JP5950436B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣチップ等の電子部品をプリント基板上に実装する電子部品実装装置に関する。なお、本明細書では、電子部品実装装置のことを単に実装装置ともいい、電子部品のことを単に部品ともいう。

一般的に、実装装置は、電子部品を吸着する吸着ノズルを有するノズル保持部材により、電子部品を部品供給部から吸着してプリント基板上に移送し、プリント基板上の所定位置に実装するように構成されている。

このような実装装置では、不良部品の実装や実装ずれ、あるいは実装ミス（未実装）等を未然に防止するために、部品吸着後、プリント基板への実装に先立って吸着ノズルの先端部分を撮像し、部品の有無、あるいは部品の吸着状態等を画像認識することが行われている。また、部品が実装されたことを確認するために、実装処理後、再度吸着ノズルの先端部分を撮像して部品の有無（部品持帰り）を画像認識することが行われている。

吸着ノズルの先端部分を撮像する撮像手段の一つとして、吸着ノズルの先端部分を側方から照明、撮像する側方撮像手段が知られている。従来の側方撮像手段は、特許文献１〜３に見られるように、吸着ノズルの先端部分を水平方向から照明、撮像する。側方撮像手段の光学系は、吸着ノズルとともにノズル保持部材に設けられるが、吸着ノズルが上下動可能であるのに対し、側方撮像手段の光学系はノズル保持部材に固定されている。すなわち、従来の側方撮像手段の光学系の光軸は水平である。

このように光学系の光軸が水平である構成において、部品を実装する前に吸着ノズルへの吸着状態を検査する際には、その部品を撮像するために、吸着ノズルに吸着された部品を、吸着ノズルを上下方向に移動させることにより光学系の光軸とほぼ同じ高さ位置に移動させる必要がある。一方で、部品を実装する場合、既に実装された部品がプリント基板上にあるため、その部品との干渉を避けるため、光学系の下端は、部品の最大高さより高い位置に配置する必要がある。つまり、光学系の光軸が水平である場合、部品を吸着し、その吸着状態を検査してからプリント基板に実装するまでの吸着ノズルの上下方向の移動量（下降量）は、（部品の最大高さ＋光学系下端までの距離）に対応する距離となる。

実装工程の高速化、実装精度の向上のためには、吸着ノズルの上下方向の移動量は減らしたいところではあるが、上述の制限があるため、移動量を減らすことは困難であった。また、移動量を減らすためには、部品の高さを減らす必要があり、このことは装置仕様上の欠点となっていた。

これに対して本願出願人は、先に特願２０１１−１２２１４４において、側方撮像手段の光学系の光軸が、吸着ノズルの吸着面に対し水平でなく、上方から所定の角度をなすようにした構成を提案した。これにより、吸着ノズルをより下方に位置させた状態で部品を撮像することができ、結果として、撮像後、プリント基板上に実装するまでの下降距離が短くなるので、吸着ノズルの上下方向の移動量を減らすことができるようになった。

しかし、上記構成のように、側方撮像手段の光学系の光軸が上方から所定の角度をなすように構成すると、図６に示すように、側方撮像手段で撮像された画像には、検査すべき吸着ノズルＡ先端の部品Ｂ１だけでなく、背後にあるプリント基板Ｃ上の既設の部品Ｂ２も現れる。更に、光学系Ｄに付随する照明系Ｅからの照明光も、検査すべき吸着ノズルＡ先端の部品Ｂ１だけでなく、背後にあるプリント基板Ｃ上の既設の部品Ｂ２にも当たり、撮像された画像の認識において両者の見分けがつかなくなってしまうことがあるという新たな問題が発生した。

特開平１０−７８３０９号公報 特開２００４−３４９３４６号公報 特開２００６−４１１５８号公報

本発明が解決しようとする課題は、電子部品を吸着する吸着ノズルの先端部分を撮像する側方撮像手段の光学系の光軸が上方から所定の角度をなすように構成された電子部品実装装置において、検査すべき吸着ノズルの先端の部品だけを確実に画像認識できるようにすることにある。

本発明の実装装置は、電子部品を吸着する吸着ノズルがノズル保持部材に上下方向に移動可能に設けられ、前記ノズル保持部材がプリント基板を載置する基台に対して水平面内で相対変位するとともに前記吸着ノズルが上下方向に移動することにより、吸着ノズルに吸着された電子部品をプリント基板上に実装するように構成された電子部品実装機であって、吸着ノズルの先端部分を側方から撮像可能であり、その光学系及び照明系が前記ノズル保持部材に固定されている側方撮像手段を備え、前記側方撮像手段は、その光学系の光軸が、吸着ノズルの吸着面に対し水平でなく、上方から所定の角度をなすように電子部品を撮像し、前記側方撮像手段の照明系は、上方から所定の角度をなすように電子部品を照明し、かつ、当該側方撮像手段の視野内において、吸着ノズルに吸着された電子部品には照明光が当たるが、プリント基板上の既設の電子部品には照明光が当たらないように照明光を発することを特徴とするものである。

本発明において、前記側方撮像手段の照明系は、少なくとも２方向の照明光を発し、この２方向の照明光が吸着ノズルに吸着された電子部品の位置で交差するように照明光を発するようにすることが好ましい。

本発明の実装装置では、側方撮像手段の照明系が、当該側方撮像手段の視野内において、吸着ノズルに吸着された電子部品以外の電子部品に照明光が当たらないように照明光を発するので、側方撮像手段を、その光学系の光軸が吸着ノズルの吸着面に対し水平でなく、上方から所定の角度をなすように電子部品を撮像するように構成していたとしても、吸着ノズルに吸着された電子部品だけを確実に画像認識できる。

本発明の実装装置における側方撮像手段の構成を示す概念図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は撮像された画像を示す。 本発明の実装装置の一実施例を示す斜視図で、（ａ）はその要部の構成、（ｂ）はノズル保持部材近傍の構成を示す。 側方撮像手段の構成例を示す断面図である。 図３に示す側方撮像手段の照明系の詳細を示す斜視図である。 図４においてスリットを取り除いた状態を示す斜視図である。 従来の側方撮像手段の構成を示す概念図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は撮像された画像を示す。

図１は、本発明の実装装置における側方撮像手段の構成を示す概念図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は撮像された画像を示す。

本発明の実装装置において、側方撮像手段は、その光学系Ｄの光軸が吸着ノズルＡの吸着面に対し水平でなく、上方から所定の角度をなすように部品Ｂ１を撮像するよう構成されている。

このため、先に図６でも説明したように、側方撮像手段で撮像された画像には、検査すべき吸着ノズルＡ先端の部品Ｂ１だけでなく、背後にあるプリント基板Ｃ上の既設の部品Ｂ２も現れる。

これに対して、本発明における側方撮像手段の照明系Ｅは、当該側方撮像手段の視野Ｆ内において、吸着ノズルＡに吸着された部品Ｂ１以外の部品（プリント基板Ｃ上の既設の部品Ｂ２）に照明光が当たらないように照明光を発する。このように、部品Ｂ２には照明光が当たらないので部品Ｂ２の撮像画像は薄くなり、撮像された画像の認識において、部品Ｂ１と部品Ｂ２を明確に見分けることができ、部品Ｂ１だけを確実に画像認識できる。

照明系Ｅの構成例を説明すると、図１の例では、照明系Ｅが、指向性を有する２方向の照明光を発するようにし、更に照明光源と部品Ｂ１との間にスリットＥ１を配置して照明光の出射範囲を制御することで、照明光が側方撮像手段の視野Ｆ内において部品Ｂ２には当たらないようにしている。照明光の指向性を精密に調整すればスリットＥ１は省略可能である。また、スリットＥ１の代わり又はこれと併用して照明光源の一部を覆うマスクを使用してもよい。一方、スリットＥ１による照明光の出射範囲の制御を精密にすれば、照明光は必ずしも指向性を有する必要はない。要するに、側方撮像手段の視野Ｆ内において、吸着ノズルＡに吸着された部品Ｂ１以外の部品（プリント基板Ｃ上の既設の部品Ｂ２）に照明光が当たらないように照明系Ｅを構成すればよい。

図１の例において、照明系Ｅは、２方向の照明光が吸着ノズルＡに吸着された部品Ｂ１の位置で交差するように照明光を発する。また、図１（ｂ）に示すように高さ方向においても部品Ｂ１だけに光が当たり、部品Ｂ２には光が当たらないように照明光を発する。これにより、部品Ｂ１が多角的に照明され、この部品Ｂ１だけをより確実に画像認識できる。交差させる照明光の本数は２本に限らず、２本以上であればよい。

ここで、照明系Ｅの照明光が側方撮像手段の視野Ｆ内において部品Ｂ２に当たらないようにするには、プリント基板Ｃ上の部品Ｂ２の位置、大きさ、高さ等の情報を把握する必要がある。通常、実装装置では実装可能な部品の位置、大きさ、高さ等が装置仕様として決まっている。したがって、プリント基板Ｃ上の部品Ｂ２に関する情報は、この装置仕様により得ることができ、これに基づき照明光が部品Ｂ２に当たらないように照明系Ｅを構成する。

図２は、本発明の実装装置の一実施例を示す斜視図で、（ａ）はその要部の構成、（ｂ）はノズル保持部材近傍の構成を示す。

電子部品を吸着する吸着ノズル１は、ノズル保持部材２に上下方向に移動可能に設けられる。本実施例では、ノズル保持部材２の下面部に、円周方向に沿って複数の吸着ノズル１を設けている。ノズル保持部材２は、装置本体に設けたＸ方向のガイドレール３及びＹ方向のガイドレール４に沿って移動可能であり、水平面内でＸ−Ｙ方向に移動自在である。すなわち、図２に示す実装装置は、ノズル保持部材２がプリント基板５を載置する基台６に対して水平面内で相対変位するとともに、吸着ノズル１が上下方向に移動することにより、吸着ノズル１に吸着された電子部品をプリント基板５上に実装するように構成されている。

図２（ｂ）に示すように、ノズル保持部材２には側方撮像手段７が固定されている。この側方撮像手段７は吸着ノズル１の先端部分を側方から撮像する。なお、本実施例では、ノズル保持部材２に複数の吸着ノズル１を設けているが、これらは水平面内でローテーション可能に設けられているので、側方撮像手段７によりそれぞれの吸着ノズル１の先端部分を撮像可能である。

図３は、側方撮像手段７の構成例を示す断面図である。図３に示す側方撮像手段７は、ＣＣＤセンサ７ａと、照明系としてＬＥＤからなる照明光源７ｂ、マスク７ｃ及びスリット７ｄと、光学系としてレンズ７ｅ及び反射ミラー７ｆとを備える。部品Ｂ１を吸着した吸着ノズル１の先端部分で反射された照明光源７ｂからの照明光は、反射ミラー７ｆで反射されたのちにレンズ７ｅを介してＣＣＤセンサ７ａに到達し、画像として認識される。本発明の実装装置において側方撮像手段７は、その光学系の光軸が、部品Ｂ１を吸着する吸着ノズル１の吸着面に対し水平でなく、上方から所定の角度θをなすようにして部品Ｂ１を撮像する。この角度θは４度以上４０度以下とすることが好ましく、本実施例では、反射ミラー７ｆを水平から３．５度傾けることで、光学系の光軸の傾斜角度θを７度としている。

図４は、図３に示す側方撮像手段７の照明系の詳細を示す斜視図、図５は、図４においてスリットを取り除いた状態を示す斜視図である。

本発明の実装装置において側方撮像手段７は、先に図１で説明したように、当該側方撮像手段の視野内において、吸着ノズルに吸着された電子部品以外の電子部品に照明光が当たらないように照明光を発するよう構成される。具体的には、本実施例の側方撮像手段７は、照明光源７ｂの一部を覆うマスク７ｃと、照明光源７ｂからの照明光の出射範囲を制御するスリット７ｄを備える。これにより、図１に示したように、側方撮像手段の視野内において、吸着ノズルに吸着された電子部品以外の電子部品に照明光が当たらないようにすることができる。なお、マスク７ｃで覆われている部分に照明光源７ｂが最初から無ければ、マスク７ｃは不要である。

Ａ 吸着ノズル
Ｂ１，Ｂ２ 部品
Ｃ プリント基板
Ｄ 側方撮像手段の光学系
Ｅ 側方撮像手段の照明系
Ｅ１ スリット
Ｆ 側方撮像手段の視野
１ 吸着ノズル
２ ノズル保持部材
３，４ ガイドレール
５ プリント基板
６ 基台
７ 側方撮像手段
７ａ ＣＣＤセンサ
７ｂ 照明光源（照明系）
７ｃ マスク（照明系）
７ｄ スリット（照明系）
７ｅ レンズ（光学系）
７ｆ 反射ミラー（光学系）

Claims (2)

1. 電子部品を吸着する吸着ノズルがノズル保持部材に上下方向に移動可能に設けられ、前記ノズル保持部材がプリント基板を載置する基台に対して水平面内で相対変位するとともに前記吸着ノズルが上下方向に移動することにより、吸着ノズルに吸着された電子部品をプリント基板上に実装するように構成された電子部品実装機であって、
   吸着ノズルの先端部分を側方から撮像可能であり、その光学系及び照明系が前記ノズル保持部材に固定されている側方撮像手段を備え、
   前記側方撮像手段は、その光学系の光軸が、吸着ノズルの吸着面に対し水平でなく、上方から所定の角度をなすように電子部品を撮像し、前記側方撮像手段の照明系は、上方から所定の角度をなすように電子部品を照明し、かつ、当該側方撮像手段の視野内において、吸着ノズルに吸着された電子部品には照明光が当たるが、プリント基板上の既設の電子部品には照明光が当たらないように照明光を発することを特徴とする電子部品実装装置。
2. 前記側方撮像手段の照明系は、少なくとも２方向の照明光を発し、この２方向の照明光が吸着ノズルに吸着された電子部品の位置で交差するように照明光を発する、請求項１に記載の電子部品実装装置。

Images