JP5903563B2 - 部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光体が塗布されたＬＥＤ部品にレンズ部品を実装する部品実装装置に関するものである。

表示パネルのバックライト用の光源装置や汎用の照明装置の光源装置として、ＬＥＤ素子を基板に実装したＬＥＤ照明基板が広く用いられる。光源装置ではコスト削減の要請からできるだけ少ない数量のＬＥＤ素子によって均一な照度を得ることが求められるため、ＬＥＤ素子に光拡散用のレンズを装着する構成が用いられるようになっている。このレンズを装着する方式では、均一な光拡散効果を得るために、ＬＥＤ素子に対してレンズの光軸を正しく位置合わせすることが求められるため、ＬＥＤ素子にレンズ部品を装着する部品実装装置には、照明基板に実装された状態のＬＥＤ部品に塗布された蛍光体を位置認識する認識処理装置を備えたものが用いられる（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に示す先行技術例では、紫外光を照明光としてＬＥＤ素子に照射した反射光をフィルタを介して基板認識カメラに入射させることにより、ＬＥＤ部品に塗布された蛍光体のみを画像認識により抽出するようにしている。

特開２０１３−７７６４８号公報

しかしながら上述の先行技術例には、紫外光を照明光としてＬＥＤ部品に塗布された蛍光体を画像認識する構成に起因して、汎用型の部品実装装置をＬＥＤ照明基板の製造ラインに適用するに際して、以下に述べるような難点があった。すなわち、汎用型の部品実装装置の画像認識装置には一般に白色ＬＥＤなどを光源とする白色照明光が用いられているため、認識対象が蛍光体が塗布された状態のＬＥＤ部品である場合には、必要とされる認識精度を確保することが難しい。ＬＥＤ部品のモールド部は通常白色であり、モールド部にＬＥＤ素子を覆って塗布される蛍光体は淡黄色を呈するため、これらを取得画像上で明瞭に識別することが難しいからである。このように、従来技術においては蛍光体塗布後のＬＥＤ部品の位置認識には専用の画像認識装置を必要としており、白色照明光を用いた画像認識装置を備える汎用・低コスト型の部品実装装置によって、蛍光体塗布後のＬＥＤ部品への部品実装を高い位置決め精度で行うことが難しいという課題があった。

そこで本発明は、蛍光体塗布後のＬＥＤ部品へのレンズ部品の実装を、低コスト且つ高い位置決め精度で行うことができる部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、ＬＥＤ部品が実装された照明基板にレンズ部品を実装する部品実装装置であって、前記照明基板に形成された基板認識マークおよび前記ＬＥＤ部品に塗布された蛍光体を撮像装置によって撮像して位置認識する認識手段と、前記認識手段の位置認識の結果に基づき前記レンズ部品を前記照明基板に実装する際の実装位置決めを行う位置決め手段とを備え、前記撮像装置は、光源部が発光する光を特定波長域の照明光に変換するフィルタ特性を有する第１のフィルタが設けられ、この第１のフィルタを介して前記照明基板の撮像対象部位に対して前記照明光を照射する照明部と、前記照明光が入射することにより前記蛍光体が励起された励起光を透過させ且つ前記ＬＥＤ部品において前記蛍光体が塗布されていないモールド部からの前記照明光の反射光を透過させないフィルタ特性を有する第２のフィルタが設けられ、前記撮像対象部位から反射される前記照明光の反射光を前記第２のフィルタを介して受光することにより当該撮像対象部位の画像を取得する画像取得部とを有し、前記位置決め手段は、前記画像取得部によって取得された画像に基づいて検出された前記蛍光体の位置認識の結果に基づいて、前記レンズ部品を前記ＬＥＤ部品に対して位置決めする。

本発明によれば、照明基板に実装後のＬＥＤ部品に塗布された蛍光体を撮像する撮像装置を、光源部が発光する光を特定波長域の照明光に変換するフィルタ特性を有する第１のフィルタが設けられこの第１のフィルタを介して照明基板の撮像対象部位に対して照明光を照射する照明部と、照明光が入射することにより蛍光体が励起された励起光を透過させ且つＬＥＤ部品において蛍光体が塗布されていないモールド部からの照明光の反射光を透過させないフィルタ特性を有する第２のフィルタが設けられ撮像対象部位から反射される照明光の反射光を第２のフィルタを介して受光して画像を取得する画像取得部とを備えた構成とすることにより、白色照明光を用いた汎用型の画像認識装置によって蛍光体を高精度で認識することができ、蛍光体塗布後のＬＥＤ部品へのレンズ部品の実装を、低コスト且つ高い位置決め精度で行うことができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における実装ヘッドの側面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に用いられる撮像装置の構成説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品認識の説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における撮像用の照明部の構造説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における撮像用の照明部の機能説明図 本発明の一実施の形態の部品実装方法の工程説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１、図２を参照して、部品実装装置の構造を説明する。本実施の形態においては、この部品実装装置はＬＥＤ照明基板を製造するＬＥＤ照明基板製造ラインに配置され、ＬＥＤ部品が実装された照明基板にレンズ部品を実装する用途に用いられる。

図１において、基台１上にはＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は前工程にてＬＥＤ部品が実装された照明基板３（以下、単に「基板３」と略記する。）を搬送し、搬送路２上に設定された実装位置において基板３を位置決めする。搬送路２の両側には部品供給部４が設けられており、部品供給部４には複数のパーツフィーダ５が装着されている。本実施の形態では、これらのパーツフィーダにはＬＥＤ部品を覆って実装されるレンズ部品１９（図２参照）を供給するパーツフィーダが含まれている。

基台１のＸ方向の一端部にはリニア駆動機構を備えたＹ軸移動テーブル７がＹ方向に水平に配設されている。Ｙ軸移動テーブル７には２つのＸ軸移動テーブル８がＹ方向に移動自在に装着されており、それぞれのＸ軸移動テーブル８には実装ヘッド９がＸ方向に移動自在に装着されている。図２に示すように、Ｘ軸移動テーブル８はＸ方向に細長形状で設けられたビーム部材８ａを主体としており、ビーム部材８ａにはリニアレール１３が水平方向に配設されている。リニアレール１３にはリニアブロック１４がＸ方向にスライド自在に嵌着しており、リニアブロック１４は垂直姿勢で配設された矩形状の結合ブラケット９ａを介して実装ヘッド９と結合されている。結合ブラケット９ａにはリニア駆動機構を構成する可動子１２が結合されており、可動子１２は対向した固定子１１に対してスライド移動する。

実装ヘッド９は複数の単位保持ヘッド１０を備えた多連型ヘッドであり、それぞれの単位保持ヘッド１０の下端部に装着された吸着ノズル１０ａ（図２参照）によって部品供給部４のパーツフィーダ５からレンズ部品を含む電子部品を吸着ノズル１０ａによって取り出して、搬送路２によって搬送位置決めされた基板３に実装する。部品供給部４と搬送路２との間には部品認識カメラ６が配設されており、部品供給部４から電子部品を取り出した実装ヘッド９が部品認識カメラ６の上方を移動する際に、部品認識カメラ６は実装ヘッド９に保持された状態の電子部品を撮像して認識する。電子部品を基板３に実装する際には、この認識結果に基づいて部品搭載時の位置補正が行われる。

実装ヘッド９には、一体に移動する撮像装置としての基板認識カメラユニット２０が、Ｘ軸移動テーブル８の下方に位置して取り付けられている。図２に示すように、基板認識カメラユニット２０は撮像光軸ａを下向きにした姿勢で結合ブラケット９ａに取り付けられており、実装ヘッド９とともに基板３の上方に移動して、基板３に形成された基板認識マーク（図示省略）および基板３に予め実装されたＬＥＤ部品１６を撮像する。そしてこの撮像結果を認識処理して取得されたＬＥＤ部品１６の位置検出結果に基づいて、吸着ノズル１０ａに吸着保持されたレンズ部品１９をＬＥＤ部品１６に対して実装する。ＬＥＤ部品１６の周囲には、レンズ部品１９を接合するための接合用樹脂１８が予め塗布されている。

図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ部品１６は凹部１６ｃが設けられた円堤部１６ｂを平面ベース部１６ａの上面に凸設し、凹部１６ｃに実装されたＬＥＤ素子１５を覆って樹脂１７を塗布した構成となっている。ここでは、ＬＥＤ素子１５は青色ＬＥＤであり、ＬＥＤ素子１５が発する青色と補色関係にある黄色の蛍光を発する蛍光体（例えばＹＡＧ蛍光体）を含んだものが樹脂１７として用いられている。

ＬＥＤ素子１５から発光された青色光が樹脂１７を透過して照射される過程において、樹脂１７内に含まれる蛍光体が発光する黄色と混色され、白色光となって照射される。そして照射された白色光は、レンズ部品１９によって拡散されてより広範囲に照射される。このとき、良好な拡散効果を得るためには、レンズ部品１９をＬＥＤ部品１６に対して正しく位置合わせする必要がある。

本実施の形態では、基板認識カメラユニット２０によってＬＥＤ部品１６を撮像することにより、レンズ部品１９のＬＥＤ部品１６に対する位置合わせ精度を確保するようにしている。すなわち図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤ部品１６を撮像して取得されたＬＥＤ部品１６の平面画像を認識処理することにより、樹脂１７の中心位置Ｃが認識され、単位保持ヘッド１０によってレンズ部品１９をＬＥＤ部品１６に対して実装する際には、認識された中心位置Ｃに対して吸着ノズル１０ａに吸着保持されたレンズ部品１９を位置合わせする。

次に、図４を参照して基板認識カメラユニット２０の構成を説明する。図４に示すように、基板認識カメラユニット２０は、受光素子２１ａを内蔵した受光部２１を、レンズ２２ａ、２２ｂおよびプリズム２２ｃを備えた光学ユニット２２と結合してカメラ２３とし、カメラ２３の下面側に同軸照明ユニット２４を結合し、さらに同軸照明ユニット２４の下面に平面照明ユニット３０を装着した構成となっている。

受光部２１は撮像光軸ａを水平にした姿勢で光学ユニット２２と結合され、撮像対象物側にあるレンズ２２ｂを介して下方から垂直上方へ入射した撮像光は、プリズム２２ｃによって水平方向に屈折した後にレンズ２２ａを介して受光素子２１ａに入光し、所定の焦点位置にある撮像対象物の画像を受光素子２１ａに結像させる。そして受光素子２１ａによって取得された画像信号を認識処理部２７によって認識処理することにより、図３（ｂ）に示す中心位置Ｃが検出される。レンズ部品１９をＬＥＤ部品１６に対して実装する際には、認識処理部２７の認識結果に基づいて、Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル８を制御部（図示省略）によって制御することにより、吸着ノズル１０ａに吸着保持されたレンズ部品１９を中心位置Ｃに位置合わせする。

従って認識処理部２７は、基板３（照明基板）に形成された基板認識マークおよびＬＥＤ部品１６に塗布された樹脂１７（蛍光体）を、撮像装置である基板認識カメラユニット２０によって撮像して位置認識する認識手段となっている。そして、Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル８および制御部は、前述の認識手段の位置認識の結果に基づきレンズ部品１９を基板３に実装する際の実装位置決めを行う位置決め手段を構成する。

同軸照明ユニット２４は、複数のＬＥＤ２５ａを備えた同軸照明光源部２５および同軸照明光源部２５からの照明光を下方に反射するハーフミラー２４ａを備えており、反射された照明光は平面照明ユニット３０の上面との間に配設された第２のフィルタ２６を透過して基板３に対して直角方向から入射して、撮像対象物を撮像光軸ａの同軸方向から照明する。

平面照明ユニット３０は、電子部品実装用装置である部品実装装置において、カメラ２３による撮像対象となる基板３に対して照明光を照射する機能を有しており、下面側に光源部３２が配置され中央部に撮像光軸ａが貫通する開口部３１ａが設けられたた平板状の照明基板３１を主体としている。照明基板３１の下方には、拡散板３４が照明基板３１と平行に設けられており、拡散板３４には開口部３１ａに対応した位置に開口部３４ａが設けられている。また照明基板３１と拡散板３４との間には、図５（ｃ）に示す形状の第１のフィルタ３３が所定位置に配置されている。

平面照明ユニット３０が組み込まれた基板認識カメラユニット２０によって撮像対象の基板３を撮像する状態において、平面照明ユニット３０は撮像対象の基板３と略平行に相対向した位置にある。したがってこの状態において、照明基板３１は基板３とカメラ２３との間において基板３の表面に対して略平行に位置し、光源部３２は基板３と拡散板３４を介して対向する下面側に配置されている。本実施の形態に示す平面照明ユニット３０においては、光源部３２は照明制御部３５によって個別に制御可能な複数の個別光源部によって構成されている。

照明制御部３５が光源部３２を制御する際には、撮像対象の特性に応じて予め設定されて照明データ記憶部３６に記憶された照明データが参照される。すなわち基板認識カメラユニット２０による撮像対象となる撮像対象物の表面性状特性や、撮像データの認識の種類、認識の目的に応じた最良の照明状態が実現されるよう、各個別光源部のオンオフや照明強度を組み合わせた照明パターンを設定する。

図５は照明基板３１の下面に配置された光源部３２の構成および照明基板３１の上下面に配置された第１のフィルタ３３および第２のフィルタ２６を示している。図５（ｂ）に示すように、開口部３１ａの周囲には、３種類の個別光源部、すなわち第１照明光源部３２ａ、第２照明光源部３２ｂ、第３照明光源部３２ｃが配置されている。これらの個別光源部はいずれも複数のＬＥＤより構成され、これらのＬＥＤの種類は、撮像対象・目的に応じて適宜選択される。ここでは、第１照明光源部３２ａ、第２照明光源部３２ｂとして赤色光を発光するＬＥＤを、また第３照明光源部３２ｃとして白色光を発光するＬＥＤを用いている。

第１照明光源部３２ａは撮像光軸ａに最も近い位置に配置されており、第２照明光源部３２ｂは第１照明光源部３２ａの外側を取り囲むように配置されている。そして第３照明光源部３２ｃは、第２照明光源部３２ｂの外側であって撮像光軸ａを中心点とする矩形範囲（破線枠Ａで示す）における４つの対角位置のみに配置されている。

図５（ｃ）に示すように、照明基板３１の下面において第３照明光源部３２ｃに対応する範囲には、第１のフィルタ３３が配置されている。第１のフィルタ３３は、光源部３２の第３照明光源部３２ｃが発光する光を特定波長域の照明光に変換するフィルタ特性を有している。ここでは第３照明光源部３２ｃが発光する白色光を青色光に変換するフィルタ特性を有するものが用いられる。そして平面照明ユニット３０を作動させることにより、平面照明ユニット３０は第１のフィルタ３３を介して基板３の撮像対象部位、すなわちＬＥＤ部品１６の上面に対して撮像用の照明光を照射する。すなわち平面照明ユニット３０は、光源部３２が発光する光を特定波長域の照明光に変換するフィルタ特性を有する第１のフィルタ３３が設けられ、この第１のフィルタ３３を介して基板３の撮像対象部位に対して照明光を照射する照明部となっている。

図５（ａ）に示すように、開口部３１ａの上方には第２のフィルタ２６が設けられている。第２のフィルタ２６は、第１のフィルタ３３を介して照射される照明光が入射することにより樹脂１７に含有された蛍光体が励起された励起光を透過させ、且つＬＥＤ部品１６において樹脂１７が塗布されていない平面ベース部１６ａ、円堤部１６ｂなどのモールド部からの照明光の反射光を透過させないフィルタ特性を有するものである。

図６（ａ）、（ｂ）は、基板認識カメラユニット２０によるＬＥＤ部品１６の撮像時の照明光およびこの照明光が反射されてカメラ２３に取り込まれる撮像光を示している。ここでは、撮像対象の特性に対応して、光源部３２の複数の個別光源部のうち、第３照明光源部３２ｃのみを点灯させるようにしている。まず図６（ａ）を参照して、平面照明ユニット３０から照射されてＬＥＤ部品１６の平面ベース部１６ａ、円堤部１６ｂによって反射された反射光について説明する。

すなわち、第３照明光源部３２ｃから照射された白色の照明光は第１のフィルタ３３を透過することにより青色の照明光に変換され、ＬＥＤ部品１６に入射する（矢印ｂ）。このときＬＥＤ部品１６のモールド部（平面ベース部１６ａ、円堤部１６ｂ）は白色を呈するため、これらの部分からは青色光が上方に反射されて第２のフィルタ２６に入射する（矢印ｃ）。ここで第２のフィルタ２６は、前述のようにモールド部からの照明光の反射光を透過させないフィルタ特性を有することから、これらの反射光は第２のフィルタ２６によって遮光されてカメラ２３には取り込まれない。

次に図６（ｂ）に示すように、第３照明光源部３２ｃから照射され第１のフィルタ３３を透過することにより青色の照明光に変換された反射光は、ＬＥＤ部品１６に塗布された樹脂１７にも入射する（矢印ｄ）。そしてこの入射光によって樹脂１７に含有された蛍光体を励起し、黄色の励起光が上方に反射されて第２のフィルタ２６に入射する（矢印ｅ）。ここで第２のフィルタ２６は、前述のように樹脂１７中の蛍光体が励起された励起光を透過させるフィルタ特性を有することから、これらの反射光は第２のフィルタ２６を透過してカメラ２３に取り込まれる。

これにより、カメラ２３によって図６（ｃ）に示す認識画像が取得される。この取得画像２３ａには、モールド部を含む背景部が暗色の背景部１６＊として現れるとともに、蛍光体を含む樹脂１７の部分が明色の樹脂部１７＊として現れる。すなわち、本実施の形態ではカメラ２３は撮像対象部位であるＬＥＤ部品１６から反射される照明光の反射光を第２のフィルタ２６を介して受光することにより、当該撮像対象部位の画像を取得する画像取得部として機能する。この画像取得において、カメラ２３としてモノクロカメラを用い通常の白色光源のみを用いてＬＥＤ部品１６を撮像した場合と比較して、樹脂１７の範囲・位置がより明瞭な認識画像が取得される。

図７は、このようにして取得された認識画像に基づいて、レンズ部品１９を基板３に実装する実装方法について説明する。まず図７（ａ）に示すように、図６（ｃ）に示す取得画像を認識処理部２７（認識手段）によって認識処理することにより、ＬＥＤ部品１６において樹脂１７の中心位置Ｃを検出する。このとき、樹脂１７の範囲・位置が明瞭な画像が取得されていることから、中心位置Ｃを高精度で検出することが可能となっている。

次いで図７（ｂ）に示すように、吸着ノズル１０ａによって吸着保持されたレンズ部品１９を、Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル８および制御部よりなる位置決め手段により、ＬＥＤ部品１６に対して位置決めする。この位置決めは、上述の認識手段の位置認識の結果に基づき、樹脂１７の中心位置Ｃにレンズ部品１９の中心を合わせることにより行われる。これにより、ＬＥＤ部品１６の周囲に予め塗布された接合用樹脂１８の上方にレンズ部品１９から下方に突出した接合用の突部１９ａが位置し、ＬＥＤ部品１６の上方にレンズ部品１９の下面に設けられた凹部１９ｂが位置する。

そして単位保持ヘッド１０を下降させて、レンズ部品１９をＬＥＤ部品１６の上方に着地させることにより、図７（ｃ）に示すように、ＬＥＤ部品１６がレンズ部品１９の凹部１９ｂに嵌合するとともに、突部１９ａが接合用樹脂１８に接触して基板３に接合される。これにより、レンズ部品１９の基板３への実装が完了する。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装装置では、基板３に実装後のＬＥＤ部品１６に塗布された樹脂１７（蛍光体）を撮像する基板認識カメラユニット２０を、光源部３２が発光する光を特定波長域の照明光に変換するフィルタ特性を有する第１のフィルタ３３が設けられこの第１のフィルタ３３を介して基板３の撮像対象部位に対して照明光を照射する平面照明ユニット３０（照明部）と、照明光が入射することにより蛍光体が励起された励起光を透過させ且つＬＥＤ部品１６において蛍光体が塗布されていないモールド部からの照明光の反射光を透過させないフィルタ特性を有する第２のフィルタ２６が設けられ撮像対象部位から反射される照明光の反射光を第２のフィルタ２６を介して受光して画像を取得するカメラ２３（画像取得部）とを備えた構成としている。

これにより、白色照明光を用いた汎用型の画像認識装置によって蛍光体を高精度で認識することができ、蛍光体塗布後のＬＥＤ部品１６へのレンズ部品１９の実装を、低コスト且つ高い位置決め精度で行うことができる。

本発明の部品実装装置は、蛍光体塗布後のＬＥＤ部品へのレンズ部品の実装を、低コスト且つ高い位置決め精度で行うことができるという効果を有し、蛍光体が塗布されたＬＥＤ部品にレンズ部品を実装して照明基板を製造する分野において有用である。

７ Ｙ軸移動テーブル
８ Ｘ軸移動テーブル
９ 実装ヘッド
１６ ＬＥＤ部品
１７ 樹脂
１９ レンズ部品
２０ 基板認識カメラユニット
２１ 受光部
２２ 光学ユニット
２３ カメラ
２４ 同軸照明ユニット
２６ 第２のフィルタ
３０ 平面照明ユニット
３１ 照明基板
３２ 光源部
３２ａ 第１照明光源部
３２ｂ 第２照明光源部
３２ｃ 第３照明光源部
３３ 第１のフィルタ

Claims (2)

1. ＬＥＤ部品が実装された照明基板にレンズ部品を実装する部品実装装置であって、
   前記照明基板に形成された基板認識マークおよび前記ＬＥＤ部品に塗布された蛍光体を撮像装置によって撮像して位置認識する認識手段と、
   前記認識手段の位置認識の結果に基づき前記レンズ部品を前記照明基板に実装する際の実装位置決めを行う位置決め手段とを備え、
   前記撮像装置は、光源部が発光する光を特定波長域の照明光に変換するフィルタ特性を有する第１のフィルタが設けられ、この第１のフィルタを介して前記照明基板の撮像対象部位に対して前記照明光を照射する照明部と、
   前記照明光が入射することにより前記蛍光体が励起された励起光を透過させ且つ前記ＬＥＤ部品において前記蛍光体が塗布されていないモールド部からの前記照明光の反射光を透過させないフィルタ特性を有する第２のフィルタが設けられ、前記撮像対象部位から反射される前記照明光の反射光を前記第２のフィルタを介して受光することにより当該撮像対象部位の画像を取得する画像取得部とを有し、
   前記位置決め手段は、前記画像取得部によって取得された画像に基づいて検出された前記蛍光体の位置認識の結果に基づいて、前記レンズ部品を前記ＬＥＤ部品に対して位置決めすることを特徴とする部品実装装置。
2. 前記特定波長域の照明光は青色光であることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。

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