JP2005285840A - 部品搬送装置、表面実装機および部品試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッドユニットに吸着ポイント等を撮像する撮像手段を備え、とくに、作業効率の低下等の不都合を招くことなく、吸着ポイント等の撮像を効果的に行うことができるようにする。
【解決手段】 下端に吸着ノズル１６ａを設けた実装用ヘッド１６をヘッドユニット５に昇降可能に搭載した表面実装機において、実装用ヘッド１６を昇降につれて水平方向に変位させる昇降・変位機構２０が設けられるとともに、実装用ヘッド１６が昇降範囲の下方にあるときの吸着ノズル１６ａの真下となる位置にある吸着ポイント等を略垂直上方から撮像するように下方状態認識用カメラ３６が配置されている。そして、実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方にある状態ではカメラ３６の視野からずれるように構成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、下端に吸着ノズルを設けた昇降可能なヘッドを備えたヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品を吸着、保持して搬送するように構成された部品搬送装置と、この装置が適用される表面実装機および部品試験装置に関するものである。

従来から、下端に吸着ノズルを設けた実装用ヘッドを昇降可能に備え、かつ移動可能とされたヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品を吸着して、実装作業位置に位置決めされたプリント基板上に搬送し、プリント基板上の所定位置に装着するようにした表面実装機は一般に知られている。

この表面実装機において、上記実装用ヘッドの吸着ノズルに吸着された部品を撮像する撮像手段を設け、この撮像手段により撮像した吸着部品の画像に基づいて部品吸着状態の適否を判別したり、部品吸着位置のずれを調べて装着位置を補正したりすることは一般に行われている。例えば、表面実装機の基台上にカメラ等からなる撮像手段を設け、上記ヘッドユニットが部品吸着後に上記カメラ上に移動して撮像が行われるようにしたものがある。あるいは、ヘッドユニットに、吸着部品を下方から撮像し得るようにカメラおよびミラー等を配置したものも知られている（例えば特許文献１参照）。

また、上記ヘッドユニットに基板認識用のカメラを設け、プリント基板に付されたフィデューシャルマークを上記カメラで撮像することにより、基板位置を調べることようにすることも、従来から行われている（例えば特許文献２参照）。この基板認識用のカメラは、実装用ヘッドと干渉しないように、実装用ヘッドの配設部分を避けてヘッドユニットの側端に設けられている。
特開平１１−２９８１９８号公報 特開２００１−３２０１５９号公報

上記のように実装用ヘッドの吸着ノズルに吸着された部品の撮像やプリント基板のフィデューシャルマークの撮像は従来から行われているが、このほかに、部品供給部において、実装用ヘッドによりフィーダーから部品を吸着する直前や吸着した直後に吸着ポイントを撮像して、その画像に基づき吸着ポイントの状態（部品の有無、部品の位置ずれ等）を確認できるようにすることが望ましく、また、上記実装用ヘッドによるプリント基板への部品の装着の直前や直後に、装着ポイントを撮像して、装着ポイントの状態を確認できるようにすることが望ましい。

しかし、従来では上記吸着ポイントの撮像や装着ポイントの撮像を効果的に行うことが難しかった。

つまり、例えば上記基板認識用カメラを利用して吸着ポイントや装着ポイントを撮像することは考えられるが、このカメラは実装用ヘッドの配設部分を避けてヘッドユニットの側端に設けられているので、部品吸着の前後に吸着ポイントを撮像するような場合には、先ず上記カメラが吸着ポイントに対応する位置までヘッドユニットを移動させて撮像を行ってから、実装用ヘッドが部品に対応する位置までヘッドユニットを移動させて部品の吸着を行い、その後にさらに上記カメラが吸着ポイントに対応する位置までヘッドユニットを移動させて撮像を行うというような動作が必要となる。部品装着の前後に装着ポイントを撮像するような場合も同様である。このため、実装効率を低下させる等の問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ヘッドの下方の吸着ポイント等を撮像する撮像手段を備え、とくに、作業効率の低下等の不都合を招くことなく、吸着ポイント等の撮像を効果的に行うことができるようにした部品搬送装置及び同装置を搭載した表面実装機並びに部品試験装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、下端に吸着ノズルを設けたヘッドを昇降可能に備え、かつ移動可能とされたヘッドユニットの上記ヘッドにより部品供給位置から部品を吸着して、目的位置まで搬送するように構成された部品搬送装置において、上記ヘッドがヘッド昇降範囲の上方にあるときにはヘッド昇降範囲の下方にあるときの位置に対して水平方向にオフセットした位置となるように、ヘッド昇降範囲の少なくとも一部においてヘッドを昇降につれて水平方向に変位させる昇降・変位機構が設けられるとともに、上記ヘッドがヘッド昇降範囲の下方にあるときの吸着ノズルの真下となる位置にある被撮像物を略垂直上方から撮像するように撮像用光学部材を配置した撮像手段がヘッドユニットに設けられ、上記ヘッドがヘッド昇降範囲の上方にある状態では上記撮像手段の視野からずれるように構成されているものである。

この装置によると、上記ヘッドがヘッド昇降範囲の上方にある状態で上記被撮像物を上記撮像手段により撮像することができ、その画像に基づいて被撮像物を認識することができる。一方、ヘッドが下降すれば部品の吸着等が可能となる。従って、ヘッドユニットを移動させなくても、ヘッドの昇降により上記被撮像物の撮像と部品の吸着等とを効果的に行うことができる。

なお、上記昇降・変位機構は、例えば、上記ヘッドを垂直方向に対して斜め方向に案内するガイド部と、このガイド部と平行に配置したボールネジと、このボールネジを駆動するモータとを有する。この構造によると、上記モータによるボールネジの駆動により、上記ヘッドがガイドに沿って斜め方向に移動し、昇降とともに水平方向にも変位することとなる。

あるいは、上記昇降・変位機構は、略垂直方向に昇降可能にヘッドユニットに取り付けられた昇降体と、この昇降体を昇降させる駆動機構と、この昇降体に対して上記ヘッドを揺動変位可能に連結する平行リンク機構と、斜め方向のカム面を有して、ヘッドユニットに固定されたならい動作用カムとを有し、上記昇降体の昇降に伴い上記ヘッドが上記ならい動作用カムのカム面に沿って移動するように構成されていてもよい。この構造によると、上記昇降体の昇降に伴い、上記ヘッドが上記ならい動作用カムのカム面に沿って移動することにより、昇降とともに水平方向にも変位することとなる。

あるいはまた、上記昇降・変位機構は、上記ヘッドを垂直方向に対して斜め方向に案内するとともに、Ｎ極、Ｓ極の磁極が交互に上記斜め方向に配列された軌道部と、この軌道部と平行に配置され磁極に対向するコア及びこのコアに巻き付けられたコイルとからなるリニアモータを有するものであってもよい。この構造によると、上記コイルに所定の交番電流を流すことにより、上記ヘッドが上記軌道部に沿って斜め方向に移動し、昇降とともに水平方向にも変位することとなる。

上記のような部品搬送装置は、表面実装機に有効に適用される。

すなわち、部品供給部において供給される部品を実装作業位置に位置決めされた基板上に搬送して基板上の所定位置に装着する表面実装機においては、前記部品供給部から基板上に部品を搬送する手段として上記のような部品搬送装置を備えている構成とする。

このように表面実装機に適用する場合に、部品供給部において上記ヘッドが吸着ポイントにある部品を吸着するために昇降範囲の上方から下降する直前と、上記ヘッドが部品を吸着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後とのうちの少なくとも一方の時期に、上記撮像手段により吸着ポイントを撮像させるように制御することが好ましい。

このようにすれば、上記ヘッドが昇降範囲の上方にあるときに吸着ポイントが撮像され、上記ヘッドが下降したときに上記吸着ポイントにある部品が吸着される。こうして、吸着ポイントの撮像と部品の吸着とが効率良く行われる。そして、上記吸着ポイントの撮像が部品吸着前に行われる場合、その画像に基づき、吸着ポイントに部品が存在するかどうかを調べることができるとともに、部品が存在する場合に部品の位置ずれを調べ、必要に応じて部品吸着位置の補正を行うことができる。吸着ポイントの撮像が部品吸着後に行われる場合は、ヘッドによる部品の吸着ミスがなかったかどうかを調べることができる。

また、上記表面実装機において、基板上において上記ヘッドが基板の装着ポイントに部品を装着するために昇降範囲の上方から下降する直前と、上記ヘッドが部品を装着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後とのうちの少なくとも一方の時期に、上記撮像手段により装着ポイントを撮像させるように制御することが好ましい。

このようにすれば、上記ヘッドが昇降範囲の上方にあるときに装着ポイントが撮像され、上記ヘッドが下降したときに基板上の装着ポイントに部品が装着される。こうして、装着ポイントの撮像と部品の装着とが効率良く行われる。そして、上記装着ポイントの撮像が部品吸着前に行われる場合、装着位置を認識して、それに応じた装着位置の補正を行ったり、装着位置のはんだの状態や汚れ等をチェックしたりすることができる。装着ポイントの撮像が部品吸着後に行われる場合は、部品の装着が正しく行われたかどうかを調べることができる。

特に好ましくは、上記ヘッドが部品を装着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後に装着ポイントを撮像した画像から、上記ヘッドが基板の装着ポイントに部品を装着するために昇降範囲の上方から下降する直前に装着ポイントを撮像した画像を差し引いた差画像を求め、この差画像から装着ポイントにおける部品の装着の有無を判定する部品装着有無判定手段を備える。

このようにすれば、上記ヘッドにより基板の装着ポイントにおいて部品の装着が正しく行なわれたか否かを、差画像を求めることで調べることができる。さらに、上記ヘッドが部品の吸着に失敗した状態で、基板の装着ポイントにおいて昇降する場合、装着ポイントに部品がないときでも、既に部品があるときでも、差画像を求めることで、同じく部品の装着が行なわれなかったことを調べることができる。

上記のような部品搬送装置は、部品試験装置にも有効に適用される。すなわち、部品供給部において供給される部品を試験手段に搬送して各種試験を行う部品試験装置において、前記部品供給部から試験手段に部品を搬送する手段として上記のような部品搬送装置を備えている構成とすればよい。

以上説明したように、本発明によれば、ヘッドユニットに設けられた撮像手段によりヘッドの下方にある被撮像物を効果的に撮像することができ、かつ、このような被撮像物の撮像と上記ヘッドによる部品の吸着等の作業を効率良く行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明が適用される表面実装機を概略的に示している。同図に示すように、表面実装機（以下、実装機と略す）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。なお、当実施形態では、基板搬送方向（コンベア２の方向）をＸ軸方向、水平面上でＸ軸と直交する方向をＹ軸方向、ＸＹ平面（水平面）と直交する垂直方向をＺ軸方向という。

上記コンベア２の両側には、部品供給部４が配置されている。これらの部品供給部４には、多数列のテープフィーダー４ａが設けられている。各テープフィーダー４ａは、それぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されており、後述のヘッドユニット５により電子部品がテープフィーダー４ａから取り出されるようになっている。

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、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動することができるようになっている。

すなわち、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。

上記ヘッドユニット５には、吸着ノズル１６ａを先端に備えた複数の実装用ヘッド１６が設けられており、図示の例では６本の実装用ヘッド１６がＸ軸方向に等間隔で一列に並べて搭載されている。

上記各実装用ヘッド１６はヘッドユニット本体５ａに対して昇降可能とされている。とくに、図３および図４に示すように、実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方にあるときには下方にあるときの位置に対して水平方向にオフセットした位置となるように、昇降範囲の少なくとも一部において実装用ヘッド１６を昇降につれて水平方向に変位させる昇降・変位機構２０が設けられている。さらに上記ヘッドユニット５には、吸着ノズル１６ａに吸着された部品を下方から撮像するための第１の撮像手段３０と、部品供給位置もしくは部品装着位置において実装用ヘッド１６が昇降範囲の下方にあるときの吸着ノズル１６ａの真下となる位置にある被撮像物を上方から撮像するための第２の撮像手段３５とが、各実装用ヘッド１６に対してそれぞれ装備されるとともに、実装用ヘッド配列方向一端側の側方に、プリント基板３のフィデューシャルマークを撮像する基板認識カメラ４０（図１、図２参照）が装備されている。

図３および図４を参照しつつ、上記昇降・変位機構２０および第１，第２の撮像手段３０，３５の具体的構造を次に説明する。

上記昇降・変位機構２０は、実装用ヘッド１６を斜め方向に案内するガイド２１と、ボールねじ軸２２と、サーボモータ２３とを有している。上記ガイド１６は、実装用ヘッド１６のＸ軸方向両側において上下所定間隔をおいた２箇所に設けられ、それぞれ、ＹＺ平面上で垂直方向に対して傾斜した方向に延びるように配置された状態で、図外のブラケットを介してヘッドユニット本体５ａに固定されている。また、ボールねじ軸２２は、ガイド２１と平行に延びるように配置された状態で、図外の軸受部材等を介してヘッドユニット本体５ａに回転可能に支承されるとともに、サーボモータ２３に連結されている。

そして、上記実装用ヘッド１６を保持するヘッド取付フレーム２４が上記ガイド２１に移動可能に支持されるとともに、ヘッド取付フレーム２１に設けられたナット部２５がボールねじ軸２２に螺合することにより、上記サーボモータ２３によるボールねじ軸２２の回転駆動に伴いヘッド取付フレーム２１および実装用ヘッド１６がガイド２１に沿って斜めに移動するように構成されている。なお、ヘッド取付フレーム２１に対して実装用ヘッド１６は、ヘッド取付フレーム２１の移動範囲と比べて小さい一定小ストロークだけ上下動可能とされて、エアシリンダ２６により上記一定小ストロークの上下動が行われるとともに、回転可能とされて、Ｒ軸サーボモータ２７により回転駆動されるようになっている。さらに実装用ヘッド１６には、その下端の吸着ノズル１６ａに吸着用負圧を導く通路（図示省略）等が設けられている。

第１の撮像手段３０は、撮像用光学部材としての部品認識用カメラ３１を有し、このカメラ３１が、実装用ヘッド１６の吸着ノズル１６ａに吸着された部品を垂直下方から撮像し得るように上向きとされた状態で、ヘッドユニット本体５ａの下端部に固定されたカメラ取付枠３２に取り付けられている。そして、実装用ヘッド１６と部品認識用カメラ３１との位置関係としては、実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方（例えば上昇端）にあるときの吸着ノズル１６ａの略垂直下方となる位置に上記カメラ３１が配置され、上記実装用ヘッド１６が昇降範囲の下方に移動したときは、吸着ノズル１６ａとカメラ３１とが干渉することなく互いに前後（Ｙ軸方向）にずれるように設定されている。なお、上記カメラ３１の周囲には、多数のＬＥＤ等からなる照明装置３３が配設され、実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方にある状態で吸着ノズル１６ａに吸着された部品が部品認識用カメラ３１によって撮像されるときに、その吸着部品に上記照明装置３３から光が照射されるようになっている。

第２の撮像手段３５は、撮像用光学部材としての下方状態認識用カメラ３６を有し、このカメラ３６が、部品供給部での部品吸着直前における吸着ポイントの撮像や、プリント基板への部品装着直後における装着ポイントの撮像を行い得るように、下向きとされた状態で、ヘッドユニット本体５ａの上端部に固定されたカメラ取付枠３７に取り付けられている。実装用ヘッド１６と下方状態認識用カメラ３６との位置関係としては、上記実装用ヘッド１６が昇降範囲の下方（例えば下降端）にあるときの吸着ノズルの真下となる位置にある被撮像物を略垂直上方から撮像するようにカメラ３６が配置され、つまり実装用ヘッド１６が昇降範囲の下方にあるときの吸着ノズル１６ａの略垂直上方となる位置にカメラ３６が配置されている。そして、実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方に移動したときは、カメラ３６の光軸と実装用ヘッド１６とが互いに前後（Ｙ軸方向）にずれて、実装用ヘッド１６がカメラ３６の視野から退避するように設定されている。

なお、実装用ヘッド１６の下方部における吸着ノズル１６ａの側方には、下方状態認識用カメラ３６の撮像対象位置を照らす照明装置３８が設けられている。

また、上述した実装機には、図５に示すようなコントローラ４１（制御手段）が設けられている。このコントローラ４１は、主制御部４２を備えるとともに、Ｘ，Ｙ軸制御部４３、Ｒ軸制御部４４、昇降制御部４５、カメラ制御部４６及び画像処理部４７を含んでいる。

上記Ｘ，Ｙ軸制御部４３は、ヘッドユニット５に対応して設けられ、Ｘ軸サーボモータ１５およびＹ軸サーボモータ９を制御することによりヘッドユニット５のＸ，Ｙ軸方向の移動を制御する。Ｒ軸制御部４４は、各実装用ヘッド１６に対応して設けられ、Ｒ軸サーボモータ２７を制御することにより、実装用ヘッド１６のＲ軸まわりの回転を制御する。昇降制御部４５は、各実装用ヘッド１６に対応して設けられ、昇降・変位機構２０のサーボモータ２３を制御することにより、実装用ヘッド１６の昇降及びそれに伴う水平方向変位の動作を制御する。なお、上記各サーボモータ９，１５，２７，２３の制御のため、これらに対してそれぞれ設けられたエンコーダ９ａ，１５ａ，２７ａ，２３ａからの信号が制御部４３，４４，４５に入力されている。また、上記昇降制御部４５は、エアシリンダ２６（図５中には図示せず）の制御も行っている。

上記カメラ制御部４６は、下方状態認識用カメラ３６による撮像動作を制御するものであって、各実装用ヘッド１６に対応して設けられ、ヘッドユニット５が部品供給部４上にある状態で、実装用ヘッド１６が吸着ポイントにある部品を吸着するために昇降範囲の上方から下降する直前と、上記実装用ヘッド１６が部品を吸着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後とのうちの少なくとも一方の時期に吸着ポイントを撮像させ、あるいは、ヘッドユニット５がプリント基板３上にある状態で、実装用ヘッド１６が装着ポイントに部品を装着するために昇降範囲の上方から下降する直前と、実装用ヘッド１６が部品を装着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後とのうちの少なくとも一方の時期に装着ポイントを撮像させるように、カメラ３６を制御する。上記吸着ポイントの撮像と上記装着ポイントの撮像をともに行うようにしてもよい。

上記画像処理部４７は、カメラ３６のより撮像された吸着ポイントや装着ポイントの画像を処理する。とくに装着ポイントの画像の処理を効果的に行うため、実装用ヘッド１６がプリント基板３上の装着ポイントに部品を装着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後に装着ポイントを撮像した画像から、実装用ヘッド１６が装着ポイントに部品を装着するために昇降範囲の上方から下降する直前に装着ポイントを撮像した画像を差し引いた差画像を作成する手段４７ａと、この差画像から装着ポイントにおける部品の装着の有無を判定する部品装着有無判定手段４７ｂとが、画像処理部４７に含まれている。

次に、上記実装機の実装動作とその中での第１，第２の撮像手段３０，３５による撮像およびそれに基づく処理について、図３、図４を参照して説明する。

部品実装時には、先ずヘッドユニット５が部品供給部４の上方位置まで移動して、各実装用ヘッド１６のノズル１６ａによりテープフィーダー４ａの吸着ポイントから電子部品が吸着されるが、この部品吸着のために実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方から下降する直前と、部品吸着後に実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方へ上昇した直後とに、第２の撮像手段３５により吸着ポイントが撮像されるように、第２の撮像手段３５の動作および部品吸着動作が制御手段によって制御される。

すなわち、部品吸着動作に先立ち、実装用ヘッド１６が上昇位置にある状態（図３）で、下方状態認識用カメラ３６により、テープフィーダー４ａの吸着ポイントが撮像される。この場合、実装用ヘッド１６が下降したときの吸着ノズル１６に対応する位置である吸着ポイントが上記カメラ３６で撮像されるが、実装用ヘッド１６が上昇位置にある状態では、カメラ３６の視野から実装用ヘッド１６がずれているため、吸着ポイントの撮像が支障なく行われる。

そして、上記カメラ３６により撮像された画像に基づき、吸着ポイントに部品が存在するか否かが判別され、部品が存在しなければ、それに応じた処理として、例えば部品が存在する状態になるまでテープフィーダーのテープの繰出しが行われる。また、吸着ポイントに部品が存在する場合は、テープ内の部品が所定基準位置からずれているか否かが調べられ、ずれている場合はそれに応じた吸着位置の補正量が求められる。

上記下方状態認識用カメラ３６による撮像後には、上記昇降・変位機構２０のモータ２３によってボールねじ軸２２が回転駆動されることにより、実装用ヘッド１６が上昇位置から斜め下方に移動し（図４参照）、さらにエアシリンダ２６の作動により実装用ヘッド１６が斜め移動範囲の終端から一定小ストロークだけ下降して、実装用ヘッド１６の下端の吸着ノズル１６ａが吸着位置に達する。なお、上記吸着位置の補正量が求められている場合は、ヘッドユニット５を微小量動かすことによる吸着位置の補正も行われる。

実装用ヘッド１６が吸着位置まで下降すると、吸着ノズル１６ａに負圧が供給されることによりテープフィーダーから部品が吸着され、それから、実装用ヘッド下降時とは逆方向にエアシリンダ２６の作動と上記昇降・変位機構のモータ２３によるボールねじ軸２２の回転駆動とが行われることにより、実装用ヘッド１６が上昇位置とされる。

実装用ヘッド１６が上昇した後であって、テープフィーダーにおいて次の部品の繰出しが行われる前に、下方状態認識用カメラ３６によって吸着ポイントが再び撮像される。その画像に基づき、吸着ポイントから部品がなくなっているか否かが判別され、なくなっていれば正常に吸着されたと判断される。もし部品が吸着ポイントに残っていれば、吸着ミスと判断され、吸着動作が繰返される。

上記のような部品吸着動作および吸着ポイントの撮像が複数の実装用ヘッド１６について同時に、または順に行われる。

また、部品吸着後に実装用ヘッド１６が上昇位置に達すると、吸着ノズル１６ａに吸着された部品が部品認識用カメラ３１の真上に位置する状態となり、このカメラ３１による吸着部品の撮像が行われる。そして、その画像に基づき、吸着部品および吸着状態の良否が判別され、良の場合は部品吸着位置のずれが調べられ、それに応じた装着位置の補正量が求められる。

このような部品認識用カメラ３１による吸着部品の撮像とそれに基づく判別および装着位置補正量演算などの処理は、部品吸着後、ヘッドユニット５が移動してプリント基板３上に達するまでの間に行われる。

ヘッドユニット５がプリント基板３上に達すると、各実装用ヘッド１６の吸着ノズル１６ａに吸着されていた部品がプリント基板３の装着ポイントに装着されるが、この部品装着のために実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方から下降する直前と、部品装着後に実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方へ上昇した直後とに、第２の撮像手段３５により吸着ポイントが撮像されるように、第２の撮像手段３５の動作および部品装着動作が制御手段によって制御される。

すなわち、部品装着動作に先立ち、実装用ヘッド１６が上昇位置にある状態（図３）で、下方状態認識用カメラ３６により、プリント基板３の装着ポイントが撮像される。この場合、実装用ヘッド１６が下降したときの吸着ノズル１６に対応する位置である装着ポイントが上記カメラ３６で撮像される。このときにも、実装用ヘッド１６が上昇位置にある状態では、カメラ３６の視野から実装用ヘッド１６がずれているため、装着ポイントの撮像が支障なく行われることは、前述の吸着ポイントの撮像時と同様である。

そして、上記カメラ３６により撮像された画像に基づき、装着ポイントの位置が調べられて、装着ポイントの位置がずれているような場合に必要に応じて装着位置の補正が行われる。また、装着ポイントに予め塗布されているはんだの状態や、異物の付着の有無等も調べられ、これらが不適正な状態にあればその旨の表示、警告等が行われる。

上記下方状態認識用カメラ３６による撮像後には、上記昇降・変位機構２０のモータ２３の作動による実装用ヘッド１６の斜め下方への移動およびエアシリンダ２６の作動による実装用ヘッド１６の下降が行われて、実装用ヘッド１６の下端の吸着ノズル１６ａに吸着された部品がプリント基板３の装着ポイントに達する。そして、吸着ノズル１６ａから吸着負圧が排除されることなどにより部品がプリント基板３に装着され、それから、実装用ヘッド下降時とは逆方向にエアシリンダ２６の作動と上記昇降・変位機構２０のモータ２３によるボールねじ軸２２の回転駆動とが行われることにより、実装用ヘッド１６が上昇位置とされる。

実装用ヘッド１６が上昇した直後には、下方状態認識用カメラ３６によって装着ポイントが再び撮像され、その画像に基づき、装着ポイントに正しく部品が装着されているかどうかといったことが判定される。この場合、当実施形態では、図５に示すコントローラ４１内の画像処理部４７に含まれている差画像作成手段４７ａ及び部品装着有無判定手段４７ｂにより、実装用ヘッド１６が装着ポイントに部品を装着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後に装着ポイントを撮像した画像から、実装用ヘッド１６が装着ポイントに部品を装着するために昇降範囲の上方から下降する直前に装着ポイントを撮像した画像を差し引いた差画像が作成され、この差画像から装着ポイントにおける部品の装着の有無が判定される。このように差画像が求められることにより、装着ポイントに装着された部品の画像が明確に抽出され、部品が装着されているかどうかの判定を容易、かつ正確に行うことができる。

そして、１つの実装用ヘッド１６による部品の装着とその前後における下方状態認識用カメラ３６による撮像がすめば次の装着ポイントに移動し、その作業の繰り返されて、各実装用ヘッド１６によりそれぞれに対応する装着ポイントに順次部品が装着される。

以上のような当実施形態の実装機によると、ヘッドユニット５に下方状態認識用カメラ３６が設けられているため、部品供給部４では部品吸着前や部品吸着後に上記下方状態認識用カメラ３６で吸着ポイントが撮像されることにより、吸着位置の認識、吸着ポイントに部品が存在するか否かの判別、部品吸着後に部品が吸着されたことの確認等を行うことができ、また、プリント基板３上での部品装着前や部品装着後に上記下方状態認識用カメラ３６で装着ポイントが撮像されることにより、装着位置の認識、はんだの状態のチェック、部品装着後に部品の装着が正しく行われたどうかの確認等を行うことができる。

しかも、実装用ヘッド１６が昇降範囲の下方にあるときの吸着ノズル１６ａの略垂直上方となる位置に下方状態認識用カメラ３６が配置され、実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方に移動したときはカメラ３６の視野から実装用ヘッド１６がずれるようになっているため、実装用ヘッド１５が上昇位置にある状態での下方状態認識用カメラ３６による吸着ポイントまたは装着ポイントの撮像と、実装用ヘッド１６が下降位置にある状態での部品の吸着または装着とを、ヘッドユニット５を移動させなくても効果的に行うことができ、下方状態認識用カメラ３６による撮像も含めた一連の実装作業を効率良く行うことができる。

さらに当実施形態では、ヘッドユニット５に部品認識用カメラ３１も搭載しているため、部品吸着後にヘッドユニット５がプリント基板３上へ移動するまでの間に部品認識用カメラ３１による吸着部品の撮像とそれに基づく部品認識を行うことができる。しかも、実装用ヘッド１６が斜めに移動することを利用して、実装用ヘッド１６が上昇位置にあるときは部品認識用カメラ３１の真上に吸着ノズル１６ａが位置して吸着部品の撮像が可能となる一方、実装用ヘッド１６が下降したときは実装用ヘッド１６と部品認識用カメラ３６とが前後にずれるようにしているため、実装用ヘッド１６に対して部品認識用カメラ３６を撮像位置と退避位置とにわたって移動させる必要がなく、構造を簡略化することができる。

図６〜図８は、実装用ヘッド１６を昇降につれて水平方向に変位させる昇降・変位機構の別の実施形態を示すものである。

この実施形態の昇降・変位機構５０は、ヘッドユニット５の本体５ａにＺ軸方向のガイド５２を介して昇降可能に取り付けられた昇降体５１と、この昇降体５１を昇降させる駆動機構５３と、この昇降体５１に対して実装用ヘッド１６を揺動変位可能に連結する平行リンク機構５４と、ならい動作用カム５７とを有している。

上記駆動機構５３は、Ｚ軸方向に配置されてサーボモータ５３ａにより回転駆動されるボールねじ軸５３ｂを有し、昇降体５１に設けられたナット部５３ｃが上記ボールねじ軸５３ｂに螺合している。そして、ボールねじ軸５３ｂがサーボモータ５３ａで駆動されて回転するに伴い、昇降体５１がＺ軸方向に直線的に移動するようになっている。

上記実装用ヘッド１６は、昇降体５１とは別体のヘッド取付フレーム５８に取り付けられ、このヘッド取付フレーム５８と昇降体５１との間に第１リンク５５および第２リンク５６が配設されている。これらのリンク５５，５６は、上下に間隔をおいて互いに平行に配置された状態で、それぞれの両端が昇降体５１とヘッド取付フレーム５８とに軸５５ａ，５５ｂおよび同５６ａ，５６ｂを介して回動自在に連結されることにより、平行リンク機構５４を構成している。この平行リンク機構５４により、実装用ヘッド１６が垂直に配置された状態を保ちつつ、この実装用ヘッド１６を保持するヘッド取付フレーム５８が昇降体５１に対して揺動変位可能となるように構成されている。

また、上記ならい動作用カム５７は、ヘッドユニット本体５ａに対して固定的に設けられ、中間部にＺ軸に対して斜め方向のカム面５７ａを有し、この斜め方向のカム面５７ａの上下に垂直方向のカム面５７ｂ，５７ｃが連なった形状となっている。このならい動作用カム５７に対し、そのカム面５７ａ，５７ｂ，５７ｃに接するカムフォロア５９がヘッド取付フレーム５８に設けられている。さらに、昇降体５１とヘッド取付フレーム５８との間には、カムフォロア５９をならい動作用カム５７のカム面５７ａ，５７ｂ，５７ｃに押し付ける方向（ヘッド取付フレーム５８を昇降体に接近させる方向）に付勢するスプリング６０が設けられている。

この昇降・変位機構５０によると、駆動機構５３の駆動によって昇降体５１が昇降するに伴い、ヘッド取付フレーム５８およびこれに取り付けられた実装用ヘッド１６がならい動作用カム５７のカム面５７ａ，５７ｂ，５７ｃにより規定された方向に移動する。そして、昇降範囲の途中でカムフォロア５９が斜めのカム面５７ａを通過するときに、実装用ヘッド１６が斜めに移動することにより、昇降につれて水平方向にも変位することとなる。

この実施形態でも、第１の撮像手段３０の部品認識用カメラ３１は、ヘッドユニット５の下部に固定的に設けられ、実装用ヘッド１６が上昇位置にあるとき（図６参照）の吸着ノズル１６ａの略垂直下方となる位置に配置されており、上記実装用ヘッド１６が昇降範囲の下方に移動したときには吸着ノズル１６ａとカメラ３１とが干渉することなく互いに前後（Ｙ軸方向）にずれるように設定されている。

また、第２の撮像手段３５の下方状態認識用カメラ３６は、ヘッドユニット５の上部に固定的に設けられ、実装用ヘッド１６が下降位置にあるときの吸着ノズル１６ａの略垂直上方となる位置に配置されており、実装用ヘッド１６が昇降範囲の上方に移動したときにはカメラ３６の光軸と実装用ヘッド１６とが互いに前後（Ｙ軸方向）にずれて、実装用ヘッド１６がカメラ３６の視野から退避するように設定されている。

各撮像手段３０，３５に対して照明装置３３，３８が設けられ、またヘッド取付フレーム５８にＲ軸サーボモータ２７が設けられている点等は前述の図３、図４に示した実施形態と略同様である。

当実施形態によっても、前述の図３、図４に示した実施形態と同様の作用、効果が得られる。

図９は、実装用ヘッドを昇降につれて水平方向に変位させる昇降・変位機構の別の実施形態を示すものである。

この実施形態の昇降・変位機構は、実装用ヘッドを斜め方向に移動させるように配置されたリニアモータ７０により構成されている。すなわち、昇降・変位機構を構成するリニアモータ７０は、実装用ヘッド（図示省略）を垂直方向に対して斜め方向に案内するとともに、Ｎ極、Ｓ極の磁極７７が交互に上記斜め方向に配列された軌道部７２と、この軌道部７２と平行に配置され磁極７７に対向するコア７５、及びこのコア７５に巻き付けられたコイル７６を有している。

上記軌道部７２はガイド２１と平行に斜めに配置された状態で、ヘッドユニット本体５ａに固定されている。また、コア７５及びコイル７６は、ヘッド取付フレーム２４に取り付けられたコイル保持部材５４に保持されている。より具体的に説明すると、コイル保持部材７４は上ブラケット７４ａと下ブラケット７４ｂとを分解可能に結合することにより中空状に形成され、ヘッド取付フレーム２４にねじ止めされており、このコイル保持部材７４の中心部に上記軌道部７２の磁極７７配設部分が相対移動可能に挿通されるとともに、コイル保持部材７４の内部において上記軌道部７２の磁極７７配設部分の周囲に上記コア７５及びコイル７６が配設されている。

なお、その他の構造については、前述の図３及び図４に示した実施形態と同様であるため、図示及び説明を省略する。

この昇降・変位機構によると、上記コイル７６に所定の交番電流を流すことにより、ヘッド取付フレーム２４及びこれに取り付けられた実装用ヘッドが上記軌道部７２に沿って斜め方向に移動し、昇降とともに水平方向にも変位する。従って、前述の図３、図４に示した実施形態と同様の作用、効果が得られる。

本発明の装置の具体的構造は上記各実施形態に限定されず、種々変更可能であり、以下に他の実施形態を説明する。
（１）上記各実施形態では実装用ヘッド１６が下降位置にあるときの吸着ノズル１６ａの略垂直上方となる位置に、第２の撮像手段３５の撮像用光学部材として下方状態認識用カメラ３６を配置しているが、この位置にミラーを略４５°の角度で配置し、その側方に下方状態認識用カメラを設置することにより、上記ミラーを介して吸着ポイントまたは装着ポイントを上方から撮像するようにしてもよい。第１の撮像手段についても、上記各実施形態で示したカメラ３１の位置にミラーを略４５°の角度で配置し、その側方にカメラを設置してもよい。
（２）上記実施形態では、下方状態認識用カメラ３６により部品吸着前と部品吸着後とにおける吸着ポイントの撮像、および部品装着前と部品装着後とにおける装着ポイントの撮像の、都合４回の撮像を行っているが、必ずしもこれら４回の撮像を全て行う必要はなく、要求に応じてこれらのうちの少なくとも１回の撮像を行うようにすればよい。例えば、部品供給部においては吸着位置補正等のために部品吸着前に吸着ポイントの撮像のみを行うようにし、プリント基板上では装着が正しく行われたことの確認等のために部品装着後の装着ポイントの撮像のみを行なうようにしてもよい。
（３）図３、図４に示す実施形態では、実装用ヘッド１６を斜め方向に移動させる昇降・変位機構２０のほかに、実装用ヘッド１６を一定小ストロークだけＺ軸方向に昇降させるエアシリンダ２６が設けられているが、このエアシリンダ２６を省略し、実装用ヘッド１６を昇降範囲全体にわたって斜めに移動させるように昇降・変位機構を構成してもよい。
（４）上記各実施形態では、表面実装機に適用した場合を示しているが、本発明は、ＩＣ等の電子部品に対して各種試験を施す部品試験装置に適用することもできる。すなわち、図示を省略するが、例えば、部品装着用の一または複数のヘッドを搭載した移動可能なヘッドユニットを有し、部品供給位置に置かれた部品を上記ヘッドにより吸着して試験手段に搬送するとともに、部品吸着後に、ヘッドユニットに搭載した撮像手段により吸着部品を撮像し、その画像の認識に基づき吸着位置の補正等を行うようにした装置があるが、この種の試験装置においては、ヘッドユニットの構成として上記各実施形態に示すようなヘッドユニットと同様の構成を採用することが考えられる。

本発明の実施形態に係る部品搬送装置が搭載された表面実装機を概略的に示す平面図である。 図１の表面実装機の一部を省略して示す正面図である。 図１の表面実装機における部品搬送装置の第１の実施形態を示すものであって、実装用ヘッドが上昇位置にある状態を示す概略側面図である。 上記第１の実施形態の装置において実装用ヘッドが下降位置にある状態を示す概略側面図である。 制御系統を示すブロック図である。 部品搬送装置の第２の実施形態を示すものであって、実装用ヘッドが上昇位置にある状態を示す概略側面図である。 上記第２の実施形態の装置において実装用ヘッドが昇降範囲の途中にある状態を示す概略側面図である。 上記第２の実施形態の装置において実装用ヘッドが下降位置にある状態を示す概略側面図である。 昇降・変位機構のさらに別の実施形態を示すものであって、（ａ）は一部を断面した要部の側面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。

符号の説明

１ 基台
３ プリント基板
５ ヘッドユニット
１６ 実装用ヘッド
１６ａ 吸着ノズル
２０ 昇降・変位機構
２１ ガイド
２２ ボールねじ軸
２３ サーボモータ
３０ 第１の撮像手段
３１ 部品認識用カメラ
５０ 昇降・変位機構
５１ 昇降体
５４ 平行リンク機構
５７ ならい動作用カム
７０ リニアモータ
７２ 軌道部
７５ コア
７６ コイル
７７ 磁極

Claims (9)

1. 下端に吸着ノズルを設けたヘッドを昇降可能に備え、かつ移動可能とされたヘッドユニットの上記ヘッドにより部品供給位置から部品を吸着して、目的位置まで搬送するように構成された部品搬送装置において、
   上記ヘッドがヘッド昇降範囲の上方にあるときにはヘッド昇降範囲の下方にあるときの位置に対して水平方向にオフセットした位置となるように、ヘッド昇降範囲の少なくとも一部においてヘッドを昇降につれて水平方向に変位させる昇降・変位機構が設けられるとともに、
   上記ヘッドがヘッド昇降範囲の下方にあるときの吸着ノズルの真下となる位置にある被撮像物を略垂直上方から撮像するように撮像用光学部材を配置した撮像手段がヘッドユニットに設けられ、
   上記ヘッドがヘッド昇降範囲の上方にある状態では上記撮像手段の視野からずれるように構成されていることを特徴とする部品搬送装置。
2. 上記昇降・変位機構は、上記ヘッドを垂直方向に対して斜め方向に案内するガイド部と、このガイド部と平行に配置したボールネジと、このボールネジを駆動するモータとを有することを特徴とする請求項１記載の部品搬送装置。
3. 上記昇降・変位機構は、略垂直方向に昇降可能にヘッドユニットに取り付けられた昇降体と、この昇降体を昇降させる駆動機構と、この昇降体に対して上記ヘッドを揺動変位可能に連結する平行リンク機構と、斜め方向のカム面を有して、ヘッドユニットに固定されたならい動作用カムとを有し、上記昇降体の昇降に伴い上記ヘッドが上記ならい動作用カムのカム面に沿って移動するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の部品搬送装置。
4. 上記昇降・変位機構は、上記ヘッドを垂直方向に対して斜め方向に案内するとともに、Ｎ極、Ｓ極の磁極が交互に上記斜め方向に配列された軌道部と、この軌道部と平行に配置され磁極に対向するコア及びこのコアに巻き付けられたコイルとからなるリニアモータを有することを特徴とする請求項１記載の部品搬送装置。
5. 部品供給部において供給される部品を実装作業位置に位置決めされた基板上に搬送して基板上の所定位置に装着する表面実装機において、前記部品供給部から基板上に部品を搬送する手段として、請求項１乃至４の何れか１項に記載の部品搬送装置を備えていることを特徴とする表面実装機。
6. 部品供給部において上記ヘッドが吸着ポイントにある部品を吸着するために昇降範囲の上方から下降する直前と、上記ヘッドが部品を吸着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後とのうちの少なくとも一方の時期に、上記撮像手段により吸着ポイントを撮像させるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の表面実装機。
7. 基板上において上記ヘッドが基板の装着ポイントに部品を装着するために昇降範囲の上方から下降する直前と、上記ヘッドが部品を装着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後とのうちの少なくとも一方の時期に、上記撮像手段により装着ポイントを撮像させるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項５または６記載の表面実装機。
8. 上記ヘッドが部品を装着してから昇降範囲の上方へ上昇した直後に装着ポイントを撮像した画像から、上記ヘッドが基板の装着ポイントに部品を装着するために昇降範囲の上方から下降する直前に装着ポイントを撮像した画像を差し引いた差画像を求め、この差画像から装着ポイントにおける部品の装着の有無を判定する部品装着有無判定手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の表面実装機。
9. 部品供給部において供給される部品を試験手段に搬送して各種試験を行う部品試験装置において、前記部品供給部から試験手段に部品を搬送する手段として、請求項１乃至４の何れか１項に記載の部品搬送装置を備えていることを特徴とする部品試験装置。

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