JP4090776B2 - 部品実装方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、部品実装方法及び装置、さらに詳細には、例えばＩＣ、抵抗器、コンデンサー等の電子部品（以下、部品という）を基板上に実装する部品実装方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、部品供給部から供給される部品をヘッド部で吸着して基板上に実装する場合、部品を撮像して画像処理を行い、部品認識することにより吸着位置ずれ（部品中心と吸着中心のずれ並びに吸着傾き）を計算し、このずれを補正して部品搭載を行っている。この部品を撮像して部品認識するために、ＣＣＤカメラやラインセンサが使用されている。ＣＣＤカメラで部品認識する場合には、ヘッド部に吸着されている部品が下方よりＣＣＤカメラにより撮像され、また、ラインセンサで部品認識する場合には、例えば、特開平５−３３５７９３号公報に記載されているように、吸着部品をラインセンサの延びる方向（長手方向）と垂直方向に相対的に移動させて部品を走査することにより部品の画像を読み取っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したラインセンサを用いて部品の画像を読み取る場合、ラインセンサの長手方向の有効撮像範囲よりも大きな部品は、ラインセンサで部品を走査しても、部品全体を読み取ることができないために、部品認識することができない、という問題があった。
【０００４】
また、ヘッド部に複数の吸着ノズルを備え、複数の部品をラインセンサによる走査で一度に認識する場合、ラインセンサは、吸着ノズルに吸着された複数の部品の画像を読み取るだけでなく、各部品間の空間の画像も読み取るので、一部の吸着ノズルだけが部品を吸着している場合には、不必要な部分の画像が部品認識に影響を与え、画像処理を複雑にするとともに、不必要な部分の画像もメモリに保存しなければならず、大容量のメモリを必要とするという欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するもので、大型の部品でも部品認識することができる部品実装方法及び装置を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、部品供給部から供給される部品を吸着し、吸着された部品の画像をラインセンサで読み取って基板の所定位置に実装する部品実装方法および装置において、部品種類によってラインセンサの走査回数や画像取り込み方向及び取り込み開始点を決定し、決定された方法で、前記ラインセンサにより部品を走査して部品の画像を読み取ること、および読み取られた部品の画像を画像処理して部品の位置決めを行い部品を実装することを特徴としている。
【０００７】
このような構成では、部品の画像読み取りを１方向からだけでなく、逆方向からも読み取るようにしているので、センサの長手方向幅より大きな部品でも部品の画像を読み取ることができ、高精度で部品を基板に実装することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１には、本発明による部品実装装置が図示されており、この部品実装装置の中央部には搬送レール１０ａと１０ｂを有する搬送ライン１０が設けられ、この搬送レール１０ａ、１０ｂに沿って基板１１が搬送される。この搬送ライン１０の両側には複数のフィーダ１２ａ、１２ｂ、．．からなる部品供給部１２と、複数のフィーダ１３ａ、１３ｂ、．．からなる部品供給部１３が配置される。各フィーダ１２ａ、１２ｂ、．．；１３ａ、１３ｂ．．には、基板１１に実装される部品が収納されている。
【００１２】
部品供給部１２、１３から供給される各部品を吸着するために、吸着ヘッド１５が設けられ、この吸着ヘッド１５は、図２にも示されているように、昇降可能な複数の吸着ノズル１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと、これらの吸着ノズルを支持する基台１５ｆから構成されている。吸着ヘッド１５は、横方向移動手段を構成するＸ軸モータ１６の軸１６ａに取り付けられており、Ｘ軸モータ１６が回転すると、吸着ヘッド１５は、軸上を横方向（Ｘ方向）に移動する。また、縦方向移動手段のＹ軸モータ１８の軸１８ａには、ブラケット１７が取り付けられており、このブラケット１７には、Ｘ軸モータ１６の軸が嵌合している。従って、Ｙ軸モータ１８が回転すると、ブラケット１７がＹ軸モータの軸上を縦方向（Ｙ方向）に移動し、それにより吸着ヘッド１５、Ｘ軸モータ１６も縦方向に移動する。このＸ軸モータ１６及びＹ軸モータ１８の回転により吸着ヘッド１５は、部品供給部１２、１３の所定位置に移動し、各フィーダから供給される部品を複数の吸着ノズルで同時吸着する。
【００１３】
部品を吸着した吸着ヘッド１５は、部品供給部から基板１１へ移動する過程で、固定配置のＣＣＤ素子から構成されたラインセンサ１９上を移動する。これにより吸着ヘッド１５の吸着ノズルに吸着されている各部品の画像がラインセンサ１９で読み取られ、読み取られた画像が画像処理部２０に入力され、画像処理される。
【００１４】
図３には、部品実装装置の制御系と、画像処理部の詳細な構成が図示されている。部品実装装置のシステム制御部２２は、太線の矢印で示したように、ホストコンピュータなどから入力される生産プログラムデータに従って、Ｘ、Ｙ軸モータ駆動部２３によりＸ軸モータ１６、Ｙ軸モータ１８を駆動し、吸着ヘッド１５を部品供給部１２、１３に移動させて部品を吸着させ、続いて吸着ヘッド１５をラインセンサ１９上を移動させ、部品を走査して部品の画像を読み取る。読み取られた画像は、画像処理部２０で画像処理され、部品位置、傾きが補正される。システム制御部２２は、この補正されたデータに基づき吸着ヘッド１５を位置決めして、部品を基板１１の所定位置に搭載する。システム制御部２２は、この部品搭載に必要な種々の出力信号を発生し、それが複数の矢印で概略図示されている。
【００１５】
画像処理部２０は、ラインセンサ１９で読み込まれた画像信号をＡ／Ｄ変換部２０ａでデジタル信号に変換してメモリ書込み制御部２０ｂに入力する。一方、画像処理部の読み取り方法決定部２０ｃは、部品の種類（大きさ）に従って、部品の走査方向、すなわち、吸着ヘッド１５がラインセンサ上を、図１で右方向から左方向に移動して部品を走査するか（相対的にセンサの動作は右走査）、あるいは逆方向走査か（相対的にセンサの動作は左走査）、あるいは両方向に走査するか（左右走査）を決め、それによって画像取り込み方向と取り込み開始点を決定する。また、読み取り方法決定部２０ｃは、吸着ヘッド１５に吸着されている部品間の不要な部分の画像を読み取らないようにするために、吸着ヘッドに吸着されている部品の個数や大きさから、部品の画像の読み取り部分を決定し、不要な部分の画像を取り込まないように読み取り方法を決定する。
【００１６】
読み取り方法決定部２０ｃの信号は、メモリ書込み制御部２０ｂと、書込み開始制御部２０ｄに出力され、メモリ書込み制御部２０ｂにより、書き込み開始制御部２０ｄからの指令に基づき画像メモリ２０ｅに、部品のデジタル画像情報が書き込まれる。位置／傾き処理部２０ｇでは、画像メモリの画像情報に対して公知の方法で画像処理が行われ、部品中心、吸着傾きが演算され、位置／傾き補正値計算部２０ｈで部品中心と吸着中心のずれ、基準角度に対する傾きが計算され、それぞれ補正値が求められる。この補正値は、システム制御部２２に出力され、それに従って各部品の位置決めが行われる。なお、大型の部品の場合には、画像メモリ合成部２０ｆで画像の合成を行ってから部品認識が行われる。
【００１７】
次に、このように構成された構成において、部品を実装する流れを図４を参照して説明する。
【００１８】
まず、前もってシステム制御部２２は、ホストコンピュータから生産プログラムデータを受け取る。システム制御部は、この生産プログラムデータから、生産すべき基板１１に順次実装される部品データを取得する（ステップＳ１）。続いて、システム制御部２２は、部品データに従ってＸ軸モータ１６、Ｙ軸モータ１８を駆動して部品供給部１２あるいは１３の所定のフィーダに移動し、吸着ヘッド１５により部品を吸着し（ステップＳ２）、部品認識のために吸着ヘッド１５をラインセンサ１９の位置に移動させる。このとき、一回で部品の走査が完了するかどうかが判断される（ステップＳ３）。
【００１９】
例えば、図２（Ａ）に示したように、吸着ヘッド１５の各吸着ノズル１５ａ〜１５ｄが小型の部品Ｐ１〜Ｐ４を吸着している場合には、一回で部品の走査が完了するので、図５（Ａ）に示したように、各吸着ノズル１５ａ〜１５ｄの軸心を結ぶ線がラインセンサ１９のほぼ中央の点Ｙ２にくるように、吸着ヘッド１５が移動される（ステップＳ４）。読み取り方法決定部２０ｃは、吸着ヘッドを、実線の矢印で示したようにラインセンサ１９上で左方向に移動させる決定を行う。これによりラインセンサ１９は、吸着ヘッド１５の移動に従い相対的に一点鎖線の矢印で示したように右方向に部品を走査し、時点Ｔ１からＴ２において部品Ｐ１〜Ｐ４の画像が読み取られる。メモリ書込み制御部２０ｂと書込み開始制御部２０ｄにより、Ｔ１〜Ｔ２間の画像が画像メモリ２０ｅに格納される（ステップＳ５）。この部品Ｐ１〜Ｐ４の画像の画像メモリ２０ｅにおける格納状態が図５（Ｂ）に図示されている。
【００２０】
続いて、部品Ｐ１〜Ｐ４の画像が、位置／傾き処理部２０ｇにおいて公知の方法で画像処理され、部品位置（中心位置）、吸着傾きが演算され（ステップＳ６）、位置／傾き補正値計算部２０ｈで部品中心と吸着中心のずれ、基準角度に対する傾きが計算されてそれぞれ補正値が求められる（ステップＳ７）。システム制御部２２は、この補正値に従って、各部品Ｐ１〜Ｐ４の位置決めを行い、Ｘ軸モータ１６、Ｙ軸モータ１８を駆動して吸着ヘッド１５を基板１１の所定位置に移動させ、各部品Ｐ１〜Ｐ４を基板上に搭載する（ステップＳ８）。
【００２１】
なお、吸着ヘッド１５のすべての吸着ノズルではなく、例えば、図６（Ａ）に図示したように、吸着ノズル１５ａ、１５ｄのみが部品を吸着している場合には、時点Ｔ３からＴ４までの走査により不必要な部分の画像も読み取られることになり、雑像（例えばノズルの画像）が入って画像処理の精度に影響を与える。この影響をなくすために、読み取り方法決定部２０ｃは、吸着個数、吸着ノズルの取り付け位置、部品の大きさなどに従って決まる時点Ｔ３〜Ｔ４間は、画像読み取りの後の画像メモリ２０ｅへの書込み禁止を決定する。これにより書込み開始制御部２０ｄは、時点Ｔ３〜Ｔ４間では書き込みを禁止する禁止信号をメモリ書き込み制御部２０ｂに送るので、画像メモリ２０ｅには、図６（Ｂ）に示したように、時点Ｔ１〜Ｔ３並びにＴ４〜Ｔ２間の走査による部品Ｐ１、Ｐ４の画像のみが取り込まれることになる。これを、吸着ヘッドの移動からみると、時点Ｔ１〜Ｔ３間とＴ４〜Ｔ２間は、部品の画像を読み取るので部品の画像読み取り移動となり、時点Ｔ３〜Ｔ４の部品間の走査では、部品の画像を読み取り書き込むことなく部品の画像読み取り準備移動となる。
【００２２】
また、図５（Ａ）に示したように、すべての吸着ノズルが部品を吸着している場合でも、部品間の空間の読み取られた画像をメモリに書き込まないように、きめ細かく、部品の画像読み取り移動を定めるようにすることもできる。
【００２３】
このように不必要な部分の画像読み取り書き込みを禁止することにより画像処理範囲を少なくできるとともに、不必要な画像が含まれていないので、部品認識の精度を向上させることができる。
【００２４】
一方、図７に示したように、吸着ヘッド１５が大型の部品を収納した部品供給部１４から部品を吸着する場合には、吸着ヘッド１５は、例えば、図２（Ｂ）に示したように、吸着ノズル１５ａ、１５ｃにより部品Ｐ５、Ｐ６が吸着される。このときには、ステップＳ３の判定は否定され、図８（Ａ）に示したように、部品の１回目の画像読み取りのために吸着ノズル１５ａ〜１５ｄの軸心を結ぶ線がラインセンサ１９のＹ３の位置にくるように吸着ヘッド１５を移動させ（ステップＳ９）、吸着ヘッド１５を左方向に移動させる。ラインセンサ１９は、部品Ｐ５、Ｐ６を相対的に右方向に走査して部品の画像を読み取り、その画像を画像メモリ２０ｅに格納する（ステップＳ１０）。この格納状態が図９の左部分に図示されている。
【００２５】
このように、一回目の走査が完了した後、吸着ヘッド１５は、図８（Ｂ）に示したように、吸着ノズル１５ａ〜１５ｄの軸心を結ぶ線がラインセンサ１９のＹ１の位置にくるように移動し（ステップＳ１１）、続いて右方向に移動する。これによりラインセンサ１９は、左走査して部品Ｐ６から読み取りを開始し、部品Ｐ６、Ｐ５の画像を画像メモリ２０ｅに格納する（ステップＳ１２）。この格納状態が図９の右部分に図示されている。
【００２６】
続いて、部品Ｐ５、Ｐ６の画像を仮想メモリ上で合成する（ステップＳ１３）。
【００２７】
この合成のために、部品を吸着せずに、図８（Ａ）、（Ｂ）に図示したのと同じ条件で移動させ、各ノズル１５ａ〜１５ｄの軸心の画像メモリ２０ｅ上の位置（座標）を予めパラメータとして取得しておく。実際の画像合成は、図９に示したように、１回目と２回目の走査で得られた部品Ｐ５、Ｐ６の画像を、各吸着ノズル１５ａ、１５ｃの軸心位置での画像を一致させることにより行う。このとき、２回目での画像は左右に１８０°反転させるようにする（メモリへの格納方法による）。この画像の反転は、画像メモリ２０ｅに格納するときに、行うようにしてもよい。この場合には、２回目の走査による画像は、画像メモリに思考し易い画像として格納される。
【００２８】
このように合成された画像を公知の方法で処理して、部品Ｐ５、Ｐ６の部品位置、吸着傾きが演算され（ステップＳ１４）、その位置、傾きが補正されて（ステップＳ７）、部品Ｐ５、Ｐ６が基板上に搭載される（ステップＳ８）。
【００２９】
このように、ラインセンサ１９による部品の画像読み取りを１方向からだけでなく、逆方向からも読み取り可能とすることにより、部品がラインセンサ１９の長手方向幅より大きくても、画像合成手法を応用することにより、部品位置や傾きを検出することができ、部品を決められた基板１１の位置に搭載することが可能となる。
【００３０】
なお、上述した例で、Ｙ１の位置は、ラインセンサ１９上端からラインセンサの有効長さの約２０％下方の位置に、Ｙ３の位置は、ラインセンサ１９下端からラインセンサの有効長さの約２０％上方の位置に、またＹ２の位置は、ラインセンサの有効長さのほぼ中央の位置に定められる。
【００３１】
また、上記画像の合成は、画像処理する前に行われたが、２枚の画像、すなわち図９のメモリの左半分の画像と、右半分の画像を各々前処理を行ない、各部品Ｐ５、Ｐ６の端子の位置データまで求めその後、パラメータとして予め求めたノズル位置を基に連結し、部品の吸着ノズルとの位置ずれと吸着傾きを求めることもできる。
【００３２】
また、大きな部品を読み取るときも、不必要な部分の画像を読み取ることを防止するために、吸着ヘッドの移動に対して、それぞれ画像読み取り準備移動と、画像読み取り移動を設定することもできる。
【００３３】
また、上記実施形態では、ラインセンサが部品実装装置に固定され、吸着ヘッドがラインセンサ上を移動して部品の画像を読み取ったが、吸着ヘッドを停止してラインセンサを移動させたり、あるいはラインセンサを吸着ヘッド上に配設してラインセンサを部品に対して移動させて部品の画像を読み取るようにすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、部品の画像読み取りを１方向からだけでなく、逆方向からも読み取るようにしているので、センサの長手方向幅より大きな部品でも部品の画像を読み取ることができ、部品を高精度で基板に実装することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】部品実装装置の構成を示す上面図である。
【図２】部品の吸着状態を示した吸着ヘッドの側面図である。
【図３】部品の画像処理部の構成を詳細に示したブロック図である。
【図４】部品の実装の流れを示すフローチャートである。
【図５】小型の部品の画像読み取りと、読み取られた画像の格納状態を示す説明図である。
【図６】小型の部品の画像読み取りと、読み取られた画像の格納状態を示す説明図である。
【図７】部品実装装置の他の構成を示す上面図である。
【図８】大型の部品の画像読み取りを示す説明図である。
【図９】大型の部品に対して読み取られた画像の合成方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２、１３、１４ 部品供給装置
１５ 吸着ヘッド
１６ Ｘ軸モータ
１８ Ｙ軸モータ
２０ 画像処理部
Ｐ１〜Ｐ６ 部品

Claims (4)

1. 部品供給部から供給される部品を吸着し、吸着された部品の画像をラインセンサで読み取って基板の所定位置に実装する部品実装方法において、
   部品種類によってラインセンサの走査回数や画像取り込み方向及び取り込み開始点を決定し、
   決定された方法で、前記ラインセンサにより部品を走査して部品の画像を読み取り、
   読み取られた部品の画像を画像処理して部品の位置決めを行い部品を実装することを特徴とする部品実装方法。
2. 複数回走査する時、各走査の吸着ノズルの吸着位置はラインセンサの有効長さ内に決め、互いに走査方向を変えて部品の画像を読み取り、各吸着ノズルの軸心位置での画像を一致させることを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
3. 部品供給部から供給される部品を吸着し、吸着された部品の画像をラインセンサで読み取って基板の所定位置に実装する部品実装装置において、
   前記部品の画像を読み取るラインセンサと、
   部品種類によってラインセンサの走査回数や画像取り込み方向及び取り込み開始点を決定し、決定された方法で、前記ラインセンサと部品を相対的に移動させて部品を走査する手段と、
   前記部品の走査により読み取られた部品の画像を画像処理する画像処理部と、
   前記画像処理に基づいて部品の位置決めを行い部品を実装する手段と、
   を有することを特徴とする部品実装装置。
4. 複数回走査する時、各走査時吸着ノズルの吸着位置はラインセンサの有効長さ内に決め、互いに走査方向を変えて部品の画像を読み取り、各吸着ノズルの軸心位置での画像を一致させる手段を有することを特徴とする請求項３に記載の部品実装装置。

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