JP2000200999A

JP2000200999A - 基板マ―ク認識機構

Info

Publication number: JP2000200999A
Application number: JP11000694A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kojima; 純一小嶋
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1999-01-05
Filing date: 1999-01-05
Publication date: 2000-07-18
Anticipated expiration: 2019-01-05
Also published as: JP4194159B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、印刷配線基板が歪んでいても、
位置決め用に設けられたマークを明瞭に認識する。【解決手段】照明具２２と基板４との間に光フィルタ
部２３を設け、照明具２２から基板４方向に照射される
光の領域を制御するよう構成した。この結果、光フィル
タ部２３は、基板４の歪みに対応して、照射される光の
領域を変える、背景となる基板４からの外乱光を押さえ
るので、撮像カメラ２１はコントラストの良好なマーク
４ａ像を捕らえることができ、マーク認識率を高めるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】通常、印刷配線基板には、集
積回路（ＩＣ）や抵抗、コンデンサ等、多くの電子部品
が組込まれるが、この発明は、それら電子部品の実装に
際して必要な基板位置決めのための基板マーク認識機構
の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を印刷配線基板上の定められた
位置に正しく実装するには、予め基板位置の正確な認識
が必要であり、その基板位置認識のために基板面に、位
置決め用のマークが付されている。

【０００３】図８は、部品装着ヘッド１に取り付けられ
た従来の基板マーク認識機構を示すもので、部品装着ヘ
ッド１自体はＸ−Ｙ移動機構３のＸスライダ３１の下部
に固定されている。Ｘスライダ３１は、Ｘガイドレール
３１ａの一端に設けられたＸ軸モータ３１ｂによって図
示しないボールネジが駆動され、Ｘ方向にスライド自在
に構成されている。

【０００４】また、Ｘガイドレール３１ａ自体は、Ｙス
ライダ３２に取り付けられている。そのＹスライダ３２
は、ボールネジ３２ａにより駆動され、Ｙガイドレール
３２ｂに沿いスライドすることにより、Ｙガイドレール
３２ｂを固定した固定部３３に対し、Ｙ方向に移動する
ように構成されている。

【０００５】従って、Ｙスライダ３２はＹ方向に、また
Ｘスライダ３１はＸ方向にスライド自在に設けられたの
で、部品装着ヘッド１はＸ−Ｙ方向の任意の位置に位置
決め可能であるとともに、図示しないが、部品装着ヘッ
ド１自体も、モータ制御により、Ｘ−Ｙ方向に垂直なＺ
軸方向を回転中心とし、水平（θ）方向に回動自在とな
るよう構成されている。なお、部品装着ヘッド１には、
上下方向にスライド移動自在に取り付けられた吸着用の
ノズル１ａが設けられている。

【０００６】そこでいま、図示しない搬送テーブルによ
り搬送されてきた基板４上面には、位置決め用に例えば
円形状のマーク４ａが複数か所に設けられており、その
基板４上のマーク４ａを基板マーク認識機構２の撮像カ
メラ２１で撮影し、その撮像信号を画像処理装置５に供
給することによって、マーク４ａの中心座標位置が割り
出される。

【０００７】画像処理装置５はまた、予め定められた基
板４の基準位置との位置誤差をパターン認識により検出
し、制御装置６に供給するので、制御装置６はその位置
誤差が零となるよう部品装着ヘッド１をＸ−Ｙ−θ方向
に制御する。

【０００８】そこで、基板マーク認識機構２は、図９に
拡大して示したように、ＣＣＤカメラ等の撮像カメラ２
１がレンズ機構２１ａを介して基板４上のマーク４ａの
映像を捕らえるために、マーク４ａを明るく照らす照明
具２２が撮像カメラ２１と一体に取り付けられている。

【０００９】照明具２２は、複数個のＬＥＤ（発光ダイ
オード）等のランプ２２ａが撮像カメラ２１の光軸Ｚを
中心に取り囲む円周上に等間隔に複数個設けられ、いず
れも基板４上のマーク４ａ方向に向け照射するように配
置されている。

【００１０】撮像カメラ２１は、マーク４ａからの反射
光を受けて撮像するが、マーク４ａの鮮明な映像は、マ
ーク４ａからの反射光とマーク４ａを取巻く背景領域か
らの反射光との間のコントラストによって得られる。

【００１１】なお、撮像カメラ２１及び照明具２２は部
品装着ヘッド１に一体的に固定されており、撮像カメラ
２１の撮像方向軸（Ｚ軸）は、図示のように、平らな基
板４面及びマーク４ａ面に垂直であり、また照明具２２
の照明方向は、マーク４ａ面を照射するように配置され
ている。従って、図１０（ａ）に要部断面を拡大して示
したように、一つの円周上に略等間隔に配列された照明
具２２の各ランプ（２２ａａ，２２ａｂ，２２ａｃ，２
２ａｄ）は、いずれもマーク４ａ方向に向けて照射され
る。

【００１２】ベーク板やエポキシ板等からなる基板４の
表面は暗く光反射係数は小さいのに対し、銅箔等からな
るマーク４ａの表面は明るく光反射係数は大である。

【００１３】従って、図１０（ａ）に示すように、一つ
の円周上に配列された各ランプ（２２ａａ，２２ａｂ，
２２ａｃ，２２ａｄ）がいずれも共通してマーク４ａ方
向を照射しているが、ランプ（２２ａｂ，２２ａｃ）か
らの照射光の一部に示したように、マーク４ａに照射し
た光は実線で示すように反射光量は多く、またランプ
（２２ａａ，２２ａｄ）からの照射光の一部に示したよ
うに、マーク４ａ以外の基板４面を照射した光は吸収さ
れる量が多く、破線で示すように反射光量は少ない。

【００１４】従って、レンズ機構２３を介して撮像カメ
ラ２１は、良好なコントラストのもとで、図１０（ｂ）
に示すように、マーク４ａの形状及び中心位置Ｐを正確
に捕らえることができる。

【００１５】なお、印刷配線基板４としてはベーク板や
エポキシ板等の比較的堅い絶縁物を基材としたもののほ
かに、最近ではポリエステル等を基材としたフイルム状
のフレキシブル印刷配線基板が使用されるようになって
きた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
基板マーク認識機構は、搬送テーブル上の基板４面やマ
ーク４ａ表面は撮像カメラ２１の撮像方向軸Ｚに垂直面
をなすものとして構成されている。

【００１７】しかしながら、ベーク板等の堅い基材の印
刷配線基板４ならともかく、樹脂フィルム上に配線や位
置決め用のマークが銅箔によりプリントされたフレキシ
ブル印刷配線基板の場合は、厚さが薄く、折り曲がりや
すく、フレキシブル印刷配線基板が仮にパレット治具で
あるマザーボードに装着されたとしても、基板４表面は
変形し、必ずしも基板４面が撮像方向軸Ｚに垂直になり
難い。

【００１８】従って、例えば図１１（ａ）に示すよう
に、基板４面が変形し、搬送テーブル面との間に角度α
をなして傾斜した状熊になると、全体としてマーク４ａ
からの反射光軸が逸れるとともに、変形によりランプ２
２ａａは反射面との間の距離が短くなり、背景である基
板４面から撮像カメラ２１に供給される光量が大幅に増
加した。

【００１９】そもそも、ポリエステル等の樹脂フィルム
からなる基板４の表面は、ベーク板等とは異なり、光反
射係数が大きいので、基板４とマーク４ａとからの各反
射光との間にそれほど大きなコントラストが得られない
性質がある。

【００２０】従って、フレキシブル印刷配線基板が仮に
マザーボードに取付けられた状態でマーク４ａの位置検
出を行なったとしても、基板４表面の僅かな変形によ
り、マーク３ａからの反射光軸が逸れ、背景である基板
４面から撮像カメラ２１に供給される光、すなわち外乱
光が大幅に増加し、その結果、背景である基板４面の映
像と実際のマーク４ａの部分の映像との間に十分なコン
トラストが得られず、図１１（ｂ）に実線で示すよう
に、全体として一方に広がった不正確な画像となる欠点
が生じた。

【００２１】その結果、高精度な位置決めが不可能とな
るだけでなく、マーク４ａか否かの識別も不可能にもな
り、認識エラーひいては部品実装装置の稼働率低下を招
いた。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の課題を解決するためになされたものであり、第１の発
明は、基板上に設けられた位置決め用のマークに向け光
を照射する照明具と、この照明具から照射された光の前
記マークからの反射光を受け前記マークを撮影する撮像
カメラとからなる基板マーク認識機構において、前記照
明具と前記基板との間に光フィルタを設け、前記照明具
から照射される光の領域を制御するよう構成されたこと
を特徴とする。

【００２３】このように、照明具と基板との間に光フィ
ルタを設け、照明具から照射される光の領域を制御する
ように構成したので、仮に基板自体が変形し、マークと
その背景との間に十分なコントラストが得られない場合
でも、光フィルタは背景領域に照射される光量を低減す
ることができ、良好なコントラストを得ることができ
る。

【００２４】第２の発明は、同じく基板上に設けられた
位置決め用のマークに向け光を照射する照明具と、この
照明具から照射された光の前記マークからの反射光を受
け前記マークを撮影する撮像カメラとからなる基板マー
ク認識機構において、前記照明具は、前記撮像カメラの
撮像方向の中心軸を囲むように配列された複数個のラン
プで構成され、これら複数個のランプを選択的に点灯可
能に構成されたことを特徴とする。

【００２５】このように、第２の発明においても、照明
具は、撮像カメラの撮像方向の中心軸を囲むように配列
された複数個のランプで構成し、これら複数個のランプ
を選択的に点灯可能に構成したので、第１の発明と同様
に、背景領域に照射される光量を低減することができ、
良好なコントラストを得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明による基板マーク認
識機構の一実施の形態を図１ないし図８を参照して詳細
に説明する。なお、図９ないし図１１に示した従来の構
成と同一構成には、同一符号を付して詳細な説明は省略
する。

【００２７】すなわち、図１は部品装着ヘッド１に取り
付けられた本発明による基板マーク認識機構２の第１の
実施の形態を示すもので、搬送された基板４上面には、
位置決め用のマーク４ａが複数か所に設けられ、基板４
上のマーク４ａを基板マーク認識機構２の撮像カメラ２
１で撮影し、その撮像信号は画像処理装置４に供給され
る。

【００２８】そこで、基板マーク認識機構２は、図２の
正面図、及び図３の斜視図にも拡大して示したように、
ＣＣＤカメラ等の撮像カメラ２１がレンズ機構２１ａを
介して基板４上のマーク４ａ像を捕らえ得るように配置
されるとともに、照明具２２は従来と同様に、撮像カメ
ラ２１と一体に取り付けられている。

【００２９】照明具２２には、例えばハロゲン化金属ラ
ンプのような白色光を発生する複数個のランプ２２１，
２２２が撮像カメラ２１の撮像を妨げないように環状に
配置されており、照明具２２と基板４との間に光フィル
タ部２３が配設されている。

【００３０】光フィルタ部２３は撮像カメラ２１に固定
されたモータ２４により回転可能に構成されており、モ
ータ２４の回転軸は撮像カメラ２１の光軸と平行となる
ように取り付けられている。

【００３１】光フィルタ部２３は図４に拡大して示すよ
うに、モータ２４の駆動軸に固定された中心の周りには
図示のように、複数個の円形状の光フィルタ２３１，２
３２，２３３，２３４，２３５，２３６がはめ込まれて
いる。円形状の各光フィルタ２３１〜２３６のいずれ
も、中央部は撮像カメラ２１が基板４上のマーク４ａを
捕らえることができるように円形の孔２３Ｐが開けられ
ており、各光フィルタ２３１〜２３６の内、光フィルタ
２３１は照明具２２からの白色光がそのまま通過し、従
来と同様に基板４面を照射するように構成されている
が、残りの他の光フィルタ２３２〜２３６は、照明具２
２から照射される光の領域をそれぞれ位置及び領域を変
え、部分的に制限するように黒色の遮光部２３ｓが形成
されている。

【００３２】従って、モータ２４の回転駆動により、照
明具２２とマーク４ａとの間に介在する光フィルタとし
て、光フィルタ部２３の光フィルタ２３１〜２３６のい
ずれかを選択することにより、マーク４ａに向け照射さ
れる光の領域を任意に変更することができる。

【００３３】なお、光フィルタ２３１、及び光フィルタ
２３２〜２３６の遮光部２３ｓを除く部分は、単に照明
具２２からの光を透過させるようにしてもよく、あるい
はそこに光拡散板をはめ込み、照明具２２からの光を均
一に拡散させて基板４面を照射するように構成しても良
い。

【００３４】そこでいま、ポリエステル等を基材とした
フイルム状のフレキシブル印刷配線基板４が変形し、マ
ーク４ａとその背景部である基板４面との間に小さなコ
ントラストしか得られない場合、モータ２４の回転制御
により、基板４の変形方向に対応して、各光フィルタ２
３１〜２３６のうちのいずれかを選択することによっ
て、基板４面から反射する外乱光を抑制し、撮像カメラ
２１はマーク４ａの明瞭な映像を捕らえることができ
る。

【００３５】従って、例えば図５（ａ）に示すように、
基板４面が搬送テーブル面との間に角度αをなした傾斜
状態において、モータ２４の回転制御により、その基板
４の傾斜方向に対応して遮光部２３ｓが配置されるよう
に、光フィルタ２３５を選択することができる。その結
果、変形により距離が近付いた側のランプ２２ａａから
の照射光は遮光部２３ｓで遮断されるとともに、ランプ
２２ａｂ，２２ａｃからの照射光を示したようにマーク
４ａへ照射された光は大きな反射係数で反射されるの
で、撮像カメラ２１はマーク４ａの明瞭な映像を捕らえ
ることができる。

【００３６】上記説明では、光フィルタ２３２〜２３６
は中央部の孔２３Ｐを除き、遮光部２３ｓにより通過す
る光を遮断する領域を形成し、光透過部分では照明具２
２からの白色光を通過させるように説明したが、各光フ
ィルタ２３１〜２３６の光透過部分に色フィルタを嵌め
込み、特定波長の光のみを通過させるように構成するこ
ともできる。

【００３７】すなわち、一般に基板４面のマーク４ａは
銅箔によって形成されるが、マーク４ａや基板４面の各
材質や色彩によっては、照射される光の波長の変化に対
するそれぞれの光反射率の変化量の割合が相違する。

【００３８】そこで、マーク４ａ及び基板４面の各材質
及び色彩の組み合わせに対応して、マーク４ａ及び基板
４面からの反射光におけるコントラストが最大となる波
長を選択し、遮光部２３ｓによる基板４面からの外乱光
をカット（遮断）するとともに、よりコントラストの強
調されたマーク４ａの映像を得ることができる。

【００３９】すなわち、図６は本発明による基板マーク
認識機構の第２の実施の形態に使用される光フィルタ２
３１〜２３６の内の１構成（光フィルタ２３５）を示し
たもので、光フィルタ（２３５）の光透過領域に特定波
長の光を透過させる色フィルタ２３ｃを嵌め込み構成し
た。

【００４０】この結果、第１の実施の形態と同様に、フ
レキシブル基板４の場合のように、基板４面が変形して
いる場合は、光フィルタ（２３２〜２３６）の遮光部２
３ｓで基板４面からの外乱光を抑制し、しかも色フィル
タ２３ｃを経て照射される特定波長の光がマーク４ａ及
び基板４面の材質及び色彩の組み合わせに対応すること
から、より明瞭なコントラストを得て、基板マーク認識
率を向上させることができる。

【００４１】このように、第２の実施の形態では、色フ
ィルタ２３ｃにより基板４方向に照射される光の波長を
選択し、最良のコントラストのもとでマーク４ａの映像
が得られるように構成したが、色フィルタ２３ｃを使用
することなく、照明具２２の光源に、白色光のランプに
替えて、例えば発光色の異なるＬＥＤを多数環状に配置
し、色別に発光するＬＥＤを選択的に点灯させ、フレキ
シブル基板４及びマーク４ａの材質や色彩に対応し、マ
ーク４ａとその背景である基板４面からの各反射光のコ
ントラストが最良となるように構成することができる。

【００４２】さらにまた、上記各実施の形態では、光フ
ィルタ部２３をモータ２４により回転させ、例えば変形
したフレキシブル基板面の変形方向に応じて、光フィル
タ２３１〜２３６による遮光方向及び遮光面積等を選択
し、最良のコントラストが得られるように構成したが、
遮光部２３ｓを有する光フィルタ２３２〜２３６を採用
することなく、単に環状に多数配置したＬＥＤ等の光源
を周囲方向に複数領域分割し、選択的に切替え消灯（Ｏ
ＦＦ）することによって、その消灯部分が光フィルタ２
３２〜２３６の遮光部２３ｓに対応するように構成さ
れ、上記第１及び第２の実施の形態と同様な効果を得る
ことができる。

【００４３】すなわち、図７はこの発明による基板マー
ク認識機構の第３の実施の形態を示すもので、外乱光を
抑制したい方向のランプ２２ａａをＯＦＦ（消灯）する
ことにより、基板４からの反射光を抑制し、最良のコン
トラストを得るものである。

【００４４】このような構成では、照明具２２の各光源
２２ａａ〜２２ａｄに対するＯＮ／ＯＦＦ制御回路を必
要とするが、第１及び第２の実施の形態におけるよう
な、モータ２４等の可動機構を不要とすることができ
る。

【００４５】なお、この第３の実施の形態では、光フィ
ルタ２３２〜２３６の遮光部２３ｓの機能をランプ２２
の消灯（ＯＦＦ）により実現したものであるが、光フィ
ルタ２３２〜２３６の他の透光部分、及び遮光部２３ｓ
のない光フィルタ２３１については、上記第２の実施の
形態における色フィルタを組合わせ適用し、基板４やマ
ーク４ａの種類に対応して、最良のコントラストが得ら
れるように構成できることはいうまでもない。

【００４６】なお、上記各実施の形態において、ランプ
としてＬＥＤやハロゲン金属ランプを使用する旨説明し
たが、他の例えば白熱電球や蛍光灯、あるいは陰極線管
を採用することもできる。また、マーク４ａは要するに
基板４の位置決め用の機能を備えれば良いので、予め基
板４上に設けたものでなくとも、例えば基板上に形成さ
れた配線パターンの一部や実装された一部品を位置決め
用のマーク対象として使用しても全く同様な効果を得る
ことができる。

【００４７】以上説明のように本発明によれば、表面が
歪み、あるいは傾斜した基板上の位置決めマークに対
し、最良のコントラストからなる撮像画像が得られるも
のであり、部品実装装置に採用して得られる効果大であ
る。

【００４８】

【発明の効果】上記のように、本発明による基板マーク
検出機構は、たとえ位置決め用のマーク周辺部からの反
射光が外乱光として作用するような場合でも、的確にこ
れを抑制し、常に最良のコントラストが得られるように
構成されたので、基板における位置決めの検出確率が向
上し、部品実装効率が高められるものであり、実用に際
して顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基板マーク検出機構の第１の実施
の形態を適用した部品実装装置の構成図である。

【図２】図１に示す基板マーク検出機構の要部拡大図で
ある。

【図３】図１に示す基板マーク検出機構の要部斜視図で
ある。

【図４】図３に示す基板マーク検出機構のフィルタ部の
拡大平面図である。

【図５】図５（ａ）は光フィルタを使用した基板マーク
検出機構の正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す基板
マーク検出機構に使用した光フィルタの平面図である。

【図６】本発明による基板マーク検出機構の第２の実施
の形態に使用される光フィルタを示す平面図である。

【図７】本発明による基板マーク検出機構の第３の実施
の形態を説明する正面図である。

【図８】従来の基板マーク検出機構を適用した部品実装
装置の構成図である。

【図９】図８に示す基板マーク検出機構の拡大正面図で
ある。

【図１０】図１０（ａ）は、図８に示す基板マーク検出
機構の拡大正面図である。図１０（ｂ）は、図１０
（ａ）に示す基板マーク検出機構によるマーク撮像画像
を示す平面図である。

【図１１】図１１（ａ）は、基板が傾斜した場合の図８
に示す基板マーク検出機構の要部正面図である。図１１
（ｂ）は、図１１（ａ）に示す基板マーク検出機構によ
り撮像されたマーク撮像画像を示す平面図である。

【符号の説明】

１部品装着ヘッド２基板マーク認識機構２１撮像カメラ２１ａレンズ機構２２照明具２２ａランプ２３光フィルタ部２３１〜２３６光フィルタ２４モータ３Ｘ−Ｙ移動機構４基板４ａマーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられた位置決め用のマーク
に向け光を照射する照明具と、この照明具から照射され
た光の前記マークからの反射光を受け前記マークを撮影
する撮像カメラとからなる基板マーク認識機構におい
て、前記照明具と前記基板との間に光フィルタを設け、前記
照明具から照射される光の領域を制御するよう構成され
たことを特徴とする基板マーク認識機構。
【請求項２】前記光フィルタは、前記照明具から照射
された光を受け、特定の波長の光を通過可能に構成され
たことを特徴とする請求項１記載の基板マーク認識機
構。
【請求項３】前記光フィルタは、前記マークに照射さ
れて反射する反射光量とマーク以外の基板面に照射され
て反射する反射光量との比（コントラスト）が最大とな
る波長の光が通過するように設定されたことを特徴とす
る請求項２記載の基板マーク認識機構。
【請求項４】前記照明具は、互いに波長の異なる光を
放射する複数個のランプを有し、これら複数個のランプ
からの光を選択的に切り替えて前記基板に向け照射可能
に構成されたことを特徴とする請求項１記載の基板マー
ク認識機構。
【請求項５】前記照明具は、前記マークに照射されて
反射する反射光量とマーク以外の基板面に照射されて反
射する反射光量との比（コントラスト）が最大となる波
長の光を出力するように設定されたことを特徴とする請
求項４記載の基板マーク認識機構。
【請求項６】基板上に設けられた位置決め用のマーク
に向け光を照射する照明具と、この照明具から照射され
た光の前記マークからの反射光を受け前記マークを撮影
する撮像カメラとからなる基板マーク認識機構におい
て、前記照明具は、前記撮像カメラの撮像方向の中心軸
を囲むように配列された複数個のランプで構成され、こ
れら複数個のランプを選択的に点灯可能に構成されたこ
とを特徴とする基板マーク認識機構。