JP3871777B2 - 表面実装機の部品認識装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を照射する照射部と受光部とを有する光学的検知手段を用い、吸着用ヘッドに吸着された部品の投影の検出に基づいて部品吸着位置を検出する表面実装機の部品認識装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、移動可能なヘッドユニットに吸着ノズルを備えたヘッドを搭載し、部品供給部のテープフィーダー等からＩＣ等の小片状の電子部品を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位置に装着するようにした表面実装機は一般に知られている。このような表面実装機において、図６に示すように、吸着された部品に光を照射する照射部Ａ１とラインセンサＢからなる受光部Ａ２とを有する光学的検知手段Ａをヘッドユニットに設け、この光学的検知手段Ａの照射部Ａ１と受光部Ａ２との間における検出面（照射部Ａ１から照射されて受光部Ａ２に達する光が通る平面）上に位置する吸着部品の投影を検出し、それに基づいてその部品吸着位置を検出するようにした部品認識装置も知られている。
【０００３】
上記光学的検知手段Ａの照射部Ａ１は、通常、吸着部品に向けて平行光線を照射するようになっており、比較的簡易な構造としては、図６に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いた点状の光源Ｃから放射されて広がった拡散光をシリンドリカルレンズＤにより検出面上で平行光となるように屈曲させ、このシリンドリカルレンズＤを通った光を部品に照射するようにしたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来における比較的簡易な構造によると、光源からの光が、シリンドリカルレンズＤを通ることにより検出面上では平行光となるが、検出面と直交する方向にはレンズＤを通らない場合と同様に放射状に拡った拡散光となるため、受光部Ａ２が照射部Ａ１から遠ざかるにつれて受光量が減少する。従って、比較的大型の部品の認識も可能にすべく照射部Ａ１と受光部Ａ２との間隔を大きくすると、それに伴って照射部Ａ１と受光部Ａ２との距離が大きくなるため、光量が不足するといった問題がある。
【０００５】
そこで、改良案として、図７に示すように、光源から出た光をレンズＥで一旦平行光とし、次いで凹面状のシリンドリカルレンズＦで検出面に沿った方向に光線の幅を受光部の長さに見合う程度にまで広げ、さらに凸状のシリンドリカルレンズＧで再び平行光とするようにレンズ系を構成したものが考えられている。このようにすると、レンズ系を経た光が検出面と直交する方向においても平行な光となることにより、照射部と受光部との距離が大きくなっても光量が大きく減衰することがない。しかし、図８に示すように、検出面上に位置する部品Ｈが薄い板状のチップ部品等である場合、部品Ｈの上下両側を通る平行光線Ｌ１が部品のエッジで回折し、その回折光Ｌ２が部品Ｈの影となるべき部分に回り込んで影を薄くすることにより、受光部Ａ２で検出される部品Ｈの投影が不鮮明になり、認識に悪影響を及ぼすといった問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑み、光学的検知手段の照射部を比較的簡単な構造としながら、光量を確保し、しかも回折による悪影響を防止して鮮明な投影が得られるようにし、部品認識を精度良く行うことができる部品認識装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、吸着用ヘッドに吸着されて検出面上に位置する部品に光を照射する照射部と、上記部品を挾んで上記照射部と対向する位置で光を受光する受光部とからなる光学的検知手段を備え、この光学的検知手段により上記部品の投影を検出し、それに基づいて上記吸着ヘッドによる部品吸着位置を求めるようになっている表面実装機の部品認識装置において、上記光学的検知手段の照射部に、拡散光を放射する光源と、該光源からの光を、検出面上では平行光となり、かつ検出面と直交する面上では非屈折状態の放射光よりは平行光に近い拡散光となるように屈折させるレンズ系とを設けたものである。
【０００８】
この構成によると、上記光学的検知手段の照射部の光源としてはレーザー光源と比べて安価な発光ダイオード等を用いることができる。そして、この光源から照射された光が、検出面上で平行光となり、かつこれと直交する面上でも平行光に近づくように屈曲されることにより、光の拡がりが抑制され、照射部と受光部との間隔が比較的大きくなっても光量が大きく減少することがない。しかも、検出面と直交する面上で平行光に近い拡散光とされることにより、検出面上の部品の上面側及び下面側を通る光線が部品の上面や下面に沿った方向よりも拡がるため、部品のエッジでの回折の影響が低減される。
【０００９】
この発明において、上記レンズ系は、例えば、光源からの放射光を光軸と平行な方向に近づけるように屈曲させて平行光に近い拡散光とするレンズと、このレンズを通った光を検出面に沿った方向に広げるように屈折させる第１のシリンドリカルレンズと、この第１のシリンドリカルレンズを通った光を検出面上で平行光となるように屈折させる第２のシリンドリカルレンズとを備えるようにしておけばよい。
【００１０】
このようにすると、上記光源から放射された光が上記レンズで平行光にまでは至らない範囲で窄まるように屈曲されてから、検出面に沿った方向には第１のシリンドリカルレンズにより一旦拡げられた上で第２のシリンドリカルレンズで窄まるように屈曲されることにより、受光部に向かう光が検出面上では平行光、検出面と直交する面上では平行光に近い拡散光となる。
【００１１】
あるいは、上記レンズ系は、光源からの放射光を検出面と直交する面上において平行光に近い拡散光となるように屈曲させる第１のシリンドリカルレンズと、この第１のシリンドリカルレンズを通った光を検出面上で平行光となるように屈折させる第２のシリンドリカルレンズとを備えるようにしておいてもよい。このようにしても、上記光源から放射された光が先ず第１のシリンドリカルレンズで検出面と直交する面上において平行光に近づくように屈曲され、検出面に沿った方向には受光部に対応するように広げられてから第２のシリンドリカルレンズで屈曲されることにより、受光部に向かう光が検出面上では平行光、検出面と直交する面上では平行光に近い拡散光となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１および図２は本発明に係る表面実装機の一例を示している。同図に示すように、表面実装機（以下、実装機と略す）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が上記コンベア２上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。上記コンベア２の前後側方には、それぞれ多数列のテープフィーダー４ａ等からなる部品供給部４が設けられている。
【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、このヘッドユニット５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。なお、上記Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５には、それぞれの駆動位置を検出するエンコーダ１０，１６が設けられている。
【００１６】
また、上記ヘッドユニット５には吸着用ヘッド２０が設けられている。このヘッド２０は、ヘッドユニット５のフレームに対して昇降及び回転が可能となっており、詳しく図示していないが、Ｚ軸サーボモータ２２を駆動源とする昇降駆動手段及びＲ軸サーボモータ２４を駆動源とする回転駆動手段により駆動されるようになっている。吸着用ヘッド２０の下端には部品吸着用のノズル２１が設けられており、部品吸着時には図外の負圧供給手段からノズル２１に負圧が供給されて、その負圧による吸引力で部品が吸着されるようになっている。
【００１７】
さらにヘッドユニット５の下部には、上記各ノズル２１に吸着された部品２９の吸着状態を検出するための検知ユニット３０（光学的検知手段）が設けられている。
【００１８】
検知ユニット３０は、図３（ａ）に示すように、上記ヘッド２０のノズル２１に吸着された部品２９が所定認識高さとされたときに位置する空間を挟んで相対向する照射部３０ａと受光部３０ｂとを有している。上記照射部３０ａは、上記ノズル２１に吸着された部品２９に光を照射するもので、発光ダイオードからなる点状の光源３１と、レンズ系３２とを備えている。
【００１９】
上記レンズ系３２は、該光源３１からの光を、検出面上では平行光となり、かつ検出面と直交する面上では非屈折状態の放射光よりは平行光に近い拡散光となるように屈折させる構成となっている。当実施形態では、図３（ａ）（ｂ）に示すように、光源３１の近くに位置する凸レンズ３３と、その前方に位置する第１のシリンドリカルレンズ３４と、被検出物（吸着部品２９）が位置する空間に近い側に位置する第２のシリンドリカルレンズ３５とでレンズ系３２が構成されており、上記凸レンズ３３は光源３１からの放射光を平行光に近い拡散光とするように屈折させ、第１のシリンドリカルレンズ３４は凸レンズ３３を通った光を検出面に沿った方向に広げるように屈折させ、第２のシリンドリカルレンズ３５は第１のシリンドリカルレンズ３４を通った光を検出面上で平行光となるように屈折させるように、これらレンズ３３，３４，３５の配置等が設定されている。
【００２０】
一方、受光部３０ｂは、ＣＣＤセンサ等の受光素子を線状に配列したラインセンサ３６を有している。
【００２１】
以上のような部品認識装置を備えた実装機においては、ヘッドユニット５の吸着用ヘッド２０で部品供給部から部品が吸着された後、部品認識処理として、上記検知ユニット３０の照射部３０ａと受光部３０ｂとの間の検出面上に吸着部品２９が位置するように吸着部品２９の高さ位置が調整された状態で、照射部３０ａから吸着部品２９に光が照射され、受光部３０ｂで受光量が調べられることにより吸着部品２９の投影が検出される。この投影の検出に基づいて従来から知られているような方法で部品吸着位置が調べられ、例えば吸着部品２９が回転されつつ投影幅及び投影中心位置等が検出され、そのデータに基づき部品吸着位置のずれが求められる。そして、部品吸着位置のずれに応じた部品装着位置の補正が行われる。
【００２２】
このように検知ユニット３０を用いて部品認識処理が行われる場合に、当実施形態の装置によると、検知ユニット３０の照射部が発光ダイオード等を光源３１に用いた比較的簡単な構造でありながら、鮮明な投影が得られ、部品認識精度が高められる。
【００２３】
この作用を具体的に説明すると、光源３１から放射された光は、先ず凸レンズ３３により、ある程度窄められて平行光に近い拡散光となるように屈折され、次に第１のシリンドリカルレンズ３３により検出面に沿った方向に拡がるように屈折され、受光部３０ｂのラインセンサ３６に対応する程度の範囲まで広がったところで第２のシリンドリカルレンズ３５に達し、このシリンドリカルレンズ３５により検出面上で平行光となるように屈折される。
【００２４】
このように各レンズ３３，３４，３５で光が屈曲されることにより、レンズ系３２を経て受光部３０ｂに向かう光が検出面上では平行光、検出面と直交する面上では平行光に近い拡散光となる。そして、検出面上で平行光となることにより受光部３０ｂで吸着部品の投影が直接的に検出される。また、検出面と直交する面上においては平行光に近い拡散光となることにより、この面上では光源からの放射光が屈折されずに拡がるようになっている従来構造（図６参照）と比べ、照射部から受光部までの距離の増大に対して光量の減少割合が小さく、大型の電子部品にも適用できるように照射部と受光部との間隔を比較的大きくしても光量が十分に確保される。
【００２５】
しかも、検出面と直交する面上の光が平行光にまでは窄められないので、図４に矢印で示すように吸着部品２９に上面側及び下面側を通る光が上面や下面に沿った方向よりも拡がり、部品２９のエッジでの回折が避けられる。このため、回折光が部品２９の影の部分に回り込んで影を薄くするというようなことがなく、受光部３０ｂで検出される部品２９の投影が鮮明になり、投影検出の精度が高められることとなる。
【００２６】
ここで、認識に悪影響を与える回折光は、平行光及びこれよりも収束方向にある光によるものが殆どであるので、上記の平行光に近い拡散光とは、光源の大きさ、取付位置の誤差等による影響も加味して考えた場合に、全ての光線が検出面と直交する面上において拡散状態にあるものをいう。
【００２７】
光源からの放射光を平行光に近い拡散光とするにあたり、どの程度まで窄めるのが適当かを決めるパラメータとしてはラインセンサの感度、レンズの透過率、光源の明るさ、受光部までの光学的距離、温度などがある。
【００２８】
光源からの放射光をどの程度まで窄めるかを簡易的に決定する方法の一例を説明する。レンズとして被検出物（吸着部品）に最も近いシリンドリカルレンズを１枚だけ用い、光源からの放射光を検出面上で平行光となるように屈曲させた状態で、受光部のラインセンサで受光し、このときにラインセンサの読み出しクロックを変え、最適な受光量となるようなクロック周波数Ｃ１を求める。そして、実際の認識に用いるクロック周波数をＣ０、光源の検出面に直交する面上の照射角度をθ０とすると、光源の検出面に直交する面上での窄めた後の照射角度θ１は、
【００２９】
【数１】
θ１＝θ０・Ｃ１／Ｃ０
と求めればよい。ただし、実際には、光源の照射パターン、レンズ構成の変化による光学的距離の変化、レンズ枚数に応じて変化するレンズ面の反射の問題等があるため、厳密にはこれらの影響を加味する値をαとして
【００３０】
【数２】
θ１＝θ０・Ｃ１／Ｃ０−α
とすることが望ましい。
【００３１】
図５（ａ）（ｂ）は検知ユニット３０の別の実施形態を示している。この図において、検知ユニット３０の照射部３０ａは光源３１とレンズ系３７とを備え、そのレンズ系３７は、光源３１の近くに位置する第１のシリンドリカルレンズ３８と、被検出物（吸着部品）が位置する空間に近い側に位置する第２のシリンドリカルレンズ３９とで構成されている。
【００３２】
第１のシリンドリカルレンズ３８は、光源３１からの放射光を検出面と直交する面上で平行光に近い拡散光となるように屈折させ、第２のシリンドリカルレンズ３９は第１のシリンドリカルレンズ３８を通った光を検出面上で平行光となるように屈折させるように、これらのレンズ３８、３９の配置等が設定されている。
【００３３】
この実施形態によると、光源３１から放射された光は、先ず第１のシリンドリカルレンズ３８により検出面と直交する面上ではある程度窄められて平行光に近い拡散光となり、検出面上では光源３１からの放射方向にそのまま拡がった拡散光となる。そして、検出面上において受光部３０ｂのラインセンサに対応する程度の範囲まで広がったところで第２のシリンドリカルレンズ３９に達し、このシリンドリカルレンズ３９により検出面上で平行光となるように屈折される。
【００３４】
このように各レンズ３８，３９で光が屈曲されることにより、レンズ系３７を経て受光部３０ｂに向かう光が検出面上では平行光、検出面と直交する面上では平行光に近い拡散光となる。これにより、第１の実施形態と同様の作用が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明の部品認識装置は、実装機に装備されている光学的検知手段の照射部に、拡散光を放射する光源と、該光源からの光を、検出面上では平行光となり、かつ検出面と直交する面上では非屈折状態の放射光よりは平行光に近い拡散光となるように屈折させるレンズ系とを設けているため、比較的簡単な構造としながら、光源からの光の拡散を抑制して光量を確保することができ、しかも回折による悪影響を防止して鮮明な投影を得ることができる。従って、部品認識を精度を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置が具備される実装機の一例を示す概略平面図である。
【図２】同概略正面図である。
【図３】本発明の部品認識装置の一実施形態を示すものであり、（ａ）は検知ユニットの概略平面図、（ｂ）は照射部の光源及びレンズ系の概略正面図である。
【図４】吸着用ヘッドに吸着された部品に対する光線照射状態を示す説明図である。
【図５】本発明の部品認識装置の別の実施形態を示すものであり、（ａ）は検知ユニットの概略平面図、（ｂ）は照射部の光源及びレンズ系の概略正面図である。
【図６】従来の部品認識装置の一例を示す概略平面図である。
【図７】従来例に対する改良案の一例を示す概略平面図である。
【図８】図７に示す例による場合の部品に対する光線照射状態を示す説明図である。
【符号の説明】
５ ヘッドユニット
２１ ノズル
２９ 部品
３０ 光学的検知ユニット
３０ａ 照射部
３０ｂ 受光部
３１ 光源
３２，３７ 光学系
３３ 凸レンズ
３４，３５，３８，３９ シリンドリカルレンズ

Claims (2)

1. 吸着用ヘッドに吸着されて検出面上に位置する部品に光を照射する照射部と、上記部品を挾んで上記照射部と対向する位置で光を受光する受光部とからなる光学的検知手段を備え、この光学的検知手段により上記部品の投影を検出し、それに基づいて上記吸着ヘッドによる部品吸着位置を求めるようになっている表面実装機の部品認識装置において、上記光学的検知手段の照射部に、拡散光を放射する光源と、該光源からの光を、検出面上では平行光となり、かつ検出面と直交する面上では非屈折状態の放射光よりは平行光に近い拡散光となるように屈折させるレンズ系とが設けられ、上記レンズ系は、光源からの放射光を光軸と平行な方向に近づけるように屈曲させて平行光に近い拡散光とするレンズと、このレンズを通った光を検出面に沿った方向に広げるように屈折させる第１のシリンドリカルレンズと、この第１のシリンドリカルレンズを通った光を検出面上で平行光となるように屈折させる第２のシリンドリカルレンズとを備えることを特徴とする表面実装機の部品認識装置。
2. 吸着用ヘッドに吸着されて検出面上に位置する部品に光を照射する照射部と、上記部品を挾んで上記照射部と対向する位置で光を受光する受光部とからなる光学的検知手段を備え、この光学的検知手段により上記部品の投影を検出し、それに基づいて上記吸着ヘッドによる部品吸着位置を求めるようになっている表面実装機の部品認識装置において、上記光学的検知手段の照射部に、拡散光を放射する光源と、該光源からの光を、検出面上では平行光となり、かつ検出面と直交する面上では非屈折状態の放射光よりは平行光に近い拡散光となるように屈折させるレンズ系とが設けられ、上記レンズ系は、光源からの放射光を検出面と直交する面上において平行光に近い拡散光となるように屈曲させる第１のシリンドリカルレンズと、この第１のシリンドリカルレンズを通った光を検出面上で平行光となるように屈折させる第２のシリンドリカルレンズとを備えることを特徴とする表面実装機の部品認識装置。

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