WO2014155658A1 - 生産設備 - Google Patents

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WO2014155658A1
WO2014155658A1 PCT/JP2013/059484 JP2013059484W WO2014155658A1 WO 2014155658 A1 WO2014155658 A1 WO 2014155658A1 JP 2013059484 W JP2013059484 W JP 2013059484W WO 2014155658 A1 WO2014155658 A1 WO 2014155658A1
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WO
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camera
lens
component
distance
variable focus
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/059484
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
神藤　高広
Original Assignee
富士機械製造株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 富士機械製造株式会社 filed Critical 富士機械製造株式会社
Priority to EP13880057.8A priority Critical patent/EP2981162B1/en
Priority to JP2015507864A priority patent/JP6271514B2/ja
Priority to CN201380075276.XA priority patent/CN105103668B/zh
Priority to PCT/JP2013/059484 priority patent/WO2014155658A1/ja
Publication of WO2014155658A1 publication Critical patent/WO2014155658A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/08—Monitoring manufacture of assemblages
    • H05K13/081—Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines
    • H05K13/0812—Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines the monitoring devices being integrated in the mounting machine, e.g. for monitoring components, leads, component placement

Definitions

  • the present invention relates to a production facility used for production of various products.
  • Patent Document 1 As a production facility, for example, a component mounter for mounting an electronic component on a substrate is known as in Patent Document 1.
  • a production facility for the purpose of improving the quality of products, etc., it is desired to increase the accuracy of control of machine operations for production.
  • the deformation state of a substrate which is a material for production, variation in the supply position of electronic components, and the like affect the accuracy of mounting control. Therefore, in Patent Document 1, the height of the substrate or the electronic component is measured using a sensor such as a laser length measuring device. Then, the accuracy is improved by reflecting the result of this measurement in the mounting control.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a production facility capable of measuring the distance to an object and improving the accuracy of control of machine operation with a configuration different from the conventional one. For the purpose.
  • the production facility of the present invention is a control device that controls production based on a camera provided so as to be capable of imaging a production material, information included in an image captured by the camera, and a control program stored in advance.
  • the camera has a variable focus lens capable of changing a focal length in accordance with an applied voltage, and an image sensor that converts the transmitted light of the variable focus lens into an electrical signal.
  • the production facility adjusts the voltage applied to the variable focus lens based on the electrical signal of the image sensor, and focuses the variable focus lens on an object, and the variable focus lens.
  • a storage unit that preliminarily stores lens characteristics indicating a relationship between a voltage applied to the object and a distance from the object to the camera; and before the focus control unit focuses on the object Based on the voltage applied to the variable focus lens and the lens characteristics and a distance measuring unit for measuring a distance to the object.
  • the component mounter is a device that arranges (mounts) a plurality of electronic components on a circuit board, for example, in an integrated circuit manufacturing process.
  • This circuit board is coated with cream solder at an electronic component mounting position by, for example, a screen printing machine, and is sequentially transported through a plurality of component mounting machines to mount the electronic component. Thereafter, the circuit board on which the electronic component is mounted is transported to a reflow furnace and soldered to constitute an integrated circuit as a circuit board product.
  • the circuit board, the electronic component, and the cream solder described above correspond to production materials in a component mounting machine that is a production facility.
  • the component mounter 1 includes a substrate transfer device 10, a component supply device 20, a component transfer device 30, a component camera 50, a substrate camera 60, and a control device 70.
  • the devices 10, 20, 30 and the cameras 50, 60 are provided on the base 2 of the component mounter 1 and are controlled by the control device 70.
  • the horizontal direction of the component mounter 1 (direction from the upper left to the lower right in FIG. 1) is the X-axis direction
  • the horizontal longitudinal direction of the component mounter 1 from the upper right to the lower left in FIG. 1).
  • the direction of heading is the Y-axis direction
  • the vertical height direction vertical direction in FIG. 1) is the Z-axis direction.
  • the board transfer device 10 is a device that transfers the circuit board B in the X-axis direction of the component mounting machine 1, and also serves as a board holding device that positions and holds the circuit board B at a predetermined position.
  • the substrate transfer device 10 is a double conveyor type device configured by a first transfer mechanism 11 and a second transfer mechanism 12 arranged in parallel in the Y-axis direction of the component mounting machine 1.
  • the first transport mechanism 11 includes a pair of guide rails 11a and 11b and a conveyor belt (not shown).
  • the pair of guide rails 11a and 11b of the first transport mechanism 11 are arranged in the upper part of the base 2 in parallel with the X-axis direction, and guide the circuit board B that is placed on the conveyor belt and transported.
  • the first transport mechanism 11 is provided with a clamp device that positions the circuit board B by pushing up and clamping the circuit board B transported to a predetermined position from the base 2 side. Since the second transport mechanism 12 is configured in the same manner as the first transport mechanism 11, detailed description thereof is omitted.
  • the component supply device 20 is a device that supplies electronic components mounted on the circuit board B.
  • the component supply device 20 is disposed on the front side in the Y-axis direction of the component mounter 1 (the left front side in FIG. 1).
  • the component supply apparatus 20 is a feeder system that uses a plurality of cassette-type feeders 21.
  • the feeder 21 includes a feeder main body portion 21a that is detachably attached to the base 2, and a reel housing portion 21b that is provided on the rear end side of the feeder main body portion 21a.
  • the feeder 21 holds a supply reel 22 around which a component packaging tape is wound by a reel accommodating portion 21b.
  • the above-described component packaging tape includes a carrier tape in which electronic components are stored at a predetermined pitch, and a top tape that is bonded to the upper surface of the carrier tape and covers the electronic components.
  • the feeder 21 pitch feeds the component packaging tape drawn from the supply reel 22 by a pitch feed mechanism (not shown).
  • the feeder 21 peels the top tape from the carrier tape to expose the electronic component.
  • the feeder 21 supplies the electronic component so that the component transfer device 30 can suck the electronic component at the component supply position Ps located on the front end side of the feeder main body 21a.
  • the component transfer device 30 is a device that transfers electronic components from the component supply position Ps to the mounting position of the circuit board B.
  • the component transfer device 30 is an orthogonal coordinate type disposed above the substrate transfer device 10 and the component supply device 20.
  • a Y-axis moving table 32 is provided on a pair of Y-axis rails 31 a and 31 b extending in the Y-axis direction so as to be movable in the Y-axis direction.
  • the Y-axis moving table 32 is controlled by the operation of the Y-axis servo motor 33 via a ball screw mechanism.
  • the Y-axis moving table 32 is provided with an X-axis moving table 34 that can move in the X-axis direction.
  • the X-axis moving table 34 is controlled by the operation of the X-axis servomotor 35 via a ball screw mechanism (not shown).
  • a head holding device 40 is attached to the X-axis moving table 34 of the component transfer device 30.
  • a case 41 is fixed to the X-axis moving table 34, and an elevating shaft body 42 is supported on the case 41 so as to be movable up and down in the Z axis direction.
  • the lifting shaft body 42 is controlled to move in the Z-axis direction by the operation of the Z-axis servomotor 43 housed in the case 41.
  • a mounting head 44 is attached to the lower end portion of the elevating shaft body 42 so as to be replaceable.
  • the mounting head 44 holds the suction nozzle 45 that sucks the electronic component supplied by the component supply device 20 so as to be rotatable around a rotation axis parallel to the Z-axis of the component mounting machine 1.
  • the suction nozzle 45 is controlled in rotation angle with respect to the mounting head 44 by the operation of the ⁇ -axis servomotor 46 housed in the case 41. Further, the suction nozzle 45 constitutes a suction mechanism (not shown) in the head holding device 40, and can suck the electronic component by the negative pressure of the controlled air pressure.
  • the component camera 50 and the board camera 60 are digital cameras having an image sensor such as a CCD (Charge-Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).
  • the component camera 50 and the board camera 60 take an image of a range that falls within the field of view based on a control signal from the control device 70 that is communicably connected, and send the image data acquired by the image pickup to the control device 70.
  • the “field of view” of the component camera 50 and the board camera 60 refers to a range that can be imaged determined by the lens units and the imaging elements of the cameras 50 and 60.
  • the component camera 50 is fixed to the base 2 so that the optical axis is in the Z-axis direction, and is configured to be able to image an electronic component that is sucked by the suction nozzle 45.
  • the control device 70 that has acquired the image data from the component camera 50 recognizes the suction state of the electronic component by the suction nozzle 45 by image processing. As a result, the control device 70 corrects the position and angle of the suction nozzle 45 in accordance with the suction state, thereby improving the accuracy of the mounting control.
  • the board camera 60 is fixed to the X-axis moving base 34 so that the optical axis is in the Z-axis direction, and is configured to be able to image the circuit board B. More specifically, the board camera 60 images a board mark (also referred to as a fiducial mark) provided on the circuit board B carried into a predetermined position by the board transfer device 10. And the control apparatus 70 acquires the image data by the imaging of the board
  • a board mark also referred to as a fiducial mark
  • the board camera 60 is also used as a camera for measuring the distance to the target object with the circuit board B and the electronic component as target objects.
  • the component mounter 1 uses the board camera 60 for distance measurement using the control value of the operation control of the variable focus lens included in the lens unit in addition to the purpose of imaging the circuit board B.
  • the substrate camera 60 includes a fixed lens 61, a liquid crystal lens 62 (corresponding to a “variable focus lens” of the present invention), an image sensor 63, an image pickup unit 64, and a focus control unit 65. And have.
  • the fixed lens 61 and the liquid crystal lens 62 are arranged so as to be coaxial with the optical axis of the image sensor 63.
  • the fixed lens 61 is an objective lens arranged at the outermost part of the lens unit, and has a function of protecting foreign matters from entering the unit.
  • the liquid crystal lens 62 is a variable focus lens capable of changing the focal length according to the applied voltage.
  • a liquid crystal lens in which a liquid crystal layer is disposed between two electrodes is employed as the variable focus lens.
  • the liquid crystal lens 62 includes a first electrode 61a having a rectangular outer shape and a second electrode 61b having a circular shape.
  • the first electrode 61a and the second electrode 61b each have two electrodes provided on a pair of transparent substrates arranged in parallel, and the same liquid crystal layer is interposed between the two electrodes.
  • the liquid crystal lens 62 having such a configuration When the liquid crystal lens 62 having such a configuration is applied with different voltages to the first electrode 61a and the second electrode 61b, the alignment state of the liquid crystal molecules changes according to the direction of the electric field and acts as a lens. Further, by making the applied voltage Vb to the second electrode 61b higher than the applied voltage Va to the first electrode 61a (Va ⁇ Vb), the liquid crystal lens 62 substantially functions as a convex lens. When the amplitudes of the applied voltages Va and Vb are constant, the focal length of the liquid crystal lens 62 can be controlled by the difference between the applied voltages Va and Vb.
  • the image sensor 63 converts the light transmitted through the fixed lens 61 and the liquid crystal lens 62 into an electrical signal.
  • the imaging unit 64 controls the lens unit via the focus control unit 65 based on an externally input control signal and a setting value stored in a memory (not shown) and the electrical signal converted by the imaging element 63. Is converted into a digital signal and the subject is imaged. Then, the imaging unit 64 transfers an image acquired by imaging to the control device 70.
  • the focus control unit 65 performs the focusing of the liquid crystal lens 62 based on the electric signal of the image sensor 63 when the imaging unit 64 controls the lens unit. Specifically, the focus control unit 65 performs image processing on the digital signal converted by the imaging unit 64 and determines whether or not the lens unit is in focus. Then, when the lens unit is not in focus, the focus control unit 65 adjusts the applied voltage, which is a control value for the operation control of the liquid crystal lens 62, and varies the focal length of the liquid crystal lens 62 to adjust the focus. Align.
  • the focus control unit 65 employs a contrast detection method in the above image processing. That is, the focus control unit 65 determines whether or not the image is in focus based on the contrast value calculated for one or more predetermined regions in the image. Further, when adjusting the voltage applied to the liquid crystal lens 62, the focus control unit 65 increases or decreases the voltage applied to the second electrode 61b while keeping the voltage applied to the first electrode 61a constant. The configuration is to let
  • the board camera 60 having such a configuration is fixed to the X-axis moving table 34 together with the head holding device 40 as described above, when the head holding device 40 sucks an electronic component, the component supply device It is located above 20 component supply positions Ps. Therefore, the substrate camera 60 is moved so that the plurality of feeders 21 of the component supply device 20 are within the field of view by the movement control of the component transfer device 30, and can image the electronic components at the respective component supply positions Ps. Yes. Details of distance measurement using the substrate camera 60 will be described later.
  • the control device 70 is mainly composed of a CPU, various memories, and a control circuit, and controls the operation of the mounting head 44 based on image data acquired by imaging by the component camera 50 and the board camera 60.
  • an input / output interface 75 is connected to a mounting control unit 71, an image processing unit 72, a distance measurement unit 74, and a storage unit 73 via a bus.
  • a motor control circuit 76 and an imaging control circuit 77 are connected to the input / output interface 75.
  • the mounting control unit 71 controls the position of the mounting head 44 and the operation of the suction mechanism via the motor control circuit 76. More specifically, the mounting control unit 71 inputs information output from various sensors provided in the component mounting machine 1 and results of various recognition processes. The mounting control unit 71 then sends a control signal to the motor control circuit 76 based on the control program stored in the storage unit 73, information from various sensors, and the results of image processing and recognition processing.
  • the image processing unit 72 acquires image data acquired by the component camera 50 and the board camera 60 via the imaging control circuit 77, and executes image processing according to the application. This image processing includes, for example, processing such as binarization of image data, filtering, and hue extraction.
  • the storage unit 73 is configured by an optical drive device such as a hard disk device or a flash memory.
  • the storage unit 73 includes a control program for operating the component mounting machine 1, image data transferred from the component camera 50 and the board camera 60 to the control device 70 via a bus or a communication cable, and processing performed by the image processing unit 72. Temporary data, lens characteristics used for distance measurement processing, and the like are stored.
  • the lens characteristics indicate the relationship between the voltage applied to the liquid crystal lens 62 and the distance from the object to the substrate camera 60.
  • the lens characteristics corresponding to the liquid crystal lens 62 are between the object-substrate camera 60 determined by the applied voltage Va to the first electrode 61a and the applied voltage Vb to the second electrode 61b.
  • the map shows the distance.
  • the distance between the object and the substrate camera 60 has a correlation with the focal length that varies depending on the voltage applied to the liquid crystal lens 62. Therefore, the lens characteristics may indicate the relationship between the applied voltage and the focal length.
  • the distance measuring unit 74 measures the distance to the object using the substrate camera 60. Specifically, the distance measuring unit 74 first inputs an applied voltage to the liquid crystal lens 62 when the focus control unit 65 focuses on the object. Next, the distance measurement unit 74 acquires lens characteristics stored in advance in the storage unit 73. The distance measuring unit 74 measures the distance to the object based on the input applied voltage and lens characteristics. Further, when the lens characteristic indicates the relationship between the applied voltage and the focal length, the distance measuring unit 74 may measure the distance between the object and the substrate camera 60 based on the focal length.
  • the “distance between the object and the substrate camera 60” is a distance from the surface of the object to the imaging surface of the imaging element 63.
  • the input / output interface 75 is interposed between the CPU and the storage unit 73 and the control circuits 76 and 77, and adjusts data format conversion and signal strength.
  • the motor control circuit 76 controls the Y-axis servo motor 33, the X-axis servo motor 35, the Z-axis servo motor 43, and the ⁇ -axis servo motor 46 based on the control signal from the mounting control unit 71.
  • the mounting head 44 is positioned in each axial direction, and the suction nozzle 45 is controlled to have a predetermined angle.
  • the motor control circuit 76 can send an imaging control signal to the component camera 50 based on the positional information of each axis motor to be controlled. Thereby, for example, when the suction nozzle 45 passes through a preset position, imaging by the component camera 50 is performed at an appropriate timing.
  • the imaging control circuit 77 controls imaging by the component camera 50 and the board camera 60 based on an imaging control signal from the CPU of the control device 70 or the motor control circuit 76. Further, the imaging control circuit 77 acquires image data obtained by imaging by the component camera 50 and the board camera 60 and stores the acquired image data in the storage unit 73 via the input / output interface 75. Further, the imaging control circuit 77 sends a control signal to the focus control unit 65 of the substrate camera 60 in response to a request from the distance measurement unit 74 so that the liquid crystal lens 62 is focused on the object. When the focus is adjusted by the focus control unit 65, the value of the voltage applied to the liquid crystal lens 62 is acquired and output to the distance measuring unit 74.
  • the distance measurement for the circuit board B in the component mounter 1 will be described with reference to the drawings. As described above, the distance measurement is performed on the circuit board B that is transported by the substrate transport apparatus 10 and positioned and held at a predetermined position. That is, when mounting the electronic component on the circuit board B, the component mounter 1 measures the distance from the circuit board B to the board camera 60 and performs a mounting operation using the measurement result.
  • the substrate transport apparatus 10 transports the circuit board B to a predetermined position, and holds the circuit board B by positioning and clamping. Then, each axis motor is driven by the control device 70, and the tip of the suction nozzle 45 held by the mounting head 44 is moved to the component supply position Ps in the component supply device 20. When the suction mechanism of the head holding device 40 is operated, the suction nozzle 45 sucks the electronic component supplied by the component supply device 20 to the tip portion.
  • the mounting head 44 is moved to a predetermined coordinate position on the circuit board B by the operation of the component transfer device 30. At this time, the mounting head 44 is moved above the component camera 50 and via the visual field of the component camera 50.
  • the component camera 50 captures an image based on a control signal sent from the control device 70 and transmits image data to the control device 70.
  • the controller 70 recognizes the suction state such as the position and angle of the electronic component with respect to the suction nozzle 45 based on the acquired image data.
  • the board camera 60 is moved so that the circuit board B is within the field of view Fv, images the circuit board B based on a control signal sent from the control device 70, and transmits image data to the control device 70.
  • the control device 70 recognizes the positions of the board marks FM (see FIG. 5) provided at the two corners of the circuit board B by the image processing unit 72 performing image processing on the acquired image data.
  • the control device 70 recognizes the clamped state of the circuit board B based on the positional relationship between the two board marks FM.
  • the control device 70 performs correction based on the clamp state of the circuit board B in the control of the mounting operation by the control program stored in advance.
  • the component mounter 1 calculates the height of the circuit board B (board height Hb) and acquires the deformation state of the circuit board B in parallel when imaging the circuit board B.
  • the control device 70 sends a control signal to the substrate camera
  • the substrate camera 60 applies the voltage applied to the liquid crystal lens 62 by the focus control unit 65 using the circuit board B within the field of view Fv as an object. Adjust the focus.
  • the focus control unit 65 performs focusing with reference to the part P1 located at the center of the field of view Fv.
  • the control apparatus 70 inputs the applied voltages Va and Vb to the first electrode 61a and the second electrode 61b of the liquid crystal lens 62 when the focus control unit 65 focuses.
  • the distance measuring unit 74 measures the distance to the circuit board B (part P1), which is the object, based on the applied voltages Va and Vb corresponding to the inputted part P1 and the lens characteristics (see FIG. 4). Then, the control device 70, based on this measurement result and the current position information of the head holding device 40 to which the substrate camera 60 is fixed, from the reference surface S to the surface of the circuit board B in the component mounting machine 1. The height Hb is calculated.
  • the focus control unit 65 also performs focusing on a plurality of parts P2 and P3 set apart from the part P1 in the longitudinal direction of the circuit board B when focusing on the reference part P1. Similar to the reference part P1, the distance measuring unit 74 uses a plurality of parts P2, P2 based on the applied voltages Va, Vb to the liquid crystal lens 62 and the lens characteristics when the parts P2, P3 are focused. Measure each distance to P3.
  • the control apparatus 70 acquires the deformation
  • this deformed state is caused by the warp of the circuit board, and it is possible to grasp the curved deformed state by measuring the distances of at least three points.
  • the deformation state can be acquired in more detail by increasing the distance measurement sites. Further, by acquiring the deformation state of the circuit board B, it is possible to estimate the board height from the reference plane S even for a part where the distance is not measured.
  • the control device 70 corrects the lowered position of the suction nozzle 45 according to the acquired board height Hb and the deformation state of the circuit board B in the mounting operation of the electronic component. As a result, the control device 70 moves the suction nozzle 45 to the proper lowering end in consideration of the deformation amount of the circuit board B at the mounting position of the electronic component. In this manner, the control device 70 prevents the movement amount of the suction nozzle 45 from being excessive or insufficient due to the clamped state or the deformed state of the circuit board B, and improves the accuracy of controlling the mounting operation. Yes.
  • the distance measurement for a plurality of electronic components in the component mounter 1 will be described with reference to the drawings.
  • the distance measurement uses a plurality of electronic components supplied to the component supply position Ps by the component supply device 20 as described above. That is, the component mounter 1 measures the distances from the plurality of electronic components to the board camera 60 when sucking the electronic components, and performs a sucking operation using the measurement results.
  • each axis motor is driven by the control device 70, and the tip of the suction nozzle 45 held by the mounting head 44 is moved to above the component supply position Ps in the component supply device 20.
  • the substrate camera 60 is moved together with the head holding device 40, and as shown in FIG. 6, the electronic component T at a plurality of component supply positions Ps that falls within the field of view Fv can be imaged.
  • the focus control unit 65 performs focusing on the plurality of electronic components T as objects.
  • the position where the substrate camera 60 performs focusing within the field of view Fv is specified by the following method, for example.
  • the image data captured at the current position of the board camera 60 is subjected to image processing to recognize the positions of the plurality of electronic components T.
  • an area including the positions of the plurality of electronic components T is designated as an area to be focused.
  • the above-described image processing and area designation may be performed by either the substrate camera 60 or the control device 70.
  • the control device 70 when focusing is performed on the plurality of electronic components T by the substrate camera 60, the control device 70 causes the liquid crystal lens 62 when the focus control unit 65 focuses on the plurality of electronic components T.
  • the applied voltages Va and Vb to the first electrode 61a and the second electrode 61b are respectively input.
  • the distance measuring unit 74 measures each distance from the plurality of electronic components T, which are objects, to the board camera 60 based on the applied voltages Va and Vb and the lens characteristics (see FIG. 4).
  • the distance measurement method is the same as that in the case where the object is the circuit board B as described above, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the control device 70 Based on the measurement result and the current position information of the head holding device 40 to which the board camera 60 is fixed, the control device 70 increases the component height from the reference surface S to the surface of each electronic component T in the component mounting machine 1. Hp1 to Hp8 are calculated. Then, the control device 70 controls the suction operation of the electronic component T based on the acquired component heights Hp1 to Hp8. That is, the control device 70 corrects the lowered position of the suction nozzle 45 in accordance with the corresponding component heights Hp1 to Hp8 in the suction operation of the electronic component T.
  • the suction nozzle 45 is moved to the proper lowering end in consideration of the variation in the component supply position Ps of the component supply apparatus 20.
  • the control device 70 prevents the movement amount of the suction nozzle 45 from becoming excessive or insufficient due to the installation state of each feeder 21 of the component supply device 20, the dimensions of the electronic component T, and the packaging state. The accuracy of the suction operation control is improved.
  • an object (circuit board B, electronic) is obtained by using the board camera 60 that images the circuit board B in order to read the board mark FM attached to the circuit board B, which is a production material.
  • the distance from the component T) to the board camera 60 was measured.
  • the focus control unit 65 performs focusing on the plurality of parts P1 to P3 on the circuit board B, and the distance measurement unit 74 measures each distance to the plurality of parts P1 to P3 set on the circuit board B. did. Thereby, the deformation
  • control device 70 acquires the deformation state of the circuit board B based on the distances of the plurality of parts P1 to P3 measured using the board camera 60. Thereby, the control apparatus 70 can control the raising / lowering of the suction nozzle 45 in mounting
  • each electronic component T at the component supply position Ps of the component supply device 20 may have a different component height depending on the installation state of each feeder 21, the dimensions of the electronic component T, and the packaging state. This may affect the suction operation of the electronic component T.
  • each distance to the plurality of electronic components T is measured, and the component heights Hp1 to Hp8 of each electronic component T are calculated based on the measurement results. Since the descending end of the suction nozzle 45 can be controlled according to the component heights Hp1 to Hp8, it is possible to improve the control of the suction operation.
  • the liquid crystal lens 62 is used as the variable focus lens.
  • the variable focus lens a liquid lens and a liquid crystal lens can be considered.
  • the liquid crystal lens is less susceptible to temperature errors than the liquid lens and is advantageous from the viewpoint of durability.
  • the focus change speed is fast, the time required for focusing can be shortened.
  • the measurement accuracy can be improved. For this reason, it is particularly useful to employ a liquid crystal lens in distance measurement using a map as in this embodiment.
  • the focus control unit 65, the storage unit 73, and the distance measurement unit 74 used for measuring the distance to the object are provided in the substrate camera 60 or the control device 70.
  • the substrate camera 60 may include a storage unit and a distance measurement unit.
  • a lens characteristic stored in advance in the storage unit 73 a map showing the distance between the object and the substrate camera 60 is illustrated.
  • a lens characteristic it is good also as a numerical formula which shows the relationship between an applied voltage and the distance from a target object to a camera other than a map. Even in such a configuration, the same effect can be obtained.
  • the component mounting machine 1 that mounts the electronic component T on the circuit board B is exemplified as the production facility.
  • the production facility only needs to take an image of production materials and control the machine operation, and the screen printing machine and parts in the production line for circuit board products similar to the present embodiment are assembled. It is good also as an assembly machine etc. which are assembled in a solid.
  • a circuit board, cream solder, a screen mask, an assembly part, an assembly target, and the like correspond to production materials, and a camera for imaging these has a variable focus lens and an imaging element, so It is possible to configure. With such a configuration, for example, control that reflects the distance to the object in the printing operation and the assembling operation can be performed, and the accuracy can be improved.
  • variable focus lens is exemplified by the liquid crystal lens 62 having the first electrode 61a and the second electrode 61b.
  • Some liquid crystal lenses have various characteristics including the number of electrodes depending on applications. Even in such a case, by acquiring the lens characteristics in advance, it can be used for measuring the distance to the object as in the present embodiment.
  • a liquid lens may be adopted as the variable focus lens.
  • Component mounter production equipment
  • 10 Substrate transport device
  • 20 Component supply device
  • 30 Component transfer device
  • 50 Component camera
  • 60 Substrate camera
  • 62 Liquid crystal lens
  • 62a First electrode
  • 62b Second electrode
  • 63 Image sensor
  • 65 Focus control unit
  • 70 Control device 73: Storage unit
  • 74 Distance measurement unit B: Circuit board
  • Ps Component supply position
  • T Electronic component
  • Hb1 to Hb3 Substrate height
  • Hp1 to Hp8 Component height

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Abstract

　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。　生産設備は、撮像素子の電気信号に基づいて可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、対象物に対する可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、可変焦点レンズへの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レンズ特性を予め記憶する記憶部と、焦点制御部が対象物に対して焦点を合わせた際の可変焦点レンズへの印加電圧とレンズ特性とに基づいて対象物までの距離を測定する距離測定部とを備える。

Description

生産設備
　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、生産用の材料を撮像可能に設けられたカメラと、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生産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、前記撮像素子の前記電気信号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、対象物に対する前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、前記可変焦点レンズへの印加電圧と前記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対象物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対象物までの距離を測定する距離測定部と、を備える。
　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 (5)

  1. 　生産用の材料を撮像可能に設けられたカメラと、
    　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生産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、
    　前記撮像素子の前記電気信号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、対象物に対する前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
    　前記可変焦点レンズへの印加電圧と前記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対象物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対象物までの距離を測定する距離測定部と、
    　を備える生産設備。
  2. 　前記焦点制御部は、前記対象物の複数の部位に対する焦点合わせを行い、
    　前記距離測定部は、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複数の部位までの各距離を測定する、請求項１の生産設備。
  3. 　前記生産設備は、複数の電子部品を基板上に配置される回路基板製品の生産に用いられ、
    　前記カメラは、前記基板を対象物として撮像を行う基板カメラであって、
    　前記制御装置は、前記距離測定部により測定された前記基板上の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する、請求項２の生産設備。
  4. 　前記生産設備は、前記基板に前記電子部品を実装する部品実装機であって、
    　前記制御装置は、部品供給装置により供給される前記電子部品を前記対象物として距離を測定し、当該測定により取得した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１～３の何れか一項の生産設備。
  5. 　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る、請求項１～４の何れか一項の距離測定装置。
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