JP6190229B2 - 部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品実装装置に関し、特に、電子部品を保持して基板に実装する部品実装装置に関する。

近年、部品実装装置、その中でも特に電子部品を基板（配線基板）に搭載する部品実装装置では、小型の電子機器内に基板を実装するため、基板の小型化が図られており、そして基板の小型化に伴って、高密度実装と、実装部品の微小化への対応とが要求されている。

そのため、このような部品実装装置では、微小部品を高密度に基板搭載するための実装精度の向上が必要である。

部品実装装置は、一般的に作業空間内の任意の位置に移動可能な部品実装部を備え、自身の作業空間内に実装対象である基板（被実装部材）を配置する。

なお、部品実装装置は、部品供給部から供給される複数の部品を、部品実装部によって保持し、部品実装部は、複数の部品を保持した状態で基板まで移動し、そして、基板に部品を搭載する。

このとき、部品実装装置の部品の実装精度は、主に部品実装部の機構系の構成と、駆動系の構成、および、駆動方法によって保障される。

部品実装装置の一般的な部品供給の方法、例えばテープリールによる電子部品の供給方法では、供給時の部品の位置や姿勢を一定にすることが容易ではなく、部品実装部が部品を保持する毎に、保持された部品の位置や姿勢にばらつきが発生する。

そこで、部品実装装置の本体に上向きのカメラを設置し、部品実装部が部品を保持してから部品を基板に搭載するまでの間に、そのカメラ上を通過させ、カメラで部品保持部の保持部分を撮像することにより、保持された部品の位置ずれを認識する方法が考案されている。

この方法の場合、保持された部品は、カメラを通過した瞬間でしか認識できず、その後の基板上への実装までの動作で発生した部品の位置ずれや、姿勢の変化に対応させることができない。

また、部品実装装置の生産性能を確保するためには、部品実装部が通過した際の１回の撮像で、保持される全ての部品を撮像し、位置ずれを認識する必要がある。

そのため、上術の方法では、微小部品の認識おいて、カメラの高解像度化が必須となり、その結果、技術面、コスト面を鑑みると部品実装装置への適用は困難である。

これらの新たな問題を解消するため、例えば、従来技術として、特許文献１に記載の技術が開示されている。

特許文献１に記載の技術では、基板に搭載された部品の搭載状態をできる限り早期に検査、確認するために、部品を基板に装着する装着ヘッドにカメラを取り付け、部品実装後に装着ヘッドを駆動させることなく部品の搭載ずれ等を確認する。

特開２００７−２１４４６０号公報

ところが、上記特許文献１に記載の技術は、部品実装部により保持した部品の位置や姿勢の再現性が低い環境下で、そのばらつきが大きい場合、もしくは、高い実装精度が要求される場合、基板の搭載位置の補正が容易ではない。

また、上記特許文献１に記載の技術では、部品の搭載位置の補正は、次回（２回目）以降の部品搭載時に適用されるため、部品実装部に保持された部品の位置ずれを即座に補正することが困難である。

本発明の目的は、部品実装装置において、高い実装精度で部品の実装を行うことを可能にする技術を提供することにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本発明に係る部品実装装置は、部品を保持する保持部と、上記保持部の先端部に対して水平方向に沿った方向に設けられた第１の撮像部と、上記第１の撮像部より上記保持部の基端部方向である第１方向またはその反対方向である第２方向に設けられ、かつ上記部品に対して光軸を傾けて上記部品を撮像する第２の撮像部と、を有している。さらに、上記部品実装装置は、上記第１および上記第２の撮像部が撮像した画像を用いて、上記保持部により保持された上記部品の直交座標系の位置ずれと回転系の位置ずれとを認識する処理部を有し、上記処理部の認識結果に基づいて、上記保持部により保持された上記部品の上記直交座標系と上記回転系の位置を補正して上記部品を上記被実装部材に実装する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

部品実装装置において、保持部により保持される部品の位置と姿勢を高精度に認識することができ、生産性を損なわずに部品実装装置の実装精度を向上させることができる。

本発明の実施形態１の部品実装装置の構造の一例を示す平面図である。 図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した構造を示す断面図である。 図１に示す部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図である。 図１に示す部品実装装置の制御系の構造の一例を示す構成図である。 図１に示す部品実装装置における実装動作の１サイクルの一例を示すフロー図である。 図１に示す部品実装装置の本体カメラの撮像画像の一例を示す画像図である。 図１に示す部品実装装置において部品が水平に保持された場合の各カメラの撮像画像の一例を示す図であり、（ａ）は第１のカメラ、（ｂ）は第２のカメラの画像図である。 図１に示す部品実装装置において部品が斜めに保持された場合の各カメラの撮像画像の一例を示す図であり、（ａ）は第１のカメラ、（ｂ）は第２のカメラの画像図である。 本発明の実施形態２の部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図である。 （ａ), (ｂ）は図９に示す部品実装部の第１のカメラと第２のカメラによる認識処理と位置補正の一例を示す画像図である。 本発明の実施形態３の部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図である。 本発明の実施形態４の部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図である。 図１２に示す部品実装装置のカメラ駆動機構の構成の一例を示す部分斜視図である。

以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。

以下、本発明の実施の形態（以降、実施形態ともいう）を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

なお、以下の実施形態では、部品の一例として電子部品を取り上げ、かつ上記電子部品を実装する被実装部材の一例として基板（プリント基板、配線基板）を取り上げ、したがって、部品を基板に実装する部品実装装置を取り上げて説明する。

また、各実施形態（各図面）において、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの方向は、水平方向と平行な方向であり、ＸＹ軸系という場合は、水平方向に平行な平面におけるＸ軸系とＹ軸系とを表している。さらに、水平方向のθ回転系という場合は、水平方向に平行な平面における回転系を表している。なお、Ｘ軸とＹ軸の関係は、お互いが入れ替わってもよい。

また、各実施形態（各図面）において、Ｚ軸の方向は、垂直方向であり、Ｚ軸系という場合は、垂直方向に平行な平面におけるＸ軸系を表している。

＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態１の部品実装装置の構造の一例を示す平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線に沿って切断した構造を示す断面図、図３は図１に示す部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図である。

図１に示す本実施形態１の部品実装装置の構成について説明する。上記部品実装装置の本体１００は、図３に示す部品３２０を供給する部品供給部１１２と、本体１００に接続され、かつＹ軸方向に移動可能なビーム部１１０と、ビーム部１１０に搭載され、かつビーム部上をＸ軸方向に移動可能な部品実装部１１１とを有している。

なお、Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向に沿った平面上の直交座標系を形成するものである。

また、部品実装部１１１には、図３に示すように、部品（電子部品）３２０を保持し、かつ保持された部品３２０をその実装対象部材である図１に示す基板（プリント基板、配線基板）１０１に搭載するノズル（保持部）３００が設けられている。ノズル３００は、例えば、真空吸着によって部品３２０を吸着保持する。

すなわち、部品実装部１１１には、Ｚ軸方向に昇降自在なノズル３００が設けられており、さらにノズル３００は、その先端部３００ａの先端面３００ｂに部品３２０を吸着保持する機能を有している。なお、Ｚ軸は、垂直方向の座標軸であり、部品実装装置では、ノズル３００が昇降動作を行う方向である。ここでは、Ｚ軸の一方の方向である第１方向を上方とし、Ｚ軸における第１方向と反対の方向である第２方向を下方としている。

また、図２に示すように、本体１００には、通過する部品実装部１１１を真下から撮像する本体カメラ１１３と、基板１０１をＸ軸方向に搬送する基板搬送部１１４とが設けられている。基板搬送部１１４は、部品実装部１１１が部品３２０を搭載可能な場所に対応させて基板１０１を位置決めする。

これにより、部品供給部１１２に設けられたノズル３００によって、部品３２０を吸着保持して部品供給部１１２から取り出し、ノズル３００によって部品３２０を吸着保持した状態で基板搬送部１１４に載置された基板１０１の所定箇所上に部品３２０を搬送する。そして、ノズル３００を下降させて基板１０１の上記所定箇所に部品３２０を実装する。この時、部品実装部１１１の移動は、図１に示すように、ビーム部１１０がＹ軸方向に移動すること、およびビーム部１１０上に搭載された部品実装部１１１がＸ軸方向に移動することで行われる。

なお、上記所定箇所とは、基板１０１における部品３２０を搭載すべき端子のことである。

また、部品実装部１１１が移動する際、本体カメラ１１３の上を通過させることで、移動中の部品実装部１１１をその下方から本体カメラ１１３によって撮像する。これにより、移動中の部品実装部１１１を認識することができ、移動時の部品実装部１１１自身の位置を補正することができる。

また、図２に示すように、本体１００は、その内部に部品３２０の実装動作を制御する制御部（処理部）２００が設けられている。

そして、本体１００において、ビーム部１１０と部品実装部１１１は、基板１０１と、部品供給部１１２と、本体カメラ１１３とよりも高い位置（上方の位置）に配置され、Ｚ軸上で干渉しない位置に配置されている。

したがって、部品実装部１１１は、部品実装装置のＸ軸とＹ軸からなる作業平面上（直交座標系が形成された平面上）において任意の位置に移動することができる。そして、所定箇所に移動した部品実装部１１１は、この部品実装部１１１に設けられた、部品３２０を保持したノズル３００をＺ軸方向に上下動（昇降）させることで、基板１０１に部品３２０を実装する。

なお、図１および図２に示すように、部品実装装置には、本体１００のＹ軸方向において、基板搬送部１１４の左右両側に、部品供給部１１２と、ビーム部１１０と、部品実装部１１１と、本体カメラ１１３とがそれぞれ１つずつ設けられている。したがって、基板搬送部１１４の左右両側から交互に基板１０１に対して部品実装処理を行うことができ、その結果、上記部品実装処理を効率良く行うことができる。

次に、図３に示す部品実装部１１１の構成について説明する。

部品実装装置の部品実装部１１１は、図３に示すように、Ｚ軸方向に沿って昇降が可能なように設けられたノズル３００と、ノズル３００を部品実装部１１１の中心軸まわりに回転させるノズル回転機構３０１とを有している。さらに、部品実装部１１１には、本体カメラ１１３によって部品実装部１１１の位置を下方から認識するための基準マーク３０２が形成されている。なお、ノズル３００は、真空吸着等によって部品３２０を保持するものである。

また、部品実装部１１１には、ノズル３００の先端部３００ａに対して水平方向に沿った方向に配置され、ノズル３００により保持された部品３２０を撮像する第１のカメラ（第１の撮像部）３１０が設けられている。さらに、第１のカメラ３１０よりノズル３００の基端部３００ｃの方向である上方（第１方向）３４０に配置され、ノズル３００により保持された部品３２０に対して光軸３１１ａを傾けて部品３２０を撮像する第２のカメラ（第２の撮像部）３１１が設けられている。

詳細には、第１のカメラ３１０は、その光軸３１０ａの中心がノズル３００の先端部３００ａの先端面３００ｂ付近を通り、ノズル３００を横から撮像するものである。したがって、第１のカメラ３１０は、ノズル３００の先端部３００ａの先端面３００ｂに対して水平方向に設けられていることが好ましい。

第１のカメラ３１０は、ノズル３００の先端面３００ｂに対して水平方向の位置に設けられていることにより、ノズル３００に保持された部品３２０を真横から撮像することができ、Ｚ軸方向のずれ量の補正を行わなくて済む。その結果、位置ずれの補正を容易に行うことができる。

また、第２のカメラ３１１は、第１のカメラ３１０よりも上方３４０の位置に配置され、光軸３１１ａの中心が、ノズル３００の先端部３００ａの先端面３００ｂ付近を通るように設けられている。つまり、ノズル３００によって保持された部品３２０を、第１のカメラ３１０より上方３４０の位置（斜め上）から光軸３１１ａが傾くように撮像する。言い換えると、第２のカメラ３１１は、ノズル３００によって保持された部品３２０をその斜め上方３４０から俯瞰で撮像するものである。

なお、第２のカメラ３１１の水平面内の基準線３６０に対する光軸３１１ａの角度を第２のカメラ取付角度３３０とする。

ここで、本実施形態１の部品実装装置では、部品実装部１１１のノズル３００は、１つの部品実装部１１１に対して複数搭載されていてもよく、さらに、中心軸まわりに回転する構成としてもよい。

次に、部品実装装置の図２に示す制御部（処理部）２００について説明する。

制御部２００では、第１のカメラ３１０および第２のカメラ３１１が撮像した画像を用いて、ノズル３００により保持された部品３２０の、水平面上のＸＹ軸系（直交座標系）の位置ずれと、上記水平面上の回転系の位置ずれとを認識する処理を行う。

すなわち、ノズル３００により保持された部品３２０を第２のカメラ３１１によって斜め上方３４０から俯瞰（あおり）で撮像することで、部品３２０のＸＹ軸系の位置ずれだけでなく、水平面上の回転系の位置ずれも認識することができる。

したがって、本実施形態１の部品実装装置は、制御部２００の認識結果に基づいて、ノズル３００により保持された部品３２０のＸＹ軸系と回転系の位置を制御部２００によって補正してから部品３２０を基板１０１に実装するものである。つまり、部品３２０を基板１０１に搭載する直前に部品３２０のＸＹ軸系と回転系の位置を制御部２００によって認識・位置補正し、その後、基板１０１に部品３２０を搭載する。

次に、部品実装装置における制御系について説明する。

図４は図１に示す部品実装装置の制御系の構造の一例を示す構成図である。

部品実装装置の制御部２００は、部品実装装置の生産動作を制御するシーケンス処理部４１０と、カメラによって撮像した画像の処理を行う画像処理部４１１と、各駆動部の制御処理を行う制御処理部４１２と、から構成されている。

ここで、画像処理部４１１は、部品実装部１１１に搭載される全てのカメラと接続されている。本実施形態１では、画像処理部４１１は、第１のカメラ３１０と、第２のカメラ３１１とに接続されている。そして、後述の方法により、部品実装部１１１のノズル３００に対する部品３２０のＸＹ軸系の平面上の位置のずれ量や、部品３２０のＺ軸まわりの回転角度を算出し、出力する。

さらに、画像処理部４１１は、本体１００に搭載される全ての本体カメラ１１３とも接続されており、部品実装部１１１のＸＹ軸系の平面上の位置のずれ量を算出し、出力する。

一方、制御処理部４１２は、ＸＹ駆動部４００と、Ｚθ（Ｚ軸方向と回転）駆動部４０１と、シーケンス処理部４１０と、画像処理部４１１とに接続されている。そして、部品実装装置の動作における部品実装部１１１のＸＹ方向の位置決め制御と、ノズル３００のＺθ方向の位置決め制御とを行う。

なお、ＸＹ駆動部４００は、部品実装部１１１を移動させるために、ビーム部１１０をＹ軸方向に駆動させ、かつ部品実装部１１１をＸ軸方向に駆動させるものである。さらに、Ｚθ駆動部４０１は、部品実装部１１１に搭載され、かつノズル３００をＺ軸方向もしくは部品実装部１１１の中心軸まわりの回転方向（θ方向）に駆動させるものである。

また、制御処理部４１２には、画像処理部４１１から出力される部品実装部１１１のノズル３００に対する部品３２０のＸＹ軸系の平面上の位置のずれ量と、部品実装部１１１のＸＹ軸系の平面上の位置のずれ量とが入力される。そして、後述の方法により、制御処理部４１２は、部品実装部１１１を駆動させ、部品３２０の実装位置の補正を行う。

次に、図１〜図５を用いて部品実装装置における実装処理の手順について説明する。

図５は図１に示す部品実装装置における実装動作の１サイクルの一例を示すフロー図である。なお、図５において、向かって左側の破線内は、部品実装部１１１の動作を示し、向かって右側の破線内は、部品実装装置に搭載される全てのカメラ（本体カメラ１１３、第１のカメラ３１０および第２のカメラ３１１等）の認識動作を示している。

まず、部品実装装置は、部品実装部１１１を部品供給部１１２の所定位置に移動させ（Ｓ５００）、部品供給部１１２から供給される部品３２０を、ノズル３００を用いて吸着保持する（Ｓ５０１）。

この時、第１のカメラ３１０は、ノズル３００によって部品３２０を保持した後、ノズル３００と部品３２０とを水平方向から撮像し、撮像画像を画像処理部４１１に転送する。そして、画像処理部４１１によって認識処理を実施する（Ｓ５０２）。

その後、部品実装部１１１は、１つのノズル３００が搭載されている、もしくは、複数のノズル３００が搭載されていて、かつ、保持すべき部品３２０をすべて保持した場合（Ｓ５０３→Ｙｅｓ）、本体カメラ１１３の真上に移動する（Ｓ５０４）。

一方、部品実装部１１１は、複数のノズル３００が搭載されていて、保持すべき部品３２０をすべて保持していない場合（Ｓ５０３→Ｎｏ）、保持していないノズル３００に対して部品保持の動作を繰り返す。

Ｓ５０３の動作によって、部品実装部１１１が本体カメラ１１３の真上に移動した際に、本体カメラ１１３は、下方から部品実装部１１１を撮像し、撮像画像を画像処理部４１１に転送する。そして、部品実装部１１１の位置を認識する（Ｓ５０５）。

すなわち、部品３２０を搬送している時にも、部品実装部１１１の位置を認識することができ、これにより、部品実装部１１１の位置ずれを補正することができる。その結果、部品３２０を基板１０１に搭載する際の位置合わせの精度を高めることができる。

次に、部品実装部１１１は、基板１０１に移動する（Ｓ５０６）。この時、第１のカメラ３１０と第２のカメラ３１１は、部品実装部１１１における（ノズル３００によって保持された）全ての部品３２０とノズル３００とを撮像し、その撮像画像を画像処理部４１１に転送する。そして、画像処理部４１１によって認識処理を実施する（Ｓ５０７）。

部品実装部１１１は、Ｓ５０７の認識結果を基に、１つのノズル３００と、部品３２０とに対して、それぞれＸＹ軸系および回転系の平面上での位置補正を行う（Ｓ５０８）。そして、そのノズル３００をＺ軸方向に駆動させる（下降させる）ことで、ノズル３００によって保持された部品３２０を基板１０１の所定箇所に搭載する（Ｓ５０９）。

部品実装部１１１は、全ての部品３２０を基板１０１に実装した場合（Ｓ５１０→Ｙｅｓ）、１サイクル分の部品実装の動作を終了する。そうでない場合（Ｓ５１０→Ｎｏ）、部品実装部１１１の他のノズル３００に保持されている部品３２０を基板１０１に実装するために、他のノズル３００と部品３２０とに対する部品実装部１１１のＸＹ軸系の平面上の位置補正（Ｓ５０８）を行う動作に戻る。そして、Ｓ５０８以降の所定の動作を繰り返す。

以上のように、本部品実装装置では、ノズル３００により保持された部品３２０のＸＹ軸系と回転系の平面上での位置補正は、部品３２０を搬送して基板１０１の所定箇所上でノズル３００を停止させた後、部品３２０を基板１０１に搭載する前に行う。

これにより、一番目に搭載する部品３２０においても、位置ずれを補正してから基板１０１に搭載することができる。

なお、上記Ｓ５０３、Ｓ５０４の処理は、部品実装部１１１の位置決め動作の再現性が高い場合には、毎サイクルごとに処理する必要はなく、位置決め動作の再現性が部品実装装置の目標とする実装精度よりも大幅に高い場合には、この処理を省いてもよい。

次に、本実施形態１の部品実装装置に設けられた本体カメラ１１３による認識処理について説明する。

図６は図１に示す部品実装装置の本体カメラの撮像画像の一例を示す画像図である。

図６に示す本体カメラ画像６００は、部品３２０を保持した部品実装部１１１を下方から本体カメラ１１３によって撮像した際に得られる画像である。

本体カメラ画像６００には、部品実装部１１１と、ノズル３００と、部品３２０と、基準マーク３０２の下面とが撮像される。

本体カメラ画像６００を用いた認識処理では、画像処理によって基準マーク３０２の中心座標である基準座標６１０を算出する。

部品実装装置は、本体カメラ画像６００により、基準座標６１０と、本体カメラ画像６００を撮像したタイミングでＸＹ駆動部４００が取得した部品実装部１１１のＸ軸方向のエンコーダ等による位置情報と、ビーム部１１０のＹ軸方向のエンコーダ等による位置情報と、を比較する。そして、上記比較結果に基づいて、部品実装部１１１のＸＹ軸系の平面上の位置のずれ量である部品実装部誤差を算出する。その結果、移動時の部品実装部１１１の位置ずれを導き出すことができる。

次に、本実施形態１の部品実装装置による認識方法と位置補正について詳しく説明する。図７は図１に示す部品実装装置において部品が水平に保持された場合の各カメラの撮像画像の一例を示す画像図であり、（ａ）は第１のカメラ、（ｂ）は第２のカメラである。また、図８は図１に示す部品実装装置において部品が斜めに保持された場合の各カメラの撮像画像の一例を示す画像図であり、（ａ）は第１のカメラ、（ｂ）は第２のカメラである。つまり、図７と図８では、部品３２０の保持姿勢が異なっている。

また、図７および図８は、ノズル３００の先端面３００ｂより部品３２０の上面７１７が大きい場合の保持状態を示すものであり、この場合には、第２のカメラ３１１が第１のカメラ３１０より上方に設けられていることが好ましい。すなわち、第２のカメラ３１１によって斜め上方から部品３２０を撮像することで、部品３２０の上面７１７を撮像し易く、その結果、部品中心座標７２１の認識精度を高めることができる。

まず、図７（ａ）と図８（ａ）において、第１のカメラ３１０は、部品３２０を真横（水平方向）から撮像しており、部品３２０を保持した部品実装部１１１のノズル３００の先端部３００ａと、部品３２０とを撮像した画像が第１のカメラ画像７００である。

一方、図７（ｂ）と図８（ｂ）において、第２のカメラ３１１は、部品３２０を斜め上方から俯瞰（あおり）で撮像しており、部品３２０を保持した部品実装部１１１のノズル３００の先端部３００ａと、部品３２０とを撮像した画像が第２のカメラ画像７０１である。

ここで、便宜上、画像の垂直方向（Ｚ軸方向）の座標を高さと表現し、画像における上端の位置が最も高く、画像の下端の位置が最も低いものとする。

また、部品３２０において、ノズル３００と接する面を上面７１７と呼び、その反対側の面を下面７１８とする。

さらに、画像中において、部品３２０の上面７１７の辺（稜またはエッジともいう）のうち、辺を構成する全画素の平均高さが最も大きい辺を第１辺７１３とし、下面７１８の辺のうち、辺を構成する全画素の平均高さが最も小さい辺を第２辺７１４とする。

この時、部品実装装置では、図７（ａ）と図８（ａ）に示す第１のカメラ画像７００より、部品高さ７１０と、部品厚み７１１と、第１の部品角度７１２とを認識する。

ここで、部品高さ７１０は、ノズル３００の先端部３００ａ（先端面３００ｂ）からノズル３００によって保持された部品３２０の最下点Ｐまでの距離である。また、図８（ａ）に示すように、部品厚み７１１は、上面７１７の第１辺７１３と図７（ａ）の下面７１８の第２辺７１４との距離である。すなわち、部品厚み７１１は、ノズル３００により保持された部品３２０の上面７１７側の辺のうちの平均高さが最も大きい第１辺７１３から、部品３２０の下面７１８側の辺のうちの平均高さが最も小さい第２辺７１４までの距離である。

さらに、第１の部品角度７１２は、部品３２０の最下点を通る水平面の基準線７１６と、部品３２０の下面７１８の第２辺７１４とが成す角の角度である。

また、部品実装装置は、図７（ｂ）と図８（ｂ）に示す第２のカメラ画像７０１より、ノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１と、第２の部品角度７２２とを認識する。なお、ノズル中心座標７２０は、ノズル３００の先端面３００ｂの中心の座標である。また、部品中心座標７２１は、ノズル３００によって保持された部品３２０の上面７１７の対角線７１９の交点である。さらに、第２の部品角度７２２は、ノズル３００によって保持された部品３２０の最下点Ｑを通る水平面の基準線７１６と、下面７１８の第２辺７１４とが成す角の角度である。

そして、部品実装装置は、認識された画像中でのノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１と、第２のカメラ画像７０１の撮像倍率と、第２のカメラ取付角度３３０とから幾何学演算を行う。これによって、ＸＹ軸系に変換したノズル中心座標７２０と部品中心座標７２１とを算出する。

また、部品実装装置は、認識された画像中での第１の部品角度７１２と、第２の部品角度７２２と、図３に示す第２のカメラ取付角度３３０とから幾何学演算を行い、これにより、ＸＹ軸系におけるＺ軸まわり（回転系）の部品３２０の回転角度を算出する。

部品実装装置は、算出されたＸＹ軸系のノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１とから求められるノズル３００に対する部品３２０のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置の差分と、Ｚ軸まわりの部品３２０の回転角度と基板１０１の部品３２０の搭載角度との差分とを求める。そして、ＸＹ軸系の差分およびＺ軸まわりの差分を打ち消すように、部品実装部１１１をＸ軸およびＹ軸方向に駆動させ、さらに部品実装部１１１のノズル３００を回転させることで、部品搭載時の位置ずれを補正する。

この時、部品実装装置は、部品実装部１１１による誤差も打ち消すように、部品実装部１１１のＸ軸およびＹ軸方向の駆動量と、部品実装部１１１のノズル３００の回転量とを調整し、部品搭載時の位置ずれを補正することも可能である。

すなわち、部品実装装置は、第１のカメラ画像７００と第２のカメラ画像７０１を用いて、画像中におけるノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１と、第２の部品角度７２２とを算出し、さらにこれらをＸＹ軸系およびその回転系に変換して部品搭載時の位置ずれを補正する。

なお、部品実装装置は、第１のカメラ画像７００から認識された部品高さ７１０の値が、設定された一定値以上である場合、保持姿勢の異常として基板１０１に搭載せずに部品３２０を廃棄し、部品実装をリトライしてもよい。

また、部品実装装置は、第１のカメラ画像７００から認識された部品厚み７１１の値が、設定された一定値以上である場合、保持姿勢の異常として基板１０１に搭載せずに部品３２０を廃棄し、部品実装をリトライしてもよい。

さらに、部品実装装置は、第１のカメラ画像７００から認識された部品厚み７１１と、第１の部品角度７１２とを基に、部品搭載時のノズル３００のＺ軸方向の移動距離量を補正してもよい。

なお、本実施形態１の部品実装装置における最良の構成は、部品実装部１１１およびノズル３００のそれぞれがＸＹ軸系の水平面に対して垂直に取り付けられ、さらに第１のカメラ３１０がＸＹ軸系の水平面に対して平行に取り付けられる構成である。

ただし、ノズル３００の取り付けは、ＸＹ軸系の水平面に対して厳密に垂直でなくてもよく、また第１のカメラ３１０の取り付けは、ＸＹ軸系の水平面に対して厳密に平行でなくてもよい。

その場合において、最良の構成と同等の認識精度を実現するために、前述のノズル３００の取付角度の誤差と第１のカメラ３１０の取付角度の誤差とを加味して、ＸＹ軸系におけるノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１と、部品回転角度とを算出してもよい。

本実施形態１の部品実装装置によれば、第１のカメラ３１０と第２のカメラ３１１とを設けた簡素な光学系の構成において、ノズル３００により保持される部品３２０の位置と姿勢を高精度に認識することができる。

その際、第２のカメラ３１１により斜め上方から部品３２０を撮像して認識を行うことで、ノズル３００とノズル３００により保持された部品３２０との相対位置のずれを算出することができる。これにより、ノズル３００により保持された部品３２０の位置と姿勢を高精度に認識することができる。

したがって、認識されたＸＹ軸系や回転系の位置ずれを基に、基板１０１への部品３２０の搭載位置をリアルタイムに補正することができ、その結果、生産性を損なわずに部品実装装置の実装精度を向上させることができる。例えば、上記実装精度を数十μｍオーダーに高めることができる。

したがって、部品実装の精度を高精度にすることができるため、高密度な部品実装にも対応することができる。

なお、部品３２０の搬送系では、例えば、部品実装部１１１を下方からのカメラで認識して位置補正しても、基板１０１の所定箇所に搬送するまでに部品３２０の位置ずれは再び発生することが多い。

しかしながら、本実施形態１の部品実装装置では、部品３２０を基板１０１に搭載する直前に部品３２０の位置認識を行い、そして、位置補正を行ってから部品３２０を搭載するため、最初（１回目）に搭載する部品３２０の位置補正も行うことができる。

＜実施形態２＞
本実施形態２では、部品実装装置の部品実装部１１１において、第２のカメラ３１１が第１のカメラ３１０より下方（第２方向）３５０に設けられている場合を説明する。

図９は本発明の実施形態２の部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図、図１０は図９に示す部品実装部の第１のカメラと第２のカメラによる認識処理と位置補正の一例を示す図であり、（ａ）は第１のカメラ、（ｂ）は第１のカメラの画像図である。

本実施形態２の部品実装装置の部品実装部１１１は、実施形態１の部品実装部１１１と同様に、ノズル３００と、ノズル回転機構３０１と、基準マーク３０２と、第１のカメラ３１０と、第２のカメラ３１１とを有している。なお、本実施形態２の部品実装部１１１では、第２のカメラ３１１が、ノズル３００により保持された部品３２０を下方３５０の位置から光軸３１１ａを傾けて撮像するように設けられている。

すなわち、第２のカメラ３１１は、第１のカメラ３１０より下方３５０に設けられ、これにより、ノズル３００により保持された部品３２０を、斜め下方からの俯瞰であるあおりで撮像する。その際、第２のカメラ３１１の光軸３１１ａの中心はノズル３００の先端部３００ａの先端面３００ｂ付近を通る。なお、第１のカメラ３１０は、実施形態１と同様に部品３２０を真横から撮像するように設けられている。

なお、第２のカメラ３１１の、水平面の基準線３６０に対する光軸３１１ａの角度を第２のカメラ取付角度３３０とする。

また、ノズル３００は、第１実施形態と同様に１つの部品実装部１１１に対して複数搭載されていてもよい。

さらに、ノズル３００は、中心軸まわりに回転する構成としてもよい。

次に、図１０を用いて本実施形態２の部品実装装置の第１のカメラ３１０と第２のカメラ３１１による認識の詳細について説明する。

なお、図１０は、ノズル３００の先端面３００ｂより部品３２０の上面７１７が小さい場合の保持状態を示すものであり、この場合には、第２のカメラ３１１が第１のカメラ３１０より下方に設けられていることが好ましい。すなわち、第２のカメラ３１１によって斜め下方から部品３２０を撮像することで、部品３２０の下面７１８を撮像し易く、その結果、部品中心座標７２１の認識精度を高めることができる。

本実施形態２の部品実装装置は、第１実施形態と同様に、図１０（ａ）に示す第１のカメラ画像７００より、部品高さ７１０と、部品厚み７１１と、第１の部品角度７１２とを認識する。

また、第１のカメラ３１０より下方３５０に設けられた第２のカメラ３１１は、部品３２０を保持した部品実装部１１１のノズル３００と、部品３２０とを斜め下方３５０から撮像し、これによって得られた画像が図１０（ｂ）に示す第２のカメラ画像９００である。

なお、部品実装装置は、第２のカメラ画像９００より、ノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１と、第２の部品角度７２２とを認識する。ここで、図１０（ｂ）に示す第２の部品角度７２２は、ノズル３００によって保持された部品３２０の最下点Ｑを通る水平面の基準線７１６と、下面７１８の第３辺７１５とが成す角の角度である。

部品実装装置は、第１実施形態と同様に、認識されたノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１と、第２のカメラ画像９００の撮像倍率と、第２のカメラ取付角度３３０とから幾何学演算を行う。これにより、ＸＹ軸系におけるノズル中心座標７２０と部品中心座標７２１とを算出する。

また、部品実装装置は、認識された第１の部品角度７１２と、第２の部品角度７２２と、第２のカメラ取付角度３３０とから幾何学演算を行う。これにより、装置のＸＹ軸系のＺ軸まわり（回転系）の部品回転角度を算出する。

部品実装装置は、第１実施形態と同様に、算出されたＸＹ軸系のノズル中心座標７２０と、部品中心座標７２１とからノズル３００に対する部品３２０のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置の差分を算出する。さらに、Ｚ軸まわりの部品回転角度と基板１０１の部品の搭載角度との差分を算出し、これらの差分を打ち消すように、部品実装部１１１をＸＹ軸系に駆動させる。そして、部品実装部１１１のノズル３００を回転させることで、部品搭載時の位置ずれを補正する。

なお、本実施形態２のように、ノズル３００の先端面３００ｂより部品３２０の上面７１７が小さい場合、第２のカメラ３１１によって斜め下方から部品３２０を撮像することで、ノズル３００によって保持された部品３２０の部品中心座標７２１の認識精度を高めることができる。

本実施形態２の部品実装装置によって得られるその他の効果については、実施形態１のものと同様であるため、その重複説明は省略する。

＜実施形態３＞
図１１は本発明の実施形態３の部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図である。

本実施形態３の部品実装装置は、その部品実装部１１１において、第１のカメラ３１０の上方３４０に第２のカメラ３１１が設けられ、さらに第１のカメラ３１０の下方３５０に第３の撮像部である第３のカメラ８００が設けられた構造のものである。

すなわち、図１１に示す部品実装部１１１は、ノズル３００と、ノズル回転機構３０１と、基準マーク３０２と、第１のカメラ３１０と、第２のカメラ３１１と、第３のカメラ８００とを有している。

ここで、図１１に示す第２のカメラ３１１は、ノズル３００により保持された部品３２０を上方（第１方向）３４０の位置から光軸３１１ａを傾けて撮像するものである。すなわち、実施形態１の第２のカメラ３１１と同様のものであり、ノズル３００により保持された部品３２０を斜め上方３４０から撮像するものである。

一方、第３のカメラ８００は、実施形態２の第２のカメラ３１１と同様に、第１のカメラ３１０より下方３５０に設けられ、これにより、ノズル３００により保持された部品３２０を、斜め下方３５０から俯瞰であるあおりで撮像するものである。

なお、ノズル３００は、第１実施形態と同様に１つの部品実装部１１１に対して複数搭載されていてもよい。

さらに、ノズル３００は、中心軸まわりに回転する構成としてもよい。

この時、本実施形態３の最良の構成は、第１のカメラ３１０と、第２のカメラ３１１と、第３のカメラ８００とを用いた認識処理を、ノズル３００と、部品３２０の大きさの関係に合わせて切り替え可能な構成である。

詳細には、ノズル３００によって保持された部品３２０の位置ずれの認識を、第１のカメラ３１０および第２のカメラ３１１のそれぞれの撮像画像を用いて行うか、または第１のカメラ３１０および第３のカメラ８００のそれぞれの撮像画像を用いて実行するかを、ノズル３００の先端面３００ｂと部品３２０との大きさの関係に応じて切り替える。

すなわち、図７および図８に示すノズル３００の先端面３００ｂが、部品３２０の上面７１７よりも小さく、第２のカメラ画像７０１で、ノズル３００と部品３２０との接触部分において、お互いの位置関係を撮像可能な場合、部品実装装置は、第１のカメラ画像７００と第２のカメラ画像７０１とにより、実施形態１と同様の方法で認識処理を行う。そして、その結果を用いて部品実装部１１１の部品搭載時の位置ずれを補正する。

一方、図１０に示すノズル３００の先端面３００ｂが、部品３２０の上面７１７よりも大きく、第２のカメラ画像７０１で、ノズル３００と部品３２０との接触部分において、お互いの位置関係を撮像できない場合、部品実装装置は、第１のカメラ画像７００と第２のカメラ画像９００とにより、実施形態２と同様の方法で認識処理を行う。そして、その結果を用いて部品実装部１１１の部品搭載時の位置ずれを補正する。

本実施形態３の部品実装装置によっても実施形態１の効果と同様の効果を得ることができるため、その重複説明は省略する。

＜実施形態４＞
図１２は本発明の実施形態４の部品実装装置の部品実装部の構造の一例を示す側面図である。

本実施形態４の部品実装装置の部品実装部１１１は、ノズル３００と、ノズル回転機構３０１と、基準マーク３０２と、第１のカメラ３１０とを有している。さらに、第１のカメラ３１０を上下方向（Ｚ軸方向）に駆動させることが可能なカメラ駆動機構１１００を備えている。

図１２に示す部品実装部１１１は、カメラ駆動機構１１００によって、第１のカメラ３１０を、その光軸３１０ａの中心がノズル３００の先端面３００ｂ付近を通り、かつノズル３００および部品３２０を横から撮像する水平状態から、上方３４０または下方３５０に移動させることが可能な構造になっている。

これにより、ノズル３００によって保持された部品３２０を、水平方向からの撮像に加えて、さらに光軸３１１ａ，８００ａの中心がノズル３００の先端付近を通るように、俯瞰（あおり）で撮像することもでき、これらを切り替えて撮像することが可能である。

なお、ノズル３００は、実施形態１と同様に１つの部品実装部１１１に対して複数搭載されていてもよい。

さらに、ノズル３００は、中心軸まわりに回転する構成としてもよい。

本実施形態４の部品実装装置は、部品実装部１１１の第１のカメラ３１０を、カメラ駆動機構１１００を用いて上下に駆動させることによって、実施形態３の第２のカメラ３１１と第３のカメラ８００とによる撮像および認識を実施することができる。

したがって、本実施形態４の最良の構成は、第１のカメラ３１０を駆動させることで、他の実施形態と同様の第１のカメラ３１０と、第２のカメラ３１１と、第３のカメラ８００とを用いた認識処理を実施することができる。

さらに、本実施形態４の部品実装装置は、第１のカメラ３１０を駆動させることで、実施形態３と同様に、ノズル３００と部品３２０の大きさの関係に合わせて、認識処理に用いる撮像画像を切り替え可能な構成である。

図１３は図１２に示す部品実装装置のカメラ駆動機構の構成の一例を示す部分斜視図である。

図１３に示すカメラ駆動機構１１００は、第１のカメラ３１０と接続され、かつ第１のカメラ３１０を上下に駆動させるためのリンク機構１２００が設けられている。さらに、カメラ駆動機構１１００には、リンク機構１２００と接続され、かつリンク機構１２００により駆動される第１のカメラ３１０を、水平面に対して所定の角度に止めるために、部品実装部１１１に設けたストッパー部１２０３（図１２参照）に押し当てるための押し当て部材１２０１が設けられている。

また、カメラ駆動機構１１００には、リンク機構１２００と接続され、かつリンク機構１２００を回転駆動させる駆動軸１２０２が設けられている。

本構成のカメラ駆動機構１１００は、駆動軸１２０２を制御することにより、第１のカメラ３１０で、実施形態３における第２のカメラ３１１と第３のカメラ８００の画像撮像を実現することができる。

また、図１３に示すカメラ駆動機構１１００を、図１２に示す部品実装部１１１に適用することも可能である。例えば、図１２の部品実装部１１１に形成されたスリット１２０４に図１３の押し当て部材１２０１をはめ込み、このスリット１２０４を案内としてスリット１２０４内で押し当て部材１２０１が往復移動するように駆動させることで、第１のカメラ３１０を上下動させることができる。その際、押し当て部材１２０１をストッパー部１２０３に押し当てることで第１のカメラ３１０を位置決めすることができる。

本実施形態４の部品実装装置によっても実施形態１の効果と同様の効果を得ることができるため、その重複説明は省略する。

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。

なお、部品実装部１１１に設けられた複数のノズル３００は、一列に並んで設けられていてもよい。また、複数のノズル３００の先端面３００ｂの大きさは、１種類であってもよいし、複数種類であってもよい。

さらに、部品３２０の位置を認識する処理部と、部品３２０の位置を補正する処理部とは、１つの制御部に設けられていてもよいし、または、異なった別々の制御部に設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、部品が電子部品、被実装部材が基板の場合を説明したが、上記部品は電子部品以外の部品であってもよく、また上記被実装部材も基板以外の被実装部材であってもよい。例えば、マウント装置等を用いて、電子部品以外の部品を、基板以外の被実装部材に搭載（マウント）する場合等に、本発明を適用することも可能である。

１００ 本体
１０１ 基板（被実装部材）
１１０ ビーム部
１１１ 部品実装部
１１２ 部品供給部
１１３ 本体カメラ
１１４ 基板搬送部
２００ 制御部（処理部）
３００ ノズル（保持部）
３００ａ 先端部
３００ｂ 先端面
３００ｃ 基端部
３０１ ノズル回転機構
３０２ 基準マーク
３１０ 第１のカメラ（第１の撮像部）
３１０ａ 光軸
３１１ 第２のカメラ（第２の撮像部）
３１１ａ 光軸
３２０ 部品
３３０ 第２のカメラ取付角度
３４０ 上方（第１方向）
３５０ 下方（第２方向）
３６０ 基準線
４００ ＸＹ駆動部
４０１ Ｚθ駆動部
４１０ シーケンス処理部
４１１ 画像処理部
４１２ 制御処理部
６００ 本体カメラ画像
６１０ 基準座標
７００ 第１のカメラ画像
７０１ 第２のカメラ画像
７１０ 部品高さ
７１１ 部品厚み
７１２ 第１の部品角度
７１３ 第１辺
７１４ 第２辺
７１５ 第３辺
７１６ 基準線
７１７ 上面
７１８ 下面
７１９ 対角線
７２０ ノズル中心座標
７２１ 部品中心座標
７２２ 第２の部品角度
８００ 第３のカメラ（第３の撮像部）
８００ａ 光軸
９００ 第２のカメラ画像
１１００ カメラ駆動機構
１２００ リンク機構
１２０１ 押し当て部材
１２０２ 駆動軸
１２０３ ストッパー部
１２０４ スリット

Claims (8)

1. 部品を保持し、かつ被実装部材に前記部品を搭載する保持部と、
   前記保持部の先端部に対して水平方向に沿った方向に設けられ、かつ前記保持部により保持された前記部品を撮像する第１の撮像部と、
   前記第１の撮像部より前記保持部の基端部方向である第１方向またはその反対方向である第２方向に設けられ、かつ前記保持部により保持された前記部品に対して光軸を傾けて前記部品を撮像する第２の撮像部と、
   前記第１および前記第２の撮像部が撮像した画像を用いて、前記保持部により保持された前記部品の前記水平方向に沿った平面上の直交座標系の位置ずれと、前記平面上の回転系の位置ずれとを認識する処理部と、
   を有し、
   前記処理部の認識結果に基づいて、前記保持部により保持された前記部品の前記直交座標系と前記回転系の位置を補正して前記部品を前記被実装部材に実装し、
   前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部より前記第１方向に設けられ、前記保持部により保持された前記部品を前記第１方向の位置から前記光軸を傾けて撮像し、
   前記第１の撮像部より前記第２方向に設けられ、かつ前記保持部により保持された前記部品を前記第２方向の位置から前記光軸を傾けて撮像する第３の撮像部を有し、
   前記部品の前記直交座標系および前記回転系の前記位置ずれの認識を、前記第１および前記第２の撮像部のそれぞれの撮像画像を用いて実行するか、もしくは、前記第１および前記第３の撮像部のそれぞれの撮像画像を用いて実行するかを、切り替える、部品実装装置。
2. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記第１の撮像部の撮像画像を用いて、
   前記保持部の前記先端部から、前記保持部により保持された前記部品の最下点までの距離である部品高さと、
   前記保持部により保持された前記部品の最下点を通る前記水平方向の基準線と、前記部品の下面側の辺のうちの所定の辺とが成す角の角度である第１の部品角度と、
   を認識し、
   前記第２の撮像部または前記第３の撮像部の撮像画像を用いて、
   前記保持部の先端面の中心である保持部中心座標と、
   前記保持部により保持された前記部品の上面の対角線の交点である部品中心座標と、
   前記保持部により保持された前記部品の最下点を通る前記水平方向の基準線と、前記部品の下面側の辺のうちの平均高さが最も小さい第３辺とが成す角の角度である第２の部品角度と、
   を認識し、
   前記保持部中心座標と前記部品中心座標とから前記部品の前記直交座標系の前記位置ずれを算出し、
   前記第１の部品角度と前記第２の部品角度とから前記部品の前記回転系の前記位置ずれを算出する、部品実装装置。
3. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記第２の撮像部は、前記第１の撮像部より前記第２方向に設けられ、前記保持部により保持された前記部品を前記第２方向の位置から前記光軸を傾けて撮像する、部品実装装置。
4. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記第１の撮像部の前記光軸の中心は前記保持部の前記先端部を通り、かつ前記第２の撮像部の前記光軸の中心は前記保持部の前記先端部を通る、部品実装装置。
5. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記第１の撮像部は、前記保持部の前記先端部に対して前記水平方向に設けられている、部品実装装置。
6. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記保持部により保持された前記部品の前記直交座標系と前記回転系の位置を補正する際に、前記保持部を備えた部品実装部の位置ずれを補正する、部品実装装置。
7. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記保持部により保持された前記部品の前記直交座標系と前記回転系の位置の補正は、前記部品を搬送して前記被実装部材の所定箇所上で前記保持部を停止させた後、前記部品を前記被実装部材に搭載する前に行う、部品実装装置。
8. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記被実装部材は、配線基板であり、かつ前記部品は、電子部品である、部品実装装置。
   

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