JP2013232549A - 部品実装装置および部品形状認識方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タクトロスを起こすこと無く部品の形状を認識することができる部品実装装置を提供する。
【解決手段】撮像部２００と、撮像部２００が含む複数のライン状領域撮像部の長手方向に交差する方向である第一方向に加速しながら移動する実装ヘッド１００に保持された部品である保持部品の、第一方向における位置を検出する位置検出部１４０と、撮像対象領域に、第一方向の位置に応じて輝度が変化し、かつ第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光を照射する照射部１３０と、位置検出部１４０による検出結果に基づいて、保持部品が各ライン状領域撮像部により撮像可能な位置に到着したタイミングで撮像指示信号を出力する撮像タイミング制御部１５０と、位相シフト法を用いて、撮像部２００の撮像結果である保持部品の像から保持部品の形状を認識する形状認識部１８０とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板に部品を実装するための部品実装装置に関し、特に、部品等の物体の形状を三次元的に測定する部品実装装置に関する。

部品が実装された実装基板を生産するための実装基板生産システムは、基板に部品を実装する部品実装装置や、基板に実装された部品を検査する検査装置などを備えている。部品実装装置では、部品の実装精度を向上するために、部品を実装する前に、ノズルに吸着した部品の形状を認識する。また、検査装置では、基板への部品の実装状態を検査するために、基板上の部品の形状を認識する。このため、精度良く実装基板を生産するためには、これらの部品の形状認識を精度良く行う必要がある。

そこで、従来、位置に応じて輝度が変化する輝度分布を有する輝度変化光を部品に照射し、輝度変化光が照射された部品を複数のラインセンサで撮像し、複数のラインセンサの撮像結果から当該部品の形状を認識する位相シフト法が提案されている（例えば、特許文献１および２）。

つまり、部品実装装置は、実装ヘッドに保持された部品を、複数のラインセンサ上を相対的に移動させながら、各ラインセンサで部品の同一測定箇所を撮像する。複数のラインセンサの撮像結果である部品の同一測定箇所の像から、位相シフト法を用いて部品の形状が認識される。位相シフト法では、所定の基準面に照射された輝度変化光と部品に照射された輝度変化光との位相のずれから、部品の高さを測定する。測定箇所の位置ずれが起きると、部品の高さのずれから輝度変化光の位相がずれてしまい、部品の高さを正確に測定することができない。このため、各ラインセンサが、部品の同一測定箇所を撮像するために、以下の方法が採られる。つまり、実装ヘッドに保持された部品の測定箇所がラインセンサ上に来た時点で実装ヘッドを停止させ、部品の測定箇所を撮像する。または、実装ヘッドを等速度で移動させながら、部品の測定箇所を撮像する。

特許第３９２１５４７号公報 特開２００２−２５７５２８号公報

しかしながら、部品の測定箇所を撮像するために、実装ヘッドを停止させたり、実装ヘッドを等速度で移動させたりする方法では、部品を撮像するために時間が掛かってしまう。特に、部品実装装置では、部品を部品カセットから吸着して基板に実装するまでの間に部品の測定箇所が撮像されるが、部品の吸着から実装までの実装ヘッドの加速移動中に、実装ヘッドを停止させたり等速度で移動させたりする必要があると、基板への部品実装時にタクトロス（タクトタイムの増加）が生じるという課題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、タクトロスを起こすこと無く部品の形状を認識することができる部品実装装置および部品実装装置による部品形状認識方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る部品実装装置は、基板に部品を実装するための部品実装装置であって、各ライン状領域撮像部の長手方向が互いに平行になるように配置され、かつ、実装ヘッドに保持された部品である保持部品の撮像可能領域であるライン状の撮像対象領域を撮像する複数のライン状領域撮像部と、前記複数のライン状領域撮像部の長手方向に交差する方向である第一方向に移動する前記保持部品の、前記第一方向における位置を検出する位置検出部と、前記撮像対象領域に、前記第一方向の位置に応じて輝度が変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を照射する照射部と、前記位置検出部による検出結果に基づいて、前記保持部品が各ライン状領域撮像部により撮像可能な位置に到着したタイミングで撮像指示信号を出力する撮像タイミング制御部と、位相シフト法を用いて、前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から前記保持部品の形状を認識する形状認識部とを備え、前記保持部品は、前記第一方向に加速しながら前記撮像対象領域を通過し、各ライン状領域撮像部は、前記撮像タイミング制御部が出力する前記撮像指示信号に応答して、前記保持部品を撮像し、前記複数のライン状領域撮像部は、前記形状認識部が前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から前記保持部品に照射された前記輝度変化光の輝度変化を示す波形の位相を復元することができるような間隔で配置されている。

この構成によると、保持部品が各ライン状領域撮像部により撮像可能な位置に到達したタイミングで撮像指示信号が出力される。このため、保持部品が第一方向に加速しながら移動する場合であっても、保持部品の速度や加速度に影響されること無く、各ライン状領域撮像部は部品の同一箇所を撮像することができる。よって、タクトロスを起こすこと無く部品の形状を認識することができる。

また、前記形状認識部は、位相シフト法を用いて、前記撮像タイミング制御部が前記撮像指示信号を出力してから各ライン状領域撮像部が前記保持部品を撮像するまでの遅れ時間に対応する前記保持部品の位置ずれ量に基づいて、前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から、前記保持部品の形状を認識しても良い。

保持部品の位置ずれ量を考慮して、保持部品の形状を認識することにより、遅れ時間が生じた場合であっても、保持部品の同一箇所の撮像結果である複数の像から部品の形状を認識することができる。このため、部品の形状を高精度で認識することができる。

例えば、各ライン状領域撮像部は、長手方向が前記第二方向に対して平行な複数のラインセンサを含み、前記部品実装装置は、さらに、各ライン状領域撮像部に含まれる前記複数のラインセンサのうち、基準となるラインセンサの撮像対象位置から前記位置ずれ量だけずれた位置を撮像するラインセンサの撮像結果である前記保持部品の像を取得する画像取得部を備え、前記基準となるラインセンサは、前記位置ずれ量が０の場合に前記保持部品の測定箇所を撮像可能なラインセンサであり、前記形状認識部は、各ライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像として、前記画像取得部が取得した前記保持部品の像を用いて、前記保持部品の形状を認識する。

この構成によると、ライン状領域撮像部ごとに、位置ずれ量に応じて選択されるラインセンサから保持部品の像を取得することができる。

例えば、上述の部品実装装置は、さらに、前記遅れ時間に、各ライン状領域撮像部が前記保持部品を撮像する時点における前記保持部品の前記第一方向における移動速度を乗算することにより、前記保持部品の位置ずれ量を算出するずれ量算出部を備えていても良い。

この構成によると、遅れ時間から部品の位置ずれ量を正確に算出することができる。このため、ライン状領域撮像部ごとに、位置ずれ量に応じて選択されるラインセンサから保持部品の像を取得することができる。よって、全てのライン状領域撮像部が保持部品の同一箇所を撮像することができるため、部品の形状を高精度で認識することができる。

また、前記位置検出部は、前記実装ヘッドを前記第一方向に移動させるためのモータによる前記保持部品の移動量をカウントし、前記保持部品の移動量を示すカウンタ値を、前記保持部品の前記第一方向における位置として出力するパルスカウンタを含み、前記撮像タイミング制御部は、前記パルスカウンタが出力するカウンタ値に基づいて算出される加速度であって、隣接するライン状領域撮像部の撮像対象領域間の距離を前記実装ヘッドが移動する時の前記加速度に応じて、前記撮像指示信号を出力しても良い。

パルスカウンタが出力するカウンタ値と実装ヘッドの移動距離、つまり保持部品の移動量とは比例する。このため、パルスカウンタを用いることにより、実装ヘッドの位置、つまり、実装ヘッドに保持された部品の位置を正確に検出することができる。

具体的には、（ｉ）前記ずれ量算出部は、前記パルスカウンタが出力するカウンタ値が所定カウント数だけ増加する間に前記保持部品が移動する距離を、当該所定カウント数だけカウンタ値が増加する間の時間で割ることにより、前記保持部品の前記第一方向における移動速度を算出し、（ｉｉ）算出した移動速度を前記遅れ時間に乗算することにより、前記保持部品の位置ずれ量を算出しても良い。

この構成によると、部品が加速しながら移動している場合であっても、撮像指示信号を出力する直近の部品の移動速度を用いて、保持部品の位置ずれ量を算出することができる。このため、位置ずれ量を正確に算出することができる。

なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える部品実装装置として実現することができるだけでなく、部品実装装置に含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする部品形状認識方法として実現することができる。また、部品実装装置に含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたは部品形状認識方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。

本発明に係る部品実装装置および部品形状認識方法によると、タクトロスを起こすこと無く部品の形状を認識することができる。

本発明の実施の形態に係る部品実装装置の内部の主要な構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る三次元形状測定装置の構造的外観を模式的に示す図である。 三次元形状測定装置による輝度変化光の照射状態および撮像部の撮像対象領域を模式的に示す図である。 部品を吸着したノズルの移動の様子を示す図である。 部品を吸着したノズルの移動の様子を示す図である。 部品を吸着したノズルの移動の様子を示す図である。 部品を吸着したノズルの移動の様子を示す図である。 三次元形状測定装置の機能的な構成を示すブロックである。 位置ずれ量と、ライン状領域撮像部の撮像位置との関係を示す図である。 カウンタ値、イネーブル信号、撮像指示信号および実際の撮像時刻の関係を示す図である。 第一比較部および第二比較部の動作を示すフローチャートである。 位置ずれ量の算出方法を説明するための図である。 第二比較部が出力する撮像指示信号に応答して、画像を取得し、部品の形状を認識する処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係る部品実装装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

図１は、本実施の形態に係る部品実装装置の内部の主要な構成を示す平面図である。

部品実装装置２０は、基板３０に部品４０を実装する装置である。部品実装装置２０は、基板３０に対して部品４０を実装する２つの実装ユニットを備えている。２つの実装ユニットは、お互いが協調し１枚の基板３０に対して実装作業を行う。当該実装ユニットは、実装ヘッド１００、撮像部２００および部品供給部３００等によって構成されている。

実装ヘッド１００は、複数のノズル１１０を備えており、部品供給部３００の部品カセット３１０に収容された部品４０を当該ノズル１１０で吸着して、吸着した部品４０を基板３０上に搬送し、基板３０に当該部品４０を装着する。

また、部品実装装置２０は、実装ヘッド１００のノズル１１０に保持された部品４０の三次元形状を測定する三次元形状測定装置１０を有している。

図２は、本実施の形態に係る三次元形状測定装置１０の構造的外観を模式的に示す図である。

三次元形状測定装置１０は、撮像部２００と、照射部１３０とを含む。

撮像部２００は、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄを含む。各ライン状領域撮像部は、各ライン状領域撮像部の長手方向が互いに平行になるように配置され、かつ、実装ヘッド１００に保持された部品の撮像可能領域であるライン状の撮像対象領域を撮像する。各ライン状領域撮像部は、長手方向がＹ軸方向（第二方向）に平行になるように配置された複数のラインセンサを含む。また、撮像部２００としてエリアイメージセンサを用いることも可能である。この場合、撮像素子が行列状に並ぶエリアイメージセンサの撮像領域に複数のライン状の撮像領域を設定することで、各ライン状の撮像領域をライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄのいずれかとすることができる。これにより、エリアイメージセンサにより各ライン状撮像部を構成することができる。なお、エリアイメージセンサには、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサや、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等が含まれる。

照射部１３０は、撮像対象領域に、Ｘ軸方向（第一方向）の位置に応じて輝度が変化し、かつＹ軸方向（第二方向）に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を照射する。

実装ヘッド１００は、図２に示すように、部品４０を保持する複数のノズル１１０を備えている。実装ヘッド１００は、ノズル１１０をそれぞれ独立にＺ軸方向に上下動させる機構を備えており、部品４０を保持して搬送し、基板３０に部品４０を装着する機能を備えている。

つまり、実装ヘッド１００は、部品供給部３００に配置されている部品４０をノズル１１０に吸着保持させ、ノズル１１０が撮像部２００のライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄの上方を通過するように移動する。そして、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄが、ノズル１１０が保持している保持部品である部品４０を撮像する。

三次元形状測定装置１０は、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄの撮像結果である部品４０の像に基づいて、部品４０の三次元形状を測定する。

その後、実装ヘッド１００は、部品４０を保持したノズル１１０を基板３０の装着位置に移動させ、部品４０の三次元形状の測定結果に基づいて、ノズル１１０に保持されている部品４０の位置を補正し、基板３０に部品４０を装着する。

なお、部品４０を吸着した状態のノズル１１０を撮像部２００が撮像する際、照射部１３０から発せられる光がＺ軸に対して傾いた方向から斜め上方の部品４０およびノズル１１０に照射される。

図３は、三次元形状測定装置１０による輝度変化光の照射状態および撮像部２００の撮像対象領域を模式的に示す図である。

照射部１３０は、部品４０を吸着した状態のノズル１１０を撮像部２００が撮像する際、輝度変化光を、Ｚ軸に対して傾いた方向から斜め上方の部品４０およびノズル１１０に照射する。具体的には、照射部１３０は、後述する基準面Ｂに、Ｘ軸方向の位置に応じて輝度が変化し、かつＹ軸方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を照射する。本実施の形態では、輝度変化光の輝度の変化は正弦波を形成している。なお、同図中に示されている０、π／２、π、３π／２、２πは、輝度変化光の輝度の変化が形成する正弦波の位相を示している。また、撮像対象領域側に位置する基準面Ｂは、例えば部品の高さを０とした場合の部品の面や、部品の高さを所定のオフセット値とした場合の部品の面などのように、部品の高さ方向の基準となる仮想の面である。本実施の形態では、ノズル１１０に部品が吸着されていない状態のノズル１１０の底面を含む面である。なお、仮想の面としての基準面Ｂは、着脱可能な基準治具等を用いて予め設定されていても良い。例えば、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄの撮像対象領域には、それぞれ、正弦波の位相が０、π／２、π、３π／２となる輝度変化光が照射されている。

図３では、ライン状領域撮像部２００ｄの撮像対象領域２０２ｄを模式的に示しており、撮像対象領域２０２ｄは、基準面Ｂ上に設けられ、かつライン状領域撮像部２００ｄの形状と同様の長尺な形状を有する領域である。ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｃについても、同様に撮像対象領域が設定される。

図４Ａ〜図４Ｄに示すように、ノズル１１０は、部品４０を吸着した状態で、撮像部２００の上部を紙面の左側から右側に移動する。つまり、本実施の形態では、部品実装装置２０において静止している三次元形状測定装置１０の撮像部２００および照射部１３０に対して、ノズル１１０で部品４０を保持した状態の実装ヘッド１００がＸ軸方向に移動する。これにより、輝度変化光における輝度の周期を維持しつつ、測定対象物である部品４０の表面における輝度変化光の輝度分布を、部品４０に対して相対的にＸ軸方向に移動させることができる。なお、本実施の形態では、ノズル１１０は、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄのいずれかの上部を通過する際には、加速しているものとする。

位相シフト法では、部品４０の高さが輝度変化光の位相のずれαとして現れる。例えば、ライン状領域撮像部２００ａの撮像対象領域には、位相が０の輝度変化光が照射されている。しかし、ノズル１１０に吸着された部品４０がライン状領域撮像部２００ａの測定対象領域の位置に到来した場合、ライン状領域撮像部２００ａによる部品４０の測定箇所Ｋには、位相がαだけずれた光が照射される。この位相のずれは、部品４０の高さに応じて変化するため、位相シフト法では位相のずれαを測定することで、部品４０の高さを測定している。つまり、位相シフト法では、部品４０を移動させながら、部品４０の同一の測定箇所Ｋに対して少なくとも３箇所（本実施の形態では４箇所）で部品４０を撮像し、部品４０の輝度値から、部品４０に当たる輝度変化光の輝度変化を示す正弦波を算出する。その後、部品４０の高さを０とした場合の基準高さとしての基準面Ｂに照射される輝度変化光が示す正弦波（基準面Ｂ上の正弦波は基準治具等により予め求めておいても良い。）と、部品４０に当たる輝度変化光が示す正弦波との位相差から、部品４０の高さを算出する。

図５は、三次元形状測定装置１０の機能的な構成を示すブロックである。

三次元形状測定装置１０は、位置検出部１４０と、撮像タイミング制御部１５０と、撮像部２００と、ずれ量算出部１６０と、画像取得部１７０と、形状認識部１８０と、照射部１３０（図示せず）とを備える。

位置検出部１４０は、Ｘ軸方向に加速しながら移動する部品４０の、Ｘ軸方向における位置を検出する。位置検出部１４０は、パルスカウンタ１４１を含む。本実施の形態で示すパルスカウンタ１４１は、実装ヘッド１００をＸ軸方向に移動させるためのサーボモータ１０１から出力されるパルス数をカウントする。各パルスは、サーボモータ１０１が所定の回転角度だけ回転するごとに出力される。また、サーボモータ１０１の回転角度は、実装ヘッドの１００の移動量に比例する。つまり、パルスカウンタ１４１は、実装ヘッド１００をＸ軸方向（第一方向）に移動させるためのサーボモータ１０１による保持部品の移動量をカウントし、保持部品の移動量を示すカウンタ値を、部品４０の前記第一方向における位置として出力する。例えば、パルスカウンタ１４１は、実装ヘッド１００のノズル１１０が部品カセット３１０から部品を吸着してからのサーボモータ１０１の保持部品の移動量をカウントする。なお、パルスカウンタ１４１は、サーボモータ１０１から出力されるパルス数をカウントすることにより、保持部品の移動量をカウントすることとしたが、これに限定されるものではない。例えば、モータとして、サーボモータ１０１の代わりにリニアモータ（図示せず）を用いることも可能であるが、この場合には、リニアスケール（図示せず）が、実装ヘッド１００のＸ軸方向への移動量に相当するパルス数をカウントすることにより、実装ヘッド１００による保持部品の移動量を示すカウンタ値を出力しても良い。また、このカウンタ値を時間微分することにより、実装ヘッド１００の移動の速度または加速度を求めても良い。

撮像タイミング制御部１５０は、位置検出部１４０による検出結果、すなわち、パルスカウンタ１４１のカウンタ値に基づいて、部品４０の測定箇所Ｋが各ライン状領域撮像部により撮像可能な位置（各ライン状領域撮像部の撮像対象領域）に到着したタイミングで撮像指示信号を出力する。各ライン状領域撮像部は、撮像タイミング制御部１５０が出力する撮像指示信号に応答して、部品を撮像する。なお、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄは、部品に照射された輝度変化光の輝度変化を示す波形の位相を復元することができるような間隔で配置されている。

ずれ量算出部１６０は、撮像タイミング制御部１５０が撮像指示信号を出力してから各ライン状領域撮像部が部品４０を撮像するまでの遅れ時間ΔＴｃ（図７参照）に、各ライン状領域撮像部が部品４０を撮像する時点における部品４０のＸ軸方向における移動速度を乗算することにより、部品４０の位置ずれ量ΔＸｃを算出する。つまり、撮像指示信号を出力してから実際に部品４０が撮像されるまでの間に部品４０が移動してしまう。このため、ずれ量算出部１６０は、この間の部品４０の移動量を位置ずれ量ΔＸｃとして算出する。

図６は、位置ずれ量ΔＸｃと、ライン状領域撮像部の撮像位置との関係を示す図である。図６に示すように、ライン状領域撮像部２００ａは、長手方向がＹ軸方向に対して平行なラインセンサ２１１〜２１５を含む。ただし、ラインセンサの数はこれに限定されるものではなく、２つ以上であれば良い。他のライン状領域撮像部２００ｂ〜２００ｄもライン状領域撮像部２００ａと同様の構成を有する。ラインセンサ２１３は、位置ずれ量ΔＸｃが０（遅れ時間ΔＴｃが０）の場合に部品４０の測定箇所Ｋを撮像可能な、基準となるラインセンサである。部品４０ａが位置ずれ量ΔＸｃだけずれた場合には、ラインセンサ２１３の撮像対象位置からΔＸｃだけずれた位置の部品４０を撮像する必要がある。

このため、図５に示す画像取得部１７０は、各ライン状領域撮像部に含まれる前記複数のラインセンサのうち、基準となるラインセンサの撮像対象位置からずれ量算出部１６０が算出した位置ずれ量ΔＸｃだけずれた位置を撮像するラインセンサの撮像結果である部品４０の像を取得する。これにより、部品４０の測定箇所Ｋの像を取得することができる。

形状認識部１８０は、位相シフト法を用いて、画像取得部１７０が取得した部品４０の測定箇所Ｋの像から、部品４０の測定箇所Ｋの高さを計測することにより、部品４０の形状を認識する。

撮像タイミング制御部１５０は、第一比較部１５１と、第二比較部１５２と、第一カウンタ値保持部１５３と、第二カウンタ値保持部１５４とを含む。

第一比較部１５１は、パルスカウンタ１４１が出力するカウンタ値と、第一カウンタ値保持部１５３に保持されている開始カウンタ値または終了カウンタ値とを比較し、比較結果に基づいて、撮像部２００が部品を撮像するタイミングか否かを示すイネーブル信号を出力する。

第二比較部１５２は、パルスカウンタ１４１が出力するカウンタ値と、第二カウンタ値保持部１５４に保持されている間隔カウンタ値とを比較し、比較結果に基づいて、撮像指示信号を出力する。

図７は、カウンタ値、イネーブル信号、撮像指示信号および実際の撮像時刻の関係を示す図である。なお、図７のカウンタ値から分かるように、実装ヘッド１００は加速しながら移動している。図８は、第一比較部１５１および第二比較部１５２の動作を示すフローチャートである。

第一カウンタ値保持部１５３に保持されている開始カウンタ値および終了カウンタ値は部品４０のサイズ等により予め決定されている。開始カウンタ値は、実装ヘッド１００のノズル１１０が部品４０を吸着してから、部品４０の測定箇所Ｋがライン状領域撮像部２００ａの撮像対象領域に到達する時点までのサーボモータ１０１から出力されるパルス数を示す。終了カウンタ値は、実装ヘッド１００のノズル１１０が部品４０を吸着してから、部品４０の測定箇所Ｋがライン状領域撮像部２００ｄの撮像対象領域から離れる時点までのサーボモータ１０１から出力されるパルス数を示す。

第一比較部１５１は、パルスカウンタ１４１から出力されるカウンタ値が、第一カウンタ値保持部１５３に保持されている開始カウンタ値と等しいか否かを判断する（Ｓ２）。カウンタ値が開始カウンタ値と等しい場合には（Ｓ２でＹＥＳ）、第一比較部１５１は、イネーブル信号をＯＮにする。それと同時に、第二比較部１５２は、撮像指示信号を撮像部２００に出力する（Ｓ４）。この撮像指示信号に応答して、ライン状領域撮像部２００ａが部品４０の測定箇所Ｋを撮像する。

第二比較部１５２は、撮像指示信号の前回の出力からのカウンタ値の増分が、第二カウンタ値保持部１５４に保持されている間隔カウンタ値と等しいか否かを判断する（Ｓ６）。ここで、間隔カウンタ値は、隣接する２つのライン状領域撮像部の撮像対象領域間を実装ヘッド１００が移動する際のサーボモータ１０１から出力されるパルス数と等しい。

カウンタ値の増分が間隔カウンタ値と等しい場合には（Ｓ６でＹＥＳ）、第二比較部１５２は撮像指示信号を出力する（Ｓ８）。撮像指示信号が出力されるごとに、出力された撮像指示信号に応答して、ライン状領域撮像部２００ｂ、ライン状領域撮像部２００ｃ、ライン状領域撮像部２００ｄの順で、いずれか１つのライン状領域撮像部が部品４０の測定箇所Ｋを撮像する。

第一比較部１５１は、カウンタ値が終了カウンタ値と等しいか否かを判断し（Ｓ１０）、カウンタ値が終了カウンタ値と等しくなった場合には（Ｓ１０でＹＥＳ）、イネーブル信号をＯＦＦにする（Ｓ１２）。カウンタ値が終了カウンタ値と等しくない場合（Ｓ１０でＮＯ）、つまりイネーブル信号がＯＮの間は、第二比較部１５２は、Ｓ６およびＳ８の処理を繰返し実行する。

撮像部２００は、撮像指示信号に応答して部品４０を撮像するが、上述したように、実際の撮像時刻はΔＴｃだけ遅れる。ずれ量算出部１６０は、この遅れ時間ΔＴｃの間の部品実装装置２０の位置ずれ量ΔＸｃを、以下の式１に従って算出する。

ΔＸｃ＝ΔＴｃ×（ΔＸ／ΔＴ） …（式１）

図９は、位置ずれ量ΔＸｃの算出方法を説明するための図である。ずれ量算出部１６０は、図示しないタイマーから現在時刻を取得することで、パルスカウンタ１４１から出力されるカウンタ値と現在時刻とを対応付ける。ずれ量算出部１６０は、第二比較部１５２が撮像指示信号を出力したタイミングから所定サイクル数前までの時間ΔＴを、タイマーから取得した現在時刻より算出する。例えば、カウンタ値が１００００の時点で第二比較部１５２が撮像指示信号を出力し、上記所定サイクル数が１００サイクルであるとする。このとき、ずれ量算出部１６０は、カウンタ値が１００００の時の現在時刻からカウンタ値が９９００（＝１００００−１００）の時の現在時刻を減算することにより、時間ΔＴを求める。また、サーボモータ１０１が所定サイクル数（上記の例では、１００サイクル）だけ回転するときの実装ヘッド１００の移動距離ΔＸは予め分かっている。ずれ量算出部１６０は、移動距離ΔＸを時間ΔＴで割ることにより、撮像指示信号出力時の部品４０のＸ軸方向による移動速度を計算する。ずれ量算出部１６０は、遅れ時間ΔＴｃに、計算した移動速度（ΔＸ／ΔＴ）を掛け合わせることにより、位置ずれ量ΔＸｃを算出する（式１）。

図１０は、第二比較部１５２が出力する撮像指示信号に応答して、画像を取得し、部品４０の形状を認識する処理のフローチャートである。

第二比較部１５２が撮像指示信号を出力するたびに、Ｓ２２〜Ｓ２６の処理が実行される。つまり、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄのいずれかが、撮像指示信号に応答して、部品４０を撮像する（Ｓ２２）。ずれ量算出部１６０は、上述した式１に従って、部品４０の測定箇所Ｋの位置ずれ量ΔＸｃを算出する（Ｓ２４）。画像取得部１７０は、算出した位置ずれ量ΔＸｃに基づいて、部品４０を撮像したライン状領域撮像部に含まれるラインセンサのうち、部品４０の測定箇所Ｋを撮像したラインセンサから、部品４０の測定箇所Ｋの像を取得する（Ｓ２６）。図６に示した例では、画像取得部１７０は、ラインセンサ２１５から部品４０の測定箇所Ｋの像を取得する。このようなループ処理（Ｓ２０）により、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄが、それぞれ部品４０の測定箇所Ｋを撮像することができる。

形状認識部１８０は、ライン状領域撮像部２００ａ〜２００ｄのそれぞれの撮像結果である部品４０の測定箇所Ｋの像から、測定箇所Ｋに当たっている光のＸ軸方向の輝度変化を示す正弦波を求める。また、形状認識部１８０は、求めた正弦波の位相と、測定箇所Ｋの部品の高さが０とした場合の基準面Ｂに当たっている光の位相との位相差から、部品４０の測定箇所Ｋの高さを算出することにより、部品４０の形状を認識する（Ｓ２８）。

以上説明したように、本実施の形態によると、実装ヘッド１００の保持部品が各ライン状領域撮像部により撮像可能な位置に到達したタイミングで撮像指示信号が出力される。このため、保持部品が第一方向に加速しながら移動する場合であっても、保持部品の速度や加速度に影響されること無く、各ライン状領域撮像部は部品の同一箇所を撮像することができる。よって、タクトロスを起こすこと無く部品の形状を認識することができる。つまり、撮像指示信号は、部品の位置に応じて出力されるため、実装ヘッドの移動速度または移動加速度を厳密に調整していなくても、各ライン状領域撮像部は適切なタイミングで部品を撮像することができる。

特に、遅れ時間ΔＴｃを考慮した撮像結果である保持部品の像を用いて保持部品の形状を認識することにより、遅れ時間ΔＴｃが生じた場合であっても、保持部品の同一箇所である測定箇所Ｋの撮像結果である複数の像から部品の形状を認識することができる。このため、部品の形状を高精度で認識することができる。

また、遅れ時間ΔＴｃから部品の位置ずれ量ΔＸｃを正確に算出することができる。このため、ライン状領域撮像部ごとに、位置ずれ量ΔＸｃに応じて選択されるラインセンサから保持部品の像を取得することができる。よって、全てのライン状領域撮像部が保持部品の同一箇所を撮像することができるため、部品の形状を高精度で認識することができる。

特に、式１に従って位置ずれ量ΔＸｃを算出することにより、部品が加速しながら移動している場合であっても、撮像指示信号を出力する直近の部品の移動速度を用いて、保持部品の位置ずれ量ΔＸｃを算出することができる。このため、位置ずれ量ΔＸｃを正確に算出することができる。

なお、実装ヘッドを移動させるためのモータから出力されるパルス数と実装ヘッドの移動距離とは比例する。このため、パルスカウンタを用いることにより、実装ヘッドの位置、つまり、実装ヘッドに保持された部品の位置を正確に検出することができる。

以上、本発明の実施の形態に係る部品実装装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

また、上述の実施の形態では、三次元形状測定装置１０が部品実装装置２０に備えられている例について説明した。しかし、三次元形状測定装置１０が備えられる装置は、部品実装装置２０に限定されるわけではなく、半田印刷装置および検査装置など部品実装基板の生産に寄与する装置であってもよい。

例えば、検査装置が、三次元形状測定装置１０と同様の機能を有する装置を備えていても良い。半田が印刷された基板あるいは部品が実装された基板をコンベア、プレートあるいはテーブル等の移動部で移動させながら当該基板を検査する際に、移動部を移動させるサーボモータ１０から出力されるパルス数をパルスカウンタ１４１がカウントする。パルスカウンタ１４１のカウンタ値により、撮像部２００の撮像位置の制御を行っても良い。これにより、半田が正しい位置に印刷されているか、または、部品が正しい位置に正しい姿勢で実装されているか等を検査することができる。この場合、形状の認識対象物は、基板、印刷された半田、または、基板に実装された部品である。

また、上述の実施の形態では、パルスカウンタ１４１がカウントしたサーボモータ１０１から出力されるパルス数から実装ヘッド１００が保持する部品４０の位置を検出することとしたが、位置検出の方法はこれに限定されるものではない。例えば、レーザ距離計を用いて部品４０の位置を検出するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、実装ヘッド１００の保持部品の位置ずれ量を考慮して、部品の形状を認識していたが、保持部品の位置ずれが発生しないように撮像指示信号を出力しても良い。つまり、遅れ時間Ｔｃ後に部品４０の測定箇所Ｋが、各ライン状領域撮像部のラインセンサ２１３で撮像されるように、早めに撮像指示信号を出力しても良い。このような撮像指示信号の出力タイミングは、部品４０の移動速度に応じて変化するため、移動速度を算出することができれば、撮像指示信号の出力タイミングを決定することができる。なお、部品４０の移動速度は、ずれ量算出部１６０による異読速度算出方法と同様の方法により算出することができるため、撮像指示信号の出力タイミングも決定することができる。

本発明は、高精度かつ高速に測定対象物の三次元形状を測定することのできる部品実装装置等に適用できる。

１０ 三次元形状測定装置
２０ 部品実装装置
３０ 基板
４０ 部品
１００ 実装ヘッド
１０１ サーボモータ
１１０ ノズル
１３０ 照射部
１４０ 位置検出部
１４１ パルスカウンタ
１５０ 撮像タイミング制御部
１５１ 第一比較部
１５２ 第二比較部
１５３ 第一カウンタ値保持部
１５４ 第二カウンタ値保持部
１６０ ずれ量算出部
１７０ 画像取得部
１８０ 形状認識部
２００ 撮像部
２００ａ〜２００ｄ ライン状領域撮像部
２０２ｄ 撮像対象領域
２１１〜２１５ ラインセンサ
３００ 部品供給部
３１０ 部品カセット

Claims (7)

1. 基板に部品を実装するための部品実装装置であって、
   各ライン状領域撮像部の長手方向が互いに平行になるように配置され、かつ、実装ヘッドに保持された部品である保持部品の撮像可能領域であるライン状の撮像対象領域を撮像する複数のライン状領域撮像部と、
   前記複数のライン状領域撮像部の長手方向に交差する方向である第一方向に移動する前記保持部品の、前記第一方向における位置を検出する位置検出部と、
   前記撮像対象領域に、前記第一方向の位置に応じて輝度が変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を照射する照射部と、
   前記位置検出部による検出結果に基づいて、前記保持部品が各ライン状領域撮像部により撮像可能な位置に到着したタイミングで撮像指示信号を出力する撮像タイミング制御部と、
   位相シフト法を用いて、前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から前記保持部品の形状を認識する形状認識部と
   を備え、
   前記保持部品は、前記第一方向に加速しながら前記撮像対象領域を通過し、
   各ライン状領域撮像部は、前記撮像タイミング制御部が出力する前記撮像指示信号に応答して、前記保持部品を撮像し、
   前記複数のライン状領域撮像部は、前記形状認識部が前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から前記保持部品に照射された前記輝度変化光の輝度変化を示す波形の位相を復元することができるような間隔で配置されている
   部品実装装置。
2. 前記形状認識部は、位相シフト法を用いて、前記撮像タイミング制御部が前記撮像指示信号を出力してから各ライン状領域撮像部が前記保持部品を撮像するまでの遅れ時間に対応する前記保持部品の位置ずれ量に基づいて、前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から、前記保持部品の形状を認識する
   請求項１記載の部品実装装置。
3. 各ライン状領域撮像部は、長手方向が前記第二方向に対して平行な複数のラインセンサを含み、
   前記部品実装装置は、さらに、
   各ライン状領域撮像部に含まれる前記複数のラインセンサのうち、基準となるラインセンサの撮像対象位置から前記位置ずれ量だけずれた位置を撮像するラインセンサの撮像結果である前記保持部品の像を取得する画像取得部を備え、
   前記基準となるラインセンサは、前記位置ずれ量が０の場合に前記保持部品の測定箇所を撮像可能なラインセンサであり、
   前記形状認識部は、各ライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像として、前記画像取得部が取得した前記保持部品の像を用いて、前記保持部品の形状を認識する
   請求項２記載の部品実装装置。
4. さらに、
   前記遅れ時間に、各ライン状領域撮像部が前記保持部品を撮像する時点における前記保持部品の前記第一方向における移動速度を乗算することにより、前記保持部品の位置ずれ量を算出するずれ量算出部を備える
   請求項３記載の部品実装装置。
5. 前記位置検出部は、前記実装ヘッドを前記第一方向に移動させるためのモータによる前記保持部品の移動量をカウントし、前記保持部品の移動量を示すカウンタ値を、前記保持部品の前記第一方向における位置として出力するパルスカウンタを含み、
   前記撮像タイミング制御部は、前記パルスカウンタが出力するカウンタ値に基づいて算出される加速度であって、隣接するライン状領域撮像部の撮像対象領域間の距離を前記実装ヘッドが移動する時の前記加速度に応じて、前記撮像指示信号を出力する
   請求項４記載の部品実装装置。
6. （ｉ）前記ずれ量算出部は、前記パルスカウンタが出力するカウンタ値が所定カウント数だけ増加する間に前記保持部品が移動する距離を、当該所定カウント数だけカウンタ値が増加する間の時間で割ることにより、前記保持部品の前記第一方向における移動速度を算出し、（ｉｉ）算出した移動速度を前記遅れ時間に乗算することにより、前記保持部品の位置ずれ量を算出する
   請求項５記載の部品実装装置。
7. 基板に部品を実装するための部品実装装置による部品形状認識方法であって、
   前記部品実装装置は、各ライン状領域撮像部の長手方向が互いに平行になるように配置され、かつ、実装ヘッドに保持された部品である保持部品の撮像可能領域であるライン状の撮像対象領域を撮像する複数のライン状領域撮像部を備え、
   前記複数のライン状領域撮像部の長手方向に交差する方向である第一方向に移動する前記保持部品の、前記第一方向における位置を検出する位置検出ステップと、
   前記撮像対象領域に、前記第一方向の位置に応じて輝度が変化し、かつ前記第一方向と交差する方向である第二方向に沿って輝度が一様な輝度分布を有する光である輝度変化光を照射する照射ステップと、
   前記位置検出ステップにおける検出結果に基づいて、前記保持部品が各ライン状領域撮像部により撮像可能な位置に到着したタイミングで撮像指示信号を出力する撮像タイミング制御ステップと、
   各ライン状領域撮像部が、前記撮像タイミング制御部が出力する前記撮像指示信号に応答して、前記保持部品を撮像するステップと、
   位相シフト法を用いて、前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から前記保持部品の形状を認識する形状認識ステップと
   を含み、
   前記保持部品は、前記第一方向に加速しながら前記撮像対象領域を通過し、
   前記複数のライン状領域撮像部は、前記形状認識部が前記複数のライン状領域撮像部の撮像結果である前記保持部品の像から前記保持部品に照射された前記輝度変化光の輝度変化を示す波形の位相を復元することができるような間隔で配置されている
   部品形状認識方法。

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