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発明の名称 実装機の部品状態検出装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−213800
公開日 平成8年(1996)8月20日
出願番号 特願平7−16180
出願日 平成7年(1995)2月2日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 (外3名)
発明者 橋本 和久
要約 目的
より精度良く部品不良や吸着状態を検出する。

構成
ヘッドユニット5にノズル部材21を設け、これにより部品を吸着して移送し、プリント基板3に装着するようにした。また、ヘッドユニット5にレーザユニット22を設ける一方、基台1に部品認識カメラ25を設け、部品の種類に応じてレーザユニット22又は部品認識カメラ25を選択的に用いて吸着された部品の状態を検出するようにした。そして、レーザユニット22を用いる場合には、レーザ発生部22aとディテクタ22bとの間に部品を配置すべくノズル部材21を作動させる一方、部品認識カメラ25を用いる場合には、レーザユニット22の下方の位置に部品を配置すべくノズル部材21を作動させるとともに、部品が部品認識カメラ25の撮像位置に配置されるようにヘッドユニット5を移動させるようにし、これを主制御器30によって制御するようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】 部品吸着用のノズル部材を昇降可能に備え、部品供給側と部品装着側とにわたって移動可能なヘッドユニットを有する実装機において、上記ヘッドユニットに設けられ、平行光線の照射部と受光部とを有して上記ノズル部材に吸着された部品の投影検知に基づいて部品状態を検出する光線式検知手段と、上記ヘッドユニットの移動経路内に設けられ、撮像に基づき部品状態を検出する撮像手段と、上記ノズル部材を昇降させるノズル駆動手段と、吸着された部品の種類に応じて、上記光線式検知手段による投影検知が可能な所定寸法以下の部品の場合は、吸着部品を光線式検知手段に対応する第1の検出高さ位置とするとともに、上記光線式検知手段を用いて部品状態を検出し、所定寸法より大きい部品の場合は、吸着部品を光線式検知手段より下方の第2の検出高さ位置とするようにノズル駆動手段を制御するとともに、上記撮像手段を用いて部品状態を検出する制御手段とを備えたことを特徴とする実装機の部品状態検出装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、部品吸着用のノズル部材を備えたヘッドユニットによりIC等の部品を吸着してプリント基板の所定位置に装着する実装機において、特に、ノズル部材に吸着された部品の不良や吸着状態を検知するように構成された実装機の部品状態検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、部品装着用のノズル部材を有するヘッドユニットにより、IC等の部品を部品供給部から吸着して位置決めされているプリント基板上に移送し、プリント基板の所定の位置に装着するようにした実装機が知られている。
【0003】このような実装機においては、ノズル部材で部品を吸着したときの部品の位置にある程度のバラツキがあり、部品の吸着位置ズレに応じて装着位置を補正することが要求されるとともに、部品の異常、例えばリード折れ等の発生した不良部品の装着を未然に阻止することが要求される。
【0004】そこで、このような部品状態を検知するために、例えば、平行光線の照射部と受光部とを相対向して有する光線式検知手段をヘッドユニットに装備して、吸着部品を検査することが行われている。これによると、吸着部品が照射部と受光部との間、つまり光線式検知手段による検知エリア内に配置された後、部品に向けて平行光線が照射され、その投影に基づいて部品状態が検出されるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の実装機では、大きさ等の異なる各種部品を装着することが要求され、通常、比較的小型のチップ部品を装着することが多いが、QFPやコネクタといった大型部品を装着することが必要となる場合もあり、従って、上述のような光線式検知手段を用いてこのような大型部品の検出も可能とするためには、光線式検知手段の照射部と受光部の間隔やこれらの長さを、検出する大型部品に応じて拡大する必要がある。
【0006】しかし、照射部と受光部の間隔や長さが拡大されると、平行光線へのノイズの影響が増大したり、照射部と受光部との配置に誤差が生じ易くなる等により、部品(特に小型部品)に対する検出精度が低下する虞がある。従って、このような検出精度の低下を避ける必要がある。
【0007】また、照射部と受光部との間隔が拡大されることにより装置が大型化するという問題もあり、これを避ける必要もある。
【0008】なお、部品状態検出の手段としては、上記光線式検知手段の他に、撮像に基づき部品状態を検出する撮像手段があり、部品の種類に応じて光線式検知手段と撮像手段とを使い分けることも提案されている(平成4年 特許願 第296124号)。しかし、このようにする場合でも大型部品の検出が行われるとともに、光線式検知手段との干渉を避ける必要があり、そのために光線式検知手段の照射部と受光部との間隔や長さが大きくされることにより、上記のような問題が生じる。
【0009】本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、より精度良く部品不良や部品の吸着状態を検出することができる実装機の部品状態検出装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る実装機の部品状態検出装置は、部品吸着用のノズル部材を昇降可能に備え、部品供給側と部品装着側とにわたって移動可能なヘッドユニットを有する実装機において、上記ヘッドユニットに設けられ、平行光線の照射部と受光部とを有して上記ノズル部材に吸着された部品の投影検知に基づいて部品状態を検出する光線式検知手段と、上記ヘッドユニットの移動経路内に設けられ、撮像に基づき部品状態を検出する撮像手段と、上記ノズル部材を昇降させるノズル駆動手段と、吸着された部品の種類に応じて、上記光線式検知手段による投影検知が可能な所定寸法以下の部品の場合は、吸着部品を光線式検知手段に対応する第1の検出高さ位置とするとともに、上記光線式検知手段を用いて部品状態を検出し、所定寸法より大きい部品の場合は、吸着部品を光線式検知手段より下方の第2の検出高さ位置とするようにノズル駆動手段を制御するとともに、上記撮像手段を用いて部品状態を検出する制御手段とを備えたものである。
【0011】
【作用】本発明によれば、認識すべき部品の種類に応じて、光線式検出手段と撮像手段が使い分けられる。つまり、光線式検出手段による投影検知が可能な小型部品の場合には、部品吸着後、ノズル部材の作動により吸着部品が第1の検出高さ位置に配置された後、光線式検出手段の照射部から平行光線が照射され、その投影に基づいて部品状態等が検出される。一方、大型部品の場合は撮像手段が選択され、この場合には、部品吸着後、ノズル部材の作動により吸着部品が第2の検出高さ位置に配置されるとともに、ヘッドユニットの移動により吸着部品が撮像手段の所定の撮像位置に配置され、この状態で、撮像手段により部品画像が取込まれ、この画像の認識に基づいて部品状態が検出される。なお、「部品状態」とは、いわゆる部品不良や、ノズル部材に吸着された部品の吸着位置ずれをいう。
【0012】
【実施例】本発明に係る部品状態検出装置の一例について図面に基づいて説明する。
【0013】図1及び図2は、本発明に係る部品状態検出装置が搭載された実装機の構造を示している。同図に示すように、実装機の基台1上には、プリント基板搬送用のコンベア2が配置され、プリント基板3がこのコンベア2上を搬送されて所定の装着作業位置で停止されるようになっている。上記コンベア2の側方には、部品供給部4が配置されている。この部品供給部4は部品供給用のフィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダー4aを備えている。
【0014】また、上記基台1の上方には、部品装着用のヘッドユニット5が装備されている。このヘッドユニット5は、部品供給部4とプリント基板3が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、当実施例ではX軸方向(コンベア2の方向)およびY軸方向(水平面上でX軸と直交する方向)に移動することができるようになっている。
【0015】すなわち、上記基台1上には、Y軸方向の固定レール7と、Y軸サーボモータ9により回転駆動されるボールねじ軸8とが配設され、上記固定レール7上にヘッドユニット支持部材11が配置されて、この支持部材11に設けられたナット部分12が上記ボールねじ軸8に螺合している。また、上記支持部材11には、X軸方向のガイド部材13と、X軸サーボモータ15により駆動されるボールねじ軸14とが配設され、上記ガイド部材13にヘッドユニット5が移動可能に保持され、このヘッドユニット5に設けられたナット部分(図示せず)が上記ボールねじ軸14に螺合している。そして、Y軸サーボモータ9の作動により上記支持部材11がY軸方向に移動するとともに、X軸サーボモータ15の作動によりヘッドユニット5が支持部材11に対してX軸方向に移動するようになっている。
【0016】また、上記Y軸サーボモータ9及びX軸サーボモータ15には、それぞれロータリエンコーダからなる位置検出装置10,16が設けられており、これによって上記ヘッドユニット5の移動位置検出がなされるようになっている。
【0017】上記ヘッドユニット5には、部品吸着用のノズル部材21が設けられている。ノズル部材21は、ヘッドユニット5のフレームに対して昇降(Z軸方向の移動)及びノズル中心軸(R軸)回りの回転が可能とされ、Z軸サーボモータ17及びR軸サーボモータ19により作動されるようになっている。また、これらの各サーボモータ17,19にはそれぞれ位置検出装置18,20が設けられており、ノズル部材21の移動位置検出がなされるようになっている。
【0018】なお、図示を省略しているが、ノズル部材21は負圧供給手段にバルブ等を介して接続されており、部品吸着用の負圧が必要時にノズル先端に供給されるようになっている。
【0019】また、上記ヘッドユニット5には、その下端部に、ノズル部材21に吸着された部品の状態、すなわち部品不良や、ノズル部材21に対する部品の吸着ずれを投影に基づいて検出する光線式検知手段としてのレーザユニット22が設けられている。図3に示すように、このレーザユニット22は、上記ノズル部材21が上下動するときに通過する空間を挟んで相対向するレーザ発生部(平行光線の照射部)22aとCCDからなるディテクタ(受光部)22bとから構成されている。
【0020】さらに、上記ヘッドユニット5には、上記レーザユニット22のレーザ発生部22a及びディテクタ22bの各下面に発光ユニット23a,23bが設けられるとともに、上記レーザユニット22の上方であって、レーザ発生部22aとディテクタ22bの間の空間に対応する個所に発光ユニット23cが設けられている。発光ユニット23cは、上記ヘッドユニット5のフレームに取付けられており、その中央部には、図3に示すように、穿孔部24が形成され、この穿孔部24を介して上記ノズル部材21が発光ユニット23cを貫通するようになっている。
【0021】これらの各発光ユニット23a,23b,23c(以下、これらをまとめて第1発光ユニット23という)は、後記部品認識カメラ25による部品撮像時に発光され、これにより部品認識カメラ25に対してノズル部材21に吸着された部品の背面側(部品の上面側)から光を照射するようになっている。
【0022】一方、上記部品供給部4の側方には、上記各ノズル部材21に吸着された部品を撮像する撮像手段としての部品認識カメラ25が配設され、また、その上部には、上記ノズル部材21に吸着された部品の表面側(部品の下面側)に光を照射するための第2発光ユニット26が配設されている。
【0023】上記部品認識カメラ25は、例えばCCDカメラであって、部品画像を2次元的に取込むようになっており、第2発光ユニット26に形成された撮像用の開口部26aを介して画像を取り込むようになっている。
【0024】上記部品認識カメラ25による部品の撮像の際には、上記ヘッドユニット5に設けられた第1発光ユニット23及び第2発光ユニット26の各照明が、撮像すべき部品の種類に応じて選択的に発光されるようになっている。これにより、上記第1発光ユニット23が発光された場合には、その光が部品を透過することによって得られる画像(透過画像)が取込まれ、上記第2発光ユニット26が発光された場合には、その光が部品の表面で反射することによって得られる画像(反射画像)が取込まれるようになっている。
【0025】次に、上記実装機の制御系について図4を用いて説明する。図4は、上記実装機の制御系の一例を示すブロック図である。
【0026】同図において、Y軸サーボモータ9、X軸サーボモータ15、ヘッドユニット5のノズル部材21に対するZ軸サーボモータ17、R軸サーボモータ19及びこれらの各サーボモータに設けられた位置検出装置10,16,18,20は、主制御器30の軸制御器31に電気的に接続されている。レーザユニット22は、レーザユニット演算部35に電気的に接続され、このレーザユニット演算部35は、主制御器30の入出力手段32を経て主演算部33に接続されている。また、発光ユニット23,26が、上記入出力手段32に接続されている。
【0027】また、上記部品認識カメラ25は、主制御器30の画像処理部34に接続されており、この画像処理部34において、取込まれた部品画像に所定の画像処理が施されて吸着部品の認識が行われ、これにより部品不良や部品の吸着ずれ等、部品状態が検出されるようになっている。
【0028】上記主演算部33は、図外の記憶部に記憶されたマウントデータ、すなわち装着部品や装着位置,装着順番等に関するデータに基づいて軸制御器31を介して各サーボモータ9,15,17,19の作動をコントロールするとともに、処理すべき部品の種類に応じて、部品状態の検出にレーザユニット22を用いるか部品認識カメラ25を用いるかを選定し、その選定に応じた制御を行う。
【0029】つまり、レーザユニット22によって部品状態を検出することが可能な部品、例えばレーザユニット22のレーザ発生部22aとディテクタ22bの間の空間(レーザユニット22の検知エリア)に位置させて回転させることが可能な所定寸法以下の大きさで、かつ比較的単純な形状の部品等であればレーザユニット22を選定し、レーザユニット22による部品状態の検出が困難、あるいは不可能な部品、例えば多数のリードを有する部品や、レーザユニット22の走査エリア内に位置させて回転させようとするとレーザ発生部22aやディテクタ22bと干渉するような大型部品であれば部品認識カメラ25を選定するものとし、このような選定に応じた部品状態検出のための制御を行うようになっている。また、部品認識カメラ25を選定する場合には、さらに、反射画像を取込むか透過画像を取込むかを選択し、それに応じて第1発光ユニット23又は第2発光ユニット26を選択的に発光させるように制御するようになっている。
【0030】次に、以上のように構成された実装機の部品状態検出動作について図5のフローチャートを用いて説明する。
【0031】上記実装機において実装動作が開始されると、先ず、ステップS1で、Y軸,X軸サーボモータ9,15が駆動されることによりヘッドユニット5が部品吸着位置まで移動させられ、それから、Z軸サーボモータ17が駆動されてノズル部材21が下降する(ステップS1,S2)。これによりノズル部材21による部品の吸着が行われる(ステップS3)。
【0032】そして、当該吸着部品に対してレーザユニット22又は部品認識カメラ25のいずれの手段により部品状態の検出を行うかが判断される。つまり、予め記憶されている部品データを読み出し、吸着部品に応じ、レーザユニット22による投影検知が可能な所定寸法以下の部品であれば、レーザユニット22を選択し、所定寸法より大きい部品等であれば、部品認識カメラ25を選択する。ここで、部品認識カメラ25が選択された場合にはステップS5へ、レーザユニット22が選択された場合にはステップS11へそれぞれ移行される(ステップS4)。
【0033】ステップS4において、部品認識カメラ25が選択された場合には、吸着部品が上記レーザユニット22の若干下方の検出位置(図3の位置Z2;第2の検出高さ位置)に配置されるようにノズル部材が上昇させられるとともに、部品認識カメラ25上へのヘッドユニット5の移動が行われる(ステップS5,S6)。
【0034】それから、上記発光ユニット23又は26が選択的に発光され(ステップS7)、この状態で部品認識カメラ25による部品の撮像が行われる(ステップS8)。そして、ステップS9で、画像処理部34により、部品が認識されるとともに、この部品認識に基づいて部品不良や部品の吸着ずれが検出され、必要に応じて装着時の補正量を求める処理が行われる。このような処理としては、例えば、上記画像処理部34において部品の画像が走査され、この走査に基づいて部品の中心位置及びR軸回りの回転角度が求められ、吸着ノズルによる部品吸着点に対する部品中心点の位置ズレ及び回転角度のずれから、X軸方向、Y軸方向及び回転方向の補正量が求められる。
【0035】次に、ステップS10で部品装着動作が行われ、つまりヘッドユニット5がプリント基板3上へ移動し、補正後の部品装着位置に達するとノズル部材21が下降して、プリント基板3へ部品を装着する動作が行われて、本フローチャートが終了する。
【0036】一方、ステップS4において、レーザユニット22が選択された場合には、吸着部品が上記レーザユニット22による検知エリア内の所定位置(図3の位置Z1;第1の検出高さ位置)に配置されるようにノズル部材が上昇させられ、レーザユニット22による部品状態の検出が行われて、装着時の補正量等を求める処理が行われる(ステップS11〜S13)。このような補正量を求める処理としては、例えば、ノズル部材21に吸着された部品がレーザユニット22に対応する高さ(位置Z1)に保たれた状態で、これが回転させられるとともに、レーザ発生部22aからレーザビームが照射されて、これを受光するディテクタ22bにより部品の投影幅が検出され、投影幅が最小となるところでのその投影幅、中心点、回転角度等から、X軸方向、Y軸方向及び回転方向の補正量が求められる。
【0037】そして、このような処理が終了すると、ステップS10に移行され、部品装着動作が行われた後、本フローチャートが終了する。
【0038】このように、上記実施例の実装機では、部品不良や部品の吸着ずれといった部品状態の検出を、レーザユニット22と部品認識カメラ25を選択的に用いて行うことができるので、レーザユニット22については、その検出精度を充分に確保できる範囲内でレーザ発生部22aとディテクタ22bの間隔を設定しておき、これによってレーザユニット22による検出精度を確保することができ、その一方、レーザ発生部22aとディテクタ22bの間の検知エリア内に配置することが不可能な部品については部品認識カメラ25によって検出を行うことができる。従って、すべての吸着部品について精度良く部品状態の検出を行うことができる。特に、部品認識カメラ25による検出の際には、吸着部品がレーザユニット22より下方の位置(位置Z2)に配置されるようにノズル部材21が制御されるので、確実に、レーザユニット22と吸着部品の干渉を回避することができる。
【0039】また、従来装置で問題となっていた装置の大型化、すなわち、レーザ発生部22aとディテクタ22bとの間隔の拡大に伴う装置の大型化を回避することもできる。
【0040】さらに、部品認識カメラ25による部品の撮像においては、第1発光ユニット23又は第2発光ユニット26を選択的に発光させることによって、透過画像と反射画像を取込むことができるので、これにより取込み画像の自由度が高められるという利点もある。
【0041】なお、上記実装機は、本発明に係る部品認識装置の一例が適用された実装機の一実施例であって、その具体的な構造は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施例においては、撮像手段として2次元的に画像を取り込むCCDカメラからなる部品認識カメラ25を適用するようにしているが、ラインセンサからなる撮像手段を適用するようにしても構わない。この場合には、ラインセンサに対して部品を移動させながら部品画像を取り込むので、部品を所定の撮像位置に停止させる必要がある上記部品認識カメラ25に比して実装効率を高めることが可能となる。
【0042】また、上記実施例では、部品の吸、装着が1本のノズル部材により行われるようになっているが、ノズル部材を複数本設けて実装効率を高めるようにしてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の部品状態検出装置によれば、光線式検出手段と撮像手段とが設けられ、吸着部品の種類に応じ、光線式検出手段による投影検知が可能な小型部品の場合は、光線式検知手段が選択されるとともに、吸着部品が光線式検出手段による検知エリア内の第1の検出高さ位置に配置された後、部品の投影に基づいて部品状態が検出され、一方、大型部品の場合には、吸着部品が光線式検出手段の下方であって、検知エリア外となる第2の検出高さ位置に配置された後、撮像に基づく部品認識が行われるので、部品の種類に応じて、精度よく部品状態を検出することができ、かつ、光線式検知手段を比較的小さく形成することができ、検出機構及び装置のコンパクト化を図ることができる。




 

 


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