JP4100043B2

JP4100043B2 - 部品装着装置

Info

Publication number: JP4100043B2
Application number: JP2002147640A
Authority: JP
Inventors: 圭司岡村; 宏尚千種; 真琴斉藤; 大輔田村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: JP2003338699A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ部品等の電子部品を回路基板やパッケージ等に装着するための部品装着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような部品装着装置としては、産業用部品搭載ロボット、特に、アイソレータなどの積み重ね構造の電子部品の組立機がある。このような部品装着装置においては、電子部品を供給する供給ヘッドを備える。この供給ヘッドは、待機状態にある装着前の部品を吸着保持したり、保持した部品を回路基板やパッケージ等の装着対象物の所要位置に装着するものである。このような供給ヘッドは、その装着動作のために位置決めを正確に行う必要がある。
【０００３】
特開昭５７−１７３９５０号公報に記載の部品装着装置は、カメラとその入射側の光学系からなる撮像部を有している。該撮像部により、待機状態にある装着前の部品やその装着位置を真上から見た画像、あるいは供給ヘッドに保持された部品を真下から見た画像が取り込まれる。これらの画像のデータに基づいて、供給ヘッドの位置調整が行われる。
【０００４】
特開平５−１８０６２２号公報に記載の部品装着装置は、待機状態にある装着前の部品や、その装着位置を斜め上から見た画像を取り込む撮像部を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭５７−１７３９５０号公報の部品装着装置による場合、撮像部の一部をなす光学系の前端部が、画像取り込み時に、供給ヘッドの下側に進入してくる構成であるので、光学系の進退動作に時間がかかり、その分タクトタイムが長くなる、という問題がある。また、供給ヘッドの下側には、光学系の前端部の入り込むスペースが必要であるため、供給ヘッドとその下方の基台側との間隔が広くなって部品の上下の移動距離が長くなり、この点が部品の装着精度を高める上で問題となる。
【０００６】
特開平５−１８０６２２号公報の部品装着装置による場合、供給ヘッドの下方の画像を取り込むだけであるので、供給ヘッドの位置調整を充分に行うことが難しい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、部品を保持する側を有し、この保持した部品を所定の装着位置に供給装着する部品供給部と、画像光が入射される側を有する画像光処理部および前記画像光処理部の前記入射側に配置される光学系を含む撮像部とを備え、前記撮像部の光学系は、前記部品供給部の前記部品保持側が前記所定の装着位置の上方へ移動している間のいずれかの時期に、前記部品供給部の前記部品保持側に保持されている部品を斜め下方向から見た画像に係る画像光の入射光路と、待機位置にある装着前の部品もしくは装着対象物におけるその部品の装着位置もしくは前記装着位置に装着された部品を斜め上方向から見た画像に係る画像光の入射光路とを有するとともに、前記両入射光路が交差する状態に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成において、撮像部の画像光処理部(実施形態では、カメラ)には、部品供給部側の一方向から見た画像、例えば部品供給部に保持された部品の斜め下から見た画像に係る画像光と、装着対象物の他方向から見た画像、例えば装着対象物を斜め上から見た画像に係る画像光とが取り込まれる。したがって、制御部でこれらの画像のデータに基づいて、部品供給部の位置調整が行われることにより、待機状態の部品やその装着位置ばかりでなく、部品供給部に保持されている部品の状態も確認され、その位置調整が正確に行われる。
【０００９】
また、部品供給部側の斜め下方向からの画像光と、前記斜め上方向からの画像光とが交差した状態で光学系に入射されるから、入射光路が交差している分、部品供給部と装着前の部品もしくはその部品の装着位置との間隔は狭くてよく、部品供給部と例えばその下方にある基台側との間隔を狭く設定できる。
【００１０】
なお、画像光処理部は、撮像や撮影の機能を有するカメラそのものだけで構成されるものに限定されず、画像光を処理することができるものであれば、何でもよい。また、画像光処理部は、光学系とカメラとの間に配置されて光学系からの画像光を取り込み、それを電気的な画像信号に変換してそれをデジタル処理する処理部に出力するものも考えられる。例えば、画像光処理部を画像認識センサで構成してもよい。
【００１１】
制御部は、例えば、マイクロコンピュータなどで構成されてもよいし、また、部品装着装置に備えられていてもよいが、部品装着装置とは別体に備えられ、画像光処理部からの画像データを有線あるいは無線で受けるように接続されていてもよい。例えば、部品装着装置を産業用部品搭載ロボットとして用いる場合、そのロボットに制御部であるマイクロコンピュータを搭載し、ロボット自体が部品装着姿勢を自動補正するように構成してもよい。あるいは、ロボット外のコンピュータに該ロボットからの画像信号を取り込ませ、そのロボットの部品装着姿勢を自動補正するように構成してもよい。
【００１２】
なお、前記光学系について、両入射光路が交差する状態とは、例えば斜め上向きに入射する画像光と、例えば斜め下向きに入射する画像光とが、通常、光学系を構成するミラー、ハーフミラー、プリズム、レンズ等の光学部材に入射する前に互いに交差する、という意味である。
【００１３】
また、両入射光路が交差する状態とは、各入射光路の中心線が共通する１点を通る場合だけでなく、両入射光路の一部が重なる場合や、両入射光路が若干離れた位置を通り、食い違い状に交差する場合も含まれる。
【００１４】
上記の構成のうち、撮像部は、部品供給部とは別に設けられるものであってよいが、部品供給部が、装着前の部品やその装着対象物の載置位置上を移動する本体と、前記載置位置に対して遠近動して部品を保持する保持部とを備えているものである場合、撮像部は、部品供給部の本体に固定されることが望ましい。
【００１５】
この構成では、撮像部は、部品供給部の本体と一体に移動し、いずれの移動個所でも機械的動作なしに、所要の画像を取り込むことができる。機械的動作がない分、タクトタイムが短縮する。
【００１６】
また、撮像部は、その一部である光学系の前端が部品供給部側の画像とその下方部の画像とを取り込むことができる位置に臨んでいれば、どのような姿勢で設けられていてもよく、したがって、撮像部の画像光処理部、例えばカメラは、横方向から画像光が入射する横向き姿勢に固定されていてもよいが、このカメラが、下方から画像光が入射するよう下向き姿勢に固定されていると、カメラと光学系とが縦型にまとまって場所をとらず、部品供給部等の動作の邪魔にならない。
【００１７】
さらに、撮像部の光学系は、２方向からの画像光、例えば斜め下からの画像光と、斜め上からの画像光とを画像光処理部側に導くものであればよいが、２方向からの画像光を同一の光路に導く光学部材が設けられていると、光学系内での光路が単純化し、光学系の構成が簡単になる。
【００１８】
上記のような、二つの画像光を同一の光路に導く光学部材としては、具体的には、入射前端側にあって斜め下からの画像光を反射する第１の反射体と、入射前端側で斜め上からの画像光を反射する第２の反射体と、前記第１の反射体で反射された画像光に前記第２の反射体で反射された画像光を重ねて画像光処理部側に送る合波プリズムとが含まれる。
【００１９】
なお、画像光処理部には、斜め下方向からの画像光と斜め上方向からの画像光とが入射し、２つの画像が二重映しとなるが、これに対しては、照明部の照射方向を画像光が入射する側に切り換えることで、一方の画像のみが鮮明に撮像されるようにすればよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に基づいて説明すると、図１ないし図５は、本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は、第１実施形態に係る部品装着装置の主要部の斜視図、図２は、図１の主要部を含む部品装着装置の全体を示す斜視図、図３は、図１の主要部の一部である光学系の構成を示す構成図、図４および図５は、それぞれ図１の主要部の動作を示す動作説明図で、図４の(Ａ)(Ｂ)(Ｃ)は動作前半の各工程を示し、図５の(Ａ)(Ｂ)は動作後半の各工程を示す。
【００２１】
図１を参照して、符号１は、部品供給部としての供給ヘッド、２は撮像部、３は照明部、４は制御部、５は駆動部、６は可動ガイドをそれぞれ示す。
【００２２】
前記の供給ヘッド１は、部品ｗをその待機位置から取り上げて移送し、その装着対象物である回路基板やパッケージ等の所要の装着位置に装着するものである。この供給ヘッド１は、待機状態にある装着前の部品ｗやその装着対象物が載置される基台７の面上の一定高さ位置を移動するヘッド本体８と、部品ｗを保持する保持部としての吸着ノズル９とを備えている。
【００２３】
吸着ノズル９は、前記ヘッド本体８内に設けられた上下機構、例えば、中空のねじ軸１０と、このねじ軸１０に螺合した状態で回転駆動されるナット体１１とからなる上下機構の駆動により、ヘッド本体８に対して上下動し、基台７に近接した位置でエアの吸引により部品ｗを吸着保持する。
【００２４】
前記基台７上には、通常、装着前の部品ｗや、装着対象物である回路基板、パッケージ等がトレイ、その他の台状の部材を介して載置されるが、ここでは説明を簡単にするために、装着前の部品ｗ等が直接基台７上に載置されるものとして示されている。
【００２５】
撮像部２は、前記供給ヘッド１のヘッド本体８に固定的に取り付けられている。この撮像部２は、画像光処理部である下向き姿勢のイメージセンサカメラ１２と、このカメラ１０の入射側に設けられた光学系１３とからなる。光学系１３は、一方向から見た画像と他方向から見た画像、具体的には、吸着ノズル９側を斜め下から見た画像と、その下方部を斜め上から見た画像とを取り込むためのもので、その入射前端は、吸着ノズル９の移動経路の横位置に臨んでいる。この光学系１３の構成については、後に図３に基づいて説明する。
【００２６】
照明部３は、吸着ノズル９側とその下方部とを照射するもので、供給ヘッド１のヘッド本体８に取り付けられている。この照明部３は環状に成形されており、その環状内部を吸着ノズル９が上下に移動しうる。また、この照明部３は照射方向が切り換え可能で、吸着ノズル９側の画像を取り込む際には、照射方向が上向きとなり、吸着ノズル９の下方部の画像を取り込む際には、照射方向が下向きに切り換えられる。
【００２７】
制御部４は、所与のプログラムに従い、駆動部５を介して供給ヘッド１等の可動部分各部の動作を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータで構成される。この制御部４は、本明細書においては、撮像部２を通じて取り込まれた吸着ノズル９側の画像とその下方部の画像とのデータに基づいて、供給ヘッド１の位置調整を行う制御部として動作する。
【００２８】
可動ガイド６は、その長さ方向に供給ヘッド１を案内するものである。供給ヘッド１は、この可動ガイド６の内側に設けられた移動機構(図示省略)の駆動により、可動ガイド６に沿って移動する。
【００２９】
可動ガイド６は、図２に示されるように、これと直交する固定ガイド１４と、ガイドロッド１５との間に設けられており、固定ガイド１４と直交する姿勢を保って固定ガイド１４の長さ方向に移動する。したがって、可動ガイド６が固定ガイド１４に沿って移動し、この可動ガイド６に沿って供給ヘッド１が移動することで、供給ヘッド１は基台７の面上の一定高さ位置を移動する。
【００３０】
図３に基づいて光学系１３の構成を説明すると、この光学系１３は、光学部材として、入射前端側にあって斜め下からの画像光を下側に反射する第１の反射体１６と、同じく入射前端側にあって斜め上からの画像光を上側に反射する第２の反射体１７と、前記両反射体１６，１７の後段にあって第１の反射体１６で反射された画像光に第２の反射体１７で反射された画像光を重ねる合波プリズム１８と、重ねられた画像光を反射する反射プリズム１９と、カメラ１２の直前に設けられたテレセントリックレンズ２０とからなる。
【００３１】
第１の反射体１６と、第２の反射体１７とは、光学系１３の入射前端で上下互いに対面している。したがって、この光学系１３には、吸着ノズル９側の画像光とその下方部の画像光とを入射させる光路として、斜め上向きの入射光路Ｒ₁と、斜め下向きの入射光路Ｒ₂とが設定されている。これらの入射光路Ｒ₁,Ｒ₂は、光学系１３の手前で、より詳しく言えば、光学系１３の初段の光学部材である第１と第２の両反射体１６，１７の手前で、互いに交差している。
【００３２】
上記の構成において、カメラ１２には、光学系１３を通じて吸着ノズル９側の画像と、その下方部の画像とが取り込まれる。この場合、照明部３の照射方向の切り換えにより、一方の画像が鮮明となるから、各画像はそれぞれ分離して取り込める。また、光学系１３を通じて得られる画像は斜視画像であるため、遠近差による焦点距離の問題が生じるおそれがあるが、この実施形態では、光学系１３にテレセントリックレンズ２０が含まれているので、このテレセントリックレンズ２０により焦点深度が深くなり、遠近差はキャンセルされる。制御部４は、カメラ１２で得られた画像のデータに基づいて供給ヘッド１の位置調整を行う。
【００３３】
次に、図４および図５に基づいて、各部の動作を工程順に説明すると、まず、供給ヘッド１は、図４の(Ａ)に示されるように、待機位置２１にある装着前の部品ｗの上方に移動する。
【００３４】
このとき、照明部３の照射方向は下向きとなり、待機状態の部品ｗが照射される。この状態のもとで、カメラ１２には待機状態の部品ｗを斜め上から見た画像が取り込まれる。制御部４は、カメラ１２を通じて前記の画像のデータを取り込み、予め記憶している待機状態の部品の画像データと比較し、その差が最小になるよう、供給ヘッド１の位置を調整する。
【００３５】
供給ヘッド１の待機部品ｗに対する位置調整が済むと、図４(Ｂ)に示されるように、吸着ノズル９が下降し、その下降位置でエアの吸引により部品ｗを吸着保持し、上昇位置に戻る。
【００３６】
吸着ノズル９により部品ｗを保持した供給ヘッド１は、図４(Ｃ)に図示のように、装着位置２２の上方に移動するが、その移動工程のいずれかの時期に、照明部３の照射方向が上向きとされ、カメラ１２には、吸着ノズル９に保持されている部品ｗの下から見た画像が取り込まれる。制御部４は、保持部品ｗの画像のデータに基づいて、この保持部品ｗが装着位置２２の直上に臨むよう、装着位置２２上での供給ヘッド１の位置データを補正する。
【００３７】
供給ヘッド１が、図５(Ａ)に図示のように、装着位置２２の上方に達すると、照明部３の照射方向が下向きとなり、カメラ１２には、装着位置２２を斜め上から見た画像が取り込まれる。制御部４はその画像のデータに基づいて、供給ヘッド１の位置を調整し、保持部品ｗが装着位置２２の直上に臨むようにする。
【００３８】
その後、吸着ノズル９が下降することで、この吸着ノズル９に吸着保持されている部品ｗが所定の装着位置２２に装着されるが、図５の(Ｂ)に示されるように、吸着ノズル９が上昇位置に戻った時点で、照明部３の光が下向きに照射され、カメラ１２には、装着位置２２に装着された部品ｗの斜め上から見た画像が取り込まれる。制御部４は、この画像のデータにより、所定の装着位置２２への部品ｗの装着を確認する。
【００３９】
上記の第１実施形態においては、カメラ１２が下向き姿勢で、その下側に光学系１３があり、撮像部２の全体がほぼ縦型にまとめられているが、カメラ１２およびその光学系１３の設置姿勢は適宜設定することができ、例えば図６に図示のような設置の仕方が可能である。
【００４０】
図６は、撮像部の他の実施の形態を示す構成図である。この実施形態では、カメラ１２とその入射側の光学系２３とは、横向きに配置されている。この光学系２３には、第１実施形態の光学系１３と同様に、入射前端側にあって斜め下からの画像光を下側に反射する第１の反射体１６と、同じく入射前端側にあって斜め上からの画像光を上側に反射する第２の反射体１７と、前記両反射体１６，１７の後段にあって第１の反射体１６で反射された画像光に第２の反射体１７で反射された画像光を重ねる合波プリズム１８と、カメラ１２の直前のテレセントリックレンズ２０とが設けられているが、重ねられた画像光を反射する反射プリズム１９は含まれていない。
【００４１】
この光学系１３においても、吸着ノズル９側の画像光とその下方部の画像光とを入射させる光路として、斜め上向きの入射光路Ｒ₁と、斜め下向きの入射光路Ｒ₂とが、光学系１３の手前で互いに交差している状態に設定されている点は、第１実施形態の光学系１３と同じである。
【００４２】
上記した第１実施形態では、供給ヘッド１が、装着前の部品ｗやその装着対象物の載置される基台７の面上を移動する構成が示されているが、基台７の一部、もしくは装着前の部品ｗ等を載置するトレイ等の台状の部材が、供給ヘッド１の下方で移動する構成の部品装着装置にも、本発明は実施可能である。また、供給ヘッドが基台上の一定位置に固定され、これに対して基台がその面方向に移動する構成も採用可能である。
【００４３】
このほか、照明部３の形状は環状に限らず、内側に吸着ノズル９が移動しうる空間があればよく、Ｕ字形やコ字形であってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、待機状態にある装着前の部品やその装着位置の画像ばかりでなく、部品供給部の部品保持側の画像も取り込めるので、部品供給部の位置調整を正確に行うことができ、高精度の部品装着が可能になる。
【００４５】
また、部品供給部側の画像光と、その下方部の画像光とは互いに交差した状態で光学系に入射する構成であるから、光路が交差している分、部品供給部とその下方部との間隔は狭くてよく、部品の装着位置に対する部品供給部の動作距離を短くして、装着の高精度化を図ることができる。
【００４６】
さらに、画像光処理部であるカメラとその入射側の光学系とからなる撮像部が部品供給部に取り付けられている場合は、機械的動作をせずに、所要の画像を取り込むことができ、画像の取り込みのために装着動作を遅らせる必要がなく、タクトタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る部品装着装置の主要部の斜視図である。
【図２】図１の主要部を含む部品装着装置の全体を示す斜視図である。
【図３】図１の主要部の一部である光学系の構成を示す構成図である。
【図４】図１の主要部の動作を示す動作説明図で、(Ａ)(Ｂ)(Ｃ)はそれぞれ動作前半の各工程を示す。
【図５】図１の主要部の動作を示す動作説明図で、(Ａ)(Ｂ)はそれぞれ動作後半の各工程を示す。
【図６】本発明の装置の一部である撮像部の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１供給ヘッド(部品供給部)
２撮像部
３照明部
４制御部
８ヘッド本体(本体)
９吸着ノズル(保持部)
１２カメラ(画像光処理部)
１３光学系
Ｒ₁,Ｒ₂ 入射光路

Claims

部品を保持する側を有し、この保持した部品を所定の装着位置に供給装着する部品供給部と、
画像光が入射される側を有する画像光処理部および前記画像光処理部の前記入射側に配置される光学系を含む撮像部とを備え、
前記撮像部の光学系は、前記部品供給部の前記部品保持側が前記所定の装着位置の上方へ移動している間のいずれかの時期に、前記部品供給部の前記部品保持側に保持されている部品を斜め下方向から見た画像に係る画像光の入射光路と、待機位置にある装着前の部品もしくは装着対象物におけるその部品の装着位置もしくは前記装着位置に装着された部品を斜め上方向から見た画像に係る画像光の入射光路とを有するとともに、前記両入射光路が交差する状態に設定されている、
ことを特徴とする部品装着装置。
請求項１に記載の部品装着装置において、
さらに、前記撮像部を通じて画像データを取り込みその画像データに基づいて前記部品供給部の動作を制御する制御部を備えることを特徴とする部品装着装置。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の部品装着装置において、
前記部品供給部は、装着前の部品やその装着対象物の装着位置上を移動する本体と、前記装着位置に対して遠近動して部品を保持する保持部とを備えていることを特徴とする部品装着装置。
請求項３に記載の部品装着装置において、
前記撮像部は、前記部品供給部の前記本体に固定されていることを特徴とする部品装着装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の部品装着装置において、
前記撮像部の画像光処理部は、下方から画像光が入射するよう下向き姿勢に固定されているカメラである、ことを特徴とする部品装着装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の部品装着装置において、
前記撮像部の画像光処理部は、横方向から画像光が入射する横向き姿勢に固定されているカメラである、ことを特徴とする部品装着装置。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の部品装着装置において、
前記光学系には、前記斜め下方向からの画像光と、前記斜め上方向からの画像光とを同一の光路に導く光学部材が設けられていることを特徴とする部品装着装置。
請求項７に記載の部品装着装置において、
前記光学系は、前記両入射光路が交差する位置の後方に配置されて、前記斜め下方向からの画像光を反射する第１の光学部材と、前記斜め上方向からの画像光を反射する第２の光学部材と、前記両光学部材それぞれで反射された画像光を重ねて前記画像光処理部側に送る第３の光学部材とを含むことを特徴とする部品装着装置。
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の部品装着装置において、
前記光学系には、テレセントリックレンズが設けられていることを特徴とする部品装着装置。
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の部品装着装置において、
前記部品供給部の部品保持側である第１位置、あるいは装着前の部品もしくはその部品の装着位置である第２位置を照射する照明部が備えられていることを特徴とする部品装着装置。
請求項１０に記載の部品装着装置において、
前記照明部は、その照射方向が前記第１と第２の位置とに切り換え可能であることを特徴とする部品装着装置。
請求項１０または請求項１１に記載の部品装着装置において、
前記照明部は、前記部品供給部の本体に固定されていることを特徴とする部品装着装置。
請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の部品装着装置において、
前記照明部は、その内側を前記部品供給部の保持部が移動しうるよう、該保持部の移動経路を囲む形に形成されていることを特徴とする部品装着装置。