JP3769089B2 - 実装機の部品認識装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル部材を備えたヘッドユニットにより電子部品を吸着してプリント基板上の所定位置に装着するように構成された実装機において、ノズル部材に吸着された部品の認識を行うための撮像手段及び照明手段を備えた部品認識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一般に知られている。
【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は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。そのため、吸着された部品を認識してノズル部材に対する吸着位置ズレを検知したり、また部品の異常、例えばリードを有する部品であれば、このリードの折れ等を検知するようにしている。
【０００４】
このような部品認識を行う装置として、例えば、ラインセンサ等からなる撮像手段と照明手段とを実装機の基台上に設置し、部品吸着後のヘッドユニットを撮像手段上に移動させ、照明手段により部品認識用の所要の光を吸着部品に照射ししつつ撮像手段により撮像を行って部品画像を取込み、この取込み画像に基づいて部品認識を行うようにした装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般にこの種の部品認識装置における照明手段としてはＬＥＤランプが使用されており、明るさの変動を抑制するため定電流回路によりＬＥＤランプへの供給電流を一定にしていた。しかし、このようにしても、ＬＥＤランプが点灯後に自己発熱で温度変化した場合、その温度変化により明るさが大きく変化する。このため、撮像された部品の画像の鮮明度等に影響を及ぼし、画像認識率が悪化する場合があった。
【０００６】
また、このような温度変化による明るさの変動を避けるため、画像認識を行なわないときにもＬＥＤランプを常に点灯させることで温度を安定させることも行われているが、この場合、常に点灯させた状態で温度が過度に高くならないように格別に放熱を考慮する必要があるとともに、無駄な電力を消費し、しかも、外気温の変動等による温度変化を完全に排除することは困難であるため明るさを微妙に調整することができなかった。
【０００７】
さらに、吸着部品の種類によって画像認識のための最適な明るさが異なるので、照明からの光の明るさを吸着部品に応じて調整することが好ましいが、従来ではこのような調整も困難であった。
【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、照明手段から吸着部品に照射する光の明るさを適正に調整することができ、これにより部品認識精度を向上することができる実装機の部品認識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】
本発明の実装機の部品認識装置は、部品吸着用のノズル部材を有するヘッドユニットと、上記ノズル部材に吸着された部品を撮像する撮像手段と、この部品の撮像時に部品に光を照射する照明手段とを備え、上記撮像手段により取り込まれた部品の画像に基づいてノズル部材に吸着された部品の認識を行うように構成された実装機の部品認識装置において、上記照明手段から上記部品に照射される光の明るさを検出する照明光検出手段と、この光の明るさの目標値を設定し、この目標値と上記照明光検出手段による検出値とを比較し、両者の偏差に応じて上記照明装置の光量を制御する制御手段とを備え、上記撮像手段と上記照明光検出手段とは、照明光の波長に応じた感度の特性が同一の素子を用いて構成されているものである。
【００１０】
この構成によると、照明光検出手段の検出データに基づいて上記制御手段によりフィードバック制御が行われ、このフィードバック制御により、上記部品に照射される光の明るさが目標値となるように調整され、撮像された部品画像の明るさが適正に保たれる。また、上記撮像手段と上記照明光検出手段とは、照明光の波長に応じた感度の特性が同一の素子を用いて構成されているため、上記照明光検出手段により撮像手段と同様の感度で明るさが検出され、部品画像の明るさの調整が適正に行われる。
【００１１】
本発明の装置において、上記照明手段はＬＥＤからなる発光手段を備え、上記制御手段は上記ＬＥＤに対する通電電流を制御するものであれば、ＬＥＤの温度変化によって明るさが変化する傾向が生じても、それに応じて上記通電電流が制御されることにより、明るさが適正に調整される。
【００１３】
また、本発明の装置において、上記撮像手段は上記ヘッドユニットの移動経路内に配置されたラインセンサからなり、このラインセンサに対してヘッドユニットが相対的に移動する間に撮像が行なわれるように構成されるとともに、上記ラインセンサに対するヘッドユニットの移動速度を検出する移動速度検出手段を備え、上記設定手段はこの移動速度に応じて上記目標値を調整するようになっていることが好ましい。
【００１４】
このようにラインセンサが用いられる場合はヘッドユニットが移動する間に画像が取り込まれることから、照明が同じ明るさでは移動速度が速くなるにつれて画像が暗くなるというように、移動速度が画像の明るさに影響するが、これを加味して目標値が設定されることにより、定速移動時以外の加速時や減速時でも、適正に部品画像の明るさが調整される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る部品認識装置の一例について図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明に係る部品認識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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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手段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。
【００２４】
上記ヘッドユニット５には、チップ部品吸着用のノズル部材２０が設けられ、図２に示すように当実施形態ではＸ軸方向に８つのノズル部材２０が並べて設けられている。各ノズル部材２０は、それぞれ、ヘッドユニット５のフレームに対して昇降及びノズル中心軸回りの回転が可能とされ、図外の昇降駆動機構及び回転駆動機構により作動されるようになっている。なお、上記昇降駆動機構は、例えば、各ノズル部材２０を同時に上下動させる全体昇降用サーボモータと、各ノズル部材２０を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定数（８個）のエアシリンダとを備え、それらを併用することにより、各ノズル部材２０を所定の上昇位置と下降位置とにわたって昇降させるように構成されている。また、回転駆動手段は、１個の回転用サーボモータと、このサーボモータの回転を各ノズル部材に伝える伝動機構とからなっている。
【００２５】
また、上記部品供給部４の側方には、上記ヘッドユニット５の各ノズル部材２０に吸着された部品を認識するための撮像用ユニット２１が配設されている。
【００２６】
上記撮像用ユニット２１は、図３に示すように、ノズル部材２０に吸着された部品（吸着部品）を撮像するカメラ２２（撮像手段）を備えるとともに、このカメラ２２の上方に、撮像時に部品に光を照射する照明部２３（照明手段）を備えている。上記カメラ２２は、例えばラインセンサからなっている。このラインセンサは、ＣＣＤ固体撮像素子が上記ノズル部材２０の配列方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に並設されてなるものであり、スリット部を介して一次元的に部品画像を取り込むようになっている。
【００２７】
そして、実装時には、ヘッドユニット５の各ノズル部材２０によって部品が吸着された後、ラインセンサの素子の配列方向（主走査方向；Ｙ軸方向）と直交する方向（副走査方向；Ｘ軸方向）にヘッドユニット５が移動させられることによって、上記カメラ２２により、各ノズル部材２０に吸着された部品の主走査方向の画像が、副走査方向に順次取込まれて所定の画像信号が得られるようになっている。
【００２８】
上記照明部２３は、ＬＥＤ等の発光体を備え、図３に示す例では、カメラ２２への像入射用の空間の片側に位置して縦基板に多数のＬＥＤ２４ａを配設したＬＥＤボード２４、上記ＬＥＤ２４ａからの光を上記吸着部品に向けるとともに吸着部品からカメラ２２に向かう光を透過させるように上記空間に介装されたハーフミラー２５、これらの上方で上記空間の両側に位置して横基板に多数のＬＥＤ２６ａを配設したＬＥＤボード２６、ＬＥＤ２６ａからの光を上記吸着部品に向けるプリズム２７等を有している。さらに空冷ファン２８が照明部２３に組み込まれている。そしてこの照明部２３とカメラ２２とが、実装機の基板に固定されるフレーム２９に取り付けられている。
【００２９】
さらに撮像用ユニット２１には、吸着部品に照射される光の明るさを検出するフォトセンサ３０（照明光検出手段）が組み込まれている。このセンサ３０は、上記カメラ２２とほぼ同じ特性をもったフォトダイオードからなり、照明部２３のＬＥＤ配設部分の近傍で、かつ、上記吸着部品に向かう光の経路外に設けられ、当実施形態ではＬＥＤボード２６の側端部に設けられている。
【００３０】
また、上記実装機の基台１上において、上記撮像用ユニット２１の近傍には、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に近づいたことを検知するヘッド検知センサ３１（図４に示す）が設けられており、部品認識時には、このヘッド検知センサ３１によりヘッドユニット５が検知されることによって上記ラインセンサ２４による部品画像の取込み開始タイミングが計られるようになっている。
【００３１】
以上のように構成された実装機は、全体構成を省略しているが、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ており、上記Ｙ軸及びＸ軸サーボモータ９，１５、ヘッドユニット５の吸着ノズル２０に対する昇降駆動機構及び回転駆動機構、撮像用ユニット２１のカメラ２２及び照明部２３等はすべてこの制御装置に電気的に接続されて統括制御されるようになっている。
【００３２】
この制御装置には、図４に示すように、画像認識部３２、クロック信号生成手段３３、開始信号発生手段３４、一部品終了信号発生手段３５、全部品終了信号発生手段３６及び照明制御ブロック３７（制御手段）を含んでいる。
【００３３】
上記クロック信号生成手段３３は、分周カウンタ４０、コンパレータ４１、分周レジスタ４２及び第１、第２ゲート回路４３，４４から構成されており、上記位置検出手段１６から出力されるパルス列信号を分周することによってクロック信号を生成、出力するものである。
【００３４】
具体的には、位置検出手段１６から出力されるパルス列信号のパルス数を分周カウンタ４０でカウントし、コンパレータ４１において、分周レジスタ４２に予め設定されているカウント数Ｎと比較する。そして、設定されたカウント数Ｎに達するとコンパレータ４１から１パルスの信号を出力するようになっている。
【００３５】
すなわち、ヘッドユニット５をラインセンサからなるカメラ２２に相対応させた状態で、Ｘ軸サーボモータ１５の駆動によりヘッドユニット５を上記カメラ２２に対して相対的に移動させ、このときのヘッドユニット５のＸ軸方向の移動に伴い位置検出手段１６から出力されるパルス列信号が１／Ｎ倍に分周されることによってクロック信号が生成されるようになっている。
【００３６】
生成されたクロック信号は、コンパレータ４１から第１及び第２ゲート回路４３，４４に出力される。第１ゲート回路４３には、上記ヘッド検知センサ３１からの検知信号が入力されるようになっており、この信号の入力に応じて第１ゲート回路４３からクロック信号を開始信号発生手段３４に出力するようになっている。また、第２ゲート回路４４には、開始信号発生手段３４から出力される後記取込み開始信号が入力されるようになっており、この信号の入力に応じて第２ゲート回路４４からクロック信号を撮像用ユニット２１及び一部品終了信号発生手段３５に出力するようになっている。
【００３７】
上記開始信号発生手段３４は、取込み開始カウンタ４６、コンパレータ４７及び取込み開始レジスタ４８から構成されており、上記第１ゲート回路４３から出力される上記クロック信号を取込み開始カウンタ４６でカウントし、コンパレータ４７において、取込み開始レジスタ４８に予め設定されているカウント数と比較するようになっている。このカウント数は、ヘッドユニット５がヘッド検知センサ３１により検出されてから撮像用ユニット２１の直前に達するまでの移動距離に対応するうように設定されている。そして、設定されたカウント数に達するとコンパレータ４７から上記第２ゲート回路４４に取込開始信号を出力するようになっている。このように取込開始信号が第２ゲート回路４４に出力されることにより上述のように撮像用ユニット２１へのクロック信号の出力が開始され、このクロック信号に同期したタイミングで上記カメラ２２による部品画像の取込みが開始されるようになっている。
【００３８】
上記一部品終了信号発生手段３５は、ライン数カウンタ４９、コンパレータ５０及びライン数レジスタ５１から構成されており、上記第２ゲート回路４４から出力される上記クロック信号をライン数カウンタ４９でカウントし、コンパレータ５０において、ライン数レジスタ５１に予め設定されているカウント数と比較するようになっている。そして、設定されたカウント数に達するとコンパレータ５０から全部品終了信号発生手段３６及び照明制御ブロック３７へ一部品終了信号、すなわち上記カメラ２２による一部品の部品画像の取込みが終了した旨を示す信号を出力するようになっている。
【００３９】
なお、上記ライン数レジスタ５１に設定されるカウント数は、認識対象となる部品の種類等に基づいて、一部品画像を取込むことができる値に設定されている。
【００４０】
上記全部品終了信号発生手段３６は、部品数カウンタ５２、コンパレータ５３及び部品数レジスタ５４から構成されており、上記一部品終了信号発生手段３４から出力される一部品終了信号を部品数カウンタ５２でカウントし、コンパレータ５３において、部品数レジスタ５４に予め設定されているカウント数と比較するようになっている。そして、設定されたカウント数に達するとコンパレータ５３から画像認識部３２及び照明制御ブロック３７へ全部品終了信号、すなわちカメラ２２による全部品の部品画像の取込みが終了した旨を示す信号を出力するようになっている。
【００４１】
上記画像認識部３２は、上記クロック信号に同期して上記カメラ２２によって取込まれた画像データを画像メモリに書き込み、この画像データに所定の画像処理を施すことによって部品を認識するものである。
【００４２】
一方、上記照明制御ブロック３７は、位置検出手段１６から出力されるパルス列信号、ヘッド検知センサ３１からの検知信号、撮像用ユニット２１に設けられたフォトセンサ３０からの検知信号、上記一部品終了信号及び全部品終了信号等を入力し、これらの信号に基づいて光量を制御する信号を撮像用ユニット２１の照明部２３に対して出力するようになっている。
【００４３】
上記照明制御ブロック３７の具体的構成を図５によって説明すると、この照明制御ブロック３７は、明るさ検出回路６１、比較回路６２、誤差積分回路６３及び照明ドライブ回路６４によって構成されるフィードバック制御系を有し、このフィードバック制御系により、フォトセンサ３０で検出される光の明るさを目標値とするように照明部２３の光量が制御されるようになっている。すなわち、上記明るさ検出回路６１により、フォトセンサ３０からの検知信号に基づいて、照明部２２から吸着部品に照射される光の明度が検出され、その明度信号と、明るさの目標値に相当する明度基準信号とが比較回路６２に入力される。
【００４４】
そして、上記明度基準信号の対する明度信号の誤差（偏差）を示す誤差信号が比較回路６２から出力され、上記誤差積分回路６３により、誤差信号を積分した値に応じた電流指令信号が照明ドライブ回路６４に与えられる。一方、照明制御ブロック３７に含まれる図外のＣＰＵからの照明オン・オフ指令も照明ドライブ回路６４に与えられる。
【００４５】
照明ドライブ回路６４は、照明オン指令があったときに、上記電流指令信号に応じたドライブ出力（電流制御信号）を撮像用ユニット２１の照明部２３に出力し、また、照明オフ指令があったときには照明を消灯すべくドライブ出力を停止するようになっている。
【００４６】
なお、上記明度基準信号は、当実施形態では部品に応じた明度指令と、ヘッドユニット５の移動速度とに応じて設定されるようになっている。すなわち、最適な画像の明るさは部品毎に異なることから、予め記憶されている部品データに基づいて図外のＣＰＵにより吸着部品に応じた明度指令が定められる。また、ヘッドユニット５の移動速度が画像の明るさに影響することから、移動速度パルス（位置検出手段１６からのパルス列信号）がＦ／Ｖ変換部６５（移動速度検出手段）で電圧に変換されることにより上記移動速度が検出される。そして、この移動速度と上記明度指令とが乗算器６６で乗算されることにより明度基準信号が与えられるようになっている。従って、図７のようにヘッドユニット５の移動速度に比例して照明部２３の照度が変化するように、明度基準信号が変えられる。
【００４７】
図６は上記照明制御ブロック３７に含まれるＣＰＵ等による動作フローを示している。この動作フローがスタートすると、先ずヘッド検知センサ３１からの信号に基づいて照明を点灯すべきか否かが判定される（ステップＳ１）。そして、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に対して所定位置まで近づいたことをヘッド検知センサ３１が検知したときに照明を点灯すべきであると判定され、吸着部品に応じた明度指令が出力されるとともに、照明オン信号が出力され、これにより、図５に示したフィードバック制御系による照明部２３の明るさのフィードバック制御が行われる（ステップＳ２，Ｓ３）。
【００４８】
それから、全部品終了信号等に基づいて照明を消灯すべきか否かが判別され（ステップＳ４）、ヘッドユニット５の各ノズル部材２０に吸着されている全部品の認識が終了したときに照明を消灯すべきであると判定されて、照明オフ信号が出力される（ステップＳ５）。
【００４９】
以上のように構成された部品認識装置の作用を、実装機の実装動作とともに説明する。
【００５０】
上記実装機において実装動作が開始されると、上記ヘッドユニット５が部品供給部４に移動させられ、各ノズル部材２０による部品の吸着が行われる。部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１上に移動する。そして、当実施形態のように撮像用ユニット２１のカメラ２２がラインセンサからなる場合、部品認識のためのカメラ２２に対するヘッドユニット５の移動が行われる。具体的には、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に対する移動経路の一方から他方に向かってＸ軸方向に移動させられる。
【００５１】
部品認識のための移動が開始されてからヘッドユニット５がヘッド検知センサ３１によって検知されると、上記照明ドライブ回路６４に照明オン信号が与えられることにより、照明部２２への通電が行われて照明の点灯が行われる。一方、上記クロック信号生成手段３３から出力されるクロック信号のカウントが開始され、これが所定のカウント数に達すると開始信号発生手段３４から部品画像取込み開始信号が出力されてカメラ２２による部品画像の取込みが開始される。
【００５２】
そして、上記クロック信号に同期したタイミングで、吸着部品の主走査方向の画像が、副走査方向に順次取込まれ、この画像データが画像認識部３２のメモリに記憶されるとともに、一つの部品の画像取込みが完了すると一部品終了信号発生手段３５から一部品終了信号が出力されて、次の部品の画像取込みが同様に行われる。こうして、全部品の部品画像の取込みが完了するまで、各部品の画像が順次取込まれていく。
【００５３】
このようにヘッドユニット５が移動しつつカメラ２２により吸着部品の画像が取り込まれていくが、その間に照明制御ブロック３７では、フォトセンサ３０からの信号による明度信号と明度基準信号との比較に基づいたフィードバック制御により、明度信号が明度基準信号と一致するように照明部２３に対する供給電流が制御される。これにより、照明部２３におけるＬＥＤ２４ａ，２６ａの温度の変動等があった場合でも、それに伴う明るさの変動を打ち消すように照明部２３の光量が制御されて、カメラ２２で取り込まれる画像の明るさが適正に調整される。このため、部品認識の精度が高められる。
【００５４】
とくに、上記フォトセンサ３０をカメラ２２とほぼ同じ特性をもったフォトダイオードで形成しておけば、温度変化等に対して明るさの制御が効果的に行われる。つまり、一般にＬＥＤランプは、温度が変化した場合に、明るさが変わるとともに、発光波長も変化する傾向があり、一方、カメラ２２の感度は波長によって異なるため、ＬＥＤランプの光量を同じにしても発光波長の変化によってカメラ２２の画面での明るさが変わる可能性があるが、カメラ２２と同種の素材からなるフォトセンサ３０を用いて制御を行なえば、波長の変化に伴う感度変化もカメラ２２と同様に生じる（つまり、照明光の波長に応じた感度の特性がカメラ２２と同一である）ので、カメラ２２で取り込まれる画像の明るさが適正に制御されることとなる。
【００５５】
また、上記のような照明の制御において、吸着部品の種類に応じた明度指令を与えるようになっていれば、部品に応じた最適な画像の明るさが得られ、種々の部品の画像を連続的に取り込んでいくような場合でも各部品画像の認識の安定性及び精度が良好に保たれる。
【００５６】
さらに、当実施形態では、図５及び図７に示すように、ヘッドユニット５の移動速度に応じて照明部２３の照度を変えるように明度基準信号を設定しているため、ヘッドユニット５の移動速度が変化した場合でも、カメラ２２で取り込まれる画像が適正な明るさとなるように照明が調整される。従って、ヘッドユニット５は必ずしも定速で移動している必要はなく、加速中や減速中にも適正な明るさの画像を取り込んで認識を行なうことができる。
【００５７】
このため、従来のようなヘッドユニットを一定速度にするための助走動作が不要となり、助走スペースの短縮化を図れるとともに、これによりラインセンサの配置場所の自由度が高められ、実装機の省スペース化を効果的に図ることができ、また、助走動作が不要となる分だけ実装時間を短縮することができることから、これによって実装効率も高められることになる。
【００５８】
また、上記のように照明部２３におけるＬＥＤ２４ａ，２６ａの温度が変動しているときでも明るさを適正に保つように制御し得るので、従来のように照明部におけるＬＥＤを一定温度に保つべく常時点灯しておく必要はない。そこで、当実施形態では、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に近づいて部品認識が開始される直前に照明部２３が点灯され、全部品認識終了時に照明部２３が消灯されるようにしており、これにより、従来のように常時点灯しておく場合と比べて消費電力が節減される。
【００５９】
なお、本発明の装置の具体的構造は種々変更可能である。
【００６０】
例えば、上記実施形態ではカメラ２２をラインセンサで構成しているが、エリアセンサで構成してもよい。そして、部品認識のための動作としては、各ノズル部材２０の吸着部品をエリアセンサからなるカメラ上で停止させて撮像すべく、ヘッドユニット５を断続的に移動させればよい。このようにする場合、照明制御ブロック３７においてヘッドユニット５の移動速度に応じた制御は不要となるので、図８のように、制御系統を前記の図５に示した制御系統からＦ／Ｖ変換器６５及び乗算器６６を除いた構成とし、明度指令を直接比較回路６２に入力すればよい。
【００６１】
また、照明光検出手段として、上記実施形態ではフォトセンサ３０をＬＥＤボード２６の側端部に設けているが、図９に示すように、ハーフミラー２５によりＬＥＤボード２４のＬＥＤ２４ａから放射された光の一部が上方（吸着部品に照射されるべき方向）に反射されて残りが透過されることを利用し、ハーフミラー２５を挟んでＬＥＤボード２４と対向する位置にフォトセンサ３０を設けてもよい。
【００６２】
あるいは、図１０に示すように、ヘッドユニット５における各ノズル部材２０の近傍にそれぞれフォトセンサ３０を配設してもよい。このようにした場合、各ノズル部材２０の吸着部品に照射される光が直接的に検出されて、検出精度の面では好ましい。ただし、ノズル部材２０と同数だけ配設する必要があり、部品点数削減のためには図３または図９のように撮像用ユニット２１に設けておく方が有利である。
【００６３】
あるいはまた、カメラ２２で吸着部品を撮像するときに背景部分に一定明度の部分が存在するようにしておき、その部分の画面上の明るさを検出することにより、上記カメラを利用して照明光検出手段を構成するようにしてもよい。
【００６４】
また、本発明の部品認識装置が適用される実装機は、例えば図１１〜図１３に示すような構造であってもよい。これらの図に示す実装機は、ヘッドユニットがＸ軸方向に直線的に移動可能とされる一方、プリント基板を保持する作業ステーションがＹ軸方向に移動可能となっている。そしてこれらの図に示す例では、２つのヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂが設けられるとともに、２個所に作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂが設けられている。
【００６５】
具体的に説明すると、基台１０１上に、プリント基板１０３を搬送するコンベア１０２からなる搬送ラインＬが設けられるとともに、この搬送ラインＬの上方には、Ｘ軸方向に延びる支持部材１０６が配設され、この支持部材１０６に、Ｘ軸方向に延びる固定レール１０４と、Ｘ軸サーボモータ１０７により回転駆動されるボールネジ軸１０８とが配設され、上記固定レール１０４にヘッドユニット１０５Ａが移動自在に装着されるとともに、このヘッドユニット１０５Ａに設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１０８に螺合している。そして、Ｘ軸サーボモータ１０７の作動によってボールねじ軸１０８が回転することにより、ヘッドユニット１０５ＡがＸ軸方向に移動することができるようになっている。なお、以上は一方のヘッドユニット１０５Ａの駆動系についての説明であるが、他方のヘッドユニット１０５Ｂの駆動系も同様の構成となっている。
【００６６】
また、上記支持部材１０６の外側方であって、搬送ラインＬに対して点対称的な位置に作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂが配設され、各作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂにそれぞれプリント基板１０３を保持する基板保持装置１１１Ａ，１１１Ｂが装備されている。
【００６７】
上記各作業ステーション配設個所には、点対称的にそれぞれ、上記基台１０１上にＹ軸方向に延びる固定レール１１２と、Ｙ軸サーボモータ１１３により回転駆動されるボールねじ軸１１４とが配設され、上記固定レール１１２上に上記作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ移動可能に装着されるとともに、これら作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂに設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ１１３の作動によってボールねじ軸１１４が回転することにより作業ステーション１１０Ａ，１１０ＢがそれぞれＹ軸方向に移動することができるようになっている。
【００６８】
さらに、上記搬送ラインＬ上には、搬送ラインＬと作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂとの間でプリント基板１０３を受け渡すための移載装置１１５が設けられている。また、上記各作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれ両側には、部品供給部１１６Ａ，１１６Ｂ及び１１７Ａ，１１７Ｂが配置されている。
【００６９】
このような実装機の構造において、作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂと部品供給部１１６Ａ，１１７Ａとの間で、ヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂの移動経路の途中個所に対応する位置に、撮像用ユニット２１が配置されている。撮像用ユニット２１の構造及びこの撮像用ユニット２１を含む部品認識装置の構成は、前記実施形態と同様である。
【００７０】
この実装機によると、ヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂが部品供給部で部品を吸着した後、Ｘ軸方向に移動し、その移動途中において上記撮像用ユニット２１を通過するときに部品認識が行われ。そして、部品認識後にヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂがさらに作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂ上まで移動し、かつ、ヘッドユニット１０５Ａ，１０５ＢのＸ軸方向の位置調節と作業ステーション１１０Ａ，１１０ＢのＹ軸方向の位置調節とで装着位置が調節されて、プリント基板１０３への部品の装着が行われることとなる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、照明手段によりノズル部材に吸着された部品に光を照射しつつ撮像手段により吸着部品を撮像し、その画像に基づいて部品の認識を行う実装機の部品認識装置において、上記照明手段から上記部品に照射される光の明るさを検出し、その検出値と目標値とを比較し、両者の偏差に応じて上記照明装置の光量を制御するようにしているため、吸着部品に照射される光の明るさをフィードバック制御により精度良く調整し、撮像された部品画像の明るさを適正に保つことができる。従って、部品認識の精度を大幅に向上することができる。
【００７２】
さらに、上記撮像手段と上記照明光検出手段とは、照明光の波長に応じた感度の特性が同一の素子を用いて構成されているため、照明装置からの光の波長が変わった場合等にも、上記照明光検出手段により撮像手段と同様の感度で検出を行なうことができ、部品画像の明るさの調整を適正に行わせることができる。
【００７３】
また、撮像手段がラインセンサからなり、このラインセンサに対してヘッドユニットが相対的に移動する間に撮像が行なわれるようになっている場合において、ラインセンサに対するヘッドユニットの移動速度を検出し、この移動速度に応じて上記目標値を調整するようにしておけば、定速移動時以外の加速時や減速時でも、適正に部品画像の明るさを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る部品認識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】撮像用ユニットを示す拡大概略断面図である。
【図４】部品認識装置の回路構成図である。
【図５】照明制御ブロックの構成を示すブロック図である。
【図６】照明制御動作を示すフローチャートである。
【図７】ヘッドユニットの移動速度と照明部の光量との関係を示すグラフである。
【図８】照明制御ブロックの構成の別の例を示すブロック図である。
【図９】撮像用ユニットにおけるフォトセンサの配置の別の例を示すを示す拡大概略断面図である。
【図１０】フォトセンサの配置のさらに別の例を示すを示す拡大概略断面図である。
【図１１】本発明が適用される実装機の別の例を示す平面図である。
【図１２】同正面図である。
【図１３】同側面図である。
【符号の説明】
３ プリント基板
５ ヘッドユニット
１５ Ｘ軸サーボモータ
１６ 位置検出手段
２０ ノズル部材
２１ 撮像用ユニット
２２ カメラ
２３ 照明部
２４ａ，２６ａ ＬＥＤ
３０ フォトセンサ
３１ ヘッド検知センサ
３７ 照明制御ブロック
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル部材を備えたヘッドユニットにより電子部品を吸着してプリント基板上の所定位置に装着するように構成された実装機において、ノズル部材に吸着された部品の認識を行うための撮像手段及び照明手段を備えた部品認識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一般に知られている。
【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は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。そのため、吸着された部品を認識してノズル部材に対する吸着位置ズレを検知したり、また部品の異常、例えばリードを有する部品であれば、このリードの折れ等を検知するようにしている。
【０００４】
このような部品認識を行う装置として、例えば、ラインセンサ等からなる撮像手段と照明手段とを実装機の基台上に設置し、部品吸着後のヘッドユニットを撮像手段上に移動させ、照明手段により部品認識用の所要の光を吸着部品に照射ししつつ撮像手段により撮像を行って部品画像を取込み、この取込み画像に基づいて部品認識を行うようにした装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般にこの種の部品認識装置における照明手段としてはＬＥＤランプが使用されており、明るさの変動を抑制するため定電流回路によりＬＥＤランプへの供給電流を一定にしていた。しかし、このようにしても、ＬＥＤランプが点灯後に自己発熱で温度変化した場合、その温度変化により明るさが大きく変化する。このため、撮像された部品の画像の鮮明度等に影響を及ぼし、画像認識率が悪化する場合があった。
【０００６】
また、このような温度変化による明るさの変動を避けるため、画像認識を行なわないときにもＬＥＤランプを常に点灯させることで温度を安定させることも行われているが、この場合、常に点灯させた状態で温度が過度に高くならないように格別に放熱を考慮する必要があるとともに、無駄な電力を消費し、しかも、外気温の変動等による温度変化を完全に排除することは困難であるため明るさを微妙に調整することができなかった。
【０００７】
さらに、吸着部品の種類によって画像認識のための最適な明るさが異なるので、照明からの光の明るさを吸着部品に応じて調整することが好ましいが、従来ではこのような調整も困難であった。
【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、照明手段から吸着部品に照射する光の明るさを適正に調整することができ、これにより部品認識精度を向上することができる実装機の部品認識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】
本発明の実装機の部品認識装置は、部品吸着用のノズル部材を有するヘッドユニットと、上記ノズル部材に吸着された部品を撮像する撮像手段と、この部品の撮像時に部品に光を照射する照明手段とを備え、上記撮像手段により取り込まれた部品の画像に基づいてノズル部材に吸着された部品の認識を行うように構成された実装機の部品認識装置において、上記照明手段から上記部品に照射される光の明るさを検出する照明光検出手段と、この光の明るさの目標値を設定し、この目標値と上記照明光検出手段による検出値とを比較し、両者の偏差に応じて上記照明装置の光量を制御する制御手段とを備え、上記撮像手段と上記照明光検出手段とは、照明光の波長に応じた感度の特性が同一の素子を用いて構成されているものである。
【００１０】
この構成によると、照明光検出手段の検出データに基づいて上記制御手段によりフィードバック制御が行われ、このフィードバック制御により、上記部品に照射される光の明るさが目標値となるように調整され、撮像された部品画像の明るさが適正に保たれる。また、上記撮像手段と上記照明光検出手段とは、照明光の波長に応じた感度の特性が同一の素子を用いて構成されているため、上記照明光検出手段により撮像手段と同様の感度で明るさが検出され、部品画像の明るさの調整が適正に行われる。
【００１１】
本発明の装置において、上記照明手段はＬＥＤからなる発光手段を備え、上記制御手段は上記ＬＥＤに対する通電電流を制御するものであれば、ＬＥＤの温度変化によって明るさが変化する傾向が生じても、それに応じて上記通電電流が制御されることにより、明るさが適正に調整される。
【００１３】
また、本発明の装置において、上記撮像手段は上記ヘッドユニットの移動経路内に配置されたラインセンサからなり、このラインセンサに対してヘッドユニットが相対的に移動する間に撮像が行なわれるように構成されるとともに、上記ラインセンサに対するヘッドユニットの移動速度を検出する移動速度検出手段を備え、上記設定手段はこの移動速度に応じて上記目標値を調整するようになっていることが好ましい。
【００１４】
このようにラインセンサが用いられる場合はヘッドユニットが移動する間に画像が取り込まれることから、照明が同じ明るさでは移動速度が速くなるにつれて画像が暗くなるというように、移動速度が画像の明るさに影響するが、これを加味して目標値が設定されることにより、定速移動時以外の加速時や減速時でも、適正に部品画像の明るさが調整される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る部品認識装置の一例について図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明に係る部品認識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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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手段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。
【００２４】
上記ヘッドユニット５には、チップ部品吸着用のノズル部材２０が設けられ、図２に示すように当実施形態ではＸ軸方向に８つのノズル部材２０が並べて設けられている。各ノズル部材２０は、それぞれ、ヘッドユニット５のフレームに対して昇降及びノズル中心軸回りの回転が可能とされ、図外の昇降駆動機構及び回転駆動機構により作動されるようになっている。なお、上記昇降駆動機構は、例えば、各ノズル部材２０を同時に上下動させる全体昇降用サーボモータと、各ノズル部材２０を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定数（８個）のエアシリンダとを備え、それらを併用することにより、各ノズル部材２０を所定の上昇位置と下降位置とにわたって昇降させるように構成されている。また、回転駆動手段は、１個の回転用サーボモータと、このサーボモータの回転を各ノズル部材に伝える伝動機構とからなっている。
【００２５】
また、上記部品供給部４の側方には、上記ヘッドユニット５の各ノズル部材２０に吸着された部品を認識するための撮像用ユニット２１が配設されている。
【００２６】
上記撮像用ユニット２１は、図３に示すように、ノズル部材２０に吸着された部品（吸着部品）を撮像するカメラ２２（撮像手段）を備えるとともに、このカメラ２２の上方に、撮像時に部品に光を照射する照明部２３（照明手段）を備えている。上記カメラ２２は、例えばラインセンサからなっている。このラインセンサは、ＣＣＤ固体撮像素子が上記ノズル部材２０の配列方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に並設されてなるものであり、スリット部を介して一次元的に部品画像を取り込むようになっている。
【００２７】
そして、実装時には、ヘッドユニット５の各ノズル部材２０によって部品が吸着された後、ラインセンサの素子の配列方向（主走査方向；Ｙ軸方向）と直交する方向（副走査方向；Ｘ軸方向）にヘッドユニット５が移動させられることによって、上記カメラ２２により、各ノズル部材２０に吸着された部品の主走査方向の画像が、副走査方向に順次取込まれて所定の画像信号が得られるようになっている。
【００２８】
上記照明部２３は、ＬＥＤ等の発光体を備え、図３に示す例では、カメラ２２への像入射用の空間の片側に位置して縦基板に多数のＬＥＤ２４ａを配設したＬＥＤボード２４、上記ＬＥＤ２４ａからの光を上記吸着部品に向けるとともに吸着部品からカメラ２２に向かう光を透過させるように上記空間に介装されたハーフミラー２５、これらの上方で上記空間の両側に位置して横基板に多数のＬＥＤ２６ａを配設したＬＥＤボード２６、ＬＥＤ２６ａからの光を上記吸着部品に向けるプリズム２７等を有している。さらに空冷ファン２８が照明部２３に組み込まれている。そしてこの照明部２３とカメラ２２とが、実装機の基板に固定されるフレーム２９に取り付けられている。
【００２９】
さらに撮像用ユニット２１には、吸着部品に照射される光の明るさを検出するフォトセンサ３０（照明光検出手段）が組み込まれている。このセンサ３０は、上記カメラ２２とほぼ同じ特性をもったフォトダイオードからなり、照明部２３のＬＥＤ配設部分の近傍で、かつ、上記吸着部品に向かう光の経路外に設けられ、当実施形態ではＬＥＤボード２６の側端部に設けられている。
【００３０】
また、上記実装機の基台１上において、上記撮像用ユニット２１の近傍には、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に近づいたことを検知するヘッド検知センサ３１（図４に示す）が設けられており、部品認識時には、このヘッド検知センサ３１によりヘッドユニット５が検知されることによって上記ラインセンサ２４による部品画像の取込み開始タイミングが計られるようになっている。
【００３１】
以上のように構成された実装機は、全体構成を省略しているが、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ており、上記Ｙ軸及びＸ軸サーボモータ９，１５、ヘッドユニット５の吸着ノズル２０に対する昇降駆動機構及び回転駆動機構、撮像用ユニット２１のカメラ２２及び照明部２３等はすべてこの制御装置に電気的に接続されて統括制御されるようになっている。
【００３２】
この制御装置には、図４に示すように、画像認識部３２、クロック信号生成手段３３、開始信号発生手段３４、一部品終了信号発生手段３５、全部品終了信号発生手段３６及び照明制御ブロック３７（制御手段）を含んでいる。
【００３３】
上記クロック信号生成手段３３は、分周カウンタ４０、コンパレータ４１、分周レジスタ４２及び第１、第２ゲート回路４３，４４から構成されており、上記位置検出手段１６から出力されるパルス列信号を分周することによってクロック信号を生成、出力するものである。
【００３４】
具体的には、位置検出手段１６から出力されるパルス列信号のパルス数を分周カウンタ４０でカウントし、コンパレータ４１において、分周レジスタ４２に予め設定されているカウント数Ｎと比較する。そして、設定されたカウント数Ｎに達するとコンパレータ４１から１パルスの信号を出力するようになっている。
【００３５】
すなわち、ヘッドユニット５をラインセンサからなるカメラ２２に相対応させた状態で、Ｘ軸サーボモータ１５の駆動によりヘッドユニット５を上記カメラ２２に対して相対的に移動させ、このときのヘッドユニット５のＸ軸方向の移動に伴い位置検出手段１６から出力されるパルス列信号が１／Ｎ倍に分周されることによってクロック信号が生成されるようになっている。
【００３６】
生成されたクロック信号は、コンパレータ４１から第１及び第２ゲート回路４３，４４に出力される。第１ゲート回路４３には、上記ヘッド検知センサ３１からの検知信号が入力されるようになっており、この信号の入力に応じて第１ゲート回路４３からクロック信号を開始信号発生手段３４に出力するようになっている。また、第２ゲート回路４４には、開始信号発生手段３４から出力される後記取込み開始信号が入力されるようになっており、この信号の入力に応じて第２ゲート回路４４からクロック信号を撮像用ユニット２１及び一部品終了信号発生手段３５に出力するようになっている。
【００３７】
上記開始信号発生手段３４は、取込み開始カウンタ４６、コンパレータ４７及び取込み開始レジスタ４８から構成されており、上記第１ゲート回路４３から出力される上記クロック信号を取込み開始カウンタ４６でカウントし、コンパレータ４７において、取込み開始レジスタ４８に予め設定されているカウント数と比較するようになっている。このカウント数は、ヘッドユニット５がヘッド検知センサ３１により検出されてから撮像用ユニット２１の直前に達するまでの移動距離に対応するうように設定されている。そして、設定されたカウント数に達するとコンパレータ４７から上記第２ゲート回路４４に取込開始信号を出力するようになっている。このように取込開始信号が第２ゲート回路４４に出力されることにより上述のように撮像用ユニット２１へのクロック信号の出力が開始され、このクロック信号に同期したタイミングで上記カメラ２２による部品画像の取込みが開始されるようになっている。
【００３８】
上記一部品終了信号発生手段３５は、ライン数カウンタ４９、コンパレータ５０及びライン数レジスタ５１から構成されており、上記第２ゲート回路４４から出力される上記クロック信号をライン数カウンタ４９でカウントし、コンパレータ５０において、ライン数レジスタ５１に予め設定されているカウント数と比較するようになっている。そして、設定されたカウント数に達するとコンパレータ５０から全部品終了信号発生手段３６及び照明制御ブロック３７へ一部品終了信号、すなわち上記カメラ２２による一部品の部品画像の取込みが終了した旨を示す信号を出力するようになっている。
【００３９】
なお、上記ライン数レジスタ５１に設定されるカウント数は、認識対象となる部品の種類等に基づいて、一部品画像を取込むことができる値に設定されている。
【００４０】
上記全部品終了信号発生手段３６は、部品数カウンタ５２、コンパレータ５３及び部品数レジスタ５４から構成されており、上記一部品終了信号発生手段３４から出力される一部品終了信号を部品数カウンタ５２でカウントし、コンパレータ５３において、部品数レジスタ５４に予め設定されているカウント数と比較するようになっている。そして、設定されたカウント数に達するとコンパレータ５３から画像認識部３２及び照明制御ブロック３７へ全部品終了信号、すなわちカメラ２２による全部品の部品画像の取込みが終了した旨を示す信号を出力するようになっている。
【００４１】
上記画像認識部３２は、上記クロック信号に同期して上記カメラ２２によって取込まれた画像データを画像メモリに書き込み、この画像データに所定の画像処理を施すことによって部品を認識するものである。
【００４２】
一方、上記照明制御ブロック３７は、位置検出手段１６から出力されるパルス列信号、ヘッド検知センサ３１からの検知信号、撮像用ユニット２１に設けられたフォトセンサ３０からの検知信号、上記一部品終了信号及び全部品終了信号等を入力し、これらの信号に基づいて光量を制御する信号を撮像用ユニット２１の照明部２３に対して出力するようになっている。
【００４３】
上記照明制御ブロック３７の具体的構成を図５によって説明すると、この照明制御ブロック３７は、明るさ検出回路６１、比較回路６２、誤差積分回路６３及び照明ドライブ回路６４によって構成されるフィードバック制御系を有し、このフィードバック制御系により、フォトセンサ３０で検出される光の明るさを目標値とするように照明部２３の光量が制御されるようになっている。すなわち、上記明るさ検出回路６１により、フォトセンサ３０からの検知信号に基づいて、照明部２２から吸着部品に照射される光の明度が検出され、その明度信号と、明るさの目標値に相当する明度基準信号とが比較回路６２に入力される。
【００４４】
そして、上記明度基準信号の対する明度信号の誤差（偏差）を示す誤差信号が比較回路６２から出力され、上記誤差積分回路６３により、誤差信号を積分した値に応じた電流指令信号が照明ドライブ回路６４に与えられる。一方、照明制御ブロック３７に含まれる図外のＣＰＵからの照明オン・オフ指令も照明ドライブ回路６４に与えられる。
【００４５】
照明ドライブ回路６４は、照明オン指令があったときに、上記電流指令信号に応じたドライブ出力（電流制御信号）を撮像用ユニット２１の照明部２３に出力し、また、照明オフ指令があったときには照明を消灯すべくドライブ出力を停止するようになっている。
【００４６】
なお、上記明度基準信号は、当実施形態では部品に応じた明度指令と、ヘッドユニット５の移動速度とに応じて設定されるようになっている。すなわち、最適な画像の明るさは部品毎に異なることから、予め記憶されている部品データに基づいて図外のＣＰＵにより吸着部品に応じた明度指令が定められる。また、ヘッドユニット５の移動速度が画像の明るさに影響することから、移動速度パルス（位置検出手段１６からのパルス列信号）がＦ／Ｖ変換部６５（移動速度検出手段）で電圧に変換されることにより上記移動速度が検出される。そして、この移動速度と上記明度指令とが乗算器６６で乗算されることにより明度基準信号が与えられるようになっている。従って、図７のようにヘッドユニット５の移動速度に比例して照明部２３の照度が変化するように、明度基準信号が変えられる。
【００４７】
図６は上記照明制御ブロック３７に含まれるＣＰＵ等による動作フローを示している。この動作フローがスタートすると、先ずヘッド検知センサ３１からの信号に基づいて照明を点灯すべきか否かが判定される（ステップＳ１）。そして、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に対して所定位置まで近づいたことをヘッド検知センサ３１が検知したときに照明を点灯すべきであると判定され、吸着部品に応じた明度指令が出力されるとともに、照明オン信号が出力され、これにより、図５に示したフィードバック制御系による照明部２３の明るさのフィードバック制御が行われる（ステップＳ２，Ｓ３）。
【００４８】
それから、全部品終了信号等に基づいて照明を消灯すべきか否かが判別され（ステップＳ４）、ヘッドユニット５の各ノズル部材２０に吸着されている全部品の認識が終了したときに照明を消灯すべきであると判定されて、照明オフ信号が出力される（ステップＳ５）。
【００４９】
以上のように構成された部品認識装置の作用を、実装機の実装動作とともに説明する。
【００５０】
上記実装機において実装動作が開始されると、上記ヘッドユニット５が部品供給部４に移動させられ、各ノズル部材２０による部品の吸着が行われる。部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１上に移動する。そして、当実施形態のように撮像用ユニット２１のカメラ２２がラインセンサからなる場合、部品認識のためのカメラ２２に対するヘッドユニット５の移動が行われる。具体的には、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に対する移動経路の一方から他方に向かってＸ軸方向に移動させられる。
【００５１】
部品認識のための移動が開始されてからヘッドユニット５がヘッド検知センサ３１によって検知されると、上記照明ドライブ回路６４に照明オン信号が与えられることにより、照明部２２への通電が行われて照明の点灯が行われる。一方、上記クロック信号生成手段３３から出力されるクロック信号のカウントが開始され、これが所定のカウント数に達すると開始信号発生手段３４から部品画像取込み開始信号が出力されてカメラ２２による部品画像の取込みが開始される。
【００５２】
そして、上記クロック信号に同期したタイミングで、吸着部品の主走査方向の画像が、副走査方向に順次取込まれ、この画像データが画像認識部３２のメモリに記憶されるとともに、一つの部品の画像取込みが完了すると一部品終了信号発生手段３５から一部品終了信号が出力されて、次の部品の画像取込みが同様に行われる。こうして、全部品の部品画像の取込みが完了するまで、各部品の画像が順次取込まれていく。
【００５３】
このようにヘッドユニット５が移動しつつカメラ２２により吸着部品の画像が取り込まれていくが、その間に照明制御ブロック３７では、フォトセンサ３０からの信号による明度信号と明度基準信号との比較に基づいたフィードバック制御により、明度信号が明度基準信号と一致するように照明部２３に対する供給電流が制御される。これにより、照明部２３におけるＬＥＤ２４ａ，２６ａの温度の変動等があった場合でも、それに伴う明るさの変動を打ち消すように照明部２３の光量が制御されて、カメラ２２で取り込まれる画像の明るさが適正に調整される。このため、部品認識の精度が高められる。
【００５４】
とくに、上記フォトセンサ３０をカメラ２２とほぼ同じ特性をもったフォトダイオードで形成しておけば、温度変化等に対して明るさの制御が効果的に行われる。つまり、一般にＬＥＤランプは、温度が変化した場合に、明るさが変わるとともに、発光波長も変化する傾向があり、一方、カメラ２２の感度は波長によって異なるため、ＬＥＤランプの光量を同じにしても発光波長の変化によってカメラ２２の画面での明るさが変わる可能性があるが、カメラ２２と同種の素材からなるフォトセンサ３０を用いて制御を行なえば、波長の変化に伴う感度変化もカメラ２２と同様に生じる（つまり、照明光の波長に応じた感度の特性がカメラ２２と同一である）ので、カメラ２２で取り込まれる画像の明るさが適正に制御されることとなる。
【００５５】
また、上記のような照明の制御において、吸着部品の種類に応じた明度指令を与えるようになっていれば、部品に応じた最適な画像の明るさが得られ、種々の部品の画像を連続的に取り込んでいくような場合でも各部品画像の認識の安定性及び精度が良好に保たれる。
【００５６】
さらに、当実施形態では、図５及び図７に示すように、ヘッドユニット５の移動速度に応じて照明部２３の照度を変えるように明度基準信号を設定しているため、ヘッドユニット５の移動速度が変化した場合でも、カメラ２２で取り込まれる画像が適正な明るさとなるように照明が調整される。従って、ヘッドユニット５は必ずしも定速で移動している必要はなく、加速中や減速中にも適正な明るさの画像を取り込んで認識を行なうことができる。
【００５７】
このため、従来のようなヘッドユニットを一定速度にするための助走動作が不要となり、助走スペースの短縮化を図れるとともに、これによりラインセンサの配置場所の自由度が高められ、実装機の省スペース化を効果的に図ることができ、また、助走動作が不要となる分だけ実装時間を短縮することができることから、これによって実装効率も高められることになる。
【００５８】
また、上記のように照明部２３におけるＬＥＤ２４ａ，２６ａの温度が変動しているときでも明るさを適正に保つように制御し得るので、従来のように照明部におけるＬＥＤを一定温度に保つべく常時点灯しておく必要はない。そこで、当実施形態では、ヘッドユニット５が撮像用ユニット２１に近づいて部品認識が開始される直前に照明部２３が点灯され、全部品認識終了時に照明部２３が消灯されるようにしており、これにより、従来のように常時点灯しておく場合と比べて消費電力が節減される。
【００５９】
なお、本発明の装置の具体的構造は種々変更可能である。
【００６０】
例えば、上記実施形態ではカメラ２２をラインセンサで構成しているが、エリアセンサで構成してもよい。そして、部品認識のための動作としては、各ノズル部材２０の吸着部品をエリアセンサからなるカメラ上で停止させて撮像すべく、ヘッドユニット５を断続的に移動させればよい。このようにする場合、照明制御ブロック３７においてヘッドユニット５の移動速度に応じた制御は不要となるので、図８のように、制御系統を前記の図５に示した制御系統からＦ／Ｖ変換器６５及び乗算器６６を除いた構成とし、明度指令を直接比較回路６２に入力すればよい。
【００６１】
また、照明光検出手段として、上記実施形態ではフォトセンサ３０をＬＥＤボード２６の側端部に設けているが、図９に示すように、ハーフミラー２５によりＬＥＤボード２４のＬＥＤ２４ａから放射された光の一部が上方（吸着部品に照射されるべき方向）に反射されて残りが透過されることを利用し、ハーフミラー２５を挟んでＬＥＤボード２４と対向する位置にフォトセンサ３０を設けてもよい。
【００６２】
あるいは、図１０に示すように、ヘッドユニット５における各ノズル部材２０の近傍にそれぞれフォトセンサ３０を配設してもよい。このようにした場合、各ノズル部材２０の吸着部品に照射される光が直接的に検出されて、検出精度の面では好ましい。ただし、ノズル部材２０と同数だけ配設する必要があり、部品点数削減のためには図３または図９のように撮像用ユニット２１に設けておく方が有利である。
【００６３】
あるいはまた、カメラ２２で吸着部品を撮像するときに背景部分に一定明度の部分が存在するようにしておき、その部分の画面上の明るさを検出することにより、上記カメラを利用して照明光検出手段を構成するようにしてもよい。
【００６４】
また、本発明の部品認識装置が適用される実装機は、例えば図１１〜図１３に示すような構造であってもよい。これらの図に示す実装機は、ヘッドユニットがＸ軸方向に直線的に移動可能とされる一方、プリント基板を保持する作業ステーションがＹ軸方向に移動可能となっている。そしてこれらの図に示す例では、２つのヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂが設けられるとともに、２個所に作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂが設けられている。
【００６５】
具体的に説明すると、基台１０１上に、プリント基板１０３を搬送するコンベア１０２からなる搬送ラインＬが設けられるとともに、この搬送ラインＬの上方には、Ｘ軸方向に延びる支持部材１０６が配設され、この支持部材１０６に、Ｘ軸方向に延びる固定レール１０４と、Ｘ軸サーボモータ１０７により回転駆動されるボールネジ軸１０８とが配設され、上記固定レール１０４にヘッドユニット１０５Ａが移動自在に装着されるとともに、このヘッドユニット１０５Ａに設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１０８に螺合している。そして、Ｘ軸サーボモータ１０７の作動によってボールねじ軸１０８が回転することにより、ヘッドユニット１０５ＡがＸ軸方向に移動することができるようになっている。なお、以上は一方のヘッドユニット１０５Ａの駆動系についての説明であるが、他方のヘッドユニット１０５Ｂの駆動系も同様の構成となっている。
【００６６】
また、上記支持部材１０６の外側方であって、搬送ラインＬに対して点対称的な位置に作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂが配設され、各作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂにそれぞれプリント基板１０３を保持する基板保持装置１１１Ａ，１１１Ｂが装備されている。
【００６７】
上記各作業ステーション配設個所には、点対称的にそれぞれ、上記基台１０１上にＹ軸方向に延びる固定レール１１２と、Ｙ軸サーボモータ１１３により回転駆動されるボールねじ軸１１４とが配設され、上記固定レール１１２上に上記作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂがそれぞれ移動可能に装着されるとともに、これら作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂに設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ１１３の作動によってボールねじ軸１１４が回転することにより作業ステーション１１０Ａ，１１０ＢがそれぞれＹ軸方向に移動することができるようになっている。
【００６８】
さらに、上記搬送ラインＬ上には、搬送ラインＬと作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂとの間でプリント基板１０３を受け渡すための移載装置１１５が設けられている。また、上記各作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれ両側には、部品供給部１１６Ａ，１１６Ｂ及び１１７Ａ，１１７Ｂが配置されている。
【００６９】
このような実装機の構造において、作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂと部品供給部１１６Ａ，１１７Ａとの間で、ヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂの移動経路の途中個所に対応する位置に、撮像用ユニット２１が配置されている。撮像用ユニット２１の構造及びこの撮像用ユニット２１を含む部品認識装置の構成は、前記実施形態と同様である。
【００７０】
この実装機によると、ヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂが部品供給部で部品を吸着した後、Ｘ軸方向に移動し、その移動途中において上記撮像用ユニット２１を通過するときに部品認識が行われ。そして、部品認識後にヘッドユニット１０５Ａ，１０５Ｂがさらに作業ステーション１１０Ａ，１１０Ｂ上まで移動し、かつ、ヘッドユニット１０５Ａ，１０５ＢのＸ軸方向の位置調節と作業ステーション１１０Ａ，１１０ＢのＹ軸方向の位置調節とで装着位置が調節されて、プリント基板１０３への部品の装着が行われることとなる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、照明手段によりノズル部材に吸着された部品に光を照射しつつ撮像手段により吸着部品を撮像し、その画像に基づいて部品の認識を行う実装機の部品認識装置において、上記照明手段から上記部品に照射される光の明るさを検出し、その検出値と目標値とを比較し、両者の偏差に応じて上記照明装置の光量を制御するようにしているため、吸着部品に照射される光の明るさをフィードバック制御により精度良く調整し、撮像された部品画像の明るさを適正に保つことができる。従って、部品認識の精度を大幅に向上することができる。
【００７２】
さらに、上記撮像手段と上記照明光検出手段とは、照明光の波長に応じた感度の特性が同一の素子を用いて構成されているため、照明装置からの光の波長が変わった場合等にも、上記照明光検出手段により撮像手段と同様の感度で検出を行なうことができ、部品画像の明るさの調整を適正に行わせることができる。
【００７３】
また、撮像手段がラインセンサからなり、このラインセンサに対してヘッドユニットが相対的に移動する間に撮像が行なわれるようになっている場合において、ラインセンサに対するヘッドユニットの移動速度を検出し、この移動速度に応じて上記目標値を調整するようにしておけば、定速移動時以外の加速時や減速時でも、適正に部品画像の明るさを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る部品認識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】撮像用ユニットを示す拡大概略断面図である。
【図４】部品認識装置の回路構成図である。
【図５】照明制御ブロックの構成を示すブロック図である。
【図６】照明制御動作を示すフローチャートである。
【図７】ヘッドユニットの移動速度と照明部の光量との関係を示すグラフである。
【図８】照明制御ブロックの構成の別の例を示すブロック図である。
【図９】撮像用ユニットにおけるフォトセンサの配置の別の例を示すを示す拡大概略断面図である。
【図１０】フォトセンサの配置のさらに別の例を示すを示す拡大概略断面図である。
【図１１】本発明が適用される実装機の別の例を示す平面図である。
【図１２】同正面図である。
【図１３】同側面図である。
【符号の説明】
３ プリント基板
５ ヘッドユニット
１５ Ｘ軸サーボモータ
１６ 位置検出手段
２０ ノズル部材
２１ 撮像用ユニット
２２ カメラ
２３ 照明部
２４ａ，２６ａ ＬＥＤ
３０ フォトセンサ
３１ ヘッド検知センサ
３７ 照明制御ブロック
Claims (3)
- 部品吸着用のノズル部材を有するヘッドユニットと、上記ノズル部材に吸着された部品を撮像する撮像手段と、この部品の撮像時に部品に光を照射する照明手段とを備え、上記撮像手段により取り込まれた部品の画像に基づいてノズル部材に吸着された部品の認識を行うように構成された実装機の部品認識装置において、
上記照明手段から上記部品に照射される光の明るさを検出する照明光検出手段と、
この光の明るさの目標値を設定し、この目標値と上記照明光検出手段による検出値とを比較し、両者の偏差に応じて上記照明装置の光量を制御する制御手段とを備え、
上記撮像手段と上記照明光検出手段とは、照明光の波長に応じた感度の特性が同一の素子を用いて構成されていることを特徴とする実装機の部品認識装置。 - 上記照明手段はＬＥＤからなる発光手段を備え、上記制御手段は上記ＬＥＤに対する通電電流を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の実装機の部品認識装置。
- 上記撮像手段は上記ヘッドユニットの移動経路内に配置されたラインセンサからなり、このラインセンサに対してヘッドユニットが相対的に移動する間に撮像が行なわれるように構成されるとともに、上記ラインセンサに対するヘッドユニットの移動速度を検出する移動速度検出手段を備え、上記制御手段はこの移動速度に応じて上記目標値を調整するようになっていることを特徴とする請求項１または２記載の実装機の部品認識装置。
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