JPH07263897A - 部品認識装置及び部品実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品の位置認識を短時間且つ高精度で行う。 【構成】 移送ヘッドは、吸着ノズル１２により部品１
１を取得して移送し基板への装着を行う。部品１１の移
送途中において部品１１の位置を検出するための部品認
識装置１５を設ける。部品認識装置１５を、ラインセン
サ１６、光源１７、移送ヘッドに固定的に設けられる反
射板１３及び認識マーク１４、画像処理装置等から構成
する。ラインセンサ１６は、Ｙ軸方向に移動する部品１
１のＸ軸方向に延びる細長い画像を一定のトリガで取込
む。画像処理装置１８は、認識マーク１４が視野に現れ
てから部品１１が近付いた時に、始めて画像メモリにデ
ータを展開し、部品１１が視野から外れた時に画像メモ
リへの展開を終了することにより、外部からの同期信号
を必要とせずに、短時間で画像処理を行う。部品位置の
認識を、認識マーク１４を基準とすることにより行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品等の部品の画
像を取込むことに基づいてその部品の位置を認識するよ
うにした部品認識装置、及び、部品を移送ヘッドにより
移送して装着対象物に装着するようにした部品実装装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばＩＣ等の電子部品（ＱＦＰ
部品）を、基板等に自動的に装着する部品実装装置にあ
っては、実装精度を向上するために、電子部品の画像デ
ータに基づいて電子部品の位置を認識する部品認識装置
を組込むことが行われている。従来より、この種の部品
認識装置として、例えばＣＣＤカメラからなる二次元エ
リアセンサを用いたものがあった。

【０００３】その部品認識装置の一例として、図８に示
すように、移送ヘッドに設けられた吸着ノズル１により
吸着した部品２を、ＣＣＤカメラ３の上方に停止させ、
照明装置４により上方から光を当て、ＣＣＤカメラ３に
より下方からその部品２の画像を取込むように構成され
たものがある。この際の画像は、例えば図９に示すよう
になり、ＣＣＤカメラ３の視野Ａに対して部品２の画像
Ｂが撮影される（図では便宜上黒レベル部分に斜線を付
して示している）。そして、この画像データから、部品
２の中心位置が検出され、この後、検出された中心位置
に基づいて部品２の実装作業が行われるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものでは、部品２の画像取込みのために、ＣＣＤカ
メラ３の上方で部品２（移送ヘッド）を一旦停止させな
ければならないため、部品２の移送に必要な時間が長く
なり、ひいてはタクトタイムが長くなる不具合があっ
た。また、特に近年では、部品２の大形化，多ピン化の
傾向にあり、ＣＣＤカメラ３等の二次元エリアセンサに
おいては、一般に、その画素数が縦横各５１２画素程度
と一方向に並ぶ画素数としてはさほど多くないため、部
品２がＣＣＤカメラ３に視野から外れたり、必要な分解
能が確保できなくなるなど、検出精度がさほど良いもの
ではなかった。

【０００５】尚、本出願人は、上記ＣＣＤカメラ３のよ
うな二次元エリアセンサに代えて、一方向の画素数が数
千個以上のラインセンサを採用することにより、部品２
をＹ軸方向（図９参照）に移送する途中において、部品
２のＸ軸方向に細長い画像をＹ軸方向に一定のトリガで
取込むようにし、それら画像データから部品２の吸着位
置を検出することにより、部品２の移動時間の短縮化を
図るようにしたものを開発している。ところが、このも
のでは、画素数が多いためにデータ数が多くなり、画像
処理に時間がかかる事情があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、部品の位置認識を短時間且つ高精度で
行うことができる部品認識装置を提供するにある。ま
た、部品の位置認識を短時間且つ高精度で行うことがで
きて実装精度の向上及びタクトタイムの短縮化を図るこ
とができる部品実装装置を提供することを副次的な目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の部品認識装置
は、移送ヘッドにより取得されて移送される部品の位置
を、その移送途中において認識するための装置にあっ
て、前記移送ヘッドに前記部品の取得位置の近傍に固定
的に設けられた認識マークと、前記部品及び認識マーク
の画像を取込む撮像手段と、この撮像手段により得られ
た画像データに基づき、前記認識マークを基準として前
記部品の位置を認識する認識手段とを具備するところに
特徴を有する（請求項１の発明）。

【０００８】この場合、撮像手段を、部品の移送方向に
対して直交する方向に延びる画像を取込むラインセンサ
から構成することができる（請求項２の発明）。また、
認識マークを、部品の側方に位置してその部品の移送方
向前後に渡って長く延びて設けらると共に、前記移送方
向に交互に明部と暗部とを有したストライプ状に構成す
るようにすれば効果的である（請求項３の発明）。さら
には、認識手段を、撮像手段の画像データから認識マー
クを検出することに基づいて、部品の認識タイミングを
得るように構成することもできる（請求項４の発明）。

【０００９】そして、本発明の部品実装装置は、部品を
取得する移送ヘッドを、前記部品が供給される部品供給
部と、装着対象物が配置される部品装着部との間を移動
させながら部品の装着作業を行うものであって、前記移
送ヘッドが部品供給部から部品装着部へ向かう途中にお
いて前記部品の位置を検出する上記した部品認識装置
と、この部品認識装置の認識に基づいて前記部品の装着
位置を制御する装着位置制御手段とを具備するところに
特徴を有する（請求項５の発明）。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１の部品認識装置によれば、移
送ヘッドによって取得された部品は、その移送途中にお
いて、撮像手段によりその画像が取込まれる。そして、
その撮像手段により得られた画像データに基づき、認識
手段により部品の位置が認識されるのであるが、このと
き、移送ヘッドには認識マークが固定的に設けられ、撮
像手段は部品の画像と共に認識マークの画像をも取込む
ので、認識マークを基準とすることにより、移送ヘッド
に対する部品の位置を正確に認識することができる。

【００１１】この場合、撮像手段を、部品の移送方向に
対して直交する方向に延びる画像を取込むラインセンサ
から構成すれば（請求項２の部品認識装置）、高い分解
能が得られ、大形の部品に対しても高精度で位置認識を
行うことができる。

【００１２】また、認識マークを、部品の側方に位置し
てその部品の移送方向前後に渡って長く延びて設けると
共に、前記移送方向に交互に明部と暗部とを有したスト
ライプ状に構成すれば（請求項３の部品認識装置）、認
識マークに対応して移送方向にいわばパルス状となった
画像データが得られ、認識マークの検出を容易に行うこ
とができると共に、部品が移送方向に現れる位置が容易
を予測することができるようになる。

【００１３】さらには、認識手段を、撮像手段の画像デ
ータから認識マークを検出することに基づいて、部品の
認識タイミングを得るように構成すれば（請求項４の部
品認識装置）、画像処理を部品の現れる位置に限って行
うことができ、画像処理に要する時間の短縮化を図るこ
とができる。

【００１４】そして、本発明の請求項５の部品実装装置
によれば、上記した部品認識装置により、部品の位置を
高い精度で認識することができるので、装着位置制御手
段により、高精度の部品の装着作業を行うことができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明をＩＣ等の電子部品（ＱＦＰ部
品）を基板に自動的に装着するようにした部品実装装置
に適用した一実施例について、図１乃至図６を参照して
説明する。まず、図示はしないが、本実施例に係る部品
実装装置の概略構成について述べる。

【００１６】この部品実装装置は、ベース上に、大きく
分けて、装着対象物である基板を装着作業位置に搬入し
搬出する基板搬送機構、部品１１（図１，図２，図５等
参照）を供給するための部品供給機構、前記基板に対す
る部品１１の装着作業を行う部品装着機構等を備えて構
成されると共に、実装プログラムや実装データ等に基づ
いてそれら各機構を制御するためのマイクロコンピュー
タ等からなる制御装置を備えている。

【００１７】そのうち基板搬送機構は、ベース上を左右
方向（Ｘ軸方向）に延びて設けられた搬送路に沿ってベ
ルトコンベア機構を備えて構成され、これにて、基板
は、搬入位置からその搬送路の中間部に設けられた部品
装着部としての基板バックアップ部に搬送され、部品装
着作業後、その基板バックアップ部から搬出位置に搬出
されるようになっている。一方、前記部品供給機構は、
例えば前記搬送路の前後両側に位置して設けられた取付
ベースに、部品種類の異なる多数個の部品供給部として
の部品供給装置例えばテープフィーダを付換え可能に備
えて構成されている。

【００１８】そして、前記部品装着機構は、先端に吸着
ノズル１２（図１等に一部のみ図示）を有する部品移送
手段としての移送ヘッド、及び、この移送ヘッドを固有
のＸＹ座標系に基づいて任意の位置に移動させる周知の
ＸＹ移送機構等から構成されている。また、移送ヘッド
は、前記吸着ノズル１２を自在に上下動させ得るように
なっている。これにて、移送ヘッドにより、部品供給機
構の所定の部品１１を吸着によって取得し、これを基板
バックアップ部上の基板まで搬送し、その基板の所定の
装着位置に装着する作業が繰返し実行されるようになっ
ている。尚、詳しくは後述するが、この移送ヘッド（吸
着ノズル１２）には、部品認識装置の一部として機能す
る反射板１３及び認識マーク１４が設けられている。

【００１９】さて、上記のように構成された部品実装装
置には、前記移送ヘッドによる部品１１のＹ軸方向への
移送途中においてその部品１１の画像を取込むことに基
づいて、その部品１１の中心位置（吸着ノズル１２の吸
着位置）を検出するための部品認識装置１５が組込まれ
ている。以下、本実施例に係る部品認識装置１５につい
て述べる。

【００２０】この部品認識装置１５は、撮像手段たるラ
インセンサ１６、このラインセンサ１６に付設された光
源１７、前記移送ヘッド側に設けられる反射板１３及び
認識マーク１４、認識手段としての画像処理装置１８等
から構成されている。このうち反射板１３は、図１，図
２等に示すように、前記部品１１に対して十分に大きい
矩形の板状をなし、前記移送ヘッドに、その中央部を前
記吸着ノズル１２が挿通するように固定されている。部
品１１の移送時には、この反射板１３は、吸着ノズル１
２の途中部位（部品１１の上方）に位置されるようにな
っている。

【００２１】前記ラインセンサ１６は、前記基板バック
アップ部と部品供給機構との間の所定の部品認識位置に
位置して、部品実装装置のベースに上向きに固定的に設
けられている。前記移送ヘッドは、部品供給部の部品１
１を取得しこれを基板（部品装着部）に移送する途中に
おいて、前記ラインセンサ１６の上方をＹ軸方向に移動
するように構成されており、ラインセンサ１６は、その
際の部品１１のＸ軸方向に横断するように延びる細長い
画像Ｖ（図２参照）を、Ｙ軸方向に一定のトリガで取込
むようになっている。

【００２２】このとき、前記光源１７からは、上方に向
けて照明が行われ、ラインセンサ１６は、前記反射板１
３の板面を反射した光を検出するようになっており、ま
た、その際の視野は、図４に示すように、反射板１３の
横方向（Ｘ軸方向）ほぼ一杯に長いものとなっている。

【００２３】そして、図１，図２等に示すように、前記
反射板１３には、認識マーク１４が取付けられている。
この認識マーク１４は、前記反射板１３の図２で左辺部
部分にＹ軸方向に一杯に延びて設けられており、この場
合、図２に示すように、２列のいわば市松模様状に構成
されている。これにて、認識マーク１４は、移送方向
（Ｙ軸方向）に交互に明部１４ａと暗部１４ｂとを有し
たストライプを、それら明部１４ａと暗部１４ｂとの位
置をずらせて２列に渡って有した状態に設けられてい
る。また、図１等に示すように、この認識マーク１４
は、部品１１の移送時において部品１１の下面とほぼ同
一の高さとなるように、反射板１３から下方に垂下がる
ように設けられている。

【００２４】前記画像処理装置１８は、マイコンなどか
ら構成され、前記ラインセンサ１６からの画像データに
基づいて、前記認識マーク１４を基準として前記部品１
１の位置（吸着ノズル１２による部品１１の吸着位置）
を認識する認識手段として機能するのであるが、このと
き、後の作用説明でも述べるように、そのハードウエア
及びソフトウエア構成により、図３に示すような各機能
を実現するように構成されている。

【００２５】即ち、画像処理装置１８は、前記ラインセ
ンサ１６からの画像信号を８ビットの濃淡データに変換
するＡ／Ｄ変換部１９、そのデジタル画像データのＡＧ
Ｃ及びシェーディング補正処理を行う補正処理部２０、
補正処理された画像データを記憶するラインバッファ２
１、その画像データから認識マーク１４の画像を検出す
るエッジ検出部２２、部品１１の画像データが展開され
る画像メモリ２３、その画像データから部品１１の位置
を検出する部品認識部２４、制御及び処理を実行するＣ
ＰＵ２５、前記ラインセンサ１６の画像取込みタイミン
グを制御するタイミングコントローラ２６、部品１１の
大きさ等のデータが予め記憶される部品データ記憶部２
７、濃度変換及びマッチングを行うマッチング回路２
８、部品１１のずれ量の補正データを算出して送信する
補正データ算出部２９を備えて構成されている。

【００２６】次に、上記構成の作用について述べる。部
品装着部にセットされた基板に対して部品装着作業を行
うにあたっては、移送ヘッドが部品供給部の所定のテー
プフィーダから所定の部品１１を吸着ノズル１２により
吸着して取得する。このとき、実装データ等は、吸着ノ
ズル１２が部品１１の中心Ｏを吸着したものとして設定
されている（図２に二点鎖線で示す）。ところが、現実
には、部品１１の吸着時には、図２に示すように、吸着
ノズル１２の中心と部品１１の中心Ｏとの間で多少のず
れ（ΔＸ，ΔＹ）が生ずることになる。

【００２７】次に、移送ヘッドは、その部品１１を部品
装着部の基板へ向けて移送するのであるが、この移送の
途中において、部品１１，吸着ノズル１２，反射板１３
及び認識マーク１４（これらを認識対象と総称する）
が、一体となって前記ラインセンサ１６の上方（部品認
識位置）をＹ軸方向に移動するようになっている。ライ
ンセンサ１６は、その際の認識対象のＸ軸方向に延びる
細長い画像Ｖ（図２参照）を、Ｙ軸方向に一定のトリガ
で取込むようになっている。この認識対象がラインセン
サ１６上を通過する様子を順にモデル化したのが、図５
（ａ），（ｂ），（ｃ）である。

【００２８】図５（ａ）は、認識対象がラインセンサ１
６の視野に入った際の様子を示しており、このとき、ラ
インセンサ１６により取込まれた画像には、未だ部品１
１が写っていないので、その画像データは図６（ａ）に
示すようになる。ここでは、認識マーク１４の暗部１４
ｂに対応して、明度レベルの低い領域Ｍが生ずることに
なる。但し、このときのデータは、ラインセンサ１６か
らの画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ及びシェーディン
グ補正処理が行われ、ラインバッファ２１に転送された
画像データであり、この時点では画像メモリ２３への展
開は行われない。

【００２９】図５（ｂ）は、部品１１がラインセンサ１
６の視野に入った状態を示し、ここでは、図６（ｂ）に
示すように、認識マーク１４の暗部１４ｂに対応した領
域Ｍと、部品１１に対応した領域Ｗとが、明度レベルの
低い領域として現れる画像データとなる。

【００３０】図５（ｃ）に示すように、部品１１がライ
ンセンサ１６の視野を通り過ぎると、図６（ｃ）に示す
ように、認識マーク１４の暗部１４ｂに対応した領域Ｍ
が明度レベルの低い領域として現れる画像データとな
る。尚、このとき認識マーク１４に左右に交互に位置す
る暗部１４ｂにより、領域Ｍの現れる位置が異なってく
ることになり、この領域Ｍの変化をパルスとして認識す
ることが可能となるのである。

【００３１】さて、本実施例においては、画像処理装置
１８は、予め与えられた部品１１の大きさのデータか
ら、部品１１がラインセンサ１６の視野に現れる位置を
予測し、その位置のパルス数を予め算出しておき、それ
に従って部品認識を行うように構成されている。図２に
示す例では、認識マーク１４が視野に現れてからＰパル
ス過ぎると、その後Ｑパルスに渡って部品１１が現れ、
その後Ｒパルスだけ認識マーク１４のみが現れると予測
できる。

【００３２】ここで、画像メモリ２３に広い範囲の画像
データを展開すると、その分、デー多数が多くなって処
理に時間がかかることになる。本実施例では、認識マー
ク１４が視野に現れてから部品１１の位置が近付いた時
に、始めて画像メモリ２３にデータを展開し、部品１１
が視野から外れた時に画像メモリ２３への展開を終了す
るようになっている。これにて、画像処理を部品１１の
現れる位置に限って行うことができ、画像処理に要する
時間の短縮化を図ることができるのである。また、外部
からの同期信号を必要とせずに、部品１１の位置認識を
行うことができるのである。

【００３３】そして、部品位置の認識は、認識マーク１
４を基準とすることにより行われる。この場合も、認識
マーク１４のＸ軸方向位置、パルス数とＹ軸方向位置と
の関係、認識マーク１４に対する吸着ノズル１２の位置
は、予め分かっているので、吸着ノズル１２に対する部
品１１の中心Ｏの位置を正確に認識することができるの
である。これにて、吸着ノズル１２が吸着している部品
１１の正規の吸着位置に対するＸ軸，Ｙ軸方向のずれ量
ΔＸ，ΔＹが算出される。

【００３４】しかる後、移送ヘッドは、基板上の部品装
着点の上方に停止し、そこから下降して吸着ノズル１２
の吸着を解くことにより、部品１１が基板に装着される
のである。この際、部品１１の装着は、画像処理装置１
８により検出された吸着位置のずれ量ΔＸ，ΔＹを補正
しながら行われるので、高精度の部品装着作業が実行さ
れるのである。

【００３５】このように本実施例によれば、撮像手段と
してラインセンサ１６を用いることにより、従来のよう
なＣＣＤカメラ３を用いていたものと異なり、部品１１
の大形化，多ピン化の事情があっても、部品１１の位置
認識を高精度で行うことができる。そして、ストライプ
状の認識マーク１４を設けたことにより、ラインセンサ
１６を用いたものであっても、画像処理に要する時間を
短く済ませることができるので、部品１１の位置認識を
短時間で行うことができ、ひいては、部品実装作業のタ
クトタイムの短縮化を図ることができるものである。

【００３６】図７は本発明の他の実施例を示すもので、
上記実施例と異なる点は、認識マーク３１の構成にあ
る。この認識マーク３１は、やはり、反射板１３の図で
左辺部に、Ｙ軸方向に延びて設けられているのである
が、暗部３１ａがいわゆる櫛歯状に形成されることによ
り、交互に明部３１ｂと暗部３１ａとを有したストライ
プ状に構成されている。かかる構成としても、上記実施
例と同様の作用効果を得ることができるものである。

【００３７】その他、本発明は上記した実施例に限定さ
れるものではなく、例えば認識マークとしては上記２つ
の実施例のものに限らず、移送方向に不連続な形状を備
えるものであれば各種の変形が可能であり、また、部品
実装装置に組込まれる部品認識装置に限らず、部品認識
を行う装置全般に適用することができるなど、要旨を逸
脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
によれば、次のような優れた効果を奏する。即ち、本発
明の請求項１の部品認識装置によれば、移送ヘッドに部
品の取得位置の近傍に固定的に設けられた認識マーク
と、部品及び認識マークの画像を取込む撮像手段と、こ
の撮像手段により得られた画像データに基づき、認識マ
ークを基準として部品の位置を認識する認識手段とを具
備するので、部品の位置認識を短時間且つ高精度で行う
ことができるものである。

【００３９】この場合、撮像手段を、部品の移送方向に
対して直交する方向に延びる画像を取込むラインセンサ
から構成すれば（請求項２の部品認識装置）、高い分解
能が得られ、大形の部品に対しても高精度で位置認識を
行うことができる。

【００４０】また、認識マークを、部品の側方に位置し
てその部品の移送方向前後に渡って長く延びて設けると
共に、前記移送方向に交互に明部と暗部とを有したスト
ライプ状に構成すれば（請求項３の部品認識装置）、認
識マークに対応して移送方向にいわばパルス状となった
画像データが得られ、認識マークの検出を容易に行うこ
とができると共に、部品が移送方向に現れる位置を容易
に予測することができるようになる。

【００４１】さらには、認識手段を、撮像手段の画像デ
ータから認識マークを検出することに基づいて、部品の
認識タイミングを得るように構成すれば（請求項４の部
品認識装置）、画像処理を部品の現れる位置に限って行
うことができ、画像処理に要する時間の短縮化を図るこ
とができる。

【００４２】そして、本発明の請求項５の部品実装装置
によれば、移送ヘッドが部品供給部から部品装着部へ向
かう途中において部品の位置を検出する上記した部品認
識装置と、この部品認識装置の認識に基づいて前記部品
の装着位置を制御する装着位置制御手段とを具備するの
で、装着位置制御手段により、高精度の部品の装着作業
を行うことができると共に、タクトタイムの短縮化を図
ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、要部の正面図

【図２】部品を吸着した状態の吸着ノズル部分の下面図

【図３】画像処理装置の構成を示す機能ブロック図

【図４】ＣＣＤカメラの視野を示す要部の正面図

【図５】認識対象がラインセンサ上を通過する様子を順
に示す側面図

【図６】図５に対応する画像データを示す図

【図７】本発明の他の実施例を示す図２相当図

【図８】従来例を示す画像取込み時の要部の正面図

【図９】撮影された画像を示す図

【符号の説明】

図面中、１１は部品、１２は吸着ノズル、１３は反射
板、１４，３１は認識マーク、１４ａ，３１ｂは明部、
１４ｂ，３１ａは暗部、１５は部品認識装置、１６はラ
インセンサ（撮像手段）、１７は光源、１８は画像処理
装置を示す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 13/08 Ｂ 8315−4Ｅ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移送ヘッドにより取得されて移送される
   部品の位置を、その移送途中において認識するための装
   置であって、 前記移送ヘッドに前記部品の取得位置の近傍に固定的に
   設けられた認識マークと、 前記部品及び認識マークの画像を取込む撮像手段と、 この撮像手段により得られた画像データに基づき、前記
   認識マークを基準として前記部品の位置を認識する認識
   手段とを具備することを特徴とする部品認識装置。
2. 【請求項２】 撮像手段は、部品の移送方向に対して直
   交する方向に延びる画像を取込むラインセンサから構成
   されていることを特徴とする請求項１記載の部品認識装
   置。
3. 【請求項３】 認識マークは、部品の側方に位置してそ
   の部品の移送方向前後に渡って長く延びて設けられてい
   ると共に、前記移送方向に交互に明部と暗部とを有した
   ストライプ状に構成されていることを特徴とする請求項
   １又は２記載の部品認識装置。
4. 【請求項４】 認識手段は、撮像手段の画像データから
   認識マークを検出することに基づいて、部品の認識タイ
   ミングを得るように構成されていることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載の部品認識装置。
5. 【請求項５】 部品を取得する移送ヘッドを、前記部品
   が供給される部品供給部と、装着対象物が配置される部
   品装着部との間を移動させながら部品の装着作業を行う
   部品実装装置において、 前記移送ヘッドが部品供給部から部品装着部へ向かう途
   中において前記部品の位置を検出する請求項１乃至４の
   いずれかに記載の部品認識装置と、 この部品認識装置の認識に基づいて前記部品の装着位置
   を制御する装着位置制御手段とを具備することを特徴と
   する電子部品実装装置。