JP6388134B2

JP6388134B2 - 電子部品実装装置及び電子部品実装方法

Info

Publication number: JP6388134B2
Application number: JP2015528101A
Authority: JP
Inventors: 蜂谷　栄一; 栄一蜂谷; アンドレスタメス; ホセカマラ
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: US9015928B2; US20150026974A1; CN105409347B; JPWO2015011851A1; WO2015011851A1; CN105409347A

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置及び電子部品実装方法に関する。

現在用いられているほとんどの電子部品実装装置は、実装ヘッドがパーツフィーダからピックアップした電子部品を基板上に実装する前に、実装ヘッドによって保持された電子部品を撮像して、電子部品の保持位置等を認識する。なお、電子部品の撮像時、電子部品には照明が当てられる。また、電子部品の撮像に用いられるカメラとしては、ラインカメラ又は２Ｄセンサーが用いられる。

ラインカメラは、小型の電子部品から大型の電子部品まで利用できるが、照明に制約がある。すなわち、ラインカメラによる１回の機械的な走査の途中で電子部品への照明の当て方を切り替えることはできない。このため、１つの電子部品に対して異なる形態の照明を当てて画像を取り込むためには、２回以上の機械的な走査が必要である。また、ラインカメラが大きな電子部品を撮像するためには、当該電子部品の最大長さをカバーできる撮像素子数が必要である。しかし、ラインカメラの走査時間は、撮像素子数が多いほど長くなる。このため、大きな電子部品にも利用可能なラインカメラを用いると、１回の機械的な走査に時間がかかり、画像の取り込み速度が制限される。また、等速走査が必須であり、かつ、１次元の走査であるために撮像素子の並びに対して垂直な方向にラインカメラを走査する必要がある。

２Ｄセンサーには異なるサイズの撮像素子が複数用意され、撮像に用いられる撮像素子が電子部品の大きさに応じて切り替えられる。しかし、２Ｄセンサーのヘッドは、２列ノズルの構成には対応していない。２列ノズルの構成に対応するには、小型電子部品用の撮像素子を２つと大型電子部品用の撮像素子を１つ用意する必要がある。つまり、同一の視野を３つの撮像素子で構成するカメラを実現しなければならない。当該構成によれば、大型電子部品用の撮像素子をライン状に配置された撮像素子で実現すれば走査時間が問題になり、エリア状に配置された撮像素子で実現すればそのコスト及び画像データの読み出し時間が問題になる。

従来、電子部品実装装置における、ＱＦＰ（Quad Flat Package）のリードのコーポラナリティー検査等といった３次元画像を用いた部品検査には、特許文献５で説明されているレーザー光と位置検出素子（ＰＳＤ）を用いた方式が主に利用されていた。当該方式は、２次元画像を撮像するカメラを用いた方式とは、照明及び撮像の方法が本質的に異なる。このため、２次元画像を用いる方式を採ることは、２次元撮像のための手段と３次元撮像のための手段の両方の手段を電子部品実装装置に設けることになるため、電子部品実装装置のサイズやコストの面で大きなデメリットがあった。また、本質的に、レーザー光の照射による電子部品の高さを計測するためには、ポリゴンミラーによる機械的なレーザー光の操作が必要であるが、レーザー光の走査時間には制限がある。このため、高速化が必須な抵抗又はコンデンサー等の大量生産用のチップ部品及び厳密なタクトタイムが必要とされる生産ラインへの、上記レーザー光とＰＳＤを用いた方式の適用は不向きであった。

日本国特許第３３３６７７４号公報日本国特許第３３１８１４６号公報日本国特許第３３４１５６９号公報日本国特許第３８９３１８４号公報日本国特許第３５７８５８８号公報

本発明の目的は、基板に実装される電子部品の移動時間を短縮可能な電子部品実装装置及び電子部品実装方法を提供することである。

本発明は、電子部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、前記保持部を移動させる移動機構部と、前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備えた電子部品実装装置であって、前記部品撮像部は、少なくとも１つの撮像素子を含むエリアカメラを有し、前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品を、前記移動機構部によって前記保持部が加速移動又は減速移動されている間に撮像するよう、前記部品撮像部を制御する電子部品実装装置を提供する。

本発明は、電子部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、前記保持部を移動させる移動機構部と、前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備えた電子部品実装装置であって、前記部品撮像部は、少なくとも１つの撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも３つ有し、前記撮像素子の視野はエリアカメラによらずそれぞれ共通し、前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品を、前記移動機構部によって前記保持部が加速移動又は減速移動されている間に撮像するよう、前記部品撮像部を制御する電子部品実装装置を提供する。

本発明は、電子部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、前記保持部を移動させる移動機構部と、前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備え、前記部品撮像部は、少なくとも１つの撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも３つ有し、前記撮像素子の視野はエリアカメラによらずそれぞれ共通する電子部品実装装置が行う電子部品実装方法であって、前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品を、前記移動機構部によって前記保持部が加速移動又は減速移動されている間に撮像するよう、前記部品撮像部を制御する電子部品実装方法を提供する。

本発明に係る電子部品実装装置及び電子部品実装方法によれば、基板に実装される電子部品の移動時間を短縮できる。

本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の全体斜視図図１に示す電子部品実装装置の上面図３Ｄセンサー１１３の概略構成図３Ｄセンサー１１３が有する各カメラの構成とその働きを説明する図センターカメラ１５１Ｃの働きを説明する図レフトカメラ１５１Ｌの働きを説明する図ライトカメラ１５１Ｒの働きを説明する図一実施形態の電子部品実装装置におけるエンコーダー１３１，１３３、制御部１３５及び部品認識部１３７と他の構成要素との関係、並びに、制御部１３５及び部品認識部１３７の各内部構成を示す図小型の電子部品用のヘッド部１０７Ｓの構成と３Ｄセンサー１１３の各カメラの２つの撮像素子の視野１７１ａ，１７１ｂとの関係を示す図小型の電子部品用のヘッド部１０７Ｓの構成と３Ｄセンサー１１３の各カメラの２つの撮像素子の視野１７１ａ，１７１ｂとの関係を示す図大型の電子部品用のヘッド部１０７Ｌの構成と３Ｄセンサー１１３の各カメラの２つの撮像素子の視野１７１ａ，１７１ｂとの関係を示す図大型の電子部品用のヘッド部１０７Ｌの構成と３Ｄセンサー１１３の各カメラの２つの撮像素子の視野１７１ａ，１７１ｂとの関係を示す図３Ｄセンサー１１３が図９及び図１０のヘッド部１０７Ｓに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図図１３に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図３Ｄセンサー１１３が図９及び図１０のヘッド部１０７Ｓに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図図１５に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図３Ｄセンサー１１３が図１１及び図１２のヘッド部１０７Ｌに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図最初に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図次に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図３Ｄセンサー１１３が図１１及び図１２のヘッド部１０７Ｌに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図最初に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図次に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図ノズル１１９を２列配置したヘッド部１０７、３Ｄセンサー１１３、及び電子部品が装着される基板１１５の水平的な位置関係の一例を示す図ヘッド部１０７が電子部品をフィーダー部１０３から吸着して基板１１５に装着するまでの第２実施例における移動経路を示す図図２３に示したヘッド部１０７の移動時におけるＸ軸方向の速度とＹ軸方向の速度の経時変化を示す図ヘッド部１０７が電子部品をフィーダー部１０３から吸着して基板１１５に装着するまでの第３実施例における移動経路を示す図図２６に示したヘッド部１０７の移動時におけるＸ軸方向の速度とＹ軸方向の速度の経時変化を示す図３Ｄセンサー１１３による電子部品の第１回目の撮像タイミング時の視野１７１ａ，１７１ｂとヘッド部１０７との垂直方向の位置関係を示す図３Ｄセンサー１１３による電子部品の第２回目の撮像タイミング時の視野１７１ａ，１７１ｂとヘッド部１０７との垂直方向の位置関係を示す図３Ｄセンサー１１３による電子部品の第３回目の撮像タイミング時の視野１７１ａ，１７１ｂとヘッド部１０７との垂直方向の位置関係を示す図３Ｄセンサー１１３による電子部品の第６回目の撮像タイミング時の視野１７１ａ，１７１ｂとヘッド部１０７との垂直方向の位置関係を示す図ヘッド部１０７に吸着された電子部品の認識を３次元画像に基づいて行う場合の、ＬＥＤライト１５３の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図ヘッド部１０７をＸ軸方向に移動して図３２の動作が複数回行われる場合の、ＬＥＤライト１５３の発光及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図ヘッド部１０７に吸着された電子部品の認識を２次元画像に基づいて行う場合の、ＬＥＤライト１５３の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図ヘッド部１０７をＸ軸方向に移動して図３４の動作が複数回行われる場合の、ＬＥＤライト１５３の発光及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図ヘッド部１０７をＸ軸方向に移動して図３２に示した動作又は図３５に示した動作が選択的に行われる場合の、ＬＥＤライト１５３の発光及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングの一例を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置は、抵抗若しくはコンデンサー等の比較的小さな電子部品からパッケージされたＬＳＩ若しくはメモリ等の比較的大きな電子部品までを、プリント基板又は液晶ディスプレイパネル若しくはプラズマディスプレイパネルの基板に実装する。当該電子部品実装装置では、電子部品を基板に実装する前に電子部品を撮像し、撮像画像を用いたソフトウェア処理により電子部品の位置決めと所要の検査を行った上で、電子部品を基板上に装着する。

図１は、本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の全体斜視図である。また、図２は、図１に示す電子部品実装装置の上面図である。本実施形態の電子部品実装装置１００は、本体１０１と、フィーダー部１０３と、トレー供給部１０５と、ヘッド部１０７と、Ｘ軸ロボット１０９と、Ｙ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂと、３次元センサー（以下「３Ｄセンサー」という）１１３とを備える。なお、電子部品実装装置１００内には基板１１５が搭載されたベルト１１７が通過していく。

フィーダー部１０３は、比較的小型の電子部品を供給する。トレー供給部１０５は、比較的大型の電子部品を供給する。ヘッド部１０７は、その底面に行列状に配設された複数のノズル１１９を有する。ヘッド部１０７は、フィーダー部１０３又はトレー供給部１０５から供給された電子部品１２１をノズル１１９で吸着することで保持する。なお、吸着する電子部品の大きさ又は種類に応じて、ノズル１１９の数又は形態が異なるヘッド部１０７が用いられる。Ｘ軸ロボット１０９は、ヘッド部１０７を図１に示すＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂは、ヘッド部１０７を図１に示すＹ軸方向に移動させる。Ｘ軸とＹ軸は直交する。３Ｄセンサー１１３は、ヘッド部１０７がＸ軸ロボット１０９又はＹ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂによって移動する際に、ヘッド部１０７が吸着した電子部品１２１を下側から撮像する。

図３は、３Ｄセンサー１１３の概略構成図である。図３に示すように、３Ｄセンサー１１３の内部には、電子部品の真下から撮像するセンターカメラ１５１Ｃと、各々略対称な斜め方向から同じ電子部品を撮像するレフトカメラ１５１Ｌ及びライトカメラ１５１Ｒとが設けられている。なお、センターカメラ１５１Ｃ、レフトカメラ１５１Ｌ及びライトカメラ１５１Ｒの焦点位置は同じであり、各カメラは電子シャッターの機能を有する。また、３Ｄセンサー１１３には、電子部品の撮像時に当該電子部品を多方向から照明する照明手段として多数のＬＥＤライト１５３が配設されている。

図４は、３Ｄセンサー１１３が有する各カメラの構成とその働きを説明する図である。図４に示すように、センターカメラ１５１Ｃ、レフトカメラ１５１Ｌ及びライトカメラ１５１Ｒは、それぞれ１組の撮像素子を有する。センターカメラ１５１Ｃには、１個のテレセントリックレンズ１６１にビームスプリッター１６３が取り付けられ、２つの撮像素子１６５ａ，１６５ｂが２次元の各視野を有する。また、レフトカメラ１５１Ｌでは、２つの撮像素子１６５ｃ，１６５ｄの各々にレンズ１６７ｃ，１６７ｄが設けられている。同様に、ライトカメラ１５１Ｒでは、２つの撮像素子１６５ｅ，１６５ｆの各々にレンズ１６７ｅ，１６７ｆが設けられている。なお、センターカメラ１５１Ｃの撮像素子１６５ａの視野は、レフトカメラ１５１Ｌの撮像素子１６５ｃの視野及びライトカメラ１５１Ｒの撮像素子１６５ｅの視野とほぼ共通する。なお、レフトカメラ１５１Ｌの撮像素子１６５ｃ及びライトカメラ１５１Ｒの撮像素子１６５ｅの各視野もほぼ共通する。同様に、センターカメラ１５１Ｃの撮像素子１６５ｂの視野は、レフトカメラ１５１Ｌの撮像素子１６５ｄの視野及びライトカメラ１５１Ｒの撮像素子１６５ｆの視野とほぼ共通する。なお、レフトカメラ１５１Ｌの撮像素子１６５ｄ及びライトカメラ１５１Ｒの撮像素子１６５ｆの各視野もほぼ共通する。

図５は、センターカメラ１５１Ｃの働きを説明する図である。図５に示すように、センターカメラ１５１Ｃでは、ビームスプリッター１６３とテレセントリックレンズ１６１ａを介して、撮像素子１６５ａが視野１７１ａを撮像し、撮像素子１６５ｂが視野１７１ｂを撮像する。視野１７１ａ，１７１ｂの各領域は、撮像方向から見た小型の電子部品のサイズよりも大きい。なお、撮像素子１６５ａ，１６５ｂはそれぞれ独立したデバイスであり、同じタイミングで撮像することも別々のタイミングで撮像することもできる。

図６は、レフトカメラ１５１Ｌの働きを説明する図である。図６に示すように、レフトカメラ１５１Ｌでは、撮像素子１６５ｃがレンズ１６７ｃを介して視野１７１ａを撮像し、撮像素子１６５ｄがレンズ１６７ｄを介して視野１７１ｂを撮像する。なお、撮像素子１６５ｃ，１６５ｄはそれぞれ独立したデバイスであり、同じタイミングで撮像することも別々のタイミングで撮像することもできる。

図７は、ライトカメラ１５１Ｒの働きを説明する図である。図７に示すように、ライトカメラ１５１Ｒでは、撮像素子１６５ｅがレンズ１６７ｅを介して視野１７１ａを撮像し、撮像素子１６５ｆがレンズ１６７ｆを介して視野１７１ｂを撮像する。なお、撮像素子１６５ｅ，１６５ｆはそれぞれ独立したデバイスであり、同じタイミングで撮像することも別々のタイミングで撮像することもできる。

本実施形態の電子部品実装装置１００は、図１及び図２に示した構成要素の他にも、図示されていないエンコーダー、制御部及び部品認識部を備える。図８は、一実施形態の電子部品実装装置におけるエンコーダー１３１，１３３、制御部１３５及び部品認識部１３７と他の構成要素との関係、並びに、制御部１３５及び部品認識部１３７の各内部構成を示す図である。

エンコーダー１３１は、Ｘ軸ロボット１０９によるヘッド部１０７のＸ軸方向の移動を計測し、ヘッド部１０７のＸ軸方向の移動量を示す信号（以下「Ｘ軸エンコーダー信号」という）を出力する。また、エンコーダー１３３は、Ｙ軸ロボット１１１によるヘッド部１０７のＹ軸方向の移動を計測し、ヘッド部１０７のＹ軸方向の移動を示す信号（以下「Ｙ軸エンコーダー信号」という）を出力する。制御部１３５は、ヘッド部１０７が吸着している電子部品の大きさに応じて、エンコーダー１３１，１３３が出力した各信号に基づき、３Ｄセンサー１１３を構成する各カメラの撮像素子の撮像タイミング、及びＬＥＤライト１５３の点灯タイミング又は照明形態等を制御する。部品認識部１３７は、３Ｄセンサー１１３が撮像した画像に基づいて、ヘッド部１０７が吸着している電子部品の状態等を認識する。

制御部１３５は、図８に示すように、エンコーダーＩ／Ｆ部２０１と、位置判別部２０３と、撮像タイミング決定部２０５と、撮像制御部２０７と、照明制御部２０９とを有する。エンコーダーＩ／Ｆ部２０１は、エンコーダー１３１から出力されたＸ軸エンコーダー信号及びエンコーダー１３３から出力されたＹ軸エンコーダー信号を受け取る。位置判別部２０３は、エンコーダーＩ／Ｆ部２０１が受け取ったＸ軸エンコーダー信号及びＹ軸エンコーダー信号に基づいて、ヘッド部１０７の位置を判別する。撮像タイミング決定部２０５は、ヘッド部１０７の位置に基づいて、ヘッド部１０７が吸着している電子部品の大きさ又は種類に応じた３Ｄセンサー１１３による撮像タイミングを決定する。撮像制御部２０７は、撮像タイミング決定部２０５によって決定された撮像タイミングに基づいて、３Ｄセンサー１１３の各カメラの撮像素子の露光を制御する。なお、撮像制御部２０７は、各カメラの２つの撮像素子に対してそれぞれ独立に制御する。照明制御部２０９は、撮像タイミング決定部２０５によって決定された撮像タイミングに基づいて、３Ｄセンサー１１３のＬＥＤライト１５３の発光を制御する。照明制御部２０９によるＬＥＤライト１５３の発光制御によって、電子部品に照射される光の明るさ、照射角度、又は照明の種類（例えば、透過照明と反射照明）を変えることができる。

部品認識部１３７は、図８に示すように、画像データＩ／Ｆ部２１１と、ビデオメモリ２１３と、画像処理部２１５とを有する。画像データＩ／Ｆ部２１１は、３Ｄセンサー１１３の各カメラの撮像素子が撮像した画像のデータを受け取る。画像データＩ／Ｆ部２１１が受け取った画像データはビデオメモリ２１３に格納される。画像処理部２１５は、認識しようとする電子部品の種類に応じて、ビデオメモリ２１３に格納された画像データを用いた画像処理を行う。なお、画像処理部２１５は、３Ｄセンサー１１３のセンターカメラ１５１Ｃからの画像データのみを用いて画像処理しても良い。この場合、得られる画像は２次元画像であるが、画像処理部２１５の処理時間を短縮できる。また、画像処理部２１５が３Ｄセンサー１１３の全てのカメラ（センターカメラ１５１Ｃ、レフトカメラ１５１Ｌ及びライトカメラ１５１Ｒ）からの各画像データを用いて画像処理を行う場合、死角のない３次元画像が得られる。

図９及び図１０は、小型の電子部品用のヘッド部１０７Ｓの構成と３Ｄセンサー１１３の各カメラの２つの撮像素子の視野１７１ａ，１７１ｂとの関係を示す図である。図９は、ヘッド部１０７ＳをＹ軸方向から見たヘッド部１０７Ｓの側面図であり、図１０は、ヘッド部１０７ＳをＸ軸方向から見たヘッド部１０７Ｓの側面図である。本実施形態の電子部品実装装置に限らず、電子部品実装装置の機能の一つとして、電子部品の吸着、認識、装着といった一連の動作で基板に実装できる電子部品の数が多いことが望ましい。このため、ノズル１１９を２列配置した図９及び図１０に示すヘッド部１０７Ｓの構成は、小型の電子部品を多数吸着できるという点で有効である。図９及び図１０に示したヘッド部１０７Ｓでは、Ｙ軸方向に２列、１列当たり８個のノズル１１９が配設されており、各ノズルが小型の電子部品を１つ吸着する。当該ヘッド部１０７Ｓに小型の電子部品が装着された場合、３Ｄセンサーの各カメラの２つの撮像素子の各視野内には、Ｙ軸方向に配設された２つのノズル１１９に吸着された２つの電子部品１２１ａ，１２１ｂがそれぞれ個別に含まれる。

図１１及び図１２は、大型の電子部品用のヘッド部１０７Ｌの構成と３Ｄセンサー１１３の各カメラの２つの撮像素子の視野１７１ａ，１７１ｂとの関係を示す図である。図１１は、ヘッド部１０７ＬをＹ軸方向から見たヘッド部１０７Ｌの側面図であり、図１２は、ヘッド部１０７ＬをＸ軸方向から見たヘッド部１０７Ｌの側面図である。１つの撮像素子の視野に収まらない大型の電子部品を実装する場合、例えば図１１及び図１２に示すヘッド部１０７Ｌが用いられる。図１１及び図１２に示したヘッド部１０７Ｌでは、Ｙ軸方向に１列、１列当たり２個のノズル１１９が配設されており、各ノズルが大型の電子部品１２１ｃを１つ吸着する。当該ヘッド部１０７Ｌに大型の電子部品１２１ｃが装着された場合、３Ｄセンサーの各カメラの２つの撮像素子の各視野内には、電子部品１２１ｃの一部のみが含まれる。また、２つの撮像素子による一度の撮像では電子部品１２１ｃの全体が撮像されない。このため、ヘッド部１０７ＬをＸ軸方向に移動させた上での撮像が複数回行われる。

（第１実施例）
本実施形態の電子部品実装装置において効率的なタクトタイムを実現するためには、電子部品の撮像動作の効率化が重要である。すなわち、電子部品の撮像時にヘッド部１０７が往復運動することなく、電子部品の大きさによらずにヘッド部１０７が３Ｄセンサー１１３上を一度通過するだけで電子部品の認識に必要な画像が得られれば、効率的なタクトタイムが実現できる。以下、本実施形態の電子部品実装装置が備える制御部１３５の撮像制御部２０７及び照明制御部２０９によって制御された電子部品の撮像について説明する。

図１３は、３Ｄセンサー１１３が図９及び図１０のヘッド部１０７Ｓに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図である。また、図１４は、図１３に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図１３及び図１４に示した例では、小型の電子部品１２１ａ，１２１ｂが同じタイミングかつ同じ照明下でそれぞれ撮像される。なお、視野１７１ａ内に位置する電子部品１２１ａの撮像面は撮像素子１６５ａ，１６５ｃ，１６５ｅによって撮像され、視野１７１ｂ内に位置する電子部品１２１ｂの撮像面は撮像素子１６５ｂ，１６５ｄ，１６５ｆによって撮像される。したがって、本実施形態の電子部品実装装置が備える部品認識部１３７は、１つの視野に対応する撮像素子が撮像した１枚の画像から小型の電子部品を認識することができる。

図１５は、３Ｄセンサー１１３が図９及び図１０のヘッド部１０７Ｓに吸着された小型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図である。また、図１６は、図１５に示したタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と小型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。ノズル１１９が２列に構成されたヘッド部１０７Ｓが吸着する小型の電子部品の種類が列毎に異なる場合、電子部品の種類毎にＬＥＤライト１５３の照明形態を変えた方が有効な画像が得られることがある。例えば、一方の列のノズルに吸着された電子部品を撮像する際には照明を比較的明るくし、他方の列のノズルに吸着された電子部品を撮像する際には照明を比較的暗くする。このため、図１５及び図１６に示した例では、小型の電子部品１２１ａ，１２１ｂの撮像タイミングをそれぞれずらし、かつ、各撮像タイミングでは異なる照明形態に設定される。すなわち、視野１７１ａ内に位置する電子部品１２１ａの撮像面は第１の照明形態の下、撮像素子１６５ａ，１６５ｃ，１６５ｅによって１回目のタイミングで撮像され、視野１７１ｂ内に位置する電子部品１２１ｂの撮像面は第２の照明形態の下、撮像素子１６５ｂ，１６５ｄ，１６５ｆによって２回目のタイミングで撮像される。

なお、１回目のタイミングで撮像されたときの電子部品１２１ａの位置と２回目のタイミングで撮像されたときの電子部品１２１ｂの位置のＸ軸上の間隔、すなわち、ヘッド部１０７ＳのＸ軸上の移動距離は非常に小さい。例えばＬＥＤライト１５３の発光時間を１０μ秒であり、ヘッド部１０７ＳのＸ軸上の移動速度を２０００ｍｍ／秒であれば、上記間隔は２０μｍである。

図１７は、３Ｄセンサー１１３が図１１及び図１２のヘッド部１０７Ｌに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの一例を示す図である。また、図１８は、最初に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図１９は、次に撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図１７〜図１９に示した例では、ノズル１１９が１列に構成されたヘッド部１０７Ｌに吸着された２つの視野１７１ａ，１７１ｂをまたぐ大型の電子部品１２１ｃが、各視野に対応する撮像素子によって同じタイミングかつ同じ照明下で撮像された後、ヘッド部１０７ＬがＸ軸方向に所定長移動したとき、先の撮像時と同じ条件で再び撮像される。したがって、画像処理部２１５は、複数回の撮像によって得られた各視野に対応した撮像素子による複数の画像を併せて、大型の電子部品１２１ｃの撮像面の全体が含まれる画像を生成する。また、部品認識部１３７は、画像処理部２１５が複数の画像を併せた画像から大型の電子部品を認識することができる。なお、複数の画像を組み合わせる処理には、各画像のデータを一旦ビデオメモリ２１３に取り込みソフトウェアで実行する方法と、ハードウェアにてリアルタイムに実行する方法のいずれかによって行われる。画像処理部２１５がいずれの方法で処理するかは、処理時間と処理能力の兼ね合いで決定して良い。

図２０は、３Ｄセンサー１１３が図１１及び図１２のヘッド部１０７Ｌに吸着された大型の電子部品を撮像する際の露光及び照明のタイミングの他の例を示す図である。また、図２１は、最初に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図２２は、次に異なるタイミングで撮像された際の各撮像素子の視野と大型の電子部品との垂直方向の位置関係を示す図である。図２０〜図２２に示した例では、大型の電子部品１２１ｃの撮像面が、各視野に対応する撮像素子によって異なるタイミングかつ同じ照明下で撮像された後、ヘッド部１０７ＬがＸ軸方向に所定長移動したとき、先の撮像時と同じ条件で再び撮像される。この場合も、画像処理部２１５は、複数回の撮像によって得られた各視野に対応する撮像素子による画像を組み合わせれば、大型の電子部品１２１ｃの撮像面全体の画像を得ることができる。なお、図２０に示した撮像モードは図１５に示した撮像モードと共用化することが可能であるため、回路設計が多少とも簡便になる。

以上説明したように、第１実施例では、１つの撮像素子の視野に収まる小型の電子部品の認識に際しては１つの撮像素子が撮像した画像を利用し、２つの視野をまたぐ大型の電子部品の認識に際しては、これら２つの視野に対応する２つの撮像素子が撮像した各画像を併せた画像を利用する。したがって、ヘッド部１０７が往復運動することなく、電子部品の大きさによらずにヘッド部１０７が３Ｄセンサー１１３上を一度通過するだけで電子部品の認識に必要な画像が得られる。その結果、基板に実装される電子部品の大きさによらず、高速かつ高精度に検査対象の電子部品を認識することができる。

（第２実施例）
図２３は、ノズル１１９を２列配置したヘッド部１０７、３Ｄセンサー１１３、及び電子部品が装着される基板１１５の水平的な位置関係の一例を示す図である。また、図２４は、ヘッド部１０７が電子部品をフィーダー部１０３から吸着して基板１１５に装着するまでの第２実施例における移動経路を示す図である。図２４に示すＯ点は、電子部品を吸着するときのヘッド部１０７の中心位置を表す。ヘッド部１０７は、Ｏ点で電子部品を吸着した後、Ｘ軸ロボット１０９及びＹ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂによってＰ点まで移動される。次に、ヘッド部１０７は、Ｘ軸ロボット１０９によってＰ点からＱ点まで移動される。なお、Ｐ点からＱ点への移動はＸ軸に平行な移動である。最後に、ヘッド部１０７は、Ｘ軸ロボット１０９及びＹ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂによって、電子部品の装着点であるＲ点まで移動される。ヘッド部１０７が吸着している電子部品の３Ｄセンサー１１３による撮像は、ヘッド部１０７がＰ点に位置するときからＱ点に位置するときまで間欠的に行われる。

図２５は、図２３に示したヘッド部１０７の移動時におけるＸ軸方向の速度とＹ軸方向の速度の経時変化を示す図である。図２５に示すように、Ｏ点からＰ点に到達したヘッド部１０７は、Ｑ点に向けて加速した後、所定距離を等速で移動し、Ｑ点への到達に向けて減速する。上述したように、３Ｄセンサー１１３による電子部品の撮像は、ヘッド部１０７がＰ点に位置するときからＱ点に位置するときまで行われる。すなわち、本実施形態の電子部品実装装置が備える制御部１３５による撮像制御は、ヘッド部１０７がＰ点からＱ点への等速移動中に限定されない。制御部１３５は、Ｐ点からＱ点に向けてヘッド部１０７が加速中にも撮像を行うよう３Ｄセンサー１１３を制御し、ヘッド部１０７がＱ点への到達に向けて減速中にも撮像を行うよう３Ｄセンサー１１３を制御する。

図２５には、ヘッド部１０７がＰ点からＱ点への等速移動中に撮像タイミングが限定された場合のＸ軸方向の速度とＹ軸方向の速度の経時変化が点線で示される。この場合、ヘッド部１０７は、Ｏ点から図２４に示すｐ点に移動し、ｐ点からＸ軸と平行な方向に加速して、Ｐ点からＱ点までの間は等速で移動し、図２４に示すｑ点への到達に向けて減速する。最後に、ヘッド部１０７は、ｑ点からＲ点まで移動される。

図２５に点線で示した場合はｐ点からＰ点までの加速時間及びＱ点からｑ点までの減速時間は撮像可能時間に含まれないが、第２実施例では加減速時間も撮影可能時間に含まれる。このため、ヘッド部１０７のＯ点からＲ点までの移動時間を比較すると、図２５に実線で示した本実施例による移動時間の方が、図２５に点線で示した場合よりも短い。その結果、本実施形態の電子部品実装装置におけるタクトタイムを効率化できる。

なお、エンコーダー１３１，１３３からの信号が所定位置を示してから、制御部１３５がＬＥＤライト１５３の点灯と撮像素子の露光を指示するまでには、制御部１３５の処理能力にもよるが、例えば３０μ秒が必要である。ヘッド部１０７の移動速度が１０００ｍｍ／秒であれば３０μｍの画像としての遅れ（ヘッド部１０７の移動方向へのズレ）が発生する。本実施例のようにヘッド部１０７が加減速移動中に撮像が行われる場合、制御部１３５の撮像タイミング決定部２０５は、ヘッド部１０７の移動速度に応じた遅れを逆算しながら、当該遅れをキャンセルした撮像タイミングを決定する。

（第３実施例）
図２６は、ヘッド部１０７が電子部品をフィーダー部１０３から吸着して基板１１５に装着するまでの第３実施例における移動経路を示す図である。図２６に示すＯ点は、小型の電子部品を吸着するときのヘッド部１０７の中心位置を表す。ヘッド部１０７は、Ｏ点で電子部品を吸着した後、Ｘ軸ロボット１０９及びＹ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂによってＰ点まで移動される。次に、ヘッド部１０７は、Ｘ軸ロボット１０９及びＹ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂによってＰ点からＱ点まで移動される。なお、Ｐ点からＱ点への移動は、Ｘ軸に対して斜めに、Ｙ軸上で基板１１５に近づく方向への移動である。最後に、ヘッド部１０７は、Ｘ軸ロボット１０９及びＹ軸ロボット１１１ａ，１１１ｂによって、電子部品の装着点であるＲ点まで移動される。ヘッド部１０７が吸着している小型の電子部品の撮像は、ヘッド部１０７がＰ点からＱ点への移動中、ヘッド部１０７が３Ｄセンサー１１３上を通過している間に間欠的に行われる。

図２７は、図２６に示したヘッド部１０７の移動時におけるＸ軸方向の速度とＹ軸方向の速度の経時変化を示す図である。図２７に示すように、Ｏ点からＰ点に到達したヘッド部１０７は、Ｑ点に向けて加速した後、所定距離を等速で移動し、Ｑ点への到達に向けて減速する。上述したように、３Ｄセンサー１１３による小型の電子部品の撮像は、ヘッド部１０７が３Ｄセンサー１１３上を通過している間に間欠的に行われる。本実施例では、Ｙ軸エンコーダー信号が示すＹ軸上の位置に応じて撮像タイミングが決定される。

図２８〜図３１は、３Ｄセンサー１１３による電子部品の撮像タイミング毎に視野１７１ａ，１７１ｂとヘッド部１０７との垂直方向の位置関係を示す図である。本実施例でも、ノズルが２列に構成されたヘッド部１０７が吸着する小型の電子部品の種類が列毎に異なる場合、小型の電子部品１２１ａ，１２１ｂの撮像タイミングをそれぞれずらし、かつ、各撮像タイミングでは異なる照明形態に設定される。なお、ヘッド部１０７が１種類の電子部品を吸着している場合には、各列の電子部品の撮像タイミングは同じであっても良い。

図２７には、電子部品の撮像中にヘッド部１０７がＸ軸と平行に移動する場合のＸ軸方向の速度とＹ軸方向の速度の経時変化が点線で示される。図２７に点線で示した例では、撮像中のＹ軸方向のヘッド部１０７の移動量は０である。すなわち、第２実施例で図２４に示した場合と同じである。しかし、第３実施例では、撮像時間を含むＰ点からＱ点への移動時に、ヘッド部１０７はＹ軸方向にも基板１１５に向けて移動する。すなわち、ヘッド部１０７のＹ軸上の動作が装着点（Ｒ点）までの時間を律速している。このため、ヘッド部１０７のＯ点からＲ点までの移動時間を比較すると、図２７に実線で示した本実施例による移動時間の方が、図２７に点線で示した場合よりも短い。その結果、本実施形態の電子部品実装装置におけるタクトタイムを効率化できる。なお、本実施例は、ヘッド部１０７が小型の電子部品を吸着する場合に適用可能である。

（第４実施例）
図３２は、ヘッド部１０７に吸着された電子部品の認識を３次元画像に基づいて行う場合の、ＬＥＤライト１５３の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。図３２に示す例では、ノズルが２列に構成されたヘッド部１０７の異なる列に吸着された２つの小型の電子部品に対して、それぞれ異なるタイミングで異なる照明形態の光を照射して、各照明に同期して３Ｄセンサー１１３が有する各カメラの撮像素子が露光される。撮像素子が露光したことにより得られた画像データは、本実施形態の電子部品実装装置が備える部品認識部１３７のビデオメモリ２１３に順次転送される。図３３は、ヘッド部１０７をＸ軸方向に移動して図３２の動作が複数回行われる場合の、ＬＥＤライト１５３の発光及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。

図３４は、ヘッド部１０７に吸着された電子部品の認識を２次元画像に基づいて行う場合の、ＬＥＤライト１５３の発光、撮像素子の画像データの出力及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。図３４に示す例では、ノズルが２列に構成されたヘッド部１０７の異なる列に吸着された２つの小型の電子部品に対して、それぞれ異なるタイミングで異なる照明形態の光を照射して、各照明に同期して３Ｄセンサー１１３が有するセンターカメラ１５１Ｃの撮像素子が露光される。撮像素子が露光したことにより得られた画像データは、本実施形態の電子部品実装装置が備える部品認識部１３７のビデオメモリ２１３に順次転送される。図３５は、ヘッド部１０７をＸ軸方向に移動して図３４の動作が複数回行われる場合の、ＬＥＤライト１５３の発光及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングを示す図である。

図３６は、ヘッド部１０７をＸ軸方向に移動して図３２に示した動作又は図３５に示した動作が選択的に行われる場合の、ＬＥＤライト１５３の発光及びビデオメモリ２１３への画像データの書き込みの各タイミングの一例を示す図である。図３６に示す例では、ヘッド部１０７に吸着された電子部品の認識を３次元画像に基づいて行うか２次元画像に基づいて行うかを、電子部品の種類等に応じて本実施形態の電子部品実装装置が備える制御部１３５が選択する。制御部１３５の撮像制御部２０７は、２次元画像を撮像する場合には、３Ｄセンサー１１３のセンターカメラ１５１Ｃの撮像素子１６５ａ，１６５ｂを露光するよう制御し、３次元画像を撮像する場合には、３Ｄセンサー１１３のセンターカメラ１５１Ｃ、レフトカメラ１５１Ｌ及びライトカメラ１５１Ｒがそれぞれ有する全ての撮像素子を露光するよう制御する。３次元画像に基づく部品認識には、例えば、ＱＦＰのリード浮き検査又は微小部品の吸着姿勢の検査等が含まれる。

図３２〜図３６に示したように、２次元画像を撮像する際にビデオメモリ２１３に書き込まれる画像データの合計サイズは、３次元画像を撮像する際にビデオメモリ２１３に書き込まれる画像データの合計サイズよりも小さい。すなわち、一度の撮像当たり３Ｄセンサー１１３からビデオメモリ２１３に転送されるデータ量は、２次元画像の方が３次元画像よりも小さい。また、３次元画像を生成するためには画像処理部２１５が各カメラからの画像データを３Ｄ処理する必要がある。このため、部品認識部１３７のソフトウェア又はハードウェアによる処理負担は、２次元画像の場合よりも３次元画像の場合の方が処理データ量の増加に伴い大きくなる。言い換えれば、２次元画像に基づく認識のときの方が部品認識部１３７の処理負担が小さい。

以上説明したように、第４実施例では、電子部品の認識に利用する画像として２次元画像が必要であるか３次元画像が必要であるかに応じて、制御部１３５の撮像制御部２０７は、ヘッド部１０７によって吸着された電子部品毎、電子部品群毎又は電子部品の種類毎に３Ｄセンサー１１３の撮像形態を制御する。このように、撮像形態を選択的に使い分けることによって、不必要な画像データの転送が発生せず、また、部品認識部１３７に不必要な負担をかけることもない。その結果、電子部品実装装置は迅速に部品認識を行うことができる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、2013年7月25日出願の米国特許出願（13/950,837）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明に係る電子部品実装装置は、電子部品を基板に実装するマウンター等として有用である。

１００電子部品実装装置
１０１本体
１０３フィーダー部
１０５トレー供給部
１０７，１０７Ｓ，１０７Ｌヘッド部
１０９Ｘ軸ロボット
１１１ａ，１１１ｂＹ軸ロボット
１１３３次元センサー（３Ｄセンサー）
１１５基板
１１７ベルト
１１９ノズル
１２１電子部品
１３１，１３３エンコーダー
１３５制御部
１３７部品認識部
１５１Ｃセンターカメラ
１５１Ｌレフトカメラ
１５１Ｒライトカメラ
１５３ＬＥＤライト
１６５ａ，１６５ｂ，１６５ｃ，１６５ｄ，１６５ｅ，１６５ｆ撮像素子
１６１テレセントリックレンズ
１６３ビームスプリッター
１６７ｃ，１６７ｄ，１６７ｅ，１６７ｆレンズ
１７１ａ，１７１ｂ視野
２０１エンコーダーＩ／Ｆ部
２０３位置判別部
２０５撮像タイミング決定部
２０７撮像制御部
２０９照明制御部
２１１画像データＩ／Ｆ部
２１３ビデオメモリ
２１５画像処理部
１２１ａ，１２１ｂ小型の電子部品
１２１ｃ大型の電子部品

Claims

電子部品を供給する部品供給部と、
前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、
前記保持部を移動させる移動機構部と、
前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、
前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、
前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備えた電子部品実装装置であって、
前記部品撮像部は、第１撮像素子及び第２撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも３つ有し、各々の前記エリアカメラの前記第１撮像素子の視野は前記エリアカメラによらずそれぞれ共通する領域を有し、各々の前記エリアカメラの前記第２撮像素子の視野は前記エリアカメラによらずそれぞれ共通する領域を有し、
前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品を、前記移動機構部によって前記保持部が加速移動又は減速移動されている間に撮像するよう、前記部品撮像部を制御することを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１に記載の電子部品実装装置であって、
前記制御部は、前記保持部が保持する前記電子部品の大きさに応じて、前記部品撮像部の撮像形態を第１撮像モード又は第２撮像モードに設定し、
前記部品認識部は、
前記撮像形態が前記第１撮像モードに設定されたとき、前記第１撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって保持された第１電子部品を認識し、かつ、前記第２撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって前記第１電子部品と共に保持された第２電子部品を認識し、
前記撮像形態が前記第２撮像モードに設定されたとき、前記第１撮像素子が撮像した画像及び前記第２撮像素子が撮像した画像を併せた画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識することを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１または２に記載の電子部品実装装置であって、
前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品毎又は電子部品群毎に、前記部品撮像部の撮像形態を第３撮像モード又は第４撮像モードに設定し、
前記部品認識部は、
前記撮像形態が前記第３撮像モードに設定されたとき、前記少なくとも３つのエリアカメラのうちの１つの前記エリアカメラの前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識し、
前記撮像形態が前記第４撮像モードに設定されたとき、各エリアカメラの前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識することを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品実装装置であって、
１つの前記エリアカメラが前記部品撮像部の上方に位置した前記電子部品を見上げる向きに配設され、少なくとも２つの前記エリアカメラが前記１つのエリアカメラの中心軸に対して略線対称で、かつ、前記中心軸に対して斜めに配設することを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子部品実装装置であって、
前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品を前記保持部が停止状態から加速し、等速移動後、減速して停止するまでの間に撮像するよう、前記部品撮像部を制御することを特徴とする電子部品実装装置。
電子部品を供給する部品供給部と、
前記部品供給部から供給された前記電子部品を保持する保持部と、
前記保持部を移動させる移動機構部と、
前記保持部によって保持された前記電子部品を撮像する部品撮像部と、
前記部品撮像部による前記電子部品の撮像形態を制御する制御部と、
前記部品撮像部が撮像した画像に基づいて前記電子部品を認識する部品認識部と、を備え、
前記部品撮像部は、第１撮像素子及び第２撮像素子を含むエリアカメラを少なくとも３つ有し、各々の前記エリアカメラの前記第１撮像素子の視野は前記エリアカメラによらずそれぞれ共通する領域を有し、各々の前記エリアカメラの前記第２撮像素子の視野は前記エリアカメラによらずそれぞれ共通する領域を有する電子部品実装装置が行う電子部品実装方法であって、
前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品を、前記移動機構部によって前記保持部が加速移動又は減速移動されている間に撮像するよう、前記部品撮像部を制御することを特徴とする電子部品実装方法。
請求項６に記載の電子部品実装方法であって、
前記制御部は、前記保持部が保持する前記電子部品の大きさに応じて、前記部品撮像部の撮像形態を第１撮像モード又は第２撮像モードに設定し、
前記部品認識部は、
前記撮像形態が前記第１撮像モードに設定されたとき、前記第１撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって保持された第１電子部品を認識し、かつ、前記第２撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって前記第１電子部品と共に保持された第２電子部品を認識し、
前記撮像形態が前記第２撮像モードに設定されたとき、前記第１撮像素子が撮像した画像及び前記第２撮像素子が撮像した画像を併せた画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識することを特徴とする電子部品実装方法。
請求項６または７に記載の電子部品実装方法であって、
前記制御部は、前記保持部が保持する電子部品毎又は電子部品群毎に、前記部品撮像部の撮像形態を第３撮像モード又は第４撮像モードに設定し、
前記部品認識部は、
前記撮像形態が前記第３撮像モードに設定されたとき、前記少なくとも３つのエリアカメラのうちの１つの第１撮像素子及び第２撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識し、
前記撮像形態が前記第４撮像モードに設定されたとき、各エリアカメラの前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子が撮像した画像に基づいて、前記保持部によって保持された電子部品を認識することを特徴とする電子部品実装方法。