JP2022107194A - 撮像装置及び基板作業装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、光軸が傾いている撮像部の角度及び位置の少なくとも一方を短時間に検出できる技術を開示する。
光軸が傾いている撮像部は角度や位置が本来の角度や位置からずれることがある。例えば撮像部によって撮像対象物の位置や高さを検出する場合、撮像部の角度や位置がずれていると撮像対象物の位置や高さの検出精度が低下する。撮像部の角度や位置を検出すると、撮像対象物の検出した位置や高さを撮像部の角度や位置に応じて補正することにより、撮像対象物の位置や高さの検出精度が低下することを抑制できる。
円形のマークは形状がシンプルであるので、平坦面上に形成するのが容易であるという利点もある。
上記の基板作業装置によると、基板作業装置が備える撮像装置の撮像部の角度及び位置の少なくとも一方を短時間に検出できる。
このため、表面実装機は光軸が傾いている撮像部によって部品を撮像して部品の位置や高さを検出し、検出した位置に応じて実装ヘッドの位置を調整する、あるいは検出した高さに応じて実装ヘッドの下降量を調整する。しかしながら、撮像部の角度や位置がずれると部品の位置や高さの検出精度が低下し、部品の保持の失敗や部品の破損を十分に抑制できない可能性がある。
上記の基板作業装置によると、検出した部品の位置や高さを撮像部の角度や位置に応じて補正することにより、実装ヘッドの位置や下降量を適切に調整できる。このため部品の保持の失敗や部品の破損を抑制できる。
実施形態1を図1ないし図10に基づいて説明する。以降の説明では図2に示す左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、図3に示す上下方向をZ軸方向という。また、以降の説明では図2に示す右側を上流側、左側を下流側という。また、以降の説明では同一の構成要素には一部を除いて図面の符号を省略している場合がある。
図1を参照して、基板に部品を実装する生産ライン1について説明する。生産ライン1はローダー10、スクリーン印刷機11、印刷検査機12、ディスペンサ13、複数台の表面実装機14、実装後外観検査機15、リフロー装置16、硬化後外観検査機17、アンローダー18などを備えており、これらが複数のコンベア19を介して直列に並んでいる。
図2を参照して、表面実装機14の構成について説明する。表面実装機14はスクリーン印刷機11によって回路が印刷された基板Pに電子部品などの部品Eを実装する装置である。表面実装機14は基台30、搬送コンベア31、図示しないバックアップ装置、4つのテープ部品供給装置32、ロータリーヘッド33、ヘッド移動部34、2つの部品撮像カメラ35、2つの基板撮像カメラ36(撮像部の一例)、検出用部材37(平坦面を有する部材の一例)、後述する制御部50(図5参照)、操作部51(図5参照)などを備えている。検出用部材37、基板撮像カメラ36及び制御部50は実施形態1に係る撮像装置を構成している。
搬送コンベア31は基板PをX軸方向の上流側から作業位置Aに搬入し、作業位置Aで部品Eが実装された基板Pを下流側に搬出する。搬送コンベア31は基板Pを上流側に搬送することも可能である。搬送コンベア31はX軸方向に循環駆動する一対のコンベアベルト31A及び31B、それらのコンベアベルトを駆動するコンベア駆動モータ63(図5参照)などを備えている。後側のコンベアベルト31Aは前後方向に移動可能であり、基板Pの幅に応じて2つのコンベアベルト31Aと31Bとの間隔を調整できる。
テープ部品供給装置32は搬送コンベア31のY軸方向の両側においてX軸方向に並んで2箇所ずつ、計4箇所に配されている。これらのテープ部品供給装置32には複数のフィーダ32AがX軸方向に横並び状に整列して取り付けられている。各フィーダ32Aは所謂テープフィーダであり、複数の部品Eが収容された部品テープ70(図6参照)が巻回されたリール、及び、リールから部品テープ70を引き出す電動式のテープ送出装置等を備えており、搬送コンベア31側の端部に設けられた部品供給位置から部品Eを一つずつ供給する。
ここでは部品供給装置としてテープ部品供給装置32を例に説明するが、部品供給装置は部品が載置されているトレイを供給する所謂トレイフィーダであってもよいし、半導体ウェハを供給するものであってもよい。
図3に示すように、ロータリーヘッド33はヘッド本体部33C、回転体33A、複数の実装ヘッド33B、図示しない2つのZ軸駆動装置、N軸サーボモータ61(図5参照)、R軸サーボモータ62(図5参照)などを備えている。ロータリーヘッド33は耐屈曲ケーブル33F(所謂フレキシブルケーブル)を介して制御部50と接続されている。
複数の実装ヘッド33Bは回転体33Aの回転軸線を中心とする円周上に等間隔に配されている。実装ヘッド33Bはノズルシャフト33Dと、ノズルシャフト33Dの下端部に着脱可能に取り付けられている吸着ノズル33Eとを有している。吸着ノズル33Eにはノズルシャフト33Dを介して図示しない空気供給装置から負圧及び正圧が供給される。吸着ノズル33Eは負圧が供給されることによって部品Eを吸着し、正圧が供給されることによってその部品Eを解放する。
N軸サーボモータ61は回転体33Aを鉛直線周りに回転駆動するモータである。R軸サーボモータ62は各実装ヘッド33Bをその実装ヘッド33Bの軸線周りに一斉に自転させるモータである。
図3に示すように、基板撮像カメラ36はそれぞれステレオカメラであり、撮像対象物(基板Pや部品E)を斜め上方向から撮像する第1カメラ40と第2カメラ41とを有している。第1カメラ40は第2カメラ41よりも基板Pの板面とカメラの光軸とがなす角度が大きい。
第1カメラ40及び第2カメラ41は、複数の受光素子が二次元配列されたエリアセンサ44、撮像対象物を照明するLEDなどの光源45、光源45から出射されて撮像対象物によって反射された光をエリアセンサ44の受光面に結像させる図示しない光学系、A/Dコンバータ46などを有している。A/Dコンバータ46は各受光素子に蓄積された電荷に応じた電圧を例えば0(黒)~255(白)のデジタルデータ(以下、画像データという)に変換してFPGA42に出力する。FPGA42は出力された画像データを、通信部43を介して後述する画像処理部55(図5参照)に送信する。
図5に示すように、表面実装機14は制御部50及び操作部51を備えている。制御部50は演算処理部52、モータ制御部53、記憶部54、画像処理部55、外部入出力部56、フィーダ通信部57などを備えている。
モータ制御部53は演算処理部52の制御の下でX軸サーボモータ58、Y軸サーボモータ59、Z軸リニアモータ60、N軸サーボモータ61、R軸サーボモータ62、コンベア駆動モータ63などの各モータの運転、停止及び回転速度を制御する。
外部入出力部56はいわゆるインターフェースであり、表面実装機14の本体に設けられている各種センサ類66から出力される検出信号が取り込まれるように構成されている。また、外部入出力部56は演算処理部52から出力される制御信号に基づいて各種アクチュエータ類67(図示しない空気供給装置、バックアップ装置を含む)に対する動作制御を行うように構成されている。
操作部51は液晶ディスプレイなどの表示部と、タッチパネルやキーボードなどの入力部とを備えている。作業者は操作部51を操作して表面実装機14に対する各種の設定や動作の指示などを行うことができる。
図6はフィーダ32Aの部品供給位置周辺を概略的に示している。図6に示すように、部品テープ70は複数の収容凹部71が長手方向に等間隔に設けられているキャリアテープ72、各収容凹部71に収容されている部品E、及び、キャリアテープ72の上面に貼り付けられている剥離テープ73を有している。部品テープ70にはフィーダ32Aに設けられているスプロケットの歯が挿入される図示しない送り穴が長手方向に沿って等間隔で設けられており、スプロケットが回転することによって部品テープ70が送られる。
制御部50は、実装ヘッド33Bを下降させて部品Eを吸着するとき、基板撮像カメラ36によって部品Eを斜め上方から撮像して部品Eの位置や高さを検出する。制御部50は検出した位置に応じて実装ヘッド33Bの位置を調整するとともに、検出した高さに応じて実装ヘッド33Bの下降量を調整する。
図7A及び図7Bを参照して、第1カメラ40や第2カメラ41の角度ずれ及び位置ずれについて説明する。ここでは第1カメラ40を例に説明する。図7Aにおいてθ0は第1カメラ40の本来の角度(角度ずれが生じていないときの角度)であり、θは角度ずれが生じているときの角度である。図7Bにおいて座標(a0、b0)はヘッド本体部33Cに対する第1カメラ40の本来の位置(位置ずれが生じていないときの位置)であり、座標(a、b)は位置ずれが生じたときの位置である。
基準位置P0の位置は、第1の位置P1と第2の位置P2とを結ぶ直線と、第3の位置P3と第4の位置P4とを結ぶ直線との交点によって示される。
また、マーク80は基準位置P0から第3の位置P3までのY方向の実際の距離、及び、基準位置P0から第4の位置P4までのY方向の実際の距離がいずれも距離cであるとする。すなわち、マーク80は基準位置P0から第3の位置P3までのY方向の実際の距離と、基準位置P0から第4の位置P4までのY方向の実際の距離とが等しい。
また、以降の説明では基準位置P0を原点とするXYZ座標系を用いて説明する。XYZ座標系の原点は必ずしも基準位置P0でなくてもよい。
図9Bに示す画像101は、第1カメラ40の角度あるいは位置がずれている場合に撮像されたマーク80の画像である。第1カメラ40の角度あるいは位置がずれている場合は画像101上でマーク80の位置がずれるとともに、角度や位置がずれていない場合に比べてマーク80の歪み具合が異なる。マーク80の形状が+形状である場合、マーク80が歪んでいても画像101上で第1の位置P1、第2の位置P2、第3の位置P3及び第4の位置P4を特定可能である。このため、マーク80が歪んでいても基準位置P0を特定可能である。
Δθ=θ0-θ ・・・ 式12
(Δx,Δz)=(a0-a,b0-b) ・・・ 式13
実施形態1に係る撮像装置(検出用部材37、基板撮像カメラ36及び制御部50)によると、第1カメラ40や第2カメラ41の角度を検出する場合であっても、位置を検出する場合であっても、あるいはその両方を検出する場合であっても、1回の撮像で検出できる。このため実施形態1に係る撮像装置によると、光軸が傾いている基板撮像カメラ36の角度及び位置の少なくとも一方を短時間に検出できる。
図11Aに示すように、実施形態2に係るマーク110は円形である。マーク110において最も左側(X方向マイナス側)の点が第1の位置P1、最も右側(X方向プラス側)の点が第2の位置P2、最も下側(Y方向マイナス側)の点が第3の位置P3、最も上側(Y方向プラス側)の点が第4の位置P4である。基準位置P0はマーク110の中心点である。マーク110の中心点は第1の位置P1と第2の位置P2とを通る直線と、第3の位置P3と第4の位置P4とを通る直線との交点である。
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。
例えばねじれとして基板撮像カメラ36のY方向の位置を検出する場合は、実施形態1で説明した+形状のマークや実施形態2で説明した円形のマークを用いると、第3の位置P3及び第4の位置P4を検出できる。このため、基準位置P0から第3の位置P3までのY方向の距離と、基準位置P0から第4の位置P4までのY方向の距離とに基づいてY方向の位置を検出してもよい。
また、上記実施形態1及び2では基準位置P0から第1の位置P1までのX方向の実際の距離、及び、基準位置P0から第3の位置P3までのY方向の実際の距離がいずれもcである場合を例に説明した。しかしながら、これらの距離は予め分かっていればよく、第1の位置P1までのX方向の実際の距離と基準位置P0から第3の位置P3までのY方向の実際の距離とは異なっていてもよい。
37:検出用部材(部材の一例)
80:マーク
101:画像
110:マーク
111:画像
120:マーク
131:マーク
132:マーク
L1:第1の直線
L2:第2の直線
L3:第3の直線
L4:第4の直線
P0:基準位置
P1:第1の位置
P2:第2の位置
P:基板
Claims (7)
- 平坦面を有する部材と、
前記平坦面に対して光軸が傾いている撮像部と、
前記平坦面に形成されているマークであって、前記撮像部の光軸を前記平坦面に垂直に投影した方向をX方向と定義した場合に、前記X方向における前記平坦面上の基準位置、前記基準位置を基準に前記X方向の一方の側の第1の位置、及び、他方の側の第2の位置を特定可能なマークと、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記撮像部によって前記マークを撮像して画像を生成する撮像処理と、
前記画像上で前記マークに基づいて前記X方向における前記基準位置、前記第1の位置及び前記第2の位置を特定し、前記画像上における前記基準位置から前記第1の位置までの前記X方向の距離と、前記画像上における前記基準位置から前記第2の位置までの前記X方向の距離とに基づいて前記撮像部の角度及び位置の少なくとも一方を検出する検出処理と、
を実行する、撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置であって、
前記画像上における前記基準位置と前記第1の位置との前記X方向の距離をF、前記基準位置と前記第2の位置との前記X方向の距離をGと定義し、
前記平坦面に垂直な仮想平面であって前記光軸を含む仮想平面上の座標系において、前記撮像部の位置を示す座標を(a,b)、前記基準位置を通る第1の直線L1であって前記撮像部の座標(a,b)と前記基準位置とを通る第2の直線L2と直交する第1の直線L1上において前記基準位置から前記距離Fだけ離間した点を点A、前記第1の直線L1上において前記基準位置から前記点Aとは逆側に前記距離Gだけ離間した点を点Bと定義した場合に、
前記制御部は、前記検出処理において、
前記第1の直線L1と、前記点Aと前記撮像部の座標(a,b)とを通る第3の直線L3との交点の座標を前記点Aの座標として求める処理と、
前記第1の直線L1と、前記点Bと前記撮像部の座標(a,b)とを通る第4の直線L4との交点の座標を前記点Bの座標として求める処理と、
前記点Aの座標、前記点Bの座標、前記距離F及び前記距離Gに基づいて前記撮像部の座標(a,b)を求める処理と、
を実行する、撮像装置。 - 請求項2に記載の撮像装置であって、
前記制御部は、前記検出処理において、前記撮像部の座標(a,b)に基づいて前記撮像部の角度を求める処理を実行する、撮像装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像装置であって、
前記マークは前記X方向に延びる棒状部分と、前記X方向に直交するY方向に延びる棒状部分とが直交する形状である、撮像装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の撮像装置であって、
前記マークは円形である、撮像装置。 - 基板に対する作業を行う基板作業装置であって、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像装置を備える基板作業装置。
- 請求項6に記載の基板作業装置であって、
当該基板作業装置は、基板に部品を実装する表面実装機である、基板作業装置。
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JP2021001981A JP7585051B2 (ja) | 2021-01-08 | 撮像装置及び基板作業装置 |
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Publications (2)
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JP7585051B2 JP7585051B2 (ja) | 2024-11-18 |
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