JP2008270719A - 実装機およびその部品撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の向上を図りつつ、高精度で撮像できる実装機を提供する。
【解決手段】本発明は、部品Ｅを基板Ｗ上に実装する実装機を対象とする。本実装機は、部品Ｅをピックアップするヘッド４１と、ヘッド４１を移動させるヘッド移動手段と、ヘッド４１にピックアップされた部品Ｅに対し相対移動させつつ、部品Ｅを撮像する撮像手段と、を備える。撮像手段が、複数段のラインセンサ７２によって電荷を蓄積する蓄積型ラインセンサによって構成される。
【選択図】図４

Description

この発明は、基板に部品を実装する実装機およびその部品撮像方法に関する。

従来、基板上に電子部品を実装する実装機として、部品供給部から供給される電子部品を、ヘッドにより吸着して、基板上の所定位置に移送して実装するものが周知である。

このような実装機では、ヘッドにより吸着した部品を、ラインセンサ等の部品撮像カメラ上に通過させて撮像し、部品の形状や位置を認識するようにしていた。

例えば特許文献１に示す実装機は、Ｘ軸方向に沿って複数のヘッドが設けられたヘッドユニットを備え、各ヘッドによって複数の部品を吸着した状態でヘッドユニットをラインセンサカメラ上においてＸ軸方向に沿って移動させることにより、各部品を順次連続して撮像している。

このような実装機では、ラインセンサカメラに対し部品の移動速度を速めて、スキャニングスピードの高速化を図ることによって、生産性を向上させることができる。
特開２００１−７７５９８号（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、生産性を向上させるためにスキャニングスピードの高速化を図ると、部品に対するカメラの露光時間が短くなるため、カメラから出力される撮像データとしての光電荷量が少なくなり、出力画像が暗く不鮮明になり、撮像精度が低下してしまうという問題が発生する。

また撮像時に部品を照明する照明装置の光量を増加させれば、露光時間が短くとも、電荷量を多く確保できるが、そうすると、高輝度用の大型の照明装置が必要となるばかりか、高輝度用に大電力を供給するための大型の電源装置も必要となり、装置の大型化を来すという問題が発生する。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、装置の小型化および生産性の向上を図りつつ、高精度で撮像できる実装機およびその部品撮像方法を提供することを目的とする。

本発明は下記の手段を提供する。

［１］ 部品を基板上に実装する実装機であって、
部品をピックアップするヘッドと、
ヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
ヘッドにピックアップされた部品に対し相対移動させつつ、部品を撮像する撮像手段と、を備え、
撮像手段が、複数段のラインセンサによって電荷を蓄積する蓄積型ラインセンサによって構成されたことを特徴とする実装機。

［２］ 設定されたゲインに基づいて、撮像手段によって得られる部品の撮像データの出力値を調整する可変ゲインアンプと、
可変ゲインアンプに設定されるゲインを、撮像される部品の種類毎に変更するゲイン変更手段と、を備えた前項１に記載の実装機。

［３］ 複数のヘッドが設けられたヘッドユニットを備え、
ヘッドユニットを撮像手段に対し相対移動させて、各ヘッドにピックアップされた部品を順次連続的に撮像するようにした前項１または２に記載の実装機。

［４］ 複数段のラインセンサの並列方向に沿って部品を一方向に相対移動させつつ撮像する一方向撮像処理と、他方向に相対移動させつつ撮像する他方向撮像処理とを行う撮像制御手段と、
撮像手段からの撮像データを加工してデジタルデータに変換するデータ処理手段と、を備え、
一方向撮像処理によって得られる撮像データと、他方向撮像処理によって得られる撮像データとを、同一のデータ処理手段によって処理するようにした前項１〜３のいずれかに記載の実装機。

［５］ ヘッドが設けられたヘッドユニットを備え、
撮像手段がヘッドユニットに移動自在に設けられ、
撮像手段をヘッドユニットに対し移動させつつ、その撮像手段により部品を撮像するようにした前項１〜４のいずれかに記載の実装機。

［６］ 撮像手段が、部品の下面を撮像する部品下面撮像手段と、部品の側面を撮像する部品側面撮像手段とを備える前項１〜５のいずれかに記載の実装機。

［７］ ヘッドにより部品をピックアップして基板上に実装するに際して、撮像手段によってヘッドにピックアップされた部品を撮像する実装機の部品撮像方法であって、
撮像手段として、並列に配置された複数段のラインセンサによって電荷を蓄積する蓄積型ラインセンサを準備しておき、
ヘッドにピックアップされた部品を撮像手段に対し相対移動させつつ、撮像することを特徴とする実装機の部品撮像方法。

［８］ 実装機は、ヘッドが設けられ、かつ撮像手段が移動自在に設けられたヘッドユニットを備え、
部品をピックアップした後、ヘッドを基板位置に移動させる際に、撮像手段をヘッドユニットに対し移動させつつ、その撮像手段により部品を撮像するようにした前項７に記載の実装機の部品撮像方法。

上記発明［１］にかかる実装機によると、蓄積型ラインセンサからの検出データとしての電荷量を十分に確保できるため、高い撮像精度を維持しつつ、スキャニングスピードを高速に設定することができて、撮像処理の高速化、ひいては生産性の向上を図ることができる。さらに検出データの電荷量を十分に確保できるため、照明装置の光量も減少させることができ、照明装置の小型化を図ることができて、装置の小型化を図ることができる。

上記発明［２］にかかる実装機によると、ゲインの変更により撮像データの出力調整を行っているため、照明装置の光量を調整せずに、もしくは光量を少し調整するだけで、撮像することができる。このため照明装置として、簡素なものを使用でき、装置の小型化を確実に図ることができる。

上記発明［３］にかかる実装機によると、照明装置の光量を一定にして撮像できるため、隣合う部品が撮像エリア内に同時に配置されたとしても、光量変化による撮影不可範囲が発生するのを確実に防止でき、高い撮像精度を維持することができる。

上記発明［４］にかかる実装機によると、撮像方向の異なる各撮像データを、同一のデータ処理手段によって処理できるため、部品点数を削減できて、より確実に装置の小型化を図ることができる。

上記発明［５］にかかる実装機によると、ヘッドユニットの位置にかかわらず、部品を撮像することができる。

上記発明［６］にかかる実装機によると、部品の下面および側面の双方を撮像することができる。

上記発明［７］にかかる実装機の部品撮像方法によると、上記と同様に、同様の効果を得ることができる。

上記発明［８］にかかる実装機の部品撮像方法によると、ヘッドユニットの基板に向けての移動と並行させて、部品を撮像することができるため、より一層効率良く生産することができる。

＜第１実施形態＞
図１，２は本発明の第１実施形態である表面実装機Ｍ１の一例を示す図である。両図に示すように、実装機Ｍ１は、基台１１上に配置されて基板Ｗを搬送するコンベア１２と、このコンベア１２の両側に配置された部品供給部１３と、基台１１の上方に設けられた電子部品実装用のヘッドユニット１４とを備えている。

部品供給部１３は、コンベア１２に対してフロント側とリア側のそれぞれ上流部と下流部に設けられている。この実施形態では、部品供給部１３のうち、フロント側とリア側下流部には、テープフィーダ１５が複数並べて取り付けられるとともに、リア側上流部には、パレット等の部品供給容器を積層したトレイフィーダ１６が取り付けられている。この部品供給部１３から供給される部品は、ヘッドユニット１４によってピックアップ（吸着）できるようになっている。

ヘッドユニット１４は、部品供給部１３から部品をピックアップして基板Ｗ上に装着できるように、部品供給部１３と基板Ｗ上の実装位置とにわたる領域を移動可能となっている。具体的には、ヘッドユニット１４は、Ｘ軸方向（コンベア１２の基板搬送方向）に延びるヘッドユニット支持部材１４２にＸ軸方向に移動可能に支持されている。ヘッドユニット支持部材１４２はその両端部においてＹ軸方向（水平面内でＸ軸方向と直交する方向）に延びるガイドレール１４３，１４３にＹ軸方向に移動可能に支持されている。そしてヘッドユニット１４は、Ｘ軸モータ１４４によりボールねじ軸１４５を介してＸ軸方向の駆動が行われ、ヘッドユニット支持部材１４２は、Ｙ軸モータ１４６によりボールねじ軸１４７を介してＹ軸方向の移動が行われるようになっている。

また、ヘッドユニット１４には、複数のヘッド４１がＸ軸方向に並んで搭載されている。各ヘッド４１は、Ｚ軸モータを駆動源とする上下移動（昇降）機構により上下方向（Ｚ軸方向）に駆動されるとともに、Ｒ軸モータを駆動源とする回転駆動機構によりＺ軸回りの回転方向（Ｒ軸方向）に駆動されるようになっている。なおヘッド４１のＺＲ各軸方向の移動は、各ヘッド毎に個別に行えるようになっている。

ここで本実施形態においては、ヘッドユニット１４を、ＸＹ各軸方向に移動させる機構およびヘッド４１をＺＲ各軸方向に移動させる機構によって、ヘッド移動手段が構成される。

各ヘッド４１には、電子部品をピックアップ（吸着）して基板に装着するための吸着ノズル４２がそれぞれ搭載されている（図８等参照）。各吸着ノズル４２は、部品吸着時に図外の負圧手段から負圧が供給されて、その負圧による吸引力で電子部品を吸着できるようになっている。そして、この負圧の供給は、基板Ｗの所定位置に部品を載置する瞬間には、正圧の供給に切り替えられる。

また図１に示すようにヘッドユニット１４には、例えば照明を備えたＣＣＤカメラ等からなる基板撮像カメラ１８が設けられている。この基板撮像カメラ１８は、この実装機Ｍ１に搬入された基板Ｗに設けられた位置基準マークや基板ＩＤマークを撮像できるとともに、部品供給部１３で部品を吸着する際に、その部品の供給位置を撮像できるようになっている。

また実装機Ｍ１の上流側と下流側に分かれた部品供給部１３の間には、部品撮像装置７の撮像手段として、蓄積型ラインセンサが設けられている。この蓄積型ラインセンサは、ＴＤＩセンサ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ）７１によって構成されている。

図４（ａ）に示すように、ＴＤＩセンサ７１は、複数段の一次元型のイメージセンサカメラ（ラインセンサ７２…）によって構成されている。このＴＤＩセンサ７１における複数のラインセンサ７２…は、それぞれＹ軸方向に沿うように配置された状態で、Ｘ軸方向に並列に配置されている。

ＴＤＩセンサ７１によって電子部品Ｅ等の被写体（対象物）を撮像する場合、電子部品Ｅを、ＴＤＩセンサ７１上においてラインセンサ７２…の並列方向（Ｙ軸方向）に沿って一方向に移動させて撮像する。この時、電子部品Ｅの移動速度に対応して、各ラインセンサ７２は所定の時間ピッチで一斉に撮像するように設定される。すなわち、この時間ピッチの間に電子部品Ｅが移動する距離は、各ラインセンサ７２の配置距離ピッチとなる。これにより、１段目のラインセンサ７２で撮像された電子部品Ｅの部分は、所定の時間ピッチ後には２段目のラインセンサ７２の上方に位置した状態で撮像され、図４（ｂ）に示すように、この検出信号（光電荷ｅ）が１段目のラインセンサ７２によって得られた光電荷ｅに加算される。この動作が複数段のラインセンサ７２…において順次繰り返し行われることにより、電子部品Ｅの同一領域の検出信号が蓄積されて、その蓄積された検出信号が、同図の左端に配置される最終段のラインセンサ７２から電子部品ＥのＸ軸方向所定位置のＹ方向１ライン分の検出信号（検出データ）として出力されるようになっている。この１ライン分の検出信号は、所定の時間ピッチ毎に出力され、電子部品Ｅの画像は、Ｘ軸方向、各ラインセンサ７２の配置距離ピッチごとの線素画像の集合として構成される。

図４の例では、最終段のラインセンサ７２から、６つのラインセンサ７２…による６回分の光電荷ｅが蓄積されて、１ライン分の検出信号として出力されるようになっている。

またこのＴＤＩセンサ７１は、電荷蓄積方向（スキャニング方向、撮像方向）を反対方向に切り替えられるようになっている。例えば電子部品Ｅを、ＴＤＩセンサ７１における最終段のラインセンサ７２から１段目のラインセンサ７２に向けてＹ軸方向に沿って他方向に移動させて撮像する。この場合においても、電荷蓄積方向が異なるのみで、上記と同様に、複数のラインセンサ７２…によって蓄積された検出信号が、１段目のラインセンサ７２から１ライン分の検出信号（撮像データ）として出力されるようになっている。

図５に示すように、部品撮像装置７には、照明装置７５が設けられている。この照明装置７５は、その発光部７５１がＴＤＩセンサ７１の外周四辺に沿って配置され、部品ＥがＴＤＩセンサ７１上を通過する際に、部品Ｅの下側全周を照明できるようになっている。

図３に示すように、実装機Ｍ１には、パーソナルコンピュータ等からなるシステムコントローラ６が設けられており、このコントローラ６には、画像取込装置６１を介して部品撮像装置７が接続されている。そして後に詳述するように、システムコントローラ６から制御信号や部品データ等に関する信号が、画像取込装置６１を介して部品撮像装置７に送り込まれる一方、その信号に応答して、部品撮像装置７によって部品Ｅが撮像されるようになっている。さらに撮像によって得られた撮像データが、画像取込装置６１に一旦蓄積されて、コントローラ６に送り込まれるようになっている。

なおシステムコントローラ６は、撮像動作のみならず、実装機全体の各種動作を制御して、後述する実装動作が自動的に行われるようになっている。

図６は部品撮像装置７の回路構成を示す図である。同図に示すように、部品撮像装置７には、ＴＤＩセンサ７１の他に、コントローラ８０、アナログデータマルチプレクサ（ＭＵＸ）８１、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）８２、データトランスミッタ８３、クロックドライバ８４が設けられている。

コントローラ８０は、実装機Ｍ１のシステムコントローラ６から画像取込装置６１を介して受信する上記制御信号等に基づいて、部品撮像装置７の各所要部に、後述の各種データ（各種信号）を出力し、部品撮像装置７の動作を制御する。

ＴＤＩセンサ７１は、検出データの出力口７１１，７１１が２つ設けられており、一方向撮像処理（一方向スキャニング）によって得られる検出データと、他方向撮像処理（他方向スキャニング）によって得られる検出データとが、別々の出力口７１１，７１１から出力されるようになっている。

マルチプレクサ８１は、コントローラ８０から出力されるスキャニング方向切替信号（認識方向切替信号）に基づいて、ＴＤＩセンサ７１からの検出データの出力経路に合わせて、入力口を切り替えることにより、対応するスキャニング方向の検出データを取得してアナログフロントエンド８２へと出力する。

アナログフロントエンド８２は、相関２乗サンプラ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｅｒ：ＣＤＳ）８２１、可変ゲインアンプ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐ：ＶＧＡ）８２２、ＡＤコンバータ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）８２３を有している。

図７に示すように、相関２乗サンプラ８２１は、検出データの中から画像データ（画像信号）のみを抽出する。

可変ゲインアンプ８２２は、コントローラ８０から送信されるゲイン調整信号に応答して、部品種類に応じたカメラゲインが設定され、その設定されたカメラゲインに基づいて、各部品毎の画像データの出力値を、ＡＤコンバータ８２３に対する入力規定範囲に適合するように調整する。

ＡＤコンバータ８２３は、可変ゲインアンプ８２２によって出力調整された画像データ（アナログデータ）を量子化して、デジタルの画像データに変換する。

なお、本実施形態において、アナログフロントエンド８２によって、データ処理手段が構成されている。また本実施形態においては、検出データおよび画像データの双方を含むデータを撮像データと称している。

データトランスミッタ８３は、外部機器との間で信号の送受信を行う。例えばデータトランスミッタ８３は、アナログフロントエンド８２から受信した画像データを、画像取込装置６１を介して、実装機Ｍ１のシステムコントローラ６に送信する。さらにデータトランスミッタ８３は、実装機Ｍ１のシステムコントローラ６からの信号を、画像読取装置６１を介して受信して、部品撮像装置７のコントローラ８０に送信する。

クロックドライバ８４は、コントローラ８０からの同期信号に応答して、ＴＤＩセンサ７１にクロック信号を出力し、ＴＤＩセンサ７１の動作タイミングを制御する。なおクロック信号には、スキャニング方向が一方向であるか他方向であるかを判別できる情報が含まれている。

本実施形態において、実装機Ｍ１は、実装処理を開始する前に、システムコントローラ６に生産プログラムが読み込まれる。この生産プログラムには、基板Ｗの回路パターンに基づく各電子部品の実装位置（座標）や向きを示す情報や、各電子部品の認識部を認識するための形状情報、各電子部品が供給されるフィーダ等の位置（座標）に関する情報のほか、実装手順に関する情報例えば、実装する部品をどのヘッドによってどの順序で実装するか、ＴＤＩセンサ７１による部品撮像時のスキャニング方向をどの方向で行うか等の情報等も含まれている。

そしてこの実装機Ｍ１は、動作開始指令に応答してコントローラ６が作動し、コントローラ６が各駆動部の駆動を制御して、以下の動作が自動的に行われる。

まず実装機Ｍ１に基板Ｗが搬入されると、上記生産プログラム情報に基づいて、ヘッドユニット１４が部品供給部１３に移動して、各ヘッド４１…が、対応する部品をそれぞれ吸着する。例えば図８に示すように、ヘッドユニット１４における各ヘッド４１に所定の部品Ｅがそれぞれ吸着される。

一方図９に示すように、実装機Ｍ１のコントローラ６は、生産プログラムのうち、部品撮像処理に関する情報が、画像読取装置６１に送り込まれる（ステップＳ１）。部品撮像処理に関する情報としては、吸着される部品の種類、形状、大きさ、各部品毎に設定されるカメラゲイン、スキャニング方向、ＴＤＩセンサ７１による撮像タイミングに関する情報が含まれている。なお本実施形態において、部品種類毎のカメラゲインの具体的な数値は、過去の生産データや実験データ等に基づいて予め求められる。

続いて部品撮像処理に関する情報が、画像読取装置６１から部品撮像装置７のコントローラ８０に送り込まれる（ステップＳ２）。

続いてコントローラ８０は、画像読取装置６１からの情報に基づいて、スキャニング方向およびカメラゲインが設定される（ステップＳ３）。すなわちコントローラ８０からスキャニング方向切替信号がマルチプレクサ８１に送信されて、マルチプレクサ８１のスキャニング方向が切り替えられるとともに、コントローラ８０からゲイン調整信号がアナログフロントエンド８２の可変ゲインアンプ８２２に送信されて、１番目に撮像する部品に対応するカメラゲインが設定される。なお設定されるカメラゲインには、スキャニング方向による補正値も含まれている。

その後、ＴＤＩセンサ７１によって部品Ｅが撮像される（ステップＳ４）。すなわち照明装置７５が点灯する一方、ヘッドユニット１４が、部品撮像装置７のＴＤＩセンサ７１上を通過して、１番目のヘッド４１に吸着された部品ＥがＴＤＩセンサ７１により撮像される。このとき画像取込装置６１からの同期信号に基づき、コントローラ８０がＴＤＩセンサ７１にクロック信号を発信することによって、ヘッドユニット１４による移動動作と、ＴＤＩセンサ７１による撮像動作とのタイミングが図られる。なお後に詳述するように照明装置７５の光量は、部品種類にかかわらず一定に設定される。

この撮像によって、ＴＤＩセンサ７１から１ライン毎に検出データが順次出力され、その検出データがマルチプレクサ８１を介して、アナログフロントエンド８２に送信される。

そして図７に示すように、アナログフロントエンド８２においては、相関２乗サンプラ８２１により検出データの中から、画像データのみが抽出される。続いて画像データは、可変ゲインアンプ８２２により、上記ゲイン調整信号に基づいて設定されたカメラゲインに基づいて、出力値が調整される。こうして出力調整された画像データが、ＡＤコンバータ８２３により、デジタルデータに変換される。

なお参考までに、可変ゲインアンプ８２２に設定するゲインが必要以上に大きく設定されていると、照明装置７５による照明の明暗にかかわらず、信号の飽和が発生してしまう。例えば図１１（ａ）に示すように照明が明るくて、センサ検出信号の出力値が大きくとも、同図（ｂ）に示すように照明が暗くて、センサ検出信号の出力値が小さくとも、可変ゲインアンプ８２２により画像データの出力値が異常に増幅されて、ＡＤコンバータ８２３の入力規定範囲よりも大きくなり、デジタル変換する際にデータが飽和してしまう。

また言うまでもなく、設定ゲインが小さ過ぎる場合には、ＡＤコンバータ８２３への画像データの入力値が異常に小さくなり、十分な撮像精度を得ることが困難になってしまう。

続いてＡＤコンバータ８２３から出力された画像データ（デジタルデータ）は、データトランスミッタ８３から画像取込装置６１に送信されて、そこで一時的に蓄積される。

こうして１番目の部品Ｅの撮像が完了すると、つまり、ＴＤＩセンサ７１による撮像位置に、１番目に撮像した部品Ｅと２番目に撮像する部品Ｅとの変わり目が到達すると（図９のステップＳ５でＹＥＳ）、画像取込装置６１から２番目に撮像する部品の画像処理に関する情報がコントローラ８０に送り込まれて（ステップＳ２）、その部品に応じたカメラゲインに設定される（ステップＳ３）。

なお本実施形態において、システムコントローラ６からの指令に基づいて、可変ゲインアンプ８２２に、所定のゲインを設定変更するものであり、このシステムコントローラ６のゲインを設定変更するための機能（プログラム）によって、ゲイン変更手段が構成されている。

可変ゲインアンプ８２２にゲインが設定されると、続いて２番目の部品ＥがＴＤＩセンサ７１により撮像されて、その検出データが上記と同様な手順で、デジタルデータに変換されて、画像取込装置６１に蓄積される。なお既述したように、部品Ｅの種類にかかわらず、撮像時の照明装置７５による光量は一定に設定されている。

以下同様にして、ヘッドユニット１４における複数のヘッド４１に吸着された全ての部品Ｅの撮像が行われて、各部品Ｅの画像データが画像取込装置６１に蓄積される。

一方、画像取込装置６１に蓄積された部品Ｅの画像データは順次、実装機Ｍ１のシステムコントローラ６に送り込まれて、画像データが処理されて、部品Ｅの吸着状態等が確認される。例えばその画像データに基づいて、部品の形状や位置が、予め設定された基準データの部品の形状や位置と比較照合されて、形状等に異常があるか、部品の吸着位置にずれがあるか等がチェックされ、さらに位置ずれがある場合にはその補正値が算出される。

部品Ｅに異常がない場合には、その部品Ｅが必要に応じて位置が補正されて、基板Ｗに実装される一方、異常がある場合には、その部品Ｅが廃棄される。

こうして基板Ｗ上に、予定していた全ての部品Ｅが搭載されると、１つの基板に対する実装処理が完了して、その基板が以降の設備に搬出される一方、新たな基板が実装機Ｍ１に搬入される。

なお本実施形態では、システムコントローラ６の生産プログラムに、各撮像処理時のスキャニング方向が設定されており、生産プログラムに従って、一方向撮像処理（一方向スキャニング処理）と、他方向撮像処理（他方向スキャニング処理）とが適宜実行される。従って本実施形態では、一方向撮像処理および他方向撮像処理を行うためのシステムコントローラ６の機能（プログラム）によって撮像制御手段が構成されている。

次に本第１実施形態における可変ゲインアンプ８２２に対するゲインの設定に関して説明する。

まず実装機Ｍ１により実装される部品は、多くの種類があり、種類によって色彩、明るさ、反射率が異なるため仮に、照明装置７５の明るさ（光量）を一定にして、各部品の撮像を行うと、反射率の低い部品では暗くなり過ぎて不鮮明になってしまったり、反射率の高い部品では明るくなり過ぎて飽和してしまったりする。そこで通常の実装機においては、部品種類毎に照明装置７５による光量を切り替えて、各部品毎に適切な明るさで撮像するのが一般的である。

ところが本実施形態においては、撮像手段としてＴＤＩセンサ７１を用いているため、各部品毎に照明装置７５による光量を切り替えて撮像することは実質的に不可能である。すなわちＴＤＩセンサ７１は、既述したように複数のラインセンサ７２がＸ軸方向に並列に配置されており、撮影エリアは、１段目のラインセンサ７２から最終段目のラインセンサ７２までの広い範囲に設定される。これに対し、撮像される部品はＸ軸方向に沿って配置された複数のヘッド４１に吸着されており、全てのヘッド４１に部品Ｅが吸着された状態では、隣合う部品間の間隔が小さく設定されている。例えば図８に示すように、同図の紙面に向かって左から１番目のヘッド４１に保持された１番目の部品Ｅと２番目のヘッド４１に保持された２番目の部品Ｅとの間隔、２番目と３番目の部品Ｅ，Ｅの間隔、３番目と４番目の部品Ｅ，Ｅの間隔はそれぞれ狭く設定されている。このように間隔が狭く、ＴＤＩセンサ７１の撮影エリアよりも小さいときには、ＴＤＩセンサ７１により１番目の部品Ｅの撮像が終了していない時点で、２番目の部品Ｅの撮像が開始されることになり、隣合う２つの部品Ｅ，Ｅが同時に撮像される場合がある。ここで仮に、１番目の部品Ｅが、光量を多くして撮像する高輝度撮影型の部品で、２番目の部品Ｅが、光量を少なくして撮像する低輝度撮影型の部品である場合、２番目の低輝度撮影型の部品Ｅに合わせて、光量を調整すると、１番目の高輝度撮影型の部品Ｅを確実に撮像することが困難となる。つまり図１２に示すように、１番目の高輝度撮影型の部品Ｅを光量を多くして撮像している際に、２番目の低輝度撮影型の部品ＥがＴＤＩセンサ７１の撮影エリア内に進入するため、その進入時に光量が少なくなるように切り替えると、１番目の高輝度撮影型の部品Ｅの一部（後端部）が、光量が少ない状態で撮像されてしまう。このように後段のラインセンサ７２によって撮像できる範囲（撮像可能範囲）が制限されて、１番目の高輝度撮影型の部品Ｅの後端部が撮像できない範囲（撮像不可範囲）が発生するため、所定の電荷量の検出データを取得できず、撮像精度の低下を来してしまう。

さらに３番目の部品Ｅが超高輝度撮影型の部品である場合、２番目の低輝度撮影型の部品Ｅの撮像が終了していない時点で、３番目の部品Ｅの撮像が撮像エリア内に進入して、光量が多くなるため、２番目の低輝度撮影型の部品Ｅの一部（後端部）が、光量が多い状態で撮像されてしまい、その分が飽和してしまい、撮像精度が低下してしまう。

このように隣合う部品の間隔が狭い場合、先行する部品の後端部が、光量変化によって撮像できないことがあり、撮像精度が低下してしまう。

なお先行の部品Ｅに光量を合わせて、撮像する場合には、後続の部品Ｅの先端部を確実に撮像できなくなってしまう。すなわち先行の、例えば高輝度撮影型の部品Ｅの撮像が完了していない時点で、後続の、例えば低輝度撮影型の部品ＥがＴＤＩセンサ７１の撮影エリア内に進入するため、後続の低輝度撮影型の部品Ｅの先端部が、前段のラインセンサ７２によって光量が多い状態で撮像されて飽和してしまう。従って所定の電荷量の検出データを取得できず、撮像精度の低下を来してしまう。

このように部品撮像手段としてＴＤＩセンサ７１を採用した場合、部品種毎に照明の光量を切り替えて撮像しようとすると、光量の切替前後において、前段または後段のラインセンサ７２により部品を撮像できない範囲が生じて、撮像精度が低下してしまう。

そこで本実施形態においては、図１０に示すように部品毎（部品種類毎）にカメラゲインを変更して画像データの出力値を調整して、照明装置７５の光量を一定に設定しているため、高い撮像精度を得ることができる。すなわち本実施形態において、先行の高輝度撮影型の部品Ｅの撮像が完了していない時点で、後続の低輝度撮影型の部品ＥがＴＤＩセンサ７１の撮影エリア内に進入したとしても、照明装置７５の光量は一定であるため、先行および後続のいずれの部品Ｅ，Ｅも、ＴＤＩセンサ７１を構成する全てのラインセンサ７２により確実に撮像することができ、全てのラインセンサ７２から正確な検出データを取得することができる。しかも設定ゲインを変更して、画像データにおけるＡＤコンバータ８２３への入力値を調整しているため、高い撮像精度を維持することができる。

ここで本実施形態においては、ＴＤＩセンサ７１による撮像時に飽和しない程度で可能な限り光量を多くして撮像処理を行うようにしている。すなわち仮に、光量を低くしてＴＤＩセンサ７１により撮像すると、ＴＤＩセンサ７１からの検出データの出力値が小さくなってしまう。このため、認識精度を高めるためには、可変ゲインアンプ８２２によるカメラゲインを大きく設定する必要があるが、そうするとノイズも増幅されてしまい、ノイズに対する画像信号の比（Ｓ／Ｎ）が悪くなり、撮像精度が低下してしまう。

そこで本実施形態においては、光量を可能な限り多くなるように設定する場合には、ＴＤＩセンサ７１からの検出データの出力値も大きくなるため、可変ゲインアンプ８２２によるカメラゲインを多少小さくしても、画像データの出力値を十分に確保できるとともに、ノイズも小さく抑えることができ、Ｓ／Ｎが良好となり、高い撮像精度を得ることができる。

以上のように第１実施形態の実装機Ｍ１によれば、部品認識用の撮像手段（カメラ）として、複数のラインセンサ７２による検出データを蓄積して出力するＴＤＩセンサ７１を使用しているため、検出データとしての電荷量を十分に確保することができる。このため、スキャニングスピードを高速に設定することができて、撮像処理の高速化、ひいては生産性の向上を図ることができる。

さらに検出データの電荷量を十分に確保できるため、照明装置７５の光量も必要以上に増加させる必要がなく、その分、照明装置７５の小型化を図ることができるとともに、光量増加用に大型の電源装置も必要なく、実装機全体の小型化を図ることができ、コストも削減することができる。

その上さらに、照明装置７５の光量も少なくできるため、発熱量も少なくなり、高精度なＴＤＩセンサ７１に対し熱による悪影響が及ぶのを防止でき、高い撮像精度を維持することができる。

また第１実施形態においては、複数のラインセンサ７２が並列配置されたＴＤＩセンサ７１を用いて撮像するとともに、照明装置７５による照明エリアを固定しているため、各ラインセンサ７２毎に照明装置７５による照明角度がそれぞれ異なり、一つの部品に対し、照明角度を多段に変化させて撮像するのと同様の効果を得ることができる。このため、照明角度が一定の場合に、十分に認識できない部分が存在する部品Ｅであっても、その認識し難い部分を、ラインセンサ７２のいずれかのセンサで認識できるようになり、解像度を向上させることができる。

また本第１実施形態においては、可変ゲインアンプ８２２の設定ゲインを変更することにより、画像データの出力調整を行っているため、部品種類にかかわらず、照明装置７５による光量を一定にすることができる。このため光量を変更するための装置やプログラムが必要なく、装置の小型軽量化を図ることができる。

さらに光量を一定できるため、複数のヘッド４１に吸着された複数の部品Ｅを連続撮像する際に、隣合う部品Ｅ，ＥがＴＤＩセンサ７１の撮像エリア内に同時に配置されたとしても、光量変化による撮影不可範囲が発生するのを確実に防止でき、高い撮像精度を維持することができる。

また本第１実施形態においては部品撮像装置７における回路構成の簡素化を図ることができる。すなわち図１３に示すように、ＴＤＩセンサ７１の２つの出力口７１１，７１１から出力される２種類の検出データを、２つのアナログフロントエンド８２，８２によって処理する場合には、アナログフロントエンド８２が２つ必要になり、装置の高重量大型化を来たすおそれがある。これに対し、本実施形態においては、図６に示すように、ＴＤＩセンサ７１から２つの出力口７１１，７１１から出力される２種類の検出データを、同一（単一）のアナログフロントエンド８２によって、デジタルデータに変換するようにしているため、回路構成の簡素化を図ることができ、装置の小型軽量化を図ることができる。

なお本実施形態において、設定ゲインを部品種毎に、必ずしも変更する必要はない。例えば撮像エリア内に複数の部品が同時に配置されないような場合には、照明装置の光量を部品に合わせて変化させて、撮像するようにしても良い。さらに設定ゲインの変更と、照明光量の変化とを併用するようにしても良いし、部品種類毎に、設定ゲインのみを変更したり、あるいは照明光量のみを変化させるようにしても良い。

また本実施形態においては、部品撮像時に、ヘッドユニット（部品側）を撮像手段に対し水平方向に移動させるようにしているが、それだけに限られず、後述の第２実施形態のように撮像手段をヘッドユニット（部品側）に対し水平方向に移動させるようにしても良い。要はヘッドユニットに対し撮像手段を水平方向に相対移動可能に構成されていれば良い。

＜第２実施形態＞
図１４〜１６はこの発明の第２実施形態である表面実装機Ｍ２の一例を示す図である。これらの図に示すように、この第２実施形態の実装機Ｍ２においては、ヘッドユニット１４に吸着された電子部品Ｅの状態等を撮像（スキャン）するための部品撮像装置７ａ，７ｂがヘッドユニット１４に設けられている点が、上記第１実施形態の実装機Ｍ１と大きく相違している。

すなわち本実施形態の実装機Ｍ２におけるヘッドユニット１４には、スキャンユニット２が設けられている。

スキャンユニット２は、部品下面撮像装置７ａと、部品背面撮像装置７ｂと、両撮像装置７ａ，７ｂをヘッドユニット１４に移動自在に支持する撮像装置移動手段２５とを備えている。

撮像装置移動手段２５は、ヘッドユニット１４のＹ軸方向リア側（図１４において上側）に設けられ、かつＸ軸方向に連続して延びるリニアガイド２６を有している。このリニアガイド２６は、ヘッドユニット４０におけるＸ軸方向の一端（上流端）から他端（下流端）までのほぼ全域にわたって配置されている。

また撮像装置移動手段２５には、両撮像装置７ａ，７ｂを支持する撮像装置支持部材２７を備えている。

撮像装置支持部材２７は、垂直（Ｚ軸方向）に配置されるリア側垂直片２７１を備え、そのリア側垂直片２７１の上部が、上記リニアガイド２６に長さ方向（Ｘ軸方向）に沿ってスライド自在に支持されている。さらに撮像装置支持部材２７は、リア側垂直片２７１の下端に設けられ、かつＹ軸方向フロント側（図１４において下側）に延びるように配置される水平片２７２と、その水平片２７２の先端（フロント側の端部）に設けられ、かつ上方へ突出するように配置されるフロント側垂直片２７３とを有している。なお撮像装置支持部材２７のリア側垂直片２７１は、ヘッド４１の吸着ノズル４２の後方（リア側）に対応して配置され、水平片２７２は、吸着ノズル４２の下方側に対応して配置され、フロント側垂直片２７３は、吸着ノズル４２の前方（フロント側）に対応して配置されている。

水平片２７２には、吸着ノズル４２の下方に対応して、部品下面撮像装置７ａが設けられている。部品下面撮像装置７ａは、部品下面撮像手段として、上記第１実施形態のＴＤＩセンサ７１と同じ構成のＴＤＩセンサ７１ａを有し、このＴＤＩセンサ７１ａが撮像方向を上向きにして配置されている。さらに部品下面撮像装置７ａにおけるＴＤＩセンサ７１ａの外周には、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成される照明装置７５ａが設けられている。この照明装置７５ａは、照明光を上方に向けて照射して、吸着ノズル４２に吸着された部品Ｅの下面側を照射できるようになっている。

そして照明装置７５ａから照射されて、部品Ｅの下面側で反射された反射光（光画像）がＴＤＩセンサ７１ａによって撮像されて、その撮像された画像信号（画像情報）が出力されるようになっている。

フロント側垂直片２７３には、吸着ノズル４２の先端および反射プリズム７６に対応して、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成される照明装置７５ｂが設けられいる。この照明装置７５ｂは、照明光を後方（リア側）に向けて照射して、吸着ノズル４２に吸着された部品Ｅの前面側を照射できるようになっている。

リア側垂直片２７１には、部品背面撮像装置７ｂが設けられている。部品背面撮像装置７ｂは、吸着ノズル４２の先端に対応して配置され、かつ前方からの光を上方に反射する反射プリズム７６と、その反射プリズム７６の上方に配置され、かつ上記第１実施形態のＴＤＩセンサ７１と同じ構成のＴＤＩセンサ（部品側面撮像手段）７１ｂと、を一体に有している。

そして上記照明装置７５ｂから照射された照明光のうちの透過光、つまり吸着ノズル４１に吸着された部品Ｅによって遮られた光を除いた光（光画像）が、反射プリズム７６によって上方に反射され、その反射された光画像がＴＤＩセンサ７１ｂによって撮像されて、その撮像された画像信号（画像情報）が出力されるようになっている。

またヘッドユニット１４のリア側にはボールねじ２８が軸心回りに回転自在に設けられている。このポールねじ２８は、リニアガイド２６と平行にＸ軸方向に沿って配置されるとともに、ヘッドユニット１４におけるＸ軸方向の一端から他端までのほぼ全域にわたって配置されている。

さらにヘッドユニット１４には、ボールねじ２８を回転駆動するためのサーボモータ等の撮像装置移動モータ（図示省略）が設けられている。そしてこのモータが回転駆動することにより、ボールねじ２８が回転して、撮像装置支持部材２７が両撮像装置７ａ，７ｂと共にＸ軸方向に沿って移動するようになっている。

両撮像装置７ａ，７ｂの移動範囲は、ヘッドユニット１４におけるＸ軸方向の一端から他端までのほぼ全域に設定されて、両端のヘッド４１，４１よりもさらにＸ軸方向の外側まで移動できるようになっている。

なお言うまでもなく、ＴＤＩセンサ７１ａ、７１ｂ、照明装置７５ａ，７５ｂ、反射プリズム７５等を含めて撮像装置７ａ，７ｂは、ヘッドユニット１４に対し移動している際に、吸着ノズル４２に大型の部品Ｅが吸着されていようとも、吸着ノズル４２に吸着された部品Ｅに干渉するのを回避できる状態に配置されている。

また図１４に示すようにヘッドユニット１４のＸ軸方向の両端面には例えば、照明を備えたＣＣＤカメラ等からなる基板撮像カメラ１８，１８が設けられている。この基板撮像カメラ１８，１８は、この実装機Ｍ２に搬入された基板Ｗに設けられた位置基準マークや基板ＩＤマークを撮像できるとともに、部品供給部１３で部品を吸着する際に、その部品の供給位置を撮像できるようになっている。

本第２実施形態の実装機Ｍ２において、他の構成は、上記第１実施形態の実装機Ｍ１と実質的に同様であるため、同一または相当部分に同一符号を付して、重複説明は省略する。

なお本第２実施形態の実装機Ｍ２において、基台側には部品撮像装置が設けられていない。さらに部品供給部１３には、トレイフィーダ１６が配置されておらず、フロント側およびリア側の全ての領域において、テープフィーダ１５が配置されている。

以上のように構成された実装機Ｍ２では、部品供給部１３において、ヘッドユニット１４の各吸着ノズル４２によって部品Ｅを吸着した後、ヘッドユニット１４が直接、基板Ｗの部品搭載位置に向かって移動する。そしてその部品搭載位置への移動中に、各吸着ノズル４２によって吸着された部品Ｅを撮像して、部品Ｅの吸着状態等を確認する。

すなわちスキャンユニット２における撮像装置支持部材２７（撮像装置７ａ，７ｂ）を、ヘッドユニット１４の一端または他端、例えば一端に配置させておき、ヘッドユニット１４が基板Ｗに向けて移動を開始した後、ボールねじ２８を回転駆動させて、撮像装置７ａ，７ｂをヘッドユニット１４に対し一端から他端まで移動させる。そしてその移動中に、照明装置７５ａ，７５ｂを点灯させて、全ての吸着ノズル４２…に保持された各部品Ｅ…の下面および上面を、部品下面撮像装置７ａおよび部品背面撮像装置７ｂによって順次撮像（スキャニング）していく。

これによりヘッドユニット１４に吸着された全ての部品Ｅ…が撮像装置７ａ，７ｂのＴＤＩセンサ７１ａ，７１ｂに撮像されて、各画像データ（検出データ）が、上記第１実施形態と同様に、デジタルデータにそれぞれ変換される。

こうして取得したデジタル画像データに基づいて、上記第１実施形態と同様に、各部品Ｅの吸着状態等が検査される。

そしてヘッドユニット１４が部品搭載位置に到着した後、各部品Ｅが、必要に応じて位置が補正されて、基板Ｗ上の所定位置に搭載される。なお言うまでもなく、検査不良の部品Ｅは廃棄される。

このような動作が繰り返し行われて、基板Ｗ上に、予定していた全ての部品Ｅが搭載される。

以上のように、本第２実施形態の実装機Ｍ２によれば、部品認識用のカメラ（撮像手段）として、ＴＤＩセンサ７１ａ，７１ｂを使用しているため、上記第１実施形態と同様、照明装置７５ａ，７５ｂの光量を必要以上に増加させる必要はなく、照明装置７５ａ，７５ｂ自体の小型軽量化、ひいては装置全体の小型軽量化を図ることができるとともに、スキャニングスピードを高速に設定することができて、撮像処理の高速化、ひいては生産性の向上を図ることができる。

さらに本第２実施形態では、部品認識用の部品撮像装置７ａ，７ｂをヘッドユニット１４にヘッド４１の配列方向（Ｘ軸方向）に沿って移動自在に取り付けて、ヘッド４１に吸着された部品Ｅの認識を行う際には、部品撮像装置７ａ，７ｂをヘッドユニット１４に対し移動させつつ、各ヘッド４１…の部品Ｅ…を撮像するようにしているため、ヘッドユニット１４がいずれの位置にあろうとも、部品Ｅを認識することができる。このため、部品吸着後に部品Ｅを認識する際に、ヘッドユニット１４を部品吸着位置から直接、部品搭載位置に向けて移動させ、その移動中に部品Ｅを認識することができる。つまり、部品認識用の撮像装置を基台１１側に固定する場合と異なり、ヘッドユニット１４を部品撮像装置の位置を経由させる必要がなく直接、部品搭載位置に移動させることができ、ヘッドユニット１４の移動量を少なくでき、生産効率をより一層向上させることができる。

また本第２実施形態においては、部品下面を認識する部品下面撮像装置７ａに加えて、部品側面（背面）を認識する部品背面撮像装置７ｂを設けているため、部品Ｅの下面および側面の双方から部品Ｅの吸着状態を検査することができ、より一層検査精度を向上させることができ、生産基板の品質を一段と向上させることができる。

なお上記第２実施形態においては、部品下面撮像装置７ａおよび部品背面（側面）撮像装置７ｂの２台の撮像装置によって、部品Ｅの下面および側面（背面）を認識するようにしているが、それだけに限られず、本発明においては、部品下面撮像装置および部品側面撮像装置の少なくともいずれか一方を設けて、部品の下面および側面の少なくともいずれか一方を認識するようにしても良い。

さらに第２実施形態においては、部品下面撮像装置および部品側面撮像装置の撮像手段を共に、ＴＤＩセンサによって構成しているが、それだけに限られず、本発明においては、いずれか一方の撮像手段をＴＤＩセンサ等の蓄積型ラインセンサによって構成し、他方の撮像手段を例えば、ラインセンサ等の他のカメラ（撮像手段）によって構成するようにしても良い。

この発明の第１実施形態にかかる実装機を示す平面図である。 第１実施形態に適用された実装機本体を示す斜視図である。 第１実施形態の実装機における部品撮像装置の制御系を示すブロック図である。 第１実施形態の実装機に適用されたＴＤＩセンサの読取動作を説明するためのブロック図である。 第１実施形態に適用された部品撮像装置を概略的に示す斜視図である。 第１実施形態の部品撮像装置における回路構成図である。 第１実施形態の部品撮像処理におけるデータ処理動作を説明するためのブロック図である。 第１実施形態に実装機におけるヘッドユニットを概略的に示す斜視図である。 第１実施形態に実装機における部品撮像動作を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の実装機における部品撮像動作のカメラゲインと画像データとの関係を示すグラフである。 第１実施形態の部品撮像処理において処理される各種のデータを模式化して示す図であって、同図（ａ）は照明が明るい場合の図、同図（ｂ）は照明が暗い場合の図である。 第１実施形態の実装機において部品種毎に照明の明るさを変更する場合における部品の撮像エリア通過期間と照明の明るさをとの関係を示すグラフである。 この発明の変形例である実装機の部品撮像装置における回路構成図である。 この発明の第２実施形態にかかる実装機を示す平面図である。 第２実施形態の実装機におけるヘッドユニット周辺を示す正面図である。 第２実施形態の実装機におけるヘッドユニットの側面断面図である。

符号の説明

１４ ヘッドユニット
４１ ヘッド
７，７ａ，７ｂ 部品撮像装置
７１，７１ａ，７２ｂ ＴＤＩセンサ（蓄積型ラインセンサ）
７２ ラインセンサ
８２２ 可変ゲインアンプ
Ｅ 部品
Ｍ１，Ｍ２ 実装機
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 部品を基板上に実装する実装機であって、
   部品をピックアップするヘッドと、
   ヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
   ヘッドにピックアップされた部品に対し相対移動させつつ、部品を撮像する撮像手段と、を備え、
   撮像手段が、複数段のラインセンサによって電荷を蓄積する蓄積型ラインセンサによって構成されたことを特徴とする実装機。
2. 設定されたゲインに基づいて、撮像手段によって得られる部品の撮像データの出力値を調整する可変ゲインアンプと、
   可変ゲインアンプに設定されるゲインを、撮像される部品の種類毎に変更するゲイン変更手段と、を備えた請求項１に記載の実装機。
3. 複数のヘッドが設けられたヘッドユニットを備え、
   ヘッドユニットを撮像手段に対し相対移動させて、各ヘッドにピックアップされた部品を順次連続的に撮像するようにした請求項１または２に記載の実装機。
4. 複数段のラインセンサの並列方向に沿って部品を一方向に相対移動させつつ撮像する一方向撮像処理と、他方向に相対移動させつつ撮像する他方向撮像処理とを行う撮像制御手段と、
   撮像手段からの撮像データを処理してデジタルデータに変換するデータ処理手段と、を備え、
   一方向撮像処理によって得られる撮像データと、他方向撮像処理によって得られる撮像データとを、同一のデータ処理手段によって処理するようにした請求項１〜３のいずれかに記載の実装機。
5. ヘッドが設けられたヘッドユニットを備え、
   撮像手段がヘッドユニットに移動自在に設けられ、
   撮像手段をヘッドユニットに対し移動させつつ、その撮像手段により部品を撮像するようにした請求項１〜４のいずれかに記載の実装機。
6. 撮像手段が、部品の下面を撮像する部品下面撮像手段と、部品の側面を撮像する部品側面撮像手段とを備える請求項１〜５のいずれかに記載の実装機。
7. ヘッドにより部品をピックアップして基板上に実装するに際して、撮像手段によってヘッドにピックアップされた部品を撮像する実装機の部品撮像方法であって、
   撮像手段として、並列に配置された複数段のラインセンサによって電荷を蓄積する蓄積型ラインセンサを準備しておき、
   ヘッドにピックアップされた部品を撮像手段に対し相対移動させつつ、撮像することを特徴とする実装機の部品撮像方法。
8. 実装機は、ヘッドが設けられ、かつ撮像手段が移動自在に設けられたヘッドユニットを備え、
   部品をピックアップした後、ヘッドを基板位置に移動させる際に、撮像手段をヘッドユニットに対し移動させつつ、その撮像手段により部品を撮像するようにした請求項７に記載の実装機の部品撮像方法。

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