JP4263291B2 - 基板マーク認識機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷配線基板上にIC等のチップ部品を装着したり、クリームはんだを印刷したり、接着剤を塗布したりする表面実装装置に採用され、プリント基板上の位置決め用のマークを撮像カメラで撮影し、基板の位置認識を行う基板マーク認識機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、チップ部品等の細小化が進む中で、それら部品の実装密度を高めるために印刷配線基板における位置認識精度の向上が要求されている。
【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2を示すもので、まず部品装着ヘッド1は、X−Y移動機構3のXスライダ31の下部に固定されいる。
【0004】
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るとともに、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。
【0005】
Yスライダ32は、ボールネジ32aの回転駆動により、固定部33に設けられたYガイドレール33aに沿い、Y方向に位置決め自在に構成されている。
【0006】
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、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。また、部品装着ヘッド1自体は、図示しないが、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(角度φ)方向に回動自在に構成されている。また、部品装着ヘッド1には、上下方向にスライド自在に取り付けられた実装用のツール、例えば吸着用のノズル1aが取り付けられている。
【0007】
そこでいま、図示しない搬送テーブルにより搬送された印刷配線基板4上面には例えば円形状の位置決め用のマーク4aが複数箇所(例えば2箇所)に設けられ、そのマーク4aを基板マーク認識機構2の撮像カメラ21で撮像し、その撮像信号は画像処理装置5に供給され、マーク4aの2次元座標上での中心位置、すなわちマーク4aの中心位置を割り出すことができる。
【0008】
画像処理装置5はまた、予め定めた基板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−φ方向に移動制御する。
【0009】
そこで、図9及び図10に拡大して示したように、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、その中で撮像カメラ21の撮像方向は基板4を載置した搬送テーブル面に垂直となるように構成されている。また、照明具22は、複数個の発光ダイオード(LED)等のランプ22a,22bが撮像カメラ21の光軸Zを中心とした半径Rの円周上に略等間隔に設けられ、いずれも基板4のマーク4a方向に向け光を照射するように取り付けられている。
【0010】
また、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、鮮明な映像が得られるか否かは、マーク4aからの反射光とマーク4aを取巻く周囲背景領域からの反射光との間に形成されるコントラストに基づく。
【0011】
ところで、印刷配線基板4には、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ィ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。
【0012】
このフレキシブル基板は厚さが薄く、折れ曲がりやすく、また仮にパレット治具であるマザーボード等に装着したとしても、基板表面は変形するので、必ずしも基板4面が撮像方向軸Zに垂直となるとは限らない。従ってまた、フレキシブル基板上のマーク4a面も、表面に凹凸が生じたり、歪んだり曲がったりした形状のものが存在した。
【0013】
そこで、例えば図11に示すように、マーク4aの表面が丸みを帯び凸状に変形している場合、表面全体としての向きが必ずしも撮像方向軸Zに向かない場合がある。このような場合、撮像方向軸Zを中心に半径Rのリング状に配列されたランプ22a,22bによるマーク4aからの反射光軸はずれ、撮像方向軸Z方向からそれることとなった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、フレキシブル基板面のマークは、表面が変形しやすく、照明具からの照射された光の反射光軸がそれるので、撮像カメラにおいて鮮明なマーク画像が得られないという欠点があった。
【0015】
しかもまた、ポリエステル等の樹脂フィルムからなる基板表面は、ベーク板等とは異なり比較的光反射係数が大きいので、銅箔等によるマーク表面からの反射光量との間に大きな差を得にくく、良好なコントラストが得られない性質がある。
【0016】
従って、基板あるいはマークの表面が変形し、反射光軸がそれると、マークからは十分な反射光量が得られず、コントラストが低下し、マークの識別を困難とする問題が生じた。そこで、マーク識別の不良は、直ちに部品実装装置における稼働率低下にもつながるので、改善が要望されていた。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、基板面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有する基板マーク認識機構において、前記マークが設けられた位置の基板面と前記照明具とのなす角度が変化するように前記照明具を移動させる移動手段と、前記撮像カメラにより撮像される画像信号のピーク値に対し、予め設定された割合のレベルを基準閾値として設定する閾値設定回路と、この閾値設定回路で予め設定された基準閾値と、前記撮像カメラにより別途撮像されたマークの画像信号のピーク値に対し、前記予め設定された割合に基づく閾値を算出し、この算出された閾値と前記基準閾値との差が最小となるように前記移動手段を制御する制御回路とを具備することを特徴とする。
【0022】
このように、本発明は、制御回路を備え、画像信号のピーク値に対し、予め設定された割合のレベルを基準閾値として設定し、別途撮像されたマークの画像信号のピーク値に対し、その予め設定された割合に基づく閾値を算出し、この算出された閾値と前記基準閾値との差が最小となるように前記移動手段を制御するので、照明具における光照射角度の調整制御により、常に良好なマーク画像を得ることができる。
【0023】
【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7を参照して詳細に説明する。なお、図8ないしは図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。
【0024】
図1は本発明による基板マーク認識機構の第1の実施の形態を示す正面図である。すなわち、図8及び図9に示した従来の構成と同様に、照明具22自体は、撮像カメラ21の撮像方向軸Zを中心とした半径Rの円周上に複数個のLEDによるランプ22a,22bを配置して構成されている。
【0025】
その照明具22は、部品装着ヘッド1に対し、移動機構23により上下方向(すなわち撮像カメラ21の撮像方向軸Z方向)に摺動自在となるように取り付けられている。移動機構23はリニアガイド23aを備え、照明具22は、シリンダからなるアクチュエータ23bによりリニアガイド23aに沿い上下方向に移動自在に構成されている。
【0026】
また、移動機構23には、図示しないがそれぞれ長さが異なる複数種のストッパが備えられ、選択された長さのストッパをリニアガイドスライダ23cに当接させることによって、照明具22を任意の高さHの位置に停止させることができるように構成した。
【0027】
基板4面上の位置決め用のマーク4aを撮像し認識するに際しては、マーク4a面から十分な反射光量が撮像カメラ21に供給されるとともに、マーク4aからの反射光量とその背景となる基板4面からの反射光量との間に良好な相対比、すなわちコントラストが得られることが必要となる。
【0028】
撮像画像上でのコントラストは、基板4面及びマーク4aの各材質はもとより、照明具22との間の相対位置関係から、撮像方向軸Zに対するそれぞれの表面のなす角度等、とりわけマーク4aの表面の平坦さにより影響される。
【0029】
いずれにしても、マーク4a面で必要十分な明るさが確保されるためには、(1)基板面上のマーク4aと照明具22との間の距離D、(2)照明具22からマーク4aに向け照射される光の基板4面に対する角度θの2点が問題となる。
【0030】
そこで、この第1の実施の形態では、上述のように、移動機構23により、照明具22をたとえば図2に示す高さH0から、図3に示す高さH1の位置に移動し得るように構成した。
【0031】
すなわち、図2に示すように、基板4面におけるマーク4aの表面が平坦でなく凸状をなし、照明具22から照射した光の反射光軸が撮像カメラ21の撮像方向軸Zからそれ、マーク4aからの十分な反射光量が得られない場合でも、図3に示すように、移動機構23が照明具22をより低い高さH1に移動させることにより、マーク4a面への照射光量は増大し、撮像カメラ21は、背景である基板4面との間に良好なコントラストを得るに十分な量の反射光を得らることができる。
【0032】
つまり、照明具22内の各ランプ22a,22b間の間隔Lは一定であり、また各ランプ22a,22bの向きも予め固定されているので、照明具22を基板4面からの高さHを低い方向に移動させると、マーク4aとランプ22a,22bとの間の距離Dは近づき、マーク4aに対する照射光量が増加するとともに、各ランプ22a,22bのマーク4aに対する光照射角度θも小さくなり、図3に示すように、マーク4aから撮像カメラ21方向に反射する光の量は増加する。
【0033】
このように、第1の実施の形態では、移動機構23を設け照明具22の高さHを調整制御できるので、マーク4aが設けられた位置の基板4面と照明具22との間のなす角度θ、及びマーク4aと照明具22との間の間隔Dが変化し、マーク4aの表面形状に対応して、マーク4aから撮像カメラ21に供給される反射光量が変化するので、良好なコントラストが得られる状況を選択し、マーク認識を行うことができる。
【0034】
なお、上記説明で、移動機構23のアクチュエータ23bにシリンダを使用する旨説明したが、シリンダに代えサーボモータあるいはパルスモータとボールネジ等の組み合わせ構成を採用することもできる。
【0035】
上記第1の実施の形態では、照明具22の高さHを変えることによって、マーク4aへの照射角度θ及び照明具22とマーク4aとの間の距離Dの長さを共に変化させ、撮像カメラ21への反射光量を調整させる旨説明したが、主に照射角度θを変えるように移動機構23を構成することによって、同様に撮像カメラ21への反射光量を増加させ、良好なコントラストを得ることもできる。
【0036】
すなわち、照射角度θが変化するように照明具22を移動させ、マーク4aの撮像画像のコントラストを向上させ得るように構成した本発明による基板マーク認識機構の第2の実施の形態を図4ないし図6を参照して説明する。
【0037】
すなわち、図4に示すように、照明具22は撮像カメラ21の撮像方向軸Zを中心に両側に対象にランプ22a,22bを配列し、各ランプ22a,22bが対称的に円弧状に形成された各ガイド溝221に沿って摺動自在に構成し、そのマーク4aに対する照射角度θを変化(θ1→θ2、ないしθ2→θ1)させ、マーク4a表面形状に対応して撮像カメラ21方向へ最も多く反射光量を得ることができる角度を選択できるようにした。
【0038】
ガイド溝221におけるランプ22a,22bの移動には、図5(a)に示すように、ランプ22a,22bをリンク機構22cに連結し、リンク機構22cを図示しないサーボモータまたはパルスモータ等からなるアクチュエータにより上下矢印z方向に駆動させ、たとえば破線で示す位置(ランプ22a´,22b´)に移動させることができる。なお、このとき、リンク機構22cが撮像カメラ21によるマーク4aの撮像に障害とならないように、リンク機構22cの上部を円環状とした。
【0039】
図5(a)では、ガイド溝221におけるランプ22a,22bの移動にリンク機構22cを採用したが、図5(b)に示すように、中空部を有し外側にガイドレール22daを構成したコーン(cone円錐)部材22dを配置し、ランプ22a,22bにそれぞれ固定したアーム22aa,22ba先端のカムフォロア(不図示)がガイドレール22daに沿い移動するように構成し、アクチュエータによりコーン部材22dを上下矢印z方向に駆動することによって、同様に破線で示す位置(ランプ22a´,22b´)に移動させるようにも構成できる。
【0040】
なお、この第2の実施の形態において、移動機構23によって、照射角度θが変化するようにランプ22a,22bを移動させたが、この照射角度θの変化と同時に、第1の実施の形態のように照明具22自体の高さHをも変化させるように構成しても良い。
【0041】
なお、図4に示した実施の形態では、照明具22のランプを説明上、左右2個設けたように説明したが、撮像方向軸Zに中心にリング状に複数個配置するように構成できることは言うまでもない。
【0042】
上記のように、第2の実施の形態でも、認識対象であるマーク4aの表面状態に応じて最適な照射角度θが得られるよう設定し、撮像カメラ21へ供給されるマーク4a面での反射光量を増大させ得るので、第1の実施の形態と同様に、マーク4aの認識効率を高めることができる。
【0043】
次に、上記第2の実施の形態では、照明具22において、LED等からなるランプ22a,22bを円弧状のガイド溝221に沿って移動させ、マーク4aに照射される照射角度θを変えるように構成したが、ランプ22a,22bを移動させることなく、予め照射角度θを種々変化させた位置に複数個のランプを配置し、同心円周上に複数層形成するように配列しても同様な効果を得ることができる。
【0044】
すなわち、照明具22に、予め照射角度θが異なるランプを複数個固定して配置し、マーク4aの撮像画像のコントラストを向上させ得るように構成した本発明による基板マーク認識機構の第3の実施の形態を図6を参照して説明する。
【0045】
すなわち、図6に示すように、照明具22に、撮像方向軸Zを中心とした同心円周上にそれぞれ複数個のランプ22a(1〜4),22b(1〜4)を配置し、それぞれ予めマーク4aに対する照射角度θが異なる(θ1〜θ4)となるように構成した。
【0046】
この結果、マーク4a表面は、少なくとも複数個の互いに照射角度θ(θ1〜θ4)が異なるランプ22a(1〜4),22b(1〜4)に照射されるので、たとえマーク4aの表面形状が変化していても、いずれかのランプはそのマーク4aの表面形状の変化に対応して、撮像カメラ21に十分な光量を供給するように機能するので、マーク4aの認識確率を高めることができる。
【0047】
なお、この実施の形態では、各ランプ22a(1〜4)〜22b(1〜4)全てを点灯するようにしてもよく、あるいは切替回路を設け、マーク4aの表面形状の変化に対応して、最も効果的に反射光量が得られるランプのみを選択的に点灯するように構成しても良い。
【0048】
ところで、マーク4aの認識では、上述のようにいかにして明るいマーク4a面が得られるかにかかっているので、例えば第1の実施の形態等における移動機構23を制御し、マーク4aから撮像カメラ21への最適な反射光量が常に得られるように照明具22を位置制御することができる。
【0049】
そこで次に、撮像カメラ21に取り込まれたマーク4aの2値化(白黒)画像を導入し、移動機構23を制御する制御回路24を付加した本発明による基板マーク認識機構の第4の実施の形態を図7を参照して説明する。
すなわち、図7(a)は、図1ないし図3に示した第1の実施の形態に、別途制御回路24を付加した本発明による基板マーク認識機構の第4の実施の形態を示すもので、まず制御回路24の基準閾値設定回路241は、図7(b)に示すように、予め撮像カメラ21の撮像により得られたマーク4aの画像信号のピークPk値に対し、予め設定された割合、例えば1/2のレベルを基準閾値Kとして設定する。
【0050】
この基準閾値Kは比較回路242に供給され、この比較回路242には、閾値算出回路243が接続されている。
【0051】
閾値算出回路243は、図7(c)に示すように、撮像カメラ21によって順次撮像されるマーク4aの画像信号を導入し、その画像信号における前記予め設定された割合(1/2)に基づく閾値Psを算出し、比較回路242に供給する。
【0052】
比較回路242は、図7(c)に示すように、上記基準閾値Kと新たに撮像されて得られたマーク4a画像信号の閾値Psと比較し、その差ΔP信号を駆動制御部244に供給する。
【0053】
制御部244は移動機構23に対し、閾値レベルの差ΔPが最も小さくなるように制御信号を供給し、駆動機構23は照明具22に対し、マーク4aとの距離またはマーク4aに対する照射角度のすくなくともいずれか一方を、マーク4aへの照射光量が増加するようにフィードバック制御するので、撮像カメラ21によるマーク4a撮像信号は図7(d)に示すように、閾値Psが基準閾値Kに近付き、コントラストの良好なマーク4a認識画像を得ることができる。
【0054】
従って従来、基板4上のマーク4aの表面が平坦でない場合、あるいは仮に平坦であっても基板4自体が搬送テーブル面と平行でなく傾いている場合等には、従来はマーク4aから撮像カメラ21方向への反射光量が大幅に減少し、良好なコントラストが得られなかったが、この第4の実施の形態によれば、フィードバック制御により、照明具22におけるランプ位置を反射光量が増加するように構成されたので、マーク認識の自動化が可能となると同時に、マーク認識率が向上し、部品実装装置の稼働率を改善することが可能となる。
【0055】
以上説明のように、本発明による基板マーク認識機構によれば、印刷配線基板上における位置決めマーク表面の形状が変化していても、良好な認識が行われ、基板における部品実装効率の大幅な改善が可能となる。
【0057】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、制御回路を備え、画像信号のピーク値に対し、予め設定された割合のレベルを基準閾値として設定し、別途撮像されたマークの画像信号のピーク値に対し、その予め設定された割合に基づく閾値を算出し、この算出された閾値と前記基準閾値との差が最小となるように、照明具の照射角度を変えるので、的確な基板位置検出を自動的に行うことができる。
【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の実施の形態を示す正面図である。
【図2】図1に示す機構の照明具の位置を示す正面図である。
【図3】図1に示す機構の照明具の他の位置を示す正面図である。
【図4】本発明による基板マーク認識機構の第2の実施の形態を示す正面図である。
【図5】図5(a)は図4に示す基板マーク認識機構のランプ移動機構を説明する正面図、図5(b)は同じく図4に示す他のランプ移動機構を説明する正面図である。
【図6】本発明による基板マーク認識機構の第3の実施の形態を示す要部正面図である。
【図7】図7(a)は本発明による基板マーク認識機構の第4の実施の形態の要部を示す回路構成図、図7(b)は図7(a)の基準閾値設定回路で設定される基準閾値を説明する説明図、図7(c)は図7(a)の撮像カメラで得られるマーク映像を説明する説明図、図7(d)は図7(a)に示す制御回路により制御されて撮像カメラで得られたマーク映像を説明する説明図である。
【図8】従来の基板マーク認識機構を採用した部品装着装置を示す正面図である。
【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8に示す機構の照明具からの照射光を説明する要部正面図である。
【図11】図8に示す機構において、マーク表面が変形した場合の照明具からの照射光を説明する要部正面図である。
【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
22 照明具
22a,22b ランプ
23 移動機構
24 制御回路
3 X−Y移動機構
4 基板
4a マーク
Claims (1)
- 基板面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有する基板マーク認識機構において、
前記マークが設けられた位置の基板面と前記照明具とのなす角度が変化するように前記照明具を移動させる移動手段と、
前記撮像カメラにより撮像される画像信号のピーク値に対し、予め設定された割合のレベルを基準閾値として設定する閾値設定回路と、
この閾値設定回路で予め設定された基準閾値と、前記撮像カメラにより別途撮像されたマークの画像信号のピーク値に対し、前記予め設定された割合に基づく閾値を算出し、この算出された閾値と前記基準閾値との差が最小となるように前記移動手段を制御する制御回路とを具備することを特徴とする基板マーク認識機構。
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