JPWO2014080474A1 - 部品実装機 - Google Patents

Abstract

本発明の部品実装機は、複数種類の部品を供給する部品供給装置と、部品供給装置から部品を吸着して位置決めされた基板に装着する吸着ノズルをもつ実装ヘッドおよび実装ヘッドを水平面内で移動させるヘッド駆動機構を有する部品移載装置と、撮像素子およびメインレンズを有して吸着ノズルが部品を吸着した状態の画像を下方から撮像する撮像装置と備え、撮像装置は、実装ヘッドと撮像素子との間に配置される複数個のサブレンズを有し、複数種類の実装ヘッドにそれぞれ配設された位置基準マークの画像をいずれかのサブレンズとメインレンズとを通して撮像素子で撮像する。これにより、複数種類の実装ヘッドで配設位置および配設高さの少なくとも一方が異なる位置基準マークと吸着ノズルに吸着された部品とを同時に撮像し、鮮明な画像を得て部品装着精度の向上に寄与できる。ひいては、オンザフライ撮像を可能にして実装タクトタイムを短縮できる。

Description

本発明は、基板に部品を実装する部品実装機に関し、より詳細には、部品実装機に装備された撮像装置に関する。

多数の部品が実装された基板を生産する設備として、はんだ印刷機、部品実装機、基板検査機、リフロー機などがあり、これらを基板搬送装置で連結して基板生産ラインを構築することが一般的になっている。このうち部品実装機は、基板搬送装置、部品供給装置、部品移載装置、および撮像装置を備えて、基板に部品を実装する作業を分担している。撮像装置は、部品移載装置の吸着ノズルが部品を吸着した状態の画像を下方から撮像して、部品吸着状態を確認する用途に用いられる。

ここで、移動する吸着ノズルの位置を撮像装置側で正確に把握するために、実装ヘッドに位置基準マークを配設する場合がある。位置基準マークと吸着ノズルに吸着された部品との両方を撮像装置で同時に撮像することで、部品吸着状態の判定精度および部品装着精度が向上する。つまり、吸着ノズルの正確な位置が分かるので、吸着ノズルが部品の中央部を良好に吸着しているか、あるいは、部品の端部を吸着して不安定になっているかなどの良否を判定できる。さらに、部品吸着状態を正確に判定することで、部品を基板に装着するときの位置の精度も向上する。上述した位置基準マークは、吸着ノズルの先端部よりもかなり上方に配設され、実装ヘッドが基板上を移動する際に実装済みの部品と干渉しないようになっている。

近年、実装タクトタイムを短縮するために、実装ヘッドが高速で移動されるようになってきており、撮像時の露光時間も短縮化される傾向にある。さらに、吸着ノズルが撮像装置の上方を停止することなく移動して、移動しながらの撮像を行うオンザフライ撮像（ On The Fly 撮像）も広まりつつあり、露光時間は一層短くなっている。このため、レンズの絞りを開放して撮像素子の受光量を増大させる必要が生じ、結果として被写界深度が狭くなる。これにより、適正なピント高さの範囲が狭められ、高さの異なる吸着ノズルと位置基準マークの両方を鮮明に撮像できなくなるケースが生じる。

このようなケースに対応するために、特許文献１の表面実装機（部品実装機）では、カメラ（撮像装置）の焦点位置をプリント配線板の実装面と略同じ高さに位置付け、移動ヘッド（実装ヘッド）の実装用部品よりも高い位置に基準マークを位置付けるとともに、基準マークにカメラの焦点を合わせるレンズを設けている。これにより、カメラの焦点を実装用部品と基準マークとの両方に合わせることができ、オンザフライ撮像時の移動ヘッドの移動速度を速くすることができる、と記載されている。

特開２００５−１９７５６４号公報

ところで、部品実装機では、生産する基板の種類が切り替わって実装する部品が変更になると、変更後の実装タクトタイムを短縮するために、実装ヘッドを吸着ノズルとともに交換する場合がある。ここで、複数種類の実装ヘッドに配設された位置基準マークの配設高さおよび配設位置が一致しているとは限らない。この場合に、特許文献１の技術では、実装ヘッドを交換するたびにピント高さの異なるレンズに交換したり、レンズの位置を変更したりする必要が生じて煩雑である。

また、２つの実装ヘッドを向い合せに配置した対向型の部品移載装置では、２つの実装ヘッドが互いに１８０°反転して配置されるので、位置基準マークの配設位置が異なる。この場合に、２つの実装ヘッドに対して共通のカメラ（撮像装置）を備えた構成であると、特許文献１の技術では一方の実装ヘッドにしか対応できない。

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数種類の実装ヘッドで配設位置および配設高さの少なくとも一方が異なる位置基準マークと吸着ノズルに吸着された部品とを同時に撮像し、鮮明な画像を得て部品装着精度の向上に寄与できる部品実装機を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係る部品実装機の発明は、複数種類の部品を供給する部品供給装置と、前記部品供給装置から前記部品を吸着して位置決めされた基板に装着する吸着ノズルをもつ実装ヘッドおよび前記実装ヘッドを水平面内で移動させるヘッド駆動機構を有する部品移載装置と、撮像素子およびメインレンズを有して前記吸着ノズルが前記部品を吸着した状態の画像を下方から撮像する撮像装置と、備えた部品実装機であって、前記撮像装置は、前記実装ヘッドと前記撮像素子との間に配置される複数個のサブレンズを有し、複数種類の実装ヘッドにそれぞれ配設された位置基準マークの画像をいずれかのサブレンズと前記メインレンズとを通して前記撮像素子で撮像する。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記複数種類の実装ヘッドの少なくとも１種類が円周上に配列された複数の吸着ノズルを有し、前記撮像装置は、前記撮像素子の矩形の視野の４隅のいずれかに各々配置された複数のサブレンズを有する。

請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記撮像装置は、前記撮像素子の矩形の視野の４隅に各々配置された４個のサブレンズを有する。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記複数個のサブレンズは、少なくとも２種類のピント高さを有する。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記複数種類の実装ヘッドにそれぞれ配設された位置基準マークは、実装ヘッドの種類に依存して配設位置および配設高さの少なくとも一方が異なる。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記サブレンズは、入射側と通過側とで光軸がオフセットしている。

請求項７に係る発明は、請求項６において、前記サブレンズは、前記実装ヘッドと前記メインレンズとの間に配置され、前記実装ヘッドから前記サブレンズに向かう入射側を基準として前記サブレンズから前記メインレンズに向かう通過側で前記光軸が前記メインレンズの外縁側にオフセットしている。

請求項１に係る部品実装機の発明では、撮像装置は、複数個のサブレンズを選択的に用いることで、複数種類の実装ヘッドに配設された位置基準マークのそれぞれにピント高さを合わせることができる。このため、位置基準マークに対してはサブレンズとメインレンズとを通し、部品に対してはメインレンズのみを通して同時に撮像し、鮮明な画像を得ることができる。また、位置基準マークと吸着ノズルに吸着されている部品とを同時にかつ鮮明に撮像できるので、吸着ノズルの部品吸着状態の判定精度が向上し、ひいては部品を基板に装着するときの位置精度の向上に寄与できる。

請求項２に係る発明では、複数種類の実装ヘッドの少なくとも１種類が円周上に配列された複数の吸着ノズルを有しているので、撮像素子の矩形の視野の４隅は部品の撮像には使用しない。撮像装置は、この４隅にサブレンズを有し、撮像素子の視野を有効に利用して位置基準マーク撮像して、位置基準マークと部品の両方を同時に撮像できる。

請求項３に係る発明では、撮像装置は、撮像素子の矩形の視野の４隅に配置された４個のサブレンズを有している。したがって、複数種類の実装ヘッドの位置基準マークの配設位置が４箇所以内であれば、サブレンズを交換する煩雑な手間を要さずに、鮮明な画像を得ることができる。具体的に、例えば対向型の部品移載装置で２つの実装ヘッドが１８０°反転して配置され位置基準マークの配設位置が異なっていても、サブレンズを交換することなく対応できる。

請求項４に係る発明では、複数個のサブレンズは、少なくとも２種類のピント高さを有している。したがって、複数種類の実装ヘッドの位置基準マークの配設高さが異なっていても、複数個のサブレンズを使い分けることで鮮明な画像を得ることができる。

請求項５に係る発明では、複数種類の実装ヘッドにそれぞれ配設された位置基準マークは、実装ヘッドの種類に依存して配設位置および配設高さの少なくとも一方が異なっている。本発明では、複数種類の実装ヘッドの位置基準マークの配設位置および配設高さのさまざまな組み合わせに対して、サブレンズを交換する煩雑な手間を要さずに鮮明な画像を得ることができる。

請求項６に係る発明では、サブレンズは、入射側と通過側とで光軸がオフセットしている。したがって、サブレンズおよびメインレンズを通して撮像する被写体の画像が撮像素子の視野内で位置シフトする。これにより、実装ヘッドの位置基準マークの配設位置の設定範囲を拡げることができる。

請求項７に係る発明では、サブレンズは実装ヘッドと前記メインレンズとの間に配置され、実装ヘッドからサブレンズに向かう入射側を基準として通過側で光軸がメインレンズの外縁側にオフセットしている。したがって、サブレンズおよびメインレンズを通して撮像する被写体の画像が、撮像素子の視野内でメインレンズの外縁側にシフトする。さらに、サブレンズおよびメインレンズを通る光とメインレンズのみを通る光とが干渉して発生する不明瞭な視野範囲、いわゆるゴーストもメインレンズの外縁側にシフトする。したがって、サブレンズを設けたことで発生するゴーストにより部品を撮像する視野が侵食される影響を低減して、メインレンズの中央寄りに部品を撮像する広い視野を確保できる。

第１実施形態の部品実装機の全体構成を示した斜視図である。 撮像装置および実装ヘッドの構成例を模式的に示す側方視図である。 撮像装置を上方から見た平面図である。 第１実施形態で、撮像する視野に発生するゴースト範囲を説明する撮像装置の平面図である。 第２実施形態で用いるサブレンズの特性を説明する側面視図である。 第２実施形態の部品実装機の作用および効果を説明する撮像装置の一部平面図である。 第２実施形態の応用例で用いるサブレンズの特性および配置を説明する側面視図である。

本発明の第１実施形態の部品実装機１について、図１〜図３を参考にして説明する。図１は、第１実施形態の部品実装機１の全体構成を示した斜視図である。図１には共通ベース９０上に並設された２台の部品実装機１が示されており、以降では１台分について説明する。部品実装機１は、基板搬送装置２、部品供給装置３、部品移載装置４、撮像装置５、および図略の制御コンピュータなどが機台９１に組み付けられて構成されている（符号は右手前側の部品実装機１のみに付してある）。図１の右上のＸＹＺ座標軸に示されるように、部品実装機１の水平幅方向（図１の紙面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の紙面右上から左下に向かう方向）をＹ軸方向、鉛直高さ方向をＺ軸方向とする。

基板搬送装置２は、部品実装機１の長手方向の中間辺りに設けられている。基板搬送装置２は、第１搬送装置２１および第２搬送装置２２が並設された、いわゆるダブルコンベアタイプの装置である。第１および第２搬送装置２１、２２は、２枚の基板Ｋを並行操作してＸ軸方向に搬入し、位置決めし、搬出する。第１および第２搬送装置２１、２２はそれぞれ、機台９１上に離隔してＸ軸方向に平行に並設された一対のコンベアレール（符号略）を有している。各コンベアレールは、搬送経路を形成しており、コンベアベルト（図示省略）が輪転可能に装架されている。コンベアベルトは、輪転することにより、載置された基板Ｋを搬送する。また、第１および第２搬送装置２１、２２はそれぞれ、部品実装位置まで搬送された基板Ｋを機台９１側から押し上げて位置決め保持する基板保持装置（図示省略）を有している。

部品供給装置３は、フィーダ方式の装置であり、部品実装機１の長手方向の前部（図１の左前側）に設けられている。部品供給装置３は、機台９１上に複数のカセット式フィーダ３１がＸ軸方向に並設されて構成されている。各カセット式フィーダ３１は、機台９１に離脱可能に取り付けられた本体３２と、本体３２の後部（部品実装機１の前側）に回転可能かつ着脱可能に装着された供給リール３３と、本体３２の先端（部品実装機１の中央寄り）に設けられた部品供給部３４とを備えている。供給リール３３は部品を供給する媒体であり、多数の部品を一定の間隔で保持したキャリアテープ（図示省略）が巻回されている。このキャリアテープの先端が部品供給部３４まで引き出され、キャリアテープごとに異なる部品が供給される。

部品移載装置４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能ないわゆるＸＹロボットタイプの装置である。部品移載装置４は、部品実装機１の長手方向の後部（図１の右奥側）から前部の部品供給装置３の上方にかけて配設されている。部品移載装置４は、ヘッド駆動機構４１（図１では大部分を省略）、実装ヘッド４５などにより構成されている。ヘッド駆動機構４１は、実装ヘッド４５をＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動する。

実装ヘッド４５の下方には、ノズルホルダ４６が設けられている。ノズルホルダ４６は、負圧を利用して部品を吸着および装着する吸着ノズルを複数個下向きに保持している。実装ヘッド４５は、Ｚ軸の回りにノズルホルダ４６を回転駆動するＲ軸回転駆動機構（図示省略）を有している。さらに、実装ヘッド４５は、選択した吸着ノズルをＺ軸方向に延伸動作および縮退動作させるＺ軸駆動機構（図示省略）、および選択した吸着ノズルをＺ軸の回りに回転駆動するθ軸回転駆動機構（図示省略）を有している。これらの駆動機構は、駆動源にサーボモータが用いられており、サーボモータから出力されるトルクによって駆動される。

ヘッド駆動機構４１は、複数種類の実装ヘッド４５をノズルホルダ４６および吸着ノズルとともに交換して保持するようになっている。複数種類の実装ヘッド４５のそれぞれには、位置基準マークが配設されている。各実装ヘッド４５における位置基準マークの配設位置および配設高さは、必ずしも一致していない。

撮像装置５は、撮像素子５１およびメインレンズ５２を有して吸着ノズルが部品を吸着した状態の画像を下方から撮像する装置である。撮像装置５は、部品供給装置３の部品供給部３４付近の機台９１に上向きに配設されている。撮像装置５の詳細な構成例については後述する。

図略の制御コンピュータは、基板搬送装置２、部品供給装置３、部品移載装置４、および撮像装置５と通信ケーブルによって接続されている。制御コンピュータは、各装置２〜５から必要な情報を入手して演算や判定などを行い、適宜指令を発して各装置２〜５の動作を制御する。オペレータが制御コンピュータから出力された情報を確認し、さらには必要な操作や設定を行うために、上部のカバー９２の前側上部に表示操作装置９３が配設されている。

第１実施形態の部品実装機１において、部品の吸着から装着に至る一連の作業は次のように行われる。すなわち、まず、部品移載装置４のヘッド駆動機構４１は、装着する部品が供給されるカセット式フィーダ３１の部品供給部３４の上方まで実装ヘッド４５を移動する。次に、Ｚ軸駆動機構が動作して、吸着ノズルは下向きに延伸動作する。吸着ノズルは、負圧を利用して下方の先端部で部品を吸着する。次に、ヘッド駆動機構４１は、撮像装置５の上方まで実装ヘッド４５を移動する。撮像装置５は、吸着ノズルが部品を吸着している状態を下方から撮像して、部品吸着状態を確認する。次に、ヘッド駆動機構４１は、位置決めされた基板Ｋの上方まで実装ヘッド４５を移動する。次に、Ｚ軸駆動機構が動作して、吸着ノズルが下向きに延伸動作し、部品が基板Ｋに当接して装着される。

次に、撮像装置５および実装ヘッド４５の詳細な構成例および撮像動作について説明する。図２は、撮像装置５および実装ヘッド４５の構成例を模式的に示す側方視図である。また、図３は、撮像装置５を上方から見た平面図である。

図２に示されるように、実装ヘッド４５は、２つのノズルホルダ４６１、４６２および撮像基準部４８を有している。第１ノズルホルダ４６１は、概ね環形状である。第１ノズルホルダ４６１は、その下面から下向きに延在する複数の大形吸着ノズル４７１、４７２を有している。大形吸着ノズル４７１、４７２は、円周上に等間隔で配列されている。第２ノズルホルダ４６２は、概ね円柱形状であり、第１ノズルホルダ４６１の環形状の内側に配設されている。第２ノズルホルダ４６２も、その下面から下向きに延在する複数の小形吸着ノズル４７３、４７４を有している。小形吸着ノズル４７３、４７４も、円周上に等間隔で配列されている。大形吸着ノズル４７１、４７２および小形吸着ノズル４７３、４７４の個数はそれぞれ、４個、６個、８個、１２個などとすることができる。

大形吸着ノズル４７１、４７２で吸着可能な部品Ｐ１は、小形吸着ノズル４７３、４７４で吸着可能な部品Ｐ２と比較して相対的に大形となっている。各吸着ノズル４７１〜４７４は、ノズルホルダ４６１、４６２から下方に延伸動作するが、撮像装置５の上方では所定の高さに維持される。撮像装置５の高さ基準面Ｈ０に対して、大形吸着ノズル４７１、４７２で吸着された部品Ｐ１の高さＨ１は小さく、小形吸着ノズル４７３、４７４で吸着された部品Ｐ２の高さＨ２は大きい。

撮像基準部４８は、実装ヘッド４５の位置の基準となる部材である。撮像基準部４８の下面には、４個の小円形の位置基準マーク４９が正方形配置に配設されている。これに限定されず、位撮基準マーク４９の個数、形状および配置には自由度が許容されている。実装ヘッド４５上における撮像基準部４８の配設位置や、位置基準マーク４９の高さ基準面Ｈ０からの配設高さＨ３は、実装ヘッド４５の種類に依存して変化する。図２に示されるように、位置基準マーク４９の配設高さＨ３は、部品Ｐ１、Ｐ２の高さＨ１、Ｈ２よりもかなり大きい。したがって、実装ヘッド４５が基板上Ｋを移動するときに、撮像基準部４８は実装済みの部品と干渉しない。

撮像装置５は、撮像素子５１、メインレンズ５２、４個のサブレンズ５３、光源部５４、および画像処理部５５などで構成されている。なお、画像処理部５５は、制御コンピュータで兼用することもできる。

撮像素子５１は、撮像装置５の下方に設けられており、その視野５１１は上方を向いている。撮像素子５１は、多数の受光素子が二次元的に配置されて構成されており、矩形の視野５１１を有している。受光素子には、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）を用いることができ、これらに限定されない。

メインレンズ５２は、撮像素子５１の上側に接して設けられており、撮像素子５１の視野５１１の全範囲を覆っている。メインレンズ５２には、公知の集光用レンズを用いることができる。また、メインレンズ５２は、凸レンズおよび凹レンズを複数組み合わせて構成することもできる。さらには、球面収差を低減した非球面レンズや、光の分散を少なくして色収差を低減した低分散レンズなどをメインレンズ５２に用いることもできる。メインレンズ５２の焦点距離は、ピント高さが部品Ｐ１および部品Ｐ２に概ね合うように設定されている。なお、メインレンズ５２は、撮像素子５１と間隔を有して設けられていてもよい。

４個のサブレンズ５３は、メインレンズ５２よりも格段に小さい。４個のサブレンズ５３は、取り付け座５３１を用いてメインレンズ５２の上側にわずかな間隔を介して配設されている。図３に示されるように、各取り付け座５３１は、撮像素子５１の矩形の視野５１１の４隅の外側から４隅の内部にかけて配置される。４個のサブレンズ５３は、撮像素子５１の矩形の視野５１１の４隅の内部に配置されており、撮像素子５１の視野５１１の一部をカバーしている。かつ、いずれかのサブレンズ５３が、位置基準マーク４９の真下に位置するように配置されている。位置基準マーク４９の真下に位置するサブレンズ５３の焦点距離は、撮像素子５１からメインレンズ５２およびサブレンズ５３を通して見たピント高さが位置基準マーク４９に概ね合うように設定されている。

一方、その他の３つのサブレンズ５３の焦点距離は、ピント高さが相互に異なるように設定されている。これに限定されず、合計４つのサブレンズ５３のいくつかで焦点距離が一致していてもよい。さらに、その他の３つのサブレンズ５３の配設位置およびピント高さに合わせて、交換される他の実装ヘッドの位置基準マークが設定されている。つまり、合計４個のサブレンズ５３は、互いに配設位置およびピント高さが異なっており、それぞれのサブレンズ５３に対応する複数の実装ヘッドが交換可能となっている。

光源部５４は、図２に破線の矢印Ｌｔで示されるように、部品Ｐ１、Ｐ２や位置基準マーク４９などの被写体に斜め下方から光を照射するものである。光源部５４は、サブレンズ５３と高さ基準面Ｈ０との間の高さに配設されている。光源部５４は、例えば、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を曲面上に列設して構成することができる。光源部５４が照射する光の波長（色）や強度は限定されない。なお、図２には省略されているが、直射用光源およびハーフミラーを備えて真下から被写体に光を照射し、斜め下方からの光に重畳させるようにしてもよい。高さ基準面Ｈ０には、透明なガラス（符号略）が張設されている。

画像処理部５５は、撮像素子５１に接続されており、撮像素子５１から画像データを受け取って所定の画像処理を施す。画像処理部５５は、画像処理を行うことで、位撮基準マーク４８１および各吸着ノズル４７１〜４７４の位置を正確に把握でき、部品Ｐ１、Ｐ２の吸着状態の良否を判定できる。

次に、上述のように構成された第１実施形態の部品実装機１の作用および効果について説明する。実装ヘッド４５が撮像装置５の上方に移動すると、撮像素子５１の視野５１１に位置基準マーク４９ならびに全ての吸着ノズル４７１〜４７４および部品Ｐ１、Ｐ２が入る。位置基準マーク４９の画像は、図２に一点鎖線の折れ線矢印Ｆｇ１で示されるように、いずれかのサブレンズ５３とメインレンズ５２とを通して撮像素子５１で撮像される。一方、吸着ノズル４７１〜４７４に吸着された部品Ｐ１、Ｐ２の画像は、一点鎖線の折れ線矢印Ｆｇ２で例示されるように、メインレンズ５２のみを通して撮像素子５１で撮像される。このため、位置基準マーク４９および部品Ｐ１、Ｐ２の両方に対して、別々にピント高さを合わせられる。したがって、撮像装置５は、位置基準マーク４９および部品Ｐ１、Ｐ２の両方を同時に撮像して、鮮明な画像を得ることができる。

また、撮像装置５は、位置基準マーク４９および部品Ｐ１、Ｐ２を同時にかつ鮮明に撮像できるので、吸着ノズル４７１〜４７４の部品吸着状態の判定精度が向上する。ひいては、部品Ｐ１、Ｐ２を基板Ｋに装着するときの位置精度の向上に寄与できる。

また、撮像装置５は、撮像素子５１の矩形の視野５１１の４隅に配置された４個のサブレンズを有している。このため、撮像装置５は、矩形の視野５１１の中央を部品Ｐ１、Ｐ２の撮像に使用し、視野５１１の４隅を位置基準マーク４９の撮像に使用して、視野５１１の全体を有効に利用できる。さらに、４個のサブレンズ５３は、ピント高さが相互に異なるものとされている。したがって、実装ヘッド４５の位置基準マーク４９の配設位置および配設高さＨ３のさまざまな組み合わせが４ケース以内であれば、サブレンズ５３を交換する煩雑な手間を要さずに対応して、鮮明な画像を得ることができる。

例えば、部品実装機１が対向型の部品移載装置を備えている場合には、２つの実装ヘッドが互いに１８０°反転して配置されるので、同じ実装ヘッドを用いても位置基準マークの配設位置が異なる。この場合に、本第１実施形態によれば、配設位置が互いに異なりかつ焦点距離が互いに一致した２つのサブレンズ５３で対応できる。また、位置基準マーク４９の配設位置および配設高さＨ３の組み合わせが５ケース以上ある場合や、後から追加された実装ヘッドの配設位置および配設高さが異なる場合には、リレーレンズ５３のみを交換すればよいので、対応が容易である。

さらに、撮像装置５は、位置基準マーク４９および部品Ｐ１、Ｐ２に対して別々にピント高さを合わせるので、露光時間を短縮化できる。したがって、実装ヘッド４５を高速で移動させながらのオンザフライ撮像が可能になり、実装タクトタイムを短縮できる。

ところで、位置基準マーク４９の配設高さＨ３に合わせてサブレンズ５３を設けると、メインレンズ５２だけの構成と比較してピント高さが変わる。これにより、撮像装置５は、サブレンズ５３の真上に相当する視野範囲では部品を鮮明に撮像できなくなる。また、取り付け座５３１の真上に相当する視野範囲でも部品を鮮明に撮像できなくなる。さらに、サブレンズ５３およびメインレンズ５２を通る光とメインレンズ５２のみを通る光とが干渉して不明瞭な視野範囲、いわゆるゴーストが発生する。撮像装置５は、ゴースト範囲でも部品を鮮明に撮像できなくなる。

図４は、第１実施形態で、撮像する視野５１１に発生するゴースト範囲５１２を説明する撮像装置５の平面図である。第１実施形態において、サブレンズ５３は、入射側と通過側とで光軸が一致している。この場合には図４に示されるように、ゴースト範囲５１２は、撮像素子５１の視野５１１内でサブレンズ５３の周囲のうちの中央寄りに発生する。ゴースト範囲５１２の形状は、図４にハッチングで示されるように、概ね一定の幅を有する円弧状となり、取り付け座５３１によって遮られる位置まで続いている。このように、サブレンズ５３を設けると、円弧状のゴースト範囲５１２が発生する。第１実施形態の構成では、ゴースト範囲５１２の分だけ部品を撮像する視野が侵食されてしまう。

一方、大形のノズルホルダを有する実装ヘッドなどでは、位置基準マークの配設位置の制限が厳しくなる。これにより、撮像装置５のメインレンズ５２およびサブレンズ５３を通した視野内に位置基準マークをどうしても配設できない場合が生じ得る。この場合に、第１実施形態の構成では、位置基準マークを撮像できない。

上述したゴースト範囲５１２による撮像視野の侵食の問題点や、位置基準マークの配設位置の制限の問題点などを解決する手段として、第２実施形態の部品実装機を用いることができる。第２実施形態の部品実装機は、サブレンズ６の特性が第１実施形態と異なり、その他の部分の構成は第１実施形態と同じである。図５は、第２実施形態で用いるサブレンズ６の特性を説明する側面視図である。

図５に示されるように、第２実施形態で用いるサブレンズ６は、入射側と通過側とで光軸がオフセットしている。詳細には、実装ヘッド４５からサブレンズ６に向かう入射側の光軸Ａ１を基準としたときに、サブレンズ６からメインレンズ５２に向かう通過側の光軸Ａ２がメインレンズ５２の外縁５２１側に光軸差ΔＡだけオフセットしている。

次に、第２実施形態の部品実装機の作用および効果について説明する。図６は、第２実施形態の部品実装機の作用および効果を説明する撮像装置の一部平面図である。図５で、被写体からサブレンズ６の任意の位置に入射した光は、サブレンズ６を通過する時点で光軸差ΔＡだけメインレンズ５２の外縁５２１側に偏移し、その後にメインレンズ５２に入射する。したがって、図６に示されるように、サブレンズ６に入射した被写体の画像６１（二点鎖線示）は、サブレンズ６を通過すると光軸差ΔＡだけメインレンズ５２の外縁側５２１に位置シフトした画像６２（実線示）となる。

そして、撮像素子５１は、位置シフトした画像６２を撮像する。また、画像処理部５５は、光軸差ΔＡに相当する位置シフト量、および位置シフトする画像６２の領域に関する情報を予め保持している。したがって、画像処理部５５は、位置シフトした画像６２に含まれる位置基準マークを光軸差ΔＡ分だけ補正演算し、位置基準マークの真の位置を求めることができる。

画像６１、６２と同様に、図４のゴースト範囲５１２も、図６に示されるように位置シフトする。すなわち、ゴースト範囲５１２は、光軸差ΔＡだけメインレンズ５２の外縁側５２１に位置シフトしたゴースト範囲５１３となって撮像される。位置シフトしたゴースト範囲５１３は、大部分が取り付け座５３１に相当する位置に重なる。そして、図４に示されたゴースト範囲５１２は消滅し、部品を鮮明に撮像できるようになる。つまり、ゴースト範囲５１２によって部品を撮像する視野が侵食される影響を低減して、メインレンズ５２の中央５２２寄りに部品を撮像する広い視野を確保できる。

また、第２実施形態を応用して、図７に示されるようにサブレンズ６を配設してもよい。図７は、第２実施形態の応用例で用いるサブレンズ６の特性および配置を説明する側面視図である。応用例では、サブレンズ６のオフセット方向を逆にしており、入射側の光軸Ａ１を基準としたときに、通過側の光軸Ａ２がメインレンズ５２の中央５２２寄りに光軸差ΔＡだけオフセットしている。さらに、サブレンズ６の中心を、メインレンズ５２の外縁５２１付近、あるいは外縁５２１よりも外側に配設する。

上述した応用例の構成では、被写体の画像は、サブレンズ６を通過すると光軸差ΔＡだけメインレンズ５２の中央５２２寄りに位置シフトした画像となる。したがって、メインレンズ５２の外縁５２１よりも外側に位置基準マークを配設しても、撮像素子５１で撮像することができる。つまり、第１実施形態と比較して、実装ヘッドの位置基準マークの配設位置の設定範囲を拡げることができる。

なお、第１および第２実施形態において、サブレンズ５３、６は実装ヘッド４５とメインレンズ５２との間に配置されているが、これに限定されない。例えば、メインレンズ５２と撮像素子５１との間にサブレンズ５３、６を配置してもよく、あるいは、メインレンズ５２を構成する複数のレンズの間にサブレンズ５３、６を配置してもよい。また、第２実施形態でサブレンズ６にオフセットを設ける態様は、サブレンズ６が１個であっても効果が生じる。つまり、サブレンズ６が複数であることを構成要件としない。本発明は、その他にも様々な応用や変形が可能である。

１：部品実装機
２：基板搬送装置 ３：部品供給装置
４：部品移載装置
４１：ヘッド駆動機構 ４５：実装ヘッド
４６：ノズルホルダ
４６１：第１ノズルホルダ ４６２：第２ノズルホルダ
４７１、４７２：大形吸着ノズル
４７３、４７４：小形吸着ノズル
４８：撮像基準部 ４９：位置基準マーク
５：撮像装置
５１：撮像素子 ５１１：視野
５１２：ゴースト範囲 ５１３：位置シフトしたゴースト範囲
５２：メインレンズ ５２１：外縁 ５２２：中央
５３：サブレンズ ５３１：取り付け座
５４：光源部 ５５：画像処理部
６：サブレンズ（第２実施形態）
Ｋ：基板 Ｐ１、Ｐ２：部品
Ａ１、Ａ２：光軸 ΔＡ：光軸差

Claims (7)

1. 複数種類の部品を供給する部品供給装置と、前記部品供給装置から前記部品を吸着して位置決めされた基板に装着する吸着ノズルをもつ実装ヘッドおよび前記実装ヘッドを水平面内で移動させるヘッド駆動機構を有する部品移載装置と、撮像素子およびメインレンズを有して前記吸着ノズルが前記部品を吸着した状態の画像を下方から撮像する撮像装置と、備えた部品実装機であって、
   前記撮像装置は、
   前記実装ヘッドと前記撮像素子との間に配置される複数個のサブレンズを有し、複数種類の実装ヘッドにそれぞれ配設された位置基準マークの画像をいずれかのサブレンズと前記メインレンズとを通して前記撮像素子で撮像する部品実装機。
2. 請求項１において、
   前記複数種類の実装ヘッドの少なくとも１種類が円周上に配列された複数の吸着ノズルを有し、
   前記撮像装置は、前記撮像素子の矩形の視野の４隅のいずれかに各々配置された複数のサブレンズを有する部品実装機。
3. 請求項１または２において、前記撮像装置は、前記撮像素子の矩形の視野の４隅に各々配置された４個のサブレンズを有する部品実装機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記複数個のサブレンズは、少なくとも２種類のピント高さを有する部品実装機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記複数種類の実装ヘッドにそれぞれ配設された位置基準マークは、実装ヘッドの種類に依存して配設位置および配設高さの少なくとも一方が異なる部品実装機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、前記サブレンズは、入射側と通過側とで光軸がオフセットしている部品実装機。
7. 請求項６において、前記サブレンズは、前記実装ヘッドと前記メインレンズとの間に配置され、前記実装ヘッドから前記サブレンズに向かう入射側を基準として前記サブレンズから前記メインレンズに向かう通過側で前記光軸が前記メインレンズの外縁側にオフセットしている部品実装機。

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