JPWO2014147806A1

JPWO2014147806A1 - 部品実装機

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Publication number: JPWO2014147806A1
Application number: JP2015506499A
Authority: JP
Inventors: 識西山
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN105144866A; EP2978298A4; CN105144866B; WO2014147806A1; EP2978298A1; EP2978298B1; JP6057360B2

Abstract

部品実装機の回転ヘッド１１に保持した複数本の吸着ノズル１３のうちの部品吸着・実装動作又はノズル交換動作のために昇降する吸着ノズル１３（Ｂ）の側面画像とその両隣に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の側面画像を一括して撮像する撮像装置４１を備える。撮像装置４１は、１つの画像センサ４２と、３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）の撮像対象部位の側面画像を画像センサ４２の受光面に各側面画像が重ならないように結像させる光学系ユニット４３とを有し、部品吸着・実装動作の際に撮像対象となる３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの両端に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）を撮像した画像を処理して該吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の部品吸着の有無や部品吸着姿勢を認識し、ノズル交換動作の際に中間に位置する吸着ノズル１３を撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズル１３の有無を認識する。

Description

本発明は、部品を吸着する複数本の吸着ノズルを、回転ヘッドにその円周方向に所定間隔で交換可能に保持した部品実装機に関する発明である。

この種の回転ヘッド型の部品実装機は、部品吸着時に回転ヘッドをフィーダの上方へ移動させて、該回転ヘッドを１ピッチ（吸着ノズルの配列ピッチ）ずつ回転させて、該回転ヘッドの所定位置の吸着ノズルを下降させて部品を吸着して上昇させるという動作を繰り返して該回転ヘッドの全ての吸着ノズルに部品を吸着した後、該回転ヘッドを回路基板の上方へ移動させて、該回転ヘッドを１ピッチずつ回転させて、該回転ヘッドの所定位置の吸着ノズルを下降させて該吸着ノズルの吸着部品を該回路基板に実装して該吸着ノズルを上昇させるという動作を繰り返して該回転ヘッドの全ての吸着ノズルの吸着部品を該回路基板に実装し、以後、上述した複数本の吸着ノズルの部品吸着動作と部品実装動作を交互に繰り返して部品実装基板を生産するようにしている。

このような部品実装機では、各吸着ノズルで部品の実装が正常に行われたことを監視するために、特許文献１（特開２００８−３１１４７６号公報）に記載されているように、部品実装動作のために昇降する吸着ノズルの両隣（１ピッチ前と１ピッチ後）に位置する２本の吸着ノズルの側面画像を撮像装置で撮像して、その画像を処理して各吸着ノズルの部品吸着の有無や部品吸着姿勢を認識し、その認識結果に基づいて、部品の吸着ミスや異常吸着を検出したり、部品実装ミス（部品の持ち帰り）を検出するようにしたものがある。

また、部品実装機には、交換用の吸着ノズルを保管するノズルステーションを設け、吸着ノズルの交換時に、回転ヘッドをノズルステーションの上方へ移動させて、該回転ヘッドに保持する吸着ノズルを自動的に交換すると共に、このノズル交換動作が正常に行われているか否かを確認するために、回転ヘッドのノズル交換位置（部品吸着・実装時に吸着ノズルが昇降する位置と同じ位置）の吸着ノズルの有無を光センサで検出するようにしたものがある。

特開２００８−３１１４７６号公報

上述した２本の吸着ノズルの側面画像を撮像する撮像装置とノズル交換確認用の光センサの両方を部品実装機に搭載する場合、撮像装置の少なくとも光学系ユニットとノズル交換確認用の光センサの両方を吸着ノズルの側方に配置する必要があるが、この構成では、ノズル交換確認用の光センサが回路基板上の先付け部品と干渉する可能性がある。そのため、回路基板上の先付け部品が大型部品の場合は、ノズル交換確認用の光センサを退避移動させる機構が必要となり、コストアップしてしまう。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、部品吸着・実装動作とノズル交換動作の両方を確認する機能を比較的低コストで搭載できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明は、部品を吸着する複数本の吸着ノズルを、回転ヘッドにその円周方向に所定間隔で交換可能に保持した部品実装機において、前記回転ヘッドに保持された前記複数本の吸着ノズルのうちの部品吸着・実装動作又はノズル交換動作のために昇降する吸着ノズルの少なくとも一部の側面画像とその両隣に位置する２本の吸着ノズルの少なくとも下端部の側面画像を一括して撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像した画像を処理する画像処理装置とを備え、前記撮像装置は、１つの画像センサと、３本の吸着ノズルの撮像対象部位の側面画像を前記画像センサの受光面に各側面画像が重ならないように結像させる光学系ユニットとを有し、前記画像処理装置は、部品吸着・実装動作の際に前記３本の吸着ノズルのうちの両端に位置する２本の吸着ノズルを撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズルの部品吸着の有無や部品吸着姿勢を認識し、ノズル交換動作の際に前記３本の吸着ノズルのうちの中間に位置する吸着ノズルを撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズルの有無を認識するようにしたものである。

この構成では、撮像装置で一括して撮像した３本の吸着ノズルの撮像対象部位の側面画像を用いて部品吸着・実装動作とノズル交換動作の両方を確認できるため、ノズル交換確認用の光センサを搭載する必要がなく、部品吸着・実装動作とノズル交換動作の両方を確認する機能を比較的低コストで搭載できる。

この場合、前記光学系ユニットは、前記３本の吸着ノズルのうちの中間に位置する吸着ノズルの上部の側面画像を前記画像センサの受光面の上部側に結像させ、前記３本の吸着ノズルのうちの両端に位置する２本の吸着ノズルの上部の側面画像を前記画像センサの受光面の下部側に左右に並べて結像させるように構成しても良い。

或は、前記光学系ユニットは、前記３本の吸着ノズルの撮像対象部位の側面画像を前記画像センサの受光面に横方向に並べて結像させるように構成しても良い。

図１は本発明の実施例１の主要部の構成を示す斜視図である。図２は本発明の実施例１の光学系ユニットの構成（上面カバーを取り外した状態）を示す斜視図である。図３は本発明の実施例１の撮像装置の構成を示す斜視図である。図４は本発明の実施例１の撮像装置で撮像した画像を示す図である。図５は本発明の実施例２の撮像装置の光学系ユニットの構成を示す斜視図である。図６は本発明の実施例２の撮像装置で撮像した画像を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて部品実装機の回転ヘッド１１の構成を説明する。

回転ヘッド１１には、その円周方向に所定間隔で複数本のノズルホルダ１２が下降可能に保持され、各ノズルホルダ１２の下部には、それぞれ部品を吸着する吸着ノズル１３が下向きに交換可能（着脱可能）に係合保持されている。

回転ヘッド１１は、ヘッド移動装置（図示せず）によって移動されるヘッド保持ユニット２１の下方に延びるＲ軸２２に交換可能（着脱可能）に係合保持される。尚、図１は回転ヘッド１１をＲ軸２２から下方に取り外して移動させた状態を示している。ヘッド保持ユニット２１には、Ｒ軸２２を回転させるＲ軸駆動機構２３（ヘッド回転機構）が組み付けられている。Ｒ軸駆動機構２３は、Ｒ軸２２の上端に固定されたＲ軸ギア２４（歯面図示せず）をＲ軸モータ２５により回転させて、回転ヘッド１１をＲ軸２２を中心にして回転させることで、複数本のノズルホルダ１２が複数本の吸着ノズル１３と一体的に該回転ヘッド１１の円周方向に旋回するようになっている。

Ｒ軸２２には、Ｑ軸駆動機構２６（ノズル回転機構）の駆動源となるＱ軸ギア２７（歯面図示せず）が回転可能に挿通され、該Ｑ軸ギア２７がＱ軸モータ２８によりＲ軸２２の回りを回転するようになっている。

また、回転ヘッド１１には、Ｑ軸ギア２７の回転力を各ノズルホルダ１２に伝達するノズル回転ギア機構３２が設けられている。ノズル回転ギア機構３２は、回転ヘッド１１の上部側に同心状に回転可能に保持された円筒ギア３３（歯面図示せず）と、各ノズルホルダ１２にそれぞれ取り付けられた小ギア３４とを噛み合わせ、ヘッド保持ユニット２１のＱ軸ギア２７によって円筒ギア３３を回転させて各ノズルホルダ１２の小ギア３４を回転させることで、各ノズルホルダ１２がそれぞれ各ノズルホルダ１２の軸心線の回りを回転して、各ノズルホルダ１２に保持された各吸着ノズル１３に吸着した各部品の向き（角度）を修正するようになっている。円筒ギア３３内にヘッド保持ユニット２１のＲ軸２２を挿入できるように該円筒ギア３３の内径寸法がＲ軸２２の外径寸法よりも若干大きく形成されている。

Ｒ軸駆動機構２３とＱ軸駆動機構２６の他に、Ｚ軸モータ（図示せず）を駆動源とするＺ軸駆動機構（図示せず）がヘッド保持ユニット２１と一体的に移動するように設けられ、部品吸着・実装動作やノズル交換動作の際に、該Ｚ軸駆動機構により、ノズルホルダ１２の旋回軌道の所定の停止位置で、ノズルホルダ１２を下降させて、吸着ノズル１３に部品を吸着したり、その部品を回路基板（図示せず）に実装したり、ノズルホルダ１２に保持した吸着ノズル１３を交換するようにしている。尚、部品実装機には、交換用の吸着ノズル１３を保管するノズルステーション（図示せず）が設けられている。

ヘッド保持ユニット２１には、吸着ノズル１３に吸着した部品を側方から撮像する撮像装置４１（図３参照）が取り付けられ、該撮像装置４１が回転ヘッド１１と一体的に移動するように構成されている。図３に示すように、撮像装置４１は、１つの画像センサ４２（カメラ）と光学系ユニット４３とを備え、該光学系ユニット４３の内部には、図２に示すように、プリズム４４、ミラー４５〜４７や照明光源等が配置され、該光学系ユニット４３の上面には、上面カバー４８（図３参照）が装着されている。

図１に示すように、光学系ユニット４３は、回転ヘッド１１に保持された複数本の吸着ノズル１３のうちの部品吸着・実装動作又はノズル交換動作のために昇降する吸着ノズル１３（Ｂ）の少なくとも一部の側面画像とその両隣に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の少なくとも下端部の側面画像を一括して撮像するように構成されている。光学系ユニット４３は、撮像対象となる３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）の側方に配置され、図３に示すように、該光学系ユニット４３の基端側と先端側が支持フレーム５１と支持シャフト５２に取り付けられている。画像センサ４２は、受光面側を下向きにした状態でヘッド保持ユニット２１側に撮像装置４１の本体フレーム５３を介して固定されている。

光学系ユニット４３は、３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）の撮像対象部位の側面画像を画像センサ４２の受光面に各側面画像が重ならないように結像させるように構成されている。本実施例１では、図４に示すように、光学系ユニット４３は、撮像対象となる３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの中間に位置する吸着ノズル１３（Ｂ）の上部の側面画像を画像センサ４２の受光面の上部側に結像させ、前記３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの両端に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の下部の側面画像を画像センサ４２の受光面の下部側に左右に並べて結像させるように構成されている。具体的には、光学系ユニット４３の中央部に位置するプリズム４４の高さをその背後に位置するミラー４６の高さよりも低くして、中間の吸着ノズル１３（Ｂ）の上部の側面画像をプリズム４４の上側の空間を通してその背後のミラー４６の上部側で反射して画像センサ４２の受光面の上部側に結像させる。そして、撮像対象となる３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの両端に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の下部の側面画像を光学系ユニット４３の両側に位置するミラー４５，４７でプリズム４４側に反射して、更に該プリズム４４でその背後に位置するミラー４６側へ屈折させて、該ミラー４６で反射して画像センサ４２の受光面の下部側に結像させようにしている。この場合、光学系ユニット４３の両側に位置するミラー４５，４７の高さは、プリズム４４の高さと同じとなっている。尚、ミラー４５、４７とプリズム４４の受光側（撮像対象側）には、それぞれ透明カバー５５〜５７が装着されている。

部品実装機の稼働中は、部品吸着時に回転ヘッド１１をフィーダ（図示せず）の上方へ移動させて、該回転ヘッド１１を１ピッチ（吸着ノズル１３の配列ピッチ）ずつ回転させて、該回転ヘッド１１の所定位置の吸着ノズル１３を下降させて部品を吸着して上昇させるという動作を繰り返して該回転ヘッド１１の全ての吸着ノズル１３に部品を吸着した後、該回転ヘッド１１を回路基板の上方へ移動させて、該回転ヘッド１１を１ピッチずつ回転させて、該回転ヘッド１１の所定位置の吸着ノズル１３を下降させて該吸着ノズル１３の吸着部品を該回路基板に実装して該吸着ノズル１３を上昇させるという動作を繰り返して該回転ヘッド１１の全ての吸着ノズル１３の吸着部品を該回路基板に実装し、以後、上述した複数本の吸着ノズル１３の部品吸着動作と部品実装動作を交互に繰り返して部品実装基板を生産する。

また、回転ヘッド１１に保持した吸着ノズル１３を交換する場合は、回転ヘッド１１をノズルステーション（図示せず）の上方へ移動させて、該回転ヘッド１１に保持する吸着ノズル１３を自動的に交換する。

部品実装機の部品吸着・実装動作やノズル交換動作を制御する制御装置（図示せず）は、撮像装置４１で撮像した画像を処理する画像処理装置としても機能し、部品吸着・実装動作の際に前記３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの両端に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）を撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の部品吸着の有無や部品吸着姿勢を認識する。

例えば、部品実装動作の際に下降する吸着ノズル１３（Ｂ）より１ピッチ前（実装直前の位置）の吸着ノズル１３（Ａ）には部品が吸着されているのが正常な状態であるため、画像認識の結果、当該吸着ノズル１３（Ａ）に部品が吸着されていない又は異常姿勢であると判定されれば、当該吸着ノズル１３（Ａ）については部品実装動作を行わず、回転ヘッド１１を１ピッチ回転させて、次の吸着ノズル１３の部品吸着の有無を画像認識する。また、部品実装動作の際に下降する吸着ノズル１３（Ｂ）より１ピッチ後（実装直後の位置）の吸着ノズル１３（Ｃ）には部品が吸着されていないのが正常な状態であるため、画像認識の結果、当該吸着ノズル１３（Ｃ）に部品が吸着されていると判定されれば、実装ミス（部品の持ち帰り）と判断して、再度、部品実装動作を行う。

また、部品吸着動作の際にも、前記３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの両端に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）を撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の部品吸着の有無や部品吸着姿勢を認識する。部品吸着動作の際に下降する吸着ノズル１３（Ｂ）より１ピッチ後（吸着直後の位置）の吸着ノズル１３（Ｃ）には部品が吸着されているのが正常な状態であるため、画像認識の結果、当該吸着ノズル１３（Ｃ）に部品が吸着されていないと判定されれば、部品吸着ミスと判断して、再度、部品吸着動作を行う。また、部品吸着動作の際に下降する吸着ノズル１３（Ｂ）より１ピッチ前（吸着直前の位置）の吸着ノズル１３（Ａ）に部品が吸着されていると判定されれば、今回の吸着ノズル１３（Ｂ）の部品吸着動作が最後の部品吸着動作と判断する。

一方、ノズル交換動作の際には、前記３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの中間に位置する吸着ノズル１３（Ｂ）を撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズル１３（Ｂ）の有無を認識する。例えば、回転ヘッド１１から吸着ノズル１３（Ｂ）を取り外す場合は、その動作開始前にノズル有りと判定し、取り外し後にノズル無しと判定すれば、吸着ノズル１３（Ｂ）の取り外しが正常に行われたと判断する。また、回転ヘッド１１のノズルホルダにノズルステーションに置かれた交換用の吸着ノズル１３を取り付ける場合は、その取付動作開始前にノズル無しと判定し、取付動作後にノズル有りと判定すれば、吸着ノズル１３の取り付けが正常に行われたと判断する。

以上説明した本実施例１では、回転ヘッド１１に保持された複数本の吸着ノズル１３のうちの部品吸着・実装動作又はノズル交換動作のために昇降する吸着ノズル１３（Ｂ）の少なくとも一部の側面画像とその両隣に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の少なくとも下端部の側面画像を一括して撮像する撮像装置４１を備え、該撮像装置４１は、１つの画像センサ４２と、３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）の撮像対象部位の側面画像を画像センサ４２の受光面に各側面画像が重ならないように結像させる光学系ユニット４３とを有し、部品吸着・実装動作の際に撮像対象となる３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの両端に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）を撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の部品吸着の有無や部品吸着姿勢を認識し、ノズル交換動作の際に前記３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの中間に位置する吸着ノズル１３を撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズル１３の有無を認識するようにしたので、撮像装置４１で撮像した画像を用いて部品吸着・実装動作とノズル交換動作の両方を確認することができ、ノズル交換確認用の光センサを搭載する必要がなく、部品吸着・実装動作とノズル交換動作の両方を確認する機能を比較的低コストで搭載できる。

次に、図５及び図６を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、上記実施例１と実質的に同じ部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。

本実施例２では、光学系ユニット４３の中央部に２分割したプリズム４４ａ，４４ｂを配置して、２つのプリズム４４ａ，４４ｂの間に前後方向に貫通する縦スリット６２を形成し、撮像対象となる３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの中間に位置する吸着ノズル１３（Ｂ）の少なくとも一部の側面画像をプリズム４４ａ，４４ｂ間の縦スリット６２を通過させてプリズム４４ａ，４４ｂの背後に位置するミラー４６で反射して画像センサ４２の受光面の中央部に結像させる。そして、撮像対象となる３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）のうちの両端に位置する２本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｃ）の下部の側面画像を光学系ユニット４３の両側に位置するミラー４５，４７でプリズム４４ａ，４４ｂ側に反射して、更に各プリズム４４ａ，４４ｂでその背後に位置するミラー４６側へ屈折させて、該ミラー４６で反射して画像センサ４２の受光面の両側部に結像させようにしている。これにより、図６に示すように、３本の吸着ノズル１３（Ａ，Ｂ，Ｃ）の撮像対象部位の側面画像を画像センサ４２の受光面に横方向に並べて結像させる。この場合、プリズム４４ａ，４４ｂの高さは、ミラー４５〜４７の高さと同じとなっている。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、本発明は、上記実施例１，２に限定されず、回転ヘッド１１の構成や光学系ユニット４３の構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…回転ヘッド、１２…ノズルホルダ、１３…吸着ノズル、２１…ヘッド保持ユニット、４１…撮像装置、４２…画像センサ、４３…光学系ユニット、４４，４４ａ，４４ｂ…プリズム、４５〜４７…ミラー、５５〜５７…透明カバー

Claims

部品を吸着する複数本の吸着ノズルを、回転ヘッドにその円周方向に所定間隔で交換可能に保持した部品実装機において、
前記回転ヘッドに保持された前記複数本の吸着ノズルのうちの部品吸着・実装動作又はノズル交換動作のために昇降する吸着ノズルの少なくとも一部の側面画像とその両隣に位置する２本の吸着ノズルの少なくとも下端部の側面画像を一括して撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像した画像を処理する画像処理装置とを備え、
前記撮像装置は、１つの画像センサと、３本の吸着ノズルの撮像対象部位の側面画像を前記画像センサの受光面に各側面画像が重ならないように結像させる光学系ユニットとを有し、
前記画像処理装置は、部品吸着・実装動作の際に前記３本の吸着ノズルのうちの両端に位置する２本の吸着ノズルを撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズルの部品吸着の有無や部品吸着姿勢を認識し、ノズル交換動作の際に前記３本の吸着ノズルのうちの中間に位置する吸着ノズルを撮像対象として撮像した画像を処理して該吸着ノズルの有無を認識することを特徴とする部品実装機。
前記光学系ユニットは、前記３本の吸着ノズルのうちの中間に位置する吸着ノズルの上部の側面画像を前記画像センサの受光面の上部側に結像させ、前記３本の吸着ノズルのうちの両端に位置する２本の吸着ノズルの上部の側面画像を前記画像センサの受光面の下部側に左右に並べて結像させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
前記光学系ユニットは、前記３本の吸着ノズルの撮像対象部位の側面画像を前記画像センサの受光面に横方向に並べて結像させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。