JP5095378B2

JP5095378B2 - 部品実装方法及び装置

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Publication number: JP5095378B2
Application number: JP2007324615A
Authority: JP
Inventors: 直樹栗田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: JP2009147206A

Description

本発明は、部品実装方法及び装置、特に使用した吸着ノズルをノズルホルダに正確に位置決めして返却する際に適用して好適な部品実装方法及び装置に関する。

一般に、配線基板上に電子部品を搭載する部品実装装置では、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルで電子部品を吸着保持した後、該搭載ヘッドを位置決めされている基板上方に移動させて搭載することにより実装基板を生産している。

通常、実装基板の生産に際しては、様々な大きさや形状の電子部品がそれぞれに適した吸着ノズルを使って搭載されるため、例えば小部品の後に大部品を搭載する場合等には、吸着ノズルの交換が行われる。

このノズル交換は、装置内に設置されているノズルホルダの上方へ搭載ヘッドを移動させ、使用中の吸着ノズルを返却した後、該ホルダに保管されている該当する吸着ノズルを装着しなおすことにより実現される。

吸着ノズルは、通常、ノズルホルダに形成されている所定形状の収納穴に、対応する形状の収納部を収納（嵌入）して保管されるため、収納方向が決まっている場合は返却する際に正確に収納できるように軸心に関する回転角度（ノズル向き）を基準位置に一致させなければならない。そのためには、事前にノズル向きを検出し、その方向が基準からずれている場合には、θ軸モータを使って吸着ノズルを回転させてノズル向きのずれを補正する必要がある。

従来のノズル向きの取得（検出）方法としては、部品吸着時にノズル先端の部品吸着部を下方から撮像した画像を画像処理することにより、溝の方向から検出するものが特許文献１に開示されている。

特許第２９９９８６６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているノズル向きの取得方法は、先端の部品吸着部の向き（回転角度）を取得するものであるため、部品吸着部が収納部に一定の関係で取り付けられていれば、その関係を利用して収納部の向きを検出することができるが、その関係が一定していない場合には、収納部を収納穴に正確に位置決めして収納することができないため、吸着ノズルをノズルホルダに返却する際に該ノズルに破損を生じさせるおそれがあるという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、吸着ノズルをノズルホルダに返却収納する際、収納方向が決まっている収納部を収納穴に正確に一致させることができる部品実装方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、部品吸着部の上方に収納部が形成されている吸着ノズルを搭載ヘッドに装着し、該吸着ノズルを使用して電子部品の搭載動作を行うと共に、使用後の吸着ノズルをノズルホルダの収納穴に収納部を嵌入させて返却する部品実装方法において、前記搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルを下方から撮像手段により撮像し、撮像された収納部の特徴部に基づいて該吸着ノズルの回転角度を検出し、検出された回転角度が基準角度からずれている場合は基準角度に補正した後、該吸着ノズルを前記ノズルホルダに返却するに際し、使用する各吸着ノズルについて、撮像手段により視野中央で撮像すると、前記収納部の特徴部が前記部品吸着部に遮蔽される形状の吸着ノズルであるか否かのデータを予め作成しておき、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルをノズルホルダに返却する際、該吸着ノズルが前記データに基づいて収納部の特徴部が部品吸着部に遮蔽される形状であると判定された場合、該吸着ノズルを視野中央から外れた位置へ移動させて撮像すると共に、前記各吸着ノズルについて、撮像された部品吸着部の特徴部に基づいて吸着ノズルの回転角度を検出し、検出された該吸着ノズルの回転角度と、収納部の特徴部に基づいて検出された前記吸着ノズルの回転角度との差分を、収納部に対する部品吸着部の組み付け誤差として保存するようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、部品吸着部の上方に収納部が形成されている吸着ノズルを搭載ヘッドに装着し、該吸着ノズルを使用して電子部品の搭載動作を行うと共に、使用後の吸着ノズルをノズルホルダの収納穴に収納部を嵌入させて返却する部品実装装置において、前記搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルを下方から撮像する撮像手段と、撮像された収納部の特徴部に基づいて該吸着ノズルの回転角度を検出する画像処理手段と、検出された回転角度が基準角度からずれている場合は基準角度に補正した後、該吸着ノズルを前記ノズルホルダに返却する制御手段と、を備え、更に、使用する各吸着ノズルについて、撮像手段により視野中央で撮像すると、前記収納部の特徴部が前記部品吸着部に遮蔽される形状の吸着ノズルであるか否かのデータを予め作成して保存する記憶手段を備え、前記制御手段が、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルをノズルホルダに返却する際、該吸着ノズルが前記データに基づいて収納部の特徴部が部品吸着部に遮蔽される形状であると判定された場合、該吸着ノズルを視野中央から外れた位置へ移動させて撮像する制御を行なうと共に、前記各吸着ノズルについて、撮像された部品吸着部の特徴部に基づいて吸着ノズルの回転角度を検出し、検出された該吸着ノズルの回転角度と、収納部の特徴部に基づいて検出された前記吸着ノズルの回転角度との差分を、収納部に対する部品吸着部の組み付け誤差として保存する手段を備えるようにしたことにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明によれば、前記搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルを下方から撮像手段により撮像し、撮像された収納部の特徴部に基づいて該吸着ノズルの回転角度を検出し、検出された回転角度が基準角度から外れている場合は基準角度に修正した後、該吸着ノズルを前記ノズルホルダに返却するようにしたので、吸着ノズルを正確に位置決めして返却することができる。

又、その際、使用する各吸着ノズルについて、撮像手段により視野中心で撮像すると、前記収納部が前記部品吸着部に遮蔽されるか否かのデータを予め作成しておき、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルをノズルホルダに返却する際、該吸着ノズルが前記データに基づいて収納部が前記部品吸着部に遮蔽される形状であると判定された場合、該吸着ノズルを視野中央から外れた位置へ移動させて撮像することにより、吸着ノズルを更に正確に位置決めして返却することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の部品実装装置の概要を示すブロック図である。

この部品実装装置では、搭載ヘッドユニット１０が、ＸＹ駆動ユニット１２により平面方向に移動し、ベース上のノズルホルダ１４に収納保持されている吸着ノズルを装着して使用すると共に、使用後は吸着ノズルを返却するようになっている。

上記搭載ヘッドユニット１０には基板認識カメラ１６が付設され、該カメラ１６により位置決めされた基板（図示せず）に設けられているマークから基板位置を認識することが可能になっている。

又、ベース側には照明装置１８による照明下で搭載ヘッドユニット１０を下方から撮像可能な撮像装置２０が配設され、該撮像装置２０により吸着ノズルに保持された電子部品を撮像し、撮像された画像に基づいて該電子部品の吸着状態を認識する画像処理装置２２と、各種データを保存できる記憶装置２４とを含む制御装置２６を備えている。

本実施形態においては、この制御装置２６が、前記撮像装置２０により搭載ヘッドユニット１０に装着されている吸着ノズルを撮像し、撮像された方向性のあるノズル特徴部（例えば、後述する直線部）に基づいて、前記画像処理装置２２によりノズル向き（ノズルの軸中心に関する回転角度）を検出（算出）する機能を有していると共に、検出されたノズル向きが基準角度からずれている場合には基準角度に補正した後、該吸着ノズルを前記ノズルホルダ１４に返却する制御を行なうようになっている。

図２には、前記搭載ヘッドユニット１０に装着される吸着ノズル３０の一例を示す。同図（Ａ）の側面図に示されるように、このノズル３０は、上端の保持部３２で搭載ヘッドユニット１０に装着されるようになっており、下端には部品吸着部３４が、その上方には収納部３６とつば部３８が組み付けられた形状になっている。

同図（Ｂ）には下から見た状態を示すように、部品吸着部３４は直方体形状であり、収納部３６は円柱を対抗する２辺で切り欠いた形状になっている。即ち、この収納部３６は、２つの直線部（特徴部）３６Ａを有する柱状になっており、図３にノズルホルダ１４の一部を平面図で示すように、該ホルダ１４に形成されている収納穴１４Ａに対応した嵌入可能な形状になっている。

上記ノズル向きを算出する機能には、吸着時の安定した部品吸着のために行なう、部品吸着部の向きを検出する機能と、ノズル返却時にノズル破損等を起こさないようノズルホルダ１４への正確な収納のために行なう、収納部３６の向きを検出する機能とがある。

便宜上、まずは、前記制御装置２６により電子部品を吸着する際に行う部品吸着部３４の向き検出を、図４のフローチャートに従って説明する。

搭載ヘッドユニット１０によってノズルホルダ１４からノズル３０を取出し（ステップ１）、ＸＹ駆動ユニット１２により該ノズル３０を撮像装置２０の上方に移動させ、その状態で照明装置１８により照明を点灯し、該撮像装置２０により撮像する（ステップ２）。これにより、図５にイメージを示すような画像が得られる。

次に、画像処理装置２２において部品吸着部３４の直線部（特徴部）３４Ａを、既知の直線検出手段（ソフトウェア）によって撮像された画像を処理することにより検出し、その直線部３４Ａの画像上の基準位置（図示せず）からの傾きからノズル角度（回転角度）を検出する（ステップ３）。安定した部品吸着が可能なノズルの基準角度は、前記記憶装置２４に予め保存されているので、その保存されている角度と検出した角度を比較し、その差分角度を搭載ヘッドユニット１０のノズルシャフト（図示せず）をθ軸モータにより回転して補正した後、部品吸着位置で指定された部品を吸着する（ステップ４、５）。

なお、上記図５に示した例のように、部品吸着部の形状が水平方向に長いノズルは、部品吸着部３４の上辺３４Ａ及び下辺３４Ｂの直線をそれぞれ検出し、２直線の平均をノズルの回転角度とすることができる。

次に、前記制御装置２６によりノズルをノズルホルダ１４に収納（返却）する際に行う収納部３６の向き検出を、図６のフローチャートに従って説明する。

前記図３に示したように、ノズルホルダ１４のノズルの収納穴１４Ａは、保管中にノズルが回転することを防止するために、円形状に直線部がある平面形状になっており、前記図２に示したようにノズル３０の収納部３６は嵌入可能なように対応する平面形状を有する柱状になっている。

従って、撮像装置２０によりノズル３０を直下から、即ち視野中央で撮像した場合に、前記図５に示したように、収納部３６の直線部３６Ａが撮像された画像が得られるならば、この特徴部（直線部）を検出することによって、部品吸着部３４の場合と同様にノズル３０の向きを検出することができる。

ところが、図７にノズル３０と撮像装置２０との位置関係のイメージを示すように、ノズル３０を視野中央で撮像する場合には図８（Ａ）に示すように収納部３６が部品吸着部３４の遮蔽範囲に入って撮像できない種類（形状）のノズル３０も存在する。このようなノズル３０でも、図７の右側に示す視野端で撮像すると、通常一方の直線部３６Ａを撮像することができる。

そこで、本実施形態では、使用中のノズル３０をノズルホルダ１４に返却する際、まずはそのノズル３０を視野中央で撮像すると、収納部３６が部品吸着部３４により遮蔽される種類であるか否かを判定する（ステップ１１）。

この判定には、使用するノズルごとに収納部３６の直線部（特徴部分）３６Ａを視野中央で撮像できる形状のノズルであるか否かのデータを予め作成し、前記記憶装置２４に保存しておくことにより対応する。図９には、予め作成したデータの一例をテーブル表示する。

次いで、搭載ヘッドユニット１０に保持されているノズル３０を、ＸＹ駆動ユニット１２により撮像装置２０の上方に移動させるが、そのノズル３０がステップ１１の判定で収納部３６を部品吸着部３４が遮蔽しない種類であれば、視野中央へ移動させ（ステップ１２）、遮蔽する種類であれば直線部３６Ａが撮像可能な視野端へ移動させる（ステップ１３）。

その後の動作は、前記部品吸着部３４を撮像した図４のステップ２〜５とほぼ同様に行うことができる。即ち、照明装置１８により照明を点灯し、撮像装置２０によって撮像する（ステップ１４）。次に、画像処理装置２２において収納部３６の直線部３６Ａを既知の直線検出手段によって検出し、その直線部３６Ａの基準方向からの傾きからノズル角度を検出する。ノズルホルダに収納可能なノズル角度は、記憶装置２４に予め保存されているので、その保存されている角度と検出した角度を比較し、その差分角度を搭載ヘッドユニット１０のθ軸モータにより回転して補正した後、指定されたノズルホルダ１４の位置（収納穴）１４Ａに嵌入させ収納する。

図１０には、部品吸着部３４により収納部３６の特徴部が遮蔽されたために、前記ステップ１３で視野端にノズルを移動させて撮像した場合の画像のイメージを拡大して示す。この図に示されるように、特徴部が遮蔽されること無く撮像できるため、直線部を検出することができる。

なお、ステップ３とステップ１５でそれぞれ検出したノズル角度から、ノズル毎に組み付け誤差として存在する収納部３６と部品吸着部３４のノズル角度の差分を求めて記憶しておくことにより、２回目以降は、その差分データを用いて、収納部又は部品吸着部のどちらか一方のみを検出することにより、他方の角度を算出することができる。従って、２回目以降は部品吸着部３４のみを検出してノズル３０をノズルホルダに正確に返却することができるようになる。

以上詳述した本実施形態によれば、方向性のあるノズルの部品吸着部３４と収納部３６の特徴部を画像認識により検出し、それぞれの部位によるノズルの向きを算出することにより、ノズルの組立作成時に収納部３６に対する部品吸着部３４の組みつけに誤差が生じている場合でも、例えば部品吸着部３４を画像認識するだけでノズル角度を検出できるため、正確にノズルをノズルホルダに返却することができるようになる。

なお、前記実施形態では、収納部３６に形成されている特徴部が直線部３６Ａである場合を示したが、回転方向を特定できる形状であれば直線部に限定されない。

本発明に係る一実施形態の部品実装装置の概要を示すブロック図使用される吸着ノズルの一例を示す説明図吸着ノズルが収納されるノズルホルダのイメージを示す部分平面図部品吸着動作を説明するフローチャート吸着ノズルの一例を下方から撮像した画像のイメージを示す説明図本実施形態の作用を示すフローチャート撮像時における撮像装置とノズルの関係を示す側面図図７の位置関係で撮像された画像のイメージを示す説明図予め作成してあるノズル判定データの一例を示す図表本実施形態を適用して撮像された画像のイメージを示す説明図

符号の説明

１０…搭載ヘッドユニット
１２…ＸＹ駆動ユニット
１４…部品ホルダ
１６…基板認識カメラ
１８…照明装置
２０…撮像装置
２２…画像処理装置
２４…記憶装置
２６…制御装置
３０…吸着ノズル
３２…保持部
３４…部品吸着部
３４Ａ、３４Ｂ…直線部
３６…収納部
３６Ａ…直線部
３８…つば部

Claims

部品吸着部の上方に収納部が形成されている吸着ノズルを搭載ヘッドに装着し、該吸着ノズルを使用して電子部品の搭載動作を行うと共に、使用後の吸着ノズルをノズルホルダの収納穴に収納部を嵌入させて返却する部品実装方法において、
前記搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルを下方から撮像手段により撮像し、撮像された収納部の特徴部に基づいて該吸着ノズルの回転角度を検出し、検出された回転角度が基準角度からずれている場合は基準角度に補正した後、該吸着ノズルを前記ノズルホルダに返却するに際し、
使用する各吸着ノズルについて、撮像手段により視野中央で撮像すると、前記収納部の特徴部が前記部品吸着部に遮蔽される形状の吸着ノズルであるか否かのデータを予め作成しておき、
搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルをノズルホルダに返却する際、該吸着ノズルが前記データに基づいて収納部の特徴部が部品吸着部に遮蔽される形状であると判定された場合、該吸着ノズルを視野中央から外れた位置へ移動させて撮像すると共に、
前記各吸着ノズルについて、撮像された部品吸着部の特徴部に基づいて吸着ノズルの回転角度を検出し、検出された該吸着ノズルの回転角度と、収納部の特徴部に基づいて検出された前記吸着ノズルの回転角度との差分を、収納部に対する部品吸着部の組み付け誤差として保存することを特徴とする部品実装方法。
部品吸着部の上方に収納部が形成されている吸着ノズルを搭載ヘッドに装着し、該吸着ノズルを使用して電子部品の搭載動作を行うと共に、使用後の吸着ノズルをノズルホルダの収納穴に収納部を嵌入させて返却する部品実装装置において、
前記搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルを下方から撮像する撮像手段と、撮像された収納部の特徴部に基づいて該吸着ノズルの回転角度を検出する画像処理手段と、検出された回転角度が基準角度からずれている場合は基準角度に補正した後、該吸着ノズルを前記ノズルホルダに返却する制御手段と、を備え、
更に、使用する各吸着ノズルについて、撮像手段により視野中央で撮像すると、前記収納部の特徴部が前記部品吸着部に遮蔽される形状の吸着ノズルであるか否かのデータを予め作成して保存する記憶手段を備え、
前記制御手段が、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルをノズルホルダに返却する際、該吸着ノズルが前記データに基づいて収納部の特徴部が部品吸着部に遮蔽される形状であると判定された場合、該吸着ノズルを視野中央から外れた位置へ移動させて撮像する制御を行なうと共に、
前記各吸着ノズルについて、撮像された部品吸着部の特徴部に基づいて吸着ノズルの回転角度を検出し、検出された該吸着ノズルの回転角度と、収納部の特徴部に基づいて検出された前記吸着ノズルの回転角度との差分を、収納部に対する部品吸着部の組み付け誤差として保存する手段を備えたことを特徴とする部品実装装置。