WO2026009322A1 - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

本開示の部品実装装置１００は、部品Ｅが実装される基板Ｐに対して水平方向及び上下方向に移動可能に設けられ、基板Ｐの装着位置に部品Ｅを装着するヘッドと、ヘッドに固定され、水平面に対して傾き角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した方向から撮像可能な単眼の斜めカメラ８と、斜めカメラ８によって撮像された斜め画像に基づいて装着位置の基板Ｐの高さ情報を取得し、取得された高さ情報に基づいてヘッドの目標下降位置を補正する制御部と、を備え、斜め画像は、部品装着前の基板Ｐを撮像した装着前画像と、部品装着後の基板Ｐを撮像した装着後画像と、を含み、制御部は、装着前画像と装着後画像の差分画像を取得し、取得された差分画像における部品Ｅの位置と基準位置との変位量を用いて高さ情報を算出する。

Description

部品実装装置

　本開示は、部品実装装置に関する。

　近年の表面実装機においては、部品小型化などによる信頼性向上が要求され、ヘッド上などに吸装着点を撮像可能な撮像装置を配置する場合がある。例えば、特開２００８－１０３４２６号公報（下記特許文献１）に記載の表面実装機は、吸着搭載ヘッドに配置された撮像装置を備えている。吸着搭載ヘッドは、ヘッド本体と、吸着ノズルと、ブラケットと、を有している。撮像装置は、ブラケットを介してヘッド本体と連結されている。撮像装置は、いわゆる斜めカメラであり、部品の吸着及び装着を行う吸着ノズルを回避して斜めに配置されている。

　また、部品小型化に伴い部品にかかる応力、衝撃を低減するため、基板の反り状態、高さを計測して目標下降位置を補正する試みも行われている。上記した斜めカメラを備えつつ、目標下降位置を補正する試みとして、例えば、特許第６５３４４４７号公報（下記特許文献２）に記載の部品実装装置が知られている。

特開２００８－１０３４２６号公報 特許第６５３４４４７号公報

　特許文献２の部品実装装置は、画像撮像と高さ計測をタクトロスなく高速に実現できるが、ステレオカメラをヘッド上に設ける必要があり、装置の複雑化や重量、コストなどの面で課題があった。

　本開示の部品実装装置は、部品が実装される基板に対して水平方向及び上下方向に移動可能に設けられ、前記基板の装着位置に前記部品を装着するヘッドと、前記ヘッドに固定され、水平面に対して傾き角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した方向から撮像可能な単眼の斜めカメラと、前記斜めカメラによって撮像された斜め画像に基づいて前記装着位置の前記基板の高さ情報を取得し、取得された前記高さ情報に基づいて前記ヘッドの目標下降位置を補正する制御部と、を備え、前記斜め画像は、部品装着前の前記基板を撮像した装着前画像と、部品装着後の前記基板を撮像した装着後画像と、を含み、前記制御部は、前記装着前画像と前記装着後画像の差分画像を取得し、取得された前記差分画像における前記部品の位置と基準位置との変位量を用いて前記高さ情報を算出する、部品実装装置である。

　本開示によれば、安価でシンプルな単眼の斜めカメラだけを用いて基板の高さ情報を算出できる。

図１は、実施形態１の部品実装装置の全体構成を示す図である。 図２は、実施形態１の部品実装装置の制御的な構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態１の斜めカメラによって実装位置を撮像する様子を示す図である。 図４は、実施形態１の部品実装装置の実装ヘッドの動作を示す図である。 図５（Ａ）は、実施形態１の部品実装装置の撮像ポイントを説明するための図であり、図５（Ｂ）は、装着前画像であり、図５（Ｃ）は、装着後画像である。 図６は、差分画像を示す図である。 図７は、部品下面の中心位置を示す斜視図である。 図８（Ａ）は、斜めカメラで部品を撮像する様子を示す側面図であり、図８（Ｂ）は、斜めカメラで撮像した部品の斜め画像である。 図９は、高さ情報の算出を説明するための図である。 図１０（Ａ）は、差分画像における部品の位置と基準位置との変位量ΔＹを示す図であり、図１０（Ｂ）は、高さ情報の算出を説明するための図である。 図１１は、装着治具のマークを斜めカメラで撮像する様子を示す図である。 図１２は、吸着治具の穴を斜めカメラで撮像する様子を示す図である。 図１３は、高さマップに基づいて目標下降位置を補正する様子を示す図である。 図１４（Ａ）は、実施形態１の部品テープに保持された複数の部品を示す図であり、図１４（Ｂ）は、吸着前画像であり、図１４（Ｃ）は、吸着後画像である。 図１５は、吸着動作を説明するためのフローチャートである。 図１６は、装着動作を説明するためのフローチャートである。 図１７は、実施形態２のマッチング処理を説明するための図である。 図１８は、ノイズ除去の方法を説明するためのフローチャートである。 図１９は、実施形態３の吸着ずれの有無を示す図である。 図２０は、吸着ずれの有無による斜め画像の違いを示す図である。 図２１は、吸着ずれの有無による差分画像の違いを示す図である。

［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

　［１］本開示の部品実装装置は、部品が実装される基板に対して水平方向及び上下方向に移動可能に設けられ、前記基板の装着位置に前記部品を装着するヘッドと、前記ヘッドに固定され、水平面に対して傾き角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した方向から撮像可能な単眼の斜めカメラと、前記斜めカメラによって撮像された斜め画像に基づいて前記装着位置の前記基板の高さ情報を取得し、取得された前記高さ情報に基づいて前記ヘッドの目標下降位置を補正する制御部と、を備え、前記斜め画像は、部品装着前の前記基板を撮像した装着前画像と、部品装着後の前記基板を撮像した装着後画像と、を含み、前記制御部は、前記装着前画像と前記装着後画像の差分画像を取得し、取得された前記差分画像における前記部品の位置と基準位置との変位量を用いて前記高さ情報を算出する。

　このような構成によると、単眼の斜めカメラで部品装着前に撮像された装着前画像と、同じ単眼の斜めカメラで部品装着後に撮像された装着後画像との差分画像に基づいて高さ情報を算出するようにしたから、安価でシンプルな単眼の斜めカメラだけを用いて基板の高さ情報を算出できる。

　［２］本開示の部品実装装置は、部品が収容された部品テープに対して水平方向及び上下方向に移動可能に設けられ、前記部品テープの吸着位置において前記部品を吸着するヘッドと、前記ヘッドに固定され、水平面に対して傾き角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した方向から撮像可能な単眼の斜めカメラと、前記斜めカメラによって撮像された斜め画像に基づいて前記吸着位置の高さ情報を取得し、取得された前記高さ情報に基づいて前記ヘッドの目標下降位置を補正する制御部と、を備え、前記斜め画像は、部品吸着前の前記部品テープを撮像した吸着前画像と、部品吸着後の前記部品テープを撮像した吸着後画像と、を含み、前記制御部は、前記吸着前画像と前記吸着後画像の差分画像を取得し、取得された前記差分画像における前記部品の位置と基準位置との変位量を用いて前記高さ情報を算出する。

　このような構成によると、単眼の斜めカメラで部品吸着前に撮像された吸着前画像と、同じ斜めカメラで部品吸着後に撮像された吸着後画像との差分画像に基づいて高さ情報を算出するようにしたから、安価でシンプルな単眼の斜めカメラだけを用いて基板の高さ情報を算出できる。

　［３］上記［１］または［２］において、前記制御部は、前記差分画像における前記部品の位置と前記基準位置とのオフセット量である差分画素数（ｐｉｘ）を算出し、以下の計算式により前記高さ情報としての高さ変動量（μｍ）を算出することが好ましい。
計算式：高さ変動量（μｍ）＝（前記差分画素数（ｐｉｘ）＊解像度（μｍ／ｐｉｘ））／ｃｏｓ（前記傾き角度θ）
　このような構成によると、差分画像における差分画素数から高さ変動量（μｍ）を算出できる。

　［４］上記［１］から［３］のいずれか１つにおいて、前記基準位置は、基準点を有する治具が基準高さにある場合に、前記基準点を前記斜めカメラによって撮像した斜め画像上の前記基準点の位置であることが好ましい。

　このような構成によると、部品吸着時または部品装着時における部品の位置に基準点が位置するとした場合の斜め画像では基準点の位置が基準高さとなる。部品が映った差分画像と基準点が映った斜め画像とに基づいて、基準点の位置から部品の位置までの変動量を計測することで高さ情報を算出できる。

　［５］上記［１］から［４］のいずれか１つにおいて、前記制御部は、前記差分画像において、前記部品の面積が面積閾値を超えている部分がある場合、または前記部品の位置が距離閾値を超えている部分がある場合には、前記超えている部分をノイズと判断し、前記超えている部分を前記差分画像から除去することが好ましい。

　このような構成によると、差分画像からノイズを除去することでロバスト性の高い高さ情報を算出できる。

　［６］上記［１］において、前記制御部は、前記装着前画像を基準とした前記装着後画像の位置ずれ量を算出し、前記装着前画像と前記位置ずれ量を補正した後の前記装着後画像とを用いて前記差分画像を取得することが好ましい。

　このような構成によると、高精度な差分画像を取得できる。

　［７］上記［２］において、前記制御部は、前記吸着前画像を基準として前記吸着後画像の位置ずれ量を算出し、前記吸着前画像と前記位置ずれ量を補正した後の前記吸着後画像とを用いて前記差分画像を取得することが好ましい。

　このような構成によると、高精度な差分画像を取得できる。

　［８］上記［１］から［７］のいずれかにおいて、前記ヘッドに吸着された前記部品を撮像して認識する部品認識カメラを備え、前記制御部は、前記部品認識カメラによって撮像された画像に基づいて前記部品の吸着ずれによるずれ量を算出し、前記装着前画像と前記ずれ量を補正した後の前記装着後画像とを用いて前記差分画像を取得することが好ましい。

　このような構成によると、吸着ずれによるずれ量を用いることで吸着ずれによる誤差を補正し、より高精度な計測を行うことができる。

［本開示の実施形態の詳細］
　以下に、本開示の実施形態について説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、複数の同一部材については、一部の部材にのみ符号を付し、他の部材の符号を省略する場合がある。

　［実施形態１］
　（部品実装装置の構成）
　図１から図１５を参照して、本開示の実施形態１による部品実装装置１００の構成について説明する。なお、以下においては装着の場合を主に例示しているが、吸着の場合についても同様であるため、吸着の場合には、装着を吸着に読み替えるものとする。

　部品実装装置１００は、図１に示すように、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ、及び抵抗などの電子部品（以下「部品Ｅ」という）を、プリント基板などの基板Ｐに実装する装置である。

　また、部品実装装置１００は、基台１と、搬送部２と、ヘッドユニット３と、支持部４と、レール部５と、部品認識カメラ６と、基板認識カメラ７と、単眼の斜めカメラ８と、制御装置９（図２参照）と、を備えている。なお、制御装置９は、請求の範囲の「制御部」の一例である。

　基台１のＹ方向の両側（Ｙ１側及びＹ２側）の端部には、複数のテープフィーダ１１を配置するためのフィーダ配置部１２がそれぞれ設けられている。

　テープフィーダ１１は、複数の部品Ｅを所定の間隔を隔てて保持した部品テープ１３（図１４（Ａ）参照）が巻回されたリール（図示せず）を保持している。テープフィーダ１１は、リールを回転させて部品Ｅを保持する部品テープ１３を送出することにより、テープフィーダ１１の先端から部品Ｅを供給するように構成されている。

　各テープフィーダ１１は、フィーダ配置部１２に設けられた図示しないコネクタを介して制御装置９に電気的に接続された状態で、フィーダ配置部１２に配置されている。これにより、各テープフィーダ１１は、制御装置９からの制御信号に基づいて、リールから部品テープ１３を送出するとともに、部品Ｅを供給するように構成されている。この際、各テープフィーダ１１は、ヘッドユニット３の実装動作に応じて、部品Ｅを供給するように構成されている。

　搬送部２は、一対のコンベア２ａを有している。搬送部２は、一対のコンベア２ａによって、基板Ｐを水平方向（Ｘ方向）に搬送する機能を有している。具体的には、搬送部２は、上流側（Ｘ１側）の図示しない搬送路から実装前の基板Ｐを搬入するとともに、搬入された基板Ｐを実装作業位置Ｍまで搬送し、下流側（Ｘ２側）の図示しない搬送路に実装が完了した基板Ｐを搬出する機能を有している。また、搬送部２は、クランプ機構などの基板固定機構により、実装作業位置Ｍで停止させた基板Ｐを保持して固定するように構成されている。

　搬送部２の一対のコンベア２ａは、基板Ｐを下方から支持しながら、水平方向（Ｘ方向）に基板Ｐを搬送することが可能に構成されている。また、一対のコンベア２ａは、Ｙ方向の間隔を調整可能に構成されている。これにより、搬入される基板Ｐの大きさに応じて、一対のコンベア２ａのＹ方向の間隔を調整することが可能である。

　ヘッドユニット３は、実装作業位置Ｍにおいて固定された基板Ｐの実装位置Ｐａ（図３参照）に部品Ｅを実装するように構成されている。ヘッドユニット３は、ボールナット３１と、５本の実装ヘッド３２と、５本の実装ヘッド３２にそれぞれ設けられた５つのＺ軸モータ３３（図２参照）と、５本の実装ヘッド３２にそれぞれ設けられた５つのＲ軸モータ３４（図２ 参照）と、を含んでいる。

　５本の実装ヘッド３２は、ヘッドユニット３の下面側にＸ方向に沿って一列に配置されている。５本の実装ヘッド３２の各々の先端には、それぞれ、ノズル３２ａ（図３参照）が取り付けられている。実装ヘッド３２は、図示しない負圧発生機によりノズル３２ａの先端部に発生された負圧によって、テープフィーダ１１から供給される部品Ｅを吸着して保持することが可能に構成されている。

　また、実装ヘッド３２は、上下方向（Ｚ方向）に昇降可能に構成されている。具体的には、実装ヘッド３２は、部品Ｅの吸着や装着（実装）などを行う際の下降した状態の位置と、部品Ｅの搬送や撮像などを行う際の上昇した状態の位置との間で昇降可能に構成されている。また、ヘッドユニット３では、５本の実装ヘッド３２は、実装ヘッド３２毎に設けられたＺ軸モータ３３により実装ヘッド３２毎に昇降可能に構成されている。また、５本の実装ヘッド３２は、実装ヘッド３２毎に設けられたＲ軸モータ３４により実装ヘッド３２毎にノズル３２ａの中心軸回り（Ｚ方向に延びる軸回り）に回転可能に構成されている。

　また、ヘッドユニット３は、支持部４に沿ってＸ方向に移動可能に構成されている。具体的には、支持部４は、ボールネジ軸４１と、ボールネジ軸４１を回転させるＸ軸モータ４２と、Ｘ方向に延びる図示しないガイドレールと、を含んでいる。ヘッドユニット３は、Ｘ軸モータ４２によりボールネジ軸４１が回転されることにより、ボールネジ軸４１が係合（螺合）されるボールナット３１とともに、支持部４に沿ってＸ方向に移動可能に構成されている。

　また、支持部４は、基台１上に固定された一対のレール部５に沿ってＸ方向と直交するＹ方向に移動可能に構成されている。具体的には、レール部５は、支持部４のＸ方向の両端部をＹ方向に移動可能に支持する一対のガイドレール５１と、Ｙ方向に延びるボールネジ軸５２と、ボールネジ軸５２を回転させるＹ軸モータ５３と、を含んでいる。また、支持部４には、ボールネジ軸５２が係合（螺合）されるボールナット４３が設けられている。支持部４は、Ｙ軸モータ５３によりボールネジ軸５２が回転されることにより、ボールネジ軸５２が係合（螺合）されるボールナット４３とともに、一対のレール部５に沿ってＹ方向に移動可能に構成されている。

　このような構成により、ヘッドユニット３は、基台１上を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能に構成されている。これにより、ヘッドユニット３は、例えばテープフィーダ１１の上方に移動して、テープフィーダ１１から供給される部品Ｅを吸着することが可能である。また、ヘッドユニット３は、例えば実装作業位置Ｍにおいて固定された基板Ｐの上方に移動して、吸着された部品Ｅを基板Ｐに実装することが可能である。

　部品認識カメラ６は、部品Ｅの実装に先立って部品Ｅの吸着状態を認識するために、実装ヘッド３２に吸着された部品Ｅを撮像するように構成されている。部品認識カメラ６は、基台１の上面上に固定されており、実装ヘッド３２に吸着された部品Ｅを、部品Ｅの下方（Ｚ２方向）から撮像するように構成されている。この撮像結果は、制御装置９により取得される。これにより、吸着された部品Ｅの撮像結果に基づいて、部品Ｅの吸着状態（回転姿勢、実装ヘッド３２に対する吸着位置）、及び吸着ずれによるずれ量等を制御装置９により認識することが可能である。

　基板認識カメラ７は、部品Ｅの実装に先立って基板Ｐに付された位置認識マーク（フィデューシャルマーク）ＦＭを撮像するように構成されている。位置認識マークＦＭは、基板Ｐの位置を認識するためのマークである。図１に示す基板Ｐでは、位置認識マークＦＭは、基板Ｐの右下の位置及び左上の位置に一対付されている。この位置認識マークＦＭの撮像結果は、制御装置９により取得される。そして、位置認識マークＦＭの撮像結果に基づいて、図示しない基板固定機構により固定された基板Ｐの正確な位置及び姿勢を制御装置９により認識することが可能である。

　また、基板認識カメラ７は、ヘッドユニット３のＸ２側の側部に取り付けられており、ヘッドユニット３とともに、基台１上をＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されている。また、基板認識カメラ７は、基台１上を水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動して、基板Ｐに付された位置認識マークＦＭを、基板Ｐの上方（Ｚ１方向）から撮像するように構成されている。

　斜めカメラ８は単眼の斜めカメラ８であって、図３に示すように、基板Ｐを撮像可能に構成されている。具体的には、斜めカメラ８は、実装位置Ｐａ近傍の高さ計測を行うために、基板Ｐの実装位置Ｐａ近傍を撮像可能に構成されている。

　斜めカメラ８は、斜め方向から、基板Ｐの実装位置Ｐａ近傍の所定の領域を撮像可能に構成されている。具体的には、斜めカメラ８は、水平面（部品Ｅが実装される基板面Ｐｂに略平行な面）に対して、傾き角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した撮像方向から、基板Ｐの実装位置Ｐａ近傍の所定の領域を撮像可能に構成されている。

　これにより、斜めカメラ８は、基板Ｐの基板面Ｐｂに対して傾斜した撮像方向から実装位置Ｐａ近傍の所定の領域を撮像可能に構成されている。この実装位置Ｐａ近傍の所定の領域の撮像結果は、制御装置９により取得される。そして、実装位置Ｐａ近傍の所定の領域の撮像結果に基づいて、実装位置Ｐａ近傍の高さ情報が制御装置９により取得される。

　図２に示すように、制御装置９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などを含み、部品実装装置１００の動作を制御するように構成されている。具体的には、制御装置９は、搬送部２、Ｘ軸モータ４２、Ｙ軸モータ５３、Ｚ軸モータ３３、及びＲ軸モータ３４などを予め記憶されたプログラムに従って制御して、基板Ｐに部品Ｅの実装を行うように構成されている。

　具体的には、制御装置９は、ヘッドユニット３をテープフィーダ１１の上方に移動させるとともに、図示しない負圧発生機により実装ヘッド３２のノズル３２ａに負圧を発生させ、テープフィーダ１１から供給される部品Ｅをノズル３２ａに吸着させるように構成されている。

　制御装置９は、吸着された部品Ｅを基板Ｐに実装するために、ヘッドユニット３をテープフィーダ１１の上方から基板Ｐの上方まで移動させるように構成されている。この移動途中、制御装置９は、ヘッドユニット３を部品認識カメラ６の上方を通過するように移動させるとともに、各実装ヘッド３２に吸着された部品Ｅを部品認識カメラ６により撮像させるように構成されている。

　（目標下降位置の補正に係る制御装置の構成）
　制御装置９は、図４に示すように、実装位置Ｐａの直上に実装ヘッド３２が到達する前に、実装ヘッド３２の下降動作を開始させるように構成されている。これにより、実装ヘッド３２の下降動作（高さ方向の移動）を、水平方向（ＸＹ方向）の移動と並行して行うことができるので、部品Ｅの実装に要する時間を短縮することが可能である。

　制御装置９は、所定のタイミングで実装ヘッド３２への負圧の供給を停止させることによって吸着された部品Ｅを基板Ｐ上に実装（装着）するように構成されている。この際、制御装置９は、実装ヘッド３２の目標下降位置を補正した状態で、部品Ｅを基板Ｐ上に実装するように構成されている。

　制御装置９は、実装ヘッド３２の移動中に、斜めカメラ８による実装位置Ｐａ近傍の所定領域の撮像と、斜めカメラ８による撮像結果に基づく実装位置Ｐａ近傍における基板Ｐの基板面Ｐｂの高さ情報の取得と、取得された高さ情報に基づく実装ヘッド３２の目標下降位置の補正と、の３つを行うように構成されている。これにより、適切な押し込み量で、基板Ｐに部品Ｅを実装することが可能である。

　具体的には、制御装置９は、取得された実装位置Ｐａ近傍における基板Ｐの基板面Ｐｂの高さ情報に基づいて、基準面に対して基板Ｐが上方（Ｚ１方向）に位置ずれしていると判断される場合には、高さ方向における実装ヘッド３２の目標下降位置を上方に補正するように構成されている。また、制御装置９は、取得された実装位置Ｐａ近傍における基板Ｐの基板面Ｐｂの高さ情報に基づいて、基準面に対して基板Ｐが下方（Ｚ２方向）に位置ずれしていると判断される場合には、高さ方向における実装ヘッド３２の目標下降位置を下方に補正するように構成されている。

　（高さ情報の取得に係る制御装置の構成）
　本実施形態では単眼の斜めカメラ８だけを用いて基板面Ｐｂの高さ情報を算出する手法を開示する。これにより、ステレオ光学系や変位センサは不要となるため、大幅な構成の単純化とコストダウンが実現できる。手法としては、斜めカメラ８で撮像されることが多い通常装着の動作中の画像を用いる。

　図５（Ａ）は、実装ヘッド３２が図示右側から左側に移動しながら斜めカメラ８で実装位置Ｐａの実装前後で撮像する様子を示している。図５（Ｂ）は実装前に斜めカメラ８で撮像された斜め画像（装着前画像）であり、図５（Ｃ）は実装後に斜めカメラ８で撮像された斜め画像（装着後画像）である。本実施形態では、装着前画像と装着後画像が、実装ヘッド３２の高さが同じ位置で撮像されたものを例示している。

　実装ヘッド３２はＸ方向に移動しているため、装着前画像の撮像ポイントと装着後画像の撮像ポイントとはΔＸ１だけずれている。すなわち、装着前画像の実装位置Ｐａは装着後画像の実装位置ＰａよりΔＸ１だけ左側に映ることになる。このため、ΔＸ１を考慮することなく装着前画像と装着後画像をそのままマッチング処理すると、画像間差分が大きくなる。

　そこで、装着前画像を基準とする装着後画像の位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量を用いて装着後画像を補正することで補正後の装着後画像を取得し、この補正後の装着後画像を装着前画像に合わせこむことでマッチング処理を行う。装着後画像の補正は、例えば装着後画像をＸＹ方向に少しずつずらしながら装着前画像と補正後の装着後画像との画像間差分が最も小さくなる位置ずれ量を用いる手法などが挙げられる。

　図６（Ａ）は、画像間差分が最も小さくなるように装着前画像と補正後の装着後画像とをマッチング処理することで得られた差分画像ＤＩである。各画像における画素毎の明るさを数値化し、例えば２５６階調で数値化するとした場合、画素値０から２５５に数値化される。装着前画像と補正後の装着後画像とで対応する画素同士を引き算し、０であった場合、黒となる。したがって、部品Ｅの周辺が黒くなっているのは、引き算を行った結果、０であったことを意味している。上記した画素間差分としては、引き算を行って得られた数値の絶対値を全ての画素について集計した値を用いてもよい。

　図６（Ｂ）における×印は差分画像ＤＩにおける部品Ｅの位置を示している。部品Ｅの位置としては、差分画像ＤＩにおける部品Ｅの中心位置をそのまま誤差込みで検出位置として用いてもよいが、本実施形態の部品Ｅは外形寸法がわかっている直方体形状の部品であるため、基板面Ｐｂ高さの基準となる部品Ｅ下面の中心位置を部品Ｅの位置として用いることが適切である。しかしながら、部品Ｅの位置を斜めカメラ８によって直接認識することはできない。

　図７及び図８における×印は部品Ｅの位置Ｅａを示している。図７及び図８においては、部品Ｅの形状を簡素化しており、下面Ｅ１と、下面Ｅ１の長辺から立ち上がる長側面Ｅ２と、下面Ｅ１の短辺から立ち上がる短側面Ｅ３と、上面Ｅ４と、が示されている。部品Ｅの位置Ｅａは、下面Ｅ１の中心位置である。図８（Ａ）は部品Ｅの位置Ｅａを短側面Ｅ３側から見た側面図である。斜めカメラ８の基板面Ｐｂ（水平面）に対する傾き角度はθ（０°＜θ＜９０°）である。

　図８（Ｂ）は部品Ｅの位置Ｅａを斜めカメラ８の撮像方向ＩＤから見た斜視図である。図８（Ｂ）では、部品Ｅの上面Ｅ４と長側面Ｅ２とによって下面Ｅ１が隠れてしまうため、斜めカメラ８によって部品Ｅの位置Ｅａを撮像することができず、直接認識できないようになっている。

　そこで、制御装置９は、図９に示すようにして差分画像ＤＩにおける部品Ｅの位置Ｅａ１を算出する。上述したように部品Ｅの位置Ｅａを直接認識することはできないから、部品Ｅの下面における長辺の位置Ｅｂを用いて部品Ｅの位置Ｅａ１を算出する。差分画像ＤＩにおいてＥｂに対応する位置（差分画像ＤＩにおける下端）をＥｂ１とする。部品Ｅの大きさは既知であるから、ＥａとＥｂの距離（部品Ｅの短辺の距離の半分）をＬとした場合、Ｅａ１とＥｂ１の距離はＬ／ｓｉｎθとなる。したがって、差分画像ＤＩの左上を原点（ｘ，ｙ）＝（０，０）とし、Ｙ軸の下方を正方向とした場合、差分画像ＤＩにおける部品Ｅの位置Ｅａ１は、Ｅｂ１－Ｌ／ｓｉｎθによって算出できる。

　同様に、制御装置９は、図９に示すようにして差分画像ＤＩにおける基準位置Ｅｃ１を算出する。図９において二点鎖線で示す部品Ｅは、基板Ｐの反りがゼロであり、高さがゼロである場合の部品Ｅを示す。その部品Ｅの下面中心の位置をＥｃとする。部品Ｅの位置Ｅｃを図１０（Ａ）に示す差分画像ＤＩに反映させた位置を基準位置Ｅｃ１とする。差分画像ＤＩにおける部品Ｅの位置Ｅａ１と基準位置Ｅｃ１との距離を変位量ΔＹ（μｍ）とする。変位量ΔＹは、差分画素数（ｐｉｘ）＊解像度（μｍ／ｐｉｘ）で算出できる。したがって、図１０（Ｂ）に示すように、基板Ｐの高さ情報（μｍ）は、以下の式により算出できる。
高さ情報（μｍ）＝（差分画素数（ｐｉｘ）＊解像度（μｍ／ｐｉｘ））／ｃｏｓθ
　（基準位置の取得方法）
　部品実装における基準位置Ｅｃ１は、図１１に示す装着治具６０を用いて取得される。装着治具６０は、金属製の枠６１にガラス基板６２を嵌め込んだものであり、ガラス基板６２の中央には、基準位置としての＋印のマーク６３が付されている。装着治具６０を実装作業位置Ｍに搬送し、マーク６３の中心にＸＹトレースをかけた状態で斜めカメラ８によってマーク６３を撮像する。

　通常、斜めカメラ８によって撮像された斜め画像の中心位置は、実装ヘッド３２の位置と一致している。このため、マーク６３が映った斜め画像の中心位置は実装ヘッド３２の位置となる。しかし、マーク６３を基準点として用いるには、斜め画像の中心位置が部品Ｅの実装位置Ｐａとなるように補正する必要がある。このような補正を行うため、ＸＹトレースをかけた状態でマーク６３を斜めカメラ８で撮像している。

　その後、基準位置としてのマーク６３が差分画像ＤＩ中のどこにあるかを事前のティーチングによって記憶しておく。このようにすれば、部品Ｅが映った差分画像ＤＩとマーク６３が映った斜め画像とに基づいて、マーク６３の位置から部品Ｅの位置Ｅｃ１までの変動量を計測することで高さ情報を算出できる。

　同様に、部品吸着における基準位置は、図１２に示す吸着治具７０を用いて取得される。吸着治具７０は、テープフィーダ１１の吸着面（水平面）上に基準位置としての丸穴７１を配置したものである。丸穴７１の中心にＸＹトレースをかけた状態で斜めカメラ８によって丸穴７１を撮像する。その後、基準位置としての丸穴７１が差分画像ＤＩ中のどこにあるかを事前のティーチングによって記憶しておく。

　（高さマップの作成、更新）
　差分画像ＤＩによって算出された基板Ｐの高さ情報がある程度蓄積されたら、これらの高さ情報に基づいて高さマップを作成し、次の実装時に高さマップに基づいて目標下降位置を補正してもよい。図１３中の四角、三角、星印は取得済の部品Ｅの位置及び高さを示し、丸印は次に実装する部品Ｅの位置及び高さを示している。四角、三角、星印等の高さ情報から基板Ｐの基板面Ｐｂを近似的に算出し、次の実装点である丸印の高さを予想することができる。新たな高さ情報が得られたら、高さマップを更新していく。

　（部品吸着時の吸着面高さ情報の算出方法）
　以上においては、部品Ｅの実装時における基板Ｐの高さ情報の算出方法について説明したが、上記方法を用いることで、部品Ｅを部品テープ１３から吸着する際に吸着面の高さ情報を算出することもできる。図１４（Ａ）は、部品テープ１３に複数の部品Ｅが配置されている様子を示したものである。図１４（Ｂ）は、部品Ｅを吸着する前の斜め画像である吸着前画像を示し、図１４（Ｃ）は、部品Ｅを吸着した後の斜め画像である吸着後画像を示している。制御装置９は、吸着後画像を吸着前画像に合わせこみつつマッチング処理を行うことで差分画像ＤＩを取得し、差分画像ＤＩにおける部品Ｅの位置と基準位置との変位量に基づいて吸着面の高さ情報を算出する。

　（吸着動作の動作説明）
　次に、図１５のフローチャートを参照して吸着動作について説明する。斜めカメラ８によって吸着前画像を撮像し（ステップＳ１０）、部品Ｅを吸着後、吸着後画像を撮像する（ステップＳ１１）。吸着１点目の場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、マッチング処理を行い（ステップＳ１３）、差分画像ＤＩを取得する（ステップＳ１４）。

　差分画像にｂｌｏｂ抽出を行い、画像中のどの位置に一定以上の前後輝度差のある塊があるかを算出し（ステップＳ１５）、塊として抽出された部品Ｅの中心位置を算出する（ステップＳ１６）。この後、部品認識カメラ６によって部品Ｅを撮像し、撮像された画像に基づいて部品Ｅの吸着ずれ量を算出する（ステップＳ１７）。また、差分画像ＤＩに基づいて吸着点の高さ情報を算出する（ステップＳ１８）。

　全部品Ｅについて吸着が完了したら（ステップＳ１９でＹｅｓ）、吸着動作を終了し、吸着が完了していなければ（ステップＳ１９でＮｏ）、ステップＳ１０に戻って吸着前画像の撮像を行う。

　（装着動作の動作説明）
　次に、図１６のフローチャートを参照して装着動作について説明する。搭載（実装）１点目の場合（ステップＳ２０でＹｅｓ）、１点目用動作モードを実行する（ステップＳ２１）。１点目動作モードとは、例えば、部品Ｅを吸着した実装ヘッド３２を実装位置Ｐａに向けてゆっくりと下降させることである。このようにすることで部品Ｅや実装ヘッド３２が基板Ｐに衝突することを回避できる。２点目以降は（ステップＳ２０でＮｏ）、１点目で得られた基板Ｐの高さ情報に基づいて、どの高さまで実装ヘッド３２を下降させても基板Ｐに衝突しないかの予測ができるため、１点目よりも高速で実装ヘッド３２を動作させることができる。

　斜めカメラ８によって装着前画像を撮像し（ステップＳ２２）、部品Ｅを実装位置Ｐａに実装後、装着後画像を撮像する（ステップＳ２３）。装着前画像を基準として装着後画像のマッチング処理を行い（ステップＳ２４）、差分画像ＤＩを取得する（ステップＳ２５）。差分画像にｂｌｏｂ抽出を行い、画像中のどの位置に一定以上の前後輝度差のある塊があるかを算出し（ステップＳ２６）、塊として抽出された部品Ｅの中心位置を算出する（ステップＳ２７）。

　差分画像ＤＩにおける部品Ｅの位置と基準位置との変位量を用いて装着点の高さ情報を算出し（ステップＳ２８）、高さマップを更新する（ステップＳ２９）。算出された高さ情報に基づいて目標下降位置を補正する。全部品Ｅについて装着が完了したら（ステップＳ３０でＹｅｓ）、装着動作を終了し、装着が完了していなければ（ステップＳ３０でＮｏ）、ステップＳ２０、Ｓ２２に戻って、引き続き装着前画像の撮像を行う。なお、２点目以降は、高さマップを参照して目標下降位置を補正してもよい。

　［実施形態２］
　図１７及び図１８を参照して、本開示の実施形態２について説明する。実際の差分画像では実施形態１で説明したような理想的な差分画像とならず、ノイズが生じることが考えられる。その場合、部品サイズ情報に基づいて差分が部品であるかノイズであるかのチェックを行うようにしてもよい。

　図１７（Ａ）は部品Ｅの装着前（搭載前）画像を示し、図１７（Ｂ）は部品Ｅの装着後（搭載後）画像を示している。装着後画像の左端には、隣りの実装位置Ｐａの一部がノイズＮ１として映り込んでいる。このような場合、装着後画像の位置ずれを考慮した上で、図１７（Ｃ）に示す差分画像を取得しても、ノイズＮ２が依然として残ったままになることが考えられる。

　ここで、ノイズＮ２がノイズである否かの判断は、差分画像において、部品Ｅの面積が面積閾値を超えている部分がある場合、または部品Ｅの位置が距離閾値を超えている部分がある場合には、超えている部分をノイズと判断してもよい。その場合、超えている部分を差分画像から除去してもよい。

　具体的なノイズ除去の方法について図１８のフローチャートを参照しながら説明する。差分画像を取得すると（ステップＳ４０）、塊を抽出し、その塊の面積をチェックする（ステップＳ４１）。塊の面積が面積閾値を超えている部分がある場合（ステップＳ４２でＮｏ）、ノイズと判断し、除去する（ステップＳ４３）。一方、塊の面積が面積閾値を超えていない場合（ステップＳ４２でＹｅｓ）、全ての塊についてチェックしていなければ（ステップＳ４４でＮｏ）、ステップＳ４１に戻って他の塊について面積チェックを行う。

　全ての塊について面積チェックが完了したら、位置チェックを行う（ステップＳ４５）。位置チェックは、適切な位置に塊があるか否かによって判断する。例えば、最も大きい塊からの距離が距離閾値を超えているか否かによって判断してもよい。適切な位置に塊がないと判断した場合（ステップＳ４６でＮｏ）、異常を通知する（ステップＳ４７）。また、適切な位置に塊があると判断した場合（ステップＳ４６でＹｅｓ）、高さ情報の算出処理を行う（ステップＳ４８）。

　［実施形態３］
　図１９から図２１を参照して、本開示の実施形態３について説明する。基板Ｐの反りがなく部品Ｅが理想の中心位置で吸着されていれば装着後画像の中心に部品Ｅが位置することになる。しかし、部品Ｅがノズル３２ａに対してずれて吸着された場合、装着前画像及び装着後画像の双方において、吸着ずれの分だけ部品Ｅが位置ずれし、部品Ｅが双方の画像においてずれて映ることになる。画像を見ただけでは、部品Ｅが位置ずれした要因が基板Ｐの高さ変動によるものか、吸着ずれによるものか、が判断できない。吸着ずれによるずれ量は、部品Ｅがノズル３２ａに吸着後、基板Ｐに装着されるまでの間に部品認識カメラ６によって計測されているため、計測されたずれ量を用いることで部品Ｅの位置ずれの誤差を補正できる。

　図１９（Ａ）は部品Ｅが理想の中心位置で吸着された様子を示し、図１９（Ｂ）は部品Ｅがノズル３２ａに対してずれて吸着された様子を示している。図２０（Ａ）は吸着ずれなしの場合の装着後画像であり、図２０（Ｂ）は吸着ずれありの場合の装着後画像である。図２０（Ａ）の画像に対して図２０（Ｂ）の画像がやや右下にずれているのは、吸着ずれによるものである。同様にして、図２１（Ａ）の差分画像に対して図２１（Ｂ）の差分画像がやや右下にずれているのは、吸着ずれによるものである。

　図２１（Ｂ）の差分画像を用いて高さ情報を算出すると、高さ情報に誤差が生じるため、図２１（Ａ）の差分画像のように、吸着ずれの要因をなくした状態で高さ情報を算出するか、図２１（Ｂ）の差分画像を用いて高さ情報を算出した後、吸着ずれ分の補正を行うことで高さ情報の誤差を少なくできる。本実施形態によると、差分画像からノイズを除去することでロバスト性の高い高さ情報を算出できる。

［他の実施形態］
　（１）上記実施形態では実装ヘッド３２が移動しながら斜めカメラ８によって部品Ｅの実装位置Ｐａを撮像するものを例示しているが、実装ヘッド３２が停止した状態で撮像が行われるものでもよい。その場合、位置ずれ量を補正することなく装着後画像及び吸着後画像をそのまま用いることができる。

　（２）上記実施形態ではｂｌｏｂ抽出によって抽出された塊部分を部品として認識しているが、部品であるか否かについてはＡＩを用いて判断してもよい。

　（３）上記実施形態では部品Ｅの下面中心の位置を部品Ｅの位置Ｅａとしていたが、例えばリード部品の場合、リード先端の位置を部品の位置としてもよい。

１：基台　２：搬送部　２ａ：コンベア　３：ヘッドユニット　４：支持部　５：レール部　６：部品認識カメラ　７：基板認識カメラ　８：斜めカメラ　９：制御装置（制御部）
１１：テープフィーダ　１２：フィーダ配置部　１３：部品テープ
３１：ボールナット　３２：実装ヘッド　３２ａ：ノズル　３３：Ｚ軸モータ　３４：Ｒ軸モータ
４１：ボールネジ軸　４２：Ｘ軸モータ　４３：ボールナット
５１：ガイドレール　５２：ボールネジ軸　５３：Ｙ軸モータ
６０：装着治具　６１：枠　６２：ガラス基板　６３：マーク（基準点）
７０：吸着治具　７１：丸穴（基準点）
１００：部品実装装置
ＤＩ：差分画像　Ｅ：部品　Ｅａ，Ｅａ１：位置　Ｅｂ，Ｅｂ１：位置　Ｅｃ，Ｅｃ１：位置　Ｅ１：下面　Ｅ２：長側面　Ｅ３：短側面　Ｅ４：上面　ＩＤ：撮像方向　Ｍ：実装作業位置　Ｎ１：ノイズ　Ｎ２：ノイズ　Ｐ：基板　Ｐａ：実装位置　Ｐｂ：基板面

Claims (8)

1. 　部品が実装される基板に対して水平方向及び上下方向に移動可能に設けられ、前記基板の装着位置に前記部品を装着するヘッドと、
   　前記ヘッドに固定され、水平面に対して傾き角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した方向から撮像可能な単眼の斜めカメラと、
   　前記斜めカメラによって撮像された斜め画像に基づいて前記装着位置の前記基板の高さ情報を取得し、取得された前記高さ情報に基づいて前記ヘッドの目標下降位置を補正する制御部と、を備え、
   　前記斜め画像は、部品装着前の前記基板を撮像した装着前画像と、部品装着後の前記基板を撮像した装着後画像と、を含み、
   　前記制御部は、前記装着前画像と前記装着後画像の差分画像を取得し、取得された前記差分画像における前記部品の位置と基準位置との変位量を用いて前記高さ情報を算出する、部品実装装置。
2. 　部品が収容された部品テープに対して水平方向及び上下方向に移動可能に設けられ、前記部品テープの吸着位置において前記部品を吸着するヘッドと、
   　前記ヘッドに固定され、水平面に対して傾き角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した方向から撮像可能な単眼の斜めカメラと、
   　前記斜めカメラによって撮像された斜め画像に基づいて前記吸着位置の高さ情報を取得し、取得された前記高さ情報に基づいて前記ヘッドの目標下降位置を補正する制御部と、を備え、
   　前記斜め画像は、部品吸着前の前記部品テープを撮像した吸着前画像と、部品吸着後の前記部品テープを撮像した吸着後画像と、を含み、
   　前記制御部は、前記吸着前画像と前記吸着後画像の差分画像を取得し、取得された前記差分画像における前記部品の位置と基準位置との変位量を用いて前記高さ情報を算出する、部品実装装置。
3. 　前記制御部は、前記差分画像における前記部品の位置と前記基準位置とのオフセット量である差分画素数（ｐｉｘ）を算出し、以下の計算式により前記高さ情報としての高さ変動量（μｍ）を算出する、請求項１または請求項２に記載の部品実装装置。
   計算式：高さ変動量（μｍ）＝（前記差分画素数（ｐｉｘ）＊解像度（μｍ／ｐｉｘ））／ｃｏｓ（前記傾き角度θ）
4. 　前記基準位置は、基準点を有する治具が基準高さにある場合に、前記基準点を前記斜めカメラによって撮像した斜め画像上の前記基準点の位置である、請求項３に記載の部品実装装置。
5. 　前記制御部は、前記差分画像において、前記部品の面積が面積閾値を超えている部分がある場合、または前記部品の位置が距離閾値を超えている部分がある場合には、前記超えている部分をノイズと判断し、前記超えている部分を前記差分画像から除去する、請求項１または請求項２に記載の部品実装装置。
6. 　前記制御部は、前記装着前画像を基準とした前記装着後画像の位置ずれ量を算出し、前記装着前画像と前記位置ずれ量を補正した後の前記装着後画像とを用いて前記差分画像を取得する、請求項１に記載の部品実装装置。
7. 　前記制御部は、前記吸着前画像を基準として前記吸着後画像の位置ずれ量を算出し、前記吸着前画像と前記位置ずれ量を補正した後の前記吸着後画像とを用いて前記差分画像を取得する、請求項２に記載の部品実装装置。
8. 　前記ヘッドに吸着された前記部品を撮像して認識する部品認識カメラを備え、
   　前記制御部は、前記部品認識カメラによって撮像された画像に基づいて前記部品の吸着ずれによるずれ量を算出し、前記装着前画像と前記ずれ量を補正した後の前記装着後画像とを用いて前記差分画像を取得する、請求項１に記載の部品実装装置。