JP4701037B2 - 電子部品の画像取得方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子部品実装装置などにおいて、吸着ヘッドにより吸着された電子部品を撮像装置で撮像して電子部品の画像を取得する電子部品の画像取得方法及び装置に関するものである。

電子部品実装装置では、吸着ヘッドにより吸着した部品（電子部品）を基板上に搭載する前に、吸着部品を撮像装置で撮像し、撮像された画像から吸着部品の中心位置と傾きを認識する、いわゆる部品認識を行い、その認識結果に基づいて吸着ずれを補正して部品を基板の所定位置に正しい姿勢で搭載している。

このような構成で、撮像した部品の画像がピンぼけであると、部品認識を精度良く行えず、ひいては部品の搭載精度を悪くしてしまう。これに対して、下記の特許文献１に記載されたように、吸着ヘッドで吸着した部品を撮像する際に、予め登録された部品の厚さデータに基づいて、部品の被撮像面（下面）の位置を撮像装置の合焦面に一致させるように吸着ヘッドを位置決めする技術が提案されている。この技術によれば、撮像時に、部品の実際の厚さが予め登録された厚さと一致していれば、部品の被撮像面が合焦面に一致するので、撮像した部品の画像がピンぼけになることはない。
特許第２８０１３３１号公報

しかしながら、特許文献１のような技術では、撮像する部品の公差が大きく、部品の実際の厚さのバラツキが大きい場合は、撮像時に部品によって被撮像面の位置がばらついて撮像装置の合焦面に対してずれるので、ピンぼけが発生し、部品認識の精度が悪化してしまうという問題があった。

また、予め部品の厚さを登録する際に間違った値が登録され、その状態でエラーが発生せずに電子部品実装装置のシステムが運用されると、部品撮像時にピンぼけが発生する状態のままで部品認識が行われ、部品認識精度が悪化し、部品搭載精度が悪化してしまうという問題があった。

そこで本発明の課題は、電子部品の実際の厚さのバラツキ、ないしは予め登録された厚さと実際の厚さの違いにかかわらず、常に合焦状態で部品を撮像してシャープで適正な画像を取得することができる電子部品の画像取得方法及び装置を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明（請求項１）は、
吸着ヘッドの吸着ノズルにより吸着された電子部品を撮像装置で撮像して電子部品の画像を取得する画像取得方法であって、
前記吸着ヘッドは、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な方向において該吸着ノズルを挟んで対向配置されたレーザー発光部とレーザー受光部を備えており、
前記吸着ノズルは前記吸着ヘッドに対して該吸着ノズルの軸方向に移動可能であるとともに、前記レーザー発光部から前記レーザー受光部に向かって照射されるレーザー光は、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な一つの面内のレーザー光であり、
照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルの先端の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該吸着ノズルの先端により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ａと、照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品の下面の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該電子部品の下面により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ｂとを検知する工程と、
検知された前記下降量Ａおよび前記下降量Ｂから前記電子部品の厚さを算出する工程と、
前記算出された電子部品の厚さに応じて、前記電子部品の被撮像面が撮像装置の合焦面にくるように前記吸着ヘッドの位置または撮像装置の位置を制御する工程と、
を有することを特徴とする。

また、本発明（請求項２）は、
吸着ヘッドの吸着ノズルにより吸着された電子部品を撮像装置で撮像して電子部品の画像を取得する画像取得装置であって、
前記吸着ヘッドは、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な方向において該吸着ノズルを挟んで対向配置されたレーザー発光部とレーザー受光部を備えており、
前記吸着ノズルは前記吸着ヘッドに対して該吸着ノズルの軸方向に移動可能であるとともに、前記レーザー発光部から前記レーザー受光部に向かって照射されるレーザー光は、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な一つの面内のレーザー光であり、
照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルの先端の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該吸着ノズルの先端により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ａと、照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品の下面の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該電子部品の下面により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ｂとを検知する検知手段と、
検知された前記下降量Ａおよび前記下降量Ｂから前記電子部品の厚さを算出する算出手段と、
前記算出された電子部品の厚さに応じて、前記電子部品の被撮像面が撮像装置の合焦面にくるように前記吸着ヘッドの位置または撮像装置の位置を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、吸着ヘッドに吸着された電子部品の実測した厚さに基づいて、電子部品の被撮像面と撮像装置の合焦面の位置を一致させるようにしているので、電子部品の実際の厚さのバラツキ、ないしは予め登録された厚さと実際の厚さの違いにかかわらず、常に合焦状態で部品を撮像してシャープで適正な画像を取得することができる。従って、部品実装時の部品認識の精度が向上し、部品の基板上への搭載精度が向上する。また、電子部品の厚さデータを厳密に管理する必要がなくなり、その管理の負担を軽減することができるという優れた効果が得られる。

以下、添付した図を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは、吸着ヘッドに吸着された電子部品の画像を取得する画像取得装置を備えた電子部品実装装置における実施例を示す。

図１は、部品実装装置の機械的構成を概略的に示している。同図に示すように、部品実装装置１は、回路基板１０に実装される電子部品を供給する部品供給部１２と、中央部から少し後方で左右方向に延在する回路基板搬送路１５と、これらの上方に配設されたＸ軸移動機構２及びＹ軸移動機構３を備えている。

Ｘ軸移動機構２には、部品を吸着する吸着ノズル１３ａを備えた吸着ヘッド１３が搭載されており、Ｘ軸移動機構２により吸着ヘッド１３がＸ軸方向に移動される。また、Ｙ軸移動機構３により吸着ヘッド１３がＸ軸移動機構２と共にＹ軸方向に移動される。また、図１には、詳しく図示していないが、吸着ヘッド１３には、吸着ノズル１３ａをＺ軸方向（上下方向）に移動させるＺ軸移動機構と、θ軸（ノズル軸）を中心に回転させるθ軸回転機構が設けられている。

また、吸着ヘッド１３には、基板１０上の基板マークを撮像する撮像装置（ＣＣＤカメラなど）１７が搭載されており、基板マークを認識して基板の位置ずれを補正することができる。さらに、吸着ヘッド１３の下側（ノズル１３ａ側）には、レーザーユニット１４が設けられている。図２〜図４に示すように、レーザーユニット１４は、吸着ノズル１３ａを挟んで対向配置されたレーザー発光部１４ａとレーザー受光部１４ｂからなっている。

また、部品供給部１２の側部には、部品撮像装置（ＣＣＤカメラなど）１６が配置され、吸着ヘッド１３は、部品を吸着後、撮像装置１６の上方にきて、吸着ノズル１３ａで吸着された部品が撮像装置１６により撮像される。また、実装装置１の上部前面には、オペレーションモニター１８が設けられ、これにより実装装置１の操作を行うと共に、操作に関わる装置状態などの表示が行われる。

さらに、実装装置１の下部の本体内には制御部１９が設けられている。この制御部１９は、図２に示す実装装置の制御系におけるメイン制御装置２２と画像処理装置２１から構成される。

メイン制御装置２２のＣＰＵ２２１は、実装装置全体の制御を行うもので、吸着ヘッド１３を、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に移動させるＸ軸モータ２３，Ｙ軸モータ２４，Ｚ軸モータ２５の駆動を制御し、また吸着ノズル１３ａをθ軸を中心に回転させるθ軸モータ２６の駆動を制御する。また、メイン制御装置２２は、部品撮像時、部品を照明する照明装置２０の点灯、消灯を制御する照明コントローラ２２２、レーザーユニット１４のレーザー発光部１４ａのレーザー発光をオン、オフ制御するレーザー発光制御部２２３、並びに種々のデータを記憶するメモリ２２４などを有する。

一方、画像処理装置２１では、撮像装置１６から出力される部品１１の画像信号（アナログ信号）が画像処理装置２１に入力され、Ａ／Ｄ変換器２１１によりデジタルの部品画像データにＡ／Ｄ変換され、画像メモリ２１２に格納される。画像処理装置２１には、部品１１の形状や、部品寸法、リード幅、リードピッチ、リード長さなど位置決めのためのデータや、吸着位置、搭載位置などのデータを部品ごとに記憶する部品データ記憶部２１５が設けられている。画像処理装置２１のＣＰＵ２１６は、メモリに記憶された部品認識プログラム２１４を読み出して実行し、部品データ記憶部２１５の部品データを用いて、画像メモリ２１２に格納された部品画像データを処理し、部品中心と部品傾きを算出する。作業用メモリ２１３は、この画像処理時の作業用のメモリとして用いられる。

上述した画像処理で算出した部品中心位置と部品傾きから部品の吸着ずれが計算され、このずれ量が、インターフェース２１７を介してメイン制御装置２２に送信される。メイン制御装置２２は、このずれ量をＸ軸モータ２３、Ｙ軸モータ２４、θ軸モータ２６の駆動時に反映させ、吸着ずれを補正して部品１１を基板１０上に搭載する。

本発明では、部品の厚さに応じた合焦制御を行うために、吸着ヘッド１３に取り付けられたレーザーユニット１４により部品の厚さを実測する。

レーザー発光部１４ａは、図３に示したように、吸着ヘッド１３の底部からＨ１下の所定高さの位置においてレーザー光１４ｃをレーザー受光部１４ｂに向かって水平に照射する。レーザー光１４ｃは、Ｚ方向の厚さが薄く（線状）Ｘ−Ｙ面内で２次元的に広がりを有する帯状のレーザー光、あるいは一本または複数のレーザービームとすることができる。レーザー受光部１４ｂは、レーザー光１４ｃを受光し、その受光量に応じた出力信号をメイン制御装置２２に出力する。メイン制御装置２２のＣＰＵ２２１は、レーザー受光部１４ｂからの出力信号を受信して、その信号変化を検出し、またＣＰＵ２２１は、Ｚ軸モータ２５の駆動量（回転量）を不図示のロータリーエンコーダーにより検出し、吸着ノズル１３ａの下降量を検出する。

このような構成で、部品１１の厚さの実測は、以下のように行われる。まず、図３のように、吸着ノズル１３ａに部品を吸着させていない状態で、Ｚ軸モータ２５を駆動して吸着ノズル１３ａを初期位置Ｈ２から順次下降させる。そして、ノズル１３ａの先端（下端）のＺ軸方向の位置がレーザー光１４ｃと一致してレーザー光１４ｃがその先端により遮光され、レーザー受光部１４ｂの出力信号の電圧が変化したときの吸着ノズル１３ａの初期位置Ｈ２からの下降量（Ｚ軸モータ２５の回転量）Ｚ１を検知し、これをメモリ２２４に記憶しておく。

次に、図４のように吸着ノズル１３ａに部品１１を吸着させた状態で、吸着ノズル１３ａを初期位置Ｈ２から順次下降させる。そして、部品１１の被撮像面（下面）の位置がレーザー光１４ｃと一致してレーザー光１４ｃが部品下面により遮光され、レーザー受光部１４ｂの出力が変化したときの吸着ノズル１３ａの初期位置Ｈ２からの下降量（Ｚ軸モータ２５の回転量）Ｚ２を検知し、その値をメモリ２２４に記憶する。そして、Ｚ１−Ｚ２を、部品１１の厚さの実測値として算出する。

次に、部品の吸着から搭載までの一連の動作を図６に示す流れに沿って説明する。

Ｘ軸モータ２３とＹ軸モータ２４を駆動して吸着ヘッド１３を部品供給部１２上に移動し、さらにＺ軸モータ２５を駆動して吸着ノズル１３ａを初期位置Ｈ２から下降させ、部品吸着動作に入る（ステップＳ１）。

吸着ノズル１３ａが下降して、レーザー光１４ｃがノズル先端により遮光されたときの吸着ノズル１３ａの下降量Ｚ１（図３）を検出し（ステップＳ２）、それをメモリ２２４に記憶する。

部品１１が吸着ノズル１３ａにより吸着されると、吸着ノズル１３ａは初期位置Ｈ２に戻り、吸着ヘッド１３は撮像装置１６の上方に移動され、図５に示したように、撮像装置１６の撮像軸が吸着ノズルの１３ａの軸心と一致する位置で停止する。このとき、撮像装置１６で撮影される被写体のピントが合う面（合焦面）は、初期位置Ｈ２からさらにＨ３だけ下方の位置にあるとする。

続いて、吸着ノズル１３ａを初期位置Ｈ２から下降させて、レーザー光１４ｃが部品１７の被撮像面（下面）により遮光されるときの吸着ノズル１３ａの下降量Ｚ２を検出し（ステップＳ４）、それをメモリ２２４に格納する。そして、Ｚ３＝Ｈ３−（Ｚ１−Ｚ２）を演算し、吸着ノズル１３ａが、初期位置Ｈ２からＺ３だけ下降したときに、吸着ノズル１３ａの下降を停止する。この過程で、部品の厚さ（Ｚ１−Ｚ２）に応じて吸着ノズル１３ａの下降量が制御されており、吸着ノズル１３ａが停止したときには、部品１１の被撮像面は、撮像装置１６の合焦面に一致している（ステップＳ５）。

次に、照明装置２０を点灯させて吸着した部品１１を照明し、撮像装置１６で部品１１を撮像する（ステップＳ６）。

撮像された部品１１の画像は画像処理装置２１に入力され、画像処理装置２１で、公知の方法で画像処理され、部品１１の中心位置と傾きが算出される（ステップＳ７）。

メイン制御装置２２は、この算出結果に基づいてＸ軸モータ２３、Ｙ軸モータ２４、及びθ軸モータ２６の駆動を制御し、吸着ずれ量の補正を行なって部品１１を回路基板１０上に搭載する（ステップＳ８）。

以上のように、本実施例によれば、部品１１の実際の厚さのバラツキ、ないしは予め登録された厚さと実際の厚さの違いにかかわらず、常に部品１１を合焦状態で撮像してシャープで適正な画像を取得することができ、部品認識の精度を向上させることができる。

なお、以上の実施例では、部品吸着時の最初の吸着ノズルの下降動作により、レーザー光がノズル先端により遮光されるときの吸着ノズルの下降量Ｚ１を測定しているが、吸着動作に入る前の時点で、予め下降量Ｚ１を測定するようにしてもよい。また、一回下降量Ｚ１を測定すれば、その値がメモリに格納されるので、吸着動作ごとに、下降量Ｚ１を測定する必要はない。

また、上述した実施例では、吸着ノズル１３ａの下降動作に基づいて、部品厚さを測定しているが、吸着ノズル１３ａを、一旦レーザー光１４ｃの投光面より下方の位置に移動させ、その位置から吸着ノズル１３ａを上方に移動させ、吸着ノズル先端及び部品の下面がレーザー光１４を横切るときの吸着ノズル１３ａの上昇量を検出して部品厚さを測定するようにしてもよい。

また、吸着ノズル１３ａに部品を吸着した状態で、吸着ノズルを下降あるいは上昇させ、部品の下面と部品の上面（吸着ノズル先端に相当）が、それぞれレーザー光１４を横切る時間を測定し、その時間差と吸着ノズルの昇降速度（一定とする）を乗算することによっても、部品厚さを測定することができる。

また、２次元的な撮像装置により、吸着ノズル１３に吸着された部品１１の厚さより大きなＺ軸方向の範囲を撮像することにより、その画像から部品厚さを直接計測するようにしてもよい。

なお、比較的精度が必要とされないチップ部品などでは、吸着ヘッドに取り付けれらたレーザーユニットで帯状のレーザー光を生成し、この帯状のレーザー光内で吸着ノズルに吸着された部品を回転させ、その部品の影の変化を見て、部品認識が行われる。従って、このレーザーユニットを用いて、上述した部品厚さの検出を行うと、新たな部品を追加することなく、部品の厚さを測定することができる。

また、撮像装置１６をＺ軸方向に移動させる手段を設け、図６のステップＳ５において、吸着した部品１１をＺ軸方向に移動させる代わりに撮像装置１６を部品厚さに応じてＺ軸方向に移動してその合焦面と部品１１の被撮像面を一致させるようにすることもできる。

本発明が用いられる電子部品実装装置の機械的構成を概略的に示した斜視図である。 同装置の制御系の構成を示すブロック図である。 同装置で吸着ノズルに吸着された電子部品の厚さを実測する動作の説明図である。 電子部品の厚さを実測する動作の説明図である。 電子部品の被撮像面を撮像装置の合焦面に一致させる動作の説明図である。 部品の吸着から搭載までの動作の制御手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１ 電子部品実装装置
２ Ｘ軸移動機構
３ Ｙ軸移動機構
１０ 回路基板
１１ 電子部品
１２ 部品供給部
１３ 吸着ヘッド
１３ａ 吸着ノズル
１４ レーザーユニット
１６ 部品撮像装置
２０ 照明装置
２１ 画像処理装置
２２ メイン制御装置
２２１ ＣＰＵ
２３ Ｘ軸モータ
２４ Ｙ軸モータ
２５ Ｚ軸モータ
２６ θ軸モータ

Claims (2)

1. 吸着ヘッドの吸着ノズルにより吸着された電子部品を撮像装置で撮像して電子部品の画像を取得する画像取得方法であって、
   前記吸着ヘッドは、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な方向において該吸着ノズルを挟んで対向配置されたレーザー発光部とレーザー受光部を備えており、
   前記吸着ノズルは前記吸着ヘッドに対して該吸着ノズルの軸方向に移動可能であるとともに、前記レーザー発光部から前記レーザー受光部に向かって照射されるレーザー光は、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な一つの面内のレーザー光であり、
   照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルの先端の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該吸着ノズルの先端により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ａと、照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品の下面の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該電子部品の下面により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ｂとを検知する工程と、
   検知された前記下降量Ａおよび前記下降量Ｂから前記電子部品の厚さを算出する工程と、
   前記算出された電子部品の厚さに応じて、前記電子部品の被撮像面が撮像装置の合焦面にくるように前記吸着ヘッドの位置または撮像装置の位置を制御する工程と、
   を有することを特徴とする電子部品の画像取得方法。
2. 吸着ヘッドの吸着ノズルにより吸着された電子部品を撮像装置で撮像して電子部品の画像を取得する画像取得装置であって、
   前記吸着ヘッドは、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な方向において該吸着ノズルを挟んで対向配置されたレーザー発光部とレーザー受光部を備えており、
   前記吸着ノズルは前記吸着ヘッドに対して該吸着ノズルの軸方向に移動可能であるとともに、前記レーザー発光部から前記レーザー受光部に向かって照射されるレーザー光は、前記吸着ノズルの軸方向と垂直な一つの面内のレーザー光であり、
   照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルの先端の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該吸着ノズルの先端により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ａと、照射される前記レーザー光が前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品の下面の該吸着ノズルの軸方向の位置と一致して、該レーザー光が該電子部品の下面により遮光される時の該吸着ノズルの初期位置からの下降量Ｂとを検知する検知手段と、
   検知された前記下降量Ａおよび前記下降量Ｂから前記電子部品の厚さを算出する算出手段と、
   前記算出された電子部品の厚さに応じて、前記電子部品の被撮像面が撮像装置の合焦面にくるように前記吸着ヘッドの位置または撮像装置の位置を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする電子部品の画像取得装置。

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