JP5476256B2 - 部品実装装置および部品認識装置 - Google Patents

Description

この発明は、ノズルの先端部による部品の吸着有無や部品の吸着状態を認識する部品認識装置および部品実装装置に関するものである。

部品実装装置では、ヘッドユニットにより支持された実装ヘッドの先端部に吸着ノズルが装着されている。そして、吸着ノズルの先端部で部品供給部により供給される部品を吸着した後、ヘッドユニットを基板の部品搭載位置の上方に移動させる。そして、部品を吸着したノズルを下降させて部品を基板の部品搭載位置に搭載する。このような部品実装装置では、例えば特許文献１に記載されているように、ノズルの先端部による部品の吸着有無や部品の吸着状態を認識するため、ノズルが最上端位置に上昇して停止した状態で、ノズルの側面からノズルの先端近傍を対象とした画像を撮像している。そして、その画像に基づき部品の吸着有無などを検知している。

特開２００５−３２２８０２号公報（図３）

ところで、上記した部品実装装置では、部品の吸着有無や部品の吸着状態を認識するため、ノズルを必ず最上端位置にまで上昇させて停止する必要があり、このことが装置のタクトロスの主要因の一つとなっている。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、タクトロスを抑制しつつ部品の吸着有無や部品の吸着状態を認識することができる部品実装装置および部品認識装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる部品実装装置は、上記目的を達成するため、先端部で部品を吸着して部品を基板に実装するノズルと、ノズルを支持するヘッドユニットと、ノズルを上下動させるノズル駆動機構と、ノズルの上下動の動作中に、ノズルの先端部が上下動する軌跡を横切るように光を照射する照射ユニットと、軌跡を通過する光、あるいは部品および／またはノズルで反射された光を受光する受光ユニットと、受光ユニットにて受光した受光情報をノズルの上下動動作に関連付けてモニターすることでノズルが上昇または下降している間にノズル先端部の状態を検知する検知手段とを備えたことを特徴としている。

また、この発明にかかる部品認識装置は、先端部で部品を吸着しながら上下動するノズルの先端部の状態を検知する部品認識装置であって、上記目的を達成するため、ノズルの上下動の動作中に、ノズルの先端部が上下動する軌跡を横切るように光を照射する照射ユニットと、軌跡を通過する光、あるいは部品および／またはノズルで反射された光を受光する受光ユニットと、受光ユニットにて受光した受光情報をノズルの上下動動作に関連付けてモニターすることでノズルが上昇または下降している間にノズル先端部の状態を検知する検知手段とを備えたことを特徴としている。

このように構成された発明（部品実装装置および部品認識装置）では、ノズルの上下動の動作中に、ノズルの先端部が上下動する軌跡を横切るように光が照射されるとともに、その軌跡を通過する光、あるいは部品および／またはノズルで反射された光が受光ユニットで受光され、その受光情報をノズルの上下動動作に関連付けてモニターすることでノズルが上昇または下降している間にノズル先端部の状態が検知される。このように、ノズルが上下動する間に、ノズル先端部の状態、つまり部品の吸着有無や部品の吸着状態が認識されるため、タクトロスを低減することができる。なお、本発明中の「ノズルの上下動の動作中」とは、上昇端から下降端（部品吸着位置）にノズルが連続的あるいは断続的に下降している期間、また下降端から上昇端にノズルが連続的あるいは断続的に上昇している間を意味している。

ここで、照射ユニットおよび受光ユニットについては、ノズルの移動と独立して移動自在に構成してもよいが、この場合、ノズル移動と同時あるいは前後して照射ユニットや受光ユニットを移動させる必要がある。これに対し、照射ユニットおよび受光ユニットをヘッドユニットに設けてもよく、このような構成を採用することで照射ユニットおよび受光ユニットはヘッドユニットと一体的に移動し、照射ユニットおよび受光ユニットの移動機構を省略することができる。

また、受光ユニットが、長手方向がノズルの上下動方向に対して直交する方向に指向するように配置されたラインセンサを有するように構成してもよい。これによって、ノズルの上下動方向においてラインセンサが占める高さ範囲が最小化され、上下動方向において装置のコンパクト化を図ることが可能となっている。

また、上記部品を部品供給位置で供給する部品供給部が設けられ、ヘッドユニットが部品供給位置の上方と基板に部品を搭載する搭載位置の上方との間を移動自在となっている部品実装装置では、次のタイミング
・部品を吸着したノズルが搭載位置に向けて下降する途中、
・部品吸着前のノズルが部品供給位置に向けて下降する途中、
・部品供給部から部品を吸着したノズルが部品供給位置から上昇する途中、
・部品搭載位置に部品を実装したノズルが搭載位置から上昇する途中、
のうち少なくとも１つで、照射ユニットが光を照射するとともに受光ユニットが受光した受光情報を出力し、これを受けた検知手段がノズル先端部の状態を検知するように構成してもよい。これによって適切なタイミングでノズル先端部の状態を確実に検知することができる。なお、各タイミングでの検知内容については、後の実施形態で詳述する。

また、照射ユニットが、下方に光を照射する照射部と、照射部の下方位置に配置されて照射部からの光を反射して軌跡を横切らせる第１反射部とを有するように構成してもよい。このような構成を採用することで第１反射部の上方位置に照射部が配置されるため、上下動方向に対して直交する水平方向において照射ユニットをスリム化することができ、装置のコンパクト化が可能となる。

また、受光ユニットについても、照射ユニットと同様に、反射部を設けることで水平方向において受光ユニットをスリム化することができ、装置のコンパクト化が可能となる。つまり、受光ユニットが、軌跡を通過する光、あるいは部品および／またはノズルで反射された光を反射して上方に導光する第２反射部と、第２反射部の上方に配置されて第２反射部で反射された光を受光する受光部とを有するように構成するのが好適である。

また、受光ユニットが軌跡を通過する光を受光するものである場合、照射ユニットおよび受光ユニットを、軌跡を挟んで水平方向に互いに対向するように振り分けて配置するのが望ましい。このような構成を採用することで、ノズルに吸着される部品が光を反射しにくい部品でも、バックライト方式で部品に光が照射されるため、部品の周囲を通過した光が受光ユニットに受光され、ノズル先端部や部品の外形を規定する受光情報が確実に得られる。その結果、部品吸着の有無や部品吸着状態を良好に検知することができる。

また、部品実装装置では、実装効率を高めるため、ノズルを複数備えることがある。そして、照射ユニットからの光の照射方向から見ると複数のノズルの各軌跡が重なるように複数のノズルが配置されることがある。また、複数のノズルがそれぞれ部品を吸着しながら同時に上下動するときに照射ユニットからの光の照射方向から見ると複数の部品が重なることがある。これらの場合、２つ以上のノズルが同時に上下動すると、ノズル毎にノズル先端部の状態を反映した受光情報を正確に取得することが困難となる。そこで、このような構成を有する装置では、ノズル駆動機構が、複数のノズルのうちの１つのノズルを選択的に上下動させるとともに残りのノズルを上昇端に保持し、選択されたノズルの動作中に、照射ユニットが光を照射するとともに受光ユニットが軌跡を通過する光、あるいは部品および／またはノズルで反射された光を受光するように構成するのが望ましい。こうすることで、常に選択されたノズルの先端部の状態を正確に検知することができる。

さらに、受光ユニットの受光部としてカメラなどの撮像部を用いてもよいが、この場合、ノズル先端部の状態を正確に検知するためには撮像対象に焦点を合わせる必要がある。これに対し、照射ユニットがレーザー光を照射するレーザー照射部を有し、受光ユニットが軌跡を通過するレーザー光、あるいは部品および／またはノズルで反射されたレーザー光を受光するように構成すると、上記した焦点合わせが不要となる。

以上のように、本発明によれば、ノズルの上下動の動作中に、ノズルの先端部が上下動する軌跡を横切るように光を照射するとともに、軌跡を通過する光、あるいは部品および／またはノズルで反射された光を受光してノズル先端部の状態を検知しているので、タクトロスを低減することができる。

本発明にかかる部品実装装置の一実施形態の概略構成を示す平面図である。 図１に示す部品実装装置の部分側面図である。 部品認識装置の構成を示す断面図である。 図１に示す部品実装装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。 図１に示す部品実装装置の動作を模式的に示す図である。 本発明にかかる部品実装装置の他の実施形態を示す図である。

図１は本発明にかかる部品実装装置の一実施形態の概略構成を示す平面図である。また、図２は図１に示す部品実装装置の部分側面図である。また、図３は部品認識装置の構成を示す断面図である。さらに、図４は図１に示す部品実装装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。なお、図１〜図３及び後で説明する図６では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。

この部品実装装置１では、基台１１上に基板搬送機構２が配置されており、基板３を所定の搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構２は、基台１１上において基板３を図１の右側から左側へ搬送する一対のコンベア２１、２１を有している。そして、コンベア２１、２１は制御ユニット８の駆動制御部８２からの動作指令に応じて作動することで、基板３を搬入し、所定の実装作業位置（同図に示す基板３の位置）で停止させ、図略の保持装置で基板３を固定し保持する。そして、部品供給部４から供給される電子部品がヘッドユニット６に搭載された実装ヘッド６１により基板３に移載される。また、基板３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構２は基板３を搬出する。なお、基台１１上には、部品認識カメラ７が配設されている。この部品認識カメラ７は、照明部およびＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどから構成されており、ヘッドユニット６の各実装ヘッド６１の吸着ノズル６２に保持された電子部品をその下側から撮像するようになっている。

このように構成された基板搬送機構２の前方側（＋Ｙ軸方向側）および後方側（−Ｙ軸方向側）には、部品供給部４が配置されている。これらの部品供給部４は多数のテープフィーダ４１を備えている。また、各テープフィーダ４１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品をヘッドユニット６に供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ４１がリールからテープをヘッドユニット６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に部品吸着位置（本発明の「部品供給位置」に相当）に繰り出され、その結果、ヘッドユニット６の実装ヘッド６１に装着された吸着ノズル６２によって電子部品のピックアップが可能となる。

このヘッドユニット６は電子部品を実装ヘッド６１の吸着ヘッド６２により吸着保持したまま基板３に搬送するとともに、ユーザより指示された部品搭載位置に移載するものである。そして、前方側でＸ軸方向に一列に配列された６個の実装ヘッド６１Ｆと、後方側でＸ軸方向に一列に配列された６個の実装ヘッド６１Ｒとの合計１２個の実装ヘッド６１を有している。すなわち、図１および図２に示すように、ヘッドユニット６では、鉛直方向Ｚに延設された実装ヘッド６１Ｆが６本、Ｘ軸方向（基板搬送機構２による基板３の搬送方向）に等ピッチで列状に設けられている。また、実装ヘッド６１Ｆに対して後方側（−Ｙ軸方向側）にも、前列と同様に構成された後列が設けられている。つまり、鉛直方向Ｚに延設された実装ヘッド６１Ｒが６本、Ｘ軸方向に等ピッチで列状に設けられている。なお、本実施形態では、実装ヘッド６１Ｆと実装ヘッド６１ＲとはＸ軸方向に半ピッチずれて配置されており、図１に示すように平面視でジグザグ状に配置されている。このため、Ｙ軸方向から見ると、図２に示すように１２本の実装ヘッド６１は互いに重なり合うことなくＸ軸方向に一列に並んでいる。

また、各実装ヘッド６１の先端部に装着された吸着ノズル６２は圧力切替機構７１を介して負圧発生装置、正圧発生装置、及び大気のいずれかに連通可能とされており、制御ユニット８の圧力制御部８１により圧力切替機構７１をコントロールすることで吸着ノズル６２に与える圧力を切り替え可能となっている。すなわち、圧力切替によって負圧発生装置からの負圧吸着力を吸着ノズル６２に与えることで、該吸着ノズル６２の下方端部（先端部）が電子部品の上面を吸着して部品保持が可能となっている。逆に、吸着ノズル６２へ正圧発生装置からの正圧を供給すると、実装ヘッド６１による電子部品の吸着保持が解除されるとともに、正圧により電子部品を瞬時に基板３に実装する。そして、電子部品の実装後、吸着ノズル６２は大気開放とされる。このようにヘッドユニット６では制御ユニット８の圧力制御部８１による負圧吸着力及び正圧供給の制御により電子部品の着脱が可能となっている。

また、各実装ヘッド６１はヘッドユニット６に対して図略のノズル昇降駆動機構により昇降（Ｚ軸方向の移動）可能に、かつ図略のノズル回転駆動機構によりノズル中心軸回りに回転（図２のＲ方向の回転）可能となっている。これらの駆動機構のうちノズル昇降駆動機構は吸着もしくは装着を行う時の下降位置（下降端）と、搬送を行う時の上昇位置（上昇端）との間で実装ヘッド６１を昇降させるものである。一方、ノズル回転駆動機構は吸着ノズル６２を必要に応じて回転させるための機構であり、回転駆動により電子部品を実装時における所定のＲ軸方向に位置させることが可能となっている。なお、これらの駆動機構については、それぞれＺ軸サーボモータ７２、Ｒ軸サーボモータ７３および所定の動力伝達機構で構成されており、制御ユニット８の駆動制御部８２によりＺ軸サーボモータ７２およびＲ軸サーボモータ７３を駆動制御することで各実装ヘッド６１がＺ方向およびＲ方向に移動させられる。このように、本実施形態では、Ｚ軸サーボモータ７２が本発明の「ノズル駆動機構」として機能している。

さらに、ヘッドユニット６は、これらの実装ヘッド６１で吸着された電子部品を部品供給部４と基板３との間で搬送して基板３に実装するため、基台１１の所定範囲にわたりＸ軸方向及びＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸方向と直交する方向）に移動可能となっている。すなわち、ヘッドユニット６は、Ｘ軸方向に延びる実装ヘッド支持部材６３に対してＸ軸に沿って移動可能に支持されている。また、実装ヘッド支持部材６３は、両端部がＹ軸方向の固定レール６４に支持され、この固定レール６４に沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。そして、このヘッドユニット６は、Ｘ軸サーボモータ６５によりボールねじ６６を介してＸ軸方向に駆動され、実装ヘッド支持部材６３はＹ軸サーボモータ６７によりボールねじ６８を介してＹ軸方向へ駆動される。このようにヘッドユニット６は実装ヘッド６１に吸着された電子部品を部品供給部４から目的位置まで搬送可能となっている。

そして、本実施形態では、さらに、各ノズル６２の先端部による部品の吸着有無や部品の吸着状態を認識するために、照射ユニット９および受光ユニット１０がヘッドユニット６に取り付けられている。以下、照射ユニット９および受光ユニット１０の構成について説明した後、さらに図５を参照しつつ照射ユニット９および受光ユニット１０を用いた部品認識動作について説明する。

本実施形態では、図１および図２に示すように、ヘッドユニット６の前方（＋Ｙ）側に照射ユニット９が取り付けられるとともに、後方（−Ｙ）側に受光ユニット１０が取り付けられており、ヘッドユニット６と一体的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在となっている。

照射ユニット９では、図３に示すように、ヘッドユニット６に固定されたユニット本体９１の内部に照射部９２および反射ミラー９３が配置されている。この本実施形態では、照射部９２は、複数の吸着ノズル６２がＸ軸方向に配列されていることに対応し、ノズル６２の上下動方向（Ｚ方向）と直交するＸ軸方向に指向している。すなわち、図３の紙面に対して垂直な方向（Ｘ軸方向）に、吸着ノズル６２の配列長さより若干長く延設された配線基板の下面に複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が配置されている。そして、制御ユニット８の照射処理部８３からの動作指令に応じてＬＥＤが点灯し、下方に向けて光を発光する。なお、本実施形態では、複数のＬＥＤにより照射部９２を構成しているが、他の発光素子を用いてもよいことは言うまでもない。

このように構成された照射部９２の下方位置に反射ミラー９３が配置されており、照射部９２からの光を９０゜折り返し、ユニット本体９１のノズル側側面に対してＸ軸方向に延設された貫通長孔９４を介して照射ユニット９から水平に光を照射する。こうして、照射ユニット９は吸着ノズル６２の上下動の軌跡（図３中の破線矢印）６２ａを横切るように光を水平に照射する。このように、本実施形態では、反射ミラー９３が本発明の「第１反射部」として機能している。

また、吸着ノズル６２の軌跡６２ａを挟んで水平方向（Ｙ軸方向）に照射ユニット９と対向するように受光ユニット１０が配置されている。この受光ユニット１０では、図３に示すように、ヘッドユニット６に固定されたユニット本体１０１の内部に受光部１０２および反射ミラー１０３が配置されている。また、ユニット本体１０１のノズル側側面に対し、ユニット本体９１の貫通長孔９４に対向するように、貫通長孔１０４がＸ軸方向に延設されている。そして、反射ミラー１０３が貫通長孔１０４、９４を介して照射ユニット９の反射ミラー９３と対向するように配置され、ノズル６２の上下動軌跡６２ａを通過した光を上方に折り返す。この反射ミラー１０３の上方に受光部１０２が配置されて反射ミラー１０３で反射された光を受光する。この本実施形態では、複数の吸着ノズル６２がＸ軸方向に配列されていることに対応し、受光部１０２はＸ軸方向に指向するラインセンサで構成されており、各吸着ノズル６２の軌跡６２ａを通過してきた光を一括して受光可能となっている。したがって、本実施形態では、各吸着ノズル６２が選択的に上下動した場合はもちろんのこと、複数本の吸着ノズル６２が同時に上下動した時にも、ラインセンサ１０２の出力に基づき各吸着ノズル６２の先端部の状態に関連する受光情報を取得可能となっている。このように、本実施形態では、反射ミラー１０３が本発明の「第２反射部」として機能している。

そして、ラインセンサ１０２での受光情報が制御ユニット８の画像処理部８４に出力され、適切な画像処理が加えられた後、主制御部８５に与えられる。この主制御部８５は部品実装装置１全体の動作を統括的にコントロールするものであり、記憶部８６に記憶されている各種処理プログラムや各種データに基づきバス８７を介して制御ユニット８の各部と互いに信号のやり取りを行って装置全体を制御する。その制御動作のひとつとして、次に説明するように各吸着ノズル６２の上下動に関する情報と上記受光情報とに基づきノズル先端部の状態を検知する。このように、本実施形態では、制御ユニット８および主制御部８５が本発明の「検知手段」として機能し、照射ユニット９および受光ユニット１０とで吸着ノズル６２の先端部の状態を検知する部品認識装置として機能する。以下、図５を参照しつつ部品認識動作について説明する。

図１に示す部品実装装置１は、サーバ−ＰＣなどの外部制御装置（図示省略）から与えられる生産プログラムを記憶部８６に記憶しており、主制御部８５は記憶部８６から生産プログラムを読み出し、当該生産プログラムに基づき装置各部を駆動制御して以下のステップ（ａ）〜（ｆ）を繰り返して実行する。また、ステップ（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）において照射ユニット９および受光ユニット１０を用いた部品認識動作を実行する。以下、理解容易のために実装ヘッド６１Ｆの吸着ノズル６２による部品Ｐの実装動作などを中心に各ステップを順番に説明するが、実装ヘッド６１Ｒ側でも全く同様である。

ステップ（ａ）
図５（ａ）に示すように、部品供給部４の部品吸着位置に繰り出された部品Ｐの直上位置に実装ヘッド６１Ｆの吸着ノズル６２が位置するように、ヘッドユニット６が部品供給部４の上方に移動させられる。なお、この時点では吸着ノズル６２の先端部が、照射ユニット９から照射される光が吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａ（同図（ａ）中の破線）を横切る位置ＣＰよりも高い位置に位置するように位置決めされている。

ステップ（ｂ）
そして、部品Ｐの吸着保持のために吸着ノズル６２の下降を開始する。これと同時、あるいは下降開始前に、照射ユニット９の照射部９２が点灯し、光が吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａを水平に横切り、受光ユニット１０のラインセンサ１０２に受光される。その後、吸着ノズル６２が所定量だけ下降して先端部が位置ＣＰに位置すると、吸着ノズル６２の先端部が遮光し、それよりもさらに下降する間、吸着ノズル６２による遮光状態が継続される（同図（ｂ））。

ここで、吸着ノズル６２の先端部に異物、例えばいわゆる持帰部品が付いている場合には、吸着ノズル６２が所定量だけ下降する前に、照射ユニット９からの光が位置ＣＰで遮光される。そこで、本実施形態では主制御部８５はラインセンサ１０２からの受光情報に基づき遮光されたタイミングや吸着ノズル６２の下降量などに基づき吸着直前のノズルコンディションを確認している。つまり、主制御部８５は、所定のタイミングや所定の下降量に達する前に遮光状態が認識されると、吸着ノズル６２の先端部に異物が付いていると判断し、部品吸着動作を中止する。一方、主制御部８５は、所定のタイミングや所定の下降量で遮光状態が認識されると、ノズルコンディションが良好であると判断し、吸着ノズル６２の下降を継続させて吸着ノズル６２により部品Ｐを吸着する。

このように、本実施形態によれば、部品吸着前のノズルが部品吸着位置（部品供給位置）に向けて下降する途中、つまり部品吸着の直前でノズルコンディションを確実に確認することができる。したがって、吸着ノズル６２に異物が付着したまま部品吸着が実行されるのを確実に防止することができる。また、ラインセンサ１０２からの受光情報に基づき遮光されたＸ軸方向の範囲を吸着ノズル６２の下降動作に関連付けて連続的または断続的にモニターすることで吸着ノズル６２に付着した異物の形状や大きさなどを特定することが可能となっている。

なお、部品吸着段階で照射部９２を消灯してもよいが、本実施形態では次のステップ（ｃ）が完了するまで照射部９２の点灯を継続させている。

ステップ（ｃ）
上記のようにして部品吸着が完了すると、同図（ｃ）に示すように、吸着ノズル６２が位置ＣＰより十分に高い位置（上昇端）まで上昇させられる。この上昇段階において、主制御部８５はラインセンサ１０２からの受光情報および吸着ノズル６２の駆動情報などに基づき遮光されたＸ軸方向の範囲を吸着ノズル６２の上昇動作に関連付けて連続的または断続的にモニターして吸着ノズル６２で保持した部品のＹ軸方向から見た形状、大きさ、部品の傾きなどを認識している。そして、吸着ノズル６２の先端部による部品Ｐの吸着有無や部品Ｐの吸着状態を認識している。なお、認識方法などについては、従来技術と同一であるため、ここでは省略する。

このように、本実施形態によれば、部品供給部４から部品Ｐを吸着した吸着ノズル６２が部品吸着位置（部品供給位置）から上昇する途中で、部品Ｐの吸着状態、例えば部品Ｐの立ち吸着等を確認することができ、タクトタイムのロスを低減することができる。

ステップ（ｄ）
次に、各吸着ノズル６２による部品吸着および吸着状態の確認などが完了すると、同図（ｄ）に示すように、ヘッドユニット６が部品供給部４の上方から基板３の部品搭載位置の上方に移動させられる。このとき、ヘッドユニット６は部品認識カメラ７の上方を通過し、部品認識カメラ７により各吸着ノズル６２に保持された部品Ｐがその下側から撮像され、従来より周知の方法で部品認識が行われる。

ステップ（ｅ）
部品搭載位置へのヘッドユニット６の位置決めが完了すると、部品Ｐの搭載のために吸着ノズル６２の下降を開始する。これと同時、あるいは下降開始前に、照射ユニット９の照射部９２が点灯し、光が吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａを水平に横切り、受光ユニット１０のラインセンサ１０２に受光される。その後、吸着ノズル６２の下降に伴い部品Ｐの最下端が位置ＣＰに位置すると、部品Ｐが遮光し、それよりもさらに下降する間、部品Ｐさらには吸着ノズル６２による遮光状態が継続される。このように部品Ｐを吸着した吸着ノズル６２が下降している間においても、同吸着ノズル６２が上昇している間（ステップ（ｃ））と同様に、主制御部８５はラインセンサ１０２からの受光情報および吸着ノズル６２の駆動情報などに基づき遮光されたＸ軸方向の範囲を吸着ノズル６２の下降動作に関連付けて連続的または断続的にモニターして吸着ノズル６２で保持した部品のＹ軸方向から見た形状、大きさ、部品の傾きなどを認識している。そして、吸着ノズル６２の先端部による部品Ｐの吸着有無や部品Ｐの吸着状態を認識している。

このように、本実施形態では、主制御部８５は部品搭載直前に部品Ｐの荷姿を確認し、所定の荷姿となっていない場合には部品搭載を中止する。一方、主制御部８５は、所定の荷姿となっていることを確認すると、吸着ノズル６２の下降を継続させて吸着ノズル６２に保持された部品Ｐを基板３の部品搭載位置に搭載する（同図（ｅ））。したがって、部品Ｐを常に正常な姿勢で基板３に搭載することができ、吸着ノズル６２の負圧状態に基づき部品Ｐの荷姿を間接的に確認していた従来技術に比べ、より高い信頼性で部品Ｐを基板３に搭載することができる。

なお、部品搭載段階で照射部９２を消灯してもよいが、本実施形態では次のステップ（ｆ）が完了するまで照射部９２の点灯を継続させている。

ステップ（ｆ）
基板３への部品Ｐの搭載が完了すると、同図（ｆ）に示すように、吸着ノズル６２が位置ＣＰより十分に高い位置（上昇端）まで上昇させられる。この上昇段階においては、吸着ノズル６２による部品Ｐの持帰がない場合には、上昇開始から所定時間が経過した時点あるいは所定量だけ上昇した時点で吸着ノズル６２の先端部は位置ＣＰを通過して吸着ノズル６２による遮光状態は解消される。そこで、本実施形態では、主制御部８５は所定のタイミングや所定の上昇量に達した後も遮光状態が認識される場合には、吸着ノズル６２による部品Ｐの持帰が発生したと判断し、適切な処理を実行する。一方、主制御部８５は、所定のタイミングや所定の上昇量で遮光状態が解消されたことを確認すると、持帰部品Ｐはなく、ノズルコンディションが良好であると判断し、ステップ（ａ）に戻って次の部品搭載動作を実行する。

このように、本実施形態では、部品搭載位置に部品Ｐを実装した吸着ノズル６２が搭載位置から上昇する途中で持帰部品の有無を正確に確認することができ、実装品質を高めることができる。

以上のように、本実施形態によれば、吸着ノズル６２の上下動の動作中に、吸着ノズル６２の先端部が上下動する軌跡６２ａを横切るように照射ユニット９が光を照射するとともに、その軌跡６２ａを通過する光を受光ユニット１０で受光し、その受光情報に基づいてノズル先端部の状態を検知している。すなわち、部品吸着前の吸着ノズル６２を下降させながら部品吸着直前にノズルコンディションを検知し（ステップ（ｂ））、部品Ｐを吸着した吸着ノズル６２を上昇させながら部品Ｐの吸着状態を検知し（ステップ（ｃ））、部品Ｐを吸着した吸着ノズル６２を下降させながら搭載直前に部品Ｐの荷姿を検知し（ステップ（ｅ））、部品搭載完了後の吸着ノズル６２を上昇させながら持帰部品の有無を検知している（ステップ（ｆ））。このように吸着ノズル６２が上下動する間に、ノズル先端部の状態、つまり部品Ｐの吸着有無や部品Ｐの吸着状態が認識されるため、タクトロスを低減することができる。

また、上記実施形態では、照射ユニット９および受光ユニット１０をヘッドユニット６に設けてヘッドユニット６と一体的に移動させられるように構成しているため、照射ユニット９および受光ユニット１０を移動させるための移動機構を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。

また、上記実施形態では、受光ユニット１０の受光部１０２としてＸ軸方向に指向するラインセンサを用いているため、各吸着ノズル６２の軌跡６２ａを通過してきた光を一括して受光可能となっている。したがって、複数の吸着ノズル６２を同時に上下動させたとしても、各吸着ノズル６２の先端部の状態を確実に検知することができる。また、同ラインセンサ１０２を用いた場合、吸着ノズル６２の上下動方向（Ｚ方向）のうちラインセンサ１０２が占める高さ範囲が最小化され、上下動方向において装置１のコンパクト化を図ることができる。

また、上記実施形態では、照射ユニット９において照射部９２の下方位置に反射ミラー９３を配置し、また受光ユニット１０において反射ミラー１０３の上方位置に受光部（ラインセンサ）１０２を配置しているため、図３に示すようにＹ軸方向（水平方向）において照射ユニット９および受光ユニット１０をスリム化することができ、装置１のコンパクト化が可能となっている。ここで、反射ミラー９３、１０３を部品Ｐの高さと同程度の高さ位置に配置すると、照射ユニット９から照射される光が吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａを横切る位置ＣＰは基板３側に最も近づき、ノズル先端部の状態検知に必要となる吸着ノズル６２の上下ストロークが短くなる。その結果、上下動方向（Ｚ軸方向）においてヘッドユニット６をコンパクト化することができる。

さらに、上記実施形態では、照射ユニット９および受光ユニット１０を、吸着ノズル６２の上下動の軌跡６２ａを挟んでＹ軸方向（水平方向）に互いに対向するように振り分けて配置しており、いわゆるバックライト方式が採用されている。このため、吸着ノズル６２に吸着される部品Ｐが光を反射しにくい部品であったとしても、受光ユニット１０により吸着ノズル６２の先端部や部品の外形などを規定する受光情報を確実に取得することができ、部品吸着の有無や部品吸着状態を良好に検知することができる。

ところで、上記実施形態では、図１および図２に示すように、照射ユニット９からの光の照射方向、つまりＹ軸方向から見ると、１２本の実装ヘッド６１は互いに重なり合うことなくＸ軸方向に一列に並んでおり、基本的には上記のようにして各吸着ノズル６２で吸着される部品Ｐを一括して検知可能となっている。ただし、前方側の実装ヘッド６１Ｆで吸着した部品Ｐと、後方側の実装ヘッド６１Ｒで吸着した部品Ｐとのうち少なくとも一方がＸ軸方向に比較的幅広の部品である場合、上下動方向（Ｚ軸方向）における同一高さ位置で照射ユニット９からの光の照射方向（Ｙ軸方向）から見ると、これらの部品Ｐが互いに重なることがある（なお、この状態を「部品重複状態」という）。そして、この部品重複状態のまま実装ヘッド６１Ｆ、６１Ｒがそれぞれ部品Ｐを吸着しながら同時に上下動すると、正確な情報を取得することが困難となる。

そこで、このような問題を解消するために、例えば主制御部８５が記憶部８６に記憶された部品データに基づき部品重複状態の発生有無を判断し、部品重複状態が発生しないときには上記実施形態と同様にして複数の吸着ノズル６２の先端部の状態を一括して検知する一方、部品重複状態が発生するときには、次のようにして吸着ノズル６２の先端部の状態をそれぞれ検知するように構成してもよい。すなわち、部品重複状態が発生するとき、部品重複状態にある実装ヘッド６１Ｆ、６１Ｒのうちの一方に装着された吸着ノズル６２を選択的に上下動させるとともに他方の吸着ノズル６２を上昇端に保持し、選択された吸着ノズル６２の動作中に、照射ユニット９は光を照射するとともに受光ユニット１０は軌跡６２ａを通過する光、あるいは軌跡６２ａ上の部品Ｐ（さらには吸着ノズル６２）で反射された光を受光する。これにより、常に選択された吸着ノズル６２の先端部の状態を正確に検知することができる。この点に関しては、他方の吸着ノズル６２についても全く同様である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、照射ユニット９は配線基板にＬＥＤを配置した単一の照射部９２を光源として用いているが、複数の照射部９２を設けてもよい。また、受光ユニット１０の受光部１０２についても、ラインセンサの代わりに１台または複数台のＣＣＤカメラを用いてもよい。

また、図６に示すように、照射ユニット９ではレーザー光を照射するレーザー照射部９５を設けるとともに、受光ユニット１０ではレーザー照射部９５から照射されるレーザー光を受光するように構成してもよく、特に複数の吸着ノズル６２を有する装置１において次の作用効果が得られる。すなわち、図１に示す装置１では、各吸着ノズル６２から受光部１０２までの光学的距離が異なっているが、レーザー光を照射光として用いた場合には、ノズル先端部を認識するために受光部１０２の焦点合わせが不要となる。その結果、焦点合わせ機構を設けることなく、ノズル先端部の状態を正確に検知することができる。

また、上記実施形態では、受光ユニット１０が吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａを通過した光を受光してノズル先端部の状態を反映した受光情報を出力しているが、受光ユニット１０の構成はこれに限定されるものではない。つまり、受光ユニットとして、部品Ｐや吸着ノズル６２により反射される光を受光して受光情報を出力するものを用いてもよい。

また、上記実施形態では、照射ユニット９および受光ユニット１０を、吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａを挟んでＹ軸方向（水平方向）に互いに対向するように振り分けて配置しているが、照射ユニット９および受光ユニット１０の配設位置はこれに限定されるものではない。例えば、照射ユニット９および受光ユニット１０を、吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａを挟んでＸ軸方向に互いに対向するように振り分けて配置してもよい。ただし、このような配置関係を採用した場合、Ｘ軸方向から見ると、前方側の実装ヘッド６１Ｆが重なり、各吸着ノズル６２の上下動軌跡６２ａが重なり合っている。したがって、２つ以上の吸着ノズル６２が同時に上下動すると、正確な情報を取得することが困難である。この点に関しては、後方側の実装ヘッド６１Ｒについても全く同様である。

そこで、このような構成を有する装置１の前方側実装ヘッド６１Ｆにおいて、Ｚ軸サーボモータ（ノズル駆動機構）７２が６本の吸着ノズル６２のうちの１つの吸着ノズル６２を選択的に上下動させるとともに残りの吸着ノズル６２を上昇端に保持し、選択された吸着ノズル６２の動作中に、照射ユニット９は光を照射するとともに受光ユニット１０は軌跡６２ａを通過する光、あるいは軌跡６２ａ上の部品Ｐまたは吸着ノズル６２で反射された光を受光する。これにより、常に選択された吸着ノズル６２の先端部の状態を正確に検知することができる。この点に関しては、後方側の実装ヘッド６１Ｒについても全く同様である。

また、このことは、実装ヘッド６１が前方および後方の２列配置された装置１のみに適用可能な技術ではなく、照射ユニット９からの光の照射方向から見ると複数の吸着ノズル６２の各軌跡６２ａが重なるように複数の吸着ノズル６２が配置された部品実装装置全般に適用可能である。つまり、このような構成を有する装置では、複数のノズルのうちの１つのノズルを選択的に上下動させるとともに残りのノズルを上昇端に保持し、選択されたノズルの動作中に、照射ユニットは光を照射するとともに受光ユニットは軌跡を通過する光、あるいは部品および／またはノズルで反射された光を受光すればよい。

また、上記実施形態では、ヘッドユニット６が停止したまま吸着ノズル６２がＺ軸方向に連続的に上下動している途中でノズル先端部の状態を検知しているが、ヘッドユニット６を移動させながら吸着ノズル６２を上下動させる間、あるいは吸着ノズル６２を断続的に上下動させる間においても、上記実施形態と同様にしてノズル先端部の状態を検知してもよい。

さらに、上記実施形態では、制御ユニット８、照射ユニット９および受光ユニット１０により部品認識装置が構成されており、この部品認識装置により部品実装装置１でのノズル先端部の状態を検知しているが、この部品認識装置の適用範囲は部品実装装置に限定されるものではなく、ノズル先端部で部品を吸着する機構を備えた装置全般に適用することが可能である。

１…部品実装装置
３…基板
４…部品供給部
６…ヘッドユニット
８…制御ユニット（検知手段）
９…照射ユニット
１０…受光ユニット
６２…吸着ノズル
６２ａ…（吸着ノズルの上下動の）軌跡
８５…主制御部（検知手段）
９２…照射部
９３…反射ミラー（第１反射部）
９５…レーザー照射部
１０２…受光部
１０３…反射ミラー（第２反射部）
Ｐ…部品

Claims (11)

1. 先端部で部品を吸着して前記部品を基板に実装するノズルと、
   前記ノズルを支持するヘッドユニットと、
   前記ノズルを上下動させるノズル駆動機構と、
   前記ノズルの上下動の動作中に、前記ノズルの先端部が上下動する軌跡を横切るように光を照射する照射ユニットと、
   前記軌跡を通過する光、あるいは前記部品および／または前記ノズルで反射された光を受光する受光ユニットと、
   前記受光ユニットにて受光した受光情報を前記ノズルの上下動動作に関連付けてモニターすることで前記ノズルが上昇または下降している間に前記ノズル先端部の状態を検知する検知手段と
   を備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記照射ユニットおよび前記受光ユニットは前記ヘッドユニットに設けられている請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記受光ユニットは、長手方向が前記ノズルの上下動方向に対して直交する方向に指向するように配置されたラインセンサを有する請求項１または２に記載の部品実装装置。
4. 前記部品を部品供給位置で供給する部品供給部をさらに備え、
   前記ヘッドユニットが、前記部品供給位置の上方と、前記基板に部品を搭載する搭載位置の上方との間を移動自在となっており、
   ・部品を吸着した前記ノズルが前記搭載位置に向けて下降する途中、
   ・部品を吸着しない前記ノズルが前記部品供給位置に向けて下降する途中、
   ・前記部品供給部から部品を吸着した前記ノズルが前記部品供給位置から上昇する途中、
   ・前記搭載位置に部品を実装した前記ノズルが前記搭載位置から上昇する途中、
   のうちの少なくとも１つのタイミングで、前記照射ユニットは光を照射するとともに前記受光ユニットは受光した受光情報を出力する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の部品実装装置。
5. 前記照射ユニットは、下方に光を照射する照射部と、前記照射部の下方位置に配置されて前記照射部からの光を反射して前記軌跡を横切らせる第１反射部とを有する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の部品実装装置。
6. 前記受光ユニットは、前記軌跡を通過する光、あるいは前記部品および／または前記ノズルで反射された光を反射して上方に導光する第２反射部と、前記第２反射部の上方に配置されて前記第２反射部で反射された光を受光する受光部とを有する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の部品実装装置。
7. 前記受光ユニットは前記軌跡を通過する光を受光し、
   前記照射ユニットおよび前記受光ユニットは、前記軌跡を挟んで水平方向に互いに対向するように振り分けて配置されている請求項１ないし５のいずれか一項に記載の部品実装装置。
8. 前記ノズルを複数備え、前記照射ユニットからの光の照射方向から見ると前記複数のノズルの各軌跡が重なるように前記複数のノズルが配置された請求項１ないし７のいずれか一項に記載の部品実装装置であって、
   前記ノズル駆動機構は、前記複数のノズルのうちの１つのノズルを選択的に上下動させるとともに残りのノズルを上昇端に保持し、
   前記選択されたノズルの動作中に、前記照射ユニットは光を照射するとともに前記受光ユニットは前記軌跡を通過する光、あるいは前記部品および／または前記ノズルで反射された光を受光する部品実装装置。
9. 前記ノズルを複数備えた請求項１ないし７のいずれか一項に記載の部品実装装置であって、
   前記ノズル駆動機構は、前記複数のノズルがそれぞれ部品を吸着しながら同時に上下動するときに前記照射ユニットからの光の照射方向から見ると前記複数の部品が重なる場合には、前記複数のノズルのうちの１つのノズルを選択的に上下動させるとともに残りのノズルを上昇端に保持し、
   前記選択されたノズルの動作中に、前記照射ユニットは光を照射するとともに前記受光ユニットは前記軌跡を通過する光、あるいは前記部品および／または前記ノズルで反射された光を受光する部品実装装置。
10. 前記照射ユニットはレーザー光を照射するレーザー照射部を有し、前記受光ユニットは前記軌跡を通過するレーザー光、あるいは前記部品および／または前記ノズルで反射されたレーザー光を受光する請求項１ないし９のいずれか一項に記載の部品実装装置。
11. 先端部で部品を吸着しながら上下動するノズルの先端部の状態を検知する部品認識装置において、
    前記ノズルの上下動の動作中に、前記ノズルの先端部が上下動する軌跡を横切るように光を照射する照射ユニットと、
    前記軌跡を通過する光、あるいは前記部品および／または前記ノズルで反射された光を受光する受光ユニットと、
    前記受光ユニットにて受光した受光情報を前記ノズルの上下動動作に関連付けてモニターすることで前記ノズルが上昇または下降している間に前記ノズル先端部の状態を検知する検知手段と
    を備えたことを特徴とする部品認識装置。

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