JP4376719B2 - 表面実装機 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣチップ等の電子部品をプリント基板等に搭載するための表面実装機に関するものである。

一般に、吸着ノズルを有するヘッドがプリント基板に対して相対変位することにより、吸着された電子部品をプリント基板上に搬送して実装する表面実装機が知られている。

この種の表面実装機には、吸着ノズルに対する吸着部品の姿勢等を検知するために、吸着ノズルをその側方から検出する検出装置を備えているもの（例えば、特許文献１の電子部品装着装置）がある。

この電子部品装着装置では、ヘッドの移動路に設けられた検出装置に対して、上方から吸着ノズルの下端部を挿入することにより、吸着部品の厚み寸法を検出するようになっている。
特公平６−２９１号公報

しかしながら、特許文献１の電子部品装着装置は、プリント基板の載置されている基台側に検出装置が固定的に取り付けられていることに伴い、当該基台上での検出位置が限定されているので、基台上に設定された部品供給位置や部品実装位置の配置によっては、検出に要するヘッドの移動距離が長くなり、これに応じてヘッドの移動に要する時間が長くなる結果、実装作業の作業性が悪くなることがあった。

また、上記電子部品装着装置では、検出装置に挿入して吸着ノズルを検出するようになっているので、ヘッドに配設された複数本の吸着ノズルを高速に検出しようとする場合には、その本数に応じて複数個の検出装置が必要となり、これらを上記基台上に配設すると、基台上に占める検出装置の面積の割合が増加し、これに応じて基台面積を広くする必要が生じる結果、装置自体が大型化してしまっていた。

さらに、特許文献１の電子部品装着装置では、検出装置をヘッドの移動路に配設しているので、仮にヘッドの誤作動が生じた場合に、吸着ノズルと検出装置とが衝突して、当該吸着ノズルを破損してしまうおそれもあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、吸着ノズルの破損等を抑制しつつ、当該吸着ノズルに対する側方からの検出を高速に実行することができるコンパクトな表面実装機を提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、請求項１に係る発明は、電子部品を吸着する吸着ノズルを有するノズル保持部材が、プリント基板を載置する基台に対して相対変位することにより、上記吸着ノズルに吸着された電子部品をプリント基板上に実装するように構成された表面実装機であって、上記基台に載置されているプリント基板の表面と略平行な平面上で互いに直交する二軸の内、何れか一方の軸に沿って上記ノズル保持部材が変位自在となるように、当該ノズル保持部材を基台上に支持する支持部材と、上記ノズル保持部材及び支持部材の内、少なくとも何れか一方に設けられ、吸着ノズルの先端部を側方から撮像可能な側方撮像手段と、上記基台に設けられ、吸着ノズル先端部を下方から撮像可能な底面撮像手段とを備え、この底面撮像手段及び側方撮像手段は、吸着ノズルが電子部品の吸着位置からプリント基板上の実装位置まで移動する過程、又は吸着ノズルが上記実装位置から再び吸着位置まで移動する過程において、それぞれ吸着ノズルの先端部を略同時に撮像するように構成されているものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の表面実装機において、上記ノズル保持部材又は支持部材には、吸着ノズルを介して側方撮像手段と対向し、当該吸着ノズルの側面先端部に対して光を照射する透過用照明手段が設けられているものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の表面実装機において、上記ノズル保持部材又は支持部材には、側方撮像手段の撮像側から吸着ノズル先端部に対して光を照射する反射用照明手段が設けられているものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の表面実装機において、上記ノズル保持部材には、複数の吸着ノズルが配設されている一方、上記側方撮像手段は支持部材に一台設けられ、この側方撮像手段及び底面撮像手段は、撮像対象となる吸着ノズル先端部の側面及び底面を略同時に撮像可能となるように、相互に位置決めされているものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の表面実装機において、上記ノズル保持部材には、複数の吸着ノズルが配設されている一方、上記側方撮像手段は、ノズル保持部材に設けられているとともに各吸着ノズルと一対一対応で配設された複数のエリアセンサであることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の表面実装機において、ノズル保持部材の駆動を制御する制御手段をさらに備え、この制御手段は、部品を吸着させた後に底面撮像手段及び側方撮像手段により撮像された吸着ノズル先端部の底面及び側面画像に基づいて、当該吸着ノズルに電子部品が吸着されているか否かを判定し、上記両画像において電子部品が吸着されていないと判定された場合に、当該吸着ノズルに対して改めて電子部品の吸着を実行させるものである。

請求項７に係る発明は、請求項２〜６の何れかに記載の表面実装機において、上記プリント基板に実装する電子部品に関する情報を記憶する搭載情報記憶手段と、上記搭載情報記憶手段に記憶された情報に基づいて、上記吸着ノズルに吸着されている電子部品が下面にボール状の突起を有するＢＧＡであるか否かを判定するための種類判別手段とを備え、上記種類判別手段により上記吸着ノズルに吸着された部品がＢＧＡではないと判定された場合には当該吸着ノズルに対応する透過用照明手段を点灯する一方、上記吸着ノズルに吸着された部品がＢＧＡであると判定された場合には当該吸着ノズルに対応する透過用照明手段を消灯するものである。

本発明によれば、側方撮像手段をノズル保持部材又は支持部材の少なくとも何れか一方に設けるようにしている。

そのため、側方撮像手段を支持部材に設けた場合には、この支持部材（上記平面上の一方の軸）に沿ってノズル保持部材を移動させることにより吸着ノズルを側方撮像手段の撮像範囲へ移動させることができるので、上記撮像範囲と吸着ノズルとの間の距離を長くともノズル保持部材の一軸方向の移動範囲内に維持することができ、従来のように、平面上の２点間を移動する場合と比較して、撮像に要するノズル保持部材の移動最大距離を短くすることができる結果、吸着ノズルの側方から吸着ノズル先端部、さらには吸着されている場合の電子部品の検出を高速に実行することができる。

一方、側方撮像手段をノズル保持部材に設けた場合には、吸着ノズルと側方撮像手段との双方がノズル保持部材に固定されていることに伴い、側方撮像手段を上記撮像範囲内に常に維持させることができるので、撮像するときのノズル保持部材の移動が不要となり、吸着ノズルの側方からの検出を高速に実行することができる。

また、上記何れの場合であっても、側方撮像手段を基台上に設ける必要が無いので、基台面積を必要最小限の大きさとすることができ、コンパクトな表面実装機とすることができる。

さらに、本発明では、ノズル保持部材を変位可能に支持する支持部材、及びノズル保持部材自体に側方撮像手段を設けるようにしているので、当該ノズル保持部材の移動に伴う吸着ノズルと側方撮像手段との干渉を回避することができる結果、吸着ノズルの破損等の不具合を可及的に抑制することができる。

また、本発明によれば、吸着ノズル先端部又は電子部品の底面と側面を撮像することができるので、例えば、これらの撮像データに基づいて吸着ノズルに対する電子部品の姿勢を検出することにより、プリント基板に対する電子部品の位置の補正量等を算出することができる。

さらに、本発明によれば、上記底面画像及び側面画像を同時に撮像することができるので、上記吸着ノズルに対する電子部品についての姿勢の検出をより高速に実行することができる。

請求項２に係る発明によれば、側方撮像手段により吸着ノズル又は電子部品の輪郭を撮像することができるので、例えば、電子部品が吸着されている場合には、吸着ノズル先端部と電子部品との境界部分を検出することができ、当該電子部品が吸着されているか否かを容易に検出可能な画像を得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、側面が明るくされた吸着ノズル先端部又は電子部品を撮像することができるので、例えば、側面に突起等の特徴部分を有する電子部品が吸着されている場合には、その特徴部分が明確とされた画像を得ることができる。

請求項４に係る発明によれば、複数の吸着ノズル先端部を一台の側方撮像手段により撮像することができるので、当該撮像手段に要するコストを低減することができ、低価格の表面実装機とすることができる。

請求項５に係る発明によれば、一台の側方撮像手段で複数の吸着ノズルを撮像する場合と比較して、側方撮像手段毎の負荷を低減させることができる。

請求項６に係る発明によれば、側面及び底面画像の両画像に基づいて電子部品が吸着されているか否かを検出するようにしているので、従来実行されていた電子部品の廃却動作をスキップして、電子部品の吸着動作を実行させることができ、実装作業をより高速に実行することができる。

つまり、従来においては、底面画像のみに基づいて部品吸着の有無を判定していたが、この判定では、底面画像からは判断できない姿勢で電子部品が吸着されている状態（例えば、電子部品が吸着ノズルの底面に直立しているため電子部品の輪郭が吸着ノズルの輪郭に隠れてしまっている状態）と電子部品が吸着されていない状態とを精緻に判断することが困難であったため、安全を期すために、上記判定で部品吸着がされていないと判定された場合には、当該吸着ノズルをバケット等の上方位置まで移動して、当該吸着ノズルに直立しているかもしれない電子部品を廃棄する廃棄動作が実行されていたが、請求項６の発明では、側面画像により上記直立姿勢をも検出することができるので、より確実に部品吸着の有無を判定することができ、これにより廃却動作をスキップすることができる。

請求項７に係る発明によれば、吸着された電子部品がＢＧＡである場合に、透過用照明手段の消灯することができるので、透過用照明手段を点灯した状態でＢＧＡの側面及び底面を撮像したときにそのボール上突起で反射した反射光により、当該ＢＧＡの輪郭等が明確に認識できない等の不具合を抑制することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る表面実装機の部分平面図であり、図２は、図１に示す表面実装機の一部を省略して示す側面断面図であり、図３は、図１に示す表面実装機の一部を省略して示す正面断面図である。

表面実装機は、主に各部機構の作動によってプリント基板Ｐに電子部品Ｃ（ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品：図９（ａ）参照）を実装する本体機構部１と、その作動を制御するコントローラ（制御手段）３０（図４参照）とからなる。

本体機構部１は、基台２等からなる実装機本体と、この実装機本体に対して移動可能なヘッドユニット（ノズル保持部材）３とを有している。

上記基台２上には、プリント基板搬送用のコンベア４が配置され、このコンベア４は、上部に載置されたプリント基板Ｐを搬送して所定の装着作業位置（図１に示された位置）で停止させるようになっている。

上記コンベア４の両側には、部品供給部５が配置され、これら部品供給部５には、多数列のテープフィーダ５ａが設けられている。

各テープフィーダ５ａは、電子部品Ｃを所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように各々構成されており、ヘッドユニット３が取出可能となるように電子部品Ｃを間欠的に繰り出すようになっている。

なお、本実施形態では、各テープフィーダ５ａとともに、その列の端に並べられたバケット６が、上記基台２上に設けられている。このバケット６は、上方に開口する箱部材であり、詳しくは後述するが、実装動作中に廃却対象と認識されて搬送された電子部品Ｃを収容するようになっている。

上記ヘッドユニット３は、基台２の上方に配置されているとともに上記部品供給部５とプリント基板Ｐの装着作業位置とにわたって移動可能とされている。

具体的に、ヘッドユニット３は、プリント基板Ｐの表面と略平行する平面上で互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿って移動可能とされている。

すなわち、基台２上には、Ｙ軸方向の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ８により駆動されるボールねじ軸９とが配設されている。そして、固定レール７上には、ヘッドユニットの支持部材１０が配置され、この支持部材１０に設けられたナット部１０ａが上記ボールねじ軸９に螺合している。

さらに、上記支持部材１０には、Ｘ軸方向のガイド部材１１と、Ｘ軸サーボモータ１２により駆動されるボールねじ軸１３とが配設され、上記ガイド部材１１にヘッドユニット３が移動可能に保持され、このヘッドユニット３に設けられたナット部（図示せず）が上記ボールねじ軸１３に螺合している。

したがって、Ｙ軸サーボモータ８の駆動により上記支持部材１０がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１２の駆動によりヘッドユニット３が支持部材１０に対してＸ軸方向に移動することになり、この機構により、ヘッドユニット３のＸ軸及びＹ軸方向に沿った移動が実現されている。

本実施形態において、上記ヘッドユニット３には、先端に吸着ノズル１４を備えた６個の実装用ヘッド１５がＸ軸方向に沿って一列に並んで設けられている。

また、ヘッドユニット３には、Ｚ軸サーボモータ１６と、このＺ軸サーボモータ１６により回転駆動されるＺ軸ボールねじ軸１７とが、各実装用ヘッド１５に対して各々設けられている。

そして、各実装用ヘッド１５に相対回転可能な状態で取り付けられているナット部材１８が、各々Ｚ軸ボールねじ軸１７に螺合し、このボールねじ軸１２４がＺ軸サーボモータ１６により回転駆動され、それによって実装用ヘッド１５が上下方向に移動するようになっている。

上記ヘッドユニット３には、実装用ヘッド１５を軸回り（Ｒ軸回り）に回転させる回転機構１９が、それぞれ実装用ヘッド１５に対応して設けられている。

これら回転機構１９は、Ｒ軸サーボモータ２７（図４参照）にそれぞれ接続されており、このＲ軸サーボモータ２７の回転駆動に応じて実装用ヘッド１５をそれぞれＲ軸回りに回転させるようになっている。

さらに、ヘッドユニット３の下端部には、上記支持部材１０から離間する方向へ延びる保持部２０が形成されており、この保持部２０は、各実装用ヘッド１５を挿通状態で支持している。

また、保持部２０は、その先端部が下方へ突出しており、この突出部の先端部には、各実装用ヘッド１５の側面に光を照射する側方照明（透過用照明手段）２１が取り付けられている。この側方照明２１は、図３に示すように、各吸着ノズル１４に対応して６個配設されている。

一方、上記支持部材１０には、カメラ支持部２２が垂下され、このカメラ支持部２２の下端部には、側方カメラ（側方撮像手段）２３が取り付けられている。なお、側方照明２１と側方カメラ２３とは、Ｙ軸方向において吸着ノズル１４を挟んで対向する位置に配置されている。

上記側方カメラ２３は、ラインセンサやエリアセンサ等からなり、吸着ノズル１４を側方から撮像するものであり、上記側方照明２１の照明条件下において、吸着ノズル１４の下端部及びその周辺範囲について透過画像を得ることが可能となっている（図９参照）。

さらに、上記側方カメラ２３のＸ軸方向の位置に対応して、基台２には、吸着ノズル１４を下方から撮像する下方撮像部２４が設けられている。

下方撮像部２４は、図３に示すように、下方カメラ（底面撮像手段）２５と、この下方カメラ２５の撮像範囲を取り囲みつつ上方へ広がって配置された複数のＬＥＤからなるドーム状の下方照明（下方照明手段）２６とを備え、上方を通過する吸着ノズル１４又は吸着された電子部品Ｃの底面について、反射画像を得ることが可能となっている（図９参照）。

また、下方撮像部２４は、上記側方カメラ２３とＸ軸方向について同じ位置となるように位置決めされているので、各吸着ノズル１４のＹ軸位置を下方カメラ２５に位置合わせした状態で、ヘッドユニット３を支持部材１０（Ｘ軸方向）に沿って移動させることにより、両カメラ２３、２５の撮像範囲に対して各吸着ノズル１４を同時に通過させることができ、さらに各吸着ノズル１４について連続して通過させることができる。

そのため、上記撮像範囲の通過時に、それぞれ両カメラ２３、２５の撮像を実行すれば、各吸着ノズル１４について、連続して側面画像及び底面画像を同時に得ることができる。

次に、本実施形態における制御系統について図４を参照して説明する。

コントローラ３０は、本体機構部１の内部の適所に設けられ、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、初期設定等を記憶しているＲＯＭ、装置動作中の様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成されている。

また、コントローラ３０は、軸制御手段３１と、撮像装置制御手段３２と、画像メモリ３３と、搭載情報記憶手段３４と、比較情報記憶手段３５と、演算手段３６とを備えている。

なお、上記コントローラ３０には、表示装置３７が接続され、この表示装置３７は、上記演算手段３６の指示に応じて実装機の駆動状態等を表示可能に構成されている。

軸制御手段３１は、上記Ｙ軸サーボモータ８、Ｘ軸サーボモータ１２、Ｚ軸サーボモータ１６（第１ヘッドＺ軸サーボモータ〜第６ヘッドＺ軸サーボモータ）、及びＲ軸サーボモータ２７（第１ヘッドＲ軸サーボモータ〜第６ヘッドＲ軸サーボモータ）の駆動を制御するようになっている。

撮像装置制御手段３２は、側方カメラ２３、下方カメラ２５、側方照明２１、及び下方照明２６の動作を制御するようになっている。

画像メモリ３３は、側方カメラ２３及び下方カメラ２５での撮像により得られた画像データを格納するようになっている。

搭載情報記憶手段３４は、プリント基板Ｐ上に実装する電子部品Ｃに関する情報を記憶するものであって、どのような種類の電子部品Ｃをプリント基板Ｐのどの個所に、どのような順序で実装するか等の情報を記憶するようになっている。

比較情報記憶手段３５は、以下に説明する処理で実測値と比較することを要する規定値（例えば、後述する輝点についてのしきい値）等を記憶している。

演算手段３６は、ＣＰＵ等のような演算機能を有するものであり、上記搭載情報記憶手段３４に記憶されている電子部品Ｃの実装順序等に応じて、軸制御手段３１や撮像装置制御手段３２を制御して、以下に説明する実装処理を実行するようになっている。

特に、演算手段３６は、上記比較情報記憶手段３５に記憶されている輝度のデータと、実際に撮像された画像データに基づいて算出された輝度とを比較して、吸着ノズル１４に輝点があるか否かを判定し、この判定結果に応じて以降の処理を適宜選択して実行するようになっている。

次に、図５に基づいて、上記コントローラ３０により実行される処理について説明する。

まず、電子部品Ｃの吸着に際し、対象となる吸着ノズル１４を選定するためのカウンタＮ１を１（初期値）とし（ステップＳ１）、Ｎ１番目の吸着ノズル１４を部品供給部５上に配置して、当該吸着ノズル１４により電子部品Ｃを吸着する（ステップＳ２）。

次いで、上記部品吸着の処理が６本全ての吸着ノズル１４について実行されたか否かを判定し（ステップＳ３）、ここで、未だ実行していない吸着ノズル１４がある場合（ステップＳ３でＮＯ）には、上記カウンタＮ１に１を加算して（ステップＳ４）、上記ステップＳ２を繰り返し実行する。

一方、全ての吸着ノズル１４について部品吸着の処理が完了したと判定されると（ステップＳ３でＹＥＳ）、吸着されている電子部品Ｃの種類判別に際し、対象となる吸着ノズル１４を選定するためのカウンタＮ２を１（初期値）とする（ステップＳ５）。

次いで、Ｎ２番目の吸着ノズル１４に吸着されている電子部品ＣがＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ：下面にボール状の突起を有する部品）であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

ここで、吸着された電子部品ＣがＢＧＡではないと判定されると（ステップＳ６でＮＯ）、当該吸着ノズル１４に対応する側方照明２１を点灯する（ステップＳ７）。

このステップＳ７を実行した場合、及び吸着されている電子部品ＣがＢＧＡであると判定された場合（ステップＳ６でＹＥＳ）には、次いで、Ｎ２番目の吸着ノズル１４に吸着されている電子部品Ｃについて底面画像及び側面画像を撮像する（ステップＳ８）。

なお、吸着された電子部品ＣがＢＧＡの場合に、側方照明２１の消灯状態を維持させているのは、側方照明２１を点灯した状態でＢＧＡの側面及び底面を撮像したときにそのボール状突起で反射した照明光により、当該ＢＧＡの輪郭等が明確に検出できない等の不具合を抑制するためである。

次いで、全６本の吸着ノズル１４について電子部品Ｃの撮像が完了したか否かを判定し（ステップＳ９）、ここで、未だ撮像していない電子部品Ｃがあると判定されると（ステップＳ９でＮＯ）、上記カウンタＮ２に１を加算して（ステップＳ１０）、上記ステップＳ６を繰り返し実行する。

つまり、上記ステップＳ５〜Ｓ１０では、各吸着ノズル１４に吸着された電子部品Ｃ毎に側方照明２１を点灯させるか否かを判定しつつ、各吸着ノズル１４が下方カメラ２５の撮像範囲を通過するように支持部材１０をＹ軸方向に変位させるとともに、ヘッドユニットをＸ軸方向に駆動させることにより、吸着ノズル１４毎に側面及び底面画像を同時に撮像し、これを各吸着ノズルについて連続して実行している。

そして、上記ステップＳ９で全ての吸着ノズル１４について撮像が完了したと判定されると（ステップＳ９でＹＥＳ）、次いで、電子部品Ｃの吸着状態を検知する吸着状態検知処理Ｔを実行する。

図６は、図５の吸着状態検知処理Ｔを示すフローチャートである。

吸着状態検知処理Ｔでは、まず、電子部品Ｃの吸着状態を検知するのに際し、対象となる吸着ノズル１４を選定するためのカウンタＮ３を１（初期値）に設定する（ステップＴ１）。

次いで、Ｎ３番目の吸着ノズル１４に吸着されている電子部品Ｃの底面画像に基づいて、当該底面に輝点があるか否かを判定する（ステップＴ２）。

なお、このステップＴ２では、上記比較情報記憶手段３５に記憶されている部品種類毎の輝点しきい値と、底面画像における輝点とを比較することにより、輝点の有無を判定することになる。

具体的に、上記輝点しきい値には、輝点の面積、輝点における最大輝度等の上限値が設定されており、上記底面画像に対して所定の画像処理を施すことにより得られた輝点の面積実測値及び輝度実測値等が、上記上限値を超えている場合に、輝点ありと判定するようになっている。

このような処理に基づき、底面に輝点があると判定されると（ステップＴ２でＹＥＳ）、Ｎ３番目の吸着ノズル１４の側面画像に基づいて、当該吸着ノズル１４に電子部品Ｃが吸着されているか否かを判定する（ステップＴ３）。

ここで、電子部品Ｃが吸着されていないと判定されると（ステップＴ３でＮＯ）、Ｎ３番目の吸着ノズル１４の底面が汚れているものとして、その旨を上記表示装置３７により作業者へ報知する（ステップＴ４）。

つまり、底面画像において輝点が検出される場合（ステップＴ２でＹＥＳ）、通常では、電子部品Ｃの底面に形成された突起に対する下方照明２６の反射光であると判断することができるが、この状態でさらに電子部品Ｃが吸着されていないと判定された場合（ステップＴ３でＮＯ）には、図８に示すように、吸着ノズル１４の底面に付着した半田Ｈ等の付着物が下方照明２６の光を反射しているものと判定することができる。

そして、吸着ノズル１４の汚れを報知すると、図略の入力装置による作業者の確認応答を待機して（ステップＴ５）、例えば、Ｎ３番目の吸着ノズル１４による実装作業をスキップする旨の入力がされると（ステップＴ５でＹＥＳ）、上記カウンタＮ３に１を加算して（ステップＴ６）、上記ステップＴ２を繰り返し実行する。

一方、上記ステップＴ２で輝点がないと判定されると、当該Ｎ３番目の吸着ノズル１４の側面画像に基づいて、電子部品Ｃが吸着されているか否かを判定する（ステップＴ７）。

このステップＴ７で、電子部品Ｃが吸着されていないと判定された場合、すなわち、当該Ｎ３番目の吸着ノズル１４が、汚れもなく、電子部品Ｃも吸着していない状態（図９（ａ）参照）であることが判明した場合には、当該吸着ノズル１４の吸着動作を再び実行する（ステップＴ８）。

電子部品Ｃの吸着動作が完了すると、上記と同様に、Ｎ３番目の吸着ノズル１４について底面及び側面画像を撮像して（ステップＴ９）、上記ステップＴ２を繰り返し実行する。なお、上記ステップＴ９では、前回撮像された底面及び側面画像を、今回撮像されたものに更新する処理も実行される。

一方、上記ステップＴ７で電子部品Ｃが吸着されていると判定された場合、すなわち、当該Ｎ３番目の吸着ノズル１４に電子部品Ｃが吸着されているものの、当該電子部品Ｃを底面画像に基づいて認識できない場合（図９（ｂ）のように吸着ノズル１４の底面に電子部品Ｃが直立してしまっている場合等の吸着不良の場合）には、当該電子部品Ｃを廃却する動作を実行する（ステップＴ１０）。

ここで、廃却動作とは、上記ステップＴ７で廃却対象と判定された電子部品Ｃをバケット６（図１参照）の上方まで搬送し、ここで吸着ノズル１４から電子部品Ｃを離脱させる動作のことである。

上記廃却動作が完了すると、側方カメラ２３の撮像範囲に入るようにＮ３番目の吸着ノズル１４の高さ調整を実行するとともに、ヘッドユニット３を駆動して、Ｎ３番目の吸着ノズル１４の側面画像を撮像し（ステップＴ１１）、この側面画像に基づいて、Ｎ３番目の吸着ノズル１４から電子部品Ｃが離脱しているか否か（電子部品Ｃの有無）を判定する（ステップＴ１２）。

ここで、電子部品Ｃありと判定されると（ステップＴ１２でＮＯ）、上記ステップＴ１０を繰り返し実行する一方、電子部品Ｃなしと判定されると（ステップＴ１２でＹＥＳ）、上記ステップＴ８の吸着動作を実行する。すなわち、上記ステップＴ１２では、吸着ノズル１４の吸着不良の電子部品Ｃについて持ち帰り検出を実行することができる。

一方、上記ステップＴ３でＮ３番目の吸着ノズル１４に電子部品Ｃが吸着されていると判定された場合、すなわち、底面及び側面画像の双方で電子部品Ｃの存在が認識された場合には、当該電子部品Ｃが吸着ノズル１４に正規の姿勢で吸着されているか否かを判定する（ステップＴ１３）。

このステップＴ１３では、Ｎ３番目の吸着ノズル１４の撮像データに基づいて算出された電子部品Ｃの寸法等のデータから電子部品Ｃの姿勢を判定することになる。

この判定で、吸着姿勢が異常であると判定された場合（ステップＴ１３でＮＯ）、例えば、図９（ｃ）のように吸着ノズル１４に対して電子部品Ｃが傾斜している場合には、上記ステップＴ１０を実行する。

なお、吸着姿勢が異常である電子部品Ｃ（すなわち、吸着不良の電子部品Ｃ）とは、上記図９（ｃ）のように吸着ノズル１４に対する電子部品Ｃの姿勢が不適当な場合だけでなく、吸着対象ではない種類の電子部品Ｃを吸着してしまった場合等が挙げられる。

一方、吸着姿勢が正常であると判定された場合（ステップＴ１３でＹＥＳ）、つまり、図９（ｄ）のような姿勢であると判定された場合には、Ｎ３番目の吸着ノズル１４についての底面及び側面画像から当該吸着ノズル１４と電子部品Ｃとの位置ずれ量を検出し、これに基づき、当該電子部品Ｃの基板Ｐに対する位置補正量（すなわち、ヘッドユニット３の移動距離についての補正量）を算出する（ステップＴ１４）。

次いで、全吸着ノズル１４について吸着状態の検知が完了したか否かを判定し（ステップＴ１５）、ここで、未だ完了していない吸着ノズル１４があると判定されると（ステップＴ１５でＮＯ）、上記カウンタＮ３に１を加算して（ステップＴ１６）、上記ステップＴ２を繰り返し実行する。

一方、上記ステップＴ１５で全ての吸着ノズル１４について吸着状態の検知が完了したと判定されると、当該処理は、図５のメインルーチンへ移行する。

図５を参照して、上記吸着状態検知処理Ｔが終了すると、次いで、部品実装処理Ｕが実行される。

図７は、図５に示す部品実装処理を示すフローチャートである。

部品実装処理Ｕでは、まず、上記ヘッドユニット３の移動距離についての補正値に基づいて、各吸着ノズル１４を実装位置へ移動させるとともに、Ｚ軸サーボモータ１６を駆動して吸着ノズル１４を下降させることにより当該電子部品Ｃを実装し、この動作を吸着ノズル１４毎に順次実行する（ステップＵ１）。

電子部品Ｃを実装すると、側方カメラ２３の撮像範囲に入るように各吸着ノズル１４の高さ位置を調整し、当該吸着ノズル１４の側面画像を撮像する（ステップＵ２）。

次いで、吸着ノズル１４による電子部品Ｃの持ち帰りを検知するのに際し、対象となる吸着ノズル１４を選定するためのカウンタＮ４を１（初期値）に設定する（ステップＵ３）。

そして、上記側面画像に基づいて、Ｎ４番目の吸着ノズル１４に電子部品Ｃが残っているか否か（電子部品Ｃを持ち帰っているか否か）を判定する（ステップＵ４）。

このステップＵ４で、電子部品Ｃが残っていると判定されると、上記表示装置３７により未実装エラーが生じた旨を作業者へ報知し（ステップＵ５）、この報知について作業者の確認応答があるのを待機する（ステップＵ６）。

ここで、作業者により、例えば、Ｎ３番目の吸着ノズル１４について再度部品の吸着動作を実装させる旨の入力があると（ステップＵ６でＹＥＳ）、上記吸着状態検知処理ＴのステップＴ１０の廃却動作を実行する。

上記ステップＵ４で、電子部品Ｃが残っていないと判定されると、全ての吸着ノズル１４について、上記持ち帰り検知が完了したか否かが判定され（ステップＵ７）、未だ持ち帰り検知を実行していない吸着ノズル１４があると判定されると（ステップＵ７でＮＯ）、上記カウンタＮ４に１を加算して（ステップＵ８）、上記ステップＵ４を繰り返し実行する。

一方、全ての吸着ノズル１４について、持ち帰り検知が完了したと判定されると（ステップＵ７でＹＥＳ）、図５のメインルーチンに移行する。

再び図５を参照して、上記部品実装処理Ｕが終了すると、次いで、プリント基板Ｐに対する電子部品Ｃの実装が全て終了したか否かが判定される（ステップＳ１１）。

ここで、全電子部品Ｃについて実装が完了していないと判定されると（ステップＳ１１でＮＯ）、上記ステップＳ１を繰り返し実行する一方、全電子部品Ｃの実装が完了したと判定されると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、当該処理を終了する。

なお、本実施形態では、各吸着ノズル１４に対応して複数の側方照明２１を配設するようにしているが、これに代えて又は加えて、図１０に示すように、支持部材１０側に一台の側方照明（反射用照明手段）２１ａを配置した構成とすることもできる。このようにすれば、各吸着ノズル１４の側面について、反射画像を得ることができる。

さらに、上記実施形態では、支持部材１０に対して側方カメラ２３を取り付けているが、これに代えて、各吸着ノズル１４に対応した複数の側方カメラ２３をヘッドユニット３に配設することもできる。

この実施形態では、各側方カメラ２３と各吸着ノズル１４とが相対変位することがないので、これら側方カメラ２３には、エリアセンサを使用することになる。

さらにこの実施形態においても、側方照明については、図３に示すようにヘッドユニット３に複数設けたもの（符号２１）、又は図１０に示すように支持部材１０に一台設けたもの（符号２１ａ）の何れか若しくは双方を採用することができ、これら照明を適宜選択することにより、各吸着ノズル１４の側面画像について、透過又は反射画像を選択的に得ることができる。

以上説明したように、上記表面実装機によれば、側方カメラ２３をヘッドユニット３又は支持部材１０の少なくとも何れか一方に設けるようにしている。

そのため、側方カメラ２３を支持部材１０に設けた場合には、この支持部材１０（Ｘ軸）に沿ってヘッドユニット３を移動させることにより吸着ノズル１４を側方カメラ２３の撮像範囲へ移動させることができるので、上記撮像範囲と吸着ノズル１４との間の距離を長くともヘッドユニット３のＸ軸方向の移動範囲内に維持することができ、撮像に要するヘッドユニット３の移動最大距離を短くすることができる結果、吸着ノズル１４の側方から吸着ノズル１４先端部、さらには吸着されている場合の電子部品Ｃの検出を高速に実行することができる。

一方、側方カメラ２３をヘッドユニット３に設けた場合には、吸着ノズル１４と側方カメラ２３との双方がヘッドユニット３に固定されていることに伴い、側方カメラ２３を上記撮像範囲内に常に維持させることができるので、撮像するときのヘッドユニット３の移動が不要となり、吸着ノズル１４の側方からの検出を高速に実行することができる。

また、上記何れの場合であっても、側方カメラ２３を基台２上に設ける必要が無いので、基台２の面積を必要最小限の大きさにすることができ、コンパクトな表面実装機とすることができる。

さらに、上記表面実装機では、ヘッドユニット３を変位可能に支持する支持部材１０、及びヘッドユニット３自体に側方カメラ２３を設けるようにしているので、当該ヘッドユニット３の移動に伴う吸着ノズル１４と側方カメラ２３との干渉を回避することができる結果、吸着ノズル１４の破損等の不具合を可及的に抑制することができる。

透過光照射用の側方照明２１を備えた表面実装機によれば、側方カメラ２３により吸着ノズル１４又は電子部品の輪郭を撮像することができるので、例えば、電子部品Ｃが吸着されている場合には、吸着ノズル１４と電子部品Ｃとの境界部分を検出することができ、当該電子部品が吸着されているか否かを容易に検出可能な画像を得ることができる。

反射光照射用の側方照明２１ａを備えた表面実装機によれば、側面が明るくされた吸着ノズル１４又は電子部品Ｃを撮像することができるので、例えば、側面に突起等の特徴部分を有する電子部品Ｃが吸着されている場合には、その特徴部分が明確とされた画像を得ることができる。

吸着ノズル１４又は電子部品Ｃの側面及び底面を撮像するようにした表面実装機によれば、これら側面及び底面撮像データに基づいて吸着ノズル１４に対する電子部品Ｃの姿勢を検出することにより、プリント基板Ｐに対する電子部品Ｃの位置の補正量等を算出することができる。

このとき、電子部品Ｃの側面及び底面を略同時に撮像すれば、吸着ノズル１４に対する電子部品Ｃについての姿勢の検出をより高速に実行することができる。

支持部材１０に側方カメラ２３を設けた表面実装機によれば、複数の吸着ノズル１４を一台の側方カメラ２３により撮像することができるので、当該側方カメラ２３に要するコストを低減することができ、低価格の表面実装機とすることができる。

ヘッドユニット３に複数の側方カメラ２３を備えた表面実装機によれば、一台の側方カメラ２３で複数の吸着ノズル１４を撮像する場合と比較して、側方カメラ２３毎の負荷を低減させることができる。

側面及び底面画像に基づいて電子部品Ｃが吸着されているか否かを判定する（ステップＴ７：図６参照）ようにした表面実装機によれば、電子部品Ｃの廃却動作をスキップして、電子部品Ｃの吸着動作（ステップＴ１０）を実行させることができ、実装作業をより高速に実行することができる。

つまり、従来においては、底面画像のみに基づいて部品吸着の有無を判定していたが、この判定では、底面画像からは判断できない姿勢で電子部品Ｃが吸着されている状態（図９（ｂ）参照）と電子部品Ｃが吸着されていない状態（図９（ａ）参照）とを精緻に判断することが困難であったため、安全を期すために、上記判定で部品吸着がされていないと判定された場合には、当該電子部品Ｃをバケット６に廃却するようにしていたが、上記表面実装機では、側面画像により図９（ｂ）の状態をも検出することができるので、より確実に部品吸着の有無を判定することができ、これにより廃却動作をスキップすることができる。

なお、上記実施形態では、基台２に下方カメラ２５を設けた構成としているが、これに限定されることはなく、支持部材１０又はヘッドユニット３に対して下方カメラ２５を設けることも可能である。

具体的には、例えば、吸着ノズル１４の底面像を反射させるミラーと、このミラーに反射した吸着ノズル１４の底面像を撮像可能な下方カメラ２５とを、それぞれ支持部材１０又はヘッドユニット３に設けた構成とすることができる。

この構成においては、上記下方カメラ２５を支持部材１０又はヘッドユニット３に対して固定的に取り付ける一方、上記ミラーを、吸着ノズル１４の下方位置と下降動作中の吸着ノズル１４に干渉しない退避位置との間で、支持部材１０又はヘッドユニット３に対して相対変位自在取り付けることが好ましい。

なお、上記構成では、ミラーに反射した吸着ノズル１４の底面像を撮像するようにしているが、上記ミラーを省略することもできる。この場合には、吸着ノズル１４の下方位置と上記退避位置との間で相対変位自在となるように、支持部材１０又はヘッドユニット３に対して下方カメラ２５を取り付け、この下方カメラ２５によって吸着ノズル１４の底面を直接撮像することになる。

以上説明した構成によれば、上記側方カメラ２３だけでなく下方カメラ２５も、ヘッドユニット３、支持部材１０の少なくとも一方に設けることができる。

そのため、下方カメラ２５を支持部材１０に設けた場合には、この支持部材１０に沿ってヘッドユニット３を移動させることにより吸着ノズル１４を下方カメラ２５の撮像範囲（上記ミラーを撮像し得る範囲）へ移動させることができるので、上記撮像範囲と吸着ノズル１４との間の距離を長くともヘッドユニット３のＸ軸方向の移動範囲内に維持することができ、吸着ノズル１４先端部又は吸着されている電子部品Ｃの底面を撮像するのに要するヘッドユニット３の移動最大距離を短くすることができる結果、上記側方カメラ２３による側面画像だけでなく、底面画像も高速に得ることができる。

一方、下方カメラ２５をヘッドユニット３に設けた場合には、吸着ノズル１４と下方カメラ２５との双方がヘッドユニット３に固定されていることに伴い、下方カメラ２５を上記撮像範囲内に維持させることができるので、吸着ノズル１４先端部又は吸着されている電子部品Ｃの底面を撮像するときのヘッドユニット３の移動が不要となり、上記側方カメラ２３による側面画像だけでなく、底面画像も高速に得ることができる。

また、上記何れの場合であっても、上記側方カメラ２３だけでなく下方カメラ２５も基台２上に設ける必要が無くなるので、基台２の面積をより小さくすることができ、さらにコンパクトな表面実装機とすることができる。

なお、上記の構成においても、上記側方カメラ２３と同様に、各吸着ノズル１４に対して一対一対応で複数の下方カメラ２５をヘッドユニット３に設けることや、一台の下方カメラ２５を支持部材１０に設け、当該支持部材１０に対してヘッドユニット３が相対変位するときに、下方カメラ２５によって各吸着ノズル１４を撮像することができる。

さらに、上記ヘッドユニット３、支持部材１０のいずれか一方に対して、側方カメラ２３及び下方カメラ２５の双方を集中して設けることも可能である。これにより、製造時の組立て易さや、メンテナンス時の作業性を向上させることができる。

また、下方カメラ２５をヘッドユニット３又は支持部材１０に設けた場合であっても、上記実施形態と同様に、上記側方カメラ２３と下方カメラ２５とによって吸着ノズル１４又は吸着されている電子部品Ｃの底面及び側面画像を略同時に撮像することが可能である。

本発明に係る表面実装機の部分平面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１に示す表面実装機の一部を省略して示す正面断面図である。 図１の表面実装機のコントローラについて機能的構成を示すブロック図である。 図４のコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。 図５の吸着状態検知処理を示すフローチャートである。 図５の部品実装処理を示すフローチャートである。 半田等で汚れている吸着ノズルを示す図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は側面図である。 側方カメラ及び下方カメラにより側面及び底面画像を示す図であり、（ａ）は電子部品Ｃが吸着されていない吸着ノズルを示したもの、（ｂ）は吸着ノズル底面に電子部品が直立している状態、（ｃ）は電子部品が吸着ノズルに対して傾斜して吸着された状態、（ｄ）は電子部品が正規の姿勢で吸着ノズルに吸着されている状態をそれぞれ示している。 別の実施形態の表面実装機についての図３相当図である。

２ 基台
３ ヘッドユニット（ノズル保持部材）
１０ 支持部材
１４ 吸着ノズル
２１ 側方照明（透過用照明手段）
２１ａ 側方照明（反射用照明手段）
２３ 側方カメラ（側方撮像手段）
２５ 下方カメラ（底面撮像手段）
３０ コントローラ（制御手段）
Ｃ 電子部品
Ｐ プリント基板

Claims (7)

1. 電子部品を吸着する吸着ノズルを有するノズル保持部材が、プリント基板を載置する基台に対して相対変位することにより、上記吸着ノズルに吸着された電子部品をプリント基板上に実装するように構成された表面実装機であって、
   上記基台に載置されているプリント基板の表面と略平行な平面上で互いに直交する二軸の内、何れか一方の軸に沿って上記ノズル保持部材が変位自在となるように、当該ノズル保持部材を基台上に支持する支持部材と、
   上記ノズル保持部材及び支持部材の内、少なくとも何れか一方に設けられ、吸着ノズルの先端部を側方から撮像可能な側方撮像手段と、
   上記基台に設けられ、吸着ノズル先端部を下方から撮像可能な底面撮像手段とを備え、
   この底面撮像手段及び側方撮像手段は、吸着ノズルが電子部品の吸着位置からプリント基板上の実装位置まで移動する過程、又は吸着ノズルが上記実装位置から再び吸着位置まで移動する過程において、それぞれ吸着ノズルの先端部を略同時に撮像するように構成さ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、上記ノズル保持部材又は支持部材には、吸着ノズルを介して側方撮像手段と対向し、当該吸着ノズルの側面先端部に対して光を照射する透過用照明手段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又は２に記載の表面実装機において、上記ノズル保持部材又は支持部材には、側方撮像手段の撮像側から吸着ノズル先端部に対して光を照射する反射用照明手段が設けられていることを特徴とする表面実装機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の表面実装機において、上記ノズル保持部材には、複数の吸着ノズルが配設されている一方、上記側方撮像手段は支持部材に一台設けられ、この側方撮像手段及び底面撮像手段は、撮像対象となる吸着ノズル先端部の側面及び底面を略同時に撮像可能となるように、相互に位置決めされていることを特徴とする表面実装機。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の表面実装機において、上記ノズル保持部材には、複数の吸着ノズルが配設されている一方、上記側方撮像手段は、ノズル保持部材に設けられているとともに各吸着ノズルと一対一対応で配設された複数のエリアセンサであることを特徴とする表面実装機。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の表面実装機において、ノズル保持部材の駆動を制御する制御手段をさらに備え、この制御手段は、部品を吸着させた後に底面撮像手段及び側方撮像手段により撮像された吸着ノズル先端部の底面及び側面画像に基づいて、当該吸着ノズルに電子部品が吸着されているか否かを判定し、上記両画像において電子部品が吸着されていないと判定された場合に、当該吸着ノズルに対して改めて電子部品の吸着を実行させることを特徴とする表面実装機。
7. 請求項２〜６の何れかに記載の表面実装機において、上記プリント基板に実装する電子部品に関する情報を記憶する搭載情報記憶手段と、上記搭載情報記憶手段に記憶された情報に基づいて、上記吸着ノズルに吸着されている電子部品が下面にボール状の突起を有するＢＧＡであるか否かを判定するための種類判別手段とを備え、上記種類判別手段により上記吸着ノズルに吸着された部品がＢＧＡではないと判定された場合には当該吸着ノズルに対応する透過用照明手段を点灯する一方、上記吸着ノズルに吸着された部品がＢＧＡであると判定された場合には当該吸着ノズルに対応する透過用照明手段を消灯することを特徴とする表面実装機。
   

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