JP4260545B2 - 表面実装機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品の吸着ヘッドを備えた移動可能なヘッドユニットにより部品供給部からIC等の電子部品を吸着し、この電子部品をプリント基板等の基板上に移送して実装する表面実装機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、部品の吸着ヘッドを備えたヘッドユニットにより、IC等の電子部品を部品供給部から吸着してプリント基板上に移送し、プリント基板上の所定位置に実装するようにした表面実装機(以下、実装機と略す)が知られている。
【0003】
この種の実装機では、不良部品の実装や実装ずれ、あるいは実装ミス(未実装)等を未然に防止するために、部品吸着後、プリント基板への実装に先立って吸着ヘッドの先端を撮像し、部品の有無、あるいは部品の吸着状態等を画像認識することが行われている(例えば、特許文献1)。また、部品が実装されたことを確認するために、実装処理後、再度吸着ヘッドの先端を撮像して部品の有無(部品持帰り)を画像認識することが行われている。
【0004】
【特許文献1】
特許公報 第2863731号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に代表されるような従来の表面実装機では、一般に、吸着ヘッドに吸着された部品をその真下から撮像するため次のような問題がある。
【0006】
すなわち、吸着ヘッド先端(すなわち部品を吸着するノズルの先端)の大きさとさほど変わらない大きさの部品を実装する場合には、吸着ヘッドの先端をその真下から撮像するだけでは部品の有無や外形(輪郭)の判断がつかない場合がある。また、吸着ヘッド先端に半田ペースト等の異物が付着した場合には、これを部品として誤認識する場合もあり、従って、部品認識の信頼性が必ずしも高いとはいえない。
【0007】
そこで、このような問題を解消するために、複数のカメラを設置して吸着部品を三次元的に認識したり、あるいは、レーザを使った三次元計測装置等を導入して認識精度を高めることが考えられているが、この場合、認識精度は向上するが、装置の大型化、高コスト化を伴うこととなり、合理的な解決策とはいえない。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡易、かつ安価な構成で部品認識の信頼性を高めることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、部品を吸着する吸着ヘッドを備え、かつ部品供給部と基板との間を移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドによる部品の吸着状態を撮像するための撮像素子を有する撮像手段とを備えた表面実装機において、前記吸着ヘッド先端に対してその吸着面に直交する側から照明を与える第1照明手段と、前記吸着ヘッド先端に対してその側方から照明を与える第2照明手段と、前記第1照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第1光路形成手段と、前記第2照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第2光路形成手段とを備え、前記各光路形成手段は、共通の撮像手段に光を案内するものであり、かつその撮像手段の撮像素子が並ぶ受光領域のうちそれぞれ異なる領域に光を案内するように構成され、前記撮像手段は、結像レンズをもち、この結像レンズの光軸上に、前記第1光路形成手段に対応する受光領域の中心が設けられているものである。なお、請求項の記載において、「吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光」とは、照明による部品等からの反射光、又は透過光を意味するものである。
【0010】
この構成によると、吸着ヘッドに部品が吸着されている場合には、第1照明手段の照明による例えば部品の底面像が第1光路形成手段により撮像手段に案内される一方、第2照明手段の照明による部品の側面像が第2光路形成手段により撮像手段に案内される。そして、各像が撮像手段の受光領域のそれぞれ異なる領域に結像されることとなる。従って、吸着部品の底面、および側面の画像を共通の撮像手段で撮像することが可能となる。
特に、撮像手段については、結像レンズの光軸上に、第1光路形成手段に対応する受光領域の中心が設けられたているので、部品の形状認識を正確に行うことが要求される部品の底面画像に歪みが生じ難くなり、底面画像に基づく部品認識の信頼性を高めることが可能となる。
【0013】
また、具体的な構成として、各照明手段は互いに異なる色の照明を与えるように構成され、前記第1光路形成手段に第1照明手段の照明色に対応する光のみを透過するカラーフィルタが設けられる一方、前記第2光路形成手段に第2照明手段の照明色に対応する光のみを透過するカラーフィルタが設けられているのが、より好ましい。
【0014】
この構成によると、照明の干渉による画像への影響がなくなり、各照明手段により同時に照明を与えながら部品の底面および側面の各画像を同時に撮像することが可能となる。
【0015】
また、別の具体的な構成として、前記撮像手段は主走査方向に前記撮像素子が並ぶリニアイメージセンサからなり、前記吸着ヘッドに吸着された部品を相対的に移動させることにより前記主走査方向と直交する副走査方向に所定の撮像ピッチで画像を取込むものであって、前記主走査方向一ライン分の画像の取込み中に、前記第1照明手段のみにより照明を与える状態と前記第2照明手段のみにより照明を与える状態とに照明状態を切換える照明切換制御手段を備えているのが、より好ましい。
【0016】
このようにリニアイメージセンサを使った構成によると、撮像手段に対して部品を相対的に移動させながら部品を撮像することができるため、部品認識のための撮像処理を迅速に行うことができる。特に、主走査方向一ライン分の画像の取込み中に照明を切換えるようにしているので、照明の干渉による影響を受けることなく、撮像手段に対して部品を一方向に一度だけ移動(相対移動)させるだけで部品の底面および側面の各画像として良質の画像を得ることが可能となる。
【0017】
一方、本発明に係る別の表面実装機は、部品を吸着する吸着ヘッドを備え、かつ部品供給部と基板との間を移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドによる部品の吸着状態を撮像するための撮像素子を有する撮像手段とを備えた表面実装機において、前記吸着ヘッド先端に対してその吸着面に直交する側から照明を与える第1照明手段と、前記吸着ヘッド先端に対してその側方から照明を与える第2照明手段と、前記第1照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第1光路形成手段と、前記第2照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第2光路形成手段と、前記各照明手段による照明を交互に切換える照明切換制御手段と、複数の記憶部をもち前記撮像手段により撮像される画像を記憶する画像記憶手段と、撮像された画像の前記画像記憶手段における記憶先を前記照明切換制御手段による照明の切換えに対応して切換える記憶先切換制御手段とを備え、前記各光路形成手段は、共通の撮像手段にそれぞれ前記光を案内するように構成され、前記撮像手段は、主走査方向に前記撮像素子が並ぶリニアイメージセンサからなり、前記吸着ヘッドに吸着された部品を相対的に移動させることにより前記主走査方向と直交する副走査方向に所定の撮像ピッチで画像を取込むものであり、前記照明切換制御手段は、主走査方向一ライン分の画像の取込み毎に、前記第1照明手段のみにより照明を与える状態と前記第2照明手段のみにより照明を与える状態とに照明状態を交互に切換えるものである。
【0018】
この構成によると、吸着ヘッドに部品が吸着されている場合には、第1照明手段の照明による例えば部品の底面像が第1光路形成手段により撮像手段に案内される一方、第2照明手段の照明による部品の側面像が第2光路形成手段により撮像手段に案内される。そして、第1,第2照明手段が選択的に点灯される一方で、これに対応して画像記憶手段における画像の記憶部が切換えられることにより、吸着部品の底面、および側面の画像が共通の撮像手段により撮像されることとなる。
なお、上記のように撮像手段としてリニアイメージセンサを使った構成によると、撮像手段に対して部品を相対的に移動させながら部品を撮像することができるため、部品認識のための撮像処理を迅速に行うことができる。特に、主走査方向一ライン分毎に照明を切換えることにより撮像手段に対して部品を一方向に一度だけ移動(相対移動)させるだけで部品の底面および側面の各画像として良質の画像を得ることが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施形態について図面を用いて説明する。
【0022】
図1は、本発明に係る表面実装機を平面図で概略的に示している。なお、同図中には、方向を明確にするためにX軸およびY軸を示している。
【0023】
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X軸方向に配置され、プリント基板3がこのコンベア2上を搬送されて所定の装着作業位置で停止されるようになっている。
【0024】
上記コンベア2の側方には、部品供給部4が配置されている。この部品供給部4は部品供給用のフィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダー4aをX軸方向に並列に並べた状態で備えている。
【0025】
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が装備されている。このヘッドユニット5は、部品供給部4とプリント基板3が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、当実施形態ではX軸方向およびY軸方向に移動することができるようになっている。
【0026】
すなわち、上記基台1上には、Y軸方向の固定レール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軸方向のガイド部材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。
【0027】
また、Y軸サーボモータ9及びX軸サーボモータ15には、それぞれロータリエンコーダ10,16が設けられており、これによって上記ヘッドユニット5の移動位置検出がなされるようになっている。
【0028】
上記ヘッドユニット5には、図2に示すように、先端に部品吸着用のノズル20aを備えた吸着ヘッド20が設けられ、例えば、当実施形態では、X軸方向に6つの吸着ヘッド20が並べて設けられている。
【0029】
各吸着ヘッド20は、それぞれ、ヘッドユニット5のフレームに対して昇降及びノズル中心軸回りの回転が可能とされ、図外の昇降駆動機構および回転駆動機構により作動されるようになっている。なお、上記昇降駆動機構は、例えば、各吸着ヘッド20を同時に上下動させる全体昇降用サーボモータと、各吸着ヘッド20を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定数(6個)のエアシリンダとを備え、それらを併用することにより、各吸着ヘッド20を所定の上昇位置と下降位置とにわたって昇降させるように構成されている。また、回転駆動手段は、1個の回転用サーボモータとこのサーボモータの回転を各ヘッドに伝える伝動機構とから構成されている。
【0030】
なお、ヘッドユニット5の下端部には、吸着ヘッド20の昇降スペースを隔ててY軸方向に対向して照明装置30およびミラー31が設けられている。
【0031】
照明装置30は、吸着ヘッド20に吸着された部品を画像認識するための照明を与えるものであり、光源として複数のLEDを有し、所定の認識高さ位置(図2に示す位置)に保持された部品に対して透過照明を与える。一方、ミラー31は、照明装置30の照明による吸着部品の側方からの投影像(以下、側面像という)を反射させて真下(基台側)に向けて案内する。
【0032】
照明装置30およびミラー31は、共に吸着ヘッド20の配列方向に亘って設けられており、この構成により各吸着ヘッド20に吸着された部品の側面画像をそれぞれ基台側に案内するように構成されている。
【0033】
前記部品供給部4の側方には、さらにヘッドユニット5の各吸着ヘッド20に吸着された部品をプリント基板3への実装に先だって認識するための撮像ユニット25が配設されている。
【0034】
撮像ユニット25は、基台1上に固定的に配設されており、吸着ヘッド20に吸着された部品(吸着部品)を撮像するカメラ26と部品撮像用の照明を与える照明ユニット27とを備えている。
【0035】
カメラ26は、複数の撮像素子が一列に並ぶリニアイメージセンサL(ラインセンサ;図4参照)を備えたカメラで、撮像素子が上下方向に並ぶように基台1上に横向きに配置されており、撮像素子の配列方向(主走査方向)と直交する方向(副走査方向;X軸方向)にヘッドユニット5を移動させることにより、後記ミラー34,35を介して反射される各吸着ヘッド20に吸着された部品の主走査方向の画像を副走査方向に順次取込むように構成されている。
【0036】
照明ユニット27は、照明装置28と吸着部品の画像を前記カメラ26に案内するためのミラー34,35を備えている。
【0037】
照明装置28は、照明ユニット27の上部に配置されるメイン照明28aと、同ユニット27の底部に配置されるサブ照明28bとから構成されている。メイン照明28aは、同図に示すように中央に開口部をもつ逆ドーム型のフレームの内面に光源として多数のLEDを備え、照明ユニット27上方の所定の撮像位置(図2に示す位置)にある吸着部品に対してその下側から斜め方向に照明を与えるように構成されている。一方、サブ照明28bは、メイン照明28aの前記中央開口部の真下にあり、光源として多数のLEDを上向きに備え、上記撮像位置にある吸着部品に対してその真下から照明を与えるように構成されている。
【0038】
前記ミラー34,35のうち、一方側のミラー34は、メイン照明28aの前記中央開口の真下であって、かつサブ照明28bの直上方に配置されており、照明装置28による吸着部品の反射光、すなわち吸着部品の底面像を90°屈折させて前記カメラ26に案内するように構成されている。なお、このミラー34は、いわゆるハーフミラーから構成されており、上記メイン照明28aの点灯時には、その照明を透過させ得るようになっている。これに対して他方側のミラー35は、この一方側のミラー34よりもやや上側の位置に配置されている。このミラー35は、部品認識時、ヘッドユニット5の前記ミラー31の真下に位置するように配置されており、ミラー31により案内される吸着部品の側面像をさらに屈折させてカメラ26に案内するように構成されている。
【0039】
これらのミラー34,35は、互いの像を平行に案内するようにその反射面が平行に設けられており、その結果、ミラー34,35によりそれぞれ案内される像がリニアイメージセンサLの互いに異なる領域に結像するように構成されている。この構成により、ミラー31、35により案内される吸着部品の側面像とミラー34により案内される吸着部品の底面像を同時にカメラ26で撮像できるようになっている。すなわち、当実施形態では、照明装置28により本発明の第1照明手段が、照明装置30により本発明の第2照明手段が、ミラー34等により第1光路形成手段が、ミラー31,35等により第2光路形成手段がそれぞれ構成されている。
【0040】
なお、カメラ26には、ミラー34,35によって案内される像をリニアイメージセンサLに結像させる結像レンズ26aが内蔵されるが、図4に模式的に示すように、当実施形態のカメラ26では、この結像レンズ26aの中心がリニアイメージセンサLのうちミラー34により案内される像の結像領域Pd1の中心と一致するように構成されている。つまり、この結像領域Pd1の中心を通るようにカメラ26の光軸が設定されている。なお、Pd2はミラー31により案内される像の結像領域を示している。
【0041】
図3は上記実装機の制御系をブロック図で示している。実装機は、論理演算を実行する周知のCPU、そのCPUを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するROMおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するRAM等から構成される制御装置40を有している。
【0042】
この制御装置40は、その機能構成として主制御部41、照明制御部42、カメラ制御部43、タイミング発生部44、画像処理部45および軸制御部46を含んでいる。なお、主制御部41には、制御プログラム等の各種情報を入力するための図外の入力手段等が接続されている。
【0043】
主制御部41は、実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従ってヘッドユニット5等を作動させるべく軸制御部46を介してサーボモータ9,15等の駆動を制御する。また、撮像ユニット25により撮像される部品画像に基づいて吸着ヘッド20による部品吸着の有無検出および吸着ずれ量の演算を行い、その結果に応じてヘッドユニット5等を制御するように構成されている。
【0044】
照明制御部42は、ヘッドユニット5の照明装置30および撮像ユニット25の照明装置28をそれぞれ制御するものである。
【0045】
タイミング発生部44は、画像の取り込みタイミング信号をカメラ制御部34に出力するもので、X軸サーボモータ15のエンコーダ16から出力されるパルス信号を予め定められた撮像ピッチに対応する分周比で分周し、そのタイミングで前記カメラ制御部34にタイミング信号を出力するもので、カメラ制御部34はこのタイミング信号に同期して副走走査方向に画像を取り込む(画像データを画像処理部45に出力する)。
【0046】
なお、このタイミング信号は照明制御部42にも出力され、照明制御部42は、このタイミングシング信号に同期して照明状態を切換える。具体的には、図5に示すように、タイミング信号が出力されてカメラ26による主走査方向一ライン分の画像の取込みが開始されるのと同時に照明装置28のみを点灯させ(t0時点;第1照明状態という)、一定時間経過後、照明装置28を消灯させて照明装置30を点灯させる(t1時点;第2照明状態という)。こうして主走査方向一ライン分の画像の取込み中に第1照明状態と第2照明状態とを切換えるように照明装置28,30の駆動を制御する。なお、当実施形態では、このタイミング発生部44および照明制御部42により、本発明の請求項4における照明切換制御手段が構成されている(図3中に符号47を付して示す)。
【0047】
画像処理部45は、カメラ26から出力される画像信号に所定の処理を施すことにより部品認識に適した画像データを生成するものである。
【0048】
次に、制御装置40の制御による実装動作についてその作用と共に説明する。
【0049】
まず、実装動作に先立って部品認識の準備処理が実行される。この処理は、吸着部品を画像認識する上で必要なデータ、具体的には、吸着ヘッド20(ノズル20a)先端の画像上での位置および画像スケールを求めるための処理であり、例えば図6に示すフローチャートに従って求められる。
【0050】
まず、ヘッドユニット5が撮像ユニット25の上方に配置され、吸着ヘッド20が所定の撮像位置、すなわち撮像ユニット25に対して予め定められた部品認識時のX軸、Y軸およびZ軸(高さ方向)方向の所定位置に吸着ヘッド20が配置され、この状態でノズル20a先端の側面像が撮像される(ステップS1)。具体的には、照明装置28が点灯し、ノズル20aの投影像(側面像)がミラー31,35を介してカメラ26に案内され撮像される。
【0051】
次いで、ノズル20aの側面画像に基づいてノズル下端位置が求められた後、吸着ヘッド20が予め定められた量(+α)だけ上下動され、さらにその位置でのノズル下端位置が側面画像に基づいて求められる(ステップS2〜S4)。
【0052】
そして、その時の吸着ヘッド駆動量(昇降移動量)とステップS2,S4で求められたノズル下端位置の差とから画像スケールが求められ(ステップS5)、この画像スケールおよびステップS2で求められたノズル下端位置に関するデータが制御装置40の図外の記憶部に記憶される(ステップS6)。これにより当該準備処理が終了する。
【0053】
準備処理が終了すると、実装動作が開始される。まず、ヘッドユニット5が部品供給部4に移動し、各吸着ヘッド20によりテープフィーダー4aから部品を吸着する。部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット5が撮像ユニット25上に移動してカメラ26に対して相対的に移動する。具体的には、図1の矢印に示すようにヘッドユニット5が撮像ユニット25に対してX軸方向一方側から他方側に向かって移動する。これによりヘッドユニット5の各吸着ヘッド20に吸着された部品が撮像ユニット25のカメラ26により順次撮像されることとなる。
【0054】
詳しく説明すると、吸着ヘッド20に吸着された部品に対してその下側から照明装置28により照明が与えられることにより、その照明光が部品底面で反射し、その反射光がミラー34を介してカメラ26に案内される一方、吸着部品に対してその側方から照明装置30により照明が与えられることにより、その照明光のうち部品を透過した光がミラー31,35を介してカメラ26に案内され、その結果、図8に示すように、吸着部品の底面画像Iaと側面画像Ibが横並びに収まった画像が撮像されることとなる(図8中、符号Cは吸着部品を示す)。この際、上記のように、照明制御部42によって主走査方向一ライン分の画像の取込み中に照明装置28のみが点灯する第1照明状態と照明装置30のみが点灯する第2照明状態とに順次切換えられることにより、各照明装置28,30による照明同士の干渉が防止される。従って、各部品の画像として照明状態の良好な鮮明な画像が得られることとなる。
【0055】
カメラ26により各吸着部品が撮像されると、撮像された各部品の画像データ(側面画像および底面画像)と、準備処理で求められた画像スケールおよびノズル下端位置に関するデータに基づいて吸着部品の認識(部品の吸着ミス、および吸着ずれの検知)が行われる。
【0056】
例えば、部品の吸着ミス検知は、図7のフローチャートに示す手順で行われる。まず、画像スケール、ノズル位置および部品厚さに関するデータが読出される(ステップS10)。部品厚さに関するデータは、予めオペレータにより入力、記憶されている実装部品リストから読出される。
【0057】
次いで、これら各データから画像上での部品下端位置(算出値)が求められた後、取得された側面画像データに基づいて吸着部品の下端位置(実測値)が求められ、さらにこれらの値の差が求められる(ステップS11〜S13)。
【0058】
そして、この差が公差内にあるか否かが判断され(ステップS14)、公差内にあると判断された場合には部品の吸着が正常に行われているとして本フローチャートが終了する。
【0059】
一方、ステップS14で公差外と判断された場合には、部品の吸着ミスが発生しているとしてオペレータに報知され(ステップS15)、その後、本フローチャートが終了する。例えば、部品を吸着していない場合には、ステップS12においてノズル下端位置が部品下端位置として誤認される結果、部品の厚み分だけ前記公差がマイナスとなり、その結果、算出値と実測値との差が公差外となり、部品の吸着ミスが検知されることとなる。
【0060】
なお、吸着ずれの検知については特にフローチャートを用いて説明しないが、例えば、部品の底面画像に基づいて部品の中心位置、およびこの中心位置に対する部品の傾きが求められ、この底面画像の中心位置と理論上のノズル中心位置とから部品のX,Y軸方向の部品の吸着ずれが求められ、また、上記部品の傾きからR軸方向(ノズル中心回り)の部品の吸着ずれが求められる。
【0061】
部品認識が終了すると、その結果に応じてヘッドユニット5が駆動制御される。すなわち、部品に吸着ずれが生じている場合には、そのずれ量に基づいてヘッドユニット5が駆動制御されることにより、吸着ずれが補正された状態でプリント基板3上に部品が実装されることとなる。これにより一連の実装動作が完了することとなる。なお、吸着ミスが発生している吸着ヘッド20がある場合には、上記のように吸着ミスが生じた旨がオペレータに報知された上で、例えば、それ以外の吸着ヘッド20について部品の実装が行われ、この実装処理後、例えばオペレータの操作によりリカバリー動作が実行されることとなる。
【0062】
以上のように、この実装機では、吸着品の底面画像に加えて側面画像を撮像し、これら2種類の画像に基づいて実装前の部品認識を行うため、例えば、吸着ヘッド先端(ノズル先端)とさほど大きさ(外径)が変わらない部品を実装するような場合でも、部品の有無判断(吸着ミス検知)を確実に行うことができる。
【0063】
しかも、構成上は、上述したように照明の配置とミラーの組合せによって方向の異なる2種類の部品画像を共通のカメラ26で同時に撮像し得るように構成しているので、単一のカメラ26を使った簡単、かつ安価な構成で、吸着品の底面および側面の画像を撮像することができる。従って、簡易、かつ安価な構成で吸着部品の認識をより精度良く行うことができるという効果がある。
【0064】
また、部品認識に際しては、上記のように主走査方向一ライン分の画像の取込み中に第1照明状態と第2照明状態とを順次切換え、これにより照明同士の干渉を防止するようにしているので、側面画像と底面画像を同時に撮像しながらも、これらの画像を鮮明に取得することができる。従って、このような鮮明な画像に基づいて部品認識を行う結果、正確に部品認識を行うことができる。
【0065】
その上、この実装機では、カメラ26の結像レンズ26aの中心が、リニアイメージセンサLのうちミラー34により案内される像の結像領域Pd1の中心と一致するように構成されている(結像領域Pd1の中心を通るようにカメラ26の光軸が設定されている)ので、上記のように2方向からの画像を撮像しながらも底面画像に基づく部品認識(とくに吸着ずれの検知)を正確に行うことができるという利点もある。すなわち、結像レンズ26aによりリニアイメージセンサL上に形成される像は、その周辺、つまり結像レンズ26aの光軸から外れる程、歪みが生じ易い。そのため、リニアイメージセンサLの中心を通るようにカメラ26の光軸を設定した場合には、側面画像および底面画像の双方に歪みが生じることが考えられる。これに対して上記実施形態のように光軸をずらした構成としておけば、少なくとも吸着部品の底面画像については歪みを伴い難くなり、従って、底面画像に基づく吸着ずれの検出を正確に行うことが可能となる。
【0066】
なお、上記のように光軸をずらすことは、逆に見れば部品の側面画像を歪み易くすることとなる。しかしながら、部品の側面画像は、上述のように吸着ミスの判定、つまり部品の有無判断に用いるので、部品の有無を認識できれ正確な形状認識は特に必要なく、部品の底面画像に比べると画像認識に際しての歪みの影響は少ない。従って、上記のようなカメラ構成によると、合理的な構成で部品認識を正確に行うことができることとなる。
【0067】
なお、上述した第1の実施形態の表面実装機においては、その変形例として次のような構成を採用することもできる。
▲1▼ 例えば、互いに異なる色の照明を与えるように照明装置28,30を構成し、例えば図2に破線で示すように、底面画像を案内する光路上に照明装置28の照明色に対応する光のみを透過するカラーフィルタ37を設ける一方、側面画像を案内する光路上に照明装置30の照明色に対応する光のみを透過するカラーフィルタ36を設けるように構成してもよい。このような構成によると、照明光の干渉による画像への影響をより軽減することが可能となり、より正確に部品認識を行うことが可能となる。
【0068】
この構成の場合には、照明装置28,30を同時に点灯させて部品を撮像させることも可能であるが、主走査方向一ライン分の画像の取込み中に第1照明状態と第2照明状態とを順次切換えるという上記第1の実施形態の構成を併用すれば、部品認識に適した良好な画像を取得することが可能となる。
▲2▼ 第1実施形態では、部品に対して透過照明を与えることにより部品の側面画像として投影像を取得するように構成しているが、勿論、側面画像として反射像を取得するように構成してもよい。この場合には、例えば、ミラー31を挟んで吸着ヘッド20の反対側(図2ではミラー31の右側)に照明装置30を配置し、ミラー31をハーフミラーから構成すればよい。
▲3▼ 吸着ヘッド20に吸着された部品の背後から下向きに透過照明を与える照明装置を設け、吸着部品の投影像を撮像するように構成してもよい。例えば、部品底面に凹凸が多く乱反射が生じ易い部品では、投影像に基づいて部品認識を行うことによって部品認識を正確に行うことが可能となる。
▲4▼ 第1の実施形態では、撮像手段としてリニアイメージセンサLを有するカメラ26を適用しているが、勿論、エリアイメージセンサを有するカメラを適用することも可能である。この場合には、撮像ユニット25の上方に吸着部品を静止させた状態で、第1照明状態と第2照明状態とを一定のタイミングで切換えるように構成すればよい。なお、エリアイメージセンサを使用する場合には、撮像ピッチとの関係でカメラ26による画像取り込みタイミングや照明の切換えタイミングを設定する必要がないため、図3に示す制御装置40においてタイミング発生部44は不要となる。
【0069】
次に、本発明に係る表面実装機の第2の実施形態について説明する。図9は、第2の実施形態に係る表面実装機のうち部品認識に関する構成部分を抽出して模式的に示したものである。なお、第2の実施形態に係る表面実装機の基本構成は、第1の実施形態と大部分が共通するため、以下の説明では、第1の実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態との相違点についてのみ詳細に説明することにする。
【0070】
上述した第1の実施形態は、吸着部品Cの側面画像と底面画像をそれぞれリニアイメージセンサL(撮像素子列上)の互いに異なる領域に結像させることにより両画像を同時に撮像するように構成されているが、第2の実施形態では、これらの画像をリニアイメージセンサLの共通の領域に結像させるように撮像ユニット25等が構成されている。具体的には、前記ミラー35の代わりに、ミラー31からの光(吸着部品Cの側面画像)をカメラ26の中央に案内するハーフミラー34aがカメラ26とミラー34の間に配設されている。また、ミラー34も吸着部品Cの底面からの反射光(吸着部品Cの底面画像)をカメラ26の中央に案内し得るように配置されている。なお、第2の実施形態では、結像レンズ26aの中心がリニアイメージセンサLの中心に一致するように構成されている(リニアイメージセンサLの中心を通るようにカメラ26の光軸が設定されている)。
【0071】
また、照明制御部42は、タイミング発生部44から出力されるタイミングシング信号に同期して主走査方向一ライン分毎に照明状態を切換えるように構成されている。すなわち、図10に示すように、タイミング信号が出力されてカメラ26による主走査方向一ライン分の画像の取込みが開始されると同時に照明装置28のみを一定時間点灯させて第1照明状態とし(t0時点)、次のタイミング信号が出力さると照明装置30のみを一定時間点灯させて第2照明状態とすることにより(t1時点)、主走査方向一ライン分毎に第1照明状態と第2照明状態とを交互に切換えるように照明装置28,30の駆動を制御するように構成されている。なお、当実施形態では、このタイミング発生部44および照明制御部42等により、本発明の請求項6における照明切換制御手段が構成されている。
【0072】
また、画像処理部45には、特に図示しないが吸着部品Cの底面画像を記憶する画像メモリと側面画像を記憶する画像メモリの2種類の画像メモリが設けられており、上記照明装置28,30による照明時間の切換えに同期してカメラ26から出力される画像データの記憶先を切換えるように構成されている。図10の例では、ハイ信号の時には底面画像を記憶する画像メモリに画像データを記憶し、ロー信号のときには側面画像を記憶する画像メモリに画像データを記憶するように構成されている。なお、当実施形態では、この画像処理部45が本発明の記憶先切換制御手段を兼ねた構成とされている。
【0073】
第2の実施形態の実装機によると、部品認識時には、照明制御部42によって主走査方向一ライン毎に照明状態が切換えられるとともに、これに同期して画像メモリの切換えが行われる。例えば、最初の一ラインについては、照明装置28のみが点灯する第1照明状態とされ、これにより吸着部品の底面画像が撮像されるとともにこの画像データが底面画像用の画像メモリに記憶される。そして、次の一ラインについては、照明装置30のみが点灯する第2照明状態とされ、これにより吸着部品の側面画像が撮像されるとともにこの画像データが側面画像用の画像メモリに記憶される。こうして主走査方向一ライン毎に交互に吸着部品の底面画像と側面画像が撮像されるとともに、これらの画像データが別個の画像メモリに記憶されることにより、最終的に、図11に示すような吸着部品Cの底面画像Iaと側面画像Ibとが取得されることとなる。
【0074】
そして、これらの底面画像Iaと側面画像Ibとに基づいて吸着部品の認識(部品の吸着ミス、および吸着ずれの検知)が行われる。
【0075】
以上のような第2の実施形態の構成においても、共通のカメラ26を使って吸着部品の側面画像と底面画像を同時に得ることができる。従って、第1の実施形態と同様に、簡易、かつ安価な構成で吸着部品の認識を精度良く行うことができるという効果がある。ところで、この第2の実施形態では、主走査方向一ライン毎に交互に吸着部品の側面画像と底面画像とを切換えて撮像するため画質や信頼性が懸念されるところであるが、例えば、部品撮像時の撮像ユニット25に対する部品の移動速度との兼ね合いで副走査方向の撮像ピッチを極短く設定することで、第1の実施形態と遜色ないレベルの部品画像を取得することが可能となる。
【0076】
なお、第2の実施形態の実装機についてもその具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、例えば、第1の実施形態の説明で掲げた変形例▲1▼〜▲4▼については、第2の実施形態についても同様に適用可能である。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る表面実装機では、吸着ヘッドに吸着された部品の側面画像と例えば底面画像との2種類の部品画像を共通の撮像手段で撮像できるように構成したので、単一の撮像手段を使った簡単、かつ安価な構成で部品の吸着状態をより正確に認識することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表面実装機を示す平面略図である。
【図2】部品認識時の撮像ユニットおよびヘッドユニットを示す側面図(一部断面図)である(第1の実施形態)。
【図3】表面実装機の制御系(主に部品認識に関する部分)を示すブロック図である。
【図4】リニアイメージセンサと光軸の関係を説明する模式図である。
【図5】照明の切換制御を説明するタイミングチャートである。
【図6】実装動作に先立って行われる準備処理の手順を説明するフローチャートである。
【図7】部品認識(吸着ミス検知)処理の手順を説明するフローチャートである。
【図8】部品認識時に取得される画像を示す模式図である。
【図9】部品認識時の撮像ユニットおよびヘッドユニットを示す模式図である(第2の実施形態)。
【図10】照明の切換制御、および画像メモリの切換制御を説明するタイミングチャートである。
【図11】部品認識時に取得される画像を示す模式図である。
【符号の説明】
5 ヘッドユニット
20 吸着ヘッド
20a ノズル
25 撮像ユニット
26 カメラ(撮像手段)
26a 結像レンズ
27 照明ユニット
28 照明装置(第1照明手段)
30 照明装置(第2照明手段)
31,34,35 ミラー

Claims (4)

  1. 部品を吸着する吸着ヘッドを備え、かつ部品供給部と基板との間を移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドによる部品の吸着状態を撮像するための撮像素子を有する撮像手段とを備えた表面実装機において、
    前記吸着ヘッド先端に対してその吸着面に直交する側から照明を与える第1照明手段と、前記吸着ヘッド先端に対してその側方から照明を与える第2照明手段と、
    前記第1照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第1光路形成手段と、前記第2照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第2光路形成手段とを備え、
    前記各光路形成手段は、共通の撮像手段に光を案内するものであり、かつその撮像手段の撮像素子が並ぶ受光領域のうちそれぞれ異なる領域に光を案内するように構成され
    前記撮像手段は、結像レンズをもち、この結像レンズの光軸上に、前記第1光路形成手段に対応する受光領域の中心が設けられていることを特徴とする表面実装機。
  2. 請求項1に記載の表面実装機において、
    前記各照明手段は互いに異なる色の照明を与えるように構成され、前記第1光路形成手段に第1照明手段の照明色に対応する光のみを透過するカラーフィルタが設けられる一方、前記第2光路形成手段に第2照明手段の照明色に対応する光のみを透過するカラーフィルタが設けられていることを特徴とする表面実装機。
  3. 請求項1に記載の表面実装機において、
    前記撮像手段は主走査方向に前記撮像素子が並ぶリニアイメージセンサからなり、前記吸着ヘッドに吸着された部品を相対的に移動させることにより前記主走査方向と直交する副走査方向に所定の撮像ピッチで画像を取込むものであって、
    前記主走査方向一ライン分の画像の取込み中に、前記第1照明手段のみにより照明を与える状態と前記第2照明手段のみにより照明を与える状態とに照明状態を切換える照明切換制御手段を備えていることを特徴とする表面実装機。
  4. 部品を吸着する吸着ヘッドを備え、かつ部品供給部と基板との間を移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドによる部品の吸着状態を撮像するための撮像素子を有する撮像手段とを備えた表面実装機において、
    前記吸着ヘッド先端に対してその吸着面に直交する側から照明を与える第1照明手段と、前記吸着ヘッド先端に対してその側方から照明を与える第2照明手段と、
    前記第1照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第1光路形成手段と、前記第2照明手段の照明による吸着ヘッド又はこの吸着ヘッドに吸着された部品からの光を前記撮像手段に案内する第2光路形成手段と、
    前記各照明手段による照明を交互に切換える照明切換制御手段と、
    複数の記憶部をもち前記撮像手段により撮像される画像を記憶する画像記憶手段と、
    撮像された画像の前記画像記憶手段における記憶先を前記照明切換制御手段による照明の切換えに対応して切換える記憶先切換制御手段とを備え、
    前記各光路形成手段は、共通の撮像手段にそれぞれ前記光を案内するように構成され、
    前記撮像手段は、主走査方向に前記撮像素子が並ぶリニアイメージセンサからなり、前記吸着ヘッドに吸着された部品を相対的に移動させることにより前記主走査方向と直交する副走査方向に所定の撮像ピッチで画像を取込むものであり、
    前記照明切換制御手段は、主走査方向一ライン分の画像の取込み毎に、前記第1照明手段のみにより照明を与える状態と前記第2照明手段のみにより照明を与える状態とに照明状態を交互に切換えることを特徴とする表面実装機。
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