JP3816650B2

JP3816650B2 - 表面実装機の部品認識方法

Info

Publication number: JP3816650B2
Application number: JP29552697A
Authority: JP
Inventors: 正信宮本; 真次稲垣
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: JPH11135999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸着用ヘッドから所定距離隔てて配置された光学的測距手段を用い、吸着用ヘッドに吸着されている部品との距離の検出に基づいて部品位置を認識する表面実装機の部品認識方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、移動可能なヘッドユニットにノズルを有する吸着用ヘッドを搭載し、部品供給部のテープフィーダ等からＩＣ等の小片状の電子部品を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。
【０００３】
この種の表面実装機では、ノズルに対して部品中心がずれた状態で部品が吸着される場合があるため、通常は、吸着用ヘッドに設けられた部品認識装置によりノズルに対する部品の吸着位置を検出し、この検出結果に基づいて吸着用ヘッドの移動量等を補正して部品をプリント基板に装着するようにしている。
【０００４】
このような部品認識装置として、例えば、特公平７−１１２１１８号公報に開示されるような装置が知られている。
【０００５】
この装置は、光の照射部と受光部とを備えた光学式の測距センサを有し、吸着された部品をノズル軸回りに一回転させつつ部品とセンサとの距離を測定し、その測定結果に基づいて部品位置を認識するように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような部品認識装置による部品の認識は、通常、吸着用ヘッドのノズルによる部品の装着後、部品を吸着するまでの間に行うものであるから、より速やかに部品位置の認識を行える方が実装効率を高める上で好ましい。
【０００７】
ところが、上記公報に開示されている従来の部品認識装置では、距離検出の際に部品を一回転させ、その間に部品全周に対して距離を測定して部品の位置を認識するため、認識における演算処理に時間がかかり、部品位置認識速度を高める上で改善の余地が残されている。
【０００８】
また、部品を回転させながら距離を測定するため、振動等による部品の吸着ずれを誘発するといった懸念もあり、これを解決することも望まれる。
【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、部品認識での演算処理速度を高めて部品認識をより速やかに行うことができる表面実装機の部品認識方法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】
上記目的を解決するために、本発明は、光の照射部と受光部とを備えた光学式測距手段を、吸着ヘッドのノズルから所定距離隔てて配置し、該光学式測距手段からノズルに吸着された部品までの距離を測定して、該測定データに基づいて吸着ヘッドによる部品吸着位置を求める方法において、上記部品を静止させた状態でその一側方から光学式測距手段の照射光を照射しつつ、ノズル中心軸に直交する走査方向に上記照射光を走査させることにより部品の輪郭を表す二次元データを得、この二次元データにおいて部品角部に相当する３つの変曲点を検出することにより部品の二辺の位置を検出し、各辺の位置に基づいて部品吸着位置を求めるようにしたものである。
【００１１】
この方法によれば、対象部品が矩形部品である場合に、その吸着位置を求めることができる。しかも、この方法では、ノズル中心軸に直交する走査方向に上記照射光を走査させるだけなので部品半周分、あるいはそれより少ない部分の距離の測定で部品吸着位置を認識することが可能となる。そのため、従来のように部品全周について距離の測定を行う方法に比べると採取データの数が大幅に削減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
図１および図２は本発明に係る表面実装機の一例を示している。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が上記コンベア２上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。上記コンベア２の前後側方には、それぞれ多数列のテープフィーダ４ａ等からなる部品供給部４が設けられている。
【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、このヘッドユニット５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には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール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軸方向に延びるガイド部材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の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転して、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。なお、上記Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５には、それぞれ駆動位置を検出するエンコーダ１０，１６が設けられている。
【００１６】
また、上記ヘッドユニット５には吸着用ヘッド２０が設けられている。この吸着用ヘッド２０は、ヘッドユニット５のフレームに対して昇降及び回転が可能となっており、詳しく図示していないが、Ｚ軸サーボモータ２２を駆動源とする昇降駆動手段及びＲ軸サーボモータ２４を駆動源とする回転駆動手段により駆動されるようになっている。吸着用ヘッド２０の下端には部品吸着用のノズル２１が設けられており、部品吸着時には図外の負圧供給手段からノズル２１に負圧が供給されて、その負圧による吸引力で部品が吸着されるようになっている。
【００１７】
さらに、ヘッドユニット５の下部には、上記ノズル２１に吸着された部品の吸着状態を検出するための測距センサ３０（光学式測距手段）が設けられている。
【００１８】
この測距センサ３０は、レーザ光の照射部と受光部とを上下に備え、このレーザ光により部品を一次元的に走査しながら対象物との距離を三角測距の原理により測定するように構成されたいわゆるレーザスキャニングセンサで、ノズル２１から所定距離を隔て上記ヘッドユニット５のフレームに固定されている。
【００１９】
測距センサ３０には、図示を省略するが、レーザ発生源と、ここで発生したレーザ光を反射させて上記照射部を介して対象物に照射するミラーと、このミラーを揺動させる、例えばモータを駆動源とする揺動駆動機構と、受光部を介して入射される反射光を受光する位置検出素子と、投光及び受光用の各種レンズとが内蔵されており、上記レーザ発生源で発生したレーザ光をミラーで反射させて対象物に照射し、該対象物で反射した反射光を位置検出素子で受光するようになっている。そして、上記揺動駆動機構の作動により上記ミラーを揺動させることにより、レーザ光の照射光を変化させて部品を含む所定範囲にわたり一次元的に走査するように構成されている。
【００２０】
上記測距センサ３０は、図３に示すように、Ｘ軸方向の一方側から他方側に向かってレーザ光Ｌを照射し、吸着部品２９が所定認識高さに配置されたときに部品２９の側面にレーザ光Ｌを照射するように配置されている。そして、上記揺動駆動機構の作動により、レーザ光ＬをＹ軸方向に走査するようになっている。
【００２１】
図４は上記実装機における制御系統の概略構成をブロック図で示している。この図において、実装機に装備される制御装置は、上記各サーボモータ等の各種回転軸の駆動を制御する軸制御装置４１と、検出部である測距センサ３０からの信号を受ける検出装置４２と、これらを統括制御する上位コントローラ４３とを備えている。
【００２２】
上記軸制御装置４１は、吸着用ヘッド２０の制御のための手段として、Ｒ軸サーボモータ２４の制御によって回転の制御を行う軸回転制御手段４４と、Ｚ軸サーボモータ２２の制御によって昇降の制御を行う軸高さ制御手段４５と、ノズル２１への負圧供給の制御によって部品吸着の制御を行う吸着制御手段４６とを含み、この他にＹ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５の制御によってヘッドユニット５のＸ，Ｙ方向の制御を行う手段（図示せず）等を含んでいる。
【００２３】
また、上記検出装置４２は、走査制御手段４７、形状検出手段４８、記憶部４９及び位置決め演算手段５０を備えている。
【００２４】
上記走査制御手段４７は、部品認識の際に、レーザ光により部品を走査すべく上記測距センサ３０の揺動駆動機構を制御する。また、上記形状検出手段４８は、測距センサ３０の測定データに基づいて部品の輪郭の一部を検出してこれを記憶部４９に記憶する。そして、位置決め演算手段５０により、上記部品の輪郭と部品の形状的特徴部分に基づき部品吸着位置が演算されるようになっている。
【００２５】
次に、上記検出装置４２及び軸制御装置４１による部品認識時の処理を図６乃至図８を用いつつ図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
まず、吸着用ヘッド２０のノズル２１により部品供給部４から部品が吸着されると、吸着用ヘッド２０の昇降及び回転により吸着部品２９が所定認識高さ位置に配置されるとともに、所定のノズル回転角度で保持される（ステップＳ１）。
【００２７】
そして、測距センサ３０からレーザ光Ｌが照射され、このレーザ光ＬがＹ軸方向に走査される。
【００２８】
例えば、図６に示すような部品２９（矩形部品）の吸着状態の場合、このようにレーザ光Ｌが走査されると、測距センサ側に位置する二側辺２９ａ，２９ｂでレーザ光Ｌが反射し、これ以外の部分ではレーザ光Ｌが部品２９を透過する。そのため、部品２９の側辺２９ａ，２９ｂの各位置と測距センサ３０との距離が測定されることとなり、同図（図６の左側図）又は図７に示すような二次元データ、すなわち部品２９の二側辺２９ａ，２９ｂにわたる部分に対応する輪郭が得られる。そして、この二次元データから、３つの変曲点Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ、すなわち部品２９のコーナーが検出される（ステップＳ２）。
【００２９】
ここで、３つの変曲点Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃが検出できない場合には、ステップＳ４に移行して吸着用ヘッド２０を９０°回転させた後、ステップＳ１に移行してレーザ光Ｌにより部品２９を再度走査する。なお、変曲点が検出できない具体的な例としては、例えば、図８（ａ）に示すように、レーザ光照射方向に対する部品の傾きが小さくて変曲部分（変曲点Ｔａの部分）が直線に近い場合や、変曲点（変曲点Ｔａ）が測距センサ３０による計測範囲外にある場合等が考えられる。
【００３０】
ステップＳ２において変曲点Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃが検出されると、これから部品の側辺２９ａ，２９ｂに対応する二辺Ｌ１，Ｌ２の位置が検出され、さらに各辺Ｌ１，Ｌ２の中点Ｐ１，Ｐ２の位置が求められる。こうして中点Ｐ１を通って辺Ｌ２に平行な線分と中点Ｐ２を通って辺Ｌ１に平行な線分との交点、すなわち部品２９の中心位置Ｏａが求められる。
【００３１】
そして、得られた部品２９の中心位置Ｏａと、既知のデータであるノズル中心位置Ｏｂとから部品吸着位置が求められる。この際、部品吸着位置がずれていると、つまり、部品２９の中心位置Ｏａとノズル中心位置Ｏｂとがずれていると、そのずれ量が求められる。また、上記二辺Ｌ１，Ｌ２とＸ軸、あるいはＹ軸と平行な線分とが成す角度に基づいて、部品２９のノズル軸回りのずれ量が求められる（ステップＳ３）。なお、ノズル中心位置Ｏｂは、測距センサ３０とノズル２１との設計上の理論位置としてもよい。また、測距センサ３０によりノズル２１との距離を測定し、これより得られる二次元形状に基づいて上記の部品吸着位置の認識と同様にしてノズル中心位置を求めるようにしてもよい。
【００３２】
そして、部品２９のプリント基板３への装着の際には、上記のようにして求められたずれ量に応じて装着位置の補正が行われる。
【００３３】
以上のような実装機においては、ヘッドユニット５の吸着用ヘッド２０で部品供給部４から部品２９が吸着された後、ヘッドユニット５に装備された測距センサ３０による走査に基づいて上記フローチャートに示すような部品認識の処理が行われる。この場合、部品２９を静止させた状態でＹ軸方向にレーザ光Ｌを走査させるので、距離測定は部品半周分について行われることとなる。つまり、部品半周分の測定データで部品吸着位置を認識することができる。そのため、部品を回転させながらその全周にわたって距離測定を行う従来のこの種の装置に比べると、部品吸着位置の認識に必要なデータ数が大幅に削減されることとなる。従って、部品吸着位置の認識における演算処理速度を効果的に高めることができ、これにより部品吸着位置の認識をより速やかに行うことができる。
【００３４】
また、従来装置では、部品を回転させながら距離測定を行うので、回転慣性や振動による吸着ずれ等の懸念があり、これを抑制するためには低速で回転等の処理を行う必要があるが、上記の実装機によれば、部品２９を静止させた状態でレーザ光Ｌによる走査を行うので、高速で走査しても振動による吸着ズレ等の心配は一切ない。そのため、より精度よく、しかも短時間で部品位置を認識することが可能となる。
【００３５】
なお、上記実装機では、測距センサとして、レーザ光を走査可能とする走査手段、つまりミラー及びその揺動駆動機構を内蔵した測距センサ３０（レーザスキャニングセンサ）を用いているが、例えば、このような機構を内蔵していない測距センサを用いるようにしてもよい。この場合には、走査手段として、測距センサ自体をＹ軸方向に移動させる機構を設けるか、あるいは測距センサ自体をＺ軸回りに揺動させる機構を設けてレーザ光を走査させるようにすればよい。
【００３６】
また、上記の説明では、矩形の部品２９を用いた場合を例に挙げて部品吸着位置の認識を行う方法について説明しているが、勿論、矩形以外の形状を有する部品の認識を行うことも可能である。この場合も、測距センサ３０による距離測定により部品輪郭を示す二次元データを得、このデータとその部品の形状的特徴部分とに基づいて部品吸着位置を求めるようにすればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、矩形部品を静止させた状態で、ノズル中心軸に直交する走査方向に光学式測距手段の照射光を走査させることにより得られる二次元データ、つまり部品半周分、あるいはそれ以下の部分の輪郭の形状的特徴から部品吸着位置を求めるようにしたので、従来のように部品全周に対して距離の測定を行う方法に比べると採取データの数が大幅に削減される。従って、部品吸着位置の認識における演算処理速度を効果的に高めることができ、これにより部品吸着位置の認識をより速やかに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置が具備される実装機の一例を示す概略平面図である。
【図２】同概略正面図である。
【図３】測距センサと吸着部品との相対的は配置を示す平面模式図である。
【図４】制御系統を示すブロック図である。
【図５】部品認識の処理を示すフローチャートである。
【図６】測距と測距データ（二次元データ）との関係を説明する概念図である。
【図７】部品位置認識の手順を説明する図（測距データ）である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、測距データから変曲点を検出できない例を示す図（測距データ）である。
【符号の説明】
５ヘッドユニット
２０吸着用ヘッド
２１ノズル
２９部品
３０測距センサ
４１軸制御装置
４２検出装置
４３上位コントローラ
４４軸回転制御手段
４５軸高さ制御手段
４６吸着制御手段
４７走査制御手段
４８形状検出手段
４９記憶部
５０位置決め演算手段

Claims

光の照射部と受光部とを備えた光学式測距手段を、吸着ヘッドのノズルから所定距離隔てて配置し、該光学式測距手段からノズルに吸着された部品までの距離を測定して、該測定データに基づいて吸着ヘッドによる部品吸着位置を求める方法において、上記部品を静止させた状態でその一側方から光学式測距手段の照射光を照射しつつ、ノズル中心軸に直交する走査方向に上記照射光を走査させることにより部品の輪郭を表す二次元データを得、この二次元データにおいて部品角部に相当する３つの変曲点を検出することにより部品の二辺の位置を検出し、各辺の位置に基づいて部品吸着位置を求めることを特徴とする表面実装機の部品認識方法。