JP2937785B2 - 実装機の部品状態検出装置 - Google Patents

実装機の部品状態検出装置

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JP2937785B2 JP7016180A JP1618095A JP2937785B2 JP 2937785 B2 JP2937785 B2 JP 2937785B2 JP 7016180 A JP7016180 A JP 7016180A JP 1618095 A JP1618095 A JP 1618095A JP 2937785 B2 JP2937785 B2 JP 2937785B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、部品吸着用のノズル部
材を備えたヘッドユニットによりＩＣ等の部品を吸着し
てプリント基板の所定位置に装着する実装機において、
特に、ノズル部材に吸着された部品の不良や吸着状態を
検知するように構成された実装機の部品状態検出装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、部品装着用のノズル部材を有する
ヘッドユニットにより、ＩＣ等の部品を部品供給部から
吸着して位置決めされているプリント基板上に移送し、
プリント基板の所定の位置に装着するようにした実装機
が知られている。
【０００３】このような実装機においては、ノズル部材
で部品を吸着したときの部品の位置にある程度のバラツ
キがあり、部品の吸着位置ズレに応じて装着位置を補正
することが要求されるとともに、部品の異常、例えばリ
ード折れ等の発生した不良部品の装着を未然に阻止する
ことが要求される。
【０００４】そこで、このような部品状態を検知するた
めに、例えば、平行光線の照射部と受光部とを相対向し
て有する光線式検知手段をヘッドユニットに装備して、
吸着部品を検査することが行われている。これによる
と、吸着部品が照射部と受光部との間、つまり光線式検
知手段による検知エリア内に配置された後、部品に向け
て平行光線が照射され、その投影に基づいて部品状態が
検出されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の実
装機では、大きさ等の異なる各種部品を装着することが
要求され、通常、比較的小型のチップ部品を装着するこ
とが多いが、ＱＦＰやコネクタといった大型部品を装着
することが必要となる場合もあり、従って、上述のよう
な光線式検知手段を用いてこのような大型部品の検出も
可能とするためには、光線式検知手段の照射部と受光部
の間隔やこれらの長さを、検出する大型部品に応じて拡
大する必要がある。
【０００６】しかし、照射部と受光部の間隔や長さが拡
大されると、平行光線へのノイズの影響が増大したり、
照射部と受光部との配置に誤差が生じ易くなる等によ
り、部品（特に小型部品）に対する検出精度が低下する
虞がある。従って、このような検出精度の低下を避ける
必要がある。
【０００７】また、照射部と受光部との間隔が拡大され
ることにより装置が大型化するという問題もあり、これ
を避ける必要もある。
【０００８】なお、部品状態検出の手段としては、上記
光線式検知手段の他に、撮像に基づき部品状態を検出す
る撮像手段があり、部品の種類に応じて光線式検知手段
と撮像手段とを使い分けることも提案されている（平成
４年 特許願 第２９６１２４号）。しかし、このよう
にする場合でも大型部品の検出が行われるとともに、光
線式検知手段との干渉を避ける必要があり、そのために
光線式検知手段の照射部と受光部との間隔や長さが大き
くされることにより、上記のような問題が生じる。
【０００９】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、より精度良く部品不良や部品の吸着状
態を検出することができる実装機の部品状態検出装置を
提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る実装機の部
品状態検出装置は、部品吸着用のノズル部材を昇降可能
に備え、部品供給側と部品装着側とにわたって移動可能
なヘッドユニットを有する実装機において、上記ヘッド
ユニットに設けられ、平行光線の照射部と受光部とを有
して上記ノズル部材に吸着された部品の投影検知に基づ
いて部品状態を検出する光線式検知手段と、上記ヘッド
ユニットの移動経路内に設けられ、撮像に基づき部品状
態を検出する撮像手段と、上記ノズル部材を昇降させる
ノズル駆動手段と、吸着された部品の種類に応じて、上
記光線式検知手段による投影検知が可能な所定寸法以下
の部品の場合は、吸着部品を光線式検知手段に対応する
第１の検出高さ位置とするとともに、上記光線式検知手
段を用いて部品状態を検出し、所定寸法より大きい部品
の場合は、吸着部品を光線式検知手段より下方の第２の
検出高さ位置とするようにノズル駆動手段を制御すると
ともに、上記撮像手段を用いて部品状態を検出する制御
手段とを備えたものである。
【００１１】
【作用】本発明によれば、認識すべき部品の種類に応じ
て、光線式検出手段と撮像手段が使い分けられる。つま
り、光線式検出手段による投影検知が可能な小型部品の
場合には、部品吸着後、ノズル部材の作動により吸着部
品が第１の検出高さ位置に配置された後、光線式検出手
段の照射部から平行光線が照射され、その投影に基づい
て部品状態等が検出される。一方、大型部品の場合は撮
像手段が選択され、この場合には、部品吸着後、ノズル
部材の作動により吸着部品が第２の検出高さ位置に配置
されるとともに、ヘッドユニットの移動により吸着部品
が撮像手段の所定の撮像位置に配置され、この状態で、
撮像手段により部品画像が取込まれ、この画像の認識に
基づいて部品状態が検出される。なお、「部品状態」と
は、いわゆる部品不良や、ノズル部材に吸着された部品
の吸着位置ずれをいう。
【００１２】
【実施例】本発明に係る部品状態検出装置の一例につい
て図面に基づいて説明する。
【００１３】図１及び図２は、本発明に係る部品状態検
出装置が搭載された実装機の構造を示している。同図に
示すように、実装機の基台１上には、プリント基板搬送
用のコンベア２が配置され、プリント基板３がこのコン
ベア２上を搬送されて所定の装着作業位置で停止される
ようになっている。上記コンベア２の側方には、部品供
給部４が配置されている。この部品供給部４は部品供給
用のフィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダ
ー４ａを備えている。
【００１４】また、上記基台１の上方には、部品装着用
のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニ
ット５は、部品供給部４とプリント基板３が位置する部
品装着部とにわたって移動可能とされ、当実施例ではＸ
軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上
でＸ軸と直交する方向）に移動することができるように
なっている。
【００１５】すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向の
固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動さ
れるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上
にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持
部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ
軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ
軸方向のガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５によ
り駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイ
ド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、
このヘッドユニット５に設けられたナット部分（図示せ
ず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、
Ｙ軸サーボモータ９の作動により上記支持部材１１がＹ
軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作
動によりヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸
方向に移動するようになっている。
【００１６】また、上記Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サ
ーボモータ１５には、それぞれロータリエンコーダから
なる位置検出装置１０，１６が設けられており、これに
よって上記ヘッドユニット５の移動位置検出がなされる
ようになっている。
【００１７】上記ヘッドユニット５には、部品吸着用の
ノズル部材２１が設けられている。ノズル部材２１は、
ヘッドユニット５のフレームに対して昇降（Ｚ軸方向の
移動）及びノズル中心軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とさ
れ、Ｚ軸サーボモータ１７及びＲ軸サーボモータ１９に
より作動されるようになっている。また、これらの各サ
ーボモータ１７，１９にはそれぞれ位置検出装置１８，
２０が設けられており、ノズル部材２１の移動位置検出
がなされるようになっている。
【００１８】なお、図示を省略しているが、ノズル部材
２１は負圧供給手段にバルブ等を介して接続されてお
り、部品吸着用の負圧が必要時にノズル先端に供給され
るようになっている。
【００１９】また、上記ヘッドユニット５には、その下
端部に、ノズル部材２１に吸着された部品の状態、すな
わち部品不良や、ノズル部材２１に対する部品の吸着ず
れを投影に基づいて検出する光線式検知手段としてのレ
ーザユニット２２が設けられている。図３に示すよう
に、このレーザユニット２２は、上記ノズル部材２１が
上下動するときに通過する空間を挟んで相対向するレー
ザ発生部（平行光線の照射部）２２ａとＣＣＤからなる
ディテクタ（受光部）２２ｂとから構成されている。
【００２０】さらに、上記ヘッドユニット５には、上記
レーザユニット２２のレーザ発生部２２ａ及びディテク
タ２２ｂの各下面に発光ユニット２３ａ，２３ｂが設け
られるとともに、上記レーザユニット２２の上方であっ
て、レーザ発生部２２ａとディテクタ２２ｂの間の空間
に対応する個所に発光ユニット２３ｃが設けられてい
る。発光ユニット２３ｃは、上記ヘッドユニット５のフ
レームに取付けられており、その中央部には、図３に示
すように、穿孔部２４が形成され、この穿孔部２４を介
して上記ノズル部材２１が発光ユニット２３ｃを貫通す
るようになっている。
【００２１】これらの各発光ユニット２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ（以下、これらをまとめて第１発光ユニット２３
という）は、後記部品認識カメラ２５による部品撮像時
に発光され、これにより部品認識カメラ２５に対してノ
ズル部材２１に吸着された部品の背面側（部品の上面
側）から光を照射するようになっている。
【００２２】一方、上記部品供給部４の側方には、上記
各ノズル部材２１に吸着された部品を撮像する撮像手段
としての部品認識カメラ２５が配設され、また、その上
部には、上記ノズル部材２１に吸着された部品の表面側
（部品の下面側）に光を照射するための第２発光ユニッ
ト２６が配設されている。
【００２３】上記部品認識カメラ２５は、例えばＣＣＤ
カメラであって、部品画像を２次元的に取込むようにな
っており、第２発光ユニット２６に形成された撮像用の
開口部２６ａを介して画像を取り込むようになってい
る。
【００２４】上記部品認識カメラ２５による部品の撮像
の際には、上記ヘッドユニット５に設けられた第１発光
ユニット２３及び第２発光ユニット２６の各照明が、撮
像すべき部品の種類に応じて選択的に発光されるように
なっている。これにより、上記第１発光ユニット２３が
発光された場合には、その光が部品を透過することによ
って得られる画像（透過画像）が取込まれ、上記第２発
光ユニット２６が発光された場合には、その光が部品の
表面で反射することによって得られる画像（反射画像）
が取込まれるようになっている。
【００２５】次に、上記実装機の制御系について図４を
用いて説明する。図４は、上記実装機の制御系の一例を
示すブロック図である。
【００２６】同図において、Ｙ軸サーボモータ９、Ｘ軸
サーボモータ１５、ヘッドユニット５のノズル部材２１
に対するＺ軸サーボモータ１７、Ｒ軸サーボモータ１９
及びこれらの各サーボモータに設けられた位置検出装置
１０，１６，１８，２０は、主制御器３０の軸制御器３
１に電気的に接続されている。レーザユニット２２は、
レーザユニット演算部３５に電気的に接続され、このレ
ーザユニット演算部３５は、主制御器３０の入出力手段
３２を経て主演算部３３に接続されている。また、発光
ユニット２３，２６が、上記入出力手段３２に接続され
ている。
【００２７】また、上記部品認識カメラ２５は、主制御
器３０の画像処理部３４に接続されており、この画像処
理部３４において、取込まれた部品画像に所定の画像処
理が施されて吸着部品の認識が行われ、これにより部品
不良や部品の吸着ずれ等、部品状態が検出されるように
なっている。
【００２８】上記主演算部３３は、図外の記憶部に記憶
されたマウントデータ、すなわち装着部品や装着位置，
装着順番等に関するデータに基づいて軸制御器３１を介
して各サーボモータ９，１５，１７，１９の作動をコン
トロールするとともに、処理すべき部品の種類に応じ
て、部品状態の検出にレーザユニット２２を用いるか部
品認識カメラ２５を用いるかを選定し、その選定に応じ
た制御を行う。
【００２９】つまり、レーザユニット２２によって部品
状態を検出することが可能な部品、例えばレーザユニッ
ト２２のレーザ発生部２２ａとディテクタ２２ｂの間の
空間（レーザユニット２２の検知エリア）に位置させて
回転させることが可能な所定寸法以下の大きさで、かつ
比較的単純な形状の部品等であればレーザユニット２２
を選定し、レーザユニット２２による部品状態の検出が
困難、あるいは不可能な部品、例えば多数のリードを有
する部品や、レーザユニット２２の走査エリア内に位置
させて回転させようとするとレーザ発生部２２ａやディ
テクタ２２ｂと干渉するような大型部品であれば部品認
識カメラ２５を選定するものとし、このような選定に応
じた部品状態検出のための制御を行うようになってい
る。また、部品認識カメラ２５を選定する場合には、さ
らに、反射画像を取込むか透過画像を取込むかを選択
し、それに応じて第１発光ユニット２３又は第２発光ユ
ニット２６を選択的に発光させるように制御するように
なっている。
【００３０】次に、以上のように構成された実装機の部
品状態検出動作について図５のフローチャートを用いて
説明する。
【００３１】上記実装機において実装動作が開始される
と、先ず、ステップＳ１で、Ｙ軸，Ｘ軸サーボモータ
９，１５が駆動されることによりヘッドユニット５が部
品吸着位置まで移動させられ、それから、Ｚ軸サーボモ
ータ１７が駆動されてノズル部材２１が下降する（ステ
ップＳ１，Ｓ２）。これによりノズル部材２１による部
品の吸着が行われる（ステップＳ３）。
【００３２】そして、当該吸着部品に対してレーザユニ
ット２２又は部品認識カメラ２５のいずれの手段により
部品状態の検出を行うかが判断される。つまり、予め記
憶されている部品データを読み出し、吸着部品に応じ、
レーザユニット２２による投影検知が可能な所定寸法以
下の部品であれば、レーザユニット２２を選択し、所定
寸法より大きい部品等であれば、部品認識カメラ２５を
選択する。ここで、部品認識カメラ２５が選択された場
合にはステップＳ５へ、レーザユニット２２が選択され
た場合にはステップＳ１１へそれぞれ移行される（ステ
ップＳ４）。
【００３３】ステップＳ４において、部品認識カメラ２
５が選択された場合には、吸着部品が上記レーザユニッ
ト２２の若干下方の検出位置（図３の位置Ｚ2；第２の
検出高さ位置）に配置されるようにノズル部材が上昇さ
せられるとともに、部品認識カメラ２５上へのヘッドユ
ニット５の移動が行われる（ステップＳ５，Ｓ６）。
【００３４】それから、上記発光ユニット２３又は２６
が選択的に発光され（ステップＳ７）、この状態で部品
認識カメラ２５による部品の撮像が行われる（ステップ
Ｓ８）。そして、ステップＳ９で、画像処理部３４によ
り、部品が認識されるとともに、この部品認識に基づい
て部品不良や部品の吸着ずれが検出され、必要に応じて
装着時の補正量を求める処理が行われる。このような処
理としては、例えば、上記画像処理部３４において部品
の画像が走査され、この走査に基づいて部品の中心位置
及びＲ軸回りの回転角度が求められ、吸着ノズルによる
部品吸着点に対する部品中心点の位置ズレ及び回転角度
のずれから、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及び回転方向の補正量
が求められる。
【００３５】次に、ステップＳ１０で部品装着動作が行
われ、つまりヘッドユニット５がプリント基板３上へ移
動し、補正後の部品装着位置に達するとノズル部材２１
が下降して、プリント基板３へ部品を装着する動作が行
われて、本フローチャートが終了する。
【００３６】一方、ステップＳ４において、レーザユニ
ット２２が選択された場合には、吸着部品が上記レーザ
ユニット２２による検知エリア内の所定位置（図３の位
置Ｚ1；第１の検出高さ位置）に配置されるようにノズ
ル部材が上昇させられ、レーザユニット２２による部品
状態の検出が行われて、装着時の補正量等を求める処理
が行われる（ステップＳ１１〜Ｓ１３）。このような補
正量を求める処理としては、例えば、ノズル部材２１に
吸着された部品がレーザユニット２２に対応する高さ
（位置Ｚ1）に保たれた状態で、これが回転させられる
とともに、レーザ発生部２２ａからレーザビームが照射
されて、これを受光するディテクタ２２ｂにより部品の
投影幅が検出され、投影幅が最小となるところでのその
投影幅、中心点、回転角度等から、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向
及び回転方向の補正量が求められる。
【００３７】そして、このような処理が終了すると、ス
テップＳ１０に移行され、部品装着動作が行われた後、
本フローチャートが終了する。
【００３８】このように、上記実施例の実装機では、部
品不良や部品の吸着ずれといった部品状態の検出を、レ
ーザユニット２２と部品認識カメラ２５を選択的に用い
て行うことができるので、レーザユニット２２について
は、その検出精度を充分に確保できる範囲内でレーザ発
生部２２ａとディテクタ２２ｂの間隔を設定しておき、
これによってレーザユニット２２による検出精度を確保
することができ、その一方、レーザ発生部２２ａとディ
テクタ２２ｂの間の検知エリア内に配置することが不可
能な部品については部品認識カメラ２５によって検出を
行うことができる。従って、すべての吸着部品について
精度良く部品状態の検出を行うことができる。特に、部
品認識カメラ２５による検出の際には、吸着部品がレー
ザユニット２２より下方の位置（位置Ｚ2）に配置され
るようにノズル部材２１が制御されるので、確実に、レ
ーザユニット２２と吸着部品の干渉を回避することがで
きる。
【００３９】また、従来装置で問題となっていた装置の
大型化、すなわち、レーザ発生部２２ａとディテクタ２
２ｂとの間隔の拡大に伴う装置の大型化を回避すること
もできる。
【００４０】さらに、部品認識カメラ２５による部品の
撮像においては、第１発光ユニット２３又は第２発光ユ
ニット２６を選択的に発光させることによって、透過画
像と反射画像を取込むことができるので、これにより取
込み画像の自由度が高められるという利点もある。
【００４１】なお、上記実装機は、本発明に係る部品認
識装置の一例が適用された実装機の一実施例であって、
その具体的な構造は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
適宜変更可能である。例えば、上記実施例においては、
撮像手段として２次元的に画像を取り込むＣＣＤカメラ
からなる部品認識カメラ２５を適用するようにしている
が、ラインセンサからなる撮像手段を適用するようにし
ても構わない。この場合には、ラインセンサに対して部
品を移動させながら部品画像を取り込むので、部品を所
定の撮像位置に停止させる必要がある上記部品認識カメ
ラ２５に比して実装効率を高めることが可能となる。
【００４２】また、上記実施例では、部品の吸、装着が
１本のノズル部材により行われるようになっているが、
ノズル部材を複数本設けて実装効率を高めるようにして
もよい。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の部品状態
検出装置によれば、光線式検出手段と撮像手段とが設け
られ、吸着部品の種類に応じ、光線式検出手段による投
影検知が可能な小型部品の場合は、光線式検知手段が選
択されるとともに、吸着部品が光線式検出手段による検
知エリア内の第１の検出高さ位置に配置された後、部品
の投影に基づいて部品状態が検出され、一方、大型部品
の場合には、吸着部品が光線式検出手段の下方であっ
て、検知エリア外となる第２の検出高さ位置に配置され
た後、撮像に基づく部品認識が行われるので、部品の種
類に応じて、精度よく部品状態を検出することができ、
かつ、光線式検知手段を比較的小さく形成することがで
き、検出機構及び装置のコンパクト化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る部品状態検出装置の一例が適用さ
れた実装機の平面図である。
【図２】同正面図である。
【図３】本発明に係る部品状態検出装置における要部拡
大斜視図である。
【図４】実装機の制御系の一例を示すブロック図であ
る。
【図５】部品状態検出のための制御を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
１ 基台 ２ コンベア ３ プリント基板 ４ 部品供給部 ５ ヘッドユニット ２１ ノズル部材 ２２ レーザユニット ２２ａ レーザ発生部 ２２ｂ ディテクタ ２３ 第１発光ユニット ２３ａ，２３ｂ、２３ｃ 発光ユニット ２５ エリアセンサユニット ２６ 第２発光ユニット ３０ 主制御器 ３１ 軸制御器 ３３ 主演算部 ３４ 画像処理部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 部品吸着用のノズル部材を昇降可能に備
    え、部品供給側と部品装着側とにわたって移動可能なヘ
    ッドユニットを有する実装機において、上記ヘッドユニ
    ットに設けられ、平行光線の照射部と受光部とを有して
    上記ノズル部材に吸着された部品の投影検知に基づいて
    部品状態を検出する光線式検知手段と、上記ヘッドユニ
    ットの移動経路内に設けられ、撮像に基づき部品状態を
    検出する撮像手段と、上記ノズル部材を昇降させるノズ
    ル駆動手段と、吸着された部品の種類に応じて、上記光
    線式検知手段による投影検知が可能な所定寸法以下の部
    品の場合は、吸着部品を光線式検知手段に対応する第１
    の検出高さ位置とするとともに、上記光線式検知手段を
    用いて部品状態を検出し、所定寸法より大きい部品の場
    合は、吸着部品を光線式検知手段より下方の第２の検出
    高さ位置とするようにノズル駆動手段を制御するととも
    に、上記撮像手段を用いて部品状態を検出する制御手段
    とを備えたことを特徴とする実装機の部品状態検出装
    置。
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