JP4203107B2 - 電子部品の認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の認識装置、更に詳細には、電子部品を吸着する吸着ノズルの交換なしに、同一ノズルで電子部品を透過あるいは反射照明し撮像できる電子部品の撮像装置に関する。

特公平８−２４２３４号公報には、ノズルの外寸をノズルに吸着された電子部品の外寸より大きくするとともに、このノズルの下部をテーパー面でかつ光拡散面とし、ノズル先端部分を電子部品より小さくするノズルの形状が記載されている。このノズル形状では、下方からの照明光は、ノズル上部（テーパー面より上方）に設けた光拡散板で下方に散乱され、一部がテーパー面に入射して更に散乱され、それにより電子部品は明るく輝くテーパー面の内部に、黒いシルエットとして明瞭に下方のカメラで観察できるようになっている。

また、実用新案登録第２５２０５９６号（実開平４−６３１９７号）には、ノズルに吸着された電子部品に照射光を投射し、そのノズルを先細りテーパーとし、かつ表面を鏡面仕上げにして、電子部品からの反射光を除いて照射光の反射光が、電子部品と対向する位置に配設された撮像手段に入射されないようにして、電子部品の反射光のみを撮像手段で観察できる構成が記載されている。

また、特公平４−４６０００号公報には、ノズルに吸着された電子部品の上方及び下方にそれぞれ光源を配置し、上方の光源からの照明光を拡散板を通して電子部品に投射し、電子部品をその下方に配置された撮像手段で撮像できるとともに、下方の光源からの照明光を透光部のある拡散板を介して電子部品に投射し、電子部品からの反射光を透光部を介して同撮像手段で撮像することにより、電子部品を透過、反射照明の両方で観察、撮像できる構成が記載されている。

しかしながら、特公平８−２４２３４号公報に記載の構成では、各種の電子部品の内角型チップ部品やＳＯＰ、ＱＦＰ、ＭＥＬＦ等の部品は、精度よく認識できるが、透過照明のみの構造なので裏面に端子やリードのあるＰＬＣＣあるいはＳＯＪなどは部品を撮像する場合には、精度よく認識できず、またＢＧＡ等の部品については端子が部品の底面にあるため端子の認識が不可能であり部品外形で認識したとしても精度が非常に悪く、従って別のステーション（シュータの場合）で反射照明による電子部品の認識が必要となる、という問題がある。更に下方に配置する光源は、リング状の光源としなければならず、かなりの設置面積を必要とする、という欠点があった。又、光源のリングの径を小さくして設置面積を小さくする場合には、光源の指向性を狭くするために、レンズ等を用いなければならずコストが高くなるというデメリットがあった。

一方、実用新案登録第２５２０５９６号の構成では、角型チップ部品あるいはＳＯＰ、ＱＦＰ等の部品に関しては、はんだ面やリードの表面状態によって上述の透過照明による認識と比べて精度は、落ちる可能性はあるが、認識は可能となっている。しかしながら、ＰＬＣＣ、ＳＯＪ、ＢＧＡ等の電子部品は、認識可能ではあるが、反射照明のみの構造なのでＭＥＬＦのような円筒形の電子部品は、端子の一部しか光を反射せず高精度な認識が行なえない、という問題がある。更に電子部品からの反射光を除いて照明光の反射光が撮像手段に入射されないようにしなければならないので、ノズル上部に拡散板を設ける必要性があり、あるいはノズルの鏡面仕上げのテーパー面を撮像手段の画面よりも大きくなるように広くとらなければならずコスト高になる、という欠点がある。

そして両方式ともノズル先端面を電子部品より小さくしなければならず、ごく小さい電子部品の場合には、ノズルの強度不足が問題となる。

更に、特公平４−４６０００号公報に記載の構成では、透過、反射両用方式ではあるが、両照明とも光源から照射された光を拡散板を通して光を内部拡散させて、吸着ノズルに吸着した部品に前記散乱光を投射する方法なので、下方の反射照明装置には、光源及び拡散板を配置するスペースはあるものの、上方の透過照明装置ではノズル上部に光源及び拡散板を配置するにはスペース的に無理があり、取付方法についても工夫を要し複雑な構造となる、という問題がある。

本発明は、このような問題を解消するためになされたもので、ノズルに吸着される電子部品を適切に透過照明して高精度で認識できる電子部品の認識装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、吸着された電子部品を撮像手段で撮像し認識する電子部品の認識装置において、電子部品の外寸より大きな径を有し吸着面側に光拡散性のテーパー面が形成された吸着ノズルと、吸着ノズルにより吸着された電子部品を透過照明するための第１の光源とを備え、前記テーパー面は、吸着された電子部品がそのテーパー面を介して第１の光源により透過照明されるように設定され、前記第１の光源は吸着ノズルを包囲する面に複数個設けられており、テーパー面が均一に照明されるよう、テーパー面に近い面に配置された第１の光源の間隔は、テーパー面から遠い面に配置された第１の光源の間隔より大きくなるように配置され、更に、前記第１の光源は吸着ノズルの上下移動方向に多段に設けられる構成を採用した。

吸着ノズルのテーパー面は、例えば、機械加工面（例えば旋盤）でサンドブラスト加工などを施すことにより所定の反射、散乱特性にすることができる。

透過照明用の第１の光源は吸着ノズルを包囲する４面にそれぞれ複数個設けられ、テーパー面が均一に照明されるよう、テーパー面に近い面に配置された第１の光源の間隔は、テーパー面から遠い面に配置された第１の光源の間隔より大きくなるように配置される。これによりテーパー面を介して透過照明される電子部品は均一に照明されるので、電子部品の認識精度が向上する。

また、透過照明用の第１の光源は吸着ノズルの上下移動方向に多段に設けられ、吸着ノズルの上下移動に応じて吸着ノズルのテーパー面に面する所定の光源のみが点灯される。このような構成により、吸着ノズルに吸着された電子部品の厚さに応じて各段の光源を選択的に点灯させて透過照明を行なうことができ、不要な部分に必要以上に光が投光され、電子部品の認識に悪影響がでるのを防止できるとともに、消費電力を低減させることができる。

以上説明したように、本発明では、吸着ノズルの吸着面側に光拡散性のテーパー面が形成され、吸着ノズルに吸着された電子部品は、そのテーパー面を介して第１の光源により透過照明されるので、簡単な構成で電子部品に対し最適な透過照明を行なうことができ、種々の電子部品に対して良好な認識が可能になる。

以下、図面に示す比較例と本発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

電子部品装着装置の電子部品供給部（図示せず）には、図１（Ａ）〜（Ｈ）に示すような角形チップ部品やＳＯＰ、ＱＦＰ、ＭＥＬＦ等の種々の電子部品が多数収納されている。図２に図示したような吸着ノズル２を有する移載ヘッド（不図示）が同様に不図示のＸＹ駆動機構により電子部品供給部に移動し、昇降駆動機構（図示せず）を介して下方に移動する。このとき真空圧引内管３及び通路４に真空圧が発生し、電子部品１は吸着ノズル２によりテイクアップされ、移載ヘッドが電子部品装着用基板の方向にＸＹ移動し、電子部品が基板上の所定位置に搭載される。

この電子部品の基板への移動途中で吸着ノズル２に吸着された電子部品の吸着姿勢及び位置ずれが認識カメラ（ＣＣＤ）１１で認識され、所定の方向に対する吸着姿勢のずれ量及びＸＹの位置ずれ量が補正されることにより、電子部品は正確な位置及び方向で基板上に搭載される。

電子部品の吸着装置の比較例には、穴９を形成した円筒形状の光吸収板８が設けられており、この穴９に臨む形で第１の光源７（例えばＬＥＤ）が配置されている。光源７の位置は、吸着ノズル２の吸着面６より上方に位置し、また吸着面６より上方にテーパー面５が形成されるので、光源７が点灯されると、光吸収板８の穴９を通して斜め上方から光がテーパー面５に入射し、吸着ノズル２に吸着された電子部品１を上方から照明する。この場合、光源７の光軸は吸着ノズルの軸心に対してαの角度に、またテーパー面５は、軸心に対してβの角度に設定される。

テーパー面５は機械加工面（例えば旋盤加工など）であって、研磨する必要はない。また、散乱性を持たせるために、例えば、サンドブラスト加工を行なう。又、吸着ノズル２のノズル外径は吸着する電子部品１より大きくし、吸着する電子部品の種類や大きさが変わったときでも、ノズル交換を不要とするため、ノズル外径を予想される最大電子部品よりも大きくしておく。この場合、ノズル先端吸着面６を光吸収材（カメラメッキやセラミック）とすることにより、ノズルの先端吸着面の大きさを吸着される電子部品より大きくすることができ、ノズルがごく小さな電子部品を吸着する場合でも、ノズル先端に十分な強度を持たせることができる。

また、吸着ノズル２の吸着面６に対向した下方位置に第２の光源（例えばＬＥＤ）１０並びにレンズを有する認識カメラ１１が設置される。第２の光源１０は、その光軸が吸着ノズルの軸心に対してγの角度に設定され、第２の光源が点灯すると、この光源からの光は電子部品１を下方から照明するようになる。また、光源１０からテーパー面５に入射した光は、側方に散乱され、一部が光吸収板８に吸収される。

第２の光源１０は、図３に示したように、認識カメラ１１の周囲に等間隔に隔てて複数個（８個）配置され、同様に第１の光源７も光吸収板８の周囲に複数個配置され、それに対応して穴９も複数個形成される。

なお、上記各角度の関係は、図２に示すように透過照明とノズル軸のなす角をα、反射照明とノズル軸のなす角をγ、テーパー面とノズル軸のなす角をβとすると、（π／２＋β）＞αでかつ（π／２−β）＞γの関係に設定される。

このような電子部品の吸着装置の比較例において、図１の角形チップ部品やＳＯＰ、ＱＦＰ、ＭＥＬＦのような電子部品１を吸着ノズル２で吸着しテイクアップした場合は、移載ヘッドがまず認識カメラ１１の位置にＸＹ移動する。そして、図２（Ａ）に示したように、第１光源７が点灯され、この光源からの光が光吸収板８の穴９を通してテーパー面５で反射され、電子部品１を上方から照明する。照明光はテーパー面５でも散乱されるので、電子部品１は、図２（Ｂ）に図示したように、テーパー面５を背景５ａとした黒い影１ａとして認識用カメラ１１で撮像され、電子部品１の表面状態に関係なく良好な認識が可能となる。

又、図１の角形チップ部品やＰＬＣＣ、ＳＯＪ、ＢＧＡ等の電子部品１が吸着ノズル２で吸着され、テイクアップされた場合は、図２（Ｃ）に図示したように、第２の光源１０が点灯され、光源からの照明光は電子部品１で反射され、その反射光が認識カメラ１１に撮像、認識される。このとき、電子部品１の外形近傍の光はテーパー面５で反射して光吸収板８に吸収されるが、テーパー面５は光拡散面でもあるので、一部が電子部品１に向かう。しかし少なくとも電子部品１からの反射光よりも暗ければ、コントラストを大きくすることができ、図１の角形チップ部品のような電子部品の像１ａは、図２（Ｄ）のようにテーパー面の像５ａに対してコントラストのある像として認識カメラ１１で観察され、電子部品の装着側に端子やリードのある部品でも精度良く認識可能となる。

尚、第１の光源７が点灯している時は、第２の光源１０は消灯し、また第２の光源１０が点灯している時は、第１の光源７は消灯されるが、第１の光源及び第２の光源の前方にそれぞれシャッタ装置を設け、各光源は常時点灯して、透過照明するか、反射照明するかに従って、各シャッタを開閉するようにしてもよい。また第１と第２のどちらかの光源を一方に比して充分暗くし、両光源を常時点灯するようにしてもよい。

このようにして、吸着ノズル２で吸着した電子部品１を認識カメラ１１で撮像して、電子部品１に対応するノズルのテーパー部のエッジを検出して、その中心を求めることにより、電子部品１を含めた近傍のみ画像処理を行なう。この処理の流れが図４に示されている。

図４のステップＳ１において認識カメラ１１の画像入力を開始し、ステップＳ２においてテーパー部５ａ（図２（Ｂ）、（Ｄ））のエッジ位置座標を検出する。ステップＳ３で画像入力終了が判断されたときは、ステップＳ４において、ステップＳ２で検出したテーパー部５ａ内の影画像１ａ（図２（Ａ）の透過照明の場合）あるいは反射部１ａ（図２（Ｃ）の反射照明の場合）の重心を計算し、ステップＳ５において、ステップＳ２で検出したテーパー部５ａ内の影画像あるいは反射部１ａの慣性主軸を計算し、傾きを計算する。

このようにして、予め決められた所定の方向に対する吸着姿勢のずれ量及びＸＹ方向のずれ量を計算する。吸着姿勢のずれ量Δθは吸着ノズル軸芯をθ回転させる回転駆動機構（図示せず）によりΔθ回転させ、ＸＹ方向のずれ量ΔＸ、ΔＹは移載ヘッドＸＹ駆動機構によりΔＸ、ΔＹ分補正をかけて吸着ノズル２で吸着した電子部品１を電子部品装着用基板へ正確に装着させる。

図５及び図６には、他の比較例が図示されている。各図において図２と同一部分には同一の参照符号を付しその説明は省略する。

図５の比較例は、認識カメラ１１が吸着ノズル２と同じ移載ヘッドに搭載される例であり、この場合には認識カメラ１１及び光源１０は吸着面の下方ではなく、吸着ノズル２と並ぶ形に配置される。従って、光源１０からの光により電子部品を下方から反射照明するために、可動プリズム（又はミラー）１２と固定プリズム（又はミラー）１３を使用する。撮像時には、可動プリズム１２は光路に入り、光源１０からの光束は固定プリズム１３、可動プリズム１２を介して電子部品１を反射照明する。このとき、テーパー面５に入射する光束は、図２の例の場合と同様に、側方に反射散乱される。

この例では、移載ヘッドがＸＹ移動中に電子部品の吸着状態が認識できる。その場合、電子部品の吸着あるいは装着時には、可動プリズム１２は、吸着あるいは装着経路から外される。

図６の比較例では、吸着ノズル２のテーパー面５をノズル軸芯に対してよりなだらかな傾斜角にするようにしたもので、この場合には、反射照明用の第２の光源１０を透過照明用の第１光源７と同じ上方に配置することができる。この例の場合も、テーパー面５の光学的効果は、図２あるいは図５の比較例と同様である。

次に、透過照明を行なう第１の光源を吸着ノズル２の上下方向に多段に設け、吸着ノズルに吸着された電子部品の厚さに応じて各段の光源を選択的に点灯させて透過照明を行なう本発明の実施形態について説明する。

図７において、ＱＦＰ等の電子部品を透過照明するための透過照明光源２１〜２６（第１の光源７に対応）が矩形筒状の照明ユニット２０の側壁に多段に設けられる。透過照明光源２１は、上下移動する吸着ノズル２の所定高さ位置にそれぞれ４面に所定間隔を隔てて取り付けられた複数個のＬＥＤ光源２１ａ、２１ｂ…から構成されている。同様に、透過照明光源２２〜２６は、それぞれ所定距離上方の高さ位置に照明ユニット２０の各４面に所定間隔を隔てて取り付けられた複数個のＬＥＤ光源２２ａ、２２ｂ…；２３ａ、２３ｂ…；２４ａ、２４ｂ…；２５ａ、２５ｂ…；２６ａ、２６ｂ…から構成されている。

更に、照明ユニット２０の最下段には、照明ユニットの各４面に所定間隔を隔てて取り付けられた複数個のＬＥＤ光源３０ａ、３０ｂ…から構成されたＢＧＡ等の電子部品を反射照明するための光源３０（第２の光源１０に対応）が配置され、また、照明ユニット２０の最上段にも各４面に所定間隔を隔てて取り付けられた複数個のＬＥＤ光源４０ａ…から構成された光源４０が配置される。この光源４０は、照明ユニット２０の上面に取り付けられた天井４１の下方のテーパー部４１ａを照明するもので、このテーパー部４１ａで反射された光は下方に向かい吸着ノズル２に吸着された電子部品を透過照明するのを補助するために使われる。

図７において、吸着ノズル２のテーパー面５は円錐形であり、また照明ユニットの断面はほぼ矩形であるため、各ＬＥＤ光源を各面で等間隔に配列すると、各ＬＥＤ光源からテーパー面５までの距離は均一でなくなり照明むらが発生する。すなわち、図８（Ａ）に示すようにＬＥＤ光源５０を等距離ｍの間隔で配置すると、各ＬＥＤ光源からテーパー部までの距離が相違することによりＢ点近傍が最も明るく、次にＣ、Ａと順次暗くなり、Ｄ点近傍が最も暗く照明される。そこで、図８（Ｂ）に示すように、テーパー面５から近距離にあるＬＥＤ光源を疎に配置し、また遠距離にあるＬＥＤ光源を密に配置し、距離Ｌ１を距離Ｌ２より大きくする。

このような各ＬＥＤ光源の疎密配置が図７の照明ユニットの各光源２１〜２６並びに３０、４０等に採用されており、例えば照明光源２１の例が図９（Ａ）に模式的に、また（Ｂ）に図７の実際の横断面として図示されている。図９において照明ユニット２０の下方面に配置された各ＬＥＤ光源の内吸着ノズル２のテーパー面５に近い面に配置されたＬＥＤ光源２１ｄ、２１ｅの間隔Ｌ１は、テーパー面５から遠い面に配置されたＬＥＤ光源２１ａ、２１ｂの間隔Ｌ２より大きく、周辺部にいくほど密な間隔になっている。このような疎密配置の構成は、各４面同じとなっており、テーパー面５は、それぞれの光源により均一に照明されるので、むらのない透過照明が可能になる。

なお、各ＬＥＤ光源間の具体的な距離は、テーパー面５が均一に照明されるように、計算により決めてもよいし、あるいはテーパー面の照度を具体的に実測して決定してもよい。

図１０には、吸着ノズル２の上下移動に従って透過照明用の光源２１〜２６が順次点灯ないし消灯される状態が図示されている。Ｙ１は部品の認識位置で、Ｙ２は認識カメラの位置である。（Ａ）のように、吸着ノズル２に吸着される電子部品６０ａの厚さが極めて薄いかあるいはない場合には、最下段とその上の段の光源２１と２２が点灯され、（Ｂ）〜（Ｅ）に示したように、電子部品６０ｂ〜６０ｅの厚さに応じて吸着ノズル２が認識位置から上昇するに従いテーパー面５に近い光源２２、２３；２３、２４；２４、２５；２５、２６がそれぞれ順次点灯される。このような構成にすることにより、不要な部分に必要以上に光が投光され、認識に悪影響がでるのを防止できるとともに、消費電力を低減できる、という効果が得られる。

種々の電子部品の外観形状を示す斜視図である。 比較例で、電子部品を透過照明あるいは反射照明して認識する状態を示した説明図である。 認識カメラに対する光源の配置を示した配置図である。 電子部品の認識の流れを示すフローチャート図である。 他の比較例を示す構成図である。 更に他の比較例を示す構成図である。 透過照明を行なう光源を多段に配置した本発明の実施形態の構成を示した一部破断斜視図である。 光源の配置により照明状態が変化することを説明した説明図である。 光源の疎密配置を示した配置図である。 電子部品の厚さに応じて異なる光源が順次点灯される状態を示した説明図である。

符号の説明

１…電子部品
２…吸着ノズル
５…テーパー面
６…吸着面
７、１０…光源
１１…認識カメラ

Claims (2)

1. 吸着された電子部品を撮像手段で撮像し認識する電子部品の認識装置において、
   電子部品の外寸より大きな径を有し吸着面側に光拡散性のテーパー面が形成された吸着ノズルと、
   吸着ノズルにより吸着された電子部品を透過照明するための第１の光源とを備え、
   前記テーパー面は、吸着された電子部品がそのテーパー面を介して第１の光源により透過照明されるように設定され、
   前記第１の光源は吸着ノズルを包囲する面に複数個設けられており、テーパー面が均一に照明されるよう、テーパー面に近い面に配置された第１の光源の間隔は、テーパー面から遠い面に配置された第１の光源の間隔より大きくなるように配置され、
   更に、前記第１の光源は吸着ノズルの上下移動方向に多段に設けられることを特徴とする電子部品の認識装置。
2. 吸着ノズルの上下移動に応じて吸着ノズルのテーパー面に面する所定の光源のみが点灯されることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の認識装置。

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