JP4194159B2

JP4194159B2 - 基板マーク認識機構

Info

Publication number: JP4194159B2
Application number: JP00069499A
Authority: JP
Inventors: 純一小嶋
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1999-01-05
Filing date: 1999-01-05
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2019-01-05
Also published as: JP2000200999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
通常、印刷配線基板には、集積回路（ＩＣ）や抵抗、コンデンサ等、多くの電子部品が組込まれるが、この発明は、それら電子部品の実装に際して必要な基板位置決めのための基板マーク認識機構の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を印刷配線基板上の定められた位置に正しく実装するには、予め基板位置の正確な認識が必要であり、その基板位置認識のために基板面に、位置決め用のマークが付されている。
【０００３】
図８は、部品装着ヘッド１に取り付けられた従来の基板マーク認識機構を示すもので、部品装着ヘッド１自体はＸ−Ｙ移動機構３のＸスライダ３１の下部に固定されている。Ｘスライダ３１は、Ｘガイドレール３１ａの一端に設けられたＸ軸モータ３１ｂによって図示しないボールネジが駆動され、Ｘ方向にスライド自在に構成されている。
【０００４】
また、Ｘガイドレール３１ａ自体は、Ｙスライダ３２に取り付けられている。そのＹスライダ３２は、ボールネジ３２ａにより駆動され、Ｙガイドレール３２ｂに沿いスライドすることにより、Ｙガイドレール３２ｂを固定した固定部３３に対し、Ｙ方向に移動するように構成されている。
【０００５】
従って、Ｙスライダ３２はＹ方向に、またＸスライダ３１はＸ方向にスライド自在に設けられたので、部品装着ヘッド１はＸ−Ｙ方向の任意の位置に位置決め可能であるとともに、図示しないが、部品装着ヘッド１自体も、モータ制御により、Ｘ−Ｙ方向に垂直なＺ軸方向を回転中心とし、水平（θ）方向に回動自在となるよう構成されている。なお、部品装着ヘッド１には、上下方向にスライド移動自在に取り付けられた吸着用のノズル１ａが設けられている。
【０００６】
そこでいま、図示しない搬送テーブルにより搬送されてきた基板４上面には、位置決め用に例えば円形状のマーク４ａが複数か所に設けられており、その基板４上のマーク４ａを基板マーク認識機構２の撮像カメラ２１で撮影し、その撮像信号を画像処理装置５に供給することによって、マーク４ａの中心座標位置が割り出される。
【０００７】
画像処理装置５はまた、予め定められた基板４の基準位置との位置誤差をパターン認識により検出し、制御装置６に供給するので、制御装置６はその位置誤差が零となるよう部品装着ヘッド１をＸ−Ｙ−θ方向に制御する。
【０００８】
そこで、基板マーク認識機構２は、図９に拡大して示したように、ＣＣＤカメラ等の撮像カメラ２１がレンズ機構２１ａを介して基板４上のマーク４ａの映像を捕らえるために、マーク４ａを明るく照らす照明具２２が撮像カメラ２１と一体に取り付けられている。
【０００９】
照明具２２は、複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）等のランプ２２ａが撮像カメラ２１の光軸Ｚを中心に取り囲む円周上に等間隔に複数個設けられ、いずれも基板４上のマーク４ａ方向に向け照射するように配置されている。
【００１０】
撮像カメラ２１は、マーク４ａからの反射光を受けて撮像するが、マーク４ａの鮮明な映像は、マーク４ａからの反射光とマーク４ａを取巻く背景領域からの反射光との間のコントラストによって得られる。
【００１１】
なお、撮像カメラ２１及び照明具２２は部品装着ヘッド１に一体的に固定されており、撮像カメラ２１の撮像方向軸（Ｚ軸）は、図示のように、平らな基板４面及びマーク４ａ面に垂直であり、また照明具２２の照明方向は、マーク４ａ面を照射するように配置されている。従って、図１０（ａ）に要部断面を拡大して示したように、一つの円周上に略等間隔に配列された照明具２２の各ランプ（２２ａａ，２２ａｂ，２２ａｃ，２２ａｄ）は、いずれもマーク４ａ方向に向けて照射される。
【００１２】
ベーク板やエポキシ板等からなる基板４の表面は暗く光反射係数は小さいのに対し、銅箔等からなるマーク４ａの表面は明るく光反射係数は大である。
【００１３】
従って、図１０（ａ）に示すように、一つの円周上に配列された各ランプ（２２ａａ，２２ａｂ，２２ａｃ，２２ａｄ）がいずれも共通してマーク４ａ方向を照射しているが、ランプ（２２ａｂ，２２ａｃ）からの照射光の一部に示したように、マーク４ａに照射した光は実線で示すように反射光量は多く、またランプ（２２ａａ，２２ａｄ）からの照射光の一部に示したように、マーク４ａ以外の基板４面を照射した光は吸収される量が多く、破線で示すように反射光量は少ない。
【００１４】
従って、レンズ機構２３を介して撮像カメラ２１は、良好なコントラストのもとで、図１０（ｂ）に示すように、マーク４ａの形状及び中心位置Ｐを正確に捕らえることができる。
【００１５】
なお、印刷配線基板４としてはベーク板やエポキシ板等の比較的堅い絶縁物を基材としたもののほかに、最近ではポリエステル等を基材としたフイルム状のフレキシブル印刷配線基板が使用されるようになってきた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の基板マーク認識機構は、搬送テーブル上の基板４面やマーク４ａ表面は撮像カメラ２１の撮像方向軸Ｚに垂直面をなすものとして構成されている。
【００１７】
しかしながら、ベーク板等の堅い基材の印刷配線基板４ならともかく、樹脂フィルム上に配線や位置決め用のマークが銅箔によりプリントされたフレキシブル印刷配線基板の場合は、厚さが薄く、折り曲がりやすく、フレキシブル印刷配線基板が仮にパレット治具であるマザーボードに装着されたとしても、基板４表面は変形し、必ずしも基板４面が撮像方向軸Ｚに垂直になり難い。
【００１８】
従って、例えば図１１（ａ）に示すように、基板４面が変形し、搬送テーブル面との間に角度αをなして傾斜した状熊になると、全体としてマーク４ａからの反射光軸が逸れるとともに、変形によりランプ２２ａａは反射面との間の距離が短くなり、背景である基板４面から撮像カメラ２１に供給される光量が大幅に増加した。
【００１９】
そもそも、ポリエステル等の樹脂フィルムからなる基板４の表面は、ベーク板等とは異なり、光反射係数が大きいので、基板４とマーク４ａとからの各反射光との間にそれほど大きなコントラストが得られない性質がある。
【００２０】
従って、フレキシブル印刷配線基板が仮にマザーボードに取付けられた状態でマーク４ａの位置検出を行なったとしても、基板４表面の僅かな変形により、マーク３ａからの反射光軸が逸れ、背景である基板４面から撮像カメラ２１に供給される光、すなわち外乱光が大幅に増加し、その結果、背景である基板４面の映像と実際のマーク４ａの部分の映像との間に十分なコントラストが得られず、図１１（ｂ）に実線で示すように、全体として一方に広がった不正確な画像となる欠点が生じた。
【００２１】
その結果、高精度な位置決めが不可能となるだけでなく、マーク４ａか否かの識別も不可能にもなり、認識エラーひいては部品実装装置の稼働率低下を招いた。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、第１の発明は、基板上に設けられた位置決め用のマークに向け光を照射する照明具と、この照明具から照射された光の前記マークからの反射光を受け前記マークを撮影する撮像カメラと、を備えた基板マーク認識機構において、前記照明具と前記基板との間に配設された光フィルタ部をさらに備え、前記光フィルタ部は、前記照明具と前記マークとの間に選択的に介在可能なように設けられた複数の光フィルタを有し、各前記複数の光フィルタは、それぞれが前記照明具と前記マークとの間に介在した際に前記照明具から前記マークに照射される光の領域を互いに異なる領域とするよう形成された遮光部を有することを特徴とする。
【００２３】
このように、照明具と基板との間に光フィルタを設け、照明具から照射される光の領域を制御するように構成したので、仮に基板自体が変形し、マークとその背景との間に十分なコントラストが得られない場合でも、光フィルタは背景領域に照射される光量を低減することができ、良好なコントラストを得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による基板マーク認識機構の一実施の形態を図１ないし図８を参照して詳細に説明する。なお、図９ないし図１１に示した従来の構成と同一構成には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
すなわち、図１は部品装着ヘッド１に取り付けられた本発明による基板マーク認識機構２の第１の実施の形態を示すもので、搬送された基板４上面には、位置決め用のマーク４ａが複数か所に設けられ、基板４上のマーク４ａを基板マーク認識機構２の撮像カメラ２１で撮影し、その撮像信号は画像処理装置４に供給される。
【００２８】
そこで、基板マーク認識機構２は、図２の正面図、及び図３の斜視図にも拡大して示したように、ＣＣＤカメラ等の撮像カメラ２１がレンズ機構２１ａを介して基板４上のマーク４ａ像を捕らえ得るように配置されるとともに、照明具２２は従来と同様に、撮像カメラ２１と一体に取り付けられている。
【００２９】
照明具２２には、例えばハロゲン化金属ランプのような白色光を発生する複数個のランプ２２１，２２２が撮像カメラ２１の撮像を妨げないように環状に配置されており、照明具２２と基板４との間に光フィルタ部２３が配設されている。
【００３０】
光フィルタ部２３は撮像カメラ２１に固定されたモータ２４により回転可能に構成されており、モータ２４の回転軸は撮像カメラ２１の光軸と平行となるように取り付けられている。
【００３１】
光フィルタ部２３は図４に拡大して示すように、モータ２４の駆動軸に固定された中心の周りには図示のように、複数個の円形状の光フィルタ２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６がはめ込まれている。円形状の各光フィルタ２３１〜２３６のいずれも、中央部は撮像カメラ２１が基板４上のマーク４ａを捕らえることができるように円形の孔２３Ｐが開けられており、各光フィルタ２３１〜２３６の内、光フィルタ２３１は照明具２２からの白色光がそのまま通過し、従来と同様に基板４面を照射するように構成されているが、残りの他の光フィルタ２３２〜２３６は、照明具２２から照射される光の領域をそれぞれ位置及び領域を変え、部分的に制限するように黒色の遮光部２３ｓが形成されている。
【００３２】
従って、モータ２４の回転駆動により、照明具２２とマーク４ａとの間に介在する光フィルタとして、光フィルタ部２３の光フィルタ２３１〜２３６のいずれかを選択することにより、マーク４ａに向け照射される光の領域を任意に変更することができる。
【００３３】
なお、光フィルタ２３１、及び光フィルタ２３２〜２３６の遮光部２３ｓを除く部分は、単に照明具２２からの光を透過させるようにしてもよく、あるいはそこに光拡散板をはめ込み、照明具２２からの光を均一に拡散させて基板４面を照射するように構成しても良い。
【００３４】
そこでいま、ポリエステル等を基材としたフイルム状のフレキシブル印刷配線基板４が変形し、マーク４ａとその背景部である基板４面との間に小さなコントラストしか得られない場合、モータ２４の回転制御により、基板４の変形方向に対応して、各光フィルタ２３１〜２３６のうちのいずれかを選択することによって、基板４面から反射する外乱光を抑制し、撮像カメラ２１はマーク４ａの明瞭な映像を捕らえることができる。
【００３５】
従って、例えば図５（ａ）に示すように、基板４面が搬送テーブル面との間に角度αをなした傾斜状態において、モータ２４の回転制御により、その基板４の傾斜方向に対応して遮光部２３ｓが配置されるように、光フィルタ２３５を選択することができる。その結果、変形により距離が近付いた側のランプ２２ａａからの照射光は遮光部２３ｓで遮断されるとともに、ランプ２２ａｂ，２２ａｃからの照射光を示したようにマーク４ａへ照射された光は大きな反射係数で反射されるので、撮像カメラ２１はマーク４ａの明瞭な映像を捕らえることができる。
【００３６】
上記説明では、光フィルタ２３２〜２３６は中央部の孔２３Ｐを除き、遮光部２３ｓにより通過する光を遮断する領域を形成し、光透過部分では照明具２２からの白色光を通過させるように説明したが、各光フィルタ２３１〜２３６の光透過部分に色フィルタを嵌め込み、特定波長の光のみを通過させるように構成することもできる。
【００３７】
すなわち、一般に基板４面のマーク４ａは銅箔によって形成されるが、マーク４ａや基板４面の各材質や色彩によっては、照射される光の波長の変化に対するそれぞれの光反射率の変化量の割合が相違する。
【００３８】
そこで、マーク４ａ及び基板４面の各材質及び色彩の組み合わせに対応して、マーク４ａ及び基板４面からの反射光におけるコントラストが最大となる波長を選択し、遮光部２３ｓによる基板４面からの外乱光をカット（遮断）するとともに、よりコントラストの強調されたマーク４ａの映像を得ることができる。
【００３９】
すなわち、図６は本発明による基板マーク認識機構の第２の実施の形態に使用される光フィルタ２３１〜２３６の内の１構成（光フィルタ２３５）を示したもので、光フィルタ（２３５）の光透過領域に特定波長の光を透過させる色フィルタ２３ｃを嵌め込み構成した。
【００４０】
この結果、第１の実施の形態と同様に、フレキシブル基板４の場合のように、基板４面が変形している場合は、光フィルタ（２３２〜２３６）の遮光部２３ｓで基板４面からの外乱光を抑制し、しかも色フィルタ２３ｃを経て照射される特定波長の光がマーク４ａ及び基板４面の材質及び色彩の組み合わせに対応することから、より明瞭なコントラストを得て、基板マーク認識率を向上させることができる。
【００４１】
このように、第２の実施の形態では、色フィルタ２３ｃにより基板４方向に照射される光の波長を選択し、最良のコントラストのもとでマーク４ａの映像が得られるように構成したが、色フィルタ２３ｃを使用することなく、照明具２２の光源に、白色光のランプに替えて、例えば発光色の異なるＬＥＤを多数環状に配置し、色別に発光するＬＥＤを選択的に点灯させ、フレキシブル基板４及びマーク４ａの材質や色彩に対応し、マーク４ａとその背景である基板４面からの各反射光のコントラストが最良となるように構成することができる。
【００４２】
さらにまた、上記各実施の形態では、光フィルタ部２３をモータ２４により回転させ、例えば変形したフレキシブル基板面の変形方向に応じて、光フィルタ２３１〜２３６による遮光方向及び遮光面積等を選択し、最良のコントラストが得られるように構成したが、遮光部２３ｓを有する光フィルタ２３２〜２３６を採用することなく、単に環状に多数配置したＬＥＤ等の光源を周囲方向に複数領域分割し、選択的に切替え消灯（ＯＦＦ）することによって、その消灯部分が光フィルタ２３２〜２３６の遮光部２３ｓに対応するように構成され、上記第１及び第２の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００４３】
すなわち、図７はこの発明による基板マーク認識機構の第３の実施の形態を示すもので、外乱光を抑制したい方向のランプ２２ａａをＯＦＦ（消灯）することにより、基板４からの反射光を抑制し、最良のコントラストを得るものである。
【００４４】
このような構成では、照明具２２の各光源２２ａａ〜２２ａｄに対するＯＮ／ＯＦＦ制御回路を必要とするが、第１及び第２の実施の形態におけるような、モータ２４等の可動機構を不要とすることができる。
【００４５】
なお、この第３の実施の形態では、光フィルタ２３２〜２３６の遮光部２３ｓの機能をランプ２２の消灯（ＯＦＦ）により実現したものであるが、光フィルタ２３２〜２３６の他の透光部分、及び遮光部２３ｓのない光フィルタ２３１については、上記第２の実施の形態における色フィルタを組合わせ適用し、基板４やマーク４ａの種類に対応して、最良のコントラストが得られるように構成できることはいうまでもない。
【００４６】
なお、上記各実施の形態において、ランプとしてＬＥＤやハロゲン金属ランプを使用する旨説明したが、他の例えば白熱電球や蛍光灯、あるいは陰極線管を採用することもできる。また、マーク４ａは要するに基板４の位置決め用の機能を備えれば良いので、予め基板４上に設けたものでなくとも、例えば基板上に形成された配線パターンの一部や実装された一部品を位置決め用のマーク対象として使用しても全く同様な効果を得ることができる。
【００４７】
以上説明のように本発明によれば、表面が歪み、あるいは傾斜した基板上の位置決めマークに対し、最良のコントラストからなる撮像画像が得られるものであり、部品実装装置に採用して得られる効果大である。
【００４８】
【発明の効果】
上記のように、本発明による基板マーク認識機構は、たとえ位置決め用のマーク周辺部からの反射光が外乱光として作用するような場合でも、的確にこれを抑制し、常に最良のコントラストが得られるように構成されたので、基板における位置決めの検出確率が向上し、部品実装効率が高められるものであり、実用に際して顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による基板マーク認識機構の第１の実施の形態を適用した部品実装装置の構成図である。
【図２】図１に示す基板マーク認識機構の要部拡大図である。
【図３】図１に示す基板マーク認識機構の要部斜視図である。
【図４】図３に示す基板マーク認識機構のフィルタ部の拡大平面図である。
【図５】図５（ａ）は光フィルタを使用した基板マーク認識機構の正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す基板マーク認識機構に使用した光フィルタの平面図である。
【図６】本発明による基板マーク認識機構の第２の実施の形態に使用される光フィルタを示す平面図である。
【図７】本発明による基板マーク認識機構の第３の実施の形態を説明する正面図である。
【図８】従来の基板マーク認識機構を適用した部品実装装置の構成図である。
【図９】図８に示す基板マーク認識機構の拡大正面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、図８に示す基板マーク認識機構の拡大正面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す基板マーク認識機構によるマーク撮像画像を示す平面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、基板が傾斜した場合の図８に示す基板マーク認識機構の要部正面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す基板マーク認識機構により撮像されたマーク撮像画像を示す平面図である。
【符号の説明】
１部品装着ヘッド
２基板マーク認識機構
２１撮像カメラ
２１ａレンズ機構
２２照明具
２２ａランプ
２３光フィルタ部
２３１〜２３６光フィルタ
２４モータ
３Ｘ−Ｙ移動機構
４基板
４ａマーク

Claims

基板上に設けられた位置決め用のマークに向け光を照射する照明具と、この照明具から照射された光の前記マークからの反射光を受け前記マークを撮影する撮像カメラと、を備えた基板マーク認識機構において、
前記照明具と前記基板との間に配設された光フィルタ部をさらに備え、
前記光フィルタ部は、前記照明具と前記マークとの間に選択的に介在可能なように設けられた複数の光フィルタを有し、
各前記複数の光フィルタは、それぞれが前記照明具と前記マークとの間に介在した際に前記照明具から前記マークに照射される光の領域を互いに異なる領域とするよう形成された遮光部を有することを特徴とする基板マーク認識機構。
前記複数の光フィルタは、前記照明具から照射された光を受け、特定の波長の光を通過可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の基板マーク認識機構。
前記複数の光フィルタは、前記マークに照射されて反射する反射光量とマーク以外の基板面に照射されて反射する反射光量との比（コントラスト）が最大となる波長の光が通過するように設定されたことを特徴とする請求項２記載の基板マーク認識機構。
前記照明具は、互いに波長の異なる光を放射する複数個のランプを有し、これら複数個のランプからの光を選択的に切り替えて前記基板に向け照射可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の基板マーク認識機構。
前記照明具は、前記マークに照射されて反射する反射光量とマーク以外の基板面に照射されて反射する反射光量との比（コントラスト）が最大となる波長の光を出力するように設定されたことを特徴とする請求項４記載の基板マーク認識機構。