WO2013021496A1 - 調整装置、光学部品実装装置、および調整方法 - Google Patents

調整装置、光学部品実装装置、および調整方法 Download PDF

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WO2013021496A1
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light
component
adjusted
light source
orientation
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PCT/JP2011/068323
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大江　慎一
勢 杉浦
浩一 藪岡
佐土根　俊和
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三菱電機株式会社
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices

Definitions

  • the present invention relates to an adjustment device that recognizes the position and orientation of a component such as an electronic component or an optical component and adjusts the position and orientation.
  • ⁇ As a method of aligning electronic components and optical components, there is a method of recognizing a pattern by providing a pattern for alignment in addition to a method of recognizing an outer shape.
  • a component recognition apparatus and method that can be aligned by pattern recognition for example, as shown in Patent Document 1, a component that can be aligned by pattern recognition (a circular plate having a circular pattern) is rotated by a shaft (shaft).
  • Adjustment may be performed using an optical system in the component.
  • Patent Document 2 it is possible to align the center of the reflective concave mirror with the center of the shaft by using a method called an autocollimation method.
  • This irradiates the light from the light source onto the concave mirror (reflecting component that is difficult to recognize the pattern) and observes the light reflected from the concave mirror on the shaft with a recognition camera.
  • the reflected image from the concave mirror is rotated while rotating the concave mirror.
  • the reflected image traces a circle, and by measuring the radius of this circle, the amount of eccentricity of the concave mirror is obtained, and reflective parts that are difficult to align by pattern recognition The position was adjusted.
  • the optical system and method for recognizing the component position are different between the component that can be aligned by pattern recognition and the component that is difficult to align by pattern recognition. Therefore, in a component mounting apparatus as shown in Patent Document 3, a method for recognizing a plurality of components with one imaging camera for the purpose of downsizing and simplifying the apparatus and greatly reducing manufacturing costs. The following two are introduced.
  • One is arranged so as to correspond to each of a plurality of components, and a plurality of irradiation units that irradiate light to the corresponding components are installed, and the irradiation units are switched and controlled so that only the components to be recognized are irradiated with light. It is a method to make it.
  • the other is to irradiate the component with light from a single irradiating unit and switch the optical path of the reflected light reflected by the surface of the component (optical path changing unit), so that only the reflected light of the desired component is applied to the imaging unit. Is a method of receiving light.
  • a part that can be aligned by pattern recognition for example, an encoder disk
  • a part that is difficult to align by pattern recognition for example, a concave mirror
  • multiple adjustments are made for a single part.
  • an expensive eccentric microscope is required separately from the recognition camera when the above-described conventional technique is used.
  • equipment costs increase as equipment becomes larger.
  • the present invention has been made in view of the above, and is capable of performing position / orientation detection and position / orientation adjustment according to the property of the component to be adjusted and the adjustment method while suppressing the increase in size and complexity of the apparatus.
  • the object is to obtain a device.
  • the present invention is connected to a recognition camera that recognizes at least one component to be adjusted, an image processing device that processes an image captured by the recognition camera, and a recognition camera.
  • An illumination light source that emits light to the component to be adjusted, a stage that supports the component to be adjusted, a detection unit that performs position and orientation detection using light emitted from the illumination light source to the component to be adjusted, and a detection result
  • An adjustment unit that adjusts the position or orientation of the component to be adjusted, and a switching unit that switches the width of the light beam emitted from the illumination light source and applied to the component to be adjusted.
  • the present invention it is possible to perform position and orientation detection and position and orientation adjustment according to the property of the component to be adjusted and the adjustment method by switching the width of the light beam irradiated to the component to be adjusted. And increase in size and cost of the apparatus can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the adjusting device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source switching unit, and shows a state in which wide light is irradiated to the component to be adjusted.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the light source switching unit, and shows a state in which spot light is irradiated onto the component to be adjusted.
  • FIG. 4A is a schematic diagram illustrating an imaging state of reflected light by the recognition camera when the component to be adjusted is not tilted.
  • FIG. 4B is a schematic diagram illustrating an imaging state of reflected light by the recognition camera when the component to be adjusted is tilted.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the adjusting device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source switching unit, and shows a state in which wide light is irradiated to the component to
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the component mounting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an encoder disk as an optical component that can be aligned by pattern recognition.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a concave mirror as an optical component that is difficult to align by pattern recognition.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an image of an encoder disk imaged by the recognition camera.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an image of the concave mirror imaged by the recognition camera.
  • FIG. 10A is an enlarged side view of the motor portion for explaining the position and orientation detection of the encoder disk.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating an image photographed along the arrow A illustrated in FIG. FIG.
  • FIG. 11A is an enlarged side view of the motor portion for explaining the detection of the position and orientation of the concave mirror.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating an image captured along the arrow B illustrated in FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of optical elements in the recognition camera for detecting the position and orientation of the concave mirror.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the optical component mounting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining an operation of position and orientation adjustment in the adjustment apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the procedure for adjusting the position and orientation of the encoder disk.
  • FIG. 16 is a flowchart showing the procedure for adjusting the position and orientation of the concave mirror 32.
  • FIG. 17A is a cross-sectional view of the light source switching unit provided in the adjustment device according to the first modification of the first embodiment, and illustrates a state in which spot light is irradiated onto the component to be adjusted.
  • FIG. 17-2 is a cross-sectional view of the light source switching unit provided in the adjustment device according to the first modification of the first embodiment, and illustrates a state in which wide light is irradiated to the component to be adjusted.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the adjusting device according to the first embodiment of the present invention.
  • the adjustment device includes a recognition camera 4 for confirming the mounting position and orientation of a mounting substrate (adjusted component) 1 on which an optical component is mounted, an adjustment stage 2 that holds the mounting substrate 1 and adjusts the position and orientation, and a recognition camera.
  • 4 includes a control unit (detection unit, image processing device) 7 that measures the position of the mounting substrate 1 based on the image data from 4 and confirms and adjusts the attitude of the mounting substrate 1.
  • the mounting substrate 1 is described as an example of a component to be adjusted in which the position and orientation are adjusted.
  • the illumination light source 5 is connected to the recognition camera 4, and a light source switching unit 6 for switching the type of the illumination light source 5 is installed in the middle of the optical path.
  • the adjustment stage 2 is connected to a negative pressure source 3 such as a compressor that generates negative pressure air for adsorbing and holding the mounting substrate 1.
  • the adjustment stage 2 includes an XYZ axis (adjustment unit) 21 and a tilt adjustment mechanism (adjustment unit) 22 that adjusts the posture of the component to be adjusted.
  • the control unit 7 processes the position data of the mounting board 1 obtained from the recognition camera 4, and the XYZ axes 21 of the adjustment stage 2 and the posture of the mounting board 1 based on the data of the recognition camera 4.
  • the position control unit 9 is configured to control the position of the tilt adjusting mechanism 22 to be adjusted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source switching unit 6 and shows a state in which wide light is irradiated to the component to be adjusted.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the light source switching unit 6 and shows a state in which spot light is irradiated onto the component to be adjusted.
  • the light source switching unit 6 is inserted on the optical path between the illumination light source 5 and the recognition camera 4.
  • the light source switching unit 6 includes a shielding plate 26 that shields light emitted from the illumination light source 5.
  • first hole 27 and a second hole 28 Two types of openings (a first hole 27 and a second hole 28) are formed in the shielding plate 26.
  • Each of the holes 27 and 28 is formed so that the diameter of the second hole 28 is larger than that of the first hole 27.
  • the light source switching unit 6 switches whether the light emitted from the illumination light source 5 is allowed to pass through the first hole 27 or the second hole 28 to thereby change the width of the light flux irradiated to the mounting substrate 1. Is switched.
  • the second hole 28 is formed with a size that hardly changes the width of the light beam emitted from the illumination light source 5.
  • the light that has passed through the first hole 27 having a diameter smaller than that of the second hole 28 reaches the recognition camera 4 and is applied to the mounting substrate 1 as spot light having a small luminous flux width (first luminous flux width).
  • first luminous flux width spot light having a small luminous flux width
  • second luminous flux width the light that has passed through the second hole 28 having a diameter larger than that of the first hole 27 reaches the recognition camera 4 and reaches the mounting substrate 1 as a wide light having a large luminous flux width (second luminous flux width). Irradiated.
  • the shielding plate 26 is arranged so that the light emitted from the illumination light source 5 passes through the second hole 28, and the wide light reaches the recognition camera 4. This configuration is used when adjusting the position and orientation of a component to be adjusted that can be aligned by pattern recognition.
  • the shielding plate 26 is arranged so that the light emitted from the illumination light source 5 passes through the first hole 27, and the spot light reaches the recognition camera 4. This state is used when adjusting the position and orientation of a component to be adjusted, which is difficult to align by pattern recognition.
  • the diameter of the first hole 27 is, for example, about 50 to 100 ⁇ m.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining an operation of position and orientation adjustment in the adjustment apparatus according to the first embodiment.
  • the mounting substrate 1 is supplied onto the adjustment stage 2 by a supply means (not shown), and the mounting substrate 1 is sucked and fixed onto the adjustment stage 2 (step S1).
  • the light source switching unit 6 is set to the state shown in FIG. 3 and the mounting substrate 1 is irradiated with spot light (step S2).
  • the recognition camera 4 is made to recognize the reflected light 19 from the predetermined part of the mounting substrate 1 (step S3).
  • FIG. 4A is a schematic diagram illustrating an imaging state of reflected light by the recognition camera 4 when the mounting substrate 1 that is a component to be adjusted is not tilted.
  • FIG. 4B is a schematic diagram illustrating an imaging state of reflected light by the recognition camera when the mounting substrate 1 that is an adjusted component is tilted.
  • the reflected light 19 is positioned at the recognition position on the recognition camera 4 as compared to when the mounting substrate 1 is not tilted. Deviation occurs. Specifically, the emission position 4a of the spot light and the incident position 4b of the reflected light 19 in the recognition camera 4 are substantially the same in the example shown in FIG. 4-1, but the distance in the example shown in FIG. L shift occurs. Then, the image recognition processing unit 8 calculates a distance L, which is a shift amount, from the imaging information, and calculates a shift in the posture of the mounting substrate 1 from the distance L (step S4).
  • a distance L which is a shift amount
  • the position control unit 9 moves the tilt adjustment mechanism 22 of the adjustment stage 2 so as to eliminate the deviation of the reflected light 19, and adjusts the posture of the mounting substrate 1 so that the incident position 4b coincides with the emission position 4a (Ste S5).
  • the confirmation of the substrate posture by the reflected light 19 is executed at a plurality of positions on the mounting substrate 1, thereby adjusting the posture of the mounting substrate 1.
  • the light source switching unit 6 is switched to the state shown in FIG. 2 to irradiate the mounting substrate 1 with wide light (step S6).
  • the pattern image (not shown) given to the mounting substrate 1 is taken in the image recognition process part 8, and the planar position of the mounting substrate 1 is calculated (step S7).
  • the position control unit 9 adjusts the XYZ axis 21 so that the mounting substrate 1 becomes a specified position based on the calculated position of the mounting substrate 1 (step S8).
  • a mechanism for inserting the shielding plate 26 provided with the first hole 27 and the second hole 28 in the optical path of the illumination light incident on the lens barrel of one recognition camera 4 is provided.
  • the posture adjustment and the position adjustment of the mounting substrate 1 can be performed with one optical system.
  • not only the position adjustment of the mounting board 1 in the XY directions but also the adjustment of the tilt direction of the mounting board 1 makes it possible to mount components to be mounted with high accuracy.
  • the shielding plate 26 having a plurality of holes 27 and 28 is used to switch between the wide light and the spot light.
  • the hole diameter is variable and the hole diameter is changed. If it is configured so that it is possible to switch between wide light and spot light even with a shielding plate in which one hole is formed.
  • FIG. 17A is a cross-sectional view of the light source switching unit provided in the adjustment device according to the first modification of the first embodiment, and illustrates a state in which spot light is irradiated onto the component to be adjusted.
  • FIG. 17-2 is a cross-sectional view of the light source switching unit provided in the adjustment device according to the first modification of the first embodiment, and illustrates a state in which wide light is irradiated to the component to be adjusted.
  • the light source switching unit 6 shown in FIG. 2 has a structure in which a wide light source is used as an aperture spot light by a slit.
  • a laser light source 35 that forms spot light is used as the light source.
  • the shielding plate 26 of the light source switching unit 6 is provided with a diffusion plate 36 that is transmissive and diffuses transmitted light.
  • the laser light emitted from the laser light source 35 is directly used as shown in FIG.
  • a diffusing plate having transparency is made to enter the optical path of the laser light.
  • the adjustment device can also obtain the spot light and the wide light by the laser light source 35, so that the increase in cost can be suppressed as compared with the case where each has a plurality of optical systems. Further, the apparatus can be miniaturized.
  • FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the component mounting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an encoder disk as an optical component that can be aligned by pattern recognition.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a concave mirror as an optical component that is difficult to align by pattern recognition.
  • symbol is attached
  • the optical component mounting apparatus aligns and attaches the optical component 12 to the motor shaft 15 of the motor 14 supported by the stage 16. When aligning the optical component 12, the position and orientation of the optical component 12 are adjusted.
  • the encoder disk (adjusted component) 31 shown in FIG. 6 is exemplified as the optical component 12 that can be aligned by pattern recognition.
  • a concave mirror (adjusted component) 32 shown in FIG. 7 is exemplified as the optical component 12 that is difficult to align by pattern recognition.
  • the suction head 11 is connected to a negative pressure source 10 that generates negative pressure air for sucking and holding the optical component 12 to be adjusted.
  • the suction head 11 is fixed to the XYZ stage 18 and has a structure movable in the XYZ directions.
  • the motor 14 is supplied to the stage 16 for positioning and fixing the motor 14 manually or by a supply mechanism (not shown), and the main body of the motor 14 is positioned by a positioning mechanism (not shown).
  • the motor shaft 15 is gripped and fixed by a rotating chuck 17 for gripping the motor shaft 15 and rotating it by a predetermined angle.
  • a recognition camera 4 for confirming the mounting position of the optical component 12 after the suction head 11 is supplied to the optical component mounting portion 13 using the optical component 12 is installed on the upper portion of the suction head 11.
  • the illumination light source 5 is connected to the recognition camera 4, and a light source switching unit 6 for switching the type of the illumination light source 5 is installed in the middle of the optical path.
  • the light source switching unit 6 is in the middle of the optical path connecting the illumination light source 5 and the recognition camera 4, and has a configuration in which a shielding plate 26 that changes the size of illumination light (light flux width) incident on the recognition camera 4 is inserted on the optical path. (See also FIGS. 2 and 3).
  • the control unit 7 also includes an image recognition processing unit 8 that processes the position data of the optical component 12 obtained from the recognition camera 4 and a position control unit 9 that controls the position of the XYZ stage 18 based on the data. Configured.
  • the position of the optical component 12 is measured from the image data from the recognition camera 4, the distance between the center position of the optical component 12 and the rotation center position of the motor shaft 15 is calculated, and the value is sent to the position control unit 9.
  • the position controller 9 is caused to adjust the position of the optical component 12.
  • the encoder disk 31 is illustrated as an optical component 12 that can be aligned by pattern recognition, and is adjusted so that the encoder disk 31 is disposed within a predetermined eccentricity with respect to the rotation center position of the motor shaft 15. The operation will be described.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an image of the encoder disk 31 captured by the recognition camera 4.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a procedure for adjusting the position and orientation of the encoder disk 31.
  • the encoder disk 31 is supplied to the suction head 11 by hand or machine and sucked and gripped (step S11).
  • the motor 14 is supplied onto the stage 16 manually or by a machine (step S12).
  • the main body of the motor 14 is positioned by a position mechanism (not shown), and the motor shaft 15 is gripped by the rotary chuck 17 (step S13).
  • the suction head 11 holding the encoder disk 31 by suction is moved onto the motor 14, the suction head 11 is lowered, and the encoder disk 31 is supplied onto the shaft of the motor 14 (step S14). Next, the suction is turned off and the suction head 11 is retracted (step S15).
  • step S16 the position of the pattern image 201 on the encoder disk 31 is taken into the image recognition processing unit 8 and the position is calculated (step S16). If the number of calculated positions is less than or equal to the predetermined number (step S17, No), the motor shaft 15 is rotated 120 degrees with the rotary chuck 17 (step S18), and the process returns to step S16, where the position of the pattern image 201 on the encoder disk 31 is determined.
  • step S17, No the position detection is performed by moving the position of the pattern image 201 to three points. That is, the predetermined number of times for calculating the position is three. Of course, the position may be detected four times or more.
  • FIG. 10-1 is an enlarged side view of the motor portion for explaining the position and orientation detection of the encoder disk 31.
  • FIG. FIG. 10B is a diagram illustrating an image photographed along the arrow A illustrated in FIG. If the number of times the position is calculated has reached the predetermined number (step S17, Yes), the rotation center position 215 of the motor shaft 15 is calculated from the three positions of the pattern positions 211 to 213 shown in FIG. The distance from the rotation center position 215 of the motor shaft 15 to the pattern image of the encoder disk 31 is obtained (step S19).
  • a pattern position 211 is a position of the pattern image 201 applied to the encoder disk 31 in a state where the encoder disk 31 is first supplied to the optical component mounting unit 13.
  • the pattern position 212 is the position of the pattern image 201 on the encoder disk 31 when the motor shaft 15 is rotated 120 degrees therefrom.
  • the pattern position 213 is the position of the pattern image 201 on the encoder disk 31 when rotated further 120 degrees.
  • the position of the pattern image 201 of the encoder disk 31 is measured, and the rotation center position 215 of the motor shaft 15 is calculated by the control unit 7. That is, a circle 214 passing through three points of pattern positions 211, 212, and 213 is derived by calculation, and the center point is set as the rotation center position 215, and the radius (eccentricity) 216 of the circle 214 is obtained. This radius 216 is a deviation (eccentricity) between the center position of the encoder disk 31 and the rotation center position of the motor shaft 15.
  • step S20 If the eccentricity 216 obtained in this way is larger than the predetermined amount (step S20, No), the suction head 11 is lowered and the encoder disk 31 is sucked and gripped, so that the rotation center position of the motor shaft 15 is reached. The encoder disk 31 is moved so that the patterns overlap, the suction head 11 is retracted (step S21), and the operations from step S16 to S19 are performed again.
  • step S20 If the eccentric amount 216 is equal to or smaller than the predetermined amount (step S20, Yes), the position / orientation adjustment of the encoder disk 31 is terminated.
  • the concave mirror 32 is illustrated as an optical component that is difficult to align by pattern recognition, and an operation for adjusting the concave mirror 32 to be disposed within a predetermined eccentricity with respect to the rotational axis center position of the motor shaft 15 will be described. To do.
  • FIG. 9 is a schematic view of an image of the concave mirror 32 captured by the recognition camera 4.
  • FIG. 11A is an enlarged side view of the motor 14 in order to explain the position and orientation detection of the concave mirror 32.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating an image captured along the arrow B illustrated in FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of optical elements in the recognition camera 4 for detecting the position and orientation of the concave mirror 32.
  • the spot light 111 that has passed through the light source switching unit 6 is reflected by the prism 114 at 90 degrees, is incident on the objective lens 115, and then is imaged at a paraxial focus corresponding to the front position of the concave mirror 32.
  • the light incident on the concave mirror 32 is equivalent to the light emitted from the paraxial focal point of the concave mirror 32, it is reflected from the concave surface of the concave mirror 32 as parallel light 112 and is incident on the objective lens 115.
  • the light incident on the objective lens 115 passes through the prism 114 and is incident on the projection lens 121 to be enlarged.
  • the enlarged image is projected onto the light receiving sensor 122 and observed as reflected light 202 as shown in FIG.
  • the position of the reflected light 202 is a position facing the center position 32 a of the concave portion of the concave mirror 32.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a procedure for adjusting the position and orientation of the concave mirror 32.
  • the concave mirror 32 is supplied to the suction head 11 by hand or machine and sucked and held (step S31).
  • the motor 14 is supplied onto the stage 16 manually or by a machine (step S32).
  • the main body of the motor 14 is positioned by a position mechanism (not shown), and the motor shaft 15 is gripped by the rotary chuck 17 (step S33).
  • the suction head 11 that sucks and holds the concave mirror 32 is moved onto the motor 14, the suction head 11 is lowered, and the concave mirror 32 is supplied onto the shaft of the motor 14 (step S34). Next, the suction is turned off, and the suction head 11 is retracted (step S35).
  • step S36 the position of the image of the reflected light 202 from the concave mirror 32 is taken into the image recognition processing unit 8 and the position is calculated (step S36). If the number of times the position has been calculated is less than or equal to the predetermined number (step S37, No), the motor shaft 15 is rotated 120 degrees by the rotary chuck 17 (step S38), and the process returns to step S36, where the image of the reflected light from the concave mirror 32 The position is taken into the image recognition processing unit 8 and the position is calculated.
  • position detection is performed by moving the position of the reflected light 202 from the concave mirror to three points. That is, the predetermined number of times for detecting the position is three. Of course, the position may be detected four times or more.
  • step S37 If the number of times the position is calculated has reached the predetermined number (step S37, Yes), the rotation center position 225 of the motor shaft 15 is calculated from the three positions of the reflected light positions 221 to 223 shown in FIG. Then, the distance from the rotation center position 225 of the motor shaft 15 to the reflected light positions 221 to 223 is obtained (step S39).
  • the reflected light position 221 is the position of the reflected light 202 from the concave mirror 32 in a state where the concave mirror 32 is first supplied to the optical component mounting unit 13.
  • the reflected light position 222 is the position of the reflected light 202 from the concave mirror 32 when the motor shaft 15 is rotated 120 degrees therefrom.
  • the reflected light position 223 indicates the position of the reflected light 202 from the concave mirror 32 when it is further rotated 120 degrees.
  • the position of the reflected light 202 of the concave mirror 32 is measured, and the rotation center position 225 of the motor shaft 15 is calculated by the control unit 7. That is, a circle 224 that passes through three points of the reflected light positions 221, 222, and 223 is derived by calculation, and the center point is set as the rotation center position 225, and the radius (eccentricity) 226 of the circle 224 is obtained. This radius 226 is a deviation (eccentricity) between the center position of the concave mirror 32 and the rotation center position of the motor shaft 15.
  • step S40 If the eccentric amount 226 obtained in this way is larger than the predetermined amount (step S40, No), the suction head 11 is lowered to suck and grip the concave mirror 32, and the concave mirror is placed at the rotation center position of the motor shaft 15. The concave mirror 32 is moved so that the center positions of 32 overlap, the suction head 11 is retracted (step S41), and the operations from step S36 to S39 are performed again.
  • step S40 If the eccentricity 226 is equal to or less than the predetermined amount (step S40, Yes), the position / orientation adjustment of the concave mirror 32 is terminated.
  • a mechanism for inserting the shielding plate 26 in which the first hole 27 and the second hole 28 are formed in the optical path of the illumination light incident on the lens barrel of the recognition camera 4 is used.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the optical component mounting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the illumination light source 5 includes a plurality of light emitting portions 34a and 34b that emit light.
  • the light emitted from one light emitting portion 34a passes through the second hole 28 (see FIGS. 2 and 3) and is irradiated as wide light
  • the light emitted from the other light emitting portion 34b is the first light. It is configured to pass through the hole 27 (see FIGS. 2 and 3) and to be irradiated as spot light.
  • the width of the light beam irradiated to the component is adjusted by alternately switching the power sources of the light emitting portions 34a and 34b ON / OFF. If a prism or the like is provided so that both the light passing through the first hole 27 and the light passing through the second hole 28 reach the recognition camera 4 through a single optical path, the shielding plate 26 (FIG. 2, FIG. 3) can be omitted. As a result, the position and orientation of the component to be adjusted can be adjusted with one optical system, as in the above embodiment. In addition, an increase in cost can be suppressed as compared with the case where a plurality of optical systems are provided, and the apparatus can be reduced in size.
  • the adjusting device according to the present invention is useful for an adjusting device that adjusts the position and orientation of a component to be adjusted by irradiating light.

Abstract

　少なくとも１つの被調整部品１を認識する認識カメラ４と、認識カメラが撮影した画像を処理する画像処理装置７と、認識カメラと接続されて被調整部品に光を射出する照明光源５と、被調整部品を支持するステージ２と、照明光源から被調整部品に照射される光を用いて位置姿勢検出を行う検出部７と、検出結果に基づいて被調整部品の位置または姿勢を調整する調整部２１，２２と、照明光源から射出されて被調整部品に照射される光の光束の幅を切替える切替部と、を備える。

Description

調整装置、光学部品実装装置、および調整方法
　本発明は、電子部品や光学部品などの部品の位置・姿勢を認識して、その位置姿勢を調整する調整装置に関するものである。
　電子部品や光学部品の位置合せを行う方法として、外形を認識する方法のほかに、部品に位置合せ用のパターンを設け、パターンを認識して位置合せする方法がある。従来、パターン認識による位置合せが可能な部品の認識装置・方法としては、例えば特許文献１に示すように、パターン認識による位置合せが可能な部品（円形パターンを有する円板）を回転軸（シャフト）上に設置し、認識カメラで複数の位相における円形パターンの一部（パターン）の画像を認識して回転角度、偏芯量を計算し、この結果を基にしてエンコーダディスクをＸＹＸ‘軸方向に調整し、円板パターンの中心を、シャフトの回転中心に合わせるという方法がある。
　また、パターン認識による位置合せが難しい部品、例えば、光学部品において精度が要求される場合や、部品の制約上、位置合せパターンとパターン周囲の明暗が確保できず、パターン認識ができない部品においては、部品内の光学系を用いて調整する場合がある。
　例えば特許文献２に示すように、オートコリメーション法という手法を用いることで反射凹面鏡中心をシャフト中心に位置合せすることが可能である。これは光源からの光を凹面鏡（パターン認識が難しい反射部品）に照射し、シャフト上の凹面鏡から反射された光を認識カメラで観察し、このとき、凹面鏡を回転させながら凹面鏡からの反射像を観測する。シャフトに対して凹面鏡の位置が偏芯している場合は反射像の軌跡が円を描き、この円の半径を計測することで凹面鏡の偏芯量を求め、パターン認識による位置合せが難しい反射部品の位置調整を実施していた。
　上記のように、部品実装において、パターン認識による位置合せが可能な部品とパターン認識による位置合せが難しい部品とでは、部品位置を認識するための光学系・方法が異なる。そこで、特許文献３に示すような部品実装装置においては、装置を小型化・簡略化させ、製造コストを大幅に低減させることを目的として、複数の部品を撮像カメラ１台で認識するための方法として次の２つを紹介している。
　１つは複数の部品それぞれに対応するように配置され、対応する部品に対して光を照射する照射部を複数設置し、照射部を切り替え制御することにより、認識すべき部品のみに光を照射させる方法である。もう１つは、単一の照射部から部品に光を照射し、その部品の表面で反射された反射光の光路を切り替えること（光路変更部）で、撮像部に所望の部品の反射光のみを受光させる方法である。
特許第３４３０７６８号公報 特開２０００－２０５９９８号公報 特開２００６－３５１９３８号公報
　しかしながら、パターン認識による位置合せが可能な部品（例えば、エンコーダディスク）と、パターン認識による位置合せが難しい部品（例えば、凹面鏡）を同時に調整する場合や、単一部品に対して複数の調整をする場合（例えば、パターンを認識した後、反射光を用いて部品のあおり調整を行う場合）は、上記の従来技術を用いると、認識カメラとは別に高価な偏芯顕微鏡が必要となる。また、設備が大きくなるとともに、設備費用が高くなるといった問題がある。
　また、上記特許文献３に示す装置でエンコーダディスクと凹面鏡を同時に調整したり、単一部品に対して複数の調整をしたりする場合には、調整に必要な分の照明が複数必要になる。また、照射部やカメラもしくは部品搭載部を稼動させる機構が必要となり、装置の大型化やコスト増加の問題がある。また、単一照射部の方式の場合では、光路変更部にプリズムやミラーが必要となり、装置の大型化や複雑化の問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の大型化や複雑化を抑えつつ、被調整部品の性質や調整方法に応じた位置姿勢検出や位置姿勢調整を行うことのできる調整装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つの被調整部品を認識する認識カメラと、認識カメラが撮影した画像を処理する画像処理装置と、認識カメラと接続されて被調整部品に光を射出する照明光源と、被調整部品を支持するステージと、照明光源から被調整部品に照射される光を用いて位置姿勢検出を行う検出部と、検出結果に基づいて被調整部品の位置または姿勢を調整する調整部と、照明光源から射出されて被調整部品に照射される光の光束の幅を切替える切替部と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、被調整部品に照射される光の光束の幅を切替えることで、１つの光学系で被調整部品の性質や調整方法に応じた位置姿勢検出や位置姿勢調整を行うことができ、装置の大型化やコストの増大も抑えることができる。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる調整装置の概略構成を示す概略図である。 図２は、光源切替部の断面図であって、幅広光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。 図３は、光源切替部の断面図であって、スポット光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。 図４－１は、被調整部品が傾いていない場合の認識カメラでの反射光の撮像状態を示す概略図である。 図４－２は、被調整部品が傾いている場合の認識カメラでの反射光の撮像状態を示す概略図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる部品実装装置の概略構成を示す概略図である。 図６は、パターン認識による位置合せが可能な光学部品としてのエンコーダディスクの概略図である。 図７は、パターン認識による位置合せが難しい光学部品としての凹面鏡の概略断面図である。 図８は、認識カメラで撮像されたエンコーダディスクの画像の概略図である。 図９は、認識カメラで撮像された凹面鏡の画像の概略図である。 図１０－１は、エンコーダディスクの位置姿勢検出を説明するためにモータ部分を拡大した側面図である。 図１０－２は、図１０－１に示す矢印Ａに沿って撮影した画像を例示する図である。 図１１－１は、凹面鏡の位置姿勢検出を説明するためにモータ部分を拡大した側面図である。 図１１－２は、図１１－１に示す矢印Ｂに沿って撮影した画像を例示する図である。 図１２は、凹面鏡の位置姿勢検出を行うための認識カメラ内での光学要素の概略構成を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態３にかかる光学部品実装装置の概略構成を示す概略図である。 図１４は、実施の形態１にかかる調整装置での位置姿勢調整の動作を説明するフローチャートである。 図１５は、エンコーダディスクの位置姿勢調整の手順を示すフローチャートである。 図１６は、凹面鏡３２の位置姿勢調整の手順を示すフローチャートである。 図１７－１は、実施の形態１の変形例１にかかる調整装置が備える光源切替部の断面図であって、スポット光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。 図１７－２は、実施の形態１の変形例１にかかる調整装置が備える光源切替部の断面図であって、幅広光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。
　以下に、本発明にかかる調整装置、光学部品実装装置、および調整方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる調整装置の概略構成を示す概略図である。調整装置は、光学部品が実装される実装基板（被調整部品）１の搭載位置および姿勢を確認するための認識カメラ４、実装基板１を保持して位置姿勢を調整する調整ステージ２、認識カメラ４からの画像データにより実装基板１の位置を測定するとともに、実装基板１の姿勢を確認調整する制御部（検出部，画像処理装置）７を備えて構成される。本実施の形態１では、位置姿勢の調整が行われる被調整部品として実装基板１を例示して説明する。
　照明光源５は、認識カメラ４に接続されており、その光学経路途中に照明光源５の種類を切り替える光源切替部６が設置されている。調整ステージ２は、実装基板１を吸着保持するための負圧空気を発生させるコンプレッサなどの負圧源３に接続されている。調整ステージ２は、ＸＹＺ軸（調整部）２１と、被調整部品の姿勢を調整するあおり調整機構（調整部）２２を有して構成されている。
　制御部７は、認識カメラ４から得た実装基板１の位置データを処理する画像認識処理部８と、その認識カメラ４のデータを基に調整ステージ２のＸＹＺ軸２１と実装基板１の姿勢を調整するあおり調整機構２２の位置制御を行う位置制御部９を有して構成されている。
　図２は、光源切替部６の断面図であって、幅広光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。図３は、光源切替部６の断面図であって、スポット光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。光源切替部６は、照明光源５と認識カメラ４の間の光路上に挿入される。光源切替部６は、照明光源５から射出された光を遮蔽する遮蔽板２６を有している。
　遮蔽板２６には、２種類の開口（第１孔２７と第２孔２８）が形成されている。各孔２７，２８は、第１孔２７よりも第２孔２８のほうが、径が大きくなるように形成されている。
　光源切替部６は、照明光源５から射出された光を、第１孔２７に通過させるか、第２孔２８に通過させるかを切替えることで、実装基板１に照射される光の光束の幅を切替える。なお、第２孔２８は、照明光源５から射出された光の光束の幅をほとんど変化させない大きさで形成されている。
　第２孔２８よりも径の小さい第１孔２７を通過した光は、光束の幅が小さい（第１の光束幅の）スポット光となって認識カメラ４に到達して実装基板１に照射される。また、第１孔２７よりも径の大きい第２孔２８を通過した光は、光束の幅が大きい（第２の光束幅の）幅広光となって認識カメラ４に到達して実装基板１に照射される。
　図２では、照明光源５から射出される光が第２孔２８を通過するように遮蔽板２６が配置されており、幅広光が認識カメラ４に到達する。この構成は、パターン認識による位置合わせが可能な被調整部品の位置姿勢調整を行う場合などに用いられる。
　図３では、照明光源５から射出される光が第１孔２７を通過するように遮蔽板２６が配置されており、スポット光が認識カメラ４に到達する。この状態は、パターン認識による位置合せが難しい被調整部品の位置姿勢調整を行う場合などに用いられる。第１孔２７の径は、例えば約５０～１００μｍである。
　次に、上述した調整装置による実装基板１の位置姿勢調整を行う動作について説明する。図１４は、実施の形態１にかかる調整装置での位置姿勢調整の動作を説明するフローチャートである。
　まず、図示しない供給手段により実装基板１を調整ステージ２上に供給し、実装基板１を調整ステージ２上に吸着固定する（ステップＳ１）。次に、実装基板１の姿勢状態を確認するため、光源切替部６を図３に示す状態にして、スポット光を実装基板１に照射する（ステップＳ２）。そして、実装基板１の所定の部分からの反射光１９を認識カメラ４に認識させる（ステップＳ３）。
　図４－１は、被調整部品である実装基板１が傾いていない場合の認識カメラ４での反射光の撮像状態を示す概略図である。図４－２は、被調整部品である実装基板１が傾いている場合の認識カメラでの反射光の撮像状態を示す概略図である。
　図４－１，図４－２に示すように、実装基板１が傾いた状態である場合は、実装基板１が傾いていない場合に比べて、反射光１９の認識カメラ４での認識位置にずれが生じる。具体的には、認識カメラ４におけるスポット光の出射位置４ａと反射光１９の入射位置４ｂとが、図４－１に示す例では略一致しているが、図４－２に示す例では距離Ｌのずれが生じている。そして、画像認識処理部８は、撮像情報からずれ量である距離Ｌを算出するとともに、距離Ｌから実装基板１の姿勢のずれを算出する（ステップＳ４）。
　位置制御部９は、反射光１９のずれを解消するように調整ステージ２のあおり調整機構２２を動かして、入射位置４ｂが出射位置４ａに一致するように、実装基板１の姿勢を調整する（ステップＳ５）。このような反射光１９による基板姿勢の確認を実装基板１の複数の位置で実行することで、実装基板１の姿勢の調整が行われる。
　実装基板１の姿勢を調整した後、光源切替部６を図２に示す状態に切替えて、幅広光を実装基板１に照射する（ステップＳ６）。そして、実装基板１に施されているパターン画像（図示せず）を画像認識処理部８に取り込み、実装基板１の平面的な位置を算出する（ステップＳ７）。位置制御部９は、算出された実装基板１の位置に基づいて、実装基板１が規定の位置となるようにＸＹＺ軸２１を調整する（ステップＳ８）。
　上述したように、本実施の形態によれば、１つの認識カメラ４の鏡筒へ入射する照明光の光路途中に第１孔２７と第２孔２８を施した遮蔽板２６を挿入する機構を用いることで、実装基板１の姿勢調整と位置調整がひとつの光学系で可能となる。これにより、複数の光学系をそれぞれ持つ場合に比べて、コストの増大を抑えることができ、装置の小型化も図ることができる。また、実装基板１をＸＹ方向の位置調整だけでなく、実装基板１のあおり方向の調整を行うことで、実装する部品を高精度に実装することができる。
　なお、本実施の形態では、幅広光とスポット光を切替えるために複数の孔２７，２８が形成された遮蔽板２６を用いているが、孔の径を可変にし、孔の径を変化させることができるように構成すれば、１つの孔が形成された遮蔽板でも幅広光とスポット光を切替えることができる。
　図１７－１は、実施の形態１の変形例１にかかる調整装置が備える光源切替部の断面図であって、スポット光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。図１７－２は、実施の形態１の変形例１にかかる調整装置が備える光源切替部の断面図であって、幅広光を被調整部品に照射させる状態を示す図である。
　図２で示した光源切替部６は、幅広光源をスリットで絞りスポット光とする構造である。一方、本変形例１では、スポット光を形成するレーザー光源３５を光源に用いる。また、光源切替部６の遮蔽板２６には、透過性を持ち、透過する光を拡散させる拡散板３６が設けられる。
　本変形例１にかかる光源切替部６では、スポット光を得る場合には、図１７－１に示すように、レーザー光源３５から射出されたレーザー光を直接用いる。また、幅広光を用いる場合には、図１７－２に示すように、透過性を持つ拡散板３６をレーザー光の光路に進入させる。レーザー光に拡散板３６を透過させることで、光の拡散により幅広光を形成して照明として用いることが可能となる。
　このように、本変形例１にかかる調整装置でも、レーザー光源３５によってスポット光と幅広光を得ることができるため、複数の光学系をそれぞれ持つ場合に比べて、コストの増大を抑えることができ、装置の小型化も図ることができる。
実施の形態２．
　図５は、本発明の実施の形態２にかかる部品実装装置の概略構成を示す概略図である。図６は、パターン認識による位置合せが可能な光学部品としてのエンコーダディスクの概略図である。図７は、パターン認識による位置合せが難しい光学部品としての凹面鏡の概略断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
　光学部品実装装置は、ステージ１６に支持されたモータ１４のモータ軸１５に対して、光学部品１２を位置合わせして取り付ける。光学部品１２を位置合わせする際に、光学部品１２の位置姿勢調整が行われる。
　また、図６に示すエンコーダディスク（被調整部品）３１は、パターン認識による位置合わせが可能な光学部品１２として例示される。また、図７に示す凹面鏡（被調整部品）３２は、パターン認識による位置合わせが難しい光学部品１２として例示される。
　図５に示すように、光学部品実装装置において、吸着ヘッド１１は、調整する光学部品１２を吸着保持するための負圧空気を発生させる負圧源１０に接続されている。また、吸着ヘッド１１は、ＸＹＺステージ１８に固定されて、ＸＹＺ方向に移動可能な構造となっている。
　一方、モータ１４は、モータ１４を位置決め固定するステージ１６に人手もしくは図示しない供給機構によって供給され、図示しない位置決め機構部でモータ１４本体が位置決めされる。次に、モータ軸１５を把持し、所定角度回転させるための回転チャック１７にてモータ軸１５が把持固定される。
　また、吸着ヘッド１１の上部には、吸着ヘッド１１を光学部品搭載部１３に光学部品１２を用いて供給した後、光学部品１２の搭載位置を確認するための認識カメラ４が設置されている。照明光源５は認識カメラ４に接続されており、その光学経路途中に照明光源５の種類を切り替える光源切替部６が設置されている。
　光源切替部６は、照明光源５と認識カメラ４をつなぐ光路途中にあり、認識カメラ４へ入射する照明光の大きさ（光束の幅）を変更する遮蔽板２６が光路上に挿入される構成となっている（図２および図３も参照）。
　また、制御部７は、この認識カメラ４から得た光学部品１２の位置データを処理する画像認識処理部８と、そのデータを基にＸＹＺステージ１８の位置制御を行う位置制御部９を有して構成される。認識カメラ４からの画像データから光学部品１２の位置を測定するとともに、光学部品１２の中心位置とモータ軸１５の回転中心位置との距離を計算して、その値を位置制御部９に送って位置制御部９に光学部品１２の位置調整を行わせる。
　次に、パターン認識による位置合せが可能な光学部品１２としてエンコーダディスク３１を例示し、モータ軸１５の回転中心位置に対して所定の偏芯量以内にエンコーダディスク３１が配置されるように調整する動作について説明する。
　エンコーダディスク３１を認識する場合においては、図２に示すように光源切替部６は第２孔２８に光を通過させる状態に切替えられ、第２孔２８を通過した幅広光を用いて認識カメラ４にてエンコーダディスク３１を認識する。図８は、認識カメラ４で撮像されたエンコーダディスク３１の画像の概略図である。また、図１５は、エンコーダディスク３１の位置姿勢調整の手順を示すフローチャートである。
　まず、吸着ヘッド１１に手または機械にてエンコーダディスク３１を供給し、吸着把持させる（ステップＳ１１）。次に、モータ１４をステージ１６上に人手または機械にて供給する（ステップＳ１２）。次に、図示しない位置機構でモータ１４本体を位置決めし、モータ軸１５を回転チャック１７で把持する（ステップＳ１３）。
　エンコーダディスク３１を吸着把持した吸着ヘッド１１をモータ１４上に移動させ、吸着ヘッド１１を下降させてエンコーダディスク３１をモータ１４の軸上に供給する（ステップＳ１４）。次に、吸着をＯＦＦし、吸着ヘッド１１を退避させる（ステップＳ１５）。
　次に、エンコーダディスク３１のパターン画像２０１の位置を画像認識処理部８に取り込み、位置を算出する（ステップＳ１６）。位置を算出した回数が所定回数以下であれば（ステップＳ１７，Ｎｏ）、モータ軸１５を回転チャック１７で１２０度回転させて（ステップＳ１８）ステップＳ１６に戻り、エンコーダディスク３１のパターン画像２０１の位置を画像認識処理部８に取り込み、位置を算出する。なお、本実施の形態では、パターン画像２０１の位置を３点に移動させて位置検出を行う。すなわち、位置を算出する所定回数は３回となる。もちろん４回以上の位置検出を行うように構成しても構わない。
　図１０－１は、エンコーダディスク３１の位置姿勢検出を説明するためにモータ部分を拡大した側面図である。図１０－２は、図１０－１に示す矢印Ａに沿って撮影した画像を例示する図である。位置を算出した回数が所定回数に達していれば（ステップＳ１７，Ｙｅｓ）、図１０－２に示すパターン位置２１１～２１３の３点の位置からモータ軸１５の回転中心位置２１５を算出するとともに、モータ軸１５の回転中心位置２１５からエンコーダディスク３１のパターン画像までの距離を求める（ステップＳ１９）。
　図１０－２において、パターン位置２１１は初めにエンコーダディスク３１を光学部品搭載部１３に供給した状態でのエンコーダディスク３１に施されたパターン画像２０１の位置である。パターン位置２１２は、そこからモータ軸１５を１２０度回転させた時のエンコーダディスク３１のパターン画像２０１の位置である。パターン位置２１３は更に１２０度回転させた時のエンコーダディスク３１のパターン画像２０１の位置である。
　このように、モータ軸１５を所定量回転させることで、エンコーダディスク３１のパターン画像２０１の位置を計測し、モータ軸１５の回転中心位置２１５を制御部７で計算する。すなわち、パターン位置２１１、２１２、２１３の３点を通る円２１４を計算より導出し、その中心点を回転中心位置２１５とし、円２１４の半径（偏芯量）２１６を求める。この半径２１６がエンコーダディスク３１の中心位置とモータ軸１５の回転中心位置とのズレ（偏芯量）となる。
　そして、このようにして求めた偏芯量２１６が所定量より大きい場合には（ステップＳ２０，Ｎｏ）、吸着ヘッド１１を下降させてエンコーダディスク３１を吸着把持し、モータ軸１５の回転中心位置にパターンが重なるようにエンコーダディスク３１を移動させ、吸着ヘッド１１を退避させる（ステップＳ２１）、再度ステップＳ１６～Ｓ１９までの動作を行う。
　そして、偏芯量２１６が所定量以下である場合には（ステップＳ２０，Ｙｅｓ）、エンコーダディスク３１の位置姿勢調整を終了する。
　次に、パターン認識による位置合わせが難しい光学部品として凹面鏡３２を例示し、モータ軸１５の回転軸中心位置に対して所定の偏芯量以内に凹面鏡３２が配置されるように調整する動作について説明する。
　凹面鏡３２を認識する場合においては、図３に示すように光源切替部６は第１孔２７に光を通過させる状態に切替えられ、第１孔２７を通過したスポット光を用いて認識カメラ４にて凹面鏡を認識する。図９は、認識カメラ４で撮像された凹面鏡３２の画像の概略図である。
　図１１－１は、凹面鏡３２の位置姿勢検出を説明するためにモータ１４部分を拡大した側面図である。図１１－２は、図１１－１に示す矢印Ｂに沿って撮影した画像を例示する図である。図１２は、凹面鏡３２の位置姿勢検出を行うための認識カメラ４内での光学要素の概略構成を示す図である。
　図１２に示すように、光源切替部６を通過したスポット光１１１は、プリズム１１４で９０度に反射され、対物レンズ１１５に入射された後、凹面鏡３２の手前位置に相当する近軸焦点で像を結ぶ。この凹面鏡３２に入射された光は、凹面鏡３２の近軸焦点から発射された光と同等であることから、凹面鏡３２の凹面から平行光１１２として反射され、対物レンズ１１５に入射される。
　この対物レンズ１１５に入射された光は、プリズム１１４を透過し、投影レンズ１２１に入射されて拡大される。拡大された像が受光センサ１２２に投影され、図９に示すように反射光２０２として観察される。この反射光２０２の位置が凹面鏡３２の凹部の中心位置３２ａと対向する位置となる。
　図１６は、凹面鏡３２の位置姿勢調整の手順を示すフローチャートである。まず、吸着ヘッド１１に手または機械にて凹面鏡３２を供給し、吸着把持させる（ステップＳ３１）。次に、モータ１４をステージ１６上に人手または機械にて供給する（ステップＳ３２）。次に、図示しない位置機構でモータ１４本体を位置決めし、モータ軸１５を回転チャック１７で把持する（ステップＳ３３）。
　凹面鏡３２を吸着把持した吸着ヘッド１１をモータ１４上に移動させ、吸着ヘッド１１を下降させて凹面鏡３２をモータ１４の軸上に供給する（ステップＳ３４）。次に、吸着をＯＦＦし、吸着ヘッド１１を退避させる（ステップＳ３５）。
　次に、凹面鏡３２からの反射光２０２の画像の位置を画像認識処理部８に取り込み、位置を算出する（ステップＳ３６）。位置を算出した回数が所定回数以下であれば（ステップＳ３７，Ｎｏ）、モータ軸１５を回転チャック１７で１２０度回転させて（ステップＳ３８）ステップＳ３６に戻り、凹面鏡３２からの反射光の画像の位置を画像認識処理部８に取り込み、位置を算出する。なお、本実施の形態では、凹面鏡からの反射光２０２の位置を３点に移動させて位置検出を行う。すなわち、位置を検出する所定回数は３回となる。もちろん４回以上の位置検出を行うように構成しても構わない。
　位置を算出した回数が所定回数に達していれば（ステップＳ３７，Ｙｅｓ）、図１１－２に示す反射光位置２２１～２２３の３点の位置からモータ軸１５の回転中心位置２２５を算出するとともに、モータ軸１５の回転中心位置２２５から反射光位置２２１～２２３までの距離を求める（ステップＳ３９）。
　図１１－２において、反射光位置２２１は、初めに凹面鏡３２を光学部品搭載部１３に供給した状態での凹面鏡３２からの反射光２０２の位置である。反射光位置２２２はそこからモータ軸１５を１２０度回転させた時の凹面鏡３２からの反射光２０２の位置である。反射光位置２２３は更に１２０度回転させた時の凹面鏡３２からの反射光２０２の位置を示す。
　このように、モータ軸１５を所定量回転させることで、凹面鏡３２の反射光２０２の位置を計測し、モータ軸１５の回転中心位置２２５を制御部７で計算する。すなわち、反射光位置２２１、２２２、２２３の３点を通る円２２４を計算より導出し、その中心点を回転中心位置２２５とし、円２２４の半径（偏芯量）２２６を求める。この半径２２６が、凹面鏡３２の中心位置とモータ軸１５の回転中心位置とのズレ（偏芯量）となる。
　そして、このようにして求めた偏芯量２２６が所定量より大きい場合には（ステップＳ４０，Ｎｏ）、吸着ヘッド１１を下降させて凹面鏡３２を吸着把持し、モータ軸１５の回転中心位置に凹面鏡３２の中心位置が重なるように凹面鏡３２を移動させ、吸着ヘッド１１を退避させ（ステップＳ４１）、再度ステップＳ３６～Ｓ３９までの動作を行う。
　そして、偏芯量２２６が所定量以下である場合には（ステップＳ４０，Ｙｅｓ）、凹面鏡３２の位置姿勢調整を終了する。
　上述したように、本実施の形態によれば、認識カメラ４の鏡筒へ入射する照明光の光路途中に第１孔２７および第２孔２８が形成された遮蔽板２６を挿入する機構を用いることで、パターン認識による位置合せが可能な光学部品１２（例えば、エンコーダディスク３１）と、パターン認識による位置合せが難しい光学部品１２（例えば、凹面鏡３２）の位置姿勢調整がひとつの光学系で可能となる。これにより、複数の光学系をそれぞれ持つ場合に比べて、コストの増大を抑えることができ、装置の小型化も図ることができる。
実施の形態３．
　図１３は、本発明の実施の形態３にかかる光学部品実装装置の概略構成を示す概略図である。本実施の形態３では、照明光源５が、光を射出する複数の光射出部３４ａ，３４ｂを有する。例えば、一方の光射出部３４ａから射出された光は第２孔２８（図２，３を参照）を通過して幅広光として照射され、他方の光射出部３４ｂから射出された光は第１孔２７（図２，３を参照）を通過してスポット光として照射されるように構成する。
　このように構成することで、光射出部３４ａ，３４ｂの電源を交互にＯＮ／ＯＦＦ切替えることで、被調整部品に照射される光の光束の幅を切替えることができる。そして、第１孔２７を通過した光と第２孔２８を通過した光の両方が、単一の光路で認識カメラ４に到達するようにプリズムなどを設ければ、遮蔽板２６（図２，３を参照）を移動させる機構を省略することができる。これにより、上記実施の形態と同様に、被調整部品の位置姿勢調整がひとつの光学系で可能となる。また、複数の光学系をそれぞれ持つ場合に比べて、コストの増大を抑えることができ、装置の小型化も図ることができる。
　なお、光射出部３４ａ，３４ｂのうちスポット光を照射させる側の光射出部をレーザー光源とすることで、遮蔽板２６（図２，３を参照）を用いずにスポット光を照射させることができるとともに、光径をより小さく絞る（数μｍ～数十μｍ）ことで、より高精度の位置調整をする事が可能となる。なお、このような光射出部を切替える構成は、上述した実施の形態１の構成にも適用することができる。
　以上のように、本発明にかかる調整装置は、光を照射して被調整部品の位置姿勢調整を行う調整装置に有用である。
　１　実装基板（被調整部品）
　２　調整ステージ
　３　負圧源
　４　認識カメラ
　４ａ　出射位置
　４ｂ　入射位置
　５　照明光源
　６　光源切替部
　７　制御部（検出部、画像処理装置）
　８　画像認識処理部
　９　位置制御部
　１０　負圧源
　１１　吸着ヘッド
　１２　光学部品
　１３　光学部品搭載部
　１４　モータ
　１５　モータ軸
　１６　ステージ
　１７　回転チャック
　１８　ＸＹＺステージ
　１９　反射光
　２１　ＸＹＺ軸（調整部）
　２２　あおり調整機構（調整部）
　２６　遮蔽板
　２７　第１孔
　２８　第２孔
　３１　エンコーダディスク（被調整部品）
　３２　凹面鏡（被調整部品）
　３２ａ　中心位置
　３４ａ，３４ｂ　光射出部
　３５　レーザー光源
　３６　拡散板
　１１１　スポット光
　１１２　平行光
　１１４　プリズム
　１１５　対物レンズ
　１２１　投影レンズ
　１２２　受光センサ
　２０１　パターン画像
　２０２　反射光
　２１１，２１２，２１３　パターン位置
　２１４　円
　２１５　回転中心位置
　２１６　半径（偏芯量）
　２２１，２２２，２２３　反射光位置
　２２４　円
　２２５　回転中心位置
　２２６　半径（偏芯量）

Claims (12)

  1. 　少なくとも１つの被調整部品を認識する認識カメラと、
    　前記認識カメラが撮影した画像を処理する画像処理装置と、
    　前記認識カメラと接続されて前記被調整部品に光を射出する照明光源と、
    　前記被調整部品を支持するステージと、
    　前記照明光源から被調整部品に照射される光を用いて位置姿勢検出を行う検出部と、
    　前記検出結果に基づいて前記被調整部品の位置または姿勢を調整する調整部と、
    　前記照明光源から射出されて前記被調整部品に照射される光の光束の幅を切替える切替部と、を備えることを特徴とする調整装置。
  2. 　前記切替部は、パターン認識による位置姿勢検出が行われる場合には光束の幅を広くし、パターン認識と異なる位置姿勢検出が行われる場合には光束の幅を狭くすることを特徴とする請求項１に記載の調整装置。
  3. 　前記切替部は、光を通過させる孔が形成されて前記照明光源から射出された光の光路に挿入され、前記孔の径の変化によって光束の幅を切替えることを特徴とする請求項１または２に記載の調整装置。
  4. 　前記照明光源は、射出される光の光束が異なる複数の光射出部を有し、
    　前記切替部は、前記光射出部を切替えることで前記光束の幅を切替えることを特徴とする請求項１または２に記載の調整装置。
  5. 　前記複数の射出部の少なくとも１つはレーザー光源であることを特徴とする請求項４に記載の調整装置。
  6. 　少なくとも１つの被調整部品を認識する認識カメラと、
    　前記認識カメラが撮影した画像を処理する画像処理装置と、
    　前記認識カメラと接続されて前記被調整部品に光を射出する照明光源と、
    　前記照明光源から被調整部品に照射される光を用いて位置姿勢検出を行う検出部と、
    　前記検出結果に基づいて前記被調整部品の位置または姿勢を調整する調整部と、
    　前記照明光源から射出されて前記被調整部品に照射される光の光束の幅を切替える切替部と、を備え、
    　前記被調整部品は、モータのモータ軸の中心に位置合わせされる光学部品であり、
    　前記認識カメラは、前記モータ軸に沿った方向から前記モータを撮影可能に配置され、
    　前記検出部は、前記光学部品の種類に応じて光束の幅が広い光を用いた位置姿勢検出と、光束の幅が狭い光を用いた位置姿勢検出を行うことを特徴とする光学部品実装装置。
  7. 　前記モータ軸を回転させる回転機構をさらに備え、
    　前記検出部は、前記モータ軸の回転角度を異ならせて撮影された画像に基づいて前記光学部品の位置姿勢検出を行うことを特徴とする請求項６に記載の光学部品実装装置。
  8. 　前記切替部は、パターン認識による位置姿勢検出が行われる場合には光束の幅を広くし、パターン認識と異なる位置姿勢検出が行われる場合には光束の幅を狭くすることを特徴とする請求項６または７に記載の光学部品実装装置。
  9. 　前記切替部は、光を通過させる孔が形成されて前記照明光源から射出された光の光路に挿入され、前記孔の径の変化によって光束の幅を切替えることを特徴とする請求項６～８のいずれか１つに記載の光学部品実装装置。
  10. 　前記照明光源は、射出される光の光束が異なる複数の光射出部を有し、
    　前記切替部は、前記光射出部を切替えることで前記光束の幅を切替えることを特徴とする請求項６～８のいずれか１つに記載の光学部品実装装置。
  11. 　前記複数の射出部の少なくとも１つはレーザー光源であることを特徴とする請求項１０に記載の光学部品実装装置。
  12. 　被調整部品に照明光源から射出された光を照射して位置姿勢検出を行い、検出結果に基づいて位置姿勢の調整を行う調整方法であって、
    　前記照明光源から射出された光を切替部によって光束の幅の広い光に切替えて前記被調整部品に照射させ、
    　光束の幅の広い光が照射された被調整部品を認識カメラで撮影してパターン認識により位置姿勢検出を行い、
    　前記照明光源から射出された光を切替部によって光束の幅の狭い光に切替えて前記被調整部品に照射させ、
    　光束の幅の狭い光が照射された被調整部品を認識カメラで撮影して前記被調整部品からの反射光を用いて位置姿勢検出を行い、
    　前記検出結果に基づいて前記被調整部品の位置姿勢を調整する調整方法。
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