電子部品実装装置
【課題】高さ変位計を用いないで対象物の高さを測定する。
【解決手段】鉛直方向に視線を向けて撮像を行う撮像手段２０，３０と、吸着ノズル１０５により電子部品を保持するヘッド１０６と、ヘッドを水平方向に沿って移動させる移動機構１０７と、撮像手段と移動機構の動作制御を行う動作制御手段１０とを備え、撮像手段と測定対象物との距離と、撮像手段と測定対象物との水平方向における実際の相対的な移動距離である実移動距離と、実移動距離の相対移動により撮像手段による撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、測定対象物の高さとの対応関係から、測定対象物の高さを求める高さ測定手段１１を備えることを特徴とする。
【解決手段】鉛直方向に視線を向けて撮像を行う撮像手段２０，３０と、吸着ノズル１０５により電子部品を保持するヘッド１０６と、ヘッドを水平方向に沿って移動させる移動機構１０７と、撮像手段と移動機構の動作制御を行う動作制御手段１０とを備え、撮像手段と測定対象物との距離と、撮像手段と測定対象物との水平方向における実際の相対的な移動距離である実移動距離と、実移動距離の相対移動により撮像手段による撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、測定対象物の高さとの対応関係から、測定対象物の高さを求める高さ測定手段１１を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の高さ測定を行う電子部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子部品実装装置は、吸着ノズルを搭載し、Ｘ−Ｙ平面を自在に移動可能なヘッドを備え、電子部品のフィーダから吸着により電子部品を受け取り、基板の部品実装箇所までヘッドが移動し、吸着ノズルから電子部品を解放することで電子部品の実装を行っている。
そして、ヘッドの吸着ノズルにより電子部品を吸着する際に、その吸着位置は電子部品フィーダや電子部品トレー等、部品の供給形態等により異なるので、確実に電子部品を吸着するために、部品毎に吸着位置を予め測定、ティーチングする等の作業が行われていた。
かかる電子部品の位置取得の方法として、水平方向については、一般的にはヘッドに取り付けられたカメラの画像を用いて認識またはティーチングが行われている。また、高さ方向の位置検出には、ヘッドにレーザ等を用いた変位計を取り付けて測定されていた。
また、電子部品の吸着に限らず、基板に対する電子部品の実装を行う場合にも、基板高さを取得する必要があるため、吸着と同様に、基板の高さの測定もヘッドの変位計を用いて行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２７２１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電子部品実装装置では、高さ変位計を要することとなり、装置の部品点数の増加を招き、製造コスト高を招くという問題があった。
さらに、高さ変位計は、レーザ光を用いる構造のため、測定する面が光沢がある場合や鏡面の場合など、表面状態によっては測定できない場合がしばしばあった。
【０００５】
本発明は、装置の部品点数の低減、さらには、安定した高さ測定の実現をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、鉛直方向に向けて撮像を行う撮像手段と、吸着ノズルにより供給位置に供給され基板に塔載する電子部品を保持するヘッドと、前記ヘッドを水平方向に沿って移動させる移動機構と、前記撮像手段と前記移動機構の動作制御を行う動作制御手段とを備える電子部品実装装置において、前記撮像手段と電子部品実装装置内の測定対象物の基準面との距離と、前記撮像手段と前記測定対象物との水平方向における実際の相対的な移動距離である実移動距離と、前記実移動距離の相対移動により前記撮像手段による撮像画像内での前記測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、前記測定対象物の高さとの対応関係から、前記測定対象物の高さを求める高さ測定手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、前記高さ測定手段は、前記ヘッドに対する供給位置にある電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、前記高さ測定手段は、基板に搭載後の電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、前記高さ測定手段は、クランプ位置でクランプされた基板の上面を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該基板上面の高さを求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直上方に撮像方向を向けて装置の支持フレームに保持されており、前記高さ測定手段は、前記ヘッドに保持された電子部品の複数の端子を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、前記各端子先端部の高さを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明は、ヘッドが撮像手段又は測定対象物を水平方向に移動させることで、撮像手段と測定対象物とを相対的に水平方向に移動させる。そして、撮像手段と測定対象物との距離と、水平方向の実移動距離と、撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、鉛直方向における測定対象物の高さとは、一定の関係が成立するので（発明を実施するための形態で説明する数式（１）又は変換テーブルを参照）、実移動距離と撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と測定対象物の高さとの対応関係から当該高さを求めることができる。
これにより、電子部品実装装置において、高さ変位計を不要とすることが可能となり、装置の部品点数を低減し、装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。
また、高さ変位計を用いないで撮像手段の撮像により測定対象物の高さを求めることができるので、測定する面の光沢や反射などの表面状態によらず、安定して高さ測定を行うことが可能となる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、ヘッドに対する供給位置にある電子部品の高さを求めることができ、ヘッドが電子部品を保持する際に正確な高さを取得することができるので、安定した電子部品の保持を行うことが可能となる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、基板に搭載後の電子部品の高さを求めることができ、電子部品の搭載不良を発見することができるので、これにより、不良基板を除いたり、或いは搭載のリトライを行うことができ、信頼性の高い電子部品実装を行うことが可能となる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、クランプ位置でクランプされた基板の上面の高さを求めることができ、ヘッドが電子部品を搭載する際に正確な基板高さを取得することができるので、安定した電子部品の搭載を行うことが可能となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、ヘッドに保持された電子部品の複数の端子の高さを求めることができ、電子部品のコプラナリティ検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に係る電子部品実装装置の全体を示す斜視図である。
【図２】電子部品実装装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】ＣＰＵが行う電子部品の実装動作制御の概要を示すフローチャートである。
【図４】第一のカメラの概略構成図である。
【図５】図５（Ａ）は基準面での移動量と基準面から高さがある場合の見かけの移動量との関係を示す説明図、図５（Ｂ）は測定対象の直方体の初期位置を示す正面図、図５（Ｃ）は測定対象の移動後の位置を示す正面図、図５（Ｄ）は測定対象の直方体の初期位置における撮像画像、図５（Ｅ）は測定対象の直方体の移動後の位置における撮像画像である。
【図６】カメラと測定対象の水平方向の位置関係を示す説明図である。
【図７】図６の位置におけるカメラの撮像画像である。
【図８】測定対象が基準面から高さがある場合における実移動距離と見かけの移動量との関係を示す説明図である。
【図９】測定対象が基準面から高さがある場合における撮像画像を示す。
【図１０】図３におけるステップＳ４に示した基板の高さ測定処理のフローチャートである。
【図１１】図３におけるステップＳ６に示した吸着前の電子部品の高さ測定処理のフローチャートである。
【図１２】電子部品フィーダのテープ内における電子部品の状態を示す平面図である。
【図１３】図３におけるステップＳ１０に示した電子部品のコプラナリティ検査のフローチャートである。
【図１４】図３におけるステップＳ１４に示した電子部品の実装後の高さ計測のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（発明の実施形態）
発明の実施形態について、図１乃至図１４に基づいて説明する。図１は、本実施形態たる電子部品実装装置１００の斜視図である。以下、図示のように、水平面において互いに直交する二方向をそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向とし、これらに直交する鉛直方向をＺ軸方向というものとする。
電子部品実装装置１００は、基板Ｓに各種の電子部品の搭載を行うものであって、図１に示すように、搭載される電子部品を供給位置に供給する複数の電子部品フィーダ１０１及び電子部品フィーダ１０１を複数並べて保持するフィーダバンク１０２からなる部品供給部と、Ｘ軸方向に基板を搬送する基板搬送手段１０３と、当該基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中に設けられた基板Ｓに対する電子部品搭載作業を行うための基板クランプ機構１０４と、吸着ノズル１０５を昇降可能に保持して電子部品Ｔの保持を行うヘッド１０６と、ヘッド１０６を部品供給部と基板クランプ機構１０４とを含んだ作業エリア内の任意の位置に駆動搬送する移動機構としてのＸ−Ｙガントリ１０７と、ヘッド１０６に搭載された第一のカメラ２０と、上記各構成を搭載支持するベースフレーム１１４と、ベースフレーム１１４に固定装備された第二のカメラ３０と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段１０とを備えている。
【００１８】
かかる電子部品実装装置１００の動作制御手段１０は、電子部品の実装に関する各種の設定内容が記録された実装データを保有し、実装データから実装すべき電子部品と、電子部品の電子部品フィーダ１０１の設置位置に基づく部品受け取り位置と、基板上の実装位置を示すデータとを読み出すと共に、Ｘ−Ｙガントリ１０７を制御してヘッド１０６を電子部品の受け取り位置と実装位置とに移送し、各位置においてヘッド１０６を制御して吸着ノズル１０５の昇降動作及び吸着又は解放動作を行い、さらに、移動中において、図示しない部品姿勢認識手段を用いて吸着時の電子部品の位置及びノズル回りの角度検出を行うと共に位置補正及び角度調節等の動作制御を実行する。
【００１９】
（基板搬送手段及び基板保持部）
基板搬送手段１０３は、図示しない搬送ベルトを備えており、その搬送ベルトにより基板をＸ軸方向に沿って搬送する。
また、前述したように、基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中には、電子部品を基板へ搭載する際の作業位置で基板を固定保持するための基板クランプ機構１０４が設けられている。かかる基板クランプ機構１０４が装備されており、基板搬送方向に直交する方向における両端部で基板Ｓをクランプするようになっている。また、基板クランプ機構１０４の下方には、クランプ時に基板Ｓの下面側に当接して電子部品搭載時に基板Ｓが下方に撓まぬように支承する複数の支持棒が設けられている。基板Ｓはこれらにより保持された状態で安定した電子部品の搭載作業が行われる。
【００２０】
（部品供給部）
フィーダバンク１０２は、ベースフレーム１１４のＹ軸方向一端部（図１手前側）にＸ軸方向に沿った状態で設けられている。フィーダバンク１０２は、Ｘ−Ｙ平面に沿った平坦部を備え、当該平坦部の上面に複数の電子部品フィーダ１０１がＸ軸方向に沿って羅列して載置装備される（図１では電子部品フィーダ１０１を一つのみ図示しているが実際には複数の電子部品フィーダ１０１が並んで装備される）。
また、フィーダバンク１０２は、各電子部品フィーダ１０１を保持するための図示しないラッチ機構を備えており、必要に応じて、各電子部品フィーダ１０１を装着又は分離することを可能としている。
【００２１】
上述した電子部品フィーダ１０１は、後端部には電子部品が均一間隔で並んで封止されたテープを巻回したテープリールを保持し、先端上部にはヘッド１０６に対する電子部品の供給位置である受け渡し部１０１ａを有している。そして、電子部品フィーダ１０１がフィーダバンク１０２に取り付けられた状態における電子部品の受け渡し部１０１ａの位置を示すＸ、Ｙ座標値は前述した実装データに記録されている。
また、受け渡し部１０１ａのＺ軸方向における位置（高さ）は、動作制御手段１０により行われる高さ測定制御により毎回の電子部品の吸着時に求められるようになっている。
【００２２】
（Ｘ−Ｙガントリ）
Ｘ−Ｙガントリ１０７は、Ｘ軸方向にヘッド１０６の移動を案内するＸ軸ガイドレール１０７ａと、このＸ軸ガイドレール１０７ａと共にヘッド１０６をＹ軸方向に案内する二本のＹ軸ガイドレール１０７ｂと、Ｘ軸方向に沿ってヘッド１０６を移動させる駆動源であるＸ軸モータ１０９と、Ｘ軸ガイドレール１０７ａを介してヘッド１０６をＹ軸方向に移動させる駆動源であるＹ軸モータ１１０とを備えている。そして、各モータ１０９、１１０の駆動により、ヘッド１０６を二本のＹ軸ガイドレール１０７ｂの間となる領域のほぼ全体に搬送することを可能としている。
なお、各モータ１０９、１１０は、それぞれの回転量が動作制御手段１０に認識され、所望の回転量となるように制御されることにより、ヘッド１０６を介して吸着ノズル１０５の位置決めを行っている。
また、電子部品実装作業の必要上、前記した二つのフィーダバンク１０２，基板クランプ機構１０４とはいずれもＸ−Ｙガントリ１０７によるヘッド１０６の搬送可能領域内に配置されている。
【００２３】
（ヘッド）
図２は電子部品実装装置１００の制御系を示すブロック図である。
ヘッド１０６は、その先端部で空気吸引により電子部品Ｔを保持する吸着ノズル１０５（図１参照）と、吸着ノズル１０５をＺ軸方向に沿って昇降させるＺ軸モータ１１１と、吸着ノズル１０５を回転させて保持された電子部品をＺ軸方向回りに角度調節するためのθ軸モータ１１２とが設けられている。
上記各吸着ノズル１０５は、Ｚ軸方向に沿った状態で昇降可能且つ回転可能にヘッド１０６に支持されており、昇降による電子部品の受け取り又は実装及び回転による電子部品の角度調節が可能となっている。
【００２４】
（カメラ）
ヘッド１０６には、Ｚ軸方向の下方に視線を向けた状態で撮像手段としての第一のカメラ２０が搭載されている。また、ベースフレーム１１４には、Ｚ軸方向の上方に視線を向けた状態で撮像手段としての第二のカメラ３０が装備されている。これらのカメラ２０，３０はいずれもＣＣＤカメラであり、その撮像画像データは動作制御手段１０に出力される。
【００２５】
第一のカメラ２０は、吸着ノズル１０５が吸着した電子部品を基板Ｓの実装する際に、ヘッド１０６側から基板Ｓの位置決めマークの撮像を行い、基板実装位置を正確に割り出す際に使用される。
また、そのほかに、ヘッド１０６により、各電子部品フィーダ１０１の受け渡し部１０１ａ、基板Ｓの部品実装後の部品位置、クランプされた基板Ｓの上方に搬送され、受け渡し部１０１ａ内の電子部品、実装後の電子部品、クランプされた基板Ｓの上面の撮像を行い、それらの撮像データが各々の高さ測定に使用される。
【００２６】
第二のカメラ３０は、吸着ノズル１０５が電子部品を吸着した状態でヘッド１０６がカメラ３０の真上に移送された時に、吸着された電子部品の撮像を行い、それらの撮像データが吸着ノズル１０５の中心に対する電子部品の位置ズレや角度ズレの算出に使用される。
また、上記用途のほかに、各端子の下端部の高さ測定を行うために、吸着ノズル１０５に吸着された電子部品の有する複数の端子の下端部の撮像を行う。
【００２７】
（動作制御手段）
図２に示すように、動作制御手段１０は、主に、Ｘ−Ｙガントリ１０７のＸ軸モータ１０９、Ｙ軸モータ１１０、ヘッド１０６において吸着ノズル１０５の昇降を行うＺ軸モータ１１１、吸着ノズル１０５の回転を行うθ軸モータ１１２、基板クランプ機構１０４のクランプアクチュエータ１１３について、動作制御プログラムに従って電子部品の実装動作制御を実行するＣＰＵ１１と、動作制御プログラムが格納されたＲＯＭ１２と、各種のデータを格納することで各種の処理の作業領域となるＲＡＭ１３と、ＣＰＵ１１と各種の機器との接続を図るＩ／Ｆ（インターフェース）１４と、基板に実装する電子部品のリストや各電子部品の実装位置及び電子部品の受け取り位置等の実装の動作制御に要する実装データ等が格納される不揮発性の記憶装置１７と、各種の設定や操作に要するデータの入力を行うための操作パネル１５と、各種設定の内容や必要情報の提示等を行う表示モニタ１８とを有している。また、前述した各モータ１０９〜１１２はいずれもエンコーダを備えるサーボモータであり、図示しないサーボドライバを介してＩ／Ｆ１４と接続されている。
また、上記ＲＯＭ１２には、動作制御プログラムの他に、各種の高さ測定制御を実行するための第一〜四の高さ測定プログラムが格納されており、ＣＰＵ１１は、各高さ測定プログラムに従って所定の対象物に対する高さ測定制御を実行する。
【００２８】
（電子部品の実装動作の概要）
ＣＰＵ１１が動作制御プログラムに従って行う電子部品の実装動作制御の概要について図３のフローチャートに基づいて説明する。
ＣＰＵ１１は、電子部品の実装作業時には、記憶装置１７から実装データの読み込みを行い、当該実装データから、基板に対する実装対象となる各種の電子部品のリスト、各電子部品の受け取り位置及び実装位置の情報を取得する（ステップＳ１）。
そして、基板Ｓが搬送されると（ステップＳ２）、ＣＰＵ１１は、基板クランプ機構１０４のクランプアクチュエータ１１３を駆動させて基板Ｓを所定の保持位置でクランプする（ステップＳ３）。クランプ後は、ヘッド１０６を基板位置まで移送し、基板Ｓの上面の複数位置で第一のカメラ２０により撮像を行い、各位置における基板の高さを測定する（ステップＳ４）。
【００２９】
そして、ＣＰＵ１１は、実装を行う電子部品毎に、Ｘ軸及びＹ軸モータ１０９，１１０を制御してヘッド１０６を対象となる電子部品フィーダ１０１の受け渡し部１０１ａに移送し（ステップＳ５）、第一のカメラ２０により受け渡し部１０１ａ内の撮像を行い、電子部品の高さを測定する（ステップＳ６）。
【００３０】
そして、Ｚ軸モータ１１１を制御して吸着ノズル１０５を下降させて電子部品を吸着し、吸着ノズル１０５を上昇させてさらに基板Ｓにおける実装位置までヘッド１０６の移送を行う（ステップＳ７）。そして、ＣＰＵ１１は、実装位置への移送中において、第二のカメラ３０の上方を通過し、下方から吸着された電子部品の撮像を行い（ステップＳ８）、当該電子部品のノズル１０５に対する位置ズレ及びノズル回りの角度の検出を行うと共に（ステップＳ９）、電子部品が有する各端子の下端部の高さを測定してコプラナリティ検査を実施する（ステップＳ１０）。なお、このコプラナリティ検査において、端子高さのバラツキが閾値を超える場合には、当該電子部品を廃棄して、ステップＳ５の処理からリトライとなる。
【００３１】
次いで、ステップＳ９で求めた吸着ノズル１０５に対する電子部品の角度からθ軸モータ１１２の駆動により角度補正を行う（ステップＳ１１）。
さらに、ヘッド１０６の基板実装位置への位置決めの際に、第二のカメラ３０の撮像により求めたノズル１０５に対する電子部品の位置ズレを考慮して補正を行う（ステップＳ１２）。
そして、Ｚ軸モータにより吸着ノズル１０５を下降させて電子部品の実装を行う（ステップＳ１３）。
なお、上記ステップＳ５〜Ｓ１３までの処理は実装対象の全ての電子部品について繰り返し行われる。
【００３２】
全ての電子部品の実装後、実装後の高さ測定による実装の適正検査の実行が予め選択されている電子部品については、当該電子部品の実装位置にヘッド１０６が移動して、第一のカメラ２０により実装後の電子部品の撮像を行う。そして、実装後の電子部品の高さ測定を行い、実装状態の異常の有無を検査する（ステップＳ１４）。なお、かかる実装後検査において、その検出高さが閾値以上の値を示した場合には、電子部品が基板Ｓに対して傾斜したり、立ち上がってしまったりして異常な実装状態が発生しているものとして、エラー報知が行われる。
検査後は基板Ｓのクランプを解除し、装置外部に搬出して（ステップＳ１５）実装動作制御を終了する。
【００３３】
（高さ測定の原理）
上記電子部品の実装動作制御では、ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０において、各カメラ２０，３０により、クランプされた基板Ｓの上面、電子部品フィーダ１０１の受け渡し部１０１ａ内にある吸着前の電子部品の上面、吸着された電子部品の各端子の下端部、基板実装後の電子部品の上面のそれぞれを電子部品実装装置内の測定対象物として撮像を行い、撮像画像データから高さ測定を行っている。
かかる高さ測定の原理を図４〜９に基づいて説明する。なお、以下の説明では、第一のカメラ２０に基づいて説明を行うが、第二のカメラ３０も同一の構造であり、原理は同じである。
【００３４】
カメラ２０は、図４に示すように、主に、ＣＣＤ撮像素子２１と等倍以外の光学倍率のレンズ２２（例えば光学倍率１／２）とから構成されている。そして、レンズ２２の光軸Ｃ（視線）は、鉛直下方を向いており、ＣＣＤ撮像素子の撮像面は水平方向に向けられている。
測定対象物とレンズの距離Ｆが小さくなると、カメラ２０で撮像できる視野は狭くなり、距離Ｆが大きくなるとカメラ２０で撮像できる視野は広くなる。つまり、測定対象物までの距離によってカメラ２０で撮像できる視野が変化すると言える。図５に基準面Ｋ上の高さｈの直方体Ｄをカメラ２０にて撮像する様子を図示する。
直方体Ｄの上面の右端部が視野の中心である光軸Ｃに接するように配置した状態（図５（Ｂ））での撮像画像を図５（Ｄ）に示し、その状態から直方体Ｄを4[mm]水平平行に移動させた状態（図５（Ｃ））の撮像画像を図５（Ｅ）に示す。なお、撮像画像は左右反転して図示してある。
上記カメラ２０の光学系によれば、直方体Ｄの下面の端部については、その4[mm]の実移動距離（基準面Ｋ上の移動量）に対して、ＣＣＤ撮像素子２１の受光面における像の2[mm]の位置変化量として撮像される。つまり、受光面における像が2[mm]の位置変化を示した場合には、測定対象物が基準面Ｋの高さにある場合には、光学倍率で除することで4[mm]の移動が行われたものと認識することができる。
しかしながら、直方体Ｄの上面の端部は基準面Ｋよりも高さの分だけレンズ２２に接近しているため、撮像される画像は図５（Ｅ）のように、直方体Ｄの上面は下面より大きく移動しているように見える。仮に、上面のＣＣＤ撮像素子２１での位置変化量が3[mm]と測定された場合には、相似形の関係から、4[mm]:2[mm]＝yy:3[mm]となるので、直方体Ｄの上面の端部が基準面Ｋの高さにあると仮定した場合の移動量yy＝6[mm]となる。
なお、基準面Ｋとは、カメラ２０のレンズ２２からの距離Ｆが既知である面を示す。また、距離Ｆは、実画像に対して撮像画像が光学系の光学倍率となる距離、又は、カメラの光学系の焦点距離と一致する距離とすることが望ましい。
例えば、上述のように光学倍率1/2であれば、例えば基準面上で6[mm]の長さのものはＣＣＤの撮像面では3[mm]で像が形成される。
動作制御手段１０の高さ測定では、上述のように測定面（直方体Ｄの上面）とレンズ２２の距離が基準面Ｋと異なる場合に、撮像画像による見かけの移動量が異なる原理を応用する。
【００３５】
例えば、高さを測定したい面の映像的な特徴ある部分がカメラの視野の中央となるように、カメラと測定対象の水平方向の位置関係を調整する（図６）。この例では「映像的な特徴ある部分」を測定対象の上面（測定面Ｊとする）の外縁部としており、当該測定面Ｊの外縁部の左端部をカメラ２０の光軸Ｃに配置した。この時、カメラ２０による撮像画像を図７に示す。
次に、測定対象に対してカメラ２０の位置を例えば右方向に3[mm]移動させた場合の正面図を図８に示し、その撮像画像を図９に示す。なお、ここではレンズ２２から測定対象物が載置される水平な基準面Ｋまでの距離Ｆを30[mm]、測定対象物の高さを5[mm]と仮定する。
仮に、測定面Ｊの高さが基準面Ｋを基準として高さ0[mm]であれば、撮像画像では測定面の左端部の位置が3[mm]に相当する距離だけ左側の位置Ｅ１に位置するはずである。しかし、測定面Ｊは高さが基準面Ｋより高く、カメラ２０と測定面Ｊの距離が小さくなっているので、映像ではＥ２の位置(30×3/25=3.6[mm])に測定面の左端部が撮像される。
なお、カメラ２０により撮像画像において、測定面Ｊの高さ（レンズ２２から測定面Ｊまでの光軸方向の距離）を測定するために、「映像的な特徴ある部分」を撮像画像内で見つけ出さなくてはならないので、画像処理で抽出が可能な「映像的な特徴ある部分」を選択する必要がある。例えば、上記測定面の端部であれば、各画素の輝度値の違いから抽出するエッジ検出等の手法で容易に求めることが可能である。
【００３６】
このように、光学的な倍率が1倍以外の場合は、レンズ２２と測定面Ｊの距離が変化することにより、カメラ２０と測定対象の相対的な移動距離（実移動距離）に対して、撮像画像内での位置変化量に基づく見せかけの移動量は誤差が生じる。この見せかけの移動量はレンズ２２の倍率（画角）やカメラ２０と測定対象の距離、実移動量等から決まるので、予め高さのわかっている面をある距離移動した時の見せかけの移動量を測定しておくか、以下に示す変換式（１）を用いることで測定面の高さを算出することができる。
この時、レンズ２２から基準面Ｋまでの距離をＦ、基準面Ｋから測定面Ｊまでの高さをＨ、測定対象に対するカメラ２０の相対的な水平移動量（実移動距離）をＡ、画像の見かけの移動量（測定対象物の位置変化量に基づく移動距離）をＢとすると、
Ｈ＝Ｆ−（Ａ×Ｆ）／Ｂ …（１）
の関係となる。
ここで、前述の仮定値を代入すると、Ｈ＝30−(3×30)/3.6＝5[mm]となる。従って、変換式を用いる場合には上式（１）により測定面の高さの算出を行うこととなる。
【００３７】
一方、上記変換式を使用しない場合には、カメラ２０から基準面Ｋまでの既知である距離Ｆと実移動距離Ａと撮像画像内での位置変化量に基づく移動距離Ｂと基準面Ｋに対する測定対象物の高さＨとの対応関係により一定に定まる測定対象物の高さＨと撮像画像内での位置変化量に基づく移動距離Ｂとの対応関係を示した変換テーブルを記憶手段としての記憶装置１７に記憶し、高さ測定手段としてのＣＰＵ１１が変換テーブルを参照して、撮像画像内での位置変化量に基づく移動距離Ｂから測定対象物の高さＨを求めるようにしても良い。
上記変換テーブルは、予め、Ｚ軸方向の高さのわかっている面をＸ−Ｙ平面に沿った距離移動した時の見せかけの移動量Ｂを複数の高さについて測定し、高さと見せかけの移動量との対応関係を変換テーブルとして記憶装置１７に記憶する。
具体的には、それぞれ異なる高さであって各高さが既知である複数の治具マークをカメラ２０の視野の範囲において撮像し、冶具マークの相対位置を所定の量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（治具マークとカメラ２０のいずれを移動させても良い）、相対移動の前後でカメラ２０により治具マークを撮像し画像認識して治具マークの位置を検出し、相対位置の移動量（実移動距離）に対する画像認識で得られる画像内での位置変化量に基づいて算出される見せかけの移動量Ｂを求める。これにより、複数の治具における測定結果から、各治具マークの設置してある高さと見せかけの移動量Ｂに対する画像認識の誤差の関係を表す変換テーブルを作成し、記憶装置１７に記憶する。
高さ測定時には、基準面Ｋに対するカメラ２０の高さをＦとし（図４及び図８の状態）、相対位置の移動量をテーブル作成時と同じ水平移動量Ａとして移動前後の二カ所でカメラ２０により測定面Ｊの撮像を行い、移動前後の画像内での位置変化量に基づく移動量を算出し、見せかけの移動量Ｂを算出する。そして、変換テーブルを参照することで誤差量に対応する高さを求めることができる。
このように、動作制御手段１０のＣＰＵ１１は、上記数式（１）又は変換テーブルを用いて測定面Ｊの高さを求めることにより、「高さ測定手段」として機能することとなる。
なお、高さ測定時において、移動前における測定面Ｊの位置は、光軸Ｃの近傍に位置することが望ましいが、移動の前後において視野の範囲内であれば光軸Ｃに位置合わせを行わなくとも、上記変換テーブルで高さを求めることは可能である。
【００３８】
なお、上述までの説明では、直方体Ｄが置かれている水平面を撮像における基準面Ｋとして例示したが、前述したように、基準面Ｋはカメラ２０からの距離が既知である水平面であれば良く、極端に言えば、実在する水平面に限らず、カメラ２０からの距離を任意に定めた仮想的な水平面を基準面Ｋと定義しても良い。
即ち、高さ測定手段として機能するＣＰＵ１１は、任意に定められた撮像手段としてのカメラ２０から撮像における基準面Ｋまでの既知である距離Ｆと、カメラ２０と測定対象物としての測定面Ｊとの実移動距離Ａと、実移動距離Ａの相対移動によりカメラ２０による撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離（見せかけの移動量Ｂ）と、基準面Ｋに対する測定対象物の高さＨとの対応関係から、測定対象物の高さを求めても良い。
Ｆが既知且つ任意であることを説明するために、例えば、レンズ２２からの距離がＦ＋αである他の基準面Ｋ‘を任意に定めた場合（αを任意且つ既知の値とする）、基準面Ｋ’から測定面Ｊまでの高さをＨ‘とすると、測定対象に対するカメラ２０の相対的な水平移動量（実移動距離）をＡ、画像の見かけの移動量（測定対象物の位置変化量に基づく移動距離）をＢ’とした場合に、前述した式（１）を適用すると、
Ｈ’＝Ｆ＋α−（Ａ×（Ｆ＋α））／Ｂ’ …（１）’
となる。見かけの移動量Ｂ’は基準面までの距離に比例するのでＢ’＝Ｂ・（Ｆ＋α）/Ｆとなる。つまり、Ｈ’＝Ｆ＋α−Ａ×（Ｆ＋α）・Ｆ/（Ｂ・（Ｆ＋α））となり、さらに、Ｈ’＝Ｆ＋α−Ａ・Ｆ/Ｂとなる。
そして、前述の仮定値を代入すると、
Ｈ’＝30＋α−3×30/3.6＝5＋α[mm]となる。つまり、任意に基準面Ｋ’を定めたとしてもカメラ２０までの距離が既知であれば、当該基準面Ｋ’に対する測定面Ｊの距離を算出することができる。
【００３９】
なお、上記高さ測定について第一のカメラ２０を例に説明したが、第二のカメラ３０は上方に向かって撮像を行う点及びカメラが移動を行わない点以外に違いはなく、撮像時に測定対象物側を移動させる点を除いて上述の手法を全て適用可能である。
【００４０】
（クランプ後の基板の高さ測定）
図３におけるステップＳ４に示した基板Ｓの高さ測定処理について図１０のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第一の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
基板Ｓは基板クランプ機構１０４によりクランプされると、その上面の高さに変化を生じる場合があり、クランプ後に基板Ｓの上面高さの測定が行われる。
基板Ｓには、例えば、予め高さ測定を行う位置を示す位置決めマークが付されており、当該マークの位置を示すＸ−Ｙ座標値が搭載データに定められている。
そして、基板Ｓのクランプ後にヘッド１０６を基板Ｓの位置決めマーク位置に移動し（ステップＳ２１）、当該位置で第一のカメラ２０により位置決めマークを撮像する（ステップＳ２２）。なお、原理説明における「基準面Ｋ」はいずれの高さとなる面を選択しても良いが、カメラ２０から基準面Ｋに対する高さＦの値は予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００４１】
次に、撮像した位置決めマークの画像をテンプレートとして記憶装置に記録する（ステップＳ２３）。次に、カメラ２０を基板Ｓに対してＸ−Ｙ平面に沿って予め定められた所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（ステップＳ２４）、先ほど保存したテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により移動後の画像内での位置決めマークの位置を認識し（ステップＳ２５）、制御した移動量に対する認識で得られた見せかけの移動量Ｂを測定する（ステップＳ２６）。
【００４２】
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから基板上面までの高さＨと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して高さＨを特定する（ステップＳ２７）。この測定した見せかけの移動量Ｂと、予め求めておいた基準面の高さと実移動距離Ａとの関係から基板上面の高さＨを算出することができる。
同様にして複数の基板上面の高さを測定し、測定された高さ情報を部品の搭載制御、例えば、電子部品の基板実装時における吸着ノズルの高さ制御にフィードバックする。
【００４３】
なお、上述の例では、基板Ｓの高さ測定を実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、ＸＹのヘッド１０６の位置情報とカメラのシャッターのタイミングを同期させて、カメラ２０の移動中に静止させることなく画像を撮像しても良い。
【００４４】
（吸着前の電子部品の高さ測定）
図３におけるステップＳ６に示した電子部品の高さ測定処理について図１１のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第二の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
図１２に電子部品フィーダ１０１の紙テープやエンボステープ等のリール上のパッケージにより供給される電子部品Ｄを上方からカメラ２０で撮像した状態を示す。
電子部品Ｄの吸着不良を低減させるために、図１２の電子部品Ｄの吸着すべき位置をティーチングしたり、撮像による画像認識により自動的に吸着位置を算出する方法が一般的に用いられている。既知の方法により予め部品の吸着すべき位置を求めておき、部品上方からカメラ２０により吸着すべき部分（ここでは部品の上面）の画像を撮像する（ステップＳ４１）。なお、原理説明における「基準面Ｋ」はいずれの高さとなる面を選択しても良いが、カメラ２０から基準面Ｋに対する高さＦの値は予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００４５】
吸着すべき電子部品Ｄの寸法は搭載データ中に予め記録されていることが一般的なので、撮像した画像から部品の存在すると思われる部分を周知の探索手法により探索し、当該部品画像をテンプレートとして記憶装置に保存する（ステップＳ４２）。
次に、カメラ２０をＸ−Ｙ平面に沿った所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させる（ステップＳ４３）。なお、電子部品フィーダ１０１のテープ送りにより電子部品を所定の移動量だけ移動させても良い。これにより、カメラ２０と電子部品Ｄの上面２２とを相対的に所定の量Ａだけ移動させる。
【００４６】
そして、先ほど保存した電子部品Ｄのテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により電子部品Ｄの位置を認識し（ステップＳ４４）、その位置変化量から撮像画像による見せかけの移動量Ｂを算出する（ステップＳ４５）。
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから測定面Ｊまでの高さＨと実移動距離Ａと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して高さＨを特定する（ステップＳ４６）。これにより、ヘッド１０６から吸着ノズル１０５により電子部品の吸着を行うための下降量が求められる。
【００４７】
なお、上述の例では、電子部品の高さ測定を実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、吸着位置に到達する前に当該吸着位置よりも実移動距離Ａだけ手前の位置を通過する際にカメラ２０のシャッターのタイミングを同期させて、カメラ２０の移動中に静止させることなく画像を撮像し、さらに、吸着位置でも撮像を行うことで、実移動距離Ａの移動の前後の撮像画像を取得しても良い。
また、カメラ２０から基準面Ｋまでの距離Ｆをカメラ２０の光学系の焦点距離に一致させている場合、所定の移動の前後となるカメラ２０の視野内における電子部品Ｄの各位置は、いずれも光軸位置からずれた位置であっても良いが、視野の外側ほど誤差が大きくなるので、測定した高さ情報から吸着位置にさらに補正をかけることも可能である。なお、かかる補正は、ステップＳ４，Ｓ８，Ｓ１０の高さ測定にも適用しても良い。
また、テンプレートとして記憶する領域をオペレータが指定することで、高さを測定する面を限定し、オペレータの意図した面の高さを測定することもできる。また、かかる領域指定は、ステップＳ４，Ｓ８，Ｓ１０の高さ測定時にも行っても良い。
【００４８】
（電子部品のコプラナリティ検査）
図３におけるステップＳ１０に示した吸着された電子部品の各端子のコプラナリティ検査処理について図１３のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第三の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
かかる電子部品のコプラナリティ検査処理では、吸着ノズル１０５に吸着された電子部品に対して第二のカメラ３０により鉛直下方から撮像を行う。従って、変換テーブルを利用して各端子の高さを検出する場合には、ヘッド１０５側に治具を装着して変換テーブルを作成する必要があるが、その他の点については第一のカメラ２０を利用する場合と同様の原理により高さ測定が行われる。
【００４９】
電子部品は吸着ノズル１０５に吸着されると、吸着ノズル１０５に対する位置ズレ及び角度ズレを求めるために第二のカメラ３０の撮像視野内にヘッド１０６の移動が行われ、電子部品が下方から撮像される。この際に、同時に各端子の高さ計測を行うことでコプラナリティ検査処理を実行する。
即ち、電子部品が吸着されると、実装前に第二のカメラ３０の撮像位置にヘッド１０６を移動し（ステップＳ６１）、当該位置で第二のカメラ３０により電子部品下部全体を撮像する（ステップＳ６２）。なお、この場合、吸着ノズル１０５が予め定められた基準面Ｋに対して前述した既知である高さＦとなるようにＺ軸モータ１１１が制御される。基準面Ｋは水平且つ再現性があれば電子部品実装装置１００のいずれの面を利用しても良いし、高さＦについても一定であれば良いが、高さＦについては予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００５０】
次に、撮像した画像から電子部品の各端子の下端面をそれぞれテンプレートとして記憶装置に記録する（ステップＳ６３）。次に、ヘッド１０６をカメラ３０に対してＸ−Ｙ平面に沿って予め定められた所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（ステップＳ６４）、先ほど保存したテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により移動後の画像内での電子部品の各端子の下端面の位置を認識し（ステップＳ６５）、制御した移動量に対する認識で得られた見せかけの移動量Ｂを各端子ごとに測定する（ステップＳ６６）。
【００５１】
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから各端子の下端面までの高さＨと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する各端子の下端面の高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して各端子の下端面高さＨを特定する（ステップＳ６７）。
そして、電子部品の各端子の下端面の高さのバラツキを求め、当該バラツキが予め定められた閾値の範囲内か否かを判定し（ステップＳ６８）、閾値以内であれば、コプラナリティ検査をパスし、閾値を超える場合には当該電子部品は不良であるとしてエラー処理に移行する。
【００５２】
なお、上述の例では、コプラナリティ検査処理を実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、ＸＹのヘッド１０６の位置情報とカメラのシャッターのタイミングを同期させて、第二のカメラ３０の上方をヘッド１０６が停止することなく移動中に画像を撮像しても良い。
【００５３】
（電子部品の実装後高さ測定）
図３におけるステップＳ１４に示した電子部品の基板実装後の電子部品の高さ測定処理について図１４のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第四の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
かかる電子部品の実装後高さ測定は、予め実装動作前に実行することが設定された電子部品についてフラグを立て、全電子部品の実装後に、フラグが立てられた電子部品のみについて実行される。
即ち、対象となる電子部品の実装位置にヘッド１０６が移動し（ステップＳ８１）、当該電子部品を第一のカメラ２０で上方から撮像する（ステップＳ８２）。なお、原理説明における「基準面Ｋ」はいずれの高さとなる面を選択しても良いが、カメラ２０から基準面Ｋに対する高さＦの値は予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００５４】
次に、撮像した画像から電子部品をテンプレートとして記憶装置に記録する（ステップＳ８３）。次に、ヘッド１０６を電子部品に対してＸ−Ｙ平面に沿って予め定められた所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（ステップＳ８４）、先ほど保存したテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により移動後の画像内での電子部品の位置を認識し（ステップＳ８５）、制御した移動量に対する認識で得られた見せかけの移動量Ｂを測定する（ステップＳ８６）。
【００５５】
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから電子部品までの高さＨと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する電子部品の高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して電子部品の高さＨを特定する（ステップＳ８７）。
そして、当該電子部品の高さが適正高さの範囲内か否かを判定し（ステップＳ８８）、範囲内であれば、適正高さ検査をパスし、適正範囲外の場合には当該電子部品の実装が不良であるとしてエラー処理に移行する。
【００５６】
なお、上述の例では、実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、ＸＹのヘッド１０６の位置情報とカメラのシャッターのタイミングを同期させて、電子部品の上方をヘッド１０６が停止することなく移動中に画像を撮像しても良い。
【００５７】
（発明の実施形態の効果）
以上のように、電子部品実装装置１００では、カメラ２０又は３０と高さ測定の対象となる電子部品又は基板とを水平方向に相対移動させて得られる見せかけの移動量Ｂと実移動距離Ａと基準面Ｋに対するカメラ２０，３０の高さＦと測定対象物の基準面に対する高さＨとが一定の関係が成立することに着目し、数式（１）又は変換テーブルに従って測定対象物の高さを計測している。
これにより、電子部品実装装置１００において、高さ変位計を不要とすることが可能となり、装置の部品点数を低減し、装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。さらに、高さ変位計を用いないで各カメラ２０，３０の撮像により測定対象物の高さを求めることができるので、測定する面の光沢や反射などの表面状態によらず、安定して高さ測定を行うことが可能となる。
【００５８】
また、測定対象物として吸着前の電子部品の高さを求めることにより、ヘッド１０６の吸着ノズル１０５が電子部品を保持する際に正確な高さを取得することができるので、安定した電子部品の保持を行うことが可能となる。
また、測定対象物として基板に実装後の電子部品の高さを求めることにより、電子部品の搭載不良を発見することができるので、これにより、不良基板を除いたり、或いは搭載のリトライを行うことができ、信頼性の高い電子部品実装を行うことが可能となる。
さらに、測定対象物としてクランプ位置でクランプされた基板Ｓの上面の高さを求めることにより、ヘッド１０６の吸着ノズル１０５が電子部品を搭載する際に正確な基板高さを取得することができるので、安定した電子部品の搭載を行うことが可能となる。
またさらに、測定対象物としてヘッド１０６の吸着ノズル１０５に吸着保持された電子部品の複数の端子の高さを求めることにより、電子部品のコプラナリティ検査を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 動作制御手段（制御手段）
１１ ＣＰＵ（高さ測定手段）
２０ 第一のカメラ（撮像手段）
３０ 第二のカメラ（撮像手段）
１００ 電子部品実装装置
１０１ 電子部品フィーダ（部品供給部）
１０２ フィーダバンク（部品供給部）
１０４ 基板クランプ機構
１０５ 吸着ノズル
１０６ ヘッド
１０７ Ｘ−Ｙガントリ（移動機構）
Ａ 実移動距離
Ｂ 見かけの移動量（測定対象物の位置変化量に基づく移動距離）
Ｄ 電子部品
Ｆ カメラのレンズから基準面までの距離
Ｈ 基準面から測定面までの高さ
Ｊ 測定面
Ｋ 基準面
Ｓ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の高さ測定を行う電子部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子部品実装装置は、吸着ノズルを搭載し、Ｘ−Ｙ平面を自在に移動可能なヘッドを備え、電子部品のフィーダから吸着により電子部品を受け取り、基板の部品実装箇所までヘッドが移動し、吸着ノズルから電子部品を解放することで電子部品の実装を行っている。
そして、ヘッドの吸着ノズルにより電子部品を吸着する際に、その吸着位置は電子部品フィーダや電子部品トレー等、部品の供給形態等により異なるので、確実に電子部品を吸着するために、部品毎に吸着位置を予め測定、ティーチングする等の作業が行われていた。
かかる電子部品の位置取得の方法として、水平方向については、一般的にはヘッドに取り付けられたカメラの画像を用いて認識またはティーチングが行われている。また、高さ方向の位置検出には、ヘッドにレーザ等を用いた変位計を取り付けて測定されていた。
また、電子部品の吸着に限らず、基板に対する電子部品の実装を行う場合にも、基板高さを取得する必要があるため、吸着と同様に、基板の高さの測定もヘッドの変位計を用いて行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２７２１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電子部品実装装置では、高さ変位計を要することとなり、装置の部品点数の増加を招き、製造コスト高を招くという問題があった。
さらに、高さ変位計は、レーザ光を用いる構造のため、測定する面が光沢がある場合や鏡面の場合など、表面状態によっては測定できない場合がしばしばあった。
【０００５】
本発明は、装置の部品点数の低減、さらには、安定した高さ測定の実現をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、鉛直方向に向けて撮像を行う撮像手段と、吸着ノズルにより供給位置に供給され基板に塔載する電子部品を保持するヘッドと、前記ヘッドを水平方向に沿って移動させる移動機構と、前記撮像手段と前記移動機構の動作制御を行う動作制御手段とを備える電子部品実装装置において、前記撮像手段と電子部品実装装置内の測定対象物の基準面との距離と、前記撮像手段と前記測定対象物との水平方向における実際の相対的な移動距離である実移動距離と、前記実移動距離の相対移動により前記撮像手段による撮像画像内での前記測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、前記測定対象物の高さとの対応関係から、前記測定対象物の高さを求める高さ測定手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、前記高さ測定手段は、前記ヘッドに対する供給位置にある電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、前記高さ測定手段は、基板に搭載後の電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、前記高さ測定手段は、クランプ位置でクランプされた基板の上面を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該基板上面の高さを求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記撮像手段は鉛直上方に撮像方向を向けて装置の支持フレームに保持されており、前記高さ測定手段は、前記ヘッドに保持された電子部品の複数の端子を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、前記各端子先端部の高さを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明は、ヘッドが撮像手段又は測定対象物を水平方向に移動させることで、撮像手段と測定対象物とを相対的に水平方向に移動させる。そして、撮像手段と測定対象物との距離と、水平方向の実移動距離と、撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、鉛直方向における測定対象物の高さとは、一定の関係が成立するので（発明を実施するための形態で説明する数式（１）又は変換テーブルを参照）、実移動距離と撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と測定対象物の高さとの対応関係から当該高さを求めることができる。
これにより、電子部品実装装置において、高さ変位計を不要とすることが可能となり、装置の部品点数を低減し、装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。
また、高さ変位計を用いないで撮像手段の撮像により測定対象物の高さを求めることができるので、測定する面の光沢や反射などの表面状態によらず、安定して高さ測定を行うことが可能となる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、ヘッドに対する供給位置にある電子部品の高さを求めることができ、ヘッドが電子部品を保持する際に正確な高さを取得することができるので、安定した電子部品の保持を行うことが可能となる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、基板に搭載後の電子部品の高さを求めることができ、電子部品の搭載不良を発見することができるので、これにより、不良基板を除いたり、或いは搭載のリトライを行うことができ、信頼性の高い電子部品実装を行うことが可能となる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、クランプ位置でクランプされた基板の上面の高さを求めることができ、ヘッドが電子部品を搭載する際に正確な基板高さを取得することができるので、安定した電子部品の搭載を行うことが可能となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、ヘッドに保持された電子部品の複数の端子の高さを求めることができ、電子部品のコプラナリティ検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に係る電子部品実装装置の全体を示す斜視図である。
【図２】電子部品実装装置の制御系を示すブロック図である。
【図３】ＣＰＵが行う電子部品の実装動作制御の概要を示すフローチャートである。
【図４】第一のカメラの概略構成図である。
【図５】図５（Ａ）は基準面での移動量と基準面から高さがある場合の見かけの移動量との関係を示す説明図、図５（Ｂ）は測定対象の直方体の初期位置を示す正面図、図５（Ｃ）は測定対象の移動後の位置を示す正面図、図５（Ｄ）は測定対象の直方体の初期位置における撮像画像、図５（Ｅ）は測定対象の直方体の移動後の位置における撮像画像である。
【図６】カメラと測定対象の水平方向の位置関係を示す説明図である。
【図７】図６の位置におけるカメラの撮像画像である。
【図８】測定対象が基準面から高さがある場合における実移動距離と見かけの移動量との関係を示す説明図である。
【図９】測定対象が基準面から高さがある場合における撮像画像を示す。
【図１０】図３におけるステップＳ４に示した基板の高さ測定処理のフローチャートである。
【図１１】図３におけるステップＳ６に示した吸着前の電子部品の高さ測定処理のフローチャートである。
【図１２】電子部品フィーダのテープ内における電子部品の状態を示す平面図である。
【図１３】図３におけるステップＳ１０に示した電子部品のコプラナリティ検査のフローチャートである。
【図１４】図３におけるステップＳ１４に示した電子部品の実装後の高さ計測のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（発明の実施形態）
発明の実施形態について、図１乃至図１４に基づいて説明する。図１は、本実施形態たる電子部品実装装置１００の斜視図である。以下、図示のように、水平面において互いに直交する二方向をそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向とし、これらに直交する鉛直方向をＺ軸方向というものとする。
電子部品実装装置１００は、基板Ｓに各種の電子部品の搭載を行うものであって、図１に示すように、搭載される電子部品を供給位置に供給する複数の電子部品フィーダ１０１及び電子部品フィーダ１０１を複数並べて保持するフィーダバンク１０２からなる部品供給部と、Ｘ軸方向に基板を搬送する基板搬送手段１０３と、当該基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中に設けられた基板Ｓに対する電子部品搭載作業を行うための基板クランプ機構１０４と、吸着ノズル１０５を昇降可能に保持して電子部品Ｔの保持を行うヘッド１０６と、ヘッド１０６を部品供給部と基板クランプ機構１０４とを含んだ作業エリア内の任意の位置に駆動搬送する移動機構としてのＸ−Ｙガントリ１０７と、ヘッド１０６に搭載された第一のカメラ２０と、上記各構成を搭載支持するベースフレーム１１４と、ベースフレーム１１４に固定装備された第二のカメラ３０と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段１０とを備えている。
【００１８】
かかる電子部品実装装置１００の動作制御手段１０は、電子部品の実装に関する各種の設定内容が記録された実装データを保有し、実装データから実装すべき電子部品と、電子部品の電子部品フィーダ１０１の設置位置に基づく部品受け取り位置と、基板上の実装位置を示すデータとを読み出すと共に、Ｘ−Ｙガントリ１０７を制御してヘッド１０６を電子部品の受け取り位置と実装位置とに移送し、各位置においてヘッド１０６を制御して吸着ノズル１０５の昇降動作及び吸着又は解放動作を行い、さらに、移動中において、図示しない部品姿勢認識手段を用いて吸着時の電子部品の位置及びノズル回りの角度検出を行うと共に位置補正及び角度調節等の動作制御を実行する。
【００１９】
（基板搬送手段及び基板保持部）
基板搬送手段１０３は、図示しない搬送ベルトを備えており、その搬送ベルトにより基板をＸ軸方向に沿って搬送する。
また、前述したように、基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中には、電子部品を基板へ搭載する際の作業位置で基板を固定保持するための基板クランプ機構１０４が設けられている。かかる基板クランプ機構１０４が装備されており、基板搬送方向に直交する方向における両端部で基板Ｓをクランプするようになっている。また、基板クランプ機構１０４の下方には、クランプ時に基板Ｓの下面側に当接して電子部品搭載時に基板Ｓが下方に撓まぬように支承する複数の支持棒が設けられている。基板Ｓはこれらにより保持された状態で安定した電子部品の搭載作業が行われる。
【００２０】
（部品供給部）
フィーダバンク１０２は、ベースフレーム１１４のＹ軸方向一端部（図１手前側）にＸ軸方向に沿った状態で設けられている。フィーダバンク１０２は、Ｘ−Ｙ平面に沿った平坦部を備え、当該平坦部の上面に複数の電子部品フィーダ１０１がＸ軸方向に沿って羅列して載置装備される（図１では電子部品フィーダ１０１を一つのみ図示しているが実際には複数の電子部品フィーダ１０１が並んで装備される）。
また、フィーダバンク１０２は、各電子部品フィーダ１０１を保持するための図示しないラッチ機構を備えており、必要に応じて、各電子部品フィーダ１０１を装着又は分離することを可能としている。
【００２１】
上述した電子部品フィーダ１０１は、後端部には電子部品が均一間隔で並んで封止されたテープを巻回したテープリールを保持し、先端上部にはヘッド１０６に対する電子部品の供給位置である受け渡し部１０１ａを有している。そして、電子部品フィーダ１０１がフィーダバンク１０２に取り付けられた状態における電子部品の受け渡し部１０１ａの位置を示すＸ、Ｙ座標値は前述した実装データに記録されている。
また、受け渡し部１０１ａのＺ軸方向における位置（高さ）は、動作制御手段１０により行われる高さ測定制御により毎回の電子部品の吸着時に求められるようになっている。
【００２２】
（Ｘ−Ｙガントリ）
Ｘ−Ｙガントリ１０７は、Ｘ軸方向にヘッド１０６の移動を案内するＸ軸ガイドレール１０７ａと、このＸ軸ガイドレール１０７ａと共にヘッド１０６をＹ軸方向に案内する二本のＹ軸ガイドレール１０７ｂと、Ｘ軸方向に沿ってヘッド１０６を移動させる駆動源であるＸ軸モータ１０９と、Ｘ軸ガイドレール１０７ａを介してヘッド１０６をＹ軸方向に移動させる駆動源であるＹ軸モータ１１０とを備えている。そして、各モータ１０９、１１０の駆動により、ヘッド１０６を二本のＹ軸ガイドレール１０７ｂの間となる領域のほぼ全体に搬送することを可能としている。
なお、各モータ１０９、１１０は、それぞれの回転量が動作制御手段１０に認識され、所望の回転量となるように制御されることにより、ヘッド１０６を介して吸着ノズル１０５の位置決めを行っている。
また、電子部品実装作業の必要上、前記した二つのフィーダバンク１０２，基板クランプ機構１０４とはいずれもＸ−Ｙガントリ１０７によるヘッド１０６の搬送可能領域内に配置されている。
【００２３】
（ヘッド）
図２は電子部品実装装置１００の制御系を示すブロック図である。
ヘッド１０６は、その先端部で空気吸引により電子部品Ｔを保持する吸着ノズル１０５（図１参照）と、吸着ノズル１０５をＺ軸方向に沿って昇降させるＺ軸モータ１１１と、吸着ノズル１０５を回転させて保持された電子部品をＺ軸方向回りに角度調節するためのθ軸モータ１１２とが設けられている。
上記各吸着ノズル１０５は、Ｚ軸方向に沿った状態で昇降可能且つ回転可能にヘッド１０６に支持されており、昇降による電子部品の受け取り又は実装及び回転による電子部品の角度調節が可能となっている。
【００２４】
（カメラ）
ヘッド１０６には、Ｚ軸方向の下方に視線を向けた状態で撮像手段としての第一のカメラ２０が搭載されている。また、ベースフレーム１１４には、Ｚ軸方向の上方に視線を向けた状態で撮像手段としての第二のカメラ３０が装備されている。これらのカメラ２０，３０はいずれもＣＣＤカメラであり、その撮像画像データは動作制御手段１０に出力される。
【００２５】
第一のカメラ２０は、吸着ノズル１０５が吸着した電子部品を基板Ｓの実装する際に、ヘッド１０６側から基板Ｓの位置決めマークの撮像を行い、基板実装位置を正確に割り出す際に使用される。
また、そのほかに、ヘッド１０６により、各電子部品フィーダ１０１の受け渡し部１０１ａ、基板Ｓの部品実装後の部品位置、クランプされた基板Ｓの上方に搬送され、受け渡し部１０１ａ内の電子部品、実装後の電子部品、クランプされた基板Ｓの上面の撮像を行い、それらの撮像データが各々の高さ測定に使用される。
【００２６】
第二のカメラ３０は、吸着ノズル１０５が電子部品を吸着した状態でヘッド１０６がカメラ３０の真上に移送された時に、吸着された電子部品の撮像を行い、それらの撮像データが吸着ノズル１０５の中心に対する電子部品の位置ズレや角度ズレの算出に使用される。
また、上記用途のほかに、各端子の下端部の高さ測定を行うために、吸着ノズル１０５に吸着された電子部品の有する複数の端子の下端部の撮像を行う。
【００２７】
（動作制御手段）
図２に示すように、動作制御手段１０は、主に、Ｘ−Ｙガントリ１０７のＸ軸モータ１０９、Ｙ軸モータ１１０、ヘッド１０６において吸着ノズル１０５の昇降を行うＺ軸モータ１１１、吸着ノズル１０５の回転を行うθ軸モータ１１２、基板クランプ機構１０４のクランプアクチュエータ１１３について、動作制御プログラムに従って電子部品の実装動作制御を実行するＣＰＵ１１と、動作制御プログラムが格納されたＲＯＭ１２と、各種のデータを格納することで各種の処理の作業領域となるＲＡＭ１３と、ＣＰＵ１１と各種の機器との接続を図るＩ／Ｆ（インターフェース）１４と、基板に実装する電子部品のリストや各電子部品の実装位置及び電子部品の受け取り位置等の実装の動作制御に要する実装データ等が格納される不揮発性の記憶装置１７と、各種の設定や操作に要するデータの入力を行うための操作パネル１５と、各種設定の内容や必要情報の提示等を行う表示モニタ１８とを有している。また、前述した各モータ１０９〜１１２はいずれもエンコーダを備えるサーボモータであり、図示しないサーボドライバを介してＩ／Ｆ１４と接続されている。
また、上記ＲＯＭ１２には、動作制御プログラムの他に、各種の高さ測定制御を実行するための第一〜四の高さ測定プログラムが格納されており、ＣＰＵ１１は、各高さ測定プログラムに従って所定の対象物に対する高さ測定制御を実行する。
【００２８】
（電子部品の実装動作の概要）
ＣＰＵ１１が動作制御プログラムに従って行う電子部品の実装動作制御の概要について図３のフローチャートに基づいて説明する。
ＣＰＵ１１は、電子部品の実装作業時には、記憶装置１７から実装データの読み込みを行い、当該実装データから、基板に対する実装対象となる各種の電子部品のリスト、各電子部品の受け取り位置及び実装位置の情報を取得する（ステップＳ１）。
そして、基板Ｓが搬送されると（ステップＳ２）、ＣＰＵ１１は、基板クランプ機構１０４のクランプアクチュエータ１１３を駆動させて基板Ｓを所定の保持位置でクランプする（ステップＳ３）。クランプ後は、ヘッド１０６を基板位置まで移送し、基板Ｓの上面の複数位置で第一のカメラ２０により撮像を行い、各位置における基板の高さを測定する（ステップＳ４）。
【００２９】
そして、ＣＰＵ１１は、実装を行う電子部品毎に、Ｘ軸及びＹ軸モータ１０９，１１０を制御してヘッド１０６を対象となる電子部品フィーダ１０１の受け渡し部１０１ａに移送し（ステップＳ５）、第一のカメラ２０により受け渡し部１０１ａ内の撮像を行い、電子部品の高さを測定する（ステップＳ６）。
【００３０】
そして、Ｚ軸モータ１１１を制御して吸着ノズル１０５を下降させて電子部品を吸着し、吸着ノズル１０５を上昇させてさらに基板Ｓにおける実装位置までヘッド１０６の移送を行う（ステップＳ７）。そして、ＣＰＵ１１は、実装位置への移送中において、第二のカメラ３０の上方を通過し、下方から吸着された電子部品の撮像を行い（ステップＳ８）、当該電子部品のノズル１０５に対する位置ズレ及びノズル回りの角度の検出を行うと共に（ステップＳ９）、電子部品が有する各端子の下端部の高さを測定してコプラナリティ検査を実施する（ステップＳ１０）。なお、このコプラナリティ検査において、端子高さのバラツキが閾値を超える場合には、当該電子部品を廃棄して、ステップＳ５の処理からリトライとなる。
【００３１】
次いで、ステップＳ９で求めた吸着ノズル１０５に対する電子部品の角度からθ軸モータ１１２の駆動により角度補正を行う（ステップＳ１１）。
さらに、ヘッド１０６の基板実装位置への位置決めの際に、第二のカメラ３０の撮像により求めたノズル１０５に対する電子部品の位置ズレを考慮して補正を行う（ステップＳ１２）。
そして、Ｚ軸モータにより吸着ノズル１０５を下降させて電子部品の実装を行う（ステップＳ１３）。
なお、上記ステップＳ５〜Ｓ１３までの処理は実装対象の全ての電子部品について繰り返し行われる。
【００３２】
全ての電子部品の実装後、実装後の高さ測定による実装の適正検査の実行が予め選択されている電子部品については、当該電子部品の実装位置にヘッド１０６が移動して、第一のカメラ２０により実装後の電子部品の撮像を行う。そして、実装後の電子部品の高さ測定を行い、実装状態の異常の有無を検査する（ステップＳ１４）。なお、かかる実装後検査において、その検出高さが閾値以上の値を示した場合には、電子部品が基板Ｓに対して傾斜したり、立ち上がってしまったりして異常な実装状態が発生しているものとして、エラー報知が行われる。
検査後は基板Ｓのクランプを解除し、装置外部に搬出して（ステップＳ１５）実装動作制御を終了する。
【００３３】
（高さ測定の原理）
上記電子部品の実装動作制御では、ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０において、各カメラ２０，３０により、クランプされた基板Ｓの上面、電子部品フィーダ１０１の受け渡し部１０１ａ内にある吸着前の電子部品の上面、吸着された電子部品の各端子の下端部、基板実装後の電子部品の上面のそれぞれを電子部品実装装置内の測定対象物として撮像を行い、撮像画像データから高さ測定を行っている。
かかる高さ測定の原理を図４〜９に基づいて説明する。なお、以下の説明では、第一のカメラ２０に基づいて説明を行うが、第二のカメラ３０も同一の構造であり、原理は同じである。
【００３４】
カメラ２０は、図４に示すように、主に、ＣＣＤ撮像素子２１と等倍以外の光学倍率のレンズ２２（例えば光学倍率１／２）とから構成されている。そして、レンズ２２の光軸Ｃ（視線）は、鉛直下方を向いており、ＣＣＤ撮像素子の撮像面は水平方向に向けられている。
測定対象物とレンズの距離Ｆが小さくなると、カメラ２０で撮像できる視野は狭くなり、距離Ｆが大きくなるとカメラ２０で撮像できる視野は広くなる。つまり、測定対象物までの距離によってカメラ２０で撮像できる視野が変化すると言える。図５に基準面Ｋ上の高さｈの直方体Ｄをカメラ２０にて撮像する様子を図示する。
直方体Ｄの上面の右端部が視野の中心である光軸Ｃに接するように配置した状態（図５（Ｂ））での撮像画像を図５（Ｄ）に示し、その状態から直方体Ｄを4[mm]水平平行に移動させた状態（図５（Ｃ））の撮像画像を図５（Ｅ）に示す。なお、撮像画像は左右反転して図示してある。
上記カメラ２０の光学系によれば、直方体Ｄの下面の端部については、その4[mm]の実移動距離（基準面Ｋ上の移動量）に対して、ＣＣＤ撮像素子２１の受光面における像の2[mm]の位置変化量として撮像される。つまり、受光面における像が2[mm]の位置変化を示した場合には、測定対象物が基準面Ｋの高さにある場合には、光学倍率で除することで4[mm]の移動が行われたものと認識することができる。
しかしながら、直方体Ｄの上面の端部は基準面Ｋよりも高さの分だけレンズ２２に接近しているため、撮像される画像は図５（Ｅ）のように、直方体Ｄの上面は下面より大きく移動しているように見える。仮に、上面のＣＣＤ撮像素子２１での位置変化量が3[mm]と測定された場合には、相似形の関係から、4[mm]:2[mm]＝yy:3[mm]となるので、直方体Ｄの上面の端部が基準面Ｋの高さにあると仮定した場合の移動量yy＝6[mm]となる。
なお、基準面Ｋとは、カメラ２０のレンズ２２からの距離Ｆが既知である面を示す。また、距離Ｆは、実画像に対して撮像画像が光学系の光学倍率となる距離、又は、カメラの光学系の焦点距離と一致する距離とすることが望ましい。
例えば、上述のように光学倍率1/2であれば、例えば基準面上で6[mm]の長さのものはＣＣＤの撮像面では3[mm]で像が形成される。
動作制御手段１０の高さ測定では、上述のように測定面（直方体Ｄの上面）とレンズ２２の距離が基準面Ｋと異なる場合に、撮像画像による見かけの移動量が異なる原理を応用する。
【００３５】
例えば、高さを測定したい面の映像的な特徴ある部分がカメラの視野の中央となるように、カメラと測定対象の水平方向の位置関係を調整する（図６）。この例では「映像的な特徴ある部分」を測定対象の上面（測定面Ｊとする）の外縁部としており、当該測定面Ｊの外縁部の左端部をカメラ２０の光軸Ｃに配置した。この時、カメラ２０による撮像画像を図７に示す。
次に、測定対象に対してカメラ２０の位置を例えば右方向に3[mm]移動させた場合の正面図を図８に示し、その撮像画像を図９に示す。なお、ここではレンズ２２から測定対象物が載置される水平な基準面Ｋまでの距離Ｆを30[mm]、測定対象物の高さを5[mm]と仮定する。
仮に、測定面Ｊの高さが基準面Ｋを基準として高さ0[mm]であれば、撮像画像では測定面の左端部の位置が3[mm]に相当する距離だけ左側の位置Ｅ１に位置するはずである。しかし、測定面Ｊは高さが基準面Ｋより高く、カメラ２０と測定面Ｊの距離が小さくなっているので、映像ではＥ２の位置(30×3/25=3.6[mm])に測定面の左端部が撮像される。
なお、カメラ２０により撮像画像において、測定面Ｊの高さ（レンズ２２から測定面Ｊまでの光軸方向の距離）を測定するために、「映像的な特徴ある部分」を撮像画像内で見つけ出さなくてはならないので、画像処理で抽出が可能な「映像的な特徴ある部分」を選択する必要がある。例えば、上記測定面の端部であれば、各画素の輝度値の違いから抽出するエッジ検出等の手法で容易に求めることが可能である。
【００３６】
このように、光学的な倍率が1倍以外の場合は、レンズ２２と測定面Ｊの距離が変化することにより、カメラ２０と測定対象の相対的な移動距離（実移動距離）に対して、撮像画像内での位置変化量に基づく見せかけの移動量は誤差が生じる。この見せかけの移動量はレンズ２２の倍率（画角）やカメラ２０と測定対象の距離、実移動量等から決まるので、予め高さのわかっている面をある距離移動した時の見せかけの移動量を測定しておくか、以下に示す変換式（１）を用いることで測定面の高さを算出することができる。
この時、レンズ２２から基準面Ｋまでの距離をＦ、基準面Ｋから測定面Ｊまでの高さをＨ、測定対象に対するカメラ２０の相対的な水平移動量（実移動距離）をＡ、画像の見かけの移動量（測定対象物の位置変化量に基づく移動距離）をＢとすると、
Ｈ＝Ｆ−（Ａ×Ｆ）／Ｂ …（１）
の関係となる。
ここで、前述の仮定値を代入すると、Ｈ＝30−(3×30)/3.6＝5[mm]となる。従って、変換式を用いる場合には上式（１）により測定面の高さの算出を行うこととなる。
【００３７】
一方、上記変換式を使用しない場合には、カメラ２０から基準面Ｋまでの既知である距離Ｆと実移動距離Ａと撮像画像内での位置変化量に基づく移動距離Ｂと基準面Ｋに対する測定対象物の高さＨとの対応関係により一定に定まる測定対象物の高さＨと撮像画像内での位置変化量に基づく移動距離Ｂとの対応関係を示した変換テーブルを記憶手段としての記憶装置１７に記憶し、高さ測定手段としてのＣＰＵ１１が変換テーブルを参照して、撮像画像内での位置変化量に基づく移動距離Ｂから測定対象物の高さＨを求めるようにしても良い。
上記変換テーブルは、予め、Ｚ軸方向の高さのわかっている面をＸ−Ｙ平面に沿った距離移動した時の見せかけの移動量Ｂを複数の高さについて測定し、高さと見せかけの移動量との対応関係を変換テーブルとして記憶装置１７に記憶する。
具体的には、それぞれ異なる高さであって各高さが既知である複数の治具マークをカメラ２０の視野の範囲において撮像し、冶具マークの相対位置を所定の量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（治具マークとカメラ２０のいずれを移動させても良い）、相対移動の前後でカメラ２０により治具マークを撮像し画像認識して治具マークの位置を検出し、相対位置の移動量（実移動距離）に対する画像認識で得られる画像内での位置変化量に基づいて算出される見せかけの移動量Ｂを求める。これにより、複数の治具における測定結果から、各治具マークの設置してある高さと見せかけの移動量Ｂに対する画像認識の誤差の関係を表す変換テーブルを作成し、記憶装置１７に記憶する。
高さ測定時には、基準面Ｋに対するカメラ２０の高さをＦとし（図４及び図８の状態）、相対位置の移動量をテーブル作成時と同じ水平移動量Ａとして移動前後の二カ所でカメラ２０により測定面Ｊの撮像を行い、移動前後の画像内での位置変化量に基づく移動量を算出し、見せかけの移動量Ｂを算出する。そして、変換テーブルを参照することで誤差量に対応する高さを求めることができる。
このように、動作制御手段１０のＣＰＵ１１は、上記数式（１）又は変換テーブルを用いて測定面Ｊの高さを求めることにより、「高さ測定手段」として機能することとなる。
なお、高さ測定時において、移動前における測定面Ｊの位置は、光軸Ｃの近傍に位置することが望ましいが、移動の前後において視野の範囲内であれば光軸Ｃに位置合わせを行わなくとも、上記変換テーブルで高さを求めることは可能である。
【００３８】
なお、上述までの説明では、直方体Ｄが置かれている水平面を撮像における基準面Ｋとして例示したが、前述したように、基準面Ｋはカメラ２０からの距離が既知である水平面であれば良く、極端に言えば、実在する水平面に限らず、カメラ２０からの距離を任意に定めた仮想的な水平面を基準面Ｋと定義しても良い。
即ち、高さ測定手段として機能するＣＰＵ１１は、任意に定められた撮像手段としてのカメラ２０から撮像における基準面Ｋまでの既知である距離Ｆと、カメラ２０と測定対象物としての測定面Ｊとの実移動距離Ａと、実移動距離Ａの相対移動によりカメラ２０による撮像画像内での測定対象物の位置変化量に基づく移動距離（見せかけの移動量Ｂ）と、基準面Ｋに対する測定対象物の高さＨとの対応関係から、測定対象物の高さを求めても良い。
Ｆが既知且つ任意であることを説明するために、例えば、レンズ２２からの距離がＦ＋αである他の基準面Ｋ‘を任意に定めた場合（αを任意且つ既知の値とする）、基準面Ｋ’から測定面Ｊまでの高さをＨ‘とすると、測定対象に対するカメラ２０の相対的な水平移動量（実移動距離）をＡ、画像の見かけの移動量（測定対象物の位置変化量に基づく移動距離）をＢ’とした場合に、前述した式（１）を適用すると、
Ｈ’＝Ｆ＋α−（Ａ×（Ｆ＋α））／Ｂ’ …（１）’
となる。見かけの移動量Ｂ’は基準面までの距離に比例するのでＢ’＝Ｂ・（Ｆ＋α）/Ｆとなる。つまり、Ｈ’＝Ｆ＋α−Ａ×（Ｆ＋α）・Ｆ/（Ｂ・（Ｆ＋α））となり、さらに、Ｈ’＝Ｆ＋α−Ａ・Ｆ/Ｂとなる。
そして、前述の仮定値を代入すると、
Ｈ’＝30＋α−3×30/3.6＝5＋α[mm]となる。つまり、任意に基準面Ｋ’を定めたとしてもカメラ２０までの距離が既知であれば、当該基準面Ｋ’に対する測定面Ｊの距離を算出することができる。
【００３９】
なお、上記高さ測定について第一のカメラ２０を例に説明したが、第二のカメラ３０は上方に向かって撮像を行う点及びカメラが移動を行わない点以外に違いはなく、撮像時に測定対象物側を移動させる点を除いて上述の手法を全て適用可能である。
【００４０】
（クランプ後の基板の高さ測定）
図３におけるステップＳ４に示した基板Ｓの高さ測定処理について図１０のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第一の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
基板Ｓは基板クランプ機構１０４によりクランプされると、その上面の高さに変化を生じる場合があり、クランプ後に基板Ｓの上面高さの測定が行われる。
基板Ｓには、例えば、予め高さ測定を行う位置を示す位置決めマークが付されており、当該マークの位置を示すＸ−Ｙ座標値が搭載データに定められている。
そして、基板Ｓのクランプ後にヘッド１０６を基板Ｓの位置決めマーク位置に移動し（ステップＳ２１）、当該位置で第一のカメラ２０により位置決めマークを撮像する（ステップＳ２２）。なお、原理説明における「基準面Ｋ」はいずれの高さとなる面を選択しても良いが、カメラ２０から基準面Ｋに対する高さＦの値は予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００４１】
次に、撮像した位置決めマークの画像をテンプレートとして記憶装置に記録する（ステップＳ２３）。次に、カメラ２０を基板Ｓに対してＸ−Ｙ平面に沿って予め定められた所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（ステップＳ２４）、先ほど保存したテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により移動後の画像内での位置決めマークの位置を認識し（ステップＳ２５）、制御した移動量に対する認識で得られた見せかけの移動量Ｂを測定する（ステップＳ２６）。
【００４２】
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから基板上面までの高さＨと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して高さＨを特定する（ステップＳ２７）。この測定した見せかけの移動量Ｂと、予め求めておいた基準面の高さと実移動距離Ａとの関係から基板上面の高さＨを算出することができる。
同様にして複数の基板上面の高さを測定し、測定された高さ情報を部品の搭載制御、例えば、電子部品の基板実装時における吸着ノズルの高さ制御にフィードバックする。
【００４３】
なお、上述の例では、基板Ｓの高さ測定を実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、ＸＹのヘッド１０６の位置情報とカメラのシャッターのタイミングを同期させて、カメラ２０の移動中に静止させることなく画像を撮像しても良い。
【００４４】
（吸着前の電子部品の高さ測定）
図３におけるステップＳ６に示した電子部品の高さ測定処理について図１１のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第二の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
図１２に電子部品フィーダ１０１の紙テープやエンボステープ等のリール上のパッケージにより供給される電子部品Ｄを上方からカメラ２０で撮像した状態を示す。
電子部品Ｄの吸着不良を低減させるために、図１２の電子部品Ｄの吸着すべき位置をティーチングしたり、撮像による画像認識により自動的に吸着位置を算出する方法が一般的に用いられている。既知の方法により予め部品の吸着すべき位置を求めておき、部品上方からカメラ２０により吸着すべき部分（ここでは部品の上面）の画像を撮像する（ステップＳ４１）。なお、原理説明における「基準面Ｋ」はいずれの高さとなる面を選択しても良いが、カメラ２０から基準面Ｋに対する高さＦの値は予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００４５】
吸着すべき電子部品Ｄの寸法は搭載データ中に予め記録されていることが一般的なので、撮像した画像から部品の存在すると思われる部分を周知の探索手法により探索し、当該部品画像をテンプレートとして記憶装置に保存する（ステップＳ４２）。
次に、カメラ２０をＸ−Ｙ平面に沿った所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させる（ステップＳ４３）。なお、電子部品フィーダ１０１のテープ送りにより電子部品を所定の移動量だけ移動させても良い。これにより、カメラ２０と電子部品Ｄの上面２２とを相対的に所定の量Ａだけ移動させる。
【００４６】
そして、先ほど保存した電子部品Ｄのテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により電子部品Ｄの位置を認識し（ステップＳ４４）、その位置変化量から撮像画像による見せかけの移動量Ｂを算出する（ステップＳ４５）。
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから測定面Ｊまでの高さＨと実移動距離Ａと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して高さＨを特定する（ステップＳ４６）。これにより、ヘッド１０６から吸着ノズル１０５により電子部品の吸着を行うための下降量が求められる。
【００４７】
なお、上述の例では、電子部品の高さ測定を実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、吸着位置に到達する前に当該吸着位置よりも実移動距離Ａだけ手前の位置を通過する際にカメラ２０のシャッターのタイミングを同期させて、カメラ２０の移動中に静止させることなく画像を撮像し、さらに、吸着位置でも撮像を行うことで、実移動距離Ａの移動の前後の撮像画像を取得しても良い。
また、カメラ２０から基準面Ｋまでの距離Ｆをカメラ２０の光学系の焦点距離に一致させている場合、所定の移動の前後となるカメラ２０の視野内における電子部品Ｄの各位置は、いずれも光軸位置からずれた位置であっても良いが、視野の外側ほど誤差が大きくなるので、測定した高さ情報から吸着位置にさらに補正をかけることも可能である。なお、かかる補正は、ステップＳ４，Ｓ８，Ｓ１０の高さ測定にも適用しても良い。
また、テンプレートとして記憶する領域をオペレータが指定することで、高さを測定する面を限定し、オペレータの意図した面の高さを測定することもできる。また、かかる領域指定は、ステップＳ４，Ｓ８，Ｓ１０の高さ測定時にも行っても良い。
【００４８】
（電子部品のコプラナリティ検査）
図３におけるステップＳ１０に示した吸着された電子部品の各端子のコプラナリティ検査処理について図１３のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第三の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
かかる電子部品のコプラナリティ検査処理では、吸着ノズル１０５に吸着された電子部品に対して第二のカメラ３０により鉛直下方から撮像を行う。従って、変換テーブルを利用して各端子の高さを検出する場合には、ヘッド１０５側に治具を装着して変換テーブルを作成する必要があるが、その他の点については第一のカメラ２０を利用する場合と同様の原理により高さ測定が行われる。
【００４９】
電子部品は吸着ノズル１０５に吸着されると、吸着ノズル１０５に対する位置ズレ及び角度ズレを求めるために第二のカメラ３０の撮像視野内にヘッド１０６の移動が行われ、電子部品が下方から撮像される。この際に、同時に各端子の高さ計測を行うことでコプラナリティ検査処理を実行する。
即ち、電子部品が吸着されると、実装前に第二のカメラ３０の撮像位置にヘッド１０６を移動し（ステップＳ６１）、当該位置で第二のカメラ３０により電子部品下部全体を撮像する（ステップＳ６２）。なお、この場合、吸着ノズル１０５が予め定められた基準面Ｋに対して前述した既知である高さＦとなるようにＺ軸モータ１１１が制御される。基準面Ｋは水平且つ再現性があれば電子部品実装装置１００のいずれの面を利用しても良いし、高さＦについても一定であれば良いが、高さＦについては予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００５０】
次に、撮像した画像から電子部品の各端子の下端面をそれぞれテンプレートとして記憶装置に記録する（ステップＳ６３）。次に、ヘッド１０６をカメラ３０に対してＸ−Ｙ平面に沿って予め定められた所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（ステップＳ６４）、先ほど保存したテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により移動後の画像内での電子部品の各端子の下端面の位置を認識し（ステップＳ６５）、制御した移動量に対する認識で得られた見せかけの移動量Ｂを各端子ごとに測定する（ステップＳ６６）。
【００５１】
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから各端子の下端面までの高さＨと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する各端子の下端面の高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して各端子の下端面高さＨを特定する（ステップＳ６７）。
そして、電子部品の各端子の下端面の高さのバラツキを求め、当該バラツキが予め定められた閾値の範囲内か否かを判定し（ステップＳ６８）、閾値以内であれば、コプラナリティ検査をパスし、閾値を超える場合には当該電子部品は不良であるとしてエラー処理に移行する。
【００５２】
なお、上述の例では、コプラナリティ検査処理を実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、ＸＹのヘッド１０６の位置情報とカメラのシャッターのタイミングを同期させて、第二のカメラ３０の上方をヘッド１０６が停止することなく移動中に画像を撮像しても良い。
【００５３】
（電子部品の実装後高さ測定）
図３におけるステップＳ１４に示した電子部品の基板実装後の電子部品の高さ測定処理について図１４のフローチャートに基づいて説明する。かかる処理はＣＰＵ１１が第四の高さ測定プログラムにより実行する処理である。
かかる電子部品の実装後高さ測定は、予め実装動作前に実行することが設定された電子部品についてフラグを立て、全電子部品の実装後に、フラグが立てられた電子部品のみについて実行される。
即ち、対象となる電子部品の実装位置にヘッド１０６が移動し（ステップＳ８１）、当該電子部品を第一のカメラ２０で上方から撮像する（ステップＳ８２）。なお、原理説明における「基準面Ｋ」はいずれの高さとなる面を選択しても良いが、カメラ２０から基準面Ｋに対する高さＦの値は予め設定して記憶装置１７に記憶しておく必要がある。
【００５４】
次に、撮像した画像から電子部品をテンプレートとして記憶装置に記録する（ステップＳ８３）。次に、ヘッド１０６を電子部品に対してＸ−Ｙ平面に沿って予め定められた所定の移動量（前述の水平移動量Ａ）だけ移動させ（ステップＳ８４）、先ほど保存したテンプレート画像を用いて、マッチングアルゴリズム等の画像認識手法により移動後の画像内での電子部品の位置を認識し（ステップＳ８５）、制御した移動量に対する認識で得られた見せかけの移動量Ｂを測定する（ステップＳ８６）。
【００５５】
そして、見せかけの移動量Ｂが得られたら、基準面Ｋから電子部品までの高さＨと見せかけの移動量Ｂとの関係式（１）により基準面Ｋに対する電子部品の高さＨを算出する。また予め、変換テーブルを用意している場合には、当該テーブルを参照して電子部品の高さＨを特定する（ステップＳ８７）。
そして、当該電子部品の高さが適正高さの範囲内か否かを判定し（ステップＳ８８）、範囲内であれば、適正高さ検査をパスし、適正範囲外の場合には当該電子部品の実装が不良であるとしてエラー処理に移行する。
【００５６】
なお、上述の例では、実移動距離Ａの移動の前後で静止して撮像する例を示したが、ＸＹのヘッド１０６の位置情報とカメラのシャッターのタイミングを同期させて、電子部品の上方をヘッド１０６が停止することなく移動中に画像を撮像しても良い。
【００５７】
（発明の実施形態の効果）
以上のように、電子部品実装装置１００では、カメラ２０又は３０と高さ測定の対象となる電子部品又は基板とを水平方向に相対移動させて得られる見せかけの移動量Ｂと実移動距離Ａと基準面Ｋに対するカメラ２０，３０の高さＦと測定対象物の基準面に対する高さＨとが一定の関係が成立することに着目し、数式（１）又は変換テーブルに従って測定対象物の高さを計測している。
これにより、電子部品実装装置１００において、高さ変位計を不要とすることが可能となり、装置の部品点数を低減し、装置の製造コストの低減を図ることが可能となる。さらに、高さ変位計を用いないで各カメラ２０，３０の撮像により測定対象物の高さを求めることができるので、測定する面の光沢や反射などの表面状態によらず、安定して高さ測定を行うことが可能となる。
【００５８】
また、測定対象物として吸着前の電子部品の高さを求めることにより、ヘッド１０６の吸着ノズル１０５が電子部品を保持する際に正確な高さを取得することができるので、安定した電子部品の保持を行うことが可能となる。
また、測定対象物として基板に実装後の電子部品の高さを求めることにより、電子部品の搭載不良を発見することができるので、これにより、不良基板を除いたり、或いは搭載のリトライを行うことができ、信頼性の高い電子部品実装を行うことが可能となる。
さらに、測定対象物としてクランプ位置でクランプされた基板Ｓの上面の高さを求めることにより、ヘッド１０６の吸着ノズル１０５が電子部品を搭載する際に正確な基板高さを取得することができるので、安定した電子部品の搭載を行うことが可能となる。
またさらに、測定対象物としてヘッド１０６の吸着ノズル１０５に吸着保持された電子部品の複数の端子の高さを求めることにより、電子部品のコプラナリティ検査を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 動作制御手段（制御手段）
１１ ＣＰＵ（高さ測定手段）
２０ 第一のカメラ（撮像手段）
３０ 第二のカメラ（撮像手段）
１００ 電子部品実装装置
１０１ 電子部品フィーダ（部品供給部）
１０２ フィーダバンク（部品供給部）
１０４ 基板クランプ機構
１０５ 吸着ノズル
１０６ ヘッド
１０７ Ｘ−Ｙガントリ（移動機構）
Ａ 実移動距離
Ｂ 見かけの移動量（測定対象物の位置変化量に基づく移動距離）
Ｄ 電子部品
Ｆ カメラのレンズから基準面までの距離
Ｈ 基準面から測定面までの高さ
Ｊ 測定面
Ｋ 基準面
Ｓ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に向けて撮像を行う撮像手段と、
吸着ノズルにより供給位置に供給され基板に塔載する電子部品を保持するヘッドと、
前記ヘッドを水平方向に沿って移動させる移動機構と、
前記撮像手段と前記移動機構の動作制御を行う動作制御手段とを備える電子部品実装装置において、
前記撮像手段と電子部品実装装置内の測定対象物の基準面との距離と、前記撮像手段と前記測定対象物との水平方向における実際の相対的な移動距離である実移動距離と、前記実移動距離の相対移動により前記撮像手段による撮像画像内での前記測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、前記測定対象物の高さとの対応関係から、前記測定対象物の高さを求める高さ測定手段を備えることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、
前記高さ測定手段は、前記ヘッドに対する供給位置にある電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項３】
前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、
前記高さ測定手段は、基板に搭載後の電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項４】
前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、
前記高さ測定手段は、クランプ位置でクランプされた基板の上面を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該基板上面の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項５】
前記撮像手段は鉛直上方に撮像方向を向けて装置の支持フレームに保持されており、
前記高さ測定手段は、前記ヘッドに保持された電子部品の複数の端子を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、前記各端子先端部の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項１】
鉛直方向に向けて撮像を行う撮像手段と、
吸着ノズルにより供給位置に供給され基板に塔載する電子部品を保持するヘッドと、
前記ヘッドを水平方向に沿って移動させる移動機構と、
前記撮像手段と前記移動機構の動作制御を行う動作制御手段とを備える電子部品実装装置において、
前記撮像手段と電子部品実装装置内の測定対象物の基準面との距離と、前記撮像手段と前記測定対象物との水平方向における実際の相対的な移動距離である実移動距離と、前記実移動距離の相対移動により前記撮像手段による撮像画像内での前記測定対象物の位置変化量に基づく移動距離と、前記測定対象物の高さとの対応関係から、前記測定対象物の高さを求める高さ測定手段を備えることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、
前記高さ測定手段は、前記ヘッドに対する供給位置にある電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項３】
前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、
前記高さ測定手段は、基板に搭載後の電子部品を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該電子部品の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項４】
前記撮像手段は鉛直下方に撮像方向を向けて前記ヘッドに保持されており、
前記高さ測定手段は、クランプ位置でクランプされた基板の上面を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、当該基板上面の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項５】
前記撮像手段は鉛直上方に撮像方向を向けて装置の支持フレームに保持されており、
前記高さ測定手段は、前記ヘッドに保持された電子部品の複数の端子を前記測定対象物として前記撮像手段により撮像し、前記各端子先端部の高さを求めることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−６６０４１（Ｐ２０１１−６６０４１Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２８４４（Ｐ２００９−２１２８４４）
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
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