JP2005322802A - Component mounting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業ロボットにより電子部品をプリント基板上に搭載する部品搭載装置に関し、特に、作業ロボットで取得した電子部品の吸着姿勢を検査する検査機構を有する部品搭載装置に関する。 The present invention relates to a component mounting apparatus for mounting an electronic component on a printed circuit board by a work robot, and more particularly to a component mounting apparatus having an inspection mechanism for inspecting the suction posture of the electronic component acquired by the work robot.
従来から、プリント基板上に電子部品を搭載する装置として部品搭載装置が知られている。
本部品搭載装置では、プリント基板を部品搭載装置内にその上流から搬入し、そしてその搬入したプリント基板に対して、本部品搭載装置に構成される作業ロボットが、部品搭載装置に電子部品を供給する部品供給装置から上記プリント基板上の所定位置に電子部品を搭載する。
Conventionally, a component mounting device is known as a device for mounting an electronic component on a printed circuit board.
In this component mounting device, the printed circuit board is carried into the component mounting device from the upstream side, and the work robot configured in the component mounting device supplies electronic components to the component mounting device with respect to the loaded printed circuit board. An electronic component is mounted at a predetermined position on the printed circuit board from the component supply device.
この作業ロボットは、部品搭載装置内に搬入された上記プリント基板の上方に構成され、プリント基板に対して水平に配設されたY軸レール、同じくプリント基板に対して水平に配設され且つY軸レールに摺動自在に懸下されたX軸レール、このX軸レールに摺動自在に懸下された搭載ヘッド支持塔、及び、この搭載ヘッド支持塔に支持されながらZ軸方向への昇降及びZ軸周りの自己回転が許容される搭載ヘッドにより構成される。 This working robot is configured above the printed circuit board carried into the component mounting apparatus, and is disposed on the Y-axis rail horizontally with respect to the printed circuit board. X-axis rail slidably slid on the axis rail, mounting head support tower slidably slid on the X-axis rail, and ascending and descending in the Z-axis direction while being supported by the mounting head support tower And a mounting head that allows self-rotation around the Z axis.
上記X軸レールは、例えばモータ及びボールネジで構成した位置決め機構により上記Y軸レールを摺動し、上記搭載ヘッド支持塔も上記と同様な構成の位置決め機構により、X軸レールを摺動することができる。また、搭載ヘッドはZ軸方向へ昇降及びZ軸周りの自己回転が許容される吸着シャフトを備え、当該吸着シャフトはモータの駆動により昇降動作及び自己回転(θ方向の回転)ができる。 The X-axis rail slides on the Y-axis rail by a positioning mechanism constituted by, for example, a motor and a ball screw, and the mounting head support tower slides on the X-axis rail by a positioning mechanism having the same configuration as described above. it can. The mounting head includes an adsorption shaft that is allowed to move up and down in the Z-axis direction and self-rotation around the Z-axis, and the adsorption shaft can move up and down and rotate (rotation in the θ direction) by driving a motor.
また更に、上記吸着シャフトの先端は吸着ノズルの装着が可能である。電子部品をプリント基板に搭載する際は吸着シャフトの先端に上記吸着ノズルを装着し、空気圧制御装置からその先端に対して正圧や負圧を選択的にかけることにより、上記吸着ノズルでの電子部品の吸着や解放を可能にする。 Furthermore, a suction nozzle can be attached to the tip of the suction shaft. When mounting electronic components on a printed circuit board, the suction nozzle is attached to the tip of the suction shaft, and positive pressure or negative pressure is selectively applied to the tip from the air pressure control device. Enables suction and release of parts.
これらの各モータ、吸着ノズルにかけられる空気圧、または部品供給装置における電子部品の供給処理などはコンピュータによって制御され、所定のプログラムに基づいて、上記作業ロボットは所定経路をXYZ方向及びθ方向に任意に移動し、これに伴ない、所定のタイミングで部品供給装置から供給された電子部品を吸着ノズルの先端で吸着し、吸着した電子部品をプリント基板上で解放する。 Each of these motors, air pressure applied to the suction nozzle, or electronic component supply processing in the component supply device is controlled by a computer, and based on a predetermined program, the work robot arbitrarily sets a predetermined path in the XYZ and θ directions. Along with this, the electronic component supplied from the component supply device is sucked at the tip of the suction nozzle at a predetermined timing, and the sucked electronic component is released on the printed circuit board.
部品搭載装置では一般的に、部品供給装置からプリント基板に電子部品を運ぶ経路間に部品認識カメラが備えられ、吸着ノズルに吸着された電子部品を下方からその部品認識カメラによって撮像する。そしてその撮像画像から電子部品に対する吸着ノズルの吸着位置を解析し、この解析結果に基づいて当該電子部品のプリント基板上の搭載位置を微調整する。 In the component mounting apparatus, a component recognition camera is generally provided between paths for transporting electronic components from the component supply device to the printed circuit board, and the electronic components picked up by the suction nozzle are imaged from below by the component recognition camera. Then, the suction position of the suction nozzle with respect to the electronic component is analyzed from the captured image, and the mounting position of the electronic component on the printed circuit board is finely adjusted based on the analysis result.
また更に、部品供給装置からプリント基板に電子部品を運ぶ経路間には吸着ノズルに対する電子部品の吸着状態(正常吸着状態、または不良吸着状態(例えば未吸着状態や立ち状態など))を検査するための光センサが備えられる。この光センサは、レーザ光を上記経路間に平行に照射する発光素子及びその光を受ける受光素子により構成され、吸着ノズルに正常に吸着されている電子部品の下端が上記レーザ光に掛からない位置に配置される。このような構成の下では、吸着状態が立ち状態の時に、正常吸着状態と比べて電子部品の下端がより下方に位置するようになる。よって、立ち状態の電子部品の下端は上記レーザ光を遮断するため、遮断に基づく光量の変化を受光素子で検出することで電子部品の立ち状態を検出できる。なお、上記光センサの配置は、上記吸着部品の厚みに応じて、正常吸着状態時にレーザ光を遮断しないような位置に配置しなければならない。また、未吸着状態の場合は、当然、上記レーザ光を遮断しないため、正常吸着状態と判断されてしまう。このため、未吸着状態の検出を考慮に入れる場合は、吸着ノズル先端の真空圧の値から未吸着状態を判定する判定方向を併用しなければならない(特許文献1参照)。 Furthermore, in order to inspect the suction state (normal suction state or defective suction state (for example, non-suction state or standing state)) of the electronic component with respect to the suction nozzle between the paths for transporting the electronic component from the component supply device to the printed circuit board. The optical sensor is provided. This optical sensor is composed of a light emitting element that irradiates laser light in parallel between the paths and a light receiving element that receives the light, and a position where the lower end of the electronic component normally sucked by the suction nozzle does not hit the laser light. Placed in. Under such a configuration, when the suction state is in the standing state, the lower end of the electronic component is positioned lower than in the normal suction state. Therefore, since the lower end of the standing electronic component blocks the laser light, the standing state of the electronic component can be detected by detecting the change in the light amount based on the blocking by the light receiving element. Note that the optical sensor must be arranged at a position where the laser beam is not blocked in the normal adsorption state, depending on the thickness of the adsorption component. In the non-adsorbed state, naturally, the laser beam is not blocked, so that it is determined as a normal adsorbed state. For this reason, when taking the detection of the non-adsorption state into consideration, the determination direction for determining the non-adsorption state from the value of the vacuum pressure at the tip of the adsorption nozzle must be used together (see Patent Document 1).
部品搭載装置では、このような検査機構を合わせ持つことでプリント基板に対する電子部品搭載ミスを未然に防止している。
上述したように、部品搭載装置には電子部品の吸着状態を検出する光センサが備えられている。当該光センサは、電子部品の不良吸着時に正常吸着時よりも下方に位置する電子部品の部位が当該光センサのレーザ光を遮るように構成され、電子部品の厚みを1次元の情報として得る事ができる。 As described above, the component mounting apparatus is provided with the optical sensor that detects the suction state of the electronic component. The optical sensor is configured such that a portion of the electronic component positioned below the normal suction when the electronic component is defectively sucked blocks the laser light of the optical sensor, and the thickness of the electronic component is obtained as one-dimensional information. Can do.
しかし、部品搭載装置で取り扱う電子部品の種類は様々であり、その形状や大きさの違いによって電子部品の厚みも当然変化し、正常吸着状態時であっても各種電子部品の最下点は微妙に異なってくる。 However, there are various types of electronic components handled by the component mounting device, and the thickness of the electronic components naturally changes due to differences in shape and size, and the lowest point of various electronic components is subtle even during normal adsorption. Will be different.
このため、光学センサを所定位置に固定させたまま各種電子部品における不良吸着状態の検出を常に安定して精度良く得ることは困難であり、電子部品の種類に応じて光学センナの配置を変更する必要があった。 For this reason, it is difficult to always stably and accurately detect the defective suction state in various electronic components while the optical sensor is fixed at a predetermined position, and the arrangement of the optical senner is changed according to the type of the electronic component. There was a need.
また、吸着ノズルに対する電子部品の吸着位置を検出するための部品認識カメラの撮像画像を用いて当該電子部品の吸着状態を解析することも検討されうるが、当該撮像画像では、下方から撮像した電子部品の幅に公差を生じ、例えば正常吸着状態時の電子部品と該正常吸着状態からやや傾斜した状態で吸着された電子部品との違いを検出することができない。 In addition, it may be considered to analyze the suction state of the electronic component using a captured image of a component recognition camera for detecting the suction position of the electronic component with respect to the suction nozzle. A tolerance is generated in the width of the component, and for example, a difference between an electronic component in a normal suction state and an electronic component sucked in a state slightly inclined from the normal suction state cannot be detected.
そこで本発明は、電子部品の種類に依存することなく不良吸着状態を検出できる、また僅かな傾斜でも不良吸着として検出することができる部品搭載装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a component mounting apparatus that can detect a defective suction state without depending on the type of electronic component, and can detect a defective suction even with a slight inclination.
本発明は上記課題を解決するために以下のように構成する。
本発明の部品搭載装置の態様の一つは、部品供給位置で吸着ノズルの先端に電子部品を吸着し、上記吸着ノズルで吸着した上記電子部品をプリント基板に搭載することを前提とし、上記吸着ノズルの側面から該吸着ノズルの先端近傍を対象とした2次元画像を取得する画像取得手段と、該画像取得手段によって得られた上記吸着ノズルの先端近傍の2次元画像から吸着不良状態を検出する検出手段と、上記検出手段により上記吸着不良状態が検出された場合に、該吸着不良状態を正常状態に復旧させる復旧手段と、を有する。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
One aspect of the component mounting apparatus of the present invention is based on the premise that the electronic component is sucked to the tip of the suction nozzle at the component supply position, and the electronic component sucked by the suction nozzle is mounted on a printed circuit board. An image acquisition unit that acquires a two-dimensional image targeting the vicinity of the tip of the suction nozzle from the side surface of the nozzle, and a suction failure state is detected from the two-dimensional image near the tip of the suction nozzle obtained by the image acquisition unit And detecting means, and recovery means for recovering the suction failure state to a normal state when the detection failure state is detected by the detection means.
なお、上記吸着ノズルは、上記プリント基板平面に対して平行移動する搭載ヘッド支持塔に備えられ、上記搭載ヘッド支持塔からの昇降動作に基づいて上記電子部品を吸着し、上記画像取得手段は上記搭載ヘッド支持塔に備えた撮像カメラにより上記吸着ノズルの先端近傍の2次元画像を側面から取得する、ことが望ましい。 The suction nozzle is provided in a mounting head support tower that translates with respect to the plane of the printed circuit board, and sucks the electronic component based on an ascending / descending operation from the mounting head support tower. It is desirable that a two-dimensional image near the tip of the suction nozzle is acquired from the side by an imaging camera provided on the mounting head support tower.
更に、上記吸着ノズルの先端近傍または該先端に吸着された電子部品を選択的に照明する照明装置を上記搭載ヘッド支持塔に備え、上記画像取得手段は、上記照明装置により選択的に照明された上記吸着ノズルの先端近傍の側面画像または上記先端に吸着された電子部品の側面画像を上記撮像カメラにより取得し、上記検出手段は、上記照明装置による照明対象に応じた手法(例えば電子部品の縦の寸法計測、傾きの計測、またはパターン認識などの手法の内の最適な手法)で不良吸着状態を検出することが望ましい。 Further, the mounting head support tower includes an illumination device that selectively illuminates the vicinity of the tip of the suction nozzle or an electronic component sucked by the tip, and the image acquisition means is selectively illuminated by the illumination device. A side image in the vicinity of the tip of the suction nozzle or a side image of the electronic component sucked at the tip is acquired by the imaging camera, and the detection means is adapted to a technique (for example, a vertical direction of the electronic component) according to an illumination target by the lighting device. It is desirable to detect the defective adsorption state by an optimal method among the methods such as dimension measurement, inclination measurement, or pattern recognition.
本発明では、吸着ノズルの先端近傍や該先端に吸着された電子部品の側面画像を取得できるように部品搭載装置を構成する。このため、電子部品を吸着ノズルに吸着させる動作を行なった後に上記吸着ノズルの先端近傍を撮像すれば、電子部品が正常状態(この場合、電子部品が吸着ノズルの先端に水平に吸着されている状態)であるか不良吸着状態(この場合、電子部品が未吸着または吸着ノズルの先端に立ちの姿勢で吸着されている状態)であるかをその2次元画像から例えばパターン認識を用いて容易に判定できる。また、プリント基板に対する電子部品の搭載動作を行なった後に上記吸着ノズルの先端近傍を撮像すれば、電子部品が正常状態(この場合、電子部品を持ち帰っていない状態や、吸着ノズル先端の消耗や付着物の存在などのノズル障害がない状態)であるか不良吸着状態(この場合、電子部品を持ち帰っている状態や、上記ノズル障害を生じている状態)であるかをその2次元画像から例えばパターン認識を用いて容易に判定できる。 In the present invention, the component mounting apparatus is configured so that a side image of the vicinity of the tip of the suction nozzle and the electronic component sucked by the tip can be acquired. For this reason, if an image of the vicinity of the tip of the suction nozzle is taken after performing the operation of sucking the electronic component to the suction nozzle, the electronic component is in a normal state (in this case, the electronic component is horizontally sucked by the tip of the suction nozzle. State) or a defective suction state (in this case, the electronic component is not picked up or is picked up in a standing posture at the tip of the suction nozzle), for example, easily by using pattern recognition from the two-dimensional image. Can be judged. In addition, if the vicinity of the tip of the suction nozzle is imaged after the electronic component is mounted on the printed circuit board, the electronic component is in a normal state (in this case, the electronic component is not brought home, the tip of the suction nozzle is consumed or attached). Whether there is no nozzle failure such as the presence of a kimono) or a defective suction state (in this case, a state where an electronic component is brought back or a state where the nozzle failure has occurred) from the two-dimensional image, for example, a pattern Can easily be determined using recognition.
また、上記搭載ヘッド支持塔に上記吸着ノズルと共に構成した上記撮像カメラから上記吸着ノズルの先端近傍を撮像できるように構成することにより、部品搭載ヘッド支持塔の位置に無関係に任意の時点で当該吸着ノズル先端近傍の画像を取得できる。この場合、上記部品搭載ヘッドの移動中(例えば高速移動中など)に当該吸着ノズル先端近傍の画像を取得できる。 Further, by configuring the mounting head support tower so that the vicinity of the tip of the suction nozzle can be imaged from the imaging camera configured together with the suction nozzle, the suction head is supported at any time regardless of the position of the component mounting head support tower. An image near the nozzle tip can be acquired. In this case, an image in the vicinity of the suction nozzle tip can be acquired while the component mounting head is moving (for example, at high speed).
また、上記吸着ノズル先端近傍の照明(吸着ノズル先端の照明、吸着ノズルに吸着された電子部品の照明、またはこれらの両方の照明)を選択的に照明する照明装置を用いることにより、その照明対象に応じて不良吸着状態の検出手法(例えば電子部品の縦の寸法計測、傾きの計測、またはパターン認識などの手法など)を最適な方法に選択できる。 In addition, by using an illumination device that selectively illuminates the illumination in the vicinity of the suction nozzle tip (illumination at the suction nozzle tip, illumination of the electronic component sucked by the suction nozzle, or both of them), Accordingly, a method for detecting a defective suction state (for example, a method for measuring the vertical dimension of an electronic component, a method for measuring an inclination, a pattern recognition, or the like) can be selected as an optimum method.
以上述べたように本発明によれば、吸着ノズルの先端近傍の2次元画像から吸着不良状態を判定するので、電子部品の種類に依存することなく、また吸着ノズルの先端に僅かな傾斜角をもって吸着されていたとしても、不良吸着状態を精度良く安定して検出することができる。 As described above, according to the present invention, the suction failure state is determined from the two-dimensional image near the tip of the suction nozzle, so that the tip of the suction nozzle has a slight inclination angle without depending on the type of electronic component. Even if it is adsorbed, the defective adsorbed state can be detected accurately and stably.
また、搭載ヘッド支持塔の移動中に上記吸着ノズル先端近傍の側面画像が得られるので、部品搭載処理のスピードを落とすことなく効率良く不良吸着状態を検出できる。
そして、精度良く安定して不良吸着状態を検出できるので、不良基板の発生を抑制することができる。
Further, since the side image near the tip of the suction nozzle is obtained during the movement of the mounting head support tower, the defective suction state can be detected efficiently without reducing the speed of the component mounting process.
In addition, since the defective suction state can be detected stably with high accuracy, the generation of defective substrates can be suppressed.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態である部品搭載装置の一例である。
同図(a)は部品搭載装置の外観斜視図である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an example of a component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1A is an external perspective view of the component mounting apparatus.
同図(a)の部品搭載装置1は、説明しやすいように同図の基台2上方の上部カバーを取り外し、内部機構を剥き出しにした状態の部品搭載装置である。
不図示の上部カバーは、その上面にCRTや液晶などの表示装置が構成される。この表示装置には、後述の部品認識カメラや吸着状態認識カメラによって撮像された電子部品の撮像画像、或いは各種設定画面や電子部品の搭載状況を示す情報などが表示される。また、上記上部カバーにはキーボードやマウスなどの入力装置が構成され、上記表示装置に表示される設定画面における各種の設定入力を、当該入力装置から行なうことができる。また更に、上記上部カバーの上面には報知ランプが構成され、例えば部品搭載時にエラーを検出した場合には、この報知ランプを点滅させ、上記エラー状態を作業者に知らせることができる。上記各部は、基台2内部に構成される制御装置に信号ケーブルを介して電気接続され、制御される。
The
The upper cover (not shown) includes a display device such as a CRT or a liquid crystal on its upper surface. On this display device, a captured image of an electronic component captured by a component recognition camera or a suction state recognition camera, which will be described later, or various setting screens and information indicating the mounting status of the electronic component are displayed. The upper cover is configured with an input device such as a keyboard and a mouse, and various setting inputs on a setting screen displayed on the display device can be performed from the input device. Furthermore, a notification lamp is formed on the upper surface of the upper cover. For example, when an error is detected during component mounting, the notification lamp can be blinked to notify the operator of the error state. Each part is electrically connected to a control device configured inside the
内部機構は、作業ロボット、部品供給機構、搬送機構、及び検査機構に大別できる。
上記搬送機構は、同図の左斜め上から右斜め下方向へ延在する基盤案内レール3に沿って、当該部品搭載装置1の上流側(同図の左斜め上)から下流側(右斜め下方向)へ不図示の搬送ベルトに載置しながらプリント基板4を搬送させる。上記搬送機構は、搬入されたプリント基板4の位置をプリント基板4の搬送経路の複数個所に設置されたセンサによって検出し、プリント基板4が部品搭載処理実行位置の直下に搬送された事が検出されると上記プリント基板4の背後から昇降テーブルを上昇させて該プリント基板4を部品搭載処理実行位置に位置固定する。そして、当該プリント基板4に対する電子部品の搭載が終了したことを検出すると上記位置固定を解除し、当該プリント基板4を下流側へ排出する。上記搬送ベルトの制御や位置固定の制御は、上記制御装置から信号ケーブルを介して対応の駆動モータを駆動させるなどして実行される。
The internal mechanism can be roughly divided into a work robot, a component supply mechanism, a transport mechanism, and an inspection mechanism.
The conveying mechanism is arranged along the base guide rail 3 extending from the upper left to the lower right in the drawing, from the upstream side (the upper left in the drawing) to the downstream (the right inclination). The printed circuit board 4 is transported while being placed on a transport belt (not shown) in the downward direction. The transport mechanism detects the position of the loaded printed circuit board 4 by sensors installed at a plurality of locations on the transport path of the printed circuit board 4, and detects that the printed circuit board 4 has been transported directly below the component mounting processing execution position. Then, the lifting table is raised from behind the printed board 4 to fix the position of the printed board 4 to the component mounting processing execution position. Then, when it is detected that the mounting of the electronic component on the printed circuit board 4 is completed, the position fixing is released, and the printed circuit board 4 is discharged downstream. The control of the conveyor belt and the position fixing control are executed by driving a corresponding drive motor from the controller via a signal cable.
部品供給機構は、基台2の前後に形成される部品供給台5に、テープカセット式部品供給装置(一般には単に、テープフィーダ、カセット式、又はテープ部品供給装置などと簡略に呼ばれている)6が、通常50個〜70個と多数装着され、基台2内部の制御装置と電気接続されることにより、該テープカセット式部品供給装置6に収容されている電子部品を所定のタイミングで部品供給位置7に送り出す。なお当該電子部品を供給するタイミングは、上記制御装置によって制御される。
The component supply mechanism is simply referred to as a tape cassette type component supply device (generally simply a tape feeder, a cassette type, or a tape component supply device, etc.) on the component supply table 5 formed before and after the base 2. ) 6 is normally mounted in a large number of 50 to 70, and is electrically connected to the control device inside the
作業ロボットは上記基台2の上方に構成され、上記部品供給位置7に供給された電子部品をプリント基板4上に運ぶ。基台2の上方には、基板搬送方向(X軸の正方向)に対して直角の方向に平行に延在する左右一対の固定レール(Y軸レール)8が配設されている。そして、これら二つのY軸レール8に渡って移動レール(X軸レール)9が垂直に交差し、該移動レール(X軸レール)9は上記Y軸レール8に沿って滑動自在に該Y軸レール8に係合している。更に、各X軸レール9に、搭載ヘッド支持塔10がX軸レール9に沿って滑動自在に懸架されている。各X軸レール9はY軸レール8内部のボールネジにナットを介して係合されており、ボールネジに対してカップリングを介して接合された同図のY軸モータ11の回転駆動によりY軸方向への移動を実現している。また、各搭載ヘッド支持塔10も、同様に、X軸レール9内部のボールネジにナットを介して係合されており、そのボールネジに対してカップリングを介して接合された不図示のX軸モータの回転によりX軸方向への移動を実現している。なお各モータは制御装置と信号ケーブルを介して接続され、駆動制御される。また、各モータには光学エンコーダが備えられ、モータの回転駆動により移動する上記搭載ヘッド支持塔10のXY方向への移動位置を上記制御装置に送信することができる。
The work robot is configured above the
同図(b)は、上記搭載ヘッド支持塔10の模式図である。なお、同図(b)の搭載ヘッド支持塔10は、同図(a)に示される搭載ヘッド支持塔10の各種構成をA−A´方向から模式的に示したものである。
FIG. 2B is a schematic diagram of the mounting
同図(b)に示されるように、搭載ヘッド支持塔10には更に搭載ヘッド12が構成されている。この搭載ヘッド12は、鉛直方向(同図のZ軸方向)に延在する吸着シャフト13を備える。この吸着シャフト13は同図のZ軸方向に昇降自在に構成されており、不図示のZ軸駆動モータの駆動により吸着シャフト13の昇降動作を実現している。更に、上記吸着シャフト13は自軸を中心に自己回転(同図のθ回転)自在に構成されている。この自己回転は、θ軸モータの駆動により実現される。
As shown in FIG. 4B, the mounting
また更に、吸着シャフト13の先端には電子部品を直に吸着する吸着ノズル14が装着されている。この吸着ノズル14は、交換自在に複数種類の吸着ノズルが配列される不図示の吸着ノズル交換台(ツールチェンジャ)から選択的に当該吸着シャフト13先端に装着される。上記吸着シャフト13や吸着ノズル14は内部が中空構造であり、互いの接続部で連通している。これら内部の空気圧は制御装置によって制御され、上記吸着ノズル14端部(吸着面)に正圧や負圧が加えられる。なお、当該吸着ノズル14は上記吸着シャフト13に固定されるため、吸着シャフト13が自己回転すると、当然、その先端の装着された吸着ノズルも共に自己回転する。なお、上記Z軸駆動モータやθ軸モータは制御装置と信号ケーブルを介して接続され、駆動制御される。
Furthermore, a
このように、X軸レール9によるY軸方向への水平移動、搭載ヘッド支持塔10によるX軸方向への水平移動により、搭載ヘッド支持塔10は水平面内の移動を任意に行なう。そして、搭載ヘッド支持塔10における、吸着シャフト13のZ軸方向への昇降移動且つθ方向への回転を組み合わせることにより、部品供給位置7とプリント基板4間の前後左右上下移動及び水平面内における360度の向きの調整を自在に行なうことができる。
Thus, the horizontal movement in the Y-axis direction by the X-axis rail 9 and the horizontal movement in the X-axis direction by the mounting
検査機構は、上記部品供給位置7からプリント基板4上に電子部品を運ぶ際に上記吸着ノズル14に吸着した電子部品(同図(b)には、正常吸着状態の電子部品15が示される)を検査する。本検査機構では、電子部品に対する吸着ノズル14の吸着位置を解析するためのカメラ(同図(a)の部品認識カメラ16)及び吸着ノズル14に対する電子部品の吸着状態を検査するためのカメラ(同図(b)の吸着状態認識カメラ17)が構成される。各種カメラは、例えばCCD(Charge Coupled Device)カメラなどにより構成される。そして、上記部品認識カメラ16は基台2に上向きに配置され、吸着部品を下から撮像する。一方の吸着状態認識カメラ17は、搭載ヘッド支持塔10内に横向きに配置され、吸着部品を横から撮像する。本例の構成では上記吸着状態認識カメラ17は、部品搭載ヘッド10内の、吸着シャフト13が上昇動作して吸着ノズル14の位置が最上端にきたときに該吸着ノズル14の吸着面及び吸着部品を真横から撮像できる位置に配置されている。そして、吸着状態認識カメラ17の近傍に、上記吸着部品、該吸着部品及び吸着ノズル14の先端、または吸着ノズル14の先端のいずれかを選択的に照明する照明装置18が支持部材19を介して構成されている。この照明装置18は、照明対象を効果的に照明できればよく、その形態や配置は適宜決めてよい。例えば、吸着状態認識カメラ17の視野範囲を塞がないように視野範囲部分をくり抜いて撮像レンズの周囲に照明装置18を設けるなどしてよい。また、吸着状態認識カメラ17は、本例のような配置が望ましいが、吸着ノズル14の先端(少なくとも吸着部品を含む)を側面から撮像できる配置であればよい。
When the inspection mechanism carries the electronic component from the
この部品認識カメラ16、吸着状態認識カメラ17、及び照明装置18は、信号ケーブルを介して上記制御装置と電気接続され、制御装置の指示の下に、照明装置を発光させて吸着部品を撮像し、2次元の撮像画像を上記制御装置に送信する。
The
図2は、上記制御装置のブロック図である。
本制御装置は、部品搭載装置全体を制御するCPU(中央演算処理装置)20を有しており、そのCPU20には、バス21を介して読み出し専用メモリであるROM22、読み書き自在のメモリであるRAM23、認識画像を処理する画像処理部24、キー入力部25、I/O制御部26等が接続されている。
FIG. 2 is a block diagram of the control device.
This control apparatus has a CPU (Central Processing Unit) 20 that controls the entire component mounting apparatus. The
ROM22には、上記各部を制御するプログラムが格納されている。
RAMは、例えばフロッピー(登録商標)ディスクやコンパクトディスク等の外部記録装置からI/O制御部26を介して読み込まれた部品搭載プログラムを記憶する領域や、演算処理の中間データを一時的に記憶するワーク領域などを備えている。
The ROM 22 stores a program for controlling the above units.
The RAM temporarily stores an area for storing a component mounting program read from an external recording device such as a floppy (registered trademark) disk or a compact disk via the I /
CPU20は、ROM22から読み出す制御プログラムに基づいて上記各部を制御しながら、RAM23から読み出した部品搭載プログラムに従って後述する部品搭載処理を実行する。
The
画像処理部24は、図1の部品認識カメラ16や吸着状態認識カメラ17を駆動して、その撮像したアナログ信号をデジタル信号に変換し、これをCPU20に転送する。CPU20では、この信号を基に、部品搭載プログラムに記述されている正常吸着状態の情報(例えば正常吸着状態時の部品の厚み、部品の傾き、撮像画像中に示される部品の位置、または形状パターンなど)に基づく不良吸着状態のチェックや、当初予定の電子部品上の吸着位置を基準とした位置ズレのチェックを行ない、不良吸着状態であると判定すれば、部品搭載処理を中断してリカバリー処理に移行し、また、位置ズレの場合は部品搭載時の搭載位置を補正する。
The
キー入力部25は、入力装置の入力操作キーに接続されており、入力操作キーの外部からの操作信号をCPU20に出力する。
I/O制御部26には、図1の照明装置18を発光させるドライバ、搬送ベルトを駆動するベルト駆動モータのドライバ、プリント基板を位置固定するための昇降テーブルを昇降させるシリンダのドライバ、各モータのドライバ、プリント基板や部品搭載ヘッドの状態・移動位置を検出するセンサや吸着ノズルの吸着面にかかる空気圧を測定するセンサなどの各種センサを駆動するドライバ、報知ランプを駆動するドライバ、表示装置を駆動するドライバ、外部記憶装置を駆動するドライバ等、各種のドライバが接続されている。
The
The I /
続いて本部品搭載装置における部品搭載処理について図1を用いて説明する。
搬送ベルトが駆動されることにより本装置1の上流からプリント基板4が搬入されると、該プリント基板4は所定位置に位置固定される。そして、部品搭載プログラムに記述された搭載順や搭載部品の各種設定情報(部品マスタともいう)に従い、当該プリント基板4に対して部品搭載処理が実行される。
Next, a component mounting process in the component mounting apparatus will be described with reference to FIG.
When the printed circuit board 4 is carried in from the upstream side of the
プリント基板4が位置固定されると、先ず、X軸レールやY軸レールの駆動モータを駆動して、搭載ヘッド支持塔10を不図示のツールチェンジャに移動する。そして、Z軸駆動モータを駆動して吸着シャフトを昇降動作させ、処理対象となる電子部品に対応する吸着ノズル14を吸着シャフト13の先端に装着する。
When the position of the printed circuit board 4 is fixed, first, the drive motor for the X-axis rail and the Y-axis rail is driven to move the mounting
続いて、X軸レールやY軸レールの駆動モータを駆動して搭載ヘッド支持塔10をテープカセット式部品供給装置6の部品供給位置7へ移動する。更に、Z軸駆動モータを駆動して吸着シャフト13を下降動作させると共に吸着面ノズル14の吸着面に負圧をかけ、該部品供給位置7に供給された電子部品を吸着ノズル14の吸着面で吸着する。そして、吸着面に負圧をかけたまま、Z軸駆動モータを駆動して吸着シャフト13を上昇動作させ、吸着ノズル14を搭載ヘッド支持塔10内に納める(図1(b)の配置にする)。
Subsequently, the drive motor for the X-axis rail and the Y-axis rail is driven to move the mounting
続いて、X軸レールやY軸レールの駆動モータを駆動し、部品搭載ヘッド10を部品認識カメラ16の上方を経由してプリント基板4へ移動する。この間、吸着シャフト14と吸着状態認識カメラ17は図1(b)の状態が保たれるので、照明装置18を駆動して吸着部品を照明し、吸着状態認識カメラ17で電子部品の吸着状態を撮像する。この撮像画像は制御装置に送信され、例えば電子部品の縦の寸法計測や傾きの計測、またはパターン認識などにより吸着状態が判定される。この時、不良吸着状態(電子部品の未吸着状態や立ち状態など)と判定されると、部品搭載処理を中断して当該電子部品を正常吸着状態にするためのリカバリー処理を行ない、引き続き、部品搭載処理を続行する。また、部品搭載ヘッド10が部品認識カメラ16の上方に到達すると、不図示の照明装置により電子部品の背面が照明され、部品認識カメラ16により上記電子部品の背面が撮像される。この撮像画像は制御装置に送信され、該撮像画像と撮像時の部品搭載ヘッド10の位置情報から、電子部品に対する吸着位置のズレ量や部品搭載位置に対する回転角が算出され、この算出結果から、電子部品を搭載するプリント基板4上の当初予定位置及び吸着ノズルの当初予定回転角θを修正する。
Subsequently, the drive motor for the X-axis rail and the Y-axis rail is driven, and the
部品搭載ヘッド10がプリント基板4の部品搭載位置へ到達すると、Z軸駆動モータを駆動して吸着シャフト13を下降動作させ、部品搭載位置で吸着面ノズル14の吸着面に正圧をかけて吸着部品を解放する。そして、Z軸駆動モータを駆動して吸着シャフト13を上昇動作させ、吸着ノズル14を搭載ヘッド支持塔10内に納める(図1(b)の配置にする)。このとき、吸着シャフト14と吸着状態認識カメラ17は図1(b)の状態が保たれるので、照明装置18を駆動して吸着ノズルを照明し、吸着状態認識カメラ17で吸着ノズル14の先端を撮像する。この撮像画像は制御装置に送信され、例えば吸着ノズル先端の寸法計測や傾きの計測、またはパターン認識などにより吸着部品の未解放、吸着ノズルの吸着面の消耗やはんだ等の付着(ノズル障害)が判定される。この時、未解放と判定されると、部品搭載処理を中断してリカバリー処理を行ない、次の電子部品に対して上記処理を繰り返す。また、ノズル障害と判定されると、例えばノズルが消耗して長さが短くなった場合は電子部品の吸着・解放を行なうために駆動するZ軸モータの駆動量が変化するため部品搭載処理を中断し、そのZ軸駆動モータの駆動量を設定変更したり吸着ノズル14の交換を行ない、吸着ノズルの先端に付着物がある場合はその付着物の拭き取りを行ない、次の電子部品に対して上記処理を繰り返す。
When the
なお、当該吸着状態認識カメラ17による撮像及び該撮像画像に基づく処理は、同図のような配置構成であれば、吸着ノズル14の吸着面または吸着部品が吸着状態認識カメラ17の撮像範囲内に位置するときにいつでも実行できる。このため、電子部品の吸着後に実行すれば、不良吸着状態を直ちに見つけることができ、不良吸着状態のままプリント基板に電子部品が搭載されることはなくなり、不良基板の発生を防止できる。また、電子部品をプリント基板に搭載した後に上記処理を実行すれば、電子部品の持ち帰りや吸着面の障害を直ちに見つけることができ、不良基板の発生を防止できる。当然、部品搭載処理の停止時に図1(b)の配置に吸着ノズルを移動して吸着状態認識カメラ17を駆動すれば、吸着ノズル14の吸着面の状態を検査することもできる。
If the image pickup by the suction
図3は、吸着ノズル14によって吸着された電子部品を吸着状態認識カメラ17で撮像した場合の撮像イメージを説明するための図である。本例では、電子部品を吸着してからプリント基板に当該電子部品を搭載するまでの吸着状態検査を例に述べる。
FIG. 3 is a diagram for explaining an image captured when the electronic component sucked by the
同図の左側に、吸着ノズル14と、照明装置18及び吸着状態認識カメラ17の配置構成が示され、右側に吸着状態認識カメラ17の撮像画像が示される。なお、電子部品は斜線で示している。
The arrangement configuration of the
同図(a)は、正常吸着状態の例である。
同図の撮像画像に示されるように、正常吸着状態時には電子部品が所定の厚みで平行に撮像される。このため制御装置では、予め設定された当該電子部品の厚みから正常吸着状態と判定することができる。
FIG. 5A shows an example of a normal adsorption state.
As shown in the picked-up image in the figure, the electronic component is picked up in parallel with a predetermined thickness in the normal suction state. Therefore, the control device can determine the normal suction state from the preset thickness of the electronic component.
同図(b)は、第一の立ち状態の例である。
第一の立ち状態は、吸着状態認識カメラ17の撮像向きに対して電子部品が手前側または奥手側に傾斜した状態で吸着ノズル14に吸着される。
FIG. 2B is an example of the first standing state.
In the first standing state, the electronic component is sucked by the
本例では撮像方向に対して電子部品の手前側を吸い上げており、その奥手側が下方に傾斜している。撮像画像を見ると電子部品は平行に写っているがその厚みが正常時よりも大きくなる。このため制御装置では、予め設定された当該電子部品の厚みよりも大きい立ち状態と判定することができる。なお、言うまでもないが、本例とは反対に撮像方向に対して電子部品の奥手側を吸い上げ手前側が下方に傾斜している場合であっても、撮像画像は本例と同様となり、制御装置で立ち状態と判定できる。 In this example, the front side of the electronic component is sucked up with respect to the imaging direction, and the back side is inclined downward. When the captured image is viewed, the electronic parts are shown in parallel, but the thickness is larger than normal. For this reason, the control device can determine that the standing state is larger than the preset thickness of the electronic component. Needless to say, contrary to this example, even when the back side of the electronic component is sucked up with respect to the imaging direction and the front side is inclined downward, the captured image is the same as this example, and the control device It can be determined to be standing.
同図(c)は、第二の立ち状態の例である。
第二の立ち状態は、吸着状態認識カメラ17の撮像向きに対して電子部品が左右に傾斜した状態で吸着ノズル14に吸着される。
FIG. 10C shows an example of the second standing state.
In the second standing state, the electronic component is sucked by the
本例では撮像方向に対して電子部品の左側を吸い上げており、右側が下方に傾斜している。撮像画像を見ると電子部品は傾斜して写っている。このため制御装置では、予め設定された当該電子部品の傾き(通常は傾斜角は0度)よりも傾斜している立ち状態と判定することができる。なお、言うまでもないが、本例とは反対に撮像方向に対して右側を吸い上げ、左側が下方に傾斜している場合も同様に立ち状態として判定できる。 In this example, the left side of the electronic component is sucked up with respect to the imaging direction, and the right side is inclined downward. Looking at the captured image, the electronic component appears to be tilted. For this reason, in the control device, it can be determined that the electronic component is in a standing state that is inclined with respect to a preset inclination (usually the inclination angle is 0 degree). Needless to say, contrary to the present example, a case where the right side is sucked up with respect to the imaging direction and the left side is inclined downward can be similarly determined as a standing state.
なお、同図(a)から(c)の撮像画像が、プリント基板に電子部品が搭載された後に撮像されたものであるとすると、吸着ノズルの先端形状のパターン認識を施すなどして制御装置では部品の持ち帰りと判定できる。 If the captured images in FIGS. 4A to 4C are captured after the electronic component is mounted on the printed circuit board, the control device performs pattern recognition of the tip shape of the suction nozzle. Then, it can be determined that the part is taken home.
同図(d)は、未吸着状態の例である。
照明装置によって照明される対象が電子部品に設定されている場合は何も写らないため、制御装置では未吸着状態と判定できる。また、本例に示されるように吸着ノズルも照明の対象に含まれている場合は、吸着ノズルの先端が写されるため、吸着ノズル先端の形状と吸着対象の電子部品の形状とのパターン認識を施すなどして制御装置で未吸着状態を判定できる。
FIG. 4D shows an example of an unadsorbed state.
When the object illuminated by the illumination device is set to an electronic component, nothing is captured, and therefore the control device can determine that the object is not attracted. In addition, when the suction nozzle is also included in the illumination target as shown in this example, the tip of the suction nozzle is copied, so the pattern recognition between the shape of the suction nozzle tip and the shape of the electronic component to be suctioned is performed. The unadsorbed state can be determined by the control device.
なお、同図(d)の撮像画像が、プリント基板に電子部品が搭載された後に撮像されたものであるとすると、照明装置が照明する対象に応じて、例えば吸着ノズルの先端形状のパターン認識を施すなどすることにより、制御装置では正常に電子部品が搭載されたと判定できる。 If the captured image in FIG. 4D is captured after the electronic component is mounted on the printed circuit board, for example, the pattern recognition of the tip shape of the suction nozzle is performed according to the object illuminated by the illumination device. For example, the control device can determine that the electronic component is normally mounted.
本発明の実施形態においては、吸着状態認識カメラ17を部品搭載ヘッド10に固定し、該吸着状態認識カメラ17はZ軸移動またはθ回転を行なう部品搭載ヘッド12と共にXY平面を移動する。このため、当該吸着状態認識カメラ17では、吸着ノズルの先端や吸着ノズル先端に吸着された電子部品の吸着状態を適宜検査できる。そして、例えば吸着部品を真横(真横が望ましいが、真横からやや角度を持たせた位置であってもよい)から撮像する配置に当該吸着状態認識カメラ17を配置すれば、吸着部品や吸着ノズルの先端の横からの2次元画像が得られ、この2次元画像から吸着部品の形状、厚み、或いは傾斜角などを比較分析することにより、精度良く吸着状態・吸着面の状態を検出できる。
In the embodiment of the present invention, the suction
そして、吸着状態認識カメラ17の配置を変えることなく、吸着不良状態や電子部品の形状にばらつきがある場合にも各吸着不良状態を精度良く安定して検出し、また、吸着ノズルの吸着面のわずかな障害でも精度良く検出し、プリント基板に対する電子部品の搭載エラーを未然に防止することができ、この結果、不良基板の発生を防止できる。また更に、電子部品の持ち帰りも防止できる。
Then, without changing the arrangement of the suction
以上より、プリント基板への部品搭載処理の生産効率を上げることが可能になる。 From the above, it becomes possible to increase the production efficiency of the component mounting process on the printed circuit board.
1 部品搭載装置
2 基台
4 プリント基板
7 部品供給位置
10 搭載ヘッド支持塔
12 部品搭載ヘッド
13 吸着シャフト
14 吸着ノズル
15 電子部品
17 吸着状態認識カメラ
18 照明装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記吸着ノズルの側面から、該吸着ノズルの先端近傍を対象とした2次元画像を取得する画像取得手段と、
該画像取得手段によって得られた前記吸着ノズルの先端近傍の2次元画像から吸着不良状態を検出する検出手段と、
前記検出手段により前記吸着不良状態が検出された場合に、該吸着不良状態を正常状態に復旧させる復旧手段と、
を有することを特徴とする部品搭載装置。 A component mounting device that sucks an electronic component at the tip of a suction nozzle at a component supply position and mounts the electronic component sucked by the suction nozzle on a printed circuit board,
An image acquisition means for acquiring a two-dimensional image for the vicinity of the tip of the suction nozzle from the side surface of the suction nozzle;
Detection means for detecting a suction failure state from a two-dimensional image near the tip of the suction nozzle obtained by the image acquisition means;
A recovery means for restoring the suction failure state to a normal state when the suction failure state is detected by the detection means;
A component mounting apparatus characterized by comprising:
前記画像取得手段は前記搭載ヘッド支持塔に備えた撮像カメラにより、前記吸着ノズルの先端近傍の2次元画像を側面から取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載の部品搭載装置。 The suction nozzle is provided in a mounting head support tower that translates relative to the plane of the printed circuit board, and sucks the electronic component based on a lifting operation from the mounting head support tower.
The image acquisition means acquires from the side surface a two-dimensional image of the vicinity of the tip of the suction nozzle by an imaging camera provided in the mounting head support tower.
The component mounting apparatus according to claim 1.
前記画像取得手段は、前記照明装置により選択的に照明された前記吸着ノズルの先端近傍の側面画像または前記先端に吸着された電子部品の側面画像を前記撮像カメラにより取得し、
前記検出手段は、前記照明装置による照明対象に応じた手法で不良吸着状態を検出する、
ことを特徴とする請求項2に記載の部品搭載装置。
The mounting head support tower is provided with an illumination device that selectively illuminates the vicinity of the tip of the suction nozzle or an electronic component sucked at the tip.
The image acquisition means acquires a side image near the tip of the suction nozzle selectively illuminated by the lighting device or a side image of an electronic component sucked by the tip by the imaging camera,
The detection means detects a defective adsorption state by a method according to an illumination target by the lighting device.
The component mounting apparatus according to claim 2.
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