特許 7496490 撮像装置および実装機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-30

(45)【発行日】2024-06-07

(54)【発明の名称】撮像装置および実装機

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/08 20060101AFI20240531BHJP

【ＦＩ】

H05K13/08 Q

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023503712

(86)(22)【出願日】2022-02-18

(86)【国際出願番号】 JP2022006725

(87)【国際公開番号】W WO2022185957

(87)【国際公開日】2022-09-09

【審査請求日】2023-08-30

(31)【優先権主張番号】P 2021033687

(32)【優先日】2021-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】柴田 悟

(72)【発明者】

【氏名】杉野 晋平

(72)【発明者】

【氏名】海老原 悠人

【審査官】板澤 敏明

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１４６７３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２０７２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３０７６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１４４９０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１８９１０８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １３／００－１３／０８

Ｇ０２Ｂ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に取り付けられ、被写体を撮像する撮像装置であって、
第１の光学系を収容する第１の鏡筒と、
第２の光学系を収容し、前記第１の光学系の光軸が前記第２の光学系の光軸と平行になるように配置された第２の鏡筒と、
前記第１の鏡筒および前記第２の鏡筒を覆って固定し、前記被写体からの光が入射する先端部と、前記先端部の反対側の基端部とを有するホルダと、
前記基端部の外周から張り出して前記移動体に固定されるフランジ部と、
前記第１の光学系および前記第２の光学系を透過した前記光を結像するイメージセンサと、
前記イメージセンサが搭載されたセンサ基板と、を備え、
前記イメージセンサは、前記ホルダの前記基端部に固定されている、
撮像装置。

【請求項2】

前記第１の光学系の光軸に沿う方向の前記第１の鏡筒の全長および前記第２の光学系の光軸に沿う前記第２の鏡筒の全長が前記ホルダに覆われる、
請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記先端部より前記基端部が太い、
請求項１または２に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記ホルダの前記基端部は、複数の突起を有しており、
前記イメージセンサは、前記複数の突起に接触して前記基端部に固定されている、
請求項１に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記センサ基板は、隙間を介して前記基端部に固定される、
請求項４に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記イメージセンサは、１つのイメージセンサからなる、
請求項１に記載の撮像装置。

【請求項7】

前記イメージセンサは、前記第１の光学系を透過した光を結像する第１のイメージセンサと、前記第２の光学系を透過した光を結像する第２のイメージセンサを含む、
請求項１に記載の撮像装置。

【請求項8】

前記ホルダの前記基端部は、複数の第１の突起と、複数の第２の突起とを有しており、
前記第１のイメージセンサは、前記複数の第１の突起に接触して前記基端部に固定されており、
前記第２のイメージセンサは、前記複数の第２の突起に接触して前記基端部に固定されている、
請求項７に記載の撮像装置。

【請求項9】

前記センサ基板は、前記第１のイメージセンサが搭載された第１のセンサ基板と、前記第２のイメージセンサが搭載された第２のセンサ基板とを有し、
前記第１のセンサ基板と前記第２のセンサ基板は、隙間を介して配置されている、
請求項８に記載の撮像装置。

【請求項10】

前記第１の光学系は、複数のレンズを含み、
前記第２の光学系は、複数のレンズを含む、
請求項１に記載の撮像装置。

【請求項11】

前記フランジ部は、前記フランジ部を前記移動体に固定するための複数の固定用穴を有する、
請求項１に記載の撮像装置。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれかに記載の撮像装置と、
前記移動体であり、基板に部品を実装する実装ヘッドと、
前記実装ヘッドを移動させるヘッド移動機構と、
前記センサ基板に接続された一端と、前記実装ヘッドに接続された他端とを有するフレキシブル基板と、を備え、
前記撮像装置は、前記実装ヘッドにより保持された前記部品と前記基板上の前記部品の実装位置とを撮像する、
実装機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、撮像装置および実装機に関する。

【背景技術】

【0002】

基板に対して部品を実装する実装ヘッドを含むヘッドユニットと、実装ヘッドに対して部品を供給する部品供給部と、ヘッドユニットに設けられ、部品供給部の部品供給位置を複数の方向から撮像可能な撮像部と、撮像部により複数の方向から撮像した部品供給位置の画像に基づいて、部品供給位置における部品の水平方向の位置および鉛直方向の高さ位置を取得する制御部とを備える、部品実装装置が開示されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１８／１４６７３２号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、対象の位置計測精度をより向上させることができる撮像装置および実装機を提供することを目的とする。

【0005】

本開示に係る撮像装置は、移動体に取り付けられ、被写体を撮像する撮像装置であって、第１の光学系を収容する第１の鏡筒と、第２の光学系を収容し、前記第１の光学系の光軸が前記第２の光学系の光軸と平行になるように配置された第２の鏡筒と、前記第１の鏡筒および前記第２の鏡筒を覆って固定し、前記被写体からの光が入射する先端部と、前記先端部の反対側の基端部とを有するホルダと、前記基端部の外周から張り出して前記移動体に固定されるフランジ部と、前記第１の光学系および前記第２の光学系を透過した前記光を結像するイメージセンサと、前記イメージセンサが搭載されたセンサ基板とを備える。前記イメージセンサは、前記ホルダの前記基端部に固定されている。

【0006】

また、本開示に係る実装機は、上記撮像装置と、前記移動体であり、基板に部品を実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを移動させるヘッド移動機構と、前記センサ基板に接続された一端と、前記実装ヘッドに接続された他端とを有するフレキシブル基板と、を備える。前記撮像装置は、前記実装ヘッドにより保持された前記部品と前記基板上の前記部品の実装位置とを撮像する。

【0007】

本開示によれば、対象の位置計測精度をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る撮像装置を備えた部品実装装置の要部斜視図

【図2】図１に示した実装ヘッドの要部拡大図

【図3】図２に示した実装ヘッドを異なる方向から見た斜視図

【図4】図３に示した実装ヘッドの側面図

【図5】図４に示した撮像装置の斜視図

【図6】図５のＡ－Ａ断面図

【図7】図５に示した撮像装置の分解斜視図

【図8】図５に示した撮像装置の正面図

【図9】図７に示したホルダをセンサ固定部側から見た斜視図

【図10】図６の要部拡大図

【発明を実施するための形態】

【0009】

（本開示に至る経緯）
部品実装装置は、基板上へ実装される部品の実装位置の精度を向上させるために、撮像部により部品の実装位置とノズル先端とを撮像して、撮像された複数の撮像画像のそれぞれに基づいて、部品の実装位置を３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）計測する。特許文献１における部品実装装置（部品実装装置）は、撮像部が複数のカメラ（例えば、ステレオカメラ）のそれぞれを備えて構成され、複数のカメラのそれぞれによって異なる複数の撮像方向から部品の実装位置を撮像する。部品実装装置は、異なる複数の撮像方向から撮像された複数の撮像画像のそれぞれに基づいて、部品の鉛直方向の高さ位置を取得し、この部品の鉛直方向の高さ位置に基づいて、部品の水平方向の位置を補正することにより、部品の実装位置における水平方向の位置および鉛直方向の高さ位置を取得する。しかし、複数のカメラのそれぞれは、高速で駆動する実装ヘッドに設置された状態で撮像を行うため、実装ヘッドの駆動時の振動により複数のカメラのそれぞれの距離が変動する可能性があった。これにより、部品実装装置は、部品の実装位置における水平方向の位置および鉛直方向の高さ位置（つまり、３Ｄ計測）の計測精度が低下し、部品が実装された実装基板で不良が発生する可能性があった。

【0010】

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る撮像装置および実装機の構成および作用を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

【0011】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る撮像装置１１を備えた部品実装装置１３の要部斜視図である。なお、各図においてＸＹＺの方向は矢印の向きにしたがう。また、Ｘ軸は左右方向、Ｙ軸は前後方向、Ｚ軸は上下方向を示す。

【0012】

実装機の一例としての部品実装装置１３は、複数の部品供給装置（不図示）のそれぞれから供給された部品１５を基板１７上の部品実装位置に実装する機能を有する。部品供給装置は、部品１５が封入されたテープ部材であるキャリアテープを部品１５の供給位置に供給するテープフィーダ、あるいは部品１５を保持するパレットを部品１５の供給位置に供給するトレイフィーダ等を備える。部品１５は、例えばＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、トランジスタ、コンデンサおよび抵抗などの電子部品等が挙げられる。部品１５のサイズは、一例として４００μｍ×２００μｍである。

【0013】

部品実装装置１３は、架台（不図示）を有する。架台の中央には、一対の基板搬送コンベア１９のそれぞれがＹ方向に沿う方向に互いに平行して配置される。基板搬送コンベア１９は、部品実装装置１３の上流側に設置された装置から搬出された基板１７をＹ方向に搬送して、所定の部品実装位置に位置決めする。一対の基板搬送コンベア１９のそれぞれは、搬送中の基板１７を実装位置で停止させた状態で保持する保持機構（不図示）を備える。また、一対の基板搬送コンベア１９のそれぞれは、基板１７の寸法に合わせてＸ方向の間隔を調整可能に構成されている。

【0014】

基板搬送コンベア１９を挟んだ両側には、それぞれ部品供給部が配置される。部品供給部は、複数のテープフィーダのそれぞれを一括して部品装着装置に装着可能な台車（不図示）がセットされる。

【0015】

架台の上面には、一対の平行なＸ軸移動レール２１のそれぞれがＸ方向に沿って配置される。一対のＸ軸移動レール２１の間には、Ｙ軸移動ビーム２３がＸ方向に平行移動自在に装着される。Ｙ軸移動ビーム２３は、移動体の一例としての実装ヘッド２５がＹ方向に移動自在に装着される。Ｘ軸移動レール２１およびＹ軸移動ビーム２３は、実装ヘッド２５を移動させるヘッド移動機構２７を構成する。

【0016】

実装ヘッド２５は、ヘッド移動機構２７を駆動することによりＸ方向、Ｙ方向に移動する。これにより、実装ヘッド２５は、実装ヘッド２５の下端部に備えたノズル２９によって、部品供給部のテープフィーダから供給された部品１５を吸着して取り出し、基板搬送コンベア１９に位置決めされた基板１７上の所定の部品実装位置に実装する。

【0017】

図２は、図１に示した実装ヘッド２５の要部拡大図である。

【0018】

実装ヘッド２５は、Ｙ軸移動ビーム２３の下面側に一体的に移動する撮像装置１１備える。撮像装置１１は、所謂ステレオカメラであって、２つのカメラのそれぞれを含んで構成される。撮像装置１１は、実装ヘッド２５により基板１７の上方に移動されて、ノズル２９の先端に吸着された部品１５および基板１７の上面を撮像する。なお、撮像装置１１におけるカメラは、光学系６５（図６参照）と、イメージセンサ６３（図６参照）と、を有して構成される。イメージセンサ６３は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの固体撮像素子であり、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換し、フレキシブル基板３９を介して、変換された電気信号をメイン基板４９に出力する。メイン基板４９は、出力された電気信号に基づいて、撮像画像を生成する。

【0019】

撮像装置１１は、２つのカメラのそれぞれにより部品１５の部品実装位置とノズル２９の先端とを撮像する。部品実装装置１３は、撮像装置１１により撮像された部品１５の部品実装位置とノズル２９の先端とに基づいて、部品１５の部品実装位置を３Ｄ計測する。部品実装装置１３は、計測結果に基づいて、部品１５の部品実装位置までの実装ヘッド２５の移動量（例えば、距離、角度等）を算出する。部品実装装置１３は、算出された移動量に基づいて、ヘッド移動機構２７を駆動して実装ヘッド２５により吸着保持された部品１５を部品実装位置まで移動（搬送）して、実装する。

【0020】

図３は、図２に示した実装ヘッド２５を異なる方向から見た斜視図である。

【0021】

実施の形態１に係る撮像装置１１は、２つの鏡筒３１（第１の鏡筒，第２の鏡筒）と、ホルダ３３と、フランジ部３５と、センサ基板３７と、フレキシブル基板３９と、を含んで構成される。

【0022】

実装ヘッド２５は、１本以上のノズル装着部４１のそれぞれを備えるヘッド本体部４３を有する。ヘッド本体部４３のＹ軸に沿う方向の一端側には、接続部材４５（図４参照）を介してカメラ固定部材４７が固定される。カメラ固定部材４７の側面には、撮像用のメイン基板４９が複数の基板固定ボルト５１により固定される。カメラ固定部材４７は、接続部材４５とメイン基板４９との間に、撮像装置１１が１本以上のカメラ固定ボルト５３により固定される。

【0023】

図４は、図３に示した実装ヘッド２５の側面図である。

【0024】

撮像装置１１は、カメラ固定部材４７に固着されて実装ヘッド２５に装着されて、ノズル２９が装着されたノズル装着部４１に近接して配置される。これにより、撮像装置１１は、ノズル装着部４１に近接した位置、つまり、基板１７上の部品１５の部品実装位置と、ノズル２９の先端に吸着された部品１５とを撮像装置１１が同時に撮像可能な位置に配置が可能になる。

【0025】

撮像装置１１は、ノズル装着部４１に近接して配置されることで、部品１５の部品実装位置とノズル２９の先端に吸着された部品１５とを同時に２つのカメラのそれぞれの撮像範囲５５（つまり、画角）内に含めることができる。撮像装置１１は、同一仕様の連動する２つのカメラのそれぞれの視差により、被写体（具体的に、基板１７上の部品１５の部品実装位置、およびノズル２９の先端に吸着された部品１５）までの距離を３Ｄ計測（つまり、三角測量）で測定することが可能となる。

【0026】

なお、ここでいう視差は、２つのカメラのそれぞれの撮像位置（つまり、観測位置）がずれることによって撮像空間内の被写体の位置あるいは角度等の見え方が変化することを言う。２つのカメラのそれぞれは、光軸５７（図５参照）が所定距離だけ離れて平行になるように配置される。また、このような撮像条件下において、２つのカメラのそれぞれのイメージセンサ（撮像面）は、同一平面となるように配置される。これにより、２つのカメラのそれぞれにより撮像された２枚の撮像画像のそれぞれに映る被写体の座標のずれ（差）は、視差となる。なお、視差に基づいて被写体までの距離を算出する３Ｄ計測（三角測量）の具体的な数式等は周知であるため、ここでは説明を省略する。

【0027】

これにより、部品実装装置１３は、２つのカメラ（ステレオカメラ）のそれぞれによる視差を利用して得られたイメージセンサ（撮像面）から被写体までの距離に基づいて、部品１５の部品実装位置とノズル２９の先端の部品１５の位置とを３Ｄ計測することにより計測精度を向上できる。

【0028】

図５は、図４に示した撮像装置１１の斜視図である。

【0029】

撮像装置１１は、ホルダ３３を有する。ホルダ３３は、複数の鏡筒３１のそれぞれを覆って固定する。なお、実施の形態１における撮像装置１１は、一例として一対の鏡筒３１のそれぞれを備えるステレオカメラである。撮像装置１１は、一対の鏡筒３１のそれぞれの全長が各光学系６５の光軸５７に沿う方向にホルダ３３に覆われている。一対の鏡筒３１のそれぞれは、全長がホルダ３３に覆われて固定されることにより、２つのカメラのそれぞれの相対位置の変化が規制される。ホルダ３３は、光軸５７に沿う方向の被写体側が先端部５９となり、その反対側が基端部６１となる。つまり、鏡筒３１は、ホルダ３３の先端部５９から被写体から入射する光を受光する。各鏡筒３１に入射した光は、光学系６５を透過して、先端部５９と反対側のホルダ３３に取り付けられるセンサ基板３７のイメージセンサ６３（図６参照）に結像する。すなわち、２つのイメージセンサ６３のうちの一方のイメージセンサ６３（第１のイメージセンサ）は、一方の光学系６５を透過した光を結像し、他方のイメージセンサ６３（第２のイメージセンサ）は、他方の光学系６５を透過した光を結像する。

【0030】

図６は、図５のＡ－Ａ断面図である。

【0031】

鏡筒３１は、光学系６５を収容する。一対の鏡筒３１に収容されたそれぞれの光学系６５は、被写体から入射する光が同方向となるように、光軸５７が平行となる。光学系６５は、対物側レンズユニットＬＵ１と、接眼側レンズユニットＬＵ２と、絞り６７等により構成される。対物側レンズユニットは、被写体側から第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４を有する。接眼側レンズユニットは、被写体側から第５レンズＬ５、第６レンズＬ６および第７レンズＬ７を有する。

【0032】

対物側レンズユニットＬＵ１は、内筒６９に収容され、先端リング７１により－Ｚ方向への離脱が規制される。接眼側レンズユニットＬＵ２は、外筒７３に収容され、被写体側より絞り６７が挿入された後、内筒６９が同軸で螺合されることにより、対物側レンズユニットＬＵ１と同軸で配置されることになる。

【0033】

鏡筒３１は、先端リング７１と、内筒６９と、外筒７３とで構成される。鏡筒３１は、先端リング７１に対して反対側の外筒７３の外周に形成された雄ねじ部７５がホルダ３３の雌ねじ部７７に螺合することにより、ホルダ３３に固定される。一対の鏡筒３１のそれぞれは、ホルダ３３に一体に固定されることにより、２つのカメラのそれぞれの相対位置が保持される。これにより、撮像装置１１により撮像された２枚の撮像画像のそれぞれに基づく部品１５の部品実装位置の３Ｄ計測精度を向上できる。

【0034】

ホルダ３３は、例えばアルミ合金等を成形、切削されて、基端部６１の外周が先端部５９の外周より太くなるように形成される。実施の形態１におけるホルダ３３は、基端部６１に対してより細く形成された先端部５９に配置された第１レンズＬ１が被写体から入射する光を取り込めるように略角錐台形に形成される（図５参照）。

【0035】

図７は、図５に示した撮像装置１１の分解斜視図である。

【0036】

ホルダ３３は、イメージセンサ６３と接触する基端部６１側の面が略長方形状の四隅を面取りした長円形状を有する。また、ホルダ３３の先端部５９側の面は、基端部６１側の面より小さい面積を有し、一例として相似形の長円形状を有する。ホルダ３３の先端部５９側の面は、一対の鏡筒３１のそれぞれが挿入可能な一対の鏡筒挿入穴７９のそれぞれがＸ軸に沿う方向に並んで開口する。ホルダ３３の外周には、ホルダ３３の先端部５９側から基端部６１側に向かって徐々に張り出す略三角形状の補強リブ８１がＺ軸に沿って形成される。なお、実施の形態１における撮像装置１１では、一例としてホルダ３３のＸ軸に沿う方向の両側と、Ｙ軸に沿う方向の片側とに合計３つの補強リブ８１が設けられる例を示すが、補強リブ８１の形状、位置および数はこれに限定されないことは言うまでもない。

【0037】

ホルダ３３は、フランジ部３５を有する。フランジ部３５は、ホルダ３３の被写体からの光が入射する先端部５９と反対側の基端部６１の外周から基端部６１のＸ軸に沿う両側と、Ｙ軸に沿う方向の片側（－Ｙ方向側）とに張り出した移動体固定部８３が形成される。フランジ部３５は、－Ｙ方向側に張り出した移動体固定部８３がカメラ固定部材４７に固定されて、実装ヘッド２５と一体的に移動可能なる。移動体固定部８３には、厚み方向に貫通する複数（例えば、２つ）の固定用穴８５のそれぞれが形成される。また、移動体固定部８３の－Ｙ方向側の端面には、半円筒状に凹んだ一対の位置決め凹部８７のそれぞれが形成される。一対の位置決め凹部８７のそれぞれは、図３に示したカメラ固定部材４７からＺ軸に沿う方向で垂下する位置決めピン８９と係合して、カメラ固定部材４７に対して位置決めされる。

【0038】

撮像装置１１は、図３に示すように、フランジ部３５の一対の位置決め凹部８７のそれぞれを一対の位置決めピン８９に係合し、一対の固定用穴８５のそれぞれに挿通されたカメラ固定ボルト５３をカメラ固定部材４７に螺合することにより、実装ヘッド２５に対して所定の相対位置で位置決めされて固定される。撮像装置１１は、フランジ部３５のみを実装ヘッド２５に接続することにより、実装ヘッド２５の駆動（移動）時の振動（外力）により発生する撮像装置１１の応力を、ホルダ３３から張り出して形成されたフランジ部３５で吸収する。これにより、実施の形態１における撮像装置１１は、フランジ部３５が形成された基端部６１側で応力を吸収できるため、光学系６５を収容する先端部５９側にかかる応力を小さくできるとともに、鏡筒３１に変形が生じにくくすることができる。したがって、撮像装置１１は、実装ヘッド２５の駆動（移動）による２つのカメラのそれぞれの相対位置の変化をより抑制することで、部品１５の部品実装位置の計測精度を向上して、部品１５をより正確な位置に実装できる。

【0039】

また、ホルダ３３から張り出して形成されたフランジ部３５は、上述の補強リブ８１が接続される。先端部５９側の面（先端面）と反対側に位置するフランジ部３５の面には、扁平な略直方体形状のセンサ固定部９１が形成される。センサ固定部９１は、ホルダ３３の一部として形成されてもよいし、フランジ部３５の一部として形成されてもよく、フランジ部３５と一体に形成される。つまり、実施の形態１における撮像装置１１において、ホルダ３３、補強リブ８１、フランジ部３５およびセンサ固定部９１は、同一材料から成形、切削されて一体に形成される例を示すが、これに限定されなくてもよい。

【0040】

フランジ部３５は、ホルダ３３のＸ軸，－Ｘ軸に沿う両側に張り出した一対の基板固定部９３のそれぞれが形成される。基板固定部９３には、１つ以上の固定用穴８５のそれぞれが形成される。ホルダ３３に形成されたセンサ固定部９１は、１つのイメージセンサ６３が搭載されたセンサ基板３７のそれぞれが、各光学系６５を透過する光を各イメージセンサ６３で受光可能に取り付けられる。センサ基板３７は、イメージセンサ６３がセンサ固定部９１のセンサ接触面９５（図６参照）に設けられた複数の突起１０５のそれぞれ（図９参照）に当接して取り付けられた状態で、フランジ部３５から張り出す基板固定部９３の固定用穴８５に挿通された基板固定ボルトがボルト貫通穴９７を貫通してセンサ固定部９１に保持される。すなわち、ホルダ３３の基端部６１は、複数の突起１０５を有しており、イメージセンサ６３は、複数の突起１０５に接触して基端部６１に固定されている。これにより、イメージセンサ６３は、フランジ部３５を挟んで先端部５９と反対側に位置し、それぞれの鏡筒３１に応じ位置決めされて光学系６５からの光が結像するように配置される。

【0041】

図８は、図５に示した撮像装置１１の正面図である。

【0042】

撮像装置１１は、センサ接触面９５に形成された複数の突起１０５のそれぞれ（図９参照）とイメージセンサ６３とが当接するにより、各光学系６５に対するイメージセンサ６３を位置決めして取り付け可能にする。また、撮像装置１１は、イメージセンサ６３が複数の突起１０５のそれぞれにより位置決めされた状態で、センサ基板３７とホルダ３３のセンサ固定部９１との間に隙間９９が形成される。

【0043】

これにより、撮像装置１１はカメラごとに別体に形成された２つのセンサ基板３７を備えるため、例えばセンサ基板３７に基板反りがある場合であっても、イメージセンサ６３が複数の突起１０５のそれぞれにより位置決めされて、基板反りによるイメージセンサ６３の受光面の傾きをより抑制できる。また、２つのセンサ基板３７（第１のセンサ基板，第２のセンサ基板）は、図６に示すように、隙間を介して配置されており、直接には接続されていない。これにより、一方のセンサ基板３７から他方のセンサ基板３７に基板反りの影響を伝えにくくすることができる。また、撮像装置１１は、センサ基板３７とホルダ３３のセンサ固定部９１との間に形成される隙間９９により、センサ基板３７の基板反り，傾きを吸収できる。したがって、撮像装置１１は、２つのカメラのそれぞれのイメージセンサ６３の位置ずれをより抑制できるため、これらのカメラにより撮像された２枚の撮像画像に基づく部品１５の部品実装位置とノズル２９の先端の部品１５の位置との位置計測精度を向上できる。

【0044】

図９は、図７に示したホルダ３３をセンサ固定部９１側から見た斜視図である。

【0045】

センサ固定部９１は、それぞれの鏡筒３１に被写体から入射した入射光を通過させる一対の導光部１０１がＸ軸に沿う方向に並んで設けられる。導光部１０１は、例えば略四角形状に形成される。なお、導光部１０１の形状は一例であってこれに限定されない。導光部１０１の外周には、イメージセンサ６３の側面が当接する四角枠部１０３が形成される。四角枠部１０３のセンサ接触面９５には、複数の突起１０５のそれぞれが設けられる。突起１０５は、１つの四角枠部１０３の四隅に、互いに略等間隔に合計４つ設けられる。イメージセンサ６３は、受光面１０７（図１０参照）と平行であって、かつ、カメラの画角外に位置する非有効面１０９（図１０参照）が、これら複数の突起１０５のそれぞれに当接することにより、光学系６５との相対位置が位置決めされる。

【0046】

図７に示すように、それぞれのセンサ基板３７には、基板コネクタ１１１が実装される。基板コネクタ１１１は、図３に示すように、フレキシブル基板３９の一端が接続される。フレキシブル基板３９は、他端が実装ヘッド２５のカメラ固定部材４７に固定されたメイン基板４９の基板コネクタ１１１に接続される。メイン基板４９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いて構成された制御部である。メイン基板４９は、２つのイメージセンサ６３のそれぞれから出力された電気信号に基づいて、２枚の撮像画像のそれぞれを生成する。メイン基板４９は、生成された２つの撮像画像のそれぞれに映る被写体に基づいて、部品１５の部品実装位置とノズル２９の先端の部品１５の位置とを３Ｄ計測する画像処理を行う。部品実装装置１３は、部品１５の部品実装位置とノズル２９の先端の部品１５の位置とを計測した計測結果に基づいて、実装ヘッド２５の駆動（移動）量（距離、角度等）を算出して、部品１５を所定の部品実装位置に実装する。

【0047】

センサ基板３７は、フレキシブル基板３９を介してメイン基板４９との間でデータの送受信が可能に接続される。つまり、センサ基板３７は、実装ヘッド２５に備えられたメイン基板４９との間で固定的に接続されない。これにより、撮像装置１１は、センサ基板３７およびセンサ基板３７上に搭載されたイメージセンサ６３に伝達する実装ヘッド２５の駆動時の振動を低減することができる。

【0048】

なお、センサ基板３７とメイン基板４９とを接続する接続部材は、フレキシブル基板３９に限定されず、例えば、柔軟性を有し、センサ基板３７およびセンサ基板３７上に搭載されたイメージセンサ６３に伝達する実装ヘッド２５の駆動時の振動を低減可能な材料で形成されていればよい。

【0049】

図１０は、図６の要部拡大図である。

【0050】

撮像装置１１は、複数の突起１０５のそれぞれによりイメージセンサ６３を位置決めすることにより、イメージセンサ６３における受光面１０７が、光学系６５の光軸５７に対して所定の角度（一般的には、略垂直）に位置決めされる。また、撮像装置１１は、センサ基板３７に基板反りがあっても、隙間９９によって基板１７の傾きを吸収できる。これにより、撮像装置１１は、センサ接触面９５とイメージセンサ６３の受光面１０７とを面接触させて位置決めする構造と比較して、センサ基板３７に基板反り等があっても、簡易な構造で各カメラが備える光学系６５に対するイメージセンサ６３の位置決め精度を向上できる。

【0051】

なお、上述した撮像装置１１では、各カメラが備える光学系６５に対応する２つのイメージセンサ６３のそれぞれと、２つのセンサ基板３７のそれぞれを備える構成について説明したが、イメージセンサ６３およびセンサ基板３７の数は、２つに限定されなくてもよい。以下、イメージセンサ６３およびセンサ基板３７の数が異なる撮像装置１１について説明する。

【0052】

例えば、撮像装置１１は、各カメラが備える光学系６５に対して、１つのイメージセンサ６３と１つのセンサ基板３７とを備える構成であってもよい。撮像装置１１は、１つのイメージセンサ６３は、１つのセンサ基板３７上に搭載されて、各光学系６５を透過した光を受光する。また、このような撮像装置１１のホルダ３３は、１つのセンサ接触面９５を有し、このセンサ接触面９５に形成された少なくとも４つの突起１０５でイメージセンサ６３の位置決め可能な構成であってよい。

【0053】

例えば、撮像装置１１は、各カメラが備える光学系６５に対して、２つのイメージセンサ６３と１つのセンサ基板３７とを備える構成であってもよい。撮像装置１１は、２つのイメージセンサ６３は、１つのセンサ基板３７上に搭載されて、各光学系６５を透過した光をそれぞれ受光する。

【0054】

以上により、実施の形態１に係る撮像装置１１は、実装ヘッド２５（移動体の一例）に取り付けられ、光学系６５を収容して被写体（例えば、部品１５、基板１７等のワーク）から入射する光が同方向となる複数の鏡筒３１と、複数の鏡筒３１のそれぞれを覆って固定するホルダ３３と、光が入射するホルダ３３の先端部５９と反対側の基端部６１の外周から張り出して実装ヘッド２５に固定されるフランジ部３５と、光学系６５を透過した光を結像するイメージセンサ６３を搭載し、先端部５９からフランジ部３５を挟んで反対側の基端部６１で複数の鏡筒３１のそれぞれの位置に応じて位置決めされてホルダ３３に固定されるセンサ基板３７と、を備える。

【0055】

これにより、実施の形態１に係る撮像装置１１では、複数（例えば一対）の鏡筒３１のそれぞれがホルダ３３に覆われ、ホルダ３３と一体に固定される。ホルダ３３は、例えばアルミ合金等を成形、切削することにより作られる。一対の鏡筒３１のそれぞれは、ホルダ３３に一体に固定されることにより、光学系６５の光軸５７にずれが生じにくくなる。例えば、撮像装置１１は、部品実装装置１３の実装ヘッド２５等に取り付けられた場合、ホルダ３３は実装ヘッド２５と共に高速動作する。このような場合、それぞれの鏡筒３１には、加速度、質量に応じた慣性力が作用するが、ホルダ３３により一体的に固定された鏡筒３１は、慣性力による相対的な位置ずれが規制されるため、相互の光軸間にずれが生じにくくなる。これにより、一対の鏡筒３１のそれぞれの間の距離（位置）が変動することによる３Ｄ計測精度の悪化が抑制できる。

【0056】

また、ホルダ３３は、基端部６１の外周から張り出す鍔状のフランジ部３５を有する。ホルダ３３は、このフランジ部３５のみが移動体（例えば、実装ヘッド２５）に固定される。撮像装置１１は、このフランジ部３５のみを移動体に接続することにより、移動体の高速動作によって生じる応力をフランジ部３５で吸収することが可能となる。このように、撮像装置１１は、ホルダ３３に複数の鏡筒３１のそれぞれを固定して複数の鏡筒３１間距離の変動を抑制する作用と、フランジ部３５のみを移動体に固定して応力をフランジ部３５で吸収し、移動体に対する撮像装置１１の変位を抑制する作用との２つの働きを有する。したがって、撮像装置１１は、これらの働きを奏する構成を備えることにより計測精度の向上が可能となる。なお、移動体は、実装ヘッド２５に限定されず、例えば、ロボットアーム等であってもよい。

【0057】

また、以上により、実施の形態１における撮像装置１１における複数の鏡筒３１のそれぞれは、光学系６５の光軸５７に沿う方向の全長がホルダ３３に覆われる。これにより、実施の形態１における撮像装置１１は、それぞれの鏡筒３１の全長がホルダ３３に覆われて固定される。鏡筒３１は、光学系６５の光軸５７が、軸線に一致する円筒で形成することができる。したがって、鏡筒３１は、軸線に沿う方向の両端が、ホルダ３３に収容され、かつ固定されることにより、高速動作により軸線が曲がる方向に変形することが抑制される。すなわち、撮像装置１１は、光学系６５における光軸５７の曲がりが抑制され、それぞれの光学系６５より結像される像の相対位置のずれを抑制することができる。これにより、撮像装置１１は、３Ｄ計測精度を向上させることができる。

【0058】

また、以上により、実施の形態１における撮像装置１１におけるホルダ３３は、先端部５９より基端部６１が太い。これにより、実施の形態１におけるホルダ３３は、鏡筒３１の軸線（光軸５７とも言える）に直交する断面積が、軸線に沿う先端部５９で小さく、基端部６１で大きくなるように形成される。このように、実施の形態１における撮像装置１１は、ホルダ３３においてフランジ部３５が形成された基端部６１が太く、光学系６５を収容する先端部５９が細く形成されることにより、先端部５９の剛性よりも基端部６１の剛性を高めることができる。したがって、均質な材料で形成されるホルダ３３は、各光学系６５を内方に収容して固定する先端部５９よりもフランジ部３５が形成される基端部６１側に重心が位置するように調整され、基端部６１側（つまり、フランジ側）で実装ヘッド２５の移動時に発生する応力を、フランジ部３５が形成された基端部６１側に集中させて吸収できる。つまり、撮像装置１１は、先端部５９に収容された２つの光学系６５のそれぞれの位置変化を抑制して、２つのカメラのそれぞれの位置ずれを効率的に抑制できる。

【0059】

ここで、高速動作によって生じる応力は、撮像装置１１に作用する慣性力と、撮像装置１１を支える支点位置と、撮像装置１１の剛性と、撮像装置１１の重心位置とにより変わる。慣性力は、ホルダ３３の重心に作用すると考えることができる。ホルダ３３は、重心が位置する基端部６１にフランジ部３５が形成され、このフランジ部３５が移動体に固定される。すなわち、フランジ部３５に支点が存在する。ホルダ３３は、均質な材料で形成されるため、断面積の大きい基端部６１の剛性が、断面積の小さい先端部５９よりも高い。ホルダ３３は、この剛性の高い基端部６１において、重心と支点とが近接するように構成されていることにより、慣性により生じる応力を、剛性の高い基端部６１で支えることにより、吸収することができる。

【0060】

したがって、ホルダ３３は、仮に鏡筒３１を覆う先端部５９に重心が位置してこの重心から離れた基端部６１のフランジ部３５が移動体に支持される構造、移動体に支持されるフランジ部３５が鏡筒３１を覆う先端部５９に形成されてこのフランジ部３５から離れた基端部６１に重心が位置する構造と比較して、一対の鏡筒３１における相対位置の変化を効果的に抑制することができる。

【0061】

これにより、撮像装置１１は、実装ヘッド２５の高速動作により発生する応力がフランジ部３５と基端部６１との接続部分に集中して、ホルダ３３の変形が生じにくくなり、鏡筒３１の相対位置の変化がより起きにくくなっている。

【0062】

また、以上により、実施の形態１における撮像装置１１におけるホルダ３３は、イメージセンサ６３が接するセンサ接触面９５（接触面の一例）に複数の突起１０５を有する。これにより、実施の形態１におけるイメージセンサ６３は、これらの複数の突起１０５のそれぞれに当接することにより、受光面１０７が光学系６５の光軸５７に所定の角度（一般的には垂直）に位置決めされる。したがって、センサ接触面９５とイメージセンサ６３の受光面１０７とを面同士で接触させる構造と比較して、イメージセンサ６３の平面度をより高精度に管理する必要がなくなる。その結果、容易な製造により、センサ接触面９５の高さを高精度に位置決めでき、光学系６５とイメージセンサ６３との間の相対位置精度を向上できる。

【0063】

また、以上により、実施の形態１における撮像装置１１におけるセンサ基板３７は、隙間９９を有してフランジ部３５に固定される。言い換えると、図８および図１０に示すように、センサ基板３７は、隙間９９を介して基端部６１に固定されている。これにより、実施の形態１における撮像装置１１は、センサ基板３７の歪み（基板反りや凹凸等）に影響されず、光学系６５とイメージセンサ６３との間の相対位置精度を向上できる。

【0064】

また、以上により、実施の形態１における撮像装置１１におけるセンサ基板３７は、１つのイメージセンサ６３を搭載し、複数の鏡筒３１のそれぞれの位置に応じて固定される。これにより、実施の形態１における撮像装置１１は、１枚のセンサ基板３７に複数のイメージセンサ６３のそれぞれが搭載されないため、センサ基板３７に歪み（基板反りや凹凸等）がある場合でも、複数の鏡筒３１のそれぞれに収容される光学系６５のそれぞれの位置に対応してイメージセンサ６３を位置決めして固定できる。したがって、撮像装置１１は、イメージセンサ６３の位置ずれを効率的に抑制でき、各光学系６５とイメージセンサ６３との間の相対位置精度をより効率的に向上できる。

【0065】

以上により、実施の形態１に係る部品実装装置１３は、基板１７を位置決めする基板搬送コンベア１９と、吸着した部品１５を基板１７に実装する実装ヘッド２５と、実装ヘッド２５を移動させるヘッド移動機構２７とを備える部品実装装置１３であって、光学系６５を収容して被写体より入射する光が同方向となる複数の鏡筒３１と、複数の鏡筒３１を覆って固定するホルダ３３と、ホルダ３３の光の入射する先端部５９と反対側の基端部６１の外周から張り出して実装ヘッド２５に固定されるフランジ部３５と、フランジ部３５を挟んで先端部５９と反対側でそれぞれの鏡筒３１に応じ位置決めされ光学系６５からの光が結像するイメージセンサ６３を有してフランジ部３５に固定されるセンサ基板３７と、センサ基板３７に一端が接続され他端が実装ヘッド２５に固定されたメイン基板４９に接続されるフレキシブル基板３９と、を具備する。

【0066】

また、以上により、実施の形態１に係る部品実装装置１３は、基板１７に部品１５を実装する実装ヘッド２５と、実装ヘッド２５を移動させるヘッド移動機構２７と、実装ヘッド２５により保持された部品１５と基板１７上の部品１５の実装位置とを撮像する撮像装置１１（撮像部の一例）と、を備える。撮像装置１１は、光学系６５を収容して被写体（例えば、部品１５、基板１７等のワーク）から入射する光が同方向となる複数の鏡筒３１と、複数の鏡筒３１のそれぞれを覆って固定するホルダ３３と、光が入射するホルダ３３の先端部５９と反対側の基端部６１の外周から張り出して実装ヘッド２５に固定されるフランジ部３５と、光学系６５を透過した光を結像するイメージセンサ６３を搭載し、先端部５９からフランジ部３５を挟んで反対側の基端部６１で複数の鏡筒３１のそれぞれの位置に応じて位置決めされてホルダ３３に固定されるセンサ基板３７と、センサ基板３７に一端が接続され実装ヘッド２５に他端が接続されるフレキシブル基板３９と、を有する。

【0067】

これにより、実施の形態１に係る撮像装置１１では、複数（例えば一対）の鏡筒３１のそれぞれがホルダ３３に覆われ、ホルダ３３と一体に固定される。ホルダ３３は、例えばアルミ合金等を成形、切削することにより作られる。一対の鏡筒３１のそれぞれは、ホルダ３３に一体に固定されることにより、光学系６５の光軸５７にずれが生じにくくなる。例えば、撮像装置１１は、部品実装装置１３の実装ヘッド２５等に取り付けられた場合、ホルダ３３は実装ヘッド２５と共に高速動作する。このような場合、それぞれの鏡筒３１には、加速度、質量に応じた慣性力が作用するが、ホルダ３３により一体的に固定された鏡筒３１は、慣性力による相対的な位置ずれが規制されるため、相互の光軸間にずれが生じにくくなる。これにより、一対の鏡筒３１のそれぞれの間の距離（位置）が変動することによる３Ｄ計測精度の悪化が抑制できる。

【0068】

また、ホルダ３３は、基端部６１の外周から張り出す鍔状のフランジ部３５を有する。ホルダ３３は、このフランジ部３５のみが実装ヘッド２５に固定される。撮像装置１１は、このフランジ部３５のみを実装ヘッド２５に接続することにより、実装ヘッド２５の高速動作によって生じる応力をフランジ部３５で吸収することが可能となる。このように、撮像装置１１は、ホルダ３３に複数の鏡筒３１のそれぞれを固定して複数の鏡筒３１間距離の変動を抑制する作用と、フランジ部３５のみを実装ヘッド２５に固定して応力をフランジ部３５で吸収し、実装ヘッド２５に対する撮像装置１１の変位を抑制する作用との２つの働きを有する。したがって、撮像装置１１は、これらの働きを奏する構成を備えることにより計測精度の向上が可能となる。

【0069】

なお、上記の実施の形態１では移動体が、部品実装装置の実装ヘッドである場合を例に説明したが、移動体は、この他、ロボットアーム等であってもよい。この場合、撮像装置は、ロボットのアーム先端（例えばハンド部）に取り付けられる。ロボットは、撮像装置を用いた三角測量の原理により被写体（ワーク）までの距離を検出することにより、ハンド部にワークを保持させる制御を行うことができる。

【0070】

以上、添付図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本開示は、対象の位置計測精度をより向上させることができる撮像装置および実装機の提示として有用である。

【符号の説明】

【0072】

１１ 撮像装置
１３ 部品実装装置
１５ 部品
１７ 基板
１９ 基板搬送コンベア
２５ 実装ヘッド
２７ ヘッド移動機構
３１ 鏡筒
３３ ホルダ
３５ フランジ部
３７ センサ基板
３９ フレキシブル基板
４９ メイン基板
５７ 光軸
５９ 先端部
６１ 基端部
６３ イメージセンサ
６５ 光学系
９１ センサ固定部
９５ センサ接触面
９９ 隙間
１０５ 突起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】