JP2007012889A - 電子部品装着方法及び電子部品装着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズのひずみによる影響を是正することにより、電子部品の本来の位置を認識処理できるようにすること。
【解決手段】ＣＰＵはＹ軸駆動モータとＸ軸駆動モータを駆動させて、複数のドットが付されたガラス治具を吸着保持した吸着ノズルを部品認識カメラ上方に移動させ、ガラス治具を撮像し、認識処理装置が認識処理し、ＣＰＵが全ドットの位置を求める。そして、各ドットの位置情報に基づいてＣＰＵは非線形多項変換式のパラメータを求めてマシーン座標とカメラ座標間の変換式を求め、ＲＡＭに格納する。生産運転時の部品認識処理の際に、前記変換式を用いて、カメラ座標からマシーン座標に変換し、検出位置のずれを補正した検出結果位置から電子部品の中心位置をＣＰＵが算出した結果に基づき、Ｙ軸駆動モータ、Ｘ軸駆動モータ等を制御し、プリント基板上に装着する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、所定の部品供給ユニットより部品吸着位置に供給された各電子部品を装着ヘッドに設けられた複数の吸着ノズルにより吸着して取出し、これらの吸着ノズルに吸着保持された複数の電子部品を部品認識カメラが一括して撮像して認識処理装置が認識処理して、この認識処理結果に基づきプリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着方法及び電子部品装着装置に関する。

複数の吸着ノズルにより吸着保持されている複数の電子部品を部品認識カメラが一括して撮像して認識処理装置で認識処理する電子部品装着装置は、例えば特許文献１などで知られている。
特開２００３−６９２８７号公報

しかし、複数の電子部品をレンズを介して一括して部品認識カメラで撮像しているので、レンズのひずみにより電子部品の実際の位置と撮像された位置とはズレてしまう。しかも、装着ヘッドの周縁部に複数の吸着ノズルを配設するものにあっては、レンズの周辺部で電子部品を撮像することとなって、特にレンズのひずみの影響を受けることとなる。

そこで本発明は、レンズのひずみによる影響を是正することにより、電子部品の本来の位置を認識処理できるようにした電子部品装着方法及び電子部品装着装置を提供することを目的とする。

このため第１の発明は、所定の部品供給ユニットより部品吸着位置に供給された各電子部品を装着ヘッドに設けられた複数の吸着ノズルにより吸着して取出し、これらの吸着ノズルに吸着保持された複数の電子部品を部品認識カメラが一括して撮像して認識処理装置が認識処理して、この認識処理結果に基づきプリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着方法において、
前記装着ヘッドに吸着保持された所定長さのピッチでマトリックス状に並べられた複数のドットが付された基板を前記部品認識カメラが撮像し、
前記吸着ノズルを前記部品認識カメラ上方に移動させて前記基板を撮像し、
前記部品認識カメラで撮像した画像を前記認識処理装置が認識処理して複数のドットの位置を求め、
この各ドットの位置情報に基づいて非線形多項変換式のパラメータを求めてマシーン座標とカメラ座標間の変換式を求めて記憶装置に格納し、
生産運転時の部品供給ユニットから電子部品を吸着して取出して部品認識カメラにより撮像して認識処理装置により認識処理する際に前記変換式を用いて、カメラ座標からマシーン座標に変換して検出位置のずれを補正し、
この補正された検出結果位置から電子部品の中心位置を算出し、
この算出結果に基づいて前記吸着ノズルの移動を制御し、前記プリント基板の所定位置に前記電子部品を装着する
ことを特徴とする。

第２の発明は、所定の部品供給ユニットより部品吸着位置に供給された各電子部品を装着ヘッドに設けられた複数の吸着ノズルにより吸着して取出し、これらの吸着ノズルに吸着保持された複数の電子部品を部品認識カメラが一括して撮像して認識処理装置が認識処理して、この認識処理結果に基づきプリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、
前記装着ヘッドに吸着保持された所定長さのピッチでマトリックス状に並べられた複数のドットが付された基板を部品認識カメラが撮像した画像を前記認識処理装置が認識処理して複数のドットの位置を求めた各ドットの位置情報に基づいて非線形多項変換式のパラメータを求めてマシーン座標とカメラ座標間の変換式を求める第１算出手段と、
この第１算出手段により求められた前記変換式を格納する記憶装置と、
生産運転時の部品供給ユニットから電子部品を吸着して取出して部品認識カメラにより撮像して認識処理装置により認識処理する際に前記変換式を用いて、カメラ座標からマシーン座標に変換する変換手段と、
この変換手段により変換されて補正された検出結果位置から電子部品の中心位置を算出する第２算出手段と、
この第２算出手段の算出結果に基づいて前記吸着ノズルの移動を制御し前記プリント基板の所定位置に前記電子部品を装着するように制御する制御装置とを
設けたことを特徴とする。

本発明は、レンズのひずみによる影響を是正することにより、電子部品の本来の位置を認識処理できるようにした電子部品装着方法及び電子部品装着装置を提供することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。図１は電子部品装着装置１の平面図で、該装置１の基台２上には種々の電子部品を夫々その部品取出部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向する供給ユニット３群の間には供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。前記供給コンベア４は上流側装置より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に搬送し、この位置決め部５で位置決め機構（図示せず）により位置決めされた該基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送され、下流側装置に搬送される。

８はＸ方向に長い一対のビームであり、Ｙ軸駆動モータ９の駆動によりネジ軸１０を回転させ、左右一対のガイド１１に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出部（部品吸着位置）上方を個別にＹ方向に移動する。

各ビーム８にはその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸駆動モータ１５によりガイドに沿って移動するヘッド取付体１２が設けられ、装着ヘッド７の底面図である図２に示すように、該取付体１２には複数本の吸着ノズル１３がその周縁部に所定間隔を存して配設された装着ヘッド７が設けられる。そして、前記装着ヘッド７には前記吸着ノズル１３を上下動させるための上下軸駆動モータ１６が搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸駆動モータ１７が搭載されている。したが.って、装着ヘッド７の吸着ノズル１３はＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、鉛直軸回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

便宜上、吸着ノズル１３を１本のみ示す（本来は複数本ある）図３において、１８は部品認識カメラで、電子部品Ｄが吸着ノズル１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識するために複数本の吸着ノズル１３に吸着保持された電子部品Ｄを一括して撮像する。そして、前記部品認識カメラ１８の上方位置にはレンズ２０及びハーフミラー２１が配設され、更にこのハーフミラー２１の上方位置には中空円筒形状の照明部２２が配設される。

前記レンズ２０には、例えばひずみが少ないテレセントリックレンズが使用されるが、このレンズ２０を使用しても、「発明が解決しようとする課題」にて述べたように、レンズのひずみにより、位置のずれが発生する虞がある。

そして、照明点灯回路２３により点灯制御される単一の光源であるストロボ２４からの光を各光ファイバー２５を介して前記照明部２２に導びく構成である。そして、前記光ファイバー２５は、複数本毎に束ねられて中空円筒形状の照明部２２の内側面最上部の照射部２２Ａに所定間隔を存して配設されるのが反射照明Ａ用の光ファイバー束２５Ａで、次の照射部２２Ｂに同様に配設されるのが透過照明用の光ファイバー束２５Ｂで、次の照射部２２Ｃに同様に配設されるのが反射照明Ｂ用の光ファイバー束２５Ｃであり、またこの照明部２２に近接して照射部２２Ｄに反射照明Ｃ用の光ファイバー束２５Ｄが配設され、それぞれ所定角度に照射するように配設される。また、前記各光ファイバー束２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄは途中で途切れており、その各分離位置に電磁ソレノイド２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄにより開閉するシャッター２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄが設けられている。

次に、図４は本電子部品装着装置１の制御ブロック図である。３０は本装着装置の装着に係る動作を統括制御する制御部としてのＣＰＵ、３１は電子部品の装着順序毎にプリント基板Ｐ内でのＸ方向、Ｙ方向及び角度位置情報や各部品供給ユニットの配置番号情報等から成る装着データ、電子部品毎の電子部品のサイズや部品認識における照明方式（透過照明、反射照明Ａ、反射照明Ｂ、反射照明Ｃ）等から成るパーツライブラリデータ等を格納するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、３２はプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）である。

そして、ＣＰＵ３０は前記ＲＡＭ３１に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ３２に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、ＣＰＵ３０は、駆動回路３３を介して前記Ｘ軸駆動モータ１５、前記Ｙ軸駆動モータ９、前記上下軸駆動モータ１６及び前記θ軸駆動モータ１７の駆動を制御する。

３４はインターフェース３５を介して前記ＣＰＵ３０に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ１８により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置３４にて行われ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ３０は、前記部品認識カメラ１８により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理装置３４に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置３４から受取るものである。

即ち、前記認識処理装置３４の認識処理により電子部品Ｄの位置ずれ量が把握されると、その結果がＣＰＵ３０に送られ、ＣＰＵ３０は前記ビーム８をＹ軸駆動モータ９の駆動によりＹ方向に、装着ヘッド７をＸ軸駆動モータ１５の駆動によりＸ方向に移動させることにより、またθ軸駆動モータ１７によりθ回転させ、Ｘ，Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなされるものである。

４２は操作部で、数字をキーインするテンキー４３、カーソルキー４４、モードの設定等をするＳＥＴキー４５、電子部品装着装置を教示モードにするための教示キー４６、同装置を自動運転モードにするための自動キー４７、同装置を手動運転モードにするための手動キー４８、始動キー４９、作動キー５０及び停止キー５１とを備えている。

尚、前記部品認識カメラ１８より撮像された画像等は表示装置としてのモニター５２に表示される。そして、前記モニター５２には種々のタッチパネルスイッチ５３が設けられ、作業者がタッチパネルスイッチ５３を操作することにより、種々の設定を行うことができる。

前記タッチパネルスイッチ５３はガラス基板の表面全体に透明導電膜がコーティングされ、四辺に電極が印刷されている。そのため、タッチパネルスイッチ５３の表面に極微小電流を流し、作業者がタッチすると四辺の電極に電流変化を起こし、電極と接続した回路基板によりタッチした座標値が計算される。従って、その座標値がある作業を行わせるスイッチ部として予め後述するＲＡＭ３１に記憶された座標値群の中の座標値と一致すれば、当該作業が行なわれることとなる。

ここで、複数本の吸着ノズル１３を装着ヘッド７の周縁部に所定間隔を存して配設し、部品認識カメラ１８により複数本の吸着ノズル１３に吸着保持された電子部品Ｄを一括して撮像し認識処理すると、レンズ２０の周辺部で電子部品Ｄを撮像することとなって、特にレンズ２０のひずみの影響を受けることとなるが、このレンズ２０のひずみ等による影響を是正して電子部品の本来の位置を認識処理できるようにするためのひずみ補正教示につき、図５のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、作業者は教示モードにするための教示キー４６を操作すると、モニター５２に各種の教示を選択する画面が表示され、ひずみ補正教示に対応するタッチパネルスイッチ５３を押圧操作した後、作業者が手動キー４８を押圧操作させて所定長さのピッチでマトリックス状に並べられた複数のドットが付されたガラス治具６０（図６参照）を吸着ノズル１３に吸着保持させる。

そして、作業者が作動キー５０を押圧操作すると、Ｙ方向は駆動回路３３によりＹ軸駆動モータ９が駆動して一対のガイド１１に沿ってビーム８を移動させ、Ｘ方向は駆動回路３３によりＸ軸駆動モータ１５が駆動して装着ヘッド７を移動させ、ＣＰＵ３０は吸着ノズル１３を部品認識カメラ１８上方に移動させる。

そして、前記部品認識カメラ１８は前記ガラス治具６０を撮像し、認識処理装置３４が認識処理し、ＣＰＵ３０は全てのドットの位置を求める。このとき、レンズ２０のひずみ等により、ガラス治具６０の歪んだ画像の認識処理結果は、図７に示すように、特に周縁部においてずれ量が大きい。そして、各ドットの位置情報に基づいて、ＣＰＵ３０は非線形多項変換式のパラメータを求め、マシーン座標とカメラ座標間の変換式を求める。

即ち、電子部品装着装置１の吸着ノズル１３と部品認識カメラ１８との位置関係を前提としたガラス治具６０の所定のドット（黒色で示す）の位置は、図８に示すように、座標（Ｘ１、Ｙ１）の位置であるが、レンズ２０のひずみ等により図９に示すように、カメラ座標は白色で示す座標（Ｘ２、Ｙ２）となるので、線形変換したのでは、図１０に示すように、少しずれて認識処理されることとなるので、前述したように、ＣＰＵ３０は非線形多項変換式のパラメータを求め、マシーン座標とカメラ座標間の変換式を求めれば、図１１に示すように、本来の（あるがままの）位置に戻して認識処理することができる。

この変換式は、画像の座標を（Ｉ_x、Ｉ_y）、マシーン座標を（Ｃ_x、Ｃ_y）とすると、Ｃ_x＝ａ００＋ａ０１＊Ｉ_y＋ａ０２＊Ｉ_y ²＋ａ０３＊Ｉ_y ³＋ａ１０＊Ｉ_x＋ａ１１＊Ｉ_x＊Ｉ_y＋ａ１２＊Ｉ_x＊Ｉ_y ²＋ａ２０＊Ｉ_x ²＋ａ２１＊Ｉ_x ²Ｉ_y＋ａ３０＊Ｉ_x ³となり、Ｃ_y＝ｂ００＋ｂ０１＊Ｉ_y＋ｂ０２＊Ｉ_y ²＋ｂ０３＊Ｉ_y ³＋ｂ１０＊Ｉ_x＋ｂ１１＊Ｉ_x＊Ｉ_y＋ｂ１２＊Ｉ_x＊Ｉ_y ²＋ｂ２０＊Ｉ_x ²＋ｂ２１＊Ｉ_x ²Ｉ_y＋ｂ３０＊Ｉ_x ³となる（ａ_ij、ｂ_ijは、多項式係数）。そして、ＣＰＵ３０が算出したこの変換式をＲＡＭ３１に格納しておく。

以上の構成により、作業者は自動キー４７を押圧して部品装着装置を自動運転モードとし、始動キー４９を押圧することにより部品装着装置の自動運転を行なうことができる。即ち、プリント基板Ｐが上流装置より供給コンベア４を介して位置決め部５に搬送され、ＲＡＭ３１に格納されたプリント基板の装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及び各部品供給ユニット３の配置番号等が指定された装着データに従い、装着ヘッド７が移動して電子部品の部品種に対応した吸着ノズルが装着すべき電子部品を所定の部品供給ユニット３から吸着して取出す。

詳述すると、装着ヘッド７の吸着ノズル１３は装着ステップ番号０００１の装着すべき電子部品を収納する部品供給ユニット３上方に位置するよう移動するが、Ｙ方向は駆動回路３３によりＹ軸駆動モータ９が駆動して一対のガイド１１に沿ってビーム８が移動し、Ｘ方向は駆動回路３３によりＸ軸駆動モータ１５が駆動して装着ヘッド７が移動し、既に所定の部品供給ユニット３は駆動されて部品吸着位置にて部品が取出し可能状態にあるため、上下軸駆動モータ１６が駆動回路３３により駆動して前記ノズル１３が下降して電子部品を吸着して取出し、次に装着ヘッド７は上昇する。

そして、吸着ノズル１３は位置決め部５にて位置決めされたプリント基板Ｐ上の所定位置に電子部品を装着するように移動するが、この装着ヘッド７の移動途中において、装着ヘッド７が移動しながら部品認識カメラ１８の上方位置を通過する際に吸着ノズル１３に吸着保持された電子部品が部品認識カメラ１８により撮像される（フライ認識）。

そして、電子部品Ｄが当該吸着ノズル１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき認識処理装置３４により認識処理される。即ち、電子部品Ｄのリード、ボールやモールドエッジなどの位置を検出することとなる。そして、これらの検出結果位置を前述したような教示で得られてＲＡＭ３１に格納されている変換式を用いて、カメラ座標からマシーン座標に変換し、レンズ２０のひずみ等の影響による検出位置のずれを補正する。

そして、このひずみ等の影響によるずれが補正された検出結果位置から電子部品の中心位置をＣＰＵ３０が算出し、補正された電子部品の中心位置が求められる。この算出された中心位置と本来の装着データとのずれがＣＰＵ３０により算出されて、このずれ量を加味して、ＣＰＵ３０がＹ軸駆動モータ９、Ｘ軸駆動モータ１５及びθ軸駆動モータ１７を補正移動するよう制御し、プリント基板Ｐの所定位置に装着する。以下装着ステップ番号０００２以降の電子部品に対しても、同様に補正して装着するものである。

以上本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の代替例、修正又は変形を包含するものである。

電子部品装着装置の平面図である。 装着ヘッドの底面を示す図である。 各種照明を示す概念図である。 本電子部品装着装置の制御ブロック図である。 教示のフローチャート図である。 ガラス治具の平面図である。 ガラス治具の画像を示す図である。 マシーン座標を示す図である。 カメラ座標を示す図である。 線形変換した場合の図を示す。 非線形変換した場合の図を示す。

符号の説明

３ 部品供給ユニット
７ 装着ヘッド
１３ 吸着ノズル
１８ 部品認識カメラ
２０ レンズ
３０ ＣＰＵ
３１ ＲＡＭ
３４ 認識処理装置
６０ ガラス治具

Claims (2)

1. 所定の部品供給ユニットより部品吸着位置に供給された各電子部品を装着ヘッドに設けられた複数の吸着ノズルにより吸着して取出し、これらの吸着ノズルに吸着保持された複数の電子部品を部品認識カメラが一括して撮像して認識処理装置が認識処理して、この認識処理結果に基づきプリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着方法において、
   前記装着ヘッドに吸着保持された所定長さのピッチでマトリックス状に並べられた複数のドットが付された基板を前記部品認識カメラが撮像し、
   前記部品認識カメラで撮像した画像を前記認識処理装置が認識処理して複数のドットの位置を求め、
   この各ドットの位置情報に基づいて非線形多項変換式のパラメータを求めてマシーン座標とカメラ座標間の変換式を求めて記憶装置に格納し、
   生産運転時の部品供給ユニットから電子部品を吸着して取出して部品認識カメラにより撮像して認識処理装置により認識処理する際に前記変換式を用いて、カメラ座標からマシーン座標に変換して検出位置のずれを補正し、
   この補正された検出結果位置から電子部品の中心位置を算出し、
   この算出結果に基づいて前記吸着ノズルの移動を制御し、前記プリント基板の所定位置に前記電子部品を装着する
   ことを特徴とする電子部品装着方法。
2. 所定の部品供給ユニットより部品吸着位置に供給された各電子部品を装着ヘッドに設けられた複数の吸着ノズルにより吸着して取出し、これらの吸着ノズルに吸着保持された複数の電子部品を部品認識カメラが一括して撮像して認識処理装置が認識処理して、この認識処理結果に基づきプリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、
   前記装着ヘッドに吸着保持された所定長さのピッチでマトリックス状に並べられた複数のドットが付された基板を部品認識カメラが撮像した画像を前記認識処理装置が認識処理して複数のドットの位置を求めた各ドットの位置情報に基づいて非線形多項変換式のパラメータを求めてマシーン座標とカメラ座標間の変換式を求める第１算出手段と、
   この第１算出手段により求められた前記変換式を格納する記憶装置と、
   生産運転時の部品供給ユニットから電子部品を吸着して取出して部品認識カメラにより撮像して認識処理装置により認識処理する際に前記変換式を用いて、カメラ座標からマシーン座標に変換する変換手段と、
   この変換手段により変換されて補正された検出結果位置から電子部品の中心位置を算出する第２算出手段と、
   この第２算出手段の算出結果に基づいて前記吸着ノズルの移動を制御し前記プリント基板の所定位置に前記電子部品を装着するように制御する制御装置とを
   設けたことを特徴とする電子部品装着装置。
   
   

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