JP2011165865A - 部品実装装置および部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の高さを低コストかつ省スペースな構成で計測することができる部品実装装置および部品実装方法を提供する。
【解決手段】基板認識用カメラ９はハーフミラー１００を透過した光に基づきマーク３０を撮像する。また、レーザ光源１０１は、基板認識用カメラ９の撮像位置から離れた基板表面３ａの位置に、基板表面３ａに対して垂直にレーザ光Ｌ１を出射する。そして、レーザ光Ｌ１が照射位置３１で反射される反射光Ｌ２は、プリズム１０２によりハーフミラー１００に案内され、ハーフミラー１００で反射されて、基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１に沿って基板認識用カメラ９に案内される。
【選択図】図５

Description

この発明は、電子部品を基板に実装する部品実装装置および部品実装方法に関するものである。

従来から、部品吸着用の実装ヘッドを搭載した移動可能なヘッドユニットを駆動することにより、部品供給部から電子部品を吸着して実装作業位置に位置決めされた基板に実装する部品実装装置が知られている。この種の装置では、通常、ヘッドユニットに基板認識用のカメラが搭載されており、このカメラで基板上のマークを撮像し、基板の位置を事前に認識することにより部品の実装精度を確保するようにしている。このような部品実装装置において、基板に反りがあることなどにより基板の高さが変動すると、部品の実装位置が上下方向にずれるため、部品を好適に実装することが困難になる。そこで、例えば特許文献１に記載の装置では、ヘッドユニットにレーザ計測器を設置して、基板の高さを測定している。また、例えば特許文献２に記載の装置では、光放射装置により基板表面に対して斜め方向から光を照射して基板表面に明瞭な輪郭を有する形象を形成し、基板認識用のカメラにより上記形象を撮像することで、基板の高さを測定している。

特許第３０９７２６２号公報（図１、図４） 特開２００３−２９８２９４号公報（図４、図１１、図１５）

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、ヘッドユニットに高価なレーザ計測器を設置しているため、コストが増加してしまう。また、レーザ計測器の分だけヘッドユニットの質量および設置スペースが増大するとともに、ヘッドユニットを駆動するのに必要な駆動力も増大する。

一方、上記特許文献２に記載の装置では、基板認識用のカメラを基板の高さ測定に共用しているため、コストや設置スペースの観点では、上記特許文献１のような問題は生じない。しかしながら、光放射装置により基板表面に対して斜め方向から光を照射しているため、以下のような問題が生じ得る。

すなわち、特許文献２の図１１から明らかなように、基板の反りなどにより基板の高さが変化すると、基板表面における光照射位置も変化してしまう。したがって、基板高さの測定位置近傍に穴や実装済みの部品などの凹凸が存在し、この凹凸に光照射位置が重なると、上記形象をカメラで鮮明に撮像できなくなるため、正確な高さ測定が困難となってしまう。

また、特許文献２の図１５に示すように上記形象を斜め方向から撮像するように撮像部を設置し、かつ、光放射装置から基板表面に向けて垂直に光を照射する構成も考えられる。このような構成では、基板の高さが変化しても光照射位置は変化しないため、上記のような問題は回避できる。しかしながら、上記形象を斜め方向から撮像するように撮像部を設置しているため、この撮像部を基板認識用のカメラに共用することができなくなり、コストや設置スペースの増大につながってしまう。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板の高さを低コストかつ省スペースな構成で計測することができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。

この発明にかかる部品実装装置は、基板に対して相対的に移動可能な実装ヘッドにより部品を基板に実装する部品実装装置であって、上記目的を達成するため、基板表面上のマークを基板表面に垂直な方向から撮像する撮像部と、撮像部により撮像される基板表面の撮像位置から離れた、基板表面の位置に対して垂直に光を照射する光源と、光源から基板表面に光を照射したときに光の照射位置で反射される反射光を撮像部に案内して撮像部に受光させる導光部とを備え、撮像部による反射光の受光結果に基づき基板表面に垂直な方向における基板の高さを計測することを特徴としている。

また、この発明にかかる部品実装方法は、基板に対して相対的に移動可能な実装ヘッドにより部品を基板に実装する部品実装方法であって、上記目的を達成するため、基板表面上のマークを基板表面に垂直な方向から撮像部により撮像する工程と、撮像部により撮像される基板表面の撮像位置から離れた、基板表面の位置に対して垂直に光を照射する工程と、基板表面に光を照射したときに基板表面で反射される反射光を撮像部に案内して撮像部により受光させる工程と、撮像部による反射光の受光結果に基づき基板表面に垂直な方向における基板の高さを計測する工程とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明（部品実装装置および部品実装方法）では、基板表面上のマークが撮像部により基板表面に垂直な方向から撮像されるため、撮像部によりマークを支障なく好適に認識することができる。また、撮像部により撮像される基板表面の撮像位置から離れた、基板表面の位置に対して垂直に光が照射され、基板表面で反射される反射光が撮像部に案内されて撮像部により受光され、撮像部による反射光の受光結果に基づき基板表面に垂直な方向における基板の高さが計測される。ここで、基板表面に対して垂直に光が照射されるため、基板の反りなどによって基板表面の高さが変化したとしても、基板表面において光が照射される位置は変化しない。したがって、基板表面に対して垂直な方向における基板の高さを精度良く計測することができる。また、撮像部をマーク認識と高さ計測に共用することができるため、装置の低コスト化および省スペース化を図ることが可能となっている。

ここで、導光部は、反射ミラーなどの反射系光学部材を組み合わせて構成してもよいが、例えば照射位置から撮像部に反射光が進む第１光路上で、かつ撮像位置から出射する光が撮像部に進む第２光路から離れた位置に配置されたプリズムを有するように構成してもよい。さらに、プリズムは、第２光路に位置する媒質よりも大きな屈折率を有する媒質で構成され、かつ、プリズムの屈折率に起因する焦点距離の減少量が第１光路の幾何学的な光路長と第２光路の幾何学的な光路長との差に略一致するように、プリズムの屈折率および反射光がプリズム内を進む光路の幾何学的な光路長が設定されていることが望ましい。すなわち、照射位置は撮像位置から離れているため、第１光路と第２光路の幾何学的な光路長は異なる。しかしながら、上記のように設定されたプリズムを用いると、照射位置と撮像位置とに対するそれぞれの撮像部での光学的な焦点距離がほぼ等しくなる。したがって、例えば撮像位置にピントが合うように撮像部と撮像位置との距離を設定することにより、マークと反射光の両方とも好適に受光できるため、マーク認識と高さ計測との両方を精度良く実行することができる。つまり、例えば第１光路と第２光路の幾何学的な光路長が互いに異なり、撮像位置にピントが合うように撮像部と撮像位置との距離が設定されている場合、反射光を好適に受光するためには、照射位置にピントが合うように撮像部や導光部などの構成要素を移動させることが必要になる。しかし、上記構成によれば、そのような部材の移動が不要となっている。

また、導光部は、撮像部の光軸上に配置されたハーフミラーを有し、照射位置から出射される反射光を撮像部の光軸の軸外からハーフミラーに案内し、ハーフミラーを介して光軸に沿って撮像部に案内するように構成してもよい。この場合、撮像部は、ハーフミラーを介してマークを撮像する。この構成では、例えばハーフミラーを透過した光に基づきマークが撮像されるように、撮像部とハーフミラーとを配置する構成を採用することができる。このような構成の場合には、照射位置から出射される反射光を撮像部の光軸の軸外からハーフミラーに案内し、ハーフミラーで反射させて、撮像部に光軸に沿って案内するように構成すればよい。あるいはまた、例えばハーフミラーを反射した光に基づきマークが撮像されるように、撮像部とハーフミラーとを配置する構成を採用することもできる。このような構成の場合には、照射位置から出射される反射光を撮像部の光軸の軸外からハーフミラーに案内し、ハーフミラーで透過させて、撮像部に光軸に沿って案内するように構成すればよい。これらの構成によれば、導光部などを移動させることなく、撮像部によりマーク認識と高さ計測との両方を好適に行うことが可能になっている。つまり、ハーフミラーを備えない場合には、導光部を撮像部の光軸上に配置して、照射位置から出射される反射光を光軸に沿って撮像部に案内する構成が考えられる。しかしながら、その場合には、マークを撮像する際に導光部が干渉するため、撮像部の光軸から離れた位置に導光部を移動させる構成が必要になる。これに対して、ハーフミラーを備える上記構成によれば、導光部を移動させる構成は不要であるため、装置構成の簡素化を図ることが可能となっている。

また、照射位置からハーフミラーに反射光が進む光路においてハーフミラーへの反射光の案内および遮断を切り替え自在なシャッター部と、シャッター部を駆動して反射光の案内と遮断を切り替えるシャッター駆動制御部とをさらに備えるように構成してもよい。この構成によれば、基板の高さを計測するときは、シャッター部を駆動してハーフミラーに反射光が案内されるようにシャッター部を切り替えることにより、ハーフミラーを介して反射光が撮像部に案内されることとなり、その結果、基板表面の高さ計測を好適に行うことが可能となる。一方、マークを撮像するときは、シャッター部を駆動してハーフミラーへの反射光の案内をシャッター部により遮断することにより、照射位置からハーフミラーに反射光が進む光路から迷光がハーフミラーに案内されて、その迷光がハーフミラーを介して撮像部に案内されるのを阻止することができ、その結果、マーク認識を精度良く行うことが可能となる。

本発明にかかる部品実装装置の一実施形態の概略構成を示す平面図である。 図１に示す部品実装装置の部分側面図である。 図１に示す部品実装装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。 計測部の要部を示す斜視図である。 計測部の要部を模式的に示す側面図である。 各部から基板認識用カメラの受光部までの幾何学的な光路長を説明するための図である。 計測部の変形形態を示す図である。

図１は本発明にかかる部品実装装置の一実施形態の概略構成を示す平面図である。また、図２は図１に示す部品実装装置の部分側面図である。また、図３は図１に示す部品実装装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。なお、図１、図２及び後で説明する図面では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。

この部品実装装置１では、基台１１上に基板搬送機構２が配置されており、基板３を所定の搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構２は、基台１１上において基板３を図１の右側から左側へ搬送する一対のコンベア２１、２１を有している。そして、コンベア２１、２１は基板３を搬入し、所定の実装作業位置（同図に示す基板３の位置）で停止させ、図略の保持装置で基板３を固定し保持する。そして部品供給部４から供給される電子部品がヘッドユニット６に搭載された実装ヘッド６１により基板３に移載される。そして、基板３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構２は基板３を搬出する。なお、基台１１上には、部品認識用カメラ７が配設されている。この部品認識用カメラ７は、照明部およびＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどから構成されており、ヘッドユニット６の各実装ヘッド６１に保持された電子部品をその下側から撮像するようになっている。

このように構成された基板搬送機構２の前方側（＋Ｙ軸方向側）および後方側（−Ｙ軸方向側）には、上記した部品供給部４が配置されている。これらの部品供給部４は多数のテープフィーダ４１を備えている。また、各テープフィーダ４１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品をヘッドユニット６に供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ４１がリールからテープをヘッドユニット６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に繰り出され、その結果、ヘッドユニット６の実装ヘッド６１による電子部品のピックアップが可能となる。

このヘッドユニット６は電子部品を実装ヘッド６１により吸着保持したまま基板３に搬送するとともに、ユーザより指示された位置に移載するものである。そして、前方側でＸ軸方向に一列に配列された６個の実装ヘッド６１Ｆと、後方側でＸ軸方向に一列に配列された６個の実装ヘッド６１Ｒとの合計１２個の実装ヘッド６１を有している。すなわち、図１および図２に示すように、ヘッドユニット６では、鉛直方向Ｚに延設された実装ヘッド６１Ｆが６本、Ｘ軸方向（基板搬送機構２による基板３の搬送方向）に等ピッチで列状に設けられている。また、実装ヘッド６１Ｆに対して後方側（−Ｙ軸方向側）にも、前列と同様に構成された後列が設けられている。つまり、鉛直方向Ｚに延設された実装ヘッド６１Ｒが６本、Ｘ軸方向に等ピッチで列状に設けられている。

また、各実装ヘッド６１の先端部には吸着ノズル６２が装着されるとともに、各吸着ノズル６２に対しては、図略の電動切替弁を介して負圧発生装置、正圧発生装置、及び大気のいずれかに連通可能とされており、制御装置８により負圧発生装置からの負圧吸着力を吸着ノズル６２に与えることで、該吸着ノズル６２の下方端部（先端部）が電子部品の上面を吸着して部品保持が可能となっている。逆に制御装置８により吸着ノズル６２へ正圧発生装置からの正圧を供給すると、実装ヘッド６１による電子部品の吸着保持が解除されるとともに、正圧により電子部品を瞬時に基板３に実装する。そして、電子部品の実装後、吸着ノズル６２は大気開放とされる。このようにヘッドユニット６では制御装置８による負圧吸着力及び正圧供給の制御により電子部品の着脱が可能となっている。

また、各実装ヘッド６１はヘッドユニット６に対して図略のノズル昇降駆動機構により昇降（Ｚ軸方向の移動）可能に、かつ図略のノズル回転駆動機構によりノズル中心軸回りに回転（図２のＲ方向の回転）可能となっている。これらの駆動機構のうちノズル昇降駆動機構は吸着もしくは装着を行う時の下降位置と、搬送や撮像を行う時の上昇位置との間で実装ヘッド６１を昇降させるものである。一方、ノズル回転駆動機構は吸着ノズル６２を必要に応じて回転させるための機構であり、回転駆動により電子部品を実装時における所定のＲ軸方向に位置させることが可能となっている。なお、これらの駆動機構については、それぞれサーボモータと所定の動力伝達機構で構成されている。

さらに、ヘッドユニット６は、これらの実装ヘッド６１で吸着された電子部品を部品供給部４と基板３との間で搬送して基板３に実装するため、基台１１の所定範囲にわたりＸ軸方向及びＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸方向と直交する方向）に移動可能となっている。すなわち、ヘッドユニット６は、Ｘ軸方向に延びる実装ヘッド支持部材６３に対してＸ軸に沿って移動可能に支持されている。また、実装ヘッド支持部材６３は、両端部がＹ軸方向の固定レール６４に支持され、この固定レール６４に沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。そして、このヘッドユニット６は、Ｘ軸サーボモータ６５によりボールねじ６６を介してＸ軸方向に駆動され、実装ヘッド支持部材６３はＹ軸サーボモータ６７によりボールねじ６８を介してＹ軸方向へ駆動される。このようにヘッドユニット６は実装ヘッド６１に吸着された電子部品を部品供給部４から目的位置まで搬送可能となっている。

そして、本実施形態では、さらに、基板３の表面の各種マーク（フィデューシャルマークやバッドマーク等）を撮像するとともに、基板３の高さを計測するために、基板認識用カメラ９を含む計測部１０がヘッドユニット６に取り付けられている。以下、計測部１０の構成及び動作について図３ないし図６を参照しつつ説明する。

図４は計測部１０の要部を示す斜視図である。また、図５は計測部１０の要部を模式的に示す側面図である。また、図６は各部から基板認識用カメラの受光部までの幾何学的な光路長を説明するための図である。なお、便宜上、図４ではシャッター部の図示を省略している。基板認識用カメラ９は、実装作業位置に位置決めされた基板３の基板表面３ａのマーク３０を基板表面３ａに垂直な方向Ｚから撮像するもので、例えばＣＣＤからなる受光部９１を有している。受光部９１は、基板表面３ａに対向して配置され、基板表面３ａに垂直な方向（Ｚ方向）の光を受光する。つまり、基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１が基板表面３ａに対して垂直になるように基板認識用カメラ９が配置されている。

基板認識用カメラ９の下方（−Ｚ方向側）には、後述するハーフミラー１００が配設され、ハーフミラー１００の下方（−Ｚ方向側）には、基板３に対向して環状照明部９２が配設されている。この環状照明部９２は、中央に円形の貫通孔が穿設されたドーナツ盤形状の配線基板９２ａ上に複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）９２ｂが環状に配置されて構成されている。ハーフミラー１００の図４中、右側（−Ｘ方向）には、同軸照明部９３が配設されている。この同軸照明部９３は、配線基板９３ａ上に複数のＬＥＤ９３ｂが２次元的に配置されて構成されている。なお、配線基板９３ａは透明なガラス板９３ｃに取り付けられており、各ＬＥＤ９３ｂから出射された光はガラス板９３ｃを透過してハーフミラー１００に進む。また、環状照明部９２の下方（−Ｚ方向側）には、例えば乳白色ガラスからなり、中央に円形の貫通孔が穿設された円板形状の拡散板９４が配設されている。そして、ハーフミラー１００により反射される同軸照明部９３からの照明光と環状照明部９２からの照明光とが拡散板９４を透過して、基板表面３ａが拡散照明されるようになっている。

ハーフミラー１００は、基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１上に、該光軸ＯＡ１に対してミラー面がほぼ４５度に傾斜するように配置されている。このような構成により、この実施形態では、基板認識用カメラ９は、環状照明部９２および拡散板９４の貫通孔を通り、ハーフミラー１００を透過した光に基づきマーク３０を撮像することとなる。このように、本実施形態では、基板認識用カメラ９が本発明の「撮像部」に相当する。

計測部１０は、さらに、レーザ光源１０１を備えている。このレーザ光源１０１は、基板認識用カメラ９による基板表面３ａの撮像位置３２から離れた基板表面３ａの位置に対して垂直にレーザ光Ｌ１を照射するものである。このレーザ光Ｌ１が照射される基板表面３ａの照射位置３１は、基板３の平坦な領域に予め設定されており、１箇所でも複数箇所でもよい。レーザ光源１０１から出射されるレーザ光Ｌ１は、コリメートレンズ１１１によりコリメート光とされて基板表面３ａを照射する。このように、本実施形態では、レーザ光源１０１が本発明の「光源」に相当する。

図５に示すように、レーザ光源１０１の右側（−Ｘ方向）にはプリズム１０２が配設されている。このプリズム１０２は、略四角柱状の下半部１２１と略三角柱状の上半部１２２とを一体化したものであり、レーザ光Ｌ１が照射される照射位置３１を臨む入射面１２３を有している。そして、レーザ光源１０１からのレーザ光Ｌ１が照射位置３１で反射された反射光Ｌ２が入射面１２３を介してプリズム１０２内に入射して直進する。このプリズム１０２内を直進する反射光Ｌ２は、上半部１２２の傾斜面１２４で全反射して、Ｘ軸方向に直交する端面１２５に案内され、この端面１２５を介してプリズム１０２からハーフミラー１００に向けて出射する。そして、プリズム１０２から出射された反射光Ｌ２は、ハーフミラー１００で反射されて基板認識用カメラ９の受光部９１により受光される。つまり、プリズム１０２は、照射位置３１から出射される反射光Ｌ２を基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１の軸外からハーフミラー１００に案内している。このように、本実施形態では、ハーフミラー１００およびプリズム１０２が本発明の「導光部」を構成している。

シャッター部１０３は、この実施形態では例えば黒色に塗装された板状部材で、プリズム１０２の端面１２５からハーフミラー１００に反射光Ｌ２が進む光路上の遮断位置（図５に二点鎖線で示す位置）と、当該光路から離れた離間位置（図５に実線で示す位置）との間で移動自在に構成されている。そして、駆動部１３１（図３）がシャッター部１０３を駆動することで、シャッター部１０３は上記遮断位置と離間位置の間を移動する。

制御装置８（図３）は、計測部１０の各部を制御するために駆動制御部８４、画像処理部８５、照明制御部８６および光源制御部８７を備えるとともに、部品実装装置１全体の動作を統括的にコントロールする主制御部８１と、各種処理プログラムや各種データを記憶した記憶部８２とを備え、バス８３を介して互いに信号のやり取りが可能なように接続されている。そして、主制御部８１は記憶部８２に予め記憶されている処理プログラムにしたがって駆動制御部８４、画像処理部８５、照明制御部８６および光源制御部８７などを制御する。すなわち、マーク３０を撮像するときは、駆動制御部８４により駆動部１３１を制御して、シャッター部１０３を遮断位置（図５に二点鎖線で示す位置）に移動させるとともに、照明制御部８６により環状照明部９２および同軸照明部９３を点灯させる。そして、環状照明部９２および同軸照明部９３により照明されたマーク３０からの光がハーフミラー１００を透過して受光部９１により受光されたデータは画像処理部８５に送られ、画像処理部８５により画像処理が行われて、マーク３０の画像を取得する。

一方、Ｚ方向における基板３の高さを計測するときは、駆動制御部８４により駆動部１３１を制御して、シャッター部１０３を離間位置（図５に実線で示す位置）に移動させるとともに、光源制御部８７によりレーザ光源１０１を点灯させて、レーザ光Ｌ１を出射させる。そして、照射位置３１で反射され、プリズム１０２を透過した反射光Ｌ２がハーフミラー１００により反射されて受光部９１により受光されたデータが画像処理部８５に送られる。そして、画像処理部８５により例えば受光光量のピーク位置が求められ、そのピーク位置に基づき基板３の高さが求められる。すなわち、基板表面３ａが基準高さＨ０（図５に実線で示す位置）にあるときの受光光量のピーク位置を基準位置Ｐ０として予め求めて記憶部８２に記憶しておく。そして、基板３の反りなどにより基板３の高さが異なる値（図５に破線で示す位置）になると、受光光量のピーク位置Ｐ１が記憶部８２に記憶されている基準位置Ｐ０からずれる。主制御部８１は、このずれ量に基づき、基板表面３ａの高さＨ１を求める。そして、主制御部８１は、基板表面３ａの高さＨ１の基準高さＨ０からの変化分を補正しながらヘッドユニット６の移動制御を行って、基板３への電子部品の実装を制御する。このように、本実施形態では、駆動制御部８４および駆動部１３１が本発明の「シャッター駆動制御部」を構成している。

ここで、図６を参照して、照射位置３１から基板認識用カメラ９の受光部９１に反射光Ｌ２が進む第１光路の幾何学的な光路長と、基板認識用カメラ９による基板表面３ａの撮像位置３２（図６ではマーク３０）から出射する光が基板認識用カメラ９の受光部９１に進む第２光路の幾何学的な光路長とについて説明する。

基板表面３ａの照射位置３１から受光部９１に反射光Ｌ２が進む第１光路の幾何学的な光路長Ｄ１は、
Ｄ１＝ｄ＋ｃ＋ｂ
で表わされる。ここで、符号ｄは照射位置３１からプリズム１０２の傾斜面１２４における全反射位置までの距離、符号ｃは上記全反射位置からハーフミラー１００のミラー面までの距離、符号ｂはハーフミラー１００の反射位置から受光部９１までの距離をそれぞれ示している。一方、マーク３０から出射する光が受光部９１に進む第２光路の幾何学的な光路長Ｄ２は、
Ｄ２＝ａ＋ｂ
で表わされる。ここで、符号ａはマーク３０からハーフミラー１００のミラー面までの距離を示している。本実施形態では、図６から明らかなように、ｃ＋ｄ＞ａであるので、Ｄ１＞Ｄ２となる。したがって、単に幾何学的な光路長のみを考慮すると、例えばマーク３０にピントが合うように基板認識用カメラ９を配置すると、照射位置３１にはピントが合わなくなり、反射光Ｌ２を好適に受光することが困難となる。

しかしながら、本実施形態では、本願発明者が以前に発明した技術（特開２００９−４４４８号公報に記載の技術）を用いてマーク３０の撮像と、反射光Ｌ２の受光とを好適に行うように構成している。すなわち、プリズム１０２を構成する媒質として、基板認識用カメラ９による基板表面３ａの撮像位置３２（本実施形態ではマーク３０）から出射する光が基板認識用カメラ９の受光部９１に進む第２光路の媒質（本実施形態では空気）の屈折率（約１）より大きな屈折率Ｎを有する媒質を採用する。このとき、プリズム１０２の屈折率Ｎに起因する焦点距離の減少量ΔＤは、
ΔＤ＝Ｄｐ（１−１／Ｎ）
で表わされる。ここで、プリズム１０２の屈折率Ｎは、Ｎ＞１である。また、符号Ｄｐは反射光Ｌ２がプリズム１０２内を進む光路の幾何学的な光路長で、図６に示すように、Ｄｐ＝ｅ＋ｆになっている。そして、
Ｄ１−ΔＤ≒Ｄ２
となるように、プリズム１０２を構成する媒質（屈折率Ｎ）を選定するとともに、反射光Ｌ２がプリズム１０２内を進む光路の幾何学的な光路長Ｄｐを設定する。これによって、マーク３０にピントが合うように基板認識用カメラ９を配置すると、照射位置３１にもピントが合うこととなり、基板認識用カメラ９やプリズム１０２などの部材を移動させることなく、マーク３０の撮像および反射光Ｌ２の受光を好適に行うことが可能となっている。

以上のように、本発明の実施形態によれば、基板表面３ａのマーク３０が基板認識用カメラ９により基板表面３ａに垂直な方向から撮像されるため、基板認識用カメラ９によりマーク３０を支障なく好適に認識することができる。

また、本実施形態では、基板認識用カメラ９による基板表面３ａの撮像位置３２から離れた基板表面３ａの位置、つまり照射位置３１に対して垂直にレーザ光Ｌ１を照射するレーザ光源１０１を備え、そのレーザ光Ｌ１が照射されたときに基板表面３ａの照射位置３１で反射される反射光Ｌ２を基板認識用カメラ９に案内して基板認識用カメラ９により受光させ、その受光結果に基づき基板表面３ａに垂直な方向Ｚにおける基板３の高さを計測している。このようにレーザ光源１０１は基板表面３ａに対して垂直にレーザ光Ｌ１を照射しているため、基板３の反りなどによって基板表面３ａの高さが変化したとしても、基板表面３ａにおいてレーザ光Ｌ１が照射される照射位置３１は変化しない。したがって、基板表面３ａに垂直な方向Ｚにおける基板３の高さを精度良く計測することができる。

また、本実施形態によれば、基板認識用カメラ９をマーク３０の認識と基板表面３ａの高さ計測に共用しているため、部品実装装置１の低コスト化および省スペース化を図ることが可能となっている。

また、本実施形態では、照射位置３１から基板認識用カメラ９に反射光Ｌ２が進む第１光路上で、かつ基板認識用カメラ９による撮像位置３２から出射する光が基板認識用カメラ９に進む第２光路から離れた位置にプリズム１０２を配置している。さらに、プリズム１０２を空気よりも大きな屈折率Ｎを有する媒質で構成し、しかも、プリズム１０２の屈折率Ｎに起因する焦点距離の減少量ΔＤを、第１光路の幾何学的な光路長Ｄ１と第２光路の幾何学的な光路長Ｄ２との差に略一致するように、プリズム１０２の媒質（屈折率Ｎ）を選定するとともに、反射光Ｌ２がプリズム１０２内を進む光路の幾何学的な光路長Ｄｐを設定している。このように設定すると、照射位置３１と基板認識用カメラ９による撮像位置３２とに対するそれぞれの基板認識用カメラ９での光学的な焦点距離がほぼ等しくなる。したがって、マーク３０にピントが合うように基板認識用カメラ９を配置すると、照射位置３１にもピントが合うこととなり、基板認識用カメラ９やプリズム１０２などの部材を移動させることなく、マーク３０の撮像および反射光Ｌ２の受光を好適に行うことができる。

また、本実施形態では、基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１上にハーフミラー１００を配置し、照射位置３１から出射される反射光Ｌ２を基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１の軸外からハーフミラー１００に案内し、ハーフミラー１００で反射させて光軸ＯＡ１に沿って基板認識用カメラ９に案内している。また、基板認識用カメラ９は、ハーフミラー１００を透過した光に基づきマーク３０を撮像している。したがって、プリズム１０２などを移動させることなく、基板認識用カメラ９によりマーク認識と高さ計測との両方を好適に行うことが可能になっている。つまり、ハーフミラーを備えない場合には、プリズムから反射光Ｌ２が出射する出射面を基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１上に配置して、反射光Ｌ２を光軸ＯＡ１に沿って基板認識用カメラ９に案内する構成が考えられる。しかしながら、その場合には、マーク３０を撮像する際にプリズムが邪魔になるため、プリズムを基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１から離れた位置に移動させる構成が必要になる。これに対して、ハーフミラー１００を備える本実施形態によれば、プリズム１０２を移動させる構成が不要であるため、装置構成の簡素化を図ることが可能となっている。

また、本実施形態では、シャッター部１０３と駆動部１３１とを備え、照射位置３１からハーフミラー１００に反射光Ｌ２が進む光路においてハーフミラー１００への反射光Ｌ２の案内および遮断を切り替えている。つまり、基板表面３ａの高さを計測するときは、シャッター部１０３を離間位置に移動し、ハーフミラー１００に反射光Ｌ２が案内されるようにしている。これによって、ハーフミラー１００を介して反射光Ｌ２が基板認識用カメラ９に案内されて、基板表面３ａの高さ計測を好適に行うことができる。一方、マーク３０を撮像するときは、シャッター部１０３を遮断位置に移動することにより、照射位置３１からハーフミラー１００に反射光Ｌ２が進む光路から迷光がハーフミラー１００に案内されて、その迷光がハーフミラー１００を介して基板認識用カメラ９に案内されるのを阻止することができる。その結果、マーク３０の認識を精度良く行うことが可能となっている。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、単一のプリズム１０２を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば上記した公開公報（特開２００９−４４４８号公報）に記載されているように複数のプリズム群を用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、シャッター部１０３の遮断位置をプリズム１０２とハーフミラー１００との間に設定しているが、これに限られず、照射位置３１とプリズム１０２との間に設定するようにしてもよい。要は、照射位置３１からハーフミラー１００に反射光Ｌ２が進む光路上に遮断位置を設定して、ハーフミラー１００を介して基板認識用カメラ９の光軸ＯＡ１に沿って基板認識用カメラ９に案内される迷光を遮断できるようにすればよい。

また、上記実施形態では、機械的なシャッター部１０３を用いて遮断位置と離間位置との間で移動させているが、これに限られず、例えば光の透過および遮断を切替可能な液晶などの電子シャッターを照射位置３１からハーフミラー１００に反射光Ｌ２が進む光路上に配置して、反射光Ｌ２の案内および遮断を切り替えるようにしてもよい。あるいは、例えばハーフミラー１００、環状照明部９２および同軸照明部９３の周囲を覆う円筒状のカバーを移動自在に設け、マーク３０を撮像するときはカバーによりハーフミラー１００などの周囲を覆い、基板高さを計測するときはカバーをハーフミラー１００などの周囲から退避させるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、プリズム１０２を用いて反射光Ｌ２をハーフミラー１００に案内しているが、これに限られず、反射ミラーなどを用いてもよい。但し、上記実施形態のようにプリズム１０２を用いると、上記したように、マーク３０にピントが合うように基板認識用カメラ９を配置すると、照射位置３１にもピントが合うようにすることができるため、反射ミラーを用いる場合に比べて、上記実施形態の方が有利である。

また、上記実施形態では、光源としてレーザ光源１０１を用いているが、これに限られず、例えばＬＥＤや蛍光灯などでもよい。つまり、光源から出射される光が基板表面３ａを照射する照射位置３１を基板認識用カメラ９が認識できるものであればよい。また、光源から出射される光により照射位置３１に形成されるスポットの形状も、円形、長方形、三角形など、照射位置３１を基板認識用カメラ９が認識できるものであれば、どのような形状でもよい。また、上記実施形態ではコリメートレンズ１１１を用いているが、照射位置３１を基板認識用カメラ９が認識できるのであれば、コリメートレンズ１１１を用いなくてもよい。

また、上記実施形態では、照射位置３１から出射される反射光Ｌ２をハーフミラー１００で反射させて光軸ＯＡ１に沿って基板認識用カメラ９に案内しており、基板認識用カメラ９は、ハーフミラー１００を透過した光に基づきマーク３０を撮像しているが、これに限られず、例えば図７に示すように構成してもよい。すなわち、図７では、基板認識用カメラ９をハーフミラー１００の右側（−Ｘ方向）に配置し、同軸照明部９３をハーフミラー１００の上方に配置している。この形態によれば、照射位置３１から出射される反射光Ｌ２は、ハーフミラー１００を透過して光軸ＯＡ１に沿って基板認識用カメラ９に案内される。また、基板認識用カメラ９は、ハーフミラー１００を反射した光に基づきマーク３０を撮像する。図７に示すような形態でも、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

１…部品実装装置
３…基板
３ａ…基板表面
３０…マーク
３１…照射位置
８…制御装置
８４…駆動制御部（シャッター駆動制御部）
９…基板認識用カメラ（撮像部）
９１…基板認識用カメラの受光部（撮像部）
１００…ハーフミラー（導光部）
１０１…レーザ光源（光源）
１０２…プリズム（導光部）
１０３…シャッター部
１３１…駆動部（シャッター駆動制御部）

Claims (5)

1. 基板に対して相対的に移動可能な実装ヘッドにより部品を前記基板に実装する部品実装装置において、
   基板表面上のマークを前記基板表面に垂直な方向から撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像される前記基板表面の撮像位置から離れた、前記基板表面の位置に対して垂直に光を照射する光源と、
   前記光源から前記基板表面に光を照射したときに前記光の照射位置で反射される反射光を前記撮像部に案内して前記撮像部に受光させる導光部とを備え、
   前記撮像部による前記反射光の受光結果に基づき前記基板表面に垂直な方向における前記基板の高さを計測することを特徴とする部品実装装置。
2. 前記導光部は、前記照射位置から前記撮像部に前記反射光が進む第１光路上で、かつ前記撮像位置から出射する光が前記撮像部に進む第２光路から離れた位置に配置されたプリズムを有しており、
   前記プリズムは、前記第２光路に位置する媒質よりも大きな屈折率を有する媒質で構成され、かつ、前記プリズムの屈折率に起因する焦点距離の減少量が前記第１光路の幾何学的な光路長と前記第２光路の幾何学的な光路長との差に略一致するように、前記プリズムの屈折率および前記反射光が前記プリズム内を進む光路の幾何学的な光路長が設定されている請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記導光部は、前記撮像部の光軸上に配置されたハーフミラーを有し、前記照射位置から出射される前記反射光を前記撮像部の前記光軸の軸外から前記ハーフミラーに案内し、前記ハーフミラーを介して前記光軸に沿って前記撮像部に案内し、
   前記撮像部は、前記ハーフミラーを介して前記マークを撮像する請求項１または２に記載の部品実装装置。
4. 前記照射位置から前記ハーフミラーに前記反射光が進む光路において前記ハーフミラーへの前記反射光の案内および遮断を切り替え自在なシャッター部と、
   前記シャッター部を駆動して前記反射光の案内と遮断を切り替えるシャッター駆動制御部と
   をさらに備える請求項３に記載の部品実装装置。
5. 基板に対して相対的に移動可能な実装ヘッドにより部品を前記基板に実装する部品実装方法において、
   基板表面上のマークを前記基板表面に垂直な方向から撮像部により撮像する工程と、
   前記撮像部により撮像される前記基板表面の撮像位置から離れた、前記基板表面の位置に対して垂直に光を照射する工程と、
   前記基板表面に光を照射したときに前記基板表面で反射される反射光を前記撮像部に案内して前記撮像部により受光させる工程と、
   前記撮像部による前記反射光の受光結果に基づき前記基板表面に垂直な方向における前記基板の高さを計測する工程と
   を備えたことを特徴とする部品実装方法。

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