(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を所定位置の基板に装着する装着ヘッドを、Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段により、初期位置から指令位置に移動させ、該装着ヘッドに搭載されている基板認識カメラを基板上の基板マーク上に移動させて、該カメラにより基板マークを撮像して基板認識を行なう電子部品実装装置において、
前記装着ヘッドが、前記指令位置に到達して最初にオーバーシュートした後、指令位置方向に戻るタイミングを整定とみなして整定みなし時間を予め設定しておき、
前記装着ヘッドを、前記初期位置から移動させて前記指令位置に到達させた後、前記整定みなし時間経過時点で、前記カメラにより基板マークを撮像する制御手段を備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
電子部品を所定位置の基板に装着する装着ヘッドを、Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段により、初期位置から指令位置に移動させ、該装着ヘッドに搭載されている吸着ノズルに保持されている電子部品を部品認識カメラ上に移動させて、該カメラにより電子部品を撮像して部品認識を行なう電子部品実装装置において、
前記装着ヘッドが、前記指令位置に到達して最初にオーバーシュートした後、指令位置方向に戻るタイミングを整定とみなして整定みなし時間を予め設定しておき、
前記装着ヘッドを、前記初期位置から移動させて前記指令位置に到達させた後、前記整定みなし時間経過時点で、前記カメラにより電子部品を撮像する制御手段を備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項３】
前記整定みなし時間を、撮像前の位置と撮像後の位置の差が所定の閾値以下であることを条件に決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装装置。
【請求項４】
撮像時における前記装着ヘッドの位置を、撮像前の位置と撮像後の位置に基づいて決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装装置。
【請求項５】
前記撮像前と撮像後の各位置を、前記Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段に内蔵されているエンコーダの出力に基づいて求めることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品実装装置、特にカメラによる画像認識に要する時間を短縮することができる電子部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子部品実装装置では、装着ヘッドに搭載されている吸着ノズルに吸着保持した電子部品を、所定位置に固定されている基板上の決められた位置に正確に装着する必要がある。
【０００３】
そのため、部品を装着する前に、部品供給装置からノズルで吸着した部品の目標吸着位置からのずれや、位置決め固定されている基板の規準位置からのずれを、カメラで撮像した画像に基づいて補正する、画像認識による位置補正が行なわれている。
【０００４】
一般に装着ヘッドは、Ｘ軸フレーム（Ｘ駆動手段）によりＸ方向に移動されると共に、該Ｘ軸フレームと一体でＹ軸フレーム（Ｙ駆動手段）によりＹ方向に移動され、平面方向の任意の位置へ移動可能になっている。
【０００５】
従って、部品の位置補正を行なう際の画像認識では、装着ヘッドをＸ軸フレームとＹ軸フレームにより移動し、所定位置に設置されている固定カメラ上にノズルに吸着保持された部品を移動させた後、ＸＹの各軸フレームにより移動される装着ヘッドが指令座標に到達し、停止するまでの整定時間を待ち合わせた後、該カメラによる撮像を開始していた。
【０００６】
又、基板の位置補正のために装着ヘッドに搭載されている基板認識用のカメラで基板上の基準マークを撮像する場合も同様に、ＸＹの各軸フレームにより移動される装着ヘッドがマーク認識のための指令座標に到達した後、該指令座標に停止するまでの整定時間を待ち合わせた後、該カメラによる撮像を開始していた。なお、ここで使用する整定時間は、例えば特許文献１に開示されている実装動作の所要時間の場合と同様に実測により求めていた。
【０００７】
装着ヘッドがＸ方向、Ｙ方向の各指令座標に停止するまでの整定時間は、厳密にはＸ軸フレーム、Ｙ軸フレームによる装着ヘッドの移動距離、速度、加減速度等のプロファイルの違い等により異なるため、これらの組合せに適合した整定時間を個々に設定するべきであるが、全ての組合せを網羅することは現実的ではない。そこで、従来は最悪のケースを想定した長い整定時間を常に待つようにしていた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、整定時間を最悪のケースに合わせて設定する従来の方法は、最悪のケース自体の組合せの検証が難しく、殆どの場合装着ヘッドが既に指令位置（座標）に停止しているにも拘らず、無駄な時間を待っていることが多かった。
【００１０】
又、仮に実際の整定時間が想定した最悪のケースよりも長い場合があったとすると、指令位置で停止していないのに撮像することになるために、指令位置と実際の位置との偏差分の認識誤差が発生してしまうことになる。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、画像認識用のカメラにより、所定位置に位置決めされている基板上のマーク、又は、吸着ノズルに保持されている部品を、画像認識する際の所要時間を短縮することができる電子部品実装装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電子部品を所定位置の基板に装着する装着ヘッドを、Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段により、初期位置から指令位置に移動させ、該装着ヘッドに搭載されている基板認識カメラを基板上の基板マーク上に移動させて、該カメラにより基板マークを撮像して基板認識を行なう電子部品実装装置において、前記装着ヘッドが、前記指令位置に到達して最初にオーバーシュートした後、指令位置方向に戻るタイミングを整定とみなして整定みなし時間を予め設定しておき、前記装着ヘッドを、前記初期位置から移動させて前記指令位置に到達させた後、前記整定みなし時間経過時点で、前記カメラにより基板マークを撮像する制御手段を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
本発明は、又、電子部品を所定位置の基板に装着する装着ヘッドを、Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段により、初期位置から指令位置に移動させ、該装着ヘッドに搭載されている吸着ノズルに保持されている電子部品を部品認識カメラ上に移動させて、該カメラにより電子部品を撮像して部品認識を行なう電子部品実装装置において、前記装着ヘッドが、前記指令位置に到達して最初にオーバーシュートした後、指令位置方向に戻るタイミングを整定とみなして整定みなし時間を予め設定しておき、前記装着ヘッドを、前記初期位置から移動させて前記指令位置に到達させた後、前記整定みなし時間経過時点で、前記カメラにより電子部品を撮像する制御手段を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１４】
本発明においては、前記整定みなし時間を、撮像前の位置と撮像後の位置の差が所定の閾値以下であることを条件に決定するようにしてもよい。
【００１５】
本発明においては、又、撮像時における前記装着ヘッドの位置を、撮像前の位置と撮像後の位置に基づいて決定するようにしてもよく、その場合、前記撮像前と撮像後の各位置を、前記Ｘ駆動手段及びＹ駆動手段に内蔵されているエンコーダの出力に基づいて求めるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
画像認識用のカメラで吸着ノズルに保持されている部品や、位置決めされている基板上のマークを撮像できる条件として、装着ヘッドが指令座標（指令位置）に完全に停止していることが絶対的ではなく、カメラの露光時間の間だけ装着ヘッドが実質的に一定の座標に停止していればよいと考えられる。
【００１７】
そこで、本発明者が種々検討した結果、以下の知見が得られた。
【００１８】
Ｘ軸フレーム、Ｙ軸フレームにより装着ヘッドを初期位置から指令位置に移動させ停止させた際の、指令位置からの距離の偏差を図１に概念的に示すように、通常指令位置に到達して偏差０になった後、オーバーシュートしてマイナス偏差になり、その後偏差０方向に戻され、再びプラス方向にオーバーシュートするという指令位置の前後で振動する動作を繰返し、最終的に図中Ｅで示す位置に完全停止する。
【００１９】
従来は、この完全停止Ｅまでの所用時間を前記整定時間として設定していたが、この図から分かるように、最初のオーバーシュート後に指令位置方向に戻るＡからＢのタイミングに一時的にほぼ整定していると見なせる状態が存在することから、これを画像認識のための撮像タイミングに利用できれば極めて有効である。
【００２０】
即ち、装着ヘッドが一定の座標に一時的にほぼ整定していると見なせる上記の状態は、装着ヘッドが指令座標に完全に停止するＥの状態より当然早く到達するため、この一時的にほぼ整定していると見なせる状態を撮像タイミングに利用することにより、従来より短時間でカメラの撮像を開始できることになる。
【００２１】
そして、画像認識カメラにより撮像している露光時間の間、装着ヘッドが一定の座標に一時的にほぼ整定していると見なせる座標をエンコーダ出力を元に管理することにより、指令位置と実際の座標との偏差を求めることができ、認識結果を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の概要を、一部破断して示す斜視図である。
【００２４】
この電子部品実装装置では、装着ヘッド１０が、Ｘ軸フレーム（Ｘ駆動手段）１２によりＸ方向に移動されると共に、該Ｘ軸フレーム１２と一体でＹ軸フレーム（Ｙ駆動手段）１４によりＹ方向に移動され、搭載されている吸着ノズル１０Ａにより部品（図示せず）を吸着保持して、位置決めされている基板Ｓ上に装着することが可能になっている。
【００２５】
この電子部品実装装置では、搬送装置１６により搬送され、所定位置に位置決めされている基板Ｓの基準位置からのずれを画像認識により補正するために、基板Ｓ上の所定位置に付されている基板マークを撮像する基板認識カメラ１８が、前記装着ヘッド１０に搭載されている。
【００２６】
又、部品供給装置２０に設置されているテープフィーダ２０Ａにより、所定位置に供給される電子部品（明示せず）を、前記吸着ノズル１０Ａにより吸着した後、該部品の目標吸着位置（通常、部品中心）からのずれを画像認識により補正するために、部品認識カメラ２２が装着ヘッド１０（吸着ノズル１０Ａ）が移動可能な範囲の所定位置に固定されている。
【００２７】
図３には、本実施形態の電子部品実装装置の制御系の概要を示す。
【００２８】
この制御系には、制御装置３０に制御される、前記Ｘ軸フレーム１２を駆動するＸモータ３２と、前記Ｙ軸フレーム１４を駆動するＹモータ３４と、吸着した部品の回転角を補正するために前記吸着ノズル１０Ａを軸を中心に回転駆動するθモータ３６と共に、前記基板認識カメラ１８と部品認識カメラ２２とが含まれている。
【００２９】
そして、制御装置３０は、上記Ｘモータ３２、Ｙモータ３４及びθモータ３６にそれぞれ駆動信号を出力するＸモータドライバ３８、Ｙモータドライバ４０、θモータドライバ４２と共に、前記基板認識カメラ１８及び部品認識カメラ２２からの撮像データをそれぞれ画像処理する基板映像処理部４４及び部品映像処理部４６を有しており、これら各ドライバ及び画像処理部は、メモリ４８に保存されている制御プログラムにより各種演算を実行するＣＰＵ５０により管理されている。
【００３０】
又、Ｘモータ３２及びＹモータ３４により駆動される前記Ｘ軸フレーム１２及びＹ軸フレーム１４の移動量は、それぞれＸモータドライバ３８、Ｙモータドライバ４０が有するエンコーダカウンタから出力されるカウント値を元に上記ＣＰＵ５０により演算されるようになっている。
【００３１】
本実施形態においては、電子部品実装装置の所定位置に基板Ｓが搬入され、位置決め固定されると、前記Ｘモータ３２及びＹモータ３４により前記Ｘ軸フレーム１２及びＹ軸フレーム１４をそれぞれ駆動して初期位置の装着ヘッド１０を、該ヘッド１０に搭載されている基板認識カメラ１８により撮像する際の基準とする指令座標に一致させるべく、Ｘ・Ｙ平面方向に移動させ、後に詳述する所定条件が整ったタイミングで、該カメラ１８により基板Ｓ上のマークを撮像した画像に基づいて基板の位置補正演算を行なう。
【００３２】
この基板Ｓの位置補正演算が完了し、基板Ｓ上の部品装着位置が確定すると、Ｘ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４により装着ヘッド１０を部品供給装置２０のピックアップ位置（初期位置）へ移動させ、吸着ノズル１０Ａにより部品を吸着する。その後、部品を吸着しているノズル１０Ａが、部品認識カメラ２２の撮像中心に一致させるべく、該ヘッド１０を部品認識カメラ２２の上方に設定されている指令位置に速やかに移動させ、同様に後述する所定条件が整ったタイミングで撮像した画像に基づいて、例えばノズル中心からの部品の吸着ずれを補正する補正演算を行なう。
【００３３】
次に、画像認識による位置補正の原理を、基板マークを撮像する基板認識を例に説明する。但し、以下には、制御上の装着ヘッド１０に対する指令座標（位置）を、画像上では基板認識カメラ１８に対する指令座標として説明する。
【００３４】
いま、装着ヘッド１０を基板Ｓ上に移動させ、指令座標に停止させた後に基板認識カメラ１８により撮像して得られた画像が、図４にイメージを示すようであったとする。この図で外側の実線の矩形は入力画像Ｇであり、Ｇｃが画像中心である。
【００３５】
この図には、画像認識補正を行なう場合に使用するオフセットの概念が示され、○中プラス印の中心Ｄは、画像認識カメラ１８が本来到達するべき指令座標であり、◎は基板マークＭの中心Ｍｃを表わしている。
【００３６】
通常、画像認識で基板マークＭを撮像する場合、カメラの基準位置が画像中心Ｇｃであるとすると、画像中心Ｇｃが指令座標に一致するように、前記制御装置３０によりＸ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４を制御して装着ヘッド１０を移動させる。
【００３７】
従って、指令座標Ｄ：（ＸCOM，ＹCOM）は、本来画像中心Ｇｃと一致するべきだが、ここではそれがずれてしまっていることが示されている。図示されているこのずれ量は、Ｘ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４による送り偏差（ＤＸ，ＤＹ）として、前記Ｘモータドライバ３８、Ｙモータドライバ４０のエンコーダカウンタの読みから計算される。又、この例では、カメラの画像中心Ｇｃとマーク中心Ｍｃとの間に（ＣＸ，ＣＹ）のずれが生じていることが示されている。
【００３８】
従って、基板Ｓの補正量は、指令座標Ｄからのマーク中心Ｍｃのずれということになるため、（ＤＸ，ＤＹ）と（ＣＸ，ＣＹ）の和で与えられる。
【００３９】
本実施形態では、次に説明する整定みなし時間を待った後に撮像するが、その場合のカメラが本来到達するべき指令座標（ＸCOM，ＹCOM）と撮像前後の実際のカメラ位置を表わすエンコーダ値の関係を図５に示す。この図で、（Ｘ1，Ｙ1）は整定みなし時間が経過した撮像前のＸＹエンコーダ座標、（Ｘ2，Ｙ2）は撮像完了後のＸＹエンコーダ座標であり、その中間に示されている（Ｘ0，Ｙ0）は、撮像時（露光中）の基板認識カメラ１８のＸＹ推定座標である。なお、この図には前記図３に示したＸ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４による送り偏差（ＤＸ，ＤＹ）も矢印で示してある。
【００４０】
次に、以上の画像認識を行なう際の撮像タイミングとして設定する最適な整定みなし時間の決定方法を、図６のフローチャートに従って説明する。なお、図ではＸ軸フレーム、Ｙ軸フレーム、又はその駆動系を、“ＸＹ軸”と略記している。
【００４１】
基板認識カメラ１８を基板マーク上に移動させるために、装着ヘッド１０を指令座標へ移動させる指令信号を、前記制御装置３０からＸモータ３２、Ｙモータ３４に出力し、Ｘ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４を駆動させる（ステップ１）。
【００４２】
装着ヘッド１０の指令座標への到達完了を待ち（ステップ２）、到達時点から所定の整定予定時間（ｄｔ０）の待ち合わせを行なう（ステップ３）。この整定予定時間が終了した時点で、撮像直前のＸＹエンコーダ座標（Ｘ1，Ｙ1）をＸ、Ｙの各モータドライバ３８、４０から読み出してメモリ４８に記憶する（ステップ４）と共に、基板マークの撮像を実行する（ステップ５）。
【００４３】
次いで、撮像直後のＸＹエンコーダ座標（Ｘ2，Ｙ2）を、同様にモータドライバ３８、４０から読み出して記憶する（ステップ６）。
【００４４】
撮像前後のモータエンコーダ値のＸ方向、Ｙ方向の差の絶対値が、実績から得られている所定の閾値dist以下の場合（ステップ７とステップ８でいずれもＮＯ）、前記整定予定時間待った後の装着ヘッドは十分に整定しているものとして、該整定予定時間（ｄｔ０）を整定みなし時間（ｄｔ）に決定して処理を終了する。
【００４５】
一方、撮像前後でモータエンコーダ値の差の絶対値が、所定の閾値distより大きい場合（ステップ７又はステップ８でＹＥＳ）、整定予定時間後の装着ヘッドが十分に整定していないと判断し、最初の整定予定時間が十分に短かい設定であった場合には、それを僅かに延長して再設定し（ステップ９）、Ｘ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４により装着ヘッド１０を初期位置（座標）に移動して（ステップ１０）、前記ステップ１〜ステップ１０の処理を繰返し、最適な整定予定時間を求め、それを実際の撮像に使用する整定みなし時間（ｄｔ）に決定する。
【００４６】
なお、前記整定みなし時間を決定する際の基板マークの撮像は、実際にはカメラの露光タイミングが分かればよいので、ランダムトリガーシャッタ等のように露光タイミングが確定的に決まる場合には、一定のＮＯＰ期間、即ち露光時間の間を待ち合わせる期間を設ければ実際の撮像を行なう必要はない。
【００４７】
以上のステップ１〜ステップ１０により、整定みなし時間（ｄｔ）が決定されると、それを前記制御装置３０に設定し、その後この整定みなし時間を基準に、基板認識カメラ１８により撮像を行なう。
【００４８】
次に、前記電子部品実装装置において整定みなし時間を設定して撮像し、得られる基板マーク認識画像に基づいて行なう基板補正量の計算を、図７のフローチャートに従って説明する。なお、以下のステップ１１〜ステップ１６は、ステップ１３で予め設定した前記整定みなし時間（ｄｔ）を使用する以外は、前記ステップ１〜ステップ６と実質的に同一である。
【００４９】
まず、基板認識カメラ１８を基板マーク上に移動させるために、装着ヘッド１０を指令位置へ移動させる指令信号を、前記制御装置３０からＸモータ３２、Ｙモータ３４に出力し、Ｘ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４を駆動させる（ステップ１１）。装着ヘッド１０の指令位置への到達完了を待ち（ステップ１２）、到達時点から所定の整定みなし時間（ｄｔ）の待ち合わせを行なう（ステップ１３）。この整定みなし時間が経過した時点で、撮像直前のＸＹエンコーダ座標（Ｘ1，Ｙ1）を該当するモータドライバ３８、４０から読み出して記憶する（ステップ１４）と共に、基板マークの撮像を実行する（ステップ１５）。
【００５０】
撮像直後のＸＹエンコーダ座標（Ｘ2，Ｙ2）を同じくモータドライバ３８、４０から読み出して記憶する（ステップ１６）。
【００５１】
次いで、カメラ露光中のＸＹ座標（Ｘ0，Ｙ0）を計算する（ステップ１７）。この露光中のＸＹ座標の推定値（Ｘ0，Ｙ0）は、前記図５に示したような基板認識カメラ１８に対する撮像指令を制御装置３０により発行（出力）する直前のエンコーダ値（Ｘ1，Ｙ1）と、撮像終了直後のエンコーダ値（Ｘ2，Ｙ2）の平均値とする。但し、いずれかのＸＹ座標のエンコーダ値そのものとしてもよく、又、露光中のＸＹ座標のエンコーダ値をサンプリングし、その平均値あるいは中央値等を露光中のＸＹ座標としてもよい。
【００５２】
次に、ＸＹ指令座標（ＸCOM，ＹCOM）とカメラ露光中のＸＹ座標の推定値（Ｘ0，Ｙ0）より、Ｘ軸フレーム１２、Ｙ軸フレーム１４による装着ヘッドの送り偏差（ＤＸ，ＤＹ）を計算する（ステップ１８）と共に、撮像した画像に基いて前記図４に示した画像中心Ｇｃと基板マークＭの中心Ｍｃのずれの認識結果（ＣＸ，ＣＹ）を引き取る（ステップ１９）。
【００５３】
その後、ＸＹ指令座標（ＸCOM，ＹCOM）に対する基板マークの中心Ｍｃのずれ量（δＸ，δＹ）を、上記装着ヘッド１０の送り偏差（ＤＸ，ＤＹ）と基板マークの認識結果（ＣＸ，ＣＹ）より計算する（ステップ２０）。
【００５４】
なお、以上には基板認識の場合を説明したが、基板認識カメラ１８を吸着ノズル１０Ａに、基板を部品認識カメラ２２に、基板マークを部品に変更することにより、実質上同一の処理で部品認識を行なうこともできる。
【００５５】
以上詳述した本実施形態によれば、従来のように完全な整定を待って撮像する場合に比べて、基板認識に要する時間を大幅に短縮することができると共に、以下の効果を得ることができる。
【００５６】
（１）カメラの撮像時に装着ヘッド１０のエンコーダポジションを読み取ることにより、指令座標に対する実際の座標の偏差が分かるため、より高精度な認識を行なうことができる。
【００５７】
（２）前記図６のフローチャートに従い整定予定時間を収集し、そのデータを保管しておくことにより、整定みなし時間として設定した時間が短すぎた場合、カメラの撮像指令前後のエンコーダ値を読み取り、その差分から適切な整定みなし時間を自動的に取得することもできる。
【００５８】
（３）従来の整定時間の考え方よりも早いタイミングでカメラの撮像指令を発行（出力）できるため、基板マークの認識、部品の認識に要する時間を短縮できる。
【００５９】
（４）実際の撮像動作をしなくとも、実際と同じＸ軸フレーム、Ｙ軸フレームによる移動動作を実施することにより、最適な整定みなし時間を求めることができる。
【００６０】
なお、前記実施形態では、撮像前後のＸＹ方向のエンコーダ座標値を、モータドライバのエンコーダカウンタにより読み取る場合を示したが、エンコーダ信号を撮像信号に電気的に同期させて読み取るようにしてもよい。
【００６１】
又、整定みなし時間を決定する際、前記図６のフローチャートで閾値を超えている場合は、ステップ９で整定予定時間を延長する場合を説明したが、逆に最初に長い時間を設定しておき、短縮する方向に絞り込むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】画像認識で撮像する際の整定待ち時間を説明する線図
【図２】本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の概要を示す斜視図
【図３】本実施形態の電子部品実装装置が備えている制御系の概要を示すブロック図
【図４】画像認識時に撮像した画像のイメージを示す説明図
【図５】撮像の前後におけるカメラ位置のイメージを示す説明図
【図６】整定みなし時間の決定の手順を示すフローチャート
【図７】本実施形態における画像認識による補正手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６３】
１０…装着ヘッド
１０Ａ…吸着ノズル
１２…Ｘ軸フレーム
１４…Ｙ軸フレーム
１６…搬送装置
１８…基板認識カメラ
２０…部品供給装置
２２…部品認識カメラ
３０…制御装置
３２…Ｘモータ
３４…Ｙモータ
Ｓ…基板
【図１】
0004660309.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004660309.tif 000008