CN101166417B

CN101166417B - 摄像装置及摄像方法

Info

Publication number: CN101166417B
Application number: CN2007101820239A
Authority: CN
Inventors: 石泽勇治
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: CN101166417A; JP4865496B2; JP2008103426A

Abstract

本发明提供一种摄像装置及摄像方法，其可以准确地检测吸附嘴或由该吸附嘴吸附的部件的高度位置，以稳定的摄像定时进行摄像。该摄像装置用于对表面安装机的吸附嘴(24)的动作进行摄像，其具有编码器比较部(14A)，该编码器比较部(14A)监视对吸附嘴(24)进行上下驱动的吸附嘴驱动电动机(26)的编码器信号，与吸附嘴(24)的高度和在上下方向上的移动方向对应而生成图像获取定时。

Description

摄像装置及摄像方法

技术领域

本发明涉及一种摄像装置及摄像方法，其在表面安装机的部件吸附搭载动作中进行摄像。

背景技术

图4是示意地表示表面安装机所具有的驱动系统的概要的斜视图。吸附搭载头100通过由X轴电动机102驱动的X轴104在X方向上移动，通过由Y轴电动机106驱动的Y轴108而与X轴104一体地在Y方向上移动。这样，吸附搭载头100可以在XY方向上移动，可以在部件供给部和定位于规定的作业位置上的印刷基板之间移动。

另外，吸附搭载头100上，可沿Z方向升降地安装有部件吸附用的吸附嘴110。吸附嘴110将由部件供给部吸附的部件，在印刷基板上的规定位置上解除吸附而进行安装。

作为控制表面安装机的动作中的摄像定时的技术，提出如下技术：使用沿水平方向(XY方向)驱动安装头的伺服电动机的串行编码器信号，控制对在吸附部件的状态下沿水平方向(XY方向)经过固定照相机上方的吸附嘴进行识别的定时(参照专利文献1)。

该技术基于从与安装头的移动关联的伺服电动机获得的相同旋转数据，获得固定的由识别照相机进行的摄像定时，因此不会产生摄像定时的不一致及波动。其结果，可以准确地识别由吸附嘴吸附的部件的位置、角度的偏差，向安装头指示必要的修正，从而执行向印刷基板的准确安装。

这样，上述技术有助于准确地识别由吸附嘴吸附的部件的位置及角度的偏差，但并不是用于对安装在印刷基板上的部件进行检查的技术。

当前，作为对使用表面安装机安装的电子部件的安装状态进行检查的方法，提出对将电子部件搭载至基板前的图像和将电子部件搭载至基板后的图像进行比较，从而判断安装状态是否良好的方法(例如，参照专利文献2～4)。

另外，还提出一种将基板的图像和处理结果数据库化并可以检索的系统(例如，参照专利文献5)。

此外，还提出下述技术：在通过吸附管(吸附嘴)吸附部件并进行传送的传送装置中，利用2台照相机从2个方向对由吸附管吸附的部件进行摄像，立体地检测出部件相对于吸附管的相对位置，从而可以高精度地设置部件(参照专利文献6)。

专利文献1：特开2005-243777号公报

专利文献2：特开平11-330798号公报

专利文献3：特开2000-349499号公报

专利文献4：特开2003-8295号公报

专利文献5：特开2000-114692号公报

专利文献6：专利第3056549号公报

发明内容

但是，专利文献2～5中所述的方法及系统都是对基板进行摄像，

虽然可以确认部件搭载前的基板状态(焊锡膏的状态以及异物的存在等)及部件搭载后的部件安装状态(正常搭载、部件欠缺、方向异常等)，但无法确认部件以何种方式吸附在吸附嘴上，在即将搭载之前处于何种状态，无法在电子部件的搭载状态不佳的情况下确认其原因。

另外，根据专利文献6中记载的技术，考虑通过从2个方向摄像，能够立体地检测部件相对于吸附管(吸附嘴)的相对位置，能够高精度地在基板上设置部件，但不对放置部件的基板进行摄像，因而部件搭载后的状态未被摄像。因此，无法作为使用表面安装机进行安装的电子部件的搭载状态的检查方法使用。另外，需要2台照相机，控制机构变得复杂，增加成本。

为了解决上述问题，考虑下述安装部件检查方法：在具有吸附嘴的表面安装机利用该吸附嘴吸附部件而向规定的部件搭载位置搭载该部件时，对于该吸附嘴的部件吸附动作及部件搭载动作的各自的动作，至少进行1次摄像，优选对于上述部件吸附动作，分别对由上述吸附嘴进行吸附之前的部件状态、刚吸附之后的部件状态、吸附后上升中的部件状态，至少进行1次摄像，对于上述部件搭载动作，分别对由上述吸附嘴进行吸附后下降中的部件状态、即将解除吸附之前的部件状态、在解除吸附后上述吸附嘴上升中的部件状态，至少进行1次摄像。

在该安装部件检查方法中，可以根据上述吸附嘴或由上述吸附嘴吸附的部件的高度位置，确定摄像的定时，但此时要求准确地检测该高度位置并控制摄像定时。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种摄像装置及摄像方法，其可以准确地检测吸附嘴或由该吸附嘴吸附的部件的高度位置，以稳定的摄像定时进行摄像。

本发明人为了解决上述问题而进行深入研究，其结果发现，如果根据对表面安装机的吸附嘴进行上下驱动的驱动电动机的编码器信号，确定摄像定时，则可以实现上述目的，进而获得本发明。

即，本发明涉及的摄像装置，其用于对表面安装机的吸附嘴的动作进行摄像，其特征在于，具有编码器比较部，该编码器比较部用于监视对上述吸附嘴进行上下驱动的驱动电动机的编码器信号，与该吸附嘴的高度和在上下方向上的移动方向对应而生成图像获取定时。

此外，本发明涉及的摄像方法，其用于对表面安装机的吸附嘴的动作进行摄像，其特征在于，监视对上述吸附嘴进行上下驱动的驱动电动机的编码器信号，与该吸附嘴的高度和在上下方向上的移动方向对应而生成图像获取定时。

发明的效果

在本发明中，由于通过监视吸附嘴的驱动电动机的编码器信号，与该吸附嘴的高度和移动方向对应而生成图像获驱定时，所以可以准确地检测吸附嘴或由该吸附嘴吸附的部件的高度位置，以稳定的摄像定时进行摄像。因此，如果作为摄像条件设定的编码器信号相同，则实际摄像的图像中的吸附嘴的高度位置的波动小，在相同的摄像条件下摄像的图像的比较变容易，从而易于检查部件的搭载状态，并且，在存在搭载不良的情况下，容易查明其原因。另外，由于在相同的摄像条件下摄像的图像中，吸附嘴的高度位置的波动较小，所以在对所获得的图像进行图像处理的情况下，由于无需针对每个要处理的图像改变处理区域，而是可以在固定的处理区域下处理多个图像，所以可以缩短处理时间。

附图说明

图1是与表面安装机一起表示本发明涉及的摄像装置的实施方式的框图。

图2中(A)是表示在吸附工序及搭载工序中吸附嘴及部件的动作的示意图，(B)是表示在吸附工序的A1～A7的各过程中摄像的图像的示意图，以及(C)是表示在搭载工序的B1～B7的各过程中摄像的图像的示意图。

图3是表示使用n个吸附搭载头的情况下的控制流程的图。

图4是示意地表示通常的表面安装机的驱动系统的斜视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1示出与表面安装机一起表示本发明涉及的摄像装置的实施方式的框图。

摄像装置10构成为具有CCD照相机12、摄像控制部14以及图像显示保存部16。摄像控制部14中具有编码器比较部14A。

吸附搭载头20具有搭载头主体22、吸附嘴24、吸附嘴驱动电动机26、伺服放大器28以及托架30。图1是下述状态，即，利用吸附嘴24吸附由部件供给装置42供给的部件44而移动至规定位置后，在印刷基板46上的规定位置解除吸附而安装部件44，吸附嘴24上升之后的状态。

吸附搭载头20可以利用来自由搭载头控制部32控制的搭载头驱动部34的驱动力，在水平面内向XY方向(将在水平面内相互正交的2个方向作为XY方向)移动，由此可以在部件供给装置42和印刷基板46之间移动。

吸附嘴24与吸附搭载头20一起在垂直于图1纸面的水平面内沿XY方向移动。此外，该吸附嘴24可以利用吸附嘴驱动电动机26沿上下的Z方向移动，由此从部件供给装置42吸附部件44，移动至规定位置后，在印刷基板46上的规定位置解除部件44的吸附，将部件44安装至印刷基板46上。吸附嘴24在上下即Z方向的移动，利用来自吸附嘴驱动电动机26的驱动力进行，该吸附嘴驱动电动机26由搭载头控制部32经由伺服放大器28控制。来自伺服放大器28的编码器信号输入至摄像控制部14。

摄像装置10经由托架30与搭载头主体22连结，与吸附搭载头20一起移动。吸附搭载头20的XY方向的位置由搭载头控制部32控制，在吸附工序中，将部件供给装置42的高度位置设定为，在吸附搭载头20配置于部件供给装置42的部件44的上方时，使CCD照相机12可以在以部件供给装置42的部件44为中心的固定范围进行摄像，另外，在搭载工序中，将印刷基板46的高度位置设定为，在吸附搭载头20配置于印刷基板46上的部件安装位置的上方时，使CCD照相机12可以对以部件安装位置为中心的固定范围进行摄像。此外，来自伺服放大器28的编码器信号输入至摄像控制部14。根据该编码器信号，可以唯一地确定吸附嘴24的高度位置及移动方向。输入的编码器信号由编码器比较部14A将其与预先从搭载头控制部32输入至摄像控制部14的摄像条件进行比较，在满足该摄像条件时，由摄像控制部14向CCD照相机12发出摄像触发信号而进行摄像。所摄像的图像数据由图像显示保存部16显示，同时被保存。此外，图像显示保存部16也可以不内置于摄像装置中，而是可以内置于表面安装机中，还可以在外部连接。

此外，摄像装置10并不必须安装在可以移动的吸附搭载头20上，例如在安装有固定式旋转搭载头的装置的情况下，也可以分别设置吸附工序的摄像装置和搭载工序的摄像装置。

图2是表示可以使用本发明涉及的摄像装置及摄像方法进行摄像的吸附搭载头20的吸附工序和搭载工序中的动作的图，图2(A)是表示吸附嘴及部件的动作的示意图，图2(B)是表示在吸附工序的A1～A7各过程中摄像的图像的示意图，图2(C)是表示在搭载工序的B 1～B7各过程中摄像的图像的示意图。在图2(A)中，横向表示经过的时间，纵向表示与收容于部件供给装置42内的部件44的表面及印刷基板46的表面相距的高度。在图2(A)中描绘有多个吸附嘴24及部件44，但由于横向表示经过的时间，因此所表示的吸附嘴24及部件44的数量均为1个。

另外，为了便于说明，将收容于部件供给装置42中的部件44的表面和印刷基板46的表面描绘为同一高度，并用虚线L₀表示该高度。将下降或上升中的吸附嘴24或部件44处于摄像装置10的摄像范围内的最大高度设为Z₀(距离虚线L₀的高度)，并用虚线L₁表示该高度Z₀。

A1～A7是吸附嘴24吸附部件44的工序，B1～B7为吸附嘴24将部件44向印刷基板46的规定位置进行搭载的工序。A2为吸附嘴24在吸附工序的下降时即将进入摄像范围之前的高度位置，A4为吸附工序中吸附嘴24位于最低高度的位置，在该位置利用吸附嘴24吸附部件44。A6为由吸附嘴24吸附的部件44在吸附工序的上升时刚离开摄像范围之后的高度位置。A3为位于A2和A4之间的高度位置，A5为位于A4和A6之间的高度位置。B2为由吸附嘴24吸附的部件44在搭载工序的下降时即将进入摄像范围之前的高度位置，B4为搭载工序中吸附嘴24位于最低高度的位置，在该位置上解除吸附嘴24的吸附，将部件44搭载至印刷基板46上的规定位置上。B6为吸附嘴24在搭载工序的上升时刚离开摄像范围之后的高度位置。B3为位于B2和B4之间的高度位置，B5为位于B4和B6之间的高度位置。另外，图2(B)及图2(C)分别表示在吸附工序的A1～A7及搭载工序的B 1～B7的各状态下由摄像装置10摄像的图像的示意图。

根据图2，进一步说明可以使用本发明涉及的摄像装置及摄像方法进行摄像的吸附搭载头20在吸附工序及搭载工序中的动作。

在吸附工序的A1～A7的过程中，吸附嘴24在水平方向(XY方向)上的位置相同，使吸附嘴24下降而吸附部件44，随后上升，从部件供给装置42向上方取出部件44。吸附嘴24沿水平方向(XY方向)移动，在应吸附的部件44的正上方停止的状态为A1的状态。然后，在A1～A4的过程中，使吸附嘴24下降而吸附部件44。吸附嘴24非常接近部件44而刚吸附部件44之后的状态为A4。吸附嘴24吸附部件44后，吸附嘴24以吸附有部件44的状态如A4～A7所示上升，从部件供给装置42向上方取出部件44。

在由吸附嘴24吸附部件44而上升的A7状态下，以吸附有部件44的状态使吸附嘴24沿水平方向(XY方向)移动，在应向印刷基板46上搭载部件的位置的正上方停止的状态为B1。

在搭载工序的B1～B7的过程中，吸附嘴24在水平方向(XY方向)上的位置也相同，吸附嘴24以吸附有部件44的状态下降，在最接近印刷基板46的位置解除吸附而将部件44搭载至印刷基板46上的规定位置上，然后吸附嘴24向正上方上升。在B 1～B4过程中，吸附嘴24以吸附有部件44的状态下降，在应向基板46上搭载的位置的焊锡膏48的上方，留有微小的间隙而停止。该状态为B4。然后，解除由吸附嘴24的吸附，将部件44搭载至应向印刷基板46搭载的位置的焊锡膏48上。然后，吸附嘴24如B4～B7所示向正上方移动，结束部件的搭载工序。

摄像的定时，在吸附工序中由从伺服放大器28发出的编码器信号进行设定，其与从收容于部件供给装置42中的部件44的表面至吸附嘴24的最下端的高度及吸附嘴24的移动方向(下降)，或至由吸附嘴24吸附的部件44的最下端的高度及吸附嘴24的移动方向(上升)对应。吸附嘴24在最下方的位置吸附部件44后上升。在搭载工序中，该定时由从伺服放大器28发出的编码器信号进行设定，其与从印刷基板46的表面至由吸附嘴24吸附的部件44的最下端的高度及吸附嘴24的移动方向(下降)，或至吸附嘴24的最下端的高度及吸附嘴24的移动方向(上升)对应。吸附嘴24在最下方的位置上解除吸附部件44后上升。

为了在出现部件搭载不良的情况下，能够更容易地判断在吸附工序的哪一个时刻产生问题、或在搭载工序的哪一个时刻产生问题，在吸附工序中，优选至少对由吸附嘴24吸附部件44之前的状态(A2或A3)、刚吸附之后的状态(A4)、吸附后上升中的状态(A5)进行摄像。在搭载工序中，优选至少对吸附嘴24解除吸附部件44之前的状态(B3)、即将解除吸附之前的状态(B4)、解除吸附后吸附嘴24上升中的状态(B5或B6)进行摄像。

摄像条件由与吸附嘴24的移动相关联而从伺服放大器28发出的编码器信号进行设定。编码器信号唯一地确定吸附嘴24的高度位置及吸附嘴24的移动方向。

作为摄像条件的编码器信号，预先从搭载头控制部32输入至摄像控制部14。也可以与搭载头控制部32的控制条件对应而自动地确定作为摄像条件的编码器信号。在此情况下，由于从搭载头控制部32向摄像控制部14的条件设定，在吸附工序结束后转移至搭载工序，所以通过在从吸附搭载头20进行部件44吸附的地点移动至进行部件44的搭载的地点的期间(在图2中，从A7状态移动至B1状态的期间)进行，不会影响表面安装机的处理速度。

由于作为摄像条件而被确定的、与吸附嘴24的高度位置及移动方向对应的编码器信号，能够由摄像控制部14任意地赋予，所以能够由部件44的尺寸信息等在每次摄像时指定不同的条件。

从伺服放大器28发出的编码器信号输入至摄像控制部14中。输入的编码器信号与编码器比较部14A中的作为摄像条件的编码器信号进行比较，在满足摄像条件时，从摄像控制部14向摄像装置10发出摄像触发信号，进行摄像。

进行摄像的定时，可以基于从伺服放大器28发出的编码器信号而任意地指定，可以在吸附工序及搭载工序中分别取得大于或等于1张的图像。

由此，在产生部件搭载不良的情况下，能够判断是吸附工序中的哪个时间点出现问题，或是在搭载工序中的哪个时间点出现问题。在吸附工序及搭载工序中的任一个工序中都没有产生问题的情况下，可以判断并非是由表面安装机产生问题，而是在后序工序中产生问题。另外，由于在利用吸附嘴进行部件吸附动作及部件搭载动作的各自的动作中，仅至少进行一次摄像即可，所以能够简单且低成本地检查使用表面安装机进行安装的部件的搭载状态。此外，也可以作为活动图像而进行记录。

此外，从伺服放大器28发出的编码器信号与吸附嘴24的移动相关联，编码器信号直接表示吸附嘴24的位置及移动方向。因此，如果作为摄像条件设定的编码器信号相同，则在实际摄像的图像中吸附嘴24的高度位置的波动较小，图像内的吸附嘴24的位置稳定，容易进行相同的摄像条件下摄像的图像的比较。所以，在产生部件安装不良的情况下，对不良原因的判断变容易。例如，通过显示在与产生故障的摄像定时相同的摄像定时下摄像的所有印刷基板的图像数据，可以使在调查从哪个基板开始发生故障时的图像间的比较变容易。

另外，由于如果作为摄像条件设定的编码器信号相同，则在实际摄像的图像中吸附嘴24的高度位置的波动小，所以在对获得的图像进行图像处理的情况下，由于并不针对每个要进行处理的图像改变处理区域，而是可以在固定的处理区域下处理多个图像，所以可以缩短处理时间。

另外，在从伺服放大器28发出的编码器信号满足摄像条件时，从摄像控制部14向摄像装置10发出摄像触发信号而进行摄像。由此，摄像与吸附嘴24的动作独立，摄像不会妨碍吸附嘴24的动作。因此，不会由于摄像而使表面安装机的部件搭载速度下降。

此外，为了得到容易观察的图像，需要与部件44的尺寸对应而确定摄像高度。在吸附工序中，如果使从收容在部件供给装置42中的部件44表面至吸附嘴24最下端的高度(下降时)、或者至吸附在吸附嘴24上的部件44最下端的高度(上升时)恒定而进行摄像，则能够得到容易观察的图像。在搭载工序中，如果使从印刷基板46表面至吸附在吸附嘴24上的部件44最下端的高度(下降时)、或者至吸附嘴24最下端的高度(上升时)恒定而进行摄像，则能够得到容易观察的图像。

摄像后的图像数据由图像显示保存部16显示并保存。此时，将摄像后的图像数据与印刷基板信息、搭载点信息及摄像定时信息相关联，保存在图像显示保存部16中。在这里，作为摄像定时，在吸附工序中包括：为了吸附部件44而吸附嘴24下降的状态、吸附嘴24下降至几乎与部件44接触而即将吸附部件44之前的状态、刚由吸附嘴24吸附部件44之后的状态、以及吸附嘴24吸附部件44后上升中的状态等，在搭载工序中包括：为了搭载部件44而吸附嘴24以吸附有部件44的状态下降的状态、使由吸附嘴24吸附的部件44下降至几乎与印刷基板46的搭载位置接触而即将解除吸附嘴24对部件44的吸附的状态、吸附嘴24解除吸附而刚将部件44搭载至印刷基板46上之后的状态、以及将部件44搭载至印刷基板46上后吸附嘴24上升中的状态等。保存在图像表示保存部16中的图像数据，可以通过上述各信息进行检索，例如，针对产生搭载不良的印刷基板的搭载点，通过观察吸附工序及搭载工序中的所有图像，能够确认在哪一个工序的摄像定时产生问题。另外，通过显示在与产生问题的摄像定时相同的摄像定时进行摄像的所有印刷基板的图像数据，能够确认从哪一个基板开始产生问题。

在本发明涉及的摄像装置中，由于根据编码器信号设定摄像条件，所以可以使实际摄像的图像中吸附嘴24的高度位置的波动减小，使如上述的多个图像的比较确认作业容易进行。

另外，图像检索可以不仅将该表面安装机所涉及的图像数据作为对象，还将多个表面安装机所累积的图像作为对象。另外，检索的图像可以连续重放(动画)，能够更迅速地进行不良位置的检查。

另外，在上述说明中，作为编码器信号使用从伺服放大器28发出的信号，但也可以使用从吸附嘴驱动电动机26发出的编码器信号。另外，编码器信号可以是差动信号，也可以是由串行通信而产生的信号。

此外，由于在实际的生产中，使用具有多个吸附搭载头的表面安装机，所以在图3中表示在使用n个吸附搭载头的情况下的控制流程。

通过XY工作台的移动，首先搭载头1向部件吸附位置移动，为了吸附部件而下降，吸附部件，吸附部件后上升。然后，移动至第一个搭载点，为了搭载部件而下降，解除吸附而搭载部件，搭载部件后上升。

然后，通过XY工作台的移动，搭载头2向部件吸附位置移动，通过与搭载头1相同的动作，在第二个搭载点搭载部件。下面进行相同动作，搭载头n在第n个搭载点搭载部件。

如果利用搭载头n进行的部件搭载结束，则搭载头1再次通过XY工作台的移动，移动至第n+1个部件吸附位置，通过进行与第一个搭载点时相同的动作而在第n+1个搭载点搭载部件。然后，按搭载头2、3......、n的顺序持续搭载部件，直至必要的部件搭载结束。

搭载头控制部在搭载头向部件吸附位置移动的期间，将吸附工序中的摄像条件输入至摄像控制部，同时将与基板及部件相关的信息保存在图像显示保存部中。另外，搭载头控制部在搭载头向部件搭载位置移动的期间，将搭载工序中的摄像条件输入至摄像控制部，同时将与搭载位置相关的信息保存在图像显示保存部中。吸附工序及搭载工序中的摄像条件，由编码器信号确定。

Claims

1.一种摄像装置，其用于对表面安装机的吸附嘴的动作进行摄像，

其特征在于，

具有编码器比较部，该编码器比较部用于监视对上述吸附嘴进行上下驱动的驱动电动机的编码器信号，与该吸附嘴的高度和在上下方向上的移动方向对应而生成图像获取定时。

2.一种摄像方法，其用于对表面安装机的吸附嘴的动作进行摄像，

其特征在于，

监视对上述吸附嘴进行上下驱动的驱动电动机的编码器信号，与该吸附嘴的高度和在上下方向上的移动方向对应而生成图像获取定时。