JP2005216933A - 部品認識方法、同装置および表面実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品の種類との関係で正確な部品認識を維持したまま効率的な実装を可能とする部品認識方法等を提供する。
【解決手段】 ヘッドユニット５の吸着部品を異なる方向から撮像する複数の撮像手段２１，２２を部品認識部に配置する。ヘッドユニット５がこの部品認識部を通過するときに撮像手段２１，２２により吸着部品Ｂ１，Ｂ２を撮像し、この際、一の撮像手段２１により撮像した画像に基づく２次元認識と、複数の撮像手段２１，２２により撮像した画像に基づく３次元認識とを吸着部品の種類に応じて選択する。複数本の実装用ヘッド２０により複数個の吸着部品Ｂ１，Ｂ２を吸着し、かつ、２Ｄ認識部品Ｂ１と３Ｄ認識部品Ｂ２とをヘッドユニット５に混在吸着させる。また、３Ｄ認識部品Ｂ２に焦点を合わせた状態で撮像手段２１，２２により２Ｄおよび３Ｄ認識部品Ｂ１，Ｂ２を撮像する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、複数本の実装用ヘッドを有する移動可能なヘッドユニットにより吸着された電子部品を、実装に先立って認識するための部品認識方法および同装置、並びに同装置が組み込まれ、前記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等の基板上に自動的に実装する表面実装機に関するものである。

従来から、複数本の実装用ヘッドを有する移動可能なヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品（以下、部品と略す）を部品供給部から取出してプリント基板上の所定位置に実装する表面実装機（以下、実装機と略す）が一般に知られている。

この種の実装機では、通常、不良部品の実装を防止し、また実装時の位置ずれを防止するために、部品の実装に先立って搬送途中の吸着部品を画像認識し、その認識結果に基づいて不良部品の選別や実装位置の補正が行われている。

部品の認識は、吸着部品の一面（主に下面）を撮像して行うのが主流であったが、近年では、リードの折れ等をより正確に検知すべく、吸着部品を複数の異なる方向から撮像し、例えば得られた画像を合成することにより３次元画像を形成して部品を認識することが行われている（例えば特許文献１）。そして、吸着部品を撮像する手段としてラインセンサ（リニアセンサ）を用い、これにより部品の搬送を中断させる（一時的に停止させる）ことなく吸着部品を画像認識することも行われている。

ところで、部品認識のために要求される画像は、吸着部品の種類によって異なり、例えば角チップ抵抗などの単純形状の部品では、外観上判断可能な不良部品というものがほとんどなく実装時の位置ずれを防止するだけでよいので、２次元画像だけで充分に対応することができる（以下、この２次元画像の取得が必要な部品を２Ｄ認識部品と称す）。一方、例えば周囲にリードをもつパッケージ部品では、実装時の位置ずれを防止するとともにリードの不揃いや浮き等の不良を正確に検出するため、２次元画像に加えて３次元画像を取得する必要がある（以下、この３次元画像の取得が必要な部品を３Ｄ認識部品と称す）。ところで、一般に２Ｄ認識部品と３Ｄ認識部品とでは部品の高さが異なるので、これらの２Ｄおよび３Ｄ認識部品を実装用ヘッドの高さ微調整可能な個別昇降機能が備えられていないヘッドユニットにより実装する場合には、各認識部品に撮像手段の焦点を合わせるため、別工程でヘッドユニットに吸着、撮像され、この高解像度の画像に基づいて部品認識が行われていた。
特開平７−１５１５２２号

しかしながら、部品認識のために必要とされる画像はその部品の形状的特徴や目的によって左右されるため、正確な部品認識にあたって、各部品について焦点を合わせた高解像度の画像取得を一律に必要とせず、このような高解像度の画像を各部品について一律に取得していたのでは却って部品の効率的な実装を阻害することとなる。従って、部品の実装を確実、かつ効率的に行うためには部品の種類との関係で合理的に取得する画像およびその解像度を選別することが望まれる。

すなわち、例えば前記従来の実装機では、前記ラインセンサによる撮像を２Ｄおよび３Ｄ認識部品の何れに対しても焦点を合わせて行っていたため、異なる種類の部品をヘッドユニットに一挙に吸着させて実装させることができず、部品の種類毎に部品供給部とプリント基板との間でヘッドユニットを往復させており、部品の効率的な実装の点で改善の余地があった。

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、実装用ヘッドの高さを微調整するために該実装用ヘッドを個別に昇降させることができないヘッドユニットを用いて部品認識させる場合に、部品の種類との関係で正確な部品認識を維持したまま効率的な実装を可能とする部品認識方法および同装置並びに同装置が組み込まれた表面実装機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る部品認識方法は、ヘッドユニットに吸着された吸着部品を異なる方向から撮像する複数の撮像手段を部品認識部に配置するとともに、前記ヘッドユニットがこの部品認識部を通過するときに前記撮像手段により吸着部品を撮像し、この際、一の撮像手段により撮像した画像に基づく２次元認識と、複数の撮像手段により撮像した画像に基づく３次元認識とを吸着部品の種類に応じて選択する部品認識方法であって、前記ヘッドユニットに設けた複数本の実装用ヘッドにより複数個の吸着部品を吸着し、かつ、前記２次元認識させる２Ｄ認識部品と、前記３次元認識させる３Ｄ認識部品とを前記吸着部品に含めることにより、当該２Ｄ認識部品と３Ｄ認識部品とを前記ヘッドユニットに混在吸着させるとともに、前記３Ｄ認識部品に焦点を合わせた状態で前記撮像手段により２Ｄおよび３Ｄ認識部品を撮像するようにしたものである。

また、この場合、前記複数の撮像手段として、吸着部品における吸着面と反対側の面に正対させた第１撮像手段と、これとは異なる方向から撮像する第２撮像手段とを用いるのが好ましい（請求項２）。

一方、本発明の請求項３に係る部品認識装置は、部品を吸着可能な実装用ヘッドを複数本並列に有するヘッドユニットと、これに吸着された吸着部品を異なる方向から撮像する複数の撮像手段と、前記ヘッドユニットに部品を吸着させるとともに前記撮像手段が配置された部品認識部を通過させるべく前記ヘッドユニットを移動させる駆動手段と、前記部品認識部を前記ヘッドユニットが通過するときにこれに吸着された吸着部品を撮像するべく前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、一の撮像手段により撮像した画像に基づく２次元認識と複数の撮像手段により撮像した画像に基づく３次元認識とを吸着部品の種類に応じて選択して認識する部品認識手段とを備えた表面実装機の部品認識装置であって、前記２次元認識させる２Ｄ認識部品と前記３次元認識させる３Ｄ認識部品とを前記吸着部品に含めることにより該２Ｄ認識部品と３Ｄ認識部品とを前記ヘッドユニットに混在吸着させ、かつ、前記３Ｄ認識部品に焦点を合わせた状態で前記撮像手段により２Ｄおよび３Ｄ認識部品を撮像させるべく前記駆動手段および撮像制御手段を制御する制御手段をさらに備えるものである。

また、この場合、前記複数の撮像手段は、吸着部品における吸着面と反対側の面に正対させた第１撮像手段と、これとは異なる方向から撮像する第２撮像手段とを含むのが好ましい（請求項４）。

さらに、前記撮像手段が主走査方向に複数の撮像素子が並ぶラインセンサであり、前記駆動手段はこのラインセンサに対してその主走査方向に直交する方向に前記ヘッドユニットを通過させるのが好ましい（請求項５）。

また、前記制御手段が、前記ヘッドユニットに対して２Ｄおよび３Ｄ認識部品の両認識部品を混在吸着させる制御のみを実行するように構成してもよいが、前記ヘッドユニットに対して２Ｄ認識部品のみを吸着させ、当該２Ｄ認識部品に焦点を合わせる２Ｄ認識モードと、前記ヘッドユニットに対して３Ｄ認識部品のみを吸着させ、当該３Ｄ認識部品に焦点を合わせる３Ｄ認識モードと、前記ヘッドユニットに対して２Ｄおよび３Ｄ認識部品を混在吸着させ、当該３Ｄ認識部品に焦点を合わせる混在認識モードとを切り換え可能に構成されるのが好ましい（請求項６）。

この場合、前記制御手段は、前記２Ｄ認識モード時に、第１撮像手段により２Ｄ認識部品を撮像させるのが好ましい（請求項７）。

また、本発明の表面実装機は、複数本の実装用ヘッドを有する移動可能なヘッドユニットにより電子部品を吸着して基板上の所定位置に実装する表面実装機において、請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の部品認識装置と、３Ｄ認識部品を供給する部品供給部と、２Ｄ認識部品を供給する部品供給部とを備えたものである（請求項８）。

請求項１および請求項３に係る発明によると、要求を満たす実装精度を維持しつつ、部品を効率的に実装することができる。

すなわち、実装位置に関する補正量の演算等に用いられる部品の２次元認識にあたっては高解像度の画像を必要とせず、部品の向き等が判別できる程度の１方向からの画像があれば正確な演算等が可能であることを知見し得た。一方、部品を３次元認識させる場合には、複数の画像を合成するため合成前の各画像について高解像度の画像が要求される。

そこで、上記のようにヘッドユニットに２Ｄおよび３Ｄ認識部品を混在吸着させ、３Ｄ認識部品に焦点を合わせた状態で第１および第２撮像手段により２Ｄおよび３Ｄ認識部品を撮像すれば、２Ｄおよび３Ｄ認識部品について前記部品認識のための要求を満足させた画像を取得することができ、しかも２Ｄおよび３Ｄ認識部品をヘッドユニットに混在吸着させるので、例えばＱＦＰ（Quad Flat Package）などの３Ｄ認識部品と角チップ抵抗などの２Ｄ認識部品とを部品供給部からプリント基板に一挙に搬送させることが可能となり、実装のための一連の時間を短縮することができる。

請求項２および請求項４に係る発明によると、焦点が合っていないために、画像の解像度が３Ｄ認識部品に較べて若干劣る２Ｄ認識部品についてもその外縁を比較的に明確に判別することができ、より正確な２Ｄ認識部品についての部品認識が可能となる。

請求項５に係る発明によると、ラインセンサの主走査方向に対して直交する方向にヘッドユニットを移動させながら画像を取り込むことができるため、より迅速に実装することができ、これにより実装効率がより一層向上する。

請求項６に係る発明によると、各認識モードを切り換えて状況に応じた対応が可能となり、実装効率を高水準で維持したまま各認識モードに適応したより的確な部品認識が可能となる。

請求項７に係る発明によると、ヘッドユニットの移動経路を変更することが可能となり、第２撮像手段による撮像のための経路を省略してより短時間で部品を実装することができる。

また、請求項８に係る発明の表面実装機によると、上記のような部品認識装置と、前記３Ｄ認識部品を供給する部品供給部と、前記２Ｄ認識部品を供給する部品供給部とを備えることにより、複数本の実装用ヘッドを有するヘッドユニットで３Ｄ認識部品と２Ｄ認識部品とを一度に実装することができて、部品実装効率を大幅に高めることができる。

本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本発明に係る部品認識装置が適用される表面実装機を概略的に示している。なお、これらの図中には、方向を明確にするためにＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を示している。

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Ｘ軸方向に配置され、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の両側方には部品供給部４Ａ，４Ｂがそれぞれ配置されている。部品供給部４Ａ，４Ｂはそれぞれ多数列のテープフィーダーを備えている。各テープフィーダーは、それぞれＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されており、後述するヘッドユニット５により部品が取り出されるに伴い間欠的に部品を繰り出すように構成されている。なお、各部品供給部４Ａ，４Ｂは、Ｘ軸方向に分割された単位供給部４Ａ−１，４Ａ−２及び４Ｂ−１，４Ｂ−２から構成され、各単位供給部４Ａ−１，４Ａ−２，４Ｂ−１，４Ｂ−２にそれぞれテープフィーダーが配設されている。

当実施形態の実装機には、その基台１の側方（コンベア２の搬送方向側方）に、これらの部品供給部４Ａ，４Ｂとは別に部品供給装置５０が設置されている。この部品供給装置５０は、本体内に配設され、多数の部品を載置したトレイを複数枚収納したトレイ収納部５１と、このトレイ収納部５１の側方に配置された部品取出部５２と、この部品取出部５２の側方から前記単位供給部４Ａ−１とコンベア２との間に延出するレール５３と、このレール５３に沿って往復移動する一対のシャトル５４とを備えている。そして、図外のトレイ引出装置によりトレイ収納部５１からトレイを引き出して部品取出部５２にセットし、図外の部品移載装置により部品取出部５２にセットされたトレイの部品をシャトル５４に移載し、このシャトル５４により部品供給部４Ａ近傍の所定位置へ部品を搬送するものとなされている。

これらの部品供給部４Ａ，４Ｂおよび部品供給装置５０は、複数種類の部品を供給し得るものとなされている。この部品には、角チップ抵抗などの単純形状の部品であって後述する撮像ユニット２１により撮像される２次元画像だけで認識が可能な部品（２Ｄ認識部品）と、ＱＦＰなどの周囲にリードをもつパッケージ部品であって後述する複数の撮像ユニット２１，２２により撮像合成される３次元画像による認識が必要な部品（３Ｄ認識部品）とが含まれている。特に、本実施形態では単位供給部４Ａ，４Ｂには主に２Ｄ認識部品が搭載され、部品供給装置５０には主に３Ｄ認識部品が搭載されている。そして、各部品供給部４Ａ，４Ｂやシャトル５４から部品が取り出され、プリント基板に実装されるようになっている。

一方、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４Ａ，４Ｂおよび基台１側に移動したシャトル５４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。

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、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。

また、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。

上記ヘッドユニット５には、図２に示すように、部品吸着用のノズル２０ａを先端に備えた実装用ヘッド２０が設けられ、当実施形態ではＸ軸方向に８つの実装用ヘッド２０が並べて設けられている。各実装用ヘッド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、昇降駆動機構や回転駆動機構により駆動されるようになっている。上記昇降駆動機構は、各実装用ヘッド２０を同時に上下動させる全体昇降用サーボモータ１７と、各実装用ヘッド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（図示せず）とを備え、それらを併用することにより、各実装用ヘッド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。従って、このヘッドユニット５では、実装用ヘッド２０の高さを個別に微調整することができず、高さ調整を全体昇降用サーボモータ１７で調整しつつ、エアシリンダを作動させて各実装用ヘッド２０に部品を吸着し、或いは実装用ヘッド毎に部品を実装するようになっている。また、回転駆動機構は、１個の回転用サーボモータ１９ａとこのサーボモータ１９ａの回転を各ヘッドに伝える伝動機構とから構成されている。全体昇降用サーボモータ１７および各回転用サーボモータ１９ａには、それぞれロータリエンコーダ１８，１９ｂが設けられ、実装用ヘッド２０の位置検出がなされるようになっている。

また、コンベア２の両側には、それぞれ、ヘッドユニット５の各実装用ヘッド２０に吸着された部品をプリント基板３への実装に先だって認識する領域である部品認識部が設けられ、該部品認識部には前記部品を撮像するための撮像ユニット２１，２２が配設されている。具体的には、コンベア２の一方側（図１の下側）には第１撮像ユニット２１と第２撮像ユニット２２が配置され、他方側（図１の上側）には第１撮像ユニット２１のみが配置されている。ここでは、図１の下側に配置された各撮像ユニット２１，２２を中心に説明するが、図１の上側に配置された第１撮像ユニット２１も下側に配置された第１撮像ユニット２１と同様に構成されている。なお、コンベア２の両側に、それぞれ、第１および第２撮像ユニット２１，２２が配置されるように構成してもよい。

撮像ユニット２１，２２は、同図に示すようにＸ軸方向に近接し、かつＹ軸方向に若干オフセットされた状態で設けられている。具体的には、図１に示すように、部品供給部４Ａを構成する単位供給部４Ａ−１，４Ａ−２の間であってコンベア２側に若干はみ出した状態で第１撮像ユニット２１が配置され、この第１撮像ユニット２１に隣接するように、第２撮像ユニット２２が一方側の単位供給部４Ａ−２とコンベア２との間に配置されている。

撮像ユニット２１，２２は、図２に示すように、それぞれ実装用ヘッド２０に吸着された部品（吸着部品）を撮像するカメラ２３と、部品撮像用の照明を提供する照明装置２４とを備えている。

各カメラ２３は、それぞれＹ軸方向に複数の撮像素子が並ぶラインセンサ（リニアセンサ）を備えたカメラで、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が移動することにより、各カメラ２３により実装用ヘッド２０に吸着された部品の主走査方向の画像を副走査方向に順次取込むようになっている。

撮像ユニット２１，２２の各カメラ２３は、互いに異なる方向から吸着部品を撮像するように設けられている。具体的に説明すると、図３に示すように、第１撮像ユニット２１のカメラ２３（第１撮像手段）は、上面がノズル２０ａに吸着された吸着部品の下面に正対して配置され、すなわち吸着部品をその真下から撮像するようにＺ軸方向上向きに配置されている。一方、第２撮像ユニット２２のカメラ２３（第２撮像手段）は吸着部品を斜め方向から撮像し得るようにＺ軸に対して例えば４０°傾いた状態で上向きに配置されている。

上記照明装置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、例えば像入射用の空間を有したドーム型フレームの内面に多数のＬＥＤランプを備えた構成となっている。

図４は上記実装機の制御系をブロック図で示している。この実装機は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成される制御装置３０を有している。

この制御装置３０は、その機能構成として主制御部３１、記憶部３２、照明制御部３３、カメラ制御部３４（撮像制御手段）、画像処理部３５および軸制御部３６を含んでいる。

主制御部３１は、実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従ってヘッドユニット５等を作動させるべく軸制御部３６を介してサーボモータ９，１５等の駆動を制御する。また、撮像ユニット２１，２２により撮像される部品画像に基づいて実装用ヘッド２０による部品の吸着ずれ量（実装位置に関する補正値）を演算するとともに部品の良否判定等を行う。特に、撮像ユニット２１，２２による部品の撮像に際しては、ヘッドユニット５に一工程で吸着される部品の種類に応じて２Ｄ認識モード、３Ｄ認識モードまたは混在認識モードの何れかのモードで部品認識を実行すべく照明制御部３３およびカメラ制御部３４に向けて制御信号を出力する。

ここで、２Ｄ認識モードとは、ヘッドユニット５により一工程で搬送される実装部品が矩形のチップ部品等、単純形状の部品（２Ｄ認識部品）のみである場合に実施されるモードで、ヘッドユニット５に２Ｄ認識部品のみを吸着させ、当該２Ｄ認識部品の下面（吸着面と反対側の面）に第１撮像ユニット２１のカメラ２３の焦点を合わせた状態で撮像し、この２次元画像データにのみ基づいて部品を認識（この認識を２次元認識と称す）するモードである。一方、３Ｄ認識モードとは、ヘッドユニット５により一工程で搬送される吸着部品が周囲にリードをもつリード付き部品等、形状の複雑な部品（３Ｄ認識部品）のみである場合に実施されるモードで、ヘッドユニット５に３Ｄ認識部品のみを吸着させ、当該３Ｄ認識部品の下面（吸着面と反対側の面）に両撮像ユニット２１，２２のカメラ２３の焦点を合わせた状態で撮像し、これらの画像データを合成して得られる３次元画像データに基づいて部品を認識（この認識を３次元認識と称す）するモードである。さらに、混在認識モードとは、ヘッドユニット５により一工程で搬送される実装部品が２Ｄ認識部品のみならず３Ｄ認識部品も含まれている場合に実施されるモードで、ヘッドユニット５に２Ｄおよび３Ｄ認識部品を混在吸着させ、このうち３Ｄ認識部品の下面（吸着面と反対側の面）に両撮像ユニット２１，２２のカメラ２３の焦点を合わせた状態で撮像し、実装用ヘッド２０に吸着されている部品の種類に応じて当該吸着部品毎に２次元認識と３次元認識とを選択するモードである。

そして、主制御部３１は各認識モードに応じてカメラ２３の焦点を合わせるべく、軸制御部３６を介して全体昇降用のサーボモータ１７の駆動を制御する。

さらに、主制御部３１においては、前記認識モードに応じて、部品が吸着されたヘッドユニット５の移動経路が異なるように設定されており、２Ｄ認識モードが選択されている場合には、ヘッドユニット５が第１撮像ユニット２１の上方を通過するように設定されている一方、３Ｄ認識モード或いは混在認識モードが選択されている場合には、ヘッドユニット５が第１撮像ユニット２１に加え、第２撮像ユニット２２の上方も通過するように設定されている。そして、ヘッドユニット５が撮像ユニット２１，２２が配置された部品認識部を通過するときに吸着部品を撮像するように照明制御部３３，カメラ制御部３４および軸制御部３６に制御信号を出力する。

記憶部３２は、実装部品の種類とその種類に対応する部品認識モードとの関係、各部品認識モードの撮像条件および該撮像により得られる種々の画像情報等に関するデータを記憶するものである。

照明制御部３３およびカメラ制御部３４は、それぞれ前記撮像ユニット２１，２２の照明装置２４およびカメラ２３の駆動を制御するものである。

画像処理部３５は、撮像ユニット２１，２２の各カメラ２３から出力される画像信号に所定の処理を施すことにより部品認識に適した画像データを生成して主制御部３１に出力するものである。

なお、この制御装置３０の構成については、各軸サーボモータ１５，９，１７，１９ａ及びエンコーダ１６，１０，１８，１９ｂ等により本発明の駆動手段が構成され、照明制御部３３、カメラ制御部３４により撮像制御手段が構成され、主制御部３１および画像処理部３５等により本発明の部品認識手段が構成され、主制御部３１及び軸制御部３６により本発明の制御手段が構成されている。

次に、上記制御装置３０の制御に基づく部品の実装動作について図５のフローチャートに基づいて説明する。

実装動作が開始されると、まずプリント基板３に実装すべき実装部品をヘッドユニット５によって一工程で搬送されるグループに割り振るとともに、このグループ毎にヘッドユニット５における各実装用ヘッド２０に吸着させるべき部品を割り付ける（ステップＳ１）。このグループ分けは、一グループに高さの異なる２種類の３Ｄ認識部品が含まれないように設定されている。

そして、この割付に従ってヘッドユニット５が吸着すべき部品が搭載されている部品供給部４Ａ，４Ｂまたはシャトル５４に移動し、図６に示すように各実装用ヘッド２０により部品が吸着される（ステップＳ２）。なお、この図６では、混在認識モードにおけるヘッドユニット５の吸着状態の一例を示しており、この例では右端の実装用ヘッド２０から第１、第２、第３実装用ヘッド２０等とすると、第１実装用ヘッド２０に３Ｄ認識部品Ｂ２が吸着されているとともに、第３ないし第８実装用ヘッド２０に２Ｄ認識部品Ｂ１が吸着されている。

この部品の吸着が完了すると、何れの認識モードが選択されているかを判定し（ステップＳ３，Ｓ４）、２Ｄ認識モードおよび３Ｄ認識モードの何れでもない場合、混在認識モードが選択されていると判定し、Ｘ軸およびＹ軸サーボモータ１５，９等を駆動して、第１撮像ユニット２１および第２撮像ユニット２２の上方を通過するような第１経路に沿ってヘッドユニット５を移動させる（ステップＳ５）。この第１経路は、図７に示すように、コンベア２の搬送方向下流側から上流側に向かい（矢印Ｙ１）、第１撮像ユニット２１の上方を経た後、内側（コンベア２側）に向かい（矢印Ｙ２）、コンベア２の搬送方向上流側から第２撮像ユニット２２の上方を経て（矢印Ｙ３）実装位置に移動する（矢印Ｙ４）というような経路である。

また、前記認識モードの判定後であって後述する第１撮像ユニット２１の撮像前に、全体昇降用サーボモータ１７が駆動され、ヘッドユニット５に吸着されている３Ｄ認識部品Ｂ２の下面を基準にして各撮像ユニット２１，２２の焦点が合った高さにヘッドユニット５を移動する。すなわち、図６に示すように３Ｄ認識部品Ｂ２の下面に焦点Ｐが合わされ、２Ｄ認識部品Ｂ１には焦点Ｐが合っていない状態となる。

また、この移動過程でヘッドユニット５が第１撮像ユニット２１に対して相対的に移動し、これにより各実装用ヘッド２０に２Ｄおよび３Ｄ認識部品Ｂ１，Ｂ２の第１撮像ユニット２１による撮像が行われ（ステップＳ６）、各吸着部品Ｂ１，Ｂ２をその真下から撮像した２次元画像（第１画像）が取得される。なお、この際、ヘッドユニット５が最後の部品を図１の下側の部品供給部４Ａまたはシャトル５４で吸着するように吸着部品の割付がなされており、ヘッドユニット５は当該最後の部品を吸着した部品供給部４Ａ側の第１撮像ユニット２１に対して相対的に移動するように駆動制御されている。

第１撮像ユニット２１により吸着部品Ｂ１，Ｂ２が撮像されると、この吸着部品のうち３Ｄ認識部品Ｂ２については、第１画像に基づいて後述する画像合成のための座標（例えばリードの先端部分）が検出されるとともに、この座標によって３次元画像を得るためのアルゴリズムによる画像処理が行われ、そのデータが記憶部３２に記憶される（ステップＳ７）。

また、このステップＳ７では、２Ｄ認識部品についても第１画像に基づくデータが記憶部３２に記憶される。このデータとしては、例えば第１画像に基づいて検出された部品の所定部分から算出された中心位置に関するデータがあげられる。なお、混在認識モードでは、上記したように２Ｄ認識部品には焦点が合っておらず、若干ピンぼけした状態の２次元画像が得られることになるが、単純形状の２Ｄ認識部品についてはこの若干ピンぼけ状態の２次元画像でも十分に正確な認識が行われることを知見し、この知見に基づいて前記データの取得が行われている。

次に、ステップＳ８に移行され、３Ｄ認識部品についてのみ第２撮像ユニット２２により撮像が行われる。具体的には、第２撮像ユニット２２に対応するようにヘッドユニット５がＹ軸方向に移動した後、第１撮像ユニット２１による撮像の際の移動方向とは反対方向にヘッドユニット５が移動して第２撮像ユニット２２上を通過するとき（図７中のＹ３参照）、第２撮像ユニット２２により３Ｄ認識部品Ｂ２のみが撮像される（ステップＳ８）。これによりヘッドユニット５に吸着されている３Ｄ認識部品Ｂ２を斜め方向下側から撮像した画像（第２画像）が取得される。この際、ヘッドユニット５は、第１画像を撮像した第１撮像ユニット２１に近接する第２撮像ユニット２２に対して相対的に移動するように駆動制御される。

そして、この第２画像に基づいて画像合成のための座標が検出されるとともに、この座標によって３次元画像を得るためのアルゴリズムによる画像処理が行われ、そのデータが記憶部３２に記憶される（ステップＳ９）。ここで、第２画像に基づき検出される座標は、第１画像で検出された座標に対応した座標の検出が行われる。従って、上記例示ではリードの先端部分が検出される。

第１および第２画像に基づく画像処理が完了すると、これらの画像処理によるデータに基づき第１および第２画像が合成され、３次元画像である第３画像が取得される（ステップＳ１０）。

そして、ステップＳ１１に移行し、このステップＳ１１において吸着部品がリードの折れ曲がり等がある不良品でないと判断された場合に、２Ｄおよび３Ｄ認識部品について上記部品認識に基づき吸着位置のずれ、つまりノズル中心に対する部品中心のＸ軸及びＹ軸方向の吸着ずれとノズル中心回りの部品の吸着ずれが調べられて、それに応じた部品補正量が演算される（ステップＳ１２）。その後、ヘッドユニット５がプリント基板３上に移動して、各実装用ヘッド２０により吸着された部品が順次プリント基板３上の所定位置（補正を加味した装着位置）に実装されることとなる（ステップＳ１３）。また、ステップＳ１１において不良部品と判定された部品はそのまま実装用ヘッド２０によって保持され、廃棄トレイ上に排出される（ステップＳ１４）。これにより本フローチャートが終了する。

一方、前記ステップＳ３で２Ｄ認識モードが選択されていると判定された場合には、Ｘ軸およびＹ軸サーボモータ１５，９等を駆動して、図８に示すように、第１撮像ユニット２１の上方を通過するような第２経路に沿ってヘッドユニット５を移動させる（ステップＳ１５）。この第２経路では、第１経路と異なり、第２撮像ユニット２２上を通過せずに、第１撮像ユニット２１上を通過した後、直接プリント基板３への実装位置に移動するものとなっている（矢印Ｙ１，Ｙ２）。従って、第２経路では第１経路よりも移動距離が短いものとなっている。

また、前記認識モードの判定後であって後述する第１撮像ユニット２１の撮像前に、全体昇降用サーボモータ１７が駆動され、ヘッドユニット５に吸着されている２Ｄ認識部品の下面を基準にして各撮像ユニット２１，２２の焦点が合った高さにヘッドユニット５を移動する。

そして、この移動過程でヘッドユニット５が第１撮像ユニット２１に対して相対的に移動し、これにより各実装用ヘッド２０に吸着された２Ｄ認識部品の第１撮像ユニット２１による撮像が行われ（ステップＳ１６）、ヘッドユニット５に吸着されている２Ｄ認識部品をその真下から撮像した２次元画像（第１画像）が取得され、ステップＳ１１に移行する。この際、ヘッドユニット５は、最後の部品を吸着した部品供給部４Ａ（又は４Ｂ）の最寄りの第１撮像ユニット２１に対して相対的に移動するように駆動制御され、これによって第１撮像ユニット２１による各吸着部品の撮像処理が速やかに行われる。

ステップＳ４に戻って、３Ｄ認識モードが選択されていると判定された場合には、Ｘ軸およびＹ軸サーボモータ１５，９等を駆動して、混在認識モードと同様に、第１経路に沿ってヘッドユニット５を移動させる（ステップＳ１７）。

また、前記認識モードの判定後であって後述する第１撮像ユニット２１の撮像前に、全体昇降用サーボモータ１７が駆動され、ヘッドユニット５に吸着されている３Ｄ認識部品の下面を基準にして各撮像ユニット２１，２２の焦点が合った高さにヘッドユニット５を移動する。

ステップＳ１８〜Ｓ２２まではステップＳ６〜ステップＳ１０までと同様であるので、ここではその説明を省略する。ただし、この３Ｄ認識モードではヘッドユニット５に吸着されている全ての部品について３次元画像が取得されると共に、この３次元画像に基づいて全ての部品について良否判定が実行される（ステップＳ１１）。

ここで、各認識モードにおけるヘッドユニット５（吸着部品）の動作をまとめると次の通りである。例えば、最後の部品を部品供給部４Ａ（単位供給部４Ａ−１）において吸着した場合、混在認識モードまたは３Ｄ認識モードでは、図７に示すように、まず、部品供給部４Ａに隣接される第１撮像ユニット２１に対してプリント基板３の搬送方向上流側から下流側に向ってヘッドユニット５が移動し（同図の矢印Ｙ１）、第１撮像ユニット２１に隣接される第２撮像ユニット２２側にヘッドユニット５が移動した後（同図の矢印Ｙ２）、第１撮像ユニット２１による撮像時と反対方向にヘッドユニット５が移動して（同図の矢印Ｙ３）、実装位置に移動する（同図の矢印Ｙ４）。これに対して、２Ｄ認識モードでは、図８に示すように、まず、部品供給部４Ａに隣接される第１撮像ユニット２１に対してプリント基板３の搬送方向上流側から下流側に向ってヘッドユニット５が移動した後（同図の矢印Ｙ１）、略直線的に実装位置に向けて移動する（同図矢印Ｙ２）。

以上のような本発明に係る部品認識方法および同装置が適用される実装機によると次のような効果を得ることができる。

この実装機では、ヘッドユニット５により部品を部品供給部４Ａ等から吸着し、これらをプリント基板３に搬送して実装するが、混在認識モードが採用されている場合に、ヘッドユニット５によって２次元認識部品と３次元認識部品とを混在吸着させるように設定されているので、吸着部品の種類毎にヘッドユニット５を部品供給部４Ａ等とプリント基板３との間を往復させる必要がなく、吸着部品の種類に拘わらずヘッドユニット５に吸着可能な範囲で一挙に部品を搬送させることができる。これにより、複数種類の部品を実装するための一連の時間を短縮することができる。

ところで、当実施形態のようにヘッドユニット５に２Ｄおよび３Ｄ認識部品を混在吸着させた場合、各撮像ユニット２１の焦点を何れの部品に合わせるかが問題となるが、混在認識モードでは３Ｄ認識部品の下面に第１および第２撮像ユニット２１，２２の焦点を合わせ、該３Ｄ認識部品についてのみ３次元画像が取得されるようになっているので、３Ｄ認識部品については高解像度の３次元画像を取得することができ、該画像に基づいて適切な部品の良否等の３次元認識を実行することができる。

一方、この混在認識モードでは、前記３Ｄ認識部品に焦点を合わせているため、第１撮像ユニット２１によって撮像された２Ｄ認識部品についての２次元画像は３Ｄ認識部品について撮像された２次元画像に比べて若干ぼけた状態となるが、この若干ぼけた状態の２次元画像に基づいても吸着位置のずれ等の部品認識を正確に行うことができるという効果がある。

すなわち、この実装機によれば、部品認識における正確性の低下を抑制することにより要求を満たす実装精度を維持しつつ、ヘッドユニット５により一工程で搬送する部品の種類数を増加させることにより部品を効率的に実装することができる。

特に、当実施形態では、各撮像手段２１，２２にラインセンサを用いるとともに、第１撮像手段２１が吸着部品の真下に配設されているので、ヘッドユニット５を移動させながら撮像することができ、しかも真下に配設された第１撮像手段２１により取得された２次元画像は焦点が多少ずれている場合でも、２Ｄ認識部品の外縁を可及的正確に判別することができる。

また、主制御部３１において実装すべき部品に応じて適宜認識モードを切り換えることができるので、状況に応じた対応が可能となり、実装効率を高水準で維持したままより各認識モードに適応したより的確な部品認識が可能となる。また、２Ｄ認識モードにおいては、移動経路を変更してヘッドユニット５の移動量を第１経路に比べて低減させることができ、より短時間で部品を実装することができる。

なお、以上説明した実装機は、本発明に係る部品認識装置（方法）が適用される実装機の一実施形態であって、部品認識装置（方法）や実装機の具体的な構成等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、変形例を以下に説明する。

（１）上記実施形態では、専ら３Ｄ認識部品としてリード付きの部品を例示しているが、例えば下面にＢＧＡ（Ball Grid Array package）等のボール端子が設けられた部品を実装するものであってもよい。

この場合には、第１撮像ユニット２１の照明装置２４がマルチ照明とされる。すなわち、照明装置２４は、実装用ヘッド２０に吸着された部品に対して主にカメラ２３側から照明を提供する状態（通常照明）と、主に吸着部品の側方から照明を提供する状態（横照明）とに切換可能に構成されており、照明制御部３３を介して主制御部３１により切換制御されるように構成され、２次元画像および３次元画像によりボール端子の状態を判別し得るようになっている。

（２）上記実施形態の実装機では、ヘッドユニット５により２Ｄ認識部品として高さの異なる部品を含めた複数種類の部品を吸着して一挙に搬送することができる。一方、３Ｄ認識部品については、同種の部品、或いは高さが略同じの異種部品を吸着して一挙に搬送することができる。

（３）撮像ユニットの数、配置、撮像角度等は、実施形態に示したものに限られるものではなく、実装部品をより精度良く認識できるように適宜設定すればよい。

本発明に係る部品認識装置（方法）が適用される表面実装機の一例を示す平面図である。 上記表面実装機を示す正面図である。 第１及び第２の撮像ユニットの各カメラの配置関係を示す模式図である。 表面実装機の制御系（主に部品認識動作を司る部分）を示すブロック構成図である。 上記制御系による実装の動作制御を説明するフローチャートである。 ヘッドユニットを２Ｄおよび３Ｄ認識部品を吸着した状態で示す模式図である。 ヘッドユニットの移動経路（第１経路）を示す模式図である。 ヘッドユニットの移動経路（第２経路）を示す模式図である。

符号の説明

１ 基台
３ プリント基板
５ ヘッドユニット
９ Ｙ軸サーボモータ
１０ ロータリエンコーダ
１５ Ｘ軸サーボモータ
１６ ロータリエンコーダ
１７ 全体昇降用サーボモータ
１８ ロータリエンコーダ
１９ａ 回転用サーボモータ
１９ｂ ロータリエンコーダ
２０ 実装用ヘッド
２１ 第１撮像ユニット
２２ 第２撮像ユニット
２３ カメラ
３０ 制御装置
３１ 主制御部
３４ カメラ制御部
３５ 画像処理部
３６ 軸制御部
Ｂ１ ２Ｄ認識部品
Ｂ２ ３Ｄ認識部品
Ｐ 焦点

Claims (8)

1. ヘッドユニットに吸着された吸着部品を異なる方向から撮像する複数の撮像手段を部品認識部に配置するとともに、前記ヘッドユニットがこの部品認識部を通過するときに前記撮像手段により吸着部品を撮像し、この際、一の撮像手段により撮像した画像に基づく２次元認識と、複数の撮像手段により撮像した画像に基づく３次元認識とを吸着部品の種類に応じて選択する部品認識方法であって、
   前記ヘッドユニットに設けた複数本の実装用ヘッドにより複数個の吸着部品を吸着し、かつ、前記２次元認識させる２Ｄ認識部品と、前記３次元認識させる３Ｄ認識部品とを前記吸着部品に含めることにより、当該２Ｄ認識部品と３Ｄ認識部品とを前記ヘッドユニットに混在吸着させるとともに、前記３Ｄ認識部品に焦点を合わせた状態で前記撮像手段により２Ｄおよび３Ｄ認識部品を撮像することを特徴とする部品認識方法。
2. 請求項１に記載の部品認識方法において、
   前記複数の撮像手段として、吸着部品における吸着面と反対側の面に正対させた第１撮像手段と、これとは異なる方向から撮像する第２撮像手段とを用いることを特徴とする部品認識方法。
3. 部品を吸着可能な実装用ヘッドを複数本並列に有するヘッドユニットと、これに吸着された吸着部品を異なる方向から撮像する複数の撮像手段と、前記ヘッドユニットに部品を吸着させるとともに前記撮像手段が配置された部品認識部を通過させるべく前記ヘッドユニットを移動させる駆動手段と、前記部品認識部を前記ヘッドユニットが通過するときにこれに吸着された吸着部品を撮像するべく前記撮像手段を制御する撮像制御手段と、一の撮像手段により撮像した画像に基づく２次元認識と複数の撮像手段により撮像した画像に基づく３次元認識とを吸着部品の種類に応じて選択して認識する部品認識手段とを備えた表面実装機の部品認識装置であって、
   前記２次元認識させる２Ｄ認識部品と前記３次元認識させる３Ｄ認識部品とを前記吸着部品に含めることにより該２Ｄ認識部品と３Ｄ認識部品とを前記ヘッドユニットに混在吸着させ、かつ、前記３Ｄ認識部品に焦点を合わせた状態で前記撮像手段により２Ｄおよび３Ｄ認識部品を撮像させるべく前記駆動手段および撮像制御手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする部品認識装置。
4. 請求項３に記載の部品認識装置において、
   前記複数の撮像手段は、吸着部品における吸着面と反対側の面に正対させた第１撮像手段と、これとは異なる方向から撮像する第２撮像手段とを含むことを特徴とする部品認識装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の部品認識装置において、
   前記撮像手段が主走査方向に複数の撮像素子が並ぶラインセンサであり、前記駆動手段はこのラインセンサに対してその主走査方向に直交する方向に前記ヘッドユニットを通過させることを特徴とする部品認識装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の部品認識装置において、
   前記制御手段は、前記ヘッドユニットに対して２Ｄ認識部品のみを吸着させ、当該２Ｄ認識部品に焦点を合わせる２Ｄ認識モードと、前記ヘッドユニットに対して３Ｄ認識部品のみを吸着させ、当該３Ｄ認識部品に焦点を合わせる３Ｄ認識モードと、前記ヘッドユニットに対して２Ｄおよび３Ｄ認識部品を混在吸着させ、当該３Ｄ認識部品に焦点を合わせる混在認識モードとを切り換え可能に構成されることを特徴とする部品認識装置。
7. 請求項６に記載の部品装置において、
   前記制御手段は、前記２Ｄ認識モード時に、第１撮像手段により２Ｄ認識部品を撮像させることを特徴とする部品認識装置。
8. 複数本の実装用ヘッドを有する移動可能なヘッドユニットにより電子部品を吸着して基板上の所定位置に実装する表面実装機において、請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の部品認識装置と、３Ｄ認識部品を供給する部品供給部と、２Ｄ認識部品を供給する部品供給部とを備えたことを特徴とする表面実装機。

Images