JP2008072058A - 補正量検出方法、補正量検出装置および基板処理機 - Google Patents

Abstract

【課題】被撮像面と撮像装置との距離が基板の厚さ等によって変わるような構造の基板処理機においても、位置ズレ量を正確に検出する。
【解決手段】被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを作成する補正データ作成工程と、被処理基板２を上記所定位置に設置してこの基板２と撮像装置７とを対応させた状態で、フィデューシャルマーク２ａ、２ｂを撮像し、そのマーク２ａ、２ｂの位置ズレ量を撮像画面上で求め、その撮像画面上の位置ズレ量と、基板２の被撮像面の高さ位置とに基づき、補正データ作成工程で求めた補正データからマーク２ａ．２ｂの位置ズレ量を算出するマーク位置ズレ検出工程と、このマーク位置ズレ検出工程で求められたマークの位置ズレ量に基づき、基板位置補正量を算出する補正量演算工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に設けた位置検出マークを撮像装置により撮像して、位置検出マークの位置ズレ補正量を検出する補正量検出方法および補正量検出装置と、この補正量検出装置を用いた部品実装機等の基板処理機に関するものである。

従来から、被処理基板に対して所定の処理を施す基板処理機、例えば被処理基板に電子部品を実装する部品実装機において、上記基板を所定位置に設置した状態で、この基板に付された位置検出マーク（フィデューシャルマーク）を撮像装置（カメラ）により撮像し、それに基づいて本来の所定位置に対する上記基板の位置ズレ量に対応した基板位置補正量を求め、基板に対して所定の処理を行う位置を補正（部品実装機にあっては部品装着位置を補正）するようにしたものは一般に知られている。

ところで、上記撮像装置によって被処理基板の位置検出マークを撮像する際、基板支持構造等によっては、被処理基板の厚さが変わるとそれに伴って被撮像面と撮像装置との距離が変化する場合がある。例えば、被処理基板の下面を一定高さに支持するような下面基準の支持構造とされるとともに、この基板の上方にカメラを配置して基板の上面を撮像するように場合、基板の厚さにより、被撮像面である基板上面の高さが変わるため、被撮像面と撮像装置との距離が変わることとなる。

従来ではこのような構造においても、撮像装置による位置検出マークの撮像に基づいて基板位置補正量を求める場合に、被撮像面と撮像装置との距離の変化については特に考慮されていなかった。

なお、例えば特許文献１に示されるように、部品実装機において、基板に対して垂直または斜め上方からカメラ等の撮像装置により基板を撮像し、斜め上方から基板に入射した光の位置に基づき基板上面の高さ位置を計測し、その高さ位置に応じて実装用ヘッドの昇降量を調整するようにしたものは知られている。
特開２００３−２９８２９４号公報

上述のように撮像装置による位置検出マークの撮像に基づいて基板位置補正量を求める場合に、基板の厚さ等によって被撮像面と撮像装置との距離（基板の被撮像面の高さ）が変わると、位置検出マークの位置ズレ量の画面上の大きさが変化するため、位置ズレ量の正確な検出が困難になり、位置検出マークの位置ズレ量に基づいて求められる基板位置補正量に誤差が生じ易くなる。

なお、上述した特許文献１は、基板上面の高さの計測は行っているものの、それに応じて実装用ヘッドの昇降量を調整しているだけであり、部品装着位置の補正については考慮されていない。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたもので、撮像装置による位置検出マークの検出の際の被撮像面と撮像装置との距離が基板の厚さ等によって変わるような構造の基板処理機であっても、位置検出マークの位置ズレ量を正確に検出することが可能であり、基板位置の補正の精度を高めることができる補正量検出方法、補正量検出装置及び基板処理機を提供することを目的とする。

請求項１に係る基板処理機における補正量検出方法は、被処理基板に対して所定の処理を施す基板処理機の所定位置に被処理基板を設置した状態で、被処理基板に表示した位置検出マークを上記基板処理機に設けた撮像装置により撮像し、それに基づき、上記所定の処理の際の基板位置補正量を求める補正量検出方法であって、被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを作成する補正データ作成工程と、被処理基板を上記所定位置に設置してこの基板と上記撮像装置とを対応させた状態で、上記位置検出マークを撮像し、その位置検出マークの正規の位置に対する位置ズレ量を撮像画面上で求め、その撮像画面上の位置検出マークの位置ズレ量と、被処理基板の被撮像面の高さ位置とに基づき、補正データ作成工程で求めた補正データから位置検出マークの位置ズレ量を算出するマーク位置ズレ検出工程と、このマーク位置ズレ検出工程で求められた位置検出マークの位置ズレ量に基づき、基板位置補正量を算出する補正量演算工程とを含むものである。

請求項２に係る基板処理機における補正量検出方法は、請求項１に記載の方法において、補正データ作成工程は、被撮像面に実寸を示すための標示を付した測定用部材と撮像装置とを対応させた状態で、測定用部材の高さ位置を種々変えて標示を撮像し、撮像した標示の実寸に対する撮像画面上の寸法と測定用部材の被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを作成するものである。

請求項３に係る基板処理機における補正量検出方法は、請求項２に記載の方法において、上記補正データ作成工程で作成する補正データが、撮像した標示の実寸に対する撮像画面上の寸法と測定用部材の被撮像面の高さ位置との関係を示す寸法補正データの他に、測定用部材の被撮像面の高さ位置に応じた撮像画面上での標示の中心位置の変化を示す中心位置補正データをも含み、上記マーク位置ズレ検出工程において、寸法補正データおよび中心位置補正データを用いて位置検出マークの位置ズレ量を算出するものである。

請求項４に係る基板処理機における補正量検出方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、上記補正データ作成工程における標示の実寸に対する撮像画面上の寸法は、標示が撮像された画面上の特定区間の画素数と標示から特定される当該区間の実寸とによって求められる１画素あたりの寸法であり、上記マーク位置ズレ検出工程における位置検出マークの撮像画面上での位置ズレ量は、撮像画面上での位置検出マークの基準位置に対する位置ズレ分の画素数であるようにしたものである。

請求項５に係る基板処理機における補正量検出方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理機における補正量検出方法において、上記位置検出マークが基板に複数設けられ、その複数の位置検出マークのそれぞれについて上記マーク位置ズレ検出工程により位置ズレ量を求め、上記補正量演算工程では、相互に直交する第１水平方向と第２水平方向との両方に関する基板位置と、第１水平方向または第２水平方向に対する基板の回転角度とについての補正量を算出するものである。

請求項６に係る基板処理機における補正量検出装置は、被処理基板に対して所定の処理を施す基板処理機の所定位置に被処理基板を設置した状態で、被処理基板に表示した位置検出マークを上記基板処理機に設けた撮像装置により撮像し、それに基づき、上記所定の処理の際の基板位置補正量を求めるようにした補正量検出装置であって、被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを記憶する補正データ記憶手段と、被処理基板を上記所定位置に設置してこの基板と上記撮像装置とを対応させた状態で、上記位置検出マークを撮像し、その位置検出マークの正規の位置に対する位置ズレ量を撮像画面上の寸法で求め、その撮像画面上の位置検出マークの位置ズレ量と、被処理基板の被撮像面の高さ位置とに基づき、上記補正データから位置検出マークの位置ズレ量を算出するマーク位置ズレ検出手段と、このマーク位置ズレ検出手段により求められた位置検出マークの位置ズレ量に基づき、基板位置補正量を算出する補正量演算手段とを有するものである。

請求項７に係る基板処理機における補正量検出装置は、請求項６に記載の装置において、実寸を示すための標示を付した被撮像面を有し上下に昇降可能な昇降部材と、この昇降部材と撮像装置とを対応させた状態で、昇降部材の被撮像面の高さ位置を種々変えて標示を撮像し、撮像した標示の実寸に対する撮像画面上の寸法と昇降部材の被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを作成する補正データ作成手段とを備え、この補正データ作成手段により作成された補正データが上記データ記憶手段に記憶されているものである。

請求項８に係る基板処理機における補正量検出装置は、請求項６または７に記載の装置において、上記補正データ作成手段により作成する補正データが、被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す寸法補正データの他に、被撮像面の高さ位置に応じた撮像画面上での被写体の中心位置の変化を示す中心位置補正データをも含み、上記マーク位置ズレ検出手段が、寸法補正データおよび中心位置補正データを用いて位置検出マークの位置ズレ量を算出するようにしたものである。

請求項９に係る基板処理機は、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の補正量検出装置と、その補正量検出装置により算出された基板位置補正量に基づいて被処理基板に対して所定の処理を行う位置を補正する処理位置補正手段とを具備するものである。

請求項１０に係る基板処理機は、請求項９に記載の基板処理装置において、部品供給部から電子部品を取り出して、所定位置に設置された被処理基板に装着する実装用ヘッドを備え、上記処理位置補正手段は、実装用ヘッドによる被処理基板への部品装着の際に、補正量検出装置により算出された基板位置補正量に基づいて部品装着位置を補正するようになっている部品実装機からなるものである。

請求項１の補正量検出方法および請求項６の補正量検出装置によると、被処理基板に付された位置検出マークを撮像装置により撮像して、位置検出マークの基板処理機における正規の位置に対する位置ズレ量を検出するとき、被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを用いて位置ズレ量の補正を行うので、被処理基板の厚さ等によって撮像装置と被処理基板との距離が変化する場合でも、それによる誤差を排除することが可能となり、位置検出マークの位置ズレ量および基板位置補正量を正確に求めることができる。

請求項２の補正量検出方法および請求項７の補正量検出装置によると、実寸を示すための標示を付した測定用部材（昇降部材）を用い、この測定用部材（昇降部材）の高さを種々変えて撮像した画像に基づいて補正データを作成するようにしているので、精度の良い補正データを得ることができる。

請求項３の補正量検出方法および請求項８の補正量検出装置によると、位置検出マークの位置ズレ量の算出に中心位置補正データを用いるので、撮像装置の撮像方向が被処理基板の被撮像面と直交する方向に対して斜めに傾いていても、その傾きに基づく誤差を排除することが可能になり、位置検出マークの位置ズレ量および基板位置補正量をより正確に検出することができる。

請求項４の補正量検出方法によると、補正データ作成工程における標示の実寸に対する撮像画面上の寸法に、標示の撮像画像の大きさを対応する撮像素子の画素数で除算してなる１画素あたりの寸法を用い、マーク位置ズレ検出工程における位置検出マークの位置ズレ量に、位置検出マークの基準位置と撮像画像中心との位置ズレ量の撮像素子上における画素数を用いるので、位置検出マークの位置ズレ量および基板位置補正量を正確に検出することができる。

請求項５に係る補正量検出方法によると、被処理基板上の複数の位置検出マークそれぞれに対する位置ズレ量が求められるため、これら複数の位置ズレ量に基づき、直交する第１水平方向および第２水平方向と回転方向の補正量を求めることができる。

請求項９の基板処理機によると、補正量検出装置により算出された基板位置補正量に基づき、処理位置補正手段が被処理基板に対して所定の処理を行う位置を補正するので、処理を正規の基板位置に対して行うことが可能になる。

請求項１０の部品実装機によると、補正量検出装置により算出された基板位置補正量に基づき、基板上の部品実装位置を補正するので、部品を被処理基板上の実装位置に正確に実装することが可能になる。

以下に、本発明を具体的に説明する。

図１は本実施形態に係る部品実装機を示す概略図、図２〜図５は基板をクランプするクランプ装置の説明図である。なお、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図で、図５は図４のＶ−Ｖ線による断面図である。

この部品実装機１は、被処理基板（以下単に基板という）２を搬送する基板搬送ライン３と、基板２の搬送方向と直交する幅方向両側をそれぞれクランプする一対のクランプ装置４、４と、基板搬送ライン３の近傍に実装部品を供給する部品供給部５と、部品供給部５の実装部品を吸着して基板２の所定位置に実装するヘッドユニット６と、そのヘッドユニット６に下向きに固定された基板認識用のカメラ（撮像装置）７とを備える。

上記基板搬送ライン３は、左右の一対のコンベア１０、１０を有し、これらコンベア１０、１０は共通のサーボモータ１０ａにより駆動されるようになっており、基板２を所定位置、例えば部品実装位置にまで搬送する。その部品実装位置には、一対のクランプ装置４、４が配置されている。各クランプ装置４は、図２〜図５に示すように、コンベア１０のベルト１１の下側と上側とに配置された相対応するクランプ部材１２，１３を有し、下側クランプ部材１２は高さ一定に設けられ、上側クランプ部材１３は下側クランプ部材１２に対して接離するように、上下動可能に配置されている。上側クランプ部材１３が図外の駆動手段により駆動される。そして、基板クランプ時には上側クランプ部材１３が下降して、一定高さの下側クランプ部材１２の上面に基板２およびベルト１１を押し付け、両クランプ部材１２，１３で基板２を挟持するようになっている。

また、コンベア１０、１０の近傍には、後述の測定治具３０を高さ位置調節可能に支持する治具支持部１６と、この治具支持部１６を昇降させる昇降駆動装置１７とが設けられる。この昇降駆動装置１７と治具支持部１６とからなる昇降装置１８は、補正データを作成するに際し、測定治具３０の高さ位置を複数で変えるために用いられる。

部品供給部５には、多数列のテープフィーダー５ａが設けられている。各テープフィーダー５ａは、それぞれＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等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、ヘッドユニット６により部品が取出されるに伴い間欠的に部品を繰り出すように構成されている。

ヘッドユニット６は、基板搬送ライン３の上方に装備されていて、部品供給部５と基板２の部品実装位置とにわたって移動可能とされ、Ｘ軸サーボモータ１４によりＸ軸方向（基板搬送ライン３と平行な方向）に、Ｙ軸サーボモータ１５によりＹ軸方向（基板搬送ライン３と直行する方向）に移動することができるようになっている。

ヘッドユニット６には複数の実装用ヘッド９が搭載されており、本実施形態では４本の実装用ヘッド９がＸ軸方向に等間隔で一列に並べて搭載されている。

実装用ヘッド９は、それぞれヘッドユニット６のフレームに対してＺ軸方向（垂直方向）の移動および自軸回りの回転（Ｒ軸方向の移動）が可能とされ、上部に設けられたサーボモータ９ａを駆動源とする昇降駆動手段および回転駆動手段により駆動されるようになっている。また、実装用ヘッド９には、その先端（下端）に吸着ノズル９ｂが装着されており、図外の負圧供給手段から吸着ノズル９ｂ先端に負圧が供給されることにより、この負圧による吸着力で部品を吸着保持するようになっている。

上記ヘッドユニット６に設けられた上記カメラ７は、上記基板２に形成されたフィデューシャルマーク（位置検出マーク）を認識するためのものである。カメラ７には照明装置７ａが具備されている。なお、基板２には複数フィデューシャルマークが付され、例えば対頂角の近傍に２つのフィデューシャルマーク２ａ、２ｂが付されている。

図６は、部品実装機１の制御系を示すブロック図である。なお、このブロック図は、主として実装位置に関与する部分を示している。

部品実装機１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等から構成される制御装置２０を有している。この制御装置２０は、その機能構成として主制御部２１、軸制御部２２、カメラ制御部２３および画像処理部２４等を含む。

主制御部２１は、部品実装機１の動作を統括的に制御するもので、図外の記憶部に予め記憶されているプログラムに従ってヘッドユニット６等を作動すべく軸制御部２２を介してサーボモータ１４、１５、９ａ、１０ａ、１７等を駆動制御するとともにカメラ制御部２３を介してカメラ７を駆動制御する。カメラ７で撮像された画像は、画像処理部２４で処理される。

また、主制御部２１は、各種情報記憶手段２１ａ、補正データ作成手段２１ｂ、マーク位置ズレ演算手段２１ｃ、補正量演算手段２１ｄ、部品位置ズレ演算手段２１ｅ、部品実装位置演算手段２１ｆおよびデータ記憶手段２１ｇを含んでいる。

各種情報記憶手段２１ａは、基板２および被実装部品に関する各種情報等を記憶するものであり、この各種情報記憶手段２１ａに記憶される情報には、基板２の厚みデータも含まれている。

補正データ作成手段２１ｂは、前述の治具支持部１６上に測定治具３０（図７参照）がセットされた状態で図外の入力操作部等から補正データ作成の指令があったとき、カメラ７の移動範囲下方に位置する治具支持部１６に支持された測定治具３０に形成されている標示Ｂをカメラ７により撮像することを、測定治具３０の高さ位置を上記昇降装置１８により複数位置で変えて行い、それらの画像に基づき、１画素あたりの寸法と測定治具の上面高さ（被測定面の高さ）との関係を表す第１補正データ線（図８参照）を求める。さらに、測定治具の高さ変化に伴って撮像画像上で標示の中心位置が変化するときは、上記第１補正データ線の他に、測定治具の上面高さと、撮像画像の中心と標示の中心位置との位置ズレ量に相当する画素数との関係を表す第２補正データ線（図１０参照）を求める。

具体的に説明すると、図７に示すように測定治具３０の上面には実寸を示すための標示Ｂが付されている。この標示Ｂは、例えば正方形の線が１辺長さを変えて複数同心状に形成されたものであり、その各正方形に一辺の長さは予め知られている。そして、補正データ作成の際には、上記標示Ｂを有する面を上方に向けた測定治具３０が治具支持部１６（図１参照）上にセットされた状態で、基準高さ位置Ｈｏに対する測定治具３０の上面高さＨが種々変更されつつ標示Ｂがカメラ７により撮像される。例えば図７（ａ）は、所定の基準高さ位置Ｈｏに対する上面高さＨが５ｍｍのときの標示Ｂの撮像画像、図７（ｂ）は基準高さ位置Ｈｏに対する上面高さＨが９ｍｍのときの標示Ｂの撮像画像、図７（ｃ）は基準高さ位置Ｈｏに対する上面高さＨが１ｍｍのときの標示Ｂの撮像画像である。そして、補正データ作成手段２１ｂは、各上面高さＨの位置においてカメラ７で撮像された標示Ｂから、画面上の一定の画像エリアに対応する部分の一辺の長さ（実寸）を求め、その一辺の長さを、上記画像エリアの一辺の画素数で除算することにより、１画素あたりの寸法を求める。

例えば、上記画像エリアの一辺の画素数が５１２画素であって、標示Ｂの上記画像エリアにある部分の一辺の長さが図７（ａ）のときに１２．０ｍｍ、図７（ｂ）のときに１０．０１８ｍｍ、図７（ｃ）のときに１４．００５ｍｍであると、１画素あたりの寸法は、図７（ａ）のときに１２．０ｍｍ÷５１２画素＝０．０２３４３３７５ｍｍ／ｐｉｘｅｌ、図７（ｂ）のときに１０．０１８ｍｍ÷５１２画素＝０．０１９５６６ｍｍ／ｐｉｘｅｌとなり、図７（ｃ）のときに１４．００５ｍｍ÷５１２画素＝０．０２７３５ｍｍ／ｐｉｘｅｌとなる。

図８は、治具の上面高さＨと１画素あたりの寸法の関係を表した、寸法補正データとしの第１補正データ線で、横軸に１画素あたりの寸法（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）を、縦軸に治具上面高さＨ（ｍｍ）をそれぞれとっている。

図７に示すようにカメラ７の撮像方向が鉛直方向の真下に向いた状態にある場合にはこの第１補正データ線のみを用いればよい。これに対し、図９に示すように、カメラ７の撮像方向が鉛直方向に対して傾いている場合には、測定治具３０の高さを変化させると、その変化に伴って標示Ｂの中心位置と撮像画像の中心とにズレが発生する。例えば、カメラ７の光軸が鉛直方向に対して同図で右側にθだけ傾いている場合において、治具の上面高さＨが５ｍｍのときに標示Ｂの中心とカメラ７の撮像中心とが一致するようになっていれば、上面高さＨが９ｍｍときには標示Ｂの中心がカメラ７の撮像中心に対して左側にずれ、上面高さＨが１ｍｍのときには標示Ｂの中心がカメラ７の撮像中心に対して右側にずれる。このような治具の上面高さＨに応じた中心ズレ量ＤＸｏを画素数として求める。

例えば、図９（ａ）に示すように治具の上面高さＨが５ｍｍのときは中心ズレ量ＤＸｏは０画素、図９（ｂ）に示すように治具の上面高さＨが９ｍｍのときは中心ズレ量ＤＸｏは３５．０１２画素、図９（ｃ）に示すように治具の上面高さＨが１ｍｍのときは中心ズレ量ＤＸｏは３１．９９９となっている。このような治具の上面高さＨと中心ズレ量ＤＸｏとの関係を示した中心位置補正データとしての図１０に示す第２補正データ線を作成する。そして、この第２補正データ線と上記第１補正データ線とが、後述のフィデューシャルマークの位置ずれの演算の際に用いられる。なお、図１０は、縦軸に治具の上面高さＨ（ｍｍ）、横軸に中心ズレ量ＤＸｏ（画素）をとって示している。

上記補正データ作成手段２１ｂで求められた第１補正データ線および第２補正データ線は、データ記憶手段２１ｇに記憶される。

マーク位置ズレ検出手段２１ｃは、基板搬送ライン３の部品実装位置に基板２を配し、カメラ７により基板２に形成されたフィデューシャルマーク２ａ、２ｂのそれぞれを撮像したときに、撮像中心とフィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）の中心位置との位置ズレ量ＤＸを、画素数で求める。なお、位置ズレ量は、マーク２ａ（２ｂ）の中心位置の偏位方向に応じて正負を決めておく。そして、各種情報記憶手段２１ａに記憶されている基板２の厚みデータを読み出し、補正データ作成手段２１ｂにより作成された補正データから、基板２の厚み（被撮像面の高さ位置）に応じた補正を行うことにより、実際の位置ずれ量を求める。

例えば、図１１（ａ）に示すようにカメラ７が真下に向けられ、かつ基板２の厚みデータが５ｍｍのときに、撮像中心に対してフィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）の中心位置が左側にずれて、その位置ズレ量ＤＸが８５．０画素であると、その位置ズレ量ＤＸ（画素数）である−８５．０画素と、図１２から基板厚みデータである５ｍｍに対応する１画素あたりの寸法である０．０２３４３７５（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）とを積算し、実際の位置ズレ量である−８５．０画素×０．０２３４３７５（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）＝−１．９９２ｍｍが算出される。この算出値がマーク２ａ（２ｂ）の位置ズレ量ＤＸの実寸である。図１２は、その縦軸を、図８の縦軸の治具上面高さを基板厚みに置き換えただけで、図８と同様の図である。

なお、図１１（ｂ）および同（ｃ）は、図１１（ａ）の場合と実際のマーク位置ずれ量は同じであるが基板の厚さが違う場合の画像を示している。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、基板２の厚みデータが９ｍｍのときには、画面上の位置ズレ量ＤＸが−１０１．８１７画素となるが、これに対し、図１２からのデータから求められる基板厚みデータ９ｍｍに対応する１画素あたりの寸法である０．０１９５６６（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）を積算すると、実際の位置ズレ量である−１．９９２ｍｍが算出される。また、図１１（ｃ）に示すように、基板２の厚みデータが１ｍｍのときに、画面上の位置ズレ量が−７２．８３１画素となるが、これに対し、図１２からのデータから求められる基板厚みデータ１ｍｍに対応する１画素あたりの寸法である０．０２７３５３（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）とを積算すると、実際の位置ズレ量である−１．９９２ｍｍが算出される。

また、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すようにカメラ７の光軸が鉛直線に対して傾いた状態にカメラ７がセットされている場合は、厚みデータに基づいて第２補正データ線から求められる中心ズレ量ＤＸｏ（画素）により撮像画面上のマークの位置ズレ量ＤＸ（画素）がＤＸ−ＤＸｏと補正され、この補正された撮像画面上の位置ズレ量（ＤＸ−ＤＸｏ）が、さらに第１補正データ線から求められる１画素あたりの寸法により実寸に換算されて、実際の位置ずれ量が求められる。

すなわち、図１３（ａ）のように基板２の厚みデータが５ｍｍのときに、撮像画面上での位置ズレ量ＤＸが−８５．０画素であり、中心ズレ量ＤＸｏが０であるので、ＤＸ−ＤＸｏ＝−８５．０画素と、図１２から得られる、基板厚みデータ５ｍｍに対応する１画素あたりの寸法である０．０２３４３７５（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）とから、実際の位置ズレ量である−１．９９２ｍｍが算出される。また、図１３（ｂ）に示すように基板２の厚みデータが９ｍｍのときに、撮像画面上での位置ズレ量ＤＸが−１３６．８１７画素、中心ズレ量ＤＸｏが−３５．０１２画素（図１４参照）であると、ＤＸ−ＤＸｏ＝（−１３６．８１７＋３５．０１２）画素と、基板厚みデータ９ｍｍに対応する１画素あたりの寸法である０．０１９５６６（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）とから、実際の位置ズレ量である−１．９９２ｍｍが算出される。更に、図１３（ｃ）に示すように基板２の厚みデータが１ｍｍのときに、位置ズレ量ＤＸが−４０．８３１画素、中心ズレ量ＤＸｏが３１．９９８画素（図１４参照）であると、ＤＸ−ＤＸｏ＝（−４０．８３１−３１．９９８）画素と、基板厚みデータ１ｍｍに対応する１画素あたりの寸法である０．０２７３５３（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）とから、実際の位置ズレ量である−１．９９２ｍｍが算出される。

以上のように基板２の厚み（被撮像面の高さ。つまりカメラから被撮像面までの距離）およびカメラ７の傾き等が異なる測定条件下で、フィデューシャルマークの撮像画面上の位置ずれ量に対して補正データ（第１補正データ線および第２補正データ線）による補正が行われるため、実際の位置ずれ量（図１１、図１３の例では−１．９９２ｍｍ）が精度良く求められる。

また、図６に戻って、補正量演算手段２１ｄは、マーク位置ズレ検出手段２１ｃにより求められたフィデューシャルマークの位置ズレ量に基づいて基板の位置ズレに応じた基板位置補正量を算出する。具体的には、複数（例えば２つ）のフィデューシャルマーク２ａ、２ｂに関して上記マーク位置ズレ検出手段２１ｃにより検出された位置ズレ量を読み出して、これらのデータにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の基板の位置ズレに対応する補正量を算出するとともに、Ｒ軸方向（回転方向）の補正量も算出する。つまり、２点のマーク位置のデータが存在すれば、その２点を結ぶ線分の方向により基板の傾きが分かるからである。

部品位置ズレ演算手段２１ｅは、部品実装機の基台上等に設けられた基板認識用カメラ（図示せず）により、部品吸着後に当該カメラ上に移動した実装用ヘッドの吸着ノズルに吸着されている部品を撮像し、その撮像画像に基づいて部品吸着位置のズレ量を算出する。

部品実装位置演算手段２１ｆは、部品位置ズレ演算手段２１ｅにより算出された部品の位置ズレ量と、補正量演算手段２１ｃにより算出された基板位置補正量とに基づいて、算出対象の基板上に実装する正確な部品装着位置を演算により求める。

次に、上記制御装置２０による部品実装の際の補正量検出および部品実装の動作制御について説明する。

まず、補正データ作成手段２１ｂが補正データを作成する手順を、図１５に基づいて述べる。

測定治具３０の基準高さ位置Ｈｏに対する上面高さＨを、例えば基準の５ｍｍに一致させ、測定治具３０の上面に形成した標示Ｂを撮像して（ステップＳ１）、１画素あたりの寸法（ｍｍ／ｐｉｘｅｌ）を測定し（ステップＳ２）、標示Ｂの中心と撮像画像の中心との位置ズレ量ＤＸを、撮像素子上の画素数で測定する（ステップＳ３）。そして、補正計算に必要なサンプル数が得られたか否かを判定する（ステップＳ４）。このとき、測定治具３０の上面高さＨを９ｍｍ、１ｍｍとしたサンプルがまだであるので、測定治具３０の高さを変更して（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返し、測定治具３０の上面高さＨが９ｍｍのときの位置ズレ量ＤＸ（画素数）と測定治具３０の上面高さＨが１ｍｍのときの位置ズレ量ＤＸ（画素数）とを求める。

そして、ステップＳ４において、必要なサンプル数が得られていると判定された場合には、ステップＳ６に進み、得られたデータから第１補正データ線と第２補正データ線とを作成する。なお、図１５は、カメラ７が斜め下に向けられた場合のフローチャートであるが、カメラ７が確実に真下に向けられた状態にセットされるような場合には、ステップＳ３が省略されるとともに、ステップＳ６における第２補正データ線の作成が省略される。

このようにして補正データの作成が完了すると、基板への部品の実装作業を行うことが可能になる。

なお、以上においては、実寸を示すための標示を付した測定治具３０を治具支持部１６に取り付け、昇降装置１８で上下に移動するようにしたが、治具支持部１６の表面に実寸を示すための表示を付して被撮像面としてもよい。この場合は、１６は治具支持部というよりは単に昇降部材（ないしは測定用部材）というべきものであり、面倒な測定治具３０の保管管理は不要となる。測定治具３０も、実寸を示すための標示を付して被撮像面とした治具支持部１６も、被撮像面に実寸を示すための標示を付した測定用部材であり、かつ、実寸を示すための標示を付した被撮像面を有し上下に昇降可能な昇降部材となる。

次に、基板への部品の実装作業について、図１６に基づいて述べる。

基板搬送ライン３で基板２を所定位置（部品実装位置）まで搬送し（ステップＳ２１）、クランプ装置４により基板２をクランプし（ステップＳ２２）、続いてヘッドユニット６をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させて基板認識用のカメラ７を基板２のフィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）の上方位置に移動させる（ステップＳ２３）。その後、カメラ７でフィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）を撮像して、フィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）の予め設定された位置と、フィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）の撮像位置との位置ズレ量を算出する（ステップＳ２４）。この位置ズレ量の算出は、図１７に示すフローチャートに基づき実行される。

即ち、先ず各種情報記憶手段２１ａに記憶されている情報の中から基板２の厚みを把握する（ステップＳ４１）。次に、フィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）の位置を測定し、撮像画面上のマーク位置ズレ量を求める（ステップＳ４２）。続いて、第２補正データ線から基板厚みに応じた中心ズレ量ＤＸｏの画素数を算出し（ステップＳ４３）、第１補正データ線から基板厚みに応じた１画素あたりの寸法を算出する（ステップＳ４４）、このようにして算出した位置ズレ量の画素数および１画素あたりの寸法に基づき、フィデューシャルマーク２ａ（２ｂ）の撮像画面上の位置ズレ量を補正して、実際の位置ズレ量を算出する（ステップＳ４５）。

なお、搬入される基板の種類が変わることによって基板厚みが変化したときには上記ステップＳ４１〜Ｓ４５を全て行うが、前回処理された基板とは基板厚みが変化しない場合には、ステップＳ４１を省き、ステップＳ４３，Ｓ４４では前回の基板の処理において求められた撮像中心ズレ量ＤＸｏおよび１画素あたりの寸法をそのまま用いるようにすればよい。

次に、図１６に示すフローチャートに戻り、全てのフィデューシャルマーク位置について位置ズレ量の算出が終了したか否かを判定する（ステップＳ２５）。未算出のフィデューシャルマーク位置が残っている場合は、ステップＳ２３およびステップＳ２４を繰り返す。

そして、全てのフィデューシャルマーク位置について位置ズレ量の算出が終了している場合は、ステップＳ２６に進み、実装用ヘッド９を部品吸着位置の上方に位置させるように、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動させる。続いて、実装用ヘッド９をＺ軸方向に移動してヘッド先端の吸着ノズル９ｂで部品を吸着する（ステップＳ２７）。さらに、部品撮像カメラ（図示せず）の撮像位置へ実装用ヘッド９をＸ軸、Ｙ軸方向に移動し、かつ撮像高さとなるようにＺ軸方向へ移動させる（ステップＳ２８）。そして、部品撮像カメラで部品を撮像し、部品の吸着位置のズレ量を測定する（ステップＳ２９）。

続いて、部品の吸着位置ズレ量とフィデューシャルマークの位置ズレ量とから、基板上の部品装着位置を補正計算する（ステップＳ３０）。具体的には、前述のステップＳ２３〜Ｓ２５の処理によって複数（例えば２つ）のフィデューシャルマークについて求められたマーク位置ズレ量から、基板のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＲ軸方向（回転方向）の位置ズレを求めて、それに応じた基板位置補正量（ΔＸ１、ΔＹ１、ΔＲ１）を求めるとともに、ステップＳ２９で求められた部品の吸着位置ズレ量からそれに応じた部品吸着ズレ分の補正量（ΔＸ２、ΔＹ２、ΔＲ２）を求め、これらの補正量を用いて基板上の部品装着位置を補正計算する。

そして、実装用ヘッドを上記の補正量を加味した部品装着位置の上方へ位置するようにＸ軸、Ｙ軸方向へ移動させ（ステップＳ３１）、続いて所定の部品装着高さとなるように部品をＺ軸方向へ移動させて、基板２に部品を装着する（ステップＳ３２）。

従って、本実施形態による場合には、基板と部品に位置ズレがあっても、その部品を基板上の予定実装位置に装着することが可能になる。

なお、上述した実施形態では第１補正データも第２補正データも、縦横の２軸上での座標を通るラインとして求めているが、本発明はこれに限らない。例えば、第１補正データも第２補正データもテーブルとして用意してもよい。この場合には、第１補正データも第２補正データも、３つのパラメータを含む１つのテーブルとすることが可能になる。

また、上述した実施形態では測定治具３０を用いてその高さ位置を種々変更しつつ撮像した画像に基づいて補正データを作成してるが、１画素あたりの寸法の変化を補正するデータ（上記第１補正データ）は、予め解っているレンズ倍率、ＷＤ等から算出することもできる。

また、上述した実施形態では基板の上側にカメラ（撮像装置）が配置され、クランプ装置４の上側クランプ１３で下側クランプ１２に対し基板を押し付けて基板の位置ズレを測定しているが、本発明はこれとは逆に、基板の下側にカメラ（撮像装置）が配置されている場合にはクランプ装置４の上側クランプ１３に下側クランプ１２で基板を押し付けて基板の位置ズレを測定する構成に対しても同様に適用することができる。

また、上述した実施形態では部品実装機の例を挙げて説明しているが、本発明はこれに限らず、基板上にマスクを用いて半田を印刷する印刷装置や、基板上に半田を塗布する半田塗布装置などの基板処理機に対しても適用することができる。この場合には、基板の位置ズレだけを考慮すればよく、つまり実装部品を吸着する際に生じる吸着位置のズレの検出は必要がないため、部品位置ズレ演算手段２１ｅを省略し、かつ部品実装位置演算手段２１ｆに代えて処理位置補正手段を用い、その処理位置補正手段により処理位置を補正すればよい。

本発明の一実施形態に係る部品実装機を示すブロック図である。 基板をクランプするクランプ装置の説明図である。 基板をクランプするクランプ装置の説明図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。 基板をクランプするクランプ装置の説明図である。 基板をクランプするクランプ装置の説明図であり、図４のＶ−Ｖ線による断面図である。 部品実装機の制御系を示すブロック図である。 第１補正データ線を作成するときの説明図である。 作成した第１補正データ線の一例を示す図である。 第２補正データ線を作成するときの説明図である。 作成した第２補正データ線の一例を示す図である。 基板に設けたフィデューシャルマークの位置ズレ量の説明図である。 基板厚みと１画素あたりの寸法との関係の説明図である。 基板に設けたフィデューシャルマークの位置ズレ量の説明図である。 基板厚みと１画素あたりの寸法と位置ズレ量との関係の説明図である。 カメラが斜め下に向けられた場合のフローチャートである。 基板への部品の実装作業を説明するフローチャートである。 基板への部品の実装作業を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 部品実装機
２ 被処理基板
２ａ、２ｂ フィデューシャルマーク（位置検出マーク）
４ クランプ装置
５ 部品供給部
６ ヘッドユニット
７ カメラ（撮像装置）
２０ 制御装置
２１ｂ 補正データ作成手段
２１ｃ マーク位置ズレ演算手段
２１ｄ 補正量演算手段
２１ｅ 部品位置ズレ演算手段
２１ｆ 部品実装位置演算手段
Ｂ 標示
Ｈ 上面高さ
ＤＸｏ 中心ズレ量
ＤＸ 位置ズレ量

Claims (10)

1. 被処理基板に対して所定の処理を施す基板処理機の所定位置に被処理基板を設置した状態で、被処理基板に表示した位置検出マークを上記基板処理機に設けた撮像装置により撮像し、それに基づき、上記所定の処理の際の基板位置補正量を求める補正量検出方法であって、
   被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを作成する補正データ作成工程と、
   被処理基板を上記所定位置に設置してこの基板と上記撮像装置とを対応させた状態で、上記位置検出マークを撮像し、その位置検出マークの正規の位置に対する位置ズレ量を撮像画面上で求め、その撮像画面上の位置検出マークの位置ズレ量と、被処理基板の被撮像面の高さ位置とに基づき、補正データ作成工程で求めた補正データから位置検出マークの位置ズレ量を算出するマーク位置ズレ検出工程と、
   このマーク位置ズレ検出工程で求められた位置検出マークの位置ズレ量に基づき、基板位置補正量を算出する補正量演算工程とを含むことを特徴とする基板処理機における補正量検出方法。
2. 請求項１に記載の基板処理機における補正量検出方法において、
   補正データ作成工程は、被撮像面に実寸を示すための標示を付した測定用部材と撮像装置とを対応させた状態で、測定用部材の高さ位置を種々変えて標示を撮像し、撮像した標示の実寸に対する撮像画面上の寸法と測定用部材の被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを作成するものであることを特徴とする基板処理機における補正量検出方法。
3. 請求項２に記載の基板処理機における補正量検出方法において、
   上記補正データ作成工程で作成する補正データが、撮像した標示の実寸に対する撮像画面上の寸法と測定用部材の被撮像面の高さ位置との関係を示す寸法補正データの他に、測定用部材の被撮像面の高さ位置に応じた撮像画面上での標示の中心位置の変化を示す中心位置補正データをも含み、上記マーク位置ズレ検出工程において、寸法補正データおよび中心位置補正データを用いて位置検出マークの位置ズレ量を算出することを特徴とする基板処理機における補正量検出方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理機における補正量検出方法において、
   上記補正データ作成工程における標示の実寸に対する撮像画面上の寸法は、標示が撮像された画面上の特定区間の画素数と標示から特定される当該区間の実寸とによって求められる１画素あたりの寸法であり、
   上記マーク位置ズレ検出工程における位置検出マークの撮像画面上での位置ズレ量は、撮像画面上での位置検出マークの基準位置に対する位置ズレ分の画素数であることを特徴とする基板処理機における補正量検出方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理機における補正量検出方法において、
   上記位置検出マークが基板に複数設けられ、その複数の位置検出マークのそれぞれについて上記マーク位置ズレ検出工程により位置ズレ量を求め、上記補正量演算工程では、相互に直交する第１水平方向と第２水平方向との両方に関する基板位置と、第１水平方向または第２水平方向に対する基板の回転角度とについての補正量を算出することを特徴とする基板処理機における補正量検出方法。
6. 被処理基板に対して所定の処理を施す基板処理機の所定位置に被処理基板を設置した状態で、被処理基板に表示した位置検出マークを上記基板処理機に設けた撮像装置により撮像し、それに基づき、上記所定の処理の際の基板位置補正量を求めるようにした補正量検出装置であって、
   被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを記憶するデータ記憶手段と、
   被処理基板を上記所定位置に設置してこの基板と上記撮像装置とを対応させた状態で、上記位置検出マークを撮像し、その位置検出マークの正規の位置に対する位置ズレ量を撮像画面上の寸法で求め、その撮像画面上の位置検出マークの位置ズレ量と、被処理基板の被撮像面の高さ位置とに基づき、上記補正データから位置検出マークの位置ズレ量を算出するマーク位置ズレ検出手段と、
   このマーク位置ズレ検出手段により求められた位置検出マークの位置ズレ量に基づき、基板位置補正量を算出する補正量演算手段とを有することを特徴とする基板処理機における補正量検出装置。
7. 請求項６に記載の基板処理機における補正量検出装置において、
   実寸を示すための標示を付した被撮像面を有し上下に昇降可能な昇降部材と、
   この昇降部材と撮像装置とを対応させた状態で、昇降部材の被撮像面の高さ位置を種々変えて標示を撮像し、撮像した標示の実寸に対する撮像画面上の寸法と昇降部材の被撮像面の高さ位置との関係を示す補正データを作成する補正データ作成手段とを備え、
   この補正データ作成手段により作成された補正データが上記データ記憶手段に記憶されていることを特徴とする基板処理機における補正量検出装置。
8. 請求項６または７に記載の基板処理機における補正量検出装置において、
   上記補正データ作成手段により作成する補正データが、被写体の実寸に対する撮像画面上の寸法と被撮像面の高さ位置との関係を示す寸法補正データの他に、被撮像面の高さ位置に応じた撮像画面上での被写体の中心位置の変化を示す中心位置補正データをも含み、上記マーク位置ズレ検出手段が、寸法補正データおよび中心位置補正データを用いて位置検出マークの位置ズレ量を算出することを特徴とする基板処理機における補正量検出装置。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の補正量検出装置と、
   その補正量検出装置により算出された基板位置補正量に基づいて被処理基板に対して所定の処理を行う位置を補正する処理位置補正手段とを具備することを特徴とする基板処理機。
10. 請求項９に記載の基板処理装置において、
    部品供給部から電子部品を取り出して、所定位置に設置された被処理基板に装着する実装用ヘッドを備え、上記処理位置補正手段は、実装用ヘッドによる被処理基板への部品装着の際に、補正量検出装置により算出された基板位置補正量に基づいて部品装着位置を補正するようになっている部品実装機からなる基板処理機。

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