JP6147927B2 - 部品データ生成装置及び表面実装機並びに部品データ生成方法 - Google Patents

部品データ生成装置及び表面実装機並びに部品データ生成方法 Download PDF

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Description

本発明は、部品データ生成装置及び表面実装機並びに部品データ生成方法に関する。
電子部品を扱う分野では、当該電子部品の三次元データを生成する技術が要請されている。例えば、特許文献1は、三次元センサを用いたデータ取得方法を開示している。三次元センサは、ポリゴンミラーで機械的に振られたレーザー光をF−θレンズで光路変換して電子部品に照射し、その反射光を検出素子で検出するように構成されている。
特開2004−235671号公報
上述した特許文献1の構成では、レーザー光によって照射される面の起伏は認識できるが、検出素子が受光するレーザー光の長手方向に沿う形状(または寸法)は、検出することができなかった。また、ポリゴンミラーやF−θレンズを用いた構成は高価である。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、精緻な三次元データを生成することのできる廉価な部品データ生成装置及び表面実装機並びに部品データ生成方法を提供することを課題としている。
上記課題を解決するために、本発明は、電子部品の三次元データを生成する部品データ生成装置に関する。
本発明の部品データ生成装置は、前記電子部品の部品本体の底面に対して垂直方向に撮像光軸が配置され、該撮像光軸に沿って予め定められた撮像領域を持つ撮像部を備えていてもよい。
本発明の部品データ生成装置は、前記撮像光軸に対して傾斜し、且つ前記撮像光軸と交差するように照明光軸が配置され、該照明光軸に沿って指向性を有する照明光を照射する照明部を備えていてもよい。
本発明の部品データ生成装置は、前記撮像光軸と直交し且つ前記撮像光軸と前記照明光軸とが交差する交差点を通る撮像エリアを、前記部品本体の底面に対して垂直方向に複数設定するエリア設定部を備えていてもよい。
本発明の部品データ生成装置は、前記撮像部と前記照明部と前記エリア設定部とを制御して、複数の撮像エリアごとに前記電子部品の断面形状の認識画像を取得させる制御部を備えていてもよい。
本発明部品データ生成装置は、前記撮像部が取得した複数の認識画像を合成して、前記電子部品の三次元データを生成する生成部を備えていてもよい。
上記態様では、エリア設定部が複数の撮像エリアを設定する。撮像部は、部品データの生成対象となる電子部品を複数の撮像エリアごとに撮像し、複数の認識画像を取得する。生成部は、複数の認識画像に基づいて、三次元データを生成する。ここで、各撮像エリアでは、電子部品が認識面と交差する位置が撮像光軸に沿う垂直方向において異なっている。そのため、三次元データの基となる複数の認識画像は、それぞれが垂直方向において異なる寸法情報を有している。よって、生成部は、電子部品の垂直方向に沿う形状を積層的に演算することが可能になる。この結果、電子部品の三次元データを生成することが可能になる。
また、本発明の別の態様は、上記部品データ生成装置を含む表面実装機である。
さらに、本発明の別の態様は、部品データ生成方法である。
本発明のさらなる特徴、目的、構成、並びに作用効果は、添付図面と併せて読むべき以下の詳細な説明から容易に理解できるであろう。
図1は、本発明に係る部品撮像装置を用いた表面実装機の平面図である。 図2は、部品撮像装置の全体斜視図である。 図3は、部品撮像装置の構成を概略的に示す模式図である。 図4は、本発明の本実施形態に係る部品撮像装置による、電子部品の撮像状況を示す図である。 図5(A)〜(E)は、リード付き電子部品の撮影状況を段階的に示す電子部品の側面図である。 図6(A)〜(E)は、図5(A)〜(E)で電子部品を撮像したときに取得された認識画像である。 図7は、表面実装機の構成を示すブロック図である。 図8は、間隔記憶手段としての記憶領域の一例を示すビュー表の模式図である。 図9は、電子部品の撮像時における寸法設定の一例を示す電子部品の側面図である。 図10は、本発明に係る部品撮像装置による部品認識動作のフローチャートである。 図11は、図10における撮像処理サブルーチンを示すフローチャートである。 図12は、図10における変形例の撮像処理サブルーチンを示すフローチャートである。 図6(A)に対応して、輪郭の寸法を図示した例を示す説明図である。
以下、本発明に係る部品データ生成装置の一例である部品撮像装置と、この部品撮像装置を含む表面実装機の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態においては、本発明に係る部品データ生成装置を、表面実装機に組み込まれた部品撮像装置で具体化した場合の一例である。
まず、図1を参照して、表面実装機1について説明する。図1では、プリント配線板7(基板の一例)を搬送するプリント配線板7の搬送方向(図1の左右方向)を仮にX方向と表示し、このX方向と直交する水平方向を仮にY方向と表示している。
表面実装機1は、基台2、搬送部3、部品供給部4、部品移動部5(実装部)及び検出部10を備える。基台2は、平面視において一辺がX方向に沿う四角形に形成され、表面実装機1の各部を支持する。搬送部3は、基台2の上をX方向に横切るように設けられ、プリント配線板7を搬送する。部品供給部4は、搬送部3を挟むように基台2の両端部に設けられ、プリント配線板7に実装する電子部品を供給する。部品移動部5は、基台2の上方に設けられ、電子部品を部品供給部4から搬送部3上のプリント配線板7に向けて運搬すると共に、該電子部品をプリント配線板7に実装する。検出部10は、後述する部品撮像装置11によって電子部品を撮像し、該撮像によって得られた認識画像に基づいて電子部品の認識、或いは電子部品のリード先端位置の検出等を行う。
搬送部3は、Y方向に間隔を置いて配置された一対のコンベア6によって構成されている。一対のコンベア6は、ベルトコンベアからなり、プリント配線板7のY方向両端を支持しながら、当該プリント配線板7をX方向に搬送する。部品供給部4には、電子部品供給装置が取付けられる。図1では、前記電子部品供給装置として多数のテープフィーダー12が装着されている例を示している。コンベア6の側方と部品供給部4との間に、部品撮像装置11が配置されている。
部品移動部5は、Yレールユニット13、Xレールユニット14及びヘッドユニット15を含む。Yレールユニット13は、基台2のX方向の両端部上に一対で搬送部3を跨いで設けられている。Xレールユニット14は、Yレールユニット13によってY方向に移動自在に支持されている。ヘッドユニット15は、Xレールユニット14によってX方向に移動自在に支持されている。ヘッドユニット15は、複数の吸着ヘッド(図示せず)を備えている。
これらの吸着ヘッドは、その下端面から下方に突出自在な吸着ノズル16(部品保持部材;図3参照)と、後述する吸着ヘッド用駆動装置20(図7参照)とを備える。吸着ヘッドは、前記吸着ノズル16によって電子部品を吸着し保持するとともに、プリント配線板7の上方近傍位置で前記吸着を解除して電子部品をプリント配線板7に実装する機能とを有する。さらに前記吸着ヘッドは、吸着ヘッド用駆動装置20によって吸着ノズル16を上下方向に昇降させる機能と、吸着ノズル16を上下方向の軸線を中心として回転させる機能とを有している。ヘッドユニット15は、Yレールユニット13及びXレールユニット14によってY方向及びX方向に移動自在であるので、吸着ノズル16は水平方向の所望の位置へも自在に移動することができる。
部品撮像装置11は、吸着ノズル16に吸着された電子部品を下方から撮像し、当該電子部品の認識画像を取得する。
図2及び図3を参照して、部品撮像装置11は、ハウジング30を備えている。部品撮像装置11は、該ハウジング30内に収容されたカメラ31(撮像部)及びレンズユニット33を備えている。部品撮像装置11は、ハウジング30の天板30Tの上に載置され無指向性の照明光を発する照明ユニット35を備えている。部品撮像装置11は、照明ユニット35の上周縁に取り付けられ指向性の照明光を発するレーザー照明ユニット40(照明部)を備えている。
部品撮像装置11において撮像対象とされる電子部品は、例えば、DIP(Dual Inline Package)のような、パッケージ部分から多数のリードが下方に突出している半導体部品や、QFP(Quad Flat Package)のような、パッケージ部分から多数のリード(延出端子の一例)がパッケージ部分の側方に延びた後下方に曲げられて下方に突出している半導体部品、BGA(Ball Grid Allay)のような、パッケージ部分の底面から球状あるいは半球状のボール端子(延出端子の別の例)が下方に突出している半導体部品である。この他、CSP(Chip Size
Package)なども撮像対象とされる。図2及び図3では、直方体の形状を有する部品本体Bと、この部品本体Bの側面から延出されたリードLとを備える、QFPの電子部品17を例示している。リードLは、部品本体Bの平坦な底面Baに対して垂直方向下方に延びるリード先端La(図4)を備える。
これらのうち、部品データ生成装置として部品撮像装置11を用いる場合、好適な電子部品は、部品本体Bと、部品本体Bから延出されたリードLとを備え、リードLが部品本体Bの底面Baに対して垂直な方向に延びる形式の電子部品である。もっとも、本発明は、延出端子に相当する端子、すなわち、本体から突出または延出した端子を有する全ての実装部品に適用することが可能である。
カメラ31には、照明ユニット35又はレーザー照明ユニット40によって照明された電子部品17の光像が入射される。カメラ31はラインセンサ32を備えている。該ラインセンサ32は、前記光像を電気信号に変換する。ラインセンサ32の撮像素子配列方向は、Y方向である。カメラ31の撮像光軸A2は、部品本体Bの底面Baを貫く方向であるZ方向(垂直方向)に配置されている。なお、撮像光軸A2はZ方向に対して傾いて配置されていても良い。
レンズユニット33は、結像レンズ(図略)を備え、電子部品17の光像をラインセンサ32の受光面に結像させる。
図3に示すように、照明ユニット35は、電子部品17を、その下方側の全方向から照明するための照明装置である。照明ユニット35は、上面視で八角形のドーム型の形状を備え、その内壁面に多数個の照明用LEDが実装されている。各LEDは、概ね撮像光軸A2に沿って上向きに指向している。結果として照明ユニット35は、撮像光軸A2の全周囲から撮像光軸A2に向けて照明光35Lを発する。この照明ユニット35が動作するとき、撮像光軸A2を横切って通過する電子部品17には、無指向性の照明光35Lが照射されることになる。
図4に示すように、レーザー照明ユニット40は、撮像光軸A2に対して傾斜し且つ撮像光軸A2と交差する照明光軸A1を持ち、該照明光軸A1に沿って指向性を有する照明光40Lを照射する。レーザー照明ユニット40は、レーザー光を発するレーザー素子を備える光源ユニット41と、前記レーザー光を線状のコヒーレント光に変換して出力する光学系ユニット42とを含む。前記レーザー素子としては、半導体レーザーが好適に用いられる。光学系ユニット42としては、シリンドリカルレンズを含むユニットを例示することができる。なお、一般にコヒーレンスとは、2つの波または、ひとつの波の異なるふたつの部分の振幅・位相が一定の関係にあり、干渉縞を作ることができる場合のことをいう。完全にコヒーレンスな光は存在しないが、一般にレーザー光は、コヒーレンスの高い光である、といわれているので、その限りにおいて、本明細書では、レーザー光を「コヒーレント光」と解している。
図3に示した無指向性の照明光35Lを発する照明ユニット35は、生産時において、部品撮像装置11がリードを備えない汎用部品の認識画像を取得する際に専ら使用される。一方、図4に示した、指向性の照明光40Lを発するレーザー照明ユニット40は、生産時及びデータ生成時に、下方に延び出すリードLを備えた電子部品17、特にリードLのリード先端Laの認識画像を部品撮像装置11が取得する際に使用される。これは、リード先端Laの撮像の際、無指向性の照明光35Lを用いると、その認識画像にリード先端Laだけでなく、それ以外の部分も映り込んでしまい、正確なリード先端Laの位置認識が行えない場合があるからである。以下、この点について詳述する。
図4は、本発明の本実施形態に係る部品撮像装置11による、電子部品17のリード先端Laの撮像状況を示す図である。図4では、電子部品17がX方向に沿って矢印A3方向に移動するものとしている。カメラ31は、撮像光軸A2に沿って、電子部品17を移動により通過させるZ方向に延びる、予め定められた撮像領域31Aを持つ。この撮像領域31Aは、移動する電子部品17の光像が、図4に示したラインセンサ32の撮像素子の上に結像するように、且つ所望の緻密さで画像が得られるように、レンズユニット33の光学的仕様とZ方向配置位置、および撮像素子の大きさによって定められる。レーザー照明ユニット40は、撮像光軸A2を斜方向に横切る照明光軸A1に沿って、直線状のコヒーレントな照明光40Lを照射する。
なお、図4は、模式的に説明したものであり、実際のラインセンサ32と電子部品17との間の距離Dは、電子部品17が全長にわたって撮像可能な範囲、すなわち、撮像領域31A内に納まるように設定されている。また、照明光も、所定の幅を有しており、次に説明する交差点(ポイントp1)は、面状に拡がりを有する。従って、現実には、全てのリードLを含む範囲を撮像エリア310内に収めて撮像することが可能である(図6参照)。
以下では、レーザーを用いた撮像の原理について、主にリード先端Laを撮像するときの場合を例に説明する。
上記の通り照明光40Lの照射方向を設定することで、撮像光軸A2と照明光軸A1とが撮像領域31A内で交差する。この交差点(ポイントp1)を含む電子部品17の移動方向A3の水平面が、電子部品17に対する認識面となる。カメラ31のラインセンサ32は、認識面と撮像領域31Aとが交差しているエリアを撮像する。このエリアがラインセンサ32の撮像エリア310(図5参照)となる。ラインセンサ32は、電子部品17が撮像エリア310と交差する部位の底面視の輪郭形状を撮像することになる。
照明光軸A1は、水平に近い角度には設定されていない。照明光40Lは、撮像領域31A内のリードLに隣接する他のリードLの上下方向中間部(ポイントp2)、及び、前記他のリードに隣接するさらに他のリードLの根元部分(ポイントp3)を照明する。従って、ポイントp1、p2、p3において反射光が発生する。しかしながら、カメラ31に入射する反射光は、ポイントp1からの反射光だけである。つまり、照明光40Lは、指向性を有する光であって斜め方向から投光されるものであり、撮像領域31A内において該照明光40Lによって照明される部分(検出領域)を通過するのは、ポイントp1のリード先端Laのみである。このため、カメラ31は、リード先端Laの光像を良好なコントラストで撮像することができる。因みに、電子部品17の矢印A3方向への搬送が図4の状態より僅かに進行し、ポイントp2の照明部分が撮像領域31A内に入ったとしても、その反射光はカメラ31には入射されない。リードLが鉛直下方に延び、カメラ31はリードLの鉛直下方に配置されているからである。なお、照明光40Lの照射方向を本実施形態の通り設定することで、交差領域は水平にY方向に伸びている(図3参照)。図3に示す通り、電子部品17の両側のリードL(リード先端La)が、電子部品17の矢印A3(図4)の1回の移動のみで、Y方向に撮像素子が並べられたラインセンサ32により撮像される。
ところで、上述した距離Dを変更した場合、照明光軸A1と撮像光軸A2とによって決定される認識面と交差する電子部品17の部位は、Z方向において変更することが可能となる。そこで、本実施形態では、例えば、図5(A)〜(E)に示すように、電子部品17の種類に応じて複数の距離D(H)(Hは、高さの識別番号)を設定し、これら複数の距離D(H)ごとに複数の撮像エリア310が設定されるように構成されている。よって、ラインセンサ32は、電子部品17のZ軸方向と直交する断面形状を撮像エリア310ごとに撮像する。このように、撮像した場合、図5(A)〜(E)に対応して、図6(A)〜(E)のような認識画像を得ることができる。図6(A)〜(E)から明らかなように、各認識画像には、複数の距離D(H)(または、撮像エリア310)に対応して、異なる断面が写っている。これらの断面と距離D(H)とを関連づけることにより、本実施形態では、Z方向のデータを演算することとしている。
続いて、表面実装機1の制御構成について、図7のブロック図に基づいて説明する。表面実装機1は、当該表面実装機1の各部の動作を制御する制御装置8(制御部)、Xレールユニット用駆動装置18、ヘッドユニット用駆動装置19及び吸着ヘッド用駆動装置20をさらに備えている。Xレールユニット用駆動装置18は、Xレールユニット14(図1)をYレールユニット13上においてY方向に移動させる駆動力を発生する。ヘッドユニット用駆動装置19は、ヘッドユニット15をXレールユニット14上においてX方向に移動させる駆動力を発生する。吸着ヘッド用駆動装置20は、ヘッドユニット15に備えられている各吸着ヘッドにおいて吸着ノズル16を昇降させたり、上下方向の軸線を中心として回転させたりする駆動力を発生する。吸着ヘッド用駆動装置20及び吸着ノズル16は、後述するように、制御装置8の制御により「エリア設定部」として機能する。これら吸着ヘッド用駆動装置20等は、「エリア設定部」の一例である。
制御装置8は、主制御部21、記憶部22、軸制御部23、コンベア制御部24、カメラ制御部25、照明制御部26、画像処理部27、及びデータ生成部28を機能的に備えている。主制御部21は、表面実装機1における各種の制御を統合的に行う。本実施形態において主制御部21は、特に、軸制御部23、カメラ制御部25及び照明制御部26を各々制御することにより、部品移動部5によって電子部品17(リード先端La)が上述の検出領域を通過するように移動させると共に、カメラ31及び照明ユニット35又はレーザー照明ユニット40を動作させて、電子部品17又はリード先端Laの認識画像を取得する制御を行う。すなわち、主制御部21は、本発明の制御部の一例である。
また、データ生成部28は、撮像された認識画像を合成して、三次元データを生成するモジュールである。図5及び図6に示したように、本実施形態では、電子部品17とラインセンサ32と電子部品17との間の距離Dを複数個設定し、各距離D(H)で撮像された識別画像を合成することにより、各画像で取得される輪郭の寸法と、距離D(H)に基づくZ軸方向の寸法とに基づき、三次元データを生成することとしているのである。データ生成部28は、主制御部21で実行されるソフトウェアであってもよい。
記憶部22は、プリント配線板7や電子部品17に関する各種の情報を記憶する。電子部品17に関する情報は、例えば、電子部品の種別、リードLの本数や配列、リード先端Laの高さ位置などの情報である。
ここで、本実施形態では、電子部品17ごとに設定番号Hと距離D(H)とを設けて、好適な撮像位置を設定可能にしている。
図8及び図9を参照して、記憶部22には、間隔記憶手段としての記憶領域220が設けられる。記憶領域には、{電子部品、設定番号H、厚さt、距離D(H)}を含む項目ごとにデータが登録されている。{電子部品}という項目には、電子部品の品番が保存されている。図示の例では、「ABC」という品番の電子部品について、5つの項目が設定される例を最初に示している。電子部品「ABC」の例は、図5及び図6に例示した撮像例に対応している。{設定番号H}という項目には、ラインセンサ32と電子部品17との間の距離D(H)を識別する識別番号が登録されている。図示の「ABC」に関する例では、5つの設定番号が保存されている。{厚さt}という項目には、電子部品17ごとに測定が必要な部位のZ方向の寸法が保存されている。図示の例では、図5に示した電子部品17の三次元データを生成するために、電子部品17の頂部からの厚さ(Z方向の寸法)が「11.9」mm、「8.3」mm、「7.7」mm、「7.4」mm、「7.0」mmの部位を撮像するように設定されている。{距離D(H)}という項目には、電子部品の三次元データを生成するために必要な撮像位置に対応する距離が保存されている。図示の例では、「ABC」の5つの項目ごとに「11.9」、「8.3」、「7.7」、「7.4」、「7.0」という値が保存されている。すなわち、D(1)では、電子部品17の頂部からラインセンサ32までの高さを7.0mmとした場合の撮像位置を保存しており、それぞれ「104.9」、「101.3」、「100.7」、「100.4」、「100.0」という値が保存されている。また、図8に示すように、上述のような設定が複数の電子部品17ごとになされ、必要な電子部品17ごとにそれぞれ固有の距離D(H)が設定される。なお、これとは別に、複数の距離D(H)を一定間隔ごとに漸増(または漸減)するように設定してもよい。
以上のような距離D(H)を予め設定しておくことにより、図5(A)〜(E)に示したように、複数の撮像エリア310を好適な厚さごとに設定することが可能になる。
また、図7に示すように、記憶部22には、データ記憶領域221が設けられる。データ記憶領域221には、生成された三次元データが保存される。データ記憶領域221は、例えば、ハードディスクドライブ等の補助記憶装置で好適に具体化される。
図7に戻って、軸制御部23は、Xレールユニット用駆動装置18、ヘッドユニット用駆動装置19及び吸着ヘッド用駆動装置20を制御することによって、Xレールユニット14、ヘッドユニット15及び前記吸着ヘッドの動作を制御する。コンベア制御部24は、搬送部3を構成する一対のコンベア6の動作及び停止を制御することで、プリント配線板7の搬送を制御する。
カメラ制御部25は、カメラ31の撮像動作を制御する。例えばカメラ制御部25は、カメラ31のシャッタータイミング、シャッター速度(露光量)などを制御する。
照明制御部26は、照明ユニット35及びレーザー照明ユニット40の発光動作を制御する。照明制御部26は、テープフィーダー12から取り出された電子部品について、記憶部22を参照して部品情報を取得し、照明ユニット35又はレーザー照明ユニット40のいずれを点灯させるかを判定する。そして、照明制御部26は、選択された照明ユニットを所定のルーチンで動作させる。
画像処理部27は、カメラ31(ラインセンサ32)により取得された認識画像に対して公知の画像処理技術を適用して、当該認識画像から各種の検査情報を抽出する。例えば、画像処理部27により抽出された検査情報に基づいて、電子部品17の吸着ノズル16による吸着ズレ、リードLの曲がりが許容範囲内であるか否かの判別、リード先端Laの浮きが許容範囲内であるか否かの判別等が行われる。また、データ生成時においては、各認識画像からリードLや部品本体Bが認識され、それぞれが個別に登録される。そして、登録された部位ごとに座標とX方向寸法、Y方向寸法が高さD(H)と関連づけて登録される。各データは、数値化される。
図10は、本実施形態の部品撮像装置11による部品認識動作のフローチャートである。ここでは、三次元データを生成するための処理に特化して、本装置の動作を説明する。
データの生成対象となる電子部品17は、生産工程とは別に、例えば、作業者が予め設定した吸着位置に配置される。ヘッドユニット15の吸着ノズル16は、配置された電子部品を吸着する。ヘッドユニット15は、部品撮像装置11の上方を通過するようにX方向に移動する。部品撮像装置11は、前記通過の際に当該電子部品17の画像を取得する。
この撮像過程において、主制御部21は、各部の所要部を初期化した後、電子部品17を上限値に移動させる(ステップS1)。ここで上限値とは、表面実装機1が実装可能な電子部品の最大厚みに対応する高さ(位置)であり(図5(A)参照)、予め記憶部22に設定されている値である。
次に、制御装置8は、カメラ制御部25、照明制御部26、画像処理部27、軸制御部23等の制御に基づき、撮像処理を実行する(ステップS2)。
ここで、図11を参照して、撮像処理の具体例について説明する。
制御装置8には、カウント変数iが設定されている。カウント変数iは、設定番号Hに対応する変数である。制御装置8は、このカウント変数iを0に初期化するとともに、撮像対象となる電子部品17のレコードセットを取得する(ステップS201)。レコードセットとは、撮像対象となる電子部品17ごとのデータの集まりであり、例えば、図9の例で、電子部品「ABC」について三次元データを取得する場合には、「ABC」の設定番号Hが1から5までの全データを取得する。
次いで、制御装置8は、カウント変数iをインクリメントする(ステップS202)。その後、制御装置8は、記憶部22の記憶領域220に保存されているデータから、D(i)に対応する距離D(H)を読み取る。図8に示した例では、H=1のとき、距離D(1)=104.9が読み取られる。次いで、制御装置8は、読み取った距離D(H)に基づいて、撮像エリア310を変更する(ステップS204)。本実施形態においては、吸着ヘッド用駆動装置20を作動させて吸着ノズル16を降下させ、上記上限値から、電子部品17の厚さt(=11.9)の部位が、認識面上に位置する距離D(H)(=104.9)まで電子部品17を降下させる。この動作により、図5(A)に示したように、電子部品17のリードLの先端であるリード先端Laは、認識面上で停止する。よって、この認識面上に撮像エリア310が設定される。図4等で説明した原理により、この認識面上の撮像エリア310にあるリード先端Laに照射される照明光がカメラ31(ラインセンサ32)で撮像され、図6(A)で示すリード先端Laの認識画像が取得される。この認識画像は、記憶部22に保存される。次いで、制御装置8は、未処理の距離D(H)が残存していないかどうか、すなわち、ステップS201で読み取ったレコードセットの全データについて撮像したか否かを判定する(ステップS207)。仮に残存しているデータがある場合、制御装置8は、ステップS202に移行し、上述した処理を繰り返す。この繰り返し動作により、複数の撮像エリア310が設定され、各撮像エリア310ごとに図5(B)〜(E)で示す部位が、順次撮像され、図6(B)〜(E)で示す認識画像が順次、保存される。その後、制御装置8は、メインルーチンに復帰する。
図10を参照して、撮像処理が終了した後、制御装置8は、データ生成部28等の制御に基づき、三次元データを生成する(ステップS3)。具体的には、各認識画像を撮像したときの距離D(H)に基づき、Z方向の情報を設定するとともに、各距離D(H)と関連づけて登録されたリードLや部品本体Bの輪郭寸法を取得する。次いで、後続する認識画像についての距離D(H)と輪郭寸法とに基づき、リードLや部品本体Bごとに三次元データを生成する(ステップS4)。
制御装置8は、生成した三次元データを電子部品ごとに記憶部22に保存する。図10で示したステップS3の処理により、図6(A)〜(E)の認識画像に基づく三次元データが生成され、ステップS4の処理により、生成されたデータが記憶部22のデータ記憶エリア221に保存される。
以上説明したように、本実施形態は、部品本体Bを備え、この部品本体Bの底面Baに対して垂直な方向に延びる電子部品17の三次元データを生成する部品データ生成装置としての部品撮像装置11に関する。
部品撮像装置11は、撮像光軸A2に沿って予め定められた撮像領域31Aを持つカメラ31を備えていてもよい。カメラ31は、部品本体Bの底面Baを貫くX方向に撮像光軸A2が配置されている。
また、部品撮像装置11は、照明光軸A1に沿って指向性を有する照明光を照射する照明ユニット35を備えていてもよい。照明ユニット35は、撮像光軸A2に対して傾斜し且つ撮像光軸A2と交差するように照明光軸A1を配置している。
また、部品撮像装置11は、X方向において複数の撮像エリア310を設定するエリア設定部(吸着ノズル16、吸着ヘッド用駆動装置20等)を備える。
各撮像エリア310は、認識面に対して電子部品17が撮像領域31A内で交差する面である。また、認識面は、撮像光軸A2と直交し且つ撮像光軸A2と照明光軸A1とが交差する交差点を通る面である。
また、部品撮像装置11は、制御装置8を備えていてもよい。制御装置8は、カメラ31と照明ユニット35とエリア設定部とを制御して、複数の撮像エリア310ごとに電子部品17の断面形状の認識画像を取得させる。
また、部品撮像装置11は、カメラ31が取得した複数の認識画像を合成して、延出端子を含む電子部品17の三次元データを生成するデータ生成部28を備えていてもよい。データ生成部28は、例えば制御装置8のモジュールによって具体化されていてもよい。
そのような実施形態では、エリア設定部が複数の撮像エリア310を設定する。カメラ31は、部品データの生成対象となる電子部品17を複数の撮像エリア310ごとに撮像し、複数の認識画像を取得する。データ生成部28は、複数の認識画像に基づいて、三次元データを生成する。ここで、各撮像エリア310では、電子部品17が認識面と交差する位置が撮像光軸A2に沿うX方向において異なっている。そのため、三次元データの基となる複数の認識画像は、それぞれがX方向において異なる寸法情報を有している。よって、データ生成部28は、電子部品17のX方向に沿う形状を積層的に演算することが可能になる。この結果、電子部品17の三次元データを生成することが可能になる。
本実施形態では、制御装置8と吸着ヘッド用駆動装置20等とが協働して、エリア設定部として機能し、複数の撮像エリア310を設定する。カメラ31は、部品データの生成対象となる電子部品17を複数の撮像エリア310ごとに撮像し、複数の認識画像を取得する。制御装置8は、複数の認識画像に基づいて、三次元データを生成する。ここで、各撮像エリア310では、電子部品17が認識面と交差する位置が撮像光軸A2に沿うZ方向において異なっている。そのため、三次元データの基となる複数の認識画像は、それぞれがZ方向において異なる寸法情報を有している。よって、制御装置8のデータ生成部28は、電子部品17のZ方向に沿う形状を積層的に演算することが可能になる。この結果、電子部品17の三次元データを生成することが可能になる。
具体的には、データ生成部28は、複数の識別画像(図6(A)〜(E)参照)を合成することにより、各画像で取得される輪郭の寸法、及び前記複数の識別画像に対応する、電子部品17の頂部から撮像部としてのカメラ31のラインセンサ32までの距離D(H)に基づく電子部品17のZ方向の寸法t1〜t5(図9参照)により三次元データを作成するように構成されていてもよい。
そのような実施形態では、複数の識別画像から、精緻な三次元データを生成することができる。なお、上記「輪郭の寸法」は、例えば、図13に示す例示のような態様(符号のx001〜X008、y001〜y007等で示す寸法)で取得される。輪郭の寸法を画像から取得できることは公知であるので、詳細については、説明を省略する。
いくつかの実施形態において、エリア設定部は、予め設定された一定間隔ごとにX方向における撮像位置を変更して、複数の撮像位置ごとに撮像エリア310を設定するように構成されていてもよい。
具体的には、図10の撮像ステップS2を実行するに当たり、図12のサブルーチンを実行することとしてもよい。
図12では、図11のステップS201に代えて、データ生成対象となる電子部品17の上限値と、降下時の撮像ピッチP(一定間隔の一例)と、撮像回数Nを記憶部22に予め記憶させておき、これらを記憶部22から読み取る(ステップS211)。また、図11のステップS203に代えて、上限値から一定の間隔だけ電子部品17を降下させることとする。そして、予め設定された撮像回数について、複数の撮像エリア310について、ステップS202、S204、S205、S206と同様の撮像工程を繰り返すようにしてもよい(ステップS217)。上記撮像ピッチPは、ユーザが撮像時の分解能として決定できる任意の値であってもよい。また、撮像ピッチPと撮像回数Nは、電子部品17の全高(Z方向の寸法)にわたって網羅的に撮像可能な回数に設定されていてもよい。
そのような実施形態では、ステップS211の段階でデータ生成対象となる電子部品17の上限値と、降下時の撮像ピッチPと、撮像回数Nのみを記憶部22から読み取って、撮像処理を実行することができるので、撮像工程内ではデータ読み取り作業が不要になり、データ読み取り処理が早くなる。また、一定間隔毎に、X方向における撮像位置を変更し、いわば、X方向沿いに電子部品17の輪切りデータを取得して、三次元データの生成に供することが可能になる。
いくつかの実施形態において、電子部品17の種類に応じて、撮像が必要な部位に対応する複数の撮像位置を当該電子部品17ごとに記憶する間隔記憶手段をさらに備え、エリア設定部が、間隔記憶手段に記憶されている複数の撮像位置を順次読み取って撮像エリア310を設定するように構成されていてもよい。
そのような実施形態では、電子部品17の種類に応じて撮像が必要な部位ごとに複数の撮像位置(図5(A)〜(E)、図8参照)を設定し、図8に示した距離D(H)を変更して、電子部品17ごとに撮像が必要な部位を変更して複数の認識画像を取得することができる。そのため、認識画像の枚数を電子部品17ごとに必要最小限度に設定することができ、必要なデータを最適な撮像回数で取得することができる。
いくつかの実施形態において、データ生成部28は、生成した三次元データを記憶部22に保存するように構成されていてもよい。
そのような実施形態では、記憶された三次元データを種々の用途に利用することができる。例えば、記憶された三次元データに基づいて、実装作業のフィードバック制御を行うことも可能となる。
いくつかの実施形態において、エリア設定部は、電子部品17を吸着する吸着ノズル16と、この吸着ノズル16を鉛直方向に駆動する吸着ヘッド用駆動装置20とを備えていてもよい。
そのような実施形態では、例えば、表面実装機1等、吸着ノズル16や吸着ヘッド用駆動装置20を有する既設の装置に本願発明を適用し、三次元データの生成を図ることができる。また、実施が簡便になる。
また、本実施形態は、基板を搬送する搬送部と、搬送された基板に電子部品17を実装する部品移動部5を備えている表面実装機1でもある。この表面実装機1に、上記部品データ生成装置としての部品撮像装置11を設けていてもよい。
そのような実施形態では、表面実装機1において実装作業に用いられる電子部品17について、三次元データを生成することができる。
また、いくつかの実施形態では、部品移動部5の吸着ノズル16及び吸着ヘッド用駆動装置20が、部品撮像装置11の吸着ノズル16及び吸着ヘッド用駆動装置20である。
そのような実施形態では、本願発明の部品データ生成装置を構成する撮像エリア310設定手段を表面実装機1に既設された吸着ノズル16や吸着ヘッドで実現し、低廉なコストで簡便に三次元データの生成を図ることができる。
本発明のさらに別の態様は、部品データ生成方法でもある。部品データ生成方法は、上記電子部品17のリードL等の延出端子を含む三次元データを生成する。
いくつかの実施形態において、部品データ生成方法は、部品本体Bの底面Baを貫くZ方向に撮像光軸A2を配置して、該撮像光軸A2に沿って撮像領域31Aを予め定めるステップ(図5参照)を備えている。
いくつかの実施形態において、部品データ生成方法は、撮像光軸A2に対して傾斜し且つ撮像光軸A2と交差する照明光軸に沿って指向性を有する照明光を照射する照明ステップ(図4参照)を備えている。
いくつかの実施形態において、部品データ生成方法は、電子部品17と撮像領域31Aとを相対的に移動することにより、撮像光軸A2と直交し且つ撮像光軸A2と照明光軸とが交差する交差点を通る面である認識面に対し、電子部品17が撮像領域31A内で交差する撮像エリア310を、Z方向において複数設定するエリア設定ステップ(図5参照)を備えている。
いくつかの実施形態において、部品データ生成方法は、複数の撮像エリア310ごとに電子部品17の断面形状の認識画像を撮像する撮像ステップ(図10、図11のステップS2参照)を備えている。
いくつかの実施形態において、部品データ生成方法は、撮像ステップで撮像した複数の認識画像を合成して、リードL等の延出端子を含む電子部品17の三次元データを生成する生成ステップ(図10のステップS3)を備えている。
好ましい態様の部品データ生成方法において、エリア設定ステップは、予め設定された一定間隔ごとにZ方向における撮像位置を変更して、複数の撮像位置ごとに撮像エリア310を設定してもよい。
好ましい態様の部品データ生成方法において、エリア設定部は、間隔記憶手段に記憶されている複数の撮像位置を順次読み取って撮像エリア310を設定してもよい。
以上、本発明の各種実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採ることができる。
(1)上記実施形態では、本発明に係る部品撮像装置11が表面実装機1に組付けられた例を示した。部品撮像装置11は、表面実装機1以外の、電子部品17の撮像を要する各種装置に適用することが可能である。例えば、電子部品17の検査を行う部品検査装置に適用することができる。また、上記実施形態では、本発明に係る部品撮像装置11をリード付きの電子部品17のリード先端Laの撮像認識に適用した。本発明は、電子部品17として部品本体Bの底面Baに半球球又は球状のボール端子が設けられた電子部品の、ボール端子先端を撮像認識する場合にも適用できる。
(2)上記実施形態では、撮像部として、ラインセンサ32を備えるカメラ31を例示した。ラインセンサ32に代えて、二次元エリアセンサを用いることもできる。
(3)上記実施形態では、表面実装機1への適用例を示したので、移動機構として、Yレールユニット13、Xレールユニット14及びヘッドユニット15からなる移動機構を例示した。これは一例であり、移動機構は電子部品17を保持して空中搬送できる機構であればよい。従って、表面実装機1に限らず、机上に設置される装置として部品データ生成装置を具体化してもよい。
(4)上記実施形態では、電子部品17を移動させる例を示したが、電子部品17を移動させず、カメラ31を移動させることで、撮像領域(検出領域)の側を移動させるようにしても良い。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはいうまでもない。
本発明の好ましい態様の部品データ生成装置において、前記エリア設定部は、予め設定された一定間隔ごとに前記垂直方向における撮像位置を変更して、複数の撮像位置ごとに前記撮像エリアを設定するように構成されていてもよい。
この態様では、一定間隔毎に、垂直方向における撮像位置を変更し、いわば、垂直方向沿いに電子部品の輪切りデータを取得して、三次元データの生成に供することが可能になる。
本発明の好ましい態様の部品データ生成装置において、部品データ生成装置において、前記生成部は、前記複数の識別画像を合成することにより、各画像で取得される輪郭の寸法、及び前記複数の識別画像に対応する、前記電子部品の頂部から前記撮像部までの距離に基づく前記電子部品の前記垂直方向の寸法により前記三次元データを作成するように構成されていてもよい。
この態様では、複数の識別画像から、精緻な三次元データを生成することができる。
本発明の好ましい態様の部品データ生成装置において、前記電子部品の種類に応じて、撮像が必要な部位に対応する複数の撮像位置を当該電子部品ごとに記憶する間隔記憶手段をさらに備え、前記エリア設定部が、前記間隔記憶手段に記憶されている前記複数の撮像位置を順次読み取って前記撮像エリアを設定するように構成されていてもよい。
この態様では、電子部品の種類に応じて撮像が必要な部位ごとに複数の撮像位置を設定し、電子部品ごとに撮像が必要な部位を変更して複数の認識画像を取得することができる。そのため、認識画像の枚数を電子部品ごとに必要最小限度に設定することができ、必要なデータを最適な撮像回数で取得することができる。
本発明の好ましい態様の部品データ生成装置において、前記生成部は、生成した三次元データを記憶部に保存するように構成されていてもよい。
この態様では、記憶された三次元データを種々の用途に利用することができる。例えば、記憶された三次元データに基づいて、実装作業のフィードバック制御を行うことも可能となる。
本発明の好ましい態様の部品データ生成装置において、前記エリア設定部は、前記電子部品を吸着する吸着ノズルと、この吸着ノズルを鉛直方向に駆動する吸着ヘッド用駆動装置とを備えていてもよい。
この態様では、複数の撮像エリアを設定するに当たり、例えば、表面実装機等、吸着ノズルや吸着ヘッドを有する既設の装置に本発明を適用できるので、実施が簡便になる。
本発明の別の態様は、基板を搬送する搬送部と、搬送された基板に電子部品を実装する部品移動部と、部品データ生成工程時において、前記部品移動部に前記電子部品を供給して前記電子部品の三次元データを生成する請求項1から4のいずれか1項に記載の部品データ生成装置と、を備える表面実装機である。
この態様では、表面実装機において実装作業に用いられる電子部品について、三次元データを生成することができる。
本発明の別の態様は、基板を搬送する搬送部と、電子部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルを昇降させる吸着ヘッド用駆動装置とを含み、搬送された基板に電子部品を実装する部品移動部と、を備えた表面実装機において、前記吸着ノズルと前記吸着ヘッド用駆動装置とを有する部品データ生成装置を備え、前記部品移動部の前記吸着ノズル及び前記吸着ヘッド用駆動装置が、前記部品データ生成装置の吸着ノズル及び前記吸着ヘッド用駆動装置である、表面実装機である。
この態様では、本願発明の部品データ生成装置を構成する撮像エリア設定手段を表面実装機に既設された吸着ノズルや吸着ヘッド用駆動装置で実現し、低廉なコストで簡便に三次元データの生成を図ることができる。
本発明のさらに別の態様は、電子部品の三次元データを生成する部品データ生成方法であって、前記部品本体の底面に対して垂直方向に撮像光軸を配置して、該撮像光軸に沿って撮像領域を予め定めるステップと、前記撮像光軸に対して傾斜し且つ前記撮像光軸と交差する照明光軸に沿って指向性を有する照明光を照射する照明ステップと、前記電子部品と前記撮像領域とを相対的に移動することにより、前記撮像光軸と直交し且つ前記撮像光軸と前記照明光軸とが交差する交差点を通る面である認識面に対し、前記前記電子部品が前記撮像領域内で交差する撮像エリアを、前記垂直方向において複数設定するエリア設定ステップと、複数の撮像エリアごとに前記電子部品の断面形状の認識画像を撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで撮像した複数の認識画像を合成して、前記電子部品の三次元データを生成する生成ステップと、を備える部品データ生成方法である。
本発明の好ましい態様の部品データ生成方法において、前記エリア設定ステップは、予め設定された一定間隔ごとに前記垂直方向における撮像位置を変更して、複数の撮像位置ごとに前記撮像エリアを設定してもよい。
本発明の好ましい態様の部品データ生成方法において、前記エリア設定部は、間隔記憶手段に記憶されている前記複数の撮像位置を順次読み取って前記撮像エリアを設定してもよい。
本発明は、電子部品、特に、部品本体と、前記部品本体から延出されたリード等の延出端子とを備え、前記延出端子が前記部品本体の底面に対して垂直な方向に延びる電子部品の三次元データ生成を必要とする産業分野において、好適に適用することができる。
1 表面実装機
3 搬送部
4 部品供給部
5 部品移動部
7 プリント配線板(基板の一例)
8 制御装置
11 部品撮像装置(部品データ生成装置の一例)
16 吸着ノズル
17 電子部品
20 吸着ヘッド用駆動装置(エリア設定部の要部の構成例)
21 主制御部(制御部の一例)
22 記憶部
28 データ生成部(生成部の一例)
31 カメラ(撮像部の一例)
31A 撮像領域
32 ラインセンサ
40 レーザー照明ユニット
40L 照明光
220 記憶領域(間隔記憶手段の一例)
221 データ記憶領域(三次元データの保存先を示す例)
310 撮像エリア
A1 照明光軸
A2 撮像光軸
B 部品本体
Ba 底面
D(H) 距離
t 厚さ
x001〜X008、y001〜y007 輪郭の寸法の一例

Claims (11)

  1. 電子部品の三次元データを生成する部品データ生成装置であって、
    前記電子部品の部品本体の底面に対して垂直方向に撮像光軸が配置され、該撮像光軸に沿って予め定められた撮像領域を持つ撮像部と、
    前記撮像光軸に対して傾斜し、且つ前記撮像光軸と交差するように照明光軸が配置され、該照明光軸に沿って指向性を有する照明光を照射する照明部と、
    前記撮像光軸と直交し且つ前記撮像光軸と前記照明光軸とが交差する交差点を通る撮像エリアを、前記部品本体の底面に対して垂直方向に複数設定するエリア設定部と、
    前記撮像部と前記照明部と前記エリア設定部とを制御して、複数の撮像エリアごとに前記電子部品の断面形状の認識画像を取得させる制御部と、
    前記撮像部が取得した複数の認識画像を合成して、前記電子部品の三次元データを生成する生成部と
    を備える部品データ生成装置。
  2. 請求項1に記載の部品データ生成装置において、
    前記エリア設定部は、予め設定された一定間隔ごとに前記垂直方向における撮像位置を変更して、複数の撮像位置ごとに前記撮像エリアを設定する、部品データ生成装置。
  3. 請求項1または2に記載の部品データ生成装置において、
    前記生成部は、前記複数の識別画像を合成することにより、各画像で取得される輪郭の寸法、及び前記複数の識別画像に対応する、前記電子部品の頂部から前記撮像部までの距離に基づく前記電子部品の前記垂直方向の寸法により前記三次元データを作成する、部品データ生成装置。
  4. 請求項1から3の何れか1項に記載の部品データ生成装置において、
    前記電子部品の種類に応じて、撮像が必要な部位に対応する複数の撮像位置を当該電子部品ごとに記憶する間隔記憶手段をさらに備え、
    前記エリア設定部が、前記間隔記憶手段に記憶されている前記複数の撮像位置を順次読み取って前記撮像エリアを設定する、部品データ生成装置。
  5. 請求項1から4の何れか1項に記載の部品データ生成装置において、
    前記生成部は、生成した三次元データを記憶部に保存する、部品データ生成装置。
  6. 請求項1から5の何れか1項に記載の部品データ生成装置において、
    前記エリア設定部は、前記電子部品を吸着する吸着ノズルと、この吸着ノズルを鉛直方向に駆動する吸着ヘッド用駆動装置とを備えている、部品データ生成装置。
  7. 基板を搬送する搬送部と、
    搬送された基板に電子部品を実装する部品移動部と、
    部品データ生成工程時において、前記部品移動部に前記電子部品を供給して前記電子部品の三次元データを生成する請求項1から5のいずれか1項に記載の部品データ生成装置と、を備える表面実装機。
  8. 基板を搬送する搬送部と、
    電子部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルを昇降させる吸着ヘッド用駆動装置とを含み、搬送された基板に電子部品を実装する部品移動部と、
    を備えた表面実装機において、
    請求項6に記載の部品データ生成装置を備え、
    前記部品移動部の前記吸着ノズル及び前記吸着ヘッド用駆動装置が、前記部品データ生成装置の吸着ノズル及び前記吸着ヘッド用駆動装置である、表面実装機。
  9. 電子部品の三次元データを生成する部品データ生成方法であって、
    前記部品本体の底面に対して垂直方向に撮像光軸を配置して、該撮像光軸に沿って撮像領域を予め定めるステップと、
    前記撮像光軸に対して傾斜し且つ前記撮像光軸と交差する照明光軸に沿って指向性を有する照明光を照射する照明ステップと、
    前記電子部品と前記撮像領域とを相対的に移動することにより、前記撮像光軸と直交し且つ前記撮像光軸と前記照明光軸とが交差する交差点を通る面である認識面に対し、前記前記電子部品が前記撮像領域内で交差する撮像エリアを、前記垂直方向において複数設定するエリア設定ステップと、
    複数の撮像エリアごとに前記電子部品の断面形状の認識画像を撮像する撮像ステップと、
    前記撮像ステップで撮像した複数の認識画像を合成して、前記電子部品の三次元データを生成する生成ステップと、を備える部品データ生成方法。
  10. 請求項9記載の部品データ生成方法において、
    前記エリア設定ステップは、予め設定された一定間隔ごとに前記垂直方向における撮像位置を変更して、複数の撮像位置ごとに前記撮像エリアを設定する、部品データ生成方法。
  11. 請求項9または10記載の部品データ生成方法において、
    前記エリア設定部は、間隔記憶手段に記憶されている前記複数の撮像位置を順次読み取って前記撮像エリアを設定する、部品データ生成方法。
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