JPH11121999A - 表面実装機の部品認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面実装機に装備される光学的検知手段の照
射部に平行光を作り出すためのレンズ系を設ける必要が
なく、光源等の厳密な位置合わせが不要となり、組付け
性等を向上することができるようにする。 【解決手段】 表面実装機に装備される光学的検知手段
３０は照射部３０ａと受光部３０ｂとを有し、その照射
部３０ａに面光源３１が設けられる一方、受光部３０ｂ
にカメラ３５及びその前方に位置するテレセントリック
レンズ３６が設けられ、カメラ３５によりテレセントリ
ックレンズ３６を介して撮像される部品の投影像に基づ
き、検出ライン上での部品の投影が検出されるようにな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を照射する照射
部と受光部とを有する光学的検知手段を用い、吸着用ヘ
ッドに吸着された部品の投影の検出に基づいて部品吸着
位置を検出する表面実装機の部品認識装置に関するもの
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
ープフィーダー等から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。このような表面実装機において、
図６に示すように、吸着用ヘッドのノズルＮに吸着され
た部品に対して一側方から光を照射する照射部Ａ１と、
部品を挾んで照射部Ａ１と対向する位置で光を受光する
受光部Ａ２とからなる光学的検知手段Ａをヘッドユニッ
トに設け、この光学的検知手段Ａの照射部Ａ１と受光部
Ａ２との間におけるノズル軸線と直交する検出面（照射
部Ａ１から照射されて受光部Ａ２に達する光が通る平
面）上に位置する吸着部品の投影を検出し、それに基づ
いてその部品吸着位置を検出するようにした部品認識装
置も知られている。

【０００３】図６に示す従来の光学的検知手段Ａにおけ
る照射部Ａ１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いた
点状の光源Ｂと、シリンドリカルレンズＣ等のレンズ系
とを有し、上記光源Ｂから放射されて広がった拡散光を
上記レンズ系により上記検出面上で平行光となるように
屈曲させ、この平行光線を吸着部品に向けて照射するよ
うになっており、一方、受光部Ａ２はＣＣＤ等を用いた
ラインセンサＤを備え、このラインセンサＤによる受光
量の検知に基づき、一定の検出ライン上での吸着部品の
投影を検出するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の構
造によると、光源Ｂからの放射光をレンズ系で屈折させ
ることにより平行光を作り出し、その平行光を部品に照
射し、受光部Ａ２のラインセンサＤに受光させるように
すべく、光源Ｂ、レンズＣ、ノズルＮ及びラインセンサ
Ｄをそれぞれ厳密に位置合わせする必要があり、ヘッド
ユニットに対して光学的検知手段Ａを組付けるときの位
置合わせ作業が非常に面倒なものとなる。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑み、光学的検知
手段の照射部に平行光を作り出すためのレンズ系を設け
る必要がなく、光源等の厳密な位置合わせが不要とな
り、組付け性等を向上することができる表面実装機の部
品認識装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、吸着用ヘッドのノズルに吸着された部品
に対して一側方から光を照射する照射部と、上記部品を
挾んで上記照射部と対向する位置で光を受光する受光部
とからなる光学的検知手段を備え、この光学的検知手段
により受光部における一定の検出ライン上での上記部品
の投影を検出し、それに基づいて上記吸着ヘッドによる
部品吸着位置を求めるようになっている表面実装機の部
品認識装置において、上記光学的検知手段の照射部に、
面状の所定範囲にわたる部分から拡散光を放射する面光
源を設ける一方、上記受光部にカメラを設け、該カメラ
による部品の撮像に基づいて上記検出ライン上での部品
の投影を検出するようにしたものである。

【０００７】この構成によると、上記受光部のカメラに
より、部品を側方からみた投影像が得られ、この投影像
に基づき検出面に対応するライン上での部品の投影が検
出され、部品認識が可能となる。しかも、照射部側では
上記面光源から拡散光を照射すればよく、平行光を作り
出す必要がないので、厳密な位置合わせが不要となる。

【０００８】この発明において、上記受光部におけるカ
メラの前方に、画角を０度とするテレセントリックレン
ズを配置することが好ましい。このようにすれば、カメ
ラがテレセントリックレンズを介して上記部品を含む範
囲を平行に見るので、部品とカメラとの距離が変っても
投影像の大きさの誤差に与える影響が小さい。従って、
厳密に位置合わせされなくても、精度良く投影の検出が
行われる。

【０００９】また、この発明において、表面実装機本体
の部品供給部とプリント基板配置箇所とにわたり移動可
能としたヘッドユニットに上記吸着用ヘッドを装備する
とともに、該ヘッドユニットに、上記面光源を有する照
射部とカメラを有する受光部とで構成される光学的検知
手段を組付けておけば、吸着用ヘッドによる部品吸着後
に部品認識が効率良く行われる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００１１】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ー４ａ等からなる
部品供給部４が設けられている。

【００１２】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。

【００１３】すなわち、上記基台１上には、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、それぞれの駆動位置を検出するエンコーダ
１０，１６が設けられている。

【００１４】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。

【００１５】さらにヘッドユニット５の下部には、上記
各ノズル２１に吸着された部品２９の吸着状態を検出す
るための検知ユニット３０（光学的検知手段）が設けら
れている。

【００１６】検知ユニット３０は、図３に示すように、
上記ヘッド２０のノズル２１に吸着された部品２９が所
定認識高さとされたときに位置する空間を挟んで相対向
する照射部３０ａと受光部３０ｂとを有している。

【００１７】上記照射部３０ａは、面光源３１を備えて
いる。この面光源３１は、所定高さ位置でノズル軸線と
直交する方向の一定範囲にわたって配設された複数個の
発光ダイオード等の点状の発光体３２と、これらの発光
体３２の前方に配置された拡散板３３とで構成され、各
発光体３２から放射されて拡散板３３を透過した光が略
均一な明るさの拡散光となって照射部３０ａから照射さ
れるようになっている。

【００１８】また、受光部３０ｂは、カメラ３５と、そ
の入射側に配置されたテレセントリックレンズ３６とで
構成されている。上記テレセントリックレンズ３６は、
画角を０度とするもので、上記部品を含む一定範囲を平
行に見るようになっている。上記カメラ３５は、テレセ
ントリックレンズ３６を通して見た部品２９の投影像を
取り込むものであり、この像から、所定高さ位置でノズ
ル軸線と直交する一定の検出ライン上での部品の投影が
検出される。

【００１９】図４は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を駆動を制
御する軸制御装置４１と、検知ユニット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。

【００２０】上記軸制御装置４１は、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なう軸回転制御手段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なう軸高
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なう吸着制御手段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
御を行なう手段（図示せず）等を含んでいる。

【００２１】また、上記検出装置４２は、光源制御手段
４７、エッジ検出手段４８、記憶部４９及び位置決め演
算手段５０を備えている。

【００２２】上記光源制御手段４７は、部品認識時に吸
着用ヘッド２０のノズル２１に吸着された部品２９に均
一な明るさの拡散光を照射させるべく、検知ユニット３
０の照射部３０ａに設けられた面光源３１の各発光体３
２の点滅を制御する。また、上記エッジ検出手段４８
は、検知ユニット３０の受光部３０ｂに設けられたカメ
ラ３５から送られる部品投影像に基づき、検出ライン上
での部品の投影の両端エッジ点を検出する。このエッジ
点の検出は後述のように吸着部品が回転している間に逐
次行われ、これが記憶部に記憶される。そして、位置決
め演算手段５０により、エッジ点検出データに基づいて
部品の中心位置が演算されるようになっている。

【００２３】上記軸制御装置及び検出装置による部品認
識時の処理をフローチャートで示すと、図５のようにな
る。

【００２４】すなわち、吸着用ヘッド２０のノズル２１
による部品吸着後に、吸着部品２９が所定認識高さ位置
に保持された状態でノズル２１が回転駆動され（ステッ
プＳ１）、その回転中に、上記照射部３０ａの面光源３
１から部品２９に光が照射されつつ、受光部３０ｂのカ
メラ３５により取り込まれる投影像に基づき、一定角度
毎の各回転角度位置における部品投影の両端エッジ位置
が求められる（ステップＳ２）。そして、ステップＳ３
で所定角度回転したことが判定されるまでステップＳ
１，Ｓ２の処理が繰り返された後、その間のデータに基
づき、部品投影幅（両端エッジ間の距離）が極小となる
角度とそのときの両端エッジ位置が求められる（ステッ
プＳ４）。

【００２５】この部品投影幅極小のときの両端エッジ位
置の中点を求めることにより部品の一辺に沿った方向の
中心位置が求められ、さらにこのときのデータから演算
により、または別の角度で投影幅極小のところが調べら
れることにより、部品の他の辺に沿った方向の中心位置
が求められる。これらのデータから、ノズルに対する部
品中心位置のずれ量が求められる（ステップＳ５）。な
お、部品認識終了後にプリント基板上に部品が装着され
るときに、上記ずれ量に応じて装着位置の補正が行われ
る。

【００２６】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に装備された検知ユ
ニット３０による投影検出に基づいて上記フローチャー
トに示すような部品認識処理が行われる。この場合、検
知ユニット３０の照射部３０ａに設けられた面光源３１
から均一な明るさの拡散光が部品２９に照射されつつ、
受光部３０ｂに設けられたカメラ３５により部品２９の
投影像が撮られるようになっているため、従来のように
照射部で平行光を作り出す必要がなく、厳密な位置合わ
せが不要となる。しかも、カメラ３５により側方から見
た部品の投影像が得られ、部品の投影の検出とそれに基
づく部品吸着位置のずれの検出が適正に行われる。

【００２７】とくに当実施形態では上記カメラ３５の前
方にテレセントリックレンズ３６が設けられているた
め、部品２９とカメラ３５との距離が変っても、投影像
の大きさの誤差が十分に小さくなり、投影の検出が精度
良く行われる。

【００２８】なお、カメラを用いた部品認識としては、
従来、実装機の基台上の特定位置にカメラを上向きに設
置し、部品吸着後にヘッドユニットを上記カメラの上方
まで移動させてから部品全体をカメラで撮像し、その部
品画像から画面走査等の画像処理を行うことで部品位置
等を調べるようにした装置が知られている。しかしこの
装置では、画像処理が複雑になる。また、実装作業とし
ては、上記ヘッドユニットを部品吸着後に部品供給部か
ら一旦カメラ設置箇所まで移動させ、ここで部品認識を
行った後にプリント基板上へ移動させるので、実装作業
の効率が低下し易い。

【００２９】これに対して当実施形態の装置によれば、
カメラ３５で側方から部品２９の投影像を撮って検出ラ
イン上での投影のエッジ位置を調べるようにすればよい
ので、複雑な画像処理を行う必要がない。また、ヘッド
ユニット５に検知ユニット３０を装備しているので、部
品吸着後にヘッドユニット５をプリント基板上に移動さ
せる間に認識を行うことができ、実装作業の効率が高め
られる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明は、吸着用ヘッドに
吸着された部品に一側方から光を照射する照射部と受光
部とを対向配置して、上記部品の投影を検出するように
した光学的検知手段を備える部品認識装置において、上
記照射部に面光源を設ける一方、上記受光部にカメラを
設け、該カメラによる部品の撮像に基づき、検出面に対
応するライン上での部品の投影を検出するようにしてい
るため、照射部で平行光を作り出す必要がなくて厳密な
位置合わせが不要となり、かつ、部品の投影の検出を適
正に行うことができる。

【００３１】とくに、上記受光部におけるカメラの前方
に、画角を０度とするテレセントリックレンズを配置し
ておけば、部品投影検出の精度を高めることができる。

【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】本発明の部品認識装置の一実施形態を示す概略
平面図である。

【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】従来の部品認識装置の一例を示す概略平面図で
ある。

【符号の説明】

５ ヘッドユニット ２１ ノズル ２９ 部品 ３０ 光学的検知ユニット ３０ａ 照射部 ３０ｂ 受光部 ３１ 面光源 ３５ カメラ ３６ テレセントリックレンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着用ヘッドのノズルに吸着された部品
   に対して一側方から光を照射する照射部と、上記部品を
   挾んで上記照射部と対向する位置で光を受光する受光部
   とからなる光学的検知手段を備え、この光学的検知手段
   により受光部における一定の検出ライン上での上記部品
   の投影を検出し、それに基づいて上記吸着ヘッドによる
   部品吸着位置を求めるようになっている表面実装機の部
   品認識装置において、上記光学的検知手段の照射部に、
   面状の所定範囲にわたる部分から拡散光を放射する面光
   源を設ける一方、上記受光部にカメラを設け、該カメラ
   による部品の撮像に基づいて上記検出ライン上での部品
   の投影を検出するようにしたことを特徴とする表面実装
   機の部品認識装置。
2. 【請求項２】 上記受光部におけるカメラの前方に、画
   角を０度とするテレセントリックレンズを配置したこと
   を特徴とする請求項１記載の表面実装機の部品認識装
   置。
3. 【請求項３】 表面実装機本体の部品供給部とプリント
   基板配置箇所とにわたり移動可能としたヘッドユニット
   に上記吸着用ヘッドを装備するとともに、該ヘッドユニ
   ットに、上記面光源を有する照射部とカメラを有する受
   光部とで構成される光学的検知手段を組付けたことを特
   徴とする請求項１または２記載の表面実装機の部品認識
   装置。