JP4360538B2 - 電子部品実装機、焦点距離切換レンズユニット、電子部品実装機のカメラ焦点距離切換方法及び撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラの焦点距離を切り換える機能を備えた電子部品実装機、焦点距離切換レンズユニット、電子部品実装機のカメラ焦点距離切換方法及び撮像方法に関する発明である。

電子部品実装機においては、特許文献１（特許第３０６４７８１号公報）に記載されているように、電子部品を吸着する吸着ノズルと画像処理用のカメラとを一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動させるように構成し、吸着ノズルに吸着した電子部品を回路基板に実装する際に、回路基板の表面に形成された基準マークをカメラで撮像して、この基準マークを基準にして吸着ノズルの位置（Ｘ−Ｙ座標）を回路基板の所定の部品実装位置に正確に位置決めした後、吸着ノズルを下降させて電子部品を回路基板に実装するようにしている。
特許第３０６４７８１号公報（第４頁等）

ところで、電子部品実装機の基準マーク撮像用のカメラは高さ位置が固定されているため、被写体の高さが異なると、カメラと被写体との間の距離が変化して、カメラの焦点が被写体に合わなくなってくる。従って、高さの異なる被写体を同じカメラで撮像する場合には、被写体の高さに合わせてカメラの焦点距離を切り換える必要がある。

しかし、電子部品実装機の基準マーク撮像用のカメラは、一般的に焦点距離が固定されているため、例えば、部品供給装置によって吸着ステーションに供給される電子部品を基準マーク撮像用のカメラで撮像しようとしても、基準マークとは高さの異なる電子部品に対してはカメラの焦点が合わず、撮像できない。

この対策として、吸着ステーションの電子部品を撮像するための専用のカメラを新たに設けたり、或は、カメラの光学系に自動焦点切換装置を搭載することが考えられるが、いずれの方法でも、コストアップの問題が生じたり、吸着ヘッドをＸ−Ｙ方向に高速駆動するモータの負荷が増加して、その分、モータの駆動トルクを大きくする必要があるという欠点がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、極めて簡単で安価な方法でカメラの焦点距離を切り換えることができて、高さの異なる複数の被写体を同じカメラで撮像することができ、コストアップやモータ負荷増大の問題を解決することができる電子部品実装機、焦点距離切換レンズユニット、電子部品実装機のカメラ焦点距離切換方法及び撮像方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴の１つは、電子部品を吸着する吸着ノズルと画像処理用のカメラとを一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動させるという電子部品実装機の基本的構成に着目し、吸着ノズル又は該吸着ノズルを保持するノズルホルダに、カメラの焦点距離を切り換えるためのレンズが装着されたレンズホルダ（焦点距離切換レンズユニット）を、該レンズを該カメラに対向させるように吸着保持させることで、該カメラの焦点距離を切り換えるようにしたものである。このようにすれば、予め焦点距離の異なるレンズが装着されたレンズホルダ（焦点距離切換レンズユニット）を何種類か準備し、カメラで被写体を撮像する際に、当該被写体の高さ（当該被写体とカメラとの間の距離）に応じた焦点距離に切り換えるレンズホルダ（焦点距離切換レンズユニット）を選択して吸着ノズル（又はノズルホルダ）に吸着させれば、カメラの焦点距離を当該被写体の高さに合わせて切り換えることができる。これにより、極めて簡単で安価な方法でカメラの焦点距離を切り換えて、高さの異なる複数の被写体を同じカメラで撮像することが可能となり、コストアップやモータ負荷増大の問題を解決することができる。

この場合、レンズホルダには、吸着ノズル（又はノズルホルダ）による吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正するための基準位置マークを設け、吸着ノズル（又はノズルホルダ）に前記レンズホルダを吸着させる際に、該吸着ノズル（又は該ノズルホルダ）を該レンズホルダの上方に移動させて前記カメラの視野内に前記基準位置マークを収めた状態で、該カメラで該基準位置マークを撮像して該吸着ノズル（又は該ノズルホルダ）に対する該レンズホルダの吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれ量を演算して該吸着ノズル（又は該ノズルホルダ）を前記ずれ量分だけＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向に駆動して吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正して、該吸着ノズル（又は該ノズルホルダ）を該レンズホルダの吸着位置の真上に位置させた後、該吸着ノズル（又は該ノズルホルダ）を下降させて該レンズホルダを吸着するようにすると良い。このようにすれば、吸着ノズル（又はノズルホルダ）による吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを正確に補正して、レンズの光軸をカメラの光学系の光軸に正確に一致させることができ、カメラの焦点距離を正確に切り換えることができる。

具体的には、高さの異なる第１の被写体（例えば回路基板の基準マーク）と第２の被写体（例えば電子部品）を撮像する場合は、カメラの高さ位置を第１の被写体に焦点が合うように設定して、吸着ノズル（又はノズルホルダ）にレンズホルダを吸着させない状態でカメラで第１の被写体を撮像し、第１の被写体とは高さの異なる第２の被写体を撮像する場合は、吸着ノズル（又はノズルホルダ）にレンズホルダを吸着させてレンズをカメラに対向させることで、該カメラの焦点距離を前記第２の被写体の高さに合わせて切り換え、この状態で該カメラで該第２の被写体を撮像するようにすれば良い。この場合、第１の被写体と第２の被写体の撮像順序は、いずれが先であっても良い。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。まず、図１及び図２を用いて電子部品実装機の主要部の構成を説明する。吸着ノズル１１を下向きに保持するノズルホルダ１２は、図示しないＸ軸スライド機構とＹ軸スライド機構とによってＸ軸方向とＹ軸方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動し、更に、該ノズルホルダ１２は、図示しない昇降・回転機構によって上下方向（Ｚ軸方向）に移動し、且つ、θ方向（Ｚ軸を中心とする円周方向）に回転可能に支持されている。

更に、ノズルホルダ１２を昇降可能に支持する支持フレーム１３には、画像処理用のカメラ１４が下向きに固定され、吸着ノズル１１とカメラ１４とが一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動するようになっている。このカメラ１４は、部品装着ステーションにセットされた回路基板３０表面の基準マーク（第１の被写体）を撮像するＣＣＤカメラであり、該カメラ１４の高さ位置は、回路基板３０表面の基準マークに焦点が合うように設定されている。

その他、本実施例で使用する電子部品実装機の構成は、特許第３０６４７８１号公報に記載されたものと同じである。但し、本発明は、電子部品実装機の構成を上記公報のものに限定するものではなく、吸着ノズル１１（ノズルホルダ１２）とカメラ１４とが一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動する構成であれば、それ以外の構成が異なっても本発明を適用可能である。

次に、カメラ１４の焦点距離を切り換える焦点距離切換レンズユニット１５の構成を説明する。この焦点距離切換レンズユニット１５は、カメラ１４の焦点距離を切り換えるためのレンズ１６と、このレンズ１６が装着されたレンズホルダ１７とから構成されている。レンズホルダ１７は、吸着ノズル１１で吸着できるように、プラスチック等の比較的軽い材料で略小判形状（略長円形状）若しくは略長方形状の板状に形成され、その一端側には、図３に示すように、レンズ１６を嵌め込むための円形の開口部１８が形成されている。この円形の開口部１８は、下側に小径部１８ａ、上側に大径部１８ｂを有する段付き形状に形成され、該開口部１８内に嵌め込んだレンズ１６の周縁部を下側の小径部１８ａに載せた状態で、該小径部１８ａと略同径の開口径を有する固定リング１９（図４参照）を上側の大径部１８ｂ内に嵌め込んでねじ２０等により開口部１８の中段部に固定することで、固定リング１９と下側の小径部１８ａとの間にレンズ１６の周縁部を挟み付けてレンズ１６をレンズホルダ１７に固定するようにしている。固定リング１９とレンズ１６との間には、両者間の隙間を埋めるための円環状のスペーサ部材２１が挟み込まれている。

尚、固定リング１９をねじ２０によりレンズ１６に固定する構成では、ねじ２０の脱着によりレンズ１６を交換できる利点があるが、本発明は、この構成に限定されず、固定リング１９（レンズ１６）をレンズホルダ１７に接着又は融着等により固定するようにしても良い。

一方、レンズホルダ１７の上面のうちのレンズ１６とは反対側の部分には、吸着ノズル１１に吸着するための円形の吸着部２２（図４参照）が形成されている。この吸着部２２の表面は、吸着ノズル１１との密着性（真空漏れ防止）を確保するために平坦面に形成されている。更に、吸着ノズル１１に焦点距離切換レンズユニット１５を吸着して移動する過程で吸着ノズル１１に対して焦点距離切換レンズユニット１５がずれ動かないようにするために、吸着部２２の表面には滑り止め加工が施されている。

また、レンズホルダ１７の上面には、吸着ノズル１１による吸着位置のＸ−Ｙ方向とθ方向のずれを補正するための基準位置マーク２３が設けられている。本実施例では、２個の基準位置マーク２３によってＸ−Ｙ方向とθ方向のずれを認識するようになっている。一般に、基準位置マーク２３が２個あれば、いずれの位置にあってもＸ−Ｙ方向とθ方向のずれを演算できるが、本実施例では、ずれ量の演算を簡単にするために、２個の基準位置マーク２３を、レンズ１６の中心と吸着部２２の中心とを結ぶ直線上に配置している。尚、基準位置マーク２３の形状を、画像処理技術によって方向を認識可能な形状に形成すれば、基準位置マーク２３が１個のみであっても、画像処理技術によって方向を認識してθ方向のずれを演算できる。

前述したように、支持フレーム１３に下向きに固定されたカメラ１４の高さ位置は、回路基板３０表面の基準マークに焦点が合うように設定されている。このため、このカメラ１４で、回路基板３０表面の基準マークとは高さの異なる電子部品２４（第２の被写体）を撮像する場合には、吸着ノズル１１に焦点距離切換レンズユニット１５を吸着させてレンズ１６をカメラ１４に対向させることで、該カメラ１４の焦点距離を電子部品２４の高さに合わせて切り換えるようにしている。従って、レンズ１６の焦点距離は、カメラ１４と電子部品２４との間の距離に応じて設定されている。

以上のように構成された焦点距離切換レンズユニット１５は、使用しないときには、図５に示すように、支持台２５上に載置される。この支持台２５は、電子部品実装機のうちの吸着ノズル１１の移動範囲内の所定位置にボルト２８等によって固定され、該支持台２５上に載置した焦点距離切換レンズユニット１５を吸着ノズル１１で吸着できるように該支持台２５の高さ位置が設定されている。更に、本実施例では、カメラ１４を用いて、レンズホルダ１７上面の基準位置マーク２３を撮像できるようにするために、レンズホルダ１７上面の基準位置マーク２３の高さが、部品装着ステーションにセットされた回路基板３０表面の基準マークと同一の高さとなるように支持台２５の高さ位置が設定されている。この支持台２５の上面の所定位置には、２本の位置決めピン２６が上向きに設けられ、これに対応して、レンズホルダ１７の下面の２か所に形成された位置決め穴２７を支持台２５の各位置決めピン２６に嵌合することで、支持台２５上に載置する焦点距離切換レンズユニット１５を位置決めできるようになっている。

次に、部品供給装置（図示せず）によって吸着ステーションに供給される電子部品２４を吸着ノズル１１で吸着して部品装着ステーションの回路基板３０に装着するまでの工程について説明する。吸着ステーションに供給される電子部品２４を吸着ノズル１１で吸着する前に、次のようにしてカメラ１４で電子部品２４を撮像して、その画像処理によって電子部品２４の種類、位置等を確認する。

電子部品実装機の制御コンピュータ（制御手段）は、まず、吸着ノズル１１をＸ−Ｙ方向に移動させて、吸着ノズル１１を支持台２５上の焦点距離切換レンズユニット１５の上方まで移動させてカメラ１４の視野内にレンズホルダ１７上面の基準位置マーク２３を収めた状態にする。この状態で、カメラ１４で基準位置マーク２３を撮像して、その画像処理によって、吸着ノズル１１に対するレンズホルダ１７の吸着位置（吸着部２２の中心位置）のＸ−Ｙ方向とθ方向のずれ量を演算する。この後、吸着ノズル１１を前記ずれ量分だけＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向に駆動して吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正して、該吸着ノズル１１をレンズホルダ１７の吸着部２２の真上に正確に位置させた状態にする。

この後、吸着ノズル１１を下降させて該吸着ノズル１１で焦点距離切換レンズユニット１５を吸着して、吸着ノズル１１を焦点距離切換レンズユニット１５と一体的に所定位置まで上昇させる。これにより、焦点距離切換レンズユニット１５のレンズ１６をカメラ１４に対して予め設定された距離だけ離して対向させることで、該カメラ１４の焦点距離を電子部品２４の高さに合わせて切り換える。この状態で、カメラ１４と焦点距離切換レンズユニット１５とを一体的に吸着ステーションの電子部品２４の上方に移動させて、該カメラ１４で電子部品２４を撮像して、その画像処理によって電子部品２４の種類、位置等を確認する。

この後、吸着ノズル１１と焦点距離切換レンズユニット１５とを一体的に支持台２５の上方に戻して焦点距離切換レンズユニット１５を支持台２５上に戻した後、吸着ノズル１１を吸着ステーションの電子部品２４の上方に移動させて、該吸着ノズル１１で電子部品２４を吸着する。

この際、電子部品２４を吸着する吸着ノズル１１は、電子部品２４のサイズにより適宜変更される。つまり、ノズル径の異なる複数本の吸着ノズルの中から、電子部品２４のサイズに合ったノズル径の吸着ノズルが選択され、その吸着ノズルで電子部品２４が吸着される。従って、焦点距離切換レンズユニット１５を吸着した吸着ノズル１１で電子部品２４を吸着しない場合があり、その場合は、一方の吸着ノズル１１で焦点距離切換レンズユニット１５を吸着した状態を維持しながら、他方の吸着ノズルで電子部品２４を吸着するようにしても良い。

この後は、吸着ノズル１１に電子部品２４を吸着した状態で、従来と同様の方法で、部品装着ステーションの回路基板３０の基準マークをカメラ１４で撮像して、この基準マークを基準にして吸着ノズル１１の位置（Ｘ−Ｙ座標）を回路基板３０の所定の部品実装位置に正確に位置決めした後、吸着ノズル１１を下降させて電子部品２４を回路基板３０に実装する。

以上説明した本実施例では、電子部品２４を吸着する吸着ノズル１１とカメラ１４とを一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動させるという電子部品実装機の基本的構成に着目し、吸着ノズル１１に、カメラ１４の焦点距離を切り換えるためのレンズ１６が装着されたレンズホルダ１７（焦点距離切換レンズユニット１５）を、該レンズ１６を該カメラ１４に対向させるように吸着保持させることで、該カメラ１４の焦点距離を切り換えるようにしたものである。この構成では、予め焦点距離の異なるレンズ１６が装着されたレンズホルダ１７（焦点距離切換レンズユニット１５）を何種類か準備し、カメラ１４で電子部品２４を撮像する際に、当該電子部品２４の高さ（当該電子部品２４とカメラ１４との間の距離）に応じた焦点距離に切り換えるレンズホルダ１７（焦点距離切換レンズユニット１５）を選択して吸着ノズル１１に吸着させれば、カメラ１４の焦点距離を当該電子部品２４の高さに合わせて切り換えることができる。これにより、極めて簡単で安価な方法でカメラ１４の焦点距離を切り換えて、高さの異なる複数の被写体（回路基板３０の基準マークと電子部品２４）を同じカメラ１４で撮像することが可能となり、コストアップやモータ負荷増大の問題を解決することができる。

しかも、本実施例では、レンズホルダ１７に、吸着ノズル１１による吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正するための基準位置マーク２３を設け、吸着ノズル１１にレンズホルダ１７を吸着させる際に、吸着ノズル１１をレンズホルダ１７の上方に移動させて、カメラ１４の視野内に基準位置マーク２３を収めた状態で、該カメラ１４で該基準位置マーク２３を撮像して、吸着ノズル１１に対するレンズホルダ１７の吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれ量を演算して、吸着ノズル１１を前記ずれ量分だけＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向に駆動して吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正するようにしている。このため、吸着ノズル１１による吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを正確に補正することができて、レンズ１６の光軸をカメラ１４の光学系の光軸に正確に一致させることができ、カメラ１４の焦点距離を正確に切り換えることができる。

尚、本実施例では、吸着ノズル１１に焦点距離切換レンズユニット１５を吸着させるようにしたが、ノズルホルダ１２から吸着ノズル１１を取り外して、ノズルホルダ１２に焦点距離切換レンズユニット１５を吸着させるようにしても良い。

また、レンズホルダ１７に装着するレンズ１６は、凸レンズに限定されず、凹レンズを装着して、カメラ１４の焦点距離を回路基板３０の基準マークよりも低い位置に合わせるようにしても良い。

また、本実施例では、吸着ノズル１１に焦点距離切換レンズユニット１５を吸着した状態で、カメラ１４で吸着ステーションの電子部品２４を撮像するようにしたが、回路基板３０に実装された電子部品２４を撮像するようにしても良く、要は、カメラ１４で電子部品２４等の被写体を撮像する際に、当該被写体の高さ（当該被写体とカメラ１４との間の距離）に応じた焦点距離に切り換える焦点距離切換レンズユニット１５を選択して吸着ノズル１１（又はノズルホルダ１２）に吸着させて、カメラ１４の焦点距離を当該被写体の高さに合わせて切り換えるようにすれば良い。

本発明の一実施例において、吸着ノズルに焦点距離切換レンズユニットを吸着させた状態でカメラで電子部品を撮像する様子を示す正面図である。 吸着ノズルに焦点距離切換レンズユニットを吸着させない状態でカメラで回路基板の基準マークを撮像する様子を示す正面図である。 焦点距離切換レンズユニットの縦断面図である。 焦点距離切換レンズユニットの平面図である。 焦点距離切換レンズユニットを載置する支持台の正面図である。

符号の説明

１１…吸着ノズル、１２…ノズルホルダ、１３…支持フレーム、１４…カメラ、１５…焦点距離切換レンズユニット、１６…レンズ、１７…レンズホルダ、２２…吸着部、２３…基準位置マーク、２４…電子部品（第２の被写体）、２５…支持台、２６…位置決めピン、２７…位置決め穴、３０…回路基板（第１の被写体）

Claims (4)

1. 電子部品を吸着する吸着ノズルと画像処理用のカメラとを一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動させる電子部品実装機において、
   前記吸着ノズル又は該吸着ノズルを保持するノズルホルダに、前記カメラの焦点距離を切り換えるためのレンズが装着されたレンズホルダを、該レンズを該カメラに対向させるように吸着保持させることで、該カメラの焦点距離を切り換えるように構成され、
   前記レンズホルダには、前記吸着ノズル又は前記ノズルホルダによる吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正するための基準位置マークが設けられ、
   前記吸着ノズル又は前記ノズルホルダに前記レンズホルダを吸着させる動作を制御する制御手段は、該吸着ノズル又は該ノズルホルダを該レンズホルダの上方に移動させて前記カメラの視野内に前記基準位置マークを収めた状態で、該カメラで該基準位置マークを撮像して該吸着ノズル又は該ノズルホルダに対する該レンズホルダの吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれ量を演算して該吸着ノズル又は該ノズルホルダを前記ずれ量分だけＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向に駆動して吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正して、該吸着ノズル又は該ノズルホルダを該レンズホルダの吸着位置の真上に位置させた後、該吸着ノズル又は該ノズルホルダを下降させて該レンズホルダを吸着することを特徴とする電子部品実装機。
2. 電子部品を吸着する吸着ノズルと画像処理用のカメラとを一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動させる電子部品実装機における前記吸着ノズル又は該吸着ノズルを保持するノズルホルダに吸着させて使用するものであって、
   前記カメラの焦点距離を切り換えるためのレンズと、このレンズが装着されたレンズホルダとからなり、
   前記レンズホルダには、前記吸着ノズル又は前記ノズルホルダによる吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正するための基準位置マークが設けられていることを特徴とする焦点距離切換レンズユニット。
3. 電子部品を吸着する吸着ノズルと画像処理用のカメラとを一定の位置関係でＸ−Ｙ方向に一体的に移動させる電子部品実装機における前記カメラの焦点距離を切り換える方法において、
   前記吸着ノズル又は該吸着ノズルを保持するノズルホルダに、前記カメラの焦点距離を切り換えるためのレンズが装着されたレンズホルダを、該レンズを該カメラに対向させるように吸着保持させることで、該カメラの焦点距離を切り換え、
   前記レンズホルダには、前記吸着ノズル又は前記ノズルホルダによる吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正するための基準位置マークを設け、
   前記吸着ノズル又は前記ノズルホルダを前記レンズホルダの上方に移動させて前記カメラの視野内に前記基準位置マークを収めた状態で、該カメラで該基準位置マークを撮像して該吸着ノズル又は該ノズルホルダに対する該レンズホルダの吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれ量を演算して該吸着ノズル又は該ノズルホルダを前記ずれ量分だけＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向に駆動して吸着位置のＸ−Ｙ方向及び／又はθ方向のずれを補正して、該吸着ノズル又は該ノズルホルダを該レンズホルダの吸着位置の真上に位置させた後、該吸着ノズル又は該ノズルホルダを下降させて該レンズホルダを吸着することを特徴とする電子部品実装機のカメラ焦点距離切換方法。
4. 請求項１に記載の電子部品実装機のカメラを用いて高さの異なる被写体を撮像する方法において、
   前記カメラの高さ位置を第１の被写体に焦点が合うように設定して、前記吸着ノズル又は前記ノズルホルダに前記レンズホルダを吸着させない状態で前記カメラで前記第１の被写体を撮像し、
   前記第１の被写体とは高さの異なる第２の被写体を撮像する場合には、前記吸着ノズル又は前記ノズルホルダに前記レンズホルダを吸着させて前記レンズを前記カメラに対向させることで、該カメラの焦点距離を前記第２の被写体の高さに合わせて切り換え、この状態で該カメラで該第２の被写体を撮像することを特徴とする電子部品実装機の撮像方法。
   

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