JP4843752B1 - 部品実装方法、および、部品実装機 - Google Patents

Abstract

吸着予定の部品（２００）の吸着面（２０２）を含む二次元領域を撮像手段（１２３）が撮像し、撮像により得られる画像データ（４００）から、部品（２００）の電極（２０３）に挟まれた暗色部（２０４）を示す領域である暗色領域（２１２）を画像処理により特定する特定ステップと、特定された暗色領域（２１２）の位置を示す位置データを導出する導出ステップと、導出された位置データに基づきノズル（１２１）が部品（２００）を吸着する位置を示す吸着位置を導出する位置導出ステップとを含む。
【選択図】図４

Description

本願発明は、部品を部品供給部から吸着保持し、保持された部品を基板上方まで搬送し、前記部品を基板に装着して実装する部品実装機、および、当該部品実装機によって実現される部品実装方法に関し、特に両端に電極を備えた微小部品を実装する部品実装機、及び、当該部品実装機によって実現される部品実装方法に関する。

従来、部品供給部に供給される部品をノズルにより吸着保持し、基板上方まで部品を搬送し、部品を降下させて基板に取り付ける部品実装機がある。当該部品実装機に供給される部品の中で比較的小型の部品は、キャリアテープと呼ばれる長尺のテープに一列に保持された状態で供給される。キャリアテープは、キャビティーなどと称される矩形の収容空間を長手方向に断続的に並べて備えており、各キャビティーに一つずつ部品が収容されている。そして、部品実装機は、キャリアテープを正確なピッチで送ることによって、キャビティーの位置を正確に再現し、キャビティー内に配置される部品をノズルにより吸着保持するものとなっている。

近年において、電子機器の小型化に伴い、電子部品の小型化が進められる一方、キャリアテープのキャビティーの形状は規格化されているため、キャビティーや部品の寸法公差上のばらつき、あるいは、ロット間のばらつきなどによりキャビティーの中で小型の部品（例えば、１００５、０６０３、０４０２等の小型のチップ部品）が偏在してしまい、小型の部品をノズルにより上手く吸着保持させることが困難な場合が生じている。

そこで、特許文献１には、キャリアテープのキャビティー内にある吸着予定の部品をカメラで撮像し、撮像された画像情報に基づき部品の吸着位置を確定する技術が開示されている。

上記の技術に基づき、小型の部品をノズルにより吸着保持する場合、部品が保持できなかったり、斜めの状態で部品を保持してしまうなどの不具合の発生を抑制することが可能になると考えられる。

特開２００６−３５１９１１号公報

ところが、前記技術により小型部品の保持に関する不具合は低下したものの、小型部品を基板に実装するに際しては低い確率（例えば０．０１％程度）ではあるが、小型の電子部品に割れやかけが発生する等の不具合が発生している。

そこで、前記不具合を抑制すべく鋭意実験を重ねた結果、前記不具合が発生するのは、部品を吸着するノズルの径と部品の長手方向の長さとが同程度の場合に多く、また、図８に示すように、吸着位置がわずかにずれている場合に多いことを見いだすに至った。そして、ノズルが部品の電極とそれ以外の部分とに跨がった状態となる場合、吸着の際や装着の際に部品に偏荷重がかかるため前記不具合が発生することを究明した。

さらに、吸着位置を画像処理で特定しようとする場合、部品の両端に設けられる電極の反射率の大きさによって部品を示す画像の輪郭がぼやけるため、部品の中心である吸着位置にずれが発生することがあることを見いだした。特に、キャリアテープの種類によっては、電極と同じようにキャリアテープが光を反射するため、部品を示す画像の輪郭がぼやけて判別が困難となる。また、特定された部品の吸着位置にずれがなかったとしても、部品の両端に設けられる電極の大きさが異なる場合、結果的に部品に偏荷重がかかってしまうことを見いだした。

本願発明は、上記知見に基づきなされたものであり、小型の部品であっても割れや欠けが発生することなく実装することができる部品実装方法、部品実装機の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる部品実装方法は、長手方向の両端に電極を有する部品の吸着面に対し、ノズルの端面を当接させて前記部品を吸着し、吸着状態の前記部品を基板に装着して実装する部品実装方法であって、吸着予定の前記部品の吸着面を含む二次元領域を撮像手段が撮像する撮像ステップと、前記撮像により得られる画像データから、前記部品の電極に挟まれた暗色部を示す領域である暗色領域を画像処理により特定する特定ステップと、特定された暗色領域の位置を示す位置データを導出する導出ステップと、導出された位置データに基づき前記ノズルが前記部品を吸着する位置を示す吸着位置を導出する位置導出ステップとを含むことを特徴としている。

これにより、電極と暗色部との間の高いコントラストに基づき画像処理を行うことができるため、高い精度で吸着位置を特定することが可能となる。また、供給される部品の両端の電極の形状が均等で無かったとしても、暗色部の中心を吸着位置とすることによって長手方向の両端に電極を有し、その間に挟まれた暗色部の中心に対して均等な荷重で部品を保持し、また、基板に装着することができるため、偏荷重により部品が欠損することを回避できる。

また、部品の種類を示す部品種と当該部品の暗色部の吸着面における形状、および、大きさとが対応づけられた部品情報とから吸着予定の前記部品に対応する暗色部の形状、及び、大きさを取得する取得ステップを含み、取得した暗色部の形状、及び、大きさに基づき、画像データから暗色領域を特定してもよい。

これによれば、多種多様な部品が供給される場合でも、正確に暗色領域を特定することが可能となる。

また、特定された暗色領域の両側に隣接する領域が閾値以上の輝度を有する場合に、前記位置データを導出するものでもよい。

これによれば、例えば、キャリアテープが部品の暗色部と同じように光を反射するため、暗色部を示す像とキャリアテープを示す像とが渾然となった場合でも、正確に暗色領域を特定することが可能となる。

さらに、前記部品を照明する照明手段の光の照射強度を強い側から順次弱めて照度調整を行ってもよい。

これによれば、照明手段の照明強度が比較的強い状態でも暗色領域を正確に特定することができるため、照度調整を短時間に終了させることができ、実装基板の生産性の向上に寄与することが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる部品実装機は、長手方向の両端に電極を有する部品の吸着面に対し、ノズルの端面を当接させて前記部品を吸着し、吸着状態の前記部品を基板に装着して実装する部品実装機であって、吸着予定の前記部品の吸着面を含む二次元領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られる画像データから、前記部品の電極に挟まれた暗色部を示す領域である暗色領域を特定する画像処理手段と、前記撮像手段の位置と、特定された暗色領域の位置とに基づき前記部品を吸着する位置に前記ノズルを移動させる制御手段とを備えることを特徴とする。

これにより、電極と暗色部との間の高いコントラストに基づき画像処理を行うことができるため、高い精度で吸着位置を特定することが可能となる。また、供給される部品の両端の電極の形状が均等で無かったとしても、暗色部の中心を吸着位置とすることによって均等な荷重で部品を保持し、また、基板に装着することができるため、偏荷重により部品が欠損することを回避できる。

なお、前記部品実装方法が含む各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現すること、および、そのプログラムが記録された記録媒体として実現することも本願発明の実施に該当する。そして、そのプログラムをインターネット等の伝送媒体又はＤＶＤ等の記録媒体を介して配信することも本願発明の実施に該当する。

本願発明によれば、小型の部品に対しても、吸着位置を正確に特定し、偏荷重がかかることなく部品を吸着し、装着することが可能となる。その結果、部品を基板に実装する際の不具合の発生を可及的に低く抑えることが可能となる。

図１は、部品実装機を模式的に示す斜示図である。 図２は、キャリアテープを模式的に示す斜示図である。 図３は、ヘッドを正面（Ｙ軸方向）から示す図である。 図４は、部品実装機の機能部を機構部と共に示すブロック図である。 図５は、実装方法の流れを示すフローチャートである。 図６は、画像データの一つを視覚的に表した図である。 図７は、ノズルの吸着位置と部品の暗色部の中心とが一致した状態を側面から一部を切り欠いて示す図である。 図８は、従来の方法により、ノズルの吸着位置と部品の暗色部の中心とがずれた状態を側面から一部を切り欠いて示す平面図である。

次に本願発明にかかる部品実装機の実施の形態を説明し、当該部品実装機を用いた部品実装方法の実施の形態を説明する。

図１は、部品実装機を模式的に示す斜示図である。

同図に示すように、部品実装機１００は、部品供給部１０１に供給される部品２００を吸着保持し、吸着状態の部品２００を基板３００に装着して実装する装置であって、Ｘ軸方向に往復動可能なヘッド１０２と、ヘッド１０２をＸ軸方向に案内するＸビーム１０３と、Ｘビーム１０３をＹ軸方向に案内するＹビーム１０４と、部品実装機１００の基礎となる基台１０５とを備えている。

部品供給部１０１には、テープフィーダ１１０が多数並んで配置されている。テープフィーダ１１０は、それぞれ部品実装機１００に対し、着脱可能に取り付けられている。テープフィーダ１１０には、リール１１２に巻き付けられた状態で供給されるキャリアテープ１１１が取り付けられている。

図２は、キャリアテープを模式的に示す斜示図である。

キャリアテープ１１１は、通常リール１１２に巻き付けられた状態で供給される長尺帯状の部材であり、カバーテープ１１３と、キャビティー１１４が設けられるベーステープ１１５と、キャリアテープ１１１の厚さ方向に貫通する貫通孔１１６とを備えている。

ベーステープ１１５は、キャリアテープ１１１の基礎となる部材であり、部品２００を収容するキャビティー１１４を形成できる程度の厚みを備えている。

キャビティー１１４は、部品２００を収容するためにベーステープ１１５に設けられる空間（凹陥）であり、ポケットなどと称される場合もある。キャビティー１１４は、キャリアテープ１１１の長手方向に一列で等間隔に設けられている。

カバーテープ１１３は、キャビティー１１４内に部品２００を保持しておくための部材である。カバーテープ１１３は、部品実装機１００に部品２００を供給する直前にテープフィーダ１１０によってベーステープ１１５から剥がされるものとなっている。

貫通孔１１６は、キャリアテープ１１１の長手方向に等間隔に並べて設けられる孔であり、貫通孔１１６にスプロケットなどを噛み合わせることで、キャリアテープ１１１を正確なピッチで送ることができるものとなっている。なお、同図中において、貫通孔１１６は、ベーステープ１１５の先端部にのみ記載し、他の部分の記載は省略されている。実際には、キャリアテープ１１１の長手方向全体にわたって貫通孔１１６は設けられており、カバーテープ１１３にも設けられている。

図３は、ヘッドを正面（Ｙ軸方向）から示す図である。

ヘッド１０２は、ＸＹ平面内を自在に移動し、部品２００を吸着保持し、搬送し、部品２００を基板に装着するための装置であり、ノズル１２１と、駆動手段１２２と、撮像手段１２３と、照明手段１２４とを備えている（図４参照）。

ノズル１２１は、部品２００を直接保持する部材である。本実施の形態の場合、ノズル１２１は、長手方向の両端に電極（２０３、２０３）を有する部品２００の吸着面２０２に対し、端面を当接させて部品２００を吸着保持する筒状の部材である。

駆動手段１２２は、ノズル１２１をＺ軸方向に往復動させるための装置である。

撮像手段１２３は、吸着予定の部品２００の吸着面２０２を含む二次元領域を撮像することのできる装置である。具体的にはＣＣＤカメラなどである。

照明手段１２４は、吸着面２０２とその近傍に光を照射する装置である。具体的にはＬＥＤ照明などである。なお、できる限り部品２００の吸着面２０２に対し、垂直に入射する光を照射する照明手段１２４を採用することが望ましい。これは、暗色部２０４と電極２０３との間で高いコントラストを得ることができるためである。

部品２００は、プリント基板などの基板３００の表面に実装される電子部品であり、抵抗やコンデンサなどの小型チップ部品（１００５、０６０３、０４０２等）を例示することができる。部品２００は、直方体であり、長手方向の両端に電極２０３を有し、電極２０３に挟まれる部分は、電極２０３よりも暗色の暗色部２０４となっている。

本実施の形態の場合、１本のノズル１２１に対して、撮像手段１２３と、照明手段１２４とが設けられている。すなわち、ヘッド１０２は、ノズル１２１の本数と同数の撮像手段１２３と照明手段１２４とを備えている。なお、複数のノズル１２１に対して一つの撮像手段１２３および一つの照明手段１２４を設ける構成であっても良い。

図４は、部品実装機の機能部を機構部と共に示すブロック図である。

同図に示すように部品実装機１００は、画像処理手段１３１と、制御手段１３２と、照度調整手段１３３と、保持手段１３４とを機能部として備えている。本実施の形態の場合、画像処理手段１３１と、制御手段１３２と、照度調整手段１３３とは、演算装置（コンピュータ）とプログラムとによって実現される処理部であり、データなどを保持する保持手段１３４は、ハードディスクなどの記憶装置である。なお、それぞれは独立した装置として存在するものでもかまわない。

画像処理手段１３１は、撮像手段１２３により得られる画像データ４００から、部品２００の電極２０３に挟まれた暗色部２０４を示す領域である暗色領域２１２を画像処理により特定する処理部である。また、画像処理手段１３１は、制御手段１３２から撮像手段１２３が撮像により画像データ４００を取得した際の撮像手段１２３の位置データを取得し、暗色領域２１２の中心の位置データを導出する。なお、画像処理方法については、従来の処理方法、処理ロジックが採用可能である。

制御手段１３２は、ヘッド１０２、Ｘビーム１０３、Ｙビーム１０４、駆動手段１２２などの部品実装機１００が備える機構部の位置を制御すると共に、各機構部の現在位置を把握することのできる処理部である。具体的には、部品実装機１００が備える駆動源を制御すると共に、駆動源やエンコーダから得られる情報に基づき機構部の位置を把握するものとなっている。また、制御手段１３２は、画像処理手段１３１から取得した情報に基づき部品２００を吸着するＸＹ平面内の位置に対応するノズル１２１が位置するようにヘッド１０２を移動させることができるものとなっている。

照度調整手段１３３は、照明手段１２４が放射する光の強度を変化させ、各強度において得られた画像データ４００に基づき画像処理に適した光の強度を決定する処理部である。

保持手段１３４は、各種情報が記憶されている装置である。保持手段１３４が記憶している情報としては、部品２００の種類を示す部品種と部品２００の暗色部２０４の吸着面２０２における形状、および、大きさとが対応づけられた部品情報１３５等を例示できる。なお、部品情報１３５は、部品ライブラリの一つとして存在するものでもかまわない。

次に、上記部品実装機１００を用いた部品実装方法を説明する。

図５は、実装方法の流れを示すフローチャートである。

まず、ヘッド１０２を部品供給部１０１の上方に移動させる（Ｓ１０１：移動ステップ）（図１参照）。

ここで本実施の形態の場合、ノズル１２１のＸ軸方向の配置ピッチと、部品供給部１０１における部品２００のＸ軸方向の配置ピッチとが一致しており、複数の部品２００が複数のノズル１２１により同時に吸着できるものとなっている。

次に、照度調整手段１３３は、部品２００を照明する照明手段１２４の光の照射強度を強い側から順次弱めて照度調整を行う（Ｓ１０４：調整ステップ）。本願発明は画像データ４００から暗色領域２１２を特定するものであるため、照射強度を強い側から照度調整を行うことで、短時間に最適な照射強度を決定することが可能となる。

次に、調整ステップ（Ｓ１０４）で調整された照射強度で照明手段１２４が吸着予定の部品２００とその周辺部とを照明し、部品２００の吸着面２０２を含む二次元領域を撮像手段１２３が撮像する（Ｓ１０７：撮像ステップ）。

本実施の形態の場合、各ノズル１２１に対応して撮像手段１２３が設けられており、複数の撮像手段１２３により複数の部品２００の吸着面２０２を含む複数の画像データ４００が同時に得られる。

図６は、画像データの一つを視覚的に表した図である。

同図に示すように画像データ４００は、吸着面２０２とその周辺とを撮像することにより得られるデータである。本実施の形態の場合、吸着予定の部品２００が収容されているキャリアテープ１１１のキャビティー１１４の周辺と、その前後のキャビティー１１４周辺の像も得られている。なお、同図において、キャリアテープ像１１７は、キャリアテープ１１１を示す像であり、キャビティー像１１８は、キャビティー１１４を示す像である。また、部品像２１０は、部品２００の全体を示す像であり、暗色領域２１２は、暗色部２０４を示す像、明色領域２１３は、電極２０３を示す像である。また、同図は画像データ４００を線図により表しているため、境界が明確であるが、実際の画像データ４００において、境界は不明確である。特に明色領域２１３は、電極２０３は乱反射を起こしやすいため、非常にぼやけた境界となる。

次に、撮像ステップＳ１０４により得られる画像データ４００から、部品２００の電極２０３に挟まれた暗色部２０４を示す領域である暗色領域２１２を画像処理により特定する（Ｓ１１０：特定ステップ）。

暗色領域２１２の特定は、従来の画像処理方法を用いればよい。例えば、キャリアテープ１１１を構成する材料が白い紙や、白い樹脂である場合、部品２００の暗色部２０４よりも高い反射率となるため、得られる画像データ４００は、暗色領域２１２以外は高い輝度となる。従って、画像処理による暗色領域２１２の探索及び特定は容易となり、部品情報１３５の取得は不要となる場合もある。

一方、キャリアテープ１１１を構成する材料が、帯電防止素材などの場合暗色となり、得られる画像データ４００は、暗色領域２１２以外にも輝度の低く暗い領域が存在する。この場合、部品２００の暗色部２０４の形状を、保持手段１３４に記憶されている部品情報１３５から取得し、暗色領域２１２の特定を効率よく行えばよい。例えば、吸着予定の部品２００の吸着面２０２における暗色部２０４の形状は、１辺が０．４ｍｍの正方形であるとの情報を部品情報１３５から得た場合、一辺が０．４ｍｍの正方形に対応する暗色領域２１２を探索し、特定すればよい。なお、当該方法は、反射率が高いキャリアテープ１１１の場合においても有効である。

さらに、暗色領域２１２として特定した部分が正しいか否かを明色領域２１３で判断してもかまわない。具体的には、特定された暗色領域２１２の両側に隣接する領域が閾値（例えば暗色領域２１２と明色領域２１３との輝度差が２０）以上の輝度を有する場合に正しいと判断すればよい。

次に、特定された暗色領域２１２の位置を示す位置データを導出する（Ｓ１１３：導出ステップ）。具体的には、画像処理手段１３１が、画像データ４００における暗色領域２１２の中心（または重心）を求め、制御手段１３２から撮像時の撮像手段１２３の位置情報を取得する。そして、これら二つのデータから、ノズル１２１が部品２００を吸着する位置を示す吸着位置を導出する。

本実施の形態の場合、４本のノズル１２１に対し、それぞれ吸着位置が導出される。ここで、複数のノズル１２１に対応して複数の吸着位置が導出された結果、部品２００のずれや傾きなどにより、同時に吸着することができない部品２００が発生する場合がある。この場合、複数の吸着位置から最も多くの部品２００を同時に吸着できる条件（吸着時のヘッド１０２の位置）を選出してもよく、また、全部品２００を吸着するために、ヘッド１０２が移動しなければならない回数が最小となる条件を選出してもかまわない。

図７は、ノズルの吸着位置（例えばノズルの外形または内径（吸着穴）の中心位置）と部品の暗色部の中心とが一致した状態を側面から一部を切り欠いて示す図である。

図８は、従来の方法により、ノズルの吸着位置と部品の暗色部の中心とがずれた状態を側面から一部を切り欠いて示す平面図である。

図７に示すように、上記部品実装機１００を用い上記部品実装方法を適用すれば、部品２００の長手方向の両端部に配置される電極２０３の大きさが極端に異なる場合でも、部品２００の長手方向の暗色部２０４の中心（図７中、二点鎖線Ａ）が吸着位置（例えばノズルの外形または内径（吸着穴）の中心位置）（図７中、一点鎖線Ｂ）として導出されるため、図８に示すように部品の長手方向の長さ（外側のサイズ）の中心（図８中、二点鎖線Ａ）の近傍がノズルの吸着位置（図８中、一点鎖線Ｂ）として導出されることは無くなる。

これは、電極２０３からの乱反射によるぼやけた明色領域２１３にあまり影響されることなく画像データ４００から暗色領域２１２を高い位置精度で特定できるためである。

従って、図８に示す状態で、部品２００を吸着したり、部品２００を基板３００に装着することにより、部品２００に偏荷重を与え、部品２００を欠損や破損させてしまう不具合を回避することが可能となる。

具体的には、部品２００が１００５と称される小型部品の場合、本願発明を採用することなく部品２００を吸着した場合、吸着位置がずれることによって発生するミスの発生確率が０．０２％であったのに対し、本願発明を採用することにより、１００００個の部品２００を吸着した結果、吸着位置がずれることによって発生するミスを確認することはできなかった。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

本願発明は、電子部品をプリント基板などに表面に実装して実装基板を製造する実装基板生産工程に適用することができる。

１００ 部品実装機
１０１ 部品供給部
１０２ ヘッド
１０３ Ｘビーム
１０４ Ｙビーム
１０５ 基台
１１０ テープフィーダ
１１１ キャリアテープ
１１２ リール
１１２ 通常リール
１１３ カバーテープ
１１４ キャビティー
１１５ ベーステープ
１１６ 貫通孔
１１７ キャリアテープ像
１１８ キャビティー像
１２１ ノズル
１２２ 駆動手段
１２３ 撮像手段
１２４ 照明手段
１３１ 画像処理手段
１３２ 制御手段
１３３ 照度調整手段
１３４ 保持手段
１３５ 部品情報
２００ 部品
２０２ 吸着面
２０３ 電極
２０４ 暗色部
２１０ 部品像
２１２ 暗色領域
２１３ 明色領域
３００ 基板
４００ 画像データ

Claims (5)

1. 長手方向の両端に電極を有する部品の吸着面に対し、ノズルの端面を当接させて前記部品を吸着し、吸着状態の前記部品を基板に装着して実装する部品実装方法であって、
   吸着予定の前記部品の吸着面を含む二次元領域を撮像手段が撮像する撮像ステップと、
   前記撮像により得られる画像データから、前記部品の両端側の電極に挟まれた暗色部を示す領域である暗色領域を画像処理により特定する特定ステップと、
   特定された暗色領域の位置を示す位置データを導出する導出ステップと、
   導出された位置データに基づき前記ノズルが前記部品を吸着する位置を示す吸着位置を導出する位置導出ステップと
   を含む部品実装方法。
2. さらに、
   部品の種類を示す部品種と当該部品の暗色部の吸着面における形状、および、大きさとが対応づけられた部品情報から吸着予定の前記部品に対応する暗色部の形状、及び、大きさを取得する取得ステップを含み、
   前記特定ステップでは、取得した暗色部の形状、及び、大きさに基づき、画像データから暗色領域を特定する
   請求項１に記載の部品実装方法。
3. 前記導出ステップでは、特定された暗色領域の両側に隣接する領域が閾値以上の輝度を有する場合に、前記位置データを導出する
   請求項１に記載の部品実装方法。
4. さらに、
   前記部品を照明する照明手段の光の照射強度の強い側から順次弱めて照度調整を行う照度調整ステップを含む
   請求項１に記載の部品実装方法。
5. 長手方向の両端に電極を有する部品の吸着面に対し、ノズルの端面を当接させて前記部品を吸着し、吸着状態の前記部品を基板に装着して実装する部品実装機であって、
   吸着予定の前記部品の吸着面を含む二次元領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により得られる画像データから、前記部品の両端側の電極に挟まれた暗色部を示す領域である暗色領域を特定する画像処理手段と、
   前記撮像手段の位置と、特定された暗色領域の位置とに基づき前記部品を吸着する位置に前記ノズルを移動させる制御手段と
   を備える部品実装機。

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