JP6334528B2 - 撮像装置および生産設備 - Google Patents
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Description
(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1,2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50と、基板カメラ60と、制御装置70とを備えて構成される。各装置10,20,30および各カメラ50,60は、部品実装機1の基台2に設けられ、制御装置70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。
部品カメラ50の詳細構成について、図2〜図4を参照して説明する。部品カメラ50は、主として、光学系を構成するレンズユニットNlと、当該レンズユニットNlを支持する本体部Nbとを有する。部品カメラ50のレンズユニットNlは、図3に示すように、固定レンズ51、液体レンズ52(本発明の「可変焦点レンズ」に相当する)、保護ガラス53などにより構成される。部品カメラ50の本体部Nbは、撮像素子54、図示しないCPUや各種メモリなどにより構成される。固定レンズ51および液体レンズ52は、撮像素子54の光軸と同軸となるように配置されている。固定レンズ61は、所定の焦点距離に設定された対物レンズである。
上記の部品実装機1による電子部品の実装処理について、図5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(ステップ11(以下、「ステップ」を「S」と表記する))を実行した後に、電子部品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に電子部品を順次吸着させる吸着処理(S12)が実行される。次に、部品装着ヘッド40を部品カメラ50の上方に移動させて、吸着された複数の電子部品を撮像する撮像処理(S13)が実行される。その後に、電子部品を回路基板Bに順次装着する装着処理(S14)が実行される。
準備処理(S11)における補正電圧ΔVrの算出処理について、図6,7を参照して説明する。部品カメラ50の焦点制御部56は、先ず、保護ガラス53に付された標準マークMs(図3,4を参照)を撮像の対象物として、レンズユニットNlの焦点合わせを行う(S111)。
上記のように算出された補正電圧ΔVrを用いた撮像処理(S13)の詳細について、図7,8を参照して説明する。部品カメラ50の撮像制御部55は、先ず、吸着ノズル42に吸着された電子部品を撮像の対象物として、当該対象物までの距離と規定のレンズ特性LCpに基づいて基礎電圧Vxを算出する(S131)。ここで、「対象物までの距離」は、撮像素子54から吸着ノズル42の先端部までの距離に対応し、部品装着ヘッド40や部品カメラ50の設置位置や寸法などに基づいて予め認識されている。
上述した部品実装機1および部品カメラ50によると、撮像制御部55は、撮像の対象物(電子部品)を撮像する際に、画像処理に基づく印加電圧の調整処理を行うことなく、液体レンズ52に目標電圧Vt2を印加することで、レンズユニットNlを対象物に焦点合わせすることができる。部品カメラ50は、撮像処理の効率化を図ることができる。また、液体レンズ52に印加される目標電圧Vt2には、現在の撮像環境を反映した補正電圧ΔVrが含まれる。これにより、周辺温度などの撮像環境が変化した場合においても、当該撮像環境に適応した電圧を液体レンズ52に印加できる。よって、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる。
第二実施形態の部品実装機および撮像装置について、図9〜図11を参照して説明する。第二実施形態の構成は、主として、第一実施形態とは目標電圧の算出方法が相違する。その他の共通する構成については、第一実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
部品カメラ150の本体部NbのCPUは、図9に示すように、撮像制御部155と、焦点制御部156と、レンズ特性設定部158とを有する。撮像制御部155は、第一実施形態の部品カメラ50における撮像制御部55に対応する。この撮像制御部155による撮像処理の詳細については、後述する。
レンズ特性設定部158による現在のレンズ特性の設定処理について、図10,11を参照して説明する。なお、現在のレンズ特性LCcの設定は、例えば第一実施形態と同様に、電子部品の実装処理における準備処理(図5のS11)など、撮像処理(同図のS13)に先駆けて適宜行われる。部品カメラ150の焦点制御部156は、先ず、保護ガラス53などに付されている標準点Ps1〜Ps3を撮像の対象物として、レンズユニットNlの焦点合わせを行う(S211)。
上記のように設定された現在のレンズ特性LCcを用いた撮像処理について説明する。撮像制御部155は、対象物を撮像する際に、対象物までの距離と現在のレンズ特性LCcに基づいて算出される目標電圧を算出する。そして、撮像制御部155は、この目標電圧を液体レンズ52に印加して、レンズユニットNlの焦点が対象物に合っている状態とする。そして、撮像制御部155は、この状態でカメラ視野Fvに収まる範囲の撮像を行う。その後に、部品カメラ150が撮像により取得した画像データを制御装置70に送出して、撮像処理を終了する。また、撮像制御部155は、第一実施形態と同様に、目標電圧を調整電圧ΔVfによりさらに補正する構成としてもよい。
上述した部品カメラ150によると、第一実施形態と同様の効果を奏する。また、液体レンズ52に印加される目標電圧は、現在のレンズ特性LCcに基づいて設定される構成とした。これにより、周辺温度などの撮像環境が変化した場合においても、当該撮像環境に適応した電圧を液体レンズ52に印加できる。よって、撮像環境に応じて撮像の対象物に確実に焦点合わせを行うことができる。
第二実施形態において、レンズ特性設定部158は、焦点制御部156が複数の標準点Ps1〜Ps3に対して焦点合わせ行った際の液体レンズ52への現在の印加電圧Vc1〜Vc3のそれぞれに基づいて、現在のレンズ特性LCcを設定するものとした。これに対して、レンズ特性設定部158は、予め記憶されている可変焦点レンズへの印加電圧に対する焦点距離の変化の割合に基づいて現在のレンズ特性LCcを設定する構成としてもよい。
(補正電圧ΔVrおよび現在のレンズ特性LCcの更新の要否判定)
上述したように、撮像環境に可変焦点レンズの動作が影響されることに鑑みて、第一実施形態では補正電圧ΔVrを算出し、第二実施形態では現在のレンズ特性LCcを設定し、これらを用いることで現在の撮像環境に適応を図る構成とした。また、補正電圧ΔVrおよび現在のレンズ特性LCcについては、例えば電子部品の実装処理における準備処理(S11)など、部品実装機1の電源投入時や生産工程の移行時に適宜行われるものとした。
可変焦点レンズとしては、第一、第二実施形態で例示した液体レンズの他に、液晶レンズを採用してもよい。また、また、撮像装置として、部品実装機1に用いられる部品カメラ50を例示して説明した。これに対して、撮像装置は、部品実装機1の基板カメラ60としてもよい。この構成では、撮像の対象物を回路基板Bとして、クリームハンダの印刷状態や、電子部品の装着状態、部品供給装置20による部品供給状態などの認識に使用できるので、これらを実装制御に反映させて実装制御の精度の向上を図ることができる。
10:基板搬送装置、 20:部品供給装置、 30:部品移載装置
50,150:部品カメラ、 Nb:本体部、 Nl:レンズユニット
51:固定レンズ、 52:液体レンズ、 53:保護ガラス
54:撮像素子、 55,155:撮像制御部
56,156:焦点制御部、 57:補正電圧算出部
158:レンズ特性設定部
60:基板カメラ、 70:制御装置
Fv:カメラ視野、 Ff:有効領域
Ms:標準マーク(標準点)、 Ps1〜Ps3:標準点
Ls:規定の距離
LCp:規定のレンズ特性、 LCc:現在のレンズ特性
Vb:標準の印加電圧
Vc,Vc1〜Vc3:現在の印加電圧、 ΔVr:補正電圧
Vx:基礎電圧、 Vt1,Vt2:目標電圧、 ΔVf:調整電圧
LFs,LFs1〜LFs3:液体レンズの焦点距離
Claims (14)
- 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、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、
前記撮像素子から規定の距離に設けられた標準点を撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
前記標準点を撮像の対象物として、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規定のレンズ特性に基づいて算出される前記可変焦点レンズへの標準の印加電圧と、前記焦点制御部が前記標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧との差分を補正電圧として算出する補正電圧算出部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記規定のレンズ特性に基づいて算出される電圧に、前記補正電圧を付加した目標電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像装置。 - 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、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、
前記撮像素子から互いに異なる規定の距離に設けられた複数の標準点をそれぞれ撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記複数の標準点ごとに前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
前記焦点制御部が前記複数の標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧のそれぞれに基づいて、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現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加し、
前記撮像制御部は、同一の前記対象物を異なる時刻にそれぞれ撮像し、当該撮像による 各画像データの空間周波数を構成する複数の周波数成分を比較することにより、前記現在 のレンズ特性の更新の要否を判定する撮像装置。 - 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、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、
前記撮像素子から規定の距離に設けられた標準点を撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
予め記憶されている前記可変焦点レンズへの印加電圧に対する焦点距離の変化の割合と、前記焦点制御部が前記標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧とに基づいて、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現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加し、
前記撮像制御部は、同一の前記対象物を異なる時刻にそれぞれ撮像し、当該撮像による 各画像データの空間周波数を構成する複数の周波数成分を比較することにより、前記現在 のレンズ特性の更新の要否を判定する撮像装置。 - 前記標準点は、撮像の対象物と前記可変焦点レンズとの間において前記撮像素子から規定の距離となるように前記撮像装置と一体的に設けられ、入射光を透過可能な透過部材に付されている、請求項1〜3の何れか一項の撮像装置。
- 前記焦点制御部は、前記標準点に対して可変焦点レンズの焦点合わせを行う際に、前記撮像装置が撮像可能な撮像領域のうち前記標準点を含む一部の領域を有効領域として設定し、当該有効領域について前記撮像素子の電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧の調整処理を行う、請求項1〜4の何れか一項の撮像装置。
- 前記撮像装置において前記可変焦点レンズを含む光学系の被写界深度は、同一の距離にある対象物に対して前記焦点制御部が前記可変焦点レンズの焦点合わせを複数回に亘って行った場合に生じる印加電圧の誤差を許容する範囲に設定されている、請求項1〜5の何れか一項の撮像装置。
- 前記撮像制御部は、同一の前記対象物を異なる時刻にそれぞれ撮像し、当該撮像による各画像データの空間周波数を構成する複数の周波数成分を比較することにより、前記補正電圧の更新の要否を判定する、請求項1の撮像装置。
- 前記可変焦点レンズは、2つの電極間に異なる複数の流体を配置された液体レンズである、請求項1〜7の何れか一項の撮像装置。
- 請求項1〜8の何れか一項の撮像装置と、
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、当該画像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。 - 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9の生産設備。
- 前記生産設備は、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る、請求項10の生産設備。
- 前記撮像制御部は、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、当該電子部品を対象物として撮像する際に、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、前記目標電圧をさらに補正する、請求項10または11の生産設備。
- 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、当該画像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、
を備える生産設備であって、
前記撮像装置は、
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と、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印 加する撮像制御部と、
前記撮像素子から互いに異なる規定の距離に設けられた複数の標準点をそれぞれ撮像の 対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧 を調整して、前記複数の標準点ごとに前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部 と、
前記焦点制御部が前記複数の標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レン ズへの現在の印加電圧のそれぞれに基づいて、前記可変焦点レンズへの印加電圧と焦点距 離との関係を示す現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ 特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加し、
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し、
前記撮像制御部は、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、 当該電子部品を対象物として撮像する際に、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、前記目標電圧をさらに補正する生産設備。 - 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、当該画像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、
を備える生産設備であって、
前記撮像装置は、
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と、
前記可変焦点レンズの透過光を電気信号に変換する撮像素子と、
対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離に応じた電圧を前記可変焦点レンズに印加する撮像制御部と、
前記撮像素子から規定の距離に設けられた標準点を撮像の対象物として、前記撮像素子の前記電気信号に基づいて前記可変焦点レンズへの印加電圧を調整して、前記可変焦点レンズの焦点合わせを行う焦点制御部と、
予め記憶されている前記可変焦点レンズへの印加電圧に対する焦点距離の変化の割合と、前記焦点制御部が前記標準点に対して焦点合わせを行った際の前記可変焦点レンズへの現在の印加電圧とに基づいて、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現在のレンズ特性を設定するレンズ特性設定部と、を備え、
前記撮像制御部は、対象物を撮像する際に、当該対象物までの距離と前記現在のレンズ特性に基づいて算出される目標電圧を前記可変焦点レンズに印加し、
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し、
前記撮像制御部は、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、当該電子部品を対象物として撮像する際に、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、前記目標電圧をさらに補正する生産設備。
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