JP2009302265A - ピックアップ手段選択装置及びピックアップ手段選択方法並びに部品高さ計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品実装機に供給される部品をピックアップするピックアップ手段（吸着ノズルやチャック等）を、予め準備（登録）されている複数種類のピックアップ手段の中から選択する際に、上面に凹凸がある部品についても、当該部品をピックアップ可能なピックアップ手段を正しく選択できるようにする。
【解決手段】ピックアップ対象となる部品の上面側から見た３次元画像を３次元画像取得手段により取得し、取得した部品の３次元画像に基づいて部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズを計測し、計測した平坦面部のサイズに基づいて複数種類のピックアップ手段の中から、部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択する。
【選択図】図４

Description

本発明は、部品の３次元画像に基づいて、使用するピックアップ手段（吸着ノズルやチャック等）の種類の選択や、部品の高さ情報の計測を行うピックアップ手段選択装置及び部品高さ計測装置に関する発明である。

テープフィーダやトレイフィーダ等によって部品実装機に供給される部品をピックアップ手段（吸着ノズルやチャック等）でピックアップする際に、部品のサイズや上面形状に応じてピックアップ手段の種類（吸着ノズルのノズル径やチャックの種類）を変更したり、部品高さ（厚み）に応じてピックアップ手段のピックアップ動作時の下降停止位置を変更する必要がある。従って、部品実装機の制御コンピュータには、予め、供給される部品の種類毎に、使用するピックアップ手段の種類や部品高さ情報を入力しておく必要がある。

従来のピックアップ手段の種類の選択方法は、予め、作業者が経験から判断して、部品のサイズやその上面形状に合わせて適切と思われるピックアップ手段を選択して制御コンピュータに手入力するようにしている。また、部品高さの計測方法は、作業者が計測器を用いて部品の高さ寸法を計測して制御コンピュータに手入力するようにしている。このため、作業者の判断ミス、計測ミス、入力ミスにより、間違ったピックアップ手段の種類を選択してしまったり、間違った部品高さ情報を入力してしまうことがあり、その結果、部品をピックアップできなかったり、ピックアップした部品が移動中に落下する等の問題が発生していた。

そこで、特許文献１（特開２００６−３３９５３１号公報）に記載されているように、データ記憶部に記憶されている部品ライブラリーから部品外形サイズ（部品の縦・横寸法と高さ寸法）を読み出して、部品外形サイズを複数種類の吸着ノズルのノズル径と比較して、当該部品を吸着可能なノズル径の吸着ノズルを選択するようにしたものがある。具体的には、吸着ノズル下端の吸着口全体が部品の吸着面（上面）に収まるノズル径の吸着ノズルを選択したり、或は、部品の体積又は重量が吸着ノズルの吸着能力よりも大きい場合に、当該吸着ノズルを選択対象から除外するようにしている。
特開２００６−３３９５３１号公報（第２頁、第８頁等参照）

ところで、吸着ノズルで吸着する部品は、上面全体が平坦な部品ばかりとは限らず、上面に凹凸がある部品もある。
上記特許文献１の技術では、部品外形サイズ（部品のＸＹ寸法）を複数種類の吸着ノズルのノズル径と比較して、部品外形サイズ内に収まるノズル径の吸着ノズルを選択するようにしているため、上面全体が平坦な部品については、当該部品を吸着可能な適切なノズル径の吸着ノズルを選択できるが、上面に凹凸がある部品については、部品外形サイズ内に収まるノズル径の吸着ノズルを選択しても、吸着ノズル下端の吸着口周縁と部品上面の凹部との間に隙間（バキューム漏れ）が生じて吸着ミスが発生したり、吸着ノズルの吸着力が低下して吸着ノズルに吸着し部品が移動中に落下する可能性があり、上面に凹凸がある部品については、適切な吸着ノズルを選択できるとは限らない。

また、作業者による部品高さの計測ミスや入力ミスの問題は、上記特許文献１の技術では解決できない。

そこで、本発明の第１の目的は、上面に凹凸がある部品についても、当該部品をピックアップ可能なピックアップ手段を正しく選択できるようにすることであり、また、第２の目的は、作業者による部品高さの計測ミスや入力ミスの問題を解決できるようにすることである。

上記第１の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、供給される部品のピックアップに使用するピックアップ手段を、予め準備されている複数種類のピックアップ手段の中から選択するピックアップ手段選択装置において、部品の上面側から見た３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、前記３次元画像取得手段で取得した部品の３次元画像に基づいて部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズを計測するサイズ計測手段と、前記サイズ計測手段で計測した平坦面部のサイズに基づいて前記複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択する選択手段とを備えた構成としたものである。

この構成によれば、部品の３次元画像に基づいて部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズを計測することで、上面全体が平坦な部品は勿論のこと、上面に凹凸がある部品についても、部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズに合わせて適切なピックアップ手段を選択することができるため、上面に凹凸がある部品についても、当該部品をピックアップ可能なピックアップ手段を正しく選択することができる。

この場合、請求項２のように、複数種類のピックアップ手段として、少なくともノズル径の異なる複数種類の吸着ノズルが含まれていても良いし、部品を掴むチャックや、その他の特殊なノズルが含まれていても良い。

ところで、部品の平坦面部のサイズのみから見れば、当該部品をピックアップ可能と判断できるピックアップ手段であっても、平坦面部の位置が片寄っていたり、部品が重すぎたり、部品外形サイズが大きすぎたりすると、ピックアップ不良が発生する可能性がある。

そこで、請求項３のように、サイズ計測手段で計測した平坦面部のサイズの他に、平坦面部の位置、部品の重さ、部品外形サイズの少なくとも１つを考慮して、複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択するようにしても良い。このようにすれば、部品の平坦面部の位置が片寄っていたり、部品が重すぎたり、部品外形サイズが大きすぎたりした場合でも、それらの事情を考慮して、より適切なピックアップ手段を選択することができる。

例えば、請求項４のように、複数種類のピックアップ手段として、少なくとも、吸着ノズルと、部品を掴むチャックが含まれるシステムにおいては、平坦面部の位置が部品の中心部から所定量以上ずれている場合には、部品のピックアップに使用するピックアップ手段としてチャックを選択するようにしても良い。このようにすれば、平坦面部の位置が部品の中心部から所定量以上ずれている部品については、吸着ノズルによる吸着では、吸着のバランスが悪く、吸着不良が発生しやすいと判断して、吸着ノズルを選択せず、チャックを選択して確実にピックアップすることができる。尚、上記所定量は、定数値として設定しても良いし、部品外径等に対する割合として設定しても良い。

また、請求項５のように、前記複数種類のピックアップ手段として、少なくとも、吸着ノズルと、部品を掴むチャックが含まれ、前記サイズ計測手段で計測した平坦面部のサイズの他に、平坦面部の位置、部品の重さ、部品外形サイズの少なくとも１つを考慮して、いずれかの吸着ノズルで吸着保持可能であるか否かを判定し、いずれの吸着ノズルでも吸着保持できないと判定した場合には、部品のピックアップに使用するピックアップ手段としてチャックを選択するようにしても良い。このようにすれば、吸着ノズルとチャックとを適切に使い分けることができる。

また、請求項６のように、部品の平坦面部の位置に基づいて吸着ノズルで吸着する位置を設定する吸着位置設定手段を備えた構成としても良い。例えば、上記方法で選択した吸着ノズルの下端の吸着口周縁全体が平坦面部に密着する範囲内で部品中心に最も近い位置を吸着ノズルの吸着位置に設定すれば良い。このようにすれば、吸着ノズルの吸着位置を部品の平坦面部の位置に応じた適切な位置に自動的に設定することができる。

尚、請求項７に係る発明は、請求項１に係る発明と同一の技術思想をカテゴリーの異なる「方法の発明」として記載したものである。

また、請求項８のように、ピックアップ手段でピックアップする部品の高さ情報を計測する部品高さ計測装置において、部品の３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、前記３次元画像取得手段で取得した部品の３次元画像に基づいて部品の高さ情報を計測する部品高さ計測手段とを備えた構成としても良い。この構成によれば、部品の３次元画像に基づいて部品の高さ情報を自動的に計測することができるため、従来技術における作業者による部品高さの計測ミスや入力ミスの問題を解決することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、ピックアップ手段選択装置のシステム構成（ハードウエア構成）を説明する。
図１に示すように、ホストコンピュータ１１は、３次元画像データ取込み装置１２を制御するための制御基板１３が装着されていると共に、３次元画像データ取込み装置１２を制御するプログラム（ソフトウエア）等が記憶装置（図示せず）にインストールされている。

一方、３次元画像データ取込み装置１２は、撮像対象物である部品を載置する台座１３と、台座１３を上下動させる移動機構１４と、台座１３の上方に位置する光源ユニット１５（フロントライト）と、台座１３上の部品をその上面側から撮像するカメラ１６等を備えた構成であり、オプションで、台座１３の下方にも光源ユニット１７（バックライト）を取り付け可能となっている。

この３次元画像データ取込み装置１２を用いて、次の手順で、部品の上面側から見た３次元画像（以下「３Ｄ画像」と表記する）を取得する。まず、撮像対象物である部品を台座１３に載置する。この後、台座１３上の部品上面に対してカメラ１６のピントが一致するピント位置を検出する。カメラ１６のピントの合わせ方は、台座１３を移動機構１４により上下動させたり、カメラ１６のフォーカスを調整しても良い。

ピント位置の検出後、図３に示すように、台座１３の位置（部品の位置）を移動機構１４によりピント位置を基準にして、±ａ，±ｂ，……（ｍｍ）ずつ上下動させて、各位置で、それぞれカメラ１６で上方から台座１３上の部品の２次元画像（以下「２Ｄ画像」と表記する）を撮像し、各位置の２Ｄ画像のデータをホストコンピュータ１１に送信する。その後、ホストコンピュータ１１にて、各位置の２Ｄ画像を解析して、画像各部のピントが合う高さ位置を求め、その高さ位置の情報をグレー値に持つ３Ｄ画像データを作成する。この３Ｄ画像データの作成方法は、合焦点法と呼ばれている。尚、３Ｄ画像データの作成方法は、合焦点法に限定されず、例えば、ステレオ画像処理等、他の３Ｄ画像処理を用いても良い。

また、ホストコンピュータ１１は、後述する図４のピックアップ手段選択ルーチンを実行することで、部品の上面側から見た３Ｄ画像を取得する３次元画像取得手段と、取得した部品の３Ｄ画像に基づいて部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズを計測するサイズ計測手段と、計測した平坦面部のサイズに基づいて複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択する選択手段として機能する。

この場合、部品の平坦面部のサイズの他に、平坦面部の位置と、部品の重さ、部品外形サイズの少なくとも１つを考慮して、複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択するようにしても良い。ここで、複数種類のピックアップ手段としては、少なくとも、ノズル径の異なる複数種類の吸着ノズルと、部品を掴むチャックが含まれ、例えば、平坦面部の位置が部品の中心部から所定量以上ずれている場合には、部品のピックアップに使用するピックアップ手段としてチャックを選択するようにすれば良い。ここで、所定量は、定数値として設定しても良いし、部品外径等に対する割合として設定しても良い。

また、平坦面部のサイズの他に、平坦面部の位置、部品の重さ、部品外形サイズの少なくとも１つを考慮していずれかの吸着ノズルで吸着保持可能であるか否かを判定し、いずれの吸着ノズルでも吸着保持できないと判定した場合には、部品のピックアップに使用するピックアップ手段として、チャックを選択するようにしても良い。

更に、平坦面部の位置に基づいて吸着ノズルで吸着する位置を自動的に設定するようにしても良い。具体的には、上記方法で選択した吸着ノズルの下端の吸着口周縁全体が平坦面部に密着する範囲内で部品中心に最も近い位置を吸着ノズルの吸着位置に設定すれば良い。

また、ホストコンピュータ１１は、部品高さ計測ルーチン（図示せず）を実行することで、上述した方法で取得した部品の３Ｄ画像に基づいて部品の高さ情報（高さ寸法等）を計測する部品高さ計測手段としても機能する。

部品実装機の制御コンピュータ（図示せず）は、ホストコンピュータ１１から入力されるピックアップ手段の選択結果に基づいて複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択すると共に、ホストコンピュータ１１から入力される部品の高さ情報に基づいてピックアップ手段のピックアップ動作時の下降停止位置を設定する。

次に、ホストコンピュータ１１が実行する図４のピックアップ手段選択ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動される前に、予め、次の事項(1) 〜(4) が準備されている。

(1) 予め、ピックアップ対象となる部品の重さを計測して記憶しておく。
(2) 選択可能な全ての種類の吸着ノズルを、そのノズル径と共にデータベースに登録しておく。
(3) 選択可能なピックアップ手段の「部品メーカー、部品型番」と「吸着ノズル、ゴムノズル、特殊ノズル（チャック）」との関係を相互に関連付けてデータベースに登録しておく。
(4) 吸着ノズルと、該吸着ノズルで吸着可能な部品の重さとの関係をデータベースに登録しておく。

図４のピックアップ手段選択ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、ピックアップ対象となる部品の上面の凹凸を３Ｄ画像処理で計測し、次のステップ１０２で、部品上面に凹凸があるか否かを判定する。その結果、部品上面に凹凸があると判定されれば、ステップ１０９に進み、３Ｄ画像から部品上面の平坦面部のサイズ（ＸＹ寸法）及び凸寸法、凹部の位置及びサイズを求める。

この後、ステップ１１０に進み、部品外形サイズ（部品のＸＹ寸法）の１／２以上のサイズの平坦面部が部品中心部に存在するか否かを判定し、当該平坦面部が部品中心部に存在すれば、ステップ１０４に進み、当該平坦面部の外形に内接する円サイズ（円の直径又は半径）を求める。

尚、前記ステップ１０２で部品上面に凹凸が無いと判定されれば、ステップ１０３に進み、３Ｄ画像から部品上面の平坦面部（この場合は上面全体）のサイズ（ＸＹ寸法）を求め、次のステップ１０４で、部品上面の平坦面部の外形に内接する円サイズを求める。

この後、ステップ１０５に進み、予めデータベースに登録済みの吸着ノズルの中から、円サイズに収まるノズル径の吸着ノズルの候補（１本〜複数本）を選出する。この後、ステップ１０６に進み、吸着対象となる部品の重さが上記吸着ノズル候補で吸着可能な最大重さよりも軽いか否かを判定し、軽いと判定されれば、ステップ１０７に進み、上記吸着ノズル候補のノズル径を持つ通常（金属製）の吸着ノズルの中から最適な吸着ノズルを選出する。

一方、上記ステップ１０６で、部品の重さが上記吸着ノズル候補で吸着可能な最大重さよりも重いと判定されれば、ステップ１０８に進み、上記吸着ノズル候補のノズル径を持つゴムの吸着ノズルの中から最適なゴムの吸着ノズルを選出する。

また、前述したステップ１１０で、部品外形サイズの１／２以上のサイズの平坦面部が部品中心部に存在しないと判定されれば、ステップ１１１に進み、データベースに登録された「部品メーカー、型番」の照合を行い、次のステップ１１２で、照合結果に基づいて当該部品をピックアップできる対応の特殊ノズル（チャック）が存在するか否かを判定する。その結果、対応の特殊ノズル（チャック）が存在すると判定されれば、ステップ１１３に進み、対応の特殊ノズル（チャック）の中から最適な特殊ノズル（チャック）を選出する。

これに対し、上記ステップ１１２で、対応の特殊ノズル（チャック）が存在しないと判定されれば、ステップ１１４に進み、部品をピックアップするための特殊ノズル（チャック）を設計する。この場合は、設計結果に基づいて新たな特殊ノズル（チャック）を作製する。

以上説明した本実施例によれば、部品の３Ｄ画像に基づいて部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズを計測し、計測した平坦面部のサイズに基づいて複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択するようにしたので、上面全体が平坦な部品は勿論のこと、上面に凹凸がある部品についても、部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズに合わせて適切なピックアップ手段を選択することができ、上面に凹凸がある部品についても、当該部品をピックアップ可能なピックアップ手段を正しく選択することができる。

しかも、本実施例では、平坦面部のサイズの他に、平坦面部の位置や部品の重さを考慮して、複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択するようにしたので、部品の平坦面部の位置が片寄っていたり、部品が重すぎたりした場合でも、それらの事情を考慮して、より適切なピックアップ手段を選択することができる。その他、部品外形サイズを考慮してピックアップ手段を選択するようにしても良い。

尚、本実施例では、通常の吸着ノズルで吸着できない重い部品をピックアップする手段として、ゴムの吸着ノズルを用いたが、特殊ノズル（チャック）を用いても良い。
また、本実施例では、部品の３Ｄ画像に基づいて部品の高さ情報を自動的に計測することができるため、従来技術における作業者による部品高さの計測ミスや入力ミスの問題を解決することができる利点もある。

尚、本実施例のピックアップ手段選択装置は、オフライン装置として構成したが、これを部品実装機の制御装置に組み込むようにしても良い。

本発明の一実施例におけるピックアップ手段選択装置のシステム構成を示す図である。 ３次元画像データ取込み装置の構成を示す図である。 ３次元画像の作成方法を説明する図である。 ピックアップ手段選択ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…ホストコンピュータ（３次元画像取得手段，サイズ計測手段，選択手段）、１２…３次元画像データ取込み装置（３次元画像取得手段）、１３…台座、１４…移動機構、１６…カメラ

Claims (8)

1. 供給される部品のピックアップに使用するピックアップ手段を、予め準備されている複数種類のピックアップ手段の中から選択するピックアップ手段選択装置において、
   部品の上面側から見た３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、
   前記３次元画像取得手段で取得した部品の３次元画像に基づいて部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズを計測するサイズ計測手段と、
   前記サイズ計測手段で計測した平坦面部のサイズに基づいて前記複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択する選択手段と
   を備えていることを特徴とするピックアップ手段選択装置。
2. 前記複数種類のピックアップ手段として、少なくともノズル径の異なる複数種類の吸着ノズルが含まれることを特徴とする請求項１に記載のピックアップ手段選択装置。
3. 前記選択手段は、前記サイズ計測手段で計測した平坦面部のサイズの他に、平坦面部の位置、部品の重さ、部品外形サイズの少なくとも１つを考慮して前記複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のピックアップ手段選択装置。
4. 前記複数種類のピックアップ手段として、少なくとも、吸着ノズルと、部品を掴むチャックが含まれ、
   前記選択手段は、平坦面部の位置が部品の中心部から所定量以上ずれている場合には部品のピックアップに使用するピックアップ手段として前記チャックを選択することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のピックアップ手段選択装置。
5. 前記複数種類のピックアップ手段として、少なくとも、吸着ノズルと、部品を掴むチャックが含まれ、
   前記選択手段は、前記サイズ計測手段で計測した平坦面部のサイズの他に、平坦面部の位置、部品の重さ、部品外形サイズの少なくとも１つを考慮していずれかの吸着ノズルで吸着保持可能であるか否かを判定し、いずれの吸着ノズルでも吸着保持できないと判定した場合には、部品のピックアップに使用するピックアップ手段として前記チャックを選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のピックアップ手段選択装置。
6. 前記平坦面部の位置に基づいて吸着ノズルで吸着する位置を設定する吸着位置設定手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載のピックアップ手段選択装置。
7. 供給される部品のピックアップに使用するピックアップ手段を、予め準備されている複数種類のピックアップ手段の中から選択するピックアップ手段選択方法において、
   部品の上方から見た３次元画像を取得する３次元画像取得工程と、
   前記３次元画像取得手段で取得した部品の３次元画像に基づいて部品上面のうちノズル吸着面として使用可能な平坦面部のサイズを計測するサイズ計測工程と、
   前記サイズ計測手段で計測した平坦面部のサイズに基づいて前記複数種類のピックアップ手段の中から部品のピックアップに使用するピックアップ手段を選択する選択工程と
   を含むことを特徴とするピックアップ手段選択方法。
8. ピックアップ手段でピックアップする部品の高さ情報を計測する部品高さ計測装置において、
   部品の３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、
   前記３次元画像取得手段で取得した部品の３次元画像に基づいて部品の高さ情報を計測する部品高さ計測手段と
   を備えていることを特徴とする部品高さ計測装置。

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