JP6712206B2

JP6712206B2 - 基板作業装置

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Publication number: JP6712206B2
Application number: JP2016176763A
Authority: JP
Inventors: 橋本　岳; 岳橋本; 遼太郎小野; 大西　正志; 正志大西
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: JP2018041912A

Description

この発明は、基板作業装置に関し、特に、撮像部を備えた基板作業装置に関する。

従来、撮像部を備えた装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、対象物に対して高さ方向に相対移動するとともに、複数の高さ方向の位置において対象物を撮像する撮像部と、撮像部により撮像した複数の対象物の画像に基づいて、焦点が合った画像の位置を対象物の高さ位置として取得する合焦測度最大位置検出部とを備える装置が開示されている。

特開平０９−０２６３１２号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、撮像部により撮像した複数の高さ位置での対象物の画像に基づいて、焦点が合った画像の位置を対象物の高さ位置として取得するように構成されているため、対象物の高さ位置を取得するために複数の高さ位置において撮像を行う必要がある。このため、対象物の高さ位置を取得する際の作業時間を短縮することが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間を短縮することが可能な基板作業装置を提供することである。

この発明の一の局面による基板作業装置は、部品が実装される基板に対して作業を行う作業部と、認識対象としての部品または基板を撮像可能な撮像部と、撮像部により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得する制御部とを備え、制御部は、認識対象の高さ位置に応じた変数を有する関数に基づいて、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得し、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と、撮像部により撮像した認識対象の画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。

この発明の一の局面による基板作業装置では、上記のように、撮像部により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得する制御部を設ける。これにより、認識対象の高さ位置を取得する場合に、認識対象の撮像回数が増加するのを抑制することができるので、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間を短縮することができる。また、部品または基板を撮像する撮像部を用いて認識対象の高さ位置を取得することができるので、レーザ送受信機などの高さを測定する機器を別途設ける必要がない。その結果、装置構成の簡素化および部品点数の減少を図ることができる。

上記一の局面による基板作業装置において、好ましくは、制御部は、撮像部により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、マッチング度の最も大きい画像に対応する高さ位置を、認識対象の高さ位置として取得するように構成されている。このように構成すれば、容易に認識対象の高さ位置を精度よく取得することができる。また、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像をパターンマッチングさせることにより、認識対象の高さ位置を取得することができるので、予め取得された画像と、必要最小限の撮像により得られた画像とをパターンマッチングさせるだけでよい。これにより、認識対象の高さ位置を取得する際の撮像時間が増大するのを抑制することができるので、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間が増大するのを抑制することができる。

上記一の局面による基板作業装置において、好ましくは、制御部は、撮像部により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、パターンマッチングの結果を近似曲線により補完し、近似曲線におけるマッチング度の値が最も大きくなるところに対応する高さ位置を、認識対象の高さ位置として取得するように構成されている。このように構成すれば、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像を予め取得する数を多くしなくても、近似曲線により補完することができるので、精度よく高さを取得することができる。また、パターンマッチングさせる画像が多くなるのを抑制することができるので、処理時間を短縮することができる。

上記一の局面による基板作業装置では、上記のように、制御部は、認識対象の高さ位置に応じた変数を有する関数に基づいて、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得し、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と、撮像部により撮像した認識対象の画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。これにより、パターンマッチングさせるための認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を容易に取得することができる。

上記一の局面による基板作業装置において、好ましくは、制御部は、画像をボヤけさせる平準化フィルタ関数を用いて、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得するように構成されている。このように構成すれば、撮像部の焦点位置を考慮して、認識対象の高さ位置に応じた画像情報を平準化フィルタ関数を用いてより容易に取得することができる。

上記一の局面による基板作業装置において、好ましくは、制御部は、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と撮像部により撮像した認識対象の画像とのマッチング結果と、撮像部により撮像した認識対象の大きさまたは明るさのうち少なくとも１つとに基づいて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。このように構成すれば、マッチング結果に加えて、撮像部により撮像した認識対象の大きさまたは明るさにも基づいて、認識対象の高さ位置を取得することができるので、より精度よく認識対象の高さ位置を取得することができる。

本発明によれば、上記のように、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態による部品実装装置の概略を示した平面図である。本発明の第１実施形態による部品実装装置の制御的な構成を示したブロック図である。本発明の第１実施形態による部品実装装置のマッチング用テンプレートの画像データ作成を説明するための図である。本発明の第１実施形態による部品実装装置のパターンマッチングを説明するための図である。本発明の第１実施形態による部品実装装置のパターンマッチングを説明するためのグラフである。本発明の第１実施形態による部品実装装置のＣＰＵによるマッチング用テンプレート作成処理を説明するためのフローチャートである。本発明の第１実施形態による部品実装装置のＣＰＵによるマッチング度に基づく高さ取得処理を説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施形態による部品実装装置の制御的な構成を示したブロック図である。本発明の第２実施形態による部品実装装置のマッチング用テンプレートの画像データ作成を説明するための図である。本発明の第２実施形態による部品実装装置のパターンマッチングを説明するためのグラフである。本発明の第２実施形態による部品実装装置のＣＰＵによるマッチング用テンプレート作成処理を説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施形態による部品実装装置のＣＰＵによるマッチング度に基づく高さ取得処理を説明するためのフローチャートである。本発明の第１および第２実施形態の変形例による部品実装装置のパターンマッチングを説明するためのグラフである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（部品実装装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による部品実装装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、部品実装装置１００は、一対のコンベア２により基板ＰをＸ方向に搬送し、実装作業位置Ｍにおいて基板Ｐに部品３１を実装する部品実装装置である。なお、部品実装装置１００は、特許請求の範囲の「基板作業装置」の一例である。

図１に示すように、部品実装装置１００は、基台１と、一対のコンベア２と、部品供給部３と、ヘッドユニット４と、支持部５と、一対のレール部６と、部品認識カメラ７とを備えている。また、図２に示すように、部品実装装置１００は、制御的な構成として、ＣＰＵ（中央演算処理装置）８１と、記憶装置８２と、メモリ８３と、表示部８４と、入力装置８５とを備えている。なお、ヘッドユニット４は、特許請求の範囲の「作業部」の一例である。また、ＣＰＵ８１は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。

一対のコンベア２は、基台１上に設置され、基板ＰをＸ方向に搬送するように構成されている。また、一対のコンベア２は、搬送中の基板Ｐを実装作業位置Ｍで停止させた状態で保持するように構成されている。また、一対のコンベア２は、基板Ｐの寸法に合わせてＹ方向の間隔を調整可能に構成されている。

部品供給部３は、一対のコンベア２の外側（Ｙ１側およびＹ２側）に配置されている。また、部品供給部３には、複数のテープフィーダ３ａが配置されている。

テープフィーダ３ａは、複数の部品３１を所定の間隔を隔てて保持したテープが巻き付けられたリール（図示せず）を保持している。テープフィーダ３ａは、リールを回転させて部品３１を保持するテープを送出することにより、テープフィーダ３ａの先端から部品３１を供給するように構成されている。ここで、部品３１は、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサおよび抵抗などの電子部品を含む。

ヘッドユニット４は、部品３１が実装される基板Ｐに対して作業を行うように構成されている。具体的には、ヘッドユニット４は、一対のコンベア２および部品供給部３の上方位置に配置されており、ノズル４１が下端に取り付けられた複数（５つ）の実装ヘッド４２と、基板認識カメラ４３とを含んでいる。また、図２に示すように、ヘッドユニット４は、照明４４と、Ｚ軸モータ４５と、Ｒ軸モータ４６とを含んでいる。Ｚ軸モータ４５は、実装ヘッド４２を上下方向（Ｚ方向）に移動させるように構成されている。Ｒ軸モータ４６は、実装ヘッド４２を上下方向の軸線を中心に回転させるように構成されている。なお、基板認識カメラ４３は、特許請求の範囲の「撮像部」の一例である。

実装ヘッド４２は、昇降可能（Ｚ方向に移動可能）に構成され、負圧発生機（図示せず）によりノズル４１の先端部に発生された負圧によって、テープフィーダ３ａから供給される部品３１を吸着して保持し、基板Ｐにおける実装位置に部品３１を装着（実装）する作業を行うように構成されている。

基板認識カメラ４３は、認識対象としての基板Ｐを撮像可能に構成されている。具体的には、基板認識カメラ４３は、基板Ｐの位置を認識するために、基板ＰのフィデューシャルマークＦを撮像するように構成されている。そして、フィデューシャルマークＦの位置を撮像して認識することにより、基板Ｐにおける部品３１の実装位置を正確に取得することが可能である。また、基板認識カメラ４３の近傍には、照明４４（図２参照）が設けられている。照明４４は、基板認識カメラ４３の撮像時に光（可視光や赤外光など）を基板Ｐに照射するように構成されている。これにより、基板認識カメラ４３により基板Ｐを鮮明に撮像することが可能である。

支持部５は、Ｘ軸モータ５１を含んでいる。支持部５は、Ｘ軸モータ５１を駆動させることにより、支持部５に沿ってヘッドユニット４をＸ方向に移動させるように構成されている。支持部５は、両端部が一対のレール部６により支持されている。

一対のレール部６は、基台１上に固定されている。Ｘ１側のレール部６は、Ｙ軸モータ６１を含んでいる。レール部６は、Ｙ軸モータ６１を駆動させることにより、支持部５を一対のレール部６に沿ってＸ方向と直交するＹ方向に移動させるように構成されている。ヘッドユニット４が支持部５に沿ってＸ方向に移動可能であるとともに、支持部５がレール部６に沿ってＹ方向に移動可能であることによって、ヘッドユニット４はＸＹ方向に移動可能である。

部品認識カメラ７は、基台１の上面上に固定されている。部品認識カメラ７は、部品を撮像可能に構成されている。具体的には、部品認識カメラ７は、一対のコンベア２の外側（Ｙ１側およびＹ２側）に配置されている。部品認識カメラ７は、部品３１の実装に先立って部品３１の吸着状態（吸着姿勢）を認識するために、実装ヘッド４２のノズル４１に吸着された部品３１を下側（Ｚ２側）から撮像するように構成されている。これにより、実装ヘッド４２のノズル４１に吸着された部品３１の吸着状態をＣＰＵ８１により取得することが可能である。また、部品認識カメラ７の近傍には、照明７１（図２参照）が設けられている。照明７１は、部品認識カメラ７の撮像時に光（可視光や赤外光など）をノズル４１に吸着された部品３１に照射するように構成されている。これにより、部品認識カメラ７によりノズル４１に吸着された部品３１を鮮明に撮像することが可能である。

ＣＰＵ８１は、一対のコンベア２による基板Ｐの搬送動作、ヘッドユニット４による実装動作、基板認識カメラ４３や部品認識カメラ７による撮像動作などの部品実装装置１００の全体の動作を制御するように構成されている。

記憶装置８２は、基板Ｐの情報、部品３１の情報、実装動作を行うプログラムなどが格納されている。また、記憶装置８２は、認識対象の高さ位置を取得するためのマッチング用テンプレートが格納される。また、記憶装置８２は、たとえば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）や、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）などを含んでいる。

メモリ８３は、ＣＰＵ８１の動作の際に情報が記憶されるように構成されている。表示部８４は、部品実装装置１００の状態や、生産している基板Ｐの情報などが表示されるように構成されている。入力装置８５は、ユーザの部品実装装置１００に対する操作が入力されるように構成されている。入力装置８５は、たとえば、マウス、キーボード、スイッチ、タッチパネルなどが含まれる。

ここで、第１実施形態では、ＣＰＵ８１は、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。具体的には、ＣＰＵ８１は、基板Ｐ上のフィデューシャルマークＦ、他のマーク、導電パターンなどを認識対象として認識し、認識対象の高さ位置（Ｚ方向の位置）を取得するように構成されている。なお、高さ位置は、Ｚ方向の所定の位置を基準とした上下方向の位置である。基板Ｐの高さ位置を取得することにより、基板Ｐの反りなどを取得することが可能である。また、基板Ｐに対する部品３１の実装位置における上下方向の位置を正確に取得することが可能である。

また、第１実施形態では、ＣＰＵ８１は、認識対象の高さ位置に応じた変数を有する関数に基づいて、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得するように構成されている。具体的には、図３に示すように、ＣＰＵ８１は、認識対象の画像データからマッチング用テンプレートの画像データを生成して取得する。また、ＣＰＵ８１は、画像をボヤけさせる平準化フィルタ関数を用いて、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得するように構成されている。たとえば、ＣＰＵ８１は、平準化フィルタ関数として、点広がり関数を用いるように構成されている。点広がり関数は、たとえば、式（１）に示されるガウス分布関数が用いられる。

なお、σは、分散値を表す。認識対象の高さ位置に応じてσを変化させることにより、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報が生成される。また、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報は、たとえば、基準位置を中心に０．１ｍｍ程度間隔で上下に±１ｍｍ〜±２ｍｍ程度の高さ位置において複数の画像情報が取得される。

また、ＣＰＵ８１は、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。また、ＣＰＵ８１は、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、マッチング度の最も大きい画像に対応する高さ位置を、認識対象の高さ位置として取得するように構成されている。たとえば、図４に示すように、ＣＰＵ８１は、撮像結果と、マッチング用テンプレートの画像データとをパターンマッチングさせて、マッチング度の最も大きい画像に対応する高さ位置を認識対象の高さ位置として取得する。

パターンマッチングは、たとえば、撮像画像の各画素の画素値と、マッチング用テンプレートの画像の各画素の画素値との相関を求めてマッチング度を算出する。パターンマッチングは、たとえば、式（２）に示すようなゼロ正規化相互相関を用いて行われる。

なお、Ｉ（ｘ，ｙ）は、撮像画像の（ｘ，ｙ）の位置（画素）における画素値を表し、Ｉは、撮像画像の画素値の平均値を表す。また、Ｔ（ｘ，ｙ）は、マッチング用テンプレートの画像の（ｘ，ｙ）の位置（画素）における画素値を表し、Ｔは、マッチング用テンプレートの画像の画素値の平均値を表す。マッチング度Ｒが１に近づく（大きくなる）ほどより近い画像であると認識される。

また、ＣＰＵ８１は、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の画像とのマッチング結果と、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の大きさまたは明るさのうち少なくとも１つとに基づいて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。つまり、図５に示すように、マッチング用テンプレートの画像は、基準位置に対して負方向（ｈ１位置）と正方向（ｈ２位置）との同じ距離の高さ位置において、同様の画像になるため、撮像画像の認識対象の大きさまたは明るさを用いて、正方向（カメラに近い方）と、負方向（カメラに遠い方）とを判断することが可能である。具体的には、撮像画像の認識対象が明るいまたは大きい場合、カメラに近い方の位置と判断され、撮像画像の認識対象が暗いまたは小さい場合、カメラに遠い方の位置と判断される。

次に、図６を参照して、部品実装装置１００のＣＰＵ８１によるマッチング用テンプレート作成処理について説明する。

図６のステップＳ１において、高さ測定マークの画像の作成が行われる。つまり、認識対象の基準となる画像が生成される。ステップＳ２において、マッチング用テンプレートの画像の作成が開始される。ステップＳ３において、ｎ＝−ｔ１とされる。

ステップＳ４において、作成した基準画像を平準化フィルタ関数ｆ（ｎ）に基づいて変換して、マッチング用テンプレートの画像が生成される。ステップＳ５において、ｎ＝ｔ１であるか否かが判断される。ｎ＝ｔ１であれば、ステップＳ７に進み、ｎ＝ｔ１でなければ（ｎ＜ｔ１であれば）、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、ｎ＝ｎ＋１とされる。そしてステップＳ４に戻る。つまり、ｎ＝−ｔ１からｎ＝ｔ１まで、１刻みでマッチング用テンプレートの画像が生成される。

ステップＳ７において、マッチング用テンプレートの画像作成処理が終了される。そして、ステップＳ８において、作成した画像がマッチング用テンプレートとしてデータベースに保存される。その後、マッチング用テンプレート作成処理が終了される。

次に、図７を参照して、部品実装装置１００のＣＰＵ８１によるマッチング度に基づく高さ取得処理について説明する。

ステップＳ１１において、高さ測定する箇所の認識対象のマークを認識する。具体的には、基板認識カメラ４３により、基板Ｐの認識対象のマークが撮像される。ステップＳ１２において、マッチング度が算出される。具体的には、認識対象の認識結果と各高さのマッチング用テンプレートの画像とをマッチングして各画像のマッチング度が算出される。ステップＳ１３において、認識対象の高さが算出される。具体的には、各高さのテンプレートとのマッチング度の関係と、認識対象のマークの明るさおよび大きさとに基づいて、認識対象の高さ位置が求められる。その後、マッチング度に基づく高さ取得処理が終了される。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するＣＰＵ８１を設ける。これにより、認識対象の高さ位置を取得する場合に、認識対象の撮像回数が増加するのを抑制することができるので、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間を短縮することができる。また、基板Ｐを撮像する基板認識カメラ４３を用いて認識対象の高さ位置を取得することができるので、レーザ送受信機などの高さを測定する機器を別途設ける必要がない。その結果、装置構成の簡素化および部品点数の減少を図ることができる。

また、第１実施形態では、ＣＰＵ８１を、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、マッチング度の最も大きい画像に対応する高さ位置を、認識対象の高さ位置として取得するように構成する。これにより、容易に認識対象の高さ位置を精度よく取得することができる。また、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像をパターンマッチングさせることにより、認識対象の高さ位置を取得することができるので、予め取得された画像と、必要最小限の撮像により得られた画像とをパターンマッチングさせるだけでよい。これにより、認識対象の高さ位置を取得する際の撮像時間が増大するのを抑制することができるので、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間が増大するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、ＣＰＵ８１を、認識対象の高さ位置に応じた変数を有する関数に基づいて、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得し、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成する。これにより、パターンマッチングさせるための認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を容易に取得することができる。

また、第１実施形態では、ＣＰＵ８１を、画像をボヤけさせる平準化フィルタ関数を用いて、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得するように構成する。これにより、基板認識カメラ４３の焦点位置を考慮して、認識対象の高さ位置に応じた画像情報を平準化フィルタ関数を用いてより容易に取得することができる。

また、第１実施形態では、ＣＰＵ８１を、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の画像とのマッチング結果と、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の大きさまたは明るさのうち少なくとも１つとに基づいて、認識対象の高さ位置を取得するように構成する。これにより、マッチング結果に加えて、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の大きさまたは明るさにも基づいて、認識対象の高さ位置を取得することができるので、より精度よく認識対象の高さ位置を取得することができる。

［第２実施形態］
次に、図８〜図１２を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、認識対象の高さ位置に応じた変数を有する関数に基づいて認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得する上記第１実施形態とは異なり、基板認識カメラを認識対象に対して高さ方向に相対移動させて撮像することにより認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得する構成の例について説明する。なお、第１実施形態と同様の箇所には同様の符号を付している。

第２実施形態では、図８に示すように、部品実装装置２００は、基板認識カメラ４３および照明４４を移動させる駆動部４７を備えている。駆動部４７は、基板認識カメラ４３および照明４４を高さ方向（Ｚ方向）に移動させるように構成されている。つまり、基板認識カメラ４３は、認識対象に対して高さ方向に相対的に距離を変えることが可能に構成されている。なお、部品実装装置２００は、特許請求の範囲の「基板作業装置」の一例である。また、基板認識カメラ４３は、特許請求の範囲の「撮像部」の一例である。

ここで、第２実施形態では、ＣＰＵ８１は、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。また、ＣＰＵ８１は、図９に示すように、基板認識カメラ４３を認識対象に対して高さ方向に相対的に距離を変えて（相対移動させて）、基板認識カメラ４３により認識対象を複数の高さ方向の位置において撮像することにより、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得するように構成されている。また、ＣＰＵ８１は、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成されている。なお、ＣＰＵ８１は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。

また、ＣＰＵ８１は、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、マッチング度の最も大きい画像に対応する高さ位置を、認識対象の高さ位置として取得するように構成されている。たとえば、図１０に示すように、ＣＰＵ８１は、撮像結果と、マッチング用テンプレートの画像データとをパターンマッチングさせて、マッチング度の最も大きい画像に対応する高さ位置（ｈ３位置）を認識対象の高さ位置として取得する。

次に、図１１を参照して、部品実装装置２００のＣＰＵ８１によるマッチング用テンプレート作成処理について説明する。

図１１のステップＳ２１において、基板サンプルが部品実装装置２００に配置される。具体的には、マッチング用テンプレートを作成するための反りが無い状態の基板サンプルが部品実装装置２００の所定の位置に配置される。つまり、基板サンプルは、部品実装装置２００内の所定の高さ位置（Ｚ方向の位置）に配置される。ステップＳ２２において、マッチング用テンプレートの画像の作成が開始される。ステップＳ２３において、カメラ軸が高さ測定設定範囲の上限に移動される。具体的には、駆動部４７により、基板認識カメラ４３が上限の位置に移動される。

ステップＳ２４において、基板認識カメラ４３により基板サンプルのマークが撮像されて画像が作成される。ステップＳ２５において、作成された画像がマッチング用テンプレートとしてデータベースに画像保存される。ステップＳ２６において、カメラ軸高さが測定設定範囲内であるか否かが判断される。つまり、カメラ軸高さが測定設定範囲の下限の位置より上であるか否かが判断される。測定設定範囲内であれば、ステップＳ２７に進み、測定設定範囲内でなければ、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２７において、カメラ軸が０．１ｍｍ下げられる。そしてステップＳ２４に戻る。つまり、カメラ軸が測定設定範囲の上限から下限まで、０．１ｍｍ刻みでマッチング用テンプレートの画像が生成される。なお、カメラ軸の測定設定範囲は、たとえば、基板面に焦点が有っている位置を基準に±３ｍｍ程度に設定される。また、測定設定範囲は、カメラ軸の移動可能範囲内において任意に設定される。

ステップＳ２８において、マッチング用テンプレートの画像取得処理が終了される。その後、マッチング用テンプレート作成処理が終了される。なお、マッチング用テンプレート作成処理は、測定設定範囲の下限から上限に順にマークを撮像して作成してもよいし、適宜上下に移動しながら撮像して作成してもい。

次に、図１２を参照して、部品実装装置２００のＣＰＵ８１によるマッチング度に基づく高さ取得処理について説明する。

ステップＳ３１において、高さ測定する箇所の認識対象のマークを認識する。具体的には、基板認識カメラ４３により、基板Ｐの認識対象のマークが撮像される。ステップＳ３２において、マッチング度が算出される。具体的には、認識対象の認識結果と各高さのマッチング用テンプレートの画像とをマッチングして各画像のマッチング度が算出される。ステップＳ３３において、認識対象の高さが算出される。具体的には、各高さのテンプレートとのマッチング度の関係が求められ、マッチング度が大きい画像から、認識対象の高さ位置が求められる。その後、マッチング度に基づく高さ取得処理が終了される。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

上記のように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するＣＰＵ８１を設ける。これにより、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間を短縮することができる。

また、実際のマークを用いてマッチング用テンプレートを作成するので、基板製造上の差異や実際のマークの見え方がより実際の撮像結果に近い形でマッチング用テンプレートを作成することができる。たとえば、マークの反射具合などを考慮した実際のマーク認識に近い画像を取得することができる。これにより、パターンマッチングの精度をより向上させることができる。また、ボケ具合（ピントの具合）に加えて、マークの大きさや明るさの情報も含めて、マッチング用テンプレートを作成することができるので、マッチング度のピークが１つに決められる。これにより、パターンマッチングのみにより容易に高さを取得することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、基板認識カメラ４３を、認識対象に対して高さ方向に相対的に距離を変えることが可能に構成し、ＣＰＵ８１を、基板認識カメラ４３を認識対象に対して高さ方向に相対的に距離を変えて、基板認識カメラ４３により認識対象を複数の高さ方向の位置において撮像することにより、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得し、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と、基板認識カメラ４３により撮像した認識対象の画像とをパターンマッチングさせて、認識対象の高さ位置を取得するように構成する。これにより、実際の認識対象と基板認識カメラ４３とを相対移動させながら撮像するので、認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を撮像する環境に対応させて正確に取得することができる。また、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像をパターンマッチングさせることにより、認識対象の高さ位置を取得することができるので、予め取得された画像と、必要最小限の撮像により得られた画像とをパターンマッチングさせるだけでよい。これにより、認識対象の高さ位置を取得する際の撮像時間が増大するのを抑制することができるので、認識対象の高さ位置を取得する際の作業時間が増大するのを抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明を基板作業装置としての部品実装装置に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明を部品実装装置以外に適用してもよい。たとえば、本発明を基板に半田などを印刷する印刷装置に適用してもよい。また、本発明を基板に接着剤や半田などを塗布するディスペンサ装置に適用してもよい。また、本発明を基板にチップ部品を実装するボンダ装置に適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、撮像部として基板を撮像する基板認識カメラを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、撮像部として部品を撮像する部品認識カメラを用いてもよい。この場合、部品の高さ位置を取得してもよい。たとえば、部品の底面の高さ位置を取得してもよいし、部品のリードの高さ位置を取得してもよい。これにより、部品の厚みや、リードの長さ、コプラナリティ（平坦度）の計測を行うことが可能である。

また、上記第１および第２実施形態では、マッチング度が最も大きい画像に対応する位置を認識対象の高さ位置として取得する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部を、撮像部により撮像した認識対象の撮像結果と、予め取得した認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、パターンマッチングの結果を近似曲線により補完し、近似曲線におけるマッチング度の値が最も大きくなるところに対応する高さ位置を、認識対象の高さ位置として取得するように構成してもよい。たとえば、図１３に示すように、パターンマッチングの近似曲線に基づいて、マッチングスコアが大きくなる位置（ｈ４位置）を高さ位置として取得してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、０．１ｍｍ刻みの複数の高さ位置におけるマッチング用テンプレートを作成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、０．１ｍｍより大きい間隔の複数の高さ位置におけるマッチング用テンプレートを作成してもよいし、０．１ｍｍより小さい間隔の複数の高さ位置におけるマッチング用テンプレートを作成してもよい。

また、上記第２実施形態では、基板認識カメラ（撮像部）が高さ方向に移動する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、基板を高さ方向に移動させて複数の高さ位置において撮像してもよい。また、基板および撮像部の両方を移動させて、複数の高さ位置において撮像してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、説明の便宜上、ＣＰＵ（制御部）の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

４ヘッドユニット（作業部）
３１部品
４３基板認識カメラ（撮像部）
８１ＣＰＵ（制御部）
１００、２００部品実装装置（基板作業装置）
Ｐ基板

Claims

部品が実装される基板に対して作業を行う作業部と、
認識対象としての前記部品または前記基板を撮像可能な撮像部と、
前記撮像部により撮像した前記認識対象の撮像結果と、予め取得した前記認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、前記認識対象の高さ位置を取得する制御部とを備え、
前記制御部は、前記認識対象の高さ位置に応じた変数を有する関数に基づいて、前記認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得し、予め取得した前記認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と、前記撮像部により撮像した前記認識対象の画像とをパターンマッチングさせて、前記認識対象の高さ位置を取得するように構成されている、基板作業装置。
前記制御部は、前記撮像部により撮像した前記認識対象の撮像結果と、予め取得した前記認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、マッチング度の最も大きい画像に対応する高さ位置を、前記認識対象の高さ位置として取得するように構成されている、請求項１に記載の基板作業装置。
前記制御部は、前記撮像部により撮像した前記認識対象の撮像結果と、予め取得した前記認識対象の複数の高さ位置に対応する画像とをパターンマッチングさせて、パターンマッチングの結果を近似曲線により補完し、近似曲線におけるマッチング度の値が最も大きくなるところに対応する高さ位置を、前記認識対象の高さ位置として取得するように構成されている、請求項１に記載の基板作業装置。
前記制御部は、画像をボヤけさせる平準化フィルタ関数を用いて、前記認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報を予め取得するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板作業装置。
前記制御部は、予め取得した前記認識対象の複数の高さ位置に対応する画像情報と前記撮像部により撮像した前記認識対象の画像とのマッチング結果と、前記撮像部により撮像した前記認識対象の大きさまたは明るさのうち少なくとも１つとに基づいて、前記認識対象の高さ位置を取得するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板作業装置。