JP6421326B2

JP6421326B2 - 部品実装装置

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Publication number: JP6421326B2
Application number: JP2014222386A
Authority: JP
Inventors: 向島　仁; 仁向島
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: JP2016092093A

Description

本発明は、実装ヘッドにより保持した部品を位置決めされた基板上の目標部位に実装する部品実装装置に関するものである。

半導体組立工程で使用されるフリップチップボンダー等の部品実装装置は、部品を保持した実装ヘッドを位置決めされた基板上の目標部位の上方の実装前位置に位置させた後、部品と部品部位との位置合わせを行い、そのうえで部品を下降させて目標部位に部品を実装する。

部品と目標部位との位置合わせは、実装前位置に位置した部品と目標部位との間に撮像ユニットを挿入し、撮像ユニットに設けられた上窓から部品を撮像しつつ下窓から目標部位を撮像し、これにより得られた両画像に基づいて行う（例えば、特許文献１）。このように撮像ユニットを用いて部品と目標部位とを同時撮像することにより、部費実装前の位置合わせを高精度に行うことができ、併せて撮像に要する時間を短くしてタクトを向上させることができる。

特許第５３５３８４０号公報

しかしながら、近年ではより高い部品の実装精度が求められており、これに応じて部品実装時の部品の下降ストロークが小さくなってきている。このため撮像ユニットを部品と目標部位との間に挿入させることができず、部品と目標部位との同時撮像ができないためにそれぞれ別個の撮像が必要になる場合があるという問題点があった。

そこで本発明は、部品実装時の部品の下降ストロークが小さい場合であっても部品と基板の同時撮像を行うことができる部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、基板を位置決めする基板位置決め部と、部品を保持して前記基板位置決め部により位置決めされた前記基板上の目標部位に実装する実装ヘッドとを備えた部品実装装置であって、前記実装ヘッドに保持された前記部品が前記目標部位の上方の実装前位置に位置した状態で、第１の視野により前記部品を撮像するとともに、第２の視野により前記基板を撮像する撮像ユニットと、前記撮像ユニットの撮像結果に基づいて前記基板と前記部品との位置合わせのための補正値を算出する補正値算出部とを備え、前記撮像ユニットは、前記第１の視野及び前記第２の視野を有し、前記実装前位置に位置した前記部品と前記目標部位との間の距離よりも大きい上下方向寸法を有した本体部と前記本体部から延びて前記実装前位置に位置した前記部品と前記目標部位との間に挿入される先端部を備え、前記先端部には前記部品からの反射光が入射する開口であって前記第１の視野を形成する上窓と前記基板からの反射光が入射する開口であって前記第２の視野を形成する下窓が設けられており、前記上窓から入射した光と前記下窓から入射した光を前記本体部に設けられた撮像部に導く撮像用導光路が前記先端部と前記本体部に跨って設けられており、前記撮像ユニットは、照明用光源が発した光を前記上窓の上方及び前記下窓の下方に導く照明用導光路を備え、前記照明用導光路は、前記上窓の上方の前記実装前位置に位置した前記部品と前記下窓の下方に位置した前記目標部位をそれぞれ鉛直方向に対する斜め方向から照明する斜光照明用導光路と、前記上窓の上方の前記実装前位置に位置した前記部品と前記下窓の下方に位置した前記目標部位をそれぞれ鉛直方向から照明する同軸照明用導光路とを有する。

本発明によれば、部品実装時の部品の下降ストロークが小さい場合であっても部品と基板の同時撮像を行うことができる。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の構成図（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における部品実装装置の動作説明図本発明の一実施の形態における部品実装装置が撮像ユニットにより部品と目標部位を撮像している状況を示す図本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像ユニットの一部分解斜視図本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像ユニットの斜視図本発明の一実施の形態における部品実装装置の部分側面図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像ユニットの部分拡大斜視図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像ユニットの部分拡大斜視図本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像ユニットの部分拡大斜視図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える撮像ユニットの部分拡大側面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における部品実装装置１を説明するための図である。部品実装装置１は、キャリヤ２に保持された複数の基板３に対して、各基板３上の各目標部位３ｄに部品４を圧着（実装）する工程を繰り返す装置である。部品実装装置１は、基板位置決め部１１、実装ヘッド１２、撮像ユニット１３及び部品供給部（図示せず）を備えている。

基板位置決め部１１はキャリヤ２を保持した状態で水平面内の一の方向（前後方向）及びこれと直交する水平面内方向（左右方向）に移動し、キャリヤ２を（すなわち基板３を）水平面内で位置決めする。

実装ヘッド１２はヘッド本体１２ａとヘッド本体１２ａから下方に延びたノズル部１２ｂを備えている。ノズル部１２ｂはヘッド本体１２ａに内蔵されたノズル部駆動機構１２ｃによってヘッド本体１２ａに対して昇降及び上下軸回りに回転される。実装ヘッド１２は実装ヘッド移動機構１４によって前後方向及び左右方向に移動される。

図１及び図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、撮像ユニット１３は前方に延出した先端部１３Ｂを有する。先端部１３Ｂは、上方に開口した上窓１３Ｊと下方に開口した下窓１３Ｋを有している。撮像ユニット１３は上窓１３Ｊを通じて、上窓１３Ｊに対応した第１の視野により、上窓１３Ｊの上方に位置する対象物の撮像を行い、下窓１３Ｋを通じて、下窓１３Ｋに対応した第２の視野により、下窓１３Ｋの下方に位置する対象物の撮像を行う。撮像ユニット１３は撮像ユニット移動機構１５によって前後方向及び左右方向に移動される。

制御装置１６は、基板位置決め部１１によるキャリヤ２の（すなわち基板３の）位置決め、ノズル部駆動機構１２ｃによるヘッド本体１２ａに対するノズル部１２ｂの昇降及び上下軸回りの回転及び撮像ユニット１３による撮像を制御する。また、制御装置１６は、実装ヘッド移動機構１４による実装ヘッド１２の移動制御と撮像ユニット移動機構１５による撮像ユニット１３の移動制御も制御する。

次に本実施の形態における部品４を基板３に実装するまでの各部の動作を説明する。基板位置決め部１１が外部から投入されたキャリヤ２を受け取って保持し、水平面内で移動してキャリヤ２を所定の作業位置に位置決めする。実装ヘッド１２は実装ヘッド移動機構１４に駆動されて移動し、部品供給部が供給する部品４をノズル部１２ｂにおいて保持（吸着）する。部品４を保持した実装ヘッド１２は基板３の上方に移動し、部品４を基板３上の目標部位３ｄの上方の位置（実装前位置）に位置させる（図２（ａ））。部品４が実装前位置に位置したら、撮像ユニット１３は撮像ユニット移動機構１５に駆動されて移動し、実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄの間に先端部１３Ｂを挿入し（図２（ｂ）中に示す矢印Ａ１）、上窓１３Ｊを部品４の下方に位置させるとともに、下窓１３Ｋを目標部位３ｄの上方に位置させる（図２（ｂ））。

次に撮像ユニット１３の上窓１３Ｊが部品４の下方に位置するとともに、下窓１３Ｋが目標部位３ｄの上方に位置した後の撮像ユニット１３の動作を説明する。照明用光源４０は、照明用導光路２３を通して部品４及び目標部位３ｄを照明する。撮像ユニット１３は、上窓１３Ｊを通じて部品４を下方から撮像し、これと同時に下窓１３Ｋを通じて基板３上の目標部位３ｄを上方から撮像する（撮像工程）。すなわち撮像ユニット１３は、実装ヘッド１２によって部品４が目標部位３ｄに実装される前に、部品４が目標部位３ｄの上方の実装前位置に位置した状態で部品４を下方から撮像するとともに目標部位３ｄを上方から撮像する。

次に撮像ユニット１３が部品４と目標部位３ｄを撮像した後の画像の補正の流れを説明する。制御装置１６の補正値算出部１６ａ（図１）は、得られた両画像（部品４を下方から見た画像と目標部位３ｄを上方から見た画像）に基づいて、必要な補正値を算出する（補正値算出工程）。ここで算出する補正値は、実装前位置に位置した部品４と基板３上の目標部位３ｄとの間のＸＹθ方向の位置ずれを所定の範囲内に収まるように補正するために必要な部品実装装置１の動作パラメータである。言い換えれば、この補正値分だけ部品４と目標部位３ｄとの相対位置関係を補正することにより位置ずれが所定の範囲内に含まれた状態で部品４を基板３の目標部位３ｄに実装することができる。なお、ここでいう所定の範囲内とは、部品４と基板３の目標部位３ｄとの間の位置ずれが問題とならない範囲内という意味である。

例えば、図３に示すように、部品４に一対の部品側パターンＭ１１，Ｍ１２（部品４側の基準部分）が設けられており、目標部位３ｄには部品側パターンＭ１１，Ｍ１２に対応して一対の目標部位側パターンＭ２１，Ｍ２２（基板３側の基準部分）が設けられている。この場合には、部品４を下方から撮像して得られる部品４の少なくとも一部を含む画像（第１の画像）には部品側パターンＭ１１，Ｍ１２が現れ、目標部位３ｄを上方から撮像して得られる基板３の少なくとも一部を含む画像（第２の画像）には目標部位側パターンＭ２１，Ｍ２２が現れる。そのため、第１の画像と第２の画像とに基づいて、部品４と目標部位３ｄとの間の位置ずれを求めることができる。

補正値算出部１６ａが上記のようにして補正値を算出したら、撮像ユニット移動機構１５は撮像ユニット１３をさせて、先端部１３Ｂを部品４と目標部位３ｄの間から抜き出す（図２（ｃ）。図中に示す矢印Ａ２）。そして、補正値算出部１６ａで算出された補正値に基づいて位置補正を行い、部品４と目標部位３ｄを位置合わせする（位置補正工程）。補正値による位置補正は、水平面内方向の補正については、基板位置決め部１１によるキャリヤ２の（すなわち基板３）の水平面内移動によって行い、部品４の上下軸回りの回転方向の補正については実装ヘッド１２によるノズル部１２ｂの（すなわち部品４の）回転によって行う。部品４と目標部位３ｄとの位置合わせ（位置補正）が終わったら、実装ヘッド１２はヘッド本体１２ａに対してノズル部１２ｂを下降させ（図２（ｃ）中に示す矢印Ｂ）、ノズル部１２ｂにおいて保持した部品４を目標部位３ｄに圧着（実装）する（図２（ｃ））。

次に、本実施の形態における撮像ユニット１３の構成について説明する。

図４、図５及び図６において、撮像ユニット１３は、主部２０Ａとその前端下部から水平方向（前方）に延出した延出部２０Ｂを備えたケーシング２０を有しており、ケーシング２０の主部２０Ａの後面には光源部２１と撮像部２２が外付けして設けられている。図４において、ケーシング２０は上方に開口したケーシング本体２０Ｈとケーシング本体２０Ｈを上方から覆うカバー部材２０Ｋから構成されている。ケーシング本体２０Ｈ内には照明用導光路２３と撮像用導光路２４が収容されている。ここで、照明用導光路２３は光源部２１からの光を上窓１３Ｊ及び下窓１３Ｋに導いて部品４と目標部位３ｄを同時に照射する導光路である。また、撮像用導光路２４は、第１の視野を形成する上窓１３Ｊから入射した光を撮像部２２に導くとともに、第２の視野を形成する下窓１３Ｋから入射した光を撮像部２２に導く導光路である。

図４、図５及び図６において、ケーシング２０の主部２０Ａと主部２０Ａの内部に相当する光学系（照明用導光路２３と撮像用導光路２４）の一部、光源部２１及び撮像部２２は撮像ユニット１３の本体部１３Ａを構成する。また、ケーシング２０の延出部２０Ｂと延出部２０Ｂの内部に相当する光学系（照明用導光路２３と撮像用導光路２４）の一部は撮像ユニット１３の本体部１３Ａから延びた先端部１３Ｂを構成する。このように本実施の形態において、上窓１３Ｊから入射した光と下窓１３Ｋから入射した光を本体部１３Ａに設けられた撮像部２２に導く撮像用導光路２４が先端部１３Ｂと本体部１３Ａに跨って設けられた構成となっている。

図６において、撮像ユニット１３の本体部１３Ａは、実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄとの間の距離ｈよりも大きい上下方向寸法Ｄを有している。一方、撮像ユニット１３の先端部１３Ｂは、実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄとの間の距離ｈよりも小さい上下方向の寸法ｄを有している。このため実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄの間に本体部１３Ａは挿入できないが、先端部１３Ｂは挿入することができる。ケーシング２０の延出部２０Ｂの上面（すなわち先端部１３Ｂ）には部品４からの反射光が入射する前述の上窓１３Ｊが開口しており、延出部２０Ｂの下面には基板３（目標部位３ｄ）からの反射光が入射する前述の下窓１３Ｋが開口している。

このように本実施の形態において、撮像ユニット１３は、実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄとの間の距離ｈよりも大きい上下方向寸法Ｄを有した本体部１３Ａと、本体部１３Ａから延びて実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄとの間に挿入される先端部１３Ｂを有する。撮像ユニット１３の先端部１３Ｂには部品４からの反射光が入射する上窓１３Ｊと基板３からの反射光が入射する下窓１３Ｋが設けられた構成となっている。

図４及び図５において、ケーシング２０内にはマルチプリズム３０が設けられている。図７（ａ），（ｂ）に示すように、マルチプリズム３０は全体として細長いリング形状をしており、前方導光部３１、左方導光部３２（第１の水平導光部）、右方導光部３３（第２の水平導光部）、後方導光部３４及び後方ミラー部材３５が一体に形成されており、それらの内部には収容空間３０Ｓが形成されている。この収容空間３０Ｓには、ブロック部材３０Ｂが収容されている。ブロック部材３０Ｂは側面がマルチプリズム３０に固定されている。ブロック部材３０Ｂを２つの固定螺子３０Ｎによってケーシング本体２０Ｈの底面に螺子止めすることで、マルチプリズム３０をケーシング２０に取り付けることができる（図４も参照）。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、マルチプリズム３０がケーシング２０に取り付けられた状態において、前方導光部３１は上窓１３Ｊと下窓１３Ｋの間を左右方向に延びている。左方導光部３２は前方導光部３１の左端から後方に延びており、右方導光部３３は前方導光部３１の右端から後方に延びている。後方導光部３４は、左方導光部３２と右方導光部３３の後端同士を繋ぎ合わせるように左右方向に延びており、後方ミラー部材３５は、後方導光部３４の後方を左右方向に延びている。

前方導光部３１の上窓１３Ｊと下窓１３Ｋの間の位置には、前方導光部３１の延びる方向に対して斜め４５度の角度に配置された前方中央反射面３１ｍが設けられている。前方中央反射面３１ｍは上下両面が反射面となっている。

図５において、光源部２１は、撮像部２２を左右両側から挟む位置において上下に２つずつ配置された４つの照明用光源４０を有する。４つの照明用光源４０は、撮像部２２の左側上方に配置された斜め上方照射用光源４１、撮像部２２の右側上方に配置された斜め下方照射用光源４２、撮像部２２の左側下方に配置された直上方照射用光源４３及び撮像部２２の右側下方に配置された直下方照射用光源４４から構成される。各照明用光源４０には、例えばＬＥＤ光源が用いられる。

図４及び図５において、照明用導光路２３は、上窓１３Ｊの上方に位置した部品４と下窓１３Ｋの下方に位置した目標部位３ｄをそれぞれ鉛直方向（撮像時における光の進む方向）に対する前後斜め方向から照明する斜光照明用導光路と、上窓１３Ｊの上方に位置した部品４と下窓１３Ｋの下方に位置した目標部位３ｄをそれぞれ鉛直方向から照明する同軸照明用導光路とを備える。斜光照明用導光路は、前上方照射導光路５１Ａ、後上方照射導光路５１Ｂ、前下方照射導光路５２Ａ及び後下方照射導光路５２Ｂから構成される（図４及び図５）。同軸照明用導光路は、直上方照射導光路５３及び直下方照射導光路５４から構成される（図８（ａ），（ｂ））。

前上方照射導光路５１Ａは、斜め上方照射用光源４１が発した光を前方に導くファイバーライトガイド（前上方照射用ガイド６１ａ）から成る。前上方照射用ガイド６１ａはマルチプリズム３０の左側を前方に延びており、マルチプリズム３０の前方領域で１８０度転回して後方を向いている。そして、前上方照射導光路５１Ａの先端部は、ケーシング本体２０Ｈに形成された前方支持部５５ａに支持されて前方導光部３１の前縁上部に位置し、上窓１３Ｊに臨んでいる（図９及び図１０（ａ），（ｂ））。このため上窓１３Ｊの直上に部品４が位置した状態で斜め上方照射用光源４１を点灯させると、斜め上方照射用光源４１が発した光が前上方照射導光路５１Ａによって上窓１３Ｊに導かれ、部品４がその前方斜め下方から照射される。ここで、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中に示す領域ＲＲの拡大図である。

後上方照射導光路５１Ｂは、斜め上方照射用光源４１が発した光を前方に導くファイバーライトガイド（後上方照射用ガイド６１ｂ）から成る。後上方照射用ガイド６１ｂは前上方照射用ガイド６１ａから分岐してマルチプリズム３０の収容空間３０Ｓを（左方導光部３２と右方導光部３３の間を）前方に延びている（図４及び図５）。後上方照射導光路５１Ｂの先端部はケーシング本体２０Ｈに形成された後方支持部５５ｂに支持されて前方導光部３１の後縁上部に位置し、上窓１３Ｊに臨んでいる（図９及び図１０（ａ），（ｂ））。このため上窓１３Ｊの直上に部品４が位置した状態で斜め上方照射用光源４１を点灯させると、斜め上方照射用光源４１が発した光が後上方照射導光路５１Ｂによって上窓１３Ｊに導かれ、部品４がその後方斜め下方から照射される。

前下方照射導光路５２Ａは、斜め下方照射用光源４２が発した光を前方に導くファイバーライトガイド（前下方照射用ガイド６２ａ）から成る。前下方照射用ガイド６２ａはマルチプリズム３０の右側を前方に延びており、マルチプリズム３０の前方領域で１８０度転回して後方を向いている。そして、前下方照射導光路５２Ａの先端部は前述の前方支持部５５ａに支持されて前方導光部３１の前縁下部に位置し、下窓１３Ｋに臨んでいる（図１０（ａ），（ｂ））。このため下窓１３Ｋの直下に目標部位３ｄが位置した状態で斜め下方照射用光源４２を点灯させると、斜め下方照射用光源４２から発した光が前下方照射導光路５２Ａによって下窓１３Ｋに導かれ、目標部位３ｄがその前方斜め上方から照射される。

後下方照射導光路５２Ｂは、斜め下方照射用光源４２が発した光を前方に導くファイバーライトガイド（後下方照射用ガイド６２ｂ）から成る。後下方照射用ガイド６２ｂは前下方照射用ガイド６２ａから分岐してマルチプリズム３０の収容空間３０Ｓ内を前方に延びている（図４及び図５）。後下方照射導光路５２Ｂの先端部は前述の後方支持部５５ｂに支持されて前方導光部３１の後縁下部に位置し、下窓１３Ｋに臨んでいる（図９及び図１０（ａ），（ｂ））。このため下窓１３Ｋの直下に目標部位３ｄが位置した状態で斜め下方照射用光源４２を点灯させると、斜め下方照射用光源４２が発した光が後下方照射導光路５２Ｂによって下窓１３Ｋに導かれ、目標部位３ｄがその後方斜め上方から照射される。

直上方照射導光路５３は、直上方照射用光源４３が発した光を前方に導くファイバーライトガイド（直上方照射用ガイド６３ａ）と、この直上方照射用ガイド６３ａの前端部の前方に位置した左前方反射ミラー６３ｍと、マルチプリズム３０の前方中央反射面３１ｍから成る（図８（ａ），（ｂ））。直上方照射用ガイド６３ａはマルチプリズム３０の左側を前方に延びており、左前方反射ミラー６３ｍはマルチプリズム３０の前方導光部３１の左方に位置している（図８（ａ），（ｂ））。直上方照射用光源４３が発した光は直上方照射用ガイド６３ａに導かれて前方に射出した後、左前方反射ミラー６３ｍで右方に反射し、マルチプリズム３０に入射して前方導光部３１内を右方に進んだ後、前方中央反射面３１ｍによって上方に反射して上窓１３Ｊの上方を鉛直下方から照射する。このため上窓１３Ｊの直上に部品４が位置した状態で直上方照射用光源４３を点灯させると、直上方照射用光源４３が発した光が直上方照射導光路５３によって上窓１３Ｊに導かれ、部品４がその直下方から照射される。

直下方照射導光路５４は、直下方照射用光源４４が発した光を前方に導くファイバーライトガイド（直下方照射用ガイド６４ａ）と、この直下方照射用ガイド６４ａの前端部の前方に位置した右前方反射ミラー６４ｍと、マルチプリズム３０の前方中央反射面３１ｍから成る（図８（ａ），（ｂ））。直下方照射用ガイド６４ａはマルチプリズム３０の右側を前方に延びており、右前方反射ミラー６４ｍはマルチプリズム３０の前方導光部３１の右方に位置している（図８（ａ），（ｂ））。直下方照射用光源４４が発した光は直下方照射用ガイド６４ａに導かれて前方に射出した後、右前方反射ミラー６４ｍで左方に反射し、マルチプリズム３０に入射して前方導光部３１内を左方に進んだ後、前方中央反射面３１ｍによって下方に反射して下窓１３Ｋの下方を鉛直上方から照射する。このため下窓１３Ｋの直下に目標部位３ｄが位置した状態で直下方照射用光源４４を点灯させると、直下方照射用光源４４が発した光が直下方照射導光路５４によって下窓１３Ｋに導かれ、目標部位３ｄがその直上方から照射される。

上述したことから分かるように、上窓１３Ｊの上方に部品４が位置し、下窓１３Ｋの下方に目標部位３ｄが位置した状態で、斜め上方照射用光源４１と斜め下方照射用光源４２を点灯させると、部品４が前方下方及び後方下方から照明されるとともに、目標部位３ｄが前方上方及び後方上方方向より照明される（図１０（ａ），（ｂ））。このため撮像ユニット１３によって実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄを斜光照明により撮像する場合には、斜め上方照射用光源４１と斜め下方照射用光源４２を点灯させて、直上方照射用光源４３と直下方照射用光源４４を消灯させればよい。

また、上窓１３Ｊの上方に部品４が位置し、下窓１３Ｋの下方に目標部位３ｄが位置した状態で、直上方照射用光源４３と直下方照射用光源４４を点灯させると、部品４がその直下方より照明されるとともに（図８（ａ））、目標部位３ｄがその直上方より照明される（図８（ｂ））。このため撮像ユニット１３によって実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄを同軸照明により撮像する場合には、直上方照射用光源４３と直下方照射用光源４４を点灯させて、斜め上方照射用光源４１と斜め下方照射用光源４２を消灯させればよい。

次に、撮像用導光路２４について説明する。図４、図５、図６及び図７（ａ），（ｂ）において、撮像用導光路２４は前述のマルチプリズム３０と、マルチプリズム３０の後端部の上方（本体部１３Ａ内）に設けられた撮像部入射ミラー部材７０から成る。

部品４からの反射光は上窓１３Ｊを通して鉛直上方から入射する（図７（ａ））。上窓１３Ｊに入射した部品４からの反射光はマルチプリズム３０の前方中央反射面３１ｍにおいて左方に反射し（図７（ａ））、左方導光部３２の前端に位置する左前反射面３２ａにおいて後方に反射した後、左方導光部３２の後端に位置する左後反射面３２ｂにおいて右方に反射する（図７（ａ））。そして、後方導光部３４の左方に設けられた左反射面３４ａにおいて後方に反射し（図７（ａ））、更に後方ミラー部材３５の後方反射面３５ｍにおいて上方に反射した後（図７（ａ）、撮像部入射ミラー部材７０において後方に反射し、撮像部２２の結像面２２ａの左側領域に結像する（図７（ａ））。このため撮像ユニット１３によって部品４の撮像を行うと、撮像部２２の結像面２２ａの左側領域に、部品４を下方から見た画像が映し出される。

一方、基板３（目標部位３ｄ）からの反射光は下窓１３Ｋを通して鉛直下方から入射する（図７（ｂ））。下窓１３Ｋに入射した基板３からの反射光はマルチプリズム３０の前方中央反射面３１ｍにおいて右方に反射し（図７（ｂ））、右方導光部３３の前端に位置する右前反射面３３ａにおいて後方に反射した後（図７（ｂ））、右方導光部３３の後端に位置する右後反射面３３ｂにおいて左方に反射する（図７（ｂ））。そして、後方導光部３４の右方に設けられた右反射面３４ｂにおいて後方に反射し（図７（ｂ））、更に後方ミラー部材３５の後方反射面３５ｍにおいて上方に反射した後（図７（ｂ））、撮像部入射ミラー部材７０において後方に反射し、撮像部２２の結像面２２ａの右側領域に結像する（図７（ｂ））。このため撮像ユニット１３によって目標部位３ｄの撮像を行うと、撮像部２２の結像面２２ａの右側領域に、目標部位３ｄを上方から見た画像が映し出される。

上述のように、撮像部２２の結像面２２ａの左側領域には部品４を下方から見た画像（第１の画像ＧＺ１）が映し出され（図７（ａ））、結像面２２ａの右側の領域には目標部位３ｄを上方から見た画像（第２の画像ＧＺ２）が映し出される（図７（ｂ））。このため撮像部２２は、上窓１３Ｊを通じて部品４を下方から撮像し、これと同時に下窓１３Ｋを通じて基板３上の目標部位３ｄを上方から撮像することで（前述の撮像工程）、第１の画像ＧＺ１と第２の画像ＧＺ２とをそれぞれの像が重ならない１つの画像（マスター画像）として取得することができる（画像取得工程）。

撮像部２２が上記のようにして第１の画像ＧＺ１と第２の画像ＧＺ２とをそれぞれの像が重ならない１つの画像として取得したら、制御装置１６の補正値算出部１６ａは、前述したように、得られた両画像（第１の画像ＧＺ１と第２の画像ＧＺ２）に基づいて、基板３に対する部品４の位置補正のために必要な補正値を算出する（前述の補正値算出工程）。具体的には、得られた両画像（第１の画像ＧＺ１と第２の画像ＧＺ２）の画像処理を行って比較し、その比較した結果に基づいて両画像の位置ずれ（すなわち部品４と目標部位３ｄとの位置ずれ）を算出することによって、補正値を算出する。具体的には、補正値算出部１６ａは、第１の画像ＧＺ１に映った部品側パターンＭ１１，Ｍ１２と第２の画像ＧＺ２に映った目標部位側パターンＭ２１、Ｍ２２との間のずれ量から補正値を算出する。このように本実施の形態では、上窓１３Ｊを通して部品４を下方から見た第１の画像と下窓１３Ｋを通して目標部位３ｄを上方から見た第２の画像とをそれぞれの像が重ならない１つの画像として得るので、結像面２２ａは１つでよく、従って撮像部２２は１つのみが設けられた構成となっている。

上記のようにして基板３に対する実装ヘッド１２の補正値を求めたら、撮像ユニット移動機構１５は撮像ユニット１３をさせて先端部１３Ｂを部品４と目標部位３ｄの間から抜き出した後、補正値算出部１６ａで算出された補正値に基づいて位置補正を行い、部品４と目標部位３ｄを位置合わせする（前述の位置補正工程）。位置補正は、具体的には、前述したように、水平面内方向の位置ずれについては基板位置決め部１１が前後方向及び左右方向に移動して基板３を水平面内で移動させることによって行い、回転方向に位置ずれについては実装ヘッド１２がノズル部１２ｂを上下軸回りに回転させることによって行う。そして、位置合わせ（位置補正）が終わったら、前述したように、実装ヘッド１２がヘッド本体１２ａに対してノズル部１２ｂを下降させ、ノズル部１２ｂにおいて保持した部品４を目標部位３ｄに圧着（実装）する。

以上説明したように、本実施の形態おける部品実装装置１では、撮像ユニット１３が、実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄとの間の距離ｈよりも大きい上下方向寸法Ｄを有した本体部１３Ａと本体部１３Ａから延びて実装前位置に位置した部品４と目標部位３ｄとの間に挿入される先端部１３Ｂを有しており、その先端部１３Ｂに、部品４を撮像する第１の視野と部品４を撮像する第２の視野を有している。このため、部品実装時の部品４の下降ストロークが小さい場合であっても部品４と基板３（目標部位３ｄ）の同時撮像を行うことができ、高精度な部品実装が可能である。

また、撮像ユニット１３の先端部１３Ｂには、部品４からの反射光が入射する開口であって第１の視野を形成する上窓１３Ｊと基板３からの反射光が入射する開口であって第２の視野を形成する下窓１３Ｋが設けられている。そして、上窓１３Ｊから入射した光と下窓１３Ｋから入射した光を本体部１３Ａに設けられた撮像部２２（撮像部）に導く撮像用導光路２４は、先端部１３Ｂと本体部１３Ａに跨って設けられており、（図５及び図６）、先端部１３Ｂには撮像部２２は設けられていないので、先端部１３Ｂの上下方向寸法を極めて小さいものとすることができる。

また、本実施の形態における部品実装装置１では、撮像ユニット１３が、撮像用導光路２４だけでなく、照明用光源４０が発した光を上窓１３Ｊの上方及び下窓１３Ｋの下方に導く照明用導光路２３をも備えた構成となっており、コンパクトにして実用性の高いものとなっている。

これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、上窓１３Ｊから入射した光（部品４からの反射光）を先端部１３Ｂ内で水平方向に導く第１の水平導光部としての左方導光部３２と、下窓１３Ｋから入射した光（基板３からの反射光）を先端部１３Ｂ内で水平方向に導く第２の水平導光部としての右方導光部３３がそれぞれマルチプリズム３０の一部を構成しており、第１の水平導光部と第２の水平導光部が一体的に形成されていた。このためケーシング２０内における第１の水平導光部と第２の水平導光部の配置が容易であったが、第１の水平導光部及び第２の水平導光部は必ずしもマルチプリズムの一部である必要はなく、互いに独立した光学系で構成してもよい。

また、上述の実施の形態において、照明用導光路２３を構成する直上方照射導光路５３及び直下方照射導光路５４はそれぞれ、反射ミラー（左前方反射ミラー６３ｍ、右前方反射ミラー６４ｍ）を用いずに、ファイバーライトガイド（直上方照射用ガイド６３ａ、直下方照射用ガイド６４ａ）を屈曲させることによって光を前方中央反射面３１ｍに導くようになっていてもよい。更に、上述の実施の形態では、照明用光源としてＬＥＤ光源を示し、ＬＥＤ光源からの光を導く手段としてファイバーライトガイドを示したが、ＬＥＤ光源やファイバーライトガイドは照明用光源及びその照明用光源からの光を導く手段の一例に過ぎず、これらに代えた他の手段を用いることも可能である。

部品実装時の部品の下降ストロークが小さい場合であっても部品と基板の同時撮像を行うことができる部品実装装置を提供する。

１部品実装装置
３基板
３ｄ目標部位
４部品
１１基板位置決め部
１２実装ヘッド
１３撮像ユニット
１３Ａ本体部
１３Ｂ先端部
１３Ｊ上窓
１３Ｋ下窓
１５撮像ユニット移動機構
１６ａ補正値算出部
２３照明用導光路
２４撮像用導光路
３２左方導光部（第１の水平導光路）
３３右方導光部（第２の水平導光路）
４０照明用光源
Ｄ上下方向寸法
ｈ距離

Claims

基板を位置決めする基板位置決め部と、
部品を保持して前記基板位置決め部により位置決めされた前記基板上の目標部位に実装する実装ヘッドとを備えた部品実装装置であって、
前記実装ヘッドに保持された前記部品が前記目標部位の上方の実装前位置に位置した状態で、第１の視野により前記部品を撮像するとともに、第２の視野により前記基板を撮像する撮像ユニットと、
前記撮像ユニットの撮像結果に基づいて前記基板と前記部品との位置合わせのための補正値を算出する補正値算出部とを備え、
前記撮像ユニットは、前記第１の視野及び前記第２の視野を有し、前記実装前位置に位置した前記部品と前記目標部位との間の距離よりも大きい上下方向寸法を有した本体部と前記本体部から延びて前記実装前位置に位置した前記部品と前記目標部位との間に挿入される先端部を備え、
前記先端部には前記部品からの反射光が入射する開口であって前記第１の視野を形成する上窓と前記基板からの反射光が入射する開口であって前記第２の視野を形成する下窓が設けられており、前記上窓から入射した光と前記下窓から入射した光を前記本体部に設けられた撮像部に導く撮像用導光路が前記先端部と前記本体部に跨って設けられており、
前記撮像ユニットは、照明用光源が発した光を前記上窓の上方及び前記下窓の下方に導く照明用導光路を備え、
前記照明用導光路は、前記上窓の上方の前記実装前位置に位置した前記部品と前記下窓の下方に位置した前記目標部位をそれぞれ鉛直方向に対する斜め方向から照明する斜光照明用導光路と、前記上窓の上方の前記実装前位置に位置した前記部品と前記下窓の下方に位置した前記目標部位をそれぞれ鉛直方向から照明する同軸照明用導光路とを有することを特徴とする部品実装装置。
前記実装前位置に位置された前記部品と前記目標部位との間に前記撮像ユニットの前記先端部が挿入され、前記撮像ユニットによる前記部品と前記目標部位の撮像が終わった後に前記部品と前記目標部位との間から前記先端部が抜き出されるように前記撮像ユニットを移動させる撮像ユニット移動機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
前記撮像用導光路は、前記上窓から入射した光を前記先端部内で水平方向に導く第１の水平導光部及び前記下窓から入射した光を前記先端部内で水平方向に導く第２の水平導光部を有し、前記第１の水平導光部と前記第２の水平導光部は一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装装置。