JP4704218B2 - 部品認識方法、同装置および表面実装機 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドユニットに吸着された部品を実装に先立って認識するための部品認識方法及び同装置、並びに同装置を組み込んだ表面実装機に関するものである。

従来から移動可能なヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品（以下、部品と称す）を部品供給部から取り出してプリント基板上の所定位置に実装する表面実装機（以下、実装機と称す）が一般的に知られている。

この種の実装機では、不良部品の選別や実装位置の補正等を行うため、部品の実装に先立って搬送途中の吸着部品についてカメラ等の撮像手段により撮像し画像認識を行っている。具体的には、撮像手段としてラインセンサを用いる場合、ラインセンサの画像素子が並ぶ方向を主走査方向、これと交差する方向を副走査方向とし、部品供給部から供給された部品をヘッドユニットに吸着させ、この吸着部品がラインセンサを横切るように前記ヘッドユニットを副走査方向に移動（認識走査）させて吸着部品の撮像を行っている（例えば特許文献１参照）。

供給された部品を吸着ヘッドによって吸着する部品吸着位置と、ラインセンサの画像中心とが主走査方向に位置ずれしている場合、主走査方向に移動させて吸着部品とラインセンサとの間の主走査方向の位置合わせをしてから副走査方向に移動させると、部品吸着してから部品を吸着したヘッドユニットがラインセンサを通過するまでに時間がかかってしまう。あるいは移動の初期において、主走査方向に移動させつつ同時に副走査方向にも移動させ、移動の中期においては主走査方向の移動を停止して主走査方向の位置合わせをするとともに、副走査方向には継続して移動させることも考えられるが、主走査方向の移動において加速減速を経て吸着部品をラインセンサの画像中心に位置合わせするには、加速度や減速度を小さくする必要があり、部品吸着位置とラインセンサとの間の副走査方向の距離が短いときには、副走査方向の移動速度を高められず、部品吸着してから部品を吸着したヘッドユニットがラインセンサを通過するまでに時間がかかってしまう。

そこで部品吸着位置と、ラインセンサの撮像中心とを主走査方向の位置を一致させ、副走査方向に一直線上に配置することが考えられる。これにより、ヘッドユニットが部品吸着後、部品吸着位置からそのまま副走査方向のみに加速し所定速度で移動させるだけで吸着部品の撮像ができるので、部品吸着してから部品を吸着したヘッドユニットがラインセンサを通過できるまでに時間を短縮させることができ、実装機の稼働効率を向上させることができる。
特開２００３−２１８５９２号公報

しかしながら、部品吸着位置とラインセンサの撮像中心とが副走査方向に一直線上になるように装置設備を設置した場合であっても、部品を吸着したヘッドユニットをそのまま副走査方向に移動させて部品認識することができない場合がある。すなわち、部品供給装置の設計誤差などによる部品供給位置のずれに応じて部品吸着位置を補正した場合等、部品吸着位置とラインセンサの撮像中心との位置関係がずれてしまう場合があり、このような場合には、ヘッドユニットの吸着ヘッドの軸中心が、ラインセンサの撮像中心を通る認識走査線上に位置するようにヘッドユニットを主走査方向に移動させる必要があり、上述したように、部品吸着してから部品を吸着したヘッドユニットがラインセンサを通過するまでに時間がかかってしまうため、結果として稼働効率の低下を招く要因となっていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、部品吸着位置とラインセンサの撮像中心との位置関係がずれてしまう場合であっても、部品認識動作の高速化を図り実装機の稼働効率を向上させることのできる部品認識方法、同装置および表面実装機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の部品認識方法は、部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットに部品を吸着させ、ラインセンサを有する撮像装置に対し副走査方向に前記ヘッドユニットを移動させることにより、吸着部品を撮像し部品認識処理を行う部品認識方法において、部品供給部から供給された部品を前記ヘッドにより吸着し、この部品吸着位置から前記ヘッドユニットをラインセンサに対して副走査方向に移動させた場合に、前記吸着部品全体が前記撮像装置によって撮像可能な主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断する判断処理を行い、前記判断処理により前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できると判断した場合には、主走査方向部品認識領域の中心位置に対して前記部品吸着位置が主走査方向にオフセットしている状態であっても、その状態を保ったまま前記ヘッドユニットを副走査方向に移動させることにより前記吸着部品を撮像して部品を認識するオフセット認識処理を行うことを特徴としている。

また、上記課題を解決するために、本発明の部品認識装置は、部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットと、部品を供給する部品供給部と、前記ヘッドユニットに吸着された吸着部品を撮像するラインセンサを有する撮像装置と、前記ラインセンサに対して前記ヘッドユニットを副走査方向に移動させる駆動手段と、これらを統括制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記部品供給部から供給された部品を前記ヘッドにより吸着させるとともに、この部品吸着位置から前記ヘッドユニットをラインセンサに対して副走査方向に移動させた場合に、前記吸着部品全体が前記撮像装置によって撮像可能な主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断する判断処理を行い、前記判断処理により前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できると判断した場合には、主走査方向部品認識領域の中心位置に対して前記部品吸着位置が主走査方向にオフセットしている状態であっても、その状態を保ったまま前記ヘッドユニットを副走査方向に移動させることにより前記吸着部品を撮像して部品を認識するオフセット認識処理を行うことを特徴としている。

また、上記課題を解決するために、本発明の表面実装機は、部品吸着用のヘッドを有する移動可能なヘッドユニットにより部品を吸着して基板上の所定位置に実装する表面実装機において、上記部品認識装置を備えたことを特徴としている。

この部品認識方法、同装置および表面実装機によれば、前記部品供給部から供給された部品を吸着する吸着位置からヘッドユニットを撮像装置（ラインセンサ）に対して副走査方向に移動させた場合に、吸着部品が主走査方向部品認識領域内を通過できる場合には、主走査方向部品認識領域の中心位置に対して前記部品吸着位置が主走査方向にオフセットしている状態であっても、その状態を保ったままヘッドユニットを副走査方向に移動させるため、従来のように、部品吸着位置がラインセンサの撮像中心を通る認識走査線上に位置するように、主走査方向にヘッドユニットを移動させる必要がない。したがって、部品吸着位置を認識走査線上に位置するように移動させる時間を短縮できるため、部品認識動作の高速化を図ることができる。

また、前記オフセット認識処理は、前記判断処理において副走査方向にヘッドユニットを移動させることにより前記吸着部品の全体又はその一部が前記主走査方向部品認識領域内を通過できないと判断した場合には、前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるオフセット認識可能位置に前記吸着部品が位置するように前記ヘッドユニットを移動させ、そのオフセット認識可能位置から副走査方向にヘッドユニットを移動させることにより吸着部品を撮像して認識することが好ましい。

この構成によれば、ヘッドユニットを副走査方向に移動させると吸着部品が主走査方向部品認識領域内を通過できない場合には、前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるオフセット認識可能位置までヘッドユニットを移動させてから副走査方向に認識走査させることによって吸着部品の認識が行われる。したがって、従来のように、ラインセンサの撮像中心位置（主走査方向部品認識領域の中心位置）を通る認識走査線上までヘッドユニットを移動させて部品認識を行う必要がなく、ヘッドユニットを認識走査線上に位置するように移動させる時間を短縮でき、部品認識動作の高速化を図ることができる。

また、前記判断処理の具体的な態様としては、前記判断処理は、前記部品吸着位置と、前記主走査方向部品認識領域の中心位置との位置関係から主走査方向のオフセット量を算出し、このオフセット量に基づいて吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断する構成としてもよい。

また、前記部品認識処理は、前記判断処理により、前記主走査方向部品認識領域の中心位置と吸着部品の中心位置とを一致させた状態から、前記吸着部品を主走査方向に移動させた場合に前記吸着部品が前記主走査方向部品認識領域内に含まれる移動量の限界値であるオフセット限界値を算出し、このオフセット限界値に基づいて吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断するとともに、前記オフセット認識可能位置は、主走査方向部品認識領域の中心位置から主走査方向にオフセット限界値分移動した位置に設定されるように構成してもよい。

この構成によれば、吸着部品が部品領域内を通過できるか否かを判断できるとともに、主走査方向におけるオフセット認識可能位置までの移動距離が最小となるため、より効果的に部品認識動作の高速化を図ることができる。

本発明の部品認識方法、同装置および表面実装機によれば、部品吸着位置と撮像装置の撮像中心位置との位置関係がずれてしまう場合であっても、ヘッドユニットの移動量を減らすことにより、部品認識動作の高速化を図り実装機の稼働効率を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本発明に係る部品認識装置が適用される表面実装機を概略的に示している。なお、これらの図中には、方向を明確にするためにＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を示しており、Ｘ軸方向が本発明の副走査方向であり、Ｙ軸方向が本発明の主走査方向である。

同図に示すように、実装機の基台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（単に基板３という）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。上記コンベア２の側方には部品供給部４Ａ，４Ｂがそれぞれ配置されている。部品供給部４Ａ，４Ｂはそれぞれ多数列のテープフィーダーを備えている。各テープフィーダーは、それぞれＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品ｗ（図４、５参照）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構成されており、後述するヘッドユニット５により部品ｗが取り出されるに伴い間欠的に部品ｗを繰り出すように構成されている。なお、各部品供給部４Ａ，４Ｂは、Ｘ軸方向に分割された単位供給部４Ａ−１，４Ａ−２及び４Ｂ−１，４Ｂ−２から構成され、各単位供給部４Ａ−１，４Ａ−２，４Ｂ−１，４Ｂ−２にそれぞれテープフィーダーが配設されている。

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４Ａ，４Ｂと基板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（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。

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、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。

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、これら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。

上記ヘッドユニット５には、図２に示すように、部品吸着用のノズル部材２０ａを先端に備えたヘッド２０が設けられ、当実施形態ではＸ軸方向に８つのヘッド２０が並べて設けられている。各ヘッド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、昇降駆動機構や回転駆動機構により駆動されるようになっている。上記昇降駆動機構は、例えば、各ヘッド２０を同時に上下動させる全体昇降用のＺ軸サーボモータ１７と、各ヘッド２０を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定数（８個）のエアシリンダ（図示せず）とを備え、それらを併用することにより、各ヘッド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、回転駆動機構は、１個の回転用のＲ軸サーボモータ１９ａとこのサーボモータ１９ａ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。Ｚ軸サーボモータ１７およびＲ軸サーボモータ１９ａには、それぞれロータリエンコーダ１８，１９ｂが設けられている。

また、コンベア２の両側には、それぞれ、ヘッドユニット５の各ヘッド２０に吸着された部品ｗを基板３への実装に先だって認識するための撮像ユニット２１が配設されている。

撮像ユニット２１（撮像装置）は、図１に示すように、部品供給部４Ａ（又は４Ｂ）を構成する単位供給部４Ａ−１，４Ａ−２（又は４Ｂ−１，４Ｂ−２）の間に配置されており、ヘッド２０に吸着された部品ｗ（吸着部品ｗ）を撮像するカメラ２３と、部品撮像用の照明を提供する照明装置２４とを備えている。

各カメラ２３は、それぞれＹ軸方向（主走査方向）に複数の撮像素子が並ぶリニアセンサ（ラインセンサ）を備えたカメラで、各ラインセンサの素子の配列方向と直交するＸ軸方向（副走査方向）にヘッドユニット５が移動することにより、各カメラ２３によりヘッド２０に吸着された部品ｗの画像を副走査方向に順次取込むようになっている。そして撮像ユニット２１のカメラ２３は、吸着部品ｗをその真下から撮像するようにＺ軸方向上向きに配置されている。また、このカメラのレンズには、レンズ歪み（ディストーション）の少ないレンズ（例えばテレセントリックレンズ等）が使用されており、Ｙ軸方向に亘って歪みの影響を極力少なくして撮像できるようになっている。本発明では、このカメラ２３が吸着部品ｗを撮像できる主走査方向における視野領域を主走査方向部品認識領域２５としている。

また、上記照明装置２４は、光源としてＬＥＤランプを備えており、詳しく図示していないが、像入射用の空間を有したドーム型フレームの内面に多数のＬＥＤランプを備えた構成となっている。

図３は上記実装機の制御系をブロック図で示している。

この実装機は、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３０（本発明の制御手段）を有している。

この制御装置３０は、その機能構成として主制御部３１、記憶部３２、照明制御部３３、カメラ制御部３４（撮像制御手段）、画像処理部３５、軸制御部３６および入力部３７を含んでいる。

主制御部３１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３６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２１による部品ｗの撮像に際しては、ヘッドユニット５に部品ｗの種類に応じて最適となるように部品認識を実行すべく照明制御部３３およびカメラ制御部３４に向けて制御信号を出力する。そして、主制御部３１は部品ｗの種類に応じてカメラ２３の焦点を合わせるべく、軸制御部３６を介して全体昇降用のＺ軸サーボモータ１７の駆動を制御する。

また、主制御部３１は、演算部３１ａ、判定部３１ｂ、認識処理部３１ｃを備えており、ヘッドユニット５と撮像ユニット２１との位置関係から、吸着部品ｗを撮像するためのヘッドユニット５の移動経路を決定するとともに、吸着部品ｗの認識処理を行うものである。

演算部３１ａは、ヘッドユニット５（ヘッド２０）の位置情報、後述の記憶部３２におけるデータあるいは入力部３７から入力された入力データ等に基づいて所定の演算処理を行うものである。

判定部３１ｂは、演算部３１ａにより得られた演算結果に基づいて、判定処理を行うものである。具体的には、部品吸着位置から吸着部品ｗを副走査方向に移動させた場合に、吸着部品ｗ全体が主走査方向部品認識領域２５に含まれるか否かの判断を行い、認識処理方法（後述するオフセット認識処理及び通常認識処理）の決定を行うものである。ここで、部品吸着位置とは、部品供給部４Ａ，４Ｂから供給される部品ｗをヘッドユニット５のヘッド２０により吸着される位置であり、部品ｗを吸着する最終ヘッド２０におけるノズル部材２０ａの軸中心位置で決定される。この部品吸着位置は、初期的には装置の設備調整データとして決定されるものであり、実装中に実装する部品毎に手動で位置情報（位置座標）を入力したり、カメラ２３等により吸着ポイントを撮像・ティーチングを行い予備的に位置情報を設定してもよい。また、実装中に得られる画像認識結果からノズル部材２０ａ中心位置からの部品ｗのずれの統計結果（平均、加重平均等）を次の部品吸着位置の決定に使用する吸着位置補正手段により求められる位置情報であってもよい。

認識処理部３１ｃは、前記判定部３１ｂの判断に基づいて、吸着部品ｗの認識処理を実行するものである。具体的には、判定部３１ｂにより選択された認識処理方法に基づいて、軸制御部３６を介して各サーボモータを駆動制御してヘッドユニット５を移動させ、照明制御部３３及びカメラ制御部３４を制御してノズル部材２０ａに吸着した吸着部品ｗを撮像する。そして、得られた画像データから前記演算部３１ａによって補正量を算出し、その結果に基づいて軸制御部３６に制御信号を出力し各サーボモータを駆動制御する。

記憶部３２は、部品ｗの種類とその種類に対応する部品認識に必要な画像認識データ、正規の部品吸着位置からのずれ量（吸着誤差）を記憶するものである。ここで、吸着誤差は、初期的にはユーザー入力による固定値、または供給規格から求められた固定値を使用する。また、実装中に得られる画像認識結果の統計結果（標準偏差σ、最大値等）を使用するものであってもよい。

入力部３７はタッチパネル、キーボード等からなる入力手段であって、各種部品データ、吸着位置情報、吸着誤差情報等がこの入力部３７を操作することにより制御装置（主制御部３１）に入力できるようになっている。

照明制御部３３およびカメラ制御部３４は、それぞれ前記撮像ユニット２１の照明装置２４およびカメラ２３の駆動を制御するものである。

画像処理部３５は、撮像ユニット２１の各カメラ２３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して主制御部３１に出力するものである。

なお、この制御装置３０の構成については、各軸サーボモータ１５，９，１７，１９ａ及びエンコーダ１６，１０，１８，１９ｂ等により本発明の駆動手段が構成され、主制御部３１及び軸制御部３６により駆動制御手段が構成されている。

ここで、図４、図５は、部品ｗと撮像ユニット２１とのＸＹ座標上における位置関係を模式的に表した模式図である。図４は、部品ｗと主走査方向部品認識領域２５との位置関係が、部品吸着位置Ｐからヘッドユニット５を副走査方向に移動させると部品ｗ全体が主走査方向部品認識領域２５に入る場合を示しており、図５は、部品吸着位置Ｐからヘッドユニット５を副走査方向に移動させると、部品ｗの一部又は全てが主走査方向部品認識領域２５に入らない場合を示している。

図４、図５では、部品供給部４Ａ，４Ｂにより供給された部品ｗに対する部品吸着位置をＰとしており、その部品ｗのサイズ（寸法）をＣ、その部品吸着位置のずれ量（吸着誤差）をＴとしている。また、カメラ２３による主走査方向部品認識領域２５の中心位置をＭ、主走査方向部品認識領域２５のサイズ（寸法）をＡとしている。そして、主走査方向部品認識領域２５をＸ軸方向に横切るようにヘッドユニット５（部品ｗ）を移動させることにより部品ｗの撮像が行われるが、この方向を副走査方向（副走査方向）とし、主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍを通って副走査方向に延びる仮想線（一点鎖線）を認識走査線αとしている。

この図４、図５を参照しつつ上記制御装置３０の制御に基づく部品ｗの実装動作について図６、図７のフローチャートに基づいて説明する。ここで図６は、実装動作を示すメインルーチンであり、図７は、部品認識補正を示すサブルーチンである。

図６において、実装動作が開始されると、部品ｗを実装する対象となる基板３が搬入され（ステップＳ１）、所定の固定手段によって基板３が固定される（ステップＳ２）。次に、この基板３に対する実装作業が終了したか否かが判断され（ステップＳ３）、終了していないと判断された場合には実装作業を行うべく、部品ｗを基板３に実装する際の位置基準となるプリント基板補正マーク（フィデューシャルマーク）の認識が行われる（ステップＳ４）。そして、実装すべき部品ｗが収納された部品供給部４Ａ，４Ｂ（テープフィーダー）の部品取出部にヘッドユニット５を移動させて各ヘッド２０に部品ｗを吸着させる（ステップＳ５）。このとき、部品ｗを最後に吸着するヘッド２０（最終ヘッド２０と称す）の吸着位置が本発明の部品吸着位置となる。なお、本実施形態では、ヘッドユニット５に複数の部品ｗが吸着する場合について説明するが、単一の部品ｗを吸着するヘッドユニット５であってもよい。

次に、ステップＳ６において、ヘッドユニット５に吸着した吸着部品ｗの認識及び補正が行われる。具体的には、後述する図７のサブルーチンの処理が行われる。そして図６におけるステップＳ６の部品認識補正が行われた後、ステップＳ７において基板３に対し部品ｗの実装が行われる。そして、ステップＳ８において、部品ｗの実装についてエラーの有無が判断され、エラーがあった場合にはステップＳ８でＹＥＳと判断され実装した部品ｗの廃棄が行われる（ステップＳ９）。

また、ステップＳ８においてＮＯと判断された場合、あるいはステップＳ９で実装部品ｗの廃棄が行われた後は、ステップＳ３に戻って部品実装中の基板３において部品ｗの実装がすべて終了したか否かの判断が行われ、実装すべき部品ｗが残っている場合にはステップＳ３でＮＯに進み、ステップＳ４〜Ｓ９が繰り返される。そして、当該基板３について実装作業がすべて終了した場合には、ステップＳ３においてＹＥＳと判断され、当該基板３の固定が解除されるとともに（ステップＳ１０）、基板３が搬出されて（ステップＳ１１）、実装動作は終了する。

上記ステップＳ６の部品認識処理としては、各吸着対象部品ｗ、単位供給部４Ａ−１、４Ａ−２、４Ｂ−１、４Ｂ−２のテープフィーダー位置、さらには吸着に使用されるいずれかのヘッド２０とのこれらの組み合わせ（吸着組み合わせ）ごとに、過去のデータから求められて、あるいは初期値として記憶部３２に格納された各吸着誤差ｔ１、・・、ｔｎ、ｔｎ＋１、・・のデータから、これから部品認識される各吸着部品ｗについての該当吸着組み合わせに対応する吸着誤差を読み出し、各吸着部品ｗの吸着誤差Ｔ１、・・Ｔｍ（ここで、ｍは各ヘッドに吸着された部品ｗの数）として取得する（ステップＳ２１）。ここで本実施形態では、さらに、各吸着部品ｗ１について部品サイズの１／２に対応する吸着誤差Ｔ１を加えた値Ｌ１を求め、同様にｍ番目までのそれぞれの値Ｌ２、・・Ｌｍを求める。この値Ｌ１・・Ｌｍはそれぞれのヘッド２０の中心から吸着ずれを起こした場合としての部品のＹ軸方向最外部までの距離を示すので、各ヘッド２０がカメラ２３（ラインセンサ）のＹ軸方向の撮像中心（＝主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍ）を通過したとしてＹ軸方向正の方向及び負の方向にそれぞれこの値Ｌ１・・Ｌｍだけオフセットした位置を各吸着部品ｗのＹ軸方向両側の最外部が通過する可能性を示している。このステップＳ２１では、この値Ｌ１・・Ｌｍの内最大値を最大通過オフセット値Ｌｍａｘとして求め、この最大通過オフセット値Ｌｍａｘから、該当部品のサイズの１／２を引いたものを吸着誤差Ｔとして求める。

また、ステップＳ２２，Ｓ２３において、最終ヘッド２０の前記部品吸着位置Ｐ及び主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍを取得し、これらのデータに基づいてオフセット量Ｄを算出する（ステップＳ２４）。ここで、オフセット量とは、部品吸着位置Ｐと主走査方向部品認識領域２５の中心位置ＭとのＹ軸方向における差分であり、算出式Ｄ＝Ｐ−Ｍによって算出される。具体的には、部品吸着位置Ｐ及び主走査方向部品認識領域２５の中心位置ＭにおけるそれぞれのＹ軸方向位置によって演算される（ステップＳ２４）。

次に、記憶部３２、入力部３７から取得したデータ及びオフセット量Ｄにより、最終ヘッド２０が部品ｗを吸着する部品吸着位置における部品ｗ全体が、その位置からそのまま副走査方向にヘッドユニット５を移動させた場合に主走査方向部品認識領域２５に含まれるか否かを判断する（ステップＳ２５）。具体的には、図４，５を参照して、認識走査線αから部品ｗのＹ軸方向端部までの距離と、認識走査線αから主走査方向部品認識領域２５のＹ軸方向端部までの距離とを比較することによって判断する。すなわち、算出式Ｃ／２＋Ｔ＋｜Ｄ｜＜Ａ／２が成立するか否かによって判断する。ここで、Ｃには最大通過オフセット値Ｌｍａｘとなる部品ｗの部品サイズのＹ軸方向寸法Ｃｙ、Ｔには吸着誤差のＹ軸方向成分Ｔｙ、Ａには主走査方向部品認識領域２５のＹ軸方向寸法Ａｙが入力される。すなわち、Ｃ／２＋Ｔは最大通過オフセット値Ｌｍａｘそのものとなる。そして、その認識走査線αから部品ｗのＹ軸方向端部までの距離が、認識走査線αから主走査方向部品認識領域２５のＹ軸方向端部までの距離（Ａｙ／２）よりも小さい場合には、副走査方向にヘッドユニット５を移動させると、吸着部品ｗの全体が主走査方向部品認識領域２５内に含まれると判断される。

このようにステップＳ２５において、吸着部品ｗ全体が主走査方向部品認識領域２５内に含まれると判断される場合（図４の場合）には、ＹＥＳの方向に進み、オフセット認識処理が行われる（ステップＳ２６）。また、吸着部品ｗ全体又は一部が主走査方向部品認識領域２５から外れると判断される場合（図５の場合）には、ＮＯの方向に進み通常認識処理が行われる（ステップＳ２７）。

ここで、例えば、図４の位置関係である場合、すなわち、オフセット認識処理される場合について、図８に示すフローチャートに従って説明する。

前記オフセット認識処理（ステップＳ２６）とは、部品吸着位置Ｐが主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍに対してオフセットしている場合でも、部品供給部４Ａ，４Ｂから供給された部品ｗがヘッドユニット５のヘッド２０により吸着される部品吸着位置から、そのままヘッドユニット５を副走査方向に移動させることによって、吸着部品ｗを撮像して部品認識を行うものである。

具体的には、ステップＳ３１において、ノズル部材２０ａの軸中心位置が、主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍからオフセット量を加味した位置になるようにヘッドユニット５を移動させる。すなわち、主走査方向部品認識領域２５の中心位置ＭのＹ軸方向位置（Ｍｙ）にオフセット量Ｄを加算した位置（オフセット認識可能位置Ｐ’）まで移動させる。図４の場合、オフセット量Ｄ＝Ｐ−Ｍであるため、オフセット認識可能位置Ｐ’＝Ｐとなり、実質的に主走査方向の移動は伴わず、ステップＳ３２に進む。ここで、オフセット認識可能位置とは、主走査方向部品認識領域２５の中心位置に対して前記部品吸着位置Ｐが主走査方向にオフセットしている状態であっても、その状態を保ったままヘッドユニット５を副走査方向に移動させた場合に、吸着部品ｗの全体が主走査方向部品認識領域２５を通過できる位置である。

なお、図８のルーチンは後述の実施形態２でも用いられ、特にステップＳ３１は実施形態２で必要なものであるが、当実施形態では上述のようにオフセット認識可能位置Ｐ’までの主走査方向の移動は実質的に行われないため、ステップＳ３１は省略してもよい。

次にステップＳ３２〜Ｓ３４において、オフセット認識位置Ｐ’から副走査方向にヘッドユニット５を一定速度で移動させて、吸着部品ｗの画像の取り込みが行われる。すなわち、図４の移動経路（１）に従って移動することによって、ヘッドユニット５に吸着された全ての部品ｗがカメラ２３で撮像され、得られた画像データを基に各吸着部品ｗの認識結果が取得される。

次に、ステップＳ３５において、認識位置補正機構の有無の判断が行われる。すなわち、部品認識後においては、ノズル部材２０ａの軸中心と吸着部品ｗの中心との位置補正演算処理が行われるが、オフセット認識処理では、ノズル部材２０ａが主走査方向部品認識領域２５の中心からオフセットした位置を通過するため、オフセット量Ｄを加味した補正を行う必要がある。一方、ノズル部材２０ａの位置を確認できるマーカーがヘッドユニット５に付されており、吸着部品ｗとマーカーとが同時に撮像される場合（認識位置補正機構ありの場合）には、補正処理においてオフセット量Ｄを加味する必要はなく、マーカーを基準とした座標系によって補正が行われる。したがって、ステップＳ３５ではこのような認識位置補正機構の有無を判断し、認識位置補正機構がある場合には、オフセット量Ｄを加味せずマーカーを基準とした補正量が位置補正演算処理に加味されることとなる（ステップＳ３６）。また、認識位置補正機構がない場合には、補正量にオフセット量Ｄが加味されて補正演算処理が行われる（ステップＳ３７）。このようにしてオフセット認識処理は終了する。

一方、図５の位置関係である場合には、ステップＳ２７において、図９に示されるフローチャートに従って通常認識処理が行われる。通常認識処理は、ノズル部材２０ａによって供給された部品ｗを吸着した後、ノズル部材２０ａの軸中心位置が主走査方向部品認識領域２５の中心位置を通る認識走査線α上に位置するようにヘッドユニット５を移動させ、さらにこの位置から副走査方向に移動させることによって吸着部品ｗを撮像して部品認識を行うものである。

具体的には、ステップＳ４１において、部品ｗを吸着するノズル部材２０ａの軸中心位置が認識走査線α上となるようにヘッドユニット５を移動させる。すなわち、ノズル部材２０ａの軸中心のＹ軸方向位置がＭｙになるように移動させる（通常認識位置）。

次にステップＳ４２〜Ｓ４４において、通常認識位置から副走査方向にヘッドユニット５を一定速度で移動させて、すなわち、図５の移動経路（２）に従ってヘッドユニット５（ヘッド２０）は移動させて、吸着部品ｗの画像の取り込みを行うことにより吸着部品ｗの認識結果が取得される。

次にステップＳ４５において、認識位置補正機構の有無の判断が行われる。通常認識の場合、ノズル部材２０ａの軸中心位置を主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍｙに一致させているため、得られた画像の座標系を基準としてノズル部材２０ａの中心と吸着部品ｗの中心との位置補正演算処理が行われる。一方、ノズル部材２０ａの位置を確認できるマーカーがヘッドユニット５に付されており、吸着部品ｗとマーカーとが同時に撮像される場合（認識位置補正機構ありの場合）には、位置補正演算処理においてマーカーを基準とした座標系によって補正が行われる。したがって、認識位置補正機構がある場合には、マーカーを基準とした追加補正量が位置補正演算処理に加味されることとなり（ステップＳ４６）、認識位置補正機構がない場合には、追加補正量の演算はなく、そのまま補正演算処理がなされ通常認識は終了する。

このように、上記実施形態において、部品供給部４Ａ，４Ｂにおいてヘッド２０により吸着した部品吸着位置Ｐからヘッドユニット５により吸着部品ｗを副走査方向に移動させた場合に、吸着部品ｗの全体が主走査方向部品認識領域２５に含まれる吸着部品ｗ（オフセット認識可能部品）に対して、部品吸着位置Ｐが主走査方向部品認識領域の中心位置Ｍからオフセットした状態であっても、その状態を保って吸着部品ｗを副走査方向に移動させて部品認識（オフセット認識処理）を行うことにより、部品認識動作の高速化を図ることができる。すなわち、従来のようにオフセット認識可能部品に対して、認識走査線α上に移動させた後、副走査方向に移動させて部品認識を行う通常認識処理を行う場合に比べて、吸着位置を前記認識走査線α上に移動させる時間を短縮することができる。

以上のようにして、部品認識がされる毎に、吸着誤差データが取得できるので、この吸着誤差データを吸着組み合わせ毎に所定数蓄積された時点で統計処理し、そのデータ中の最大値を求め、あるいは平均値μと標準偏差σ及び標準偏差σの所定数倍、例えば３σ、４．５σを求め、この最大値、μ＋３σあるいはμ＋４．５σの何れかの値を、上記ステップＳ２１で使用する各吸着誤差ｔ１、・・、ｔｎ、ｔｎ＋１、・・のデータとして置き換えて記憶部３２に格納するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図５に示す位置関係の場合、通常認識処理を行うものについて説明したが、部品吸着位置にかかわらず、常にオフセット認識処理を行うものであってもよい。

すなわち、上記実施形態（実施形態１と称す）における図６のステップＳ６において、実施形態２では、図１０に示すフローチャートに従って部品認識処理を行う。なお、実施形態１と構成が同じであるものについては説明を省略するものとする。

まず、ステップＳ５１において、上記で説明したようにステップＳ２１と同様に吸着誤差Ｔを取得する。

次にステップＳ５２において、オフセット限界値Ｓを演算する。ここで、オフセット限界値Ｓとは、主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍと吸着部品ｗの中心位置とを一致させた状態から吸着部品ｗをＹ軸方向に移動（オフセット）させた場合に、この吸着部品ｗが前記主走査方向部品認識領域２５内に含まれる移動量の限界値である。具体的には、算出式Ｓ＝（Ａ−Ｃ）／２−Ｔによって求められる。ここで、Ａには主走査方向部品認識領域２５のＹ軸方向寸法Ａｙ、Ｃには吸着部品ｗのＹ軸方向寸法Ｃｙ、Ｔには吸着誤差のＹ軸方向成分Ｔｙを入力することによって算出される。

次に、ステップＳ５３〜Ｓ５５において、上記実施形態と同様にオフセット量Ｄが算出される。

そして、ステップＳ５６において、前記オフセット限界値の絶対値｜Ｓ｜とオフセット量の絶対値｜Ｄ｜との大小を比較される。これにより、実際のオフセット量Ｄがオフセット限界値Ｓよりも大きい場合には、吸着部品ｗを副走査方向に移動させると吸着部品ｗの全体あるいはその一部が主走査方向部品認識領域２５に含まれない場合、すなわち図５の位置関係であることが判断できる。

そして、実際のオフセット量Ｄがオフセット限界値Ｓよりも大きい場合（図５の位置関係である場合）には、ステップＳ５６においてＹＥＳの方向に進み、部品吸着位置Ｐと主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍとの位置関係（Ｙ軸方向における位置関係）が判断される（ステップＳ５７）。そして、主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍ（Ｍｙ）よりも部品吸着位置Ｐ（Ｐｙ）がＹ軸正方向側に位置する場合には、オフセット量Ｄは、オフセット限界値（Ｓ）とされる（ステップＳ５８）。一方、主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍ（Ｍｙ）よりも部品吸着位置Ｐ（Ｐｙ）がＹ軸負方向に位置する場合には、オフセット量Ｄは、オフセット限界値（−Ｓ）とされ（ステップＳ６０）、図８におけるオフセット認識処理が行われる（ステップＳ５９）。そして、この場合のオフセット認識処理は、図８におけるステップＳ３１において、オフセット認識可能位置Ｐ’がＭ−Ｓ（Ｍｙ−Ｓ）となり（図５参照）、この位置から認識走査されることにより吸着部品ｗは認識される。

具体的には、図５に示すように、ノズル部材２０ａの軸中心位置のＹ軸方向位置が、Ｍｙ−Ｓ（オフセット認識可能位置Ｐ’）となるように移動させる。そして、オフセット認識可能位置Ｐ’から副走査方向にヘッドユニット５を移動させることにより、吸着部品ｗにおける部品吸着部側端部（図５の下方側）が主走査方向部品認識領域２５の端部（図５の下方側）とほぼ一致した状態、あるいは近接した状態で主走査方向部品認識領域２５を通過する。すなわち、部品吸着位置Ｐにおける部品ｗは、主走査方向における必要最小限の移動量によって部品ｗの認識が行うことができる。そして、上記実施形態１と同様にして図８に示すオフセット処理が行われ部品認識は終了する。

一方、実際のオフセット量Ｄがオフセット限界値Ｓよりも小さい場合（図４の位置関係である場合）には、ステップＳ５７においてＮＯと判断され、オフセット量Ｄは、実際のオフセット量Ｄとされる。そして、上記実施形態１と同様にして図８に示すオフセット処理が行われ（ステップＳ５９）本実施形態２の部品認識は終了する。

このように、部品吸着位置にかかわらずオフセット認識処理を行う実施形態２では、部品吸着位置Ｐと主走査方向部品認識領域２５との位置関係に関わらずオフセット認識処理を行うため、部品吸着位置Ｐと主走査方向部品認識領域２５とが図５の位置関係になる場合には、通常認識を行う実施形態１に比べて、ヘッドユニット５の主走査方向への移動量を軽減させることができる。したがって、ヘッドユニット５の移動量を極力減らして部品認識動作の高速化を図ることができる。

また、上記実施形態によれば、部品吸着装置の設計誤差等による部品供給位置のずれに応じて部品供給位置を補正した場合、特殊な形状の部品ｗを吸着する場合、あるいは、部品ｗに対し安定した吸着を行うために、正規の吸着位置からずらして（オフセットさせて）吸着する必要がある場合であっても、オフセット認識処理を行うことにより、稼働効率を低下させずに部品ｗを基板３に実装させることができる。

また、上記実施形態によれば、小さな部品ｗを認識する場合にはオフセット認識処理することにより、より効果的にヘッドユニット５の移動量を低減させて実装の高速化を図ることができる。

また、上記実施形態によれば、部品吸着位置Ｐと主走査方向部品認識領域２５の中心位置Ｍとを副走査方向において一直線上に配置されない場合であっても、部品ｗを認識することができるため、装置設備の調整や組み付け作業が容易となる。

また、上記実施形態２では、部品吸着位置Ｐと主走査方向部品認識領域２５とが図５の位置関係において、オフセット限界値Ｓを用いてオフセット可能な限界位置においてオフセット認識処理を行う場合について説明したが、オフセット認識できる位置、すなわち、認識走査線αよりも部品認識位置Ｐ側におけるオフセット認識可能位置に吸着部品ｗを位置させるものであればよい。この場合であっても、認識走査線α上まで移動させる通常認識処理に比べて移動量を低減させて実装の高速化を図ることができる。

本発明に係る部品実装方法が適用される表面実装機の一例を示す平面図である。 上記表面実装機のヘッドユニット部分を示す概略的な正面図である。 表面実装機の制御系を示す概略的なブロック構成図である。 部品と主走査方向部品認識領域２５との位置関係を模式的に表した模式図である。 部品と主走査方向部品認識領域２５との別の位置関係を模式的に表した模式図である。 実装動作を示すフローチャートである。 部品認識補正処理を示すフローチャートである。 オフセット認識処理を示すフローチャートである。 通常認識処理を示すフローチャートである。 他の実施形態における部品認識補正処理を示すフローチャートである。

符号の説明

５ ヘッドユニット
２０ ヘッド
２０ａ ノズル部材
２３ カメラ
２５ 主走査方向部品認識領域
３０ 制御装置
３１ａ 演算部
３１ｂ 判定部
３１ｃ 認識処理部

Claims (7)

1. 部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットに部品を吸着させ、ラインセンサを有する撮像装置に対し副走査方向に前記ヘッドユニットを移動させることにより、吸着部品を撮像し部品認識処理を行う部品認識方法において、
   部品供給部から供給された部品を前記ヘッドにより吸着し、この部品吸着位置から前記ヘッドユニットをラインセンサに対して副走査方向に移動させた場合に、前記吸着部品全体が前記撮像装置によって撮像可能な主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断する判断処理を行い、
   前記判断処理により前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できると判断した場合には、主走査方向部品認識領域の中心位置に対して前記部品吸着位置が主走査方向にオフセットしている状態であっても、その状態を保ったまま前記ヘッドユニットを副走査方向に移動させることにより前記吸着部品を撮像して部品を認識するオフセット認識処理を行うことを特徴とする部品認識方法。
2. 前記オフセット認識処理は、前記判断処理において副走査方向にヘッドユニットを移動させることにより前記吸着部品の全体又はその一部が前記主走査方向部品認識領域内を通過できないと判断した場合には、前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるオフセット認識可能位置に前記吸着部品が位置するように前記ヘッドユニットを移動させ、そのオフセット認識可能位置から副走査方向にヘッドユニットを移動させることにより吸着部品を撮像して認識することを特徴とする請求項１に記載の部品認識方法。
3. 前記判断処理は、前記部品吸着位置と、前記主走査方向部品認識領域の中心位置との位置関係から主走査方向のオフセット量を算出し、このオフセット量に基づいて吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の部品認識方法。
4. 前記部品認識処理は、前記判断処理により、前記主走査方向部品認識領域の中心位置と吸着部品の中心位置とを一致させた状態から、前記吸着部品を主走査方向に移動させた場合に前記吸着部品が前記主走査方向部品認識領域内に含まれる移動量の限界値であるオフセット限界値を算出し、このオフセット限界値に基づいて吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断するとともに、前記オフセット認識可能位置は、主走査方向部品認識領域の中心位置から主走査方向にオフセット限界値分移動した位置に設定されることを特徴とする請求項２に記載の部品認識方法。
5. 部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットと、
   部品を供給する部品供給部と、
   前記ヘッドユニットに吸着された吸着部品を撮像するラインセンサを有する撮像装置と、
   前記ラインセンサに対して前記ヘッドユニットを副走査方向に移動させる駆動手段と、
   これらを統括制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記部品供給部から供給された部品を前記ヘッドにより吸着させるとともに、この部品吸着位置から前記ヘッドユニットをラインセンサに対して副走査方向に移動させた場合に、前記吸着部品全体が前記撮像装置によって撮像可能な主走査方向部品認識領域内を通過できるか否かを判断する判断処理を行い、
   前記判断処理により前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できると判断した場合には、主走査方向部品認識領域の中心位置に対して前記部品吸着位置が主走査方向にオフセットしている状態であっても、その状態を保ったまま前記ヘッドユニットを副走査方向に移動させることにより前記吸着部品を撮像して部品を認識するオフセット認識処理を行うことを特徴とする部品認識装置。
6. 前記制御手段は、前記判断処理において副走査方向にヘッドユニットを移動させることにより前記吸着部品の全体又はその一部が前記主走査方向部品認識領域内を通過できないと判断した場合には、前記吸着部品全体が前記主走査方向部品認識領域内を通過できるオフセット認識可能位置に前記ヘッドが位置するように前記ヘッドユニットを移動させ、そのオフセット認識可能位置から副走査方向にヘッドユニットを移動させることにより吸着部品を撮像して認識することを特徴とする請求項５に記載の部品認識装置。
7. 部品吸着用のヘッドを有する移動可能なヘッドユニットにより部品を吸着して基板上の所定位置に実装する表面実装機において、請求項５又は請求項６に記載の部品認識装置を備えたことを特徴とする表面実装機。

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