JP6068989B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、周縁部に所定間隔を存して複数の部品保持具を備えた装着ヘッドが装着ヘッド体に回転可能に支持され、部品供給装置から前記部品保持具により電子部品を取出して、基板上に装着する電子部品装着装置に関する。

従来は、例えば特許文献１に開示するように、電子部品の吸着動作後、吸着ノズルに電子部品が吸着されているか否かの検出や、吸着姿勢の不良の検出のために装着ヘッドの中央部に設けた発光ユニットと、該発光ユニットとの間に選択された吸着ノズルに吸着保持された電子部品を位置させたときの発光ユニットからの光を受光する受光ユニットとから成るラインセンサユニットとを設ける技術が開示されている。

また、吸着ノズル等の物品保持具により保持された電子部品に水平方向から平行光を照射して、これを光源から見て前記保持具の裏方に配設された部品保持姿勢認識カメラで撮像して、前述したような姿勢検出を行うことが考えられる。

特開２００３−３３２７９１号公報

しかし、前述したように、物品保持具により保持された電子部品に平行光を照射する構造であれば、コスト高のものとなり、実用には適さないという問題がある。

そこで本発明は、前記物品保持具により保持された電子部品に拡散光を照射しても、平行光として前記物品保持具に保持された電子部品の透過像を撮像して、前記電子部品の姿勢を判別できる電子部品装着装置を提供することを目的とする。

このため第１の発明は、周縁部に所定間隔を存して複数の部品保持具を備えた装着ヘッドが装着ヘッド体に回転可能に支持され、部品供給装置から前記部品保持具により電子部品を取出して、基板上に装着する電子部品装着装置であって、
前記装着ヘッドに設けられる光源と、この光源より下方に配設されて前記光源からの光を拡散しながら下方へ導く導光体とを備え、この導光体により拡散された光を前記装着ヘッドに備えられた前記部品保持具に保持された電子部品に照射する照明装置と、
前記導光体により拡散された光を前記部品保持具に保持された電子部品に照射してテレセントリックレンズを介して平行光とし透過像として撮像する部品保持姿勢認識カメラとを
設けたことを特徴とする。

第２の発明は、周縁部に所定間隔を存して複数の部品保持具を備えた装着ヘッドが装着ヘッド体に回転可能に支持され、部品供給装置から前記部品保持具により電子部品を取出して、基板上に装着する電子部品装着装置であって、
前記装着ヘッドに設けられる光源と、この光源より下方に配設されて上部は遮光体で覆って前記光源からの光を拡散しながら下方へ導く丸棒状の導光体とを備え、この導光体により拡散された光を前記装着ヘッドに備えられた前記部品保持具に保持された電子部品に照射する照明装置と、
前記導光体により拡散された光を前記部品保持具に保持された電子部品に照射してテレセントリックレンズを介して平行光とし透過像として撮像する部品保持姿勢認識カメラとを
設けたことを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記導光体の下面に拡散された光が下方に漏れないようにする遮光体を設けたことを特徴とする。

本発明は、物品保持具により保持された電子部品に拡散光を照射しても、平行光として前記物品保持具に保持された電子部品の透過像を撮像して、前記電子部品の姿勢を判別できる電子部品装着装置を提供することでき、コスト高とならず実用的である。

電子部品装着装置の平面図である。 電子部品装着装置における装着ヘッドの側面図である。 ＬＥＤが発光した状態における装着ヘッドの底面図である。 電子部品装着装置における、特に電子部品の撮像及び認識処理に係わる制御ブロック図である。

以下図１に基づき、基板としてのプリント基板Ｐ上に電子部品を装着する電子部品装着装置１について、本発明の実施の形態を説明する。この電子部品装着装置１には、各プリント基板Ｐの搬送を並列に行なう搬送装置２と、装置本体の手前側と奥側に配設され電子部品を供給する部品供給装置３Ａ、３Ｂと、駆動源により一方向に移動可能（Ｙ方向に往復移動可能）な一対のビーム４Ａ、４Ｂと、前記各ビーム４Ａ、４Ｂに沿った方向に各駆動源により別個に移動可能な装着ヘッド体６とが設けられている。この装着ヘッド体６については、図２に基づいて後述する。

前記搬送装置２は電子部品装着装置１は供給コンベア２Ａと、プリント基板Ｐを位置決め固定する位置決め部２Ｂと、排出コンベア２Ｃとを備えている。そして、前記供給コンベア２Ａは上流より受けた各プリント基板Ｐを位置決め部２Ｂに搬送し、この各位置決め部２Ｂで位置決め装置により位置決めされた各基板上に電子部品が装着された後、排出コンベア２Ｃに搬送され、その後下流側装置に搬送される構成である。

そして、前記部品供給装置３Ａ、３Ｂは前記搬送装置２の奥側位置と手前側位置に配設され、取付台であるカート台７Ａ、７Ｂのフィーダベース上に部品供給ユニット８を多数並設したものである。各カート台７Ａ、７Ｂは部品供給ユニット８の部品供給側の先端部がプリント基板Ｐの搬送路に臨むように前記装置本体に連結具を介して着脱可能に配設され、各カート台７Ａ、７Ｂが正規に装置本体に取り付けられるとカート台７Ａ、７Ｂに搭載された部品供給ユニット８に電源が供給され、また前記連結具を解除して把手を引くと下面に設けられたキャスタにより移動できる構成である。

そして、Ｘ方向に長い前後一対の前記ビーム４Ａ、４Ｂは、各リニアモータから構成されるＹ方向移動駆動源の駆動により左右一対の前後に延びたガイドに沿って前記各ビームに固定されたスライダが摺動して個別にＹ方向に移動する。前記Ｙ方向移動駆動源は、左右一対の基体１Ａ、１Ｂに沿って固定された上下一対の固定子と、前記ビーム４Ａ、４Ｂの両端部に設けられた取付板の下部に固定された可動子９Ａとから構成される。

また、前記ビーム４Ａ、４Ｂにはその長手方向（Ｘ方向）にリニアモータから構成されるＸ方向移動駆動源によりガイドに沿って移動する前記装着ヘッド体６が夫々内側に設けられており、前記Ｘ方向移動駆動源は各ビーム４Ａ、４Ｂに固定された前後一対の固定子と、各固定子の間に位置して前記装着ヘッド体６に設けられた可動子とから構成される。

従って、各装着ヘッド体６は向き合うように各ビーム４Ａ、４Ｂの内側に設けられ、奥側の前記装着ヘッド体６は対応する奥側の部品供給装置３Ａの部品供給ユニット８から電子部品の取出し作業を行い、搬送装置２上のプリント基板Ｐに装着することができ、手前側の装着ヘッド体６は対応する手前側の部品供給装置３Ｂから電子部品を取り出して前記プリント基板Ｐに装着することができる。

そして、各装着ヘッド体６はヘッド取付体６Ａと円柱状を呈して平面視円形状の装着ヘッド６Ｂとから構成され、取付け部材６Ｃを介して前記ビーム４Ａ、４Ｂに移動可能に取り付けられる。そして、前記装着ヘッド６Ｂの周縁部には、部品保持具としての吸着ノズル５が同心円上に所定間隔を存して複数本配設され。この吸着ノズル５は上下軸駆動源により上下動可能であり、θ軸駆動源により回転可能であり、前記部品供給ユニット８から電子部品を取出して、プリント基板Ｐ上に取出した電子部品を装着する。

ここで、前記部品供給ユニット８は、カート台７Ａ、７Ｂに回転自在に載置した供給リールに巻回した状態で順次繰り出される収納テープに所定間隔で開設した送り孔にその歯が嵌合した送りスプロケットを所定角度回転させて収納テープを電子部品の部品吸着取出位置まで送りモータにより間欠送りするテープ送り機構と、剥離モータの駆動により吸着取出位置の手前でキャリアテープからカバーテープを引き剥がすためのカバーテープ剥離機構とを備え、カバーテープ剥離機構によりカバーテープを剥離してキャリアテープの収納部に装填された電子部品を順次部品吸着取出位置へ供給する。

また、各部品認識カメラ１０は、各装着ヘッド６Ｂに設けられた各吸着ノズル５に吸着保持された電子部品をプリント基板Ｐ上に装着する前に一括して撮像する。

以下、図２乃至図４に基づき詳述する。先ず、前述したように、Ｘ方向移動駆動源及びＹ方向移動駆動源によりＸＹ方向に装着ヘッド体６は移動可能であり、前記装着ヘッド６Ｂは前記ヘッド取付体６Ａにサーボモータである駆動モータ１１により回転可能に支持されている。

そして、前記装着ヘッド６Ｂには照明装置が配設される。即ち、平面視円形状の前記装着ヘッド６Ｂの下部の中心部には光源であるＬＥＤ１２が下向きに光を照射するように埋設され、このＬＥＤ１２からの光を拡散しながら導く丸棒状の導光体１３が前記ＬＥＤ１２の下方に配設される。なお、前記導光体１３は、例えば透明なアクリル材料の内部に光を拡散するための粒状の拡散体が混入されていて、乳白色を呈しており、より拡散光を外部へ放射するように、表面を粗面としてもよい。

１４は前記導光体１３の上半部が挿入されてこれを囲むように配設された、例えばアルミニウム製の中空円筒状の遮光体としての遮光ケースで、この遮光ケース１４により前記導光体１３の上半部では光が外部に漏れることが防止され、この遮光ケース１４より下方（下半部）へと導かれることとなる。

また、前記導光体１３の下面には、遮光体としての白色の塗装１５が施されて前記拡散光が下方へ漏れないようにし、更にこの塗装１５下面の中央部には黒色の塗装１６が施されている。従って、前記ＬＥＤ１２から放射された光は前記導光体１３により下方へ拡散しながら導かれ、前記遮光ケース１４により覆われていない部分から前記導光体１３外部へ拡散光が放射されることとなる。以上のように、前記照明装置は、前記ＬＥＤ１２、前記導光体１３及び遮光ケース１４等から構成される。前記導光体１３は装着ヘッド６Ｂに固定されているが、図３において、この導光体１３からの拡散光は、周囲３６０度全域に放射され、全ての吸着ノズル５が照射される。

２０は３個並設されたテレセントリックレンズ２１と撮像素子２２とを備えて前記ヘッド取付体６Ａに取付体２３を介して固定される部品保持姿勢認識カメラで、前記吸着ノズル５に吸着保持された電子部品Ｄの透過像を撮像する。前記部品保持姿勢認識カメラ２０は電子部品Ｄの高さと同じになるようにしてある。詳述すると、前記吸着ノズル５に吸着保持された電子部品Ｄを撮像する際には、この吸着ノズル５は前記上下軸駆動源により、図２に示すように上昇して原点位置にあり、前記導光体１３の下端レベルと前記吸着ノズル５の下端レベルとが同一の高さレベルにあり、前記導光体１３からの拡散光が前記吸着ノズル５に吸着保持された厚さｔを有する電子部品Ｄに照射され、前記電子部品Ｄの透過光のうち前記テレセントリックレンズ２１により平行光が選択されて前記部品保持姿勢認識カメラ２０に導かれ電子部品の透過像が撮像されることとなる。

詳述すると、平行光が選択され、前記撮像素子２２に取り出され、この画像は前記導光体１３が白い背景となる透過像が得られることとなる。従って、電子部品Ｄの透過光のうち、前記テレセントリックレンズ２１により平行光が選択されて前記撮像素子２２で露光して画像が取り込まれ、撮像されることとなる。

次に、図４の制御ブロック図に基づいて説明すると、２５は本電子部品装着装置の電子部品の装着に係る動作を統括制御する制御装置、種々の判定をする判定装置、種々の比較をする比較装置、実行装置等してのマイクロコンピュータで、電子部品の装着ステップ番号順（装着順序毎）にプリント基板内でのＸ方向、Ｙ方向及び角度位置から成る装着座標情報や各部品供給ユニットの配置番号情報等から成る装着データ、部品供給ユニットの配置番号毎の部品ＩＤに係る部品配置位置データ、電子部品毎の電子部品のサイズデータ、厚さデータ等から成る部品ライブラリデータ等を格納する記憶部（記憶装置）をも備えている。

そして、前記マイクロコンピュータ２５は前記記憶部に記憶されたデータに基づき、モータ制御回路２６を介して前記装着ヘッド６Ｂを回転させる駆動モータ９や、装着ヘッド体１のＸ方向移動駆動源及びＹ方向移動駆動源、前記吸着ノズル５の上下軸駆動源及びθ軸駆動源等の駆動を制御する。

２８は高速インターフェース２７を介して前記マイクロコンピュータ２５に接続される認識制御回路で、前記部品保持姿勢認識カメラ２０により前記吸着ノズル５に吸着保持された電子部品Ｄを撮像して得られた画像を受信したり、マイクロコンピュータ２５の指示に基づいて前記画像の認識処理を行ったりする。この認識制御回路２８は前記モータ制御回路２６からの前記駆動モータ９の現在の回転角度位置情報を受けて、前記ＬＥＤ１２を点灯させるためのトリガー信号を照明駆動回路２９に送信したり、前記撮像素子２２に撮像を開始させるトリガー信号を送信したり、認識処理した結果を高速インターフェース２７を介して前記マイクロコンピュータ２５に送信したりする。

以上の構成により、以下電子部品の装着動作について説明する。先ず、モニタに表示されたタッチパネルスイッチである運転開始スイッチ部を操作すると、プリント基板Ｐを上流側装置より電子部品装着装置１の位置決め部２Ｂに搬入し、位置決め機構により位置決め動作を開始する。

そして、前記マイクロコンピュータ２５は前記記憶部に格納された当該プリント基板Ｐの装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及び配置番号等が指定された装着データ等に従い、電子部品装着装置の各装着ヘッド体６の吸着ノズル５が装着すべき電子部品を各部品供給ユニット８から吸着して取出すように制御する。具体的には、前記Ｘ方向移動駆動源及び前記Ｙ方向移動駆動源によりＸＹ方向に移動させて前記装着ヘッド体６を移動させ、前記駆動モータ９により前記装着ヘッド６Ｂを図３における反時計方向に回転させて、前記各吸着ノズル５の前記上下軸駆動源及び前記θ軸駆動源を駆動させて、図２における白抜きの矢印の位置において、前記各部品供給ユニット８から各吸着ノズル５がそれぞれ電子部品を取出す。この場合、前記吸着ノズル５が下降して部品供給ユニット８から電子部品を取出した後は、上昇する。この場合、記憶部に格納された部品ライブラリデータを構成する厚さデータに基づいて、前記吸着ノズル５の下端レベルは前記上下軸駆動源により前記導光体１３の下端レベルと同一の高さレベルになるように、前記マイクロコンピュータ２５により制御される。

そして、前記マイクロコンピュータ２５は、前記駆動モータ９により前記装着ヘッド６Ｂを撮像位置まで回転させるように制御する。即ち、前記駆動モータ９により前記装着ヘッド６Ｂが回転（旋回）すると、この装着ヘッド６Ｂに設けられた前記照明装置及び各吸着ノズル５が一緒に回転しながら移動して、撮像位置である前記照明装置と前記部品保持姿勢認識カメラ２０とを結ぶ線上に、前述したように前記部品供給ユニット８から取出した撮像したい電子部品Ｄを吸着保持している前記吸着ノズル５が位置することとなる。

この場合、前記駆動モータ９の回転に伴い、所定角度回転するとモータ制御回路２６から回転角度位置情報を前記認識制御回路２８が受けて、この認識制御回路２８は前記ＬＥＤ１２を点灯させるためのトリガー信号を前記照明駆動回路２９に送信して点灯させる。

また、前記認識制御回路２８は、前記撮像素子２２に撮像を開始させるトリガー信号を送信して所謂フライ認識のために、撮像位置である前記照明装置と前記部品保持姿勢認識カメラ２０とを結ぶ線上を移動しながら通過する際に、前記吸着ノズル５が吸着保持している電子部品Ｄを撮像する。そして、この撮像後は、前記ＬＥＤ１２を消灯するように、前記照明駆動回路２９は制御する。

この場合、前記ＬＥＤ１２が点灯すると、このＬＥＤ１２からの光は前記遮光体１４により前記導光体１３が拡散しながら下方へ導かれることなる。即ち、前記導光体１３により拡散された光は前記遮光体１４により反射されながら、下方へ導かれ、前記導光体１３の下面の遮光体としての前記塗装１５により上方に反射され、結果としてこの遮光体１４により覆われていない前記導光体１３の下半部の周側面から３６０度全方向に拡散光が外部へ放射される。

そして、この拡散光は前記吸着ノズル５が吸着保持している電子部品Ｄに照射し、その透過光は３個の前記テレセントリックレンズ２１により平行光が選択され、前記撮像素子２２により撮像されることとなる。

そして、マイクロコンピュータ２５の指示に基づいて前記撮像素子２２が撮像した画像を前記認識制御回路２８が受け取って、取込んだ画像の認識処理を認識制御回路２８が行い、この認認識処理した結果を高速インターフェース２７を介して前記マイクロコンピュータ２５に送信される。

そして、前記マイクロコンピュータ２５は認識処理した結果に基づいて、正規の姿勢で保持しているか否かの判別を行う。この判別に際しては、前記マイクロコンピュータ１５が電子部品Ｄの下面レベルが所定の範囲内に入っているか否かを基準として行うこととなる。なお、電子部品Ｄを吸着保持した前記吸着ノズル５が移動しながら、この電子部品Ｄは撮像されるために、この撮像された画像は、ブレたものとなるが、電子部品Ｄの下面レベルは明確なものであるから、正規の姿勢でない、例えば裏面吸着や、所謂立ち吸着している場合でも、認識処理すると、確実に正規の姿勢で保持しているか否かの前記マイクロコンピュータ２５による判別には問題が起こらない。また、前記吸着ノズル５に電子部品Ｄが吸着されているか否かの判別も、確実に行える。

なお、より明るい照明を瞬時にストロボ点灯させて、静止した画像を撮像するようにしてもよい。

また、正規の姿勢でないと判別した場合には、例えば廃棄回収して、再度部品供給ユニット８から当該電子部品を取出すように、前記マイクロコンピュータ２５は制御する。正規の姿勢であると判別した場合には、前記装着ヘッド体６をＸＹ方向に移動させて、前記吸着ノズル５に吸着保持された電子部品を部品認識カメラ１０の上方に移動させて、吸着部品の撮像及びその画像取込を実行し、前記認識制御回路２８により電子部品の位置認識処理をする。次に、プリント基板に付された位置決めマークを基板認識カメラが撮像し、前記認識制御回路２８によりプリント基板の位置認識処理をする。そして、これらの認識処理結果に基づき、前記マイクロコンピュータ２５は前記装着ヘッド体１のＸ方向移動駆動源及びＹ方向移動駆動源、前記吸着ノズル５のθ軸駆動源を制御してＸＹθ補正して、電子部品を前記位置決め部２Ｂにあるプリント基板Ｐ上に装着する。

以上のように本発明は、前記吸着ノズル５により保持された電子部品に拡散光を照射しても、平行光として前記吸着ノズルに保持された電子部品の透過像を撮像して、前記電子部品の姿勢を判別できる電子部品装着装置を提供することでき、コスト高とならず実用的である。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

６ 装着ヘッド体
６Ｂ 装着ヘッド
１２ ＬＥＤ
１３ 導光体
１４ 遮光体
２０ 部品保持姿勢認識カメラ
２１ テレセントリックレンズ
２２ 撮像素子

Claims (3)

1. 周縁部に所定間隔を存して複数の部品保持具を備えた装着ヘッドが装着ヘッド体に回転可能に支持され、部品供給装置から前記部品保持具により電子部品を取出して、基板上に装着する電子部品装着装置であって、
   前記装着ヘッドに設けられる光源と、この光源より下方に配設されて上部は拡散された光を反射する第１遮光体で覆って前記光源からの光を拡散しながら下方へ導く導光体とを備え、この導光体により拡散された光を前記装着ヘッドに備えられた前記部品保持具に保持された電子部品に照射する照明装置と、
   前記導光体により拡散された光を前記部品保持具に保持された電子部品に照射してテレセントリックレンズを介して平行光とし透過像として撮像する部品保持姿勢認識カメラと、を設け、
   前記導光体は内部に光を拡散するための粒状の拡散体を混入し、
   前記導光体の下面に拡散された光が下方に漏れないようにすると共に上方に反射する第２遮光体を設けたことを特徴とする電子部品装着装置。
2. 前記導光体は乳白色であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品装着装置。
3. 前記導光体は丸棒状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品装着装置。

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