JP4707607B2 - 部品認識データ作成用画像取得方法及び部品実装機 - Google Patents

Description

本発明は、基板を所定の位置に搬送する基板搬送装置と、部品が認識された上で基板上の所定の位置に部品を実装する実装ヘッドとを具備する部品実装機において、基板に部品を実装する際、部品を正確に実装するため、部品を撮像して照合するのに必要な部品認識データ作成用画像取得方法、及び、該画像取得方法を用いて部品認識データを作成できる部品実装機に関する。

一般に吸着ノズルに吸着された電子部品を基板上に実装する部品実装機において、電子部品の誤実装を防止し、基板上の正確な位置に電子部品を確実に実装する必要がある。そのため、基板上に電子部品を実装する前に、吸着ノズルに吸着された電子部品をカメラで撮像し、この取得した電子部品のデータと予め記憶された外形サイズ、形状、端子位置などの部品認識データとの照合を行い、部品の吸着の有無、部品が適正な面で吸着保持されているか否か、部品の保持位置ずれ等の検出を行っている。

実装基板の生産において部品の仕様変更やメーカー変更等で、電子部品の認識データが無い電子部品を基板に実装する場合、電子部品の認識データの作成が必要になる。このような時、従来は、生産ラインを止めて吸着ノズルを部品実装機前面に移動させて、部品認識データを作成したい電子部品（以下、対象部品と称する）を手動で吸着ノズルに吸着させ、部品認識用カメラで撮像できる位置に移動させて、部品認識データの作成を行っていた。

又、手動で対象部品を吸着させる代わりに、例えば、特許文献１に開示されているトレイフィーダやテープフィーダ等を使用して部品実装機外部から対象部品を供給する方法がある。この方法を使用する場合、部品認識データを作成する際、この方法で対象部品を部品実装機に供給し、吸着ノズルに対象部品を吸着させ、部品の保持位置ずれ等の検出を行う撮像ユニット上に対象部品を移動させて画像を取得し、この画像を使用して部品認識データを作成していた。

画像を取得するための装置には、例えば、特許文献２に開示されているように、照明、画像記憶装置などを具備している装置があり、この装置は、画像を取得するための独自のカメラとして、部品の側面から撮像する第１部品撮像装置及び底面から撮像する第２部品撮像装置を有している。

又、部品認識データ作成のための専用装置として、オフラインでの部品認識データ作成装置も存在する。

特開２００５−１６６８７８号公報 特開２００３−３３２７９３号公報

しかしながら、手動で対象部品を吸着ノズルに吸着させる場合、基板に部品を実装する生産ラインにおいては、部品認識データを作成するために実装基板の生産を一時停止し、手動で対象部品を供給しなければならず、実装基板の生産に影響を与えることがあった。

又、トレイフィーダ等で対象部品を供給する場合、実装基板の生産に関係ない対象部品をトレイに入れなければならず、更にトレイフィーダを使用できない部品実装機種もあり、汎用性に乏しいといった弊害がある。

他の手段として、オンラインで部品認識データ作成装置を使用すれば生産を止めなくても良いが、専用の部品認識データ作成装置の設備を導入する必要がありコストアップとなっていた。

本発明は前記従来の問題点を解決すべくなされたもので、実装基板の生産ラインや部品実装機における実装基板の生産性の向上を図りつつ、専用の部品認識データ作成装置を導入せずに、容易に部品認識データを作成でき、一般の部品実装機に適用できるようにすることを課題とする。

本発明は、基板を所定の位置に搬送する基板搬送装置と、部品が認識された上で基板上の所定の位置に部品を実装する実装ヘッドとを具備する部品実装機に使用する部品認識データ作成用画像取得方法において、部品認識データの作成対象部品を搭載した対象部品搬送部材を前記基板搬送装置の所定の位置に搬送し、該搬送された対象部品搬送部材に付された認識マークを、前記実装ヘッドに配設された可変の視野角を有する基板認識カメラにより撮像して画像データを取得し、該取得した画像データに基づいて、対象部品搬送部材であるか基板であるかを判別し、判別の結果が対象部品搬送部材であるとき、前記基板認識カメラを前記対象部品搬送部材上の所定の位置に移動し、前記基板認識カメラの視野角を広げて前記対象部品搬送部材上に搭載されている対象部品を撮像して、該対象部品の画像データを取得することで、前記課題を解決したものである。

又、本発明は、基板を所定の位置に搬送する基板搬送装置と、部品を基板上の所定の位置に実装する実装ヘッドと、該実装ヘッドに配設された吸着ノズルと、該吸着ノズルにより保持された部品を撮像する部品認識カメラを具備する部品実装機において、部品認識データの作成対象部品を搭載するための、認識マークが付された対象部品搬送部材と、前記実装ヘッドに配設された可変の視野角を有する基板認識カメラと、前記対象部品の上面までの距離と前記対象部品搬送部材の上面までの距離を測る高さ計測器と、前記基板認識カメラの視野制御と前記高さ計測器の計測制御を行う制御手段と、前記認識マークを前記基板認識カメラにより撮像した画像データに基づいて対象部品搬送部材であるか基板であるかを判別し、対象部品搬送部材と判別されたならば、前記対象部品を前記基板認識カメラで撮像して画像データを取得し、該画像データから部品認識データを作成する画像処理手段と、を有することで、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、部品認識データの作成対象部品を搭載した対象部品搬送部材を基板搬送装置の所定の位置に搬送し、該搬送された対象部品搬送部材の認識マークを、前記実装ヘッドに配設された可変の視野角を有する基板認識カメラにより撮像して画像データを取得し、該取得した画像データに基づいて、対象部品搬送部材であるか基板であるかを判別し、判別の結果が対象部品搬送部材であるとき、前記基板認識カメラを前記対象部品搬送部材上の所定の位置に移動し、前記基板認識カメラの視野角を広げて前記対象部品搬送部材上に搭載されている対象部品を撮像して、該対象部品の画像データを取得することで、以下のような効果を得ることができる。

（１）実装基板の生産中に部品実装機や生産ラインを止めることなく部品認識データ作成用画像が取得できるため、生産性の向上を図ることができる。

（２）生産ライン以外に専用の部品認識データ作成装置を使用しなくても良く、対象部品搬送部材及び可変の視野角を有する認識カメラを導入するのみで、容易に実現できるためコスト削減ができ、一般の部品実装機に適用できるという汎用性を有する。

（３）実生産と同環境における既存の認識ユニットで画像を撮像できるため、専用の認識ユニット不要であり、より正確な部品認識データを作成できる。

（４）前記基板認識カメラは、可変の視野角を有するため、一台で認識マーク及び対象部品を認識できる。

更に、前記部品保持具の先端から前記対象部品までの距離を測る高さ計測器を備えることで、特許文献２に開示されているような部品の側面方向からのカメラが不要となり、一台の基板認識カメラで認識マークと部品の両方を認識できる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る部品実装機の外観を示す斜視図である。図１に示される如く、部品実装機１０は、対象部品搬送トレイ（対象部品搬送部材）１２及び基板１４を搬送する基板搬送装置１６と、基板１４に電子部品Ｐ２を実装する実装ヘッド１８と、部品保持具として部品を保持する吸着ノズル２０と、対象部品搬送トレイ１２や基板１４上のマークＭ１、Ｍ２を認識するマーク認識ユニット２２と、吸着ノズルに吸着された部品を下方から認識する部品認識ユニット３０と、から構成されている。

対象部品搬送トレイ１２は、対象部品搬送部材であり、部品認識データを作成する対象部品Ｐ１を搭載するようにされており、対象部品搬送トレイ１２上には、例えば図１中“▲”で表わされるトレイマーク（認識マーク）Ｍ１が印されている。基板１４上には、例えば図１中“●”で表わされる基板マークＭ２が印されている。

基板搬送装置１６は、コンベア１６Ａと基板搬送ガイド１６Ｂとを有している。

実装ヘッド１８には、吸着する部品の吸着面までの距離を測る高さ計測器２６が配設されている。

マーク認識ユニット２２は、基板認識カメラ２４とトレイマークＭ１、基板マークＭ２を照らす照明装置（図示せず）とから構成されている。本発明で使用する基板認識カメラ２４は、従来のように視野角が固定されたものではなく、上方から対象部品搬送トレイ１２のトレイマークＭ１や基板１４の基板マークＭ２の他に、対象部品Ｐ１も撮像できるように、視野可変可能なズーム機能を有して構成されている。

部品認識ユニット３０は、吸着ノズル２０に吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ３２と部品を照らす照明装置３４とから構成されている。

高さ計測器２６は、図２に示される如く、対象部品搬送トレイ１２に搭載されている対象部品Ｐ１上に向けてレーザ光を出力する投光器２７と対象部品Ｐ１や対象部品搬送トレイ１２上からの反射光を受ける受光器２８とから構成されている。

電子部品を基板上に実装させる生産ラインでは、このような構成を持つ部品実装機が複数台連結されラインを構成している。構成されたラインは、ホストコンピュータ（図示せず）により生産状態が管理されている。

次に、図３は、マーク認識ユニット２２及び部品認識ユニット３０からの画像データを処理する部品実装機において、部品・マーク位置検出装置の構成を示す説明図である。

図３に示される如く、部品・マーク検出装置４０は、画像処理装置５０及びメイン制御装置６０から構成されている。画像処理手段としての画像処理装置５０は、Ａ／Ｄコンバータ５２と、書き換え可能メモリ５４と、ＣＰＵ５６と、部品・マーク位置検出プログラム５８とから構成され、メイン制御装置６０は、メイン制御装置ＣＰＵ６２と、コントローラ６４とから構成されている。書き換え可能メモリ５４は、画像記憶部５４Ａと、部品形状データ記憶部５４Ｂと、から構成されている。

画像処理装置５０とメイン制御装置６０とは、互いに通信できるように結線されている。

実装ヘッド１８に配設されたマーク認識ユニット２２の基板認識カメラ２４及び部品認識ユニット３０の部品認識カメラ３２は、画像処理装置５０のＡ／Ｄコンバータ５２に画像データを送れるように結線されている。部品認識ユニット３０の照明装置３４及びマーク認識用ユニット２２の照明装置は、メイン制御装置６０の様々な照明条件で撮像できるように制御する制御手段としてのコントローラ６４に結線されている。

同様に高さ計測器２６もコントローラ６４に結線されて、コントローラ６４は高さ計測器２６に計測開始命令や計測データの受信という計測制御を行う。

以下、作用を説明する。

まず、画像処理装置５０は、部品実装機１０のメイン制御装置６０より認識開始指令を受けて撮像装置である基板認識カメラ２４や部品認識カメラ３２から画像を入力し、Ａ／Ｄコンバータ５２を経て画像記憶部５４に入力画像が記憶される。この画像を使用して部品・マーク位置検出プログラム５８が対象部品Ｐ１やトレイマークＭ１、基板マークＭ２の中心位置及び傾きを求めると共に対象部品搬送トレイ１２であるか基板１４であるかを判別してメイン制御装置６０に認識結果を返す。

例えば、図３に示されているように、対象部品Ｐ１である場合、メイン制御装置６０は、部品認識データを作成するため、認識結果を、画像記憶部５４Ａに保持されるように画像処理装置５０に信号を出力する。

次に、本発明に係る部品認識データ作成の画像取得の手順を、図４のフローチャートに基づいて説明をする。

まず、対象部品Ｐ１の部品認識データを作成するための画像を取得する部品実装機をホストコンピュータ等により生産ラインの複数の部品実装機の中から指定する。この指定は、例えば、作業負荷の比較的低い部品実装機を選んで行うことができる。

部品認識データを作成したい対象部品Ｐ１を対象部品搬送用トレイ１２の所定の位置に設置して、この対象部品搬送用トレイ１２を生産ラインの搬送コンベアに流す。対象部品Ｐ１の画像を取得するようホストコンピュータ等から指定された生産ライン中の部品実装機１０は、対象部品搬送用トレイ１２が搬送されてきたら、この対象部品搬送用トレイ１２を基板搬送装置１６の所定の位置に搬送する（ステップＳ１）。次に、マーク認識用ユニット２２でトレイマークＭ１を認識しに行き、トレイマークＭ１を撮像し、トレイマークＭ１の画像データを取得する（ステップＳ２）。取得した画像データに基づいて、搬送されたものが基板１４であるか、対象部品搬送トレイ１２であるか判別する（ステップＳ３）。それが基板１４であれば通常の生産を開始する（ステップＳ１０）。

対象部品搬送用トレイ１２であれば、対象部品Ｐ１が搭載されている所定の位置に基板認識カメラ２４を移動させる（ステップＳ４）。次に、ズーム機能を使用して対象部品Ｐ１全体が写るようにコントローラ６４により視野角が広がるように視野角制御を行ってズームアウトし、対象部品搬送用トレイ１２上に搭載されている対象部品Ｐ１を撮像して、対象部品Ｐ１の画像データを画像記憶部５４Ａに取得する（ステップＳ５）。対象部品Ｐ１の画像データは、対象部品Ｐ１の外形サイズ、形状、端子位置などの部品認識データに加工され、部品形状データ記憶部５４Ｂに記憶されることで部品認識データが作成される。

画像データの取得後、高さ計測器２６が対象部品Ｐ１の上部に位置するように実装ヘッドを移動させ（ステップＳ６）、対象部品Ｐ１の上面までの距離を計測し（ステップＳ７）、高さ計測器２６が対象部品搬送トレイ１２の上部に位置するように実装ヘッド１８を移動させ（ステップＳ８）、対象部品搬送トレイ１２の上面までの距離を計測する（ステップＳ９）。

なお、コントローラ６４は高さ計測器２６から受信した対象部品Ｐ１の上面までの距離と対象部品搬送トレイ１２の上面までの距離の差分を算出して対象部品の高さとして画像処理装置５０に送信して部品形状データ記憶部５４Ｂに記憶される。

以上のような実施形態により、実装基板の生産中に部品実装機や生産ラインを止めることなく部品認識データ作成用画像が取得できるため、生産性の向上を図ることができる。

又、生産ライン以外に専用の部品認識データ作成装置を使用しなくても良く、対象部品搬送トレイ１２及び可変の視野角を有する認識カメラ２４を導入するのみで、容易に実現できるためコスト削減ができ、一般の部品実装機に適用できるという汎用性を有する。又、実生産と同環境における既存の認識ユニットで画像を撮像できるため、専用の認識ユニット不要であり、より正確な部品認識データを作成できる。

又、生産ラインや部品実装機を止めることなく、基板に実装する追加部品や変更部品に随時適応できる。

又、可変の視野角を有する基板認識カメラとして既存のマーク認識ユニットの基板認識カメラにズーム機能を持たせることで、一台のカメラで、認識マーク及び部品を認識できる。

又、吸着する部品の吸着面までの距離を測る高さ計測器を有することで、特許文献２に開示されているような部品の側面方向からのカメラが不要となり、一台の基板認識カメラで認識マークと部品の両方を認識できる。

なお、部品実装機に部品認識用ユニットカメラが視野角別に複数存在するならば、マーク認識用カメラで撮像して算出した外形サイズから最適なカメラを選択して撮像してもよい。

上記実施例中では吸着動作時に高さ計測していたが、事前にホストコンピュータ等で外部から指定しても良い。同様に撮像時の照明条件、撮像カメラの指定も事前にホストコンピュータ等で外部から指定しても良い。

本実施形態では１つの対象部品のみ対象部品搬送用トレイに設置していたが、複数個の対象部品を対象部品搬送用トレイ上に設置しても良い。

対象部品搬送用トレイは、基板搬送装置の基板搬送ガイドの幅に合わせてサイズ可変なものにしても良い。

実施形態に係る電子部品実装機の外観を示す斜視図 対象部品の高さ測定の様子を示す側面図 実施形態に係る部品・マーク位置検出装置の構成を示す説明図 本発明に係る部品認識データ作成の画像取得の手順を示すフローチャート

符号の説明

１０…部品実装機
１２…対象部品搬送トレイ（対象部品搬送部材）
１４…基板
１６…基板搬送装置
１８…実装ヘッド
２０…吸着ノズル
２４…基板認識カメラ
２６…高さ計測器
５０…画像処理装置（画像処理手段）
６４…コントローラ（制御手段）
Ｐ１…対象部品
Ｍ１…トレイマーク（認識マーク）

Claims (2)

1. 基板を所定の位置に搬送する基板搬送装置と、部品が認識された上で基板上の所定の位置に部品を実装する実装ヘッドとを具備する部品実装機に使用する部品認識データ作成用画像取得方法において、
   部品認識データの作成対象部品を搭載した対象部品搬送部材を前記基板搬送装置の所定の位置に搬送し、
   該搬送された対象部品搬送部材に付された認識マークを、前記実装ヘッドに配設された可変の視野角を有する基板認識カメラにより撮像して画像データを取得し、
   該取得した画像データに基づいて、対象部品搬送部材であるか基板であるかを判別し、
   判別の結果が対象部品搬送部材であるとき、前記基板認識カメラを前記対象部品搬送部材上の所定の位置に移動し、
   前記基板認識カメラの視野角を広げて前記対象部品搬送部材上に搭載されている対象部品を撮像して、該対象部品の画像データを取得することを特徴とする部品認識データ作成用画像取得方法。
2. 基板を所定の位置に搬送する基板搬送装置と、部品を基板上の所定の位置に実装する実装ヘッドと、該実装ヘッドに配設された吸着ノズルと、該吸着ノズルにより保持された部品を撮像する部品認識カメラを具備する部品実装機において、
   部品認識データの作成対象部品を搭載するための、認識マークが付された対象部品搬送部材と、
   前記実装ヘッドに配設された可変の視野角を有する基板認識カメラと、
   前記対象部品の上面までの距離と前記対象部品搬送部材の上面までの距離を測る高さ計測器と、
   前記基板認識カメラの視野制御と前記高さ計測器の計測制御を行う制御手段と、
   前記認識マークを前記基板認識カメラにより撮像した画像データに基づいて対象部品搬送部材であるか基板であるかを判別し、対象部品搬送部材と判別されたならば、前記対象部品を前記基板認識カメラで撮像して画像データを取得し、該画像データから部品認識データを作成する画像処理手段と、
   を有することを特徴とする部品実装機。

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