアベルト３４ａ，３４ｂは、支持板３２ａ，３２ｂに設けられた駆動輪および従動輪に架け渡されており、図示しない駆動モータにより駆動輪が駆動されることにより、基板１６を図１の左から右へと搬送する。

バックアップ装置４０は、図１に示すように、図示しない昇降装置により昇降可能に配設されたバックアッププレート４２と、バックアッププレート４２の上面に装着されたベースプレート４４とを備える。ベースプレート４４には、基板１６を裏側からバックアップするための複数のバックアップピン４６が立設されている。

部品装着装置５０は、図１に示すように、Ｘ軸モータ５１（図２参照）の駆動によりＸ軸方向（図１の左右方向）に移動されるＸ軸スライダ５２と、Ｙ軸モータ５３（図２参照）の駆動によりＹ軸方向（図１の前後方向）に移動されるＹ軸スライダ５４と、Ｘ軸スライダ５２に取り付けられたヘッド６０と、Ｚ軸方向の移動とＺ軸周りの回転とが可能にヘッド６０に装着され部品を吸着可能な吸着ノズル６２と、基台１４に設けられ吸着ノズル６２に吸着された部品を撮像するためのパーツカメラ７０と、Ｘ軸スライダ５２に取り付けられ基板１６上に設けられた基板位置決め基準マークを撮像するためのマークカメラ８０と、ヘッド６０に装着可能な複数種類の吸着ノズルをストックするノズルストッカ８４とを備える。

Ｘ軸スライダ５２は、Ｙ軸スライダ５４の前面にＸ軸方向に沿って設けられたガイドレール５５に取り付けられており、ガイドレール５５に案内されつつＸ軸方向にスライド可能となっている。Ｙ軸スライダ５４は、筐体１２の上部にＹ軸方向に沿って設けられたガイドレール５６に取り付けられており、ガイドレール５６に案内されつつＹ軸方向にスライド可能となっている。

ヘッド６０には、図３に示すように、図示しない内部通路を有する円筒部材として構成され吸着ノズル６２を保持するノズルホルダ６４と、例えばねじ軸とノズルホルダ６４に取り付けられたボールねじナットとを有する直線送りねじ機構として構成されＺ軸モータ６６ａによりねじ軸を回転駆動することによりノズルホルダ６４をＺ軸方向に移動させるＺ軸アクチュエータ６６と、例えばノズルホルダ６４に連結されたシャフトにスプライン嵌合されたボールスプラインナットを有しθ軸モータ６８ａによりボールスプラインナットを回転駆動することによりノズルホルダ６４をＺ軸周りに回転させるθ軸アクチュエータ６８とを備える。また、ヘッド６０は、Ｘ軸スライダ５２に対して着脱可能に構成されており、使用する吸着ノズル６２の数や種類に適したものに交換できるようになっている。

吸着ノズル６２は、ノズルホルダ６４に対して着脱可能に構成されており、吸着する部品の形状や大きさに適したものに交換できるようになっている。吸着ノズル６２の内部通路（図示せず）は、ノズルホルダ６４の内部通路（図示せず）と連通しており、ノズルホルダ６４の内部通路は、電磁弁８６を介して真空ポンプ８８およびエア配管８９のいずれか一方に選択的に連通するようになっている。したがって、ノズルホルダ６４の内部通路と真空ポンプ８８とが連通するよう電磁弁８６を駆動すると、吸着ノズル６２に負圧が作用して、部品を吸着することができ、ノズルホルダ６４の内部通路とエア配管８９とが連通するよう電磁弁８６を駆動すると、吸着ノズル６２に正圧が作用して、部品の吸着を解除することができる。

図３は、ヘッド６０およびパーツカメラ７０を側方から見た模式図であり、図４は、パーツカメラ７０を上方から見た平面図である。図示するように、ノズルホルダ６４の下端には、複数個の吸着ノズル６２が周方向に等間隔で装着されている。なお、実施例では、ノズルホルダ６４に装着される吸着ノズル６２の数は、複数個としたが、１個であってもよい。また、吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐは、パーツカメラ７０の上方では、パーツカメラ７０の高さ基準面Ｈ０に対して所定の高さＨ１に維持される。

また、ヘッド６０には、図３に示すように、パーツカメラ７０により吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐを撮像する際の基準位置となる位置基準部６９が設けられている。位置基準部６９の下面には、実施例では、４個の円形の基準マーク６９ａが同一ピッチで正方形配置されている。勿論、基準マーク６９ａの形状や個数、配置レイアウトは、実施例に限定されるものではなく、自由に決定することができる。基準マーク６９ａは、高さ基準面Ｈ０に対して所定の高さＨ１よりも高い高さＨ２に配置されている。これにより、ヘッド６０が基板１６上を移動する際に、位置基準部６９が実装済みの部品と干渉することがない。なお、基準マーク６９ａは装着されるヘッド６０の種類に応じて異なる位置および高さに配置される。

パーツカメラ７０は、基板搬送装置３０の前方側の基台１４上に配置されている。このパーツカメラ７０の撮像範囲は、パーツカメラ７０の上方である。パーツカメラ７０は、部品を吸着した吸着ノズル６２がパーツカメラ７０の上方を通過する際、吸着された部品の状態を撮像し、その画像を制御装置９０へ出力する。制御装置９０は、パーツカメラ７０によって撮像された画像を予め記憶された正常な吸着状態の画像と比較することにより、部品が正常に吸着されているか否かを判定する。

また、パーツカメラ７０は、図４に示すように、複数の受光素子が二次元配列された正方形または矩形の撮像領域７１をもつ撮像素子７２と、撮像素子７２の撮像領域７１の全範囲をカバーするよう配置されたメインレンズ７４と、撮像素子７２の撮像領域７１の一部をカバーするようメインレンズ７４の上方に所定間隔隔てて配置されたサブレンズ７６ａ〜７６ｄとを備える。なお、撮像素子７２は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）などが用いることができ、本実施例では、５１２０×５１２０の画素から構成されている。勿論、撮像素子７２の画素数は幾つであっても構わない。

メインレンズ７４は、周知の集光用レンズで構成されており、ピント高さが吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐの高さＨ１に対して概ね合うように設定されている。なお、メインレンズ７４は、凸レンズおよび凹レンズを複数組み合わせて構成したり、片面または両面が球面でない非球面レンズを用いる等、撮像用レンズとして用いることができるものであれば如何なるタイプのレンズであってもよい。

サブレンズ７６ａ〜７６ｄは、メインレンズ７４の視野内の４隅にそれぞれ配置されている。メインレンズ７４の上方の４隅には外側から内側へ向けて４つの台座７８ａ〜７８ｄが配置されており、４個のサブレンズ７６ａ〜７６ｄは４個の台座７８ａ〜７８ｄに取り付けられている。また、サブレンズ７６ａ〜７６ｄは、吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐがメインレンズ７４の中央の真上にある場合に、基準マーク６９ａが４個のサブレンズ７６ａ〜７６ｄのいずれかの真上に位置するように配置されている。これにより、パーツカメラ７０は、撮像素子７２の撮像領域７１の中央を部品Ｐの撮像に使用し、撮像領域７１の４隅を基準マーク６９ａの撮像に使用することができるから、撮像領域７１の全体を有効利用することができる。また、サブレンズ７６ａは、メインレンズ７４およびサブレンズ７６ａを通して被写体を撮像素子７２に結像させたときのピント高さが基準マーク６９ａの高さＨ２に概ね合うように設定されている。なお、その他のサブレンズ７６ｂ〜７６ｄは、上述のピント高さがレンズ毎に異なるように設定するものとしてもよいし、ピント高さが一部のレンズまたは全部のレンズで一致するように設定するものとしてもよい。ピント高さが異なる複数のサブレンズを配置する場合、ヘッド６０毎に基準マーク６９ａの配置位置および配置高さの組み合わせが異なるパターンにも、サブレンズを交換することなく、対応することができる。また、撮像領域７１の全範囲をカバーするメインレンズ７４と撮像領域７１の一部をカバーするサブレンズ７６ａ〜７６ｄとを備えることにより、ピント高さの異なる部品Ｐおよび基準マーク６９ａの双方にピントを合わせた状態で同時に撮像することができる。このため、露光時間（シャッタースピード）を短くすることが可能となり、ヘッド６０を移動させながらの撮像（いわゆるオンザフライ方式による撮像）が可能となる。この結果、実装タクトタイムを短縮することができる。

ここで、メインレンズ７４およびサブレンズ７６ａ〜７６ｄは、レンズ固有の歪曲（糸巻型歪曲や樽型歪曲）が存在する。サブレンズ７６ａ〜７６ｄはメインレンズ７４の上方の４隅に配置されるため、撮像素子７２に結像される像の４隅は、メインレンズ７４とサブレンズ７６ａ〜７６ｄとの組み合わせによって、メインレンズ７４単体での歪みとは異なる合成歪みが発生する。また、サブレンズ７６ａ〜７６ｄの組み付け誤差が生じると、上述の合成歪みがさらに変化する。このため、撮像素子７２の撮像領域７１のうち４隅以外の領域（この領域をメインレンズ部とも呼ぶ）と４隅の領域（この領域をサブレンズ部とも呼ぶ）とで大きく異なる歪み特性によって像が幾何学的に歪められてしまう。そこで、本実施例では、予め、撮像領域７１のメインレンズ部とサブレンズ部とで異なるキャリブレーションプレートを設置してこれらをパーツカメラ７０でそれぞれ撮像し、撮像して得られた各画像から各領域毎にレンズの歪み補正値を測定し、これらを歪み補正テーブルとして格納するものとしている。これにより、吸着ノズル６２で吸着された部品Ｐと基準マーク６９ａとを同時に撮像して得られた画像に対して、歪み補正値（歪み補正テーブル）を用いて補正することにより、レンズ歪みに起因する画像内の部品Ｐの位置とその実位置とのずれや基準マーク６９ａの位置とその実位置とのずれを修正することができる。

マークカメラ８０は、Ｘ軸スライダ５２の下端後方に固定されている。このマークカメラ８０の撮像範囲は、マークカメラ８０の下方である。マークカメラ８０は、基板１６上に設けられた基板位置決め基準マークを撮像し、その画像を制御装置９０へ出力する。制御装置９０は、マークカメラ８０によって撮像された画像に基づいてマークの中心位置を認識することにより、基板１６の位置を認識する。

制御装置９０は、図２に示すように、ＣＰＵ９１を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭ９２、各種データを記憶するＨＤＤ９３、作業領域として用いられるＲＡＭ９４、外部装置と電気信号のやり取りを行うための入出力インタフェース９５などを備えており、これらはバス９６を介して接続されている。この制御装置９０には、パーツカメラ７０やマークカメラ８０からの画像信号、吸着ノズル６２の内部圧力を検出する圧力センサ８２からの検知信号などを入出力インタフェース９５を介して入力しており、制御装置９０からは、基板搬送装置３０やバックアップ装置４０、Ｘ軸スライダ５２のＸ軸モータ５１、Ｙ軸スライダ５４のＹ軸モータ５３、Ｚ軸アクチュエータ６６のＺ軸モータ６６ａ、θ軸アクチュエータ６７のθ軸モータ６７ａ、電磁弁８６などへの駆動信号を入出力インタフェース９５を介して出力している。また、制御装置９０は、部品供給装置２０と双方向通信可能に接続されている。なお、Ｘ軸スライダ５２およびＹ軸スライダ５４には図示しない位置センサが装備されており、制御装置９０はそれらの位置センサからの位置情報を入力しつつ、Ｘ軸モータ５１およびＹ軸モータ５３を駆動制御する。

管理コンピュータ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭ１０２、基板１６の生産計画などを記憶するＨＤＤ１０３、作業領域として用いられるＲＡＭ１０４、外部装置と電気信号のやり取りを行うための入出力インタフェース１０５などを備えており、これらはバス１０６を介して接続されている。また、管理コンピュータ１００は、入出力インタフェース１０５を介して、マウスやキーボードに代表される入力デバイス１１２から信号を入力可能であり、ディスプレイ１１４に種々の画像を出力可能なように接続されている。ここで、基板１６の生産計画とは、部品実装機１０において基板１６にどの部品を実装するか、また、部品を実装した基板１６（組立品）を何枚作製するか等を定めた計画をいう。管理コンピュータ１００は、作業者から入力デバイス１１２を介して生産計画を受け付け、受け付けた生産計画に従って組立品が作製されるよう各種指令を部品装着機１０に送信する。

次に、こうして構成された実施例の部品実装装置１０の動作について説明する。図５は、制御装置９０のＣＰＵ９１により実行される部品実装処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、管理コンピュータ１００から指令を受信したときに実行される。

部品実装処理が実行されると、制御装置９０のＣＰＵ９１は、まず、部品供給装置２０（テープフィーダ２２）により供給される部品の真上に吸着ノズル６２が移動するようＸ軸スライダ５２（Ｘ軸モータ５１）およびＹ軸スライダ５４（Ｙ軸モータ５３）を駆動制御し（ステップＳ１００）、吸着ノズル６２が部品に当接するまで下降するようＺ軸アクチュエータ６６（Ｚ軸モータ６６ａ）を駆動制御すると共に吸着ノズル６２に負圧が作用するよう電磁弁８６を駆動制御することにより、吸着ノズル６２に部品を吸着させる（ステップＳ１１０）。続いて、部品を吸着した吸着ノズル６２が上昇するようＺ軸アクチュエータ６６を制御し、吸着ノズル６２がパーツカメラ７０の上方を通過しながら基板１６上方へ向かうようＸ軸スライダ５２およびＹ軸スライダ５４を制御し、吸着ノズル６２がパーツカメラ７０の上方に位置するときに、パーツカメラ７０で撮像することにより撮像画像を取得する（ステップＳ１２０）。

撮像画像を取得すると、取得した撮像画像を歪み補正テーブルを用いて補正する（ステップＳ１３０）。ここで、歪み補正テーブルは、予めテーブル作成工程によって作成されて、ＲＯＭ９２に記憶されたものが用いられる。以下、テーブル作成工程の詳細について説明する。

テーブル作成工程では、まず、撮像素子７２の撮像領域７１の４隅を除く領域（メインレンズ部）内におけるメインレンズ７４の歪み補正値を測定する。図６は、キャリブレーションプレートＣＰ１を設置した状態でキャリブレーションプレートＣＰ１を通してメインレンズ７４を見たときの正面図である。メインレンズ部の歪み補正値の測定は、円形のドットが所定ピッチで格子状に配列されたキャリブレーションプレートＣＰ１を、メインレンズ７４のピントが合う高さ（吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐをパーツカメラ７０で撮像するときの高さＨ１と略同じ高さ）となるように設置する。なお、キャリブレーションプレートＣＰ１は、ドットを格子状に配列するものに限定されるものではなく、例えば正方形または矩形のパターンを市松模様状に配列するなど、複数の図柄パターンを整列させたものであれば、如何なるパターンを用いるものとしてもよい。また、キャリブレーションプレートＣＰ１は、吸着ノズル６２に吸着させることで設置されるものとしてもよいし、別途専用の治具を用いて設置されるものとしてもよい。次に、設置したキャリブレーションプレートＣＰ１をパーツカメラ７０で撮像する。図７に、キャリブレーションプレートＣＰ１をパーツカメラ７０で撮像して得られる撮像画像の一例を示す。そして、撮像画像を解析して撮像画像内の各ドットの中心位置を求め、ドット毎にドットの中心位置と予め記憶された正しいドットの中心位置とのずれ量を歪み補正値として計算する。なお、歪み補正値は撮像画像内のドットの中心位置に対して測定されることとなるが、ドットの中心位置から外れる位置の歪み補正値については、その周辺のドットの中心位置に対して測定される歪み補正値から周知の内挿補間法によって求めることができる。

次に、撮像領域７１の４隅の領域（サブレンズ部）内におけるメインレンズ７４およびサブレンズ７６ａ〜７６ｄの歪み補正値を測定する。図８は、キャリブレーションプレートＣＰ２を設置した状態でキャリブレーションプレートＣＰ２を通してサブレンズ７６ａを見たときの正面図である。サブレンズ部の歪み補正値の測定は、円形のドットが所定ピッチで格子状に配列されたキャリブレーションプレートＣＰ２を、メインレンズ７４およびサブレンズ７６ａのピントが合う高さ（基準マーク６９ａの高さＨ２と略同じ高さ）となるように設置する。ここで、サブレンズ７６ａ〜７６ｄはメインレンズ７４に比してレンズ視野が極端に狭くなるため、キャリブレーションプレートＣＰ２は、キャリブレーションプレートＣＰ１よりも狭いピッチでドットが配列されたものを用いる。なお、キャリブレーションプレートＣＰ２として、複数の図柄パターンを整列させたものであれば、如何なるパターンを用いるものとしてもよいことはキャリブレーションプレートＣＰ１と同様である。また、キャリブレーションプレートＣＰ２は、位置基準部６９に直接設置されるものとしてもよいし、別途専用の治具を用いて設置されるものとしてもよい。次に、設置したキャリブレーションプレートＣＰ２をパーツカメラ７０で撮像する。図９に、キャリブレーションプレートＣＰ２をパーツカメラ７０で撮像して得られる撮像画像の一例を示す。そして、撮像画像を解析して撮像画像内の各ドットの中心位置を求め、ドット毎にドットの中心位置と予め記憶された正しいドットの中心位置とのずれ量を歪み補正値として計算する。なお、サブレンズ部の歪み補正値はメインレンズ部の歪み補正値と同様に撮像画像内のドットの中心位置に対して測定されることとなるが、ドットの中心位置から外れる位置の歪み補正値については、その周辺のドットの中心位置に対して測定される歪み補正値から周知の内挿補間法によって求めることができる。サブレンズ７６ａの歪み補正値を測定すると、こうした工程を、残りのサブレンズ７６ｂ〜７６ｄについても、同様に繰り返す。なお、本実施例では、まず、メインレンズ部の歪み補正値を測定し、その後に、サブレンズ部の歪み補正値を測定するものとしたが、サブレンズ部の歪み補正値を測定し、その後に、メインレンズ部の歪み補正値を測定するものとしてもよい。

こうしてメインレンズ部の歪み補正値とサブレンズ部の歪み補正値とを測定すると、測定した各歪み補正値を対応する領域内の画素の座標値と対応付けることで歪み補正テーブルを作成する。図１０および図１１は、歪み補正テーブルの一例を示す説明図である。歪み補正テーブルでは、図１０に示すように、撮像素子７２の５１２０×５１２０の画素に対してデータ量を削減するために６４画素ピッチで抽出した画素についての８１×８１個の歪み補正値が、対応する画素の座標値が関連付けられた状態で格納されている。また、各歪み補正値は、Ｘ方向歪み補正値およびＹ方向歪み補正値が含まれている。なお、歪み補正値は、６４画素ピッチで抽出した画素について格納するものに限定されるものではなく、例えば８画素ピッチや１６画素ピッチ等、他の所定画素ピッチで抽出した画素について格納するものとしてもよいし、撮像領域７１の全画素についての歪み補正値を格納するものとしてもよい。また、歪み補正テーブルは、図１１に示すように、メインレンズ部（撮像領域７１のうちメインレンズ７４のみを通して被写体が撮像される領域）では、キャリブレーションプレートＣＰ１を撮像して得られた画像から取得された歪み補正値が格納され、サブレンズ部（撮像領域７１のうちメインレンズ７４およびサブレンズ７６ａ〜７６ｄを通して被写体が撮像される領域）では、キャリブレーションプレートＣＰ２を撮像して得られた画像から取得された歪み補正値が格納される。

図１２は、歪み補正の様子を示す説明図である。パーツカメラ７０により撮像された画像を歪み補正テーブルを用いて補正する場合、撮像された画像の各画素の座標値に対応付けられた歪み補正値（Ｘ方向歪み補正値およびＹ方向歪み補正置）を歪み補正テーブルから取得し、取得した歪み補正値を像のずれ量として扱い、Ｘ方向歪み補正値分だけＸ方向にずれ且つＹ方向歪み補正値分だけＹ方向にずれた位置（座標値）の画素から輝度値を取得し、取得した輝度値を歪み補正後の輝度値として設定することにより行なう。上述したように、歪み補正テーブルは、６４画素ピッチで抽出した画素における歪み補正値のみが格納されているため、その間を埋める画素の歪み補正値は、内挿補間法によって求める。図１３は、バイリニア補間法の説明図である。バイリニア補間法を用いて歪み補正値を補間する場合、例えば、図示するように、歪み補正値を求める座標Ｐの周辺の２×２画素（図１３のＱ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２）のうち下の２点間（Ｑ１１，Ｑ２１）および上の２点間（Ｑ１２，Ｑ２２）についてＸ方向に補間処理（線形補間処理）を行ない、補間した２点間（図１３のＲ１，Ｒ２）をＹ方向に補間処理（線形補間処理）を行なう。なお、内挿補間法については、バイリニア補間法に限定されるものではなく、使用するパーツカメラ７０やレンズの歪み特性によって適切な方法を用いるものとすればよい。

ここで、上述した歪み補正テーブルでは、メインレンズ部の歪み補正値とサブレンズ部の歪み補正値とが同一のテーブルに格納されているため、これらを区別することなく、単に歪み補正テーブルから得られる歪み補正値に従って撮像画像の補正を行なえばよく、歪み補正処理を高速化することができる。また、歪み補正テーブルはメインレンズ部とサブレンズ部とでキャリブレーションプレートを別々に撮像しそれぞれ得られた画像に基づいて測定された歪み補正値が格納されているため、メインレンズ部とサブレンズ部との境界線上では、歪み補正値に連続性がない。このため、メインレンズ部とサブレンズ部との境界線上の歪み補正値を用いて正確な歪み補正を行なうことはできないが、そもそもサブレンズ７６ａ〜７６ｄの外周部分は像の歪みが強く使用できないため、サブレンズ７６ａ〜７６ｄの外周部分よりも内側で被写体（基準マーク６９ａ）を撮像するようにすれば、サブレンズ７６ａ〜７６ｄの外周部分の歪み補正値が使われることはないから、問題は生じない。

部品実装処理に戻って、こうして歪み補正テーブルを用いて撮像画像を補正すると、制御装置９０のＣＰＵ９１は、補正画像から部品Ｐの位置（部品位置）および基準マーク６９ａの位置（基準マーク位置）を算出し（ステップＳ１４０）、算出した基準マーク位置から基準位置（ヘッド６０の移動誤差）を算出し（ステップＳ１５０）、算出した基準位置と部品位置とに基づいて吸着ノズル６２に対する部品の位置ずれ量および回転ずれ量を算出すると共に部品の位置ずれおよび回転ずれが打ち消されるように実装補正値を設定する（ステップＳ１６０）。ここで、吸着ノズル６２と位置基準部６９（基準マーク６９ａ）は、共にヘッド６０に設けられており、ＸＹ方向の位置関係は不変である。このため、制御装置９０は、基準マーク位置から吸着ノズル６２の位置（基準位置）を把握することができ、吸着ノズル６２に対する部品の位置ずれや回転ずれを算出する際に、基準マークと部品との間の絶対距離を必要としない。したがって、歪み補正テーブルのメインレンズ部とサブレンズ部との境界上で歪み補正値の連続性をもたせる必要がない。なお、実装補正値は、マークカメラ８０が基板１６上に設けられた基板位置決め基準マークを撮像し、撮像画像から認識される基板１６の位置に基づいてさらに調整するものとしてもよい。そして、吸着ノズル６２が基板１６の実装位置の真上に移動するようＸ軸スライダ５２およびＹ軸スライダ５４を駆動制御し（ステップＳ１７０）、吸着ノズル６２が下降するようＺ軸アクチュエータ６６を駆動制御すると共に吸着ノズル６２に正圧が作用するよう電磁弁８６を駆動制御することにより、部品を基板１６上に実装して（ステップＳ１８０）、部品実装処理を終了する。こうした部品実装処理を繰り返すことにより、各部品を基板１６上に実装していくのである。

以上説明した実施例の部品実装装置１０によれば、ヘッド６０に部品Ｐを吸着するための吸着ノズル６２と位置基準部６９（基準マーク６９ａ）とが設けられると共に、メインレンズ７４の視野内にサブレンズ７６ａ〜７６ｄを設置し部品Ｐをメインレンズ７４（メインレンズ部）を通して撮像すると共に基準マーク６９ａをメインレンズ７４およびサブレンズ７６ａ〜７６ｄ（サブレンズ部）を通して撮像するパーツカメラ７０を備えるものにおいて、予め、キャリブレーションプレートＣＰ１をパーツカメラ７０のメインレンズ部で撮像し得られた撮像画像からメインレンズ部の歪み補正値を測定すると共に、キャリブレーションプレートＣＰ２をパーツカメラ７０のサブレンズ部で撮像し得られた画像からサブレンズ部の歪み補正値を測定して、これらを歪み補正テーブルとして予め記憶しておく。そして、部品実装時に、吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐがパーツカメラ７０の上方に位置しているときに、パーツカメラ７０で撮像し得られた撮像画像を歪み補正テーブルを用いて補正し、補正画像に基づいて吸着ノズル６２による部品Ｐの吸着状態を判定する。これにより、メインレンズ部で撮像された領域かサブレンズ部で撮像された領域かに拘わらず、撮像画像の像の歪みをより正確に補正することができるため、部品Ｐの吸着状態をより正確に認識することができる。また、認識した部品Ｐの吸着状態に基づいて部品Ｐが基板１６上に実装されるよう制御することで、実装不良の発生を抑制することができる。

また、実施例の部品実装装置１０によれば、サブレンズ部の歪み補正値の測定に用いるキャリブレーションプレートＣＰ２を、メインレンズ部の歪み補正値の測定に用いるキャリブレーションプレートＣＰ１に比して、ドット（図柄）のピッチが狭いパターンにより構成したから、視野の狭いサブレンズ７６ａ〜７６ｄについてもより精度の高い歪み補正値を測定することができる。

実施例の部品実装装置１０では、キャリブレーションプレートＣＰ１をメインレンズ７４（メインレンズ部）を通して撮像し得られた画像からメインレンズ部の歪み補正値を測定すると共に、キャリブレーションプレートＣＰ１よりもドット（図柄）のピッチが狭いキャリブレーションプレートＣＰ２をメインレンズ７４およびサブレンズ７６ａ〜７６ｄ（サブレンズ部）を通して撮像し得られた画像からサブレンズ部の歪み補正値を測定する、即ちメインレンズ部とサブレンズ部とで異なるキャリブレーションプレートを用いて歪み補正値を測定するものとしたが、これに限定されるものではなく、メインレンズ部とサブレンズ部とで同一のキャリブレーションプレートを用いて歪み補正値を測定するものとしてもよい。この場合、同一のキャリブレーションプレートをメインレンズ部とサブレンズ部とで同時に撮像された画像を用いてメインレンズ部の歪み補正値とサブレンズ部の歪み補正値とをそれぞれ測定するものとしてもよい。また、同一のキャリブレーションプレートを用いる場合、例えば、サブレンズ部の歪み補正値の測定に適したキャリブレーションプレートＣＰ２を用いてメインレンズ部の歪み補正値も測定するものとしてもよい。

実施例の部品実装装置１０では、吸着ノズル６２をパーツカメラ７０上で移動させながら吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐの撮像（オンザフライ方式による撮像）を行なうものとしたが、これに限定されるものではなく、吸着ノズル６２をパーツカメラ７０上で一旦停止させた状態で吸着ノズル６２に吸着された部品Ｐの撮像（ストップビジョン方式による撮像）を行なうものとしてもよい。

実施例の部品実装装置１０では、メインレンズ７４の視野の４隅に４個のサブレンズ７６ａ〜７６ｄを配置するものとしたが、これに限定されるものではなく、メインレンズ７４の視野内に配置するサブレンズの数は幾つであってもよい。また、配置位置も、必ずしも４隅である必要はない。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、パーツカメラ７０が「撮像手段」に相当し、メインレンズ７４が「第１のレンズ」に相当し、撮像素子７２が「撮像素子」に相当し、メインレンズ７４のみを通して被写体を撮像素子７２に結像する領域（メインレンズ部）が「第１の撮像領域」に相当し、サブレンズ７６ａ〜７６ｄが「第２のレンズ」に相当し、レンズ７６およびサブレンズ７６ａ〜７６ｄを通して被写体を撮像素子７２に結像する領域（サブレンズ部）が「第２の撮像領域」に相当し、ヘッド６０が「ヘッド」に相当し、吸着ノズル６２が「保持部材」に相当し、基準マーク６９ａが「基準マーク」に相当し、キャリブレーションプレートＣＰ１やキャリブレーションプレートＣＰ２が「歪み測定用被写体」に相当する。また、キャリブレーションプレートＣＰ１が「第１の歪み測定用被写体」に相当し、キャリブレーションプレートＣＰ２が「第２の歪み測定用被写体」に相当する。また、Ｘ軸スライダ５２やＹ軸スライダ５４が「移動手段」に相当し、図５の部品実装処理のＳ１３０〜Ｓ１６０の処理を実行する制御装置９０のＣＰＵ９１が「保持状態検出手段」に相当し、部品実装処理のＳ１７０，Ｓ１８０の処理を実行する制御装置９０のＣＰＵ９１が「実装制御手段」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行われるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、部品実装機の製造産業などに利用可能である。

１０ 部品実装装置、１２ 筐体、１４ 基台、１６ 回路基板、２０ 部品供給装置、２２ テープフィーダ、２２ａ リール、２２ｂ フィーダ部、３０ 基板搬送装置、３２ａ，３２ｂ 支持板、３４ａ，３４ｂ コンベアベルト、４０ バックアップ装置、４２ バックアッププレート、４４ ベースプレート、４６ バックアップピン、５０ 部品装着装置、５１ Ｘ軸モータ、５２ Ｘ軸スライダ、５３ Ｙ軸モータ、５４ Ｙ軸スライダ、５５，５６ ガイドレール、６０ ヘッド、６２ 吸着ノズル、６４ ノズルホルダ、６６ Ｚ軸アクチュエータ、６６ａ Ｚ軸モータ、６８ θ軸アクチュエータ、６８ａ θ軸モータ、６９ 位置基準部、６９ａ 基準マーク、７０ パーツカメラ、７１ 撮像領域、７２ 撮像素子、７４ メインレンズ、７６ａ〜７６ｄ サブレンズ、７８ａ〜７８ｄ 台座、８０ マークカメラ、８２ 圧力センサ、８４ ノズルストッカ、８６ 電磁弁、８８ 真空ポンプ、８９ エア配管、９０ 制御装置、９１ ＣＰＵ、９２ ＲＯＭ、９３ ＨＤＤ、９４ ＲＡＭ、９５ 入出力インタフェース、９６ バス、１００ 管理コンピュータ、１０１ ＣＰＵ、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＨＤＤ、１０４
ＲＡＭ、１０５ 入出力インタフェース、１０６ バス、１１２ 入力デバイス、１１４ ディスプレイ。

Claims (4)

1. 第１のレンズを通して被写体を撮像素子に結像する第１の撮像領域と前記第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体を前記撮像素子に結像する第２の撮像領域とを有するよう撮像手段を構成し、ヘッドに取り付けられた保持部材により部品を保持し、前記保持部材に保持された部品を前記第１の撮像領域で撮像すると共に前記ヘッドに設けられた基準マークを前記第２の撮像領域で撮像することにより前記部品と前記基準マークとを同時に撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記保持部材に保持された部品の保持状態を検出する部品保持状態検出方法であって、
   前記保持状態の判定に先立って、前記第１の撮像領域で、前記第１のレンズのピントが合う高さに設置された歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第１の撮像領域の歪み成分を測定して記憶すると共に、前記第２の撮像領域で、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズのピントが合う高さであって前記第１のレンズのピントが合う高さとは異なる高さに設置された歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第２の撮像領域の歪み成分を測定して記憶しておき、
   前記保持部材に前記部品が保持されると、前記撮像手段により前記部品と前記基準マークとを同時に撮像し、前記第１の撮像領域で前記部品を撮像して得られた画像を、前記記憶された第１の撮像領域の歪み成分に基づいて補正すると共に、前記第２の撮像領域で前記基準マークを撮像して得られた画像を、前記記憶された第２の撮像領域の歪み成分に基づいて補正し、
   該補正された画像に基づいて前記保持部材に保持された部品の保持状態を検出する
   ことを特徴とする部品保持状態検出方法。
2. 請求項１記載の部品保持状態検出方法であって、
   前記保持状態の判定に先立って、前記歪み測定用被写体として第１の歪み測定用被写体を設置し、前記第１の撮像領域で前記第１の歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第１の撮像領域の歪み成分を測定して記憶すると共に、前記歪み測定用被写体として前記第１の歪み測定用被写体とは異なる第２の歪み測定用被写体を設置し、前記第２の撮像領域で前記第２の歪み測定用被写体を撮像し、該撮像により得られた画像に基づいて前記第２の撮像領域の歪み成分を測定して記憶しておく
   ことを特徴とする部品保持状態検出方法。
3. 請求項２記載の部品保持状態検出方法であって、
   前記第１の歪み測定用被写体を、複数の図柄が格子状に配列されたパターンにより構成し、
   前記第２の歪み測定用被写体を、前記第１の歪み測定用被写体とは異なるピッチで複数の図柄が格子状に配列されたパターンにより構成する
   ことを特徴とする部品保持状態検出方法。
4. 部品を基板に実装する部品実装装置であって、
   前記部品を保持する保持部材が取り付けられると共に基準マークが設けられたヘッドと、
   前記ヘッドを移動させる移動手段と、
   第１のレンズを通して被写体を撮像素子に結像する第１の撮像領域と、前記第１のレンズおよび第２のレンズを通して被写体を前記撮像素子に結像する第２の撮像領域とを有し、前記第１の撮像領域で前記保持部材に保持された部品を撮像すると共に前記第２の撮像領域で前記基準マークを撮像することにより、前記部品と前記基準マークとを同時に撮像可能な撮像手段と、
   前記撮像手段により前記部品と前記基準マークとが同時に撮像されると、前記第１の撮像領域での撮像により得られた画像を該第１の撮像領域に対して前記第１のレンズを通してピントが合う高さに設置された歪み測定用被写体を用いて予め測定された第１の歪み成分に基づいて補正すると共に、前記第２の撮像領域での撮像により得られた画像を該第２の撮像領域に対して前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを通してピントが合う高さであって前記第１のレンズを通してピントが合う高さとは異なる高さに設置された歪み測定用被写体を用いて予め測定された第２の歪み成分に基づいて補正し、前記補正された画像に基づいて前記保持部材に保持された部品の保持状態を検出する保持状態検出手段と、
   前記検出された部品の保持状態に基づいて該部品が前記基板に実装されるよう前記移動手段と前記保持部材とを制御する実装制御手段と
   を備えることを特徴とする部品実装装置。

Images