JP5159548B2

JP5159548B2 - 吸着姿勢判定装置

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Publication number: JP5159548B2
Application number: JP2008258341A
Authority: JP
Inventors: 喜彦岡山
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: JP2010092901A

Description

本発明は、ノズルの先端部に吸着されてプリント基板に実装されるチップ部品の吸着姿勢が正常であるか否かを簡易に判定することのできる吸着姿勢判定装置に関する。

プリント基板に実装される抵抗やコンデンサ等のチップ部品は益々小型化される傾向にある。ちなみにチップ部品のプリント基板への実装は、専ら、チップ部品をその先端部に吸着して上下に昇降駆動されるノズルを備えた実装機を用いて行われる（例えば特許文献１を参照）。また光電センサを用いて前記ノズルによるチップ部品の吸着の有無や吸着姿勢の異常を検出し、プリント基板への実装ミスを防ぐことも提唱されている（例えば特許文献２を参照）。

一方、本発明者は、先に単色平行光の光路中に進入した検出対象物による上記単色平行光の回折パターンを解析することで上記検出対象物のエッジを高精度に検出する手法を提唱した（例えば特許文献３を参照）。更に本発明者はこのエッジ検出手法を応用して、単色平行光の回折幅よりも狭い、例えば２００μｍ以下の幅を有する微小な検出対象物であっても、その両側のエッジをそれぞれ検出することで検出対象物の幅を高精度に検出する手法を提唱した（例えば特許文献４を参照）。
特開２０００−５９０９９号公報特開２００７−４３０７６号公報特許第４０８５４０９号公報特開２００５−２２７１５３号公報

ところで前述した特許文献２に示されるように複数の吸着ノズルを備え、これらの吸着ノズルを択一的に昇降駆動するように構成された実装機においては、例えば図１２に示すように投光器１と受光器２との間に形成される光路を上記複数の吸着ノズル３ａ〜３ｎの配列方向に設定することが望ましい。そしてこれらの吸着ノズル３ａ〜３ｎの択一的な昇降動作に連動して前記受光器２での受光パターンを解析し、各吸着ノズル３ａ〜３ｎにそれぞれ吸着されたチップ部品４の吸着の有無や吸着姿勢の異常を検出するように構成すれば良い。

しかしながら吸着ノズル３ａ〜３ｎによって前記受光器２による受光パターンの検出距離（ＷＤ）が異なるので、前述した特許文献４に開示される手法にてチップ部品Ｔの幅（平行光束の遮光幅）を検出した場合、例えば図１３に示すように検出距離（ＷＤ）によってチップ部品Ｔの検出幅が異なると言う問題がある。尚、図１３は先端部にチップ部品Ｔを吸着したノズル３を下降させながら、チップ部品Ｔの幅、更にはノズル３の幅を順次計測したときのデータを示している。

これ故、前記受光器２による受光パターンを解析してその遮光幅を求めたとしても、その遮光幅がチップ部品Ｔの遮光幅であるか、また吸着ノズル３の遮光幅であるかを識別すること自体が困難である。まして実装機から複数の吸着ノズル３ａ〜３ｎの中の、どの吸着ノズル３を昇降駆動しているか、或いは検出対象としているチップ部品Ｔがどのような仕様のものであるか等の情報を取得しながら、前述した検出処理を行うことは非常に煩雑であり、実用に適さないと言う問題がある。従って、仮に前記受光器２の出力からチップ部品Ｔによる遮光幅を検出したとしても、その検出情報からチップ部品Ｔの吸着姿勢の良否等を判定することは甚だ困難である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、投光部および受光部からなるエッジセンサを用いて、上下に昇降駆動される吸着ノズルの先端部に吸着されたチップ部品の吸着姿勢の良否を簡易に判定することのできる実用性の高い吸着姿勢判定装置を提供することにある。

本発明は、チップ部品を先端部に吸着した吸着ノズルを上下に昇降駆動し、例えば所定の高さ位置から下降させながらチップ部品または吸着ノズルの左右のエッジを逐次検出したときのエッジ位置の変化（トレンド）に注目している。特に平行光束中に吸着ノズルが位置付けられている場合には、吸着ノズルの軸心を中心にして、その左右のエッジは常に対称に検出されるが、吸着ノズルの先端に吸着されたチップ部品については、その吸着姿勢によっては必ずしもその左右のエッジが対称に検出されるとは限らないことに着目している。

そこで上述した目的を達成するべく本発明に係る吸着姿勢判定装置は、エッジセンサを用いて吸着ノズルの先端部に吸着されたチップ部品の吸着姿勢の良否を判定するべく、
<ａ> 先端部にチップ部品を吸着して上下に昇降するノズルの昇降領域を横切る光路を形成した投光部および受光部と、
<ｂ> 前記ノズルの昇降に伴って前記光路に進入した前記チップ部品または前記ノズルに起因して変化した前記受光部での受光パターンを解析して前記チップ部品または前記ノズルの左右のエッジをそれぞれ検出するエッジ検出手段と、
<ｃ> 予め定めた中心軸を基準として前記ノズルの昇降に伴って前記エッジ検出手段にて順次検出される前記チップ部品または前記ノズルの左右における両端縁部のエッジの情報を累積して前記チップ部品または前記ノズルによる左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求める演算手段と、
<ｄ> この演算手段にて求められた前記チップ部品および前記ノズルの左側および右側の各遮光面積を相互に比較して前記ノズルの先端部に吸着されたチップ部品の対称性からその吸着姿勢の良否を判断する判定手段と
を具備したことを特徴としている。
<ｂ１> 好ましくは前記エッジ検出手段は、前記ノズルの下降に伴って前記受光部での受光パターンが変化し、変化した受光パターンから前記チップ部品の左右における両端縁部のエッジが検出可能となった状態を該チップ部品の先端位置として検出してエッジの検出処理を開始するように構成され、
<ｃ１> また前記演算手段は、前記ノズルの昇降速度と前記チップ部品の高さとに応じて定まる期間に亘って前記エッジ検出手段にて検出される左右のエッジの情報を累積して前記チップ部品の左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求めた後、所定期間に亘って前記エッジ検出手段にて検出される左右のエッジの情報を累積して前記ノズルの左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求めるように構成される。

尚、前記ノズルが、略長方形状のチップ部品吸着面を有するとき、前記吸着姿勢判定装置としては、
<ｅ> 前記ノズルにおけるチップ部品吸着面の長辺を前記投光部および受光部によるエッジ検出方向と平行にして前記ノズルを昇降駆動して前記エッジ検出手段、前記演算手段、および前記判定手段による吸着姿勢判定処理を実行させた後、前記ノズルを９０°回転させて該ノズルにおけるチップ部品吸着面の短辺を前記投光部および受光部によるエッジ検出方向と平行にして前記ノズルを昇降駆動して前記エッジ検出手段、前記演算手段、および前記判定手段による吸着姿勢判定処理を実行させる制御手段と、
<ｆ> これらの各吸着姿勢判定処理による吸着姿勢判定結果が共に良であるときに前記ノズルによるチップ部品の吸着姿勢が正常であると判定する総合判定手段と
を更に備えることが好ましい。

これらの制御手段および総合判定手段に加えて、更に
<ｇ> 前記２回に亘る吸着姿勢判定処理にてそれぞれ求められた前記チップ部品の左側および右側の各遮光面積から、前記各向きでのチップ部品による遮光幅をそれぞれ求め、これらの遮光幅を相互に比較して前記ノズルにより吸着された前記チップ部品の向きの合否を判定する向き判定手段を備えることも好ましい。

尚、前記投光部および受光部を、１列に直線状に並べて設けられて択一的に昇降駆動される複数のノズルの並び方向に、各ノズルの昇降方向と直交して該ノズルの昇降領域を横切る光束幅の光路を形成して設けるようにしても良い。またこの場合、前記演算手段にて求められた前記ノズルの左側および右側の各遮光面積を相互に比較して前記予め定めた中心軸と前記ノズルの軸心とのずれを求め、このずれを補正して前記ノズルの軸心を基準とする前記チップ部品または前記ノズルによる左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求める補正手段を備えることが好ましい。

本発明に係る吸着姿勢判定装置によれば、受光器による受光パターンを解析して求められる左右のエッジを、所定の中心軸を基準として累積することによって求められるチップ部品およびノズルによる左側および右側の各遮光面積に着目し、その遮光面積を相互に比較することでその対称性を判定するので、ノズルの先端部に吸着されたチップ部品の吸着姿勢の良否を的確に判定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る吸着姿勢判定装置について説明する。
図１は部品実装装置に組み込まれる吸着姿勢判定装置の概略構成を示している。この吸着姿勢判定装置は、部品実装装置における吸着ノズル３の先端に吸着されてプリント基板への実装に供されるチップ部品Ｔの吸着姿勢とその向きを判定するものであって、前記吸着ノズル３の昇降領域を横切る光路を形成した投光部１と受光部２とからなる光電センサを備える。

尚、前記部品実装装置は、水平面内を移動自在に設けられたＸＹテーブル機構１０に前記吸着ノズル３を上下方向に昇降自在に組み込むと共に、前記吸着ノズル３をその軸心を中心として回動自在に設けて構成される。この部品実装装置は、実装制御部１１の制御の下でＸＹ駆動機構１２、Ｚ軸駆動機構１３およびθ駆動機構１４をそれぞれ駆動し、前記吸着ノズル３を所定の水平面内（ＸＹ面）において位置決めすると共に、前記吸着ノズル３を上下に昇降駆動し、更には前記吸着ノズル３を回動させる。そして基本的には図示しない吸引装置による前記吸着ノズル３の作動を制御しながら、該吸着ノズル３の先端部に吸着したチップ部品Ｔの図示しないプリント基板への表面実装を行う。尚、図１においては１つの吸着ノズル３だけを示すが、部品実装装置が択一的に駆動される複数本の吸着ノズル３を備えることもあることは前述した通りである。

本発明に係る吸着姿勢判定装置における光電センサ（投光部１および受光部２）は、このような部品実装装置の前述したＸＹテーブル機構１０に一体的に組み込まれる。特に投光部１は、水平方向に所定の幅を有する平行光束（幾何光学における光線の束）を前記吸着ノズル３の昇降領域を横切る向きに投光するように設けられる。このような投光部１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ素子（ＬＤ）等の光源と、光ファイバやコリメータ・レンズ等の光学系を用いて構成される。

また前記受光部２は前記吸着ノズル３の昇降領域を挟んで前記投光部１に対峙する位置に設けられて前記投光部１から発せられた光を受光し、その光路中に進入した前記吸着ノズル３またはその先端部に吸着されたチップ部品Ｔによる受光量の変化を検出するものとなっている。特に前記受光部２は、例えば前記平行光束をその全幅に亘って受光可能なラインセンサを主体として構成され、ラインセンサの各位置での受光量をそれぞれ電気信号に変換して出力することで、前記光路中に進入した吸着ノズル３やその先端に吸着されたチップ部品に起因して変化した前記ラインセンサの幅方向における受光量の変化（受光パターン）を検出するように構成される。

このようにして前記部品実装装置に投光部１および受光部２をそれぞれ組み込んで構成される吸着姿勢判定装置は、基本的には前記吸着ノズル３の昇降に伴って前記光路に進入した前記チップ部品Ｔまたは前記吸着ノズル３に起因して変化する前記受光部２での受光パターンを解析して前記チップ部品Ｔまたは前記吸着ノズル３の左右のエッジをそれぞれ検出するエッジ検出手段２１を備える。

このエッジ検出手段２１は、光路中に存在するチップ部品Ｔまたは吸着ノズル３によって前記平行光束が部分的に遮られると共に、該チップ部品Ｔまたは吸着ノズル３における左右のエッジにおいて前記平行光束がフレネル回折を生じ、これに伴って前記受光部３での受光パターンが、例えば図２に示すように変化することに着目して、前記受光部３での受光パターンを解析することでその左右のエッジ位置を検出するものである。このエッジ検出の手法については、例えば前述した特許文献３,４に記載される通りである。

このエッジ検出手段２１によるエッジ検出を簡単に説明すると、チップ部品Ｔや吸着ノズル３等の遮光物が存在しないときのラインセンサの各受光セルでの正規化受光量を［１］としたとき、基本的には図３に例示するように上記遮光物の存在によってフレネル回折を生じた受光パターンにおける受光量が［０.２５］となる位置が上記遮光物のエッジ位置に相当することに着目してエッジ位置を検出するものである。

また遮光物による前記平行光束の遮光幅が狭い為にその光量が［０.２５］まで低下しないような場合には、予め定めた値Ｙth、例えば［０.７５］まで光量が低下した位置を測定し、受光量が［０.２５］となるエッジ位置とのずれ量Δｘで補正してエッジ位置を検出する。上記ずれ量Δｘは、通常、前記受光パターンの変化を近似した関数と検出距離（ＷＤ）とによって定めるものであるが、複数のノズルの検出距離（ＷＤ）を特定することが困難なことから、本発明においては後述するようにずれ量Δｘの補正を行うことなく、そのエッジ位置を検出するものとなっている。前記エッジ検出手段２１は、基本的にはこのようにして前記受光部２での受光パターンを解析し、これによって前記チップ部品Ｔまたは前記吸着ノズル３の左右のエッジをそれぞれ検出している。

このようなエッジ検出手段２１に加えて前記吸着姿勢判定装置は、更に前記吸着ノズル３を下降または上昇させながら、所定の周期で検出される左エッジと右エッジとを前記吸着ノズル３の軸心を基準としてそれぞれ累積加算し、該吸着ノズル３の軸心を中心として左右に区画される左側面積と右側面積とをそれぞれ求める演算手段２２を備えると共に、この演算手段２２にて求められた左側面積と右側面積とを相互に比較することで、その対称性を判断する対称性判定手段２３を備える。また吸着姿勢判定装置は、更に前記吸着ヘッド３の向きを９０°変化させて該吸着ヘッド３を繰り返し昇降させる判定制御手段２４を備えると共に、向きを変えて昇降駆動される吸着ヘッド３から検出される左右のエッジ位置情報から、吸着ヘッド３によるチップ部品Ｔの吸着の向きを判定する向き判定手段２５，およびこの向き判定手段２５および前記対称性判定手段２３による判定結果を総合判定して前記チップ部品Ｔの吸着姿勢を総合判定する総合判定手段２６を備える。

これらの向き判定手段２５および総合判定手段２６は、前記判定制御手段２４による吸着ヘッド３の回転制御（向き制御）および昇降制御に連動して後述するようにその判定処理を実行する。
尚、前記部品実装装置が択一的に駆動される複数の吸着ヘッド３（３ａ〜３ｎ）を直線状に並べて設けた構成を有する場合、図１２に示したように前記投光部１および受光部２は前記複数の吸着ヘッド３（３ａ〜３ｎ）の並びの方向に光路を形成して設けられる。そして択一的に昇降駆動される吸着ノズル３（３ａ〜３ｎ）およびその先端部に吸着されたチップ部品Ｔにより生じた前記受光部２による受光パターンから、そのエッジを検出するように構成される。この場合、複数の吸着ヘッド３（３ａ〜３ｎ）の各昇降位置と、前記投光器１および受光器２の光学的中心とを完全に直線配列することは構造的に極めて困難である。そこで本発明に係る吸着姿勢判定装置においては、受光器２の光学的中心と前記複数の吸着ヘッド３（３ａ〜３ｎ）の各昇降位置とのずれを補正して前述したエッジ検出を行う為のずれ補正手段２７が設けられている。このずれ補正手段２７について後述する。

ここで上述した如く構成された吸着姿勢判定装置によるチップ部品Ｔの基本的な吸着姿勢判定の原理について説明する。
前記受光部２での受光パターンを前記エッジ検出部２１にて解析して前記チップ部品Ｔや吸着ノズル３の左右のエッジ位置をそれぞれ検出したとしても、前述したようにチップ部品Ｔまたは吸着ノズル３と受光部２との距離（ワーキングディスタンスＷＤ）が明らかでない場合には、そのエッジ位置を正確に求めることはできない。また複数の吸着ヘッド３（３ａ〜３ｎ）の択一的な駆動によって、その吸着ヘッド３と受光部２との距離ＷＤが変化する場合には、これに伴って図１３に示したように検出されるエッジ位置も変化することは前述した通りである。

そこで本発明においてはチップ部品Ｔを先端部に吸着した吸着ノズル３を上下に昇降駆動、例えば所定の高さ位置から下降させながら逐次チップ部品Ｔまたは吸着ノズル３の左右のエッジを逐次検出したときのエッジ位置の変化（トレンド）に注目している。特に前記平行光束中に前記吸着ノズル３が位置付けられている場合には、吸着ノズル３の軸心を中心にして、その左右のエッジは常に対称に検出されるが、吸着ノズル３の先端に吸着されたチップ部品Ｔについては、その吸着姿勢によっては必ずしもその左右のエッジが対称に検出されるとは限らない。

具体的には、吸着ノズル３の先端にチップ部品Ｔが正しく（正常に）吸着されている場合には、図４に示すようにチップ部品Ｔについて検出される左右のエッジ位置は左右対称に変化し、また吸着ノズル３の左右のエッジ位置も左右対称に変化する。しかし吸着ノズル３の先端に吸着されたチップ部品Ｔの吸着姿勢が正しくない場合には、例えば吸着ノズル３の中心からずれている場合には、図５に示すように吸着ノズル３の左右のエッジは左右対称に検出されるが、チップ部品Ｔについては左右のエッジが非対称に検出される。特にこのようなチップ部品Ｔの左右のエッジの非対称性は、吸着ヘッド３を昇降させながらチップ部品Ｔの左右のエッジを逐次連続して検出した場合の上記各エッジの変化パターンが互いに異なる現象として確実に捉えることができる。

従って、例えば吸着ノズル３の左右のエッジを検出した際のエッジ位置の対称性から該吸着ノズル３の軸心（ノズル中心軸）を求め、このノズル中心軸を基準として前記チップ部品Ｔの左右のエッジの位置を逐次検出し、その変化の対称性を調べれば、前述したようにチップ部品Ｔの左右のエッジ位置を正確に計測できなくても、或る程度その吸着姿勢の良否を判断し得ることになる。

尚、吸着ヘッド３の昇降に伴って逐次検出される左右のエッジ位置を、その履歴（トレンド）としてそれぞれ記憶しておき、これらのエッジ位置の各変化パターン（変化特性）を求めて相互に比較しても良いが、その為には膨大なメモリ容量を必要とする。従って前記吸着ノズル３の軸心（ノズル中心軸）を基準として前記左右のエッジの変化曲線によって囲まれる左右の面積を前記チップ部品Ｔにより遮光された領域の面積として求めれば、これらの面積の相互比較だけでその対称性を簡易に判断することができる。特にチップ部品Ｔは概略直方体形状をなしており、専ら、そのフラットな上面が前記吸着ノズル３によって吸着されるので、上述した如く求められるノズル中心軸を基準とした左右の遮光面積に着目しても、殆ど問題なくその対称性を判断することができる。

しかしながらチップ部品Ｔの吸着姿勢によっては、その吸着姿勢が不良であっても上述した対称性の判断においては良好として判定されることがある。即ち、吸着ヘッド３は、吸着対象とするチップ部品Ｔの大きさに応じた種々の先端形状を有するが、一般的には図６に示すように略直方体形状をなすチップ部品Ｔの上面を安定に吸着するべく、チップ部品Ｔよりも若干大きい長方形状の吸着面３ａを備えている。そして吸着ヘッド３は、基本的には所定の太さを有する丸棒状の基部から上記長方形状の吸着面３ａを形成した先端部に向けて該吸着面３ａの長手方向および短手方向に徐々に絞り込んだ形状を有する。これ故、吸着ヘッド３自体は前記吸着面３ａの長手方向側および短手方向側からそれぞれ見た側面形状は、それぞれ吸着ヘッド３の軸心を中心として左右対称な形状を有している。

そして前述した投光部１および受光部３は、このような形状の吸着ヘッド３の先端部（吸着面３ａ）に吸着されたチップ部品ＴをＳＮ比良く確実に検出するべく、例えば図７に示すように前記吸着ヘッド３の先端部（吸着面３ａ）の長手方向と直角に交差する向きにその光路を設定して設けられる。換言すれば吸着ヘッド３は、上記光路に対してその先端部（吸着面３ａ）の長手方向が直交する向きを基準方向として設けられ、プリント基板へのチップ部品Ｔの実装時は、実装すべき向きに応じて回転駆動される。

このような吸着ヘッド３に対して、例えば図８(ａ)に示すようにその吸着面３ａの長手方向に対してチップ部品Ｔが９０°ずれて吸着されている場合や、図８(ｂ)に示すように吸着面３ａの長手方向に対してチップ部品Ｔが４５°ずれて吸着されている場合には、図８(ｃ)に示すようにチップ部品Ｔが正しく吸着されている場合と同様に前述したノズル中心軸を基準としたチップ部品Ｔの左右の遮光面積は対称に検出される。この場合、仮に吸着ノズル３を９０°回転させたとしても、前述した如くチップ部品Ｔの左右のエッジから求められる左右の遮光面積（チップ面積ＴＬ,ＴＲ）は対称となる。従ってこのようなチップ部品Ｔの吸着姿勢のずれについては、上述した左右の遮光面積の対称性からは判断することができない。

しかし前述したようにチップ部品Ｔは略直方体形状を有しており、吸着ノズル３によるチップ部品Ｔの正常な吸着姿勢は、その吸着面３ａに沿ってチップ部品Ｔが吸着されている状態であること、つまり吸着面３ａの長手方向とチップ部品Ｔの長手方向とが揃っていることに着目すれば、前述した如く対称性が判断する際のチップ部品Ｔによる遮光幅を、吸着ヘッド３の回転の向きに応じて比較すれば、その吸着姿勢が正常であるか否かを判断することができる。

即ち、吸着ヘッド３の吸着面３ａの長手方向を光路と直交させた状態において検出されるチップ部品Ｔの遮光幅Ｌと、吸着ヘッド３を９０°回転させて前記吸着面３ａの長手方向を光路と平行にした状態において検出されるチップ部品Ｔの遮光幅Ｓとをそれぞれ検出し、これらの遮光幅Ｌ,Ｓを比較すれば、その大小関係からチップ部品Ｔの吸着姿勢の良否を判断することができる。具体的には図８(ａ)に示す場合には、チップ部品Ｔの短手方向の幅を計測した遮光幅Ｓが、その長手方向の幅を計測した遮光幅Ｌよりも大きいので、これを吸着姿勢が不良であると判断することができる。また図８(ｂ)に示す場合には、チップ部品Ｔの短手方向の幅を計測した遮光幅Ｓと、その長手方向の幅を計測した遮光幅Ｌとが殆ど変わることがないので、つまりチップ部品Ｔの仕様に応じた縦幅と横幅との比を有していないことから、これを吸着姿勢が不良であると判断することができる。

尚、図９(ａ)(ｂ)に示すように前記吸着面３ａに対してチップ部品Ｔが、その長手方向または短手方向の一方向にだけずれている場合には、仮に或る方向においてチップ部品Ｔの左右のエッジから求められる左右の遮光面積（チップ面積ＴＬ,ＴＲ）または左右の遮光幅が対称であっても、吸着ノズル３を９０°回転させた場合には、該チップ部品Ｔの左右のエッジから求められる左右の遮光面積（チップ面積ＴＬ,ＴＲ）または左右の遮光幅は非対称になる。従ってこのようなチップ部品Ｔのずれについては、前述したように吸着ノズル３を９０°回転させて各向きでのチップ部品Ｔによる左右の遮光面積の対称性を調べることにより判断することができる。

ところで吸着ノズル３が１つだけの場合には、予めその吸着ノズル１の遮光幅を求めてその中心をノズル中心位置として設定しておけば、前述した対称性の判断を容易に実行することができる。また択一的に駆動される複数の吸着ノズル３を備えた部品実装装置の場合には、例えば部品実装装置側からどの吸着ノズル３を駆動するかの情報を取得できれば、その吸着ノズル３に応じてノズル中心軸を設定することができる。しかし現実的にはこのような情報を部品実装装置側から取得するようにすると、そのシステム構成が大掛かりになることが否めない。

従ってこのような場合には、例えば吸着ノズル３の昇降駆動に伴ってチップ部品Ｔから吸着ノズル３に亘って検出される遮光面積中の、吸着ノズル３部分での遮光面積だけに着目し、図１０に示すように吸着ノズル３部分での左側遮光面積ＮＬと右側遮光面積ＮＲとが等しくなる位置をノズル中心軸として求め、予め設定した光学系上でのノズル中心軸を補正するようにすれば良い。このようなノズル中心軸のずれ補正が前述したずれ補正手段２７にて実行される。

尚、吸着ノズル３部分での遮光面積を検出するに際しては、例えば検査対象となるチップ部品Ｔの仕様からその高さの情報を求めると共に、吸着ノズル３の昇降速度を予め求めておく。そして先端部にチップ部品Ｔを吸着した吸着ノズル３を下降させて前記受光部２による受光パターンの変化を監視し、受光パターンに変化が生じた時点をチップ部品Ｔの先端部の検出タイミングとする。そしてこの時点から前記受光パターンに基づく前記チップ部品Ｔのエッジ検出を開始し、前記吸着ノズル３が前記チップ部品Ｔの高さに相当する分まで下降したタイミングをチップ部品Ｔと吸着ノズル３との境界であると判定する。その後、前記受光パターンを解析して求められるエッジを前記吸着ノズル３のエッジであるとして、そのエッジ検出を連続して行うようにすれば良い。

図１１は、上述した吸着姿勢判定の原理の下で、図１に示したエッジ検出部２１、演算手段２２、ずれ補正手段２７を用いてチップ部品の吸着姿勢の判定処理を実行する吸着姿勢判定装置の概略的な処理手順を示している。この処理は吸着ノズル３の先端部にチップ部品Ｔを吸着したときに起動される。そして先ず、吸着ノズル３における吸着面３ａの長辺エッジセンサ（受光部２）に向けた第１の規定状態において、該吸着ノズル３を所定の一定速度で下降させることから開始される〈ステップＳ１〉。

このようにして吸着姿勢判定処理が開始されたならば、先ず前記受光部２による受光パターンから検出対象物（チップ部品Ｔ）のエッジを検出可能な状態となったか否かを判定する〈ステップＳ２〉。この判定は、受光部２による受光パターンが、検出対象物（チップ部品Ｔ）による遮光・回折作用を受けて変化したか否か、つまり受光量の落ち込みが生じたか否かを監視することによってなされる。そしてエッジ検出が可能となった場合には、これをチップ部品Ｔの先端部が検出されたとして上記受光パターンから該チップ部品Ｔの左右のエッジをそれぞれ検出する〈ステップＳ３〉。そして検出した左右のエッジの位置を、予め設定した中心軸（ノズル中心軸）を基準として累積する〈ステップＳ４〉。

尚、上述した左右のエッジ検出処理は、予め定められた周期で繰り返し実行される。このようにして繰り返し実行されるエッジ検出処理によって、前述した吸着ノズル３の下降に伴って前記チップ部品Ｔの左右のエッジが、その高さ位置を異ならせて逐次連続して検出される。そして検出された左右のエッジの位置が累積されて、その左側および右側の遮光面積ＴＬ１,ＴＲ１がそれぞれ求められる。

このような検出エッジ位置の累積処理は、前記吸着ノズル３の下降に伴ってｎ回に亘って行われる〈ステップＳ５〉。ちなみにこの累積処理回数ｎは、検査対象とするチップ部品Ｔの高さと吸着ノズル３の下降速度、およびエッジ検出処理の周期によって定められるもので、例えば吸着ノズル３が該吸着ノズル３とチップ部品Ｔとの境界まで下降するまでの時間に相当する回数［ｎ＝２００］として設定される。

しかる後、前述した吸着ノズル３の下降を継続したまま、今度は前記受光部２での受光パターンから該吸着ノズル３の左右のエッジをそれぞれ検出する〈ステップＳ６〉。そして検出した左右のエッジの位置を、予め設定した中心軸（ノズル中心軸）を基準として累積する〈ステップＳ７〉。そしてこの吸着ノズル３の左右のエッジ検出処理を、前記吸着ノズル３の下降に伴ってｍ回に亘って繰り返し実行し、検出された左右のエッジの位置を累積して求められる吸着ノズル３の左側および右側の遮光面積ＮＬ１,ＮＲ１をそれぞれ求める〈ステップＳ８〉。この繰り返し累積回数ｍについては、例えば［ｍ＝３００］として設定すれば十分である。

以上のようにしてチップ部品Ｔの左右の遮光面積ＴＬ１,ＴＲ１と、吸着ノズル３の左右の遮光面積ＮＬ１,ＮＲ１とをそれぞれ求めたならば、先ず前記吸着ノズル３を上昇させて元の位置に戻す〈ステップＳ９〉。そして前記各遮光面積ＴＬ１,ＴＲ１,ＮＬ１,ＮＲ１を相互に比較してその対称性を判断する〈ステップＳ１０〉。この対称性の判断は、例えばチップ部品Ｔの左右の遮光面積ＴＬ１,ＴＲ１の比［ＴＬ１／ＴＲ１］と、吸着ノズル３の左右の遮光面積ＮＬ１,ＮＲ１の比［ＮＬ１／ＮＲ１］とを比較し、その差が所定の閾値Ａ以内であれば対称性が保証されていると判断すれば良い。簡易的には、例えば
｜ＮＬ１×ＴＲ１−ＮＲ１×ＴＬ１｜＜Ａ
としてその対称性を判断すれば良い。

この対称性の判断によってチップ部品Ｔの吸着姿勢が不良であると判断された場合には、その旨の情報（警報）を出力して姿勢判定処理を終了する〈ステップＳ２４〉。しかし上記判定処理によって対称性が確認されたとしても、前述したように吸着姿勢が正常であるとは限らない。そこで次に前記吸着ノズル３の向きを９０°回転させた後、再度吸着ノズル３を一定速度で下降させる〈ステップＳ１１〉。そして先のエッジ検出処理の場合と同様に先ずチップ部品Ｔの左右のエッジを検出し、検出した左右のエッジの位置を累積して左側および右側の遮光面積ＴＬ２,ＴＲ２をそれぞれ求める〈ステップＳ１２,Ｓ１３,Ｓ１４,Ｓ１５〉。

次いで吸着ノズル３についても同様にして左右のエッジを検出し、検出した左右のエッジの位置を累積して左側および右側の遮光面積ＮＬ２,ＮＲ２をそれぞれ求める〈ステップＳ１６,Ｓ１７,Ｓ１７,Ｓ１８〉。そして前記吸着ノズル３を上昇させて元の位置に戻した後〈ステップＳ１９〉、これらの各遮光面積ＴＬ２,ＴＲ２,ＮＬ２,ＮＲ２を相互に比較してその対称性を判断する〈ステップＳ２０〉。

この対称性の判断は、前述した１回目の対称性判断と同様に、例えばチップ部品Ｔの左右の遮光面積ＴＬ２,ＴＲ２の比［ＴＬ２／ＴＲ２］と、吸着ノズル３の左右の遮光面積ＮＬ２,ＮＲ２の比［ＮＬ２／ＮＲ２］とを比較し、その差が所定の閾値Ａ以内であれば対称性が保証されていると判断すれば良い。簡易的には、例えば
｜ＮＬ２×ＴＲ２−ＮＲ２×ＴＬ２｜＜Ａ
としてその対称性を判断すれば良い。この場合にもチップ部品Ｔの吸着姿勢が不良であると判断された場合には、その旨の情報（警報）を出力して姿勢判定処理を終了する〈ステップＳ２４〉。

尚、情報（警報）の出力は別途設けた情報出力部（図示せず）において行われ、情報出力部としては、例えば部品実装装置に取り付けられたディスプレイ、ＬＥＤ等もしくはブザー等であってもよいし、ネットワークを経由して他の機器に表示するよう構成してもよく、また部品実装装置内の記憶部にその旨を記憶し、後で読み出せるようにしてもよい。本発明における、他の情報出力に関しても同様である。

そして前述した１回目の対称性の判断に加えて２回目の対称性の判断により、吸着ノズル３を９０°回転させた場合にもその対称性が確認された場合には、次に前述した遮光面積に基づいてチップ部品Ｔの遮光幅を検証する〈ステップＳ２１〉。例えば１回目の遮光面積ＴＬ１,ＴＲ１を加算して、その遮光幅の情報Ｌ［＝ＴＬ１＋ＴＲ１］を求めると共に、２回目の遮光面積ＴＬ２,ＴＲ２を加算して、その遮光幅の情報Ｓ［＝ＴＬ２＋ＴＲ２］を求める。そしてこれらの遮光幅Ｓ,Ｌの大小関係を調べることで、チップ部品Ｔを吸着した向きが正常であるか否かを判定する〈ステップＳ２２〉。

より具体的には、直方体形状のチップ部品Ｔの縦横の寸法比は、一般的には［１：２］であることから、短辺方向の寸法（遮光幅Ｓ）を２倍した値と、長辺方向の寸法（遮光幅Ｌ）との差を求め、その差の絶対値が所定の閾値Ｂ以下であるか否かを、つまり
｜Ｌ−２×Ｓ｜＜Ｂ
なる条件が満たされるか否かを判定して、その吸着の向きの正常性を判断する。そしてこの向きの判定にも合格した場合にだけ、吸着ノズル３によるチップ部品Ｔの吸着姿勢が正常であるとの判定結果を出力する〈ステップＳ２３〉。

かくして上述した如く構成された吸着姿勢判定装置によれば、エッジセンサ（受光部２）による受光パターンから検出対象物（チップ部品Ｔ）の左右のエッジを高精度に正確に検出することができない場合であっても、前述した如く受光パターンから検出される左右の概略的なエッジを、ノズル中心軸を基準として累積して求められるチップ部品Ｔの左側遮光面積ＴＬおよび右側遮光面積ＴＲと、吸着ノズル３の左側遮光面積ＮＬおよび右側遮光面積ＮＲとを相互に比較することで、前記ノズル中心軸を基準とする対称性を正確に判定することができる。これに加えて前記吸着ノズル３の向きを９０°変えることで、９０°異なる向きからのチップ部品Ｔの対称性についても正確に判定することができる。つまり吸着ノズル３による左側および右側の各遮光面積が対称であることから。これを基準としてチップ部品Ｔによる左側および右側の各遮光面積の対称性を判定するだけで、その吸着姿勢の良否を的確に判定することができる。

更には吸着ノズル３の向きを９０°変えた場合におけるチップ部品Ｔによる遮光幅の変化を調べることで、吸着ノズル３に対するチップ部品Ｔの吸着の向きについても判断することができる。従って前述した対称性の判断と相俟って、吸着ノズル３へのチップ部品Ｔの吸着姿勢の良否を簡易にして的確に判断することが可能であり、部品実装装置に組み込んで実用上多大なる効果が奏せられる。

即ち、吸着ノズル３の向きを９０°回転させることで前記チップ部品Ｔの向きを変え、これらの向きを異ならせた状態でのチップ部品による左側および右側の各遮光面積の対称性をそれぞれ判定することで、その吸着姿勢の良否を２次元的により一層的確に判定することができる。更に前記左側および右側の各遮光面積から求められるチップ部品の遮光幅が、前述したようにチップ部品の向きを変えたときにどのように変化するかを調べれば、通常、チップ部品が略直方体形状を有することを前提として、ノズルに対してチップ部品がどの向きに吸着されているかを容易に判定することが可能となる。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば実施形態では検出した左右のエッジをｎ回またはｍ回に亘って累積して、その左側および右側の遮光面積ＴＬ,ＴＲ,ＮＬ,ＮＲをそれぞれ求めたが、これらの遮光面積ＴＬ,ＴＲ,ＮＬ,ＮＲを、その累積回数ｎ,ｍにより除することでその平均値を前記各遮光面積ＴＬ,ＴＲ,ＮＬ,ＮＲにそれぞれ相当する値として求め、これらの平均値を相互に比較するようにしても良い。またチップ部品Ｔの遮光幅Ｌ,Ｓを、前述した遮光面積ＴＬ,ＴＲの平均値として求めることも勿論可能である。

また前述した対称性の判定については固定的な判定閾値Ａ,Ｂを基準とした判定ではなく、その比率を判定するようにしても良い。具体的には
｜ＮＬ１×ＴＲ１−ＮＲ１×ＴＬ１｜／ＮＬ１×ＴＲ１＜０.１
｜ＮＬ２×ＴＲ２−ＮＲ２×ＴＬ２｜／ＮＬ２×ＴＲ２＜０.１
｜Ｌ−２×Ｓ｜／Ｌ＜０.２
等として、その誤差の比率を判定するようにしても良い。このようにすれば受光部３と吸着ノズル３との距離ＷＤの変化に起因する判定のバラツキを低減することが可能となる。

更には吸着ノズル３を２回に亘って下降させることに代えて、１回目の吸着ノズル３の下降時に検出したチップ部品Ｔの先端位置とチップ部品Ｔと吸着ノズル３と境界位置を記憶し、所定位置まで下降させた吸着ノズル３を上昇させる際、その向きを９０°変えて２回目のエッジ検出処理を逆向きに実行するようにしても良い。またチップ部品Ｔおよび吸着ノズル３のエッジを必ずしも正確に区別して検出しなくても、吸着ノズル３の対称性が保証されていれば、その境界位置が多少ずれても殆ど問題なく前述した対称性の判断が可能である。従って検査対象とするチップ部品Ｔの仕様に応じて前述した吸着ノズル３との境界を大まかに設定することも可能である。また吸着ノズル３を９０°回転させてチップ部品Ｔの向きを変えるに際して、吸着ノズル３を２７０°や４５０°等、（９０＋１８０ｎ）°［ｎは整数］の回転させることも構わない。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

部品実装装置に組み込まれる本発明の一実施形態に係る吸着姿勢判定装置の概略構成を示す図。光路中にチップ部品または吸着ノズルが存在するときの受光部での受光パターンの例を示す図。遮光物のエッジによりフレネル回折を生じた受光パターンとエッジとの関係を示す図。先端にチップ部品を正しく吸着した吸着ノズルの下降に伴って検出されるエッジ位置の変化とその遮光幅の変化を示す図。先端にチップ部品をずれた状態で吸着した吸着ノズルの下降に伴って検出されるエッジ位置の変化とその遮光幅の変化を示す図。吸着ノズルの先端部形状の例を示す図。投光部および受光部が形成する光路と吸着ノズルの向きとの関係を示す図。吸着ノズルを９０°回転させたときに検出されるチップ部品の遮光幅とその吸着姿勢（向き）との関係を説明する為の図。吸着ノズルを９０°回転させたときの、ノズル中心からずれた位置に吸着されたチップ部品の遮光幅の例を示す図。チップ部品または吸着ノズルの左側および右側の遮光面積を求める際の、センサ中心とノズル中心軸とのずれとその補正を説明する為の図。本発明の吸着姿勢判定装置における判定処理手順の一例を示す図。複数の吸着ノズルを備えた部品実装機に対する吸着姿勢検査用のエッジセンサの配置例を示す図。吸着ノズルと受光部との距離の違いに起因するチップ部品の遮光幅の違いを示す図。

符号の説明

Ｔチップ部品
１投光部
２受光部
３吸着ノズル
３ａ吸着面
２１エッジ検出手段
２２演算手段
２３対称性判定手段
２４判定制御手段
２５向き判定手段
２６総合判定手段

Claims

先端部にチップ部品を吸着して上下に昇降するノズルの昇降領域を横切る光路を形成した投光部および受光部と、
前記ノズルまたは前記ノズルの昇降に伴って前記光路に進入した前記チップ部品に起因して変化した前記受光部での受光パターンを解析して前記チップ部品または前記ノズルのにおける両端縁部のエッジをそれぞれ検出するエッジ検出手段と、
予め定めた中心軸を基準として前記ノズルの昇降に伴って前記エッジ検出手段にて順次検出される前記チップ部品または前記ノズルの左右における両端縁部の情報を累積して前記チップ部品および前記ノズルにおける中心軸に対する左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求める演算手段と、
この演算手段にて求められた前記チップ部品および前記ノズルにおける中心軸に対する左側および右側の各遮光面積を相互に比較して前記ノズルの先端部に吸着されたチップ部品の対称性からその吸着姿勢の良否を判断する判定手段と
を具備したことを特徴とする吸着姿勢判定装置。
前記エッジ検出手段は、前記ノズルの下降に伴って前記受光部での受光パターンが変化し、変化した受光パターンから前記チップ部品の左右のエッジが検出可能となった状態を該チップ部品の先端位置として検出してエッジの検出処理を開始するものであって、
前記演算手段は、前記ノズルの昇降速度と前記チップ部品の高さとに応じて定まる期間に亘って前記エッジ検出手段にて検出される左右における両端縁部のエッジの情報を累積して前記チップ部品の左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求めた後、所定期間に亘って前記エッジ検出手段にて検出される左右のエッジの情報を累積して前記ノズルの左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求めるものである請求項１に記載の吸着姿勢判定装置。
請求項１または２に記載の吸着姿勢判定装置において、前記ノズルは、略長方形状のチップ部品吸着面を有するものであって、
前記ノズルにおけるチップ部品吸着面の長辺を前記投光部および受光部によるエッジ検出方向と平行にして前記ノズルを昇降駆動して前記エッジ検出手段、前記演算手段、および前記判定手段による吸着姿勢判定処理を実行させた後、
前記ノズルを実質的に９０°回転させて該ノズルにおけるチップ部品吸着面の短辺を前記投光部および受光部によるエッジ検出方向と平行にして前記ノズルを昇降駆動して前記エッジ検出手段、前記演算手段、および前記判定手段による吸着姿勢判定処理を実行させる制御手段と、
これらの各吸着姿勢判定処理による吸着姿勢判定結果が共に良であるときに前記ノズルによるチップ部品の吸着姿勢が正常であると判定する総合判定手段と
を更に備えることを特徴とする吸着姿勢判定装置。
請求項３に記載の吸着姿勢判定装置において、
更に前記２回に亘る吸着姿勢判定処理にてそれぞれ求められた前記チップ部品の左側および右側の各遮光面積から、前記各向きでのチップ部品による遮光幅をそれぞれ求め、これらの遮光幅を相互に比較して前記ノズルにより吸着された前記チップ部品の向きの合否を判定する向き判定手段を備えることを特徴とする吸着姿勢判定装置。
前記投光部および受光部は、１列に直線状に並べて設けられて択一的に昇降駆動される複数のノズルの並び方向に、各ノズルの昇降方向と直交して該ノズルの昇降領域を横切る光束幅の光路を形成して設けられるものである請求項１に記載の吸着姿勢判定装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の吸着姿勢判定装置において、
更に前記演算手段にて求められた前記ノズルの左側および右側の各遮光面積を相互に比較して前記予め定めた中心軸と前記ノズルの軸心とのずれを求め、このずれを補正して前記ノズルの軸心を基準とする前記チップ部品または前記ノズルによる左側および右側の各遮光面積をそれぞれ求める補正手段を備えることを特徴とする吸着姿勢判定装置。