JP6465598B2

JP6465598B2 - トップテープ剥離の異常検出機能を備えたテープフィーダ

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Publication number: JP6465598B2
Application number: JP2014189203A
Authority: JP
Inventors: 高橋　明; 明高橋; 浩一朗杉本
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Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: JP2016063044A

Description

本発明は、キャリアテープの自動ローディング機能を有するテープフィーダにおいて、ボトムテープからトップテープを剥離する過程で、正しく剥離が行われたか否かを簡易かつ的確に認識するための手法に関する発明である。

一般に、キャリアテープは部品が所定ピッチで収納されたボトムテープの上面にトップテープを剥離可能に接着されており、テープリールとして巻回されてテープフィーダに装着される。そして、部品実装機がテープフィーダから部品を吸着するために、トップテープをボトムテープから剥離しておく必要があるが、その剥離状態を確認する方法として、トップテープの捲り位置をカメラで撮像して、トップテープとボトムテープの境目付近の画像認識により剥離状態の良否を判定する方法が知られている（特許文献１）。かかる方法は、トップテープをボトムテープとの境目でキャリアテープの搬送方向とは逆方向に折り返して、そのトップテープの裏面を画像認識することを前提としている。

特開２０１０−２１２４８６号公報

しかし、最近のキャリアテープ自動ローディング機能を有するテープフィーダでは、従来のようにキャリアテープの搬送方向と逆方向にトップテープを折り返してボトムテープから剥離するのではなく、部品吸着点の少し手前でトップテープの一部を刃物等で剥離することで部品を上面に露出させ、上方から吸着ノズルで部品を吸着できるようにしている。その場合には、剥離されたトップテープはボトムテープの搬送とともに同一方向に送られることが多く、前記特許文献１に記載の方法のようにトップテープをキャリアテープの搬送方向と逆方向に折り返して、トップテープの裏面を画像認識して剥離の良否を判定することはできない。

また、従来はキャリアテープのテープフィーダへの装着は機外で行うため、作業者が装着の適否を目視確認しようと思えば可能であるのに対し、キャリアテープ自動ローディング機能を有するテープフィーダでは、キャリアテープのテープフィーダへの装着を、部品実装機にテープフィーダが取り付けられた状態でテープの先端をテープフィーダの挿入口へ差し込むことにより行うため、作業者が直接目視でトップテープの剥離状態を確認するのは容易でない。そのため、トップテープの剥離に失敗しても異常を検出できないまま部品吸着動作が継続することとなり、結果的に部品の無駄、生産時間の浪費につながる事態となる。そこで、キャリアテープ自動ローディング機能を有するテープフィーダでは、トップテープの剥離状態を装置側で自動的に認識することが不可欠の要件となっている。

以上より、本発明が解決しようとする課題は、キャリアテープの自動ローディング機能を有するテープフィーダにおいて、ボトムテープからトップテープを剥離する過程で、正しく剥離が行われたか否かを簡易かつ的確に認識することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、フィーダにより供給される部品を吸着ノズルで吸着して回路基板に実装する部品実装機であって、前記吸着ノズルで部品を吸着する部品吸着位置を視野に収めて撮像するカメラと、キャリアテープをフィーダにローディングする過程でボトムテープからトップテープを自動的に剥離する機構を備えるとともに、前記剥離されたトップテープがキャリアテープのローディングとともにたどる経路にあるテープガイド上の点とその経路から外れた別の点をカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定することとした部品実装機、である。

本発明によれば、正常にトップテープの剥離が行われた場合にトップテープが剥離後にたどる経路にあるテープガイド上の点と、その経路から外れた別の点（正しく剥離されてもトップテープに覆われることのない点）を定めておけば、その２点をカメラで撮像、画像認識することにより両点の輝度差からテープ剥離が正常であったか否かを判定することができる。即ち、トップテープがテープガイドを覆っていればその分、画像としては暗く写るため、トップテープが通らない個所の輝度と比較することで、輝度差があれば正常に剥離が行われたと判定し、輝度差がなければ剥離が正常に行われなかったものと、判定することができる。

さらに、請求項２のように、フィーダにより供給される部品を吸着ノズルで吸着して回路基板に実装する部品実装機であって、前記吸着ノズルで部品を吸着する部品吸着位置を視野に収めて撮像するカメラと、キャリアテープをフィーダにローディングする過程でボトムテープからトップテープを自動的に剥離する機構を備えるとともに、前記剥離されたトップテープがキャリアテープのローディングとともにたどる経路にあるテープガイド上の点に識別マークを設け、該識別マークをカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定することとした部品実装機としてもよい。

撮像する対象として識別マークを設けることにより、対象物が明確になり、また剥離されたトップテープが当該識別マークを覆うことにより識別マークの見え方が変化することを利用して、変化があれば正常に剥離が行われたと、変化がなければ剥離が正常に行われなかったものと、判定することができる。

また、請求項３のように、前記識別マークとともに、さらに前記経路からはずれた位置にも別の識別マークを設け、両識別マークをカメラで撮像、画像認識することにより、その見え方に差異があるか否かによりテープ剥離の異常の有無を判定してもよい。同時に撮像した２点を比較することにより差異を明確にして判定することができる。

次に、請求項４のように、前記剥離されたトップテープがキャリアテープのローディングとともにたどる経路上にあるキャリアテープ送り穴をカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定してもよい。正常なトップテープ剥離の場合にキャリアテープ送り穴をトップテープが覆うことになるケースでは、明暗のはっきりした送り穴部分を撮像することにより、輝度差の有無等でテープ剥離の良否を判定するのは有効な方法となる。

以上のような手段により、キャリアテープを最初にフィーダにローディングする際にテープ剥離の異常の有無を自動的に判定することで、作業者は安定した部品吸着工程に進めることができる。

本発明のシステム構成を概略的に示すブロック図である。本発明の実施例で使用するテープフィーダの側面図である。本発明の実施例で使用するテープフィーダのトップテープ剥離を説明する平面図である。本発明の実施例におけるキャリアテープのみを抽出して、トップテープ剥離の形態を説明するための平面図および断面図である。本発明の実施例におけるトップテープ剥離の異常態様２例を説明する斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。本発明の一実施例におけるフローチャートである。

まず、本発明の前提となる部品実装機の概略構成について説明する。
図１に示すように、部品実装機の制御装置１０には、部品を搭載するキャリアテープを装填し部品吸着部まで搬送するテープフィーダ１１、テープフィーダ１１から部品を吸着して基板に実装する吸着ノズル（図示せず）を保持した実装ヘッド１２、部品吸着部の周辺を撮像するカメラ１３、そして生産プログラムや画像処理用のデータ等を格納する記憶装置１４、液晶ディスプレイ等の表示装置１５、キーボードやマウス等の入力装置１６等が接続されている。

次に、図２のテープフィーダ側面図に基づいてテープフィーダ２１の基本動作を説明する。テープフィーダ２１のフィーダ本体２２の手前側にキャリアテープ２３が巻回されたテープリール２４が装着されている。そして、作業者がキャリアテープ２３の先端部をテープ挿入口２７に挿入すると、キャリアテープ２３は自動的にテープフィーダ２１内に取り込まれ、フィーダ本体２２の中央部にある斜面を登る向きにキャリアテープ２３が案内され、キャリアテープ２３をピッチ送りするスプロケット２５とモータ（図示せず）により、フィーダ本体２２の上面部に取り付けられたテープガイドに沿ってキャリアテープ２３が部品供給部２６まで搬送されるようになっている。

図３は、テープフィーダのトップテープ剥離を説明する平面図であり、部品供給部２６付近を拡大した図である。本図において、テープフィーダ２１に装着されたキャリアテープ２３が左から右に向かって搬送される。キャリアテープ２３の片方の周縁部には、一定ピッチでスプロケット孔３１が形成されており、このスプロケット孔３１にスプロケット２５（図２）の歯が嵌まり込んで回転することにより、キャリアテープ２３がピッチ送りされることになる。また、テープガイド３２により部品供給位置３３まで搬送されるキャリアテープ２３の浮き上がりを抑える構造になっている。

次に、部品供給位置３３まで搬送されたキャリアテープ２３において、ボトムテープ３４からトップテープ３５を剥離する過程を説明する。図３に示すように、キャリアテープ搬送方向からみて部品供給位置３３の手前にテープガイド３２に連なる形でテープ剥離刃３６が備えられている。テープ剥離刃３６の先端部は、搬送されてくるキャリアテープ２３の先端にあるトップテープ３５とボトムテープ３４の接着部に差し込まれるように高さ調整がされている。一般に、トップテープ３５はボトムテープ３４との間の両側端部が引き剥がし可能な状態で接着されており、本実施例では、スプロケット孔３１のない側（図３のキャリアテープ２３における下側）の接着部のみを剥離する構成となっている。

では、図３と図４を用いて詳しく説明する。当初、トップテープ３５はキャリアテープ２３の下方（スプロケット孔３１のない側）を覆うように、ボトムテープ３４に接着されている（図４、ＣＣ断面図）。そして、キャリアテープ２３の搬送とともに、当該接着部にテープ剥離刃３６が差し込まれ、剥離されたトップテープ３５はテープ剥離刃３６の案内面に沿って剥離された側のトップテープ３５が立ち上がり前進する（図４の中央付近）。そして、トップテープ３５は、テープ剥離刃３６と上側テープガイド３７との間に形成された案内溝３８に沿って進み、スプロケット孔窓３９を通過する過程でトップテープ３５はテープガイド３２の形状に沿って上側に折り返され、接着状態を保ったトップテープ３５の上端側を下にして、断面Ｕ字状に折り畳まれた状態となる（図４、ＤＤ断面図）。その結果、ボトムテープ３４の表面は開放され、部品５０が露出して実装ヘッド１２による部品吸着が可能な状態になる。そして、部品吸着とともに、剥離されたトップテープ３５は空になったボトムテープ３４と並進する形で図３の右方に排出されていく。

従って、正常な状態でトップテープ３５の剥離が行われた場合には、トップテープ３５はテープ剥離刃３６の先端部から右斜め上方に向かって移行し、テープ剥離刃３６の先端部周辺以外はトップテープ３５に覆われない露出した状態となる。トップテープ３５が案内溝３８を通過した後はスプロケット孔３１を塞ぐ状態で移動し、部品吸着部３３から部品５０が露出した状態となる。

図５を用いて、テープ剥離が正常に行われない場合の例を説明する。図５（ａ）は、トップテープ３５の全体（両側の接着層５１とも）がボトムテープ３４から剥離され、案内溝３８に沿って移行せずキャリアテープ搬送方向とは逆方向もしくは別の方向に移行してしまうケース（全剥離）である。この場合には、トップテープ３５の進路を特定することは困難であるが、正常な剥離時のようにスプロケット孔窓３９をトップテープ３５が覆う状態にはならない。また、図５（ｂ）は、トップテープ３５の剥離が全く行われずボトムテープ３４にトップテープ３５の全体が貼り付いたままテープ剥離刃３６の下を通って右方に排出されてしまうケース（全通過）である。この場合は、トップテープ３５がテープ剥離刃３６の一部やスプロケット孔窓３９を覆うことなく、部品を覆い隠した状態でキャリアテープ２３は部品供給位置３３を通過していくことになる。

では、以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
図３からわかるように、正常な状態でトップテープ３５が剥離された場合には、テープ剥離刃３６の先端部がトップテープ３５に覆われ、当該一部を除いた右下部分は露出したままの状態となる。従って、第１の実施例として、剥離されたトップテープ３５がキャリアテープ２３のローディングとともにたどる経路にあるテープ剥離刃３６などテープガイド上の点とその経路から外れた別の点をカメラ１３で撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定することができる。即ち、トップテープ３５がテープ剥離刃３６やテープガイド３７を覆っていればその分、画像としてはやや暗く写るため、トップテープ３５が通らない個所の輝度と比較することで、輝度差が設定値以上であれば正常にテープ剥離が行われており、輝度差がそれほどない場合にはテープ剥離に異常が生じたと判断できる。この際、撮像用のカメラ１３としては、部品実装機に装備された基板マーク確認用のカメラ（いわゆるマークカメラ）を使用すればよい。

前記設定値はトップテープ３５の剥離実験を通じて経験的に得られた適切な数値を用いる必要がある。トップテープ３５は一般的に半透明の樹脂で成型されているため、明らかな輝度差は生じにくいが、カメラ撮像時の照度や照明の当て方など適切な撮像条件を見出すことで判定が可能となる。なお、撮像対象とするテープ剥離刃３６やテープガイド３７上の点（例えば図３のＡ点とＢ点）は、部品吸着の基準ともなるフィーダマーク４０などを基準点として位置座標を決めておき、毎回その点を撮像して比較すればよい。

では、図６のフローチャートで、テープリール２４の装填から前記実施例を説明する。まず、作業者は、機外でテープリール２４をテープフィーダ２１の挿入口にセットし（Ｓ６０１）、テープフィーダ２１を装置に取り付ける（Ｓ６０３）。取り付けＯＫと認識されれば、作業者がキャリアテープ２３の先端をテープフィーダ２１のテープ挿入口２７に挿入し、装置はキャリアテープ２３を部品供給部２６まで自動搬送する（Ｓ６０６）。そして、前述のように、制御装置１０は、予め定めたＡ点とＢ点をカメラ１３で撮像し、両点の輝度差を評価する。輝度差が閾値より大きければ正しくテープ剥離が行われたと判定し、実装ヘッド１２で部品吸着を開始する（Ｓ６１１）。一方、輝度差が閾値より小さければテープ剥離に異常があったと判定し、装置の表示装置１５にエラー表示をし（Ｓ６１０）、作業者は装置の状態確認を行う（Ｓ６０４）。部品吸着を開始した後は、部品の吸着状態をパーツカメラ等（図示せず）で撮像して（Ｓ６１２）、異常がなければ回路基板に部品を装着する（Ｓ６１３、Ｓ６１４）。以上が前記第一の実施例の流れであり、以下に述べる他の実施例については、前記Ｓ６０７からＳ６０９の撮像内容がそれぞれ異なるものとなる。

第２の実施例として、剥離されたトップテープ３５がキャリアテープ２３のローディングとともにたどる経路にあるテープガイド３７上の点（例えば図３のＡ点）に識別マーク（図示せず）を設け、該識別マークをカメラで撮像する方法もある。識別マークに形、色、大きさなどに限定はなく、カメラ１３で視認し易いものであればいかなる形状であってもよい。例えば、黒色の丸い点でもよいし、十字マークでもよい。この識別マークが剥離されたトップテープ３５に覆われて視認し難い状態になっていれば正常に剥離が行われたと判断できるし、まったく視認性に影響ない状態であればテープ剥離に異常が生じたと判断できる。この場合も、輝度などの判定条件として、トップテープ３５の剥離実験を通じて経験的に得られた適切な数値を用いる必要がある。

また、第３の実施例として、前記識別マークとともに、さらに前記経路からはずれた位置（例えば図３のＢ点）にも別の識別マークを設け、両識別マークをカメラ１３で撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定してもよい。同時に２点を撮像して比較する方が、同一点について時間を前後して撮像比較するよりも、輝度などの差異を見極め易いと考えられるからである。識別マークの数は３点以上あってもよい。複数の識別マークを用意しておき、実績を積みながらデータ取りして、適宜、画像認識し易いマークを選択して判定するようにしてもよい。

次に、第４の実施例として、前記剥離されたトップテープ３５がキャリアテープ２３のローディングとともにたどる経路上にあるキャリアテープ送り穴３１をカメラ１３で撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定するのもよい。正常なトップテープ剥離の場合にキャリアテープ送り穴３１をトップテープ３５が覆うことになるケースでは、明暗のはっきりした送り穴部分を撮像することにより、輝度差の有無等でテープ剥離の良否を判定するのは有効な方法となる。複数存在するキャリアテープ送り孔３１のいずれか一つを撮像して基準値と比較するのでもよいし、複数のキャリアテープ送り孔を撮像して輝度等の平均値やばらつきが設定値を超えているか否かで判定してもよい。いずれも実験的に定めた適正な基準値を元にテープ剥離の良否を判定するのが望ましい。

さらに第５の実施例として、部品吸着部５２もしくはその近傍のキャビティ周縁部４１をカメラ１３で撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定してもよい。テープ剥離が全く行われず、トップテープ３５がボトムテープ３４に張り付いたままの状態で搬送された場合には、部品吸着部５２もしくはその近傍のキャビティ周縁部４１を撮像すればやや暗く写り、正しく剥離された場合の輝度との違いからテープ剥離の良否を判定することができる。具体的には、部品吸着部周辺の適当なポイントを撮像点として定めておき、基準となる輝度と比較する。ポイントは一つでも複数であってもよい。使い方はキャリアテープ送り孔３１の場合と同様である。

また、第６の実施例として、前記キャビティ周縁部４１であって、キャリアテープ２３の搬送方向と直交する方向に複数点（図示せず）をカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定してもよい。前述の実施例の具体的な判定手段として、キャリアテープ２３の搬送方向と直交する方向にキャビティ周縁部４１の複数点をカメラ１３で撮像することにより、部分的にトップテープ３５が被っているような異常状態であっても的確に判定することができる。

キャビティ周縁部４１は、部品吸着の可否に直結する領域なのでテープ剥離の良否を判定するうえで最も有効な点といえるが、前述のようにトップテープ３５の剥離が全く行われずボトムテープ３４に全面が貼り付いたままテープ剥離刃３６の下を通って右方に排出されてしまうケースでは、トップテープ３５の折り返し等がないため、実際上はトップテープ３５に覆われない正常な剥離の場合と比較しても輝度の相違は小さなものとなる。従って、前記キャビティ周縁部４１であって、キャリアテープ２３の搬送方向と直交する方向に複数点をカメラ１３で撮像、画像認識することにより、わずかな輝度の変化や差異を検出する可能性を高めることができる。また、仮にボトムテープ３４の全面でなく一部がトップテープ３５で被覆された状態で搬送された場合でも、そのような異常をより的確に検出することが可能である。

以上、テープ剥離の異常の有無を判定する手段として、テープ剥離部から部品吸着部５２にかけての複数領域でカメラ画像を用いることができる旨を６つの実施例で述べたが、かかる個々の手段はいずれか一つを選択して用いるのみならず、適宜組合わせて判定手段としてもよい。例えば、テープ剥離部近傍のテープガイド３７上の識別マークだけでは判定が困難な場合には、キャリアテープ送り穴３１も撮像して総合的な観点から判定することもできる。また、実施例で示したテープ剥離の方法はほんの一例にすぎず、その手法はさまざま考え得る。従って、ボトムテープ３４から剥離されたトップテープ３５がフィーダ内を辿る経路もさまざまな態様があり得るのであって、前記発明が前記実施態様に限定されるものでないことは言うまでもない。

なお、本発明は、トップテープ３５の剥離の良否についてカメラ画像を利用して判定する点に焦点を当てたものであるが、得られた画像を利用するか、または同時に部品吸着部３３周辺を撮像して異物検査に応用することが可能である。例えば、前記キャビティ周縁部４１をカメラ１３で撮像した場合に、当該画像と予め用意しておいた異物のない正常な状態の画像を記憶装置から読み出して比較することで、テープ剥離で生じた毛羽や埃などの異物があればそれを検出して作業者に警告することも可能である。画像処理手段としては、例えば二値化処理やパターンサーチなどの手法を用いることができる。キャリアテープ自動ローディング機能を有するテープフィーダ１１では、部品吸着部３３が装置の奥まった位置に存在するため作業者が目視で異物の有無を確認することは困難であり、安定した部品吸着を達成するためにはキャリアテープ２３のローディング時にカメラ１３で自動的に異物検査を行うことが求められる。生産開始前に異物の存在を検出できれば、作業者に報知でき、部品吸着不良による部品の浪費を回避することができる。

その他、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変形、変更が可能である。

２１テープフィーダ、２２フィーダ本体、２３キャリアテープ、２４テープリール、２５スプロケット、２６部品供給部、２７テープ挿入口、３１スプロケット孔、３２テープガイド、３３部品供給位置、３４ボトムテープ、３５トップテープ、３６テープ剥離刃、３７テープガイド、３８案内溝、３９スプロケット孔窓、４０フィーダマーク、４１キャビティ周縁部、５０部品、５１接着層、５２部品吸着部。

Claims

フィーダにより供給される部品を吸着ノズルで吸着して回路基板に実装する部品実装機であって、前記吸着ノズルで部品を吸着する部品吸着位置を視野に収めて撮像するカメラと、キャリアテープをフィーダにローディングする過程でボトムテープからトップテープを自動的に剥離する機構を備えるとともに、
前記剥離されたトップテープがキャリアテープのローディングとともにたどる経路にあるテープガイド上の点とその経路から外れた別の点をカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定することとした部品実装機。
フィーダにより供給される部品を吸着ノズルで吸着して回路基板に実装する部品実装機であって、前記吸着ノズルで部品を吸着する部品吸着位置を視野に収めて撮像するカメラと、キャリアテープをフィーダにローディングする過程でボトムテープからトップテープを自動的に剥離する機構を備えるとともに、
前記剥離されたトップテープがキャリアテープのローディングとともにたどる経路にあるテープガイド上の点に識別マークを設け、該識別マークをカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定することとした部品実装機。
前記識別マークとともに、さらに前記経路からはずれた位置にも別の識別マークを設け、両識別マークをカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定することとした、請求項２に記載の部品実装機。
フィーダにより供給される部品を吸着ノズルで吸着して回路基板に実装する部品実装機であって、前記吸着ノズルで部品を吸着する部品吸着位置を視野に収めて撮像するカメラと、キャリアテープをフィーダにローディングする過程でボトムテープからトップテープを自動的に剥離する機構を備えるとともに、
前記剥離されたトップテープがキャリアテープのローディングとともにたどる経路上にあるキャリアテープ送り穴をカメラで撮像、画像認識することにより、テープ剥離の異常の有無を判定することとした部品実装機。