特許 7546232 部品撮像装置および部品実装装置

(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】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】部品撮像装置および部品実装装置

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/08 20060101AFI20240830BHJP

【ＦＩ】

H05K13/08 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021563758

(86)(22)【出願日】2020-09-29

(86)【国際出願番号】 JP2020036798

(87)【国際公開番号】W WO2021117319

(87)【国際公開日】2021-06-17

【審査請求日】2023-07-05

(31)【優先権主張番号】P 2019223373

(32)【優先日】2019-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019223374

(32)【優先日】2019-12-11

(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】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 康一

(72)【発明者】

【氏名】森 秀雄

(72)【発明者】

【氏名】松田 鷹則

【審査官】内田 茉李

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２７０６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１５３８３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１５３６４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１７９６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第３１２９１３４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】国際公開第２０１５／０４９７２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０３５１４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像素子に設けられ、部品を撮像する部品撮像部と、
前記部品撮像部が前記部品を撮像する第１の光路上に設けられた透明部材と、
前記透明部材の前記部品撮像部の視野の外に設けられたマークと、
前記撮像素子に設けられ、前記マークを撮像するマーク撮像部と、
前記マーク撮像部による前記マークの撮像結果に基づいて、前記部品撮像部の前記視野の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、を備え、
前記透明部材は前記マーク撮像部が前記マークを撮像する第２の光路上に設けられた、
部品撮像装置。

【請求項2】

前記部品撮像部と前記マーク撮像部とは、前記撮像素子における互いに異なる部分に設けられた、
請求項１に記載の部品撮像装置。

【請求項3】

前記部品撮像部が前記部品を撮像する前記第１の光路と前記マーク撮像部が前記マークを撮像する前記第２の光路との少なくとも何れか一方に、光路長を補正する補正部材が設けられた、
請求項１または２に記載の部品撮像装置。

【請求項4】

前記マークを照らす照明部をさらに備えた、
請求項１から３のいずれか一項に記載の部品撮像装置。

【請求項5】

部品を保持して基板に装着するノズルと、
前記ノズルで保持された前記部品を撮像する部品撮像装置と、
前記ノズルと一体的に移動して前記基板を撮像する基板撮像装置と、
前記ノズルと前記基板撮像装置とのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、を備え、
前記部品撮像装置は、
撮像素子に設けられ、前記部品を撮像する部品撮像部と、
前記部品撮像部が前記部品を撮像する第１の光路上に設けられた透明部材と、
前記透明部材の前記部品撮像部の視野の外に設けられたマークと、
前記撮像素子に設けられ、前記マークを撮像するマーク撮像部と、を有し、
前記透明部材は前記マーク撮像部が前記マークを撮像する第２の光路上に設けられ、
前記オフセット量算出部は、前記部品撮像装置の前記マーク撮像部による前記マークの撮像結果と前記基板撮像装置による前記マークの撮像結果とに基づいて、前記オフセット量を算出する、
部品実装装置。

【請求項6】

前記部品撮像部と前記マーク撮像部とは、前記撮像素子における互いに異なる部分に設けられた、
請求項５に記載の部品実装装置。

【請求項7】

前記部品撮像部が前記部品を撮像する前記第１の光路と前記マーク撮像部が前記マークを撮像する前記第２の光路との少なくとも何れか一方に、光路長を補正する補正部材が設けられた、
請求項５または６に記載の部品実装装置。

【請求項8】

前記部品撮像装置は、前記マーク撮像部による前記マークの撮像結果に基づいて、前記部品撮像部の視野の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部を有し、
前記オフセット量算出部は、前記基板撮像装置による前記マークの撮像結果と前記部品撮像装置の前記視野の位置ずれ量とに基づいて、前記オフセット量を算出する、
請求項５から７のいずれか一項に記載の部品実装装置。

【請求項9】

前記部品撮像装置は、前記部品撮像装置が前記マークを撮像する際に前記マークを照らす部品照明部を有し、
前記基板撮像装置は、前記基板撮像装置が前記マークを撮像する際に前記マークを照らす基板照明部を有する、
請求項５から８のいずれかに記載の部品実装装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、部品を撮像する部品撮像装置および部品を基板に実装する部品実装装置に関する。

【背景技術】

【0002】

部品実装装置は、部品供給部と、部品供給部が供給する部品を水平に移動する実装ヘッドと、基板を保持する基板搬送コンベアとを有する。実装ヘッドはノズルを有し、ノズルは部品を取り出し、基板に実装する。部品の実装精度を向上するために、例えば、特許文献１に記載の部品実装装置は、部品認識カメラ（部品撮像装置）と、基板認識カメラ（基板撮像装置）とを有する。部品認識カメラは、ノズルが保持する部品の位置を撮像する。基板認識カメラは、実装ヘッドと一体となって移動して基板上に形成されたマークを撮像する。

【0003】

実装ヘッドは部品実装装置の本体に対して着脱可能である。このような実装ヘッドのノズルと基板認識カメラとの位置関係を補正して部品の実装精度を確保するため、特許文献１では次のように設定されている。すなわち、部品認識カメラの上面には、基準マークが形成されたガラス板が載置されている。ガラス板は、基準マークが部品認識カメラの視野内に入るように配置されている。さらに実装ヘッドは、この視野内にノズルが入るように移動する。この状態で、部品認識カメラは、ノズルと基準マークの位置とを検出する。基板認識カメラは、撮像された基準マークと基板認識カメラの光軸の位置とから、ノズルと基板認識カメラの位置関係を算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－１７９６３６号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示の部品撮像装置は、撮像素子に設けられ、部品を撮像する部品撮像部と、前記部品撮像部が前記部品を撮像する第１の光路上に設けられた透明部材と、前記透明部材の前記部品撮像部の視野の外に設けられたマークと、前記撮像素子に設けられ、前記マークを撮像するマーク撮像部と、前記マーク撮像部による前記マークの撮像結果に基づいて、前記部品撮像部の前記視野の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、を備え、前記透明部材は前記マーク撮像部が前記マークを撮像する第２の光路上に設けられた。

【0006】

本開示の部品実装装置は、部品を保持して基板に装着するノズルと、前記ノズルで保持された前記部品を撮像する部品撮像装置と、前記ノズルと一体的に移動して前記基板を撮像する基板撮像装置と、前記ノズルと前記基板撮像装置とのオフセット量を算出するオフセット量算出部と、を備え、前記部品撮像装置は、撮像素子に設けられ、前記部品を撮像する部品撮像部と、前記部品撮像部が前記部品を撮像する第１の光路上に設けられた透明部材と、前記透明部材の前記部品撮像部の視野の外に設けられたマークと、前記撮像素子に設けられ、前記マークを撮像するマーク撮像部と、を有し、前記透明部材は前記マーク撮像部が前記マークを撮像する第２の光路上に設けられ、前記オフセット量算出部は、前記部品撮像装置の前記マーク撮像部による前記マークの撮像結果と前記基板撮像装置による前記マークの撮像結果とに基づいて、前記オフセット量を算出する。

【0007】

本開示によれば、部品を撮像するカメラの光軸の経時的なずれを算出し、このずれによる部品の搭載位置のずれを補正することができる。また、実装基板の生産中にノズルと基板撮像装置とのオフセット量を精度良く算出することができることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施の形態に係る部品実装装置の平面図

【図2】図１に示す部品実装装置の構成を示す透視側面図

【図3A】図１、図２に示す部品実装装置が有する部品認識カメラの透過部材の平面図

【図3B】図２に示す部品実装装置が有する部品認識カメラの構成説明図

【図3C】図１、図２に示す部品実装装置が有する部品認識カメラのセンサ基板の平面図

【図4】図３Ｂに示す部品認識カメラにより、ノズルが保持する部品を撮像する様子を説明する図

【図5】図１、図２に示す部品実装装置が有する基板認識カメラの構成説明図

【図6】図１、図２に示す部品実装装置の制御系の構成を示す機能ブロック図

【図7】図３Ｂに示す部品認識カメラの発熱に起因する光軸のずれを説明する図

【図8】図３Ｂに示す部品認識カメラのマーク撮像部によって撮像されたマークの撮像画像の例を示す図

【図9】図３Ｂに示す部品認識カメラの部品撮像部によって撮像されたノズルが保持する部品の撮像画像の例を示す図

【図10】図５に示す基板認識カメラにより、図３Ｂに示す部品認識カメラに設けられたマークを撮像する様子を説明する図

【図11】図１０に示す基板認識カメラによって撮像された、部品認識カメラに設けられたマークの撮像画像の例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施の形態の説明に先立ち、本開示の着想に至った経緯を簡単に説明する。従来の部品実装装置における部品認識カメラは、カメラの光軸の位置からノズルが保持する部品の位置を検出している。しかしながら、継続して実装基板を生産する過程において、部品認識カメラが含む撮像素子の発熱などによる経時変化によってカメラの光軸がずれる（歪む）ことがある。そのため、部品の実装精度を維持するためには、部品認識カメラの光軸のずれを定期的に検出して部品の実装位置を適切に補正する必要がある。特許文献１を含む従来技術では、実装基板の生産中に部品認識カメラの光軸のずれを検出する方法は開示されておらず、部品の実装精度を向上するためにはさらなる改善の余地がある。

【0010】

本開示は、部品を撮像するカメラの光軸のずれを検出し、そのずれに基づき部品を実装する位置を補正することができる部品撮像装置を提供する。すなわち、この部品撮像装置は、部品を撮像するカメラである部品撮像部の視野の位置ズレ量を算出する。また本開示は、実装基板の生産中にノズルと基板撮像装置とのオフセット量を精度良く算出することができる部品実装装置を提供する。

【0011】

以下に図面を参照しながら、本開示の実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、部品実装装置、基板認識カメラ、部品認識カメラの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。なお、各図面において、基板はＸ軸に沿って搬送される。Ｙ軸は、水平面内でＸ軸に直交する。またＺ軸は、水平面と直交し、下から上に延びている。

【0012】

まず図１、図２を参照して、部品実装装置１の構成を説明する。なお図２は、図１における部品実装装置１の一部を模式的に示している。部品実装装置１は、部品供給部４から供給された部品Ｄを基板３に装着する部品実装作業を実行する。図１に示すように、基台１ａの中央には、基板搬送機構（以下、搬送機構）２がＸ軸に沿って配置されている。搬送機構２は、上流から搬送された基板３を、実装作業位置に搬入して位置決めし、保持する。また、搬送機構２は、部品実装作業が完了した基板３を下流に搬出する。

【0013】

搬送機構２のＹ軸における両側方には、部品供給部４が配置されている。それぞれの部品供給部４には、複数のテープフィーダ５が並列に装着されている。テープフィーダ５は、部品Ｄを格納するポケットが形成されたテープ１１を部品供給部４の外側から搬送機構２に向かう方向（テープ送り方向）にピッチ送りする。これによりテープフィーダ５は、以下に説明するように、実装ヘッド８によって部品Ｄが取り出される部品供給位置５ａ（図２参照）に部品Ｄを供給する。

【0014】

基台１ａの上面のＸ軸における両端部にはそれぞれ、Ｙ軸テーブル６がＹ軸に沿って延びるように配置されている。Ｙ軸テーブル６はそれぞれ、リニア駆動機構を有する。一対のＹ軸テーブル６には、Ｙ軸テーブル６同志をつなぐように、ビーム７が結合されている。ビーム７はＸ軸に沿って延びている。ビーム７は、Ｙ軸テーブル６のリニア駆動機構により、Ｙ軸に沿って移動可能である。またビーム７は、Ｙ軸テーブル６と同様にリニア駆動機構を有している。ビーム７には、実装ヘッド８が装着されている。実装ヘッド８は、ビーム７が有するリニア駆動機構により、Ｘ軸に沿って移動可能である。図２に示すように、実装ヘッド８は、吸着ユニット８ａを有している。吸着ユニット８ａは、昇降可能であり、部品Ｄを吸着することにより保持する。吸着ユニット８ａの下端部には、部品Ｄを吸着保持するノズル８ｂが装着されている。

【0015】

図１において、Ｙ軸テーブル６およびビーム７は、実装ヘッド８をＸ軸、Ｙ軸に沿って移動させるヘッド移動機構（以下、移動機構）９を構成する。移動機構９および実装ヘッド８は、部品供給部４に配置されたテープフィーダ５の部品供給位置５ａから部品Ｄをノズル８ｂによって吸着して取り出して、搬送機構２に位置決めされた基板３の実装位置に装着する実装ターンを実行する。すなわち、Ｙ軸テーブル６、ビーム７および実装ヘッド８は、テープフィーダ５の部品供給位置５ａに供給される部品Ｄをノズル８ｂで保持して基板３に装着する。

【0016】

部品供給部４と搬送機構２との間には、部品認識カメラ（以下、第１カメラ）２０が配置されている。部品供給部４から部品Ｄを取り出した実装ヘッド８が第１カメラ２０の上方を移動する際に、第１カメラ２０は実装ヘッド８に保持された部品Ｄを撮像して部品Ｄの姿勢を認識する。実装ヘッド８が取り付けられたプレート７ａには基板認識カメラ３０（以下、第２カメラ）が取り付けられている。第２カメラ３０は、実装ヘッド８と一体的に移動する。

【0017】

実装ヘッド８が移動することにより、第２カメラ３０は搬送機構２に位置決めされた基板３の上方に移動し、基板３に設けられた基板マーク３ａを撮像して基板３の位置を認識する。実装ヘッド８による基板３への部品実装動作においては、第１カメラ２０による部品Ｄの認識結果と、第２カメラ３０による基板３の位置の認識結果とを加味して実装位置が補正される。

【0018】

図２において、部品供給部４には、台車１０がセットされる。台車１０はフィーダベース１０ａを有し、フィーダベース１０ａには、予め複数のテープフィーダ５が装着されている。台車１０は、テープリール１２を保持している。テープリール１２は、部品Ｄを保持したテープ１１を巻回した状態で収納している。テープリール１２から引き出されたテープ１１は、テープフィーダ５によって部品供給位置５ａまでピッチ送りされる。

【0019】

図１において、部品実装装置１の前面で作業者が作業する位置には、作業者が操作するタッチパネル１３が設置されている。タッチパネル１３は、その表示部に各種情報を表示する。また作業者は、表示部に表示される操作ボタンなどを使ってタッチパネル１３からデータを入力したり、部品実装装置１を操作したりする。

【0020】

次に図３Ａ～図３Ｃを参照して、第１カメラ２０の構成について説明する。図３Ｂに示すように、第１カメラ２０は、筐体２１と、センサ基板２３と、レンズ２４と、部品照明部２５と、透明部材２６とを有する。センサ基板２３は、筐体２１の内部の底２１ａに設置されている。センサ基板２３には、２次元ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどの撮像素子２２が実装されている。レンズ２４は、筐体２１内において、センサ基板２３の上方に設置され、部品照明部２５は、レンズ２４の上方に設置されている。透明部材２６は、筐体２１の上部２１ｂの、筐体２１の一部を切り欠いた箇所に設置されている。

【0021】

透明部材２６は、光を透過する板状のガラスなどで構成されている。透明部材２６の上面２６ｃの一部には、撮像素子２２の光軸のずれを検出するためのマーク２７が設けられている。図３Ａに示すように、マーク２７は、撮像素子２２がノズル８ｂに保持された部品Ｄを撮像する際の部品撮像視野２６ａの外であって、撮像素子２２がマーク２７を撮像する際のマーク撮像視野２６ｂの中に配置されている。この例では、マーク撮像視野２６ｂの中に、マーク２７として、光を透過しない金属薄膜で形成された５個の円板がＹ軸に沿って等間隔に配置されている。なお、図３Ａに示すマーク２７の形状、数、配置は一例であり、この例に限定されることはない。図３Ｂに示すように、透明部材２６は、部品撮像部２２ａが部品Ｄを撮像する第１の光路Ｐａ上であって、かつマーク撮像部２２ｂがマーク２７を撮像する第２の光路Ｐｂ上に設けられている。

【0022】

図３Ｃに示すように、撮像素子２２は、Ｘ軸に沿って並んで配置された部品撮像部２２ａと、マーク撮像部２２ｂとを有する。部品撮像部２２ａ、マーク撮像部２２ｂは、Ｙ軸に沿って延びている。すなわち、Ｙ軸に沿った長さは、Ｘ軸に沿った長さより短い。部品撮像部２２ａは、ノズル８ｂが保持している部品Ｄを撮像する。マーク撮像部２２ｂは、透明部材２６に設けられたマーク２７を撮像する。部品撮像部２２ａは、図３Ｂおよび図４に示すように、透明部材２６の上面２６ｃのマーク認識高さＨｂよりも上方に設定された部品認識高さＨａに下面Ｄａが位置する部品Ｄを撮像する。このように、撮像素子２２には、部品Ｄを撮像する部品撮像部２２ａと、マーク２７を撮像するマーク撮像部２２ｂとが設けられている。図３Ａに示すように、マーク２７は、部品撮像部２２ａの視野である部品撮像視野２６ａの外であるマーク撮像視野２６ｂの中に設けられている。

【0023】

部品撮像部２２ａは撮像素子２２の一部に設けられ、マーク撮像部２２ｂは撮像素子２２の部品撮像部２２ａとは異なる部分に設けられている。このように、部品撮像部２２ａとマーク撮像部２２ｂとが同じ撮像素子２２に設けられていることで、後述するように、部品撮像部２２ａの視野の位置ずれ量の検出精度が高まる。

【0024】

図３Ｂに示すように、撮像素子２２の上方に配置されたレンズ２４は、透明部材２６の上方であって部品認識高さＨａに位置する撮像対象物（部品Ｄなど）を部品撮像部２２ａに結像させる。また、レンズ２４は、透明部材２６に形成されたマーク２７をマーク撮像部２２ｂに結像させる。マーク２７は、マーク認識高さＨｂに位置している。部品撮像部２２ａから部品認識高さＨａに位置する撮像対象物までの第１の光路Ｐａの物理的距離Ｌｐａは、マーク撮像部２２ｂからマーク２７までの第２の光路Ｐｂの物理的距離Ｌｐｂと異なっている。

【0025】

図３Ｂ、図３Ｃに示すように、部品撮像部２２ａの上には、空気と異なる屈折率を有し、光を透過するガラスなどで構成された補正部材２８が設置されている。補正部材２８の屈折率と厚さＴは、第１の光路Ｐａの光路長Ｌｏａ（光学的距離）を補正して、部品撮像部２２ａとマーク撮像部２２ｂの各々で結像するように設定されている。これによって、レンズ２４は、部品撮像部２２ａに結像させる撮像対象物の像とマーク撮像部２２ｂに結像させるマーク２７の像とに、同時にピントを合わせることができる。

【0026】

なお、本実施の形態では補正部材２８は部品撮像部２２ａ上に設置されているが、補正部材２８は第１の光路Ｐａと第２の光路Ｐｂとの何れか一方の途中に設置されていればよい。すなわち、第１カメラ２０は、部品撮像部２２ａが部品Ｄを撮像する第１の光路Ｐａとマーク撮像部２２ｂがマーク２７を撮像する第２の光路Ｐｂとの何れか一方に、光路長Ｌｏａ、光路長Ｌｏｂの何れか一方を補正する補正部材２８を有している。なお、屈折率および／または厚さＴの異なる補正部材２８を第１の光路Ｐａと第２の光路Ｐｂの両方に設置してもよい。また、レンズ２４の被写界深度が深く、補正部材２８がなくとも撮像対象物とマーク２７の２つの像に同時にピントを合わせることができれば、補正部材２８を省略することができる。

【0027】

図３Ｂに示すように、部品照明部２５は、側射照明部２５ａと、同軸照明部２５ｂと、ハーフミラー２５ｃとを含む。側射照明部２５ａは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップなどを有しており、斜め下から部品認識高さＨａに位置する撮像対象物（部品Ｄなど）とマーク２７とを照明する光を照射する。同軸照明部２５ｂは、複数のＬＥＤチップなどを有しており、側射照明部２５ａの下方に配置されている。

【0028】

ハーフミラー２５ｃは、第１の光路Ｐａと第２の光路Ｐｂの途中に配置されている。ハーフミラー２５ｃは、同軸照明部２５ｂから照射された光を、ハーフミラー２５ｃの上方に位置する部品認識高さＨａに位置する撮像対象物（部品Ｄなど）とマーク２７とに向かって反射させる。すなわち、同軸照明部２５ｂとハーフミラー２５ｃとは、第１の光路Ｐａと第２の光路Ｐｂと同軸で撮像対象物とマーク２７を照明する。

【0029】

部品照明部２５は、撮像する対象の材質等に応じて、側射照明部２５ａによる照射と同軸照明部２５ｂによる照明を切り替えて、もしくは組み合わせて照明する。このように、第１カメラ２０は、マーク２７を照らす照明部（部品照明部２５）を有している。

【0030】

次に図４を参照して、第１カメラ２０による部品Ｄの撮像について説明する。部品Ｄをノズル８ｂで保持した実装ヘッド８は、部品Ｄの下面Ｄａを部品認識高さＨａに位置させて、部品Ｄが第１カメラ２０の第１の光路Ｐａの上を通過するように、矢印ａで示すようにＸ軸に沿って移動する。この間、部品照明部２５が部品Ｄを照明する。第１カメラ２０は、撮像素子２２（部品撮像部２２ａ、マーク撮像部２２ｂ）が撮像した撮像結果を、図６に示す制御部４０に送信する。

【0031】

次に図５を参照して、第２カメラ３０の構成について説明する。第２カメラ３０は、筐体３１と、窓部材３４と、筐体３１の内部に設置されたカメラユニット３２と基板照明部３３とを有する。窓部材３４は、光を透過するガラスなどで構成され、筐体３１の下部の一部を切り欠いた部分に設置されている。カメラユニット３２は、光軸を下方に向けた２次元ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子、レンズなどで構成されている。

【0032】

基板照明部３３は、上斜めから下方の撮像対象の基板３を照明する側射照明部３３ａと、同軸照明部３３ｂと、ハーフミラー３３ｃとを含む。ハーフミラー３３ｃは、同軸照明部３３ｂから照射された光を下方の撮像対象に向けて反射させる。基板照明部３３は、カメラユニット３２が撮像する対象の材質等に応じて、側射照明部３３ａによる照射と、同軸照明部３３ｂによる照明を切り替えて、もしくは組み合わせて照明する。

【0033】

第２カメラ３０は、基板３上に形成された基板マーク３ａや第１カメラ２０の透明部材２６上に設けられたマーク２７などの撮像対象を撮像する。その際、第２カメラ３０は、実装ヘッド８とともに撮像対象の上方に移動し、基板照明部３３が撮像対象を照明しながらカメラユニット３２が撮像対象を撮像する。このように、第２カメラ３０は、基板３上に形成された基板マーク３ａとマーク２７とを照らす基板照明部３３を有し、ノズル８ｂと一体的に移動して基板３やマーク２７を撮像する基板撮像装置である。第２カメラ３０は、カメラユニット３２が撮像した撮像結果を、制御部４０に送信する。

【0034】

次に図６を参照して、部品実装装置１の制御系の構成について説明する。部品実装装置１は、制御部４０と、搬送機構２と、テープフィーダ５と、実装ヘッド８と、移動機構９と、第１カメラ２０と、第２カメラ３０と、タッチパネル１３とを有している。制御部４０は、撮像処理部（以下、第１処理部）４１と、位置ずれ量算出部（以下、第１算出部）４２と、オフセット量算出部（以下、第２算出部）４３と、実装動作処理部（以下、第２処理部）４４と、実装記憶部（以下、記憶部）４５とを有している。記憶部４５は、実装データ４６、撮像データ４７、マーク視野位置ずれ量（以下、第１位置ずれ量）４８、部品視野位置ずれ量（以下、第２位置ずれ量）４９、基板視野位置ずれ量（以下、第３位置ずれ量）５０、オフセット量５１などを記憶している。

【0035】

なお、制御部４０を構成する第１処理部４１、第１算出部４２、第２算出部４３、第２処理部４４は、それぞれＣＰＵ（中央演算処理装置）またはＬＳＩ（大規模集積回路）で構成されている。必要に応じて、メモリを含んでいてもよい。これらは専用回路で構成されていてもよく、汎用のハードウェアを、一過性または非一過性の記憶装置や記録媒体から読みだしたソフトウェアで制御して実現してもよい。またこれらの２つ以上を一体に構成してもよい。記憶部５８は、書き換え可能なＲＡＭやフラッシュメモリ、ハードディスク等で構成されている。なお記憶部５８は、複数のメモリで構成し、実装データ４６～オフセット量５１を個別に記憶してもよいし、一体に構成してこれらのデータを一括して記憶してもよい。

【0036】

実装データ４６は、基板３の種類毎の、基板３のサイズ、実装される部品Ｄの種類と実装位置（ＸＹ座標）など、部品実装作業に必要な情報を含む。第１処理部４１は、第１カメラ２０の撮像視野の位置ずれを検出（算出）する際は、第１カメラ２０のマーク撮像部２２ｂと部品照明部２５とを制御する。具体的には第１処理部４１は、透明部材２６上に設けられたマーク２７を部品照明部２５に照らさせながらマーク撮像部２２ｂにマーク２７を撮像させる。第１処理部４１は、撮像結果を撮像データ４７として記憶部４５に記憶させる。

【0037】

ここで図７、図８を参照して、第１カメラ２０が撮像したマーク２７の撮像結果について説明する。第１カメラ２０は、部品実装作業においてノズル８ｂに保持された部品Ｄの撮像を繰り返し実行する。この過程において、撮像素子２２の発熱や部品照明部２５の発熱に起因して、センサ基板２３や筐体２１に経時的な歪が発生することがある。図７は、このような経時的な変化によってセンサ基板２３が歪んで撮像素子２２がＸＹ面内で位置ずれし、部品撮像部２２ａの第１の光路Ｐａ（光軸）とマーク撮像部２２ｂの第２の光路Ｐｂ（光軸）とが初期の状態からずれた状態を示している。Ｘ軸上において、第１の光路Ｐａは、位置ずれ量ΔＸｄだけずれており、第２の光路Ｐｂは、位置ずれ量ΔＸｍだけずれている。

【0038】

図７において、第１カメラ２０に歪がない初期の状態において、部品認識高さＨａにおける第１の光路Ｐａの位置を初期部品視野中心位置Ｃｄ０と定義し、マーク認識高さＨｂにおける第２の光路Ｐｂの位置を初期マーク視野中心位置Ｃｍ０と定義する。また、撮像素子２２がＸＹ面内で位置ずれしている状態において、部品認識高さＨａにおける第１の光路Ｐａの位置を部品視野中心位置Ｃｄと定義し、マーク認識高さＨｂにおける第２の光路Ｐｂの位置をマーク視野中心位置Ｃｍと定義する。

【0039】

図８は、図７に示すように撮像素子２２がＸＹ面内で位置ずれしている状態において、第１カメラ２０によって撮像されたマーク２７の画像であるマーク画像６０を示している。マーク画像６０には、マーク撮像部２２ｂによって撮像された５個のマーク２７が並んで写っている。５個並んだマーク２７のうちの３番目のマーク２７（以下、中央マーク２７Ａ）の中心が、初期マーク視野中心位置Ｃｍ０である。また、マーク画像６０の中心６０ｃが、マーク視野中心位置Ｃｍである。

【0040】

第１カメラ２０に歪がない初期状態では、第１カメラ２０によって撮像された画像において、初期マーク視野中心位置Ｃｍ０がマーク画像６０の中心６０ｃに位置し、５個のマーク２７は点線で示す位置にある。図８では、撮像素子２２が位置ずれすることで、マーク認識高さＨｂにおける第２の光路Ｐｂの位置が中央マーク２７Ａの中心から移動してずれている。

【0041】

図６に示す第１算出部４２は、マーク画像６０に基づいて、マーク撮像部２２ｂの視野の初期状態からの位置ずれ量である第１位置ずれ量４８を算出して、記憶部４５に記憶させる。具体的には、第１算出部４２は、図８に示すマーク画像６０の中心６０ｃに対する中央マーク２７Ａの位置より、Ｘ軸におけるずれ量ΔＸｍとＹ軸におけるずれ量ΔＹｍとを算出する。また、５個のマーク２７の中心を結ぶ直線の傾きからＺ軸を回転軸とする回転の方向であるθ方向のずれ量Δθｍを算出する。

【0042】

図９は、図７に示す撮像素子２２がＸＹ面内で位置ずれしている状態において、第１カメラ２０が撮像した部品Ｄの画像である部品撮像画像（以下、第１画像）６１を示す。なお、ノズル８ｂは、部品Ｄの中心を保持している。第１画像６１に写っている部品Ｄの中心が、初期部品視野中心位置Ｃｄ０である。また、第１画像６１の中心６１ｃが、部品視野中心位置Ｃｄである。第１カメラ２０に歪がない初期状態では、第１画像６１において、初期部品視野中心位置Ｃｄ０が第１画像６１の中心６１ｃに位置し、部品Ｄと部品Ｄを保持するノズル８ｂとは点線で示す位置にある。

【0043】

第１画像６１に基づく部品撮像部２２ａの視野の初期状態からの位置ずれ量である第２位置ずれ量４９は、Ｘ軸におけるずれ量ΔＸｄとＹ軸におけるずれ量ΔＹｄとで表される。すなわち、第１画像６１の中心６１ｃに対する部品Ｄの中心の位置のずれは、ずれ量ΔＸｄとずれ量ΔＹｄである。また、部品Ｄの回転具合（部品Ｄの各辺の傾きなど）が、Ｚ軸を回転軸とする回転の方向であるθ方向のずれ量Δθｄである。

【0044】

第１カメラ２０では、部品撮像部２２ａとマーク撮像部２２ｂとが単一の撮像素子２２に形成されている。そのため、第１カメラ２０の経時的な変化によって、部品撮像部２２ａの第１の光路Ｐａのずれとマーク撮像部２２ｂの第２の光路Ｐｂのずれとは連動して発生する。したがって、第１位置ずれ量４８と第２位置ずれ量４９には、第１カメラ２０の構成で決まる所定の関係（例えば、比例関係）がある。すなわち、第２位置ずれ量４９は、第１位置ずれ量４８から算出することができる。

【0045】

第１算出部４２は、マーク画像６０から算出した第１位置ずれ量４８に対して、所定の演算を実行して第２位置ずれ量４９を算出して、記憶部４５に記憶させる。所定の演算とは、例えば、Ｘ軸の成分とＹ軸の成分には所定の係数を掛け、θ方向はそのままにする、といった演算である。すなわち、第１算出部４２は、マーク撮像部２２ｂによるマーク２７の撮像結果であるマーク画像６０に基づいて、部品撮像部２２ａの視野の位置ずれ量（第２位置ずれ量４９）を算出する。そして、部品撮像部２２ａ、マーク撮像部２２ｂ、マーク２７、第１算出部４２は、ノズル８ｂで保持された部品Ｄを撮像し、第２位置ずれ量４９を算出する部品撮像装置を構成する。

【0046】

図６に示す第２処理部４４は、実装データ４６に基づいて部品実装装置１の各部を制御する。具体的には、実装ヘッド８のノズル８ｂを制御して、テープフィーダ５が供給する部品Ｄを保持させる。そして、ノズル８ｂが保持した部品Ｄの位置ずれを第１カメラ２０に検出させる。さらに、ノズル８ｂを制御して、実装作業位置に保持された基板３に部品Ｄを装着させる。第２処理部４４は、このような一連の部品実装作業を制御する。その際、第２処理部４４は、記憶部４５に記憶されている第２位置ずれ量４９に基づいて、第１カメラ２０が検出したノズル８ｂに対する部品Ｄの位置を補正する。

【0047】

マーク撮像部２２ｂは、実装ヘッド８がテープフィーダ５からの部品Ｄの取り出しや基板３への部品の装着を実行している間に、マーク２７を撮像することができる。すなわちマーク撮像部２２ｂは、実装ヘッド８が第１カメラ２０の上方にない空き時間に、実装ヘッド８の動作などとは独立してマーク２７を撮像することができる。このため、空き時間にマーク撮像部２２ｂがマーク２７を撮像して第２位置ずれ量４９を最新の値に更新することできる。これにより、部品実装作業の効率を低下させることなく部品Ｄを撮像する部品撮像カメラ２０の光軸のずれ（第２位置ずれ量４９）を検出して部品Ｄを実装する位置を補正し、部品Ｄを高精度に正規の実装位置に装着することができる。

【0048】

図６に示す第１処理部４１は、移動機構９の経時的な歪に起因する実装ヘッド８、ノズル８ｂ、第２カメラ３０の位置ずれを検出（算出）する。具体的には第１処理部４１は、移動機構９、第２カメラ３０、第１カメラ２０を制御して、透明部材２６上に形成されたマーク２７をカメラユニット３２に撮像させる。第１処理部４１は、撮像結果を撮像データ４７として記憶部４５に記憶させる。

【0049】

次に、図１０、図１１を参照して、第２カメラ３０によるマーク２７の撮像の詳細と撮像結果について説明する。第２カメラ３０によりマーク２７を撮像する際、まず図６に示す第１処理部４１は移動機構９を制御して、第１カメラ２０に設けられたマーク２７を撮像する位置に第２カメラ３０を移動させる。次いで第１処理部４１は、第１カメラ２０の部品照明部２５を制御して、透明部材２６上に設けられたマーク２７を下方から照らさせながら、図１０に示すカメラユニット３２を制御してマーク２７を撮像させる。

【0050】

すなわち、基板撮像装置としての第２カメラ３０がマーク２７を撮像する際には、部品照明部２５が透過照明によりマーク２７を照らす。これにより、例えば透明部材２６に汚れが付着している場合でも、第２カメラ３０は、マーク２７を鮮明に撮像することができる。なお、基板照明部３３がマーク２７を照らしながらカメラユニット３２がマーク２７を撮像してもよい。また、部品照明部２５は透過照明としたが、透過照明は照明種別の一例であり、この例に限定されることはない。

【0051】

ところで、移動機構９は、部品実装作業において実装ヘッド８を繰り返し移動させる。この過程において、移動機構９のリニア駆動機構などの発熱によって移動機構９に経時的な歪が発生することがある。制御部４０では、部品実装装置１に設定されている基点（図示省略）を原点として、移動機構９に歪がない初期状態を想定して実装ヘッド８やノズル８ｂの位置が制御されるように各種制御パラメータが設定されている。移動機構９に歪がある場合、実装ヘッド８やノズル８ｂが初期状態の位置からずれるため補正が必要となる。

【0052】

図１０は、第１処理部４１が移動機構９を制御して、カメラユニット３２の第３の光路Ｐｈがマーク２７の中心と一致させるにもかかわらず、移動機構９の歪に基因して第２カメラ３０が位置ずれして停止している状態を示している。前述のようにカメラユニット３２を含む第２カメラ３０は、移動機構９により実装ヘッド８と一体的に移動する。移動機構９に歪がない初期の状態において、第３の光路Ｐｈのマーク２７上の位置を初期基板視野中心位置Ｃｈ０と定義する。また、移動機構９に歪がある状態における、第３の光路Ｐｈの透明部材２６上の位置を基板視野中心位置Ｃｈと定義する。

【0053】

図１１は、図１０に示すように移動機構９に歪がある状態において、第２カメラ３０のカメラユニット３２によって撮像されたマーク２７の基板認識カメラ画像（以下、第２画像）６２を示している。第２画像６２の中心６２ｃが基板視野中心位置Ｃｈである。また、第２画像６２に写っている５個のマーク２７のうちの３番目の中央マーク２７Ａの中心が、初期基板視野中心位置Ｃｈ０である。移動機構９に歪がない初期状態では、第２画像６２において、中心６２ｃに初期基板視野中心位置Ｃｈ０が位置し、５個のマーク２７は点線で示す位置にある。

【0054】

図６に示す第２算出部４３は、図１１に示す第２画像６２に基づいて、カメラユニット３２の視野の初期状態からの位置ずれ量である第３位置ずれ量５０を算出して、記憶部４５に記憶させる。具体的には、第２算出部４３は、第２画像６２の中心６２ｃに対する中央マーク２７Ａの位置よりＸ軸におけるずれ量ΔＸｈとＹ軸におけるずれ量ΔＹｈとを算出する。また、５個のマーク２７の中心を結ぶ直線の傾きから、Ｚ軸を回転軸とする回転の方向であるθ方向のずれ量Δθｈを算出する。

【0055】

第２処理部４４は、第２カメラ３０を制御して、実装作業位置に保持された基板３の基板マーク３ａを撮像させて基板３の位置を認識する。その際、第２処理部４４は、記憶部４５に記憶されている第３位置ずれ量５０に基づいて、基板３の停止位置を補正する。また、部品実装作業では、部品実装装置１に設定されている基点に対するノズル８ｂの位置を補正して、ノズル８ｂが保持する部品Ｄを基板３上の所定の実装位置に実装する必要がある。ノズル８ｂの位置を補正するには、移動機構９の歪に加えて、上述したノズル８ｂが保持する部品Ｄを撮像する第１カメラ２０の歪も考慮する必要がある。

【0056】

図１０において、第２算出部４３は、実装ヘッド８における第２カメラ３０とノズル８ｂとの位置関係（Ｘｎ，Ｙｎ）に加え、第３位置ずれ量５０と、第１位置ずれ量４８とに基づいて、ノズル８ｂと第２カメラ３０とのオフセット量５１を算出する。そして第２算出部４３は、オフセット量５１を記憶部４５に記憶させる。前述のように、第１位置ずれ量４８は、第１カメラ２０の歪を表わす第１カメラ２０の視野の位置ずれ量である。第２処理部４４は、記憶部４５に記憶された実装データ４６とオフセット量５１とに基づいてノズル８ｂの位置を補正して、ノズル８ｂを制御し、ノズル８ｂが保持する部品Ｄを基板３上の実装位置に実装させる。

【0057】

前述のように、第１カメラ２０の視野の位置ずれ量は、第１カメラ２０のマーク撮像部２２ｂによるマークの撮像結果に基づいて、第１算出部４２によって算出される。すなわち、第１算出部４２は、図８に示すマーク画像６０に基づいて第１位置ずれ量４８を算出する。第１カメラ２０がマーク２７を撮像する際、第１処理部４１は、第２カメラ３０の基板照明部３３を制御して透明部材２６上に設けられたマーク２７を上方から照らさせた状態で、マーク撮像部２２ｂを制御してマーク２７を撮像させる。すなわち、第１カメラ２０がマーク２７を撮像する際は、基板照明部３３がマーク２７を透過照明で照らす。これにより、例えば、透明部材２６に汚れが付着している場合でも、マーク２７を鮮明に撮像することができる。

【0058】

このように、第２算出部４３は、部品撮像装置である第１カメラ２０のマーク撮像部２２ｂによるマーク２７の撮像結果と、基板撮像装置である第２カメラ３０によるマーク２７の撮像結果とに基づいて、ノズル８ｂと第２カメラ３０とのオフセット量５１を算出する。すなわち、第２算出部４３は、マーク画像６０と基板認識カメラ画像６２とに基づいて、オフセット量５１を算出する。

【0059】

上記のように、部品実装装置１は、ノズル８ｂで保持された部品Ｄを撮像する部品撮像装置（第１カメラ２０、第１算出部４２）と、ノズル８ｂと一体的に移動して基板３を撮像する基板撮像装置（第２カメラ３０）と、オフセット量５１を算出するオフセット量算出部（第２算出部）４３とを有している。これによって、ノズル８ｂと基板認識装置とのオフセット量５１を精度良く算出することができる。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本開示の部品撮像装置は、部品を撮像するカメラの光軸のずれを算出することができる。また、本開示の部品実装装置は、実装基板の生産中にノズルと基板撮像装置とのオフセット量を精度良く算出することができることができる。そのため、いずれも、部品を基板に実装する分野において有用である。

【符号の説明】

【0061】

１ 部品実装装置
１ａ 基台
２ 基板搬送機構（搬送機構）
３ 基板
３ａ 基板マーク
４ 部品供給部
５ テープフィーダ
５ａ 部品供給位置
６ Ｙ軸テーブル
７ ビーム
７ａ プレート
８ 実装ヘッド
８ａ 吸着ユニット
８ｂ ノズル
９ ヘッド移動機構（移動機構）
１０ 台車
１０ａ フィーダベース
１１ テープ
１２ テープリール
１３ タッチパネル
２０ 部品認識カメラ（第１カメラ）
２１，３１ 筐体
２１ａ 底
２１ｂ 上部
２２ 撮像素子
２２ａ 部品撮像部
２２ｂ マーク撮像部
２３ センサ基板
２４ レンズ
２５ 部品照明部
２５ａ，３３ａ 側射照明部
２５ｂ，３３ｂ 同軸照明部
２５ｃ，３３ｃ ハーフミラー
２６ 透明部材
２６ａ 部品撮像視野
２６ｂ マーク撮像視野
２６ｃ 上面
２７ マーク
２７Ａ 中央マーク
２８ 補正部材
３０ 基板認識カメラ（第２カメラ）
３２ カメラユニット
３３ 基板照明部
３４ 窓部材
４０ 制御部
４１ 撮像処理部（第１処理部）
４２ 位置ずれ量算出部（第１算出部）
４３ オフセット量算出部（第２算出部）
４４ 実装動作処理部（第２処理部）
４５ 実装記憶部（記憶部）
４６ 実装データ
４７ 撮像データ
４８ マーク視野位置ずれ量（第１位置ずれ量）
４９ 部品視野位置ずれ量（第２位置ずれ量）
５０ 基板視野位置ずれ量（第３位置ずれ量）
５１ オフセット量
６０ マーク画像
６０ｃ，６１ｃ，６２ｃ 中心
６１ 部品撮像画像（第１画像）
６２ 基板認識カメラ画像（第２画像）
Ｄ 部品
Ｐａ 第１の光路
Ｐｂ 第２の光路
Ｐｈ 第３の光路

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】