JP5660810B2 - 部品実装機の吸着ノズル検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品を吸着する吸着ノズルの先端面の欠けを検査する部品実装機の吸着ノズル検査装置に関する発明である。

部品実装機の吸着ノズルの先端面に欠けや異物付着等の異常があると、部品の吸着不良の原因となる。そこで、特許文献１（特開平７−２２７８３号公報）では、予め、吸着ノズルに部品を吸着する前に、吸着ノズルの真下方向からカメラで吸着ノズルの先端面を撮像してその画像情報をメモリに記憶しておき、その後、吸着ノズルに部品を吸着して回路基板に実装した後、再度、吸着ノズルの真下方向からカメラで吸着ノズルの先端面を撮像して、その画像を記憶画像と比較して、吸着ノズルの先端面の異常の有無を検査するようにしている。

特開平７−２２７８３号公報

一般に、部品実装機には、吸着ノズルに吸着した部品をその下方からカメラで撮像して画像認識する部品画像認識システムが搭載されている。この部品画像認識システムでは、部品の画像認識の精度を高めるために、吸着ノズルに吸着した部品とその周囲の背景とのコントラストを大きくする必要があり、そのため、吸着ノズルやその周囲の背景部分が黒色に着色されている（又は黒色の材料で形成されている）。このため、吸着ノズルの真下方向からカメラで吸着ノズルの先端面を撮像しても、吸着ノズルの先端面とその周囲の背景とのコントラストが小さく、両者の境界を十分に明瞭に識別できないため、吸着ノズルの先端面の欠けや異物付着等を画像認識する精度を十分に確保するのが困難であった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、画像認識技術を用いて吸着ノズルの先端面の欠けを精度良く検査することができる部品実装機の吸着ノズル検査装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、部品を吸着する吸着ノズルを備えた部品実装機において、前記吸着ノズルの先端面（下端面）に斜め下方から照明光を照射する照明装置と、前記照明装置の照明光が前記吸着ノズルの先端面で正反射する方向から該吸着ノズルの先端面を撮像するように配置されたカメラと、前記カメラの撮像画像を処理して前記吸着ノズルの先端面の欠けを検査する検査手段とを備え、前記吸着ノズルの先端面に斜め下方から前記照明光を照射し、前記吸着ノズルの先端面で正反射した光が前記カメラの視野内に入射するように前記カメラを配置することで、前記吸着ノズルの先端面の周囲の背景部分で乱反射した光が前記カメラの視野内に入射するのを少なくするように構成したことを第１の特徴とし、更に、前記カメラは、前記吸着ノズルに吸着した部品の吸着姿勢をその側方から第１の光路屈曲手段を介して撮像する部品撮像用カメラが用いられ、前記照明装置の照明光が前記吸着ノズルの先端面で正反射する方向から該吸着ノズルの先端面を前記部品撮像用カメラで撮像するための第２の光路屈曲手段が設けられていることを第２の特徴とするものである。

一般に、吸着ノズルの先端面は、部品の吸着を安定させるために、平面度が高いため、照明光の反射率が高い。従来のように、吸着ノズルの真下方向から照明光を照射する同軸落射照明を用いて吸着ノズルの先端面を真下方向からカメラで撮像する構成では、吸着ノズルの孔内やノズル周囲の背景で乱反射した光がカメラの視野内に入射してしまい、コントラストの低下を招いていた。

これに対し、本発明では、吸着ノズルの先端面に斜め下方から照明光を照射し、その照明光が吸着ノズルの先端面で正反射する方向から該吸着ノズルの先端面をカメラで撮像するようにしているため、吸着ノズルの先端面で正反射した光をカメラの視野内に入射させて、それ以外の背景部分で乱反射した光がカメラの視野内に入射するのを効果的に少なくすることができる。これにより、吸着ノズルのリング状の先端面のみを明るくして撮像することができ、吸着ノズルのリング状の先端面とその内外周の背景部分とのコントラストを大きくして両者の境界を十分に明瞭に識別することが可能となり、吸着ノズルの先端面の欠けや異物付着等を精度良く検査することができる。
更に、本発明では、吸着ノズルに吸着した部品の吸着姿勢をその側方から第１の光路屈曲手段を介して撮像する部品撮像用カメラを用いて、照明装置の照明光が吸着ノズルの先端面で正反射する方向から該吸着ノズルの先端面を前記部品撮像用カメラで撮像するための第２の光路屈曲手段を設けた構成としているため、吸着ノズルに吸着した部品の吸着姿勢をその側方から撮像する部品撮像用カメラを使用して吸着ノズルの先端面を精度良く画像認識して検査することができ、吸着ノズル先端面検査専用のカメラを設ける必要がない。

この場合、請求項２のように、カメラの撮像画像の処理結果に基づいて吸着ノズルのノズル径を計測するようにしても良い。本発明では、吸着ノズルの先端面とその外周の背景部分とのコントラストを大きくできるため、吸着ノズルのノズル径を精度良く計測することができる。

更に、請求項３のように、部品実装動作後に吸着ノズルが部品吸着位置へ移動する経路の途中でカメラで撮像した画像の処理結果に基づいて該吸着ノズルに実装ミスした部品が付着したまま持ち帰えられる部品持ち帰りの有無を判定するようにしても良い。本発明では、吸着ノズルの先端面の状態を精度良く検査できるため、部品持ち帰りの有無を精度良く判定することができる。

この場合、請求項４のように、吸着ノズルに部品を吸着する前に、部品撮像用カメラの視野内に吸着ノズルの先端面の画像と該吸着ノズルの側面の画像を並べて収めて撮像するようにしても良い。このようにすれば、１回の撮像で吸着ノズルの先端面と側面の両方を同時に精度良く画像認識することができ、吸着ノズルの先端面と側面の両方の検査を能率良く行うことができる。

図１は本発明に関連する参考例としての実施例１を説明する図である。 図２（ａ）は本発明に関連する参考例としての実施例１のカメラで撮像した吸着ノズルの先端面の画像を示す図であり、同図（ｂ）は従来の同軸落射照明で撮像した吸着ノズルの先端面の画像を示す図である。 図３は本発明の実施例２を説明する図である。 図４は本発明の実施例２のカメラで撮像した吸着ノズルの先端面の画像を示す図である。

以下、本発明に関連する参考例としての実施例１と本発明を実施するための形態を具体化した実施例２を説明する。

本発明に関連する参考例としての実施例１を図１及び図２に基づいて説明する。
吸着ノズル１１は、部品実装機の装着ヘッド（図示せず）に交換可能に下向きに保持されている。吸着ノズル１１とその周囲の背景部分１２は、黒色に着色されている（又は黒色の材料で形成されている）。

一方、照明装置１３は、吸着ノズル１１の先端面（下端面）に斜め下方から照明光を照射するように配置されている。吸着ノズル１１の先端面に対する照明光の入射角度は、例えば３０〜６０°の範囲、より好ましくは４０〜５０°の範囲に設定されている。尚、照明装置１３の位置を別の位置に変更して、照明光の光路をミラー等の光路屈曲手段で屈曲させて吸着ノズル１１の先端面に斜め下方から照明光を照射するようにしても良い。

吸着ノズル１１の先端面を撮像するカメラ１４は、照明装置１３の照明光が吸着ノズル１１の先端面で正反射する方向から該吸着ノズル１１の先端面を撮像するように配置されている。尚、カメラ１４の位置を別の位置に変更して、吸着ノズル１１の先端面で正反射した照明光の光路をミラー等の光路屈曲手段で屈曲させてカメラ１４の視野内に入射させるようにしても良い。

照明装置１３とカメラ１４は、部品実装機のうちの吸着ノズル１１の移動可能な位置に固定的に設けても良いし、吸着ノズル１１を保持する装着ヘッド又はこれと一体的に移動する部材に取り付けて、照明装置１３とカメラ１４を装着ヘッド（吸着ノズル１１）と一体的に移動させるようにしても良い。前者の場合は、吸着ノズル１１の先端面を検査するときに、吸着ノズル１１を照明装置１３で照明される撮像位置まで移動させて吸着ノズル１１の先端面をカメラ１４で撮像すれば良い。後者の場合は、装着ヘッド（吸着ノズル１１）がどの位置に移動しても、装着ヘッド（吸着ノズル１１）と照明装置１３とカメラ１４との位置関係が一定に保たれるため、吸着ノズル１１の先端面を検査するときに照明装置１３を点灯して吸着ノズル１１の先端面をカメラ１４で撮像すれば良い。

以上説明した本実施例１では、吸着ノズル１１の先端面に斜め下方から照明光を照射し、その照明光が吸着ノズル１１の先端面で正反射する方向から該吸着ノズル１１の先端面をカメラ１４で撮像するようにしているため、吸着ノズル１１の先端面で正反射した光をカメラ１４の視野内に入射させて、それ以外の背景部分１２で乱反射した光がカメラ１４の視野内に入射するのを効果的に少なくすることができる。これにより、図２（ｂ）に示す従来の同軸落射照明で撮像した画像と比較して、本実施例１では、図２（ａ）に示すように、吸着ノズル１１のリング状の先端面のみを明るくして撮像することができ、吸着ノズル１１のリング状の先端面とその内外周の背景部分１２とのコントラストを大きくして両者の境界を十分に明瞭に識別することが可能となり、吸着ノズル１１の先端面の欠けや異物付着等を精度良く検査することができる。

この場合、カメラ１４の撮像画像の処理結果に基づいて吸着ノズル１１のノズル径を計測するようにしても良い。本実施例１では、吸着ノズル１１の先端面とその外周の背景部分１２とのコントラストを大きくできるため、吸着ノズル１１のノズル径を精度良く計測することができる。

また、部品実装動作後に吸着ノズル１１が部品吸着位置へ移動する経路の途中でカメラ１４で撮像した画像の処理結果に基づいて該吸着ノズル１１に実装ミスした部品が付着したまま持ち帰えられる部品持ち帰りの有無を判定するようにしても良い。本実施例１では、吸着ノズル１１の先端面の状態を精度良く検査できるため、部品持ち帰りの有無も精度良く判定することができる。

部品を持ち帰っている場合、撮像画像には持ち帰った部品が写り、吸着ノズル１１の多くの部分が持ち帰り部品の背後に隠れてしまう。その場合、撮像画像中の物体の形状が精度良く認識できないと、撮像画像中の物体が部品なのか吸着ノズル１１なのかを精度良く判別することは難しい。しかし、撮像画像から物体形状を精度良く認識できれば、それが部品なのか吸着ノズル１１なのかを精度良く判別可能となる。さらに、部品持ち帰りがあった場合の部品の位置や姿勢は様々であるため、撮像画像に写る部品の形状は一定せず、撮像画像中の物体が部品であると判定するのは困難である。しかし、吸着ノズル１１は位置も姿勢も一定しているため、認識が容易であり、撮像画像中に吸着ノズル１１を探し、吸着ノズル１１を認識できなければ、吸着ノズル１１は持ち帰り部品の背後に隠れているのであり、部品持ち帰りと容易に判定できる。

上記実施例１は、部品実装機に吸着ノズル先端面検査専用のカメラ１４を新たに設けた実施例であるが、図３及び図４に示す本発明の実施例２では、吸着ノズル２１に吸着した部品の吸着姿勢をその側方から第１のミラー２２（第１の光路屈曲手段）を介して撮像する部品撮像用カメラ２３を用いて、吸着ノズル２１の先端面を撮像できるようにしている。具体的には、第１のミラー２２から見て吸着ノズル２１の後方にバックライト照明装置２４を配置すると共に、落射照明装置２５を吸着ノズル２１の先端面に斜め下方から照明光を照射するように配置し、落射照明装置２５の照明光が吸着ノズル２１の先端面で正反射する方向から該吸着ノズル２１の先端面を部品撮像用カメラ２３で撮像するための第２のミラー２６（第２の光路屈曲手段）を設けた構成としている。吸着ノズル２１の先端面に対する照明光の入射角度は、例えば３０〜６０°の範囲、より好ましくは４０〜５０°の範囲に設定されている。

この場合、吸着ノズル２１に部品を吸着する前に、図４に示すように、部品撮像用カメラ２３の視野内に吸着ノズル２１の先端面の画像と該吸着ノズル２１の側面の画像を並べて収めて同時に撮像できるように各ミラー２２，２６の傾斜角度や部品撮像用カメラ２３の位置を設定している。尚、部品撮像用カメラ２３、各照明装置２４，２５及び各ミラー２２，２６は、吸着ノズル２１を保持する装着ヘッド又はこれと一体的に移動する部材に取り付けられ、これらの位置関係が常に一定に保たれるようになっている。

以上説明した本実施例２によれば、部品撮像用カメラ２３を使用して吸着ノズル２１の先端面を精度良く画像認識して検査することができ、吸着ノズル先端面検査専用のカメラを設ける必要がない。

しかも、本実施例２のように、吸着ノズル２１に部品を吸着する前に、部品撮像用カメラ２３の視野内に吸着ノズル２１の先端面の画像と側面の画像を並べて収めて撮像するようにすれば、１回の撮像で吸着ノズル２１の先端面と側面の両方を同時に精度良く画像認識することができ、吸着ノズル２１の先端面と側面の両方の検査を能率良く行うことができる。

但し、本発明は、吸着ノズル２１の先端面の画像と側面の画像とを別々に撮像するようにしても良い。この際、画像の切り換えに応じて部品撮像用カメラ２３を移動させたり、ミラー２２，２６の一方を移動又は傾斜角度を変化させたりして、吸着ノズル２１の先端面の画像と側面の画像の一方のみを部品撮像用カメラ２３の視野内に収めるようにすれば良い。

１１…吸着ノズル、１２…背景部分、１３…照明装置、１４…カメラ、２１…吸着ノズル、２２…第１のミラー（第１の光路屈曲手段）、２３…部品撮像用カメラ、２４…バックライト照明装置、２５…落射照明装置、２６…第２のミラー（第２の光路屈曲手段）

Claims (4)

1. 部品を吸着する吸着ノズルを備えた部品実装機において、
   前記吸着ノズルの先端面に斜め下方から照明光を照射する照明装置と、
   前記照明装置の照明光が前記吸着ノズルの先端面で正反射する方向から該吸着ノズルの先端面を撮像するように配置されたカメラと、
   前記カメラの撮像画像を処理して前記吸着ノズルの先端面の欠けを検査する検査手段と を備え、
   前記吸着ノズルの先端面に斜め下方から前記照明光を照射し、前記吸着ノズルの先端面で正反射した光が前記カメラの視野内に入射するように前記カメラを配置することで、前記吸着ノズルの先端面の周囲の背景部分で乱反射した光が前記カメラの視野内に入射するのを少なくするように構成し、
   前記カメラは、前記吸着ノズルに吸着した部品の吸着姿勢をその側方から第１の光路屈曲手段を介して撮像する部品撮像用カメラが用いられ、
   前記照明装置の照明光が前記吸着ノズルの先端面で正反射する方向から該吸着ノズルの先端面を前記部品撮像用カメラで撮像するための第２の光路屈曲手段が設けられていることを特徴とする部品実装機の吸着ノズル検査装置。
2. 前記検査手段は、前記カメラの撮像画像の処理結果に基づいて前記吸着ノズルのノズル径を計測する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機の吸着ノズル検査装置。
3. 前記検査手段は、部品実装動作後に前記吸着ノズルが部品吸着位置へ移動する経路の途中で前記カメラで撮像した画像の処理結果に基づいて該吸着ノズルに実装ミスした部品が付着したまま持ち帰えられる部品持ち帰りの有無を判定する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装機の吸着ノズル検査装置。
4. 前記検査手段は、前記吸着ノズルに部品を吸着する前に、前記部品撮像用カメラの視野内に前記吸着ノズルの先端面の画像と該吸着ノズルの側面の画像を並べて収めて同時に撮像することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装機の吸着ノズル検査装置。

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