JP2014017293A - 電子部品の搭載方法、部品搭載ヘッドおよび電子部品搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電子部品の姿勢認識を行う方法および装置において、保持した電子部品を基板への搭載時間を短縮する姿勢認識方法およびその装置を提供する。
【解決手段】
部品搭載ヘッドは、部品保持面で前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、前記照明手段は前記入射面を照明し、前記導光部材を通過した照明光は出射面から、保持された前記電子部品の部品保持面と対向する面と、前記部品保持面と直交する面を照明し、前記撮像手段は、照明された部品保持面と対向する面と、前記直交する面と対向する面を撮像する手段によって高スループットな部品搭載を実現できるようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子部品の搭載を効率化する方法およびその装置に関するものである。

従来から電子部品搭載装置において、電子部品供給装置から供給された電子部品を搭載ヘッドの吸着ノズルで吸着し、回路基板に搭載するまでに、電子部品の姿勢や吸着不良などを認識する方法及び装置は数多く報告されている。

回路基板の生産においては、電子部品をより早く回路基板へ搭載することが、回路基板の生産時間を短縮するために求められている。

従来は、電子部品搭載ヘッドは電子部品供給装置へ移動し、電子部品搭載ヘッドが有する吸着ノズルを用いて電子部品を吸着し、吸着した電子部品の姿勢を認識することによって、正しい姿勢の電子部品を回路基板に搭載する。一方、姿勢が適切でないと判定された電子部品は、搭載されずに廃棄される。

特許文献１（特許第４２３４４０２号）には、搭載ヘッドに配置した複数の吸着ノズルに吸着されて保持された電子回路部品の、吸着ノズルの軸線に平行な方向から見た状態の複数の正面像と、吸着ノズルの軸線と直行する方向から見た状態の複数の側面像を一度に撮像可能な視野を有した光学系を使用する装置が記載されている。

また、特許文献２（特開２００９−１６４４６９号公報）には、部品認識装置をヘッドユニットに搭載する構成が記載されている。

特許第４２３４４０２号公報 特開２００９−１６４４６９号公報

部品搭載装置は、電子部品の吸着から、吸着した電子部品を回路基板に搭載するまでの時間を短縮することが望まれており、吸着から搭載までの時間を短縮することによって、基板の生産効率を高めることが求められている。また、吸着した電子部品は、正しい吸着状態ではないことがあるため、吸着から搭載までの間に姿勢を認識することが必要である。

特許文献１による搭載方法では、電子部品の姿勢認識は、搭載ヘッドが部品供給装置から電子回路部品を受け取って回路基板の上方位置へ移動する途中に、像取得装置の上方に停止させられた状態で行われるため、搭載ヘッドが撮像装置まで移動する必要があり、移動時間を短縮することは考慮されていない。

特許文献２による搭載方法では、搭載ヘッドに撮像装置が搭載されているため、電子部品を撮像装置へ移動が短縮される。しかしながら、光源や検出系の部品が回路基板と吸着ノズルの間に存在するため、電子部品の吸着や搭載等の動作において吸着ノズルの動作ストロークが長くなり、吸着ノズルの動作が増加することによって搭載時間が増加することは考慮されていない。

本発明は、電子部品を搭載する装置において、吸着した電子部品を回路基板への搭載時間を短縮する姿勢認識方法およびその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、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

部品搭載ヘッドを有し、電子部品を回路基板上に搭載する電子部品搭載装置において、部品搭載ヘッドは、部品保持面で前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、前記照明手段は前記入射面を照明し、前記導光部材を通過した照明光は出射面から、保持された前記電子部品の部品保持面と対向する面と、前記部品保持面と直交する面を照明し、前記撮像手段は、照明された部品保持面と対向する面と、前記直交する面と対向する面を撮像する手段と、を有することを特徴とする電子部品搭載装置である。

部品搭載ヘッドを有し、電子部品を回路基板上に搭載する電子部品搭載装置において、部品搭載ヘッドは、部品保持面で前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、前記照明手段は前記入射面を照明し、前記出射面は、前記部品保持面と対向する電子部品の面のシルエット像が撮像できる位置に配置される出射面と、電子部品の前記部品保持面と対向する面の反射像が撮像できる位置に配置される出射面とを有し、前記電子部品の前記シルエット像と前記反射像を撮像する手段と、を有することを特徴とする電子部品搭載装置である。

部品搭載ヘッドを有し、電子部品を回路基板上に搭載する電子部品搭載装置において、部品搭載ヘッドは、部品保持面で部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、前記導光部材は第一の導光部材と第二の導光部材とが接続され、前記第一の導光部材を部品保持手段の部品保持面と対向するように配置し、前記第二の導光部材を前記部品保持面と直交する面と対向するように配置し、前記の照明手段は前記第一の導光部材を照明し、前記第一の導光部材は出射面から前記電子部品の底部を照明し、前記第二の導光板は出射面から前記第一の導光部材から前記第二の導光部材へと通過する光によって前記電子部品の側部を照明し、前記電子部品の側部と底部を撮像する前記撮像手段と、を有することを特徴とする電子部品搭載装置である。

本発明によれば、回路基板の生産を実施する場合において、高スループットで電子部品の搭載を行うことが可能となる。

図１は、本発明の一実施例における姿勢認識装置のシステム構成を示す図である。 図２は、本実施例における姿勢認識装置を部品搭載機に適用した場合の平面図および側面図である。 図３aは、本実施例におけるプレート導光板を横から見た図である。 図３bは、本実施例におけるプレート導光板を上から見た図である 図３cは、本実施例におけるプレート導光板からの発光特性を示した図である。 図４aは、本実施例におけるプレート導光板と直立導光板を組み合せた状態で横から見た図である。 図４bは、本実施例におけるプレート導光板と直立導光板を組み合せた状態で上から見た図である。 図４cは、本実施例におけるプレート導光板と直立導光板を組み合せた状態で図４ａのＡから見た図である。 図４dは、本実施例における直立導光板からの発光特性を示した図である。 図５は、本実施例における検出画面を示した図である。 図６ａは、本実施例における姿勢認識装置において、電子部品の焦点が異なるときの検出画面である。 図６ｂは、本実施例における姿勢認識装置において、電子部品の焦点が異なるときの図６ａの断面Ａ−Ａにおける明るさを示した図である。 図６ｃは、本実施例における姿勢認識装置において、電子部品の焦点が異なるときの図６ａの断面Ｂ−Ｂにおける明るさを示した図である。 図７は、本実施例における姿勢認識装置で検出した電子部品の形状から姿勢検出及び位置検出を行う座標の算出例である。 図８は、本実施例における動作フローを示した図である。 図９は、本実施例における姿勢認識装置を部品搭載機に適用した場合の動作を説明した平面図と側面図である。 図１０は、本実施例における姿勢認識装置で検出した電子部品の吸着状態を示した検出画面である。 図１１は、本実施例における第二の実施例における姿勢認識装置のシステム構成を説明した平面図と側面図である。 図１２aは、第二の実施例における分割導光板を上から見た図である。 図１２bは、第二の実施例における分割導光板を横から見た図である。 図１２cは、第二の実施例における分割導光板を正面から見た図である。 図１２dは、第二の実施例における分割導光板からの発光特性を示した図である。 図１３は、第三の実施例における姿勢認識装置のシステム構成を説明した平面図と側面図ある。 図１４aは、第三の実施例における棒状導光板を正面から見た図である。 図１４ｂは、第三の実施例における棒状導光板を側面から見た図である。 図１４ｃは、第三の実施例における棒状導光板からを下面から見た図である。 図１４ｄは、第三の実施例における棒状導光板を円柱にした場合の下面から見た図である。 図１４ｅは、第三の実施例における棒状導光板からの発光特性を示した図である。 図１５ａは、第四の実施例における導光板を側面から見た図である。 図１５ｂは、第四の実施例における導光板を上面から見た図である。 図１５ｃは、第四の実施例における導光板からの発光特性を示した図である。 図１６は、第五の実施例における姿勢認識装置のシステム構成を説明した平面図と側面図である。 図１７ａは、第五の実施例における波長制限フィルタの透過特性を示した図である。 図１７ｂは、第五の実施例における波長選択フィルタの透過特性を示した図である。 図１８ａは、第五の実施例における白色ＬＥＤの発光特性を示した図である。 図１８ｂは、第五の実施例における波長制限フィルタを透過後の発光特性を示した図である。 図１８ｃは、第五の実施例における棒状導光板で使用するＬＥＤの発光特性を示した図である。 図１９は、第六の実施例における姿勢認識装置のシステム構成を説明した平面図と側面図である。 図２０ａは、第六の実施例における三色発光ＬＥＤの発光特性を示した図である。 図２０ｂは、第六の実施例における側面照明に使用するＬＥＤの発光特性を示した図である。 図２０ｃは、第六の実施例における三色発光ＬＥＤを制御したときの発光特性を示した図である。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する

図１から図１０は本発明の電子回路部品の姿勢認識装置を実施する形態の第一例である。
本実施例における部品搭載装置の全体構成を図１に示す。部品搭載装置５００は、姿勢認識装置５０１、部品搭載部５０２、基板搬送部５０３、部品供給部５０４、装置制御部５０５、データ入力部５０８、表示部５０９、データ出力部５１０で構成される。部品搭載部５０２は、搭載ヘッド９が移動可能に設置され、姿勢認識装置５０１は搭載ヘッド９に装着されている。

図２に、姿勢認識装置の構成ブロック図を示す。上半分に姿勢認識装置の平面図を、下半分に側面図と部品搭載装置５００のブロック図をそれぞれ示す。

姿勢認識装置５０１は、照明系５０６と検出系５０７で構成される。照明系５０６は、プレート導光板１、ＬＥＤ２、ハーフミラー３、直立導光板４、反射ミラー５で構成される。導光板１の端部にＬＥＤ２を近接あるいは接触させ発光させると、プレート導光板１の内部に光が導光される。プレート導光板１は、ハーフミラー３と直立導光板４の部分からＬＥＤ２の光が出射するように加工する。

図３ａはプレート導光板１を側面から見た図である。ＬＥＤ２の光はプレート導光板１の内部を屈折しながら導光される。図３ｂはプレート導光板１を上面から見た図である。散乱面１００は、例えばサンドブラストのようなもので表面を荒らしたものであり、上述したハーフミラー３と直立導光板４の部分の位置に相当する。ＬＥＤ２で導光された光は、散乱面１００で散乱するため、この部分のみが発光して、散乱光１０１として出射する。

図３ｃは図２ｂで示したプレート導光板１のＡ−Ａにおける光の断面プロファイル１０２を示す。このように、散乱面１００以外の表面ではほとんど発光しないようにする。なお、プレート散乱板１のＬＥＤ２と対向した端面、その端面と直角に位置する端面からは光は抜ける。そのため、端部にはアルミ蒸着のような反射面を施すことで、ＬＥＤ２の光をプレート導光板内に閉じ込めることができるため、散乱面１００からの照度が上げられる。また、散乱面１００以外の表面も同様に反射面を持たせることで、ＬＥＤ２の光もれを防止することができる。

図４ａは直立導光板４を側面から見た図である。ＬＥＤ２の光は散乱面１００で上方向に光が散乱するため、直立導光板４内に光が導かれる。図３ｂは直立導光板４を上面から見た図である。散乱面１００の部分にかかるよう直立導光板４を固定する。図４ｃは図４ａで示した導光板１をＡ方向から見た図である。プレート導光板１の散乱面１００と同様に、散乱面１０３を施すため、ＬＥＤ２からの光は、直立導光板４の散乱面１０３から散乱光１０４が出射されることになる。図４ｄは図４ｃの断面Ｂ−Ｂで示した部分の光の断面プロファイル１０５を示す。このように、散乱面１０１以外の表面ではほとんど発光しないようにする。なお、プレート散乱板１と同様に、散乱面１０１以外の面や、端面から光は抜けるため、アルミ反射面のような反射面を施すことで、効率の良い光を得ることが可能である。

このように、プレート導光板１の散乱面１００から出射した光は、ハーフミラー３及び直立導光板４に導かれる。ハーフミラー３からの光は、電子部品１１の下面に照射される。

下面とは、吸着ノズルの部品吸着面によって電子部品を吸着した際の電子部品の底面であり、電子部品が部品吸着面と対向する面である。電子部品の保持方法については、電子部品を吸着して保持する吸着ノズルの他に、電子部品を挟んで保持するチャック式の保持手段であってもよい。本実施例に限らず、他の実施例においても保持手段は吸着ノズルに限らずチャック式であっても実施可能である。チャック式の保持手段によって電子部品を保持した際の電子部品の底面を下面と呼ぶ。下面は部品保持面と対向する面である。

まず、電子部品１１の下面からの反射光は再びハーフミラー３の反射面で反射し、反射ミラー５に導かれる。

さらに直立導光板４からの出射光は、電子部品１１の側面に照明されるため、その電子部品１１を透過した光が反射ミラー５の反射面に導かれる。電子部品の側面とは、電子部品の底面と直交する面である。底面と直交する面は機械的な誤差を含んでもよい。

反射ミラー５で反射した電子部品１１の下面の反射光と側面からの透過光はレンズ６によって集光され、撮像素子７の撮像面に結像される。このとき、レンズ６の焦点位置は、電子部品１１の下面に合せておく。

使用した導光板は、例えば透明なアクリル樹脂のような安価な部品を使用することができる。また、本実施例ではハーフミラー３および反射ミラー５はキューブ型で図示したが、プレート状の部品を用いても問題ない。

上述した照明系５０６と検出系５０７は、図示しない方法で光学系保持部材８に保持され、光学系保持部材８は、ヘッド保持部材１２によって図示しない方法で搭載ヘッド９に保持される。すなわち、搭載ヘッド９と姿勢認識装置５００は一体で動作することが可能である。

部品搭載部５０２は、搭載ヘッド９がＸＹ移動可能なＸＹステージ２５に保持されており、ＸＹステージ部制御系１６により制御される。搭載ヘッド９は吸着ノズル１０が回転方向に移動可能であり、それぞれ単独に上下方向に図示しない方法で移動可能である。吸着ノズル１０の電子部品１１の吸着は、吸着ノズル制御系１７で制御され、搭載ヘッド９の回転、吸着ノズル１０の上下移動は、搭載ヘッド制御系１８で制御される。

撮像素子７は、撮像素子制御系１４で制御され、撮像した画像は、画像処理系１５で処理され、電子部品１１の姿勢及び、吸着ノズルに対する電子部品の位置ずれを算出できる。また、ＬＥＤ２の光量、照射時間などの制御は照明制御系１３で行われる。

基板搬送部５０３は、電子部品１１を搭載する基板１９が基板搬送用ステージ２０上に搭載され、基板制御系２１により所定の位置へ移動可能である。

部品供給部５０４は、電子部品供給部２２により、例えばテープフィーダのような連続的に電子部品を供給可能なものであり、部品供給制御系２３により制御される。全体制御部２４は、これらの制御系全般を行うものである。

図５に、撮像素子７での検出画像の一例を示す。撮像素子７で検出される画像１０６は、上部画像１０７と下部画像１０８の２つの画像が１つの画像として表示される。上部画像１０７には、電子部品１１と吸着ノズル１０のシルエット像（影）１１ａが検出される。下部画像１０８には、電子部品１１の下面から反射した反射像１１ｂが検出される。なお、吸着ノズル１０の吸着面１０’は反射像１１ｂの下部に隠れている。このような視野となるよう反射ミラー５と結像レンズ６及び撮像素子７を配置する。本実施例では撮像素子７にＣＣＤやＣＭＯＳのようなエリアセンサを使用して説明したが、画像認識装置５０１を直進ステージに搭載してスキャンしながら画像を取得するスキャンタイプの撮像素子で構成しても構わない。

図６ａは、撮像素子１７で検出する電子部品１１の焦点を双方にずれた状態と下面に焦点が合った状態と側面に焦点が合った状態を示した図である。図５で示したように、上部の視野１０７と下部の視野１０８にそれぞれ電子部品１１の側方からのシルエット像１１ａと電子部品１１の下面からの反射像１１ｂが検出される。画像３００は、双方に焦点がずれた状態を示し、画像３０１は、下面に焦点が合った状態を示し、画像３０２は、下面の焦点がずれ側面に焦点が合った状態をそれぞれ示している。

図６ｂは図６ａの画像において断面Ａ−Ａにおける明るさの断面波形を示す。波形３０３は双方に焦点がずれた状態、波形３０４は下面に焦点が合った状態、波形３０５は側面に焦点が合った状態をそれぞれ示している。このように、電子部品１１の側面からのシルエット像は、焦点のずれにかかわらず波形が鮮明であることが分かる。

図６ｃは図６ａの画像において断面Ｂ−Ｂにおける明るさの断面波形を示す。波形３０６は双方に焦点がずれた状態、波形３０７は下面に焦点が合った状態、波形３０８は側面に焦点が合った状態をそれぞれ示している。このように、電子部品１１の下面からの反射像は、焦点の位置により、検出波形が異なることが分かる。

そのため、検出光学系の焦点は、下面に合わせる必要がある。すなわち、検出光学系５０７に設置したレンズ６を電子部品１１の下面に合せておいても、検出光路が異なるために生じる側面検出との焦点ずれが生じても性能に影響がない。

図７に検出画像の姿勢判定方法と姿勢認識方法の一例を示す。撮像素子７で検出される画像１０６は、上部画像１０７と下部画像１０８の２つの画像が１つの画像として表示される。まず、上部画像１０７には、電子部品１１と吸着ノズル１０のシルエット像１１ａが検出されているが吸着ノズル１０の位置は、不変である。そのため、上部画像１０７の明るさを探知し、吸着ノズル１０以外の明るさの変化した位置を特定する。例えば、チップ抵抗やコンデンサのような電子部品１１は矩形形状のため、四隅（ａＸ，ａＸからｄＸ，ｄＹ）の画素を求める。吸着ノズル１０と四隅の座標位置関係より、電子部品１１の姿勢を判定すればよい。

次に、下部画像１０８には電子部品１１の下面が検出されている。上部画面１０７で処理した方法により、電子部品１１の四隅（ｅＸ，ｅＸからｈＸ，ｈＹ）の画素を求める。吸着ノズル１０の吸着面１０ａは、電子部品１１が吸着されていると影になって検出できないが、電子部品１１がない状態で予め、吸着ノズル中心の基準座標（Ｘ，Ｙ）として求めておく。算出した電子部品１１の四隅の座標と中心座標から電子部品１１の中心からの位置ずれ、角度を算出し、部品搭載時の補正を行う。
以上の構成において動作を説明する。

図８に本発明における電子回路部品の姿勢認識装置を用いた部品搭載の計測フローを説明する。作業開始（Ｓ１０００）し、搭載ヘッドを部品供給系に移動する（Ｓ１００１）、吸着ノズルにて電子部品を吸着（Ｓ１００２）し、搭載ヘッドを１ノズル分回転（Ｓ１００３）する。吸着ノズルが姿勢認識位置かを判定（Ｓ１００４）し、判定位置ではない場合、次の吸着ノズルで備品を吸着する。姿勢位置の場合は、画像取得（Ｓ１００５）を行い、側面画像で部品の姿勢確認と下面画像で部品の位置を算出（Ｓ１００６）する。その結果より、部品は正常かの判断（Ｓ１００７）を行い、正常ではない場合は部品を破棄（Ｓ１００８）する。部品が正常な場合、部品の吸着位置を記憶（Ｓ１００９）し、次の部品を判定するため、搭載ヘッドを１ノズル分回転（Ｓ１０１０）して、全吸着ノズルの吸着完了かの判断（Ｓ１０１１）を行い、繰り返しの判断を行う。全ての部品の位置を判断して、搭載ヘッドを基板上に移動（Ｓ１０１２）し、部品位置の補正（Ｓ１０１３）をすべての吸着ノズルで行い、吸着ノズルを下降して基板へ電子部品を搭載（Ｓ１０１４）する。全ノズル部品を搭載したかの判定（Ｓ１０１５）を行い、終了しない場合は、基板への搭載を繰り返す。次の搭載部品があるかの判定（Ｓ１０１６）を行い、無い場合は搭載終了（Ｓ１０１７）とする。

図９は、図８で説明した動作フローを図で説明したものである。図９において、上半分は平面図、下半分は側面図をそれぞれ示す。まず、搭載ヘッド９は、ＸＹステージ２５により、部品供給部２２の部品受け取り位置に移動する。吸着ヘッド９の吸着ノズル１０によって電子部品１１を吸着する。吸着ノズル１０は、指示された電子部品１１の種類全てを吸着する。電子部品１１を吸着する位置を３００とし、回転方向を反時計回りとすると、吸着後の次次位置３０１で姿勢検出装置５０１に到達する。位置３０１に到達した瞬間に照明制御系１３によりＬＥＤ２の発光を行い、撮像素子制御系１４により撮像素子７を制御して画像検出を行う。検出された画像は、図７で説明した方法により、電子部品１１の姿勢と位置を求めて、画像処理系１５で蓄積する。順次、吸着ヘッド９が回転して全吸着ノズル１０の電子部品１１の全姿勢、位置を画像処理系１５に記憶させる。吸着ヘッド９の吸着ノズル１０全部に電子部品１１を吸着すると、ＸＹステージ２５により、基板搬送用ステージ２０上に搭載された基板１９の上に移動し、所定の位置で吸着ノズル１０が下降し、順次電子部品１１を基板１９上に搭載する。

図１０に撮像素子で検出した画像の例を示す。撮像素子７で検出される画像１０６は、上部画像１０７と下部画像１０８の２つの画像が１つの画像として表示される。上部画像１０７の上部は吸着ノズル１０であり、下部画像の中央は吸着ノズル１０を下から見た画像である。画像４００は、電子部品が吸着されていない状態を示したものであり、吸着ノズル１０側面の影と吸着ノズル１０の吸着部が検出されている。画像４０１は、電子部品１１が何らかの不具合により、吸着ノズル１１の吸着部に電子部品１１の端部が吸着され、部品が立った状態１１ａで検出された状態である。画像４０２は、電子部品１１が正常かつ正確に吸着ノズル１０に吸着された状態である。画像４０３から画像４０６までは、電子部品１１が吸着ノズル１０に対して水平方向に位置が移動した場合の状態である。画像４０７は、電子部品１１が正常に吸着されているが、回転している状態である。このように、電子部品１１が正常吸着されている場合は、その水平方向の位置と回転方向の角度が下部画像１０８によって判定ができる。電子部品１１が部品立ちのような姿勢不良である場合は、上部画像１０７によって判定ができる。

図１１および図１２は本発明の電子回路部品の姿勢認識装置を実施する形態の第二の実施例である。第一の実施例と同じ動作をする部品は同じ符号を示してある。同図において、プレート導光板２００は、第一の実施例で説明したプレート導光板１と同じであるが、長さをハーフミラー４までとし、短くしている。第二のプレート導光板２０１の端部に第二のＬＥＤ２０２を近接あるいは接触して発光させると第二のプレート導光板２０１の内部に光が導光される。ＬＥＤ１は、照明制御系１３で制御され、第二のＬＥＤ２０２は、第二照明制御系１３ａで制御され、それぞれ全体制御部２４によって制御される。

図１２ａは第二のプレート導光板２０１を側面から見た図である。第二のＬＥＤ２０２の光は第二のプレート導光板２０１の内部を屈折しながら導光される。第二のＬＥＤ２０２と対向した端部を４５度に切断し、導光された光を直角に曲げる。４５度の角度は機械的な誤差を含んでもよい。端部は、アルミ蒸着のような反射面を施すことで全反射することが可能である。第三のプレート導光板２０３は第二のプレート導光板２０１に接続され、反射した光を内部に導光可能である。第三のプレート導光板２０３上に第二の直立導光板２０４を接続する。

図１２ｂは図１２ａを側面から見た図である。第三のプレート導光板２０３の端部は上部方向に光を曲げるため、４５度に切断されている。同様に端部には、アルミ蒸着のような反射面を施すことで全反射することが可能である。第二の直立導光板２０４は、散乱面２０５を施し、上述したハーフミラー３と直立導光板４の部分の位置に相当する。

図１２ｃは図１２ａを正面から見た図である。第二のＬＥＤ２０２で発光した光は、第二のプレート導光板２０１の端部で反射し、第三のプレート導光板２０３に導光され、さらに端部で反射し、第二の直立導光板２０４に導光される。第二の直立導光板２０４の散乱面２０５で光は外部に発光２０６となり、図１２ｄで示したような、図１２ｂの断面Ａ−Ａおける光の断面プロファイル２０７が得られる。

本構成において、電子部品に対して側方の照明と下方の照明の光源を別にしたため、光量の制御をきめ細かくすることができる効果も奏する。

図１３および図１４は本発明の電子回路部品の姿勢認識装置を実施する形態の第三の実施例である。第一の実施例と同じ動作をする部品は同じ符号を示してある。同図において、プレート導光板２００は、第一の実施例で説明したプレート導光板１と同じであるが、長さをハーフミラー４までとし、短くしている。中心導光板２０８の端部に第三のＬＥＤ２０９を近接あるいは接触して発光させると中心導光板２０８の内部に光が導光される。ＬＥＤ１は、照明制御系１３で制御され、第三のＬＥＤ２０９は、第三照明制御系１３ｂで制御され、それぞれ全体制御部２４によって制御される。

図１４ａは中心導光板２０８を正面から見た図、図１４ｂは図１４ａの側面から見た図、図１４ｃは図１４ａを下から見た図である。第三のＬＥＤ２０９の光は中心導光板２０８の内部を屈折しながら導光される。中心導光板２０８の下部には、散乱面２１０を施す。第三のＬＥＤ２０９の光は散乱面２１０で光は外部に発光２１１となり、図１４ｅで示したような、図１４ｂの断面Ａ−Ａおける光の断面プロファイル２１２が得られる。なお、中心導光板２０８は、搭載ヘッド９の中心部に配置するが、同時に回転しても、静止してもかまわない。同時に回転する場合は、中心導光板２０８を棒状とし、散乱面２１０は周囲に施し、どの方向でも光が散乱するように配置すればよい、図１４ｄに棒状の中心導光板２１３にした場合の下から見た図を示す。周辺に散乱面２１４を施すことで全周に散乱光２１５が発光する。その断面プロファイルは図１４ｅと同様になる。なお、第三のＬＥＤ２０９は、中心導光板２０８が回転するため、接触しない状態で固定することで第三のＬＥＤ２０９を回転する必要がない。

本構成において、電子部品に対して側方の照明と下方の照明の光源を別にすると共に、側方照明を検出系と別構成としたため、検出系の構成が簡素化できる効果も奏する。

なお、本実施例では、搭載ヘッドは回転方式で説明したが、とうぜんのことながら、直線状に配列した吸着ヘッドに姿勢検出装置を取り付けても同様の効果が得られることは明確である。また、光源はＬＥＤを直接用いて光源としたが、ＬＥＤを別の場所に設置して光ファイバなどにより光源を導光しても同様の効果が得られる。

図１５ａから図１５ｂは本発明の電子回路部品の姿勢認識装置を実施する形態の第四の実施例である。図１５ａは導光板６００を側面から見た図、図１４ｂは図１５ａを上面から見た図、図１５ｃは図１５ｂの断面Ａ−Ａおける光の断面プロファイル１０２を示した図である。導光板６００は、端面６０１を斜めに切断したもので、本実施例では４５度の角度で切断する。４５度の角度は機械的な誤差を含んでもよい。ＬＥＤ２は発光点を端面６０１の上部に配置し、導光板６００の表面を透過し、端部６０１で反射し、内部を屈折しながら導光される。第一の実施例と同様に、導光板６００の一部に散乱面１００を施す。導光された光は、散乱面１００で散乱し、導光板６００の上部から発光１０１となり、図１５ｃで示したような断面プロファイル１０２が得られる。なお、端部の角度は４５度に限定するものではなく、角度を可変することで、出射する光の光量を調整することも可能である。

本構成の導光板を用いて、実施例１の導光板と入れ替えても同様の効果が得られる。さらに照明に使用するＬＥＤを導光板の上部に設置することで光学系をさらに薄型にできる効果も奏する。

図１６から図１８に本発明の電子回路部品の姿勢認識装置を実施する形態の第五の実施例を説明する。第一の実施例及び第三の実施例と同じ動作をする部品は同じ符号を示してある。図１６において、ＬＥＤ７００の直後に波長制限板７０１を配置する。プレート導光板２００に導光される光は、波長制限板７０１で制限された波長の光となる。ＬＥＤ７００は、照明制御系１３で制御される。中心導光板２０８の端部に第四のＬＥＤ７０３を近接あるいは接触して発光させると中心導光板２０８の内部に光が導光される。第四のＬＥＤ７０３は、第四照明制御系８００で制御され、それぞれ全体制御部２４によって制御される。また、側面からの光は、反射ミラー５により、レンズ６に導かれるが、その光路中に波長選択フィルタ７０２を配置する。

図１７ａは、波長制限フィルタ７０１の透過特性、図１７ｂは、波長選択フィルタ７０２の特性を示した図である。同図において、横軸は波長を、縦軸は透過率を示す。

図１８ａは、ＬＥＤ７００の波長に対する相対強度を示した図であり、図１８ｂは、波長制限フィルタ７０１を透過後の相対強度を示した図である。図１８ｃは、ＬＥＤ７０３の波長に対する相対強度を示した図である。それぞれ、横軸は波長を、縦軸は相対強度を示す。なお、波長選択フィルタ７０２を透過したＬＥＤ７０３の波長の相対強度は変化しない。

上記の構成おいて動作を説明する。ＬＥＤ７００の光は、導光板２００によって導光して、プリズム４により、電子部品１１の下面を照明する。また、ＬＥＤ７０３の光は中心導光板２０８によって導光し、電子部品１１の側面を照明する。電子部品１１の下面から反射した光は、反射ミラー５によって反射し、レンズ６により、カメラ７に結像する。電子部品１１の側面から照明されたシルエットは、
反射ミラー５によって反射し、レンズ６により、カメラ７に結像する。波長制限フィルタ７０１によって下面から反射した光の波長特性と、波長選択フィルタ７０２によって側面から透過したシルエットの光の波長特性が異なることから、お互いに干渉することがないため、純粋に下面の反射光、側面のシルエットの透過光として検出可能である。そのため、それぞれの検出像はノイズの少ない画像を得ることが可能となり、より高精度の画像検出が可能となる効果も奏する。

図１９から図２０に本発明の電子回路部品の姿勢認識装置を実施する形態の第六の実施例を説明する。第一の実施例及び第三の実施例と同じ動作をする部品は同じ符号を示してある。図１９において、ＬＥＤ７０４は三色発光の特性を持つものを使用する。下面照明制御系８００によって、三色発光の制御を行う。プレート導光板２００に導光される光は、下面照明制御系８００により制御された波長の光となる。中心導光板２０８の端部に第五のＬＥＤ７０５を近接あるいは接触して発光させると中心導光板２０８の内部に光が導光される。第五のＬＥＤ７０５は、側面照明制御系８０１で制御され、それぞれ全体制御部２４によって制御される。

図２０ａから図２０ｃは、ＬＥＤ７０４とＬＥＤ７０５の発光特性を示した図であり、それぞれ横軸は波長、縦軸は相対強度を示す。図２０ａは、ＬＥＤ７０４の波長に対する相対強度を示した図である。三色発光が可能であるため、波長７０９、波長７１０、波長７１１がそれぞれ単独で発光することが可能、あるいは、組み合せて、同時に発光することが可能なものである。図２０ｂは、ＬＥＤ７０５の波長に対する相対強度を示した図である。波長７１１の発光特性を持つ。図２０ｃは、下面照明制御系８００によって、波長７０９と波長７１０を同時発光したときの波長に対する相対強度を示した図である。

上記の構成おいて動作を説明する。ＬＥＤ７０４の光は、図２０ｃに示したように、二つの波長を同時に発光させる。その光は、導光板２００によって導光して、プリズム４により、電子部品１１の下面を照明する。また、ＬＥＤ７０５の光は、図２０ｂに示した波長で発光し、中心導光板２０８によって導光し、電子部品１１の側面を照明する。電子部品１１の下面から反射した光は、反射ミラー５によって反射し、レンズ６により、カメラ７に結像する。電子部品１１の側面から照明されたシルエットは、反射ミラー５によって反射し、レンズ６により、カメラ７に結像する。ＬＥＤ７０４による光の波長特性と、ＬＥＤ７０５による光の波長特性が異なることから、お互いに干渉することがないため、純粋に下面の反射光、側面のシルエットの透過光として検出可能である。

第五の実施例と同様の効果を奏するが、波長制限フィルタ、波長選択フィルタを配置する必要がないため、部品点数が少なくなり、安価な装置を提供できる効果も奏する。

１・・・プレート導光板，２・・・ＬＥＤ，３・・・ハーフミラー，４・・・直立導光板，５・・・反射ミラー，６・・・結像レンズ，７・・・撮像素子，８・・・取り付け，９・・・搭載ヘッド，１０・・・吸着ノズル，１１・・・電子部品，１９・・・基板，２０・・・基板ステージ，２５・・・ＸＹステージ１００・・・散乱面，１０６・・・検出画面，１０７・・・上部画面，１０８・・・下部画面，２０１・・・第二プレート導光板，２０２・・・第二ＬＥＤ，２０３・・・第三プレート導光板，２０４・・・第二直立導光板，２０５・・・散乱面，２０８・・・中心導光板，２０９・・・第三ＬＥＤ，２１０・・・散乱面，２１４・・・散乱面

Claims (23)

1. 部品搭載ヘッドを有し、電子部品を基板上に搭載する電子部品搭載装置において、
   部品搭載ヘッドは、前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、
   前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、
   前記照明手段は前記入射面を照明し、
   前記導光部材を通過した照明光は出射面から、保持された前記電子部品の下面と、保持された前記電子部品の側面を照明し、
   前記撮像手段は、前記下面と、前記側面と対向する面を撮像する手段と、
   を有することを特徴とする電子部品搭載装置。
2. 請求項１記載の電子部品搭載装置において、
   前記照明手段と、前記撮像手段は、前記導光部材より高い位置に配置されること
   を特徴とする電子部品搭載装置。
3. 請求項２記載の電子部品搭載装置において、
   前記出射面は、散乱面であること
   を特徴とする電子部品搭載装置。
4. 請求項１乃至３いずれか記載の電子部品搭載装置において、
   前記側面と対向する面を撮像する手段は、前記電子部品のシルエット像を撮像すること
   を特徴とする電子部品搭載装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか記載の電子部品搭載装置において、
   前記導光部材は、光が散乱する散乱部材で構成される
   ことを特徴とする電子部品搭載装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか記載の電子部品搭載装置において、
   前記照明手段は、ＬＥＤであること
   を特徴とする電子部品搭載装置。
7. 部品搭載ヘッドを有し、電子部品を基板上に搭載する電子部品搭載装置において、
   部品搭載ヘッドは、前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、
   前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、
   前記照明手段は前記入射面を照明し、
   前記出射面は、保持された電子部品の下面のシルエット像が撮像できる位置に配置される出射面と、保持された電子部品の側面の反射像が撮像できる位置に配置される出射面とを有し、
   前記電子部品の前記シルエット像と前記反射像を撮像する手段と、
   を有することを特徴とする電子部品搭載装置。
8. 請求項７記載の電子部品搭載装置において、
   前記照明手段と、前記撮像手段は、前記導光部材より高い位置に配置されること
   を特徴とする電子部品搭載装置。
9. 請求項７または８記載の電子部品搭載装置において、
   前記出射面は、散乱面であること
   を特徴とする電子部品搭載装置。
10. 部品搭載ヘッドを有し、電子部品を基板上に搭載する電子部品搭載装置において、
    部品搭載ヘッドは、前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、
    前記導光部材は第一の導光部材と第二の導光部材とが接続され、
    前記第一の導光部材を部品保持手段の下面と対向するように配置し、前記第二の導光部材を前記下面と直交する面に配置し、
    前記の照明手段は前記第一の導光部材を照明し、前記第一の導光部材は出射面から前記電子部品の底部を照明し、前記第二の導光板は出射面から前記第一の導光部材から前記第二の導光部材へと通過する光によって前記電子部品の側部を照明し、
    前記電子部品の側部と底部を撮像する前記撮像手段と、
    を有することを特徴とする電子部品搭載装置。
11. 請求項１０記載の電子部品搭載装置において、
    前記照明手段と、前記撮像手段は、前記導光部材より高い位置に配置されること
    を特徴とする電子部品搭載装置。
12. 請求項１０または１１記載の電子部品搭載装置において、
    前記出射面は、散乱面であること
    を特徴とする電子部品搭載装置。
13. 電子部品を基板上に搭載する部品搭載ヘッドであって、
    部品搭載ヘッドは、前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、
    前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、
    前記照明手段は前記入射面を照明し、
    前記導光部材を通過した照明光は出射面から、保持された前記電子部品の上面と、前記上面と直交する面を照明し、
    前記撮像手段は、照明された上面と対向する面と、前記直交する面と対向する面を撮像する手段と、
    を有することを特徴とする部品搭載ヘッド。
14. 請求項１３記載の部品搭載ヘッドにおいて、
    前記照明手段と、前記撮像手段は、前記導光部材より高い位置に配置されること
    を特徴とする部品搭載ヘッド。
15. 請求項１３または１４記載の部品搭載ヘッドにおいて、
    前記出射面は、散乱面であること
    を特徴とする部品搭載ヘッド。
16. 電子部品を基板上に搭載する電子部品搭載方法において、
    部品搭載ヘッドは、前記電子部品を保持する保持手段と、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、
    前記保持手段によって電子部品を保持するステップと、
    前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、
    前記照明手段は前記入射面を照明することによって、前記導光部材を通過した照明光は出射面から、保持された前記電子部品の上部と対向する面と、前記上部と対向する面と直交する面を照明するステップと、
    前記撮像手段は、照明された前記上部と対向する面と、前記直交する面と対向する面を撮像する撮像ステップと、
    撮像された面を用いて、保持された前記電子部品の姿勢を認識し、電子部品の姿勢の状態を判定する姿勢判定ステップと、
    前記判定された状態に応じて、保持された電子部品を基板に搭載する、または保持された電子部品を破棄する処理を行う電子部品搭載ステップと
    を有することを特徴とする電子部品搭載方法。
17. 請求項１６記載の電子部品搭載方法において、
    前記姿勢を認識するステップは、前記上部と対向する面の像を用いて姿勢を認識し、前記直交する面と対向する面の像を用いて保持ヘッドとの位置関係を認識すること
    を特徴とする電子部品搭載方法。
18. 部品搭載ヘッドを有し、電子部品を回路基板上に搭載する電子部品搭載装置において、
    部品搭載ヘッドは、部品吸着面で前記電子部品を吸着する吸着ノズルと、導光部材と、照明手段と、撮像手段とを有しており、
    前記導光部材は照明光を入射する入射面と、照明光を出射する出射面を有し、
    前記照明手段は前記入射面を照明し、
    前記導光部材を通過した照明光は出射面から、吸着された前記電子部品の部品吸着面と対向する面と、前記部品吸着面と直交する面を照明し、
    前記撮像手段は、照明された部品吸着面と対向する面と、前記直交する面と対向する面を撮像する手段と、
    を有することを特徴とする電子部品搭載装置。
19. 請求項１８記載の電子部品搭載装置において、
    前記照明手段と、前記撮像手段は、前記導光部材より高い位置に配置されること
    を特徴とする電子部品搭載装置。
20. 請求項１９記載の電子部品搭載装置において、
    前記出射面は、散乱面であること
    を特徴とする電子部品搭載装置。
21. 請求項１８乃至２０いずれか記載の電子部品搭載装置において、
    前記直交する面と対向する面を撮像する手段は、前記電子部品のシルエット像を撮像すること
    を特徴とする電子部品搭載装置。
22. 請求項１８乃至２０のいずれか記載の電子部品搭載装置において、
    前記導光部材は、光が散乱する散乱部材で構成される
    ことを特徴とする電子部品搭載装置。
23. 請求項１８乃至２０のいずれか記載の電子部品搭載装置において、
    前記照明手段は、ＬＥＤであること
    を特徴とする電子部品搭載装置。

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