JP5094534B2

JP5094534B2 - 電子部品の実装装置

Info

Publication number: JP5094534B2
Application number: JP2008118867A
Authority: JP
Inventors: 信介須原
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: JP2009272325A

Description

本発明は、複数の吸着ノズルを備えた実装装置の各ノズルに吸着された電子部品の画像を、集約させて一つの視野に取り込んで部品認識用カメラに撮像させる画像集約装置を備えた電子部品の実装装置に関する。

基板に実装される電子部品の良否や装着ヘッドのノズルに吸着された姿勢の良否を判断するために、ＣＣＤ等による部品認識用カメラが使用される。そして、装着される電子部品は精密かつ小さな部品であるため、高い分解能のカメラによる判断が要求される。また、複数種類の電子部品を高速で装着するため、装着ヘッドに複数の吸着ノズルが装備されたいわゆるマルチノズルが使用される。そして、このマルチノズルに吸着された各電子部品の画像を一括して取り込んで、電子部品の吸着姿勢等の良否を判断することが、生産効率上より望ましい。しかし、一括して広い視野の画像を取り込むため、高分解能かつ広視野のカメラが必要となり、高い設備コストを要する。最近の極小の電子部品に対しては、まだ分解能が不足し、そのためレンズの倍率を上げ分解能を高める方法で対処しているが、視野が狭まるため全部品を同時に取り込んで画像処理することができず、部品を一点一点画像取得するため、長い作業時間を要した。

そこで、特許文献１の発明は、部品位置認識範囲内に複数の認識領域を形成し、夫々の認識領域毎に画像入力装置（カメラ）に入射する光路を形成し、部品の位置認識すべき部分が位置する認識領域に応じて前記光路を択一的に選択するものである。これによると、複数のノズルに吸着された電子部品の画像を、取り込んで一箇所に設けられた高い分解能の画像入力装置（カメラ）で撮像することができる。
昭６２−１７９６０２号公報

しかし、特許文献１の発明は、複数の認識範囲を画像入力装置に入力するものであるが、光路を択一的に選択して行うものであるため、同時に複数の画像を入力することができず、迅速な判断を行うことができないという課題があった。

本発明の目的は、係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、大きなレンズ又は高い画素の高額なカメラを使用することなく、マルチノズルに吸着された各電子部品の画像を、高い分解能の画像で一括して取り込んで電子部品の吸着姿勢等の良否を判断することが可能な画像集約装置を備えた電子部品の実装装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の特徴は、実装ヘッドに円周上に配置された複数の吸着ノズルにそれぞれ吸着された複数の電子部品の複数の画像を撮像する部品認識用カメラを備えた電子部品の実装装置において、前記複数の吸着ノズルは、前記部品認識用カメラの視野より広い位置に配置されており、前記複数の吸着ノズルにそれぞれ吸着された前記複数の電子部品の一つに対向可能とするとともに前記部品認識用カメラのレンズの光軸に対して周辺部側に設けられ、前記電子部品の画像の入射光を該光軸側に反射させる第１反射面と、前記光軸側に前記第１反射面と平行に設けられ、該第１反射面から反射された前記入射光を前記光軸と平行となるように反射させる第２反射面と、を有するプリズムを放射状に複数個備え、前記プリズムの各々は、前記第２反射面の前記光軸側先端の両角が垂直方向に切り欠かれ、前記複数のプリズムの前記光軸側先端が隙間なく接合可能とする接合面が形成され、前記複数のプリズムは、前記隣接するプリズムの前記接合面同士を接合させることで前記部品認識用カメラのレンズの光軸に直角な平面上で放射状に配列され、前記複数の電子部品の複数の画像の入射光を捉え、前記部品認識用カメラの視野の中央に前記複数の電子部品の複数の画像の入射光を集約させることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記プリズムは４個であり、前記光軸に直角な平面上で９０度の等間隔に配設されていることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、前記プリズムの接合面は、前記光軸に直角な平面上で光軸を中心に両角を均等に４５度ずつ切欠くことにより形成されていることである。

請求項１に係る発明によると、複数の吸着ノズルに吸着された複数の電子部品の画像の入射光を複数のプリズムで集約させるが、隣接する各プリズムが相互に隙間なく配置されているので、前記各画像の入射光を互いに接近させて、部品認識用カメラのレンズの光軸側の狭い範囲にさらに集めることができる。そのため、高額な大きなレンズ又は高い画素のカメラを使用することなく、マルチノズルに吸着された各電子部品の画像を、高い分解能の画像で一括して取り込んで電子部品の良否・吸着姿勢の良否等の判断を迅速に行うことができる。
また、複数の吸着ノズルに吸着された複数の電子部品の画像の入射光を、放射状に配列された複数のプリズムの第１反射面で夫々部品認識用カメラのレンズの光軸側に反射し、反射された入射光を第２反射面で前記光軸と平行に反射させて部品認識用カメラのレンズ内に集約させる。プリズムの光軸側先端には、隣接するプリズム間で隙間なく隣接する接合面が形成されている。そして、形成された接合面で各プリズムを相互に隣接させることにより、各プリズムの第２反射面の中央部が前記光軸側に寄ることとなるので、反射される画像を前記光軸側に接近させることができ、前記部品認識用カメラの一つの狭い視野に前記複数の画像の入射光を集約させることができる。そのため、高額な大きなレンズ又は高い画素のカメラを使用することなく、マルチノズルに吸着された各電子部品の画像を、高い分解能の画像で一括して取り込んで電子部品の良否・吸着姿勢の良否等の判断を迅速に行うことができる。

請求項２に係る発明によると、４つの吸着ノズルが設けられた実装ヘッドに吸着された電子部品の良否等の判断を一括して迅速に行うことができる。

請求項３に係る発明によると、プリズムの両角を４５度ずつ切欠いて隣接するプリズム同士を接合させるという簡単な構成で、電子部品の画像の入射光を部品認識用カメラのレンズの光軸側に集めることができ、部品認識用カメラに画像を一括して取り込んで電子部品の良否・吸着姿勢の良否等の判断を迅速に行うことができる。

本発明の画像集約装置を備えた電子部品実装装置の実施形態を以下に説明する。図１は、電子部品実装装置の概要を示す斜視図、図２は、同要部を示す拡大図である。

電子部品実装装置２には、図１に示すように、基板Ｓを搬送方向（Ｘ方向）に搬送する基板搬送装置４が設けられている。この基板搬送装置４の上側には、Ｘ方向に直交するＹ方向に延在する細長いスライド６が、Ｘ方向に延びる図略の固定レールにより移動可能に案内支持され、スライド６のＸ方向移動はボールねじを介して図略のＸ方向サーボモータにより制御されている。スライド６の一側面には基板認識用カメラ８と部品移載装置１０とが取り付けられる移動台１２がＹ方向に移動可能に案内支持されて、その移動はボールねじを介して図略のＹ方向サーボモータにより制御されている。

基板認識用カメラ８は、基板Sが配される下方に向けて照射される図略のＬＥＤ光源、照射されたＬＥＤ光源の光が基板Sより反射される下方からの垂直方向の光軸を水平方向に屈折させる図略の屈折ミラー、及び屈折ミラーにより水平方向に入る光軸に沿って取り込む画像をデジタル信号に変換する本体部１４を有している。

部品移載装置１０は、図２に示すように、移動台１２に着脱可能に取り付けられる支持ベース２０と、この支持ベース２０にＸ方向及びＹ方向と直角なＺ方向に昇降可能に案内支持されてボールねじを介して図略のZ方向サーボモータにより昇降が制御される実装ヘッド２２と、この実装ヘッド２２から下方に突出して設けられて下端に部品Ｐを吸着保持する円筒状の吸着ノズル２４と、により構成される。実装ヘッド２２には複数本（例えば４本）の円筒状のノズルホルダ２６が軸線回りに回転可能に取り付けられている。ノズルホルダ２６には上下方向に往復運動可能な前記吸着ノズル２４が取り付けられ、各吸着ノズル２４は図略の圧縮スプリングにより下方へ付勢されている。また、ノズルホルダ２６は図略のモータによって吸着ノズル２４が所定位置で停止するように間欠的に回転される。

電子部品実装装置２の一端側には、図１に示すように、Ｘ方向に並んで設置された複数のフィーダよりなる図略の部品供給装置が設けられている。前記基板搬送装置４とこの部品供給装置との間の基台１上には、図２に示すように、Ｚ方向と平行な光軸Ｏ１を有する部品認識用カメラ（ＣＣＤカメラ）３０が設けられている。

部品認識用カメラ３０は基台１より上方を仰ぎ見るように取り付けられ、部品認識用カメラ３０の上方には、画像集約装置３２が図略のフレームに固定されて配設されている。画像集約装置３２は、図４に示すように、４本のプリズム３４を、光軸Ｏ１に直角な平面上で９０度の等間隔に放射状に配置することで、十字形に組み合わせて構成される。各プリズム３４は、図６乃至図８に示すように、水平な入射面３４ａと、水平から４５度傾斜した第１反射面３４ｂと、第１反射面３４ｂに平行に対向する第２反射面３４ｃと、第２反射面３４ｃから４５度傾斜しかつ水平な出射面３４ｄとを備えている。各プリズム３４は、中央部側（光軸側）に配置される先端部の互いに隣接する両角が、光軸Ｏ１を中心に４５度ずつ均等に垂直方向に切り欠かれて、先端が直角になるように形成されている。切り欠かれた面は接合面３６を構成し、隣接するプリズム３４を接合面３６同士で接合することにより、十字形に形成するとともに、図３及び図５に示すように、出射面３４ｄから出る画像Ｇを中央に寄せて集約し、部品認識用カメラ３０のレンズ３０ａの狭い範囲に収まるように構成されている。４本の前記吸着ノズル２４に吸着された電子部品Ｐの画像Ｇは、画像集約装置３２により部品認識用カメラ３０の視野に一括して取り入れられる。

なお、基板Ｓが搬入される基板搬送装置４の位置には、図略のクランプ装置及び図略の基板バックアップ装置が設けられている。この基板バックアップ装置は、基板Ｓを支持する複数のピンが立設された図略のピン支持台とピン支持台を昇降させる図略の昇降装置とを備えている。前記クランプ装置は、一対の押え部（図略）を備え、基板搬送装置４の停止位置に置かれた基板Ｓが基板バックアップ装置により実装位置まで上昇させられたときに、基板ＳをＹ方向両側から前記押え部でクランプして固定するようになっている。

上記のように構成された画像集約装置３２を備えた電子部品実装装置２の作動を、以下に説明する。まず、電子部品実装装置２には、基板搬送装置４により基板Ｓが搬入され、基板Ｓは図略のセンサにより基板搬送装置４上の停止位置で停止させられる。停止した基板Ｓは、前記基板バックアップ装置により実装位置に上昇され、上昇された位置において前記クランプ装置によりクランプされて固定される。そして、基板Ｓ上に設けられた基板マーク（図略）の位置が基板認識用カメラ８により検出される。この基板マークの位置に基づいて位置補正を行ってスライド６及び移動台１２をＸ方向及びＹ方向に移動して、部品供給装置（図略）から部品移載装置１０の吸着ノズル２４の先端に吸着保持した電子部品Ｐが基板Ｓ上の指令された座標位置に実装される。この際、吸着ノズル２４の先端に吸着保持した電子部品Ｐが部品供給装置から基板Ｓ上の指令された座標位置に移動される途中に、吸着ノズル２４を部品認識用カメラ３０の上で一旦停止させ、吸着姿勢の良否の判断がなされる。この吸着姿勢の良否の判断材料として吸着された電子部品Ｐの吸着ノズル２４の軸線に対する芯ずれ及び軸線に対する角度ずれが、部品認識用カメラ３０により検出される。この際、４本の吸着ノズル２４の先端に４個の電子部品Ｐが夫々吸着されるが、画像集約装置３２の４個のプリズム３４の各入射面３４ａの配設位置に各電子部品Ｐをそれぞれ対向するように位置させる。この際、吸着ノズル２４の配置は、図３に示すように、全体として部品認識用カメラ３０の視野より広いものであるが、図５に示すように、画像集約装置３２によって、視野の中央へ画像Ｇを寄せて集約することにより、４つの画像Ｇを一括して部品認識用カメラ３０に取り込むことができる。これによって、４つの電子部品Ｐの芯ずれ、角度ずれを同時に検出する。そして、この角度のずれの検出結果に基づき吸着ノズル２４を修正した後、芯ずれの検出結果に基づきスライド６及び移動台１２のＸ方向及びＹ方向の移動量を補正して、電子部品Ｐを基板Ｓ上の基板マークを基準とする指令された座標位置に正確に実装する。また、部品認識用カメラ３０によって、吸着ノズル２４に吸着された電子部品Ｐ自体の良否も同時に判断される。不良と判断された電子部品Ｐは図略の廃棄ボックス等に廃棄され、良と判断された電子部品Ｐのみ基板Ｓに実装される。

上記画像集約装置を備えた電子部品実装装置２によると、図５に示すように、複数の吸着ノズル２４に吸着された複数の電子部品Ｐの画像Ｇの入射光を、放射状に配列された各プリズム３４の第１反射面３４ｂで夫々部品認識用カメラ３０のレンズ３０ａの光軸Ｏ１側に反射し、反射された入射光を第２反射面３４ｃで前記光軸と平行に反射させて部品認識用カメラ３０のレンズ３０ａ内に集約させる。プリズム３４の光軸Ｏ１側先端には、隣接するプリズム３４間で隙間なく隣接する接合面３６が形成されている。そして、形成された接合面３６で各プリズム３４を相互に隣接させることにより、各プリズム３４の第２反射面３４ｃの中央部が前記光軸Ｏ１側に寄ることとなるので、反射される画像Ｇを前記光軸Ｏ１側に接近させることができ、前記部品認識用カメラ３０の一つの狭い視野に前記複数の画像Ｇの入射光を集約させることができる。そのため、大きなレンズ又は高い画素の高額なカメラを使用することなく、マルチノズル（複数の吸着ノズル２４）に吸着された各電子部品Ｐの画像Ｇを、高い分解能の画像Ｐとして一括して取り込んで電子部品Ｐの良否・吸着姿勢の良否等の判断を迅速に行うことができる。

また、この実施形態のように、４本のプリズム３４を、光軸Ｏ１に直角な平面上で９０度の等間隔に放射状に配置することで、４つの吸着ノズル２４が設けられた実装ヘッド２２に対向して配置できるようにし、吸着された電子部品Ｐの良否等の判断を一括して迅速に行うことができる。また、プリズム３４の両角を４５度ずつ切欠いて隣接するプリズム３４同士を接合させるという簡単な構成で、電子部品Ｐの画像Ｇの入射光を部品認識用カメラ３０のレンズ３０ａの光軸側に集めることができるので、低い設備コストで部品認識用カメラ３０に画像Ｇを一括して取り込んで電子部品Ｐの良否・吸着姿勢の良否等の判断を迅速に行うことができる。

なお、本実施形態において、複数の吸着ノズルとして４本の吸着ノズル２４に対応させるため、４個のプリズム３４を組み合わせた画像処理装置３２としたが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、６個のプリズム４０を組み合わせるものでもよい。これによって、６本の吸着ノズル２４に吸着された電子部品Ｐの画像を部品認識用カメラ３０で一括して取り込むことができる。

また、プリズム３２及び部品認識用カメラ３０は、部品供給装置と基板搬送装置との間に固定されているものとしたが、このように固定されているものに限定されず、例えば、実装ヘッドと共に移動する部品認識用カメラ及びプリズムであり、これらの部品認識用カメラ及びプリズムは、撮像の際に、吸着ノズルに接近し、撮像後には吸着ノズルから離間するように作動するものでもよい。

実施形態における電子部品実装機の概要を示す斜視図。同図１の要部を示す拡大図。同複数の電子部品の画像を部品認識用カメラに取り込む経路を示す概要図。同プリズムの組み合わせ状態を示す斜視図。同複数の画像の映り込み状態を示す概要図。同プリズムの平面図。同プリズムの側面図。同プリズムの正面図。画像集約装置の別例を示す図。

符号の説明

２…電子部品実装装置、３０…部品認識用カメラ、３０ａ…レンズ、３２…画像集約装置、３４…画像集約装置（プリズム）、３４ｂ…第１反射面、３４ｃ…第２反射面、３６…接合面、Ｏ１…光軸、Ｐ…電子部品、Ｓ…基板。

Claims

実装ヘッドに円周上に配置された複数の吸着ノズルにそれぞれ吸着された複数の電子部品の複数の画像を撮像する部品認識用カメラを備えた電子部品の実装装置において、
前記複数の吸着ノズルは、前記部品認識用カメラの視野より広い位置に配置されており、
前記複数の吸着ノズルにそれぞれ吸着された前記複数の電子部品の一つに対向可能とするとともに前記部品認識用カメラのレンズの光軸に対して周辺部側に設けられ、前記電子部品の画像の入射光を該光軸側に反射させる第１反射面と、前記光軸側に前記第１反射面と平行に設けられ、該第１反射面から反射された前記入射光を前記光軸と平行となるように反射させる第２反射面と、を有するプリズムを放射状に複数個備え、
前記プリズムの各々は、前記第２反射面の前記光軸側先端の両角が垂直方向に切り欠かれ、前記複数のプリズムの前記光軸側先端が隙間なく接合可能とする接合面が形成され、
前記複数のプリズムは、前記隣接するプリズムの前記接合面同士を接合させることで前記部品認識用カメラのレンズの光軸に直角な平面上で放射状に配列され、前記複数の電子部品の複数の画像の入射光を捉え、前記部品認識用カメラの視野の中央に前記複数の電子部品の複数の画像の入射光を集約させることを特徴とする電子部品の実装装置。
請求項１において、前記プリズムは４個であり、前記光軸に直角な平面上で９０度の等間隔に配設されていることを特徴とする電子部品の実装装置。
請求項２において、前記プリズムの接合面は、前記光軸に直角な平面上で光軸を中心に両角を均等に４５度ずつ切欠くことにより形成されていることを特徴とする電子部品の実装装置。