WO2013005480A1 - Laser height measuring device and component mounting machine - Google Patents

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Abstract

This laser height measuring device is provided with: a laser height sensor (6) comprising a laser beam irradiation section (61) for emitting a laser beam (L1) and a reflected light detection section (62) for detecting the laser beam reflected off an object to be irradiated; a sensor movement mechanism (head drive mechanism (41-43)) for moving the laser height sensor (6) within a plane; an imaging camera (component camera (5)) that is provided at a predetermined calibrating position (light incidence axis (AO); a neutral density filter (71) that allows the laser beam (L1) to pass while attenuating the laser beam; a laser beam imaging means that positions the laser height sensor (6) at the calibrating position (AO), emits the laser beam (L1), and captures an image of the laser beam which has passed the neutral density filter (71) using the imaging camera (5) in order to obtain a laser beam image; and a correction value acquisition means that obtains values for correcting the coordinates of the laser beam on the basis of the position of the laser beam in the laser beam image. Thus, the measuring position can be controlled accurately, and the accuracy of measuring position control can be maintained without requiring a sensor installation position adjustment mechanism or a positional adjustment operation.

Description

レーザー高さ測定装置および部品実装機Laser height measuring device and component mounting machine
 本発明は、レーザー光を用いて対象物の高さを測定するレーザー高さ測定装置、および該レーザー高さ測定装置を組み込んで基板の上面高さを測定する部品実装機に関し、より詳細には、高さを測定する測定位置の補正手段に関する。 The present invention relates to a laser height measuring device that measures the height of an object using laser light, and a component mounting machine that measures the upper surface height of a substrate by incorporating the laser height measuring device, and more particularly The present invention relates to a measuring position correcting means for measuring height.
 基板に生産作業を施す基板生産機として、はんだ印刷機、部品実装機、リフロー機、および基板検査機などがあり、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のが一般的になっている。このうち部品実装機は、基板を部品実装位置に搬入し位置決めし搬出する基板搬送装置と、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採取して位置決めされた基板に装着する実装ヘッドおよび実装ヘッドを水平面内の直交2方向に駆動するヘッド駆動機構を有する部品移載装置と、実装ヘッドが部品供給装置から基板上に移動する途中で採取されている部品を撮像する部品カメラと、を備えている。部品実装機は、さらに、位置決めされた基板の位置やIDコードなどを確認するために基板カメラを実装ヘッドに備えている。 There are solder printing machines, component mounting machines, reflow machines, board inspection machines, etc., as board production machines that perform production operations on boards, and it is common to build a board production line by connecting these with a board transfer device It has become. Among these, the component mounter is a substrate transfer device that loads, positions, and unloads a board at a component mounting position, a component supply device that supplies components, and a component that is picked up from the component supply device and mounted on a positioned substrate A component transfer device having a head drive mechanism for driving the head and the mounting head in two orthogonal directions in a horizontal plane; and a component camera for imaging a component collected while the mounting head moves from the component supply device onto the substrate; It is equipped with. The component mounter further includes a board camera in the mounting head in order to confirm the position of the positioned board, the ID code, and the like.
 近年、部品実装機の実装ヘッドにレーザー高さセンサを取り付けてヘッド駆動機構により位置決めされた基板の所定座標位置に移動させ、基板の高さを複数位置で測定する技術が提案されている。これにより、部品を装着する基板の上面の高さを正確に測定でき、基板に反りなどが生じていても円滑な部品装着動作を行える効果が生じる。レーザー高さセンサは、部品実装機に限定されず、特許文献1に例示されるように基板検査機などにも応用されている。特許文献1の基板検査装置は、レーザー変位センサ(レーザー高さセンサ)、変位計測手段、計測位置教示手段、および基板高さ演算手段を備え、基板上の検査対象の高さを求めて検査を行うようになっている。 In recent years, a technique has been proposed in which a laser height sensor is attached to a mounting head of a component mounting machine and moved to a predetermined coordinate position of the board positioned by a head driving mechanism, and the board height is measured at a plurality of positions. As a result, the height of the upper surface of the substrate on which the component is mounted can be accurately measured, and an effect of performing a smooth component mounting operation even if the substrate is warped or the like is produced. The laser height sensor is not limited to a component mounting machine, and is applied to a board inspection machine as exemplified in Patent Document 1. The substrate inspection apparatus of Patent Document 1 includes a laser displacement sensor (laser height sensor), a displacement measurement unit, a measurement position teaching unit, and a substrate height calculation unit, and performs inspection by obtaining the height of an inspection target on the substrate. To do.
 部品実装機の実装ヘッドに取り付けられたレーザー高さセンサは、ヘッド駆動機構により水平面内の直交2方向に駆動され、測定位置はヘッド駆動機構上の平面座標系の座標値を用いて制御される。そして、実装ヘッドの部品実装機基台に対する位置関係は、構成部材の寸法公差や取り付けおよび調整のばらつきなどにより構造上の寸法誤差が生じるため、前述の基板カメラの撮像データにより位置補正を行うのが一般的になっている。この位置補正は、基板カメラの実装ヘッドに対する位置関係の誤差も同時に解消する。さらに、この位置補正は、レーザー高さセンサの測定位置の補正にも同様に適用される。 The laser height sensor attached to the mounting head of the component mounting machine is driven in two orthogonal directions in the horizontal plane by the head driving mechanism, and the measurement position is controlled using the coordinate values of the plane coordinate system on the head driving mechanism. . The positional relationship of the mounting head with respect to the component mounting machine base causes structural dimensional errors due to dimensional tolerances of components and variations in mounting and adjustment. Therefore, position correction is performed using the above-described imaging data of the board camera. Has become commonplace. This position correction also eliminates the positional relationship error with respect to the mounting head of the board camera. Further, this position correction is similarly applied to the correction of the measurement position of the laser height sensor.
 一方、レーザー高さセンサの高さ測定精度は、対象物である基板の表面状態に左右されがちである。例えば、測定に必要な面積範囲内で高さが一定でないと高さ測定精度が低下する。また、表面の材質によってレーザー光の反射率が変化し、ランドパターンなどでは反射率は高いが、基板素地では反射率が低く、高さ測定精度が低下する一因となり得る。例えば、測定位置を所定のマーカーやランドパターン内に設定しても、測定位置の制御誤差により実際の測定時にレーザー光の照射位置がマーカーやランドパターンからはみ出ると、高さ測定精度が低下する。この種の高さ測定の精度向上に関する技術例が特許文献2および3に開示されている。 On the other hand, the height measurement accuracy of the laser height sensor tends to depend on the surface state of the substrate as the object. For example, if the height is not constant within the area range required for measurement, the height measurement accuracy is lowered. Further, the reflectance of the laser beam varies depending on the surface material, and the reflectance of the land pattern is high. However, the reflectance of the substrate substrate is low, which may be a cause of a decrease in height measurement accuracy. For example, even if the measurement position is set within a predetermined marker or land pattern, the height measurement accuracy decreases if the irradiation position of the laser beam protrudes from the marker or land pattern during actual measurement due to a control error of the measurement position. Patent examples 2 and 3 disclose technical examples related to this type of height measurement accuracy improvement.
 特許文献2の三次元形状計測装置は、位置に応じて周期的に輝度が変化する光パタンを画像として読み取るラインセンサと、ラインセンサおよび計測対象の一方をラインセンサの主走査方向と異なる副走査方向に移動させる移動部と、移動部を制御するとともに画像を解析することによって計測対象の三次元形状を計測する画像解析部とを備えている。画像解析部は、複数の高さを有する校正用ターゲット、例えば3つ以上の平面を段状に有する校正用ターゲットを用いて校正を行うようになっている。これにより、校正用ターゲットを取り替えたり、高さを調整したりする必要がなく、高さの校正を迅速に行うことができる、とされている。 The three-dimensional shape measuring apparatus of Patent Literature 2 includes a line sensor that reads an optical pattern whose luminance periodically changes according to the position as an image, and one of the line sensor and the measurement target that is different from the main scanning direction of the line sensor. A moving unit that moves in a direction and an image analysis unit that controls the moving unit and analyzes the image to measure the three-dimensional shape of the measurement target are provided. The image analysis unit performs calibration using a calibration target having a plurality of heights, for example, a calibration target having three or more flat surfaces. Thus, it is not necessary to replace the calibration target or adjust the height, and the height calibration can be performed quickly.
 また、特許文献3のレーザ光量制御装置は、レーザ光を射出するレーザ光源と、レーザ光を集光して射出する集光レンズと、レーザ光の一部を分離したモニタ光を検出する検出手段と、モニタ光の光量に基づいてレーザ光の光量を制御する光量制御手段とを備え、レーザ光の一部をモニタ光として反射する反射面を集光レンズが有することを特徴としている。さらに実施形態では、モニタ光の検出手段としてフォトダイオードが例示されている。この構成によれば、ビームスプリッタのような高価な部品を用いることなく安定性の高いモニタ光を得ることができ、装置の小型化、コストの削減を図ることができる、とされている。 Further, the laser light amount control device disclosed in Patent Document 3 includes a laser light source that emits laser light, a condensing lens that condenses and emits the laser light, and detection means that detects monitor light obtained by separating a part of the laser light. And a light amount control means for controlling the light amount of the laser light based on the light amount of the monitor light, and the condensing lens has a reflection surface that reflects a part of the laser light as the monitor light. Further, in the embodiment, a photodiode is exemplified as the monitor light detection means. According to this configuration, highly stable monitor light can be obtained without using expensive parts such as a beam splitter, and the apparatus can be reduced in size and cost.
 なお、レーザー高さセンサによる高さ測定の技術は、基板生産機に限定されるものではなく、幅広い分野の設備機械に適用し得る技術である。 It should be noted that the height measurement technique using the laser height sensor is not limited to the board production machine, but can be applied to equipment in a wide range of fields.
特開2005-30793号公報JP 2005-30793 A 特開2008-170279号公報JP 2008-170279 A 特開2003-110188号公報JP 2003-110188 A
 ところで、部品実装機の実装ヘッドにレーザー高さセンサおよび基板カメラが組み込まれた構成では、従来、実装ヘッドの部品実装機基台に対する位置関係が基板カメラの撮像データにより較正されていた。このため、基板上の部品装着ポイントや撮像位置の制御精度は良好に保たれるが、レーザー高さセンサの測定位置の制御精度が低下するおそれがあった。なぜなら、実装ヘッドにレーザー高さセンサを組み付ける際にも基板カメラの場合と同様に構成部材の寸法公差や取り付けおよび調整のばらつきなどがあって、センサの実装ヘッドに対する位置関係に誤差が生じるにも拘わらず、較正および補正が行われていないからである。したがって、レーザー高さセンサの測定位置の制御精度を確保するために、センサの取り付け位置調整機構を設けて各部品実装機で個別に取り付け位置の調整を行い、装置ごとの個体差や調整者の調整作業のばらつきなどに特別な配慮を払う必要があった。 By the way, in the configuration in which the laser height sensor and the board camera are incorporated in the mounting head of the component mounting machine, conventionally, the positional relationship of the mounting head with respect to the component mounting machine base has been calibrated by the imaging data of the board camera. For this reason, although the control accuracy of the component mounting point on the board and the imaging position is kept good, the control accuracy of the measurement position of the laser height sensor may be lowered. This is because when mounting the laser height sensor to the mounting head, there are dimensional tolerances of components and variations in mounting and adjustment, as in the case of the substrate camera, and errors in the positional relationship of the sensor with respect to the mounting head may occur. Nevertheless, calibration and correction are not performed. Therefore, in order to ensure the control accuracy of the measurement position of the laser height sensor, a sensor mounting position adjustment mechanism is provided, and the mounting position is adjusted individually by each component mounter. It was necessary to pay special attention to variations in adjustment work.
 一方、基板を小形化するために部品や回路パターンの軽薄短小化および部品実装の高密度化が近年進んでおり、レーザー高さセンサによる高さ測定に好適な測定位置が限られてきている。つまり、高さが一定でかつレーザー光の反射率が良好な測定範囲が限られ、測定範囲は1mm四方未満程度しか確保できなくなってきている。このため、レーザー高さセンサの測定高さの精度を向上するために、測定位置の制御精度を向上することが喫緊の課題となっている。 On the other hand, in order to reduce the size of the substrate, lighter and thinner parts and circuit patterns and higher density of component mounting have been advanced in recent years, and measurement positions suitable for height measurement by a laser height sensor have been limited. That is, the measurement range in which the height is constant and the reflectance of the laser beam is good is limited, and the measurement range can be secured only less than about 1 mm square. For this reason, in order to improve the measurement height accuracy of the laser height sensor, it is an urgent task to improve the control accuracy of the measurement position.
 これに対し、特許文献1および2の技術は測定高さ自体の較正および補正に関する技術であり、また、特許文献3の技術は測定に用いるレーザー光の光量調整に関する技術であり、いずれも測定位置の制御精度を維持および向上するものではない。 On the other hand, the techniques of Patent Documents 1 and 2 are techniques related to calibration and correction of the measurement height itself, and the technique of Patent Document 3 is a technique related to light amount adjustment of laser light used for measurement, both of which are measurement positions. It does not maintain or improve the control accuracy.
 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、高さを測定する際に正確に測定位置を制御でき、かつセンサの取り付け位置調整機構や位置調整作業を必要とせずに測定位置の制御精度を保つことができるレーザー高さ測定装置、および該レーザー高さ測定装置を組み込んだ部品実装機を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the problems of the background art described above, and can accurately control the measurement position when measuring the height, and does not require a sensor attachment position adjustment mechanism or position adjustment work. It is an object to be solved to provide a laser height measuring device capable of maintaining the control accuracy of a measurement position, and a component mounting machine incorporating the laser height measuring device.
 上記課題を解決する請求項1に係るレーザー高さ測定装置の発明は、対象物に向かってレーザー光を照射するレーザー光照射部、および前記対象物で反射されたレーザー光を検出する反射光検出部を有して前記対象物の高さを測定するレーザー高さセンサと、前記レーザー高さセンサを平面内で移動させるセンサ移動機構と、を備えるレーザー高さ測定装置であって、前記センサ移動機構上の平面座標系で表した所定の較正位置に配置された画像カメラと、前記較正位置に位置決めされた前記レーザー高さセンサのレーザー光照射部と前記画像カメラの光入射部との間に配置され、前記レーザー光照射部から前記光入射部に向かって照射されたレーザー光を減衰しつつ透過する減光フィルタと、前記レーザー高さセンサを前記較正位置に位置決めし、前記レーザー光照射部から前記光入射部に向かって前記レーザー光を照射し、前記減光フィルタを透過したレーザー光を前記画像カメラで撮像してレーザー光画像を得るレーザー光撮像手段と、前記レーザー高さセンサが前記センサ移動機構によって前記平面座標系の座標位置に移動されたときに前記レーザー光照射部から前記対象物に向かって照射されるレーザー光の前記平面座標系での座標位置の補正値を、前記レーザー光画像上での前記レーザー光の位置に基づいて求める補正値取得手段と、を備える。 The invention of the laser height measuring device according to claim 1 that solves the above-described problem includes a laser beam irradiation unit that irradiates a laser beam toward an object, and reflected light detection that detects the laser beam reflected by the object. A laser height sensor comprising: a laser height sensor that measures the height of the object, and a sensor moving mechanism that moves the laser height sensor in a plane, wherein the sensor movement An image camera arranged at a predetermined calibration position represented by a plane coordinate system on the mechanism, and a laser light irradiation part of the laser height sensor positioned at the calibration position and a light incident part of the image camera And a neutral density filter that attenuates and transmits the laser light emitted from the laser light irradiation part toward the light incident part, and the laser height sensor is positioned at the calibration position. Laser beam imaging means for irradiating the laser beam from the laser beam irradiating unit toward the light incident unit and capturing the laser beam transmitted through the neutral density filter with the image camera; The coordinates in the plane coordinate system of the laser beam irradiated from the laser beam irradiation unit toward the object when the laser height sensor is moved to the coordinate position of the plane coordinate system by the sensor moving mechanism Correction value acquisition means for obtaining a position correction value based on the position of the laser beam on the laser beam image.
 請求項2に係る発明は、請求項1において、前記レーザー高さ測定装置は部品が実装される基板の生産を行う基板生産機に組み込まれており、前記対象物は前記基板生産機の作業位置に水平姿勢でクランプされた基板であり、前記減光フィルタは、前記作業位置にクランプされた基板の上面と同じ高さに水平姿勢で配置される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the laser height measuring device is incorporated in a board production machine that produces a board on which a component is mounted, and the object is a work position of the board production machine. The neutral density filter is disposed in a horizontal posture at the same height as the upper surface of the substrate clamped in the working position.
 請求項3に係る部品実装機の発明は、基板を部品実装位置に搬入し位置決めし搬出する基板搬送装置と、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採取して前記位置決めされた基板に装着する実装ヘッドおよび前記実装ヘッドを水平面内の直交2方向に駆動するヘッド駆動機構を有する部品移載装置と、前記実装ヘッドが前記部品供給装置から前記基板上に移動する途中で採取されている部品を撮像する部品カメラと、を備え、前記実装ヘッドに、請求項1または2に記載のレーザー高さ測定装置の前記レーザー高さセンサが取り付けられ、前記部品移載装置の前記ヘッド駆動機構は、前記レーザー高さ測定装置の前記センサ移動機構に兼用され、前記部品カメラは、前記レーザー高さ測定装置の前記画像カメラに兼用され、前記レーザー高さ測定装置の前記減光フィルタは、前記部品カメラの光入射部上に、前記部品実装位置に位置決めされた前記基板の上面と同じ高さに水平姿勢で配置される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a component mounting machine including: a board conveying device that loads, positions, and unloads a substrate at a component mounting position; a component supply device that supplies a component; and the component is collected from the component supply device. A component transfer device having a mounting head to be mounted on the positioned substrate, and a head drive mechanism for driving the mounting head in two orthogonal directions in a horizontal plane, and the mounting head being moved from the component supply device onto the substrate A component camera that captures an image of the component picked up in step (1), wherein the laser height sensor of the laser height measuring device according to claim 1 or 2 is attached to the mounting head. The head driving mechanism is also used as the sensor moving mechanism of the laser height measuring device, and the component camera is used as the image camera of the laser height measuring device. Is use, the ND filter of the laser height measuring device, the the component camera of the light entrance portion on are arranged horizontally at the same height as the upper surface of the substrate positioned on the component mounting position.
 請求項1に係るレーザー高さ測定装置の発明では、センサ移動機構により較正位置に位置決めされたレーザー高さセンサのレーザー光照射部からレーザー光が照射され、レーザー光は減光フィルタを減衰しつつ透過して画像カメラに達し、レーザー光画像が得られる。レーザー光画像上のレーザー光の位置は、減光フィルタの作用によって高精度に求められ、較正位置からの偏移量を座標位置の補正値として求めることができる。これにより、レーザー高さセンサがセンサ移動機構によって任意の座標位置に移動されたときに、レーザー光の照射位置すなわち測定位置をこの補正値を用いて補正することができる。つまり、任意の座標位置で高さを測定する際に、センサ移動機構により補正値を考慮してレーザー高さセンサを移動させ、正確に測定位置を制御できる。 In the invention of the laser height measuring device according to the first aspect, the laser light is irradiated from the laser light irradiation portion of the laser height sensor positioned at the calibration position by the sensor moving mechanism, and the laser light attenuates the neutral density filter. It passes through and reaches the image camera, and a laser beam image is obtained. The position of the laser beam on the laser beam image can be obtained with high accuracy by the action of the neutral density filter, and the amount of deviation from the calibration position can be obtained as a correction value for the coordinate position. Thereby, when the laser height sensor is moved to an arbitrary coordinate position by the sensor moving mechanism, the irradiation position of the laser beam, that is, the measurement position can be corrected using this correction value. That is, when measuring the height at an arbitrary coordinate position, the measurement position can be accurately controlled by moving the laser height sensor in consideration of the correction value by the sensor moving mechanism.
 また、センサの構成部材の寸法公差や取り付け作業のばらつきなどに起因する構造上の寸法誤差が生じていても、測定装置ごとに寸法誤差を補正値として求め、補正することができる。したがって、センサの取り付け位置調整機構や位置調整作業を必要とせずに測定位置の制御精度を保つことができる。 In addition, even if a structural dimensional error due to a dimensional tolerance of sensor constituent members or a variation in mounting work occurs, the dimensional error can be obtained as a correction value for each measuring device and corrected. Therefore, the control accuracy of the measurement position can be maintained without requiring a sensor attachment position adjustment mechanism or a position adjustment operation.
 請求項2に係る発明では、レーザー高さ測定装置は基板生産機に組み込まれており、対象物は水平姿勢でクランプされた基板とされ、減光フィルタは基板の上面と同じ高さに水平姿勢で配置される。このため、仮にレーザー高さセンサが傾斜して取り付けられてレーザー光の光軸が傾斜していても、較正位置における減光フィルタ上の座標位置の誤差と、基板の上面における座標位置の誤差とが略一致する。したがって、較正位置で求めた補正値を用いることにより、正確に基板上の任意の測定位置を制御できる。 In the invention according to claim 2, the laser height measuring device is incorporated in the substrate production machine, the object is a substrate clamped in a horizontal posture, and the neutral density filter is in a horizontal posture at the same height as the upper surface of the substrate. It is arranged with. For this reason, even if the laser height sensor is tilted and the optical axis of the laser beam is tilted, the error of the coordinate position on the neutral density filter at the calibration position and the error of the coordinate position on the upper surface of the substrate Are approximately the same. Therefore, any measurement position on the substrate can be accurately controlled by using the correction value obtained at the calibration position.
 請求項3に係る部品実装機の発明では、実装ヘッドにレーザー高さセンサが取り付けられ、ヘッド駆動機構はセンサ移動機構に兼用され、部品カメラは画像カメラに兼用され、減光フィルタは部品カメラの光入射部上に基板の上面と同じ高さに水平姿勢で配置される。したがって、従来の部品実装機の構成を変更することなく、治具として減光フィルタを用いて補正値を求めることができ、正確に基板上の任意の測定位置を制御できる。これにより、基板の上面の高さを複数位置で正確に測定でき、基板に反りなどが生じていても円滑な部品装着動作が行える。 In the invention of the component mounter according to claim 3, the laser height sensor is attached to the mounting head, the head drive mechanism is also used as the sensor moving mechanism, the component camera is also used as the image camera, and the neutral density filter is used as the component camera. A horizontal posture is arranged on the light incident part at the same height as the upper surface of the substrate. Therefore, a correction value can be obtained using a neutral density filter as a jig without changing the configuration of a conventional component mounting machine, and an arbitrary measurement position on the substrate can be accurately controlled. Thereby, the height of the upper surface of the board can be accurately measured at a plurality of positions, and a smooth component mounting operation can be performed even if the board is warped.
実施形態の部品実装機を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the component mounting machine of embodiment. (1)はレーザー高さセンサの構成および高さ検出方式を模式的に説明する図であり、(2)は高さ測定の対象物および測定位置を模式的に説明する図である。(1) is a diagram for schematically explaining the configuration of the laser height sensor and the height detection method, and (2) is a diagram for schematically explaining the object and measurement position for height measurement. 実施形態の部品実装機に組み込まれたレーザー高さ測定装置の測定位置の較正実施状況を説明する図である。It is a figure explaining the calibration implementation situation of the measurement position of the laser height measuring device built in the component mounting machine of an embodiment. 図3のレーザー高さセンサから連結部までの範囲を拡大した部分斜視図である。It is the fragmentary perspective view which expanded the range from the laser height sensor of FIG. 3 to a connection part. 減光フィルタを有する較正治具の構造を示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing the structure of a calibration jig having a neutral density filter. 実施形態で得られたレーザー光画像の画像例であり、(1)は全領域画像、(2)は(1)の中央部分の拡大画像を示している。It is an example of a laser beam image obtained in the embodiment, (1) shows an entire region image, and (2) shows an enlarged image of the central portion of (1). 較正治具を使用しない場合に得られたレーザー光画像の画像例であり、(1)は全領域画像、(2)は(1)の中央部分の拡大画像を示している。It is an example of a laser beam image obtained when a calibration jig is not used, (1) shows an entire region image, and (2) shows an enlarged image of the central portion of (1). 減光フィルタが透過レーザー光の位置を高精度化する作用を説明する別のレーザー光画像例であり、(1)は減光フィルタ使用時、(2)は減光フィルタ未使用時を示している。It is another example of a laser beam image explaining the effect | action which a neutral density filter raises the position of the transmitted laser beam highly, (1) shows the time of using a neutral density filter, (2) shows the time of non-use of a neutral density filter. Yes.
 本発明の実施形態の部品実装機について、図1~図8を参考にして説明する。図1は、実施形態の部品実装機1を説明する斜視図である。実施形態の部品実装機1には、本発明のレーザー高さ測定装置が組み込まれている。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、および部品カメラ5を基台9に組み付けるとともに、部品移載装置4の実装ヘッド44にレーザー高さセンサ6を取り付け、各装置2~6を図略の制御コンピュータから制御するようにして構成する。 The component mounter according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view illustrating a component mounter 1 according to an embodiment. The component mounter 1 of the embodiment incorporates the laser height measuring device of the present invention. The component mounter 1 assembles the substrate transfer device 2, the component supply device 3, the component transfer device 4, and the component camera 5 on the base 9, and attaches the laser height sensor 6 to the mounting head 44 of the component transfer device 4. Attach and configure each device 2 to 6 to be controlled from a control computer (not shown).
 基板搬送装置2は、第1および第2ガイドレール21、22、一対のコンベアベルト、およびクランプ装置などにより構成されている。第1および第2ガイドレール21、22は、基台9の上部中央を横断して搬送方向(X軸方向)に延在し、かつ互いに平行するように基台9に組み付けられている。第1および第2ガイドレール21、22の直下に、互いに平行に配置された一対のコンベアベルトが並設されている。コンベアベルトは、コンベア搬送面に基板Kを戴置した状態で搬送方向(X方向)に輪転して、基板Kを基台9の中央部に設定された部品実装位置に搬入および搬出する。また、基台9の中央部のコンベアベルトの下方にクランプ装置が設けられている。クランプ装置は、基板Kを押し上げて水平姿勢でクランプし、部品実装位置に位置決めする。図1には、部品実装位置に位置決めされた基板Kが示されている。 The substrate transfer device 2 includes first and second guide rails 21 and 22, a pair of conveyor belts, a clamp device, and the like. The first and second guide rails 21 and 22 are assembled to the base 9 so as to extend in the transport direction (X-axis direction) across the upper center of the base 9 and to be parallel to each other. A pair of conveyor belts arranged in parallel to each other are arranged directly below the first and second guide rails 21 and 22. The conveyor belt rotates in the conveyance direction (X direction) with the substrate K placed on the conveyor conveyance surface, and carries the substrate K to and from the component mounting position set at the center of the base 9. A clamping device is provided below the conveyor belt at the center of the base 9. The clamp device pushes up the substrate K, clamps it in a horizontal posture, and positions it at the component mounting position. FIG. 1 shows the substrate K positioned at the component mounting position.
 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、着脱可能な多数のカセット式フィーダ31がセットされて構成されている。カセット式フィーダ31は、本体32と、本体32の後部に設けられた供給リール33と、本体32の先端に設けられた部品取出部34とを備えている。供給リール33には多数の部品が所定ピッチで封入された細長いテープ(図示省略)が巻回保持され、このテープがスプロケット(図示省略)により所定ピッチで引き出され、部品が封入状態を解除されて部品取出部34に順次送り込まれるようになっている。 The component supply device 3 is a feeder-type device, and is provided at the front part in the longitudinal direction of the component mounter 1 (left front side in FIG. 1). The component supply device 3 is configured with a large number of cassette-type feeders 31 that can be attached and detached. The cassette type feeder 31 includes a main body 32, a supply reel 33 provided at the rear part of the main body 32, and a component take-out part 34 provided at the tip of the main body 32. An elongated tape (not shown) in which a large number of parts are enclosed at a predetermined pitch is wound and held on the supply reel 33. This tape is pulled out at a predetermined pitch by a sprocket (not shown), and the part is released from the enclosed state. The components are sequentially fed into the component take-out unit 34.
 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XYロボットタイプの装置である。部品移載装置4は、一対のY軸レール41、42、実装ヘッド44、吸着ノズル45、基板カメラ46などにより構成されている。一対のY軸レール41、42は基台9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。Y軸レール41、42上に、移動台43が水平2方向(XY方向)に移動可能に支持されている。移動台43には、実装ヘッド44が設けられている。実装ヘッド44には、負圧により部品を吸着採取する吸着ノズル45が下向きに突設され、さらに基板Kの上面を撮像する基板カメラ46が下向きに設けられている。 The component transfer device 4 is an XY robot type device that can move in the X-axis direction and the Y-axis direction. The component transfer device 4 includes a pair of Y-axis rails 41 and 42, a mounting head 44, a suction nozzle 45, a board camera 46, and the like. The pair of Y-axis rails 41 and 42 are arranged from the rear part in the longitudinal direction of the base 9 (the right back side in FIG. 1) to the upper part of the front part supply device 3. On the Y-axis rails 41 and 42, a moving table 43 is supported so as to be movable in two horizontal directions (XY directions). A mounting head 44 is provided on the movable table 43. The mounting head 44 is provided with a suction nozzle 45 that sucks and collects components by negative pressure, and a substrate camera 46 that images the upper surface of the substrate K.
 部品移載装置4の実装ヘッド44は2つのサーボモータにより水平2方向(XY方向)に駆動され、さらに吸着ノズル45は別のサーボモータにより昇降方向に駆動される。これにより、吸着ノズル45は、部品供給装置3のカセット式フィーダ31から部品を吸着採取して位置決めされた基板K上の装着ポイントに装着する。基板カメラ46は、位置決めされた基板Kのフィデューシャルマークを読み取り、基板Kの部品実装位置に対する位置誤差を検出して、吸着ノズル45が部品を装着するときの位置制御に反映する。 The mounting head 44 of the component transfer device 4 is driven in two horizontal directions (XY directions) by two servo motors, and the suction nozzle 45 is driven in the up and down direction by another servo motor. Thereby, the suction nozzle 45 picks up the component from the cassette type feeder 31 of the component supply device 3 and mounts it on the mounting point on the substrate K positioned. The board camera 46 reads the fiducial mark of the board K that has been positioned, detects a position error with respect to the component mounting position of the board K, and reflects the position error when the suction nozzle 45 mounts the component.
 上述のY軸レール41、42、移動台43、および2つのサーボモータは、実装ヘッド44を水平面内の直交2方向に駆動するヘッド駆動機構を構成している。また、部品実装位置や装着ポイントは、ヘッド駆動機構上の平面座標系の座標値で表される。実装ヘッド44の基台9に対する相対的な位置関係は、平面座標系で表した基準位置に実装ヘッド44を移動させたときの基板カメラ46の撮像データにより予め較正されている。つまり、平面座標系の任意の座標位置で適用される補正値が予め求められている。したがって、実装ヘッド44やヘッド駆動機構を構成する構成部材の寸法公差や取り付けおよび調整のばらつきなどにより構造上の寸法誤差が生じていても、補正値が用いられることで実装ヘッド44の位置の制御精度は良好に保たれる。 The Y-axis rails 41 and 42, the moving platform 43, and the two servo motors described above constitute a head driving mechanism that drives the mounting head 44 in two orthogonal directions within a horizontal plane. Further, the component mounting position and the mounting point are represented by coordinate values in a plane coordinate system on the head drive mechanism. The relative positional relationship of the mounting head 44 with respect to the base 9 is calibrated in advance by imaging data of the board camera 46 when the mounting head 44 is moved to a reference position expressed in a plane coordinate system. That is, a correction value to be applied at an arbitrary coordinate position in the plane coordinate system is obtained in advance. Therefore, even if a structural dimensional error occurs due to a dimensional tolerance of components constituting the mounting head 44 or the head driving mechanism or variations in mounting and adjustment, the position of the mounting head 44 can be controlled by using the correction value. The accuracy is kept good.
 部品カメラ5は、基板搬送装置2と部品供給装置3との間の基台9の上面に、上向きに設けられている。部品カメラ5は、吸着ノズル45が部品供給装置3から基板K上に移動する途中で吸着採取されている部品の状態を撮像して検出するものである。部品カメラ5が部品の吸着位置や回転角のずれ、リードの曲がりなどを検出すると、必要に応じて部品装着動作が微調整され、装着が困難な部品は廃棄される。部品カメラ5の周辺の詳細構造は後で説明する。 The component camera 5 is provided upward on the upper surface of the base 9 between the substrate transfer device 2 and the component supply device 3. The component camera 5 captures and detects the state of a component that is picked up while the suction nozzle 45 moves from the component supply device 3 onto the substrate K. When the component camera 5 detects a component suction position, a rotation angle shift, a lead bend, or the like, the component mounting operation is finely adjusted as necessary, and components that are difficult to mount are discarded. The detailed structure around the component camera 5 will be described later.
 部品実装機1は、図略の制御コンピュータを備えている。制御コンピュータは、生産する基板の基板種と装着される部品種との対応関係を始めとする諸情報、基板カメラ46や部品カメラ5の撮像データ、および図略のセンサの検出情報などに基づいて、部品装着動作を制御する。 The component mounter 1 includes a control computer (not shown). The control computer is based on various information including the correspondence relationship between the board type of the board to be produced and the part type to be mounted, imaging data of the board camera 46 and the part camera 5, and detection information of a sensor (not shown). Control the component mounting operation.
 次に、レーザー高さ測定装置について説明する。レーザー高さ測定装置を構成するレーザー高さセンサ6は、図1に示されるように、実装ヘッド44の下側に基板カメラ46と並んで下向きに取り付けられている。したがって、レーザー高さセンサ6は実装ヘッド44によって移動され、ヘッド駆動機構はレーザー高さセンサ6を移動させるセンサ移動機構に兼用されている。図2の(1)はレーザー高さセンサ6の構成および高さ検出方式を模式的に説明する図であり、(2)は高さ測定の対象物および測定位置を模式的に説明する図である。 Next, the laser height measuring device will be described. As shown in FIG. 1, the laser height sensor 6 constituting the laser height measuring apparatus is attached to the lower side of the mounting head 44 side by side with the substrate camera 46. Therefore, the laser height sensor 6 is moved by the mounting head 44, and the head driving mechanism is also used as a sensor moving mechanism for moving the laser height sensor 6. (1) of FIG. 2 is a figure which illustrates typically the structure of the laser height sensor 6, and a height detection system, (2) is a figure which illustrates typically the target and measurement position of height measurement. is there.
 図2の(1)に示されるように、レーザー高さセンサ6は、隣接配置されたレーザー光照射部61および反射光検出部62を有している。レーザー光照射部61は、下方に配置された対象物である基板Kに向かって、レーザー光L1を下向きに照射する。レーザー光L1は基板Kの上面で反射され、反射レーザー光L2が反射光検出部62に入射する。反射光検出部62は、反射レーザー光L2の検出位置の違いから、対象物の高さHを検出する。図2の(1)では、基板Kが正規の高さHにあるときの反射レーザー光L2と、基板Kxが正規よりも上方の高さH3にあるときの反射レーザー光L3とが例示されている。 2 (1), the laser height sensor 6 has a laser light irradiation unit 61 and a reflected light detection unit 62 arranged adjacent to each other. The laser beam irradiation unit 61 irradiates the laser beam L1 downward toward the substrate K that is an object disposed below. The laser beam L1 is reflected by the upper surface of the substrate K, and the reflected laser beam L2 enters the reflected light detector 62. The reflected light detection unit 62 detects the height H of the object from the difference in the detection position of the reflected laser light L2. In (1) of FIG. 2, the reflected laser light L2 when the substrate K is at the regular height H and the reflected laser light L3 when the substrate Kx is at the height H3 above the regular are illustrated. Yes.
 また、図2の(2)に示されるように、レーザー高さセンサ6の高さ測定の対象物は基板Kの上面であり、複数の測定位置で高さ測定を行う。図には、基板KのY軸方向の3箇所y1、y2、およびy3の測定位置が例示されている。実際には、X軸方向の3箇所も考慮し、基板K上の合計9箇所の格子点を測定位置として高さ測定を行う。この場合、基板Kが平板でかつ水平姿勢を保っていると、全測定位置で同じ高さHが測定される。また、図中に破線で例示されるように、反りのある基板Kxでは、各測定位置でそれぞれ異なった高さh1~h3が測定される。また、基板Kが水平姿勢でなく傾斜してクランプされた場合も、各測定位置で異なった高さが測定される。なお、合計9箇所の測定位置は例であって、所望する任意数量の任意の測定位置をヘッド駆動機構上の平面座標系の座標値を用いて設定することができる。 Further, as shown in (2) of FIG. 2, the object of height measurement of the laser height sensor 6 is the upper surface of the substrate K, and the height measurement is performed at a plurality of measurement positions. In the drawing, three measurement positions y1, y2, and y3 in the Y-axis direction of the substrate K are illustrated. Actually, height measurement is performed with a total of nine lattice points on the substrate K as measurement positions in consideration of three positions in the X-axis direction. In this case, if the substrate K is a flat plate and maintains a horizontal posture, the same height H is measured at all measurement positions. Further, as exemplified by broken lines in the drawing, different heights h1 to h3 are measured at each measurement position on the warped substrate Kx. Also, when the substrate K is clamped at an inclination instead of a horizontal posture, different heights are measured at each measurement position. Note that a total of nine measurement positions are examples, and any desired number of arbitrary measurement positions can be set using the coordinate values of the planar coordinate system on the head drive mechanism.
 また、部品カメラ5は、レーザー高さ測定装置の測定位置の較正を行うための画像カメラに兼用されている。部品カメラ5の位置は、センサ移動機構すなわちヘッド駆動機構上の平面座標系の特定の座標位置で表されており、特定の座標位置が較正位置に該当する。さらに、レーザー高さ測定装置の測定位置の較正を行うための治具として、減光フィルタ7を用いる。 The component camera 5 is also used as an image camera for calibrating the measurement position of the laser height measuring device. The position of the component camera 5 is represented by a specific coordinate position in the plane coordinate system on the sensor moving mechanism, that is, the head drive mechanism, and the specific coordinate position corresponds to the calibration position. Further, the neutral density filter 7 is used as a jig for calibrating the measurement position of the laser height measuring apparatus.
 図3は、実施形態の部品実装機1に組み込まれたレーザー高さ測定装置の測定位置の較正実施状況を説明する図であり、一部は断面が示されている。また、図4は、図3のレーザー高さセンサ6から連結部53までの範囲を拡大した部分斜視図である。図3において、レーザー高さセンサ6は、ヘッド駆動機構によって平面座標系で表された較正位置に位置決めされている。つまり、レーザー高さセンサ6のレーザー光照射部61が、部品カメラ5の鉛直真上に位置決めされている。部品カメラ5は、鉛直方向の光入射軸AOを有し、支持台52を介して基台9上に取り付けられている。部品カメラ5の上部中央は、上方からの光が入射する光入射部51となっている。部品カメラ5の上方には筒状の連結部53が配設され、連結部53の上側には上向きに開いた底のない椀状の上端部材54が配設されている。部品カメラ5、連結部53、および上端部材54は、光入射軸AOを共有しており、さらに、レーザー高さセンサ6が較正位置に正確に位置決めされると、レーザー光L1の光軸が光入射軸AOに重なるようになっている。 FIG. 3 is a diagram for explaining the calibration implementation status of the measurement position of the laser height measurement apparatus incorporated in the component mounter 1 of the embodiment, and a part of the cross-section is shown. 4 is a partial perspective view in which the range from the laser height sensor 6 to the connecting portion 53 in FIG. 3 is enlarged. In FIG. 3, the laser height sensor 6 is positioned at a calibration position expressed in a plane coordinate system by a head driving mechanism. That is, the laser beam irradiation unit 61 of the laser height sensor 6 is positioned directly above the component camera 5. The component camera 5 has a light incident axis AO in the vertical direction and is mounted on the base 9 via a support base 52. The upper center of the component camera 5 is a light incident portion 51 where light from above enters. A cylindrical connecting portion 53 is disposed above the component camera 5, and a bowl-shaped upper end member 54 having no bottom and opened upward is disposed above the connecting portion 53. The component camera 5, the connecting portion 53, and the upper end member 54 share the light incident axis AO, and when the laser height sensor 6 is accurately positioned at the calibration position, the optical axis of the laser light L 1 is light. It overlaps the incident axis AO.
 連結部53の内壁の一つの側面には、多数のLEDよりなる落射光源531が設けられている。また、連結部53の内部を斜めに横切ってハーフミラー532が設けられている。ハーフミラー532は、落射光源531から照射された水平方向の落射光を鉛直上向きに反射し、上方からの光を部品カメラ5の光入射部51に向けて透過する。連結部53の開いた上面は、透明なカバーガラス533により覆われている。上端部材54の椀状の内面には、多数のLEDよりなる側射光源541が設けられている。落射光源531および側射光源541は、部品カメラ5が吸着ノズル45に吸着採取されている部品の状態を撮像するときに、部品を鉛直下方および斜め側方から照明するようになっている。落射光源531および側射光源541は、レーザー高さ測定装置の測定位置を較正するときには消灯される。 An incident light source 531 made up of a large number of LEDs is provided on one side surface of the inner wall of the connecting portion 53. Further, a half mirror 532 is provided obliquely across the inside of the connecting portion 53. The half mirror 532 reflects the incident light in the horizontal direction irradiated from the incident light source 531 vertically upward, and transmits the light from above toward the light incident portion 51 of the component camera 5. The open upper surface of the connecting portion 53 is covered with a transparent cover glass 533. A side light source 541 made up of a number of LEDs is provided on the bowl-shaped inner surface of the upper end member 54. The epi-illumination light source 531 and the side-illumination light source 541 are configured to illuminate the component from vertically below and obliquely from the side when the component camera 5 images the state of the component picked up by the suction nozzle 45. The incident light source 531 and the side light source 541 are turned off when the measurement position of the laser height measuring device is calibrated.
 上端部材54の椀状の開いた上面に、減光フィルタ71を有する較正治具7がセットされている。図5は、減光フィルタ71を有する較正治具7の構造を示す斜視断面図である。較正治具7は、光入射軸AOを中心とする略軸対称形状であり、上側の大径の母板72、下側の小径の押え板73、その間の減光フィルタ71、および押えねじ74で構成されている。母板72および押え板73は中央に通過穴を有し、両者72、73の間で通過穴を塞ぐように減光フィルタ71が配置されて挟持されている。母板72と押え板73とは、押えねじ74により固定されている。減光フィルタ71は、樹脂製フィルムからなり、レーザー高さセンサ6から照射されるレーザー光L1を所定の減衰率で減衰させつつ透過させる。減光フィルタ71のレーザー光減衰率は、後述する透過レーザー光の位置の高精度化が良好となるように適宜選定する。 The calibration jig 7 having the neutral density filter 71 is set on the upper surface of the upper end member 54 that has a bowl shape. FIG. 5 is a perspective sectional view showing the structure of the calibration jig 7 having the neutral density filter 71. The calibration jig 7 has a substantially axisymmetric shape centered on the light incident axis AO, and has an upper large-diameter base plate 72, a lower small-diameter press plate 73, a neutral density filter 71 therebetween, and a press screw 74. It consists of The base plate 72 and the presser plate 73 have a passage hole in the center, and the neutral density filter 71 is arranged and sandwiched between the two 72 and 73 so as to close the passage hole. The base plate 72 and the presser plate 73 are fixed by presser screws 74. The neutral density filter 71 is made of a resin film and transmits the laser light L1 emitted from the laser height sensor 6 while being attenuated at a predetermined attenuation rate. The attenuation factor of the laser beam of the neutral density filter 71 is appropriately selected so as to improve the accuracy of the position of the transmitted laser beam described later.
 較正治具7は、常時の部品装着動作時には使用されず、レーザー高さ測定装置の測定位置を較正するときに、上端部材54の上面に内向きに設けられた内フランジ542の上にセットされて使用される。このとき、図3に示されるように、減光フィルタ71は、レーザー高さセンサ6のレーザー光照射部61と部品カメラ5の光入射部51との間に配置される。また、レーザー高さセンサ6に対する減光フィルタ71の高さHが、部品実装位置に位置決めされた基板Kの上面の正規高さH(図2参照)と一致するようになっている。なお、実施形態では較正治具7のセットおよび取り外しを人手により行うが、これに限定されず、セット機構を付加して自動で行うようにしてもよい。 The calibration jig 7 is not used during normal component mounting operation, and is set on an inner flange 542 provided inwardly on the upper surface of the upper end member 54 when calibrating the measurement position of the laser height measuring device. Used. At this time, as shown in FIG. 3, the neutral density filter 71 is disposed between the laser light irradiation unit 61 of the laser height sensor 6 and the light incident unit 51 of the component camera 5. Further, the height H of the neutral density filter 71 with respect to the laser height sensor 6 matches the normal height H (see FIG. 2) of the upper surface of the substrate K positioned at the component mounting position. In the embodiment, the calibration jig 7 is manually set and removed. However, the present invention is not limited to this, and the calibration jig 7 may be automatically set by adding a setting mechanism.
 図3に示される状況で、レーザー光撮像手段および補正値取得手段からなる較正を行う。レーザー光撮像手段では、まず、ヘッド駆動機構によりレーザー高さセンサ6を較正位置、すなわち部品カメラ5の光入射軸AOの鉛直上方に位置決めする。次に、レーザー光照射部61から部品カメラ5の光入射部51に向かってレーザー光L1を下向きに照射する。すると、レーザー光L1は、減光フィルタ71を減衰しつつ透過して透過レーザー光となり、部品カメラ5の光入射部51に達する。部品カメラ5は、透過レーザー光を撮像してレーザー光画像を得る。 3 In the situation shown in FIG. 3, calibration is performed consisting of laser light imaging means and correction value acquisition means. In the laser beam imaging means, first, the laser height sensor 6 is positioned at the calibration position, that is, vertically above the light incident axis AO of the component camera 5 by the head driving mechanism. Next, the laser beam L1 is irradiated downward from the laser beam irradiation unit 61 toward the light incident unit 51 of the component camera 5. Then, the laser light L1 passes through the attenuation filter 71 while being attenuated to become transmitted laser light, and reaches the light incident portion 51 of the component camera 5. The component camera 5 captures the transmitted laser light and obtains a laser light image.
 補正値取得手段では、レーザー光画像上での透過レーザー光の位置に基づいて補正値を求める。例えば、ヘッド駆動機構による較正位置の位置制御に殆ど誤差がない場合、透過レーザー光の位置はレーザー光画像の画像領域の中央となる。この場合、補正値はゼロでよい。ところが、ヘッド駆動機構による較正位置の位置制御に誤差がある場合、透過レーザー光の位置はレーザー光画像の画像領域の中央から偏移する。この場合、偏移量に相当する補正値を設定する。補正値は、レーザー高さセンサ6が基板K上の座標位置に移動されたときに、その座標位置を補正するために用いられる。 The correction value acquisition means obtains a correction value based on the position of the transmitted laser beam on the laser beam image. For example, when there is almost no error in the position control of the calibration position by the head drive mechanism, the position of the transmitted laser beam is the center of the image area of the laser beam image. In this case, the correction value may be zero. However, when there is an error in the position control of the calibration position by the head drive mechanism, the position of the transmitted laser beam is shifted from the center of the image area of the laser beam image. In this case, a correction value corresponding to the deviation amount is set. The correction value is used to correct the coordinate position when the laser height sensor 6 is moved to the coordinate position on the substrate K.
 なお、前述した較正は、部品実装機1を製造した直後、および定期点検などでヘッド駆動機構の再調整や一部の構成部品の交換をした直後に実施すればよく、日々の始動時に毎回実施する必要はない。 The calibration described above may be performed immediately after manufacturing the component mounting machine 1 and immediately after readjustment of the head drive mechanism or replacement of some components in a periodic inspection, etc. do not have to.
 次に、前述のように構成された実施形態の部品実装機1におけるレーザー高さ測定装置の作用について説明する。図6は、実施形態で得られたレーザー光画像の画像例であり、(1)は全領域画像、(2)は(1)の中央部分の拡大画像を示している。図6の(1)のレーザー光画像の全領域画像で、透過レーザー光は略中央の小さな輝点P1で示されている。また、中央部分の縦22ピクセル×横28ピクセルを拡大した(2)で、透過レーザー光は数ピクセルの輝点P1によって示されている。そして、輝点P1の位置は、直交する細線の交点で示される光入射軸AOの位置に一致している。したがって、この場合は補正値をゼロとする。仮に、透過レーザー光の輝点P1の位置が光入射軸AOの位置から偏移していた場合、偏移量に相当する補正値を設定する。 Next, the operation of the laser height measuring device in the component mounter 1 according to the embodiment configured as described above will be described. FIG. 6 is an image example of a laser beam image obtained in the embodiment. (1) shows an entire region image, and (2) shows an enlarged image of the central portion of (1). In the entire region image of the laser light image of (1) in FIG. 6, the transmitted laser light is indicated by a small bright spot P1 substantially at the center. Further, in the center portion, the vertical 22 pixels × horizontal 28 pixels are enlarged (2), and the transmitted laser light is indicated by the bright spot P1 of several pixels. The position of the bright spot P1 coincides with the position of the light incident axis AO indicated by the intersection of the perpendicular thin lines. Therefore, in this case, the correction value is set to zero. If the position of the bright spot P1 of the transmitted laser beam is shifted from the position of the light incident axis AO, a correction value corresponding to the shift amount is set.
 一方、図7は、較正治具7を使用しない場合に得られたレーザー光画像の画像例であり、(1)は全領域画像、(2)は(1)の中央部分の拡大画像を示している。較正治具7を使用しない場合、図7の(1)のレーザー光画像の全領域画像で、透過レーザー光は不規則な形状の輝くエリアP2で示されている。また、中央部分を拡大した(2)で、輝くエリアP2は拡大画像の大部分を占めている。このため、透過レーザー光の位置を正確に判別することは困難であり、正確な補正値を求めることができない。 On the other hand, FIG. 7 is an image example of a laser beam image obtained when the calibration jig 7 is not used. (1) is an entire region image, and (2) is an enlarged image of the central portion of (1). ing. When the calibration jig 7 is not used, the transmitted laser beam is indicated by an irregularly shaped bright area P2 in the entire region image of the laser beam image of (1) in FIG. In addition, in the enlarged central portion (2), the bright area P2 occupies most of the enlarged image. For this reason, it is difficult to accurately determine the position of the transmitted laser light, and an accurate correction value cannot be obtained.
 図6と図7を比較すれば明らかなように、減光フィルタ71には、透過レーザー光の位置を高精度化する作用がある。一般的に、レーザー高さセンサ6のレーザー光照射部61では、内部の乱反射などの原因により、レーザー光L1は光軸を中心として周辺にも多少の成分を有している。減光フィルタ71は、レーザー光L1の周辺の成分を抑え、光軸中心の成分だけを抽出する作用がある。 As is clear from a comparison between FIG. 6 and FIG. 7, the neutral density filter 71 has an effect of increasing the position of the transmitted laser light. In general, in the laser light irradiation unit 61 of the laser height sensor 6, the laser light L1 has some components around the optical axis due to internal irregular reflection and the like. The neutral density filter 71 has an effect of suppressing components around the laser beam L1 and extracting only the component at the center of the optical axis.
 図8は、減光フィルタ71が透過レーザー光の位置を高精度化する作用を説明する別のレーザー光画像例であり、(1)は減光フィルタ71使用時、(2)は減光フィルタ71未使用時を示している。図8の(1)に示される減光フィルタ71使用時に、透過レーザー光は小さな輝くエリアP3で示されている。また、このレーザー光画像からエリアP3の光入射軸AOに対する偏移量、すなわち補正値を正確に求めることができる。一方、(2)に示される減光フィルタ71未使用時に、透過レーザー光は広く輝くエリアP4で示されている。さらに、格子状に多数の輝点が生じている。このため、透過レーザー光の位置は推定できても、光入射軸AOに対する偏移量、すなわち補正値を正確に求めることが難しい。 FIG. 8 is another laser light image example for explaining the effect of the neutral density filter 71 to improve the position of the transmitted laser light. (1) is when the neutral density filter 71 is used, and (2) is the neutral density filter. 71 indicates when not in use. When the neutral density filter 71 shown in (1) of FIG. 8 is used, the transmitted laser light is indicated by a small shining area P3. Further, the shift amount with respect to the light incident axis AO of the area P3, that is, the correction value can be accurately obtained from the laser light image. On the other hand, when the neutral density filter 71 shown in (2) is not used, the transmitted laser light is indicated by a widely shining area P4. Further, a large number of bright spots are generated in a lattice shape. For this reason, even if the position of the transmitted laser beam can be estimated, it is difficult to accurately obtain the deviation amount with respect to the light incident axis AO, that is, the correction value.
 実施形態のレーザー高さ測定装置を組み込んだ部品実装機1によれば、レーザー光画像上の透過レーザー光の位置が減光フィルタ71の作用によって高精度に求められ、光入射軸AO(較正位置)からの偏移量を座標位置の補正値として求めることができる。さらに、レーザー高さセンサ6がヘッド駆動機構によって基板K上の任意の座標位置に移動されたときに、レーザー光の照射位置すなわち測定位置をこの補正値を用いて補正することができる。つまり、基板K上の任意の座標位置で高さ測定を行う際に、ヘッド駆動機構により補正値を考慮してレーザー高さセンサ6を移動させ、正確に測定位置を制御できる。 According to the component mounter 1 incorporating the laser height measuring apparatus of the embodiment, the position of the transmitted laser light on the laser light image is obtained with high accuracy by the action of the neutral density filter 71, and the light incident axis AO (calibration position) is obtained. ) As a correction value of the coordinate position. Further, when the laser height sensor 6 is moved to an arbitrary coordinate position on the substrate K by the head driving mechanism, the irradiation position of the laser beam, that is, the measurement position can be corrected using this correction value. That is, when the height measurement is performed at an arbitrary coordinate position on the substrate K, the laser height sensor 6 can be moved in consideration of the correction value by the head driving mechanism, and the measurement position can be accurately controlled.
 また、レーザー高さセンサ6の構成部材の寸法公差や取り付け作業のばらつきなどに起因する構造上の寸法誤差が生じていても、部品実装機1ごとに寸法誤差を補正値として求め、補正することができる。したがって、レーザー高さセンサ6の取り付け位置調整機構や位置調整作業を必要とせずに測定位置の制御精度を保つことができる。 Further, even if there is a structural dimensional error due to a dimensional tolerance of components constituting the laser height sensor 6 or a variation in mounting work, the dimensional error is obtained as a correction value for each component mounting machine 1 and corrected. Can do. Therefore, the control accuracy of the measurement position can be maintained without requiring an attachment position adjustment mechanism or position adjustment work for the laser height sensor 6.
 さらに、従来の部品実装機1の構成を変更することなく、減光フィルタ71を有する較正治具7を用いて補正値を求めることができ、正確に基板K上の任意の測定位置を制御できる。これにより、基板Kの上面の高さを複数位置で正確に測定でき、基板Kに反りなどが生じていても円滑な部品装着動作が行える。 Further, the correction value can be obtained using the calibration jig 7 having the neutral density filter 71 without changing the configuration of the conventional component mounting machine 1, and an arbitrary measurement position on the substrate K can be accurately controlled. . Accordingly, the height of the upper surface of the substrate K can be accurately measured at a plurality of positions, and a smooth component mounting operation can be performed even if the substrate K is warped.
 本発明のレーザー高さ測定装置は、部品実装機1に組み込んで利用することで効果が顕著になる。さらに、本発明のレーザー高さ測定装置は、部品実装機1以外の基板生産機や、他の業種の設備機械にも組み込んで利用することができる。 The effect of the laser height measuring device of the present invention becomes remarkable when it is incorporated in the component mounter 1 and used. Furthermore, the laser height measuring apparatus of the present invention can be used by being incorporated into a board production machine other than the component mounting machine 1 or equipment machines of other industries.
 1:部品実装機
 2:基板搬送装置  21、22:第1および第2ガイドレール
 3:部品供給装置  31:カセット式フィーダ
 4:部品移載装置  41、42:Y軸レール移動台  43:移動台
           44:実装ヘッド  45:吸着ノズル  46:基板カメラ
 5:部品カメラ(画像カメラ)  51:光入射部  53:連結部  54:上端部材
 6:レーザー高さセンサ  61:レーザー光照射部  62:反射光検出部
 7:較正治具  71:減光フィルタ  72:母板  73:押え板  74:押えねじ
 9:基台
 L1:レーザー光  L2、L3:反射レーザー光  AO:光入射軸
 K、Kx、Ky:基板  H、H3、h1~h3:高さ
1: Component mounter 2: Board transfer device 21, 22: First and second guide rails 3: Component supply device 31: Cassette feeder 4: Component transfer device 41, 42: Y-axis rail moving table 43: Moving table 44: mounting head 45: suction nozzle 46: substrate camera 5: component camera (image camera) 51: light incident part 53: connection part 54: upper end member 6: laser height sensor 61: laser light irradiation part 62: reflected light detection Part 7: Calibration jig 71: Neutral filter 72: Base plate 73: Presser plate 74: Presser screw 9: Base L1: Laser beam L2, L3: Reflected laser beam AO: Light incident axis K, Kx, Ky: Substrate H, H3, h1 to h3: height

Claims (3)

  1.  対象物に向かってレーザー光を照射するレーザー光照射部、および前記対象物で反射されたレーザー光を検出する反射光検出部を有して前記対象物の高さを測定するレーザー高さセンサと、前記レーザー高さセンサを平面内で移動させるセンサ移動機構と、を備えるレーザー高さ測定装置であって、
     前記センサ移動機構上の平面座標系で表した所定の較正位置に配置された画像カメラと、
     前記較正位置に位置決めされた前記レーザー高さセンサのレーザー光照射部と前記画像カメラの光入射部との間に配置され、前記レーザー光照射部から前記光入射部に向かって照射されたレーザー光を減衰しつつ透過する減光フィルタと、
     前記レーザー高さセンサを前記較正位置に位置決めし、前記レーザー光照射部から前記光入射部に向かって前記レーザー光を照射し、前記減光フィルタを透過したレーザー光を前記画像カメラで撮像してレーザー光画像を得るレーザー光撮像手段と、
     前記レーザー高さセンサが前記センサ移動機構によって前記平面座標系の座標位置に移動されたときに前記レーザー光照射部から前記対象物に向かって照射されるレーザー光の前記平面座標系での座標位置の補正値を、前記レーザー光画像上での前記レーザー光の位置に基づいて求める補正値取得手段と、
     を備えるレーザー高さ測定装置。
    A laser height sensor for measuring the height of the object having a laser light irradiation part for irradiating the object with laser light and a reflected light detection part for detecting the laser light reflected by the object; A laser height measuring device comprising a sensor moving mechanism for moving the laser height sensor in a plane,
    An image camera arranged at a predetermined calibration position represented by a plane coordinate system on the sensor moving mechanism;
    Laser light that is disposed between the laser light irradiation part of the laser height sensor positioned at the calibration position and the light incident part of the image camera, and is emitted from the laser light irradiation part toward the light incident part. A neutral density filter that attenuates and transmits light,
    The laser height sensor is positioned at the calibration position, the laser beam is irradiated from the laser beam irradiation unit toward the light incident unit, and the laser beam transmitted through the neutral density filter is captured by the image camera. Laser beam imaging means for obtaining a laser beam image;
    The coordinate position in the plane coordinate system of the laser beam irradiated from the laser beam irradiation unit toward the object when the laser height sensor is moved to the coordinate position of the plane coordinate system by the sensor moving mechanism Correction value acquisition means for obtaining the correction value based on the position of the laser beam on the laser beam image,
    A laser height measuring device comprising:
  2.  請求項1において、
     前記レーザー高さ測定装置は部品が実装される基板の生産を行う基板生産機に組み込まれており、前記対象物は前記基板生産機の作業位置に水平姿勢でクランプされた基板であり、
     前記減光フィルタは、前記作業位置にクランプされた基板の上面と同じ高さに水平姿勢で配置されるレーザー高さ測定装置。
    In claim 1,
    The laser height measuring device is incorporated in a board production machine that produces a board on which components are mounted, and the object is a board clamped in a horizontal posture at a work position of the board production machine,
    The said neutral density filter is a laser height measuring apparatus arrange | positioned in the horizontal attitude | position in the same height as the upper surface of the board | substrate clamped in the said working position.
  3.  基板を部品実装位置に搬入し位置決めし搬出する基板搬送装置と、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採取して前記位置決めされた基板に装着する実装ヘッドおよび前記実装ヘッドを水平面内の直交2方向に駆動するヘッド駆動機構を有する部品移載装置と、前記実装ヘッドが前記部品供給装置から前記基板上に移動する途中で採取されている部品を撮像する部品カメラと、を備え、
     前記実装ヘッドに、請求項1または2に記載のレーザー高さ測定装置の前記レーザー高さセンサが取り付けられ、
     前記部品移載装置の前記ヘッド駆動機構は、前記レーザー高さ測定装置の前記センサ移動機構に兼用され、
     前記部品カメラは、前記レーザー高さ測定装置の前記画像カメラに兼用され、
     前記レーザー高さ測定装置の前記減光フィルタは、前記部品カメラの光入射部上に、前記部品実装位置に位置決めされた前記基板の上面と同じ高さに水平姿勢で配置される部品実装機。
    A board conveying device that carries a substrate into a component mounting position, positions and unloads it, a component supply device that supplies components, a mounting head that collects the components from the component supply device and mounts them on the positioned substrate, and the mounting A component transfer device having a head drive mechanism for driving the head in two orthogonal directions in a horizontal plane; and a component camera for imaging a component collected while the mounting head is moved from the component supply device onto the substrate; With
    The laser height sensor of the laser height measuring device according to claim 1 or 2 is attached to the mounting head.
    The head driving mechanism of the component transfer device is also used as the sensor moving mechanism of the laser height measuring device,
    The component camera is also used as the image camera of the laser height measuring device,
    The light reduction filter of the laser height measuring device is a component mounter that is disposed on the light incident portion of the component camera in a horizontal posture at the same height as the upper surface of the substrate positioned at the component mounting position.
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