JP2012235056A - 部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物検知方法および部品装着装置 - Google Patents

部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物検知方法および部品装着装置 Download PDF

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Abstract

【課題】部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物が部品であるか異物であるかの判別が可能な吸着ノズルにおける被吸着物検知方法および部品装着装置を提供する。
【解決手段】被吸着物の側方画像の撮像面積並びに側方画像を取得される部品の最小投影面積および最大投影面積に基づいて、被吸着物が部品であるか該部品以外の異物であるかを判別する。例えば、被吸着物の撮像面積が、吸着ノズルにおける部品の吸着姿勢に基づく所定のマージンを加味した部品の最小投影面積よりも小さいときもしくは最大投影面積よりも大きいときは、被吸着物は部品ではないと検知できる(ステップ6,8)。また、被吸着物の撮像面積が、所定のマージンを加味した部品の最小投影面積と最大投影面積との間の面積のときは、被吸着物は部品であると検知できる(ステップ6,7)。また、被吸着物の側方画像が取得できないときは、吸着ノズルには何も吸着されていないと検知できる。
【選択図】図7

Description

本発明は、部品を吸着して基板上に装着する部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物検知方法および部品装着装置に関するものである。
例えば、特許文献1には、部品を吸着して基板上に装着する吸着ノズルを有する部品装着ヘッド(ノズル保持部材)と、吸着ノズルの先端部を側面側から撮像可能な側面撮像手段(側方撮像手段)とを備えた部品装着装置(表面実装機)が開示されている。この部品装着装置の制御手段は、部品から離脱動作した後の吸着ノズルの先端部を側面撮像手段により撮像させ、該側方画像に基づいて吸着ノズルの先端部に部品が吸着されているか否かを判定する。
また、特許文献2には、部品装着装置(部品装着機)の吸着ノズルに吸着された部品の吸着状態を検出する方法が開示されている。この部品吸着状態の検出方法は、吸着ノズルに正常に吸着した部品の断面積を求め、求めた断面積を基準値として記憶部に記憶しておく。そして、記憶部に記憶した断面積を有する部品を吸着ノズルで吸着して基板上に装着する場合に、該部品の断面積を求め、求めた断面積と記憶した基準値とを比較し、両者が一致しない場合は異常吸着と判断する。
特許第4421406号公報(段落0009、図2,4,7参照) 特許第4306866号公報(段落0016,0017、図1〜3参照)
部品装着装置に搬入される基板は、埃等の異物が付着していないことが求められるが、異物が完全に除去されていない場合がある。例えば、異物が基板上の部品装着位置に付着していたときは、該部品装着位置に吸着ノズルにより部品を装着したときに、吸着ノズルの先端部に異物が吸着されるおそれがある。この吸着ノズルの先端部への異物の吸着は、部品供給装置の部品供給位置から吸着ノズルにより部品を吸着したときにも起こりうる。また、基板上の部品装着位置には、部品を電気的に接続するための半田ペーストが印刷されている。このため、部品装着位置に吸着ノズルにより部品を装着したときに、吸着ノズルの先端部に半田ペーストが吸着されるおそれがある。
特許文献1,2に記載の発明では、吸着ノズルの先端部に部品が吸着されているか否か、あるいは吸着ノズルの先端部に部品が異常吸着されているか否かを判断することはできる。しかし、吸着ノズルの先端部に埃や半田ペースト等の異物が吸着されているか否かを判断することはできず、吸着されている異物を部品として誤認識してしまうおそれがある。基板上の部品装着位置に部品を装着したときに吸着した異物を部品として誤認識した場合、部品装着位置には部品が装着されなかったと判断することになり、部品を再装着するリカバリ処理を実施すると部品の2重打ちとなって基板不良が生じることなる。さらに、吸着ノズルの先端部に吸着されている異物が、次の部品の吸着や装着の妨げとなるおそれもあり、これによっても基板不良が生じることなる。
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたもので、部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物が部品であるか異物であるかの判別が可能な吸着ノズルにおける被吸着物検知方法および部品装着装置を提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するために、請求項1に係る発明は、軸線方向に移動することにより、部品を吸着して該部品を基板上に装着する少なくとも1つの吸着ノズルと、前記吸着ノズルを前記軸線方向に移動させるノズル移動手段と、前記吸着ノズルを側方から撮像する側方撮像手段と、を備えた部品装着ヘッドにおいて、前記部品を前記吸着ノズルにより吸着し、前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方で前記吸着ノズルに吸着された被吸着物の検知方法であって、前記基板上に装着する前記部品の寸法を記憶する記憶工程と、前記部品を前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方の前記吸着ノズルを側方から撮像した側方画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程で取得した前記側方画像内における前記吸着ノズルの先端より下方の領域を面積取得領域とし、該面積取得領域内における前記被吸着物の側方画像の撮像面積を取得する面積取得工程と、前記記憶工程で記憶した前記部品の寸法に基づいて、前記画像取得工程で側方画像を取得される部品の最小投影面積および最大投影面積を演算する面積演算工程と、前記面積取得工程で取得した前記被吸着物の撮像面積、並びに前記面積演算工程で演算した前記部品の前記最小投影面積および前記最大投影面積に基づいて、前記被吸着物が前記部品であるか該部品以外の異物であるかを判別する判別工程と、を備えることである。
請求項2に係る発明は、請求項1において、複数種の部品を、前記吸着ノズルにおける前記部品の吸着状態に関わらず前記部品の側方画像が前記面積取得領域に入る部品を小部品とし、該小部品より大きい部品を大部品として区分けする部品区分工程と、前記画像取得工程で側方画像を取得される大部品の最小投影面積に基づいて閾値を設定する閾値設定工程と、前記画像取得工程で側方画像を取得される部品が前記大部品であるときは、前記面積取得工程で取得した前記被吸着物の撮像面積および前記閾値設定工程で設定した該大部品の前記閾値に基づいて、前記被吸着物が前記部品であるか該部品以外の異物であるかを判別する大部品判別工程と、を備えることである。
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2において、前記判別工程にて前記被吸着物が前記画像取得工程で側方画像を取得される部品であると判別したとき、前記画像取得工程で取得した前記側方画像に基づいて、前記部品の高さを取得する高さ取得工程と、前記記憶工程で記憶した前記部品の寸法および前記高さ取得工程で取得した前記部品の高さに基づいて、前記吸着ノズルにおける部品吸着状態を検出する検出工程と、を備えることである。
請求項4に係る発明は、軸線方向に移動することにより、部品を吸着して該部品を基板上に装着する少なくとも1つの吸着ノズルと、前記吸着ノズルを前記軸線方向に移動させるノズル移動手段と、前記吸着ノズルの側方から撮像する側方撮像手段と、を有する部品装着ヘッドと、前記部品を前記吸着ノズルにより吸着し、前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方で前記吸着ノズルに吸着された被吸着物を検知する被吸着物検知装置と、を備えた部品装着装置であって、前記被吸着物検知装置は、前記基板上に装着する前記部品の寸法を記憶する記憶手段と、前記部品を前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方の前記吸着ノズルを側方から撮像した側方画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段で取得した前記側方画像内における前記吸着ノズルの先端より下方の領域を面積取得領域とし、該面積取得領域内における前記被吸着物の側方画像の撮像面積を取得する面積取得手段と、前記記憶手段から読込んだ前記部品の寸法に基づいて、前記画像取得手段で側方画像を取得される部品の最小投影面積および最大投影面積を演算する面積演算手段と、複数種の部品を、前記吸着ノズルにおける前記部品の吸着状態に関わらず前記部品の側方画像が前記面積取得領域に入る部品を小部品とし、該小部品より大きい部品を大部品として区分けする部品区分手段と、前記画像取得手段で側方画像を取得される大部品の最小投影面積に基づいて閾値を設定する閾値設定手段と、前記画像取得手段で側方画像を取得される部品が前記小部品であるときは、前記面積取得手段で取得した前記被吸着物の撮像面積並びに前記面積演算手段で演算された該小部品の前記最小投影面積および前記最大投影面積に基づいて、前記被吸着物が前記小部品であるか該小部品以外の異物であるかを判別する小部品判別手段と、前記画像取得手段で側方画像を取得される部品が前記大部品であるときは、前記面積取得手段で取得した前記被吸着物の撮像面積および前記閾値設定手段で設定された該大部品の前記閾値に基づいて、前記被吸着物が前記大部品であるか該大部品以外の異物であるかを判別する大部品判別手段と、前記小部品判別手段で前記被吸着物が前記画像取得手段で側方画像を取得される小部品であると判別したとき、前記画像取得手段で取得される該小部品の前記側方画像に基づいて、該小部品の高さを取得する高さ取得手段と、前記記憶手段から読込んだ前記部品の寸法および前記高さ取得手段で取得した前記小部品の高さに基づいて、前記吸着ノズルにおける部品吸着状態を検出する検出手段と、を備えることである。
請求項1に係る発明によれば、被吸着物が部品であるか該部品以外の異物であるかは、被吸着物の側方画像の撮像面積並びに側方画像を取得される部品の最小投影面積および最大投影面積に基づいて判別するようにしている。これにより、被吸着物の撮像面積と部品の最小投影面積および最大投影面積との面積比もしくは面積差により部品と異物との判別が可能となり、吸着ノズルにおける被吸着物の吸着姿勢に関わらず、部品と異物との判別精度を向上させることができる。
吸着ノズルによる部品の基板上への装着後において、被吸着物が異物であると判別したときは、部品は基板上に装着されていると判定できる。よって、部品を再装着するリカバリ処理は実施されないので、部品の2重打ちによる基板不良の発生を防止できる。このとき、吸着ノズルの先端部の清掃は必要に応じて実行するようにする。すなわち、吸着ノズルの先端部に吸着されている異物が、次の部品の吸着や装着の妨げとなるおそれがあると判断したときは、実装処理を停止させて吸着ノズルの先端部から異物を除去し、次の部品の吸着や装着の妨げとなるおそれがないと判断したときは、次の部品の実装処理をそのまま継続する。
吸着ノズルによる部品の基板上への装着後において、被吸着物が部品であると判別したときは、部品は基板上に装着されておらず、吸着ノズルによる部品の持ち帰りと判定できる。よって、部品を再装着するリカバリ処理が実施されるので、部品の未装着による基板不良の発生を防止できる。吸着ノズルによる部品の基板上への装着後において、吸着ノズルには何も吸着されていないと判別したときは、部品は基板上に装着されていると判定でき、次の部品の実装処理をそのまま継続できる。
また、吸着ノズルによる部品の基板上への装着前において、被吸着物が異物であると判別したときは、基板上における部品の空打ちによる基板不良の発生を防止できる。また、被吸着物が部品であると判別したときは、該部品の実装処理をそのまま継続できる。
請求項2に係る発明によれば、被吸着物が大部品であるか該大部品以外の異物であるかは、被吸着物の撮像面積および大部品の閾値に基づいて判別するようにしている。大部品においては、吸着ノズルにおける吸着姿勢によっては大部品の側方画像が面積取得領域からはみ出す場合がある。そのような場合であっても、例えば、被吸着物の撮像面積と、吸着ノズルにおける大部品の吸着姿勢に基づく所定のマージンを加味した大部品の最小投影面積との比較により部品と異物との判別が可能となる。よって、側方画像が面積取得領域に収まらないような大部品であっても、異物として誤認識されることを防止できる。
請求項3に係る発明によれば、被吸着物が部品であると判別されたときは、予め記憶している部品の高さおよび取得した部品の高さに基づいて、吸着ノズルにおける部品吸着状態を検出するようにしている。すなわち、予め記憶している部品の高さと取得した部品の高さとの比較により、吸着ノズルにおける部品の吸着姿勢が正常であるか異常であるかが検出可能となる。特に、吸着ノズルによる部品の基板上への装着前において、吸着ノズルにおける部品の吸着姿勢が異常であると検出したときは、該部品は実装不可と判定できる。よって、基板上における部品の実装不良による基板不良の発生を未然に防止できる。
請求項4に係る発明によれば、小部品判別手段は、被吸着物の側方画像の撮像面積並びに側方画像を取得される部品の最小投影面積および最大投影面積に基づいて、被吸着物が部品であるか該部品以外の異物であるかを判別するようにしている。これにより、被吸着物の撮像面積と部品の最小投影面積および最大投影面積との面積比もしくは面積差により部品と異物との判別が可能となり、吸着ノズルにおける被吸着物の吸着姿勢に関わらず、部品と異物との判別精度を向上させることができる。
また、大部品判別手段は、被吸着物の撮像面積および大部品の閾値に基づいて、被吸着物が大部品であるか該大部品以外の異物であるかを判別するようにしている。大部品においては、吸着ノズルにおける吸着姿勢によっては大部品の側方画像が面積取得領域からはみ出す場合がある。そのような場合であっても、例えば、被吸着物の撮像面積と、吸着ノズルにおける大部品の吸着姿勢に基づく所定のマージンを加味した大部品の最小投影面積との比較により部品と異物との判別が可能となる。よって、側方画像が面積取得領域に収まらないような大部品であっても、異物として誤認識されることを防止できる。
また、検出手段は、被吸着物が部品であると判別されたときは、予め記憶している部品の高さおよび取得した部品の高さに基づいて、吸着ノズルにおける部品吸着状態を検出するようにしている。すなわち、予め記憶している部品の高さと取得した部品の高さとの比較により、吸着ノズルにおける部品の吸着姿勢が正常であるか異常であるかが検出可能となる。特に、吸着ノズルによる部品の基板上への装着前において、吸着ノズルにおける部品の吸着姿勢が異常であると検出したときは、該部品を実装しないと判定できる。よって、基板上における部品の実装不良による基板不良の発生を防止できる。
本発明の実施の形態を示す部品装着装置の斜視図である。 図1の部品装着装置の部品装着ヘッドの正面図である。 図2の要部を拡大した図である。 図3のA矢視図である。 図4の部品装着ヘッドの吸着ノズルの動作を説明する動作説明図である。 図5の吸着ノズルの側方画像を撮像するときの動作を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態の吸着ノズルにおける被吸着物検知方法を説明するための第1のフローチャートである。 本発明の実施の形態の吸着ノズルにおける被吸着物検知方法を説明するための第2のフローチャートである。 本発明の実施の形態の吸着ノズルにおける被吸着物検知方法を説明するための第3のフローチャートである。 側方撮像手段による吸着ノズルの側方画像を示す図である。
以下本発明に係る部品装着装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、この部品装着装置は、基板搬送装置60、部品供給装置70、部品移載装置80および各装置60、70、80の動作を制御する制御装置90を備えている。
基板搬送装置60は、基板をX軸方向に搬送するもので、第1搬送装置61および第2搬送装置62を2列並設したいわゆるダブルコンベアタイプのものである。第1搬送装置61および第2搬送装置62は、基台63上にそれぞれ一対のガイドレール64a、64b、65a、65bを互いに平行に対向させてそれぞれ水平に並設し、これらガイドレール64a、64b、65a、65bによりそれぞれ案内される基板を支持して搬送する一対のコンベアベルト(図示省略)を互いに対向させて並設して構成されたものである。また、基板搬送装置60には所定位置まで搬送された基板を押し上げてクランプするクランプ装置(図示省略)が設けられ、このクランプ装置によって基板が部品装着位置で位置決め固定される。
部品供給装置70は、基枠1上に複数のカセット式フィーダ71を並設して構成したものである。カセット式フィーダ71は、基枠1に離脱可能に取付けた本体72と、本体72の後部に設けた供給リール73と、本体72の先端に設けた部品取出部74とを備えている。供給リール73には部品が所定ピッチで封入された細長いテープ(図示省略)が巻回保持され、このテープがスプロケット(図示省略)により所定ピッチで引き出され、部品が封入状態を解除されて部品取出部74に順次送り込まれる。また、部品供給装置70と基板搬送装置60の間には、部品の保持位置を検出する撮像手段としてのCCDカメラ75が設けられている。なお、部品移載装置80は、図1においては後方に退いているが、部品の保持位置を検出する際にはCCDカメラ75の上方に移動するようになっている。
部品移載装置80は、XYロボットタイプのものであり、基枠1上に装架されて基板搬送装置60および部品供給装置70の上方に配設されている。部品移載装置80は、Y軸サーボモータ11によりY軸方向に移動されるY軸スライダ12を備えている。図2に示すように、Y軸スライダ12には、X軸スライダ13がY軸方向と直交するX軸方向に移動可能に案内されている。すなわち、X軸スライダ13は、Y軸スライダ12に固定されたX軸方向に延びる一対のガイドレール12aと、X軸スライダ13に固定された一対のガイドブロック13aとを介して、Y軸スライダ12に移動可能に保持されている。
Y軸スライダ12には図示しないX軸サーボモータが固定され、このX軸サーボモータの出力軸にはX軸方向に延びるボールねじ軸12bが連結されている。ボールねじ軸12bは、ボール(図示省略)を介して、X軸スライダ13に固定されたボールナット13bに螺合されている。これにより、X軸サーボモータが回転すると、ボールねじ軸12bが回転し、X軸スライダ13はボールナット13bを介してガイドレール12aに案内されてX軸方向に移動する。
X軸スライダ13上には、部品を吸着して基板に装着する部品装着ヘッド10が取付けられている。部品装着ヘッド10は、R軸モータ15、インデックス軸16、ノズルホルダ17、吸着ノズル18、θ軸モータ19、Z軸モータ20、CCDカメラ21を備えた側方撮像手段50等によって構成されている。X軸スライダ13には、水平方向に延びる第1、2フレーム25、26が上下方向に離間して一体的に設けられ、第1フレーム25にR軸モータ15が固定されている。
R軸モータ15の出力軸には、第1フレーム25に鉛直軸線ALの回りに回転可能に支持されたインデックス軸16が接続されている。インデックス軸16上には、従動ギヤ27とθ軸ギヤ29を形成した回転体28が回転のみ可能に支持されている。インデックス軸16の下端部には、リボルバヘッドを構成する円筒状のノズルホルダ17が固定されている。上記したR軸モータ15およびインデックス軸16によって、ノズルホルダ17をR軸方向に回転割出しするノズルホルダ割出し手段55を構成している。
図4に示すように、ノズルホルダ17には、鉛直軸線ALと同心の円周17a上において複数の吸着ノズル18が上下方向に移動可能に保持されている。図3に示すように、各吸着ノズル18は、ノズルホルダ17に上下方向(Z軸方向)に摺動可能に支持されたノズルスピンドル33の下端に取付けられている。ノズルスピンドル33の下端部には大径部33aが形成され、ノズルスピンドル33の上端部にはノズルギヤ34が固定されている。
ノズルギヤ34とノズルホルダ17との間には圧縮スプリング35が設けられ、この圧縮スプリング35によって、ノズルスピンドル33および吸着ノズル18が上方に付勢されるとともに、大径部33aがノズルホルダ17の下面に当接することにより、ノズルスピンドル33および吸着ノズル18の上方への移動が規制されている。また、各吸着ノズル18には、ノズルスピンドル33を介して吸着ノズル駆動装置(図示省略)から負圧が供給されるようになっている。これにより、各吸着ノズル18は、その先端部18aで部品Pを吸着することができる。
さらに、ノズルホルダ17の下端中央部には、光を反射可能な円筒状の反射体31が固定されている。そのため、ノズルホルダ17および反射体31は、インデックス軸16とともに鉛直軸線ALの回りに回動されることになる。これにより、R軸モータ15を回転させると、インデックス軸16を介して複数の吸着ノズル18を保持したノズルホルダ17を鉛直軸線ALの回り(R軸方向)に回動させることができ、複数の吸着ノズル18を装着ステーションS1に順次割出すことができる。
第1フレーム25にはθ軸モータ19が固定され、θ軸モータ19の出力軸には駆動ギヤ36が固定されている。駆動ギヤ36は、インデックス軸16に回転可能に支持された回転体28上の従動ギヤ27に噛合されている。また、回転体28上には軸方向の所定長さに亘ってθ軸ギヤ29が形成され、このθ軸ギヤ29は、ノズルスピンドル33に固定された各ノズルギヤ34にそれぞれ摺動可能に噛合されている。これにより、θ軸モータ19を回転させると、駆動ギヤ36、従動ギヤ27、θ軸ギヤ29およびノズルギヤ34を介して、全ての吸着ノズル18をノズルホルダ17に対して自転させることができる。
また、第1フレーム25にはZ軸モータ20が固定され、Z軸モータ20の出力軸にはボールねじ軸37が接続されている。このボールねじ軸37は、第1フレーム25に固定された軸受38および第2フレーム26に固定された軸受39により、鉛直軸線ALと平行な軸線の回りに回動可能に支持されている。ボールねじ軸37には、ボール(図示省略)を介して、Z軸モータ20の回転運動を直線運動に変換するボールナット40が螺合されている。ボールナット40は、第1および第2フレーム25、26に固定された上下方向に伸びるガイド42に上下方向に摺動可能にガイドされたノズルレバー41に固定されている。
ノズルレバー41には、後述する装着ステーションS1に割出されたノズルスピンドル33の上端に当接して、ノズルスピンドル33をZ軸方向の下方に押圧する押圧部41aが突設されている。これにより、Z軸モータ20を回転させると、ボールねじ軸37が回転し、ノズルレバー41はボールナット40を介してガイド42に案内されて上下に移動する。ノズルレバー41が上下に移動すると、押圧部41aに対応するノズルスピンドル33および吸着ノズル18を上下に移動させることができる。上記したZ軸モータ20、ボールねじ軸37、ボールナット40、ノズルレバー41等によって、吸着ノズル18をZ軸方向に進退移動させるノズル移動手段56を構成している。
ノズルレバー41の押圧部41aは、図5に示すように、ノズルホルダ17の回転方向に装着ステーションS1を中心として所定の幅W1を有しており、吸着ノズル18が装着ステーションS1の前後の所定の角度範囲に位置している状態において、その吸着ノズル18のノズルスピンドル33の上端に押圧部41aが当接可能となっている。これにより、装着ステーションS1の前後の所定の角度範囲において、ノズルホルダ17の回動動作中に吸着ノズル18の上下移動を行うことを可能としている。
第2フレーム26には支持ブラケット43が懸架され、支持ブラケット43には、ノズルホルダ17の装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に割出された2つの吸着ノズル18の先端部18aに吸着された部品Pの二次元画像を取得する1つのCCDカメラ21が固定されている。CCDカメラ21は、反射体31により反射された光により吸着ノズル18の先端部18aに吸着された部品Pの二次元画像を取得する。
支持ブラケット43の吸着ノズル18に対応する側には、撮像ケース本体45が固定され、撮像ケース本体45の反射体31に対向する側には、図4に示すように、ノズルホルダ17を取巻くように鉛直軸線ALを円弧中心とする円弧状の壁面45aが、ノズルホルダ17の装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に亘って形成されている。撮像ケース本体45の円弧状壁面45aには、反射体31に向けて光を照射するLEDからなる複数の照射体46が装着されている。
円弧状壁面45aには、装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に対応する位置に2つの入射部45a1、45a2が開口されている。撮像ケース本体45内には、入射部45a1、45a2を介して反射体31より反射された反射光をそれぞれ入射する2つの第1プリズム47a、47bと、これら2つの第1プリズム47a、47bによって屈折された屈折光を入射して、CCDカメラ21に向けた平行な光に屈折させる山形の第2プリズム48が設けられている。
これら第1プリズム47a、47bおよび第2プリズム48によって、照射体46から照射され、反射体31によって反射された反射光をCCDカメラ21に導入する光学機構49を構成しており、また、反射体31、照射体46、第1および第2プリズム47a、47b、48ならびにCCDカメラ21等によって、装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に位置決めされた2つの吸着ノズル18の先端部18aの側方画像を取得する側方撮像手段50を構成している。
上記した側方撮像手段50により、ノズルホルダ17の装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に割出された2つの吸着ノズル18が上昇端に位置決め停止されている状態において、照射体46から照射された光は反射体31により反射され、その反射光は部品Pの外周縁および撮像ケース本体45の2つの入射部45a1、45a2を通過し、第1プリズム47a、47bにより第2プリズム48に向かう方向に偏光される。そして、第2プリズム48によってCCDカメラ21に向かう平行光に偏光され、CCDカメラ21によって画像認識される。これにより、1つのCCDカメラ21によって、装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に割出された2つの吸着ノズル18の先端部18aに吸着された部品Pの二次元画像を同時に取得できる。
次に、上記した構成の部品装着装置によって、部品Pを基板に装着する動作について説明する。まず、制御装置90からの指令に基づいて、基板搬送装置60のコンベアベルトが駆動され、基板がガイドレール64a、64b(65a、65b)に案内されて所定の位置まで搬送される。そして、クランプ装置により、基板が押し上げられてクランプされ、所定位置に位置決め固定される。続いて、Y軸サーボモータ11および図略のX軸サーボモータが駆動されることにより、Y軸スライダ12およびX軸スライダ13が移動され、部品装着ヘッド10が部品供給装置70の部品取出部74まで移動される。
その後、制御装置90により、R軸モータ15が回転されることにより、ノズルホルダ17が回動され、所定の吸着ノズル18を装着したノズルスピンドル33がノズルレバー41の押圧部41aの下方に割出される。また、制御装置90により、Z軸モータ20が正転されることにより、ノズルレバー41が圧縮スプリング35の付勢力に抗して下方に押下げられ、ノズルスピンドル33を介して吸着ノズル18の先端部18aが部品取出部74に搬送された部品Pに接近する位置まで押下げられる。その状態で、吸着ノズル駆動装置(図示省略)から吸着ノズル18に負圧が供給され、吸着ノズル18の先端部18aに部品Pが吸着保持される。その後、Z軸モータ20が逆転されることにより、ノズルレバー41が上方に移動され、圧縮スプリング35の付勢力により吸着ノズル18が上昇端位置まで押上げられる。このような動作を繰り返すことにより、複数の吸着ノズル18に部品Pがそれぞれ吸着保持される。
続いて、Y軸サーボモータ11および図略のX軸サーボモータが駆動されることにより、Y軸スライダ12およびX軸スライダ13が移動され、部品装着ヘッド10が基板の装着位置の上方まで移動される。次いで、θ軸モータ19の回転により、ノズルホルダ17の装着ステーションS1に割出された吸着ノズル18の先端部18aに吸着保持された部品Pが所定の姿勢に制御されるとともに、Z軸モータ20が正転されることにより、ノズルレバー41が圧縮スプリング35の付勢力に抗して下方に押下げられ、吸着ノズル18の先端部18aの部品Pが基板に装着されるまで押下げられる。その後、Z軸モータ20が逆転されることにより、ノズルレバー41が上方に移動され、圧縮スプリング35の付勢力により吸着ノズル18が最上端に移動した状態まで押上げられる。
そして、図5に示すように、装着ステーションS1に割出されたノズルスピンドル33の下降動作により、吸着ノズル18に吸着保持された部品Pを基板に装着している間に、装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に位置決めされた停止状態の2つの吸着ノズル18の側方画像が、上記したように側方撮像手段50によって取得され、取得された2つの側方画像は制御装置90に入力されて画像認識される。詳しくは、照射体46から光が照射された光は、反射体31により反射され、2つの吸着ノズル18に吸着された各部品Pの外周縁および入射部45a1、45a2を通過して、CCDカメラ21に入射される。これにより、反射体31部分が明るい背景となり、部品Pおよび吸着ノズル18の先端部18aが暗くなった2つの側方画像(二次元画像)が取得できる。
このように、装着ステーションS1に割出された吸着ノズル18に吸着した部品Pを基板に装着している間に、その直前直後のステーションS1−1、S1+1に割出された2つの吸着ノズル18の各先端部18aの側方画像を取得することにより、図6に示すように、次にノズルホルダ17の回転割出し動作中に、吸着ノズル18の上下方向の進退移動を同時に行わせる、いわゆる、オーバラップ制御が可能になる。そして、装着ステーションS1の直前のステーションS1−1に位置決めされた吸着ノズル18の先端部18aの側方画像は、グレースケールまたは白黒の2値の二次元画像データとして処理され、当該吸着ノズル18によって部品Pが正常に吸着されたか否かが判別される。すなわち、吸着ノズル18における部品吸着姿勢が、基板に装着するための許容範囲内にあるか否かが判別される。
一方、装着ステーションS1の直後のステーションS1+1に位置決めされた吸着ノズル18の先端部18aの側方画像に基づいて、当該吸着ノズル18によって基板に正常に部品Pが装着されたか否かが判別される。すなわち、吸着ノズル18の先端部18aに部品Pが存在しない場合には、部品Pが基板に正常に装着されたものと判断される。また、吸着ノズル18の先端部18aに部品Pが残存している場合には、装着異常と判断され、例えば、部品Pの再装着が実行される。しかし、例えば、異物が基板上の部品装着位置に付着していたときは、該部品装着位置に吸着ノズル18により部品を装着したときに、吸着ノズル18の先端部18aに異物が吸着されるおそれがある。
そこで、本実施の形態では、吸着ノズル18の先端部18aに吸着される被吸着物を検知するようにしており、以下にその動作について図7、8、9のフローチャートを参照して説明する。ここで、制御装置90に内蔵された図略のメモリには、被吸着物検知プログラム(本発明の「被吸着物検知装置」に相当する)、基板上に装着する複数種の部品の側方画像の投影面積を求めるのに必要な寸法データ、例えば、部品の形状が直方体の場合は横方向(吸着ノズル18に正常に吸着されたときの水平方向)の寸法として短辺長Lmin、長辺長Lmax、および縦方向(吸着ノズル18に正常に吸着されたときの鉛直方向)の寸法として高さt、並びに側方撮像手段50で撮像可能な撮像範囲、例えば、図10に示すように、縦幅a、横幅bで表される矩形状の撮像範囲が予め記憶されている(本発明の「記憶手段」に相当する)。
先ず、基板に装着される複数種の部品の側方画像が、側方撮像手段50で撮像可能な撮像範囲内に全て収まる部品の処理について説明する。図7のフローチャートに示すように、制御装置90により、装着ステーションS1の直後のステーションS1+1に位置決めされた吸着ノズル18の先端部18aの側方画像が取得される(ステップ1、本発明の「画像取得手段」に相当する)。そして、取得された側方画像における吸着ノズル18の先端部18aより下方の領域が面積取得領域として設定され、該面積取得領域内における被吸着物の側方画像の撮像面積が取得される(ステップ2,3、本発明の「面積取得手段」に相当する)。
例えば、図10に示すように、吸着ノズル18の先端部18aを撮像した縦幅a、横幅bの矩形状の2値化された側方画像Gのうち、吸着ノズル18の先端部18aより下方の縦幅aa、横幅bで表される矩形状の領域が面積取得領域gとして設定される。そして、設定された面積取得領域g内における被吸着物Mの側方画像の撮像面積Rが取得される。この被吸着物Mの側方画像の撮像面積Rは、例えば、2値化された被吸着物Mの側方画像のピクセルの数と2つのピクセル間の最小距離としての分解能とに基づいて、もしくは撮像範囲の縦幅a、横幅bから求まる面積取得領域gの面積(縦幅aa×横幅b)および面積取得領域gと被吸着物Mの側方画像とのピクセル数比に基づいて取得可能である。
側方画像を取得される部品の寸法データが読込まれ、該部品の側方画像の最小投影面積および最大投影面積が求められる(ステップ4,5、本発明の「面積演算手段」に相当する)。そして、取得された被吸着物の撮像面積、並びに演算された部品の最小投影面積および最大投影面積に基づいて、すなわち被吸着物の撮像面積と部品の最小投影面積および最大投影面積との面積比もしくは面積差により被吸着物が部品であるか該部品以外の異物であるかが判別される(ステップ6,7,8、本発明の「判別手段」に相当する)。
例えば、部品の形状が直方体の場合、高さt<短辺長Lmin<長辺長Lmaxの関係であるとすると、部品Pの側方画像の最小投影面積fxminは、t・Lmin、最大投影面積fxmaxは、Lmin・Lmaxで表される。そして、吸着ノズル18の先端部18aにおける部品の吸着姿勢等を考慮した所定のマージンを加味した部品の最小投影面積、例えば、1/2(fxmin)、および同様の所定のマージンを加味した部品の最大投影面積、例えば、2fxmaxが設定される。そして、被吸着物Mの側方画像の撮像面積Rが、1/2(fxmin)以上であって2fxmax以下の範囲内であるときは、被吸着物Mは部品Pであると判別される。一方、被吸着物Mの側方画像の撮像面積Rが、1/2(fxmin)よりも小さい、あるいは2fxmaxよりも大きいときは、被吸着物Mは異物であると判別される。
被吸着物が異物と判別されたときは、部品は基板上に装着されていると判定できる。よって、部品を再装着するリカバリ処理は実施されないので、部品の2重打ちによる基板不良の発生を防止できる。このとき、基板の生産をエラー停止してエラー解除案内、例えば、吸着ノズル18の先端部18aの清掃方法や基板の生産の再開方法に関するメッセージを制御装置90の画面91(図1参照)に表示するようにしてもよく、また基板の生産をエラー停止せずに続行するようにしてもよい。
すなわち、作業者は、吸着ノズル18の先端部18aに吸着されている異物が、次の部品の吸着や装着の妨げとなるおそれがあると判断したときは、次の部品の実装処理を中断させて吸着ノズル18の先端部18aから異物を手動もしくは自動で除去し、次の部品の吸着や装着の妨げとなるおそれがないと判断したときは、そのままの状態で次の部品の実装処理を実行する。また、被吸着物が異物と判別されたときは、部品エラーの報告は行わない。部品は基板上に装着されているので、部品エラーの報告を行うと正確な装着率が算出できなくなるからである。
一方、被吸着物が部品と判別されたときは、部品は基板上に装着されておらず、吸着ノズル18による部品の持ち帰りと判定できる。よって、作業者は、部品の吸着状態を確認して部品の吸着状態が良好であれば、部品を再装着するリカバリ処理の実行ボタンを押して部品の再装着が可能であり、部品の未装着による基板不良の発生を防止できる。また、吸着ノズル18には何も吸着されていないと判別されたときは、部品は基板上に装着されていると判定でき、次の部品の実装処理をそのまま継続する。
次に、基板に装着される複数種の部品のうち一部の部品の側方画像が、側方撮像手段50で撮像可能な撮像範囲からはみ出す部品(以下、大部品という)の処理について説明する。例えば、長尺な帯状の大部品の中央部が吸着ノズル18の先端部18aに吸着されたときに、大部品全体が面積取得領域内に収まるように設定されていても、大部品の一端部が吸着ノズル18の先端部18aに吸着されたときは、大部品の他端部側が面積取得領域からはみ出す場合がある。そこで、基板に大部品を含む複数種の部品が装着される場合、面積取得領域内に収まる部品(以下、小部品という)であるか、該小部品よりも大きい大部品であるかにより、吸着ノズル18の先端部18aに吸着されている被吸着物が部品であるか異物であるかを再判別する必要があり、図8のフローチャートを参照して説明する。
図8のフローチャートに示す処理は、図7のフローチャートのステップ5の面積演算後に実行される。すなわち、面積演算後、側方画像を取得される部品の寸法データが読込まれ、該部品の側方画像が面積取得領域内に収まるか否かが判断される。そして、部品の側方画像が面積取得領域内に収まるときは、該部品は小部品として区分けされ(ステップ11,12、本発明の「部品区分手段」に相当する)、図7のステップ6以降の処理が実行される。一方、部品の側方画像が面積取得領域からはみ出すときは、該部品は大部品として区分けされる(ステップ11,13、本発明の「部品区分手段」に相当する)。
ここで、小部品および大部品の区分けは、側方撮像手段50の撮像範囲における吸着ノズル18の先端部18aのずれを考慮して、部品が面積取得領域内に確実に入る高さtおよび短辺長Lminを小部品と大部品との区分の高さ境界値および短辺長境界値として夫々設定する。部品の高さtが高さ境界値以上もしくは部品の短辺長Lminが短辺長境界値よりも大きいときは、該部品は大部品として区分される。部品の高さtが高さ境界値よりも小さく、且つ部品の短辺長Lminが短辺長境界値以下のときは、該部品は小部品として区分される。
側方画像を取得される部品が大部品として区分けされると、該大部品の最小投影面積に基づいて閾値が設定される(ステップ14、本発明の「閾値設定手段」に相当する)。そして、被吸着物の側方画像の撮像面積および閾値に基づいて、被吸着物が大部品であるか該大部品以外の異物であるかが判別される(ステップ15,16,17、本発明の「大部品判別手段」に相当する)。被吸着物が大部品と判別されたとき、および被吸着物が異物と判別されたときは、図7で説明した処理と同一の処理が実行される。
ここで、閾値を設定する理由は以下の通りである。すなわち、大部品の中央部が吸着ノズル18の先端部18aに吸着されたときに、大部品全体が面積取得領域内に収まるように設定されていても、大部品の一端部が吸着ノズル18の先端部18aに吸着されたときは、大部品の他端部側が面積取得領域からはみ出すことになる。この場合、図7のステップ6の判別工程が行われると、本来は部品と判別されるべきものが常に異物と判別されることになる。しかし、そのときの撮像面積Rは、最小投影面積fxminの2分の1倍を下回ることはない。そこで、撮像面積Rの下限値については閾値を設定して判断する。なお、撮像面積Rは最大投影面積fxmaxを上回ることはありえないため、撮像面積Rの上限値の判定は行わない。
例えば、閾値として大部品の側方画像の最小投影面積fxminの2分の1を設定する。そして、被吸着物Mの側方画像の撮像面積Rが、大部品の閾値1/2(fxmin)以下のときは、被吸着物Mは異物であると判別される。一方、被吸着物Mの側方画像の撮像面積Rが、大部品の閾値1/2(fxmin)よりも大きいときは、被吸着物Mは部品であると判別される。
図7のフローチャートのステップ7において、被装着物が部品であると判別されたとき、該部品の吸着ノズル18の先端部18aにおける吸着状態、すなわち吸着姿勢を検知することも可能であり、図9のフローチャートを参照して説明する。図7のフローチャートのステップ7の判別後、部品の側方画像に基づいて、該部品の高さh(吸着ノズル18に吸着されている状態のZ軸線方向の辺長)が取得される(ステップ21、本発明の「高さ取得手段」に相当する)。
そして、部品の寸法データのうち高さt(吸着ノズル18に正常に吸着されたときのZ軸線方向の辺長)が読込まれ、取得された部品の高さhが、読込まれた部品の高さtにトレランス(寸法公差)を加味した値と比較される。そして、取得された部品の高さhが、読込まれた部品の高さtの寸法公差内に収まっている場合は、吸着ノズル18の先端部18aにおける部品の吸着姿勢は正常であると検出できる(ステップ22,23,24、本発明の「検出手段」に相当する)。一方、取得された部品の高さhが、読込まれた部品の高さtの寸法公差内に収まっていないときは、吸着ノズル18の先端部18aにおける部品の吸着姿勢は異常であると検出できる(ステップ22,23,25、本発明の「検出手段」に相当する)。部品が吸着ノズル18の先端部18aに正常に吸着されているときは、該部品を再装着するリカバリ処理が実施可能である。
以上の被吸着物検知処理が終了して基板への部品Pの装着が完了すると、図略の吸着ノズル駆動装置からの負圧の供給が停止されて部品Pの吸着保持が解放され、Z軸モータ20の逆転によってノズルスピンドル33がZ軸方向に上昇されると同時に、R軸モータ15の回転によってノズルホルダ17がR軸方向に回動される。これによって、部品Pを基板に装着した吸着ノズル18は、R軸方向に回転(公転)されながらZ軸方向に上昇される。
吸着ノズル18が上昇端位置まで上昇されるとともに、ノズルホルダ17が所定角度回転されると、装着ステーションS1から次のステーションS1+1に向かう吸着ノズル18のノズルスピンドル33が、ノズルレバー41の押圧部41aの下方より離脱する。次いで、装着ステーションS1の直前のステーションS1−1から装着ステーションS1に向かう吸着ノズル18のノズルスピンドル33が、押圧部41aの下方に侵入する。
その状態で、Z軸モータ20が正転され、ノズルレバー41がZ軸方向に下降されることにより、吸着ノズル18のノズルスピンドル33がノズルレバー41の押圧部41aによって下降され、その結果、吸着ノズル18はR軸方向に回転しながらZ軸方向に下降される。そして、ノズルホルダ17が1ピッチ回転割出しされ、吸着ノズル18が装着ステーションS1に位置決めされると、ノズルホルダ17が一旦停止され、その状態で、Z軸モータ20によって吸着ノズル18が少量下降され、吸着ノズル18の先端部18aに吸着保持された部品Pが基板に装着される。
そして、基板への部品Pの装着のために、ノズルホルダ17が一時停止されている間に、上記したように、装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に新たに位置決めされた2つの吸着ノズル18の側方画像が、側方撮像手段50によって取得される。このように、装着ステーションS1の直前直後のステーションS1−1、S1+1に位置決めされた2つの吸着ノズル18の側方画像を取得することにより、ノズルホルダ17がR軸方向に1ピッチ回転される間に、装着ステーションS1からその直後のステーションS1+1に割出される吸着ノズル18のZ軸方向の上昇運動、ならびに装着ステーションS1の直前のステーションS1−1から装着ステーションS1に割出される吸着ノズル18のZ軸方向の下降運動を行うことができるようになる。以上の動作が繰り返されることにより、基板に部品Pが順次装着され、すべての部品Pが基板に装着されると、基板のクランプが解除され、基板が排出される。このようにして、所要の部品Pを基板に装着する動作が終了する。
なお、上述の部品装着ヘッド10の吸着ノズル18における被吸着物検知方法は、吸着ノズル18による部品の基板上への装着後において実行する場合を説明したが、吸着ノズル18による部品の基板上への装着前においても実行可能である。被吸着物が異物であると判別したときは、基板上における部品の空打ちによる基板不良の発生を防止できる。また、特に、図9のフローチャートに示す部品の吸着ノズル18の先端部18aにおける吸着状態の検出処理を実行することにより、吸着ノズル18における部品の吸着姿勢が異常であると検出したときは、該部品は実装不可と判定でき、基板上における部品の実装不良による基板不良の発生を未然に防止できる。
10…部品装着ヘッド、18…吸着ノズル、18a…先端部、50…側方撮像手段、56…ノズル移動手段、80…部品移載装置、90…制御装置。

Claims (4)

  1. 軸線方向に移動することにより、部品を吸着して該部品を基板上に装着する少なくとも1つの吸着ノズルと、前記吸着ノズルを前記軸線方向に移動させるノズル移動手段と、前記吸着ノズルを側方から撮像する側方撮像手段と、を備えた部品装着ヘッドにおいて、前記部品を前記吸着ノズルにより吸着し、前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方で前記吸着ノズルに吸着された被吸着物の検知方法であって、
    前記基板上に装着する前記部品の寸法を記憶する記憶工程と、
    前記部品を前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方の前記吸着ノズルを側方から撮像した側方画像を取得する画像取得工程と、
    前記画像取得工程で取得した前記側方画像内における前記吸着ノズルの先端より下方の領域を面積取得領域とし、該面積取得領域内における前記被吸着物の側方画像の撮像面積を取得する面積取得工程と、
    前記記憶工程で記憶した前記部品の寸法に基づいて、前記画像取得工程で側方画像を取得される部品の最小投影面積および最大投影面積を演算する面積演算工程と、
    前記面積取得工程で取得した前記被吸着物の撮像面積、並びに前記面積演算工程で演算した前記部品の前記最小投影面積および前記最大投影面積に基づいて、前記被吸着物が前記部品であるか該部品以外の異物であるかを判別する判別工程と、を備えた部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物検知方法。
  2. 請求項1において、複数種の部品を、前記吸着ノズルにおける前記部品の吸着状態に関わらず前記部品の側方画像が前記面積取得領域に入る部品を小部品とし、該小部品より大きい部品を大部品として区分けする部品区分工程と、
    前記画像取得工程で側方画像を取得される大部品の最小投影面積に基づいて閾値を設定する閾値設定工程と、
    前記画像取得工程で側方画像を取得される部品が前記大部品であるときは、前記面積取得工程で取得した前記被吸着物の撮像面積および前記閾値設定工程で設定した該大部品の前記閾値に基づいて、前記被吸着物が前記部品であるか該部品以外の異物であるかを判別する大部品判別工程と、を備えた部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物検知方法。
  3. 請求項1または請求項2において、前記判別工程にて前記被吸着物が前記画像取得工程で側方画像を取得される部品であると判別したとき、前記画像取得工程で取得した前記側方画像に基づいて、前記部品の高さを取得する高さ取得工程と、
    前記記憶工程で記憶した前記部品の寸法および前記高さ取得工程で取得した前記部品の高さに基づいて、前記吸着ノズルにおける部品吸着状態を検出する検出工程と、を備えた部品装着ヘッドの吸着ノズルにおける被吸着物検知方法。
  4. 軸線方向に移動することにより、部品を吸着して該部品を基板上に装着する少なくとも1つの吸着ノズルと、前記吸着ノズルを前記軸線方向に移動させるノズル移動手段と、前記吸着ノズルの側方から撮像する側方撮像手段と、を有する部品装着ヘッドと、
    前記部品を前記吸着ノズルにより吸着し、前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方で前記吸着ノズルに吸着された被吸着物を検知する被吸着物検知装置と、を備えた部品装着装置であって、
    前記被吸着物検知装置は、前記基板上に装着する前記部品の寸法を記憶する記憶手段と、
    前記部品を前記基板上に装着する前および装着した後の少なくとも一方の前記吸着ノズルを側方から撮像した側方画像を取得する画像取得手段と、
    前記画像取得手段で取得した前記側方画像内における前記吸着ノズルの先端より下方の領域を面積取得領域とし、該面積取得領域内における前記被吸着物の側方画像の撮像面積を取得する面積取得手段と、
    前記記憶手段から読込んだ前記部品の寸法に基づいて、前記画像取得手段で側方画像を取得される部品の最小投影面積および最大投影面積を演算する面積演算手段と、
    複数種の部品を、前記吸着ノズルにおける前記部品の吸着状態に関わらず前記部品の側方画像が前記面積取得領域に入る部品を小部品とし、該小部品より大きい部品を大部品として区分けする部品区分手段と、
    前記画像取得手段で側方画像を取得される大部品の最小投影面積に基づいて閾値を設定する閾値設定手段と、
    前記画像取得手段で側方画像を取得される部品が前記小部品であるときは、前記面積取得手段で取得した前記被吸着物の撮像面積並びに前記面積演算手段で演算された該小部品の前記最小投影面積および前記最大投影面積に基づいて、前記被吸着物が前記小部品であるか該小部品以外の異物であるかを判別する小部品判別手段と、
    前記画像取得手段で側方画像を取得される部品が前記大部品であるときは、前記面積取得手段で取得した前記被吸着物の撮像面積および前記閾値設定手段で設定された該大部品の前記閾値に基づいて、前記被吸着物が前記大部品であるか該大部品以外の異物であるかを判別する大部品判別手段と、
    前記小部品判別手段で前記被吸着物が前記画像取得手段で側方画像を取得される小部品であると判別したとき、前記画像取得手段で取得される該小部品の前記側方画像に基づいて、該小部品の高さを取得する高さ取得手段と、
    前記記憶手段から読込んだ前記部品の寸法および前記高さ取得手段で取得した前記小部品の高さに基づいて、前記吸着ノズルにおける部品吸着状態を検出する検出手段と、を備えた部品装着装置。
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