(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移載ヘッドに装着されたノズルに保持された電子部品を照明手段によって照明し、撮像手段によって撮像して前記電子部品の画像認識を行う電子部品実装装置における電子部品認識装置であって、前記照明手段は、波長が異る照明光を移載ヘッドに対して下方から発光する第１の光源および第２の光源と、前記移載ヘッドの下面に装着された第１の照明反射板および前記ノズルに装着された第２の照明反射板とを有し、前記第１の照明反射板は、前記第１の光源の照明光を吸収して発光する発光体と、この発光体の表面に形成され前記第１の光源の照明光を透過しかつ前記第２の光源の照明光を吸収する選択透過体より構成され、前記第２の照明反射板は、第１の光源から照射され上方の移載ヘッドや金属部により反射された反射光を透過する透明体と、この透明体の表面に形成され前記第１の光源の照明光及び移載ヘッドの金属部により反射されてこの透明体を透過した照明光を吸収して発光する発光体と、この発光体の表面に形成され前記第１の光源の照明光を透過しかつ前記第２の光源の照明光を吸収する選択透過体より構成されていることを特徴とする電子部品実装装置における電子部品認識装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品実装装置における電子部品認識装置を用いる電子部品認識方法であって、前記第１の光源と前記第２の光源を切換えることにより、前記電子部品を明像とした画像を得るための反射照明と前記電子部品を暗像とした画像を得るための透過照明とを切換えることを特徴とする電子部品実装装置における電子部品認識方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の実装に際して電子部品を画像認識する電子部品実装装置における電子部品認識装置および電子部品認識方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する電子部品実装装置では、実装位置精度を向上させるため、画像認識により電子部品の位置ずれを補正する方法が多用されている。この方法は移載ヘッドがパーツフィーダから電子部品をピックアップして保持した状態で、カメラにより電子部品を撮像し、この撮像結果を画像処理して位置ずれを検出するものである。そして電子部品の基板への搭載に際しては、前述の位置ずれが補正され、電子部品は正しい位置に精度良く位置決めされ、実装される。
【０００３】
カメラによって電子部品を撮像して認識する画像認識装置における照明方法としては、従来電子部品の背後に設けられた光拡散板に対して照明光を照射し、拡散板によって乱反射した光をカメラに入射させる方法が一般に用いられており、電子部品を暗像として認識する透過認識により、電子部品の位置検出が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の照明方法では、光源からの照明光の入射方向や使用される光拡散板の特性などによって電子部品の背後からカメラに向って照射される光は光量が少なく、また必ずしも均一に照射されず、この光量不足や照射の不均一さに起因して電子部品の認識精度が低下するという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、電子部品の位置ずれ補正のための認識を精度よく行うことができる電子部品実装装置における電子部品認識装置および電子部品認識方法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】
請求項１記載の電子部品実装装置における電子部品認識装置は、移載ヘッドに装着されたノズルに保持された電子部品を照明手段によって照明し、撮像手段によって撮像して前記電子部品の画像認識を行う電子部品実装装置における電子部品認識装置であって、前記照明手段は、波長が異る照明光を移載ヘッドに対して下方から発光する第１の光源および第２の光源と、前記移載ヘッドの下面に装着された第１の照明反射板および前記ノズルに装着された第２の照明反射板とを有し、前記第１の照明反射板は、前記第１の光源の照明光を吸収して発光する発光体と、この発光体の表面に形成され前記第１の光源の照明光を透過しかつ前記第２の光源の照明光を吸収する選択透過体より構成され、前記第２の照明反射板は、第１の光源から照射され上方の移載ヘッドや金属部により反射された反射光を透過する透明体と、この透明体の表面に形成され前記第１の光源の照明光及び移載ヘッドの金属部により反射されてこの透明体を透過した照明光を吸収して発光する発光体と、この発光体の表面に形成され前記第１の光源の照明光を透過しかつ前記第２の光源の照明光を吸収する選択透過体より構成されている。
【０００７】
請求項２記載の電子部品実装装置における電子部品認識方法は、請求項１記載の電子部品実装装置を用いる電子部品認識方法であって、前記第１の光源と前記第２の光源を切換えることにより、前記電子部品を明像とした画像を得るための反射照明と前記電子部品を暗像とした画像を得るための透過照明とを切換えるようにした。
【００１２】
請求項１および２記載の発明によれば、照明反射板からカメラに入射する照明光の光量を均一にすることができるとともに、第１の光源と第２の光源を切換えて照明光の波長を切換えることにより、透過照明と反射照明の２つの照明方法を使い分けることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は同電子部品認識装置の断面図、図３は同電子部品認識装置の移載ヘッド装着用照明反射板の断面図、図４は同電子部品認識装置のノズル装着用照明反射板の断面図、図５は同照明反射板の締結方法の説明図、図６は同電子部品認識装置の照明反射板の透過特性および光源の光強度特性を示すグラフ、図７は同電子部品認識装置の部分断面図、図８（ａ），（ｂ）は同電子部品認識装置の画像図である。
【００１５】
まず、図１を参照して電子部品実装装置の全体構造を説明する。図１において、基台１の中央部にはＸ方向にコンベア２が配設されている。コンベア２は基板３を搬送し位置決めする。したがってコンベア２は基板３の位置決め部となっている。コンベア２の両側には多数のパーツフィーダ４が並設されている。パーツフィーダ４は電子部品Ｐを収納し供給する。
【００１６】
Ｘ軸テーブル６上には電子部品Ｐの移載ヘッド７が装着されている。Ｘ軸テーブル６は、左右両側に並設された２つのＹ軸テーブル５に架設されている。したがってＸ軸テーブル６及びＹ軸テーブル５を駆動することにより、移載ヘッド７は水平方向に移動し、パーツフィーダ４から電子部品Ｐをピックアップし、基板３上に搭載する。また移載ヘッド７の移動経路には、電子部品Ｐを認識する電子部品Ｐの電子部品認識装置８が配設されている。
【００１７】
次に図２を参照して移載ヘッド７および電子部品認識装置８について説明する。図２において、移載ヘッド７には複数（図２では１つのみ図示）のθ軸１０が設けられている。θ軸１０には電子部品Ｐを真空吸着するノズル１１が装着されており、θ軸１０とノズル１１は図示しない上下動手段により一体的に上下動する。ノズル１１の上端部には、第１の照明反射板である照明反射板１２が装着されており、ノズル１１によって電子部品Ｐを吸着した状態では照明反射板１２は電子部品Ｐの背後に位置する。また、ノズル１１には円柱形状の第２の照明反射板である照明反射板１３が装着されている。照明反射板１３も同様に電子部品Ｐの背後に位置する。
【００１８】
電子部品認識装置８にはレンズ２０およびカメラ２１が配設されている。カメラ２１は画像処理部２２に接続されており、画像処理部２２はカメラ２１によって認識された電子部品Ｐの画像データを処理し、電子部品Ｐの位置ずれを検出する。レンズ２０の周囲の上方には、光源部が配設されている。光源部は、波長８５０ｎｍ近辺の赤外光を照射する第１の光源としての赤外ＬＥＤの光源２３と、波長６９０ｎｍ近辺の赤色光を照射する第２の光源としての赤色ＬＥＤの光源２４を備えており、それぞれ電子部品認識装置８の上方に位置した照明反射板１２、１３に対して、斜め下方から照明光を照射するように配置されている。
【００１９】
次に図３を参照して照明反射板１２について説明する。図３に示すように、照明反射板１２は３層より構成されており、上側より照明光を全反射する反射体１２ａ、この反射体１２ａの表面に形成され、第１の光源からの照明光を吸収して発光する発光体１２ｂと、この発光体１２ｂの表面に形成され、特定光源の照明光を透過し、かつ第２の光源の照明光を吸収する選択透過体１２ｃより構成されている。
【００２０】
反射体１２ａはステンレスなどの金属を鏡面加工したものが用いられる。発光体１２ｂは、ＡＳ系樹脂などの光の吸収率と拡散率がほぼ１に近い特性を有するものであり、前述の光源２３の照明光を吸収して発光する。また選択透過体１２ｃは、本実施の形態ではアクリル樹脂などの赤外透過フィルタを用いている。このように構成された照明反射板に対して光を照射すると、まず光源２３を用いた場合には、選択透過体１２ｃは光源２３からの赤外光は透過させるため、透過した照明光は発光体１２ｂに吸収される。また発光体１２ｂを透過して反射体１２ａに到達した照明光もこの界面で反射され、結果として発光体１２ｂに吸収される。ここで発光体１２ｂが照明光の光エネルギを吸収すると、エネルギ的に励起されて固有の光を発光する。このようにして発せられる光は通常の反射光と異り反射の不均一さによるばらつきがなく、きわめて均一な光が照明反射板１２の下方に向って照射される。
【００２１】
次に図４を参照して照明反射板１３について説明する。照明反射板１３は照明反射板１２と同様に３層構造となっており、上側から周囲からの反射光を透過する透明体１３ａと、この透明体１３ａの表面に形成され特定光源の照明光を吸収して発光する発光体１３ｂと、この発光体１３ｂの表面に形成され特定光源の照明光を透過し、かつ他の特定光源の照明光を吸収する選択透過体１３ｃより構成されている。透明体１３ａはポリアセタール樹脂などの透明の樹脂より成り、下方の光源から照射され、上方の移載ヘッド７やその他の金属部により反射された反射光を透過させ、下層の発光体１３ｂに出来るだけ多くの光量を吸収させるようになっている。
【００２２】
発光体１３ｂ、選択透過体１３ｃは、照明反射板１２における発光体１２ｂ、選択透過体１２ｃと同様の材質、および機能を有するものである。これらの反射体１２，１３は、いずれも接着剤を用いることなく各層が接合されており、例えば照明反射板１３において透明体１２ａと発光体１２ｂとの接合部には図４に示すような逆アンダーカット形状に成形して、また透明体１２ｂと選択体１２ｃとの接合部は２色成形によって接合されている。
【００２３】
次にノズル１１と照明反射板１３の締結方法について図５を参照して説明する。図５（ａ）においてノズル１１には円錐形状部１１ａが設けられており、また照明反射板１３には円錐形状部１１ａの形状に対応した嵌合部１３ｄが設けられている。嵌合部１３ｄの長さ方向の寸法Ｂは、円錐形状部１１ａの長さ方向の寸法Ａよりもわずかに小さく設定されており、図３（ｂ）に示すようにノズル１１に照明反射板１３を装着した状態では、ノズル１１の円錐形状部１１ａは照明反射板１３により、軸方向および径方向に締め付けられる。したがって、照明反射板１３はノズル１１に対して中心軸Ｃについて対称を保って、精度よく強固に装着される。
【００２４】
ここで図６を参照して選択透過体１２ｃ、１３ｃに用いられる赤外透過フィルタの透過特性、および光源２３に用いられる赤外ＬＥＤ、光源２４に用いられる赤色ＬＥＤの光強度特性について説明する。図６の横軸は光の波長を示しており、縦軸は赤外透過フィルタの特性を示すグラフＦに対しては光の透過率を、また赤外ＬＥＤの特性を示すグラフＩＲ、赤色ＬＥＤの特性を示すグラフＲに対しては光強度をそれぞれ表している。図６に示すように、赤色ＬＥＤは６９０ｎｍ付近に、また赤外ＬＥＤは８５０ｎｍ付近に光強度のピークを有している。そして赤外透過フィルタは、グラフＦに示すように７５０ｎｍ以下の波長の光に対して透過率が急激に低下する透過特性を有している。
【００２５】
次に図７を参照して、上記の光源と照明反射板１２、１３を用いた照明方法について説明する。図７において、光源２３の赤外ＬＥＤを発光させると、照射される赤外光（矢印ａ）は選択透過体１２ｃを透過して発光体１２ｂに吸収される。また発光体１２ｂを透過した光も反射体１２ａによって反射されて最終的には発光体１２ｂに吸収される（矢印ｂ）。これにより、発光体１２ｂは吸収した光エネルギによって励起され、発光体１２Ｂの固有の光を発光する。この光は反射板１２ａによって反射されて下方に照射され（矢印ｃ）、カメラ２１に受光される。このとき、電子部品Ｐが存在する部分は反射光が電子部品Ｐによって遮られるので、カメラ２１には電子部品Ｐの部分を暗像とし、周囲の背景部分を明像とする画面を得ることができる。
【００２６】
また、図７に示すように、照明反射板１３についても、赤外光（矢印ｄ）は選択透過体１３ｃを透過して発光体１３ｂに吸収され、これにより発光体１３ｂは同様に固有の光を発光する（矢印ｅ）。照明反射板１３の場合には、発光体１３ｂの上層の透明体１３ａが設けられているので、移載ヘッド７の金属部など周囲から下方に反射される照明光も、この透明体１３ａを透過して発光体１３ｂに吸収される（矢印ｆ）。したがって、光源からの照明光を無駄なく吸収し効率よい照明を行うことができる。
【００２７】
また図７において、光源２４の赤色ＬＥＤを発光させると、照射される赤色光（矢印ｇ）は選択透過体１２ｃ、１３ｃをほとんど透過しないので、照射された赤色光は照明反射板１２、１３によって下方に反射されない。この場合には、電子部品Ｐに照射された赤色光のうち、リードＰａの下面に入射した光が下方に反射されて（矢印ｈ）カメラ２１に入射され、他の部分からの拡散反射光とはコントラストが大きく異なるため、カメラ２１には電子部品ＰのリードＰａを明像とし、他の部分を暗像とする画像が得られる。
【００２８】
このようにそれぞれ異る波長の照明光を照射する複数の光源を備え、照明反射板１２，１３にこれら照明光のうち特定波長の照明光のみを選択的に透過させる選択透過体１２ｃ、１３ｃを備え、照明反射板１２，１３に照射される照明光の波長を切り換えることにより、電子部品Ｐを明像とした画像を得るための反射照明と、電子部品Ｐを暗像とした画像を得るための透過照明とを切り換えることができる。
【００２９】
次に電子部品実装方法について説明する。まず図１において、移載ヘッド７をパーツフィーダ４の電子部品Ｐの上方に移動させ、ノズル１１により電子部品Ｐを真空吸着してピックアップする。次いでノズル１１の下端部に電子部品Ｐを保持した移載ヘッドは経路Ｍ１上を移動する。移載ヘッド７が電子部品認識装置８上を通過する際に、カメラ２１により電子部品Ｐが認識される。
【００３０】
このとき、実装される電子部品の種類によって、電子部品Ｐがカメラに認識される画像の形態が切り換えられる。すなわち電子部品Ｐの下面に金属のリードＰａなど、光を良好に反射する部分が存在し、この部分を位置認識の基準として用いることが適当であるような場合には、電子部品認識装置８の光源２４を発光させる。これによりカメラ２１は、図８（ａ）に示すような反射照明により電子部品６のリードＰａが明像として表された画面を得ることができる。また、電子部品の下面に光を明瞭に反射する部分が少ない場合には、光源２３を発光させる。これにより、カメラ２１は図８（ｂ）に示すように透過照明により電子部品６の全体が暗像として表された画面を得ることができる。
【００３１】
次にこれらの画面に基づいて、画像処理部２２によって電子部品Ｐの位置ずれ、すなわちＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の位置ずれが検出される。この後、これらの位置ずれは移載ヘッド７の補正動作によって補正され、電子部品Ｐは基板３上の正しい位置に正しい姿勢で搭載される。
【００３２】
このとき、電子部品Ｐのサイズが小さい場合には、ノズル１１に装着された照明反射板１３によって電子部品Ｐは照明され、また電子部品Ｐのサイズが大きい場合には、移載ヘッド７下面全面に装着された照明反射板１２によって照明される。いずれの場合においても、照明光を直接反射させずに一旦発光体に吸収させ、この吸収エネルギによって発光体を励起することにより、照明光の入射方向のばらつきなどに関係なく電子部品Ｐを均一に効率よく照明することができ、認識精度を向上させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、照明反射板からカメラに入射する照明光を均一にすることができるとともに、第１の光源と第２の光源を切換えて照明光の波長を切換えることにより、透過照明と反射照明の２つの照明方法を使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の断面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の移載ヘッド装着用照明反射板の断面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置のノズル装着用照明反射板の断面図
【図５】本発明の一実施の形態の照明反射板の締結方法の説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の照明反射板の透過特性および光源の光強度特性を示すグラフ
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の部分断面図
【図８】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の画像図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品認識装置の画像図
【符号の説明】
７  移載ヘッド
８  電子部品認識装置
１１  ノズル
１１ａ  円錐形状部
１２  第１の照明反射板
１２ａ  反射体
１２ｂ  発光体
１２ｃ  選択透過体
１３  第２の照明反射板
１３ａ  透明体
１３ｂ  発光体
１３ｃ  選択透過体
２１  カメラ
２２  画像処理部
２３  第１の光源
２４  第２の光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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