JP3115960B2 - 部品認識装置の基準点調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸着ノズルに吸着され
たＩＣ等の小片状のチップ部品の吸着状態を部品認識用
カメラ等の撮像手段によって検出するようにされた実装
機の部品認識装置の基準点調整装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸着ノズルを有する部品装着用の
ヘッドユニットにより、ＩＣ等の小片状のチップ部品を
部品供給部から吸着し、このチップ部品の吸着ノズルに
対する吸着状態を部品認識用カメラによって認識し、こ
れに基づき、吸着ノズルによるチップ部品吸着位置のズ
レを検出し、そのズレ量を考慮しつつ、位置決めされて
いるプリント基板上にチップ部品を移送して装着するよ
うにされた実装機が知られている。

【０００３】ところで、上記のように吸着ノズルに吸着
されたチップ部品の吸着状態を部品認識カメラによって
認識するようなものでは、一般に、部品吸着後に、吸着
ノズルを、実装機の基台上に配置された部品認識カメラ
の所定の撮像位置まで移動させてチップ部品の撮像を行
うようになっており、撮像位置までの移動量は予め設定
されている。しかしながら、実装機においては、吸着ノ
ズルの移動機構を構成する部材の駆動誤差、熱膨張、あ
るいは経年劣化等により、吸着ノズルが部品認識カメラ
の視野内の所定位置（例えば視野の中心）に確実にセッ
トされない場合がある。そのような場合には、吸着ノズ
ルの所定の撮像位置に対するズレ量が、吸着ノズルに対
する吸着チップ部品の吸着ズレ量の検出値に誤差として
含まれることになり、その結果、プリント基板に対する
チップ部品の装着精度の悪化を招くという問題が生じて
いた。

【０００４】そこで、上記のような問題点を解消するべ
く、ヘッドユニットの所定の位置に基準マークを設け
て、チップ部品の吸着状態検出の際に、部品認識カメラ
によって上記基準マークとチップ部品とを同時に検出
し、この検出された基準マークとチップ部品の相対的な
位置関係から、吸着ノズルに対するチップ部品のズレ量
を認識して補正量を演算するな装置が提案されている。

【０００５】また、ヘッドユニットにプリント基板を検
出するための基板認識カメラ等の基板撮像手段が装備さ
れたような実装機では、実装機の基台側に基準マークを
設け、チップ部品吸着後、一旦、基板認識カメラによっ
て上記基準マークを検出し、これによって吸着ノズルの
ズレ量を認識した後、吸着ノズルを部品認識カメラの所
定の撮像位置に移動させて、チップ部品の吸着状態を認
識するような装置も提案されている（特開平２−２７５
７００号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者のような装置では、この基準マークと吸着チップ部品
を同時に検出する必要があるため、基準マークと吸着チ
ップ部品の両方が収まるように部品認識カメラ等の撮像
手段の視野（認識可能領域）が設定されるので、いきお
い、撮像手段の視野の中で部品像が締める割合が小さく
なることによる分解能の低下を招き、その結果、吸着チ
ップ部品に対する認識精度の低下を招くという問題があ
る。

【０００７】また、上記後者（特開平２−２７５７００
号公報）のような装置では、吸着ノズルのズレと、チッ
プ部品の吸着ズレをそれぞれ個別の撮像手段によって検
出しているので、上記前者のような問題は生じないもの
の、吸着ノズルのズレ量を認識した後に、チップ部品の
吸着ズレ量の認識を行なうので、チップ部品が吸着され
てから実際にプリント基板に装着されるまでの時間、す
なわち実装時間の長期化を招くことになり作業効率上好
ましくない。

【０００８】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、部品撮像手段の所定の撮像位置に対す
る吸着ノズルのズレと、吸着ノズルに対するチップ部品
の吸着ズレを同時に認識しながらも、その認識精度を確
保することによってチップ部品の実装精度の向上を図る
ことができる部品認識装置の基準点調整装置を提供する
ことを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸着ノズルに
よりチップ部品を吸着してこれを被装着用基板の所定位
置に装着するヘッドユニットを基台の上方に移動可能に
装備し、このヘッドユニットに、撮像に基づき被装着用
基板を検出するための基板撮像手段を設ける一方、上記
基台に、撮像に基づき上記吸着ノズルに吸着されたチッ
プ部品の吸着状態を検出するための部品撮像手段を設け
るとともに、この部品撮像手段による部品撮像位置まで
上記ヘッドユニットが移動したときに、上記基板撮像手
段に対向する位置で、かつ上記基板撮像手段の被写界深
度内に、上記吸着ノズルの基準撮像位置を示す基準マー
クを配設したものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ヘッドユニットが部品撮像手
段上に移動されて、吸着ノズルに吸着されたチップ部品
の吸着状態の検出が行われると同時に、基板撮像手段に
よって吸着ノズルの基準撮像位置を示す基準マークの検
出が行われる。つまり、チップ部品の吸着状態検出と基
準マーク検出が同時、かつそれぞれ個別の撮像手段によ
って行われることになる。従って、チップ部品の基板へ
の実装時間における吸着チップ部品の吸着ズレ及び吸着
ノズルの基準位置からのズレを認識する時間の割合を最
低限度にでき、しかもその認識精度を確保することがで
きる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【００１２】図１乃至図５は、本発明の部品認識装置の
基準点調整装置が適用される電子部品実装機の構造を示
している。同図に示すように、電子部品実装機（以下、
実装機と略する）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。

【００１３】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、多数列のテー
プフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａは
それぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状
のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープが
リールから導出されるようにするとともに、テープ繰り
出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後述のヘ
ッドユニット５によりチップ部品がピックアップされる
につれてテープが間欠的に繰り出されるようになってい
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、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）及びＹ軸方向
（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動可能になって
いる。

【００１５】すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に
延びる一対の固定レール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軸方向に延びるガイド部材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の作動によりボ
ールねじ軸８が回転して上記支持部材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
ボールねじ軸１４が回転して、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】上記ヘッドユニット５には、図３に示すよ
うに、チップ部品を吸着する第１及び第２の吸着ノズル
２１，２２が設けられている。上記両吸着ノズル２１，
２２は、それぞれヘッドユニット５のフレームに対して
Ｚ軸方向（上下方向）の移動及びＲ軸（ノズル中心軸）
回りの回転が可能とされ、Ｚ軸サーボモータ１６，１７
及びＲ軸サーボモータ１８，１９により作動されるよう
になっている。また、各吸着ノズル２１，２２は、図外
の負圧供給手段にバルブ等を介して接続され、部品吸着
用の負圧が必要時に吸着ノズル２１，２２に供給される
ようになっている。

【００１７】上記吸着ノズルによる部品吸着状態を認識
するため、基台１上に部品認識カメラ６（部品撮像手
段）が設けられている。また、当実施例においては、チ
ップ部品によってはレーザユニット３１による投影像の
検出に基づいた吸着状態の認識も可能とするように、ヘ
ッドユニット５の下端部には、レーザユニット３１が取
付けられている。このレーザユニット３１は、吸着ノズ
ル２１，２２が上下動するときに通過する空間２０を挾
んで相対向するレーザ発生部３１ａとディテクタ３１ｂ
とを有しており、第１及び第２の吸着ノズル２１，２２
に吸着されたチップ部品の吸着状態を、投影像に基づい
て検出するものである。

【００１８】さらに、ヘッドユニット５の下方部でレー
ザユニット３１の上方には、発光体ユニット３５が配置
されている。この発光体ユニット３５は、多数のＬＥＤ
からなるプレート状の発光体２３と、この発光体２３の
下方に位置する拡散板２４とからなり、これらの発光体
２３及び拡散板２４が取付け部材によって一体に連結さ
れている。上記拡散板２４は、第１の吸着ノズル２１に
吸着されたチップ部品を部品認識カメラ６で撮像する際
にのみその背景を構成するものであり、上記発光体２３
の光を適度に拡散するようになっている。つまり、上記
発光体ユニット３５は、図外の駆動手段により、ヘッド
ユニット５に対して水平横方向（図３では、左右方向）
に移動可能にされており、第１の吸着ノズル２１によっ
てチップ部品が吸着され、しかも部品認識カメラ６によ
ってチップ部品の吸着状態の検出が行われる際には、図
３に示す退避位置から、上記レーザユニット３１の空間
２０上方に移動された駆動位置（図４に示す）に前進さ
れるようになっている。また、発光体ユニット３５に
は、この発光体ユニット３５が上記駆動位置に移動され
た際に、上記第１のノズル２１を挿通可能とする貫通孔
２５が上記発光体２３と拡散板２４とに亘って設けられ
ている。

【００１９】さらに、上記ヘッドユニット５の側方前部
には、プリント基板３を認識する際に、プリント基板３
表面に符されたマークを検出するための基板認識カメラ
１０（基板撮像手段）が取付けられている。この基板認
識カメラ１０の先端部（下端部）には、多数のＬＥＤか
らなる円筒状の発光体３２が固着されており、プリント
基板３のマーク認識時には、発光体３２が発光されつ
つ、発光体３２の検出孔３３を介して基板認識カメラ１
０によってマークの検出が行われるようになっている。

【００２０】一方、上記部品認識カメラ６は、上記基台
１上で、上記部品供給部４の側方に配設され、取付け部
材２６を介して基台１上に固着されている。さらにこの
取付け部材２６のアーム２７端部に円柱状のロッド２８
が突設されとともに、このロッド２８の先端面に、チッ
プ部品の吸着状態検出時における第１の吸着ノズル２１
の所定の基準撮像位置を示す基準マーク２９が符されて
いる。つまり、図４及び図５に示すように、上記ヘッド
ユニット５が部品認識カメラ６上方に移動されて、吸着
ノズル２１の中心点が部品認識カメラ６の視野の中心点
と一致された際に、上記基板認識カメラ１０の視野の中
心点に対向するように基準マーク２９が設けられてい
る。また、基準マーク２９の高さ、すなわち基板認識カ
メラ１０と基準マーク２９との距離は、基板認識カメラ
１０とプリント基板３の表面３０までの距離と同一にな
るように設定されており、これによって基準マーク２９
が基板認識カメラ１０の被写界深度内に配置されてい
る。

【００２１】上記のように構成された実装機は、図示し
ていないが、マイクロコンピュータを構成要素とする制
御装置を備え、上記Ｙ軸及びＸ軸サーボモータ９，１
５、ヘッドユニット５の各吸着ノズル２１，２２に対す
るＺ軸サーボモータ１６，１７、Ｒ軸サーボモータ１
８，１９及びレーザユニット３１等はすべて上記制御装
置に電気的に接続され、この制御装置によって統括制御
されるようになっている。

【００２２】また、上記制御装置には画像処理部が備え
られている。この画像処理部では、上記部品認識カメラ
６によって取り込まれた吸着チップ部品の画像信号に所
定の画像処理を施すことにより吸着チップ部品の中心位
置及び回転角等を検出するとともに、上記基板認識カメ
ラ１０から送られる画像信号に所定の画像処理を施すこ
とにより、プリント基板３に符されたマーク及び上記基
準マーク２９を検出するようになっている。

【００２３】さらに、上記実装機においては、吸着チッ
プ部品の吸着状態の検出において、上記レーザユニット
３１を用いるか部品認識カメラ６を用いるかを選択的に
設定することが可能となっており、上記制御装置では、
その選定に応じて各駆動部を駆動制御するようになって
いる。

【００２４】次に、上記実装機の制御について、図６の
フローチャートを用いて説明する。なお、ここでは、部
品認識カメラ６を用いて吸着チップ部品の検出を行うこ
とを選定した場合の処理ルーチンについて説明する。

【００２５】このルーチンでは、まずステップＳ１で、
Ｚ軸サーボモータ１６，１７が駆動されることにより第
１，第２の吸着ノズル２１，２２の上昇が開始される。
そしてステップＳ２で、発光体ユニット３５が両ノズル
２１，２２と干渉することなく移動可能となる範囲まで
両ノズル２１，２２が上昇したか否かが判定され、この
判定がＹＥＳとなったとき、発光体ユニット３５が図４
及び図５に示す駆動位置まで移動される（ステップＳ
３）。続いて、ステップＳ４の判定において発光体ユニ
ット３５の移動完了が確認されると、Ｘ軸，Ｙ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し（ステップＳ５）、それか
ら、Ｚ軸サーボモータ１６が駆動されて第１の吸着ノズ
ル２１のみが下降する（ステップＳ６）。この場合、発
光体ユニット３５の駆動位置では、図４に示すように、
貫通孔２５が第１の吸着ノズル２１に対応した位置にあ
るので、第１の吸着ノズル２１が貫通孔２５を通って下
降する。

【００２６】上記下降の後、第１の吸着ノズル２１によ
りチップ部品の吸着が行われる（ステップＳ７）。続い
て、第１の吸着ノズル２１に吸着されたチップ部品が発
光体ユニット３５よりも下方で撮像に適した所定高さと
なるまで、第１の吸着ノズル２１の上昇が行われる（ス
テップＳ８）とともに、部品認識カメラ６上へのヘッド
ユニット５の移動が行われる（ステップＳ９）。

【００２７】それから、発光体ユニット３５の発光体２
３及び基板認識カメラ１０の発光体３２が共に発光し
（ステップＳ１０）、この状態で部品認識カメラ６によ
るチップ部品の撮像が行われると同時に、基板認識カメ
ラ１０による基準マーク２９の撮像が行われる（ステッ
プＳ１１）。そして、ステップＳ１２で、制御装置の画
像処理部により、チップ部品を認識して部品吸着状態を
検出するとともに、基準マーク２９を認識し、補正量を
求める処理が行われる。この処理としては、画像処理部
においてチップ部品及び基準マーク２９の画像が走査さ
れ、この走査に基づいてチップ部品の中心位置及びＲ軸
回りの回転角度が求められるとともに、基準マーク２９
の基準位置に対する相対的な位置から第１の吸着ノズル
２１の基準撮像位置に対するズレが求められ、これに基
づいて、第１の吸着ノズル２１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ズレが求めら
れ、それに応じてチップ部品のプリント基板３への装着
におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及び回転方向の補正量が求
められるようになっている。

【００２８】そして、ステップＳ１３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上に
移動し、補正後の部品装着位置に達すると第１の吸着ノ
ズル２１が下降して、プリント基板３へチップ部品を装
着する動作が行われて本フローチャートの処理が終了す
る。

【００２９】以上説明したように、本発明の部品認識装
置の基準点調整装置によれば、第１の吸着ノズル２１に
吸着されたチップ部品の吸着状態の検出と、基準マーク
２９の検出を、同時に、かつそれぞれ個別の認識カメラ
６，１０で行うので、チップ部品のプリント基板３への
実装時間における、吸着チップ部品の吸着ズレ及び吸着
ノズルの基準撮像位置からのズレを認識する時間の割合
を最低限度にでき、しかもその認識精度を確保すること
ができる。従って、従来のように、基準マークと吸着チ
ップ部品を同一のカメラで撮像するために、その認識精
度の低下を招いたり、あるいは基準マークの検出と、吸
着チップ部品の吸着状態の検出を基台上の異なった場所
で行うことによって、チップ部品の実装時間の長期化を
招くといった問題が解決され、チップ部品の実装をより
短時間で、かつより高精度で行うことが可能となる。

【００３０】また、上記実施例の実装機においては、プ
リント基板３の表面３０から基板認識カメラ１０までの
距離と基準マーク２９から基板認識カメラ１０までの距
離が同一になるようにされているので、プリント基板３
のマークと基準マーク２９を基板認識カメラ１０を兼用
して検出しながらも基板認識カメラ１０のピント調整を
行う必要がないという利点もある。

【００３１】なお、上記実施例においては、基準マーク
２９と基板認識カメラ１０の間隔が、基板３の表面３０
と基板認識カメラ１０の間隔に等しくなるように配設さ
れているが、基準マーク２９と基板認識カメラ１０の間
隔は、基板認識カメラ１０の被写界深度内であれば、必
ずしもプリント基板３と基板認識カメラ１０の間隔と同
一にする必要はなく、実装機のスペース等により適宜変
更しても構わない。

【００３２】また、基準マーク２９の配設位置も、実施
例に限られるものではなく、基板認識カメラ１０のヘッ
ドユニット５に対する装着位置等に合わせて適宜変更す
るようにすればよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、部品撮
像手段によって吸着ノズルに吸着されたチップ部品の吸
着状態を検出する際に、基板撮像手段によって検出され
うるように、吸着ノズルの基準撮像位置を示す基準マー
クを基板撮像手段に対向、かつ基板撮像手段の被写界深
度内に配設したので、吸着ノズルに吸着されたチップ部
品の吸着状態の検出と、基準マークの検出を、同時に、
かつそれぞれ個別の撮像手段で行うことが可能となり、
従って、部品撮像手段の基準撮像位置に対する吸着ノズ
ルのズレと、吸着ノズルに対するチップ部品の吸着ズレ
を同時に認識しながらもその認識精度を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による部品認識装置の基準点
調整装置を備えた実装機全体を示す平面図である。

【図２】図１における正面図である。

【図３】ヘッドユニットを示す要部拡大図である。

【図４】吸着チップ部品を部品認識カメラで検出してい
る状態を示す正面図である。

【図５】図４における側面図である。

【図６】吸着チップ部品を部品認識カメラで検出する際
の制御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 基台 ３ プリント基板 ５ ヘッドユニット ６ 部品認識カメラ １０ 基板認識カメラ ２１ 第１の吸着ヘッド ２２ 第２の吸着ヘッド ２９ 基準マーク

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着ノズルによりチップ部品を吸着して
   これを被装着用基板の所定位置に装着するヘッドユニッ
   トを基台の上方に移動可能に装備し、このヘッドユニッ
   トに、撮像に基づき被装着用基板を検出するための基板
   撮像手段を設ける一方、上記基台に、撮像に基づき上記
   吸着ノズルに吸着されたチップ部品の吸着状態を検出す
   るための部品撮像手段を設けるとともに、この部品撮像
   手段による部品撮像位置まで上記ヘッドユニットが移動
   したときに、上記基板撮像手段に対向する位置で、かつ
   上記基板撮像手段の被写界深度内に、上記吸着ノズルの
   基準撮像位置を示す基準マークを配設したことを特徴と
   する部品認識装置の基準点調整装置。