JP2010062204A

JP2010062204A - 電子部品実装装置の自動焦点調整方法

Info

Publication number: JP2010062204A
Application number: JP2008223736A
Authority: JP
Inventors: Hide Serizawa; 英芹沢
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: CN101666957B; CN101666957A; JP5174589B2

Abstract

【課題】合焦位置を求めるための、焦点位置を変えた撮像回数を抑えることで、短時間で合焦位置を求めることができるようにする。
【解決手段】前記画像認識装置の焦点位置を光軸方向に移動させ、少なくとも２つの焦点位置の点ａ及び点ｂにおいて認識対象物を撮像して、各焦点位置における合焦位置を示すデータを取得し、該合焦位置データに基づいて合焦位置を算出する。コントラスト逆数カーブの形状が、ほぼ二等辺三角形形状であるという幾何学的特徴を利用し、想定されるコントラスト逆数カーブ上の任意の２点（図中のａ点およびｂ点）のみの合焦位置データを用いて、合焦位置の点Ｆの焦点位置Ｘ_Fを求めることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子部品をプリント基板あるいは液晶やディスプレイパネル基板等に自動的に実装すると共に、焦点位置を光軸方向に移動させて認識対象物に合焦させ、これを撮像し認識する画像認識装置を備えた電子部品実装装置の自動焦点調整方法に係り、特に、合焦位置を求めるための、焦点位置を変えた撮像回数を抑えることで、短時間で合焦位置を求めることができる電子部品実装装置の自動焦点調整方法に関する。

電子部品実装装置では、搭載ヘッドに備える吸着ノズルで電子部品を吸着してから、基板上の該当位置まで吸着ノズルを移動し、吸着した電子部品を実装していく。

又、このような電子部品実装装置において、画像認識装置を備え、吸着ノズルに吸着した電子部品を撮像し、吸着ずれを測定して、回路基板に搭載時の位置補正を行えるようにしたものがある。更には、搭載ヘッドにおいて画像認識装置を備えるようにし、部品を実装する回路基板の基準マークや、装着ヘッド部原点基準の原点マークを上方から撮像し、回路基板に搭載時の位置補正を行えるようにしたものがある。

ここで、このような画像認識装置では、認識対象に撮像レンズを合焦させる必要がある。又、このための合焦動作は、適確で迅速である必要があり、このため、様々な技術が開示されている。

例えば、特許文献１では、まず第１段階として、広い走査範囲に渡って粗いピッチで走査し、その図５（Ｂ）の符号９６Ｃのコントラストカーブを求めて、大凡のフォーカスポイントＰ１（合焦位置）を見つける。次に第２段階として、このフォーカスポイントＰ１と思われる点を含む、狭い走査範囲内を細かいピッチで走査して、その図５（Ｃ）の符号９７Ｃのコントラストカーブを求めて、該カープに基づいてフォーカスポイントＰ２（合焦位置）を検出する。

これら２段階のオートフォーカス動作では、始めから広い走査範囲に渡って細かいピッチでコントラストを求めて合焦位置を見つける動作に比べて、短時間で、かつ精度良くフォーカスポイントを見つけることができる。

特開平１０−４８５１２号公報（図５）

しかしながら、特許文献１では、第１段階において、コントラストカーブ９６Ｃを得るためには、粗いピッチで迅速に動作させても、広い範囲の、多数の焦点位置において撮像し、撮像した多数の画像に基づいてコントラストを求める必要がある。又、第２段階において、走査範囲は狭めたとしても、今度はコントラストカーブ９７Ｃを得るためには、第１段階より細かいピッチで、やはり多数の焦点位置において撮像し、撮像した多数の画像に基づいてコントラストを求める必要がある。

従って、特許文献１においても、多数の焦点位置において撮像しコントラストを求める必要があり、合焦位置を求めるためには、時間がかかるという問題がある。

又、一般に、フォーカシングステージの移動速度を大きくすると、サンプリングポイント数が少なくなってしまう。従って、特許文献１の第１段階のフォーカス動作を含め、粗フォーカス動作においても、フォーカシングステージを高速で移動させることが難しく、大凡のフォーカスポイントを算出するのにも時間がかかるという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するためのもので、合焦位置を求めるための、焦点位置を変えた撮像回数を抑えることで、短時間で合焦位置を求めることができる電子部品実装装置の自動焦点調整方法を提供することを課題とする。

本発明は、電子部品を基板に実装すると共に、焦点位置を光軸方向に移動させて認識対象物に合焦させ、これを撮像し認識する画像認識装置を備えた電子部品実装装置の自動焦点調整方法において、前記画像認識装置に接続された撮像装置の焦点位置を光軸方向に移動させ、少なくとも２つの焦点位置で認識対象物を撮像して、各焦点位置における合焦位置を示すデータを取得し、該合焦位置データに基づいて合焦位置を算出することにより、前記課題を解決したものである。

又、本発明は、電子部品を基板に実装すると共に、焦点位置を光軸方向に移動させて認識対象物に合焦させ、これを撮像し認識する画像認識装置を備えた電子部品実装装置の自動焦点調整方法において、前記画像認識装置に接続された撮像装置の焦点位置を光軸方向に移動させ、３つの焦点位置で認識対象物を撮像して、各焦点位置における合焦位置を示すデータを取得し、これら焦点位置における合焦位置データを比較することで、これら焦点位置の範囲に合焦位置が存在するか否かを判定することにより、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、合焦動作は、２つ、あるいは３つ程度の異なる焦点位置で撮像した画像のみを用いるものであり、撮像に要する時間も、撮像した画像を処理する時間も短縮することができる。ごく限られた数の画像のみ撮像するのであれば、カメラの焦点位置を高速に移動させることが出来、短い時間で合焦位置を算出することが可能となる。

以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された実施形態の電子部品実装装置の斜視図である。

本実施形態の電子部品実装装置１は、図１に示すように、中央部から少し後方で左右方向に延在されている回路基板搬送路２により搬送され、位置決めされた回路基板５上に、図示の下側に配設された部品供給装置１１から供給される電子部品７（図２）を吸着ノズル４で吸着し実装する搭載ヘッド３と、該搭載ヘッド３をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させるＸ軸移動機構１２及びＹ軸移動機構１３を備えている。ここで、Ｙ軸移動機構１３は、Ｘ軸移動機構１２と一体で搭載ヘッド３をＹ軸方向に移動させる。

又、該搭載ヘッド３は、吸着ノズル４をＺ軸方向に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えていると共に、吸着ノズル４を、ノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。

更に、該搭載ヘッド３には、回路基板５上を上方から撮像する基板認識装置（撮像装置）１７が、支持部材を介して取付けられている。この基板認識装置１７は、回路基板５上に形成された基板マークや、装着ヘッド部原点基準の原点マークを上方から撮像し、認識するようになっている。この装着ヘッド部原点基準は、電子部品実装装置１において、搭載ヘッド３を移動して基板認識装置１７により撮像可能な範囲に設けたものである。

又、部品供給装置１１の側部には、その上方に搭載ヘッド３を移動させ、吸着ノズル４に吸着された電子部品７を下方から撮像し、認識する部品認識装置１６が配置されている。

次に、図２は、本実施形態に用いられる制御関係のハードウェア構成を示すブロック図である。

搭載ヘッド３は、図２に示すＸ軸モータ２１が装着された図示されないＸ軸機構部により、図１において矢印Ｘで示されるＸ軸方向の軸移動がなされ、Ｙ軸モータ２２がそれぞれ装着された図示されないＹ軸機構部により、図１において矢印Ｙで示されるＹ軸方向の軸移動がなされる。

又、該搭載ヘッド３に内蔵される、Ｚ軸モータ２３が装着された図示されないＺ軸機構部により、搭載ヘッド３は、Ｚ軸方向（高さ方向）に昇降させられる。更に、θ軸モータ２４が装着された図示されないθ軸回転機構により、該搭載ヘッド３の吸着ノズル４は、θ軸方向の軸移動がなされ、そのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させられる。

又、前述の基板認識装置１７及び部品認識装置１６は、いずれも、ＣＣＤカメラを用いるものであり、画像認識装置２７に接続されている。まず、基板認識装置１７は、回路基板５の基準マークや、装着ヘッド部原点基準の原点マークを上方から撮像し、認識する。又、部品認識装置１６は、吸着ノズル４に吸着した電子部品７を下方から撮像し、認識するものである。

図２に示すように、これら基板認識装置１７及び部品認識装置１６は、ＣＰＵ２７ｃ及びメモリ２７ｂを有する画像認識装置２７が内蔵する、Ａ／Ｄ変換器２７ａに接続されている。該画像認識装置２７は、部品認識装置１６によって撮影される電子部品７や、基板認識装置１７によって撮像される回路基板５上の基準マークによって、電子部品７の寸法や中心位置、又、θ軸を中心とする回転角を測定するシステムを構成している。該画像認識装置２７は、コントローラ２０からの指示を、記憶装置２５を介して受ける。

このコントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを内蔵し、キーボード２８、マウス２９、画面表示装置２６が接続されている。該画面表示装置２６は、画像認識装置２７にも接続されている。又、該コントローラ２０は、前述したＸ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２、Ｚ軸モータ２３、θ軸モータ２４、記憶装置２５が接続されている。該コントローラ２０は、電子部品実装装置の実装動作の全体的な制御を行う。

又、前述の画像認識装置２７は、基板認識装置１７が撮像した画像を認識するもので、基板認識装置１７で撮像された画像の画像信号を、Ａ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃが処理することで、回路基板５の基準マークや、装着ヘッド部原点基準の原点マークの位置を正確に把握し、これにより、回路基板５の搬入位置や、搭載ヘッド３の原点位置を正確に把握し、設定するようになっている。

更に、該画像認識装置２７は、部品認識装置１６が撮像した画像を認識するもので、部品認識装置１６で撮像された画像の画像信号を、同様に、Ａ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃが処理することで、吸着ノズル４に吸着した電子部品７の吸着ずれを測定して、回路基板５に搭載時の位置補正を行う。該画像認識装置２７では、電子部品７の中心位置と吸着角度を演算し、電子部品７の吸着姿勢、又吸着ずれを測定して、このような位置補正を行う。

又、画像認識装置２７は、以上のように把握された、回路基板５の搬入位置や、搭載ヘッド３の原点位置、吸着ノズル４に吸着した電子部品７の吸着姿勢、又吸着ずれといった処理結果から、電子部品７を回路基板５に搭載する際の搭載位置の補正データを求める。更に、この補正データは、画像認識装置２７からコントローラ２０へ転送され、該補正データにより、回路基板５に搭載時の電子部品７の位置補正が行われる。

ここで、キーボード２８とマウス２９は、電子部品７のデータ（部品データと呼ぶ）などのデータを入力するために用いられる。又、記憶装置２５は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード２８とマウス２９により入力された部品データ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データなどを格納するのに用いられる。表示装置（モニタ）２６は、部品データ、演算データ、及び部品認識装置１６で撮像した電子部品７の画像などを、その表示面２６ａに表示する。

次に、図３は、本実施形態において本発明が適用された主要部である基板認識装置１７の側面図である。

まず、基板認識装置１７の下部には、破線矢印で示すように、回路基板５上の撮影個所５ａを照明する照明装置３２が取付けられている。基板認識装置１７が設けられる搭載ヘッド３を移動させることで、該撮影個所５ａには、例えば、回路基板５の基準マークや、装着ヘッド部原点基準の原点マークが位置決めされる。

又、撮影個所５ａの画像は、その直上に位置する、リニアガイド３８により上下動可能な移動プリズム３３の２つの傾斜面を介して１８０°折り返され、更に、固定プリズム３４の２つの傾斜面を介して撮像レンズ３５に導かれる。このようにして、撮影個所５ａの画像は、撮像レンズ３５を介して、ＣＣＤカメラ３６により撮像される。なお、この撮像における光路は、図中の矢印で示される。

ここで、このような撮像に際し、移動プリズム３３は、ステー３７を介して直動軸受のリニアガイド３８に案内され、上方に配設された直動モータ３９を駆動力とし、図中、上下方向に移動可能となっている。又、この移動プリズム３３の上下方向の移動により、撮像レンズ３５から撮影個所５ａまでの距離が調節可能となり、これにより、該撮像レンズ３５の焦点位置が、図中上下方向に調節可能となっている。従って、基板認識装置１７の撮像対象になる、回路基板５上の、例えば基板マークなどの撮影個所５ａの高さが変動しても、移動プリズム３３を直動モータ３９によって移動させることにより、撮影個所５ａの高さに合焦させることが出来る。

図４は、本実施形態における第１の自動焦点調整動作処理を示すフローチャートである。

まず、回路基板５は、回路基板搬送路２上を搬送され、図１に図示される位置に位置決めされる。その後、図４のステップＳ１において、搭載ヘッド３の移動により、基板認識装置１７は、基板マークなどの撮影個所５ａをその視野に捉えるよう、該撮影個所５ａの直上に位置決めされる。

一般に、基板マークなどの撮影個所５ａの高さは、回路基板５の反り等により±２ｍｍ程度ばらつく。このため、搭載ヘッド３の移動中に、直動モータ３９により移動プリズム３３を上下方向に移動させ、これにより、基板認識装置１７の焦点位置を撮影個所５ａの高さのばらつきの下限よりも低い位置、撮影個所５ａの例えば予め設定された高さよりも２．５ｍｍ低い位置に設定する。この位置を点ａとする。図７において、この点ａは、「ばらつきの下限（−２．５ｍｍ）」で図示されるように、ばらつきの下限よりも低く、且つ、撮影個所５ａの予め設定された高さよりも２．５ｍｍ低い位置である。

次に、ステップＳ２では、基板認識装置１７のＣＣＤカメラ３６により、この点ａの高さにおける、撮影個所５ａの１枚目の画像の撮像を行う。

続いて、ステップＳ３では、基板認識装置１７内部の直動モータ３９を駆動させ、移動プリズム３３を移動させることにより、基板認識装置１７の焦点位置を撮影個所５ａの高さのばらつきの上限よりも高い位置、例えば撮影個所５ａの予め設定された高さよりも２．５ｍｍ高い位置まで上昇させる。この位置を点ｂとする。図７において、この点ｂは、「ばらつきの上限（＋２．５ｍｍ）」で図示されるように、ばらつきの上限よりも高く、且つ、撮影個所５ａの予め設定された高さよりも２．５ｍｍ高い位置である。

なお、点ａから点ｂまでは、可能な限り焦点位置を高速に移動させる。

以下、ステップＳ１及びステップＳ３における基板認識装置１７の焦点位置の範囲を粗スキャン範囲と呼び、該粗スキャン範囲は、撮影個所５ａの高さのばらつきの範囲よりも広く設定することになる。

続いて、ステップＳ４では、基板認識装置１７の焦点位置を上昇させた状態で、ＣＣＤカメラ３６により、この点ｂの高さにおける、撮影個所５ａの２枚目の画像の撮像を行う。

又、ステップＳ５では、ステップＳ２及びステップＳ４により得られた２枚の画像それぞれについて、本発明における、「合焦位置を示すデータ」を求める。例えば、撮像された画像における所定の領域のコントラスト値を求めると共に、そのコントラスト値の逆数を求める。

この「合焦位置を示すデータ」は、基板認識装置１７などの画像認識装置の焦点位置を変化させた場合に、該焦点位置を変化に伴って変化し、且つ、焦点位置が合焦位置では最大値又は最小値となることで、合焦位置を示すことになるデータであり、本発明はこれを具体的に限定するものではない。

この「合焦位置を示すデータ」は、例えば、焦点位置を変化させて撮像する画像の、コントラスト値の逆数、輝度の分散、輝度の標準偏差であってもよい。これらは、少なくとも、画像の特定領域、又、合焦位置を含む所定の焦点位置の範囲内では、上述のように、合焦位置を示すことになるデータである。

続くステップＳ６では、２枚の画像を取得した際の基板認識装置１７の焦点位置のデータ、及び、２枚の画像の所定領域におけるコントラスト値の逆数のデータを用い、以下に説明する「合焦位置算出計算式」に基づいて、粗合焦位置を算出する。

ここで、この「合焦位置算出計算式」について説明する。

基板認識装置１７の焦点位置を光軸方向に移動させながら、所定のサンプリング間隔毎に基板マークの撮像を行い、各撮像画像の所定の領域のコントラスト値を求めた場合、一般的には図５に示すような、基板認識装置１７の合焦位置Ｐ１でコントラスト値が最も大きく、正規分布に類似したグラフ（以下、コントラストカーブと呼ぶ）が得られる。なお、Ｐ１は、撮像レンズ３５の実際の合焦位置である。

一方、上記方法において、各撮像画像の所定の領域のコントラスト値の逆数を求めた場合、図６に示すような、基板認識装置１７の合焦位置Ｐ１でコントラスト値の逆数が最も小さく、合焦位置近傍を除いてほぼ二等辺三角形に近い形状を呈するグラフ（以下、コントラスト逆数カーブと呼ぶ）が得られる。

ここでは、コントラスト逆数カーブの形状が、ほぼ二等辺三角形形状であるという幾何学的特徴を利用し、図７や図８に示すように、想定されるコントラスト逆数カーブ上の任意の２点（図中のａ点およびｂ点）のみのデータを用いて、各点からの角度θが等しい１点を求め、その点Ｆの座標を粗合焦位置とする。この点Ｆは、合焦位置算出計算式により求められる、粗合焦位置となる。

ここで、図７又図８において、点ａ及び点ｂは、それぞれ、ステップＳ２で撮像した画像、あるいはステップＳ４で撮像した画像に対応するものである。Ｘ_a及びＸ_bは、これら画像を撮像した際の焦点位置である。Ｙ_a及びＹ_bは、これら画像のコントラスト値の逆数である。

ここで、θ＝θ’とする。すると、これら点ａ、点ｂ、又粗合焦位置の点Ｆそれぞれにおける、焦点位置Ｘ_a、Ｘ_b、Ｘ_F、及び、コントラスト値の逆数Ｙ_a、Ｙ_b、Ｙ_Fについて、次式のように表わすことができる。

この（１）式は、次式のように変形することができる。

なお、粗合焦位置の点Ｆにおいて、Ｘ_Fはその焦点位置を示す。又、このＸ_Fは、粗合焦位置（合焦位置）である。Ｙ_Fは、その粗合焦位置における、合焦位置を示すデータであり、コントラスト値逆数（図６〜図８）、輝度の分散や標準偏差（図９、図１０）となる。

又、上記の（２）式において、Ｙ_Fは、図６〜図８のように、グラフ形状が下に凸の場合には（３）式のようになる。あるいは、図５や、後述する変形例の図９や図１０のように、グラフ形状が上に凸の場合には（４）式のようになる。

ここで、グラフ形状が下に凸の場合で、図８のグラフのように仮にＹ_F＝０と置き、又θ＝θ’とする。すると、次式のように表わすことができる。

又、この（５）式は、次式のように変形することができる。

更に、この（６）式は、次式のように変形することができる。なお、次式において、ｍは（８）式のとおりである。

ここで、（６）式、（７）式は、いずれも、前述した粗合焦位置の点Ｆの焦点位置Ｘ_Fを算出することができ、従って、合焦位置算出計算式として用いることができる。即ち、これら（６）式及び（７）式によれば、いずれも、合焦位置のＸ_Fは、撮像した２枚の画像に係る点ａ及び点ｂにおける、焦点位置Ｘ_a、Ｘ_b、及び、コントラスト値の逆数Ｙ_a、Ｙ_bにより求められることができる。従って、ステップＳ６では、このような合焦位置算出計算式によって、粗合焦位置Ｘ_Fを算出することができる。

なお、ステップＳ１〜ステップＳ６までの動作を粗スキャン動作と呼ぶ。

次に、ステップＳ７では、粗スキャン動作で得られた粗合焦位置Ｘ_Fを中心にして、詳細スキャン動作を行い、詳細な合焦位置を算出する。この詳細スキャン動作は、特許文献１に記載されるものなど、一般的な合焦動作を採用するようにしてもよく、図１１に示すように、基板認識装置１７の焦点位置Ｐ１を、粗合焦位置を中心として、所定の範囲、例えば粗合焦位置 ±５００μｍだけ光軸方向に移動させながら、所定のサンプリング間隔、例えば１２５μｍピッチ毎に基板マークの撮像を行い、各撮像画像の所定の領域のコントラスト値を求め、そのピーク位置、つまり詳細合焦位置を算出する。

なお、詳細スキャン動作中の基板認識装置１７の移動速度は、当然のことながらステップ３の動作よりも遅いものとなる。又、このような詳細スキャン動作によって求められる所定の領域のコントラスト値のピーク位置算出には、予め作成した所定の関数からなる近似式を用いてもよい。

詳細合焦位置が算出されると、最後にステップＳ８では、基板認識装置１７の焦点位置を上記詳細合焦位置に一致させ、再度撮像を行うことで、撮影個所５ａの認識を行うことができ、例えば、撮影個所５ａにある基板マークの位置を高精度に算出することができる。

なお、図４のフローチャートにより以上において説明した、第１の自動焦点調整動作処理の説明については、図７や図８のような、コントラスト値の逆数の場合を主としているが、図９や図１０のグラフのように、輝度の分散や標準偏差の場合にも、同様な処理によって、自動焦点調整動作処理を行うことができる。

ここで、上記では、粗スキャン範囲を基板マーク高さのばらつきの範囲よりも広く設定する方式について説明したが、続いて、粗スキャンの範囲を広く設定せず、粗スキャン範囲内に基板マークが存在しない場合についてのみ再度粗スキャンを行う方式について説明する。

図１２は、本実施形態における第２の自動焦点調整動作処理を示すフローチャートである。

図１２において、まずステップＳ１１では、前述の図４のステップＳ１と同様、回路基板搬送路２上に回路基板５が搬送され、位置決めされる。その後、搭載ヘッド３は基板認識装置１７が回路基板５上の基板マーク直上となるように移動する。この時、基板認識装置１７の焦点位置は、予め設定された基板マーク高さよりも所定の高さ、例えば１ｍｍ低い位置に設定する。

次に、ステップＳ１２では、ＣＣＤカメラ３６により基板マークの撮像を行う。この際の焦点位置を点ａとする。

続いて、ステップＳ１３では、基板認識装置１７内部の直動モータ３９を駆動させ、移動プリズム３３を移動させることにより、基板認識装置１７の焦点位置を所定の範囲、たとえば２ｍｍ上昇させる。

次に、ステップＳ１４では、再度ＣＣＤカメラ３６により基板マークの撮像を行うが、この動作は基板認識装置１７の焦点位置上昇動作中に行う。基板認識装置１７の焦点位置の上昇範囲のほぼ中間地点、例えば焦点位置を２ｍｍ上昇させる場合には１ｍｍの地点でＣＣＤカメラ３６により基板マークの撮像を行う。この際の焦点位置を点ｃとする。又、これらステップＳ１３及びステップＳ１４では、可能な限り焦点位置を高速に移動させる。

次には、ステップＳ１５、及びステップＳ１６において、基板認識装置１７の焦点位置移動動作が終了したら、再度ＣＣＤカメラ３６により基板マークの撮像を行う。この際の焦点位置を点ｂとする。

続いて、ステップＳ１７では、前述のステップＳ１２、ステップＳ１４及びステップＳ１６の動作により得られた３枚の画像それぞれについて、所定の領域のコントラスト値を求めるとともに、そのコントラスト値の逆数を求める。

次に、ステップＳ１８では、点ａ〜点ｃ〜点ｂまでの粗スキャン範囲内に、合焦位置が存在するかの判定を行う。これは、ステップＳ１２、ステップＳ１４およびステップＳ１６の動作により得られた３枚の画像を所定の領域におけるコントラスト値の逆数によって比較を行うものである。

ここで、図１３及び図１４では、ステップＳ１２のａ点、ステップＳ１４のｃ点、ステップＳ１６のｂ点を含めた、それぞれの焦点位置におけるコントラスト値の逆数（合焦位置を示すデータ）Ｙ_a、Ｙ_c、Ｙ_bが示され、その相互の大小関係が示される。

まず、粗スキャン範囲内に合焦位置が存在する場合には、図１３に示すように、Ｙ_a−Ｙ_c＞０且つＹ_c−Ｙ_b＜０となる。ここで、添え字ａ、ｂ、ｃ、は、それぞれの撮像点を表している。

あるいは、粗スキャン範囲内に合焦位置が存在しない場合は、図１４に示すように、Ｙ_a＜Ｙ_c＜Ｙ_b、又は、Ｙ_a＞Ｙ_c＞Ｙ_bとなる。

粗スキャン範囲内に合焦位置が存在する場合には、次に、ステップＳ２０において、ステップ６同様にａ点およびｂ点のデータを、前述の（６）式や（７）などの合焦位置算出計算式に代入することで、粗合焦位置を算出することができる。

あるいは、粗スキャン範囲内に合焦位置が存在しない場合には、次に、ステップＳ１９において、基板認識装置１７の合焦位置をコントラスト値の逆数が小さくなる方向（Ｙ_a＜Ｙ_bであれば下方、Ｙ_a＞Ｙ_bであれば上方）へ所定の距離、例えば１ｍｍ移動させる。このステップＳ１９の後には、再度、ステップＳ１２〜ステップＳ１７の動作を行い、又、粗スキャン範囲内に合焦位置が存在するかの判定を行い、粗合焦位置が存在する場合には、ステップＳ２０において、ａ点およびｂ点のデータを、前述の（６）式や（７）などの合焦位置算出計算式に代入することで、粗合焦位置を算出することができる。

続くステップＳ２１では、前述の図４のステップＳ７同様、粗スキャン動作で得られた合焦位置を中心に詳細スキャン動作を行い、詳細な合焦位置を算出する。又、この後、最後のステップＳ２２では、前述のステップＳ８同様、基板認識装置１７の合焦位置と詳細合焦位置とを一致させ、再度撮像することにより、基板マークなどの認識を行い、基板マークの位置などを高精度に算出することができる。

なお、図４のフローチャートにより説明した第１の自動焦点調整動作処理のステップＳ１〜ステップＳ６の合焦位置（粗合焦位置）の算出処理、又図１２のフローチャートにより説明した第２の自動焦点調整動作処理のステップＳ１１〜ステップＳ２０の合焦位置（粗合焦位置）の算出処理は、いずれも単一の合焦位置算出処理として用いることもできる。これら本発明の合焦位置算出処理を単一に用いても、十分の合焦位置の精度が得られる場合も多い。

あるいは、これら本発明の合焦位置算出処理は、共に用いて、あるいは特許文献１などの他の合焦位置算出処理と組み合わせて用いてもよい。

更には、図１５に示すように、これらの合焦位置算出処理は、必要な精度の合焦位置が算出されるまで、繰り返し用いるようにしてもよい。図１５において、ステップＳ３７は、これら本発明の合焦位置算出処理のいずれかである。又、ステップＳ３８では、合焦位置が見出されていなかったり、合焦位置の精度が不十分であったりすると「Ｎ」となり、ステップＳ３７の処理が繰り返される。あるいは、ステップＳ３８では、必要な精度の合焦位置が算出されると「Ｙ」となり、処理の繰り返しを終了する。

又、これら本発明の合焦位置算出処理は、２枚、あるいは３枚などの撮像画像により処理を行っているが、このような撮像画像の数は具体的に限定されるものではない。例えば、より多い数であってもよく、その場合にも、従来より迅速に合焦位置を求めることができる。

なお、以上の本実施形態の説明では、回路基板５上の基板マーク認識に主眼を置いているが、本発明は、搭載後の部品位置の検査等に適用することもできる。

又、本実施形態では、粗合焦位置を算出するために、一度、基板認識手段の焦点位置を基板マーク高さよりも下方に移動させて撮像動作を行い、その後、焦点位置を基板マーク高さよりも上方に移動させて再度撮像動作を行ったが、焦点位置を基板マーク高さよりも上方に移動させて撮像動作を行った後、基焦点位置を基板マーク高さよりも下方に移動させて再度撮像動作を行うことで粗合焦位置を算出してもよい。

本実施形態では、前述のように、合焦位置を示すデータは特に限定されるものではないが、特に、グラフ形状が二等辺三角形に近くなるようなものでれば好適である。例えば、撮像画像の所定領域のコントラスト値の逆数、所定領域の輝度の分散・標準偏差等を用いてもよい。

図１２のフローチャートの実施形態では、粗スキャン範囲内に合焦位置が存在しない場合は、再度粗スキャン動作を行ったが、詳細スキャン範囲を変更する等して、そのまま詳細スキャン動作に移行しても良い。

本発明の実施形態では、基板認識装置１７において、直角プリズムを使用したが、ハーフミラーやその他のプリズムを使用してもよく、複数ミラー構成等にしてもよい。又、照明装置３２では、斜方照明を使用したが、他の照明を使用してもよい。更に、本発明の実施形態では直動モータ３９を使用したが、回転モータにボールネジやベルト機構など利用して直線駆動ができる機構を使用してもよく、また超音波モータやピエゾ素子などの微小駆動装置等を使用してもよい。

本発明の実施形態の基板認識装置１７では、移動プリズム３３を移動させて基板認識手段の焦点位置の変更を行ったが、撮像レンズ３５及びＣＣＤカメラ３６を移動させたり、基板認識装置１７全体を移動させる等して焦点位置の変更を行っても良い。

本発明が適用された実施形態の電子部品実装装置の斜視図上記実施形態に用いられる制御関係のハードウェア構成を示すブロック図前記実施形態において本発明が適用された主要部である基板認識装置の側面図前記実施形態における第１の自動焦点調整動作処理を示すフローチャート前記実施形態における基板認識装置の焦点位置及びコントラスト値との関係を示すグラフ前記実施形態における基板認識装置の焦点位置及びコントラスト値逆数との関係を示すグラフ前記実施形態における基板認識装置の焦点位置及びコントラスト値逆数との関係を二等辺三角形で近似したグラフ上記図７においてＹ_F＝０と置いた場合の、基板認識装置の焦点位置及びコントラスト値逆数との関係を二等辺三角形で近似したグラフ前記実施形態における基板認識装置の焦点位置及び輝度の分散（標準偏差）との関係を示すグラフ前記実施形態における基板認識装置の焦点位置及び輝度の分散（標準偏差）との関係を二等辺三角形で近似したグラフ前記実施形態における詳細スキャン動作を示すグラフ前記実施形態における第２の自動焦点調整動作処理を示すフローチャート前記実施形態において粗スキャン範囲内に合焦位置が存在する場合の、基板認識装置の焦点位置及びコントラスト値逆数との関係を示すグラフ前記実施形態において粗スキャン範囲内に合焦位置が存在しない場合の、基板認識装置の焦点位置及びコントラスト値逆数との関係を示すグラフ本発明の合焦位置算出処理を繰り返して実行する場合の処理を示すフローチャート

符号の説明

１…電子部品実装装置
４…吸着ノズル
５…回路基板
５ａ…撮影個所
７…電子部品
１６…部品認識装置
１７…基板認識装置（撮像装置）
２７…画像認識装置
３３…移動プリズム
３４…固定プリズム
３５…撮像レンズ
３６…ＣＣＤカメラ
３７…ステー
３８…リニアガイド
３９…直動モータ

Claims

電子部品を基板に実装すると共に、焦点位置を光軸方向に移動させて認識対象物に合焦させ、これを撮像し認識する画像認識装置を備えた電子部品実装装置の自動焦点調整方法において、
前記画像認識装置に接続された撮像装置の焦点位置を光軸方向に移動させ、少なくとも２つの焦点位置で認識対象物を撮像して、各焦点位置における合焦位置を示すデータを取得し、該合焦位置データに基づいて合焦位置を算出することを特徴とする電子部品実装装置の自動焦点調整方法。
電子部品を基板に実装すると共に、焦点位置を光軸方向に移動させて認識対象物に合焦させ、これを撮像し認識する画像認識装置を備えた電子部品実装装置の自動焦点調整方法において、
前記画像認識装置に接続された撮像装置の焦点位置を光軸方向に移動させ、３つの焦点位置で認識対象物を撮像して、各焦点位置における合焦位置を示すデータを取得し、これら焦点位置における合焦位置データを比較することで、これら焦点位置の範囲に合焦位置が存在するか否かを判定することを特徴とする電子部品実装装置の自動焦点調整方法。