JP2000349500A - 部品吸着状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で広範囲の搭載対象部品の吸着状
態を検出することが可能な部品吸着状態検出装置を提供
する。 【解決手段】 吸着ノズル２５により吸着された電子部
品２７がファインピッチの部品である場合には、照明光
源２８、２８’により背面から照明され、またその他の
部品である場合にはライン光により側方から照明され
る。ライン光の光軸上にはほぼライン光の波長のみを透
過させるとともに、ほぼ背面からの光の波長のみを反射
させるダイクロイックミラー２３が配置され、このダイ
クロイックミラーからの光束が二次元センサ２４により
受光され部品の吸着状態が検出される。このような構成
では、吸着される電子部品の種類に応じて側方からの照
明、あるいは背面からの照明により電子部品が撮像さ
れ、その場合側方からの光束と背面からの光束が選択さ
れて受光されるので、部品の吸着状態を検出するセンサ
をどの電子部品に対しても共通のものとすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品吸着状態検出
装置、更に詳細には、電子部品実装機に用いられ、吸着
された電子部品の吸着状態を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、部品供給装置（フィーダ）か
ら供給される電子部品を吸着ノズルで吸着し、吸着ノズ
ルを回路基板上に移動させてプリント基板上に電子部品
を搭載する電子部品実装機が知られている。吸着ノズル
で吸着される電子部品は、必ずしも正しい姿勢で吸着さ
れるわけでなく、吸着軸からずれてあるいは傾いて吸着
されるので、そのずれあるいは傾きが補正されて基板に
搭載される。この部品の吸着中心と部品中心のずれ並び
に傾き角度を認識するために、種々のセンサを用いて部
品の位置が検出される。

【０００３】例えば、図１に示したような二次元（エリ
ア）センサ１が実装機に設けられ、電子部品の位置が検
出される。同図において、吸着ノズル２は、２軸の直交
座標系（Ｘ−Ｙ）ステージ（不図示）上に配置されて、
Ｘ、Ｙの二次元移動が可能であり、また電子部品３を吸
着して、Ｘ−Ｙステージが形成する平面と平行な任意の
面上において回転運動し、かつ垂直方向に上下運動が可
能である。吸着ノズル２で吸着された電子部品３は、周
囲及び下方から複数の照明ランプ４で照明され、またＸ
−Ｙステージが形成する平面と平行になるように吸着ノ
ズルに取り付けられた遮蔽板５により照明が調整され
る。この場合、エリアセンサ１及び照明ランプ４は、Ｘ
−Ｙステージ稼動範囲内の所定の位置に固定されてい
る。

【０００４】このような構成で、Ｘ−Ｙステージにより
ユニット全体がプリント基板に実装される電子部品の受
取り位置（フィーダの位置）まで移動する。続いて、吸
着ノズル２は供給される電子部品３を真空吸着後、上方
向に移動を開始し、吸着ノズル２が予め設定したポイン
トを通過した直後にＸ−Ｙステージはエリアセンサ１が
固定されている位置に移動を開始する。Ｘ−Ｙステージ
及び吸着ノズル２の位置決めが完了後、照明ランプ４は
すでに点灯され、吸着ノズル２に吸着された電子部品３
の背面がエリアセンサ１により受光される。Ｘ−Ｙステ
ージは、部品撮像後電子部品搭載位置へ移動を開始し、
吸着ノズル２も予め設定した搭載準備位置まで下方移動
を開始する。この間、エリアセンサの撮像画像に基づき
画像認識装置（不図示）により吸着中心と部品中心のず
れ、並びに吸着の傾き角度が検出され、搭載前に中心ず
れに基づきＸ−Ｙステージの最終位置決め点が補正さ
れ、また吸着ノズル２を回転させることにより傾き角度
が補正される。このような補正後全位置決めが終了しだ
い吸着ノズル２は搭載位置まで下方移動され、位置決め
終了後に真空が解除されて電子部品２が解放され部品搭
載が完了する。

【０００５】図２は、電子部品実装機で一次元（ライ
ン）センサ１４により電子部品の位置を検出するユニッ
トを示す。同図において、レーザダイオード１１からの
レーザ光はライン光生成光学系１２によりライン光１３
に形成され、吸着ノズル１５により吸着された電子部品
１６を側方から照明し、ラインセンサ１４にその影を投
影する。吸着ノズル１５は図１と同様２軸の直交座標系
（Ｘ−Ｙ）ステージ上に配設されて、Ｘ、Ｙ方向に二次
元移動が可能であり、また電子部品１６を吸着して、Ｘ
−Ｙステージが形成する平面と平行な任意の面上におい
て回転運動し、かつ垂直方向に上下運動が可能である。
また、レーザダイオード１１、ライン光生成光学系１
２、ラインセンサ１４も吸着ノズル１５と同様にＸ−Ｙ
ステージ上に配設されかつ固定されている。

【０００６】このような構成において、図１の説明と同
じくＸ−Ｙステージによりユニット全体がプリント基板
に実装する電子部品の受取り位置まで移動する。続いて
吸着ノズル１５は供給される電子部品１６を真空吸着後
上方向に移動を開始し、吸着ノズル１５が予め設定した
ポイントを通過した直後Ｘ−Ｙステージは部品搭載位置
へと移動を開始する。この間に吸着ノズル１５は図２に
示したような位置、すなわち電子部品１６がライン光１
３を遮るポイントに位置決めされ、そこで回転移動を開
始する。この回転移動は９０°＋α程度の動作量とさ
れ、ラインセンサ１４には、図３で示したような回転位
置θと影の幅Ｗの関係が現れる。図３の変極点位置θｘ
とθｙ並びにそのときの影の幅Ｗx、Ｗyを検出すること
により、Ｘ−Ｙステージの絶対座標系における回転位置
ずれ、及びその時点におけるラインセンサ１４上での投
影図位置におけるＸ及びＹ方向のずれ量が検出される。
このようにして求められたずれ量から吸着ノズル１５が
回転して傾き角度が補正され、またＸ−Ｙステージの到
達位置がＸ及びＹ方向のずれ量だけ補正される。このよ
うな補正後全位置決めが終了しだい吸着ノズル１５は搭
載位置まで下方移動され、位置決め終了後に真空が解除
されて電子部品１６が解放され部品搭載が完了する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示した装置では、吸着した電子部品３の位置ずれを検出
するためにエリアセンサ１の固定位置まで移動する必要
があり、Ｘ−Ｙステージは部品搭載位置へ最短距離で動
作することは不可能になる。このため吸着から搭載まで
の一工程の時間は長くなり、タクトタイム的には不利と
なってしまう。したがって、用途的には端子間が極端に
狭いファインピッチと呼ばれる電子部品等の高精度で位
置決めする必要のある対象において利用される場合が主
であった。

【０００８】これに対して図２で示した装置は、吸着し
た電子部品１６の位置ずれを検出する構成部分、すなわ
ち、レーザダイオード１１、ライン光生成光学系１２、
ラインセンサ１４がすべてＸ−Ｙステージ上に存在する
ため、Ｘ−Ｙステージは部品搭載位置へ最短距離で移動
可能となる。しかし、ラインセンサ１４からの一次元情
報による検出であるため、前記ファインピッチ等の高精
度位置決めを必要とする対象には不向きとされ、主にチ
ップ部品と呼ばれる小型で比較的搭載精度を要求しない
対象に用いられていた。

【０００９】従って、汎用機と呼ばれる搭載対象部品種
類が広範囲な電子部品実装機においては、両装置を併用
する形で機能を満足していた。しかしながら、図１と図
２に示したような検出構成のまったく異なる装置を組み
合わせて使用するために、検出の絶対基準の違いによる
検出精度の差異、またそれぞれ別々の光学系、処理系
（センサ、Ａ／Ｄ変換、ＣＰＵ、メモリ等）が存在し、
信頼性、コスト、調整の難易度においての問題があっ
た。

【００１０】従って、本発明はこのような問題点に鑑み
てなされたもので、簡単な構成で広範囲の搭載対象部品
の吸着状態を検出することが可能な部品吸着状態検出装
置を提供することをその課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、電子部品を吸着する吸着手段と、吸着さ
れた電子部品を側方からライン光で照明する手段と、吸
着された電子部品の吸着側と反対側の面を照明する手段
と、側方から照明された電子部品からの光束と前記反対
側の面からの光束を選択する選択手段と、前記選択され
た光束を受光する受光手段とを有する構成を採用してい
る。

【００１２】また、本発明では、所定の平面上において
二次元動作し、上下動作可能な電子部品吸着手段と、吸
着された電子部品をライン光で側方から照明する手段
と、吸着された電子部品の吸着側と反対側の面を照明す
る手段と、前記ライン光の光軸上に配置されほぼライン
光の波長のみを透過させるとともに、前記反対側の面に
垂直な光軸上に反射面を有しほぼ前記反対の面からの光
の波長のみを反射させる光学素子と、前記光学素子から
の透過光あるいは反射光を受光する二次元センサとを有
し、前記側方から照明する手段、光学素子並びに二次元
センサが電子部品吸着手段と同じ位置関係で二次元動作
する構成も採用している。

【００１３】このような構成では、吸着される電子部品
の種類に応じて側方からの照明、あるいは吸着側の反対
側、すなわち背面からの照明により電子部品を撮像する
ことができ、その場合側方からの光束と背面からの光束
が選択されて受光されるので、部品の吸着状態を検出す
る受光手段をどの電子部品に対しても共通のものとする
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。

【００１５】図４には、本発明の一実施形態になる部品
吸着状態検出装置の構成が図示されている。同図におい
て、スポット光生成レーザダイオードユニット２１は、
例えば波長６７０ナノメータのレーザ光線を発生し、こ
のレーザ光線は、ミラー２２ａにより反射された後ライ
ンジェネレータレンズ２２ｂによりライン光に形成さ
れ、シリンダレンズ２２ｃで紙面に垂直な方向に拡大さ
れて図２に示したのと同様な平行なライン光となりシリ
ンダレンズ２２ｄに入射する。そしてライン光はシリン
ダレンズ２２ｄにより再びその幅が絞られ、ダイクロイ
ックミラー２３に入射し、ダイクロイックミラー２３を
透過してエリアセンサ（二次元センサ）２４により受光
される。ミラー２２ａ、ラインジェネレータレンズ２２
ｂ、シリンダレンズ２２ｃ、２２ｄによりライン光生成
光学系が構成される。

【００１６】一方、明るさ調整用遮蔽板２６を備えた吸
着ノズル２５は部品供給装置（不図示）から供給される
電子部品２７を吸着し、吸着された電子部品２７は、例
えば波長が５５５ナノメータの黄緑色の光を発生するＬ
ＥＤなどからなる照明光源２８、２８’により照明され
る。照明された電子部品２７の背面の像は、ミラー２９
ａ、２９ｂからなる像伝達用光学系２９によりダイクロ
イックミラー２３で反射された後エリアセンサ２４によ
り受光される。なお、３０はレーザー光光軸を、３１は
電子部品背面像光軸をそれぞれ表している。

【００１７】エリアセンサ２４には画像処理装置３２が
接続され、エリアセンサ２４で検出された電子部品の像
は画像処理装置３２に入力され、そこで部品中心と吸着
中心のずれΔＸ、ΔＹ並びに傾き角度のずれΔθが公知
の方法で演算される。

【００１８】ここで、２１〜２６の各部については電子
部品実装機上に配設されたＸ−Ｙステージ（不図示）に
取り付られ、Ｘ−Ｙステージの移動平面上で常に同じ相
対位置関係にある。また、吸着ノズル２５、調整用遮蔽
板２６についてはＸ−Ｙステージ移動平面と直交する方
向に上下運動が可能であり、更に、Ｘ−Ｙステージ移動
平面と平行する面上で回転運動が可能である。また、電
子部品２７は真空により吸着ノズル２５に吸引され、真
空を解除すると吸引がとかれ、電子部品が吸着ノズルか
ら離脱する。なお、照明光源２８、２８’と、背面像伝
達用光学系２９についてはＸ−Ｙステージの稼動範囲内
において予め定められた位置に固定されている。

【００１９】次にこのように構成された装置の動作を説
明する。

【００２０】２１〜２６の各部は、吸着ノズル２５が部
品供給部から供給される電子部品２７をピックアップ可
能な位置にＸ−Ｙステージにより移動される。続いて、
吸着ノズル２５はバキューム・オンされ、下方向に移動
開始し、電子部品２７がバキュームの吸引力にて吸着可
能なポイントに位置決めされる。吸着ノズル２５が電子
部品２７を真空吸着した後、点線から実線で示したよう
に吸着ノズル２５が上方に移動される。

【００２１】ここで吸着した電子部品２７がファインピ
ッチ等の部品である場合（例えば生産データにより識別
できる）は、Ｘ−Ｙステージは吸着ノズル２５の軸中心
とミラー２９ａの中心とが重なるポイントに移動する。
同時にこのとき照明ランプ２８、２８’は予め所定の光
度にて点灯される。Ｘ−Ｙステージ位置決め完了後、電
子部品２７の背面像はミラー２９ａおよびミラー２９ｂ
にて１８０°方向が転換され、ダイクロイックミラー２
３に投影される。

【００２２】ここで、ダイクロイックミラー２３は、図
５で示した反射並びに透過特性があるため、波長が５５
５ナノメータの黄緑色の光を発生する光源２８、２８’
の光は、ほぼ１００％反射され、電子部品２７の背面像
は電子部品背面像光軸３１にならいエリアセンサ２４に
結像される。このときエリアセンサ２４からの二次元デ
ータが画像処理装置３２により処理され、エリアセンサ
２４で検出された部品の吸着状態に応じて吸着軸と部品
中心のずれΔＸ，ΔＹ、並びに傾き角度のずれΔθが公
知の方法で演算される。Ｘ−Ｙテーブルは搭載点への移
動時にΔＸ，ΔＹの補正を行い、また吸着ノズル２５は
Δθの回転補正を行って電子部品が正しいプリント基板
の位置に実装される。

【００２３】一方、吸着した電子部品２７がその他の部
品の場合では、Ｘ−Ｙステージは搭載位置への移動を開
始し、同時にレーザダイオードユニット２１が駆動さ
れ、吸着ノズル２５は電子部品２７がレーザー光軸３０
を遮るポイントに移動位置決めされる（図４の実線で示
した位置）。位置決めが完了した時点で、吸着ノズル２
５は回転運動を開始し、９０°＋α分動作する。このと
きスポット光生成レーザダイオードユニット１からは波
長６７０ナノメータのレーザ光線（スポット光）が照射
され、ミラー２２ａによって光軸の向きが９０°曲げら
れてラインジェネレータレンズ２２ｂに入射する。この
ラインジェネレータレンズ２２ｂにより、スポット光は
一直線の方向のみに拡大されたライン光に変換されて出
力され、さらに、シリンダーレンズ２２ｃにて平行なラ
イン光へと変換される。

【００２４】そして電子部品２７により遮られた部分は
暗くなって影となり、その他の部分は明るくなって、シ
リンダーレンズ２２ｄに入射しライン光の長手方向の幅
が絞られダイクロイックミラー２３へと進む。このと
き、ダイクロイックミラー２３は、上述したように図５
に示した透過特性であるため、６００ナノメー夕以上の
波長の光はほぼ１００％透過してエリアセンサ２４上に
結像される。エリアセンサ２４の受光出力が図６に図示
されており、エリアセンサ２４上に結像されたレーザラ
イン光に対応する１行分または、数行分のデータが画像
処理装置３２に入力される。そこで吸着ノズルを回転さ
せたときの影の幅Ｗを検出することで、吸着軸と部品中
心のずれΔＸ，ΔＹ、並びに傾き角度のずれΔθが公知
の方法で演算される。Ｘ−Ｙテーブルは移動時ΔＸ，Δ
Ｙの補正を行い、また吸着ノズル２５はΔθの回転補正
を行って電子部品の実装が行われる。

【００２５】なお、上述した実施形態では、ダイクロイ
ックミラー２３を用いてライン光による照明光を透過
し、電子部品の背面からの光束を反射させてエリアセン
サ２４に導いているが、ダイクロイックミラーに代えそ
の位置に、跳ね上げ式のリターンミラーあるいは可動式
のミラーを配置し、ライン光による照明光をエリアセン
サに導く場合は、該ミラーを光路から離脱され、また電
子部品の背面からの光束をエリアセンサに導く場合は、
光路に挿入するようにして同じ効果が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、吸着される電子部品の種類により電子部品を側方か
らライン光で照明してその影を測定する場合も、あるい
は背面を照明してその像を検出する場合も、同じ受光装
置を用いることができ、安定した検出精度が得られ、ま
た光学系、処理系が簡素化されるので全体のコストを低
減させることができる。また、ライン光による電子部品
の映像が二次元センサで受光されるので、ラインセンサ
より簡単なアライメント（位置合わせ）が可能となる。
また、波長特性に応じてほぼ全光束を透過あるいは反射
させる光学素子を用いる場合には、照明光源をその波長
帯域のものに合わせることにより光源の能力をほぼ１０
０％活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子部品の吸着状態をエリアセンサで検出する
構成を示した側面図である。

【図２】電子部品の吸着状態をラインセンサで検出する
構成を示した上面図である。

【図３】吸着ノズルを回転したときラインセンサで得ら
れる出力変化を示した線図である。

【図４】本発明による部品吸着状態検出装置の構成を示
した構成図である。

【図５】ダイクロイックミラーの反射及び透過特性を示
した特性図である。

【図６】吸着ノズルを回転したときラインセンサで得ら
れる出力変化を示した線図である。

【符号の説明】

２１ レーザダイオードユニット ２３ ダイクロイックミラー ２４ エリアセンサ ２５ 吸着ノズル ２７ 電子部品 ３２ 画像処理装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を吸着する吸着手段と、 吸着された電子部品を側方からライン光で照明する手段
   と、 吸着された電子部品の吸着側と反対側の面を照明する手
   段と、 側方から照明された電子部品からの光束と前記反対側の
   面からの光束を選択する選択手段と、 前記選択された光束を受光する受光手段と、 を有することを特徴とする部品吸着状態検出装置。
2. 【請求項２】 前記選択手段が側方から照明された電子
   部品からの光束を透過させ、前記反対側の面からの光束
   を反射させるダイクロイックミラーであることを特徴と
   する請求項１に記載の部品吸着状態検出装置。
3. 【請求項３】 前記選択手段が光路に挿脱可能なミラー
   であり、側方から照明された電子部品からの光束を選択
   するときは光路から離脱され、前記反対側の面からの光
   束を選択するときは光路に挿入されることを特徴とする
   請求項１に記載の部品吸着状態検出装置。
4. 【請求項４】 所定の平面上において二次元動作し、上
   下動作可能な電子部品吸着手段と、 吸着された電子部品をライン光で側方から照明する手段
   と、 吸着された電子部品の吸着側と反対側の面を照明する手
   段と、 前記ライン光の光軸上に配置されほぼライン光の波長の
   みを透過させるとともに、前記反対側の面に垂直な光軸
   上に反射面を有しほぼ前記反対の面からの光の波長のみ
   を反射させる光学素子と、 前記光学素子からの透過光あるいは反射光を受光する二
   次元センサとを有し、 前記側方から照明する手段、光学素子並びに二次元セン
   サが電子部品吸着手段と同じ位置関係で二次元動作する
   ことを特徴とする部品吸着状態検出装置。