JP6267200B2 - 撮像装置および生産設備 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を撮像する撮像装置、および撮像装置による画像データに基づいて生産処理を制御する生産設備に関するものである。

撮像装置は、様々な分野に用いられ、例えば特許文献１には、工業分野において種々の製品の生産に用いられる生産設備である部品実装機に、部品カメラや基板カメラとして適用された構成が開示されている。この部品実装機においては、撮像装置の撮像による画像データに基づいて認識した電子部品などの状態を実装制御に反映させて、実装制御の精度の向上が図られている。ここで、部品実装機などの生産設備に適用される撮像装置は、例えば部品実装機の小型化などの要請によって、外形寸法や設置場所が制約されることがある。

そのため、撮像装置の光学系には、外形寸法を小さくするために、固定焦点レンズや可変焦点レンズ（特許文献２を参照）を採用することがある。このような構成において、撮像の対象物が複数ある場合には、撮像素子から撮像の対象物までの各距離を概ね等しくするために、または部品実装機に固定された撮像装置の視野内に各対象物を収めるために、反射板などの光学部材を用いて対象物から撮像素子までの光路が形成される。

特開２０１３−２６２７８号公報 特開２０１１−８６８４７号公報

ところで、生産設備に対する生産処理の精度向上の要請に伴い、生産処理の制御において必要とされる画像データの種類も多様となっている。そのため、光学系に固定焦点レンズを採用している場合には、撮像の対象物が互いに所定の距離以上に離れていると、光学部材を用いたとしても光路長さの調整が容易でなく、好適な画像データを得られないおそれがある。また、光学系に可変焦点レンズを採用している場合には、撮像の対象物ごとに撮像するため、撮像処理や画像処理などの負荷の増大が懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、装置全体の小型化を図りつつ、複数の対象物の撮像においても撮像処理や画像処理などの負荷を軽減することが可能な撮像装置、および撮像装置を備える生産設備を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像装置であって、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、前記撮像装置から互いに異なる距離にある複数の対象物を前記撮像装置が撮像する際に、各前記距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズにそれぞれ印加する撮像制御部と、前記撮像装置が撮像可能な撮像領域のうち前記対象物を含む一部の領域を有効領域として、前記複数の対象物ごとに予め設定された各前記有効領域を記憶する記憶部と、前記複数の対象物の撮像により取得された複数の画像データを各前記有効領域に基づいて結合して結合データを生成する画像処理部と、を備える。

このような構成によると、撮像装置は、光学系に可変焦点レンズを採用しているので、異なる距離にある複数の対象物に焦点合わせをして撮像することができる。よって、複数のレンズ間の距離を変動させる機械式と比較して装置の小型化を図ることができる。また、複数の対象物を撮像する際に、画像処理部により複数の対象物がそれぞれ含まれる有効領域に基づいて画像データが結合されるので、有効領域の外部に対する撮像処理や画像処理が不要となり、これらの処理の負荷を軽減することができる。よって、生産設備がこのような構成からなる撮像装置を備える場合には、生産設備の制御装置は、必要な複数の画像データを結合データとして取得できるので、効率的な生産処理の制御を行うことができる。

実施形態における部品実装機を示す全体図である。 部品装着ヘッドの一部を拡大した正面図である。 図２のＡ方向矢視図である。 部品実装機の制御装置と撮像装置を示すブロック図である。 基板カメラの液晶レンズの構成を示す平面図である。 液晶レンズのレンズ特性を示す図である。 複数の画像データを結合した結合データを示す図である。 部品実装機による実装処理を示すフロー図である。 図８における装着処理を示すアクティビティ図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の撮像装置および生産設備を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態において、生産設備は、回路基板に電子部品を実装して生産される回路基板製品を対象とし、この回路基板製品の生産ラインを構成する。また、本実施形態では、生産設備が部品実装機である構成を例示する。部品実装機は、例えば集積回路の製造工程において、回路基板上に複数の電子部品を装着する装置である。この回路基板は、例えばスクリーン印刷機により電子部品の装着位置にクリームハンダを塗布され、複数の部品実装機を順に搬送されて電子部品を装着される。その後に、電子部品を装着された回路基板は、リフロー炉に搬送されてハンダ付けされることにより回路基板製品として集積回路を構成する。

（部品実装機の全体構成）
部品実装機１の全体構成について、図１〜図４を参照して説明する。部品実装機１は、基板搬送装置１０と、部品供給装置２０と、部品移載装置３０と、部品カメラ６０と、ヘッドカメラ装置７０と、制御装置９０とを備えて構成される。各装置１０，２０，３０および部品カメラ６０は、部品実装機１の基台２に設けられ、制御装置９０により制御される。また、図１に示すように、部品実装機１の水平幅方向（図１の左上から右下に向かう方向）をＸ軸方向、部品実装機１の水平長手方向（図１の右上から左下に向かう方向）をＹ軸方向、鉛直高さ方向（図１の上下方向）をＺ軸方向とする。

基板搬送装置１０は、回路基板ＢをＸ軸方向に搬送するとともに、回路基板Ｂを所定位置に位置決めする。この基板搬送装置１０は、Ｙ軸方向に並設された第一搬送機構１１と第二搬送機構１２とにより構成されたダブルコンベアタイプである。第一搬送機構１１は、一対のガイドレール１１ａ，１１ｂと、図示しないコンベアベルトなどにより構成される。一対のガイドレール１１ａ，１１ｂは、基台２の上部にＸ軸方向に平行に配置され、コンベアベルトに載置されて搬送される回路基板Ｂを案内する。また、所定位置まで搬送された回路基板Ｂは、図示しないクランプ装置により基台２側から押し上げられることでクランプされる。第二搬送機構１２は、第一搬送機構１１と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。

部品供給装置２０は、回路基板Ｂに実装される電子部品を供給する装置である。部品供給装置２０は、部品実装機１のＹ軸方向の前部側（図１の左前側）に配置されている。この部品供給装置２０は、本実施形態において、複数のカセット式のフィーダ２１を用いたフィーダ方式としている。フィーダ２１は、基台２に対して着脱可能に取り付けられるフィーダ本体部２１ａとフィーダ本体部２１ａの後端側に設けられたリール収容部２１ｂとを有する。フィーダ２１は、リール収容部２１ｂにより部品包装テープが巻回された供給リール２２を保持している。

上記の部品包装テープは、電子部品が所定ピッチで収納されたキャリアテープと、このキャリアテープの上面に接着されて電子部品を覆うトップテープとにより構成される。フィーダ２１は、図示しないピッチ送り機構により供給リール２２から引き出された部品包装テープをピッチ送りする。そして、フィーダ２１は、キャリアテープからトップテープを剥離して電子部品を露出させている。これにより、フィーダ２１は、フィーダ本体部２１ａの前端側に位置する部品供給位置Ｐｓにおいて、部品移載装置３０が電子部品を吸着可能となるように電子部品の供給を行っている。

部品移載装置３０は、電子部品を部品供給位置Ｐｓから回路基板Ｂの実装位置に移載する装置である。本実施形態において、部品移載装置３０は、基板搬送装置１０および部品供給装置２０の上方に配置された直交座標型としている。この部品移載装置３０は、Ｙ軸方向に延在する一対のＹ軸レール３１にＹ軸方向に移動可能にＹ軸移動台３２が設けられている。Ｙ軸移動台３２は、ボールねじ機構を介してＹ軸モータ３３の動作により制御される。また、Ｙ軸移動台３２には、Ｘ軸移動台３４がＸ軸方向に移動可能に設けられている。Ｘ軸移動台３４は、図示しないボールねじ機構を介してＸ軸モータ３５の動作により制御される。

また、部品移載装置３０のＸ軸移動台３４には、部品装着ヘッド４０（本発明の「移動ヘッド」に相当する）が取り付けられている。この部品装着ヘッド４０は、Ｚ軸と平行なＲ軸回りに回転可能なノズルホルダ４１（本発明の「ホルダ部材」に相当する）により複数の吸着ノズル４２を昇降可能に支持する。また、部品装着ヘッド４０は、フレーム４３をＸ軸移動台３４に固定され、当該フレームの上部にＲ軸モータ４４およびＺ軸モータ４５を支持している。

より詳細には、部品装着ヘッド４０のノズルホルダ４１は、全体形状としては円柱状に形成され、図２に示すように、インデックス軸４６を介してＲ軸モータ４４の出力軸に連結されている。これにより、ノズルホルダ４１は、Ｒ軸モータ４４およびインデックス軸４６によって回転制御可能に構成されている。また、ノズルホルダ４１は、図３に示すように、Ｒ軸と同心の円周上において周方向に等間隔に複数（本実施形態では１２本）のノズルスピンドル４７をＺ軸方向に摺動可能に支持している。各ノズルスピンドル４７の下端部には、図２に示すように、吸着ノズル４２が交換可能にそれぞれ取り付けられている。このように、ノズルホルダ４１は、各ノズルスピンドル４７を介して各吸着ノズル４２を支持している。

また、ノズルスピンドル４７の上端部にはノズルギヤ４７ａが形成されている。このノズルギヤ４７ａは、インデックス軸４６の外周側に相対回転可能に支持されたθ軸ギヤ５１とＺ軸方向に摺動可能に噛合している。θ軸ギヤ５１は、Ｚ軸方向に所定長さの歯幅を有し、図示しないθ軸モータと変速機構５２を介して連結され、θ軸モータにより回転駆動する。このような構成により、θ軸モータが回転すると、変速機構５２およびθ軸ギヤ５１を介して、ノズルホルダ４１に支持された全てのノズルスピンドル４７が回転する。よって、各吸着ノズル４２は、θ軸モータの回転によりノズルホルダ４１に対して自転し、θ軸モータ等によって回転制御可能に構成されている。

また、ノズルスピンドル４７の外周側であって、ノズルホルダ４１の上面とノズルギヤ４７ａの下面との間には圧縮スプリング４８が設けられている。ノズルスピンドル４７は、この圧縮スプリング４８によりノズルホルダ４１に対して上方に付勢され、下端部に形成された大径部４７ｂがノズルホルダ４１の下面に当接することで上方への移動を規制されている。つまり、ノズルスピンドル４７の大径部４７ｂがノズルホルダ４１に当接している状態は、ノズルスピンドル４７に取り付けられた吸着ノズル４２が最も上昇した状態にある。

複数のノズルスピンドル４７のうち後述する昇降位置Ｈ１に割出されたノズルスピンドル４７の上端面には、ノズルレバー５３が当接している。ノズルレバー５３は、Ｚ軸モータ４５の出力軸に図示しないボールねじ機構を介して連結され、Ｚ軸モータ４５の回転駆動によりＺ軸方向に移動制御される。このような構成により、Ｚ軸モータ４５が回転すると、ノズルレバー５３がノズルスピンドル４７を押圧し、ノズルスピンドル４７が圧縮スプリング４８の弾性力に抗してＺ軸方向にノズルスピンドル４７を下降させる。

このように、吸着ノズル４２は、Ｚ軸モータ４５や圧縮スプリング４８等により構成される昇降機構によって、ノズルスピンドル４７のＺ軸方向移動に伴って昇降するようになっている。また、このような構成により、部品装着ヘッド４０は、ノズルホルダ４１の回転により部品装着ヘッド４０における昇降位置Ｈ１に、複数の吸着ノズル４２を順次割出し可能とし、部品供給位置Ｐｓから回路基板Ｂが位置決めされた部品装着位置まで移動可能に設けられている。また、各吸着ノズル４２には、ノズルスピンドル４７を介して図示しない吸着ノズル駆動装置から負圧が供給される。これにより、各吸着ノズル４２は、その先端部で電子部品Ｔを吸着可能としている。

部品カメラ６０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を有するデジタル式の撮像装置である。部品カメラ６０は、通信可能に接続された制御装置９０による制御信号に基づいてカメラ視野に収まる範囲の撮像を行い、当該撮像により取得した画像データを制御装置９０に送出する。この部品カメラ６０は、光軸がＺ軸方向となるように基台２に固定され、吸着ノズル４２に吸着された状態の電子部品Ｔを撮像可能に構成されている。この部品カメラ６０から画像データを取得した制御装置９０は、画像処理により吸着ノズル４２による電子部品Ｔの保持状態を認識する。このように、電子部品Ｔの保持状態に応じて吸着ノズル４２の位置および角度を補正することで、実装制御の精度向上を図ることが可能となる。

ヘッドカメラ装置７０は、吸着ノズル４２の外周側に配置され、図示しないブラケットを介して部品装着ヘッド４０に固定された撮像装置である。このヘッドカメラ装置７０は、本実施形態においては、吸着ノズル４２の先端部の撮像と、回路基板Ｂの上面部の撮像に兼用される。また、吸着ノズル４２の先端部については、図３に示すように、ノズルホルダ４１における昇降位置Ｈ１に所定の吸着ノズル４２が割出されることによって昇降位置Ｈ１と隣り合う２箇所の待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された吸着ノズル４２の先端部を撮像の対象物とする。この撮像による画像データは、制御装置９０が吸着ノズル４２による電子部品Ｔの保持状態や回路基板Ｂの装着状態を認識する画像処理に用いられる。

このヘッドカメラ装置７０は、図２に示すように、撮像ケース７１と、複数の照射体７２と、光学部材７３と、カメラ本体８０とを有する。撮像ケース７１は、円周上に配置された複数の吸着ノズル４２の一部を外周側から囲うように配置されている。複数の照射体７２は、撮像ケース７１の吸着ノズル４２側の円筒状の内周面に、ノズルホルダ４１の回転中心に配置された反射体に向けて配置された発光ダイオードなどの光源である。

光学部材７３は、撮像ケース７１の内側に配置され、撮像の対象物である吸着ノズル４２の先端部からカメラ本体８０に至るまでの光路を形成する。具体的には、光学部材７３は、吸着ノズル４２の待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に対応する位置に配置された２つの第一プリズム７３ａと、それぞれの第一プリズム７３ａにより屈折された光を入射してカメラ本体８０の光軸に平行な光に屈折させる第二プリズム７３ｂとにより構成される。

また、光学部材７３の第二プリズム７３ｂは、撮像ケース７１の下面に形成された開口部から入射する光を、カメラ本体８０の光軸に平行な光に屈折させる。このような光学部材７３により、カメラ本体８０は、待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された吸着ノズル４２の先端部と、部品装着ヘッド４０の下方に位置する部材を撮像の対象物とすることが可能となっている。また、第一プリズム７３ａおよび第二プリズム７３ｂにより、待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された各吸着ノズル４２からカメラ本体８０に至るまでの光路の長さが等しくなるように形成されている。

カメラ本体８０は、図４に示すように、固定レンズ８１と、液晶レンズ８２（本発明の「可変焦点レンズ」に相当する）と、撮像素子８３と、撮像制御部８４と、記憶部８５と、画像処理部８６とを有する。固定レンズ８１および液晶レンズ８２は、撮像素子８３の光軸と同軸となるように配置されている。固定レンズ８１は、光学系を構成するレンズユニットの最外部に配置された対物レンズであって、ユニット内部への異物の侵入等を防止する機能を有する。

液晶レンズ８２は、印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズである。本実施形態では、可変焦点レンズとして、２つの電極間に液晶層を配置された液晶レンズを採用している。詳細には、液晶レンズ８２は、図５に示すように、外形が矩形状からなる第一電極８２ａと、円形状からなる第二電極８２ｂとを有する。第一電極８２ａおよび第二電極８２ｂは、平行に配置された一対の透明基板に設けられた２つの電極をそれぞれ有し、２つの電極間に同一の液晶層を介在させている。

このような構成からなる液晶レンズ８２は、第一電極８２ａおよび第二電極８２ｂにそれぞれ異なる電圧が印加されると、電界の方向に応じて液晶分子の配向状態が変化してレンズとして作用する。また、第一電極８２ａへの印加電圧Ｖａよりも第二電極８２ｂへの印加電圧Ｖｂを高くすることで（Ｖａ＜Ｖｂ）、液晶レンズ８２は、実質的に凸レンズとして機能する。また、印加電圧Ｖａ，Ｖｂの振幅を一定とした場合には、印加電圧Ｖａ，Ｖｂの差分により液晶レンズ８２の焦点距離を制御することができる。

撮像素子８３は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどであり、固定レンズ８１および液晶レンズ８２の透過光を電気信号に変換する。撮像制御部８４は、外部入力される制御信号および記憶部８５に記憶されている設定値等に基づいて、レンズユニットを構成する液晶レンズ８２の動作を制御する。また、撮像制御部８４は、撮像素子８３により変換された電気信号をデジタル信号に変換して対象物を撮像する。そして、撮像制御部８４は、撮像により取得した画像を制御装置９０に転送する。

記憶部８５は、フラッシュメモリなどにより構成され、撮像処理に用いられる各種の設定値や液晶レンズ８２のレンズ特性等を記憶する。上記の設定値には、カメラ本体８０が撮像可能な撮像領域（カメラ視野）のうち対象物を含む一部の領域を有効領域として、複数の対象物ごとに予め設定された各有効領域が含まれる。ここで、カメラ本体８０は、待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された２つの吸着ノズル４２の先端部と、回路基板Ｂの上方に部品装着ヘッド４０が移動した際に撮像可能となる当該回路基板Ｂの上面部と、を合わせた３つの対象物を撮像の対象とする。つまり、上記の有効領域は、カメラ視野を３つの対象物に対応して分割した３つの領域に相当する。

上記のように、３つの対象物は、光学部材７３によりカメラ本体８０のカメラ視野に収められる。但し、撮像制御部８４は、吸着ノズル４２の先端部と回路基板Ｂの上面部とでは、カメラ本体８０に至るまでの光路の長さの差分がレンズユニットの被写界深度よりも大きいため、同時に焦点を合わせられない。つまり、何れか一方に焦点を合わせている場合には、他方に焦点が合っていない状態となる。そこで、予め定められた有効領域に基づいて撮像処理を行うことにより、カメラ視野のうち焦点の合っていない部分に対する画像処理などを省略して、撮像処理の高速化および処理負荷の軽減を図っている。

ここで、記憶部８５に予め記憶されるレンズ特性とは、液晶レンズ８２への印加電圧と、対象物からカメラ本体８０までの距離（以下、「対象物距離」とも称する）との関係を示すものである。本実施形態では、液晶レンズ８２に対応するレンズ特性として、図６に示すように、第一電極８２ａへの印加電圧Ｖａ、第二電極８２ｂへの印加電圧Ｖｂにより定まる対象物距離を示すマップとしている。また、この対象物距離は、液晶レンズ８２への印加電圧により変動する焦点距離と相関がある。そのため、レンズ特性としては、印加電圧と焦点距離との関係を間接的に示すものとしてもよい。

さらに、記憶部８５が記憶する各種の設定値には、ヘッドカメラ装置７０から複数の対象物までの各距離（撮像素子８３から複数の対象物までの光路の長さに相当する）を示す対象物距離情報と、複数の対象物の各距離に対応する液晶レンズ８２の各焦点距離を示す焦点距離情報とが含まれる。本実施形態において、撮像制御部８４は、撮像素子８３から撮像の対象物までの概ねの対象物距離を予め認識していることを前提として、当該対象物距離に応じた所定の電圧を液晶レンズ８２へ印加することをもって焦点合わせがなされたものとする方式を採用している。つまり、撮像制御部８４は、カメラ視野のうち所定の有効領域の撮像処理を行う際には、対象物距離情報から取得される対象物距離と、焦点距離情報から取得される当該有効領域に対応する焦点距離と、レンズ特性とに基づいて液晶レンズ８２への印加電圧を算出する。このような撮像処理によると、画像処理に基づく液晶レンズ８２への印加電圧の調整処理を要しないので、撮像処理の効率化を図ることが可能となる。

画像処理部８６は、複数の対象物の撮像により取得された複数の画像データを各有効領域に基づいて結合して結合データを生成する。ここで、本実施形態においては、ヘッドカメラ装置７０のカメラ本体８０は、上述のように３つの対象物を撮像の対象としている。このうちノズルホルダ４１の待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された吸着ノズル４２の先端部は、光学部材７３によりカメラ本体８０に至るまでの光路の長さが等しく形成されている。そのため、撮像制御部８４は、各吸着ノズル４２の先端部に対して同時に焦点を合わせることができるので、同時に撮像することが可能である。

画像処理部８６による画像データの結合処理は、先ず、異なる時刻において、図７の上段に示すように、各吸着ノズル４２の先端部の撮像による画像データと、回路基板Ｂの上面部の撮像による画像データとが取得される。このとき、対象物が異なるそれぞれの撮像は、複数の対象物ごとに予め設定された各有効領域（図７の太線枠内）に基づいて行われる。そのため、有効領域の外部（図７の斜線部）については画像処理がなされず、画像データとしては一部が欠落した状態となっている。次に、画像処理部８６は、それぞれの画像データを補間するように、対応する有効領域に基づいて結合して、図７の下段に示すように、３つの対象物に対して焦点の合った鮮鋭な結合データを生成する。

制御装置９０は、主として、ＣＰＵや各種メモリ、制御回路により構成され、部品カメラ６０およびヘッドカメラ装置７０の撮像により取得した画像データ（結合データを含む）に基づいて部品装着ヘッド４０の動作を制御する。この制御装置９０は、図４に示すように、実装制御部９１、画像処理部９２、および記憶部９３に、バスを介して入出力インターフェース９４が接続されている。入出力インターフェース９４には、モータ制御回路９５および撮像制御回路９６が接続されている。

実装制御部９１は、モータ制御回路９５を介して部品装着ヘッド４０の位置や吸着機構の動作を制御する。より詳細には、実装制御部９１は、部品実装機１に複数設けられた各種センサから出力される情報や、各種の認識処理の結果を入力する。そして、実装制御部９１は、記憶部９３に記憶されている制御プログラム、各種センサによる情報、画像処理や認識処理の結果に基づいて、モータ制御回路９５に制御信号を送出する。画像処理部９２は、撮像制御回路９６を介して部品カメラ６０およびヘッドカメラ装置７０の撮像による画像データを取得して、用途に応じた画像処理を実行する。この画像処理には、例えば、画像データの二値化、フィルタリング、色相抽出などの加工処理などが含まれる。

記憶部９３は、ハードディスク装置などの光学ドライブ装置、またはフラッシュメモリなどにより構成される。この記憶部９３には、部品実装機１を動作させるための制御プログラム、バスや通信ケーブルを介して部品カメラ６０およびヘッドカメラ装置７０から制御装置９０に転送された画像データや結合データ、画像処理部９２による処理の一時データなどが記憶される。入出力インターフェース９４は、ＣＰＵや記憶部９３と各制御回路９５，９６との間に介在し、データ形式の変換や信号強度を調整する。

モータ制御回路９５は、実装制御部９１による制御信号に基づいて、Ｙ軸モータ３３、Ｘ軸モータ３５、Ｒ軸モータ４４、Ｚ軸モータ４５、およびθ軸モータを制御する。これにより、部品装着ヘッド４０が各軸方向に位置決めされるとともに、吸着ノズル４２が所定角度となるように制御される。撮像制御回路９６は、制御装置９０のＣＰＵなどによる撮像の制御信号に基づいて、部品カメラ６０およびヘッドカメラ装置７０による撮像を制御する。また、撮像制御回路９６は、部品カメラ６０およびヘッドカメラ装置７０の撮像による画像データを取得して、入出力インターフェース９４を介して記憶部９３に記憶させる。

（部品実装機における実装処理）
上記の部品実装機１による電子部品Ｔの実装処理について、図８，９を参照して説明する。この実装処理は、生産設備（部品実装機）による対象製品の「生産処理」に相当する。部品実装機１は、準備処理を実行した後に、電子部品Ｔの実装制御に移行する。この実装制御では、先ず、複数の吸着ノズル４２に電子部品Ｔを順次吸着させる吸着処理（ステップ１１（以下、「ステップ」を「Ｓ」と表記する））が実行される。次に、部品装着ヘッド４０を回路基板Ｂにおける装着位置の上方まで移動させる（Ｓ１２）。このとき、部品装着ヘッド４０は、部品カメラ６０の上方を経由し、その際に部品カメラ６０による電子部品Ｔの撮像処理が実行される。その後に、電子部品Ｔを回路基板Ｂに順次装着する装着処理（Ｓ１３）が実行される。

そして、全ての電子部品Ｔの装着が終了したか否かを判定し（Ｓ１４）、装着が終了するまで上記処理（Ｓ１１〜Ｓ１４）が繰り返される。上記の装着処理（Ｓ１３）では、吸着ノズル４２の昇降や割出しと並行して、待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された吸着ノズル４２の先端部、および回路基板Ｂの上面部の撮像処理が実行される。さらに、実装制御部９１は、実装精度の向上を図るために、各吸着ノズル４２による電子部品Ｔの保持状態、および回路基板Ｂの装着状態に基づいて、電子部品Ｔの実装を制御する。そのため、制御装置９０は、部品カメラ６０およびヘッドカメラ装置７０の撮像により取得された画像データおよび結合データを画像処理することにより、電子部品Ｔの保持状態および回路基板Ｂの装着状態を認識するようにしている。

より詳細には、制御装置９０は、図９に示すように、先ずノズルホルダ４１を回転させて部品を吸着した特定の吸着ノズル４２を昇降位置Ｈ１に割出す（Ｓ１３１）。これにより、ノズルホルダ４１の待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１には、次回の装着に使用される吸着ノズル４２と、前回の装着に使用された吸着ノズル４２が割出されることになる。このとき、ヘッドカメラ装置７０の撮像制御部８４は、制御装置９０による制御信号を入力して、回路基板Ｂの上面部を撮像の対象物として撮像を行う（Ｓ２３１）。

詳細には、撮像制御部８４は、先ず、記憶部８５に記憶された対象物距離情報に基づいて、回路基板Ｂの上面部からカメラ本体８０まで対象物距離を取得する。次に、撮像制御部８４は、記憶部８５に記憶された焦点距離情報に基づいて、回路基板Ｂの上面部の対象物距離に対応する液晶レンズ８２の焦点距離を取得する。

そして、撮像制御部８４は、当該焦点距離とレンズ特性とに基づいて算出された電圧を液晶レンズ８２へ印加し、カメラ本体８０の焦点が回路基板Ｂの上面部に合っている状態とする。そして、撮像制御部８４は、回路基板Ｂの上面部を撮像の対象物とした場合の有効領域を記憶部８５から取得する。撮像制御部８４は、カメラ視野のうち取得した有効領域に収まる部分的な画像データを撮像により取得して、記憶部８５に一時的に記憶させる。

続いて、制御装置９０は、制御プログラム、前回の装着後に算出された補正値、認識された電子部品Ｔの保持状態等に基づいて、部品装着ヘッド４０を位置決めするとともに吸着ノズル４２を昇降させて、電子部品Ｔを所定の位置に装着する（Ｓ１３２）。このとき、ヘッドカメラ装置７０の撮像制御部８４は、制御装置９０による制御信号を入力して、部品装着ヘッド４０において待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出されている吸着ノズル４２の先端部を撮像の対象物として撮像を行う（Ｓ２３２）。

詳細には、撮像制御部８４は、対象物距離情報に基づいて、各吸着ノズル４２の先端部からカメラ本体８０までの対象物距離を取得する。ここで、撮像素子８３から各吸着ノズル４２の先端部までの光路の長さは、光学部材７３により等しく設定されている。よって、対象物距離情報には、各吸着ノズル４２の先端部に係る対象物距離として同値が記されている。そして、撮像制御部８４は、焦点距離情報に基づいて、各吸着ノズル４２の先端部の対象物距離に対応する液晶レンズ８２の焦点距離を取得する。

次に、撮像制御部８４は、当該焦点距離とレンズ特性とに基づいて算出された電圧を液晶レンズ８２へ印加し、カメラ本体８０の焦点が各吸着ノズル４２の先端部に合っている状態とする。そして、撮像制御部８４は、吸着ノズル４２の先端部を撮像の対象物とした場合の有効領域を記憶部８５から取得する。撮像制御部８４は、カメラ視野のうち取得した有効領域に収まる部分的な画像データを撮像により取得して、記憶部８５に一時的に記憶させる。

このように、撮像制御部８４は、対象物距離の異なる複数の対象物をヘッドカメラ装置７０が撮像する際に、各対象物距離に応じた電圧を液晶レンズ８２にそれぞれ印加して焦点合わせを行う。また、回路基板Ｂの上面部を対象物とした撮像処理（Ｓ２３１）では、前回の装着による回路基板Ｂの装着状態、および次回の装着位置におけるクリームハンダの印刷状態が画像データに含まれる。複数の吸着ノズル４２の先端部を対象物とした撮像処理（Ｓ２３２）では、次回の装着で使用される吸着ノズル４２による電子部品Ｔの保持状態、および前回の装着で使用された吸着ノズル４２による電子部品Ｔの持ち帰りの有無が画像データに含まれる。

ヘッドカメラ装置７０の画像処理部８６は、各撮像処理（Ｓ２３１，Ｓ２３２）により記憶部８５に記憶された各画像データを、対応する各有効領域に基づいて結合する（Ｓ２３３）。これにより、図７に示すように、異なる対象物距離にある複数の対象物に焦点が合った結合データが生成される。この結合データは、ヘッドカメラ装置７０から制御装置９０に転送され、制御装置９０の記憶部９３に記憶される。

制御装置９０の実装制御部９１は、保持した電子部品Ｔを回路基板Ｂに全て装着したかにより装着処理が終了したか否かを判定する（Ｓ１３３）。装着処理が終了していない場合には（Ｓ１３３：Ｎｏ）、制御装置９０は、画像処理部９２による結合データの解析結果に基づいて、制御プログラムの補正値を算出するなどの補正処理を実行する（Ｓ１３４）。さらに、制御装置９０は、上記の解析結果に基づいて、次回の装着に使用される吸着ノズル４２による電子部品Ｔの保持状態や、前回の装着に使用された吸着ノズル４２による電子部品Ｔの持ち帰りの有無、回路基板Ｂの装着状態などの認識処理を行う（Ｓ１３５）。

そして、制御装置９０は、再び吸着ノズル４２の割出し（Ｓ１３１）等を実行する。また、制御装置９０は、上記の状態確認処理（Ｓ１３５）により、例えば装着不良や吸着ノズル４２の欠損等の事象が認識された場合には、各事象に対応するリカバリ処理を実行する。制御装置９０は、このような動作を繰り返すことにより、装着処理において必要とする電子部品Ｔの全ての装着を終了すると（Ｓ１３３：Ｙｅｓ）、当該装着処理を終了する。

（実施形態の構成による効果）
上述した部品実装機１によると、撮像装置（ヘッドカメラ装置７０）は、光学系を構成するレンズユニットに可変焦点レンズ（液晶レンズ８２）を採用する構成とした。これにより、異なる対象物距離にある複数の対象物の撮像にヘッドカメラ装置７０を兼用することができる。また、液晶レンズ８２は印加電圧によって焦点距離を変動可能なので、複数のレンズ間の距離を変動させる機械式と比較して装置の小型化を図ることができる。

また、画像処理部８６は、複数の対象物の撮像による画像データを各有効領域に基づいて結合した結合データを生成する構成とした。これにより、撮像制御部８４および画像処理部８６は、有効領域の外部に対する撮像処理や画像処理が不要となり、これらの処理の負荷を軽減することができる。よって、部品実装機１の制御装置９０は、必要な複数の画像データを結合データとして取得できるので、補正処理（Ｓ１３４）や状態認識処理（Ｓ１３５）を効率的に行うことができる。

撮像制御部８４は、対象物を撮像する際に、対象物距離情報、焦点距離情報およびレンズ特性に基づいて算出された電圧を液晶レンズ８２に印加することにより、レンズユニットの焦点合わせを行うものとした。このように、ヘッドカメラ装置７０は、対象物距離を予め認識していることを前提として、所定の電圧を液晶レンズ８２に印加する焦点合わせの方法を採用している。よって、ヘッドカメラ装置７０は、撮像の際に画像処理に基づく印加電圧の調整を要しないので、撮像処理の高速化および撮像処理の効率化を図ることができる。

ヘッドカメラ装置７０は、光学部材７３によって、撮像素子８３から異なる２つの吸着ノズル４２までの光路の長さが等しくなるように、当該光路を形成するものとした。これにより、２つの吸着ノズル４２については、カメラ本体８０のカメラ視野においてそれぞれ異なる領域に収まることになり、等しい焦点距離をもって同時に撮像することが可能となる。よって、ヘッドカメラ装置７０は、対象物距離を概ね認識していることを前提として、複数の有効領域を同時に撮像できるので、撮像処理をより効率化することができる。

本実施形態において、生産設備は、回路基板製品を対象とした生産ラインを構成し、回路基板に電子部品を装着する部品実装機１であるものとした。このような部品実装機１には、対象製品の微細化や生産処理の高精度化が望まれており、上述した構成からなるヘッドカメラ装置７０の部品実装機１への適用は特に有用である。そして、本実施形態では、ヘッドカメラ装置７０は、撮像の対象物に吸着ノズル４２の先端部、および回路基板Ｂの上面部が含まれるものとした。そして、制御装置９０は、これら複数の対象物の撮像による画像データを結合して生成された結合データに基づいて、吸着ノズル４２の保持状態および回路基板Ｂの装着状態を認識する（Ｓ１３５）。これにより、制御装置９０の実装制御部９１は、各状態に基づいて実装制御を実行できるので、実装制御の精度を向上できるとともに、装着不良の発生を抑制できる。

また、部品移載装置３０の部品装着ヘッド４０は、ノズルホルダ４１により複数の吸着ノズル４２を支持する構成とした。そして、ヘッドカメラ装置７０は、昇降位置Ｈ１に所定の吸着ノズル４２が割出されることによって、昇降位置Ｈ１と隣り合う２箇所の待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された２つの吸着ノズル４２の各先端部を撮像の対象物に含む構成とした。つまり、装着処理の前後における吸着ノズル４２の先端部が撮像の対象となる。これにより、制御装置９０は、吸着ノズル４２による電子部品Ｔの保持状態、持ち帰り有無、先端部の欠損有無などを認識できる。よって、実装制御の精度をさらに向上できるとともに、適正なリカバリ処理の実行に速やかに移行できる。

＜実施形態の変形態様＞
本実施形態において、ヘッドカメラ装置７０は、待機位置Ｈ１−１，Ｈ１＋１に割出された２つの吸着ノズル４２の先端部と、回路基板Ｂの上面部とを撮像の対象物とした。撮像の対象物としては、複数であれば３以上でもよく、また光学部材７３などの構成によりカメラ視野に収まるのであれば、種々の部材を撮像の対象物とすることができる。例えば、部品装着ヘッド４０が吸着処理（Ｓ１１）の際に部品供給装置２０の上方に移動した場合には、部品供給位置Ｐｓにある電子部品Ｔを撮像の対象物としてもよい。これにより、制御装置９０は、画像処理により、電子部品Ｔの供給状態を認識して、吸着処理に反映することができる。

また、撮像制御部８４は、各対象物を撮像する際に、撮像処理の効率化を図るために、何れに対しても算出された所定の電圧を液晶レンズ８２に印加するものとした（Ｓ２３１，Ｓ２３２）。これに対して、撮像処理にある程度の時間を要してもよい場合には、例えば少なくとも一部の画像処理に基づく印加電圧の調整をすることで、レンズユニットの焦点を撮像の対象物に合わせるようにしてもよい。これにより、周辺温度を含む撮像環境に可変焦点レンズが影響を受ける場合であっても、確実に撮像の対象物に焦点合わせを行うことができる。また、可変焦点レンズとしては、本実施形態で例示した液晶レンズの他に、液体レンズを採用してもよい。

本実施形態では、上記の構成からなる撮像装置として、ヘッドカメラ装置７０に適用する構成を例示した。これに対して、部品実装機１に用いられる部品カメラ６０など他の撮像装置についても同様に適用することができる。即ち、部品カメラ６０のレンズユニットに可変焦点レンズを採用するとともに、部品カメラ６０が吸着ノズル４２に保持された電子部品Ｔに加えて、基板搬送装置１０や部品供給装置２０などの一部を撮像の対象物とする構成としてもよい。

また、撮像制御部８４は、算出された所定の電圧を液晶レンズ８２に印加する場合において、その印加電圧を補正する構成としてもよい。つまり、撮像制御部８４は、撮像の対象物に吸着ノズル４２の先端部に保持された電子部品Ｔが含まれる場合に、制御プログラムに含まれる電子部品Ｔの寸法情報を取得する。そして、撮像制御部８４は、電子部品Ｔにおけるヘッドカメラ装置７０の光軸方向長さに基づいて、印加電圧を補正する。

具体的には、撮像制御部８４は、先ず、制御プログラムに含まれる電子部品Ｔの寸法情報として、例えば部品番号などを取得する。そして、撮像制御部８４は、部品番号に対応して当該電子部品Ｔの寸法が記録された部品テーブルから、カメラ本体８０の光軸方向の寸法を取得する。この光軸方向の寸法とは、光学部材７３により屈折する光路のうち電子部品Ｔと交差する部位の光の進行方向に相当する。続いて、撮像制御部８４は、レンズ特性に基づいて、レンズユニットの焦点距離が寸法だけ短くなった場合に、液晶レンズ８２に印加する電圧の変化量を調整電圧として算出する。

そして、撮像制御部８４は、焦点距離情報およびレンズ特性に基づいて算出された印加電圧に、上記の調整電圧を付加して補正する。この補正された電圧が液晶レンズ８２に印加されると、カメラ本体８０のレンズユニットの焦点が吸着ノズル４２に吸着された電子部品の側面に合っている状態となる。これにより、さらに高精度に印加電圧を調整できるので、より鮮鋭な画像データを取得できる。また、このような補正方法は、撮像の対象物に電子部品Ｔが含まれる場合であれば、上記のように、部品供給位置Ｐｓにある電子部品を撮像する場合や、本構成を部品カメラ６０に適用した構成においても適用することができる。

また、本実施形態では、撮像制御部８４、記憶部８５、および画像処理部８６は、ヘッドカメラ装置７０のカメラ本体８０を構成するものとした。これに対して、撮像制御部８４、記憶部８５、および画像処理部８６は、ヘッドカメラ装置７０と通信可能に接続された制御装置９０に配置される構成としてもよい。このような構成においては、制御装置９０の一部が撮像装置の一部を構成し、本実施形態と同様の効果を奏する。但し、制御装置９０での処理負荷の軽減、およびヘッドカメラ装置７０と制御装置９０の通信処理の軽減という観点からは、本実施形態で例示した態様が好適である。

さらに、撮像装置は、部品実装機１に適用される他に、対象物距離の異なる複数の対象物を撮像して各有効領域に基づいて結合データを生成する構成であれば、他の生産設備や撮像装置単体として使用されるようにしてもよい。例えば、撮像装置は、回路基板製品の生産ラインを構成する他の印刷機や検査機に適用することも可能である。さらに、撮像装置は、回路基板製品以外の製品を生産の対象とする工作機械や汎用組立機などの生産設備に適用することも可能である。このような構成においても、実施形態と同様の効果を奏するとともに、製品の微細化や高精度化が望まれる生産設備への適用は特に有用である。

１：部品実装機（生産設備）、 ２：基台
１０：基板搬送装置、 ２０：部品供給装置、 ３０：部品移載装置
４０：部品装着ヘッド（移動ヘッド）
４１：ノズルホルダ（ホルダ部材）、 ４２：吸着ノズル
６０：部品カメラ
７０：ヘッドカメラ装置（撮像装置）
７１：撮像ケース、 ７２：照射体、 ７３：光学部材
７３ａ：第一プリズム、 ７３ｂ：第二プリズム
８０：カメラ本体、
８１：固定レンズ、 ８２：液晶レンズ（可変焦点レンズ）
８３：撮像素子、 ８４：撮像制御部、 ８５：記憶部
８６：画像処理部
９０：制御装置
Ｐｓ：部品供給位置、 Ｂ：回路基板、 Ｔ：電子部品

Claims (8)

1. 撮像装置であって、
   印加電圧に応じて焦点距離を変動可能な可変焦点レンズと、
   前記撮像装置から互いに異なる距離にある複数の対象物を前記撮像装置が撮像する際に、各前記距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズにそれぞれ印加する撮像制御部と、
   前記撮像装置が撮像可能な撮像領域のうち前記対象物を含む一部の領域を有効領域として、前記複数の対象物ごとに予め設定された各前記有効領域を記憶する記憶部と、
   前記複数の対象物の撮像により取得された複数の画像データを各前記有効領域に基づいて結合して結合データを生成する画像処理部と、
   を備える撮像装置。
2. 前記記憶部は、
   前記撮像装置から前記複数の対象物までの各前記距離を示す対象物距離情報と、
   前記複数の対象物の各前記距離にそれぞれ対応する前記可変焦点レンズの各前記焦点距離を示す焦点距離情報と、
   前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距離との関係を示すレンズ特性と、を記憶し、
   前記撮像制御部は、前記対象物を撮像する際に、前記対象物距離情報、前記焦点距離情報および前記レンズ特性に基づいて算出される電圧を前記可変焦点レンズに印加する、請求項１の撮像装置。
3. 前記撮像装置は、３以上の前記対象物を撮像の対象とし、３以上の前記対象物のうち複数の前記対象物から前記撮像装置に至るまでの光路の長さが等しくなるように、複数の前記対象物のうち少なくとも一つの前記対象物の前記光路を形成する光学部材を有し、
   前記撮像制御部は、前記光路の長さが等しい複数の前記対象物について前記撮像装置から同一の距離にあるものとして、可変焦点レンズに当該距離に応じた電圧を印加して撮像を行う、請求項１または２の撮像装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項の前記撮像装置と、
   前記撮像装置と通信可能に接続され、前記撮像装置から撮像による画像データを取得し、前記結合データと予め記憶している制御プログラムに基づいて生産処理を制御する制御装置と、
   を備える生産設備。
5. 前記生産設備は、回路基板に電子部品を実装して生産される回路基板製品を対象とし、前記回路基板製品の生産ラインを構成する、請求項４の生産設備。
6. 前記生産設備は、
   部品供給位置に供給された前記電子部品を吸着して保持する１又は複数の吸着ノズルと、
   前記吸着ノズルを昇降可能に支持し、前記部品供給位置から回路基板が位置決めされた部品装着位置まで移動可能に設けられた移動ヘッドと、
   をさらに備え、前記制御装置の制御により前記回路基板に前記電子部品を装着する部品実装機であり、
   前記複数の対象物には、前記吸着ノズルの先端部、および前記回路基板の上面部が含まれ、
   前記制御装置は、前記撮像装置の撮像による前記結合データに含まれる前記吸着ノズルの保持状態および前記回路基板の装着状態に基づいて、前記電子部品の実装を制御する、請求項５の生産設備。
7. 前記移動ヘッドは、回転可能なホルダ部材により複数の前記吸着ノズルを支持し、当該ホルダ部材の回転により前記移動ヘッドにおいて前記吸着ノズルを昇降可能とする昇降位置に複数の前記吸着ノズルを順次割出し可能に構成され、
   前記複数の対象物に含まれる前記吸着ノズルの先端部には、前記昇降位置に所定の前記吸着ノズルが割出されることによって前記昇降位置と隣り合う２箇所の待機位置に割出された２つの前記吸着ノズルの各先端部が含まれる、請求項６の生産設備。
8. 前記撮像制御部は、前記複数の対象物に前記電子部品が含まれる場合に、前記制御プログラムに含まれる前記電子部品の寸法情報を取得し、前記電子部品における前記撮像装置の光軸方向長さに基づいて、前記可変焦点レンズへの印加電圧をさらに補正する、請求項５〜７の何れか一項の生産設備。

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