JP2000312100A - 表面実装機の部品認識装置 - Google Patents

表面実装機の部品認識装置

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JP2000312100A
JP2000312100A JP11120037A JP12003799A JP2000312100A JP 2000312100 A JP2000312100 A JP 2000312100A JP 11120037 A JP11120037 A JP 11120037A JP 12003799 A JP12003799 A JP 12003799A JP 2000312100 A JP2000312100 A JP 2000312100A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タクトタイム短縮に貢献でき、しかも部品下
面の画像が重視されるような場合でも、装置の大型化や
部品認識精度の低下を伴うことなくカメラ同士の干渉を
良好に回避できるようにする。 【解決手段】 ラインセンサからなる2つのカメラ23
を設け、各ラインセンサの素子列が互いに平行になるよ
うに各カメラ23を配設するとともに、異なる角度の画
像が得られるように互いに光軸が交わるようにカメラ2
3を傾けて配置し、ヘッドユニット5を各カメラ23に
対して相対的に、かつ各ラインセンサの素子列に対して
略直交する方向に移動させる間に吸着部品を撮像し、各
カメラ23による撮像画像から制御装置30の画像処理
部33において部品の3次元画像を形成して部品認識を
行うようにした。各カメラ23は、部品撮像時のヘッド
ユニット5の移動方向における異なる位置で画像をそれ
ぞれ取り込むように配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドユニットに
より電子部品を吸着してプリント基板上の所定位置に装
着するように構成された表面実装機において、特に、装
着に先立って吸着部品を認識する部品認識装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、部品装着用のヘッドを有するヘッ
ドユニットにより、IC等の部品を部品供給部から吸着
して、位置決めされているプリント基板上に移送し、プ
リント基板の所定の位置に装着するようにした表面実装
機(以下、実装機と略す)が一般に知られている。
【0003】このような実装機においては、ヘッドで部
品を吸着したときの部品の位置にはある程度のバラツキ
があり、部品の吸着位置ズレに応じて装着位置を補正す
ることが要求される。そのため、吸着された部品を認識
してヘッドに対する吸着位置ズレを検知したり、また部
品の異常、例えばQFP等、多数のリードを有する部品
であれば、このリードの折れ等を検知するようにしてい
る。
【0004】このような部品認識を行う装置として、従
来は、吸着部品の一面(主に下面)の画像を取込み、そ
の画像に基づいて部品を認識する装置が主流であった
が、近年では、リードの折れ等をより正確に検知すべ
く、エリアセンサからなる2つのカメラにより吸着部品
を異なる角度から撮像し、これらの画像を画像処理装置
により合成することによって3次元画像を形成して部品
を認識する装置が提案されている(特開平7−1515
22号公報)。
【0005】この装置では、所定の撮像位置の下方に両
カメラが配設され、撮像位置にセットされた部品の同一
箇所を異なる角度から撮像するように両カメラが一点に
指向するように傾いた状態で配設されている。そして、
各カメラと撮像位置との間に、撮像に必要な光を照射す
る共通の照明装置が介設された構成となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置では、吸着部品を上記撮像位置において一旦静止させ
てから部品を撮像するためタクトタイムの短縮化が妨げ
られるという問題がある。特に、ヘッドユニットに複数
のヘッドを備えた装置では、ヘッドユニットを断続的に
移動させることとなり極めて効率が悪い。
【0007】また、2つのカメラを共通の一点に指向さ
せる構成であるため、カメラ配置の自由度が制約され
て、例えば、3次元画像のうちでも特に部品下面の画像
が重視されるような場合には、次のような問題がある。
すなわち、部品下面の画像を精度良く得ようとすれば必
然的に両カメラのなす角度を小さくする(つまり、両カ
メラの光軸のなす角度を小さくする)ことが要求される
が、このようにすると、カメラの構造によっては、カメ
ラ同士の物理的な干渉により現実の配置が困難となる場
合があり、これを回避すべく撮像位置と両カメラとの距
離を広げると、装置が大型化するばかりでなく、画像の
鮮明度が損なわれて部品認識精度が低下するという問題
がある。
【0008】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、タクトタイムの短縮に貢献でき、
しかも部品下面の画像が重視されるような場合でも、装
置の大型化や部品認識精度の低下を伴うことなくカメラ
同士の干渉を良好に回避することができる表面実装機の
部品認識装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、部品吸着用のヘッドユニットに吸着され
た部品を2つの撮像手段により異なる角度から撮像し、
各画像から部品の3次元画像を形成してこの部品画像に
基づいて部品を認識するように構成された表面実装機の
部品認識装置において、上記撮像手段としてラインセン
サからなるカメラを設けるとともに各ラインセンサの素
子列が互いに平行になるように各カメラを配設し、上記
ヘッドユニットが各カメラに対して相対的に、かつセン
サの素子列に対して直交する方向に移動する間に吸着部
品を撮像するように構成するとともに、ヘッドユニット
の上記移動方向における異なる位置で部品画像をそれぞ
れ取り込むように各カメラを配置したものである(請求
項1)。
【0010】この装置によると、部品吸着後、ヘッドユ
ニットが各カメラに対して相対的に移動する間に部品の
画像が各カメラによりそれぞれ取り込まれる。そのた
め、効率的に部品画像を取り込むことができる。一方、
構造上は、異なる角度の画像をそれぞれ撮像するために
各センサが傾いた状態で配設されるが、ヘッドユニット
の移動方向における異なる位置の部品画像をそれぞれ取
り込むように各カメラが配設されているため、カメラの
配置の自由度が高く、例えば部品下面の画像を精度良く
得るべく両カメラのなす角度を小さくする(両カメラの
光軸のなす角度を小さくする)ことが要求される場合で
もカメラ同士の干渉を容易に回避することができる。
【0011】また、上記課題を解決するために、本発明
は、部品吸着用のヘッドユニットに吸着された部品を撮
像手段により異なる2方向の角度から撮像し、各画像か
ら部品の3次元画像を形成してこの部品画像に基づいて
部品を認識するように構成された表面実装機の部品認識
装置において、撮像手段として素子列が互いに平行に配
設される2つのラインセンサを備えるとともに、これら
のラインセンサに対して共通のレンズを備えたカメラを
設け、ヘッドユニットがカメラに対して相対的に、かつ
各ラインセンサの素子列に対して直交する方向に移動す
る間に吸着部品を撮像するように構成するとともに、上
記レンズを介してヘッドユニットの上記移動方向におけ
る異なる位置で部品画像をそれぞれ取り込むように、上
記レンズの光軸に対して各ラインセンサを対称に配置し
たものである(請求項2)。
【0012】この装置の場合も、ヘッドユニットがカメ
ラに対して相対的に移動する間に各ラインセンサにより
部品の画像が取り込まれるため、効率的に部品の画像を
取り込むことができる。また、各ラインセンサによる画
像の取込み位置は各ラインセンサの配置調整により行う
ため、従来のようなカメラ同士の物理的な干渉が問題と
なることがない。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
に基づいて説明する。
【0014】図1及び図2は、本発明に係る部品認識装
置が搭載された実装機の構造を示している。同図に示す
ように、実装機の基台1上には、プリント基板搬送用の
コンベア2が配置され、プリント基板3がこのコンベア
2上を搬送されて所定の装着作業位置で停止されるよう
になっている。上記コンベア2の側方には、部品供給部
4が配置されている。この部品供給部4は部品供給用の
フィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダー4
aを備えている。
【0015】また、上記基台1の上方には、部品装着用
のヘッドユニット5が装備されている。このヘッドユニ
ット5は、部品供給部4とプリント基板3が位置する部
品装着部とにわたって移動可能とされ、当実施形態では
X軸方向(コンベア2の方向)およびY軸方向(水平面
上でX軸と直交する方向)に移動することができるよう
になっている。
【0016】すなわち、上記基台1上には、Y軸方向の
固定レール7と、Y軸サーボモータ9により回転駆動さ
れるボールねじ軸8とが配設され、上記固定レール7上
にヘッドユニット支持部材11が配置されて、この支持
部材11に設けられたナット部分12が上記ボールねじ
軸8に螺合している。また、上記支持部材11には、X
軸方向のガイド部材13と、X軸サーボモータ15によ
り駆動されるボールねじ軸14とが配設され、上記ガイ
ド部材13にヘッドユニット5が移動可能に保持され、
このヘッドユニット5に設けられたナット部分(図示せ
ず)が上記ボールねじ軸14に螺合している。そして、
Y軸サーボモータ9の作動により上記支持部材11がY
軸方向に移動するとともに、X軸サーボモータ15の作
動によりヘッドユニット5が支持部材11に対してX軸
方向に移動するようになっている。
【0017】また、上記Y軸サーボモータ9及びX軸サ
ーボモータ15には、それぞれロータリエンコーダから
なる位置検出手段10,16が設けられており、これに
よって上記ヘッドユニット5の移動位置検出がなされる
ようになっている。
【0018】上記ヘッドユニット5には、チップ部品吸
着用のノズル20aを先端に備えたヘッド20が設けら
れ、図2に示すように当実施形態ではX軸方向に8つの
ヘッド20が並べて設けられている。各ヘッド20は、
それぞれ、ヘッドユニット5のフレームに対して昇降及
びノズル中心軸回りの回転が可能とされ、図外の昇降駆
動機構及び回転駆動機構により作動されるようになって
いる。なお、上記昇降駆動機構は、例えば、各ヘッド2
0を同時に上下動させる全体昇降用サーボモータと、各
ヘッド20を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定
数(8個)のエアシリンダとを備え、それらを併用する
ことにより、各ヘッド20を所定の上昇位置と下降位置
とにわたって昇降させるように構成されている。また、
回転駆動手段は、1個の回転用サーボモータと、このサ
ーボモータの回転を各ヘッドに伝える伝動機構とからな
っている。
【0019】また、上記部品供給部4の側方には、上記
ヘッドユニット5の各ヘッド20に吸着された部品を認
識するための2つの撮像用ユニット21,22が配設さ
れている。
【0020】上記撮像用ユニット21,22は、同図に
示すようにX軸方向に所定距離を隔て配設されており、
それぞれヘッド20に吸着された部品(吸着部品)を下
方から撮像するカメラ23(撮像手段)を備えるととも
に、このカメラ23の上方に、撮像時に部品に光を照射
する照明部24を備えている。
【0021】各カメラ23は、CCD固体撮像素子が上
記ヘッド20の配列方向と直交する方向(Y軸方向)に
並設されたラインセンサカメラで、各カメラ23の各C
CD固体撮像素子が互いにX軸方向に対応するように配
設されている。そして、実装時には、ヘッドユニット5
の各ヘッド20によって部品が吸着された後、各ライン
センサの素子の配列方向(主走査方向;Y軸方向)と直
交する方向(副走査方向;X軸方向)にヘッドユニット
5が移動させられることによって、各カメラ23によ
り、各ヘッド20に吸着された部品の主走査方向の画像
が、副走査方向に順次取込まれて所定の画像信号が得ら
れるようになっている。
【0022】また、各カメラ23は、図3に示すよう
に、光軸が互いに交わるように鉛直方向に対して同角度
θだけ傾斜した状態で配設されるとともに、X軸方向の
異なる位置で部品を撮像し得るようにそれぞれ配設され
ており、撮像時には、ヘッドユニット5の移動に伴い部
品の同一箇所を各カメラ23により異なる角度から、か
つ両カメラ23の撮像位置の間隔とヘッドユニット移動
速度とに応じた時間だけずれたタイミングで取り込むよ
うになっている。
【0023】上記照明部24は、光源としてLEDラン
プを備えており、詳しく図示していないが、像入射用の
空間を有した筒形のフレーム内に、多数のLEDランプ
等を備えた構成となっている。
【0024】以上のように構成された実装機は、図2に
示すように、マイクロコンピュータを構成要素とする制
御装置30を備えており、上記Y軸及びX軸サーボモー
タ9,15、ヘッドユニット5のヘッド20に対する昇
降駆動機構及び回転駆動機構、撮像用ユニット21,2
2のカメラ23及び照明部24等はすべてこの制御装置
30に電気的に接続され、この制御装置30に含まれる
主制御部31により統括制御されるようになっている。
【0025】制御装置30には、各撮像用ユニット2
1,22のカメラ23による画像の取込みを制御する画
像取込制御部32と、取り込まれた画像を処理する画像
処理部33とが含まれており、部品撮像時には、画像取
込制御部32により画像を取り込みながら画像処理部3
3において各カメラ23により取り込まれた画像を合成
して部品の3次元画像を形成し、この3次元画像に基づ
き主制御部31において吸着部品の認識を行うようにな
っている。
【0026】なお、上記画像処理部33での3次元画像
の形成は、例えば以下のように行われる。
【0027】すなわち、図3に示すように、各カメラ2
3の鉛直軸に対する傾き;θ 吸着部品の厚み;tとすると、各カメラ23の傾きによ
る画像位置のずれΔX(すなわちノズル先端が通る基準
面上での撮像位置をP1,P2、基準面よりtだけ下方の
面上の画像位置をP1′,P2′とした場合のずれP
11′又はP22′)は、 ΔX=t・ tanθ となる。従って、 各カメラ23の撮像位置P1,P2のX軸方向の間隔;X
0 各カメラ23の素子23aからノズル先端までの鉛直距
離;L とすると、画像上での部品の任意の一点から求めたX0
の値;X0′(すなわち各カメラ23により取り込んだ
各画像上での部品の任意の一点の位置から求められるX
0の値)は、 X0′=X0+2・ΔX=X0+2・ tanθ とすることができ、よって、この式から部品の上記任意
の一点における厚みtを求めると、 t=(X0′―X0)/(2・ tanθ) となる。
【0028】従って、各カメラ23により取り込まれた
各画像に基づいて、部品の複数箇所(特徴点)の厚みを
上記同様にして求めることにより部品全体の3次元画像
を得ることができる。
【0029】上記主制御部31は、上述のようにして画
像処理部33において求められた3次元画像に基づいて
ヘッド20に対する部品の吸着ずれ量を求めるととも
に、例えばQFP等のリードを有する部品であればリー
ド折れ等を検知して部品の良否を判断するように構成さ
れている。
【0030】次に、以上のように構成された部品認識装
置の動作を、図4のフローチャートに基づき実装機の実
装動作とともに説明する。なお、以下の説明では、説明
の便宜上、撮像用ユニット21のカメラ23を第1カメ
ラ23と呼び、撮像用ユニット22のカメラ23を第2
カメラ23と呼ぶことにする。
【0031】上記実装機において実装動作が開始される
と、上記ヘッドユニット5が部品供給部4に移動させら
れ、各ヘッド20による部品の吸着が行われる。部品の
吸着が完了すると、ヘッドユニット5が撮像用ユニット
21、22上に移動し、部品認識のための各カメラ23
に対するヘッドユニット5の移動が行われる。具体的に
は、ヘッドユニット5が撮像用ユニット21、22に対
する移動経路の一方から他方に向かってX軸方向に(図
1〜図3では右側から左側に向かって)移動させられ
る。
【0032】部品認識のための移動が開始されると、図
4のフローチャートに示すように、まず、ヘッドユニッ
ト5が例えば撮像用ユニット21の直前に達するタイミ
ングで主制御部31から画像取込制御部32に画像取込
み開始信号が出力され、第1カメラ23から画像処理部
33への画像の取込みが開始される(ステップS1,S
2)。
【0033】そして、さらにヘッドユニット5が移動す
ると、ヘッドユニット5が撮像用ユニット22の直前に
達するタイミングで主制御部31から画像取込制御部3
2に画像取込み開始信号が出力され、第2カメラ23か
ら画像取込制御部32への画像の取込みが開始される
(ステップS3,S4)。
【0034】こうしてヘッドユニット5が上記経路に沿
って撮像用ユニット21,22上を移動することによ
り、各カメラ23によりそれぞれ吸着部品の主走査方向
の画像が副走査方向に順次取込まれることとなる。
【0035】そして、ヘッドユニット5が撮像用ユニッ
ト21、22の上方を通過し終わると、第1カメラ23
により得られた部品画像上の特徴点の抽出と、第2カメ
ラ23により得られた部品画像上における上記特徴点に
対応する点の抽出が行われ、相対応する特徴点の位置か
ら上述したようにして各特徴点の部品の厚みtが調べら
れ、各特徴点のX―Y平面上での位置及びその位置での厚
みtに基づいて部品の3次元画像データが作成される
(ステップS5〜S7)。
【0036】部品の3次元画像データが作成されると、
主制御部31においてこの画像に基づく部品の認識が行
われ、部品の吸着位置ずれの演算及び不良部品の検出が
行われる。そして、以後の部品装着動作においては、求
められた吸着位置ずれ及び部品の良否を加味して上記ヘ
ッドユニット5等が制御されることとなる。
【0037】以上のように構成された部品認識装置の構
成によれば、各カメラ23に対して吸着部品を移動させ
ながら部品を撮像するため部品の撮像を効率良く行うこ
とができ、これによりタクトタイムの短縮化に貢献する
ことができる。
【0038】しかも、異なる角度で部品を撮像すべく光
軸が互いに交わるように各カメラ23を配設しながら
も、X軸方向における異なる位置P1,P2においてそれ
ぞれ画像を取り込むようにしているため、例えば、部品
下面の画像を精度良く得るべく両カメラのなす角度を小
さくする(つまり、両カメラの光軸のなす角度を小さく
する)ことが要求される場合でも撮像位置P1,P2の間
隔を調整することで両カメラ23の干渉を容易に回避す
ることができる。この場合には、各カメラ23の間隔を
ヘッドユニット5の移動範囲内で調整するため、実装機
の大型化を伴うことがなく、またカメラ23から吸着部
品までの距離が変化して部品認識精度を低下させるよう
なこともない。
【0039】従って、従来のこの種の部品認識装置のよ
うにタクトタイムの短縮化が妨げられたり、部品下面の
画像を精度良く取り込み得るように各カメラを配置しよ
うとすると実装機の大型化や部品認識精度の低下を伴う
ということが一切ない。
【0040】ところで、上記部品認識装置においては、
上記撮像用ユニット21,22に代えて図5に示すよう
な撮像用ユニット40を設けるようにしてもよい。
【0041】この図に示す撮像用ユニット40も基本的
には上記撮像用ユニット21,22と同様にカメラ41
と照明部42とを備えているが、カメラ41が以下のよ
うに構成されている点で構成が相違している。
【0042】すなわち、カメラ41には、Y軸方向にC
CD固体撮像素子が並設されてなる2つのラインセンサ
43a,43bが内蔵されており、各ラインセンサ43
a,43bは、それぞれ素子同士がX軸方向に対応する
ように配設されているとともに、カメラ41のレンズ4
1aを共有し、このレンズ41aの光軸Oを中心として
対称に配置されている。そして、各ラインセンサ43
a,43bにより取り込まれる画像データを上記画像取
込制御部32を介して画像処理部33に出力するように
構成されている。
【0043】このような撮像用ユニット40によると、
各ラインセンサ43a,43bがカメラ41の光軸Oを
中心として対称に配置されていることにより、吸着部品
で反射した光がそれぞれレンズ41aの中心で交差して
各ラインセンサ43a,43bに入射することとなる。
従って、部品吸着後にヘッドユニット5を撮像用ユニッ
ト40の上方においてX軸方向に移動させると、X軸方
向の異なる位置、異なる角度の部品画像がラインセンサ
43a,43bによりそれぞれ取り込まれることとな
り、2つの撮像用ユニット21,22を備えた場合と同
様に部品の画像を得ることができる。
【0044】このように、2つのラインセンサ43a,
43bに対してレンズ41aや照明部42を共通化した
構成の撮像用ユニット40を用いるようにすれば、2つ
の撮像用ユニット21,22を備える場合に比べて撮像
用ユニットの占有スペースが少なくなりスペース効率が
向上するという利点がある。
【0045】なお、以上説明した部品認識装置は、本発
明に係る部品認識装置の例であって、その具体的な構成
や、部品認識装置を搭載する実装機の構成等は、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。特に、
3次元画像の形成方法は、上述した方法に限られるもの
ではなく、各カメラ23により取り込んだ画像により部
品の3次元画像を形成できれば他の方法に基づくもので
あっても構わない。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、2つの
撮像手段により撮像した吸着部品の画像から3次元画像
を形成して部品を認識するようにした表面実装機の部品
認識装置において、撮像手段としてラインセンサからな
るカメラを設け、各ラインセンサの素子列が互いに平行
になるように各カメラを配設し、ヘッドユニットを各カ
メラに対して相対的に移動する間に吸着部品を撮像する
ように構成するとともに、ヘッドユニットの移動方向に
おける異なる位置で部品画像をそれぞれ取り込むように
各カメラを配置したので、ヘッドユニットを静止させる
ことなく効率的に部品の画像を取り込むことができ、こ
れによりタクトタイムの短縮化に貢献することがでる。
また、構造上は、ヘッドユニットの移動方向における異
なる位置の部品画像をそれぞれ取り込むように各カメラ
が配設されているため、部品下面の画像を精度良く得る
べく両カメラのなす角度を小さくすることが要求される
場合でも、装置の大型化や部品認識精度の低下を伴うこ
となく、両カメラの干渉を回避した構成とすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る部品認識装置を備えた表面実装機
の一例を示す平面図である。
【図2】上記表面実装機を示す正面図である。
【図3】撮像用ユニット及び部品撮像時の部品との位置
関係を示す模式図である。
【図4】部品認識装置の動作を説明するフローチャート
である。
【図5】撮像用ユニットの他の構成を示す図3に対応し
た模式図である。
【符号の説明】
5 ヘッドユニット 20 ヘッド 20a ノズル 21,22 撮像用ユニット 23 カメラ 24 照明部 30 制御装置 31 主制御部 32 画像取込制御部 33 画像処理部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 部品吸着用のヘッドユニットに吸着され
    た部品を2つの撮像手段により異なる角度から撮像し、
    各画像から部品の3次元画像を形成してこの部品画像に
    基づいて部品を認識するように構成された表面実装機の
    部品認識装置において、上記撮像手段としてラインセン
    サからなるカメラを設けるとともに各ラインセンサの素
    子列が互いに平行になるように各カメラを配設し、上記
    ヘッドユニットが各センサに対して相対的に、かつセン
    サの素子列に対して直交する方向に移動する間に吸着部
    品を撮像するように構成するとともに、ヘッドユニット
    の上記移動方向における異なる位置で部品画像をそれぞ
    れ取り込むように各カメラを配置したことを特徴とする
    表面実装機の部品認識装置。
  2. 【請求項2】 部品吸着用のヘッドユニットに吸着され
    た部品を撮像手段により異なる2方向の角度から撮像
    し、各画像から部品の3次元画像を形成してこの部品画
    像に基づいて部品を認識するように構成された表面実装
    機の部品認識装置において、撮像手段として素子列が互
    いに平行に配設される2つのラインセンサを備えるとと
    もに、これらのラインセンサに対して共通のレンズを備
    えたカメラを設け、ヘッドユニットがカメラに対して相
    対的に、かつ各ラインセンサの素子列に対して直交する
    方向に移動する間に吸着部品を撮像するように構成する
    とともに、上記レンズを介してヘッドユニットの上記移
    動方向における異なる位置で部品画像をそれぞれ取り込
    むように、上記レンズの光軸に対して各ラインセンサを
    対称に配置したことを特徴とする表面実装機の部品認識
    装置。
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