JP6789603B2 - 実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、実装装置に関する。

従来、撮像処理方法としては、位置ずれを含む複数の画像を取得し、複数の画像の位置合わせを行い、複数の画像に基づく補間処理により補間画像を生成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、位置合わせの精度を重み付けした最適化処理により合成画像を生成するのに用いる画像を選択する。

特開２０１２−００３４６９号公報

ところで、このような画像処理方法を採用する装置としては、部品を採取する実装ヘッドを備え、実装ヘッドによって基板に部品を実装する実装装置が挙げられる。このような実装装置において、実装ヘッドに採取された部品を含む画像を複数撮像し、複数の画像を用いて部品の画像処理を行うことが考えられる。しかしながら、上述した画像処理方法では、複数の撮像条件で部品を撮像することについては考慮されていなかった。このため、上述した画像処理方法では、例えば、撮像条件に応じて部品を採取し直したり、実装ヘッドを一旦停止させて撮像するという処理を繰り返し行う必要が生じ、生産性が低下することがあった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、実装処理における生産性をより向上することができる実装装置を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の実装装置は、１又は２以上の基準マークと、部品を採取する採取部材とを有し、採取した部品を基板上へ移動させる実装ヘッドと、下方から画像を撮像する撮像部と、前記実装ヘッドが前記部品を採取し前記基板に実装する間に、前記実装ヘッドに採取された部品と前記基準マークとを含む第１画像を第１の撮像条件で前記撮像部に撮像させると共に、前記実装ヘッドに採取された部品と前記基準マークとを含む第２画像を第１の撮像条件と異なる第２の撮像条件で前記撮像部に撮像させ、前記第１画像と前記第２画像とを用いて所定の処理を行う制御部と、を備えたものである。

この実装装置では、実装ヘッドが部品を採取し基板に実装する間に、実装ヘッドに採取された部品と基準マークとを含む第１画像を第１の撮像条件で撮像し、この部品と基準マークとを含む第２画像を第２の撮像条件で撮像し、第１画像と第２画像とを用いて所定の処理を行う。この実装装置では、基準マークと部品とを含む画像を複数撮像するため、例えば、異なる条件で撮像された第１画像及び第２画像において、基準マークにより部品の位置が明らかになる。このため、この実装装置では、撮像条件に応じて部品を採取し直すことなく、部品を採取し基板に実装する間に複数の画像を撮像することができる。あるいは、実装ヘッドを一旦停止させて撮像することなく、実装ヘッドの移動を継続したまま複数の画像を撮像することができる。したがって、この実装装置では、実装処理における生産性をより向上することができる。

実装システム１０の一例を表す概略説明図。 実装ヘッド２２及び撮像ユニット３０の説明図。 実装装置１１の構成を表すブロック図。 撮像処理ルーチンの一例を表すフローチャート。 部品６０を採取した実装ヘッド２２の説明図。 第１画像７１及び第２画像７２の説明図。 実装ヘッド２２の移動速度と撮像対象の撮像順の説明図。 第１画像７１と第２画像７２との位置関係を認識する処理の概念図。 部品６４，６６を採取した実装ヘッド２２の説明図。 第１画像７３及び第２画像７４の説明図。 実装ヘッド２２Ｂの説明図。 実装ヘッド２２Ｃの説明図。 撮像条件として部品の撮像高さが異なる画像を撮像する説明図。

本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、実装システム１０の一例を表す概略説明図である。図２は、実装ヘッド２２及び撮像ユニット３０の説明図である。図３は、実装装置１１の構成を表すブロック図である。実装システム１０は、例えば、部品を基板Ｓに実装する処理に関する実装処理を実行するシステムである。この実装システム１０は、実装装置１１と、管理コンピュータ５０とを備えている。実装システム１０は、部品を基板Ｓに実装する実装処理を実施する複数の実装装置１１が上流から下流に配置されている。図１では、説明の便宜のため実装装置１１を１台のみ示している。なお、実装処理とは、部品を基板Ｓ上に配置、装着、挿入、接合、接着する処理などを含む。また、本実施形態において、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１、２に示した通りとする。

実装装置１１は、図１、３に示すように、基板搬送ユニット１２と、実装ユニット１３と、部品供給ユニット１４と、撮像ユニット３０と、制御装置４０とを備えている。基板搬送ユニット１２は、基板Ｓの搬入、搬送、実装位置での固定、搬出を行うユニットである。基板搬送ユニット１２は、図１の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に架け渡された１対のコンベアベルトを有している。基板Ｓはこのコンベアベルトにより搬送される。

実装ユニット１３は、部品を部品供給ユニット１４から採取し、基板搬送ユニット１２に固定された基板Ｓへ配置するものである。実装ユニット１３は、ヘッド移動部２０と、実装ヘッド２２と、吸着ノズル２４とを備えている。ヘッド移動部２０は、ガイドレールに導かれてＸＹ方向へ移動するスライダと、スライダを駆動するモータとを備えている。実装ヘッド２２は、スライダに取り外し可能に装着されており、ヘッド移動部２０によりＸＹ方向へ移動する。実装ヘッド２２の下面には、１以上の吸着ノズル２４が取り外し可能に装着されている。ここでは、吸着ノズル２４ａ〜２４ｄの４つのノズルを実装ヘッド２２が装着する場合を主として説明する（図２）。また、ここでは、吸着ノズル２４ａ〜２４ｄを吸着ノズル２４と総称する。吸着ノズル２４は、負圧を利用して部品を採取するものであり、実装ヘッド２２に取り外し可能に装着されている。この実装ヘッド２２は、Ｚ軸モータ２３を内蔵しており、このＺ軸モータによってＺ軸に沿って吸着ノズル２４の高さを調整する。また、実装ヘッド２２は、図示しない駆動モータによって吸着ノズル２４を回転（自転）させる回転装置を備え、吸着ノズル２４に採取（吸着）された部品の角度を調整可能となっている。

実装ヘッド２２は、図２に示すように、その下面側に、採取された部品の位置の基準となる第１基準マーク２５ａ，２５ｂと、第２基準マーク２６ａ，２６ｂとが取外し交換可能に配設されている。なお、ここでは、第１基準マーク２５ａ，２５ｂを第１基準マーク２５と総称し、第２基準マーク２６ａ，２６ｂを第２基準マーク２６と総称する。実装ヘッド２２は、吸着ノズル２４に対して外周側に第１基準マーク２５および第２基準マーク２６が配設されている。第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６は、実装ヘッド２２の角部、即ち、撮像ユニット３０の撮像範囲の隅側に配設されている。実装ヘッド２２は、実装ヘッド２２の４隅のうち対角に第１基準マーク２５ａ、２５ｂが配設され、残りの対角に第２基準マーク２６ａ，２６ｂが配設されている。この第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６は、支柱と、支柱の先端に配設された円盤状のマーク部材とを備える。この第１基準マーク２５のマーク部材は、第２基準マーク２６のマーク部材とは光学特性が異なっている。ここでは、第１基準マーク２５のマーク部材は、光学特性として、反射率及び色が第２基準マーク２６のマーク部材と異なるものとする。例えば、第１基準マーク２５のマーク部材は、撮像ユニット３０に撮像される撮像面を含め反射率が比較的高く白色である。一方、第２基準マーク２６のマーク部材は、撮像ユニット３０に撮像される撮像面を含め反射率が比較的低く無彩色（灰色）である。ここで、「光学特性」とは、例えば、撮像時の光に応じた特性であり、撮像画像にその影響が現れる特性をいうものとしてもよく、反射率、輝度、色及び撮像される撮像面の角度などのうち１以上が含まれる。この第１基準マーク２５ａは、第２基準マーク２６ａ，２６ｂと所定の位置関係、例えば、所定の距離Ｌ１，Ｌ２で配設されている。また、第１基準マーク２５ｂは、第２基準マーク２６ａ，２６ｂと所定の位置関係（所定距離Ｌ２，Ｌ１）で配設されている。吸着ノズル２４ａ〜２４ｄは、第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６と所定の位置関係（距離や配置位置）を有するから、第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６のうちいずれかの位置が認識できれば、それぞれの位置を認識することができる。

部品供給ユニット１４は、複数のリールを備え、実装装置１１の前側に着脱可能に取り付けられている。各リールには、テープが巻き付けられ、テープの表面には、複数の部品がテープの長手方向に沿って保持されている。このテープは、リールから後方に向かって巻きほどかれ、部品が露出した状態で、吸着ノズル２４で吸着される採取位置にフィーダ部により送り出される。この部品供給ユニット１４は、部品を複数配列して載置するトレイを有するトレイユニットを備えている。このトレイユニットは、トレイをパレットに固定して図示しないマガジンカセットから引きだし、所定の採取位置へトレイを移動する移動機構を備えている。トレイには、多数の矩形のポケットが形成されており、このポケットに部品を収容している。このトレイに収容される部品は、リールに収容される部品に比して高さや大きさが大きいものである。

撮像ユニット３０は、画像を下方から撮像するものであり、実装ヘッド２２に吸着された部品と実装ヘッド２２が有する第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６とを撮像するユニットである。この撮像ユニット３０は、部品供給ユニット１４と基板搬送ユニット１２との間に配置されている。この撮像ユニット３０の撮像範囲は、撮像ユニット３０の上方である。撮像ユニット３０は、照明部３１と、照明制御部３２と、撮像素子３３と、画像処理部３４とを備える。照明部３１は、上方に光を照射し実装ヘッド２２に保持された部品や基準マークに対して複数の照明状態で光を照射可能に構成されている。照明部３１は、例えば、上、中、下段に配設されたランプ、及び図示しない落射ランプを有し、吸着ノズル２４に吸着された部品へ照射される光の明るさ（光量）、光の波長及び光の照射位置などを調整可能な光源である。照明部３１は、上段のランプを点灯すると側方から光を照射し（側射照明）、下段のランプを点灯すると側方且つ下方から光を照射し、すべてのランプを点灯すると全体から光を照射する（全点灯照明）。照明制御部３２は、所定の照明条件に基づき、吸着ノズル２４に吸着された部品に応じた照明状態になるように照明部３１を制御する。撮像素子３３は、受光により電荷を発生させ発生した電荷を出力する素子である。撮像素子３３は、露光後の電荷の転送処理と次画像の露光処理とをオーバーラップさせることにより高速な連続取込み処理をすることができるＣＭＯＳイメージセンサとしてもよい。画像処理部３４は、入力された電荷に基づいて画像データを生成する処理を行う。撮像ユニット３０は、部品６０を吸着した吸着ノズル２４が撮像ユニット３０の上方を通過する際、複数の画像を撮像し、撮像画像データを制御装置４０へ出力する。

制御装置４０は、図３に示すように、ＣＰＵ４１を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭ４２、各種データを記憶するＨＤＤ４３、作業領域として用いられるＲＡＭ４４、外部装置と電気信号のやり取りを行うための入出力インタフェース４５などを備えており、これらはバス４６を介して接続されている。この制御装置４０は、基板搬送ユニット１２、実装ユニット１３、部品供給ユニット１４、撮像ユニット３０へ制御信号を出力し、実装ユニット１３や部品供給ユニット１４、撮像ユニット３０からの信号を入力する。

管理コンピュータ５０は、実装システム１０の各装置の情報を管理するコンピュータである。管理コンピュータ５０は、作業者が各種指令を入力するキーボード及びマウス等の入力装置５２と、各種情報を表示するディスプレイ５４とを備えている。

次に、こうして構成された本実施形態の実装システム１０の動作、具体的には、実装装置１１の実装処理について説明する。実装処理を開始すると、制御装置４０のＣＰＵ４１は、例えば、採取する部品に応じた吸着ノズル２４を実装ヘッド２２に装着させ、部品供給ユニット１４から部品を採取するよう実装ユニット１３を制御する。次に、ＣＰＵ４１は、基板Ｓ上の配置位置へ実装ヘッド２２を移動させる。このとき、ＣＰＵ４１は、撮像ユニット３０の上方を通過するように実装ヘッド２２を移動させる。また、撮像ユニット３０は、上方を移動する実装ヘッド２２を複数回（例えば２回）撮像する。ＣＰＵ４１は、この撮像された画像を用いて、吸着された部品の方向に間違いがないか、部品の吸着位置ずれが許容範囲にあるか、部品の形状に異常がないかなど、不具合の有無を判定する。次に、部品が基板Ｓ上の配置位置へ移動すると、ＣＰＵ４１は、部品に不具合がない場合には、吸着ノズル２４を下降させて部品を基板Ｓに配置させる。なお、複数回の撮像処理から上記判定処理に要する時間は、部品を吸着移動して実装位置に至るまでの時間に比して十分短い。このため、実装装置１１では、複数回の撮像処理を実装ヘッド２２を移動しながら行うことができる。ＣＰＵ４１は、このような処理を、基板Ｓへの部品の配置がすべて終了するまで繰り返し行う。

次に、この実装処理において撮像ユニット３０で実行される撮像処理について説明する。図４は、制御装置４０のＣＰＵ４１が実行する撮像処理ルーチンの一例を表すフローチャートである。このルーチンは、制御装置４０のＨＤＤ４３に記憶され、実装処理で部品が実装ヘッド２２に採取され部品供給ユニット１４から基板搬送ユニット１２側へ移動される際に実行される。ここでは、まず、部品６０（図５）を基板Ｓへ実装する場合を具体例として説明する。図５は、部品６０を採取した実装ヘッド２２の説明図である。部品６０は、例えば、図５に示すように、比較的大きい板状の本体の下部に多数配列されているバンプ６１を備えたＢＧＡ部品である。部品６０のように部品形状が上下や左右に対象である部品は、部品形状からは部品の方向を判別することができない。そのため、部品の方向判別を目的として、部品形状が非対称となるような識別用マークを付することが多い。この部品６０は、その下面に、部品６０の方向を認識するための識別用マーク６２が付されている。ここでは、装置の左前（図５では右下）に識別用マーク６２がある場合が正常な配置方向であるものとして説明する。図５に示すように、比較的大きな部品６０を吸着保持すると、実装ヘッド２２の領域のうち大きな面積が占められる。なお、この吸着処理では、１以上の部品６０を吸着ノズル２４ａ〜２４ｄに吸着させるものとしてもよい。部品６０は、外形が比較的大きいものであり、部品供給ユニット１４では、トレイユニットのトレイに配列される。作業者が、部品６０をトレイに載置する際に、配置方向を誤る場合があるため、実装処理での撮像処理では、部品６０の方向を確認する処理を行う。この撮像処理ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、第１基準マーク２５を明確に含み部品６０に関する形状（例えば外形やバンプ６１の形状）を認識する撮像条件で部品６０のバンプ６１の位置を決める撮像を行ったのち、第２基準マーク２６を明確に含み識別用マーク６２を認識する撮像条件で識別用マーク６２の位置確認をする撮像を行う。

この撮像処理ルーチンは、実装ヘッド２２が部品６０を吸着し移動している間に実行され、この部品６０の吸着移動が繰り返されるたびに、繰り返し実行される。このルーチンを開始すると、制御装置４０のＣＰＵ４１は、まず、第１画像の撮像タイミングに至ったか否かを判定し（ステップＳ１００）、第１画像の撮像タイミングに至っていないときはそのまま待機し、第１画像の撮像タイミングに至ったときには、第１の撮像条件で第１画像を撮像処理する（ステップＳ１１０）。第１画像の撮像タイミングは、例えば、吸着ノズル２４ａ〜２４ｄに採取された部品６０すべてが同一撮像範囲となり、且つ少なくとも第１基準マーク２５ａが撮像ユニット３０の撮像範囲に入るタイミングに設定されていてもよい。例えば、ＣＰＵ４１は、第１基準マーク２５ｂが撮像範囲に入る前であって部品６０と第１基準マーク２５ａとが同一撮像範囲に入ったあとに第１画像７１を撮像ユニット３０に撮像させてもよい。図６は、複数回撮像する撮像処理の説明図であり、図６（ａ）が第１画像７１、図６（ｂ）が第２画像７２の説明図である。ここでは、第１画像７１としてバンプ６１の位置決め画像を側射照明条件で撮像するよう設定されている。この撮像タイミングで撮像すると、実装ヘッド２２の移動中において、実装ヘッド２２に採取された部品６０のバンプ６１全体と第１基準マーク２５ａとを明確に含む第１画像７１を撮像ユニット３０に撮像させることができる（図６（ａ））。

次に、ＣＰＵ４１は、第２画像の撮像タイミングに至ったか否かを判定し（ステップＳ１２０）、第２画像の撮像タイミングに至っていないときはそのまま待機し、第２画像の撮像タイミングに至ったときには、第１の撮像条件とは異なる第２の撮像条件で第２画像を撮像処理する（ステップＳ１３０）。ここでは、第２画像７２として識別用マーク６２のマークチェック画像を全点灯照明条件で撮像するよう設定されている。第２画像の撮像タイミングは、例えば、撮像素子３３において、第１画像の露光処理及び露光後の電荷の転送を行い、第２画像の露光が終了したあとのタイミングとしてもよい。あるいは、第２画像の撮像タイミングは、例えば、吸着ノズル２４ａ〜２４ｄに採取された部品６０すべてが同一撮像範囲となり、且つ少なくとも第２基準マーク２６ａが撮像ユニット３０の撮像範囲に入るタイミングに設定されていてもよい。例えば、ＣＰＵ４１は第２基準マーク２６ｂが撮像範囲から外れ、採取された部品６０と第２基準マーク２６ａとが同一撮像範囲に入ったあとに第２画像７２を撮像ユニット３０に撮像させてもよい。この撮像タイミングで撮像すると、実装ヘッド２２の移動中において、実装ヘッド２２に採取された部品６０と第２基準マーク２６とを含む第２画像７２を撮像ユニット３０に撮像させることができる（図６（ｂ））。なお、各撮像タイミングとしては、第１画像７１に第１基準マーク２５ｂ及び第２基準マーク２６ａが含まれる場合を排除するものではなく、第２画像７２に第１基準マーク２５ａ及び第２基準マーク２６ｂが含まれる場合を排除するものでもない。

ここで、第１画像及び第２画像の撮像について説明する。部品６０の撮像においては、第１画像である位置決め画像の撮像ではバンプ６１が突起形状であるため側射照明が適しており、第２画像であるマークチェック画像の撮像では識別用マーク６２が非突起形状であるため全点灯照明が適している。このため、撮像処理では、異なる撮像条件で複数の画像を撮像する処理を行う。図７は、実装ヘッド２２の移動速度と撮像対象の撮像順の説明図である。実装ヘッド２２は、部品６０を採取してから配置位置へ移動することから、図７に示すように、その移動速度は、徐々に増加して最速で一定になる傾向を示す。一方、撮像処理は、例えば、複数の画像で照明の違いや露光時間の違いなどの撮像条件が異なる。位置決め画像とマークチェック画像では、部品の光学特性の差および照明装置の光量の差によって、カメラの露光時間が異なる場合がある。位置決め画像とマークチェック画像とは、どちらを先に撮像することもできるが、撮像対象の移動速度が速いほど撮像ブレが発生し易くなるため、露光時間も短くする必要がある。ここでは、位置決め画像の撮像条件の露光時間が短く、マークチェック画像の撮像条件の露光時間が長いとした場合、露光時間が長い撮像条件であるマークチェック画像を第１画像として撮像し、露光時間が短い撮像条件である位置決め画像を第２画像として撮像する。この撮像処理によれば、撮像ブレをより低減することができるので、より画質のよい画像を得ることができる。

続いて、ＣＰＵ４１は、第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６の位置関係に基づいて第１画像７１と第２画像７２とを用いて、識別用マーク６２の識別処理（部品６０の吸着方向の検出処理）を行う（ステップＳ１４０）。識別用マーク６２の識別処理では、ＣＰＵ４１は、例えば、第１画像７１において第１基準マーク２５の位置を検出して第１基準マーク２５と吸着ノズル２４との位置関係により部品６０の存在位置を認識し、第１基準マーク２５と第２基準マーク２６との位置関係に基づいて第２画像７２での部品６０の位置を求め、部品６０の外形などにより識別用マーク６２が存在するであろう領域に対して画像処理を行い、第２画像７２での識別用マーク６２の存在位置を認識する。図８は、第１画像７１と第２画像７２との位置関係を認識する処理の概念図である。なお、図８では、画像を重ね合わせる概念を示したが、実際の処理は、画像を重ね合わせる必要はなく、第１画像７１での第１基準マーク２５や部品６０などの位置に基づき、第２画像７２での部品６０や識別用マーク６２などの位置の関係を把握する処理を行う。第１画像７１は、識別用マーク６２は必ずしも画像処理で識別可能ではないが、第１基準マーク２５や部品６０の外形、バンプ６１の位置は識別可能な画像である。また、第２画像７２は、部品６０の外形やバンプ６１の位置は必ずしも画像処理で識別可能ではないが、識別用マーク６２や第２基準マーク２６は識別可能な画像である。第１画像に第１基準マーク２５ａ及びバンプ６１が少なくとも撮像され、第２画像に第２基準マーク２６ａが少なくとも撮像されていれば、ＣＰＵ４１は、各基準マークの所定の位置関係（例えばＸＹ座標）に応じて、第２画像７２における撮像対象（部品６０）の位置を正確に把握することができる。一般的に、移動中の実装ヘッドを撮像すると、実装ヘッドの位置がずれる場合があることから、ＣＰＵは、撮像ユニットの上方で実装ヘッドを一旦停止させ、撮像条件の異なる複数の画像を撮像することがある。ここでは、第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６を用いることにより、実装ヘッド２２の位置ずれを考慮することができるため、撮像条件の異なる複数の画像を実装ヘッド２２を移動させながら撮像することができ、生産性を向上することができる。

ステップＳ１４０のあと、ＣＰＵ４１は、撮像した第１画像７１を用いて、実装ヘッド２２に採取された部品６０の形状及び吸着位置ずれ量を検出する（ステップＳ１５０）。この処理では、ステップＳ１４０での第１基準マーク２５を用いて位置を特定した部品６０の画像を用いる。形状識別では、ＣＰＵ４１は、例えば、部品６０の撮像画像と部品６０のリファレンス画像とのマッチングを行い、例えば、バンプ６１の欠損や変形に基づくマッチング度を求める処理を行う。吸着位置ずれ量は、例えば、第１基準マーク２５、第２基準マーク２６及び吸着ノズル２４の中心座標の位置関係に基づいて、部品６０の中心位置と、吸着ノズル２４の中心位置とのＸ軸、Ｙ軸の座標値の差として求めることができる。ここで、第１基準マーク２５、第２基準マーク２６の位置について説明する。実装装置１１では、外形が比較的大きく、且つその部品に比較的小さな構成物（バンプ６１）が配設されている部品６０を実装処理することがある。この場合に、部品６０が正常であるかを判断するため、バンプ６１の欠損や変形などを検出することがある。また、実装ヘッド２２では、部品６０のように比較的外形が大きい部品を複数吸着する場合は、吸着ずれや回転など考慮すると、基準マークを実装ヘッド２２の中央側に配設しにくい（図５参照）。例えば、基準マークが吸着ノズルに対して外周側に配設された場合、実装ヘッド２２に採取された部品６０を撮像ユニット３０の撮像範囲に含めようとすると、基準マークが撮像範囲から外れやすくなる（図６参照）。この実装装置１１では、撮像画像によって、位置関係が明確な異なる基準マーク（第１基準マーク２５ａ，２５ｂ又は第２基準マーク２６ａ，２６ｂ）のいずれかを使用し、基準マークが撮像範囲外になりやすい問題を解決するのである。

次に、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１４０での結果に基づいて部品６０の方向が正しいか否かを判定し（ステップＳ１６０）、部品６０の方向が誤りである場合は、エラーを出力し（ステップＳ１７０）、このルーチンを終了する。エラーは、例えば、図示しない操作パネルの表示部に表示出力されてもよい。部品６０の方向が適正でない場合、人為的なミスの可能性が高いため、このエラー出力は、例えば、トレイに載置された部品６０の方向を確認する旨のメッセージを含むものとしてもよい。一方、ステップＳ１６０で部品６０の方向が正しい場合は、ＣＰＵ４１は、検出した吸着位置ずれ量が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。この許容範囲は、例えば、部品６０を適正に基板Ｓに配置できる位置ずれ量の範囲を経験的に求め、この範囲に設定されている。吸着位置ずれ量が許容範囲内であるときには、ＣＰＵ４１は、部品６０の形状が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。この判定は、例えば、部品６０の画像とリファレンス画像とのマッチングを行い、例えば、バンプ６１の欠損や変形に基づくマッチング度が所定の許容範囲にあるか否かに基づいて行うことができる。

ステップＳ１８０やステップＳ１９０で位置ずれ量や形状相違が許容範囲内にないと判定されたときには、ＣＰＵ４１は、その部品６０が不具合の生じる部品であるものとして廃棄処理を実装ユニット１３に行わせ（ステップＳ２００）、そのままこのルーチンを終了する。一方、ステップＳ１９０で部品の形状が許容範囲内であるときには、ＣＰＵ４１は、部品６０の配置を許可する旨を出力し（ステップＳ２１０）、そのままこのルーチンを終了する。その後、ＣＰＵ４１は、部品６０を所定の実装位置に配置する処理を実装ユニット１３に行わせる。このようにして、実装装置１１では、バンプ６１及び識別用マーク６２を備え、異なる撮像条件で撮像することを要する部品６０の撮像処理を実装ヘッド２２を移動しながら行い、実装処理を行うのである。

次に、好適な撮像条件の異なる２以上の部品を実装ヘッド２２に吸着させた場合の撮像処理について説明する。この処理では、図４の撮像処理ルーチンのステップＳ１４０、Ｓ１６０、Ｓ１７０の処理（識別用マークの識別処理）を省略する以外は、上述と同様の処理を行う。図９は、部品６４，６６を採取した実装ヘッド２２の説明図である。ここでは、全点灯照明条件で撮像する部品６４と、側射照明条件で撮像する部品６６とを撮像する場合について、主として説明する。この部品６４，６６においても、露光時間がより短い撮像条件の部品（部品６４）を第２画像として撮像する。ＣＰＵ４１は、実装ヘッド２２に部品６４，６６を吸着させ、移動させると、このルーチンを開始する。

このルーチンを開始すると、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１００で第１画像の撮像タイミングまで待機し、撮像タイミングに至るとステップＳ１１０で第１撮像条件の第１画像を撮像させる。第１撮像条件は、側射照明であり、比較的長い露光時間の条件である。次に、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１２０で第２画像の撮像タイミングまで待機し、撮像タイミングに至るとステップＳ１３０で第２撮像条件の第２画像を撮像させる。第２撮像条件は、全点灯照明であり、比較的短い露光時間の条件である。図１０は、複数回撮像する撮像処理の説明図であり、図１０（ａ）が第１画像７３、図１０（ｂ）が第２画像７４の説明図である。撮像条件の違いにより、第１画像７３は、部品６４は必ずしも明確でないが、第１基準マーク２５や部品６６は明確な画像である。また、第２画像７４は、部品６６は必ずしも明確でないが、第２基準マーク２６や部品６４は明確な画像である。このとき、ＣＰＵ４１は、第２基準マーク２６ａが撮像範囲に入る前に第１基準マーク２５ａと部品６６とが同一撮像範囲に入ったあとに第１画像７３を撮像させ、その後、第１基準マーク２５ａが撮像範囲から外れ第２基準マーク２６ａと部品６４とが同一撮像範囲に入ったあとに第２画像７４を撮像させるものとしてもよい。また、ＣＰＵ４１は、光学特性が異なる複数種別の部品６４，６６が同一撮像範囲となるタイミングで第１画像７３及び第２画像７４を撮像させるものとしてもよい。

次に、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１５０で、実装ヘッド２２に採取された部品６０の形状及び吸着位置ずれ量を検出する。この処理では、第１画像７３の第１基準マーク２５の位置に基づいて部品６６の位置を求め、第２画像７４の第２基準マーク２６の位置に基づいて部品６４の位置を求める処理を行う。形状識別では、ＣＰＵ４１は、第１画像７３の部品６６の撮像画像と、部品６６のリファレンス画像とのマッチングを行い、部品６６のマッチング度を求める処理を行う。同様に、ＣＰＵ４１は、第２画像７４で部品６４の形状識別を行う。また、吸着位置ずれ量では、ＣＰＵ４１は、第１画像７３の第１基準マーク２５と、部品６６の位置と、所定の位置関係にある吸着ノズル２４の位置と、に基づいて部品６６の位置ずれ量を求める。同様に、ＣＰＵ４１は、第２画像７４で部品６４の位置ずれ量を算出する。

続いて、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１８０で位置ずれ量が許容範囲内であるか否かを判定し、ステップＳ１９０で形状は許容範囲内であるか否かを判定する。そして、ＣＰＵ４１は、いずれかが許容範囲内でないときには、ステップＳ２００で不具合部品の廃棄処理を行うよう実装ユニット１３を制御し、いずれもが許容範囲内であるときには、部品配置を許可し、このルーチンを終了する。一般に、撮像条件の異なる部品を実装する場合、複数の撮像条件で撮像する際には、実装ヘッドを停止して複数の画像を撮像するか、実装ヘッドに同一の撮像条件である部品のみを吸着させて画像を撮像するかのいずれかであったため、生産性の低下を引き起こしていた。ここでは、撮像条件に応じた第１基準マーク２５、第２基準マーク２６を用い、各部品の位置を特定することができる。このため、実装ヘッド２２の位置ずれを考慮することができ、撮像条件の異なる複数の画像を実装ヘッド２２を移動させながら撮像することができ、生産性を向上することができる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の吸着ノズル２４が本発明の採取部材に相当し、実装ヘッド２２が実装ヘッドに相当し、撮像ユニット３０が撮像部に相当し、制御装置４０が制御部に相当する。また、第１基準マーク２５，２５ａ，２５ｂが第１基準マークに相当し、第２基準マーク２６，２６ａ，２６ｂが第２基準マークに相当する。また、第１基準マーク２５は、撮像条件に応じて定められた第１条件基準マーク及び位置の基準となる第１位置基準マークに相当し、第２基準マーク２６は、撮像条件に応じて定められた第２条件基準マーク及び位置の基準となる第２位置基準マークに相当する。なお、本実施形態では、実装装置１１の動作を説明することにより本発明の撮像処理方法の一例も明らかにしている。

以上説明した実施形態の実装装置１１では、実装ヘッド２２が部品を採取し基板Ｓに実装する移動中に、実装ヘッド２２に採取された部品と第１基準マーク２５とを含む第１画像を第１の撮像条件で撮像し、この部品と第２基準マーク２６とを含む第２画像を第２の撮像条件で撮像し、第１画像と第２画像とを用いて所定の処理を行う。この実装装置では、基準マークと部品とを含む画像を複数撮像するため、例えば、異なる条件で撮像された第１画像及び第２画像において、基準マークにより部品の位置が明らかになる。このため、この実装装置１１では、撮像条件に応じて部品を採取し直すことなく、部品を採取し基板Ｓに実装する間に複数の画像を撮像することができる。あるいは、実装ヘッド２２を一旦停止させて撮像することなく、実装ヘッド２２の移動を継続したまま複数の画像を撮像することができる。したがって、この実装装置１１では、実装処理における生産性を向上することができる。

また、ＣＰＵ４１は、撮像条件として照明条件及び露光条件の異なる複数の画像を撮像するため、照明条件や露光条件の異なる画像を撮像する際に生産性を向上することができる。更に、部品６０には識別用マーク６２が形成されており、ＣＰＵ４１は、実装ヘッド２２の移動中において、部品６０に関する形状を認識する第１の撮像条件で第１画像７１を撮像させ、識別用マーク６２を認識する第２の撮像条件で第２画像７２を撮像させ、所定の処理として部品の方向を判定する処理を行う。識別用マーク６２が付された部品６０は、その形状認識と、識別用マーク認識とにおいて撮像条件が異なる場合がある。この実装装置１１では、識別用マーク６２が付された部品６０の実装処理において生産性を向上することができる。更にまた、ＣＰＵ４１は、第１画像と第２画像とを用いて所定の処理として部品の方向、部品の形状及び部品の位置のうち１以上を判定する処理を行う。この実装装置１１では、異なる撮像条件で撮像した画像を用いて部品の方向や部品形状、部品位置を判定することにより、生産性を向上することができる。

また、ＣＰＵ４１は、第１画像を撮像させたのち、第２の撮像条件として第１の撮像条件に比して短い露光時間の条件で第２画像を撮像させる。実装装置１１では、一般に、実装ヘッド２２は、徐々に加速し、よりあとに比較的大きな移動速度になる。この実装装置１１では、実装ヘッド２２の速度がより遅いときに長い露光時間の画像を撮像し、実装ヘッド２２の速度がより速いときに短い露光時間で画像を撮像する。このため、この実装装置１１では、撮像時のブレをより低減した画像を得ることができる。更に、実装ヘッド２２は、２以上の吸着ノズル２４（採取部材）を有し、ＣＰＵ４１は、２以上の吸着ノズル２４に採取されている部品が同一撮像範囲となるタイミングで第１画像及び第２画像を撮像ユニット３０に撮像させる。この実装装置１１では、複数の部品を同一画像に撮像するため、撮像効率がよい。更にまた、ＣＰＵ４１は、２以上の吸着ノズル２４に採取されている、光学特性が異なる複数種別の部品が同一撮像範囲となるタイミングで第１画像及び第２画像を撮像ユニット３０に撮像させる。この実装装置１１では、光学特性の異なる複数の部品を同一画像に撮像するため、撮像効率がよい。

また、実装ヘッド２２は、第１の撮像条件で用いられる第１基準マーク２５と、第２の撮像条件で用いられる第２基準マーク２６とを有し、ＣＰＵ４１は、実装ヘッド２２に採取された部品と第１基準マーク２５とを第１の撮像条件で撮像させ、実装ヘッド２２に採取された部品と第２基準マーク２６とを第２の撮像条件で撮像させる。この実装装置１１では、撮像条件に合わせた基準マークを用いるため、部品と基準マークとの位置関係をより確実に認識できる画像を得ることができる。更にまた、実装ヘッド２２は、第１部品と第１部品に対して光学特性の異なる第２部品とをそれぞれ採取する２以上の吸着ノズル２４と、第１部品の光学特性に適応する第１の撮像条件で用いられる第１基準マーク２５と、第２部品の光学特性に適応する第２の撮像条件で用いられる第２基準マーク２６とを有している。このとき、ＣＰＵ４１は、実装ヘッド２２に採取された部品と第１基準マーク２５とを第１の撮像条件で撮像させ、実装ヘッドに採取された部品と第２基準マーク２６とを第２の撮像条件で撮像させる。この実装装置１１では、部品の光学特性に合わせて、より適した画像を撮像することができる。

また、実装ヘッド２２は、第１基準マーク２５と、この第１基準マーク２５と所定の位置関係を有する第２基準マーク２６とを有し、ＣＰＵ４１は、実装ヘッド２２の移動中において、実装ヘッド２２に採取された部品と第１基準マーク２５とを含む第１画像を第１の撮像条件で撮像部に撮像させる一方、実装ヘッド２２に採取された部品と第２基準マーク２６とを含む第２画像を第２の撮像条件で撮像部に撮像させ、第１基準マーク２５と第２基準マーク２６との位置関係に基づき第１画像と第２画像とを用いて所定の処理を行う。この実装装置１１では、第１基準マーク２５と第２基準マーク２６との位置関係を利用して第１画像と第２画像との位置関係が明らかになる。このため、この実装装置１１では、いずれかの基準マークを含む範囲まで撮像範囲をより広げることができ、実装ヘッドの移動停止をより抑制して実装ヘッドに採取された部品を撮像することができる。

更にまた、ＣＰＵ４１は、第２基準マーク２６ａが撮像範囲に入る前に第１基準マーク２５ａと部品とが同一撮像範囲に入ったあとに第１画像を撮像ユニット３０に撮像させ、その後、第１基準マーク２５ａが撮像範囲から外れ第２基準マーク２６ａと部品とが同一撮像範囲に入ったあとに第２画像を撮像ユニット３０に撮像させる。この実装装置１１では、第１基準マーク２５と第２基準マーク２６とのいずれかを用いることができるため、より撮像範囲を広げることができる。更にまた、実装ヘッド２２は、吸着ノズル２４に対して外周側に基準マークが配設されている。この実装装置１１では、例えば、２以上の基準マークを有する場合などに、基準マークと基準マークとの位置をより離れた位置にすることが可能であり、撮像範囲をより広げることによって複数の画像を１回の実装ヘッドの移動において撮像することができる。そしてまた、実装ヘッド２２は、この実装ヘッド２２の主たる移動方向の前方側と後方側とに基準マークが配設されている。この実装装置１１では、実装ヘッド２２が移動してもいずれかの基準マークが撮像範囲に入りやすく、撮像範囲をより広げることによって複数の画像を１回の実装ヘッドの移動において撮像しやすい。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、実装ヘッド２２は、第１基準マーク２５ａ，２５ｂ、第２基準マーク２６ａ，２６ｂの４つの基準マークを有するものとしたが、特にこれに限定されない。図１１は、第１基準マーク２５Ｂと第２基準マーク２６Ｂとを１つ備えた実装ヘッド２２Ｂの説明図である。図１１に示すように、例えば、実装ヘッド２２Ｂは、装置の前後方向に対し実装ヘッド２２の平行が保てるものとすれば、第１基準マーク２５Ｂと第２基準マーク２６Ｂとを各々１つずつとすることができる。あるいは、実装ヘッド２２は、例えば、第１基準マーク２５ａ，２５ｂ及び第２基準マーク２６ａなど、Ｌ字型に配置された３つの基準マークを有するものとしてもよい。

上述した実施形態では、実装ヘッド２２は、第１基準マーク２５ａ，２５ｂ、第２基準マーク２６ａ，２６ｂの４つの基準マークをそれぞれ対角に配設するものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、第２基準マーク２６ａ，２６ｂのいずれかの位置に第１基準マーク２５ｂを配設してもよい。また、第２基準マーク２６も同様である。こうしても、実装装置は、実装処理における生産性を向上することができる。

上述した実施形態では、実装ヘッド２２は、吸着ノズル２４に対して外周側に基準マークが配設されているものとしたが、特に限定されず、吸着ノズル２４に対して内周側に基準マークが配設されているものとしてもよい。図１２は、第１基準マーク２５Ｃと第２基準マーク２６Ｃとを内周側に配設した実装ヘッド２２Ｃの説明図である。この実装ヘッド２２Ｃによっても、実装処理における生産性を向上することができる。なお、基準マークの配設数が多くなる場合は、基準マークを吸着ノズル２４の外周側に配設することが好ましい。

上述した実施形態では、実装ヘッド２２には、複数種別の基準マークが配設されているものとしたが、例えば、複数の撮像条件で利用できるものを用いれば、１種の基準マークを用いるものとしてもよい。

上述した実施形態では、撮像条件としては、照明条件及び露光条件などを挙げたが、その他の条件としてもよい。照明条件は、側射照明、全点灯照明、落射照明などを挙げたが、これ以外に、例えば、単に光量の違いとしてもよいし、波長の違いとしてもよいし、上中下段の照明と光量や波長などを組み合わせるものとしてもよい。例えば、撮像条件として、部品の撮像高さを含むものとしてもよい。図１３は、撮像条件として部品の撮像高さが異なる画像を撮像する説明図である。この実装装置１１では、撮像ユニット３０は、実装ヘッド２２の移動中に、吸着ノズル２４に吸着された部品６７を第１の撮像高さで撮像したのち、第１の撮像高さと異なる第２の撮像高さで撮像する。部品６７は、本体底面と同じ高さに水平部を有するリード６８と、本体底面より下方に先端が位置する挿入ピン６９とを備えている。リード６８及び挿入ピン６９は、基板Ｓに固定されるため形状を判定する必要がある。また、リード６８及び挿入ピン６９は、その高さが異なることから、ピントがあう高さが異なる。ここでは、ＣＰＵ４１は、撮像ユニット３０の上方で吸着ノズル２４を上下させ、リード６８を全点灯照明で、挿入ピン６９を側射照明で撮像する。こうすれば、実装装置１１は、撮像部位の高さが異なる部品６７に対して実装ヘッド２２を一旦停止させて撮像することなく、実装ヘッド２２の移動を継続したまま複数の画像を撮像することができる。したがって、この実装装置１１では、実装処理における生産性を向上することができる。このとき、ＣＰＵ４１は、第１の画像を撮像させたのち、第２の撮像条件として第１の撮像条件に比して低い部品の撮像高さの条件で第２の画像を撮像させるものとしてもよい。この実装装置１１では、第２画像を撮像した際に部品６７が基板Ｓに近づくため、部品６７を配置する際の上下方向の移動効率がよく、実装処理における生産性を向上することができる。なお、実装装置１１は、照明条件、露光条件及び部品の撮像高さ条件の１以上を適宜組み合わせた撮像条件を用いるものとしてもよい。

上述した実施形態では、複数の画像を用いて行う処理を部品の方向、部品の形状及び部品の位置を判定する処理として説明したが、特にこれに限定されず、例えば、複数の画像を撮像して得られた情報を表示出力する処理などとしてもよい。

上述した実施形態では、露光時間の長い撮像条件で先に撮像し、その後露光時間の短い撮像条件で撮像するものとしたが、特にこれに限定されない。なお、撮像順は、露光条件による撮像ぶれを抑制する観点からは、露光時間が長い撮像条件の画像から撮像する方が好ましい。

上述した実施形態では、実装ヘッド２２の移動中に実装ヘッド２２に吸着されている部品すべてが同一撮像範囲となるタイミングで第１画像及び第２画像を撮像するものとしたが、特にこれに限定されず、実装ヘッド２２に吸着されている部品の一部が撮像されるタイミングで第１画像及び第２画像のうち少なくとも１以上の画像を撮像するものとしてもよい。実装ヘッド２２を停止せず移動しながら部品の撮像を行うものとすれば、実装処理における生産性を向上することができる。

上述した実施形態では、実装ヘッド２２を装置の前後方向に移動させながら第１画像７１及び第２画像７２を撮像する場合を主として説明したが、前後方向及び左右方向、即ち、撮像ユニット３０上を斜めに移動する際に第１画像及び第２画像を撮像するものとしてもよい。

上述した実施形態では、２種の撮像条件で２つの画像を撮像するものとしたが、複数の撮像条件で複数の画像を撮像するものとすれば、特にこれに限定されず、２又は３以上の撮像条件で３以上の画像を撮像するものとしてもよい。また、上述した実施形態では、２種類の部品６４，６６を実装ヘッド２２に吸着させ、２種類の撮像条件で撮像するものとしたが、例えば、３種類以上の部品を実装ヘッド２２に吸着させ、２又は３種類以上の撮像条件で撮像するものとしてもよい。このとき、実装ヘッド２２には、３種類以上の基準マークが配設されているものとしてもよい。なお、実装ヘッド２２は、１又は２以上の吸着ノズル２４を装着可能とすれば特に限定されず、吸着ノズル２４を１２本装着するものや、１６本装着するものとしてもよい。また、上述した実施形態では、実装ヘッド２２の移動中に複数の画像データが撮像ユニット３０から出力され、部品が実装位置に到達する前にステップＳ１６０〜Ｓ２１０の判定処理などが終了するものとする。

上述した実施形態では、第１基準マーク２５及び第２基準マーク２６は、光学特性の異なる第１及び第２条件基準マークの機能と所定の位置関係を有する第１及び第２位置基準マークの機能とを有するものとしたが、いずれか一方の機能を有するものとしてもよい。

上述した実施形態では、採取部材を吸着ノズル２４として説明したが、部品を採取ずるものであれば特にこれに限定されず、例えば、部品を機械的に挟持して採取するメカニカルチャックなどとしてもよい。

上述した実施形態では、本発明を実装装置１１として説明したが、例えば、撮像ユニット３０としてもよいし、撮像処理方法や撮像ユニット３０の制御方法としてもよいし、上述した処理をコンピュータが実行するプログラムとしてもよい。

本発明は、部品を基板上に配置する実装処理を行う装置に利用可能である。

１０…実装システム、１１…実装装置、１２…基板搬送ユニット、１３…実装ユニット、１４…部品供給ユニット、２０…ヘッド移動部、２２，２２Ｂ，２２Ｃ …実装ヘッド、２３…Ｚ軸モータ、２４，２４ａ〜２４ｄ…吸着ノズル、２５，２５ａ，２５ｂ，２５Ｂ，２５Ｃ…第１基準マーク、２６，２６ａ，２６ｂ，２６Ｂ，２６Ｃ…第２基準マーク、３０…撮像ユニット、３１…照明部、３２…照明制御部、３３…撮像素子、３４…画像処理部、４０…制御装置、４１…ＣＰＵ、４２…ＲＯＭ、４３…ＨＤＤ、４４…ＲＡＭ、４５…入出力インタフェース、４６…バス、５０…管理コンピュータ、５２…入力装置、５４…ディスプレイ、６０…部品、６１…バンプ、６２…識別用マーク、６４，６６，６７…部品、６８ …リード、６９…挿入ピン、７１，７３…第１画像、７２，７４…第２画像、Ｓ …基板。

Claims (1)

1. 下方に設けられた２以上の基準マークと、部品を採取する採取部材とを有し、採取した部品を基板上へ移動させる実装ヘッドと、
   画像を下方から撮像する撮像部と、
   前記実装ヘッドが前記部品を採取し前記基板に実装する間に、前記実装ヘッドに採取された部品と前記基準マークとを含む第１画像を第１の撮像条件で前記撮像部に撮像させると共に、前記実装ヘッドに採取された部品と前記基準マークとを含む第２画像を第１の撮像条件と異なる第２の撮像条件で前記撮像部に撮像させ、前記第１画像と前記第２画像とを用いて部品の方向、部品の形状及び部品の位置のうち１以上を判定する所定の処理を行う制御部と、を備え、
   前記実装ヘッドは、前記基準マークとして、前記第１の撮像条件で用いられる第１条件基準マークと、前記第２の撮像条件で用いられる第２条件基準マークとを有し、
   前記制御部は、前記実装ヘッドに採取された部品と前記第１条件基準マークとを前記第１の撮像条件で撮像させ、前記第１の画像を撮像させたのち前記実装ヘッドに採取された部品と前記第２条件基準マークとを前記第１の撮像条件に比して低い部品の撮像高さである前記第２の撮像条件で撮像させる、実装装置。

Images