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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