JP5166197B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出しプリント基板上に装着する電子部品装着装置に関する。

この種の電子部品装着装置は、例えば特許文献１に示すように、吸着ノズルに吸着保持された電子部品を撮像カメラで撮像して位置を認識し、その位置ズレを補正した状態でプリント基板上に装着するものである。

そして、電子部品をプリント基板上に表面と裏面を誤って装着しないように、吸着ノズルに吸着保持された電子部品に反射照明で光を当てて、その撮像画像を認識処理して明暗の度合で電子部品の吸着した面が正しいか否か、言い換えると、装着すべき面がそのように吸着されているかどうか判定するのが、一般的である。
特開平１１−２８９１９９号公報

しかし、例えば所謂角チップ抵抗などの電子部品であれば、十分安定した判定ができていたが、扱う電子部品の種類の範囲が広がってくると、ときに判定できないケースも出現する。それは、吸着ノズルが吸着すべき面を吸着している電子部品の正常な吸着の場合には認識処理した画像の明確な明暗はわからないが、誤吸着、即ち電子部品の装着すべき面を吸着している場合には装着すべき面とは反対側の面では明確な明暗がわかる電子部品が存在するからである。

そこで本発明は、電子部品の正しい面を吸着しているか否かの判定結果を確実なものとして、プリント基板への実装不良を更に防止できるようにすることを目的とする。

このため第１の発明は、部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出しプリント基板上に装着する電子部品装着装置において、前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品に照明光を照射してその反射像を撮像する部品認識カメラと、前記吸着ノズルが前記電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定するために判定が明瞭な面に関する判定面指定情報及び判定面明暗情報を格納する記憶手段と、前記部品認識カメラにより撮像された画像に基づいて認識処理した面が前記記憶手段に格納された判定面指定情報及び判定面明暗情報と一致するか否かにより前記吸着ノズルが電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とする。

第２の発明は、部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出しプリント基板上に装着する電子部品装着装置において、前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品に照明光を照射してその反射光を検出する検出センサと、前記吸着ノズルが電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定するために判定が明瞭な面に関する面指定情報及び判定面明暗情報を格納する記憶手段と、前記検出センサにより検出された情報に基づいて認識処理した面が前記記憶手段に格納された面指定情報及び判定面明暗情報と一致するか否かにより前記吸着ノズルが電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とする。

本発明は、電子部品の正しい面を吸着しているか否かの判定結果を確実なものとして、プリント基板への実装不良を更に防止できるようにすることができる。また、電子部品の装着すべき面を吸着している場合の誤吸着の場合だけ、明らかな反射光の明暗の特徴を有する電子部品にも対応できるようにし、プリント基板への実装不良を更に防止することができ、扱う電子部品の種類の範囲も拡大できる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。図１は電子部品装着装置１の平面図で、該装置１の基台２上には種々の電子部品を夫々その部品取出部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向する供給ユニット３群の間には、供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。供給コンベア４は上流側装置より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に搬送し、位置決め部５で図示しない位置決め機構により位置決めされた該基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送され、下流側装置に搬送される。

８はＸ方向に長い一対のビームであり、Ｙ軸駆動モータ９の駆動によりネジ軸１０を回転させ、左右一対のガイド１１に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出部（部品吸着位置）上方を個別にＹ方向に移動する。

各ビーム８にはその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸駆動モータ１５によりガイドに沿って移動するヘッド取付体１２が設けられ、該取付体１２には複数本の吸着ノズル１３を有する装着ヘッド７が設けられる。そして、前記装着ヘッド７には前記吸着ノズル１３を上下動させるための上下軸駆動モータ１６が搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸駆動モータ１７が搭載されている。従って、装着ヘッド７の吸着ノズル１３はＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、鉛直軸回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

図２に示す１８は部品認識カメラで、電子部品Ｄが吸着ノズル１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識するために電子部品を撮像する。前記吸着ノズル１３は拡散板１９を有し、前記装着ヘッド７に着脱可能に設けられる。前記部品認識カメラ１８の上方位置にはレンズ２０及びハーフミラー２１が配設され、更にこのハーフミラー２１の上方位置には中空円筒形状の照明部２２が配設される。

そして、照明点灯回路２３により点灯制御される単一の光源であるストロボ２４からの光を各光ファイバー２５を介して前記照明部２２に導びく構成である。ここで、光源からの光量が少ないと点灯時間が長く必要であって露光時間が長くなるので、部品認識カメラ１８で撮像した画像がぶれることとなるが、ストロボ２４を使用すると光量が多いので、フライ認識をする場合に好適である。

そして、各光ファイバー２５は多数本毎に束ねられた状態からそれぞれ分離して、中空円筒形状の照明部２２の内側面最上部の照射部２２Ａに所定間隔を存して多数本配設されるのが反射照明Ａ用の光ファイバー２５Ａで、次の照射部２２Ｂに配設されるのが透過照明用の光ファイバー２５Ｂで、次の照射部２２Ｃに配設されるのが反射照明Ｂ用の光ファイバー２５Ｃであり、またこの照明部２２に近接して照射部２２Ｄに反射照明Ｃ用の光ファイバー２５Ｄが配設され、それぞれ所定角度に照射するように配設される。また、前記各光ファイバー２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄは途中で途切れており、その各分離位置に電磁ソレノイド２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄにより開閉するシャッター２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄが設けられている。

なお、前記吸着ノズル１３は下端部が細径の先端ノズル部１３Ａと、上部が太径の上ノズル部１３Ｂと、前記先端ノズル部１３Ａと上ノズル部１３Ｂとを結ぶ下方へ向かって細径となる円錐台形状の中間ノズル部１３Ｃとから構成されている。そして、反射照明Ａを行って吸着ノズル１３を部品認識カメラ１８で撮像して当該吸着ノズル１３の取付位置を認識するために、中間ノズル部１３Ｃの画像が白くなって他の部分と明らかに識別できるよう、この中間ノズル部１３Ｃを黒く着色する。

次に、図３は本電子部品装着装置１の制御ブロック図である。３０は本装着装置の装着に係る動作を統括制御する制御部及び種々の判定をする判定部としてのＣＰＵ、３１は電子部品の装着ステップ番号順（装着順序毎）にプリント基板Ｐ内でのＸ方向、Ｙ方向及び角度位置から成る装着座標情報や各部品供給ユニットの配置番号情報等から成る装着データ（図４参照）、部品供給ユニットの配置番号毎の部品ＩＤに係る部品配置データ（図５参照）、電子部品毎の電子部品のサイズデータや部品認識における照明方式データ（透過照明、反射照明Ａ、反射照明Ｂ、反射照明Ｃ）や吸着ノズルが電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定する電子部品の誤吸着判定（吸着面の表裏判定）に係るデータ等から成る部品ライブラリデータ（図６）等を格納するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、３２はプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）である。

そして、図６に示すように、部品ＩＤが「ＡＡＡＡＡ」の電子部品は、吸着ノズル１３に吸着された電子部品の誤吸着判定を「しない」ことを意味し、部品ＩＤが「ＢＢＢＢＢ」の電子部品、例えば所謂角チップ抵抗は、装着すべき面がセラミック系で白色（明）で且つ吸着すべき面が背景が黒で白色の印字が施されている（明暗が混在）ので、誤吸着判定を「する」もので、誤吸着判定をする判定面指定が判定が明瞭な（判定がし易い）「装着面」であり、判定面の明暗が「明」であることを意味し、部品ＩＤが「ＣＣＣＣＣ」の電子部品、例えば所謂チップＬＥＤは、装着すべき面には極性マークが存在し（明暗が混在）且つ吸着すべき面が透明な合成樹脂で覆われている（明）ので、誤吸着判定を「する」もので、誤吸着判定をする判定面指定が判定が明瞭な（判定がし易い）「吸着面」であり、判定面の明暗が「明」であることを意味する。なお、前述した「装着面」とは、電子部品の装着すべき面（裏面）をいい、「吸着面」とは電子部品の吸着すべき面（表面）という。

そして、ＣＰＵ３０は前記ＲＡＭ３１に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ３２に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、ＣＰＵ３０は、駆動回路３３を介して前記Ｘ軸駆動モータ１５、前記Ｙ軸駆動モータ９、前記上下軸駆動モータ１６及び前記θ軸駆動モータ１７の駆動を制御する。

３４はインターフェース３５を介して前記ＣＰＵ３０に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ１８により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置３４にて行われ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ３０は、部品認識カメラ１８により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理装置３４に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置３４から受取るものである。

即ち、前記認識処理装置３４の認識処理により電子部品Ｄの位置ずれ量が把握されると、その結果がＣＰＵ３０に送られ、ＣＰＵ３０はプリント基板Ｐの位置ずれ量に当該電子部品Ｄの位置ずれ量を加味して、前記ビーム８をＹ軸駆動モータ９の駆動によりＹ方向に、装着ヘッド７をＸ軸駆動モータ１５の駆動によりＸ方向に移動させることにより、またθ軸駆動モータ１７によりθ回転させ、Ｘ，Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなされるものである。

以上のようにして、電子部品装着装置の自動運転を行なわれると、プリント基板Ｐが上流装置より供給コンベア４を介して位置決め部５に搬送され、位置決め機構により位置決め固定される。

次いで、ＲＡＭ３１に格納されたプリント基板の装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及び各部品供給ユニット３の配置番号等が指定された装着データ（図４参照）に従い、装着ヘッド７が移動して、電子部品の部品種に対応した吸着ノズル１３が装着すべき電子部品を所定の部品供給ユニット３から吸着して取出す。

詳述すると、装着ヘッド７の吸着ノズル１３は装着ステップ番号００１の装着すべき電子部品を収納する部品供給ユニット３上方に位置するよう移動するが、Ｙ方向は駆動回路３３によりＹ軸駆動モータ９が駆動して一対のガイド１１に沿ってビーム８が移動し、Ｘ方向は駆動回路３３によりＸ軸駆動モータ１５が駆動して装着ヘッド７が移動し、既に所定の部品供給ユニット３は駆動されて部品吸着位置にて部品が取出し可能状態にあるため、上下軸駆動モータ１６が駆動回路３３により駆動して前記ノズル１３が下降して電子部品を吸着して取出し、次に装着ヘッド７は上昇する。

そして、吸着ノズル１３は位置決め部５にて位置決めされたプリント基板Ｐ上の所定位置に電子部品を装着するように移動するが、この装着ヘッド７の移動途中において、装着ヘッド７が移動しながら部品認識カメラ１８の上方位置を通過する際に吸着ノズル１３に吸着保持された電子部品が部品認識カメラ１８により撮像される（フライ認識）。

そして、前記吸着ノズルに吸着されている電子部品の誤吸着判定をし、正常に吸着していると判定された場合には、吸着ノズル１３に対する位置ずれを補正しつつ、プリント基板Ｐ上に装着し、異常と判定された場合には視覚的又は聴覚的に報知する報知手段により報知すると共に、回収箱（図示せず）に廃棄して、再度部品供給ユニット３から電子部品を取り出す作業を行うこととなる。

なお、正常に吸着していると判定された場合には、電子部品Ｄが当該吸着ノズル１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき認識処理装置３４により認識処理され、この電子部品の認識処理結果に基づいて補正され、ＣＰＵ３０によりＹ軸駆動モータ９、Ｘ軸駆動モータ１５及びθ軸駆動モータ１７が制御され、プリント基板Ｐの所定位置に装着されることとなる。以下装着ステップ番号００２以降の電子部品に対しても、同様に補正して装着するものである。

ここで、吸着ノズルに吸着されている電子部品の誤吸着判定について、説明する。先ず、装着ステップ番号００１の部品配置番号「１０１」の部品ＩＤは「ＡＡＡＡＡ」で、透過照明がされて、撮像されて認識処理がなされるが、図６の部品ライブラリデータによれば誤吸着判定はしない。

次に、装着ステップ番号００２の部品配置番号「１０２」の部品ＩＤは「ＢＢＢＢＢ」で、反射照明がされて、撮像されて反射像が認識処理がなされるが、図７に示すような誤吸着判定がされる。即ち、部品認識カメラ１８が吸着ノズル１３に吸着保持された電子部品を撮像し、部品認識処理装置３４がこの電子部品の反射画像を認識処理し、ＣＰＵ３０がｓｔｅｐ０１において認識処理結果をヒストグラム解析する。

このヒストグラム解析は、図８の分布図に示すように、検査範囲の画素の階調値をそれぞれの階調値（０〜２５５）毎に集計し、階調値分布を調べることによりなされるが、具体的にはこの情報に基づいて明暗閾値より明るい画素の平均値（明側平均階調値）と暗い画素の平均値（暗側平均階調値）を調べる。

このヒストグラム解析を行った後、次にＣＰＵ３０はｓｔｅｐ０２において部品ライブラリデータで指定された判定面明暗が「明」か「暗」かを判定するが、装着ステップ番号００２の部品ＩＤ「ＢＢＢＢＢ」の判定面明暗は「明」であるので、次にｓｔｅｐ０３において単一色か否かを判定する。

この場合、ヒストグラム解析結果の明側平均階調値と暗側平均階調値との差分が規定範囲内なら（差分が小さければ）「明（暗）単一」、即ち単一色で、範囲外であれば単一色でなく「明暗混在」と判断するが、吸着ノズル１３が装着ステップ番号００２の電子部品を正しく吸着している場合（吸着すべき面を吸着している。）には、前記差分が規定範囲内であるので、ＣＰＵ３０は「明（暗）単一」と判定する。

従って、次にＣＰＵ３０は、ｓｔｅｐ０４において明暗を判定する。この場合、ヒストグラム解析結果の明側平均階調値と暗側平均階調値から「明（暗）単一」と判定された場合に、明側及び暗側全部の階調値を平均した平均階調値が明側であれば「明」と暗側であれば「暗」と判定する。検査範囲の画素の階調値をそれぞれの階調値毎に集計した分布図は、図８のように、明暗側に２つのピークができる場合以外に、図９、図１０のようにピークが一方にしか表れない（もしくは、一方が無視できる程小さい）場合がある。この場合のｓｔｅｐ３の判定は差分を見ることなく、単一色と判断する（もしくは、差分がゼロとして範囲内として判断もできる。）。

そして、装着ステップ番号００２の電子部品を正しく吸着している（吸着すべき面を吸着している。）ので、図９に示すような平均階調値が明側であって「明」と判定する。

次にＣＰＵ３０は、ｓｔｅｐ０５において判定面指定を判定するが、部品ＩＤ「ＢＢＢＢＢ」の部品ライブラリデータによれば、判定面指定は「装着面」であり、判定面明暗は「明」であるのに対して、装着面が下側であって吸着すべき面を吸着しているという「正常」と判定する。

なお、前述したｓｔｅｐ０３において単一色か否かを判定した際に、ヒストグラム解析結果の明側平均階調値と暗側平均階調値との差分が規定範囲外であれば撮像された面、即ち下面が「明暗混在」（図８参照）と判定する。例えば、図８は明側平均階調値と暗側平均階調値との差分が大きく規定範囲外であり、明暗混在の状態を示している。従って、次にｓｔｅｐ０６において判定面指定を判定するが、部品ＩＤ「ＢＢＢＢＢ」の部品ライブラリデータによれば、判定面指定は「装着面」であり、判定面明暗は「明」であるのに対して、下面は「明暗混在」と判定されているので、装着面が下側でなく、吸着すべき面を吸着しておらず装着面を吸着しているという「異常」と判定する。

次に、装着ステップ番号００３の部品配置番号「２０１」の部品ＩＤ「ＣＣＣＣＣ」の電子部品の誤吸着判定について説明する。先ず、部品認識カメラ１８が撮像したこの電子部品の反射画像を部品認識処理装置３４が認識処理し、ＣＰＵ３０がｓｔｅｐ０１において認識処理結果をヒストグラム解析する。このヒストグラム解析を行った後、次にＣＰＵ３０はｓｔｅｐ０２において部品ライブラリデータで指定された判定面明暗が「明」か「暗」かを判定するが、装着ステップ番号００３の部品ＩＤ「ＣＣＣＣＣ」の判定面明暗は「明」であるので、次にｓｔｅｐ０３において単一色か否かを判定する。

この場合、吸着ノズル１３が装着ステップ番号００３の電子部品を正しく吸着している場合（吸着すべき面を吸着している。）で、前記差分が規定範囲外であるときには、ＣＰＵ３０は「明暗混在」と判定する。

従って、次にＣＰＵ３０は、この場合、撮像された面、即ち下面がヒストグラム解析結果の明側平均階調値と暗側平均階調値から「明暗混在」と判定されたので、次にｓｔｅｐ０６において判定面指定を判定するが、部品ＩＤ「ＣＣＣＣＣ」の部品ライブラリデータによれば、判定面指定は「吸着面」であり、判定面明暗は「明」であるのに対して下面は「明暗混在」と判定されて「明」ではないので、装着面が下側であって吸着すべき面を吸着しているという「正常」と判定する。

なお、前述したｓｔｅｐ０３において単一色か否かを判定した際に、装着ステップ番号００３の電子部品を正しく吸着していなくて（装着すべき面を吸着している。）、ヒストグラム解析結果の明側平均階調値と暗側平均階調値との差分が規定範囲内であって「「明（暗）単一」と判定した場合には、次のｓｔｅｐ０４において明暗の判定をする。

即ち、透明な合成樹脂で覆われた吸着面が下側であって、平均階調値が明側であるので「明」と判定する。次にＣＰＵ３０は、ｓｔｅｐ０５において判定面指定を判定するが、部品ＩＤ「ＣＣＣＣＣ」の部品ライブラリデータによれば、判定面指定は「吸着面」であり、判定面明暗は「明」であるのに対して、上述したように、撮像された下面は「明」と判定されていると共に、電子部品の吸着面が写っているので、吸着面が下側であって装着すべき面を吸着しているという「異常」と判定する。

以上のように、「正常」に吸着していると判定された場合には、吸着ノズル１３に対する位置ずれを補正しつつ、プリント基板Ｐ上に装着し、「異常」と判定された場合には報知手段により報知すると共に、当該電子部品を回収箱（図示せず）に廃棄して、再度部品供給ユニット３から当該電子部品を取り出す作業を行うこととなる。

なお、部品ＩＤが異なる２種類の電子部品の誤吸着判定について説明したが、これ以外の種類の電子部品にあっても、初めにヒストグラム解析を行い、次に対象部品ＩＤの部品ライブラリデータで指定された判定面明暗が「明」か「暗」かを判定し、次に「単一色」否かを判定し、「単一色」と判定したら平均階調値が明側あるか暗側にあるかの明暗を判定するか「単一色」でないと判定したら、次に判定面がいずれに指定されているかを判定し、「正常」（装着面が下側か吸着面が上側）又は「異常」（装着面が上側か吸着面が下側）と判定する。

このように、電子部品の表裏の一方が明確に明（あるいは暗）と判断でき、他方の面と区別できる場合に、判定処理することにより、電子部品の吸着面を吸着しているか否かの判定結果を確実なものとして、プリント基板への実装不良を更に防止できるようにすることができる。具体的には、電子部品の装着すべき面を吸着している場合の誤吸着の場合だけ、明らかな反射光の明暗の特徴を有する電子部品にも対応できるようにし、プリント基板への実装不良を更に防止することができ、扱う電子部品の種類の範囲も拡大できる。

なお、吸着ノズルに吸着保持された電子部品に照明光を照射してその反射光を検出する検出センサと、前記吸着ノズルが吸着した面が正しいか否かを判定するために判定が明瞭な（判定がし易い）面に関する面指定情報を格納する記憶手段と、前記検出センサにより検出された情報に基づいて認識処理した面が前記記憶手段に格納された面指定情報と一致するか否かにより前記吸着ノズルが吸着した面が正しいか否かを判定する判定手段とを設けることによっても、同様な効果が得られる。

以上本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の代替例、修正又は変形を包含するものである。

電子部品装着装置の平面図である。 各種照明を示す概念図である。 本電子部品装着装置の制御ブロック図である。 装着データを示す図である。 部品配置データを示す図である。 部品ライブラリデータを示す図である。 誤吸着判定のフローチャートを示す図である。 検査範囲の画素の階調値をそれぞれの階調値毎に集計した分布図であり、明暗が混在した状態の分布図である。 同じく平均階調値が「明」側の分布図である。 同じく平均階調値が「暗」側の分布図である。

符号の説明

３ 部品供給ユニット
７ 装着ヘッド
１３ 吸着ノズル
１８ 部品認識カメラ
２４ ストロボ（光源）
２５ 光ファイバー
３０ ＣＰＵ
３１ ＲＡＭ

Claims (2)

1. 部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出しプリント基板上に装着する電子部品装着装置において、前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品に照明光を照射してその反射像を撮像する部品認識カメラと、前記吸着ノズルが前記電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定するために判定が明瞭な面に関する判定面指定情報及び判定面明暗情報を格納する記憶手段と、前記部品認識カメラにより撮像された画像に基づいて認識処理した面が前記記憶手段に格納された判定面指定情報及び判定面明暗情報と一致するか否かにより前記吸着ノズルが電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とする電子部品装着装置。
2. 部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出しプリント基板上に装着する電子部品装着装置において、前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品に照明光を照射してその反射光を検出する検出センサと、前記吸着ノズルが電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定するために判定が明瞭な面に関する面指定情報及び判定面明暗情報を格納する記憶手段と、前記検出センサにより検出された情報に基づいて認識処理した面が前記記憶手段に格納された面指定情報及び判定面明暗情報と一致するか否かにより前記吸着ノズルが電子部品の正しい面を吸着したか否かを判定する判定手段とを設けたことを特徴とする電子部品装着装置。

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