CN102714933A - 部件安装装置、成像用的照明装置和照明方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适于应对各种不同的识别对象并构造成占用最小空间以满足紧凑尺寸的需要的部件安装装置，还提供一种用于在部件安装装置中捕获图像的照明装置和照明方法。在用于将部件安装在基板(3)上的部件安装装置中，当基板识别照相机(12)捕获图像时，用照明光照射基板(3)，并且该照明光从发光面板(15)发出。发光面板由彼此叠置的光源(13)和彩色液晶面板(14)构成，并设置有发光状态能够单独变化的多个规则排列的发光元件。在照明过程中，从各发光元件发出的照明光的照明范围根据要捕获的对象而改变。从而，可以在适于各种不同的识别对象的合适照明条件下捕获图像，并且照明单元(20)所占用的装置空间可以保持足够小以满足紧凑尺寸的需要。

Description

部件安装装置、成像用的照明装置和照明方法
技术领域
本发明涉及执行用于将部件安装在板上的部件安装操作的部件安装装置、在部件安装装置中对识别对象进行成像时使用的成像用的照明装置、以及照明方法。
背景技术
在执行用于安装部件的操作的部件安装装置例如用在部件安装线中的部件装载装置中，为了板识别、位置检测或安装状态检查的目的，借助照相机对识别对象例如安装在板上的部件或设置在板和部件的表面上的识别标记进行成像。在成像时，照明光由照明装置照射到板的表面，照相机通过接收来自识别对象的反射光来获取识别对象的图像。因为反射照明光的反射特性随着识别对象的表面性质改变，所以为了清楚地辨别诸如识别标记的识别对象和图像背景，多个照明光源放置在不同的位置作为照明装置，并且照明光的色调和朝向板表面的照射方向可以基于识别对象改变。这种结构是已知的(例如，参见专利文献1)。在专利文献1中示出的示例中，装备了从斜向上的圆周方向照射位于下方的基板的环形照明灯和从成像方向发射光的同轴照明灯，为了使识别对象和背景之间的对比度变得最佳，预先寻找针对每个识别对象的环形照明灯和同轴照明灯的亮度数据作为个别照明条件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2009-182280
发明内容
本发明要解决的问题
近年来，随着电子装置的小型化和多功能化，安装部件的板发展成尺寸小且具有高安装密度。因此，这种板的安装设备也要小型化，并且用在各种部件安装装置中的构成要素也需要进一步小型化。然而，当采用上述结构的照明装置作为具有这种尺寸限制的部件安装装置的照明装置时，因为该结构需要多个照明光源，所以该照明装置的占用空间可能超出该装置设计时所允许的限制。
为此，在用于传统部件安装装置中的用于成像的照明装置中，当需要不同照射范围的照明光来支持各种识别对象时，因为光源的结构，故难以减小占用空间。存在对部件安装装置紧凑的要求不能满足的问题。
因此，本发明的目的是提供一种部件安装装置、在该部件安装装置中成像用的照明装置、以及照明方法，可以支持各种识别对象，并能够通过减小占用空间来满足小型化的要求。
解决问题的手段
本发明的部件安装装置是这样一种部件安装装置，其执行用于将部件安装在由板保持部保持的板上的操作，并包括：操作执行机构，执行用于将部件安装在板上的预定操作；成像部，获取设置在部件或板上的标记的图像或部件的本体的图像；照明部，在成像部成像时，将照明光照射到部件或板；和识别部，执行识别处理以识别标记的图像或部件的本体的图像，其中，照明部具有发光面板和发光控制部，在发光面板中规则地排列有发光状态可以被单独改变的多个发光部，发光控制部单独地控制发光部，以使从发光面板照射的照明光的照射范围基于成像对象而改变。
本发明的成像用的照明装置是一种部件安装装置中的照明装置，部件安装装置执行用于将部件安装在由板保持部保持的板上的操作，并包括：操作执行机构，执行用于将部件安装在板上的预定操作；成像部，获取设置在部件或板上的标记的图像或部件的本体的图像；和识别部，执行识别处理以识别标记或部件的本体的图像，该照明装置在成像部成像时将照明光照射到部件或板，包括发光面板和发光控制部，在发光面板中规则地排列有发光状态可以被单独改变的多个发光部，发光控制部单独地控制发光部，以使从发光面板照射的照明光的照射范围基于成像对象而改变。
本发明的用在部件安装装置中的照明方法，该部件安装装置执行用于将部件安装在由板保持部保持的板上的操作，并包括：操作执行机构，执行用于将部件安装在板上的预定操作；成像部，获取设置在部件或板上的标记或者部件的本体的图像；和识别部，执行识别处理以识别标记的图像或部件的本体的图像，在成像部成像时将照明光照射到部件或板，其中，使从发光面板照射的照明光的照射范围基于成像对象而改变，在所述发光面板中规则地排列有发光状态可以被单独改变的多个发光部。
本发明的效果
根据本发明，在执行将部件安装在由板保持部保持的板上的操作的部件安装装置中，当在借助成像部进行成像时照明光照射到部件或板时，并且当照明光从规则地排列有发光状态可被单独改变的多个发光部的发光面板照射时，通过单独地控制发光部，使从各发光部照射的照明光的照射范围和发光面板中照明光的色调分布基于成像对象而改变，从而成像可以在合适地对应于各种识别对象的条件下进行，可以通过减小照明部的占用空间来满足小型化要求。
附图说明
图1是本发明一个实施例的部件装载装置的平面图。
图2(a)和(b)是示出本发明该实施例的部件装载装置的板识别照相机的结构的图。
图3是示出本发明该实施例的部件装载装置中的用于成像照明的发光面板的结构的图。
图4是示出本发明该实施例的部件装载装置的控制系统的结构的框图。
图5(a)至(c)是示出本发明该实施例的部件装载装置中的成像用照明光的照射范围和照射形状的图。
图6(a)和(b)是示出本发明该实施例的部件装载装置中的成像用照明光的照射范围和色调分布的图。
图7(a)至(c)是示出本发明一个实施例的部件装载装置的板识别照相机的结构的图。
具体实施方式
接下来，参照附图描述本发明的实施例。首先，参照图1描述部件装载装置1的整个结构。部件装载装置1是在电子部件安装线中具有执行部件装载操作的功能的部件安装装置，部件装载操作是用于将部件安装在由板保持部保持的板上的操作。
在图1中，板运送部2沿X方向(板传送方向)设置在基台1a的中心。板运送部2从上游装置接收作为操作对象的板3。板3被部件安装部(该部件安装部的结构将在下面描述)运送并定位到部件安装操作位置，并被板保持部保持。部件供应部4分别设置在板运送部2的两侧。多个带馈送器5平行设置在部件供应部4中。各带馈送器5按节距馈送保持着作为安装对象的部件的载带，使得这些部件被供应到装载头9(将在下面描述)的拾取位置。在板运送部2与各部件供应部4之间，设置有部件识别照相机6，使得成像表面朝向上。
一对Y轴可移动工作台7沿Y方向设置在基台1a的在X方向上的两端，并且一对X轴可移动工作台8设置在这些Y轴可移动工作台7上，并能够沿Y方向移动。此外，装载头9和与装载头9一体移动的板识别单元11安装在每个X轴可移动工作台8上，并能够在X方向上移动。装载头9是由多个单元转移头10形成的多单元型头，并且作为待安装对象的部件由安装在每个单元转移头10的下端的抽吸喷嘴(图中省略)保持。当Y轴可移动工作台7和X轴可移动工作台8被驱动时，装载头9在X方向和Y方向上水平移动，从而部件由单元转移头10从相应的部件供应部4中取出，然后转移并装载在由板运送部2定位并保持的板3上。因此，由Y轴可移动工作台7、X轴可移动工作台8和装载头9形成的部件安装部(参照图4)成为执行部件装载操作的操作执行机构，该部件装载操作是用于将部件安装在板3上的预定操作。
在上述部件装载操作中，板识别单元11随着装载头9的移动而移动到板3上，并对识别对象，例如形成在板3上的识别标记3a(参照图2)或已经安装的安装部件P，进行成像。对标记3a进行成像以识别板3的位置，并对部件P进行成像以检查外观，从而判断安装状况是否良好。在装载头9在部件供应部4与板运送部2之间的移动路径中，部件识别照相机6设置成成像表面朝上。通过在部件由单元转移头10从部件供应部4中取出之后使装载头9在部件识别照相机6的上方移动，部件识别照相机6对由单元转移头10保持着的部件进行成像。在装载头9所执行的将部件装载在板3上的操作中，基于在板识别单元11对成像数据进行识别处理之后获得的板识别结果和在部件识别照相机6对成像数据进行识别处理之后获得的部件识别结果，来修正部件装载位置。
然后，参照图2的(a)和(b)来描述板识别单元11的结构。在图2(a)中，板识别单元11包括成像表面朝下的板识别照相机12。包括光源部13和彩色液晶面板14的发光面板15联接到从板识别照相机12向下延伸的光学系统12a，并且具有聚集照明光的功能的环形形状的聚光透镜19安装在发光面板15的底侧。如图2(b)所示，彩色液晶面板14的平面形状设置为与聚光透镜19的形状对应的环形形状。光源部13这样来形成：将规则排列的多个LED元件13c安装在底侧开口的矩形箱形状的光源箱13a中。供成像光通过的成像开口部13b设置在光源部13的中心部，并与光学系统12a连通。
光源部13通过开启LED元件13c而使照明光照射到彩色液晶面板14，彩色液晶面板14使照明光作为期望色调的照明光在期望的照射范围内向下透射。透射的照明光被聚光透镜19折射，并从全周方向照射到作为成像对象的标记3a。照明光的反射光通过成像开口部13b，并通过光学系统12a入射在板识别照相机12上。这样，就获取了作为成像对象的板3上的标记3a的图像。
示出用于与装载头9一体移动的板识别单元11的发光面板15的示例。此外，当对由装载头9保持的部件或设置在部件上的标记进行成像时，相同结构的发光面板15可以用于部件识别照相机6作为照明装置。示出用于对形成在板3上的标记3a进行位置识别的成像示例。然而，板3上的成像对象不限于此。在部件安装之后为了外观检查的目的而对板3上的安装部件P的本体进行成像时，可以使用发光面板15。
换言之，在该实施例中示出的部件识别照相机6和板识别照相机12是用于获取设置在部件P或板3上的标记或者部件P的本体的图像的成像部。由光源部13和彩色液晶面板14形成的发光面板15和聚光透镜19形成在上述成像部进行成像时将照明光照射到部件P或板3的照明部。
接下来，参照图3描述用于发光面板15的彩色液晶面板14的结构及其控制。在图3中，彩色液晶面板14通过将偏振滤光片21a和21b贴附到层叠件的两面上而形成，所述层叠件通过层叠阵列板16、液晶层17和滤色器板18而形成。透明电极(图中未示出)以阵列形式形成在设置于阵列板16中的像素16a中，发光控制部22使液晶驱动用的电压通过透明电极有选择地施加到各像素16a。液晶层17中光的透射状态由各像素16a控制。
在滤色器板18中，阵列板16的每个像素16a，作为单位像素，被进一步分成多个子像素18a，这些子像素18a响应于作为基本色的R(红)、G(绿)和B(蓝)而形成。发光控制部22使色调设定用的电压通过透明电极(图中未示出)施加到每个子像素18a。因此，通过液晶层17透射并通过滤色器板18的光的色调，即，色相、色度和亮度，可以通过R、G和B三色的加色混合方法来改变。
当发光控制部22使光源部13开启时，光从光源部13照射到彩色液晶面板14。首先，通过偏振滤光片21a的光，以基于根据发光控制部22所规定的照明条件而施加到各像素16的预定电压的透射状态，透射通过液晶层17。在响应于各像素16a设定的子像素18a中，发光控制部22根据规定的照明条件将电压施加到各子像素18a。当透射的光通过滤色器板18时，通过滤色器板18的光的色调由各像素16a控制，并且光透射通过偏振滤光片21b并照射到照明对象。
这样，发光控制部22控制阵列板16和滤色器板18，使得来自光源部13的照明光透射通过液晶层17的透射状态和透射的照明光通过滤色器板18时照明光的色调可以被控制。因此，可以任意地设定从发光面板15照射的照明光的色调和色调分布。
在上述结构中，通过基于阵列板16中的各像素16a来分割光源部13和彩色液晶面板14组合而成的发光面板15而定义的单独发光区15a成为发光面板15中发光状态可以由发光控制部22单独改变的发光部。上述的照明部20具有发光面板15和发光控制部22，在发光面板15中，作为多个发光部的单独发光区15a以排列图案(例如，格子排列)规则地布置，并且，发光控制部22通过单独地控制单独发光区15a，使从各单独发光区15a照射的照明光的色调和发光面板15中照明光的色调分布基于成像对象而改变。在该实施例中，示出使用光源部13和彩色液晶面板14组合在一起的彩色液晶面板作为发光面板15的示例。然而，采用不需要单独光源的发光面板例如等离子面板和有机EL的结构也是可以的。
接下来，参照图4描述控制系统的结构。在图4中，控制部30通过控制板运送部2、包括Y轴可移动工作台7、X轴可移动工作台8和装载头9的部件安装部、以及部件供应部4来执行用于将部件安装在板3上的部件装载操作。输入部31是输入装置，例如键盘或触控面板开关，并输入例如用于部件装载装置1的操作的操作命令或数据。显示部32是显示装置，例如液晶显示器，并显示部件识别照相机6或板识别照相机12成像时的屏幕或者输入操作时的引导屏幕。存储部33存储规定部件识别照相机6或板识别照相机12成像时的照明条件的照明条件数据33a(将在下面描述)、以及部件装载装置1的部件安装操作所需的各种程序和数据。
识别部34控制部件识别装置23A和板识别装置23B。部件识别装置23A通过控制部件识别照相机6使单元转移头10保持着的部件被成像，同时通过控制包括在部件识别照相机6中的部件识别用照明(发光面板)15A来执行使照明光在成像时进行照射的处理。板识别装置23B通过控制板识别照相机12使形成在板3上的识别标记3a被成像，同时通过控制包括在板识别照相机12中的板识别用照明(发光面板)15B来执行使照明光在成像时进行照射的处理。部件识别照相机6和板识别照相机12获得的图像数据被部件识别装置23A和板识别装置23B获取，并进一步交给识别部34。识别部34对这些图像数据，即形成在部件P或板3上的标记3a或者部件P的本体的图像，进行识别处理。照明条件设定部35，基于事先根据作为成像对象的板或部件的类型而存储在存储部33中的照明条件数据33a，执行用于设定指示部件识别装置23A和板识别装置23B的发光控制部22的照明条件的处理。部件识别用照明15A是光源部13和彩色液晶面板14组合而成的发光面板15。类似地，根据本实施例，板识别用照明15B是光源部13和彩色液晶面板14组合而成的发光面板15。
接下来，参照图5(a)至(c)以及图6(a)和(b)描述在本实施例中示出的部件装载装置1中，当部件识别照相机6或板识别照相机12成像以获取设置在部件P或板3上的标记3a或者部件P的本体的图像时，用于将照明光照射到部件P或板3的照明方法的一些实际示例。
图5(a)至5(c)示出发光面板15中的单独发光区15a由发光控制部22单独地控制以使从发光面板15照射的照明光的照射范围基于作为成像对象的板或部件所要求的照明特性而改变的示例。首先，图5(a)示出均匀的照明光从上方以尽可能宽的范围照射至成像对象时的照明型式。换言之，在该示例中，电压施加型式呈现为，使得彩色液晶面板14中的阵列板16的全部像素16a都使来自光源部13的光透射通过液晶层17。在滤色器板18中，透射的照明光的色调设定为亮光，例如白光。因此，实现了彩色液晶面板14和聚光透镜19的整个区域成为明亮的照射区BR、而其它区域都成为黑暗部D的照明型式。
图5(b)示出进行所谓的环状照明、使得照明光从上方以环状范围照射至成像对象时的照明型式。换言之，在该示例中，电压施加型式呈现为，使得在彩色液晶面板14中的阵列板16的像素16a中仅处于距离外周一预定宽度B1范围内的那些像素16a使来自光源部13的光透射通过液晶层17。在滤色器板18中，透射的照明光的色调设定为亮光，例如白光。因此，实现了彩色液晶面板14和聚光透镜19的区域中距离外周预定宽度B1的环形范围成为明亮的照明区BR、而其它区域都成为黑暗部D的环状照明类型的照明型式。
图5(c)示出在进行所谓的同轴照明、使得照明光从成像开口部13b附近的范围、围绕成像光轴、基本上垂直地向下照射至成像对象时的照明型式。换言之，在该示例中，电压施加型式呈现为，使得在彩色液晶面板14中的LED元件13c的像素16a中仅处于距离成像开口部13b的外周一预定宽度B2范围内的那些像素16a使来自光源部13的光透射通过液晶层17。透射的照明光在滤色器板18中的色调设定为亮光，例如白光。因此，实现了彩色液晶面板14和聚光透镜19的区域中距离成像开口部13b的外周预定宽度B2的环形范围成为明亮的照明区BR、而其它区域都成为黑暗部D的同轴照明类型的照明型式。
图6(a)和6(b)示出发光面板15中的单独发光区15a由发光控制部22单独地控制以使从各个单独发光区15a照射的照明光的色调和发光面板15中照明光的色调分布基于作为成像对象的板或部件所要求的照明特性而改变的示例。首先，图6(a)示出不同色调的照明光从不同方向照射到成像对象的照明型式。换言之，在该示例中，彩色液晶面板14中的LED元件13c的多个像素16a被等分成围绕成像开口部13b点对称的4个区，并且这些发光区分别用作分别照射R(红)、Y(黄)、G(绿)或B(蓝)的色相的照明光的彩色发光区C1、C2、C3和C4。
此外，图6(b)所示的示例中示出不同色调的照明光从特定方向照射至成像对象的照明型式。换言之，在该示例中，四个发光区设置在彩色液晶面板14中，从而围绕LED元件13c中的成像开口部13b彼此形成90度，并且这些发光区分别用作分别照射R(红)、Y(黄)、G(绿)或B(蓝)的色相的照明光的彩色发光区C1、C2、C3和C4，而其它区域都成为黑暗部D。
在上述照明方法中，当照明光从规则地排列有发光状态可单独改变的多个单独发光区15a的发光面板15照射时，从各发光区15a照射的照明光的照射范围和色调以及发光面板15中照明光的色调分布可以基于成像对象在发光控制部22控制发光区15a时进行改变。通过采用上述结构，可以解决传统部件安装装置中在成像时使用的照明装置中的需要不同照射范围和不同色调的照明光来支持各种识别对象的问题，即，因光源结构而难以减小占用空间以及不能提供要求紧凑的部件安装装置的问题。
不用说，根据上述结构，可以设定除了上述示例以外的各种照明型式。换言之，在上述结构中，因为除了照明光的透射状态之外，照明光的色调，即色相、色度和亮度，可以通过各单独发光区15a任意地设定，所以能够以现有技术中难以实现的较大灵活性基于成像对象选择照明光的照射范围、色调和色调分布。
在图2所示结构的照明部20中，示出了从发光面板15照射的照明光由聚光透镜19会聚的结构，但是代替使用聚光透镜19，也可以采用图7所示的结构。换言之，在图7所示的示例中，将布置有多个LED元件13c的光源板13*和与图2所示的发光面板15的结构类似通过层叠阵列板16、液晶层17和滤色器板18而形成的彩色液晶面板14*组合起来的发光面板形成为具有预定形状和尺寸的单元发光面板15*，并且多个单元发光面板15*组合使用。这样，通过朝成像对象倾斜地设置这些单元发光面板15*的照射表面，而使照明光聚焦在成像对象(这里是板3上的标记3a)上，使用聚光透镜19变得不必要。
这里，在图7(b)中，示出多个单元发光面板15*围绕成像开口部13b以放射状形式设置的示例。在图7(c)中，示出不同尺寸的多个单元发光面板15*围绕成像开口部13b以平行的形式设置的示例。通过这些结构，可以获得与图2所示的结构示例相同的效果。
在上述实施例中，示出了部件装载装置中部件识别照相机6或板识别照相机12成像时应用发光面板15进行照明的示例，但是本发明不限于此应用场合。本发明能够应用于部件安装领域中为了成像需要照明的各种装置，包括在部件装载装置中、在部件识别或丝网印刷装置中用于焊料检查或部件安装之后的外观检查的成像。
虽然参照具体实施例详细描述了本发明，但是明显的是，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的条件下可以进行各种改变和修改。
本申请基于2010年8月26日提交的日本专利申请(专利申请2010-189007)，这里将其内容引入作为参考。
工业实用性
本发明的部件安装装置和照明装置以及成像用照明方法可以支持各种识别对象，具有能够通过减小占用空间来满足小型化要求的效果，并可以用于在诸如部件装载装置的部件安装装置中检查或识别部件或板。
符号说明
1   部件装载装置
3   板
3a  标记
6   部件识别照相机(成像部)
9   装载头
11  板识别单元
12  板识别照相机(成像部)
13  光源部
14  彩色液晶面板
15  发光面板
15a 单独发光区(发光部)
16  阵列板
16a 像素
17  液晶层
18  滤色器板
18a 子像素
19  聚光透镜
20  照明部
P   部件

Claims (3)

1.一种部件安装装置，执行用于将部件安装在由板保持部保持的板上的操作，包括：
操作执行机构，执行用于将部件安装在板上的预定操作；
成像部，获取设置在部件或板上的标记的图像或部件的本体的图像；
照明部，在成像部成像时，将照明光照射到部件或板；和
识别部，执行识别处理以识别标记的图像或部件的本体的图像；
其中，照明部具有发光面板和发光控制部，在发光面板中规则地排列有发光状态能够被单独改变的多个发光部，发光控制部单独地控制发光部，以使从发光面板照射的照明光的照射范围基于成像对象而改变。
2.一种成像用的照明装置，执行用于将部件安装在由板保持部保持的板上的操作，并包括：操作执行机构，执行用于将部件安装在板上的预定操作；成像部，获取设置在部件或板上的标记的图像或部件的本体的图像；和识别部，执行识别处理以识别标记的图像或部件的本体的图像，并且，在成像部成像时，将照明光照射到部件或板，并包括发光面板和发光控制部，在发光面板中规则地排列有发光状态能够被单独改变的多个发光部，发光控制部单独地控制发光部，以使从发光面板照射的照明光的照射范围基于成像对象而改变。
3.一种照明方法，用在部件安装装置中，该部件安装装置执行用于将部件安装在由板保持部保持的板上的操作，并包括：操作执行机构，执行用于将部件安装在板上的预定操作；成像部，获取设置在部件或板上的标记的图像或部件的本体的图像；和识别部，执行识别处理以识别标记或部件的本体的图像，在成像部成像时将照明光照射到部件或板，其中，使从发光面板照射的照明光的照射范围基于成像对象而改变，在所述发光面板中规则地排列有发光状态能够被单独改变的多个发光部。
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