JP2008205227A - 電子部品実装用装置における撮像用の照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面占有寸法を小さくしてコンパクト化の要請に対応することができる電子部品実装用装置における撮像用の照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電子部品実装用装置においてカメラ２５による撮像対象となる基板に対して照明光を照射する平面照明ユニット３０を、平板状の照明基板３１を主体として、照明基板３１の基板と対向する側の面に撮像用の開口部３１ａの周囲に、内側から外側に向けて上段照明光源部３２ａ、中段照明光源部３２ｂ、下段照明光源部３２ｃを順に配置し、照明光をそれぞれ異なる照射角で基板の表面に対して照射する構成とし、最も照射角が小さい下段照明光源部３２ｃを、撮像光軸ａを中心点とする矩形範囲Ａにおける４つの対角位置にのみ配置する。これにより、最外周に位置する下段照明光源部３２ｃの張り出し寸法を極力抑えて平面占有寸法を小さくして、コンパクト化の要請に対応することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板に電子部品を搭載する電子部品搭載装置などの電子部品実装用装置において認識対象物を撮像する際に使用される照明装置に関するものである。

電子部品実装ラインに使用される電子部品搭載装置などの電子部品実装用装置においては、基板の識別や位置検出を目的として、基板表面に設けられた認識マークなどの認識対象物をカメラで撮像することが行われる。撮像に際しては照明装置によって基板表面に対して照明光が照射され、認識対象物からの反射光をカメラが受光することにより、認識対象物の画像が取り込まれる。

照明光を反射する反射特性は認識対象物の表面性状によって異なっているため、撮像に際して良好な反射光をカメラが受光出来るよう、照明装置として複数の光源を異なった位置に配置して、基板の表面に対する照射角を認識対象に応じて変更できるようにした構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献に示す例では、光源としてのＬＥＤが環状に配置された照明基板を上下に複数枚組み合わせることにより、撮像対象の基板に対して照射角が異なる複数方向から照明光を照射するようにしている。
特開２００３−１６８８９９号公報

近年電子機器の小型化・高機能化に伴い、電子部品が実装される基板の小型化・高実装密度化が進展している。このためこのような基板品種を対象とする実装設備も小型化し、基板に電子部品を搭載する電子部品搭載装置に用いられる構成要素も更なる小型化が求められるようになっている。例えば、電子部品を部品供給部から取り出して基板に移送搭載する部品搭載機構においては、搭載ヘッドの高さ方向の寸法と平面占有寸法が従来機種よりも制約される。

ところが、このようなサイズ的な制約を有する電子部品実装用装置の照明装置として上述のような構成の照明装置を採用すると、複数のＬＥＤを環状に配置する光源の構成に起因して、照明装置の平面占有寸法が装置設計上許容される平面スペースからはみ出す結果となる。このように、従来の電子部品実装用装置に用いられる照明装置には、光源の構成に起因して平面占有寸法を小さくすることが困難で、コンパクト化が要請される電子部品実装用装置には対応出来ないという課題があった。

そこで本発明は、平面占有寸法を小さくしてコンパクト化の要請に対応することができる電子部品実装用装置における撮像用の照明装置を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装用装置における撮像用の照明装置は、電子部品実装用装置においてカメラによる撮像対象となる基板に対して照明光を照射する電子部品実装用装置における撮像用の照明装置であって、前記基板と前記カメラとの間において前記基板の表面に対して略平行に位置し、前記基板と対向する側の面に光源部が配置された平板状の照明基板と、前記光源部を制御する照明制御部とを備え、前記光源部は、前記カメラの撮像光軸が貫通する撮像用の開口部の周囲に配置されて前記照明光をそれぞれ異なる照射角で前記基板の表面に対して照射する複数の個別光源部を有し、前記個別光源部のうち最も照射角が小さい個別光源部は、前記撮像光軸を中心点とする矩形範囲における４つの対角位置にの
み配置されている。

本発明によれば、平板状の照明基板に配置されて照明光をそれぞれ異なる照射角で照射する複数の個別光源部のうち、最も照射角が小さい個別光源部を撮像光軸を中心点とする矩形範囲における４つの対角位置にのみ配置する構成とすることにより、最外周に位置する個別光源部の張り出し寸法を極力抑えて平面占有寸法を小さくして、コンパクト化の要請に対応することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の平面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの側面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの背面図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における撮像用の照明装置の構造説明図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における撮像用の照明装置の照明照射角の説明図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の制御系の構成を示すブロック図、図８は本発明の一実施の形態の撮像用の電子部品搭載装置における照明装置の各部寸法の説明図、図９は従来の電子部品搭載装置における撮像用の照明装置の各部寸法の説明図である。

まず図１、図２、図３を参照して、電子部品を基板に実装する電子部品実装ラインにおいて使用される電子部品実装用装置としての電子部品搭載装置の構造を説明する。図１において、基台１上にはＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は電子部品が実装される基板３を搬送し、搬送路２上に設定された実装位置において基板３を位置決めする。搬送路２の両側には部品供給部４が設けられており、部品供給部４には複数のテープフィーダ５が装着されている。

基台１のＸ方向の一端部にはリニア駆動機構を備えたＹ軸移動テーブル７がＹ方向に水平に配設されている。Ｙ軸移動テーブル７は水平方向に細長形状で設けられたビーム部材７ａを主体としており、ビーム部材７ａにはリニアレール８が水平方向に配設されている。リニアレール８にはリニアブロック９がＹ方向にスライド自在に嵌着しており、リニアブロック９は垂直姿勢で配設された矩形状の結合ブラケット１０を介してリニア駆動機構（図３に示す固定子１１および可動子１２参照）を備えたＸ軸移動テーブル１３と結合されている。

Ｘ軸移動テーブル１３はＸ方向に細長形状で設けられたビーム部材１３ａを主体としており、ビーム部材１３ａにはリニアレール１４が水平方向に配設されている。図３に示すように、リニアレール１４にはリニアブロック１５がＸ方向にスライド自在に嵌着しており、リニアレール１４は垂直姿勢で配設された矩形状の結合ブラケット１６を介して搭載ヘッド１７と結合されている。結合ブラケット１６にはリニア駆動機構を構成する可動子１２が結合されており、可動子１２は対向した固定子１１に対してスライド移動する。

搭載ヘッド１７は複数の単位搭載ヘッド１８を備えた多連型ヘッドであり、それぞれの単位搭載ヘッド１８の下端部に設けられたノズル装着部１８ｂには電子部品を吸着して保持する吸着ノズル１８ａが装着されている。吸着ノズル１８ａは、単位搭載ヘッド１８に内蔵されたノズル昇降機構によって昇降する。Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル１３を駆動することにより搭載ヘッド１７はＸ方向、Ｙ方向に移動し、これにより各単位搭載ヘッド１８は部品供給部４のテープフィーダ５から電子部品を取り出して、搬送路２に位置決めされた基板３に移送搭載する。

部品供給部４と搬送路２との間には部品認識装置６が配設されており、部品供給部４から電子部品を取り出した搭載ヘッド１７が部品認識装置６の上方を移動する際に部品認識装置６は搭載ヘッド１７に保持された状態の電子部品を撮像して認識する。電子部品を基板３に実装する際には、この認識結果に基づいて部品搭載時の位置補正が行われる。図２に示すように、搭載ヘッド１７には一体に移動する基板認識カメラユニット２０がＸ軸テーブル１３の下方に位置して取り付けられている。図３に示すように、基板認識カメラユニット２０は撮像光軸ａを下向きにした姿勢で結合ブラケット１６に設けられたカメラ取付部１９に取り付けられており、搭載ヘッド１７とともに基板３の上方に移動して、基板３に設けられた認識マーク３ａを撮像する。

次に図４を参照して、搭載ヘッド１７に付随して設けられたカメラ取付部１９の構成について説明する。カメラ取付部１９は基板認識カメラユニット２０を搭載ヘッド１７に取り付けるために設けられており、本実施の形態においては、搭載ヘッド１７が結合される結合ブラケット１６に、以下に説明する部品を設けることによりカメラ取付部１９が構成されている。なお、カメラ取付部１９は搭載ヘッド１７と一体的に移動する部分であれば結合ブラケット以外でもよく、例えば搭載ヘッド１７本体に直接基板認識カメラユニット２０を取り付ける構成であってもよい。

図４は搭載ヘッド１７の背面（Ｘ軸テーブル１３側）を示している。結合ブラケット１６の下端面１６ａには基板認識カメラユニット２０のＺ方向の位置基準となる位置決めピン１６ｂが設けられ、また結合ブラケット１６の背面１６ｃには基板認識カメラユニット２０のＸ方向の位置決め基準となる２つの位置決めピン１６ｄが設けられている。基板認識カメラユニット２０を結合ブラケット１６を介してカメラ取付部１９に取り付ける際には、基板認識カメラユニット２０の一方側の側面を位置決めピン１６ｄに当接させるとともに、基板認識カメラユニット２０を下端面１６ａに設けられた位置決めピン１６ｂに当接させた状態で、基板認識カメラユニット２０を締結ボルト２１によって結合ブラケット１６の背面１６ｃに締結固定する。これにより、基板認識カメラユニット２０は撮像光軸ａを垂直にした姿勢で上下方向、水平方向のいずれの方向にも正規の位置に位置決めされる。

次に、図５を参照して基板認識カメラユニット２０の構成を説明する。図５（ａ）に示すように、基板認識カメラユニット２０は、受光素子２３ａを内蔵した受光部２３を、レンズ２４ａ、２４ｂおよびプリズム２４ｃを備えた光学ユニット２４と結合してカメラ２５とし、カメラ２５の下面側に同軸照明ユニット２６を結合し、さらに同軸照明ユニット２６の下面に平面照明ユニット３０を装着した構成となっている。受光部２３は撮像光軸ａを水平にした姿勢で光学ユニット２４と結合され、撮像対象物側にあるレンズ２４ｂを介して下方から垂直上方へ入射した撮像光は、プリズム２４ｃによって水平方向に屈折した後にレンズ２４ａを介して受光素子２３ａに入光し、所定の焦点位置にある撮像対象物の画像を受光素子２３ａに結像させる。

同軸照明ユニット２６は、複数のＬＥＤ２８を備えた同軸照明光源部２７および同軸照明光源部２７からの照明光を下方に反射するハーフミラー２６ａを備えており、反射された照明光は基板３に対して直角方向から入射して、撮像対象物を撮像光軸ａの同軸方向から照明する。平面照明ユニット３０は、電子部品実装用装置である電子部品搭載装置において、カメラ２５による撮像対象となる基板３に対して照明光を照射する撮像用の照明装置であり、下面側に光源部３２が配置された平板状の照明基板３１を主体としている。

平面照明ユニット３０が組み込まれた基板認識カメラユニット２０によって撮像対象の基板３を撮像する状態において、平面照明ユニット３０は撮像対象の基板３と略平行に相対向した位置にある。したがってこの状態において、照明基板３１は基板３とカメラ２５
との間において基板３の表面に対して略平行に位置し、光源部３２は基板３と対向する下面側に配置されている。本実施の形態に示す平面照明ユニット３０においては、光源部３２は個別に制御可能な複数の個別光源部によって構成されている。

図５（ｂ）は照明基板３１の下面に配置された光源部３２の構成を示している。開口部３１ａの周囲には、３種類の個別光源部、すなわち上段照明光源部３２ａ、中段照明光源部３２ｂ、下段照明光源部３２ｃが配置されている。これらの個別光源部はいずれも複数のＬＥＤより構成され、ここでは、上段照明光源部３２ａ、中段照明光源部３２ｂとして赤色光を発光するＬＥＤを、また下段照明光源部３２ｃとして白色光を発光するＬＥＤを用いている。これらの個別光源部に用いられるＬＥＤの種類は、撮像対象・目的に応じて適宜選択される。

図５（ｂ）に示すように、上段照明光源部３２ａは撮像光軸ａに最も近い位置に配置されており、中段照明光源部３２ｂは上段照明光源部３２ａの外側を取り囲むように配置されている。そして下段照明光源部３２ｃは、中段照明光源部３２ｂの外側であって撮像光軸ａを中心点とする矩形範囲（破線枠Ａで示す）における４つの対角位置のみに配置されている。これらの個別光源部の配置は、撮像光軸ａに関して極力点対称に近い配置となることが望ましい。

図６は、基板認識カメラユニット２０によって基板３を撮像する際に照明基板３１の下面の平面照明ユニット３０によって下方に照射される照明光の基板３の表面に対する照射角度を示している。すなわち図６に示すように、照明ユニット３０が基板認識カメラユニット２０に装着された状態では、照明基板３１は基板３に略平行に位置する。そしてこの状態で上段照明光源部３２ａ、中段照明光源部３２ｂ、下段照明光源部３２ｃからそれぞれ照射される上段照明光３５ａ、中段照明光３５ｂ、下段照明光３５ｃは、それぞれ照射角α１，α２，α３で基板３の表面に照射される。また同軸照明光源２７から照射される照明光は、ハーフミラー２６ａによって反射されて基板３に対して９０°の照射角で照射される。

なお、これらの個別光源部において、上段、中段、下段の名称を付しているのは、従来の照明装置において上述のような異なる照射角α１，α２，α３で照明光を照射するためには、高さ方向の位置が異なる上段、中段、下段の３種類の個別光源部を必要としていたことに由来するものであり（図９に示す照明装置３０Ａ参照）、ここでは単に名称のみを踏襲している。またここでいう照射角α１，α２，α３は、各個別光源部を構成する複数のＬＥＤから照射される照明光の平均的な照射角を意味している。

これらの個別光源部の配置において、最も照射角が小さい下段照明光３５ｃ（照射角α１）を照射する個別光源部である下段照明光源部３２ｃは、前述のように、撮像光軸ａを中心点とする矩形範囲における４つの対角位置のみに配置された形態となっている。このような配置により、基板３に照射される照明光の点対称性はある程度損なわれるものの、下段照明光源部３２ｃは撮像光軸ａから最も離れて照明距離が長い位置にあることから、照明光分布の不均一さが損なわれる度合いは許容範囲内にある。そしてこのような配置を採用することにより、後述するように平面照明ユニット３０の平面サイズを極力小さくして、コンパクト化の要請に対応出来るようになっている。

次に図７を参照して、制御系の構成を説明する。図７において、制御部４０はＣＰＵを備えた全体制御装置であり、以下に説明する各部を制御する。照明データ記憶部４１は同軸照明光源部２７のＬＥＤ２８や平面照明ユニット３０の各個別光源部を点灯して基板３を照明するために使用される照明データ、すなわち撮像対象ごとに予め設定された個別光源部の使い分けや各個別光源部の照明光の強度などのデータを記憶する。認識部４２はカ
メラ２５によって取得された撮像データを認識処理して、認識マーク３ａの位置を検出する処理を行う。駆動部４３はＸ軸テーブル１３に内蔵されたＸ軸リニアモータ１３Ｍ、Ｙ軸リニアモータ７Ｍを駆動する。

また照明制御部４４は、照明光をそれぞれ異なる照射角α１、α２，α３で基板３の表面に対して照射する複数の個別光源部である上段照明光源部３２ａ、中段照明光源部３２ｂ、下段照明光源部３２ｃを制御する。照明制御部４４によってこれらの個別光源部を制御する際には、照明データ記憶部４１に記憶された照明データにしたがって、各個別光源部を個別に制御する。すなわち基板認識カメラユニット２０による撮像対象となる撮像対象物の表面性状特性や、撮像データの認識の種類、認識の目的に応じた最良の照明状態が実現されるよう、各個別光源部のオンオフや照明強度を組み合わせた照明パターンを設定する。

このような構成を備えた平面照明ユニット３０を基板認識カメラユニット２０に装着して用いることの効果を、図８，図９を参照して説明する。図８，図９は、本実施の形態に示す平面照明ユニット３０が装着された基板認識カメラユニット２０，従来の照明ユニット３０Ａがそれぞれ装着された基板認識カメラユニット２０Ａを示している。

基板認識カメラユニット２０に装着される平面照明ユニット３０は、単一の平板の照明基板３１に、図５に示す上段照明光源部３２ａ、中段照明光源部３２ｂ、下段照明光源部３２ｃを配置した構成となっていることから、図８（ａ）に示すように、照明ユニット３０の厚みＴ１を極力薄く構成することが可能となっている。すなわち、図９（ａ）に示す基板認識カメラユニット２０Ａに装着された従来の照明ユニット３０Ａのように、上段照明部３６ａ、中段照明部３６ｂ、下段照明部３６ｃの３種類の個別照明部を上下方向に３段に配置した構成では、照明ユニット３０Ａの厚みＴ２はこれらの個別照明部の厚みがされぞれ加算されたものとなることから、図８（ａ）に示す厚みＴ１を数倍した厚みとならざるを得ず、照明装置の高さ寸法のコンパクト化が阻害される要因となっていた。

また本実施の形態に示す平面照明ユニット３０においては、前述のように上段照明光源部３２ａ、中段照明光源部３２ｂ、下段照明光源部３２ｃの配置において、最も照射角が小さい下段照明光３５ｃ（照射角α１）を照射する光源である下段照明光源部３２ｃが、撮像光軸ａを中心点とする矩形範囲における４つの対角位置のみに配置された形態となっていることから、図８（ｂ）に示すように、下段照明光源部３２ｃの配置範囲は、長手寸法Ｌ，幅寸法Ｂの矩形範囲内に収まっており、図９に示す下段照明部３６ｃを用いた場合の幅方向の張り出し部分をカットした形態となっている。これに対し、照明ユニット３０Ａにおいては図９（ｂ）に示すように、下段照明部３６ｃの外形寸法Ｄよりも平面寸法を小さくすることができず、照明装置の平面占有寸法のコンパクト化が阻害される要因となっていた。

このように本実施の形態に示す平面照明ユニット３０は、照明光をそれぞれ異なる照射角で基板の表面に対して照射する複数の個別光源部を平板状の照明基板に配置する構成を採用し、さらにこれらの個別光源部のうち最も照射角が小さい個別光源部を撮像光軸を中心点とする矩形範囲における４つの対角位置にのみ配置する構成としたものである。

これにより、平面照明ユニット３０の厚みを極力小さくするとともに、最外周に位置する個別光源部の張り出し寸法を極力抑えて全体の平面占有寸法を小さくすることができる。したがって、電子部品が実装される基板の小型化・高実装密度化に対応して実装設備の小型化が進展している現況において、搭載ヘッドの高さ方向の寸法と平面占有寸法が従来機種よりも制約される場合においても、撮像用の照明装置としての汎用性が確保される。

なお上記実施の形態においては、撮像用の照明装置としての平面照明ユニット３０を電子部品搭載装置における基板認識カメラ用に適用した例を示しているが、本発明は上記用途には限定されず、電子部品搭載装置における部品認識やスクリーン印刷装置における半田検査や部品実装後の外観検査のための撮像など、電子部品実装分野の各種装置に適用可能である。

本発明の電子部品実装用装置における撮像用の照明装置は、平面占有寸法を小さくしてコンパクト化の要請に対応することができるという効果を有し、電子部品搭載装置の基板認識カメラの撮像用など、電子部品実装分野の各種装置に利用可能である。

本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の斜視図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの側面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における搭載ヘッドの背面図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における撮像用の照明装置の構造説明図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における撮像用の照明装置の照明照射角の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置における撮像用の照明装置の各部寸法の説明図 従来の電子部品搭載装置における撮像用の照明装置の各部寸法の説明図

符号の説明

３ 基板
７ Ｙ軸テーブル
１３ Ｘ軸テーブル
１７ 搭載ヘッド
２０ 基板認識カメラ
２３ 受光部
２４ 光学ユニット
２５ カメラ
２６ 同軸照明ユニット
３０ 平面照明ユニット
３１ 照明基板
３１ａ 開口部
３２ 光源部
３２ａ 上段照明光源部（個別光源部）
３２ｂ 中段照明光源部（個別光源部）
３２ｃ 下段照明光源部（個別光源部）
３５ａ 上段照明光
３５ｂ 中段照明光
３５ｃ 下段照明光
α１、α２，α３ 照射角

Claims (2)

1. 電子部品実装用装置においてカメラによる撮像対象となる基板に対して照明光を照射する電子部品実装用装置における撮像用の照明装置であって、
   前記基板と前記カメラとの間において前記基板の表面に対して略平行に位置し、前記基板と対向する側の面に光源部が配置された平板状の照明基板と、前記光源部を制御する照明制御部とを備え、
   前記光源部は、前記カメラの撮像光軸が貫通する撮像用の開口部の周囲に配置されて前記照明光をそれぞれ異なる照射角で前記基板の表面に対して照射する複数の個別光源部を有し、前記個別光源部のうち最も照射角が小さい個別光源部は、前記撮像光軸を中心点とする矩形範囲における４つの対角位置にのみ配置されていることを特徴とする電子部品実装用装置における撮像用の照明装置。
2. 前記個別光源部は複数のＬＥＤより成ることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装用装置における撮像用の照明装置。

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