JPWO2020152781A1 - 部品実装機 - Google Patents

Abstract

回路基板の基板マークを撮像するマーク撮像用のカメラ（１６）を実装ヘッド（１３）と一体に移動するように設けると共に、部品供給装置（１２）が供給する部品（２０）の上面に付された文字等の認識対象を認識する機能を備えた部品実装機（１１）において、実装ヘッドの側方に突出するように設けられた電装品保持フレーム（２１）の下部に、マーク撮像用のカメラで撮像する部品の上面の認識対象を斜め上方から照明する照明光源（２２）を取り付ける。この照明光源で斜め上方から照明された部品の上面の認識対象をその上方からマーク撮像用のカメラで撮像し、その画像を処理することで部品の上面の認識対象を認識する。

Description

本明細書は、部品供給装置が供給する部品の上面に付された文字、記号、マーク（以下「認識対象」という）を認識する機能を備えた部品実装機に関する技術を開示したものである。

この種の部品実装機としては、特許文献１（特開２００４−３５６６０４号公報）に記載されているように、部品を実装する回路基板の基板マークを撮像するマーク撮像用のカメラを使用して、テープフィーダ等の部品供給装置が供給する部品の上面の文字やマーク等の認識対象をその上方から撮像して、その画像を処理して部品上面の認識対象を認識するようにしたものがある。この場合、部品上面の認識対象を撮像する際の照明光源は、マーク撮像用のカメラに設けられたリング状の照明光源を用いるようにしている。

しかしながら、この構成では、部品上面の文字等の認識対象に対する照明角度（照明光の光軸角度）が６０°程度となり、部品上面の文字等の認識対象の認識に適した照明角度１０°〜４５°よりも大きいため、部品上面の文字等の認識対象の認識が困難な場合がある。特に、部品上面の文字等の認識対象がレーザ等で刻印されている場合には、照明角度が大きいと、認識対象とその周囲の部品上面との輝度差がほとんどなく、全く文字等の認識対象を認識できない。

そこで、特許文献２（特開２０１７−１６２８４５号公報）に記載されているように、マーク撮像用のカメラの照明ユニットをＸ方向両側に拡大して、基板マークの照明に使用する通常の照明光源の両外側に文字認識用の照明光源を配置し、部品上面の文字を認識する場合には、通常の照明光源の両外側に位置する文字認識用の照明光源で部品上面の文字を照明することで、部品上面の文字に対する照明角度を小さくして、部品上面の文字を撮像して認識するようにしたものがある。

特開２００４−３５６６０４号公報 特開２０１７−１６２８４５号公報

しかし、上記特許文献２の構成では、基板マークの照明に使用する通常の照明光源の両外側に文字認識用の照明光源が配置されているため、マーク撮像用のカメラの下側に取り付けられた照明ユニットがカメラの両外側に大きく張り出した構成となる。この場合、マーク撮像用のカメラは、実装ヘッドに取り付けられて両者が部品吸着・実装動作時に一体的に移動するため、部品吸着・実装動作時に実装ヘッドと一体的に移動するマーク撮像用のカメラの照明ユニットがその周囲に存在する物体や回路基板上の実装部品と干渉してこれらを損傷するおそれがある。

上記課題を解決するために、部品供給装置が供給する部品の上面に付された文字、記号、マーク（以下「認識対象」という）を斜め上方から照明する照明光源と、前記照明光源で斜め上方から照明された前記部品の上面の認識対象をその上方から撮像するカメラと、前記カメラで撮像した画像を処理して前記認識対象を認識する画像処理装置とを備えた部品実装機において、前記部品を吸着して回路基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを移動させるヘッド移動装置と、前記実装ヘッドと一体的に移動するように設けられ、前記実装ヘッドの側方に突出して前記実装ヘッドの制御基板やケーブル類を保持する電装品保持フレームとを備え、前記照明光源は、前記電装品保持フレームの下部に取り付けられ、前記カメラは、前記実装ヘッドと一体的に移動し、前記回路基板の基板マークを撮像するマーク撮像用のカメラを用いるようにしたものである。

要するに、実装ヘッドには、実装ヘッドの制御基板やケーブル類を保持する電装品保持フレームが実装ヘッドの側方に突出するように設けられていることに着目して、電装品保持フレームに照明光源を設けたものである。この照明光源はＬＥＤ等の発光素子でコンパクトに構成できると共に、この照明光源を実装ヘッドの側方に突出する電装品保持フレームに取り付けることで、実装ヘッドと一体的に移動する構造物の大型化（周辺の物体や回路基板上の実装部品との干渉の問題）を回避しつつ照明光源とマーク撮像用のカメラとの間の水平方向の距離を確保することができる。これにより、実装ヘッドと一体的に移動する構造物が大型化することなく、マーク撮像用のカメラから水平方向に離れた位置に照明光源を配置して、マーク撮像用のカメラの下方に位置する部品の上面の認識対象に対する照明光源の照明角度をその認識対象の認識に適した照明角度まで小さくすることができ、部品の上面の認識対象を認識することができる。

図１は一実施例における実装ヘッドとマーク撮像用のカメラと照明光源と部品の上面の認識対象との位置関係を示す側面図である。 図２は部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。

以下、本明細書に開示した一実施例を説明する。
まず、部品実装機１１全体の構成を図１及び図２を参照して簡単に説明する。

部品実装機１１には、部品２０を供給するトレイフィーダやテープフィーダ等の部品供給装置１２が交換可能にセットされている。部品実装機１１の内部には、実装ヘッド１３を水平方向（ＸＹ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に移動させるヘッド移動装置１４と、回路基板（図示せず）を搬入／搬出するコンベア１５等が設けられている。実装ヘッド１３には、部品供給装置１２が供給する部品２０を吸着して前記回路基板に実装するための１本又は複数本の吸着ノズル（図示せず）が交換可能に保持されている。部品供給装置１２とコンベア１５との間には、実装ヘッド１３の吸着ノズルに吸着した部品２０をその下方から撮像する部品撮像用のカメラ１９が上向きに設置されている。

図１に示すように、実装ヘッド１３の側面部には、回路基板の基板マークをその上方から撮像するマーク撮像用のカメラ１６が下向きに取り付けられ、実装ヘッド１３とマーク撮像用のカメラ１６がヘッド移動装置１４によって一体的にＸＹＺ方向に移動するようになっている。実装ヘッド１３には、実装ヘッド１３の制御基板やケーブル類等の電装品を保持する電装品保持フレーム２１が実装ヘッド１３の側方に突出するように取り付けられている。この電装品保持フレーム２１の下部には、ＬＥＤ等の発光素子で構成された照明光源２２が取り付けられている。この照明光源２２は、部品供給装置１２が供給する部品２０の上面に付された文字、記号、マーク（以下「認識対象」という）を斜め上方から照明するように取付角度（光軸の角度）が設定され、且つ実装ヘッド１３の移動中に照明光源２２がその周辺に存在する物体や回路基板上の実装部品と干渉するのを避けるために、電装品保持フレーム２１からの照明光源２２の突出量ができるだけ小さくなるように（より好ましくは電装品保持フレーム２１から突出しないように）取り付けられている。

この場合、マーク撮像用のカメラ１６と照明光源２２との間の水平方向の距離が小さすぎると、マーク撮像用のカメラ１６の下方に位置する部品２０の上面の認識対象に対する照明光源２２の照明角度（光軸の角度）が大きくなりすぎて、認識対象が認識しにくくなる。この点を考慮して、本実施例では、電装品保持フレーム２１の下部のうちのマーク撮像用のカメラ１６の位置とは反対側の端部に照明光源２２を取り付けることで、マーク撮像用のカメラ１６と照明光源２２との間の水平方向の距離をできるだけ大きくして、マーク撮像用のカメラ１６の下方に位置する部品２０の上面の認識対象に対する照明光源２２の照明角度を小さくするようにしている。

更に、本実施例では、部品供給装置１２がトレイフィーダの場合にトレイ上の部品２０の上面の高さが部品種によって異なることを考慮して、当該部品２０の上面の高さを測定する高さセンサ２３を実装ヘッド１３に下向きに取り付けている。この高さセンサ２３は、例えばレーザ式、超音波式、ＬＥＤ式等の非接触式の高さセンサを用いれば良い。

部品実装機１１の上述した各機能の動作を制御する制御装置３５は、１台又は複数台のコンピュータ（ＣＰＵ）とその周辺回路から構成され、マーク撮像用のカメラ１６や部品撮像用のカメラ１９で撮像した画像を処理して認識対象を認識する画像処理装置としても機能する。この制御装置３５は、部品供給装置１２が供給する部品２０の上面の認識対象を認識する際には、ヘッド移動装置１４の動作を制御して部品２０の上方の位置までマーク撮像用のカメラ１６を移動させると共に、高さセンサ２３で測定した部品２０の高さを基準にして部品２０の上面からの照明光源２２の高さが所定高さとなるまで（つまり部品２０の上面の認識対象に対する照明光源２２の照明角度が所定角度となるまで）実装ヘッド１３を上下方向（Ｚ方向）に移動させる。これにより、部品２０の上面の認識対象に対する照明光源２２の照明角度が部品２０の上面の認識対象の認識に適した照明角度、例えば５°〜３５°（より好ましくは１０°〜２０°）の範囲内に収まるように照明光源２２の照明角度を調整した状態で部品２０の上面の認識対象をマーク撮像用のカメラ１６で撮像して画像処理により認識する。

この際、制御装置３５は、部品２０の上面の認識対象を認識できなかった場合に、ヘッド移動装置１４によって照明光源２２の高さを所定量変更することで部品２０の上面の認識対象に対する照明光源２２の照明角度を少しだけ変更して再び部品２０の上面の認識対象をマーク撮像用のカメラ１６で撮像して画像処理を行うようにしても良い。

更に、照明光源２２の照明光量（明るさ）を調整する照明光量調整部（図示せず）を設け、部品２０の上面の認識対象を認識できなかった場合に、照明光量調整部によって部品２０の上面の認識対象に対する照明光源２２の照明光量（明るさ）を変更して再び部品２０の上面の認識対象をマーク撮像用のカメラ１６で撮像して画像処理を行うようにしても良い。

以上説明した本実施例では、実装ヘッド１３には、実装ヘッド１３の制御基板やケーブル類等の電装品を保持する電装品保持フレーム２１が実装ヘッド１３の側方に突出するように設けられていることに着目して、電装品保持フレーム２１に照明光源２２を設けた構成としている。これにより、照明光源２２はＬＥＤ等の発光素子でコンパクトに構成できると共に、この照明光源２２を実装ヘッド１３の側方に突出する電装品保持フレーム２１に取り付けることで、実装ヘッド１３と一体的に移動する構造物の大型化（周辺の物体や回路基板上の実装部品との干渉の問題）を回避しつつ照明光源２１とマーク撮像用のカメラ１６との間の水平方向の距離を確保することができる。これにより、実装ヘッド１３と一体的に移動する構造物が大型化することなく、マーク撮像用のカメラ１６から水平方向に離れた位置に照明光源２２を配置して、マーク撮像用のカメラ１６の下方に位置する部品２０の上面の認識対象に対する照明光源２１の照明角度をその認識対象の認識に適した照明角度まで小さくすることができ、部品２０の上面の認識対象を認識することができる。

尚、本実施例では、ヘッド移動装置１４によって実装ヘッド１３を水平方向（ＸＹ方向）及び上下方向（Ｚ方向）に移動させるようにしたが、ヘッド移動装置１４によって実装ヘッド１３を水平方向（ＸＹ方向）のみ移動させ、吸着ノズルを上下方向（Ｚ方向）に移動させることで部品２０の吸着・実装を行う部品実装機に適用して実施しても良い。

その他、本発明は、電装品保持フレーム２１に対する照明光源２２の取付位置を適宜変更したり、実装ヘッド１３に対するマーク撮像用のカメラ１６の取付位置を適宜変更したり、電装品保持フレーム２１の形状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勿論である。

１１…部品実装機、１２…部品供給装置、１３…実装ヘッド、１４…ヘッド移動装置、１６…マーク撮像用のカメラ、２０…部品、２１…電装品保持フレーム、２２…照明光源、２３…高さセンサ、２５…制御装置（画像処理装置）

Claims (5)

1. 部品供給装置が供給する部品の上面に付された文字、記号、マーク（以下「認識対象」という）を斜め上方から照明する照明光源と、
   前記照明光源で斜め上方から照明された前記部品の上面の認識対象をその上方から撮像するカメラと、
   前記カメラで撮像した画像を処理して前記認識対象を認識する画像処理装置と
   を備えた部品実装機において、
   前記部品を吸着して回路基板に実装する実装ヘッドと、
   前記実装ヘッドを移動させるヘッド移動装置と、
   前記実装ヘッドと一体的に移動するように設けられ、前記実装ヘッドの側方に突出して前記実装ヘッドの制御基板やケーブル類を保持する電装品保持フレームとを備え、
   前記照明光源は、前記電装品保持フレームの下部に取り付けられ、
   前記カメラは、前記実装ヘッドと一体的に移動し、前記回路基板の基板マークを撮像するマーク撮像用のカメラである、部品実装機。
2. 前記照明光源は、前記電装品保持フレームの下部のうちの前記マーク撮像用のカメラの位置とは反対側の端部に取り付けられている、請求項１に記載の部品実装機。
3. 前記ヘッド移動装置は、前記実装ヘッドを水平方向及び上下方向に移動させるように構成されている、請求項１又は２に記載の部品実装機。
4. 前記ヘッド移動装置の動作を制御する制御装置は、前記部品の上面の認識対象を前記マーク撮像用のカメラで撮像する際に、前記部品の上面からの前記照明光源の高さが所定高さとなるように前記ヘッド移動装置の動作を制御することで前記部品の上面の認識対象に対する前記照明光源の照明角度を所定角度に調整した状態で前記部品の上面の認識対象を前記マーク撮像用のカメラで撮像する、請求項３に記載の部品実装機。
5. 前記画像処理装置は、前記部品の上面の認識対象を認識できなかった場合に、前記ヘッド移動装置によって前記照明光源の高さを所定量変更することで前記部品の上面の認識対象に対する前記照明光源の照明角度を変更して再び前記部品の上面の認識対象を前記マーク撮像用のカメラで撮像して画像処理を行う、請求項３又は４に記載の部品実装機。

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