JP2012238726A - 吸着状態検査装置、表面実装機及び部品試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品を吸着するノズルが複数配置された場合であっても、検査対象となるノズルに吸着される部品と背景とを高いコントラスト比で撮像して当該ノズルによる部品の吸着状態を良好に検査する。
【解決手段】８本の吸着ノズル８３で取り込まれた空間ＳＰに拡散部材１１０が配置されるとともに、仮想鉛直面ＶＰに対して一方側の領域にＬＥＤ照明部１２０が配置される一方、他方側の領域に撮像部１３０が配置されている。そして、撮像部１３０は、複数のノズル８３のうち拡散部材１１０から（＋Ｙ）軸方向に位置するノズル８３Ａに吸着される部品ＰＡの像を撮像する。したがって、当該撮像時に、拡散部材１１０が背景部材となり、ノズル８３Ｂおよびノズル８３Ｂで吸着される部品ＰＢの像が撮像部１３０で撮像される像に映り込むのを防止してコントラスト比を高める。
【選択図】図２

Description

この発明は、ノズルによる部品の吸着状態を検査する吸着状態検査装置、ならびに該吸着状態検査装置を装備する表面実装機及び部品試験装置に関するものである。

電子部品などの部品をハンドリングする機構を有する装置として、例えば表面実装機や部品試験装置などが従来から数多く提供されている。これらの装置では、電子部品を保持するために吸着ノズルが設けられており、吸着ノズルの下方先端部で部品の上面を吸着して該部品を保持することが可能となっている。また、部品を部品供給部から目的位置に効率的に搬送するため、上記吸着ノズルが複数個ヘッドユニットに搭載されており、各吸着ノズルで部品を保持した状態でヘッドユニットは複数の部品を目的位置に向けて搬送する。そして、部品毎に目的位置において吸着ノズルによる部品保持を解除することで、該目的位置への部品の位置決めが行われる。したがって、位置決め精度を高めるためには、位置決め前に吸着ノズルによる部品の吸着状態を検査しておき、その吸着状態を考慮した上で部品位置決めを行うことが重要である。そこで、この吸着状態の検査を行うために表面実装機や部品試験装置では吸着状態検査装置が装備されている。

このような吸着状態検査装置としては、例えば特許文献１に記載されたものである。この従来装置では、複数の吸着ノズルが上下方向に延びる軸線回りに回動可能なノズルホルダに保持されており、この軸線上に反射体が配置されている。換言すると、反射体を取り囲むように複数の吸着ノズルが配置されている。そして、このように構成されたノズル群の一方側にＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラとＬＥＤ（Light Emitting
Diode）とが設けられており、ＬＥＤからの照明光のうち反射体で反射された光により吸着ノズルの先端に吸着された電子部品の二次元画像をＣＣＤカメラで撮像する。そして、その撮像結果に基づき吸着状態が検査される。

特開２００７−２８７９８６号公報（図３）

ところで、上記吸着状態検査装置では、反射体で反射した光がＣＣＤカメラに対向する部品に対して反射体側から照射されて部品のシルエット像を撮像可能となっており、当該シルエット像に基づきノズルによる当該部品の吸着状態を認識することができる。しかしながら、ＬＥＤがＣＣＤカメラ側に配置されているため、次のような問題が生じている。すなわち、ＬＥＤからの照明光の一部が検査対象となっている部品（被検査部品）で反射されてＣＣＤカメラに入射してしまうため、ＣＣＤカメラで撮像される画像では部品と背景とのコントラスト差が低くなり、認識精度の低下を招くという問題がある。また、このような問題を解決するために、ＣＣＤカメラとＬＥＤとの間に光学フィルタを配置することも考えられるが、装置コストおよび装置サイズの増大を招くとともに、光学フィルタの介在による光量低下を補うためにより多くのＬＥＤを配置する必要が生じてしまう。さらに、ＬＥＤ等の照明部をＣＣＤカメラ側に配置する構成を採用する場合、ＣＣＤカメラに入射する光の光路を避けて照明部を配置する必要があり、光量の低下、あるいはそれを補うために照明部の大型化が発生してしまう。

この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、部品を吸着するノズルが複数設けられた場合であっても、検査対象となるノズルに吸着される部品（被検査部品）と背景とを高いコントラスト比で撮像して当該ノズルによる部品の吸着状態を良好に検査することができる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる吸着状態検査装置は、上記目的を達成するため、部品を吸着するノズルが複数配置されたノズル群の内部に配置され、入射する光を拡散しながら透過させる拡散部材と、ノズル群の側方でかつ拡散部材から第１の方向に離間して配置され、ノズル群を構成する複数のノズルのうち拡散部材に対して第１の方向に位置する一のノズルに吸着される部品を拡散部材を背景に撮像して部品の像を得る撮像部と、撮像部から第１の方向と反対の第２の方向に延びる仮想線が拡散部材と交差する位置で仮想線に直交する仮想水平線を通る仮想鉛直面を挟んで、撮像部とは反対の領域に配置され、ノズル群に対して光を照射する照明部と、撮像部により撮像される部品の像に基づいて一のノズルによる部品の吸着状態を検査する検査部とを備えることを特徴としている。

また、この発明にかかる表面実装機は、上記目的を達成するため、部品を供給する部品供給部と、部品供給部から供給される部品を吸着するノズルを複数有するヘッドユニットと、ヘッドユニットを部品供給部と基板との間で移動させる移動機構と、上記のように構成される吸着状態検査装置とを備え、ノズルにより部品供給部から部品を吸着して搬出するとともに、ノズルに吸着された部品の吸着状態を検査してから、該部品を基板上に実装することを特徴としている。

さらに、この発明にかかる部品試験装置は、上記目的を達成するため、部品を供給する部品供給部と、部品供給部から供給される部品を吸着するノズルを複数有するヘッドユニットと、ヘッドユニットを部品供給部と部品試験部との間で移動させる移動機構と、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の吸着状態検査装置とを備え、ノズルにより部品供給部から部品を吸着して搬出するとともに、ノズルに吸着された部品の吸着状態を検査してから、該部品を部品試験部に移載して部品試験を行うことを特徴としている。

このように構成された発明では、部品を吸着する複数のノズルで構成されるノズル群に対し、上記仮想鉛直面に対して一方側の領域に照明部が配置される一方、他方側の領域に撮像部が配置されている。このため、ノズルおよびノズルにより吸着された部品の像、つまりシルエット像を撮像することが可能となっている。ただし、単に、照明部および撮像部を設けたのみでは、撮像部に対向するノズルに吸着された部品（被検査部品）のみを撮像対象としたとしても、背景に別のノズルや当該ノズルで吸着された部品のシルエット像も撮像されてしまう。そこで、本発明では、当該シルエット像が撮像されるのを防止すべく、上記ノズル群の内部に拡散部材が配置されている。つまり、照明部から射出された光は上記した別のノズルや当該ノズルで吸着された部品で部分的に遮光されて光強度が不均一となるが、そのような光は拡散部材を透過する間に拡散されて光強度が均一化される。そして、このように均一化された光が拡散部材から撮像対象となっているノズル（つまり、ノズル群を構成する複数のノズルのうち拡散部材に対して第１の方向に位置する一のノズル）および当該ノズルにより吸着された部品に照射されてノズルおよび部品が撮像される。したがって、撮像部で撮像される像に、上記別のノズルや当該ノズルにより吸着された部品のシルエット像が映り込むのを防止することができ、撮像対象となる部品と背景とのコントラスト比が高い、像が撮像部で撮像される。その結果、その像に基づき当該部品の吸着状態を検査することで高い精度で部品吸着状態を検査することができる。

ここで、複数のノズルが回転軸を中心として同心円状に配置されている場合、拡散部材を複数のノズルに取り囲まれる空間内に配置するのが望ましい。また、この場合、撮像部側から見たときの拡散部材の幅が撮像部側から見たときの上記部品（現時点で吸着状態の検査対象となっている被検査部品）の幅よりも広くなるように構成するのがより好適である。このような構成を採用することで、上記別のノズルにより吸着された部品（現時点で吸着状態の検査対象となっていない部品）の幅が拡散部材の幅よりも大きく、撮像部で撮像される像に当該部品のシルエット像が映り込んだとしても、現時点で吸着状態の検査対象となっている部品の吸着状態を確実に検査することができる。この点に関しては、後で実施形態に基づき詳述する。

また、複数のノズルが照明部側および撮像部側の２列で配列されている場合、拡散部材を照明部側のノズル列と、撮像部側のノズル列との間に配置するのが望ましい。

以上のように、本発明によれば、ノズル群の内部に拡散部材を配置した上で、上記仮想鉛直面に対して一方側の領域に照明部を配置してノズル群に光を照射するとともに、上記仮想鉛直面に対して他方側の領域に撮像部を配置して上記一のノズルに吸着される部品の像が拡散部材を背景として撮像部で撮像されるように構成しているため、撮像部で撮像される像に余分な像が映り込むのを防止することができる。その結果、部品を吸着するノズルが複数設けられた場合であっても、検査対象となるノズルに吸着される部品と背景とを高いコントラスト比で撮像して当該ノズルによる部品の吸着状態を良好に検査することができる。

本発明にかかる吸着状態検査装置の第１実施形態を装備する表面実装機の概略構成を示す平面図である。 ヘッドユニットの構成を示す図である。 図２に示すヘッドユニットの部分断面図である。 本発明にかかる吸着状態検査装置の第１実施形態を示す部分断面図である。 表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。 図４に示す吸着状態検査装置の各部における光量分布の一例を模式的に示す図である。 拡散部材の有無に応じたシルエット像を示す図である。 図４に示す吸着状態検査装置の各部における光量分布の他の例を模式的に示す図である。 本発明にかかる吸着状態検査装置の第２実施形態を示す図である。

図１は本発明にかかる吸着状態検査装置の第１実施形態を装備する表面実装機の概略構成を示す平面図である。なお、図１および後で説明する図面では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。

この表面実装機１では、基台１１上に基板搬送機構２が配置されており、基板３を所定の搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構２は、基台１１上において基板３を図１の右側から左側へ搬送する一対のコンベア２１、２１を有している。そして、コンベア２１、２１は基板３を搬入し、所定の実装作業位置（同図に示す基板３の位置）で停止させ、図略の保持装置で基板３を固定し保持する。そして、ヘッドユニット６がヘッド移動機構によって基台１１の所定範囲にわたりＸ軸方向及びＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸方向と直交する方向）に移動させられながら、部品供給部４から供給される電子部品がヘッドユニット６に搭載された実装用ヘッド８により基板３に移載される。そして、基板３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構２は基板３を搬出する。なお、基台１１上には、部品認識用カメラ７が配設されている。この部品認識用カメラ７は、照明部およびＣＣＤカメラなどから構成されており、ヘッドユニット６の各実装用ヘッド８に保持された電子部品をその下側から撮像するようになっている。なお、電子部品を撮像する手段としては、上記部品認識用カメラ７以外に、後述するように各実装用ヘッド８に対して吸着状態検査用カメラが取り付けられており、電子部品を側方から撮像可能となっている。

このように構成された基板搬送機構２の前方側（＋Ｙ軸方向側）および後方側（−Ｙ軸方向側）には、上記した部品供給部４が配置されている。これらの部品供給部４は多数のテープフィーダ４１を備えている。また、各テープフィーダ４１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品をヘッドユニット６に供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ４１がリールからテープをヘッドユニット６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に繰り出され、その結果、ヘッドユニット６の実装用ヘッド８による電子部品の吸着が可能となる。

このヘッドユニット６は、実装用ヘッド８により部品供給部４で吸着した電子部品を保持したまま基板３に搬送するとともに、ユーザより指示された搭載位置に移載するものである。続いて、このヘッドユニット６およびヘッドユニット６が備える実装用ヘッド８の概略構成について、図２および図３を用いて説明する。ここで、図２はヘッドユニットの構成を示す図であり、図３は図２の部分断面図である。ヘッドユニット６は、４本の実装用ヘッド８をＸ方向（水平方向）に一列に並べるとともに、これらを後方（−Ｙ軸方向）から支持フレーム６１で支持した概略構成を備える。具体的には、これら実装用ヘッド８は、支持フレーム６１から前方（＋Ｙ方向）に延びる複数本のアーム（そのうちの１本が図３中のアーム６１ａである）によって支持されている。なお、４本の実装用ヘッド８は、互いに略共通の構成を有するため、以下の実装用ヘッド８の説明は、基本的に１つの実装用ヘッド８で代表して行い、その他の実装用ヘッド８については相当符号を付して説明を適宜省略する。

実装用ヘッド８は、上下軸（Ｚ軸）方向に延びる長尺のシャフト８１を備える。このシャフト８１の上下軸方向（Ｚ方向）の下部には、ノズルホルダ５１が配置されている。このノズルホルダ５１は、図３に示すように、上下軸方向（Ｚ方向）に延設された円柱形状を有しており、その軸芯に沿って上方から穿設された凹部（図示省略）にシャフト８１の下端部が挿入されるとともに、ノズルホルダ５１の下方面側からネジやボルトなどの締結部材によってノズルホルダ５１に固定されている。

このようにシャフト８１の下端部にノズルホルダ５１が固定された状態で、これらをアーム６１ａで支持するため、本実施形態では筒状部材５２が用いられている。この筒状部材５２は、アーム６１ａに設けられた４つの貫通孔の内径と同程度の外径を有するとともに、上下軸方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔を有している。そして、アーム６１ａの貫通孔に筒状部材５２が嵌入されてアーム６１ａに支持される。さらに、この筒状部材５２の貫通孔にノズルホルダ５１が嵌入されて筒状部材５２で支持される。こうして、シャフト８１の下端部にノズルホルダ５１がアーム６１ａにより支持される。

ノズルホルダ５１には上記した凹部を中心に上下軸（Ｚ軸）の回りに一定間隔を空けて円周状に保持孔が８個、上下軸方向（Ｚ方向）に貫通して設けられている。そして、各保持孔に吸着ノズル８３が１本ずつ挿入されている。より具体的には、保持孔の内周面に沿ってノズル８３の側面を摺接させながら上下軸方向にノズル８３はノズルホルダ５１により移動自在に保持されている。また、各保持孔には１本ずつバネなどの付勢部材８２が設けられており、各付勢部材８２によりノズル８３は上昇方向（＋Ｚ方向）に付勢されており、次に説明する押下機構からの押下力が作用しない間、図３中の右側ノズルのように、ノズル８３は上昇端位置に位置決めされる。

この押下機構は、これら８本の吸着ノズル８３の上下軸方向（Ｚ方向）の上方に設けられて、これらのうちの一つの吸着ノズル８３を選択的に押し下げて部品吸着に供させるための機構である。具体的には、この押下機構は、ガイド部材８４と、ガイド部材８４に対して移動自在な移動部材８５と、移動部材８５と一体的に移動するノズル押圧部材８６と、移動部材８５にノズル押圧部材８６を結合するリンク部材８７とで実現されている。つまり、シャフト８１の上下軸方向（Ｚ方向）の上部には、その中心軸が上下軸方向（Ｚ方向）に平行な円筒形状を有するガイド部材８４が配置されている。このガイド部材８４は、その中心軸がシャフト８１の中心軸と一致するように取り付けられており、さらにその周面には溝Ｃが形成されている。

ガイド部材８４の上下軸方向（Ｚ方向）の下方（図３）には、ガイド部材８４に対して上下軸方向（Ｚ方向）に移動自在な移動部材８５が設けられている。この移動部材８５は、その中心軸が上下軸方向（Ｚ方向）に平行な円筒形状であるとともに、上下軸方向（Ｚ方向）に貫通する円柱状の孔が中空部として形成されている。移動部材８５の中空部の直径はガイド部材８４の直径よりやや大きく、移動部材８５は、その中空部にガイド部材８４が嵌った状態で、ガイド部材８４に対して上下軸方向（Ｚ方向）に移動自在となっている。

また、移動部材８５（の中空部）の内壁から内向きに突出するピン形状の２つの移動子８５１が、移動部材８５の中心軸を中心として互いに１８０°だけずれた位置に設けられている。具体的には、各移動子８５１に対応して、移動部材８５の外壁から内壁までを貫通する小径孔が形成されており、各移動子８５１は対応する小径孔に移動自在に嵌っている。さらに、各移動子８５１の両端のうち移動部材８５外壁側の端は、当該移動子８５１を付勢する板バネに当接している。つまり、板バネの下端部は移動部材８５の外壁に固定される一方、板バネの上端は自由端となっており、この自由端に移動子８５１が当接している。そして、この板バネによって、移動子８５１が内向き（ガイド部材８４側）に付勢されている。

このように構成された移動部材８５の移動子８５１はガイド部材８４の溝Ｃに嵌りながら、板バネの付勢力によって溝Ｃに押圧されている。そして、この状態で、移動部材８５がガイド部材８４に対して上下軸方向（Ｚ方向）に移動する。この際、移動子８５１が溝Ｃに沿って移動するように、移動部材８５の移動はガイド部材８４によって案内される。これにより、移動部材８５は、上下軸方向（Ｚ方向）に直線的に下降する動作の他、上下軸方向（Ｚ方向）へ往復移動した際にはガイド部材８４の案内により上下軸（Ｚ軸）回りに回転動作を行なう。

移動部材８５の上下軸方向（Ｚ方向）の下端にはリンク部材８７を介してノズル押圧部材８６が固定されている。このノズル押圧部材８６は、上下軸方向（Ｚ方向）に延びる棒状の部材で、移動部材８５と一体的に移動する。したがって、移動部材８５と一体的に上下軸方向（Ｚ方向）に下降する動作の他、移動部材８５と一体的に上下軸（Ｚ軸）回りに回転する動作も実行可能である。そして、このノズル押圧部材８６によって、８本の吸着ノズル８３の一つが選択的に上下軸方向（Ｚ方向）に押し下げられて、部品吸着に供する。

つまり、８本の吸着ノズル８３のそれぞれは、部品吸着に供しない場合は、付勢部材８２の付勢力によって上下軸方向の上方（＋Ｚ方向）に引き上げられる一方、部品吸着に供する場合は、ノズル押圧部材８６によって付勢力に抗して上下軸方向の下方（−Ｚ方向）に押し下げられる。この際、ノズル押圧部材８６は、上下軸（Ｚ軸）回りに回転することで、８本の吸着ノズル８３の上方で８本の吸着ノズル８３それぞれに対応して上下軸（Ｚ軸）回りに並ぶ８個のノズル上方位置（ここでは、各吸着ノズル８３の上下軸方向（Ｚ方向）真上の位置）に選択的に移動する。そして、選択された吸着ノズル８３に対応するノズル上方位置からノズル押圧部材８６が下降して、当該吸着ノズル８３を押し下げる。こうして押し下げられた吸着ノズル８３がその先端部で部品を吸着する。ちなみに、図３では、８本の吸着ノズル８３の１本が押し下げられている。

以上が、実装用ヘッド８の構成である。続いて、実装用ヘッド８を駆動する２種類の駆動機構（Ｚ軸駆動機構６２、Ｒ軸駆動機構６３）について説明する。上述のとおり、実装用ヘッド８では、移動部材８５がノズル押圧部材８６と一体的に上下軸方向（Ｚ方向）に移動することで、吸着ノズル８３の押下動作が実行される。そこで、Ｚ軸駆動機構６２は、この移動部材８５を上下軸方向（Ｚ方向）に駆動する手段として設けられたものである。このＺ軸駆動機構６２は、支持フレーム６１と実装用ヘッド８の間に設けられるとともに、支持フレーム６１から前方（＋Ｙ方向）に延びる複数本のアームによって支持されている。

より具体的には、Ｚ軸駆動機構６２では、上下軸方向（Ｚ方向）に延びるボールネジ軸と、ボールネジ軸の上下軸方向（Ｚ方向）上方に配置されてボールネジ軸を回転駆動するＺ軸モータ６２２と、ボールネジ軸に螺合する可動部材とが設けられている。そして、Ｚ軸モータ６２２がボールネジ軸を上下軸（Ｚ軸）回りに正逆回転させることで、可動部材が上下軸方向（Ｚ方向）に昇降する。この可動部材は、移動部材８５とノズル押圧部材８６を結合するリンク部材８７を、ボールベアリングを介して支持している。こうして、可動部材が、移動部材８５、ノズル押圧部材８６およびリンク部材８７を上下軸（Ｚ軸）回りに回転自在に支持するとともに、可動部材が上下軸方向（Ｚ方向）に昇降するのに伴って、移動部材８５、ノズル押圧部材８６、ボールベアリングおよびリンク部材８７が上下軸方向（Ｚ方向）に昇降する。このように、Ｚ軸駆動機構６２によって、移動部材８５およびノズル押圧部材８６を一体的に上下軸方向（Ｚ方向）に移動させることができる。

また、上述のとおり、実装用ヘッド８では、移動部材８５、リンク部材８７、ノズル押圧部材８６および複数の吸着ノズル８３を伴ってシャフト８１が上下軸（Ｚ軸）回りに回転するように構成されている。そこで、Ｒ軸駆動機構６３は、シャフト８１を上下軸（Ｚ軸）回りに回転駆動するために設けられたものである。具体的には、Ｒ軸駆動機構６３は、シャフト８１の上端に取り付けられたＲ軸モータ６３１を備えており、Ｒ軸モータ６３１の回転駆動力によってシャフト８１が上下軸（Ｚ軸）回りに正逆回転可能となっている。

また、ヘッドユニット６では、４本の実装用ヘッド８が水平方向（Ｘ方向）に一列に並ぶとともに、これら実装用ヘッド８それぞれに対して、Ｚ軸駆動機構６２およびＲ軸駆動機構６３が配置されている。この際、４個のＺ軸駆動機構６２も水平方向（Ｘ方向）に一列に並んで、かつ４個のＲ軸駆動機構６３も水平方向（Ｘ方向）に一列に並ぶ。しかも、４個のＺ軸駆動機構６２の列と４個のＲ軸駆動機構６３の列とは上下軸方向（Ｚ方向）から見て互いに並列に配置されている。このような構成では、表面実装機１の各構成部材（実装用ヘッド８、Ｚ軸駆動機構６２、Ｒ軸駆動機構６３）をコンパクトに配置することができ、表面実装機１を小型化できる。特に、４個のＺ軸駆動機構６２の列と４個のＲ軸駆動機構６３とを並列に配置するレイアウトとしたため（Ｚ軸駆動機構６２とＲ軸駆動機構６３を一つずつ隣り合わせて一列に並べた直列配置と比べて）、水平方向（Ｘ方向）に隣り合う実装用ヘッド８の距離、延いては、各実装用ヘッド８が備えるノズル群（８本の吸着ノズル８３からなる群）の間の距離を狭めることができる。

本実施形態では、上記のように構成された実装用ヘッド８の各々に対して吸着状態検査装置１００が装備されている。以下、図２ないし図７を参照しつつ説明する。

図４は本発明にかかる吸着状態検査装置の第１実施形態を示す部分断面図であり、図５は表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。吸着状態検査装置１００は、ノズルホルダ５１の下面中央部に固定された略円柱形状を有する拡散部材１１０と、拡散部材１１０の（−Ｙ）軸方向で実装用ヘッド８の先端部の側面に取り付けられたＬＥＤ照明部１２０と、拡散部材１１０の（＋Ｙ）軸方向で実装用ヘッド８の先端部の側面に取り付けられた撮像部１３０とを有している。より詳しくは、撮像部１３０は８本の吸着ノズル８３からなるノズル群の側方でかつ拡散部材１１０から（＋Ｙ）軸方向に離れて配置されている。このため、図２（ｂ）に示すように、ノズル群を構成する８本のノズルのうち拡散部材１１０に対して（＋Ｙ）軸方向に位置する一のノズル８３Ａに吸着される部品が拡散部材１１０を背景に撮像部１３０によって撮像されて当該部品の像を得ることが可能となっている。一方、ＬＥＤ照明部１２０は次のように定義される仮想鉛直面ＶＰを挟んで、撮像部１３０とは反対の領域（図２中の右側領域）に配置され、ノズル群に対して光を照射する。この「仮想鉛直面ＶＰ」とは、撮像部１３０から（−Ｙ）軸方向に延びる仮想水平線ＨＬ１が拡散部材１１０と交差する位置で仮想水平線ＨＬ１に直交する別の仮想水平線ＨＬ２を通る仮想の鉛直面を意味している。したがって、本実施形態では、上記仮想鉛直面ＶＰに対して一方側の領域（図２中の右側領域）にＬＥＤ照明部１２０が配置されてノズル群に光を照射するとともに、上記仮想鉛直面ＶＰに対して他方側の領域（図２中の左側領域）に撮像部１３０が配置されて上記一のノズル８３Ａに吸着される部品の像が拡散部材１１０を背景として撮像部１３０で撮像される。このように、本実施形態では、仮想水平線ＨＬ１、仮想水平線ＨＬ２および仮想鉛直面ＶＰがそれぞれ本発明の「仮想線」、「仮想水平線」および「仮想鉛直面」に相当している。また、（＋Ｙ）軸方向および（−Ｙ）軸方向がそれぞれ本発明の「第１の方向」および「第２の方向」に相当している。さらに、上記したノズル８３Ａが本発明の「一のノズル」に相当する。

第１実施形態では、図２（ｂ）に示すように、鉛直軸ＡＸを本発明の「回転軸」とし、上記したように８本の吸着ノズル８３が鉛直軸ＡＸを中心とする同心円状に等角度間隔で配置されており、吸着ノズル８３に取り囲まれた空間ＳＰ内に拡散部材１１０が配置されている。そして、その空間ＳＰ内で拡散部材１１０の上方端部がノズルホルダ５１の下面中央部に取り付けられている。一方、拡散部材１１０の下方端部は図４に示すように鉛直方向の下方側、つまり（−Ｚ）軸方向に延設されている。なお、この実施形態では、次の点を考慮して拡散部材１１０の下方端の高さ位置を次のように設定している。

吸着ノズル８３で部品を吸着した後で、当該吸着ノズル８３は所定の上方位置まで移動するため、当該吸着ノズル８３の先端位置は既に部品を吸着した他の吸着ノズル８３の先端位置と同一の高さ位置で揃っている。そして、後で詳述するように、部品を吸着したノズル８３が上記上方位置に位置した状態で吸着状態の検査を行う。そこで、本実施形態では、拡散部材１１０の下方端部は、当該高さ位置を超えた所定距離ΔＺだけ鉛直方向の下方側、つまり（−Ｚ）軸方向に延設されている。したがって、撮像部１３０側から吸着ノズル８３を（−Ｙ）軸方向に見ると、ノズル群のうち拡散部材１１０に対して（＋Ｙ）軸方向に位置するノズル８３および当該ノズル８３で吸着される部品が撮像部１３０と対向する。一方、拡散部材１１０に対して（−Ｙ）軸方向に位置するノズル８３および当該ノズル８３で吸着される部品は仮想鉛直面ＶＰよりもＬＥＤ照明部１２０側に位置する。なお、本実施形態では、このように拡散部材１１０に対して（＋Ｙ）軸方向に位置するノズルを「ノズル８３Ａ」と称する一方、拡散部材１１０に対して（−Ｙ）軸方向に位置するノズルを「ノズル８３Ｂ」と称する。また、特に区別する必要がない場合には、「ノズル８３」と称する）。

また、図２（ｂ）から明らかなように、撮像部１３０から見ると、拡散部材１１０のＸ軸方向の幅Ｗは検査対象となっているノズル８３Ａにより吸着された部品ＰＡのＸ軸方向の幅ＷＡよりも広く、少なくとも幅Ｗの範囲内で拡散部材１１０がノズル８３Ｂおよび当該ノズル８３Ｂで吸着される部品ＰＢ（以下、これらを総称して「ノズル８３Ｂ等」と称する）を覆い隠している。このように、拡散部材１１０がノズル８３Ａおよび当該ノズル８３Ａで吸着される部品ＰＡ（以下、これらを総称して「ノズル８３Ａ等」と称する）の背景部材として機能している。

このように本実施形態では、全ノズル８３が上昇端位置に位置する際には、鉛直軸ＡＸと交差してＹ軸方向に延びる仮想水平線ＨＬ１でＬＥＤ照明部１２０、吸着ノズル８３Ｂ、拡散部材１１０、吸着ノズル８３Ａおよび撮像部１３０が並んでいる。そして、ＬＥＤ照明部１２０が点灯すると、ＬＥＤ照明部１２０からの光が一方の側方（−Ｙ軸方向側）からノズル群に向けて照射されて撮像部１３０により撮像可能となっている。

このＬＥＤ照明部１２０は、ＬＥＤ保持プレート１２１と、複数のＬＥＤ１２２とで構成されている。より詳しくは、ＬＥＤ保持プレート１２１の上方端部がアーム６１ａに固定されるとともに、ＬＥＤ保持プレート１２１の下方端部が拡散部材１１０の下方端部と同一高さ位置まで（−Ｚ）軸方向に延設されている。また、このＬＥＤ保持プレート１２１の（＋Ｙ）軸方向を向いた側面上で、１８個のＬＥＤがＸ軸方向に「６」、Ｚ軸方向に「３」の２次元マトリックス状に配列されている。そして、吸着状態検査装置１００を含む表面実装機１全体を制御する制御装置９に設けられた照明制御部９１からの信号に応じて全ＬＥＤ１２２が点灯してノズル８３およびノズル８３で吸着された部品をＹ軸方向から照明する。なお、本実施形態では、複数のＬＥＤ１２２を本発明の「照明部」の光源として用いているが、これとは異なる光源を用いてもよいことはいうまでもなく、複数の吸着ノズル８３を一方の側方から照明することができる照明部を用いることができる。

このようにしてＬＥＤ１２２から射出される光のうちノズル８３Ｂ等に照射された光は当該ノズル８３Ｂ等で遮光される。一方、ノズル８３Ｂ等の周囲を通過した光は拡散部材１１０に入射され、拡散部材１１０で拡散しながら透過してノズル８３Ａ等（つまり、吸着ノズル８３Ａおよび当該吸着ノズル８３Ａで吸着される部品ＰＡ）に向けて照射される。このように拡散部材１１０を透過してきた光の一部はノズル８３Ａ等で遮光される一方、ノズル８３Ａ等の周囲を通過した光は撮像部１３０に入射される。

この撮像部１３０は、筒状本体部１３１と、ミラー鏡筒１３２と、カメラ固定部材１３３と、カメラ１３４と、レンズ１３５とで構成されている。撮像部１３０では、筒状本体部１３１の中空筒状部分をＺ軸方向に向けた状態で筒状本体部１３１の中央側面部がアーム６１ａに固定されている。また、ミラー鏡筒１３２の長手方向をＹ軸方向と一致させた状態で筒状本体部１３１の鉛直方向の下方端部に対してミラー鏡筒１３２のミラー側端部１３２ａが取り付けられている。

このミラー鏡筒１３２では、ミラー側端部（図４中の左手側端部）１３２ａに反射ミラー１３２ｂが内蔵される一方、反ミラー側端部（図４中の右手側端部）１３２ｃがノズル８３Ａ等に向けて開口されている。このため、当該開口を介してノズル８３Ａ等の周囲を通過してきた光がミラー鏡筒１３２の内部に入射し、反射ミラー１３２ｂで（＋Ｚ）軸方向に折り曲げられる。

また、この撮像部１３０では、カメラ１３４に対してレンズ１３５が取り付けられるとともに、当該カメラ１３４がカメラ固定部材１３３を介してアーム６１ａに固定されており、反射ミラー１３２ｂからの反射光がレンズ１３５を介してカメラ１３４の撮像素子（図示省略）に入射する。これにより、カメラ１３４はノズル８３Ａ等の像を撮像し、その画像に対応する画像データを制御装置９の画像処理部９２に与える。そして、画像処理部９２で種々の画像処理を画像データに加えることで次に説明するようにノズル８３Ａ等のシルエット像を得ている。

なお、図５中の符号９３、９４、９５はそれぞれ制御装置９を構成する主制御部、記憶部およびバスである。そして、記憶部９４に予め記憶されているプログラムにしたがって主制御部９３は表面実装機１の各部を制御し、吸着ノズル８３により部品供給部４から部品を吸着して搬出するとともに、ノズル８３に吸着された部品の吸着状態を検査してから、該部品を基板３上に実装する。このように、主制御部９３は表面実装機１全体の動作を統括的にコントロールする機能の一環として撮像部１３０により撮像される部品の像に基づいてノズル８３Ａによる部品の吸着状態を検査する検査部としても機能する。以下、上記のように構成された表面実装機１での部品吸着状態の検査動作について図６および図７を参照しつつ説明する。

図６は図４に示す吸着状態検査装置の各部における光量分布の一例を模式的に示す図である。図７は拡散部材の有無に応じたシルエット像を示す図である。図６の上半分では、吸着状態検査装置１００の各構成が模式的に示しされており、下半分では以下の光量分布、つまり、
・ノズル８３Ｂ等に照射される光の光量分布ＬＤ１、
・拡散部材１１０に入射される光の光量分布ＬＤ２、
・ノズル８３Ａ等に照射される光の光量分布ＬＤ３、
・撮像部１３０に入射される光の光量分布ＬＤ４、
が模式的に示されている。なお、同図中のハッチング部分はノズル８３および部品Ｐにより遮光されて光量が大幅に低下していることを示し、梨字部分は全体的に少し光量が低下していることを示している。

この表面実装機１では、記憶部９４に記憶されている実装プログラムにしたがって主制御部９３が装置各部を制御し、部品供給部４から供給される部品をノズル８３で吸着する動作を複数回繰り返す。これにより１つの実装用ヘッド８により複数の部品Ｐを保持し、これらを一括して搬送することができる。そして、複数の吸着ノズル８３が所定の上方位置に位置している状態でノズル８３の先端部の画像を側方より撮像し、その画像に基づき部品Ｐの吸着状態を主制御部９３が検査する。具体的には、次のようにして、実装用ヘッド８を構成する８本の吸着ノズル８３の全部が所定の上方位置に位置している間に各吸着ノズル８３による部品Ｐの吸着状態を検査したり、それらの吸着ノズル８３のうちの１本により部品吸着や部品実装を行っている間に他の吸着ノズル８３、つまり所定の上方位置で待機している吸着ノズル８３による部品Ｐの吸着状態を検査する。

吸着状態の検査を行う際には、図６に示すように吸着状態の検査対象となっている吸着ノズル８３Ａが撮像部１３０のミラー鏡筒１３２の開口と対向させた状態で照明制御部９１からＬＥＤ照明部１２０に点灯指令が与えられてＬＥＤ１２２がパルス点灯する。また、画像処理部９２は当該パルス点灯に同期してカメラ１３４から出力される画像データを内部メモリ（図示省略）にキャッシュした後、当該画像データに種々の画像処理を加えてノズル８３Ａ等（つまり、吸着ノズル８３Ａとその吸着ノズル８３Ａに吸着されている部品ＰＡ）のシルエット像を取得する。この実施形態では、上記したように拡散部材１１０を配置しているため、当該ノズル８３Ａ等のシルエット像を鮮明に撮像することができる。その理由を図６および図７を参照しつつ説明する。

本実施形態では、８本の吸着ノズル８３が鉛直軸ＡＸを中心とする同心円状に等角度間隔で配置されており、それらの吸着ノズル８３の側方から画像を撮像するように構成している。このため、拡散部材１１０を設けない場合には、撮像部１３０によって撮像される画像には、例えば図７（ａ）に示すようにノズル８３Ｂ等（つまり、吸着ノズル８３Ｂおよびその吸着ノズル８３Ｂに吸着されている部品ＰＢ）のシルエット像ＩＢが映り込んでしまう。これは、撮像部１３０から実装用ヘッド８のノズル群（８本の吸着ノズル８３）を見ると、ノズル８３Ａ等がノズル８３Ｂ等と重なっているからである。より詳しくは、図６からわかるように、ＬＥＤ照明部１２０から射出される光の光量は図６中の光量分布ＬＤ１に示すように高い均一性を有しているが、その光がノズル８３Ｂ等に照射されると、その照明光の一部がノズル８３Ｂ等で遮光され、例えば同図中の光量分布ＬＤ２に示すようにノズル８３Ｂ等に対応する像ＩＢに相当する部分で光量が落ち込む。そして、このように不均一な光量分布を有する光がそのままノズル８３Ａ等に照射されて撮像部１３０で撮像されるからである。

これに対し、本実施形態では、空間ＳＰに拡散部材１１０が配置されているため、光量分布ＬＤ２の光が直接ノズル８３Ａ等に照射されるのではなく、拡散部材１１０を介して照射される。このため、光量分布ＬＤ２の光が拡散部材１１０で拡散されながら透過し、ノズル８３Ｂ等に対応する像ＩＢに相当する部分および周辺部分ではノズル８３Ｂ等で遮光された分だけ光量は低下しているものの、図６中の光量分布ＬＤ３に示すように光量は均一化されている。そして、このように均一化された光がノズル８３Ａ等に照射されて撮像部１３０でノズル８３Ａ等のシルエット像が撮像される。実際に拡散部材１１０を設けた吸着状態検査装置１００で撮像した場合、例えば図７（ｂ）に示すように、拡散部材１１０を設けない場合（同図（ａ））に比べて若干暗くなるものの、ノズル８３Ｂ等の像の映り込みを確実に解消してノズル８３Ａ等のシルエット像のみが鮮明に撮像される。

こうして、鮮明なノズル８３Ａ等の画像が得られると、主制御部９３は従来より周知の判別手法によって、吸着ノズル８３Ａで部品ＰＡが正常に吸着保持されているか否か、吸着ノズル８３Ａが吸着している部品ＰＡの厚みや形状、部品ＰＡの持ち帰りの有無、吸着ノズル８３Ａの欠けや汚れなどのノズル状態、さらには装着されているノズル８３Ａの種類などを検査する。そして、主制御部９３は表面実装機１の装置各部を制御して検査結果に応じた適切な処理を行う。

以上のように、本実施形態によれば、部品を吸着する吸着ノズル８３が複数本、同一高さ位置に位置していたとしても、ノズル８３Ｂ等が背景として画像に映り込むことなく、検査対象となる吸着ノズル８３Ａに吸着される部品ＰＡのシルエット像のみを撮像することができる。また、撮像部１３０側から照明することなく、ノズル８３Ａ等を撮像しているため、ノズル８３Ａ等で反射された光の影響を受けることなく、ノズル８３Ａ等のシルエット像を高いコントラスト比で撮像することができる。したがって、ノズル８３Ａ等と背景とを高いコントラスト比で撮像することができる。そして、こうして得られた画像に基づいてノズル８３Ａによる部品ＰＡの吸着状態を検査しているため、当該検査を高精度に行うことができる。

また、上記実施形態では、鉛直軸ＡＸを中心とする同心円状に等角度間隔で配置された８本の吸着ノズル８３が取り囲む空間ＳＰ、つまりロータリー方式の実装用ヘッド８の回転内領域に、単に拡散部材１１０を配置するという単純な構成で上記作用効果を達成している。このように、特許文献１に記載の装置に別の照明手段を追加して検査精度を高める場合に発生する問題（装置コストおよび装置サイズの増大）を生じさせることなく、優れた検査精度を得ることができ、装置の小型化を図る面でも有利である。

また、上記実施形態では、１つの吸着ノズル８３がＺ軸方向に昇降して部品吸着や部品装着などを行っている間に、上方位置で待機している他の吸着ノズル８３を認識することが可能となっており、検査対象のノズル８３を下降させて検査する従来装置で問題となっているタクトロスを解消することができ、効率的な検査を行うことができる。

また、上記実施形態では、吸着ノズル８３が上方位置に位置した状態で吸着状態を検査することができるため、ＬＥＤ照明部１２０や撮像部１３０などの設計自由度を高くすることができるとともに、検査可能な部品の高さサイズも広がり、汎用性に優れている。

さらに、上記実施形態では、拡散部材１１０のＸ軸方向の幅Ｗが検査対象となっているノズル８３Ａ等のＸ軸方向の幅ＷＡよりも広いため、図８に示すような作用効果も得られる。

図８は図４に示す吸着状態検査装置の各部における光量分布の他の例を模式的に示す図である。例えば吸着ノズル８３Ｂで吸着された部品ＰＢが比較的大きく、特に撮像部１３０から見た部品ＰＢのＸ軸方向の幅ＷＢが拡散部材１１０のＸ軸方向の幅Ｗよりも広い場合には、ノズル８３Ｂ等に対応する像ＩＢに相当する部分のうちＸ軸方向の端部ＩＢｐが拡散部材１１０を通過しないため、図８中の光量分布ＬＤ３に示すように光量が部分的に低い領域が残ってしまう。しかしながら、拡散部材１１０を通過した領域での光量は均一化されている。そして、その均一化された領域がノズル８３Ａ等に照射されるため、部品ＰＢの一部を示すシルエット部分ＩＢｐが同図中の光量分布ＬＤ４に含まれるものの、ノズル８３Ａでの部品ＰＡの吸着状態を反映したシルエット領域がシルエット像に含まれる。このように、部品ＰＢのサイズを問わず、拡散部材１１０がノズル８３Ａ等の背景部材として機能し、ノズル８３Ａ等のシルエット像を高いコントラスト比で撮像することができる。そして、こうして得られた画像に基づいてノズル８３Ａによる部品ＰＡの吸着状態を検査しているため、当該検査を高精度に行うことができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、拡散部材１１０を挟んでＬＥＤ照明部１２０と撮像部１３０が互いに対向するように配置しているが、ＬＥＤ照明部１２０の配設位置はこれに限定されるものではなく、仮想鉛直面ＶＰを挟んで撮像部１３０とは反対の領域であれば任意の位置に配置することができる。

また、上記実施形態では、鉛直軸ＡＸを回転軸とし、この鉛直軸ＡＸ回りに８本のノズル８３を回転させる表面実装機１に対して本発明を適用しているが、例えば特開２００１−７７５９４号公報に記載された装置のように回転軸を鉛直軸ＡＸに対して傾斜させた表面実装機に対しても本発明を適用することができる。ただし、傾斜角が４５゜を超えると、撮像部１３０により撮像される像に、仮想鉛直面ＶＰを挟んで撮像部１３０と反対側に位置するノズル８３Ｂおよび当該ノズル８３Ｂで吸着される部品ＰＢの像が移り込むおそれがなく、本発明を適用する技術的意義が少ないため、傾斜角が４５゜以下の表面実装機に適用するのが効果的である。また、このように回転軸を鉛直軸ＡＸに対して傾斜させた表面実装機に対して本発明を適用する場合、その傾斜に応じて撮像部１３０を拡散部材１１０から見て斜め上方に配置してもよい（なお、ＬＥＤ照明部１２０について、仮想鉛直面ＶＰを挟んで撮像部１３０とは反対の領域に配置すればよい）。

また、上記実施形態では、いわゆるロータリー方式の実装用ヘッド８を装備する表面実装機１に対して本発明を適用しているが、複数の吸着ノズル８３を有する表面実装機全般に対して本発明を適用することができる。例えば図９に示すように複数のノズル８３がＬＥＤ照明部１２０側および撮像部１３０側の２列に振り分けて配列された表面実装機では、拡散部材１１０をＬＥＤ照明部１２０側（同図の右側）のノズル列８３Ｒと、撮像部側（同図の左側）のノズル列８３Ｌとで挟まれた空間ＳＰに配置することで上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

また、上記実施形態では、８本の吸着ノズル８３を有する表面実装機に対して本発明を適用しているが、複数の吸着ノズルでノズル群が構成される表面実装機に対して本発明を適用することができ、ノズル群を構成する吸着ノズルの内部に拡散部材１１０を配置することで上記実施形態と同様の作用効果が奏せられる。

さらに、本発明の適用対象は表面実装機に限定されるものではなく、部品を吸着するノズルを複数装備して部品供給部と部品試験部との間で搬送するヘッドユニットを備え、ヘッドユニットにより部品供給部から部品を保持搬出するとともに、ヘッドユニットに保持されたノズルおよび当該ノズルで吸着された部品を撮像して当該ノズルに吸着された部品の吸着状態を吸着状態検査装置で検査してから、該部品を部品試験部に移載して部品試験を行う部品試験装置にも適用可能である。

１…表面実装機
３…基板
４…部品供給部
６…ヘッドユニット
８…実装用ヘッド
９…制御装置
８３、８３Ａ、８３Ｂ…吸着ヘッド
８３Ｌ…（撮像部側の）ノズル列
８３Ｒ…（照明部側の）ノズル列
９３…主制御部（検査部）
１００…吸着状態検査装置
１１０…拡散部材
１２０…ＬＥＤ照明部
１３０…撮像部
１３４…カメラ
ＨＬ１…仮想線
ＨＬ２…仮想水平線
ＩＡ…シルエット像
Ｐ、ＰＡ…部品
ＳＰ…空間
ＶＰ…仮想鉛直面

Claims (6)

1. 部品を吸着するノズルが複数配置されたノズル群の内部に配置され、入射する光を拡散しながら透過させる拡散部材と、
   前記ノズル群の側方でかつ前記拡散部材から第１の方向に離間して配置され、前記ノズル群を構成する複数のノズルのうち前記拡散部材に対して前記第１の方向に位置する一のノズルに吸着される部品を前記拡散部材を背景に撮像して前記部品の像を得る撮像部と、
   前記撮像部から前記第１の方向と反対の第２の方向に延びる仮想線が前記拡散部材と交差する位置で前記仮想線に直交する仮想水平線を通る仮想鉛直面を挟んで、前記撮像部とは反対の領域に配置され、前記ノズル群に対して光を照射する照明部と、
   前記撮像部により撮像される前記部品の像に基づいて前記一のノズルによる前記部品の吸着状態を検査する検査部と
   を備えることを特徴とする吸着状態検査装置。
2. 回転軸を中心として同心円状に配置された状態で前記回転軸回りに回転自在となっている前記複数のノズルの各々で吸着される部品の吸着状態を検査する請求項１に記載の吸着状態検査装置であって、
   前記拡散部材は前記複数のノズルに取り囲まれる空間内に配置される吸着状態検査装置。
3. 前記撮像部側から見たときの前記拡散部材の幅は、前記撮像部側から見たときの前記一のノズルに吸着される部品の幅よりも広い請求項２に記載の吸着状態検査装置。
4. 前記照明部側および前記撮像部側の２列で配列された前記複数のノズルのうち前記撮像部側のノズルで吸着される部品の吸着状態を検査する請求項１に記載の吸着状態検査装置であって、
   前記拡散部材は、前記照明部側のノズル列と、前記撮像部側のノズル列との間に配置される吸着状態検査装置。
5. 部品を供給する部品供給部と、
   前記部品供給部から供給される部品を吸着するノズルを複数有するヘッドユニットと、
   前記ヘッドユニットを前記部品供給部と基板との間で移動させる移動機構と、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の吸着状態検査装置とを備え、
   前記ノズルにより前記部品供給部から部品を吸着して搬出するとともに、前記ノズルに吸着された部品の吸着状態を前記吸着状態検査装置で検査してから、該部品を基板上に実装することを特徴とする表面実装機。
6. 部品を供給する部品供給部と、
   前記部品供給部から供給される部品を試験する部品試験部と、
   前記部品供給部から供給される部品を吸着するノズルを複数有するヘッドユニットと、
   前記ヘッドユニットを前記部品供給部と前記部品試験部との間で移動させる移動機構と、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の吸着状態検査装置とを備え、
   前記ノズルにより前記部品供給部から部品を吸着して搬出するとともに、前記ノズルに吸着された部品の吸着状態を前記吸着状態検査装置で検査してから、該部品を前記部品試験部に移載して部品試験を行うことを特徴とする部品試験装置。