JP2009004448A - 部品認識装置、表面実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】画質不良等を生じさせることなく、単一の受光カメラで部品を２方向から撮影することを目的とする。
【解決手段】実装ヘッド６に保持された電子部品２を集光レンズ２５とイメージセンサ２８とからなる単一の受光カメラ２０により撮影し、得られた画像に基づいて前記電子部品２の保持状態を認識する部品認識装置８であって、電子部品２の表面から第一方向に出た第一光線Ｌ１、第二方向に出た第二光線Ｌ２を集光レンズ２５に入射させつつイメージセンサ２８により受光して電子部品２の第一画像、第二画像を撮像する構成であるとともに、第一光線Ｌ１、第二光線Ｌ２のうち、集光レンズ２５に達するまでの幾何学的な光路長が短い側の光線を受光して得られる画像がピントが合った画像となるように受光カメラ２０を配置する一方、幾何学的な光路長が長い側の光線の光路上に屈折率が１以上の媒質Ｂを設けて当該幾何学的な光路長が長い側の光線を境界面で屈折させつつ媒質内部を透過させることにより、他方側の画像についてもピントが合った画像となるように設定した。
【選択図】図３

Description

本発明は、部品認識装置、及び部品認識装置を備えた表面実装機に関する。

従来より、部品供給装置を通じて供給される電子部品を吸着ノズルにより吸着して、基板上に実装する表面実装機が広く知られている。係る表面実装機においては、カメラを主体とする部品認識装置を搭載しており、吸着ノズルに吸着保持された部品の姿勢を認識して検査する構成をとっている。

この種の部品認識装置では、部品の姿勢をより確実に認識するため、撮像用のカメラを２つ専用に設けて、２方向から部品を撮影するものがある。しかし、カメラを２つ設けると部品点数が増加し、更には部品認識装置の大型化を招く。そこで、被写体（部品）から出た２つの光線を反射鏡等を用いて共通のカメラに入光させることで、単一カメラで部品を２方向から撮影する試みがされている（下記特許文献参照）。
特許第３１３６５５９号

ところで、カメラはレンズによる結像作用を利用して像面上に被写体の像を形成させて撮影を行うから、ピントが合うように被写体（部品）の位置とカメラの位置を設定する必要がある。

一方、上記特許文献のものは、被写体（部品）から出た２つの光線を反射鏡等を用いて共通のカメラに入光させているが、この場合、一方の光線の光路長（レンズまでの幾何学距離）と、他方の光線の光路長が通常は異なる長さになる。すると、一方にピントが合うようにカメラを配置すると、他方ではピントが合わなくなり、部品を認識するに足る画像を取得できない恐れがあった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、画質不良等を生じさせることなく、単一の受光カメラで部品を２方向から撮影することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の部品認識装置は、基台上を水平移動可能とされた実装ヘッドに保持された電子部品を集光レンズとイメージセンサとからなる単一の受光カメラにより撮影し、得られた画像に基づいて前記電子部品の保持状態を認識する部品認識装置であって、前記電子部品の表面から第一方向に出た第一光線、或いはバックライトより第一方向に出て前記電子部品の周囲を通過した第一光線を前記集光レンズに導く第一導光手段、又は、前記電子部品の表面から第二方向に出た第二光線、或いはバックライトより第二方向に出て前記電子部品の周囲を通過した第二光線を前記集光レンズに導く第二導光手段のうち、少なくともいずれか一方の導光手段を備え、前記第一光線を前記集光レンズに入射させつつ前記イメージセンサにより受光して前記電子部品の第一画像を撮像し、前記第二光線を前記集光レンズに入射させつつ前記イメージセンサにより受光して前記電子部品の第二画像を撮像する構成であるとともに、前記第一光線、前記第二光線のうち、前記集光レンズに達するまでの幾何学的な光路長が短い側の光線を受光して得られる画像がピントが合った画像となるように前記受光カメラを配置する一方、幾何学的な光路長が長い側の光線の光路上に屈折率が１以上の媒質を設けて当該幾何学的な光路長が長い側の光線を境界面で屈折させつつ前記媒質内部を透過させることにより、他方側の画像についてもピントが合った画像となるように設定したところに特徴を有する。

尚、ここで言う「ピントが合う」とは、以下のいずれかの状態を意味するものである。
（一）イメージセンサの像面から出て集光レンズに入射した光が被写体側の物体面上で像を結び、かつ被写体側の物体面から出て集光レンズに入射した光がイメージセンサの像面上で像を結ぶ状態
（二）イメージセンサの像面から出て集光レンズに入射した光が被写体側の物体面上で像を結び、かつバックライトから出て被写体の周囲を通過しつつ集光レンズに入射した光がイメージセンサの像面上で像を結ぶ状態

本発明の実施態様として以下の構成が好ましい。
・前記第一光線と、前記第二光線とを前記集光レンズに時間をずらして入射させ、前記イメージセンサによる両光線の受光を、時間を前後して行う構成とする。このような構成としておけば、所望の部品画像が得られる。

・前記電子部品と前記部品認識装置とを相対移動させつつ前記電子部品の第一画像と第二画像を前記受光カメラによって撮影するものであって、前記第一導光手段と前記第二導光手段とを前記相対移動方向に一定距離離して配置し、前記相対移動する電子部品が前記第一導光手段に対応する位置を通過する通過タイミングに合わせて前記受光カメラにより電子部品の第一画像を撮影し、前記相対移動する電子部品が前記第二導光手段に対応する位置を通過する通過タイミングに合わせて前記受光カメラにより電子部品の第二画像を撮影する構成とする。このような構成としておけば、電子部品と部品認識装置を相対移動させるだけで、電子部品の第一画像と、第二画像を順に撮影できる。

・前記相対移動する電子部品の移動経路の下方に前記第一導光手段を配置する一方、前記相対移動する電子部品の移動経路を挟んで前記第二導光手段と、前記バックライトとを対向配置するとともに、前記相対移動する電子部品の下面から出て下方に向かう前記第一光線を前記第一導光手段を介して前記受光カメラに入光させて前記電子部品の第一画像を撮影し、前記バックライトより照射され前記移動経路を横切りつつ進んで前記相対移動する電子部品の周囲を通過する前記第二光線を前記第二導光手段を介して前記受光カメラに入光させて前記電子部品の第二画像を撮影する。このような構成としておけば、電子部品の第一画像（電子部品を下側から写した画像）に基づいて電子部品の吸着誤差が検査できるし、また電子部品の第二画像（電子部品を側方から写した画像であって、部品外形を影として写した画像）に基づいて電子部品の吸着不良（いわゆるチップ立ちなど）が検査できる。

・前記媒質はプリズムであり、前記導光手段を兼用する。このようにしておけば、ピント合わせを行うための媒質をそれ専用に設ける必要がなく、部品認識装置を小型化できる。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の表面実装機は、基台と、実装対象の基板を基台上に搬入する基板搬送手段と、前記基台上に設けられ、電子部品の供給を行う部品供給部と、前記電子部品の保持機能を有し、前記部品供給部を通じて供給される前記電子部品を基板上に実装する実装動作を行う実装ヘッドと、前記実装ヘッドが設けられるヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを前記基台上において水平移動させるヘッド駆動装置と、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載された部品認識装置と、を備えたところに特徴を有する。

本発明の実施態様として以下の構成が好ましい。
・前記ヘッドユニットに前記実装ヘッドが列をなして複数個設置されたものにおいて、前記部品認識装置を前記ヘッドユニットに前記実装ヘッドの並び方向に移動可能に取り付ける構成とする。このようにしておけば、取り出した電子部品を基板に運ぶ時間を利用して、スキャン動作（電子部品の撮影）を実行できるから、スキャン動作を行う時間をそれ専用に設ける必要がなく、部品実装処理を効率的に進めることが可能となる。

本発明の部品認識装置によれば、電子部品の第一画像と第二画像を単一の受光カメラにより撮影しつつも、両画像についていわゆるピンボケのない鮮明な画像を取得できる。従って、電子部品の保持状態を正しく認識できると共に、得られた認識結果を電子部品の実装処理に反映させることで緻密な部品実装処理が実施可能となる。

本発明の理解を容易とするため、本発明を端的に表した例を冒頭で説明し、その後、本発明の部品認識装置８を搭載した表面実装機１の具体的な構成を説明するものとする。

図１に示す符号Ｗは被写体としての電子部品、符号２０は受光カメラ、符号２５は集光レンズ、符号２８はイメージセンサ、符号２０５は導光手段としての反射鏡である。尚、以下の説明（反射画像の説明）において「ピントが合う」とは、イメージセンサ２８の像面から出て集光レンズ２５に入射した光が被写体側の物体面上で像を結び、かつ被写体側の物体面から出て集光レンズ２５に入射した光がイメージセンサ２８の像面上で像を結ぶ状態を意味するものとする。また、像を結ぶ点を結像点Ｐと呼ぶものとする。

図１では、電子部品Ｗの第一部品面Ｗ１から水平（第一方向）に出た第一光線Ｌ１を集光レンズ２５に直接入射させる一方、第二部品面Ｗ２から下向き（第二方向）に出た第二光線Ｌ２については反射鏡２０５を介して集光レンズ２５に入射させており、両光線Ｌ１、Ｌ２が集光レンズ２５に達するまでの幾何学的な光路長Ｆが互いに異なっている。

そのため、部品面Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方にピントを合わせるように受光カメラ２０を配置すると、他方側ではピントが合わない状態となる。

例えば、図２では光路長Ｆの短い第一部品面Ｗ１にピントが合うように受光カメラ２０の位置（光線中心Ｌｏ上の配置）を決めているが、この場合、図２の（ａ）に示すように第一部品面Ｗ１側では結像点Ｐが部品面上に一致するものの、光路長Ｆの長い第二部品面Ｗ２側では、図２の（ｂ）に示すように第二部品面Ｗ２より手前側に結像点Ｐが出来てしまう。

このような場合、ピントの合った第一部品面Ｗ１については鮮明な部品画像が得られるが、第二部品面Ｗ２についてはいわゆるピンボケ状態となる可能性が高い。

尚、上記例とは反対に、光路長Ｆの長い第二部品面Ｗ２側にピントを合わせてカメラ２０の位置を決めた場合、光路長Ｆの短い第一部品面Ｗ１側では部品面Ｗ１の奥側に結像点Ｐができるので、やはり、ピンボケ状態となる。

そこで、本部品認識装置では、第一光線Ｌ１を受光して得られる第一画像、第二光線Ｌ２を受光して得られる第二画像の双方についてピントが合った鮮明画像が得られるように、以下の２つの構成をとっている。
（１）第一光線Ｌ１、第二光線Ｌ２のうち、集光レンズ２５に達するまでの幾何学的な光路長Ｆが短い側の光線を受光して得られる画像がピントが合った画像となるように受光カメラ２０を配置する構成とする。
（２）幾何学的な光路長Ｆが長い側の光線の光路上に屈折率が１以上の媒質Ｂを設け、光線を境界面Ｂ１、Ｂ２で屈折させつつ当該媒質内部を透過させる構成とする。

上記構成の作用について説明する。まず、上記（１）の構成とした場合、光路長Ｆの長い光線Ｌ２側では、図２にて示したように部品面Ｗ２の手前側に結像点Ｐができる。

しかし、上記（２）の構成を適用すると、図３に示すように媒質Ｂの境界面Ｂ１、Ｂ２で光線Ｌ２が屈折を起こす。すると、この屈折により光線Ｌ２は屈折なく直進した場合に比べて、遠くで像を結ぶこととなる（図３の例ではＰ’）。

係る結像点Ｐの変化量Δは図４に示す通りであり、その値は媒質Ｂの屈折率ｎの大きさと、媒質Ｂの全長Ｄにより一義的に定まる。

Δ：結像点Ｐの変化量
Ｄ：媒質Ｂの全長
ｋ：媒質Ｂの屈折率ｎの逆数

従って、部品面Ｗ２に対する結像点Ｐのずれ分が相殺されるように媒質Ｂの材質、全長を設定することで、光路長の長い光線Ｌ２側についてもピントを合わせることが可能となる。このようにすれば、第一光線Ｌ１を受光して得られる第一画像、第二光線Ｌ２を受光して得られる第二画像の双方についてピントが合った状態となり、両画像とも鮮明画像を得ることが可能となる。

以上、図１〜図３に基づき、撮像により被写体側の２つの部品面Ｗ１、Ｗ２の反射画像を得る場合を説明したが、異なる２つの方向から被写体に光（例えば、平行光）を当て各透過画像を得る場合も同じである。

図１において電子部品Ｗの左方にバックライトを設けて電子部品Ｗを左方から照らすと、光の一部は図１において水平に進み、電子部品Ｗの周囲を通過しつつ電子部品２の最外郭線（輪郭線）から出る。この光は上記第一光線Ｌ１と同様に集光レンズ２５に入射し、受光カメラ２０のイメージセンサ２８上に像を結ぶ。これにより、電子部品２の第一透過画像、すなわち電子部品２に対応する部分が影となって写された画像が得られる。

同様、図１において電子部品Ｗの上方にバックライトを設けると、光の一部は図１において下方に進み、電子部品Ｗの周囲を通過しつつ電子部品２の最外郭線（輪郭線）から出る。この光は第二光線Ｌ２と同様に反射鏡２０５で反射された後、集光レンズ２５に入射し、受光カメラ２０のイメージセンサ２８上に像を結ぶ。これにより、電子部品２の第二透過画像、すなわち電子部品２に対応する部分が影となって写された画像が得られる。この場合においても、両光線Ｌ１、Ｌ２の光路長Ｆに違いがあると、一方にピントを合わせると、他方ではピントが合わず他方の画像はピンボケ状態になる。

そのため、電子部品２の周囲を通過した両光線Ｌ１、Ｌ２のうち幾何学的な光路長が短い側の光線を受光して得られる画像がピントが合った画像となるように受光カメラ２０をまず配置する。その一方、幾何学的な光路長Ｆが長い側の光路上には、屈折率が１以上で所定長Ｄの媒質Ｂを設け、光線Ｌを境界面で屈折させつつ当該媒質内部を透過させる。このような設定することで、光路長Ｆの長い側の画像にもピントを合わせることが可能となり、２方向いずれの透過画像についても鮮明な画像を取得できる。

同様、一方で透過画像を、他方で反射画像を得る場合も、両光線Ｌ１、Ｌ２のうち幾何学的な光路長が短い側の光線を受光して得られる画像がピントが合った画像となるように受光カメラ２０を配置する一方、幾何学的な光路長Ｆが長い側の光路上に屈折率が１以上で全長が所定長Ｄの媒質Ｂを設けるようにする。これにより、透過画像、反射画像の双方について鮮明な画像を取得することが可能となる。

尚、本発明における「前記電子部品の表面から出た光線」と言うのは部品表面で散乱した光線のことを意味しており、係る光線を受光カメラ２０に入光させ撮影することで電子部品Ｗの反射画像が得られる。また、本発明における「バックライトより出て前記電子部品の周囲を通過した光線」を受光カメラ２０に入光させ撮影を行うことで電子部品の透過画像が得られる。

以下、図５ないし図１４を参照して、表面実装機１の具体的構成を説明する。表面実装機１は、電子部品２を基板３に実装する装置であって、図５、図６に示すように基台１ａ上に配置されて基板３を搬送する基板搬送手段４と、この基板搬送手段４の両側に配置され、複数の電子部品２を供給する部品供給部５と、基台１ａ上において部品供給部５と基板３との間を移動可能なヘッドユニット７と、ヘッドユニット７と共に基台１１ａ上を水平移動可能とされた実装ヘッド６と、実装ヘッド６に設けられ電子部品２を吸着可能な吸着ノズル６ａと、実装ヘッド６の吸着ノズル６ａに吸着された電子部品２を画像認識する部品認識装置８（図７）とを備えている。

上記基板搬送手段４は、基台１ａ上において基板３を図５の右側から左側へ搬送する一対のコンベア４ａ、４ａを有しており、このコンベア４ａ、４ａにより搬入された基板３は、所定の実装作業位置（同図に示す基板３の位置）で一旦停止させられ、ここで電子部品２が基板３に実装される。

上記部品供給部５は、基板搬送手段４の両側に配列された多数のテープフィーダ５ａを備えている。このテープフィーダ５ａは、詳しくは図示しないが、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品２を所定間隔おきに収納、保持したテープが巻回されたリールを有しており、このリールから電子部品２を間欠的に繰り出してヘッドユニット７の吸着ノズル６ａによりピックアップさせるように構成されている。

上記ヘッドユニット７は、これらテープフィーダ５ａからの電子部品２を吸着ノズル６ａにより吸着保持して基板３に搬送するものであり、本実施形態では、このヘッドユニット７にそれぞれ吸着ノズル６ａを備えた６本の実装ヘッド６がＸ軸方向（基板搬送手段４の搬送方向）に等間隔で列状に設けられている。

吸着ノズル６ａは、負圧発生装置（図示せず）に接続されることにより、ノズル先端に負圧状態を発生させ、この負圧吸着力により、電子部品２を着脱可能に吸着保持し得るように構成されている。また、吸着ノズル６ａは、それぞれ、ヘッドユニット７に対してノズル昇降駆動手段（図示せず）によりＺ軸方向に昇降可能に、かつ、ノズル回転駆動手段（図示せず）によりノズル中心軸回り（Ｒ軸回り）に回動可能に構成されている。

ここで、ノズル昇降駆動手段は、吸着もしくは装着を行う下降位置と、搬送や撮像を行う上昇位置との間で吸着ノズル６ａを昇降させるものであり、ノズル回転駆動手段は、吸着ノズル６ａを必要に応じて回転させて、電子部品２の姿勢を調整するものである。ノズル昇降駆動手段とノズル回転駆動手段は、それぞれサーボモータ（図示せず）と所定の動力伝達機構（図示せず）で構成されている。そして、ヘッドユニット７は、これらの吸着ノズル６ａで吸着された複数の電子部品２を部品供給部５と基板３との間で搬送し、基板３に実装する。そのため、このヘッドユニット７は、基台１ａの所定範囲に亘りＸ軸方向及びＹ軸方向（Ｘ軸方向と直交する方向）に移動可能となっている。

つまり、実装ヘッド支持部材７ａにはＸ軸方向に延びるＸ方向ボールねじ軸１２及びＸ方向ガイドレール（図示せず）が設けられ、ヘッドユニット７にはＸ方向ボールねじ軸１２と螺合するボールナット（図示せず）が設けられ、Ｘ方向ボールねじ軸１２がＸ軸サーボモータ１１によって回転駆動されることで、ヘッドユニット７が実装ヘッド支持部材７ａに対してＸ軸方向に駆動される。また、実装ヘッド支持部材７ａは、その両端部がＹ軸方向に延びる固定レール９によってＹ軸方向に移動可能に支持され、同じくＹ軸方向に延びるＹ方向ボールねじ軸１４と螺合するボールナット（図示せず）を備えている。これにより、実装ヘッド支持部材７ａは、Ｙ方向ボールねじ軸１４がＹ軸サーボモータ１３によって回転駆動されることで、基台１ａ上の所定範囲に亘ってＹ軸方向に駆動される。尚、これら各装置が、本発明のヘッド駆動装置に相当している。

上記部品認識装置８は電子部品２の保持状態、より具体的に言えば吸着ノズル６ａを介して部品供給部５から取り出された電子部品２の吸着姿勢を画像認識する光学系装置であり、図７〜図９に示すように受光カメラ２０、プリズム群３０及びこれらを支持する支持部材８ｆを主体として構成されている。

受光カメラ２０は集光レンズ２５と、集光レンズ２５により収束された光を受光して撮像信号に変換するイメージセンサ２８とから構成されている。イメージセンサ２８は受光素子を一次元状に配置したラインセンサ、二次元に配置したエリアセンサのいずれも適用可能であるが、本実施形態では一次元のラインセンサを用いた構成をとっている。係る受光カメラ２０は支持部材８ｆ上におけるＹ軸方向の奥側に配置されている。

プリズム群３０はＸ軸方向に並ぶ３枚のプリズム３１、３３、３７から構成されており、支持部材８ｆ上においてＹ軸方向の手前側の端寄りの位置に配置されている。以下、プリズム３１を第一プリズム、プリズム３３を第二プリズム、プリズム３７を第三プリズムと呼ぶものとする。

第一プリズム３１は本発明の「第一導光手段」に相当するものであって、Ｙ軸方向に長い横長な形状をなしており、図８において紙面上側にあたる支持部材８ｆの側部に設置されている。第三プリズム３７は三角柱状をなしており、受光カメラ２０の正面に配置されている。

第二プリズム３３は本発明の「第二導光手段」としての機能、「媒体」としての機能の両機能を担うものであって、第一プリズム３１と第三プリズム３７の間において、図８に示すように第三プリズム３７に寄せて配置されており、第一プリズム３１に対して一定距離を隔てる配置となっている。係る第二プリズム３３はＹ軸方向の長さが第一プリズム３１、第三プリズム３７の約半分程度の長さとされ、支持部材８ｆ上にたて向きに配置されている。

また、図８、図９に示すように支持部材８ｆ上には、第一プリズム３１に対応して第一照明体４１と、第二プリズム３３に対応して第二照明体（本発明の「バックライト」に相当）４３とが設けられている（図７上は省略）。

第一照明体４１はいわゆる反射タイプの照明であって、後述するスキャン動作の際に、電子部品２を斜め下方より照らすものである。また、第二照明体４３は第二プリズム３２とＹ軸方向に向かい合って配置されており、スキャン動作の際に、電子部品２をＹ軸方向の奥側から照らすものである。

上記受光カメラ２０、プリズム群３０、照明体４１、４３を支持した支持部材８ｆは図９に示すように、取付具８ｄを介してヘッドユニット７に取り付けられている。

そして、取付具８ｄとヘッドユニット７のジョイント部には、ボールナット（不図示）とボール螺子８ｅとからなるボール螺子機構が組み込まれており、不図示のサーボモータを駆動させると、ボールナットとボール螺子８ｅの作用により、支持部材８ｆを含む部品認識装置８の全体が図９の位置関係を保持しつつ、ヘッドユニット７上をＸ軸方向（図９の紙面直交方向）に移動して、スキャン動作（電子部品２の撮影）を行う構成となっている。

尚、図９の位置関係というのは、ヘッドユニット７に設けられた吸着ノズル６ａの真下に第一、第三プリズム３１、３７が位置し、吸着ノズル６ａから見てＹ軸方向手前に第二プリズム３３が位置する位置関係のことである。

では、上記受光カメラ２０、プリズム群３０による具体的なスキャン動作（撮影動作）について説明する。本実施形態では、部品認識装置８の初期位置は図６に示す位置（ヘッドユニット７のＸ軸方向右端の位置）に設定されており、スキャン動作が開始されると、部品認識装置８はヘッドユニット７上を図６の左側に水平移動する。

これにより、一列状に並ぶ吸着ノズル６ａに対してプリズム群３０が次第に接近してゆき、やがて、第一プリズム３１が先頭に位置する吸着ノズル６ａの下方に至る。すると、図１０、図１１に示すように、第一プリズム３１が吸着ノズル６ａの下方を通過する通過タイミングに合わせて、第一照明体４１がパルス点灯される。

これにより、第一照明体４１から照明光が出射され、電子部品２の下面が照らされる。すると、光の散乱により部品下面から下向きに第一光線Ｌ１が出る。係る第一光線Ｌ１は第一プリズム３１の表面３２で第三プリズム３７側にあたる図１０の下側に反射される。

反射された第一光線Ｌ１は第二プリズム３３の側方を通過しつつ、第三プリズム３７の表面３８で再び反射され、受光カメラ２０に向かう。その後、第一光線Ｌ１は集光レンズ２５により収束されつつ、ラインセンサ２８上に入光する。尚、図１１では、光線Ｌ１の光路を解り易くするため第二プリズム３３を省略してある。

そして、第一光線Ｌ１の入光後、ラインセンサ２８から所定のタイミングで撮像信号が読み出され、電子部品２の１次元的な線状画像が取得される。

係る撮影処理を電子部品２が第一プリズム３１の上方を通過するときに、複数回連続的に行うことで、Ｘ軸方向に位置を少しずつ異ならせた電子部品２の線状画像が取得されるから、これらをＸ軸方向に並べて二次元化することで電子部品２の二次元反射画像が得られる構成となっている（下面画像の取得）。

その後、スキャン動作が更に進むと、第一プリズム３１は先頭に位置する吸着ノズル６ａを通過し、今度は第二プリズム３３が先頭に位置する吸着ノズル６ａに接近してゆく。すると、図１２、図１３に示すように、第二プリズム３３が吸着ノズル６ａの左側方を通過する通過タイミングに合わせて、第二照明体４３がパルス点灯される。

これにより、電子部品２は照明光によりＹ軸方向の奥側から照らされる。そして、電子部品２をＹ軸方向奥側から照らす光線（第二照明体４３より発せられた光）は、その後、部品側面の周囲を通過しつつ部品側面の最外郭線より出てＹ軸方向手前に進む（以下、第二光線）。係る第二光線Ｌ２は第二プリズム３３の内部に一旦入り、プリズム３３内を進む。そして、第二プリズム３３の表面３４、３５にて２度反射して、第二プリズム３３を抜ける。

第二プリズム３３を抜けた第二光線Ｌ２は第三プリズム３７の表面３８で再び反射された後、集光レンズ２５に入射し、その後、ラインセンサ２８上に入光する。尚、図１３では、光線Ｌ２の光路を解り易くするため第一プリズム３１を省略してある。

そして、第二光線Ｌ２の入光後、ラインセンサ２８から所定のタイミングで撮像信号が読み出され、電子部品２の最外郭線（輪郭線）を影として写した１次元的な線状画像が取得される。

係る撮影処理を電子部品２が第二プリズム３３の側方（図１２において右側方）を通過するときに複数回連続的に行うことで、Ｘ軸方向に位置を少しずつ異ならせた電子部品２の線状画像が取得されるから、これらをＸ軸方向に並べて二次元化することで電子部品２の最外郭線を影として写した二次元透過画像が得られる構成となっている（側方画像の取得）。

このように、本実施形態のものは、吸着ノズル６ａが第一プリズム３１上を通過するタイミングに合わせて第一回目の撮影（すなわち下面画像の撮影）を行い、吸着ノズル６ａが第二プリズム３３の右側方を通過するタイミングに合わせて第二回目の撮影（すなわち側方画像の撮影）を行っている。

上記により、本発明の「前記第一光線と前記第二光線とを前記集光レンズに時間をずらして入射させ、前記イメージセンサによる両光線の受光を時間を前後して行う」が実現されている。

そして、プリズム群３０が一列状に並ぶ各吸着ノズル６ａを通過する都度、上記要領で電子部品２の撮影をなされる結果、図６に示す初期位置にある部品認識装置８がヘッドユニット７の反対側まで移動完了したときには、全吸着ノズル６ａについて、それに保持された電子部品２の下面画像並びに側方画像が取得されることとなる。

尚、本例では第一光線Ｌ１の幾何学的な光路長が、第二光線Ｌ２の幾何学的な光路長より短い。そのため、電子部品２の下面にピントが合うように受光カメラ２０の位置を設定するとともに、幾何学的な光路長が長い第二光線Ｌ２については、本発明の「媒体」として機能する第二プリズム３３の内部を透過させている。これにより、第二光線Ｌ２が第二プリズム３３を出入りする両境界面３３ａ、３３ｂにて光の屈折が生じてピントのずれが相殺される結果、電子部品２の側方画像についてもピントが合う状態となる。そのため、電子部品２の下面画像、側方画像共に、部品を認識するに足る鮮明な画像を取得することができる。

また、上記では部品認識装置８を移動側として説明を行ったが、言い換えれば、本スキャン動作により電子部品２が部品認識装置８に対して図８に示す移動経路Ｒ上を相対移動するとも言える。すなわち、本発明の「前記相対移動する電子部品の移動経路（ここでは、Ｒ）の下方に前記第一導光手段（ここでは、第一プリズム３１）を配置する一方、前記相対移動する電子部品の移動経路（ここでは、Ｒ）を挟んで前記第二導光手段（ここでは、第二プリズム３３）と、前記バックライト（ここでは、照明体４３）とを対向配置するとともに、前記相対移動する電子部品の下面から出て下方に向かう前記第一光線（ここでは、Ｌ１）を前記第一導光手段（ここでは、第一プリズム３１）を介して前記受光カメラ（ここでは、受光カメラ２０）に入光させて前記電子部品の第一画像（ここでは、下面画像）を撮影し、前記バックライト（ここでは、照明体４３）より照射され前記移動経路（ここでは、Ｒ）を横切りつつ進んで前記相対移動する電子部品の周囲を通過する前記第二光線（ここでは、Ｌ２）を前記第二導光手段（ここでは、第二プリズム３３）を介して前記受光カメラ（ここでは、受光カメラ２０）に入光させて前記電子部品の第二画像（ここでは、側方画像）を撮影する」構成が上記により実現されている。

次に、図１４を参照して表面実装機１の制御装置１００について説明する。制御装置１００は主制御部１１０、軸制御部１２０、照明制御部１３０、画像処理部１４０を備えている。

上記主制御部１１０は、実装機１の動作を統括的に制御するもので、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等を予め記憶するＲＯＭ及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。この主制御部１１０は、予め記憶されているプログラムに従って、基板搬送手段４、部品供給部５、実装ヘッド６、ヘッドユニット７、部品認識装置８等の各機器を制御するものである。

上記軸制御部１２０は主制御部１１０との間で制御信号を受け渡しすることで、Ｘ軸サーボモータ１１、Ｙ軸サーボモータ１３、部品認識装置８を水平移動させるサーボモータ等の駆動を制御する機能を担うものである。

上記照明制御部１３０は主制御部１１０から出力される制御信号に基づいて、第一照明体４１、第二照明体４３を所定のタイミングでパルス点灯させる機能を担うものである。

上記画像処理部１４０は主制御部１１０から出力される制御信号に基づいて、受光カメラ２０より所定のタイミングで撮像信号の読み出しを行うと共に、読み出した撮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１１０に出力する機能を担うものである。

次に、表面実装機１による電子部品２の実装動作を簡単に説明する。まず、実装対象の基板３はコンベア４ａ、４ａを介して、入り口側となる図５に示す右側から基台１ａ上に搬入される。そして、搬入された基板３は、基台中央まで運ばれたところで不図示のストッパに当接し、図５において二点鎖線で示す実装作業位置に停止される。

そして、上記した基板３の搬入作業と並行して、実装対象の電子部品２を部品供給部５から取り出す処理が行われる。

すなわち、ヘッドユニット７を部品供給部５の上方へと移動させる処理が行われ、ヘッドユニット７に設けられる実装ヘッド６がテープフィーダ５ａの前部に設定される部品供給位置の上方にセットされる。

その後、実装ヘッド６を下降させつつ、所定のタイミングでヘッド先端の吸着ノズル６ａに負圧が供給される。これにより、吸着ノズル６ａにより部品供給位置上の電子部品２が吸着保持される。その後、実装ヘッド６を上昇させることで、電子部品２を部品供給位置から取り出すことができる。

そして、全実装ヘッド６による電子部品２の取り出し作業が完了すると、ヘッドユニット７は取り出した電子部品２を実装するべく、基板３の上方に移動を始める。

そして、取り出した電子部品２を基板３の上方に移動させる過程で、先に説明した部品認識装置８によるスキャン動作が実行され、各実装ヘッド（吸着ノズル６ａ）６に吸着保持された各電子部品２の下面画像、側方画像が取得される。

これら各電子部品２の下面画像の画像データ、側方画像の画像データは主制御部１１０へと取り込まれる。すると、主制御部１１０では取り込まれた画像データに基づいて、以下の処理が行われる。

まず、電子部品２の側方画像の画像データにより、いわゆるチップ立ち等の吸着不良の有無が検査される。そして、吸着不良がないと判定されると、次に、電子部品２の下面画像の画像データに基づいて電子部品２の吸着ずれ量（吸着誤差）が算出される。

これら吸着不良の判定、吸着ずれ量の算出は、各実装ヘッド６について、それぞれ個別に行われる。そして、ヘッドユニット７を介して電子部品２を基板３上に移動させる移動動作中、算出された吸着ずれ量に基づいて各実装ヘッド６ごとに電子部品２の吸着位置ずれを補正する処理がそれぞれ個別に行われる。

そして、電子部品２が所定の部品装着位置に達したところで、実装ヘッド６の昇降が行われ、この昇降に伴い電子部品２が基板３上に実装される。上記実装動作が繰り返し行われ、全電子部品２が基板３上に全て実装されると、実装処理は完了する。

その後、実装処理を完了した基板３は、コンベア４ａ、４ａを介して、出口側となる図５に示す左側から機外に搬出される。

尚、上記では電子部品２に吸着不良がなかったものとして説明を行ったが、電子部品２に吸着不良があれば、それに応じたエラー処理、すなわち、当該電子部品２を廃棄させる処理が行われることとなる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本表面実装機１によれば、電子部品２の下面画像、側方画像の２画像に基づいて電子部品２を認識している。従って、電子部品２の姿勢を正確に認識できる。

また、単一の受光カメラ２０で電子部品２の下面画像、側方画像の両画像を共に撮像しているが、これら下面画像、側方画像を形成する両光線Ｌ１、Ｌ２の幾何学的な光路長Ｆが互いに異なっている。この点、本実施形態では上述した（１）、（２）の構成を適用してピント調整してあるから、単一の受光カメラ２０により電子部品２の下面画像、側方画像の双方の画像を取得しつつも、両画像についていわゆるピンボケのない鮮明な画像を取得できる。

加えて、本実施形態のものは、受光カメラ２０のラインセンサ２８を時間的に区分して使用しており、電子部品２の下面画像を形成する第一光線Ｌ１がラインセンサ２８上に入光するタイミングと、電子部品２の側方画像を形成する第二光線Ｌ２がラインセンサ２８上に入光するタイミングが時間的に重ならない設定となっている。このような構成としておけば、光の干渉等が生じず、より鮮明な画像が取得できる。

また、本実施形態では、部品認識装置８をヘッドユニット７にスライド可能に搭載しており、電子部品２を部品供給部５から基板３に運ぶ時間を利用して、スキャン動作を実行している。このような構成であれば、スキャン動作を行う時間をそれ専用に設ける必要がなく、部品実装処理を効率的に進めることが可能となる。

また、本実施形態では、第二プリズム３３が本発明の導光手段としての機能、媒質としての機能の双方を兼用している。このような構成であれば、ピント合わせを行うための媒質をそれ専用に設ける必要がなく、部品認識装置８を小型化できる。

また、本実施形態では、イメージセンサ２８に一次元のラインセンサを用いている。ラインセンサであれば安価であり、また、エリアセンサに比べて画素数が格段に少なく信号処理を高速で行うことができるから、ある程度スキャン速度が速くても、それに対応できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、部品認識装置８をヘッドユニット７上に搭載したが、部品認識装置８の設置場所は電子部品２の撮影が可能な場所であれば特に制約はなく、例えば、基台１ａ上に固定的に設置してもよい。尚、この場合に電子部品２の撮影を行うには、ヘッドユニット７を介して一列状に並ぶ各実装ヘッド６を部品認識装置８上において移動させてやればよく、これにより、各実装ヘッド６に保持された電子部品２が部品認識装置８のプリズム群３０を順次横切るから、そのタイミングに合わせて撮影を行ってやれば、本実施形態の場合と同様に各電子部品２の下面画像、側方画像を簡単に取得できる。

（２）上記実施形態では、第一プリズム３１、第二プリズム３３、第三プリズム３７の３枚のプリズムを用いて第一光線Ｌ１、第二光線Ｌ２の双方の光線を受光カメラ２０に導く構成をとったが、第一プリズム３１、第三プリズム３７については、光を透過させる必要がないので反射ミラー等で代用することができる。

（３）上記実施形態では、電子部品２の下面画像を反射画像とし、電子部品２の側方画像を透過画像としたが、反射／透過のパターンは、本実施形態の例に限定されるものではなく、他の組み合わせとすることも無論可能である。例えば、下面画像、側方画像の双方を反射画像、或いは透過画像としてもよい。

第一光線、第二光線の光路を示す光路図 光路長の短い第一光線側にピントが合っており、光路長の長い第二光線側にはピントが合っていない状態を示す図 光路長の長い第二光線の光路中に媒体を挿入することで、第一光線、第二光線の双方についてピントが合った状態を示す図 境界面で光線が屈折する様子を示す図 表面実装機の平面図 ヘッドユニットの支持構成を示す図 部品認識装置の外観構成を示す斜視図 部品認識装置の平面図 図６中のＣ−Ｃ線断面図 第一光線の光路を示す平面図 同じく第一光線の光路を示す斜視図 第二光線の光路を示す平面図 同じく第二光線の光路を示す斜視図 表面実装機の電気的構成を示すブロック図

符号の説明

１…表面実装機
２…電子部品
７…ヘッドユニット
８…部品認識装置
２０…受光カメラ
２５…集光レンズ
２８…イメージセンサ
３０…プリズム群
３１…第一プリズム（本発明の「第一導光手段」に相当）
３３…第二プリズム（本発明の「第ニ導光手段」、「媒体」に相当）
３７…第三プリズム
Ｌ１…第一光線
Ｌ２…第二光線

Claims (7)

1. 基台上を水平移動可能とされた実装ヘッドに保持された電子部品を集光レンズとイメージセンサとからなる単一の受光カメラにより撮影し、得られた画像に基づいて前記電子部品の保持状態を認識する部品認識装置であって、
   前記電子部品の表面から第一方向に出た第一光線、或いはバックライトより第一方向に出て前記電子部品の周囲を通過した第一光線を前記集光レンズに導く第一導光手段又は、
   前記電子部品の表面から第二方向に出た第二光線、或いはバックライトより第二方向に出て前記電子部品の周囲を通過した第二光線を前記集光レンズに導く第二導光手段のうち、少なくともいずれか一方の導光手段を備え、
   前記第一光線を前記集光レンズに入射させつつ前記イメージセンサにより受光して前記電子部品の第一画像を撮像し、
   前記第二光線を前記集光レンズに入射させつつ前記イメージセンサにより受光して前記電子部品の第二画像を撮像する構成であるとともに、
   前記第一光線、前記第二光線のうち、前記集光レンズに達するまでの幾何学的な光路長が短い側の光線を受光して得られる画像がピントが合った画像となるように前記受光カメラを配置する一方、幾何学的な光路長が長い側の光線の光路上に屈折率が１以上の媒質を設けて当該幾何学的な光路長が長い側の光線を境界面で屈折させつつ前記媒質内部を透過させることにより、他方側の画像についてもピントが合った画像となるように設定したことを特徴とする部品認識装置。
2. 前記第一光線と、前記第二光線とを前記集光レンズに時間をずらして入射させ、前記イメージセンサによる両光線の受光を、時間を前後して行う構成としてあることを特徴とする請求項１に記載の部品認識装置。
3. 前記電子部品と前記部品認識装置とを相対移動させつつ前記電子部品の第一画像と第二画像を前記受光カメラによって撮影するものであって、
   前記第一導光手段と前記第二導光手段とを前記相対移動方向に一定距離離して配置し、
   前記相対移動する電子部品が前記第一導光手段に対応する位置を通過する通過タイミングに合わせて前記受光カメラにより電子部品の第一画像を撮影し、
   前記相対移動する電子部品が前記第二導光手段に対応する位置を通過する通過タイミングに合わせて前記受光カメラにより電子部品の第二画像を撮影する構成としてあることを特徴とする請求項２に記載の部品認識装置。
4. 前記相対移動する電子部品の移動経路の下方に前記第一導光手段を配置する一方、
   前記相対移動する電子部品の移動経路を挟んで前記第二導光手段と、前記バックライトとを対向配置するとともに、
   前記相対移動する電子部品の下面から出て下方に向かう前記第一光線を前記第一導光手段を介して前記受光カメラに入光させて前記電子部品の第一画像を撮影し、
   前記バックライトより照射され前記移動経路を横切りつつ進んで前記相対移動する電子部品の周囲を通過する前記第二光線を前記第二導光手段を介して前記受光カメラに入光させて前記電子部品の第二画像を撮影することを特徴とする請求項３に記載の部品認識装置。
5. 前記媒質はプリズムであり、前記導光手段を兼用していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の部品認識装置。
6. 基台と、
   実装対象の基板を基台上に搬入する基板搬送手段と、
   前記基台上に設けられ、電子部品の供給を行う部品供給部と、
   前記電子部品の保持機能を有し、前記部品供給部を通じて供給される前記電子部品を基板上に実装する実装動作を行う実装ヘッドと、
   前記実装ヘッドが設けられるヘッドユニットと、
   前記ヘッドユニットを前記基台上において水平移動させるヘッド駆動装置と、
   請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載された部品認識装置と、を備えたことを特徴とする表面実装機。
7. 前記ヘッドユニットに前記実装ヘッドが列をなして複数個設置されたものにおいて、前記部品認識装置を前記ヘッドユニットに対して前記実装ヘッドの並び方向に移動可能に取り付けたことを特徴とする請求項６に記載の表面実装機。

Images