(57)【要約】【課題】部品を搭載する基板面の高さが異なる場合でも、各基板面上の認識部を容易且つ正確に画像認識できるようにする。【解決手段】所定位置に位置決めされた基板上の認識部を、装着ヘッドに付設されている認識カメラ８を備えている基板認識手段により画像認識し、認識結果を基に部品を搭載する基板上の搭載位置を補正し、補正後の搭載位置に、前記装着ヘッドが有するノズルで吸着保持した部品を搭載する部品搭載装置において、前記基板認識手段が、レンズの曲率を変化させて焦点距離を変更可能な曲率可変レンズ１３ａ〜１３ｃを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定位置に位置決めされた基板上の認識部を、装着ヘッドに付設されている基板認識手段により画像認識し、認識結果を基に部品を搭載する基板上の搭載位置を補正し、補正後の搭載位置に、前記装着ヘッドが有するノズルに吸着保持した部品を搭載する部品搭載方法において、
前記基板認識手段が有するレンズの焦点距離を、該レンズの曲率を変化させて変更し、
前記基板上の異なる高さにある認識部に合焦させて各認識部を撮像することを特徴とする部品搭載方法。
【請求項２】
所定位置に位置決めされた基板上の認識部を、装着ヘッドに付設されている基板認識手段により画像認識し、認識結果を基に部品を搭載する基板上の搭載位置を補正し、補正後の搭載位置に、前記装着ヘッドが有するノズルで吸着保持した部品を搭載する部品搭載装置において、
前記基板認識手段が、レンズの曲率を変化させて焦点距離を変更可能な曲率可変レンズを備えていることを特徴とする部品搭載装置。
【請求項３】
装着ヘッドが有するノズルに吸着保持した部品上の認識部を、対向する位置に設置された部品認識手段により画像認識し、認識後の部品を、所定位置に位置決めされた基板上に搭載する部品搭載方法において、
前記部品認識手段が有するレンズの焦点距離を、該レンズの曲率を変化させて変更し、該部品認識手段からの距離が異なる部品上の認識部に合焦させて各認識部を撮像することを特徴とする部品搭載方法。
【請求項４】
装着ヘッドが有するノズルで吸着保持した部品上の認識部を、対向する位置に設置された部品認識手段により画像認識し、認識後の部品を、所定位置に位置決めされた基板上に搭載する部品搭載装置において、
前記部品認識手段が、レンズの曲率を変化させて焦点距離を変更可能な曲率可変レンズを備えていることを特徴とする部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品搭載方法及び装置、特に電子部品等の部品をプリント基板や液晶等のディスプレイパネル基板等に自動的に搭載する際に適用して好適な、部品搭載方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子部品搭載技術としては、例えば特許文献１に、実装物（電子部品）を被実装物（基板）に効果的に実装（搭載）するために、両者の位置関係にずれがある場合には、視覚認識装置を用いて、実装物と被実装物の位置関係の規定を容易且つ短時間で、しかも高精度に行なうことができるようにしたものが開示されている。
【０００３】
具体的には、電子部品実装機が有する基板認識用カメラを用いて基板の所定の位置を認識し、その位置・姿勢を規定し（第１工程）、次に部品認識カメラを用いて実装ヘッドが有するノズルに吸着した電子部品を認識し、その部品の位置・姿勢を規定し（第２工程）、第１工程と第２工程で得られたデータから２つの位置・姿勢を合わせるように位置決め位置を算出し、その位置に移動させる制御指令を出して実装動作を実行する（第３工程）ようにしている。
【０００４】
又、特許文献２には、基板自体の位置、若しくはその基板特定部位の位置が一軸方向に対し種々変化したとしても、それに応じて撮像手段（カメラ）の相対位置を変更させることにより、その認識対象を確実に認識することができるようにし、これにより撮像手段の活用の途を広げて汎用性に富むようにしたものが開示されている。
【０００５】
具体的には、ヘッドユニットをプリント基板上に移動させた後、全体上下動用サーボモータを作動させて該ユニット上のカメラと、部品の装着対象である基板の特定部位、例えば角部若しくは基板マークとの距離がカメラの焦点距離に合致するようにカメラのＺ軸方向位置を変更させるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−１２６００号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１に開示されている技術は、基板と部品の両方を別々の認識装置を使用して認識を行ない、両者の認識結果に基づいて位置補正を行なうものであるが、基板が多段構造になっている等により基板の高さが異なるために認識部の高さが異なる場合は、同一位置のカメラでは焦点位置が認識部毎にずれることになるために正確な認識動作を行なうことができないという問題があった。
【０００８】
又、ノズルで表面を吸着した部品の裏面等が認識部である場合は、部品の厚さが異なると、同一位置のカメラでは焦点距離が認識部毎にずれることになるため、同様の問題があった。
【０００９】
一方、前記特許文献２に開示されている技術は、全体上下動用サーボモータを用いてカメラのＺ軸方向位置を変更させるようにしているため、特許文献１の基板認識のような問題はないが、サーボモータを使用して動作をさせているので、高さを変える時の移動に時間がかかったり、Ｚ軸方向のガイドの精度によりカメラ位置にずれが発生したり、更にはカメラ全体を移動させるので比較的大きな移動機構が必要となる等の問題があった。
【００１０】
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、部品を搭載する基板面等に設定される基板上の認識部の高さが異なる場合でも、各認識部を容易且つ正確に画像認識することができる部品搭載方法及び装置を提供することを第１の課題とする。
【００１１】
本発明は、又、ノズルに表面を吸着した部品の厚さが異なる場合でも、各部品の裏面等の認識部を容易且つ正確に画像認識することができる部品搭載方法及び装置を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、所定位置に位置決めされた基板上の認識部を、装着ヘッドに付設されている基板認識手段により画像認識し、認識結果を基に部品を搭載する基板上の搭載位置を補正し、補正後の搭載位置に、前記装着ヘッドが有するノズルに吸着保持した部品を搭載する部品搭載方法において、前記基板認識手段が有するレンズの焦点距離を、該レンズの曲率を変化させて変更し、前記基板上の異なる高さにある認識部に合焦させて各認識部を撮像することにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００１３】
請求項２の発明は、所定位置に位置決めされた基板上の認識部を、装着ヘッドに付設されている基板認識手段により画像認識し、認識結果を基に部品を搭載する基板上の搭載位置を補正し、補正後の搭載位置に、前記装着ヘッドが有するノズルで吸着保持した部品を搭載する部品搭載装置において、前記基板認識手段が、レンズの曲率を変化させて焦点距離を変更可能な曲率可変レンズを備えたことにより、同様に前記第１の課題を解決したものである。
【００１４】
請求項３の発明は、装着ヘッドが有するノズルに吸着保持した部品上の認識部を、対向する位置に設置された部品認識手段により画像認識し、認識後の部品を、所定位置に位置決めされた基板上に搭載する部品搭載方法において、前記部品認識手段が有するレンズの焦点距離を、該レンズの曲率を変化させて変更し、該部品認識手段からの距離が異なる部品上の認識部に合焦させて各認識部を撮像することにより、前記第２の課題を解決したものである。
【００１５】
請求項４の発明は、装着ヘッドが有するノズルで吸着保持した部品上の認識部を、対向する位置に設置された部品認識手段により画像認識し、認識後の部品を、所定位置に位置決めされた基板上に搭載する部品搭載装置において、前記部品認識手段が、レンズの曲率を変化させて焦点距離を変更可能な曲率可変レンズを備えたことにより、同様に前記第２の課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１又は２の発明によれば、基板認識手段が備えている光学系の焦点距離を、レンズの曲率を変化させることにより任意に変更できるようにしたので、基板が多段構造である等により、設定されている基板の基準マーク等の認識部の高さが異なっている場合でも、基板認識手段の高さを変更することなく各認識部を確実に撮像し、画像認識することができる。
【００１７】
請求項３又は４の発明によれば、部品認識手段が備えている光学系の焦点距離を、レンズの曲率を変化させることにより任意に変更できるようにしたので、部品の厚さが異なるために、部品裏面等の認識部までの距離が異なる場合でも、部品認識手段の位置を変更することなく各認識部を確実に撮像し、画像認識することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、本発明に係る第１実施形態の電子部品実装装置（部品搭載装置）の概要を示す。
【００２０】
この図１において符号１は装着ヘッドであり、部品を吸着保持するノズルと、該ヘッド１の位置補正を行なうために基板の基準マーク（認識部）の画像認識を行なう基板認識装置（図示せず）を備えている。
【００２１】
この装着ヘッド１は、電子部品実装装置のＸ軸方向への移動を行なうＸ軸ガントリ２に取付けられていると共に、該Ｘ軸ガントリ２と一体でＹ軸方向に移動するＹ軸ガントリ３に取付けられている。
【００２２】
又、この電子部品実装装置には、基板に搭載する電子部品を供給する電子部品供給装置４と、該供給装置４からノズルで吸着して保持し部品を認識する部品認識装置５とが設置され、更に、その中央部には、Ｘ軸方向に基板を搬送するためのコンベア６が設置され、該コンベア６の中央部には、部品を搭載する基板の位置決め機構等を備えた位置決め部７が設置されている。
【００２３】
図２には、上記装着ヘッド１に取付けられている２本のノズル１ａ、１ｂと、その近傍に付設されているのヘッド位置補正用の基板認識装置が備えている認識カメラ８及びレンズユニット９とを抽出して、その位置関係を示す。この認識カメラ８は、上記位置決め部７に搬送されてきた基板１０上の基準マーク（認識部）１１を画像認識し、その認識結果により基板上の部品の搭載位置を補正するためのカメラである。
【００２４】
又、この認識カメラ８に取付けられているレンズユニット９は、詳細は後述するが、その内部に組み込まれているレンズによって焦点位置の変更が可能になっている。
【００２５】
なお、図示は省略するが、これら認識カメラ８及びレンズユニット９の近傍には、基板上の基準マーク認識用の同軸落射照明と異物検査用の斜方照明が装備されていてその照明を切り替えることが可能となっている。
【００２６】
次に、レンズユニット９の焦点変更機能について図３、図４を用いて説明する。
【００２７】
レンズユニット９の内部には、模式的に示すレンズ１２及び流体レンズ（曲率可変レンズ）１３等の複数枚のレンズが組み込まれている。この流体レンズ１３は、屈折率の異なる２種類の流体（液体）を使い、直流電圧を加えることにより屈折率の異なる流体の界面の表面張力を変更することにより、レンズの曲率を変更して焦点距離を任意に変更することができる機能を有している。この流体レンズ１３としては、Ｒoyal  Ｐhilips  Ｅlectronicsの「ＦluidＦocusレンズ」等を利用することができる。
【００２８】
流体レンズ１３の具体例としては、図３（Ｂ）の断面図に示すように、光軸方向の両端に透明ガラスのウィンドウを有する円筒状の容器内に、流体として導電性の水溶液１３ａと不導体のオイル１３ｂを封入し、その周囲に絶縁体１３ｃを介して直流電極、１３ｄが配設された構造を有するものを挙げることができる。但し、この図以外では、理解し易くするために流体レンズ１３を両凸レンズのイメージで示してある。
【００２９】
この流体レンズ１３は、電極に直流電圧をかけない状態では、曲率がきつく（大きく）、図４に示す１３ａのような形状となり、焦点距離が短いＷａの状態になっているが、電圧をかけることにより１３ｂのように平坦に近づき焦点距離がＷｂの状態になる。
【００３０】
電圧を更に高くしていくと、曲率が一段と平坦に近づいて１３ｃのような形状になり、焦点距離は更に長くなってＷｃの状態となる。このレンズの曲率を変化させるためにかかる時間は１０［msec］以下であり、非常に高速に曲率を変更することが可能である。
【００３１】
このように曲率を変化させて焦点距離を変更する場合、レンズの倍率も変化してしまう。そのため、設定する焦点距離に応じた倍率を予め求めておき、両者の関係を実装装置本体のＣＰＵにデータテーブルとして保存しておく。
【００３２】
そして、実際に基板（基準）マークを撮像し、画像認識を行なう段階で、焦点距離に応じた倍率データを使用して演算処理を行なう。
【００３３】
本実施形態では、図５に示すように電子部品を搭載する基板１０が多段構造になっているため、その上に高さの異なる複数の搭載位置１４ａ〜１４ｃがある。近年の電子機器の小型化に伴い、搭載する部品等の種類によって基板１０上の搭載位置の高さが一定ではないことがある。ここでは、搭載位置が異なる高さに設定されており、異なる高さ毎に搭載位置を補正するための基板マーク１１ａ〜１１ｃが用意されているものとする。
【００３４】
以上の構成において、電子部品の搭載動作の流れを、前記図１〜図５の他に図６をも参照して説明する。
【００３５】
搭載する基板１０がコンベア６により実装装置内に搬入され、位置決め部７に位置決めされる。次いで、基板１０の位置決め部７における位置ずれ量を認識し、その認識結果に基づいて部品実装時に補正を行なうために、認識カメラ８を使用して基板上の基準マーク１１ｂの認識を行ない、基板１０自体の位置ずれ量を計測する。
【００３６】
即ち、レンズユニット９の流体レンズ１３の曲率を１３ｂの形状にして焦点距離Ｗｂの状態で基板位置補正用の基準マーク１１ｂを認識する。このときの焦点距離Ｗｂに対応したレンズの倍率データを本体ＣＰＵのデータテーブルから読み出して基板位置の補正演算を行なう。
【００３７】
次いで、Ｘ軸、Ｙ軸ガントリ２、３を駆動させて装着ヘッド１を基板１０上のサブ基板からなる部品搭載位置１４ａに移動させ、認識カメラ８を高い位置の基板マーク１１ａに移動する。この認識カメラ８の移動中に流体レンズ１３の曲率を変更し、１３ａの状態にして焦点距離Ｗａに変更する動作を実施する。
【００３８】
位置決め完了時に基板マーク１１ａを撮像し、搭載位置１４ａの位置ずれ量を計測する。このときの焦点距離Ｗａに対応したレンズの倍率データを本体ＣＰＵのデータテーブルから読み出して搭載位置１４ａについて補正演算を行なう。
【００３９】
次いで、Ｘ軸、Ｙ軸ガントリ２、３を駆動させて同様に基板上の他の搭載位置１４ｃへ移動させ、認識カメラ８を高さが低い位置の基板マーク１１ｃの位置に移動する。この認識カメラ８の移動中に流体レンズ１３の曲率を変更し、１３ｃの状態にして焦点距離Ｗｃに変更する。
【００４０】
同様に、位置決め完了時に基板マーク１１ｃを撮像して搭載位置１４ｃの位置ずれ量を計測する。このときの焦点距離Ｗｃに対応したレンズの倍率データを本体ＣＰＵのデータテーブルから読み出して補正演算を行なう。
【００４１】
以上の基板認識工程が終了した後、部品搭載動作に移行する。
【００４２】
図１において装着ヘッド１をＸ軸ガントリ２、Ｙ軸ガントリ３を動作させて電子部品供給装置４の上方に装着ヘッド１の吸着ノズルで電子部品１５を吸着する。
【００４３】
電子部品を吸着した装着ヘッド１を部品認識装置５の上方へ移動し、該認識装置５で部品を認識する。部品認識を完了した後に装着ヘッド１を移動し、図６のように基板１０上の最も高さの低い搭載位置１４ｃの上方に移動し、Ｚ軸駆動機構を動作させて電子部品１５を搭載する。同様に、次に基板高さの高い搭載位置１４ｂに装着ヘッドを移動し、同様に電子部品を搭載する。そして、最後に最も搭載高さの位置が高い搭載位置１４ａに同様に電子部品１５を搭載し、搭載動作を終了する。
【００４４】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００４５】
（１）基板上の搭載位置の高さが異なっていても、搭載位置補正のための認識（基板）マークにピントを合わせることができ、部品搭載の精度向上に極めて有用である。
【００４６】
（２）認識カメラの焦点変更時にカメラ全体を動作させる必要が無いため、機構の小型化が可能であると共に、カメラ全体を動かす場合に比べて動作機構のガイド部の位置精度によるカメラ位置のばらつき等を減らすことができる。
【００４７】
（３）認識カメラに採用した流体レンズは、レンズの焦点距離の変更が１０［msec］以下の短時間でできるので、装着ヘッドの移動動作中に変更処理ができるため、タクトタイム向上に有用である。
【００４８】
（４）部品の搭載順序を基板上の高さが最も低い位置からとし、高いものを最後に搭載するようにしたことにより、部品搭載時に既に搭載した部品に衝突することを防ぐことができる。
【００４９】
次に、本発明に係る第２実施形態の部品搭載装置の特徴である流体レンズを使用した部品用の認識カメラを説明する。
【００５０】
図７は、前記図１に示した部品認識装置５の内部構成を示し、この認識装置５の下部には、前記第１実施形態の基板認識の場合と同様の認識カメラ８が受光部を上方に向けて設置されていると共に、その受光側に流体レンズを採用したレンズユニット９が取付けられており、更にこのレンズユニット９の上方に照明装置１７が設置されている。
【００５１】
この照明装置１７は、上端部が開放された円筒部の内周部に複数のＬＥＤ１８が取付けられていると共に、その底部周囲にもレンズユニット９を取り囲むようにＬＥＤ１８がリング状に配設され、上方に位置決めされたノズル１ａに吸着された電子部品１５を照明することができるような構成になっている。
【００５２】
この認識カメラ８で撮像する際には、電子部品１５を認識装置５の上方のカメラ焦点位置に位置決めし、ＬＥＤ１８をＯＮの状態にして照明を電子部品１５に照射して撮像を行なう。
【００５３】
次に、部品の高さ（厚さ）が異なる場合について図８を使用して説明する。
【００５４】
ノズル１ａは部品高さが低い部品１５ａを吸着保持し、ノズル１ｂは部品高さが高い部品１５ｂを吸着保持している。
【００５５】
部品認識装置５で部品の吸着状態を認識する際にノズル１ａとノズル１ｂの下端の高さを一定として、レンズユニット９の焦点距離を変更することにより部品１５ａと部品１５ｂの部品底面に焦点が合うように設定し、各部品１５ａ、１５ｂをそれぞれ撮像し、部品認識を行なう。
【００５６】
本実施形態によれば、ノズルの高さを一定とした状態で、厚さの異なる部品を確実に認識できるので、ノズルの高さを変更することによるＺ軸方向のノズルの移動による位置ずれ等の影響を防止することができる。
【００５７】
なお、前記実施形態では、認識カメラに流体レンズを適用する例を示したが、レンズの曲率を変化させて焦点距離を任意に変更することができるレンズであれば他の方式のレンズを使用しても良い。
【００５８】
又、基板上の認識部は、基準マークに限らず、角部等であってもよく、部品上の認識部も、電極等であってもよい。
【００５９】
又、基板位置決め後に全ての基板マークの認識動作を行なった場合を示したが、基板位置決め後に基板自体（全体）の位置ずれの認識を行ない、その後、各搭載位置毎に設けられている基板マークを認識するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る第１実施形態の部品搭載装置の概要を示す斜視図
【図２】上記部品搭載装置が備えている装着ヘッドの要部と基板の関係を示す斜視図
【図３】上記部品搭載装置が備えている基板認識装置の特徴を示す模式図
【図４】上記基板認識装置の機能を説明する模式図
【図５】上記基板認識装置の作用を示す模式図
【図６】上記基板認識装置の効果を説明する斜視図
【図７】本発明に係る第２実施形態の部品搭載装置が備えている部品認識装置の要部を示す模式図
【図８】上記部品認識装置の作用を示す模式図
【符号の説明】
【００６１】
１…装着ヘッド
１ａ、１ｂ…ノズル
５…部品認識装置
７…位置決め部
８…認識カメラ
９…レンズユニット
１０…基板
１１…基準マーク（認識部）
１２…レンズ
１３…流体レンズ（曲率可変レンズ）
１４…部品搭載位置
１５…電子部品
【図１】
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【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】
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【図８】
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