JP2005140597A - 物品認識方法及び同装置、並びに同装置を備えた表面実装機、同部品試験装置、同ディスペンサ、同実装基板検査装置及び同印刷基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い認識精度を得つつコストを低減することができる物品認識方法や装置を提供するとともに、更にそれらを用いた各種装置を提供する。
【解決手段】 電子回路構成物品Ｃを撮像手段１８により撮像し、その画像に基づき物品の状態を認識する物品認識装置２０であって、撮像手段１８に付加して設けられた、焦点距離または画角の切換えが可能なコンバージョンレンズ２３と、その使用状態を切換える切換え手段２９と、撮像された電子回路構成物品Ｃの画像に基づいて電子回路構成物品Ｃの状態を認識する認識手段とを備え、切換え手段２９は、電子回路構成物品Ｃの撮像時に適切な焦点距離または画角となるようにコンバージョンレンズ２３の使用状態を切換えるように構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子回路構成物品（ＩＣ等の電子部品や、それを実装する基板など）の状態を認識する物品認識方法や物品認識装置、更にその物品認識装置を備えた表面実装機、同部品試験装置、同ディスペンサ、同実装基板検査装置及び同印刷基板検査装置に関する。

従来から、ＩＣ等の電子部品を吸着ノズルによって負圧吸着し、プリント基板の所定位置に移載して実装するように構成された表面実装機が一般に知られている。

この種の表面実装機では、部品の吸着ミスや吸着ズレに伴う実装不良を防止するために、ＣＣＤカメラ等を用いた部品認識装置により吸着部品を撮像して部品の有無や吸着ずれを調べることが行われている。例えば特許文献１には、移動可能な電子部品装着ヘッドに吸着ノズルと撮像カメラとを共に下向きに設けるとともに、その下方に上向きの固定ミラーを設け、電子部品装着ヘッドがミラーの上を通過する際に、吸着ノズルに吸着された電子部品の下面の像をミラーに反射させて撮像するようにした電子部品装着装置（実装機）が示されている。また、この装置では、電子部品を吸着ノズルに吸着させる際にも直接電子部品を撮像して部品認識を行うようにしている。
特開平６−２１６５６８号公報

上記特許文献１に示されるような従来の実装機には、単焦点レンズを備えたカメラが用いられるのが一般的である。これは、カメラと被写体との距離（光路長）や画角（認識視野）を固定して撮像するのには構造が簡単でコスト的に有利である。

しかしながら、例えば異なる距離の被写体を撮像する場合には、双方ともにピントを合わせることができないので、少なくとも一方の画像が不鮮明になるという問題が発生する。例えば特許文献１に示された装置では、１個の電子部品の実装にあたり、部品吸着時と吸着後の保持状態の認識時とで２回の撮像を行っている。このような場合、部品吸着時のカメラと電子部品との距離と、保持状態認識時のカメラと電子部品との距離（ミラーで折り返された光路の全長）が異なっている（同文献には記述がないが、同文献の図１からそのように解される）ので、単焦点レンズのカメラでは双方ともにピントの合った鮮明な画像を得ることができず、十分な認識精度を得ることが困難である。

このように異なる場所で撮像を行う場合に限らず、単に電子部品の保持状態を認識するときにおいても、保持する電子部品の大きさ（光路方向の厚さ）が異なればカメラと被写体との距離が変化するので、同様の問題が発生する。

また例えば、異なる大きさ（光路と垂直方向の広さ）の電子部品を認識する場合、単焦点レンズでは画角が一定のため、小さな部品を撮像したときにはその画像が小さくなる。従って適切な解像度を得ることができず、十分な認識精度を得ることが困難である。

上記のような各場合、双方とも鮮明な画像を得るためには、或いは双方とも適切な解像度を得るためには、例えば距離や解像度を揃えるためにレイアウトを工夫をするか、２台のカメラを備えて別々に撮像するか、或いはカメラ側にピント調節機構やズーム機構を設ける等の対策が考えられる（但し特許文献１にはこれらに関する記述はない）。しかしこれらは、レイアウトやカメラの構造が複雑になり、コストアップが大となるものであった。

このような問題は、実装機に限らず、電子回路構成物品（ＩＣ等の電子部品や、それを実装する基板など）の状態を認識する物品認識手段を備えた装置（例えば部品試験装置、ディスペンサ、実装基板検査装置、印刷基板検査装置など）に共通するものである。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、撮像手段と被写体との距離が異なるものをそれぞれ鮮明に撮像したり、異なる認識視野を適切な解像度で撮像したりすることを簡単な構造で実現することにより、高い認識精度を得つつコストを低減することができる物品認識方法や装置を提供するとともに、更にそれらを用いた各種装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、電子回路構成物品を撮像手段により撮像し、その画像に基づき物品の状態を認識する物品認識方法であって、上記撮像手段に付加して、焦点距離または画角を変更するためのコンバージョンレンズを用意し、適切な焦点距離または画角となるように、上記コンバージョンレンズを電子回路構成物品と上記撮像手段との間の光路上に介在させる状態と上記光路上から除去させる状態とを切換えて該電子回路構成物品を撮像し、撮像された画像に基づいて該電子回路構成物品の状態を認識することを特徴とする。

ここで、電子回路構成物品とは、上述のようにＩＣ等の電子部品や、それを実装する基板（実装前及び実装後）を指す。また、コンバージョンレンズとは、焦点距離や画角を変えるために撮像レンズに付加する公知のレンズであり、例えば望遠側にするためのテレコンバージョンレンズや広角側にするためのワイドコンバージョンレンズなどがある。

本発明の別の態様は、電子回路構成物品を撮像手段により撮像し、その画像に基づき物品の状態を認識する物品認識装置であって、上記撮像手段に付加して、電子回路構成物品と上記撮像手段との間の光路上に介在させる状態と上記光路上から除去させる状態とを切換可能に設けられた、焦点距離または画角を変更可能とするコンバージョンレンズと、上記コンバージョンレンズの上記切換えを行う切換え手段と、撮像された該電子回路構成物品の画像に基づいて該電子回路構成物品の状態を認識する認識手段とを備え、上記切換え手段は、電子回路構成物品の撮像時に適切な焦点距離または画角となるように上記コンバージョンレンズの上記切換えを行うことを特徴とする（請求項２）。

この構成において、上記コンバージョンレンズは焦点距離を変化させるものであり、上記切換え手段は、要求される撮像の光路長に応じて上記コンバージョンレンズの上記切換えを行うようにすると良い。

或いは、上記コンバージョンレンズは画角を変化させるものであり、上記切換え手段は、認識すべき視野の広さに応じて上記コンバージョンレンズの上記切換えを行うようにしても良く、更に電子部品が所定位置に複数配置された状態を認識する場合に、上記撮像手段は、上記コンバージョンレンズが少なくとも大画角側に切換えられているとき、複数の電子部品を同時に撮像する（請求項３）ようにすることも好適である。

なお、上記物品認識装置を他の装置の一部とする場合には、必ずしも独立した外観を有する必要はなく、その機能を有する部品群を以って物品認識装置とする。

次の（１）乃至（５）の各装置に請求項２または３記載の物品認識装置を備えるようにすることも好適である。

（１）電子回路構成物品である電子部品を、部品供給部から基板上の所定位置に移載して実装する表面実装機であって、更に上記部品供給部から該電子部品を取出して保持する保持手段と、上記保持手段を該電子部品保持状態で上記基板上の所定位置まで移動させる駆動手段とを備え、少なくとも上記保持手段の移動中に上記物品認識装置によって該電子部品の保持状態を認識するように構成されていることを特徴とする表面実装機（請求項４）。

（２）電子回路構成物品である電子部品を、部品供給部から検査手段の所定位置に移載して各種検査を行う部品試験装置であって、更に上記部品供給部から該電子部品を取出して保持する保持手段と、上記保持手段を該電子部品保持状態で上記検査手段の所定位置まで移動させる駆動手段とを備え、少なくとも上記保持手段の移動中に上記物品認識装置によって該電子部品の保持状態を認識するように構成されていることを特徴とする部品試験装置（請求項５）。

（３）電子部品を固定する塗布剤を、電子回路構成物品である基板上の所定の塗布位置に塗布するディスペンサであって、更に塗布剤を上記塗布位置で吐出するディスペンサヘッドと、上記ディスペンサヘッドを該基板上で移動させる駆動手段とを備え、上記物品認識装置によって該基板上の塗布位置または塗布剤の塗布状態を認識させることを特徴とするディスペンサ（請求項６）。

（４）電子回路構成物品である実装後の基板の、実装状態検査を行う実装基板検査装置であって、更に上記物品認識装置に認識された該実装後の基板の実装状態に基づいて検査合否を判定する検査手段とを備えることを特徴とする実装基板検査装置（請求項７）。

（５）電子回路構成物品である塗布剤印刷後の基板の、塗布剤印刷状態検査を行う印刷基板検査装置であって、更に上記物品認識装置に認識された該塗布剤印刷後の基板の印刷状態に基づいて検査合否を判定する検査手段とを備えることを特徴とする印刷基板検査装置（請求項８）。

請求項１の発明によると、簡単な構造で、常にピントの合った画像や適切な認識視野の画像を得ることができる。例えば、焦点距離を変化させるコンバージョンレンズを用いれば、カメラと被写体（電子回路構成物品）との距離が異なる複数の画像を撮像する場合にコンバージョンレンズを切換えることによって、いずれの距離の被写体にもピントを合わせるようにすることができる。従って１台のカメラ（撮像手段）でそれぞれピントの合った鮮明な画像を得ることができる。また２個以上のコンバージョンレンズを切換え可能に設ければ、３通り以上の距離の切換えが可能である。このように、常にピントの合った画像で部品の認識を行うことができるので、認識精度を向上させることができる。

また例えば、画角を変化させるコンバージョンレンズを用いることによって、適切な認識視野の画像を得ることができる。即ち、広い認識視野が必要なとき（認識対象の部品や範囲が大きいとき）には画角が大となるようにコンバージョンレンズを切換えるようにすれば、容易に適切な認識視野の画像を得ることができる。例えば小さな部品や範囲を認識するときに、認識視野が小となるように望遠側に切換えて撮像すれば、大きな画像によって適切な解像度が得られ、認識精度を向上させることができる。

或いは電子部品が複数配置された状態を認識する場合などであって、要求解像度が比較的低いときには認識視野が大となるように広角側に切換え、複数の電子部品を同時に撮像するようにすれば、効率良く部品認識を行うことができる。

ところで、コンバージョンレンズは単体（内蔵するレンズは複数枚のこともある）のレンズなので、上記切換えを行う機構を設けても、複数の撮像手段を設けたり、撮像手段にピント調節機構やズーム機構を備えたりするより格段に簡単な構造となる。従って、低コストを実現することができる。

請求項２または３の発明によれば、請求項１に示す物品認識方法を用いた物品認識装置が得られる。従ってその方法による作用効果が得られる物品認識装置を具体化することができる。

そして、請求項４乃至８に示す表面実装機、部品試験装置、ディスペンサ、実装基板検査装置、及び印刷基板検査装置は、装置の用途に応じでそれぞれ撮像対象である電子回路構成物品が異なるものの、何れも高品質の実装基板を効率良く低コストで製造するために、高度な物品認識技術を要するものである。これらの装置に請求項２または３記載の物品認識装置を備えることにより、それを実現することができる。

上記したことから明らかなように、本発明によれば、撮像手段と被写体との距離が異なるものをそれぞれ鮮明に撮像したり、異なる画角で撮像したりすることを簡単な構造で実現することにより、高い認識精度を得つつコストを低減することができる物品認識方法や装置、更にそれらを用いた表面実装機、部品試験装置、ディスペンサ、実装基板検査装置、及び印刷基板検査装置を得ることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明の第１実施形態として、部品認識装置（本発明にかかる物品認識装置）が搭載される表面実装機（本発明に係る表面実装機）を概略的に示している。同図に示すように、実装機の基台１上には、プリント基板搬送用のコンベア２が配置され、プリント基板３がこのコンベア２上を搬送されて所定の装着作業位置で停止されるようになっている。なお、プリント基板３上には、基台１に対する当該プリント基板３の位置を特定するためのフィデューシャルマークＦが形成されている。

上記コンベア２の両側には、部品供給部４が配置されている。これらの部品供給部４には、多数列のテープフィーダー４ａが設けられている。各テープフィーダー４ａは、各々、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されており、後述のヘッドユニット６により電子部品が間欠的に取り出されるようになっている。

上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット６が装備されている。このヘッドユニット６は、部品供給部４とプリント基板３が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）及びＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。

すなわち、基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向のガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット６が移動可能に保持され、このヘッドユニット６に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動により上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりヘッドユニット６が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

また、Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５には、それぞれエンコーダ９ａ，１５ａが設けられており、これによって上記ヘッドユニット６の移動位置が検出されるようになっている。

上記ヘッドユニット６には、電子部品を保持する保持手段として、部品吸着用の吸着ノズル１６ａを先端に備えた複数のノズルユニット１６が設けられている。このノズルユニット１６は、ヘッドユニット６のフレームに対して昇降（Ｚ軸方向の移動）及びノズル中心軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とされ、図外のＺ軸サーボモータ等の昇降駆動手段及びＲ軸サーボモータ等の回転駆動手段により作動されるようになっている。なお、本実施形態では、ノズルユニット１６が６個配設された構成を示している。

また、上記実装機には、図３に示すように、部品認識装置２０が搭載されている。この部品認識装置２０は、部品供給部４の内側における基台１上でＸ軸方向に延びる反射部１７と、各吸着ノズル１６ａに対応してＸ軸方向に整列した状態でヘッドユニット６に取り付けられたカメラ１８と、カメラ１８のレンズに付加できるように設けられたコンバージョンレンズ２３と、コンバージョンレンズ２３の位置を切換えるアクチュエータ２９と、各吸着ノズル１６ａに対応してヘッドユニット６に固定された照明装置１９と、吸着ノズル１６ａ毎にヘッドユニット６に配設された基準マーク２６とを備えている。

上記反射部１７は、図３に示すように、基台１上に固定されて上方が開口する箱状のフレーム２１と、Ｘ軸及びＹ軸の動作平面と平行して配置され、前記フレーム２１の開口部を閉塞するミラー２２とを備えている。

ミラー２２は、反射部１７の全長に亘り設けられた短冊状のミラーである。従って、ヘッドユニット６が部品供給部４の上部とプリント基板３の上部との間を移動する間に、ヘッドユニット６がＸ軸上可動範囲内のいずれの位置にあっても、各ノズルユニット１６はミラー２２の上部を通過するようになっている。このようにすることにより、吸着ノズル１６ａが部品供給部４で電子部品Ｃを吸着してから、プリント基板３の所定位置に移動する間、ヘッドユニット６がいかなる経路をとってもミラー２２を介した撮像がなされるようになっている。当実施形態では、ヘッドユニット６が部品吸着位置から実装位置までの最短経路をとって移動するように設定されている。

照明装置１９は、多数配列されたＬＥＤ２５を備え、この発光によって電子部品Ｃを照明する。即ち、ＬＥＤ２５からの光（光軸Ｋ１）がミラー２２に反射して電子部品Ｃの部品下面Ｃ１を照明する（光軸Ｋ２）。その光は部品下面Ｃ１で反射した後（光軸Ｋ３）、再びミラー２２に反射してカメラ１８のレンズに入射するようになっている（光軸Ｋ４）。つまりカメラ１８は照明された部品下面Ｃ１の像をミラー２２を介して撮像する。

上記カメラ１８は、エリアセンサからなる撮像手段であり、ヘッドユニット６が反射部１７上を通過するときに、ミラー２２に映された部品下面Ｃ１の像を撮像する（光軸Ｋ４）ようになっている。また、部品供給部４の上部において、吸着する電子部品Ｃを撮像したり、プリント基板３への実装を開始するときにはプリント基板３に設けられたフィデューシャルマークＦを撮像したり、或いはプリント基板３に実装後の電子部品Ｃを撮像したりする。カメラ１８のレンズは単焦点レンズであり、焦点距離や画角が固定されている。またピント位置も固定されており、ピントの合う被写体とカメラ１８との距離は一定である。

上記基準マーク２６は、略円柱状の棒状部材であり、カメラ１８の撮像範囲内となるヘッドユニット６の下面に立設されている。従って、カメラ１８により撮像された画像には、照明装置１９により明るくされた部品下面Ｃ１とともに基準マーク２６の下面が映し出されることとなる。

コンバージョンレンズ２３は、焦点距離や画角を変えるためにカメラ１８に付加されるレンズである。図３に示すコンバージョンレンズ２３は、カメラ１８に付加されたとき、焦点距離を短くすることによって、ピントの合う被写体とカメラ１８との距離を短くする。

なお、以下の図も含めて、コンバージョンレンズ２３を模式的に１枚の凸レンズで表し、カメラ１８に接して付加するように表しているが、レンズの枚数、種類、間隔及びカメラ１８との距離は、コンバージョンレンズ２３の用途に応じて適宜設定して良い。

アクチュエータ２９は、その本体がヘッドユニット６に固定されており、先端側に伸縮自在に設けられたロッド２９ａがコンバージョンレンズ２３に固定されている。アクチュエータ２９は、内部の駆動モータ或いは流体圧シリンダ等を作動させてロッド２９ａを伸縮させることにより、電子部品Ｃとカメラ１８との間の光路上（光軸Ｋ４等）にコンバージョンレンズ２３を介在させる状態とこの光路上から除去させる状態とを切換える。即ちアクチュエータ２９はコンバージョンレンズ２３を上記のように切換える切換手段として機能する。

図３では、吸着ノズル１６ａがミラー２２の真上にあるとき、部品下面Ｃ１を撮像する状態を実線で示しているが、その右側に、電子部品Ｃをプリント基板３に実装後に、その実装状態を撮像（光軸Ｋ５）する場合を二点鎖線で示している。図示のように、部品下面Ｃ１を撮像するときにはロッド２９ａを縮めてコンバージョンレンズ２３を付加せずに（以下、これをコンバージョンレンズＯＦＦという）撮像し、実装後の電子部品Ｃを撮像するときにはロッド２９ａを伸ばしてコンバージョンレンズ２３を付加して（以下、これをコンバージョンレンズＯＮという）撮像している。

この点について図４を参照しつつ更に詳しく説明する。図４（ａ）は部品下面Ｃ１を撮像するときのコンバージョンレンズ２３の状態を示す説明図であり、図４（ｂ）は実装後の電子部品Ｃを撮像するときのコンバージョンレンズ２３の状態を示す説明図である。説明のため、図４（ａ）ではミラー２２によって折れ曲がった光軸Ｋ３と光軸Ｋ４とを直線状に繋げて示している。従ってカメラ１８は下方から部品下面Ｃ１を撮像するように示している。それにあわせて、図４（ｂ）は天地を逆転して示す。

図４（ａ）に示すように、部品下面Ｃ１の撮像時には、部品下面Ｃ１からの光が光軸Ｋ３（距離ｄ３）と光軸Ｋ４（距離ｄ４）とを経てカメラ１８に入射する。つまり部品下面Ｃ１とカメラ１８との光路長は（ｄ３＋ｄ４）である。これに対しカメラ１８は、その先端からの距離が（ｄ３＋ｄ４）にある物体にピントが合うように設定されている。従ってコンバージョンレンズＯＦＦ状態でピントは部品下面Ｃ１に合っており、部品下面Ｃ１の鮮明な画像を撮像することができる。

一方、図４（ｂ）に示す、実装後の電子部品Ｃを撮像するときには、電子部品Ｃからの光が光軸Ｋ５（距離ｄ）を経てカメラ１８に入射する。ここで、図３に示すようにｄ５＜（ｄ３＋ｄ４）なので、コンバージョンレンズ２３をＯＦＦ状態として撮像すると、ピントの外れた不鮮明な画像となってしまう。そこでこの場合、図示のようにコンバージョンレンズをＯＮ状態として焦点距離を短くし、カメラ１８からの距離ｄ５にある物体にピントが合うようにしている。こうすることにより、電子部品Ｃの鮮明な画像を撮像することができる。

図５は、上記実装機の制御系を概略ブロック図で示している。当実施形態の実装機は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成されるコントローラ３０を有している。このコントローラ３０は、機能構成として主制御部３２、軸制御部３４、照明制御部３６、カメラ制御部３８、画像処理部４０及びレンズ切換制御部４１を含んでいる。

主制御部３２は、実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従ってヘッドユニット６等を作動させるべく軸制御部３４を介してサーボモータ９，１５等の駆動を制御するとともに、カメラ１８により撮像される部品画像に基づいて吸着ノズル１６ａによる部品吸着の有無判別や部品の吸着ズレ量（吸着誤差）の演算を行う。すなわち、当実施形態では、この主制御部３２が本発明の認識手段として機能する。

軸制御部３４は、エンコーダ９ａ，１５ａからの信号によってヘッドユニット６の現在位置（Ｘ，Ｙ）を検知しながら、Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５を駆動制御してヘッドユニット６を所定の位置に移動させる。

照明制御部３６およびカメラ制御部３８は、照明装置１９およびカメラ１８の駆動を制御する。画像処理部４０は、カメラ１８から出力される画像信号に所定の処理を施すことにより部品認識に適した画像データを生成して主制御部３２に出力する。

レンズ切換制御部４１は、コンバージョンレンズ２３のＯＮ／ＯＦＦを切換えるアクチュエータ２９に対して、そのＯＮ／ＯＦＦ指令信号を出力する。即ち、主制御部３２によってコンバージョンレンズＯＮ状態で撮像するように判断されるときには、レンズ切換制御部４１からアクチュエータ２９にロッド２９ａを伸ばす旨のＯＮ指令が出力される。逆に主制御部３２によってコンバージョンレンズＯＦＦ状態で撮像するように判断されるときには、レンズ切換制御部４１からアクチュエータ２９に対してロッド２９ａを縮める旨のＯＦＦ指令が出力される。

以上、カメラ１８から被写体までの光路長の違いによってコンバージョンレンズ２３のＯＮ／ＯＦＦを切換える実施形態について説明した。この変形例として、同じ吸着状態を撮像する場合（図４（ａ））であっても、電子部品Ｃのサイズによってコンバージョンレンズ２３のＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしても良い。即ち、電子部品Ｃのサイズ（光軸Ｋ３方向の厚み）が特に大きな部品では、光路長（ｄ３＋ｄ４）が短くなってピントが外れるので、そのときにコンバージョンレンズ２３をＯＮ状態にしてピントを合わせるようにしても良い。或いは、光路長は同じであっても、照明装置１９の色（光の波長）によってもピントの合う位置が変化するので、それに応じてコンバージョンレンズ２３のＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしても良い。更には、図３に示すようにカメラ１８が部品下面Ｃ１をやや斜め方向から撮像するような場合に、あおり光学系と成し得るコンバージョンレンズ２３を設け、これをＯＮ状態にすることによって画像の結像面と部品下面Ｃ１とが共益関係となるようにしても良い。

更に、図６及び図７に示すように、画角を変化させるためにコンバージョンレンズを設け、そのＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしても良い。図６は、吸着ノズル１６ａに吸着された電子部品Ｃ又はＣ’の吸着状態を撮像する際に、コンバージョンレンズ２３ａによって画角を変化させる場合の説明図である。コンバージョンレンズ２３ａは、コンバージョンレンズ２３の変形例であって、これをカメラ１８に付加することにより画角を広角側に変化させるように構成されている。図６（ａ）は、比較的小さな電子部品Ｃを撮像する場合を示す。コンバージョンレンズ２３ａはＯＦＦ状態とされる。このときの画角θ１は比較的小さく、部品下面Ｃ１が、ほぼ画面一杯に撮像されるように設定されている。

一方、図６（ｂ）は、比較的大きな電子部品Ｃ’を撮像する場合を示す。コンバージョンレンズ２３ａはＯＮ状態とされる。このときの画角θ２は比較的大きく、部品下面Ｃ１’が、ほぼ画面一杯に撮像されるように設定されている。また、カメラ１８と被写体（部品下面Ｃ１’）との距離は図６（ａ）の場合と略等しい。従ってコンバージョンレンズ２３ａは、ピントの合う距離を変えることなく画角を広角側に変化させるように設定されている（例えば複合レンズによってなされる）。このコンバージョンレンズ２３ａのＯＮ／ＯＦＦを切換えることにより、被写体の像が撮像画面からはみ出さない範囲で、撮像画面に占める割合を可及的に大きくすることができる。つまり小さな被写体であっても大きく撮像することができ、その解像度を高めることができる。

図７は、電子部品Ｃがプリント基板３に実装された後、その実装状態認識のために電子部品Ｃを撮像する際に、コンバージョンレンズ２３ｂによって画角を変化させる場合の説明図である。コンバージョンレンズ２３ｂは、コンバージョンレンズ２３の変形例であって、これをカメラ１８に付加することにより画角を広角側に変化させるように構成されている。図７（ａ）は、比較的高い認識精度が要求される場合の撮像状態を示す。コンバージョンレンズ２３ｂはＯＦＦ状態とされる。このときの画角θ３は比較的小さく、電子部品Ｃが、ほぼ画面一杯に撮像されるように設定されている。

一方、図７（ｂ）は、要求される認識精度が比較的低い場合に好適な撮像状態を示す。コンバージョンレンズ２３ｂはＯＮ状態とされる。このときの画角θ４は比較的大きく、９個（縦３×横３）の電子部品Ｃが同時にほぼ画面一杯に撮像されるように設定されている。また、カメラ１８と被写体（電子部品Ｃ）との距離は図７（ａ）の場合と略等しい。従ってコンバージョンレンズ２３ｂは、上記コンバージョンレンズ２３ａと同様、ピントの合う距離を変えることなく画角を広角側に変化させるように設定されている。コンバージョンレンズ２３ｂをＯＮ状態にして撮像すると、個々の部品が画面に占める割合が小さくなるので、画像の解像度は若干低下するが、一度に９個の部品を撮像するので、認識速度が格段に高まり、生産性を向上させることができる。このようにコンバージョンレンズ２３ｂのＯＮ／ＯＦＦを切換えることにより、一度に撮像する電子部品Ｃの数を変化させ、要求される認識精度や認識速度に応じた撮像を行うことができる。

次に、コントローラ３０の制御に基づく実装機の実装動作の一例について説明する。図８は、実装作業の概略フローチャートであり、コンバージョンレンズ２３が上記変形例のコンバージョンレンズ２３ａや２３ｂのような場合にも共通するものである。

当実施形態の実装機は、複数種類のプリント基板３に電子部品Ｃを実装できるように構成されており、各プリント基板３に応じた電子部品Ｃの組み合わせや実装位置等を一纏まりにしたデータセットが準備されている。そこでまず実装するプリント基板３に応じたデータセットを選択し、読み込む（ステップＳ２１）。次に、プリント基板３をコンベア２によって実装位置（図１に二点鎖線で示す位置）まで搬送し、固定する（ステップＳ２２）。

次にヘッドユニット６を移動させ、プリント基板３に設けられたフィデューシャルマークＦをカメラ１８で撮像するが、その前にステップＳ２３で、フィデューシャルマークＦを撮像するにあたりコンバージョンレンズ２３が必要か否かの判定がなされる。この判定は、コンバージョンレンズ２３の用途や撮像条件に応じ、カメラ１８の被写体別に適宜なされるものである。ステップＳ２３でＹＥＳと判定されればステップＳ２４に移行し、アクチュエータ２９にロッド２９ａを伸ばすよう指令信号が発せられる。即ちコンバージョンレンズ２３がＯＮ状態となる。ステップＳ２３でＮＯと判定されればステップＳ２５に移行し、アクチュエータ２９にロッド２９ａを縮めるよう指令信号が発せられる。即ちコンバージョンレンズ２３がＯＦＦ状態となる。ステップＳ２４又はステップＳ２５の後、ステップＳ２６に移行してフィデューシャルマークＦを撮像し、位置認識を行ってプリント基板３の固定位置ズレを測定する。そしてそのズレ量に応じて各電子部品Ｃの実装位置を予め補正する。

次に、各ノズル１６ａにより電子部品Ｃを吸着する吸着処理が実行される（ステップＳ２７）。この吸着処理としては、まずヘッドユニット６をテープフィーダー４ａの上方位置まで移動させ、電子部品Ｃの吸着に先立ってテープフィーダー４ａ上の電子部品Ｃを撮像する（このとき改めてコンバージョンレンズ２３の要否を判定し、必要に応じてＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしても良い）。この撮像画像に基づいてテープフィーダー４ａに対する電子部品Ｃの位置ずれを検出し、この検出結果に応じてヘッドユニット６の移動量等を補正する。次いで、テープフィーダー４ａ上の電子部品Ｃを吸着ノズル１６ａにより吸着し、その吸着動作を各ノズルユニット１６毎に実行した後、ヘッドユニット６をテープフィーダー４ａからプリント基板３側へ移動させる。

ステップＳ２７の実行後、ステップＳ３０に移行してコンバージョンレンズ２３の要否を判定し、必要に応じてＯＮ／ＯＦＦを切換える制御を行う。ステップＳ３０の制御は、ステップＳ２３〜Ｓ２５に相当するものである。そして、ヘッドユニット６が実装位置に移動する過程で電子部品Ｃが反射部１７上を通過するが、このときミラー２２に電子部品Ｃの下面Ｃ１が映し出され、それが各カメラ１８によって撮像される（ステップＳ３３）。

次に、撮像された画像に基づいてノズルユニット１６に対する電子部品Ｃの吸着状態が認識され、吸着位置ズレに応じて更に実装位置の補正がなされる（ステップＳ３５）。なお、ステップＳ３５で、電子部品Ｃを吸着していない等のエラーが発見されたときにはエラー処理を行って再度ステップＳ２７からやり直すようにしても良い。

また特に図示しないが、更に電子部品Ｃにフィデューシャルマーク（部品フィデューシャル）を設けて、この位置ズレによっても実装位置を補正するようにしても良い（ステップＳ３７）。

そして、以上の各補正を全て反映した最終的なプリント基板３の実装位置に、電子部品Ｃが実装される（ステップＳ３９）。実装後は、プリント基板３を直接撮像して所定の実装位置に部品が装着されているか否かを確認する。この撮像の際も、ステップＳ３０と同様、コンバージョンレンズ２３の要否を判定し、必要に応じてＯＮ／ＯＦＦを切換える制御を行って良い。この場合、電子部品Ｃをプリント基板３に実装した直後に、ヘッドユニット６を殆ど移動させることなく撮像することができるので、効率の良い確認を行うことができる。

以上は、実装開始から１回目の実装（最大６個の電子部品Ｃ）を行うまでの流れである。更に電子部品Ｃを実装する場合は、続いて上記ステップＳ２７〜Ｓ３９の動作を繰り返す。また、更に同種の別のプリント基板３への実装を行う場合には続いて上記ステップＳ２２〜Ｓ３９の動作を繰り返す。そして更に異なる種類の別のプリント基板３への実装を行う場合には続いて上記ステップＳ２１〜Ｓ３９の動作を繰り返す。

以上のように、当実施形態の実装機は、カメラ１８から被写体までの光路長や撮像範囲（認識視野）に応じてコンバージョンレンズ２３のＯＮ／ＯＦＦを切換えるようにしているので、１台のカメラ１８でそれぞれピントの合った鮮明な画像を得ることができたり、部品の大きさや一度に撮像する部品の個数に応じた画像を得たりすることができる。

しかもコンバージョンレンズ２３は単体（内蔵するレンズは複数枚のこともある）のレンズなので、そのＯＮ／ＯＦＦを切換えるアクチュエータ２９を設けても、複数のカメラ１８を設けたり、カメラ１８にピント調節機構やズーム機構を備えたりするより格段に簡単な構造となる。従って、低コストを実現することができる。

なお、コンバージョンレンズ２３を１台のカメラ１８に対して２個以上設け、ＯＮ状態とするときには適宜必要なコンバージョンレンズ２３を選択的に用いる（同時使用も含む）ようにしても良い。

また、当実施形態の部品認識装置２０では、照明手段として照明装置１９のみを用いているが、反射部１７のフレーム２１内に別途上方を照明する照明装置を設けるとともにミラー２２をハーフミラーとし、その透過光によっても電子部品Ｃを照明するようにしても良い。

更に、当実施形態では１個のノズルユニット１６に対応して１台のカメラ１８を配設することとしているが、これに限定されることはなく、例えば２個のノズルユニット１６に対応して１台のカメラ１８を配設した構成とすることもできる。この場合には、２個のノズルユニット１６にそれぞれに吸着された電子部品Ｃを同時に撮像可能となるようにカメラ１８の撮像範囲が設定される。

また更に、当実施形態ではエリアセンサからなるカメラ１８を採用しているが、これに限定されることはなく、例えば、ラインセンサからなるカメラをＬＭガイド等によりヘッドユニット６に対して相対変位可能に取り付け、このカメラを撮像時にヘッドユニット６に対して移動させつつ、当該カメラによりミラー２２に映し出された電子部品Ｃの像を走査させるようにすることも可能である。

次に、本発明に係る第２実施形態として、別のタイプの表面実装機について説明する。図９は、当実施形態の実装機の概略平面図である。なお以下の実施形態を示す図において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。この実装機が第１実施形態のものと異なっている点は、カメラ１８がヘッドユニット６に搭載されておらず、また部品供給部４と実装位置との間に反射部１７が設けられていない点であり、これらに代えて部品供給部４と実装位置との間のＸ軸方向略中央部に、撮像ユニット２４が設けられている点である。

図１０は、撮像ユニット２４付近の断面図である。撮像ユニット２４では、基台１を貫通する穴が設けられており、その穴の周囲にはＬＥＤを多数配列して上方を照明する照明装置２７が設けられている。その下方には、カメラ１８が、上方の電子部品Ｃを直接撮像するように配設されている。そして、照明装置２７とカメラ１８との間に、コンバージョンレンズ２３ｃがＯＮ／ＯＦＦ切換可能な状態で設けられている。アクチュエータ２９は基台１に固定されている。

部品実装にあたっては、部品供給部４で電子部品Ｃを吸着後、プリント基板３の実装位置までヘッドユニット６を移動させるが、その際、近い側の撮像ユニット２４の真上を電子部品Ｃが経由するように移動させる。そして、電子部品Ｃが撮像ユニット２４の真上にあるとき（図示の状態）、照明装置２７が電子部品Ｃ等の下面を照明する。そして、明るくされた部品下面Ｃ１がカメラ１８に撮像される（光軸Ｋ６）。撮像された画像に基づいて吸着状態が認識され、それに応じて吸着ズレ等を補正して実装するように構成されている。

この撮像に際してＯＮ／ＯＦＦが切換えられるコンバージョンレンズ２３ｃの作用は第１実施形態と同様であり、電子部品Ｃのサイズ（光軸Ｋ６方向の厚み）や照明装置２７の色（光の波長）に応じて焦点距離を切換え、常にピントが合うようにしたり、電子部品Ｃのサイズ（光軸Ｋと垂直方向の広さ）に応じて画角を切換え、画面からはみ出ない範囲で解像度を高めたりする。

以上、第１及び第２実施形態では部品認識装置を実装機に搭載した例を示したが、搭載する装置は実装機に限定されることはなく、例えば次に示すように、ＩＣチップ等の電子部品Ｃを検査する部品試験装置６０に搭載しても良い。

図１１は、本発明に係る第３実施形態である部品試験装置６０の平面図である。部品試験装置６０の基台６１には、ベアチップがダイシングされた状態のウェハＷａを上下多段に収納したカセット６２を装着可能なカセット設置部６３が設けられている。このカセット設置部６３に装着されたカセット６２は、図略の搬送機構により基台６１に形成された開口部６４の下方位置に搬送され、この位置でベアチップがヘッド６５によって取上げられる。ヘッド６５は、基台６１上でＹ軸方向に延びるレール６６に沿って、上記開口部６４から部品待機部６７までベアチップを搬送するようになっている。部品待機部６７は、基台６１上でＸ軸方向に延びる一対のレール６８間に配置され、この部品待機部６７に搬送されたベアチップは、各レール６８に沿って駆動する一対のヘッドユニット６９，７０により基台４１上の検査ソケット７１まで搬送され、検査手段によって所定の検査が実行されることとなる。ヘッドユニット６９，７０には、ベアチップを吸着可能な吸着ノズルをそれぞれ備えた２つの検査用ヘッド６９ａ，７０ａが並べて設けられている。

このような部品検査装置６０において、上記基台６１上には、部品待機部６７と検査ソケット７１との間に撮像ユニット７４，７６が設けられており、撮像ユニット７４，７６上をヘッドユニット６９，７０が移動することにより該ヘッドユニット６９，７０に吸着されたベアチップを撮像、認識するように構成されている。

上記撮像ユニット７４，７６は、部品待機部６７から検査ソケット７１まで搬送されるベアチップの不良（例えば、バンプの高さ不良）を検知し、ここで不良品であると検知されたベアチップは、ヘッドユニット６９，７０により基台６１上の不良品回収部７８に載置された不良品用トレイ７９に搬送される。これに加えて、上記撮像ユニット７４，７６は、ヘッドユニット６９，７０に対するベアチップの姿勢を検知し、ここでヘッドユニット６９，７０に対して位置ずれしていると検知されたベアチップは、当該ヘッドユニット６９，７０により位置補正が実行された後、検査ソケット７１へ搬送される。

そして、検査ソケット７１における検査の結果、不良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット６９，７０により上記不良品用トレイ７９に搬送される一方、良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット６９，７０により基台６１上の部品収納部８０まで搬送されるとともに、この部品収納部８０において、テープフィーダー用のベーステープ８１内に収容され、このベーステープ８１に図略のカバーテープが張付けられることとなる。

なお、不良品回収部７８の不良品用トレイ７９が満載状態になると、そのトレイ７９が図外のトレイ移動機構によりトレイ排出部８２に移送されるとともに、不良品回収部７８に隣接したトレイ待機部８３にあるトレイ８４がヘッドユニット６９，７０により不良品回収部７８に移送され、かつ、図外のトレイ移動機構によりトレイ待機部８３に空トレイ載置部８５から空トレイが移送されるようになっている。

上記撮像ユニット７４，７６は、第２実施形態における撮像ユニット２４と同様の構造であり、撮像されるベアチップ（電子回路構成物品）サイズ等によってコンバージョンレンズのＯＮ／ＯＦＦが切換えられ、最適な焦点距離及び画角で撮像されるようになっている。

次に本発明の第４実施形態として、本発明に係る物品認識装置を搭載したディスペンサについて説明する。当ディスペンサは特に図示しないが、電子部品を固定する塗布剤（はんだペーストや接着剤など）を、基板（電子回路構成物品）上の所定の塗布位置に塗布する装置である。このディスペンサには塗布剤を塗布位置で吐出するディスペンサヘッドと、ディスペンサヘッドを基板上で移動させる駆動手段とを備え、物品認識装置によって基板上の塗布位置または塗布剤の塗布状態を認識させるように構成されている。そして物品認識の際には必要に応じてコンバージョンレンズのＯＮ／ＯＦＦを切換えて基板を撮像する。

次に本発明の第５実施形態として、本発明に係る物品認識装置を搭載した実装基板検査装置について説明する。当実装基板検査装置は特に図示しないが、実装後の基板（電子回路構成物品）の実装状態を検査する装置である。この実装基板検査装置は、必要に応じてコンバージョンレンズのＯＮ／ＯＦＦを切換えて実装後の基板を撮像し、その画像に基づいて実装状態を認識し、検査手段によって欠品や実装位置ズレがないかどうかをチェックして検査合否を判定する。

次に本発明の第６実施形態として、本発明に係る物品認識装置を搭載した印刷基板検査装置について説明する。当印刷基板検査装置は特に図示しないが、塗布剤印刷後の基板（電子回路構成物品）の塗布剤印刷状態を検査する装置である。この印刷基板検査装置は、必要に応じてコンバージョンレンズのＯＮ／ＯＦＦを切換えて塗布剤印刷後の基板を撮像し、その画像に基づいて塗布剤印刷状態を認識し、検査手段によって印刷不良や印刷ズレがないかどうかをチェックして検査合否を判定する。

以上の第４〜第６実施形態のいずれの場合も、カメラと基板との距離や撮像範囲等に応じて、適切な焦点距離や画角を１台のカメラで切換えることができるので、低コストで高精度の物品認識を行うことができる。

以上、第１〜第６実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲内で種々の変形を行って良い。例えば、上記各実施形態では、コンバージョンレンズ２３等のＯＮ／ＯＦＦを切換えるアクチュエータ２９はヘッドユニット６や基台１に固定されているとしたが、カメラ１８に固定されているようにしても良い。

また、カメラ１８は、必ずしも単焦点、ピント固定のものでなくても良い。ある程度のズーム機構やピント調節機構を備え、コンバージョンレンズ２３等の切換え機構と併用するようにしても良い。

上記の実施形態では、コンバージョンレンズ２３等をＯＮ状態にしたとき、焦点距離が短くなったり、画角が広角側に切換わったりするように構成されているが、これらとは逆に、コンバージョンレンズをＯＮ状態にしたとき、焦点距離が長くなったり、画角が望遠側に切換わったりするように構成し、それに応じたＯＮ／ＯＦＦ切換え制御を行うようにしても良い。

本発明の第１実施形態に係る部品認識装置が搭載された表面実装機を概略的に示す平面図である。 図１の表面実装機の一部を省略して示す正面図である。 図１の表面実装機における部品認識装置を主に示す側面一部断面図である。 図３の部品認識装置における撮像状態とコンバージョンレンズの使用状態を示す説明図であり、（ａ）はコンバージョンレンズを使用しない場合、（ｂ）はコンバージョンレンズを使用する場合を示す。 図１の表面実装機の概略制御ブロック図である。 図１の表面実装機の変形例であって、コンバージョンレンズによる画角の切換えを示す説明図であり、（ａ）はコンバージョンレンズを使用しない場合、（ｂ）はコンバージョンレンズを使用する場合を示す。 図１の表面実装機の変形例であって、コンバージョンレンズによる画角の切換えを示す説明図であり、（ａ）はコンバージョンレンズを使用しない場合、（ｂ）はコンバージョンレンズを使用する場合を示す。 図１の表面実装機の実装動作を示すフローチャートである。 別の実施形態の部品認識装置が搭載された実装機を概略的に示す平面図である。 図９の実装機に搭載される部品認識装置の側断面図である。 本発明の実施形態に係る物品認識装置が搭載された部品試験装置を概略的に示す平面図である。

符号の説明

１ 基台
３ プリント基板
４ 部品供給部
６ ヘッドユニット
９ Ｙ軸サーボモータ（駆動手段）
１５ Ｘ軸サーボモータ（駆動手段）
１６ ノズルユニット（保持手段）
１６ａ 吸着ノズル
１８ カメラ（撮像手段）
２０ 部品認識装置（物品認識装置）
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ コンバージョンレンズ
２４ 撮像ユニット
２９ アクチュエータ（切換え手段）
３２ 主制御部（認識手段）
６０ 部品試験装置
Ｃ，Ｃ’ 電子部品（電子回路構成物品）

Claims (8)

1. 電子回路構成物品を撮像手段により撮像し、その画像に基づき物品の状態を認識する物品認識方法であって、
   上記撮像手段に付加して、焦点距離または画角を変更するためのコンバージョンレンズを用意し、
   適切な焦点距離または画角となるように、上記コンバージョンレンズを電子回路構成物品と上記撮像手段との間の光路上に介在させる状態と上記光路上から除去させる状態とを切換えて該電子回路構成物品を撮像し、
   撮像された画像に基づいて該電子回路構成物品の状態を認識することを特徴とする物品認識方法。
2. 電子回路構成物品を撮像手段により撮像し、その画像に基づき物品の状態を認識する物品認識装置であって、
   上記撮像手段に付加して、電子回路構成物品と上記撮像手段との間の光路上に介在させる状態と上記光路上から除去させる状態とを切換可能に設けられた、焦点距離または画角を変更可能とするコンバージョンレンズと、
   上記コンバージョンレンズの上記切換えを行う切換え手段と、
   撮像された該電子回路構成物品の画像に基づいて該電子回路構成物品の状態を認識する認識手段とを備え、
   上記切換え手段は、電子回路構成物品の撮像時に適切な焦点距離または画角となるように上記コンバージョンレンズの上記切換えを行うことを特徴とする物品認識装置。
3. 電子回路構成物品である電子部品が所定位置に複数配置された状態を認識する物品認識装置であって、
   上記撮像手段は、上記コンバージョンレンズが少なくとも大画角側に切換えられているとき、複数の電子部品を同時に撮像することを特徴とする請求項２記載の物品認識装置。
4. 電子回路構成物品である電子部品を、部品供給部から基板上の所定位置に移載して実装する表面実装機であって、
   請求項２または３記載の物品認識装置と、
   上記部品供給部から該電子部品を取出して保持する保持手段と、
   上記保持手段を該電子部品保持状態で上記基板上の所定位置まで移動させる駆動手段とを備え、
   少なくとも上記保持手段の移動中に上記物品認識装置によって該電子部品の保持状態を認識するように構成されていることを特徴とする表面実装機。
5. 電子回路構成物品である電子部品を、部品供給部から検査手段の所定位置に移載して各種検査を行う部品試験装置であって、
   請求項２または３記載の物品認識装置と、
   上記部品供給部から該電子部品を取出して保持する保持手段と、
   上記保持手段を該電子部品保持状態で上記検査手段の所定位置まで移動させる駆動手段とを備え、
   少なくとも上記保持手段の移動中に上記物品認識装置によって該電子部品の保持状態を認識するように構成されていることを特徴とする部品試験装置。
6. 電子部品を固定する塗布剤を、電子回路構成物品である基板上の所定の塗布位置に塗布するディスペンサであって、
   請求項２記載の物品認識装置と、
   塗布剤を上記塗布位置で吐出するディスペンサヘッドと、
   上記ディスペンサヘッドを該基板上で移動させる駆動手段とを備え、
   上記物品認識装置によって該基板上の塗布位置または塗布剤の塗布状態を認識させることを特徴とするディスペンサ。
7. 電子回路構成物品である実装後の基板の、実装状態検査を行う実装基板検査装置であって、
   請求項２または３記載の物品認識装置と、
   上記物品認識装置に認識された該実装後の基板の実装状態に基づいて検査合否を判定する検査手段とを備えることを特徴とする実装基板検査装置。
8. 電子回路構成物品である塗布剤印刷後の基板の、塗布剤印刷状態検査を行う印刷基板検査装置であって、
   請求項２または３記載の物品認識装置と、
   上記物品認識装置に認識された該塗布剤印刷後の基板の印刷状態に基づいて検査合否を判定する検査手段とを備えることを特徴とする印刷基板検査装置。