JP6231200B2 - 部品実装装置およびテープフィーダ - Google Patents

Description

本発明は、テープフィーダにより供給される部品を吸着して基板に実装する部品実装装置、およびこの部品実装装置に搭載されるテープフィーダに関するものである。

テープフィーダにより供給される部品をヘッドユニットにより取り出して基板に実装する部品実装装置が知られている。この種の部品実装装置において、テープフィーダからの部品の取出しは、テープフィーダの上方にヘッドユニットが配置され、当該ヘッドユニットに搭載されたヘッドが昇降して部品を吸着することにより行われる。この場合、テープフィーダの固体差や取付誤差などにより、テープフィーダの高さが予定された高さにない場合には、部品吸着に支障が生じることが考えられる。

そこで、テープフィーダの高さを測定し、その測定結果に基づきヘッドの昇降移動量を制御することが考えられる。この場合、テープフィーダの高さを測定するには、特許文献１に開示されるような方法が利用できる。この方法は、部品実装装置における基板表面の高さを測定する方法であり、基板上面に対して斜め上方からレーザ光（スポット光）を照射し、その照射位置をカメラで撮像することにより、その画像上の照射位置から基板の高さを求めるという方法である。この方法は、基板の高さに応じてレーザ光の照射位置がずれるという幾何学的な関係を利用し、そのずれ量から基板の高さを求めるものであり、このような方法は、テープフィーダの高さ測定にも適用できる。具体的には、ヘッドユニットにレーザ光源を搭載し、テープフィーダ上面に対して斜め上方からレーザ光を照射し、その照射位置を基板認識用のカメラで撮像することにより、その画像上の照射位置からテープフィーダの高さを求めるようにする。

しかし、この場合には、レーザ光源をヘッドユニットに搭載する必要があるため、ヘッドユニットの大型化や高重量化により当該ヘッドユニットの迅速な移動が阻害され、実装速度の低下をもたらすばかりでなく、レーザ光源が新たに必要となるためコスト高をもたらす原因にもなる。

特開２０１３−１４００８２号公報

本発明は、ヘッドユニットの大型化や高重量化を助長することなく、また、著しいコスト高を伴うことなく、簡単な構成でテープフィーダの高さ測定を行えるようにすること、ひいてはテープフィーダからの部品の取出しをより確実に行えるようにすることを目的とする。

そして、この目的を達成するに、本発明の一の局面に係る部品実装装置は、上面に部品取出し部を備えたテープフィーダが設置される部品供給部と、前記部品供給部に設置されるテープフィーダから部品を取り出し、この部品を搬送して所定の実装作業位置に配置される基板に実装するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに搭載され、その下方に位置する対象物を上方から撮像するカメラ、および撮像用の照明光を上方から対象物に照射す照明装置を含む撮像装置と、前記ヘッドユニットおよび前記撮像装置を制御し、前記基板の位置を認識するために、当該基板を前記対象物としてその上面を前記撮像装置により撮像する第１撮像処理と、前記部品供給部に設置されるテープフィーダの高さを求めるために、当該テープフィーダを前記対象物としてその上面を前記撮像装置により撮像する第２撮像処理を実行する制御装置と、前記第２撮像処理により得られた画像データに基づき、前記テープフィーダの高さを求める処理を実行する処理装置と、を備え、前記照明装置は、前記カメラの光軸を中心としてその周囲に配置される複数の光源を含み、かつ、全光源の光を前記対象物に照射する第１照明状態と、前記複数の光源のうち一部の光源の光のみを前記対象物に照射することで、垂直な軸線に対して傾斜する特定方向からの光を当該対象物に照射する第２照明状態とに照明状態を切替え可能とされ、前記制御装置は、前記第１撮像処理の際には、前記照明装置を前記第１照明状態に制御する一方、前記第２撮像処理の際には、前記照明装置を前記第２照明状態に制御するものである。

本発明の第１実施形態に係る部品実装装置を示す斜視図である。 ヘッドユニットとその駆動機構を示す正面図である。 部品供給部および当該部品供給部に設置されたテープフィーダ（本発明に係るテープフィーダ）を示す側面図である。 テープフィーダの先端部上面を示す斜視図である。 基板認識ユニット（照明装置）を下側（図２の矢印Ａ方向）から見た模式図である。 基板認識ユニットを下側から見た模式図（第２照明状態）である。 部品実装装置の制御系を示すブロック図である。 制御装置によるテープフィーダの高さ測定制御の一例を示すフローチャートである。 テープフィーダの高さ測定原理の説明図である。 テープフィーダの高さ測定原理の説明図である。 基板認識ユニットが取得した画像（球体の画像）を示す模式図である。 変形例に係るテープフィーダの先端部上面を示す斜視図である。 基板認識ユニットが取得した画像（円柱体の画像）を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る部品実装装置を示す側面模式図である。 第２実施形態に係る部品実装装置におけるテープフィーダの高さ測定原理の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明に係る部品実装装置Ｍを概略的に示しており、図１は全体を斜視図で、図２は後記ヘッドユニット５とその駆動機構を正面図で、それぞれ示している。なお、図面中には、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。Ｘ方向は水平面と平行な方向であり、Ｙ方向は水平面上でＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向はＸ方法およびＹ方向に直交する方向である。

部品実装装置Ｍは、基台１と、この基台１上に配置されてプリント配線板（ＰＷＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｗｉｒｉｎｇ Ｂｏａｒｄ）等の基板Ｐを搬送する基板搬送機構２と、部品供給部３、４と、部品実装用のヘッドユニット５と、このヘッドユニット５を駆動するヘッドユニット駆動機構と、部品認識ユニット６とを備える。

前記基板搬送機構２は、基台１上において基板ＰをＸ方向に搬送する一対のコンベアを含む。これらコンベアは、図１の手前（Ｘ１方向側）から基板Ｐを受け入れて所定の実装作業位置（同図に示す位置）に搬送し、図略の保持装置により当該基板Ｐを保持する。そして、実装作業後は、この基板Ｐを図１の奥側（Ｘ２方向側）に搬出する。

前記部品供給部３、４は、基板搬送機構２の両外側（Ｙ方向両側）に配置されている。部品供給部３、４のうち、基板搬送機構２のＹ１方向側に位置する部品供給部４にはトレイフィーダ４ａが設置されている。トレイフィーダ４ａは、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等のパッケージ型部品をそれぞれマトリクス状に載置した複数のトレイＴが上下多段に収容されるトレイ収納部４０１と、このトレイ収納部４０１内のトレイＴを基板搬送機構２側の部品供給位置（図１のトレイＴの位置）に出し入れする出し入れ機構４０２とを含み、上下多段に収容されたトレイＴのうち、実装部品が配列されたトレイＴを部品供給位置に引き出すことにより部品を供給する。

一方、基板搬送機構２のＹ２方向側に位置する部品供給部３には、基板搬送機構２に沿って複数のテープフィーダ３ａが並列に配置されている。各テープフィーダ３ａは、テープを担体（キャリア）として、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品（チップ部品）を供給するものである。

図３、図４に示すように、テープフィーダ３ａは、Ｘ方向に偏平な箱形のフィーダ本体部３０と、このフィーダ本体部３０に組み込まれるテープ送り機構と、一定間隔おきに部品を収納したテープが巻回されるリール３１とを備える。

テープフィーダ３ａは、部品供給部３に設けられるフィーダ取付台３８に着脱可能に固定されており、モータを駆動源とする前記テープ送り機構により、前記テープをリール３１から引き出しながらフィーダ本体部３０の内部を通じてその前方（基板搬送機構２側／Ｙ１方向側）に送り出すことで、部品を、フィーダ本体部３０の前端近傍に設けられる部品取出し部３３に順次供給する。部品取出し部３３は、フィーダ本体部３０の上面３２ａに形成される開口部であり、部品は、この開口部を介してヘッドユニット５により取り出される。

なお、テープフィーダ３ａの上面３２ａのうち、その前端部と前記部品取出し部３３との間の位置には球体３４（本発明の鏡面状部に相当する）が固定されている。球体３４は、鏡面状の表面を有する例えば鋼球であり、溶接又は接着等の手段により上面３２ａに固定されている。この球体３４は、テープフィーダ３ａの高さ測定処理に用いられるものであり、この点については後に詳述する。

前記フィーダ取付台３８は、例えば、略垂直な位置決め面を備える前端位置決め部３９ａと、その後側（Ｙ２方向側）に位置し、Ｙ方向に延びる略水平な支持面を備える支持部３９ｂとを備えている。テープフィーダ３ａは、フィーダ本体部３０の前面３２ｂが前端位置決め部３９ａの位置決め面に突き当てられ、かつ当該フィーダ本体部３０（下面３２ｃ）が支持部３９ｂにより支持され、この状態で、当該フィーダ本体部３０が図外のクランプ装置により前記支持部３９ｂに固定されることで、フィーダ取付台３８（部品供給部３）に着脱可能に設置されている。

前記フィーダ本体部３０の前面３２ｂには複数の位置決めピン３２１が突設されており、これら位置決めピン３２１が前端位置決め部３９ａに形成される位置決め穴（図示省略）に挿入されることで、フィーダ取付台３８に対してテープフィーダ３ａがＸ、Ｙ及びＺの各方向に位置決めされている。

なお、図３中の符号３７は、部品供給部３に備えられるカバー部材であり、テープフィーダ３ａの上面３２ａのうち、部品取出し部３３よりも前側の領域を上方から覆うように設けられている。

前記ヘッドユニット５は、部品供給部３、４から部品を取り出して基板Ｐ上に実装するものであり、基板搬送機構２および部品供給部３、４等の上方に配置されている。

ヘッドユニット５は、ヘッドユニット駆動機構により一定の領域内でＸ方向およびＹ方向に移動可能とされている。ヘッドユニット駆動機構は、基台１上に設けられる一対の高架フレーム１ａにそれぞれ固定され、Ｙ方向に互いに平行に延びる一対の固定レール７と、これら固定レール７に支持されてＸ方向に延びるユニット支持部材１１と、このユニット支持部材１１に螺合挿入されてＹ軸サーボモータ９により駆動される図外のボールねじ軸とを含む。また、ヘッドユニット駆動機構は、ユニット支持部材１１に固定されてヘッドユニット５をＸ方向に移動可能に支持する固定レール１４と、ヘッドユニット５に螺合挿入されてＸ軸サーボモータ１５を駆動源として駆動されるボールねじ軸１３とを含む。つまり、ヘッドユニット駆動機構は、Ｘ軸サーボモータ１５の駆動によりボールねじ軸１３を介してヘッドユニット５をＸ方向に移動させ、また、Ｙ軸サーボモータ９の駆動により図外のボールねじ軸を介してユニット支持部材１１をＹ方向に移動させる。その結果、ヘッドユニット駆動機構は、ヘッドユニット５を一定の領域内でＸ方向およびＹ方向に移動させる。

ヘッドユニット５は、部品実装用の複数本（当例では６本）の軸状のヘッド１６と、ヘッド１６を昇降（Ｚ方向の移動）および回転可能に支持するフレーム部材と、ヘッド１６を昇降および回転させるための、サーボモータを駆動源とするヘッド駆動機構とを備えている。この構成により、ヘッドユニット５は、各ヘッド１６により部品供給部３、４から部品を取り出して基板Ｐ上に搬送し、当該部品を基板Ｐ上の所定位置に実装する。

各ヘッド１６は、その先端に部品吸着用のノズルを備えている。図示を省略するが、各ノズルは、切替弁を介して負圧発生装置、正圧発生装置および大気の何れかに連通可能とされている。つまり、各ヘッド１６のノズルは、負圧の供給を受けることで部品を吸着し、その後、正圧の供給を受けることにより当該部品の吸着状態を解除する。

前記ヘッドユニット５は、さらに基板認識ユニット１８を備えている。基板認識ユニット１８は、前記実装作業位置に配置される基板Ｐの位置を認識するために、当該基板Ｐの上面に記されるフィデューシャルマークを撮像するものである。この基板認識ユニット１８は、このような基板Ｐの認識に加え、部品供給部３に設置される各テープフィーダ３ａの高さを測定するためにも用いられる。この場合には、基板認識ユニット１８は、テープフィーダ３ａの上面３２ａに備えられる前記球体３４を撮像する。

基板認識ユニット１８は、複数の撮像素子が二次元的に配列されたエリアセンサ２０ａ（図５参照）を備えたＣＣＤカメラ等のエリアセンサカメラ２０と、複数のＬＥＤを光源として備えた照明装置２１とを含む。エリアセンサカメラ２０は、基板Ｐやテープフィーダ３ａを撮像できるように、ヘッドユニット５のフレーム部に下向きに固定されており、照明装置２１は、このエリアセンサカメラ２０の下端部に備えられている。

前記照明装置２１は、エリアセンサカメラ２０の光軸Ｏを中心としてその周囲に複数のＬＥＤ２２が配置されたリング状照明装置である。詳しくは、図５に示すように、照明装置２１は、前記光軸Ｏを中心とする円周上に複数のＬＥＤ２２が配列された内側照明部２３と、その外側に設けられ、前記光軸Ｏを中心とする円周上に複数のＬＥＤ２２が配列された外側照明部２４とを含む。すなわち、照明装置２１は、前記光軸Ｏを中心とする同心円上に、各々リング状を成して内外に配設される２つの照明部２３、２４を備えている。

これら照明部２３、２４のうち、外側照明部２４は、当該周方向に並んだＬＥＤ２２を２つの領域に分けて個別に点灯制御することが可能に構成されている。具体的には、外側照明部２４は、Ｙ１方向側に位置する一部のＬＥＤ２２を含む第１領域Ｅａ（図５中の破線で囲んだ領域）とそれ以外のＬＥＤ２２を含む第２領域Ｅｂとに分けて個別に点灯制御することが可能に構成されており、後記制御装置４０（照明制御部４５）の制御により、両照明部２３、２４の全てのＬＥＤ２２を点灯させる第１照明状態と、図６に示すように、外側照明部２４の第１領域ＥａのＬＥＤ２２のみを点灯させる第２照明状態とに切り換え可能に構成されている。

なお、外側照明部２４の上記第１領域Ｅａは、例えば光軸Ｏを中心とする角度換算値で６０°程度の領域である。より詳しくは、光軸Ｏと交わるＹ方向と平行な直線が中心を通るように設定された略６０°の領域である。

一方、部品認識ユニット６は、ヘッドユニット５により部品供給部４から取り出された部品の吸着状態を認識するために、当該部品を下側から撮像するものであり、各部品供給部３、４にそれぞれ設置されている。

詳しく図示していないが、部品認識ユニット６は、複数の撮像素子が一次元的（列状）に配列されたラインセンサを有するＣＣＤカメラ等のラインセンサカメラ２６（図７参照）と、複数のＬＥＤを有する照明装置２７（図７参照）とを含む。この構成により、部品認識ユニット６は、部品吸着後、ヘッドユニット５の移動に伴い、各ヘッド１６の吸着部品が当該部品認識ユニット６の上方を通過する際に、当該部品を下側から撮像する。

この部品実装装置Ｍは、さらにその動作を制御するための、図７に示すような制御装置４０を備えている。この制御装置４０は、周知のマイクロコンピュータをベースとして構成されており、その機能構成として、部品実装装置全体の動作を統括的に制御するする主制御部４１と、各種処理プログラムや各種データを記憶する記憶部４２と、基板搬送機構２及びヘッドユニット５等の駆動を制御する駆動制御部４４と、基板認識ユニット１８（エリアセンサカメラ２０および照明装置２１）を制御するカメラ制御部４４および照明制御部４５と、部品認識ユニット６（ラインセンサカメラ２６および照明装置２７）を制御するカメラ制御部４７および照明制御部４８と、主制御部４１の制御に基づき、エリアセンサカメラ２０およびラインセンサカメラ２６から出力される画像信号に所定の画像処理を施す画像処理部４６、４９とを備えており、これらが互いに信号のやり取りが可能となるように接続された構成を有する。

主制御部４１は、記憶部４２に記憶されている実装プログラムに従って駆動制御部４３、カメラ制御部４４、４７および照明制御部４５、４８を制御するとともに、画像処理部４６，４９により処理された画像データ等に基づき基板Ｐや部品などの画像認識およびそのための各種演算処理を行う。特に、部品の実装作業時には、基板認識ユニット１８により基板Ｐの上面に記されるフィデューシャルマークを撮像させ（本発明の第１撮像処理に相当する）、その画像データに基づき、実装作業位置に配置されている基板Ｐの位置を認識する処理を実行する一方、部品の実装作業前には、基板認識ユニット１８によりテープフィーダ３ａの上記球体３４を撮像させ（本発明の第２撮像処理に相当する）、その画像データに基づき、部品供給部３に設置された各テープフィーダ３ａの高さを求める処理を実行する。つまり、当例では、この制御装置４０が、テープフィーダの高さを求める処理装置としての機能を兼ねている。

次に、この制御装置４０の制御に基づく一連の部品実装動作について説明した後、テープフィーダの高さ測定制御について図８〜図１１を参照しつつ説明する。

部品実装動作では、まず、制御装置４０は、基板搬送機構２を制御し、基板３を上記実装作業位置に搬入して位置決め固定する。そして、ヘッドユニット５を基板Ｐの上方に移動させ、基板認識ユニット１８により当該基板Ｐに記されているフィデューシャルマークを撮像させ、その画像データに基づき当該基板Ｐの位置を認識する。この場合、制御装置４０は、照明装置２１を第１照明状態に制御する。すなわち、各照明部２３、２４の全てのＬＥＤ２２を点灯させてフィデューシャルマークを撮像させる。

基板Ｐの位置の認識が完了すると、制御装置４０は、ヘッドユニット５を部品供給部３、４上に移動させ、ヘッド１６を昇降させることにより順次部品を吸着させる。その後、制御装置４０は、ヘッドユニット５を部品認識ユニット６の上方位置において通過させることにより各ヘッド１６の吸着部品を撮像させ、その画像データに基づき各部品の吸着状態を認識する。

部品の認識が終了すると、制御装置４０は、ヘッドユニット５を基板Ｐ上に移動させ、各ヘッド１６に吸着された部品を、順次基板３上に搭載する。この際、必要な場合には、制御装置４０は、基板Ｐの認識結果、および吸着部品の認識結果に基づき、部品の実装位置や向きを補正する。

以上が制御装置４０の制御に基づく部品実装動作の１サイクルである。なお、このような部品実装動作において、部品供給部３に設置されるテープフィーダ３ａは、その固体差、取付誤差、若しくは経年劣化による変形等により、部品供給部３に設置されたときの高さが予定された高さにない場合があり、このような場合には、ヘッド１６による部品吸着に支障が生じるおそれがある。そのため、制御装置４０は、基板Ｐの初回生産開前に、部品供給部３に設置された全てのテープフィーダ３ａの高さを測定する処理を実行する。

図８は、制御装置４０による当該高さ測定処理の制御を示す一例である。この測定処理は、例えば「段取り」と呼ばれる準備作業により部品供給部３に全てのテープフィーダ３ａが設置された後、オペレータが図外の入力装置を操作して制御装置４０に実行指令を与えることにより開始される。

上記実行指令が入力されると、制御装置４０は、フィーダカウンタをリセットした後、当該カウンタに初期値「１」をセットする（ステップＳ１）。次に、ヘッドユニット５を移動させ、基板認識ユニット１８を部品供給部３の予め設定された最初のテープフィーダ３ａの上方に配置し、当該テープフィーダ３ａを撮像させる（ステップＳ３、Ｓ５）。

具体的には、図９に示すように、テープフィーダ３ａの上面３２ａに固定された上記球体３４（図９では便宜上省略している）の真上、正確には球体３４の中心がエリアセンサカメラ２０の光軸上に位置するように基板認識ユニット１８を配置し、この状態で球体３４を含む一定エリアを当該基板認識ユニット１８により撮像させる。この場合、制御装置４０は、照明装置２１を第２照明状態に制御する。すなわち、外側照明部２４の第１領域ＥａのＬＥＤ２２のみを点灯させた状態でテープフィーダ３ａを撮像させる。

テープフィーダ３ａの撮像が終了すると、制御装置４０は、その画像データに基づき、当該テープフィーダ３ａの高さを求める（ステップＳ７）。測定原理は次の通りである。すなわち、図９に示すように、第２照明状態のもとでは、リング状照明である外側照明部２４のうち、Ｙ１方向側の第１領域ＥａのＬＥＤ２２のみが点灯される結果、球体３４には、同図中に破線矢印で示すように、垂直な軸線（光軸Ｏ）に対して傾斜する特定方向からの照明光（Ｙ１方向側からＹ２方向側に向かう照明光）が球体３４に照射され、この照射光が球体３４で反射することにより、図１１に示すように、球体３４の表面にハイライトと称する輝点３６（本発明の光像の一つ）が形成される。そして、図９に示すテープフィーダ３ａの高さを標準高さｈａとした場合、テープフィーダ３ａの高さが、図１０に示すように標準高さｈａからずれていると、そのずれに対応した分だけ輝点３６の位置がＹ方向にずれる。従って、制御装置４０は、この輝点３６のＹ方向のずれ量、すなわち、テープフィーダ３ａが標準高さｈａにあるときの標準輝点位置からの当該輝点３６のＹ方向のずれ量Ｌ１を求め、このずれ量Ｌ１を照明光の照射角度などの幾何学関係に基づきテープフィーダ３ａの垂直方向（Ｚ方向）のずれ量に換算することにより、この換算値と前記標準高さｈａとに基づき当該テープフィーダ３ａの高さを求める。

なお、上記記憶部４２には、テープフィーダ３ａの標準高さｈａ、Ｙ方向における標準輝点位置、および輝点３６のＹ方向のずれ量Ｌ１を垂直方向のずれ量に換算する換算式などのデータが記憶されており、制御装置４０は、ステップＳ７の処理では、ステップＳ５の処理で取得した画像データと記憶部４２に記憶されている上記データとに基づきテープフィーダ３ａの高さを求める。

なお、テープフィーダ３ａの具体的な高さ測定方法はこの実施形態に限定されるものではなく、例えば輝点３６の位置とテープフィーダ３ａの高さとの相関関係を予め調べて上記記憶部４２に記憶させておき、この相関データと画像から求めた輝点３６の位置とに基づき、テープフィーダ３ａの高さを求めるようにしてもよい。

テープフィーダ３ａの高さが求まると、制御装置４０は、部品供給部３に設置された全ての（Ｎ個の）テープフィーダ３ａの高さ測定が完了したか否かを判定する（ステップＳ９）。ここでＮＯと判定した場合には、制御装置４０は、フィーダカウンタを「１」だけインクリメントした後、処理をステップＳ３に移行し、次のテープフィーダ３ａについてステップＳ３〜Ｓ７の処理を繰り返す。そして、最終的に全てのテープフィーダ３ａの高さ測定が完了すると（ステップＳ９でＹＥＳ）、制御装置４０は、当該フローチャートを終了した後、例えば実装動作を開始する。

なお、このようにして求められた各テープフィーダ３ａの高さデータは、上記記憶部４２に記憶される。そして、部品の実装動作において、ヘッド１６によるテープフィーダ３ａからの部品の取り出しの際には、制御装置４０が、各テープフィーダ３ａの高さデータに基づきヘッド１６の昇降移動量を制御する。これにより各テープフィーダ３ａからの部品の取り出しがより適切に行われることとなる。

以上のように、この部品実装装置Ｍでは、基板認識ユニット１８の照明装置２１が、リング状の照明部２３、２４の全てのＬＥＤ２２を点灯させる第１照明状態と、照明部２３、２４のうち一部のＬＥＤ２２（第１領域ＥａのＬＥＤ２２）のみを点灯させることにより、垂直方向に対して傾斜する特定方向からの照明光を照射する第２照明状態とに切り換え可能に構成されている。そして、テープフィーダ３ａの高さ測定時には、制御装置４０が、照明装置２１を第２照明状態に制御した状態で球体３４を撮像し、この球体３４に形成される輝点３６の位置がテープフィーダ３ａの高さに応じて水平方向にずれるという幾何学的な関係を利用した簡単な方法に基づきテープフィーダ３ａの高さを求めるようになっている。このような部品実装装置Ｍの構成によれば、別途、専用のレーザ光源を設けることなく、テープフィーダ３ａの高さ測定を行うことができる。従って、ヘッドユニット５の大型化や高重量化を助長することなく、また、著しいコスト高を伴うことなく、簡単な構成でテープフィーダ３ａの高さ測定を行うこと、ひいてはテープフィーダ３ａからのヘッド１６による部品の取出しをより確実に行うことが可能となる。

特に、この部品実装装置Ｍでは、テープフィーダ３ａの上面３２ａに鏡面状の表面を有する球体３４が固定され、当該球体３４の表面に形成される輝点３６を撮像するように構成されているので、テープフィーダ３ａの高さ測定時に、基板認識ユニット１８の照明装置２１を共用しながらも、比較的精度良くテープフィーダ３ａの高さ測定を行えるという利点がある。すなわち、照明装置２１の光源はＬＥＤ２２であるためレーザ光源に比べて拡散し易く、例えば球体３４を備えていない場合には、テープフィーダ３ａの上面３２ａに形成される輝点３６の位置を画像から特定することが難しくなり、テープフィーダ３ａの高さ測定の精度が悪くなるおそれがある。これに対して、上記球体３４を備える構成によれば、球体３４の表面で入射光（照明光）がエリアセンサカメラ２０側に強く反射される結果、球体３４の表面に形成される輝点３６が画像中に明確に写り込むこととなる。そのため、画像から輝点３６の位置を簡単かつ正確に特定することが可能となる。従って、基板認識ユニット１８の照明装置２１を共用しながらも、レーザ光源を用いた場合と遜色ないレベルで精度良くテープフィーダ３ａの高さ測定を行うことが可能となる。

なお、この部品実装装置Ｍでは、本発明の鏡面状部として、テープフィーダ３ａの上面３２ａに鏡面状の表面を有する球体３４を固定しているが、球体３４の代わりに半球体を固定してもよい。また、球体３４や半球体の代わりに、図１２に示すような、鏡面状の表面を有したＹ方向に延びる円柱体３５や断面半円形の柱状体を固定してもよい。このような構成の場合も、円柱体３５の表面で入射光（照明光）が基板認識ユニット１８側（エリアセンサカメラ２０側）に強く反射される結果、円柱体３５の表面に形成される輝点３６が画像中に明確に写り込むこととなる。従って、当該輝点３６の位置に基づきテープフィーダ３ａの高さを求めることで、上記球体３４を備えた場合と同様に、テープフィーダ３ａの高さを精度良く求めることができる。この場合には、図１３に示すように、当該円柱体３５の軸方向に延びる細長い帯状の輝点３６が形成されることとなる。

本発明の鏡面状部としては、入射光（照明光）を基板認識ユニット１８側（エリアセンサカメラ２０側）に強く反射させるものであることが必要である。そのためには、鏡面状の表面を有した上向きに湾曲する形状のものが好適であり、第１実施形態のような球体３４や円柱体３５のような円弧状の表面を有するものが理想的である。但し、円弧状の表面でなくとも、基板認識ユニット１８側への光りの反射を促進できる鏡面状の表面を有する形状であれば適用可能である。

また、この部品実装装置Ｍにおいて、上記第２照明状態では、照明装置２１のＬＥＤ２２のうち、外側照明部２４ａの第１領域ＥａのＬＥＤ２２のみを点灯させるようにしているが、例えば、アクチュエータの作動により前記第１領域Ｅａ以外を開閉可能なシャッタ部材を設け、当該シャッタ部材の開閉により、照明装置２１を第１照明状態と第２照明状態に切り換えるように構成してもよい。すなわち、全てのＬＥＤ２２を点灯させたまま、シャッタ部材の開閉により全てのＬＥＤ２２の光りが照射される状態（第１照明状態）と前記第１領域ＥａのＬＥＤ２２の光のがみ照射される状態（第２照明状態）とに切り換えるようにしてもよい。

また、この部品実装装置Ｍでは、照明装置２１の外側照明部２４のうちＹ１方向側に第１領域Ｅａが設定されているが、勿論Ｙ２方向側に設定されていてもよい。つまり、第２撮像処理の際に、垂直な軸線（光軸Ｏ）に対して傾斜し、かつＹ２方向側からＹ１方向側に向かう照明光をテープフィーダ３ａに照射するようにしてもよい。要は、第２撮像処理において、垂直な軸線（光軸Ｏ）に対して傾斜する特定方向からテープフィーダ３ａに照明光が照射されるように第１領域Ｅａを設定するようにすればよい。この点は、以下に説明する第２実施形態についても同様である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の部品実装装置Ｍについて図１４、図１５を用いて説明する。なお、第２実施形態の部品実装装置Ｍの基本的な構成は、第１実施形態の部品実装装置Ｍと同等であるため、第１実施形態と共通する部分については、同一符号を付して説明を省略し、以下に、第１実施形態との相違点について詳細に説明することにする。

第１実施形態の部品実装装置Ｍでは、テープフィーダ３ａに備えられる球体３４を基板認識ユニット１８で撮像し、球体３４に形成される輝点３６の位置に基づきテープフィーダ３ａの高さを求めるのに対して、第２実施形態の部品実装装置Ｍでは、テープフィーダ３ａの上面３２ａに形成されるカバー部材３７（本発明の影形成部に相当する）の影の位置に基づきテープフィーダ３ａの高さを求める。従って、テープフィーダ３ａには球体３４や円柱体３５は設けられていない。

より具体的に説明すると、第２実施形態の部品実装装置Ｍでは、図８に示すステップＳ５の処理において、制御装置４０は、図１４に示すように、カバー部材３７の真上、正確にはエリアセンサカメラ２０の光軸Ｏがカバー部材３７のＹ２方向側の末端に位置するように基板認識ユニット１８を配置し、この状態でテープフィーダ３ａの上面３２ａを基板認識ユニット１８により撮像させる。この場合、制御装置４０は、照明装置２１を第２照明状態に制御する。

同図に示すように、第２照明状態のもとでは、リング状照明である外側照明部２４のうち、Ｙ１方向側の第１領域ＥａのＬＥＤ２２のみが点灯される結果、垂直な軸線（光軸Ｏ）に対して傾斜する特定方向からの照明光（Ｙ１方向側からＹ２方向側に向かう照明光）がカバー部材３７に照射され、テープフィーダ３ａの上面３２ａに当該カバー部材３７８の影（本発明の光像の一つ）が形成される。そして、図１４に示すテープフィーダ３ａの高さを標準高さｈａとした場合、テープフィーダ３ａの高さが、図１５に示すように標準高さｈａからずれていると、そのずれに対応した分だけ影先端の位置がＹ方向にずれる。換言すれば、Ｙ方向の影の長さが変化する。従って、制御装置４０は、この影先端のＹ方向のずれ量、すなわち、テープフィーダ３ａが標準高さｈａにあるときの標準影先端位置からの影先端のずれ量Ｌ２を求め、このずれ量Ｌ２を照明光の照射角度などの幾何学関係に基づきテープフィーダ３ａの垂直方向（Ｚ方向）のずれ量に換算することにより、この換算値と前記標準高さｈａとに基づき当該テープフィーダ３ａの高さを求める。

なお、第２実施形態では、上記記憶部４２には、テープフィーダ３ａの標準高さｈａ、標準影先端位置、および影先端の水平方向（Ｙ方向）のずれ量Ｌ２を垂直方向のずれ量に換算する換算式などのデータが記憶されており、従って、図８のステップＳ７の処理では、制御装置４０は、ステップＳ５の処理で取得した画像データと記憶部４２に記憶されている上記標準影先端位置などのデータに基づきテープフィーダ３ａの高さを求める。

テープフィーダ３ａの具体的な高さ測定方法は、この実施形態に限定されるものではなく、例えば影の位置（先端の位置）とテープフィーダ３ａの高さとの相関関係を予め調べて上記記憶部４２に記憶させておき、この相関データと画像から求めた影の位置とに基づいてテープフィーダ３ａの高さを求めるようにしてもよい。

このような第２実施形態の部品実装装置Ｍによれば、第１実施形態の部品実装装置Ｍと同様に、別途、専用のレーザ光源を設けることなく、テープフィーダ３ａの高さ測定を行うことができる。従って、第１実施形態の部品実装装置Ｍと同様に、ヘッドユニット５の大型化や高重量化を助長することなく、また、著しいコスト高を伴うことなく、簡単な構成でテープフィーダ３ａの高さ測定を行うこと、ひいてはテープフィーダ３ａからのヘッド１６による部品の取出しをより確実に行うことが可能となる。

また、テープフィーダ３ａ側に高さ測定のための特別な部材を設けることなく、テープフィーダ３ａの高さ測定を行うことができるという利点もある。

なお、この第２実施形態の部品実装装置Ｍでは、部品供給部３に備えるカバー部材３７を本発明の影形成部として、当該カバー部材３７によりテープフィーダ３ａの上面に形成される影の位置に基づいて当該テープフィーダ３ａの高さを求めているが、部品供給部３のこれ以外の部分によって形成される影の位置に基づき当該テープフィーダ３ａの高さを求めるようにしてもよい。その場合、上記カバー部材３７などの既存の部品を影形成部として利用する以外に、影を形成するための専用の影形成部を部品供給部３に設けてもよい。また、このように部品供給部３の部材によって影を形成する以外に、テープフィーダ３ａの上面３２ａに影形成部として突起部などを設けておき、この突起部により形成される影の位置に基づきテープフィーダ３ａを形成するように構成してもよい。

以上、本発明の第１、第２実施形態について説明したが、当該実施形態における部品実装装置Ｍやテープフィーダ３ａは、本発明に係る部品実装装置およびテープフィーダの好ましい実施形態の例示であって、部品実装装置Ｍやテープフィーダ３ａの具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

以上説明した本発明をまとめると以下の通りである。

発明の一の局面に係る部品実装装置は、上面に部品取出し部を備えたテープフィーダが設置される部品供給部と、前記部品供給部に設置されるテープフィーダから部品を取り出し、この部品を搬送して所定の実装作業位置に配置される基板に実装するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに搭載され、その下方に位置する対象物を上方から撮像するカメラ、および撮像用の照明光を上方から対象物に照射す照明装置を含む撮像装置と、前記ヘッドユニットおよび前記撮像装置を制御し、前記基板の位置を認識するために、当該基板を前記対象物としてその上面を前記撮像装置により撮像する第１撮像処理と、前記部品供給部に設置されるテープフィーダの高さを求めるために、当該テープフィーダを前記対象物としてその上面を前記撮像装置により撮像する第２撮像処理を実行する制御装置と、前記第２撮像処理により得られた画像データに基づき、前記テープフィーダの高さを求める処理を実行する処理装置と、を備え、前記照明装置は、前記カメラの光軸を中心としてその周囲に配置される複数の光源を含み、かつ、全光源の光を前記対象物に照射する第１照明状態と、前記複数の光源のうち一部の光源の光のみを前記対象物に照射することで、垂直な軸線に対して傾斜する特定方向からの光を当該対象物に照射する第２照明状態とに照明状態を切替え可能とされ、前記制御装置は、前記第１撮像処理の際には、前記照明装置を前記第１照明状態に制御する一方、前記第２撮像処理の際には、前記照明装置を前記第２照明状態に制御する、ことを特徴とする部品実装装置。

この部品実装装置によれば、照明装置の照明状態の切り換え（第１照明状態と第２照明状態との切り換え）により、前記光源の光りを基板に照射して当該基板の表面を撮像する第１撮像処理と、一部の光源の光のみを前記対象物に照射することで、垂直な軸線に対して傾斜する特定方向からの光をテープフィーダの上面に照射して当該テープフィーダを撮像する第２撮像処理とを共通の撮像装置を用いて行うことができる。つまり、基板認識に用いられる照明装置をテープフィーダの高さ測定用の光源として共用することができる。そのため、専用の光源（レーザ光源）を別途設けることなく、テープフィーダの高さ測定を行うことが可能となる。従って、この部品実装装置によれば、ヘッドユニットの大型化や高重量化を助長することなく、また、著しいコスト高を伴うことなく、簡単な構成でテープフィーダの高さ測定を行うこと、ひいてはテープフィーダからの部品の取出しをより確実に行うことが可能となる。

この場合、前記照明装置は、前記第１照明状態においては前記複数の光源全てを点灯させ、前記第２照明状態においては前記複数の光源のうち前記一部の光源のみを点灯させるものであるのが好適である。

この構成によれば、光源を点灯又は消灯させるだけの簡単な構成で、第１照明状態と第２照明状態との切り換えを行うことが可能となる。

なお、上記部品実装装置において、前記処理装置は、前記撮像装置が撮像した画像のうち、前記照明光によりテープフィーダの上面に形成される光像の位置に基づきテープフィーダの高さを求めるものである。

この構成により、光像の位置と照明光りの照射方向（上記特定方向）との幾何学的な関係から、比較的簡単にテープフィーダの高さを求めることが可能となる。

例えば、前記処理装置は、前記照明光の反射によりテープフィーダの上面に形成される輝点を前記光像として、当該輝点の位置に基づいてテープフィーダの高さを求める。

この構成よれば、テープフィーダの高さに応じて輝点の位置が水平方向にずれることを利用して、上記幾何学的関係に基づく簡単な処理でテープフィーダの高さを求めることが可能となる。

なお、前記部品供給部に設置されかつ上面に部品取出し部を備えるテープフィーダを含む場合、前記テープフィーダの上面に、前記第２撮像処理の際に前記照明光の反射を促進させることにより前記輝点の形成を補助する鏡面状部が設けられているのが好適である。

この構成によれば、テープフィーダの上面に前記輝点をより良好に形成することが可能となり、テープフィーダの高さ測定の精度を高める上で有利となる。

この場合、前記鏡面状部は、上向きに湾曲する形状であるのが好適である。

この構成によれば、テープフィーダの上面に斜め方向から照射される照明光をより強くカメラ側に反射させることが可能となるため、画像に写り込む輝点が明確となり、画像上における輝点の位置の特定をより正確に行うことが可能となる。

上記の部品実装装置においては、前記第２撮像処理の際に、前記照明光により、前記部品供給部に設置されるテープフィーダの上面に影を形成するための影形成部を含み、前記処理装置が、前記影を前記光像として、当該影の位置に基づいてテープフィーダの高さを求めるものであってもよい。

この構成よれば、テープフィーダの高さに応じて影の位置が水平方向にずれることを利用して、上記幾何学的関係から簡単な処理でテープフィーダの高さを求めることが可能となる。

この場合、前記影形成部は、テープフィーダの上面の一部を覆うカバー部材であるのが好適である。

この構成によれば、専用の影形成部を設けることなく、合理的な構成でテープフィーダに前記影を形成することが可能となる。

なお、前記部品供給部に設置されかつ上面に部品取出し部を備えるテープフィーダを含む場合、前記影形成部は、前記テープフィーダに設けられていてもよい。

この構成によれば、テープフィーダの構造に応じた影形成部を設けることで、高さ測定に最適な影を形成することが可能となり、測定精度を上げる上で有利となる。

一方、本発明の一の局面に係るテープフィーダは、上記部品実装装置、詳しくは、上記処理装置が、照明光の反射によりテープフィーダの上面に形成される輝点を前記光像として、当該輝点の位置に基づいてテープフィーダの高さを求めるように構成された部品実装装置の前記部品供給部に設置されて部品を供給するテープフィーダであって、当該テープフィーダの上面に、前記第２撮像処理の際に、前記照明光の反射を促進させることにより前記輝点の形成を補助する鏡面状部が設けられているものである。

このテープフィーダによれば、上記部品実装装置で用いた場合に、当該テープフィーダの上面に前記輝点を良好に形成することが可能となる。従って、輝点の位置に基づきテープフィーダの高さを求める上記部品実装装置にとって有用なものとなる。

この場合、前記鏡面状部は、上向きに湾曲する形状であるのが好適である。

この構成によれば、テープフィーダの上面に斜め方向から照射される照明光をより強くカメラ側に反射させることが可能となるため、画像に写り込む輝点が明確となる。従って、部品実装装置におけるテープフィーダの高さ測定精度を高めることが可能となる。

また、本発明の他の一の局面に係るテープフィーダは、上記部品実装装置、詳しくは、上記処理装置が、テープフィーダ上面に形成される影を前記光像として、当該影の位置に基づいてテープフィーダの高さを求める部品実装装置の前記部品供給部に設置されて部品を供給するテープフィーダであって、前記第２撮像処理の際に、前記照明光により、前記部品供給部に設置されるテープフィーダの上面に影を形成するための影形成部を備えるものである。

このテープフィーダによれば、上記部品実装装置で用いた場合に、当該テープフィーダの上面に前記影を良好に形成することが可能となる。従って、影の位置に基づきテープフィーダの高さを求める上記部品実装装置にとって有用なものとなる。

Claims (12)

1. 上面に部品取出し部を備えたテープフィーダが設置される部品供給部と、
   前記部品供給部に設置されるテープフィーダから部品を取り出し、この部品を搬送して所定の実装作業位置に配置される基板に実装するヘッドユニットと、
   前記ヘッドユニットに搭載され、その下方に位置する対象物を上方から撮像するカメラ、および撮像用の照明光を上方から対象物に照射す照明装置を含む撮像装置と、
   前記ヘッドユニットおよび前記撮像装置を制御し、前記基板の位置を認識するために、当該基板を前記対象物としてその上面を前記撮像装置により撮像する第１撮像処理と、前記部品供給部に設置されるテープフィーダの高さを求めるために、当該テープフィーダを前記対象物としてその上面を前記撮像装置により撮像する第２撮像処理を実行する制御装置と、
   前記第２撮像処理により得られた画像データに基づき、前記テープフィーダの高さを求める処理を実行する処理装置と、を備え、
   前記照明装置は、前記カメラの光軸を中心としてその周囲に配置される複数の光源を含み、かつ、全光源の光を前記対象物に照射する第１照明状態と、前記複数の光源のうち一部の光源の光のみを前記対象物に照射することで、垂直な軸線に対して傾斜する特定方向からの光を当該対象物に照射する第２照明状態とに照明状態を切替え可能とされ、
   前記制御装置は、前記第１撮像処理の際には、前記照明装置を前記第１照明状態に制御する一方、前記第２撮像処理の際には、前記照明装置を前記第２照明状態に制御する、ことを特徴とする部品実装装置。
2. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記照明装置は、前記第１照明状態においては前記複数の光源全てを点灯させ、前記第２照明状態においては前記複数の光源のうち前記一部の光源のみを点灯させる、ことを特徴とする部品実装装置。
3. 請求項１又は２に記載の部品実装装置において、
   前記処理装置は、前記撮像装置が撮像した画像のうち、前記照明光によりテープフィーダの上面に形成される光像の位置に基づきテープフィーダの高さを求める、ことを特徴とする部品実装装置。
4. 請求項３に記載の部品実装装置において、
   前記処理装置は、前記照明光の反射によりテープフィーダの上面に形成される輝点を前記光像として、当該輝点の位置に基づいてテープフィーダの高さを求める、ことを特徴とする部品実装装置。
5. 請求項４に記載の部品実装装置において、
   前記部品供給部に設置されかつ上面に部品取出し部を備えるテープフィーダを含み、
   前記テープフィーダの上面に、前記第２撮像処理の際に前記照明光の反射を促進させることにより前記輝点の形成を補助する鏡面状部が設けられている、ことを特徴とする部品実装装置。
6. 請求項５に記載の部品実装装置において、
   前記鏡面状部は、上向きに湾曲する形状である、ことを特徴とする部品実装装置。
7. 請求項３に記載の部品実装装置において、
   前記第２撮像処理の際に、前記照明光により、前記部品供給部に設置されるテープフィーダの上面に影を形成するための影形成部を含み、
   前記処理装置は、前記影を前記光像として、当該影の位置に基づいてテープフィーダの高さを求める、ことを特徴とする部品実装装置。
8. 請求項７に記載の部品実装装置において、
   前記影形成部は、前記テープフィーダの上面の一部を覆うカバー部材である、ことを特徴とする部品実装装置。
9. 請求項７に記載の部品実装装置において、
   前記部品供給部に設置されかつ上面に部品取出し部を備えるテープフィーダを含み、
   当該テープフィーダに前記影形成部が設けられている、ことを特徴とする部品実装装置。
10. 請求項４に記載の部品実装装置の前記部品供給部に設置されて部品を供給するテープフィーダであって、
    当該テープフィーダの上面に、前記第２撮像処理の際に、前記照明光の反射を促進させることにより前記輝点の形成を補助する鏡面状部が設けられている、ことを特徴とするテープフィーダ。
11. 請求項１０に記載のテープフィーダにおいて、
    前記鏡面状部は、上向きに湾曲する形状である、ことを特徴とするテープフィーダ。
12. 請求項７に記載の部品実装装置の前記部品供給部に設置されて部品を供給するテープフィーダであって、
    前記第２撮像処理の際に、前記照明光により、前記部品供給部に設置されるテープフィーダの上面に影を形成するための影形成部を備える、ことを特徴とするテープフィーダ。

Images