JP2011035148A - 電子部品実装装置および電子部品実装装置におけるカメラ位置補正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】座標系相互間の位置ずれ補正を行なうために必要とされる画像を基板認識カメラ2や部品認識カメラ4に取り込む間だけ透明な液晶表示パネル5に校正マーク12を表示し、画像の取り込み完了後には校正マーク12の表示を終了させて液晶表示パネル5を透明な状態に戻す。校正マーク12を支承する部材を着脱する必要がないので補正処理の実施が容易であり、校正マーク12を支承する部材の着脱によって校正マーク12の取り付け位置にずれが生じる不都合も解消される。
【選択図】図1
Description
しかし、基板認識カメラで認識し易い複数の図柄の相対位置、更には、基板認識カメラで認識し易い複数の図柄と部品認識カメラで認識し易い図柄との間の離間距離が熱膨張によって変化してしまうと、各カメラのカメラ座標系の位置ずれの補正や各座標系相互間の位置ずれの補正が的確に行なえなくなり、最終的には、基板に対する電子部品の搭載精度が劣化してしまうといった不都合がある。
また、部品の実装作業においては透明板に設けられている校正マークが部品撮像用カメラによる画像の取り込みに際して邪魔になるので、補正処理を行なう度に透明板を着脱しなければならず、補正処理の実施に手間取る不都合があり、透明板の着脱によって校正マークの取り付け位置や姿勢にずれが生じ、適切な補正処理が再現されなくなるといった可能性もある。例えば、透明板の厚さをt、透明板の姿勢の傾きθとすると校正マークの位置は、基板の上面と下面においてt×sinθだけずれてしまい、その分だけ校正精度が劣化する。
これに類似するものとして、校正マークを設けた透明板に代えて薄板に形成した貫通穴を校正マークとして利用するものもあるが、カメラ位置の補正処理や部品の実装作業の度に透明板に代わる薄板の着脱が必要となることから、上記と同様、補正処理の実施に手間取る不都合や薄板の着脱によって貫通穴の位置にずれが生じて適切な補正処理が再現されなくなるといった問題がある。
前記他方のカメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該カメラのレンズ光軸と直交させて透明な液晶表示パネルを定常的に固定配置すると共に、
前記他方のカメラのレンズ光軸と設計上で交差する前記液晶表示パネル上の位置に校正マークを表示させる表示制御回路と、
前記他方のカメラのレンズ光軸と前記一方のカメラのレンズ光軸とが設計上で一致するときの機械座標系上における前記一方のカメラの水平位置を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された水平位置と前記一方のカメラの現在位置とに基いて前記駆動機構を作動させ前記一方のカメラを前記水平位置で特定される位置に位置決めする駆動機構制御手段と、
前記駆動機構制御手段による前記ステージの位置決めと前記表示制御回路による校正マークの表示が完了した状態で前記2つのカメラを作動させて画像の取り込みを行い、前記2つのカメラから取り込まれた画像から前記基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置を求め、基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを解消するための位置ずれ補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値算出手段で算出された位置ずれ補正値に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを補正する位置ずれ補正手段と、
前記2つのカメラによる画像の取り込み完了後に前記表示制御回路による校正マークの表示を終了させて前記液晶表示パネルを透明化させる表示制御手段とを備えたことを特徴とする構成を有する。
前記他方のカメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該カメラのレンズ光軸と直交させて透明な液晶表示パネルを定常的に固定配置しておき、
前記駆動機構を作動させ、前記他方のカメラのレンズ光軸と前記一方のカメラのレンズ光軸とが設計上で一致する位置に前記一方のカメラを位置決めした後、
前記他方のカメラのレンズ光軸と設計上で交差する前記液晶表示パネル上の位置に校正マークを表示させた状態で、
前記2つのカメラを作動させて画像の取り込みを行い、前記2つのカメラから取り込まれた画像から前記基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置を求め、基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを解消するための位置ずれ補正値を算出し、
前記位置ずれ補正値に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを補正すると共に、
前記2つのカメラによる画像の取り込み完了後に前記液晶表示パネルにおける校正マークの表示を終了させて前記液晶表示パネルを透明化させることを特徴とした構成を有する。
特に、カメラ座標系の基準位置(但し、座標原点とは限らない)はカメラのレンズ光軸上に設定されているので、装置各部の熱膨張による寸法変化の影響を確実に取り除くことができる。
また、レンズ光軸の周辺で校正マークを撮像するようにしているので、レンズの諸収差の影響を受けることなくカメラ座標系上における校正マークの位置を的確に求めて位置ずれ補正値を算出することができる。
図2は同実施形態の電子部品実装装置1のハードウェア構成を簡略化して示したブロック図である。
サーボモータMx,My,Mzの回転を直線運動に変換する機械要素としてはラック&ピニオンやボールナット&スクリュー等が公知であり、何れも工作機械におけるクロス・テーブルの送りや測定装置のステージの送りに広く利用されているので、ここでは特に説明しない。
電子部品実装装置1に対する液晶表示パネル5の取り付けは、例えば、電子部品実装装置1の図示しないベースやフレームの部分にステーを介して液晶表示パネル5を固定することで容易に実現できる。
部品認識カメラ4のレンズ光軸L4と設計上で交差する位置とは、要するに、1気圧20℃の環境下で電子部品実装装置1を水平に載置した際にレンズ光軸L4と液晶表示パネル5が交差する位置である。また、校正マーク12を表示していない状況下では、液晶表示パネル5の全面が透明な状態となる。
この実施形態では、CPU14が所定周期毎に繰り返し実行するパルス分配処理によってサーボモータMx,My,Mzを駆動制御している。パルス分配処理によって実現される位置,速度,電流ループの処理についてはディジタルサーボの分野では公知技術であるので、ここでは特に説明しない。
部品認識カメラ4のレンズ光軸L4と基板認識カメラ2のレンズ光軸L2とが設計上で一致するときの機械座標系Xm−Ym−Zm上における基板認識カメラ2の水平位置(Ax,Ay)とは、要するに、1気圧20℃の環境下で電子部品実装装置1を水平に載置して手動パルス発生器21を操作し、駆動機構7のサーボモータMx,Myを微速回転させてステージ3に送りを掛けて基板認識カメラ2のレンズ光軸L2を部品認識カメラ4のレンズ光軸L4に一致させたときの現在位置記憶レジスタ(Rx,Ry)の値である。現在位置記憶レジスタとは各軸の現在位置を逐次更新して記憶する不揮発性メモリ17内のレジスタであり、工作機械等の分野では公知の構成要素である。機械座標系Xm−Ym−Zmにおける基板認識カメラ2のZm方向の位置を逐次更新して記憶する現在位置記憶レジスタRzも不揮発性メモリ17内に設けられている。
但し、ここでいう画像検出の基準位置はカメラ座標系Xp−Yp−Zpやカメラ座標系Xb−Yb−Zbに設定される座標原点とは特に関係がない(一致する場合もある)。
なお、Zfは、機械座標系Xm−Ym−ZmにおけるZm軸の座標原点から液晶表示パネル5までの高さであり、液晶表示パネル5がZm軸の座標原点よりも上にあれば其の値は正、また、液晶表示パネル5がZm軸の座標原点よりも下にあれば其の値は負、あるいは、液晶表示パネル5がZm軸の座標原点と同じ高さにあれば其の値は0となる。
このパルス分配処理は、インクリメンタル移動量(Rx−Ax),(Ry−Ay),(Rz−〔Zf+Az〕)の各値を予め設定された移動速度に応じて分割し、所定周期毎の移動指令(単位時間当たりの移動量)として各軸の軸制御回路8,9,10に出力することで各軸のサーボモータMx,My,Mzを駆動制御するものである。
なお、ステージ3が移動する間も各軸の現在位置記憶レジスタRx,Ry,Rzの値は各軸のパルスコーダPx,Py,Pzから入力される帰還信号つまり各軸の移動量に基いて逐次更新されている。分配量記憶レジスタのフォローアップ処理は現在位置記憶レジスタRx,Ry,Rzの値に影響を与えない。
例えば、固定側である部品認識カメラ4のカメラ座標系Xp−Yp−Zpに対する基板認識カメラ2のカメラ座標系Xb−Yb−Zbの位置ずれを補正するために電子部品実装装置1の機械座標系Xm−Ym−Zmにオフセットを掛けるとするなら、補正値算出手段として機能するCPU14は、部品認識カメラ4のカメラ座標系Xp−Yp−Zpと基板認識カメラ2のカメラ座標系Xb−Yb−Zbとの間の位置ずれを補正するための位置ずれ補正値(MBx−MPx)と(MBy−MPy)とを求め、位置ずれ補正手段として機能するCPU14が、位置決め完了後の現時点でRx=Ax,Ry=Ayとなっている各軸の現在位置記憶レジスタRx,Ryの値を便宜的にRx=Ax+(MBx−MPx),Ry=Ay+(MBy−MPy)に書き換える。
仮に、基板認識カメラ2のカメラ座標系Xb−Yb−Zbにおける画像検出の基準位置を基準とした校正マーク12の位置が(+5,+2)で部品認識カメラ4のカメラ座標系Xp−Yp−Zpにおける画像検出の基準位置を基準とした校正マーク12の位置が(+3,−1)であったとすれば、補正値算出手段として機能するCPU14によって求められる位置ずれ補正値は(MBx−MPx)=+2,(MBy−MPy)=+3となるので、位置ずれ補正手段として機能するCPU14は、現時点でRx=Ax,Ry=Ayとなっている各軸の現在位置記憶レジスタRx,Ryの値を便宜的にRx=Ax+2,Ry=Ay+3に書き換えることになる。従って、この状態で駆動機構制御手段として機能するCPU14を作動させて前記と同様にパルス分配処理を実行させると、各軸の位置偏差の値(+2,+3,0)に従って、ステージ3すなわち基板認識カメラ2に、電子部品実装装置1の機械座標系Xm−Ym−Zmに沿って(−2,−3,0)の送りが掛けられることになる。この結果、基板認識カメラ2のカメラ座標系Xb−Yb−Zbにおける画像検出の基準位置を基準とする校正マーク12の検出位置は(+5−2,+2−3)つまり(+3,−1)となって、部品認識カメラ4のカメラ座標系Xp−Yp−Zpにおける画像検出の基準位置を基準とする校正マーク12の検出位置(+3,−1)と一致し、しかも、基板認識カメラ2のレンズ光軸L2が部品認識カメラ4のレンズ光軸L4と一致した状態となって、各軸の現在位置記憶レジスタRx,Ryの値もRx=Ax,Ry=Ayとなる。
但し、機械座標系Xm−Ym−Zm,部品認識カメラ4のカメラ座標系Xp−Yp−Zp,基板認識カメラ2のカメラ座標系Xb−Yb−Zbの方向性や部品認識カメラ4,基板認識カメラ2セット方向によっては位置ずれ補正値の符号を反転する必要があり、基板認識カメラ2の傾きを考慮する場合には、更に、回転補正を考慮する必要がある。
但し、実際に液晶表示パネル5に校正マーク12を表示する必要があるのはステップS8の画像取得処理が行われる間だけであるので、画像取得処理の開始前に液晶表示パネル5に校正マーク12が表示され、画像取得処理終了後に校正マーク12の表示が消去される限り、表示制御回路11のオン・オフ制御のタイミングに格別の制限はない。
ハンドリングユニット6による部品の実装作業は電子部品実装装置1の機械座標系Xm−Ym−Zm上に設置された基板認識カメラ2のカメラ座標系Xb−Yb−Zb上で認識される基板の位置と部品認識カメラ4のカメラ座標系Xp−Yp−Zp上で認識される部品の位置とに基いて行なわれるが、機械座標系Xm−Ym−Zm,部品認識カメラ4のカメラ座標系Xp−Yp−Zp,基板認識カメラ2のカメラ座標系Xb−Yb−Zb相互間の位置ずれが適切に補正されているので精度の高い実装作業を行うことができる。
また、液晶表示パネル5を定位置に固定したままであるので、薄板や透明板を着脱するものとは違い、電子部品実装装置1を長期間に亘って継続使用した場合でも校正マーク12それ自体に位置ずれや姿勢の変化が生じることはなく、位置ずれの補正について優れた繰り返し精度を得ることができる。
この場合、図2におけるサーボモータMzと軸制御回路10およびパルスコーダPzは不要であり、ステップS4の処理では、基板認識カメラ2の高さを保持したまま各軸のサーボモータMx,Myに対するパルス分配処理のみが行われることになる。
2 基板認識カメラ(一方のカメラ)
3 ステージ
4 部品認識カメラ(他方のカメラ)
5 液晶表示パネル
6 ハンドリングユニット
7 駆動機構
8,9,10 軸制御回路
11 表示制御回路
12 校正マーク
13 数値制御装置
14 マイクロプロセッサ(駆動機構制御手段,補正値算出手段,位置ずれ補正手段,表示制御手段)
15 リード・オンリー・メモリ
16 ランダム・アクセス・メモリ
17 不揮発性メモリ(記憶手段)
18 ハードディスク
19 表示装置付き手動データ入力装置
20 インターフェイス
21 手動パルス発生器
22 入出力回路
Mx,My,Mz サーボモータ
Px,Py,Pz パルスコーダ
L2 基板認識カメラのレンズ光軸
L4 部品認識カメラのレンズ光軸
Xm−Ym−Zm 電子部品実装装置の機械座標系
Xb−Yb−Zb 基板認識カメラのカメラ座標系
Xp−Yp−Zp 部品認識カメラのカメラ座標系
Ax,Ay 部品認識カメラのレンズ光軸と基板認識カメラのレンズ光軸とが設計条件下で一致するときの機械座標系上における基板認識カメラの水平位置
Az 基板認識カメラ2の合焦距離
Claims (6)
- 基板の位置を認識するための基板認識カメラと、前記基板に搭載される部品の位置を認識するために前記基板認識カメラに対向して配備された部品認識カメラと、前記2つのカメラのうち何れか一方のカメラを取り付けたステージを他方のカメラに対して少なくとも直交2軸の水平方向に相対移動させる駆動機構と、電子部品実装装置の機械座標系上における前記一方のカメラの位置と前記基板認識カメラのカメラ座標系上における前記基板の位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における前記部品の位置とに基いて前記基板上に前記部品を実装するハンドリングユニットとを備えた電子部品実装装置において、
前記他方のカメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該カメラのレンズ光軸と直交させて透明な液晶表示パネルを定常的に固定配置すると共に、
前記他方のカメラのレンズ光軸と設計上で交差する前記液晶表示パネル上の位置に校正マークを表示させる表示制御回路と、
前記他方のカメラのレンズ光軸と前記一方のカメラのレンズ光軸とが設計上で一致するときの機械座標系上における前記一方のカメラの水平位置を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された水平位置と前記一方のカメラの現在位置とに基いて前記駆動機構を作動させ前記一方のカメラを前記水平位置で特定される位置に位置決めする駆動機構制御手段と、
前記駆動機構制御手段による前記ステージの位置決めと前記表示制御回路による校正マークの表示が完了した状態で前記2つのカメラを作動させて画像の取り込みを行い、前記2つのカメラから取り込まれた画像から前記基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置を求め、基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを解消するための位置ずれ補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値算出手段で算出された位置ずれ補正値に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを補正する位置ずれ補正手段と、
前記2つのカメラによる画像の取り込み完了後に前記表示制御回路による校正マークの表示を終了させて前記液晶表示パネルを透明化させる表示制御手段とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。 - 前記ステージに基板認識カメラが取り付けられ、前記部品認識カメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該部品認識カメラのレンズ光軸と直交する透明な液晶表示パネルが固定配置されている請求項1記載の電子部品実装装置。
- 前記ステージに部品認識カメラが取り付けられ、前記基板認識カメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該基板認識カメラのレンズ光軸と直交する透明な液晶表示パネルが固定配置されている請求項1記載の電子部品実装装置。
- 基板の位置を認識するための基板認識カメラと、前記基板に搭載される部品の位置を認識するために前記基板認識カメラに対向して配備された部品認識カメラと、前記2つのカメラのうち何れか一方のカメラを取り付けたステージを他方のカメラに対して少なくとも直交2軸の水平方向に相対移動させる駆動機構と、電子部品実装装置の機械座標系上における前記一方のカメラの位置と前記基板認識カメラのカメラ座標系上における前記基板の位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における前記部品の位置とに基いて前記基板上に前記部品を実装するハンドリングユニットとを備えた電子部品実装装置におけるカメラ位置補正方法であって、
前記他方のカメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該カメラのレンズ光軸と直交させて透明な液晶表示パネルを定常的に固定配置しておき、
前記駆動機構を作動させ、前記他方のカメラのレンズ光軸と前記一方のカメラのレンズ光軸とが設計上で一致する位置に前記一方のカメラを位置決めした後、
前記他方のカメラのレンズ光軸と設計上で交差する前記液晶表示パネル上の位置に校正マークを表示させた状態で、
前記2つのカメラを作動させて画像の取り込みを行い、前記2つのカメラから取り込まれた画像から前記基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と前記部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置を求め、基板認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置と部品認識カメラのカメラ座標系上における校正マークの位置に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを解消するための位置ずれ補正値を算出し、
前記位置ずれ補正値に基いて前記3つの座標系相互間の位置ずれを補正すると共に、
前記2つのカメラによる画像の取り込み完了後に前記液晶表示パネルにおける校正マークの表示を終了させて前記液晶表示パネルを透明化させることを特徴とした電子部品実装装置におけるカメラ位置補正方法。 - 前記ステージに取り付けた基板認識カメラに対向して配備された部品認識カメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該部品認識カメラのレンズ光軸と直交する透明な液晶表示パネルを定常的に固定配置するようにした請求項4記載の電子部品実装装置におけるカメラ位置補正方法。
- 前記ステージに取り付けた部品認識カメラに対向して配備された基板認識カメラのレンズ光軸上の合焦位置に当該晩認識カメラのレンズ光軸と直交する透明な液晶表示パネルを定常的に固定配置するようにした請求項4記載の電子部品実装装置におけるカメラ位置補正方法。
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