JP2015106603A - 部品装着用光照射撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着ノズルの微細な傷の反射光像によるノイズを低減した部品装着用光照射撮像装置を提供すること。【解決手段】光照射撮影装置は、側射光源部３、同軸落射光源部４及び部品認識カメラ５よりなる。側射光源部３は3段のLED素子モジュール３１、３２、３３を有している。LED素子モジュール３１、３２、３３の光出射面の法線は部品認識カメラ５の撮像軸に対して異なる傾斜角θ1、θ2、θ3となっている。LED素子モジュール３１、３２、３３は、共通の基板４０１上に形成された基板４０２を有し、各基板４０２には、LED素子４０３が規則正しく配列されている。LED素子モジュール３１、３２のLED素子４０３上には、集光レンズ４０４が設けられ、LED素子モジュール３３のLED素子４０３上には、集光レンズ４０４’が設けられている。LED素子モジュール３３の集光レンズ４０４’は光拡散手段たとえばシボ加工面あるいは光拡散剤を含む。【選択図】 図１

Description

本発明は部品装着用光照射撮像装置に関する。

一般に、電子部品等の部品を基板に装着する部品装着ユニットにおいては、部品供給ユニットから部品を装着ヘッドに設けられた吸着ノズルにより吸着取出す。次いで、光照射撮像撮像装置を用いて吸着ノズルと共に部品を光照射して部品を部品認識カメラで撮像し、吸着ノズルに対する部品の位置、角度の姿勢情報を得る。最後に、装着ヘッドと共に部品を基板上に移動し、上述の姿勢情報に基づいて各部品の位置、角度に必要な補正を行った上で、部品を基板に装着する。

従来の部品装着用光照射撮像装置は、装着ヘッドに設けられた吸着ノズルにより吸着された部品を光照射して撮像するために、部品認識カメラと、部品認識カメラの撮像軸を中心にして装着ヘッドに対して光照射角度が異なるように配置された複数段の発光素子モジュールとを備えている（参照：特許文献１）。

特開２０１１−１５５０５０号公報

しかしながら、上述の従来の部品装着用光照射撮像装置においては、吸着ノズルより部品が小さい場合には、吸着ノズルの線傷、打痕等の微細な傷が部品認識カメラに映り込み、部品認識カメラの画像処理においてノイズとなり、従って、部品の姿勢情報が誤り、この結果、部品の装着エラーを発生するという課題がある。

すなわち、図６に示すように、装着ヘッド１００に設けられた吸着ノズル２００より部品３００Ａが小さい場合、具体的には、吸着ノズル２００は吸着管２０１、吸着管２０１より径が大きい取付部材２０２等よりなるので、取付部材２０２より部品３００Ａが小さい場合、部品３００Ａに対して光が照射されると、取付部材２０２の微細な傷により反射された光が部品認識カメラに映り込み、部品認識カメラの画像処理においてノイズとなる。たとえば、図７の部品認識カメラの画像に示すように、吸着ノズル２００の取付部材２０２がその微細な傷のために光照射で光る。尚、図７の（Ａ）は部品を装着していない24個の吸着ノズルを有している装着ヘッドの全体画像を示し、図７の（Ｂ）は（Ａ）の全体画像のうち微細な傷のために光っている1つの吸着ノズルの画像を示す。

他方、図８に示すように、吸着ノズル２００より部品３００Ｂが大きい場合、具体的には、取付部材２０２より部品３００Ｂが大きい場合、部品３００Ｂに対して光が照射されても、取付部材２０２の微細な傷は部品３００Ｂによって蔽われているので、取付部材２０２の微細な傷からの反射光がなく、部品認識カメラの画像処理において取付部材２０２の微細な傷によるノイズは発生しない。

上述の課題を解決するために、本発明に係る部品装着用光照射撮像装置は、装着ヘッドに設けられた吸着ノズルにより吸着された部品を光照射して撮像するための部品装着用光照射撮像装置において、部品認識カメラと、部品認識カメラの撮像軸を中心にして装着ヘッドに対して光照射角度が異なるように配置された複数段の発光素子モジュールとを具備し、複数段の発光素子モジュールのうち部品認識カメラに最近接する発光素子モジュールの集光レンズは光拡散手段を具備するものである。上述の部品認識カメラに最近接する発光素子モジュールは面発光状態となり、その発光素子モジュールの発光面の輝度が低下する。

本発明によれば、吸着ノズルの微細な傷が部品認識カメラに最近接する発光素子モジュールからの光がほぼ直交して入射するので吸着ノズルの微細な傷の反射像が部品認識カメラへ大きく映り込む。しかし、部品認識カメラに最近接する発光素子モジュールの発光面の輝度が低下するので、図９の吸着ノズルの画像に示すように、吸着ノズルの微細な傷による反射光量が低下し、この結果、部品認識カメラの画像処理におけるノイズを低減できる。

本発明に係る部品装着用光照射撮像装置の実施の形態を示し、（Ａ）は図３のI-I線断面図、（Ｂ）は側射ブロックの写真である。 図１の部品装着用光照射撮像装置を示し、（Ａ）は図３のII-II線断面図、（Ｂ）は図１の（Ｂ）と異なる側射ブロックの写真である。 図１、図２の側射光源部の上面図である。 図１、図２の最下段のLED素子モジュールの断面図である。 図１、図２、図３の側射光源部を示し、（Ａ）は非点灯状態の写真、（Ｂ）は点灯状態の写真である。 課題を説明するための吸着ノズルより部品が小さい場合を示し、（Ａ）は吸着ノズルの側面図、（Ｂ）は底面図である。 図６で得られたカメラ画像を示し、（Ａ）は全体画像図、（Ｂ）は1つの吸着ノズルの画像図である。 課題を説明するための吸着ノズルより部品が大きい場合を示し、（Ａ）は吸着ノズルの側面図、（Ｂ）は底面図である。 本発明の効果を説明するための1つの吸着ノズルの画像図である。

図１は本発明に係る部品装着用光照射撮像装置の実施の形態を示し、（Ａ）は図３のI-I線断面図、（Ｂ）は側射ブロックの写真である。また、図２も図１の部品装着用光照射撮像装置を示し、（Ａ）は図１の（Ａ）と異なる図３のII-II線断面図、（Ｂ）は図１の（Ｂ）と異なる側射ブロックの写真である。

図１、図２においては、装着ヘッド１には、円周方向に所定間隔で複数の吸着ノズル２が設けられており、吸着ノズル２は図示しない部品供給ユニットからの部品（図示せず）を吸着取出す。この場合、吸着ノズル２は垂直方向回りに回転可能であり、かつ垂直方向に上下移動可能である。

装着ヘッド１の吸着ノズル２に吸着された部品は光照射撮影装置によって光照射されてその反射光像が撮像される。

光照射撮影装置は、側射光源部３、同軸落射光源部４及び部品認識カメラ５よりなる。部品認識カメラ５上には、レンズ６、ハーフミラー７及びレンズ８が設けられている。

側射光源部３からの光は吸着ノズル２に吸着された部品に斜視方向から照射され、その反射光はレンズ８、ハーフミラー７及びレンズ６を介して部品認識カメラ５に入射する。

他方、同軸落射光源部４から照射された光はハーフミラー７により反射され、レンズ８を介して吸着ノズル２に吸着された部品に直視方向から照射され、その反射光はレンズ８、ハーフミラー７及びレンズ６を介して部品認識カメラ５に入射する。部品が鏡のような表面を有する場合、側射光源部３からの光照射では部品を部品認識カメラ５に映し込むことができないので、同軸落射光源部４が特に有効となる。

次に、側射光源部３について詳細に説明する。

側射光源部３は複数段たとえば3段の発光ダイオード（LED）素子モジュール３１、３２、３３を有している。LED素子モジュール３１、３２、３３の光出射面の法線は部品認識カメラ５の撮像軸に対して異なる傾斜角θ1、θ2、θ3（θ1＞θ2＞θ3）となっている。たとえば、θ1=70°、θ2=50°、θ3=30°である。これにより、LED素子モジュール３１、３２、３３により吸着ノズル２に吸着された部品は均一に光照射される。この場合、LED素子モジュール３１から吸着ノズル２に光照射されても、傾斜角θ1が大きいので、吸着ノズル２の微細な傷から反射されて部品認識カメラ５に向かう光量は少ない。また、LED素子モジュール３２から吸着ノズル２に光照射された場合は、傾斜角θ2が小さくなるので、吸着ノズル２の微細な傷から反射されて部品認識カメラ５に向かう光量は少し多くなる。さらに、LED素子モジュール３３から吸着ノズル２に光照射された場合、傾斜角θ3が非常に小さくなるので、吸着ノズル２の微細な傷から反射されて部品認識カメラ５に向かう光量は非常に多くなる。

図１、図２の最下段つまり部品認識カメラ５に最近接するLED素子モジュール３３から吸着ノズル２に光照射される光が吸着ノズル２の微細な傷から反射されて部品認識カメラ５へ向かう光量を少なくするために、後述のごとく、LED素子モジュール３３の集光レンズに光拡散手段を設ける。

また、LED素子モジュール３１、３２、３３は、図３に示すごとく、上面視で8角形となっており、8個の側射ブロック３−１、３−２、…、３−８に分割されている。尚、図１の（Ａ）は図３のI-I線断面図、図１の（Ｂ）は側射ブロック３−１（３−３、３−５、３−７）の写真であり、また、図２の（Ａ）は図３のII-II線断面図、図２の（Ｂ）は側射ブロック３−２（３−４、３−６、３−８）の写真である。

側射光源部３のLED素子モジュール３１、３２、３３は、いずれも、基台４０１、プリント基板４０２、LED素子４０３及び集光レンズ４０４よりなる。この場合、プリント基板４０２の数は、LED素子モジュール３１、３２、３３の数×側射ブロック３−１、３−２、３−３、３−４、３−５、３−６、３−７、３−８の数であり、つまり、24個である。

尚、図３に示すように、側射ブロック３−１、３−３、３−５、３−７と側射ブロック３−２、３−４、３−６、３−８との構成の相違は、側射光源部３の底部に設けられるハーフミラー７、レンズ８が格納される筐体が上面視で正方形となっているためである。

図１、図２の1つの側射ブロックを構成するLED素子モジュール３１、３２、３３は、いずれも、共通の基板４０１上に形成された基板４０２を有する。各基板４０２には、発光素子たとえばLED素子４０３が規則正しく配列されている。LED素子モジュール３１、３２のLED素子４０３上には、光拡散手段を有しない集光レンズ４０４が設けられ、LED素子モジュール３３のLED素子４０３上には、光拡散手段を有する集光レンズ４０４’が設けられている。集光レンズ４０４、４０４’はたとえばアクリル樹脂よりなる。

上述のごとく、最下段のLED素子モジュール３３の集光レンズ４０４’は光拡散手段を含む。これにより、最下段のLED素子モジュール３３は面発光状態となり、発光面の輝度が低下する。従って、部品に覆われていない吸着ノズル２の微細な傷からの反射光量が低下する。この結果、部品認識カメラ５の画像処理におけるノイズを低減できる。

図４は図１、図２のLED素子モジュール３３の断面図である。

図４に示すように、LED素子モジュール３３の集光レンズ４０４’の両面には、 光拡散手段としてのシボ加工面４０４’ａ、４０４’ｂが形成されている。シボ加工面４０４’ａ、４０４’ｂは集光レンズ４０４’を形成する金型の表面を予めエッチングによる化学処理、サンドブラスト、研磨処理等の物理的処理によって模様をつけておくことにより形成できる。尚、シボ加工面４０４’ａ、４０４’ｂは集光レンズ４０４’の少なくとも内面に設ければよい。

また、図４に示すように、集光レンズ４０４’は光拡散手段としての光拡散剤４０４’ｃを含む。光拡散剤４０４’ｃとしては、酸化シリコン（SiO₂）、酸化チタン（TiO₂）、酸化亜鉛（ZnO）、硫酸バリウム（BaSO₄）、炭酸カルシウム（CaSO₄）、炭酸マグネシウム（MgCO₃）、水酸化アルミニウム（Al(OH)₃）、合成シリカ、ガラスビーズ、ダイヤモンドのうちの少なくとも1つを含むが、これに限定されるものではない。

尚、図４の集光レンズ４０４’は、光拡散手段としてシボ加工面４０４’ａ、４０４’ｂ及び光拡散剤４０４’ｃを含むが、シボ加工面４０４’ａ、４０４’ｂもしくは光拡散剤４０４’ｃのいずれかを含めばよい。

図５は図１、図２、図３の側射光源部３を示し、（Ａ）は非点灯状態の写真、（Ｂ）は点灯状態を示す。すなわち、最下段つまり部品認識カメラ５に最近接するLED素子モジュール３３は面発光のようになり、発光面の輝度は低下する。

尚、上述の実施の形態においては、側射光源部３は3段のLED素子モジュール３１、３２、３３により構成しているが、4段以上のLED素子モジュールで構成してもよい。この場合には、部品認識カメラ５に最近接する下段のLED素子モジュールに加えて、光出射面の法線が部品認識カメラ５の撮像軸に対して45°以下であるLED素子モジュールの集光レンズも、上述の光拡散手段を含むことができる。

さらに、上述の実施の形態においては、側射光源部３は8つの側射ブロックにより構成し、8角形をなしているが、他の数の側射ブロックを用いて他の多角形にもなし得る。究極的には、円形にしてもよい。

本発明は、上述の実施の形態の自明の範囲内でいかなる変更にも適用し得る。

本発明は電子回路部品、プリント配線基板等の種々の部品の装着用に利用できる。

１... 装着ヘッド
２... 吸着ノズル
３... 側射光源部
４... 同軸落射光源部
５... 部品認識カメラ
６... レンズ
７... ハーフミラー
８... レンズ
３１、３２、３３... LED素子モジュール
３−１、３−２、…、３−８... 側射ブロック
４０１... 基台
４０２... プリント基板
４０３... LED素子
４０４、４０４’... 集光レンズ
４０４’ａ、４０４’ｂ... シボ加工面
４０４’ｃ... 光拡散剤

Claims (4)

1. 装着ヘッドに設けられた吸着ノズルにより吸着された部品を光照射して撮像するための部品装着用光照射撮像装置において、
   部品認識カメラと、
   前記部品認識カメラの撮像軸を中心にして前記装着ヘッドに対して光照射角度が異なるように配置された複数段の発光素子モジュールと
   を具備し、
   前記複数段の発光素子モジュールのうち前記部品認識カメラに最近接する発光素子モジュールの集光レンズは光拡散手段を具備することを特徴とする部品装着用光照射撮像装置。
2. さらに、前記最近接する発光素子モジュールに加えて、光出射面の法線が前記部品認識カメラの撮像軸に対して45°以下である発光素子モジュールの集光レンズも光拡散手段を具備する請求項１に記載の部品装着用光照射撮像装置。
3. 前記光拡散手段は前記集光レンズの少なくとも内面に施されたシボ加工面である請求項１または２に記載の部品装着用光照射撮像装置。
4. 前記光拡散手段は前記集光レンズに含まれる光拡散剤である請求項１または２に記載の部品装着用光照射撮像装置。