JP2912392B2 - 電子部品装着機における電子部品認識装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子部品装置ヘッドに設けられている電子
部品吸着ノズルに吸着されている電子部品のシルエット
を下方から撮像するための、電子部品装着機における電
子部品認識装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の電子部品装着機を第７図〜第13図によって説明
する。第７図は電子部品装着機（以下単に装着機と呼称
する）の概略外観を示す。装着機は、大別して多数のテ
ープフィーダを配列した部品供給テーブル１と、電子部
品（以下、単に部品ともいう）をプリント基板に装着す
る装着ヘッドを備えたインデックスユニット２と、プリ
ント基板を乗せたxyテーブル３と、これらの動作を有機
的に制御する制御装置（図示せず）の４つの要素で構成
されている。

第８図は、制御装置を除く３要素の要部の概略的構成
及び位置関係を斜視図として示す。部品供給テーブル１
には、電子部品をテープ内に保有し、これを連続的に供
給するテープフィーダ４が多数装着されており、制御装
置からの命令に応じて部品供給テーブル１が移動して部
品吸着ステーションに所要のテープフィーダ４が持ち来
たされるようになっている。

インデックスユニット２は、インデックス機構（不図
示）によって割り出された角度だけインデックステーブ
ル５を駆動軸６を介して回動する。インデックステーブ
ル５には、部品装着を司る複数個の装着ヘッド７が回動
自在及び回動軸方向に上下摺動自在に設けられている。
装着ヘッド７の下方先端部には部品を真空吸着するため
のノズル８が備えられている。ノズル８に吸着された部
品９はxyテーブル３上のプリント基板上に搭載される前
に、ミラー10を介して視覚カメラ11及び画像処理装置12
によって吸着姿勢を撮像認識され、所望の姿勢からの角
度ずれ量Δθ及びxy方向の位置ずれ量Δx,Δｙを予め補
正される。

第９図及び第10図は、部品の搭載過程を例示する説明
図である。今、図において、吸着ステーションに位置
せしめられたテープフィード４の真上に来たある特定の
電子部品装着ヘッドＡ（以下ヘッドＡと呼ぶ）に注目し
て部品装置の過程を説明する。ヘッドＡ（７）は、上下
動作を司る図示しないカムリンク機構によって下降しテ
ープフィーダ４上に配置用意された部品９を真空吸着し
再び上昇する。ヘッドＡは、インデックステーブルの間
欠回動によって、（図の場合30度ピッチの間欠回動）、
吸着ステーションからステーション、ステーション
からステーションへと回動され、それぞれのステー
ションで通常0.1秒から0.3秒程度の短時間停留する。ヘ
ッドＡがステーションに停留すると、ステーション
の下方にセットされている撮像カメラ11及び画像処理装
置12によって部品９の吸着姿勢が定量的にいわゆる視覚
認識され、プリント基板に装着される所望の座標x,y,角
度θに対するずれ量Δx,Δy,Δθが測定される。プリン
ト基板に部品９が装着されるときの角度姿勢θは、上記
Δθに対する補正を含めて、ステーションで付与され
る。すなわち、ステーションでは、軸端に摩擦円板18
を有する角度位置決め用モータ16を下降させて、摩擦円
板18をヘッドＡの上部に取付けられている摩擦円板15に
接触させて所要角度だけ該モータ16を回わすことによ
り、上記の角度姿勢の付与を行う。モータ16の回転は、
角度指定エンコーダ17によって制御される。モータ16を
含む上記角度付与機構は、ステーションでのヘッドＡ
の停留時間内に摩擦円板15と18の接近→接触→回動→離
脱の動作ができるように上下移動可能になっている。ス
テーションにおいては、上記ステーションでの部品
の角度付与が適正であったか否かが部品チェック用撮像
カメラ11及び画像処理装置によってチェックされ、適正
である場合はステーションにおいて、予めxyテーブル
３によって前記Δx,Δｙに対する補正値も含めて移動位
置決めされているプリント基板13上の所定の位置にヘッ
ドが降下し着板する。この状態でノズル８内の真空が大
気状態に戻されて、部品９が開放され、つぎの動作でノ
ズル８のみが上昇し、プリント基板13への部品装着が完
了する。部品角度付与が適正でなかった場合は装着動作
を行わず、部品をステーションにおいて、部品受け皿
14に排出し、ヘッドＡは再びテープフィーダが配設され
ている吸着ステーションに戻って以上と同様の動作を
制御装置の命令に従って再び実行する。

ヘッドＡの隣のヘッドも、その次のヘッドも同様な動
作を行っており、従って、部品装着動作は、インデック
ステーブルの間欠回動ピッチに相当する高速度で実行さ
れることになる。

第11図は、上記の様な装着機における部品撮像部の従
来方式を示す。部品の撮像に際しては部品の輪郭を鮮明
に得る必要があるが、一般に部品は白いもの、黒いもの
等各種の色調がある上、形状も多様なため、照明による
部品の浮き上げは困難であるから、部品を照明はせずに
部品の背景を明るく照明し、その中に部品をシルエット
状に浮き上がらせて白黒のコントラストの強い像を得る
ようにしている。このため、第11図の例は、部品装着ヘ
ッド７の吸着ノズル８に白色様の背景円板21を取付、こ
れを照明光源19によって、部品９に光が直接当たらない
ように遮蔽板20によってカバーしつつ照明している。照
明によって白色様に反射する背景円板21の中にシルエッ
トとして浮き上がった部品の像は反射ミラー10によって
光路を変えられた後、カメラ11によって撮像される。第
12図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、撮像された各種電子部
品のシルエット画像の例を示す。

第13図は、背景構成の他の従来方式を示す。本例で
は、部品装着ヘッド７を透明材で構成し、かつ吸着ノズ
ル８の背部に白色状の不透明ガラス様物体22を配設し、
これをヘッド７の上方に設置された照明用光源19からの
光によって白色状に輝かせて部品の背景を作り出すよう
にしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

電子部品装着機における部品の画像認識のための光学
系構成に係る上記従来技術は、部品を直接照明するもの
に比較して、それなりの効果は認められるが、次のよう
な工学上の問題点或いは欠点がある。

即ち、第11図に示されているような装置については、
次の問題点である。

（１）照明光源19をインデックステーブル５及び装着ヘ
ッド７の動作域内に配設せねばならないので、動作域に
余分な空間的スペースをとることになり、装置が大型に
なり、また、万が一、装着ヘッド７が故障または誤動作
して、ヘッド部分が落下またはヘッドそのものが下降し
た場合には、照明系，光学系，及びヘッドそのものが破
損し、重大な故障となる。

（２）部品９の形状寸法は多様に変わるので、部品９に
光が当たらなぬようにしながら背景円板21のみに光を照
射することが相当むずかしく、遮蔽板20の配設設計に多
くの困難を要するのみならず、部品９の多様性のため、
同じ設計の背景板や照明系を用いたのでは不確定性が常
につきまとう。

（３）部品９の寸法，形状の多様化に伴い、一種類の吸
着ノズルのみでは吸着動作を実行できぬため、多くの場
合，同一ヘッドに自動切り替え式の複数の吸着ノズルを
配設するが、第11図の方式では、背景円板21が例えば部
品サイズの２〜３倍の寸法を必要とするため、ノズルを
互に近接するのが困難となり、ヘッドのノズル設置部の
寸法がかなり大きく重くなり、強度上、装着機そのもの
が大型かつ高価となる。

また、第13図のような装置に関連しては、次のような
問題点がある。

（４）各装着ヘッド内に光源を持つので該ヘッドが細長
く、かつ重量増となり、（３）と同様の不利益がある。
また、光源の故障に対する保守がかなり面倒である。

（５）装着ヘッド７の一部を透明材料で構成している
が、一般にこの種材料は強度的に弱く、且つヘッド７は
回転するので、光源やその給電系の組込み構成もかなり
煩雑なものとなる。

したがって、本発明は、上記従来の欠点或いは問題点
を解決するものであって、照明用光源の配置を装着ヘッ
ド動作域内にすることを必要とせず、また装着ヘッドの
故障により部品やヘッドが落下しても光源系が損傷を受
けず、電子部品への直接照明光の遮蔽が容易であり、ヘ
ッドの複ノズル化への対応も容易であり、装着ヘッドの
重量増や強度低下を招かない、電子部品装着機における
電子部品認識装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の背景装置は、上記目的を達成するために、吸
着ノズル軸線に直角方向或いは略直角方向に側面から入
射した光を拡散または散乱により下面から出す光散乱性
の中実な一体材料よりなる背景板と、そのように光を入
射させる照明手段を備える。

また、他の本発明においては、外部からの光エネルギ
ーの照射によって励起し自己発光する背景板を用いる。

〔作用〕

背景板に側面から入射し、拡散ないし散乱により背景
板下面から出る光は、吸着ノズル下端に吸着されている
電子部品を背後から（上方から）照らし、これを下方か
ら見ると、背景板下面が一様な背景となって電子部品が
シルエットとして映し出される。

外部からの光エネルギー照射により励起されて自己発
光する背景板も、同様に電子部品をシルエットとして映
し出す一様に輝く背景を与える。

〔実施例〕

以下、本発明の幾つかの実施例を第１図ないし第６図
により説明する。

第１図は、部品の画像認識のための光学系のみを示す
拡大図である。同図に示されているように、電子部品装
着ヘッド７の下端には電子部品吸着ノズル８の上部の周
りに位置する背景板23が設けられている。照明用の光源
19は、背景板23の略側方に不図示の静止部材で支持さ
れ、遮蔽板20によって光は背景板23の側部へのみ照射さ
れるようになっている。

この背景板23の１実施例は、内部構造的には、第２図
に示すように、全体が平面的にみて円形の箱状を呈し、
内面が光学的に乱反射面24を構成しており、光源19から
背景板の透明な側方のガラ様体部25を透過して進入した
光が内面の乱反射面24に当たって乱反射し、下方へ透過
し、部品９を裏側から照明するようになっている。した
がって撮像カメラ11で部品９を下から見ると、背景板23
は光の色（例えば昼光色）を帯びた明るい一様な背景を
なし、部品９はこの背景板23をバックにくっきりした黒
色のシルエットとして撮像される。

背景板23の他の１実施例が第3,4図に示されている。
本実施例においては、第３図に示されているような透明
箱状の背景板23の内部に微細な乱反射部材が充満されて
いる。したがって第１図の光源19から背景板23へ側方か
ら入射した光は乱反射部材で乱反射し、部品９を背後か
ら一様に照明する。乱反射部材は、第４図に示されてい
るように、多数の反射面を有する他面ガラス様多面体2
6,27で構成することができる。

なお第１図では、光源はノズル８の軸線に対して直角
方向に配置されているが、必ずしもこの位置ではなく、
略直角から照射するようにしても同様の効果が得られ
る。また、光源は点状光源でもよいし、又は背景板８の
周方向の或る長さに対応する弧状もしくは弧状配列の光
源でもよい。後者の光源の場合、第１図における入射用
ガラス様体部25はそれに対応する周方向長さを有するも
のとする。

第5,6図には、外部からのエネルギーの印加によって
自己発光する背景板23を用いた実施例を示す。この実施
例は、第６図に示されているように、内部が中空のガラ
ス様箱体の内部に液体又は固体の例えば蛍光物質等の発
光物質，或はLED素子等の発光半導体等か成る発光体33
を充満又は内壁に塗布してあり、この発光体33に光（レ
ーザ光或は紫外光線等）、或いは電気エネルギを印加し
て発光させ、第１〜４図に関して述べたものと同様に部
品９をその背後から照明するようにしたものである。

外部からエネルギを印加する構成の１例が第５図に示
されている。なお、本例は、電気エネルギを印加する例
であるが、光線或はレーザ光を印加するときは、これを
部品装着ノズル８の軸に対して直角或は略直角方向から
背景板23に照射するように実施される。背景板23の発光
体33には、第６図に示されているように、電線32及び接
点31を介して外部から電気エネルギが印加されるように
なっている。他方、第５図に示されているように、接点
31に対応して可動接点29が配置され、この接点は装着ヘ
ッド７が撮像ステーションに来るたびに、カム或は適当
な駆動手段で背景板23側の接点31に接触するようになっ
ている。この可動接点29は、電源の１端に接続されてお
り、電源28の他端は装着ヘッド７を担持しているインデ
ックステーブルに対する転がり式電気接点30に接続され
て電気回路が構成されている。したがって、装着ヘッド
が撮像ステーションに来ると、この回路によって発光体
33に電荷を作用させ、発光体が電気エネルギによって発
光し、一様な撮像背景ができる。

図示説明はされていないが、第２図，第３図に示す背
景板23に代えて、半透明の光散乱性のプラスチック様の
一体材料で背景板を構成し、この背景板に側方から、点
状の或は円周方向にある長さをもつ光源によって照射し
ても、該一体材料内での光の散乱により、下方から見て
一様に明るく光背景を得ることができる。或いは、背景
板は、内部空洞に光散乱性の懸濁液を封入した透明箱体
でもよい。

〔発明の効果〕

光源を部品装着ヘッドの下方でなく、該ヘッドの動作
或外の側方に設けることができる。このため、ヘッド動
作域に余分なスペースを要しないので電子部品装着機が
大型化しない。万一、装着ヘッドが落下もしくは降下し
ても下方に光源がないので、それを破損する事故は起ら
ない。光源によって電子部品が直接照射されるのを防ぐ
ことが容易である。光源および光通路を装着ヘッド毎に
設ける要はないので、装着ヘッドの大型化や重量増を来
たさず、また装着ヘッドの複雑化や強度低下を招かず、
光源の保守も容易である。カメラを従来よりも電子部品
に接近させることが出来るので映像がより鮮明になり、
部品の画像認識精度を向上させ得る。自己発光する背景
板を用いた場合にも、上記と同様の効果がある。とく
に、高速で回転する部品吸着装置の側に配線を設けて電
源と繋ぐ必要がなく、背景板に蛍光塗料を塗るだけで済
むという効果が得られる。さらに、照射する光として、
紫外線を照射するので、一次入射光が部品の底面に直接
当っても、紫外線は部品の鮮明なシルエット作成の性能
に影響しないので、部品の鮮明なシルエット像を得るこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明の実施例を示し、第１図は電子部品
装着ノズル近傍の光学系の拡大立面図、第２図及第３図
は背景板のそれぞれ異る実施例を示す断面図、第４図は
第３図に用いる微小な乱反射多面体の実施例を示す立面
図、第５図は他の実施例に対応した回路の実施例を示す
図、第６図は第５図に示されている背景板の拡大断面図
である。第７図〜13図は従来例を示す図で、第７図は電
子部品装着機の斜視図、第８図は要部全体を示す斜視
図、第９図はその模式的平面図、第10図はその作用を説
明するための部分拡大立面図、第11図は電子部吸着ノズ
ル近傍の光学系の拡大立面図、第12図（ａ），（ｂ），
（ｃ）は電子部品のシルエット像の例を示す平面図、第
13図は他の光学系の例を示す立面図である。 ７…電子部品装着ヘッド ８…電子部品吸着ノズル ９…電子部品、11…撮像カメラ 19…照明用光源、20…遮光板 23…背景板、24…乱反射面 26,27…多面ガラス様多面体 33…自己発光体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 正道 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 平１−152699（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−54000（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−129700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60292（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 H05K 13/00 - 13/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品装着機の部品装着ヘッドの下部に
   突出している部品吸着ノズルの下端に吸着されている電
   子部品を下方からシルエットとして撮像手段により撮像
   するようにした電子部品認識装置であって、部品装着ヘ
   ッドの部品吸着ノズルの周りに配置され、側方から入射
   する光を拡散または散乱により下面から出す中実な一体
   材料よりなる背景板と、該背景板に側方から吸着ノズル
   の軸線と直角もしくは略直角に光を入射させる照明手段
   と、を備えることを特徴とする電子部品装着機における
   電子部品認識装置。
2. 【請求項２】電子部品装着機の部品装着ヘッドの下部に
   突出している部品吸着ノズルの下端に吸着させている電
   子部品を下方からシルエットとして撮像手段により撮像
   するようにした電子部品認識装置であって、部品装着ヘ
   ッドの部品吸着ノズルの周りに配置され、紫外光の入射
   により励起されて自己発光する背景板と、該背景板に紫
   外光を入射させるための手段と、を備えることを特徴と
   する電子部品装着機における電子部品認識装置。