(57)【要約】【課題】高速な部品搭載を可能にする部品実装装置を提供する。【解決手段】部品供給装置から供給される部品を吸着し、吸着された部品の画像認識により求められる吸着時の位置ずれを補正して部品を基板上に実装する部品実装装置であって、撮像領域を設定することが可能な撮像装置と、撮像装置の撮像領域を部品サイズと部品供給装置の種類に応じて設定するとともに、その撮像領域の中心を撮像装置の視野中心からずらして設定する設定手段と、部品の吸着中心を撮像領域の中心に移動させて撮像された部品の画像を取り込み画像認識する画像認識装置と、画像認識により求められる吸着ずれ量を補正して部品を基板上に搭載する手段とを備え、前記撮像領域の中心は、撮像装置の視野中心からずらされ、部品の吸着位置から実装位置への経路が最短となるように、前記撮像領域を設定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品供給装置から供給される部品を吸着し、吸着された部品の画像認識により求められる吸着時の位置ずれを補正して部品を基板上に実装する部品実装装置であって、
撮像領域を設定することが可能な撮像装置と、
撮像装置の撮像領域を部品サイズと部品供給装置の種類に応じて設定するとともに、その撮像領域の中心を撮像装置の視野中心からずらして設定する設定手段と、
部品の吸着中心を撮像領域の中心に移動させて撮像された部品の画像を取り込み画像認識する画像認識装置と、
画像認識により求められる吸着ずれ量を補正して部品を基板上に搭載する手段とを備え、
前記撮像領域の中心は、撮像装置の視野中心からずらされ、部品の吸着位置から実装位置への経路が最短となるように、前記撮像領域を設定することを特徴とする部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装装置、さらに詳細には、部品供給装置から供給される部品を吸着し、吸着された部品の画像認識により求められる吸着時の位置ずれを補正して部品を基板上に実装する部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部品実装機においてプリント基板に電子部品（以下単に部品という）を精度良く搭載するために、吸着ノズルにより吸着された部品をプリント基板に搭載する前にＣＣＤカメラなどの撮像装置により部品を撮像し、吸着時の位置ずれ量を計算しそれを補正することにより正確に部品をプリント基板に搭載していた。また、複数のノズルを持つ実装機の場合、個々に部品を順次撮像するか、または、複数の撮像装置により同時に部品を撮像するか、または全ての部品が撮像できる視野サイズを確保するレンズを用い部品を撮像するか、またはラインセンサにより順次部品を撮像するなどして吸着時の位置ずれ量を計算し部品をプリント基板に搭載していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、撮像装置が１個しか設けられていない場合には、撮像後撮像装置に蓄積された全てのデータがエリアセンサから出力されてから、実装機の認識装置は認識を開始するため、その間一定の時間がかかっていた。また、複数のノズルを持つ場合、撮像時間は単純にノズル数の倍数となり、実装タクトに大きな影響を与えていた。これを解決するために、各ノズル毎に撮像装置を装備すると、設置面積が大きくなるとともにコストがかかるという問題点があった。
【０００４】
また、ラインセンサで、垂直方向は部品のサイズに応じた量を撮像すれば良いが、部品の左右の位置はデータとしては不要で、同様にこの部分の撮像に時間がかかり、実装タクトが遅くなるという問題点があった。
【０００５】
さらに、認識装置は、撮像された部品サイズに無関係に画像処理を行うので、部品を含む有効部品だけでなく、左右あるいは上下に部品を含まない余分の領域に対しても画像処理が行われ、実装タクトが遅くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、高速な部品搭載を可能にする部品実装装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、部品供給装置から供給される部品を吸着し、吸着された部品の画像認識により求められる吸着時の位置ずれを補正して部品を基板上に実装する部品実装装置であって、撮像領域を設定することが可能な撮像装置と、撮像装置の撮像領域を部品サイズと部品供給装置の種類に応じて設定するとともに、その撮像領域の中心を撮像装置の視野中心からずらして設定する設定手段と、部品の吸着中心を撮像領域の中心に移動させて撮像された部品の画像を取り込み画像認識する画像認識装置と、画像認識により求められる吸着ずれ量を補正して部品を基板上に搭載する手段とを備え、前記撮像領域の中心は、撮像装置の視野中心からずらされ、部品の吸着位置から実装位置への経路が最短となるように、前記撮像領域を設定する構成を採用している。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明では、吸着から搭載に至る経路が最短距離となるように、撮像領域を視野中心からずらして設定することができるので、高速な部品実装が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係わる部品実装装置（部品実装機）の概要図であり、図２はその制御構成を示すブロック図である。部品実装装置は、フィーダ８あるいはトレイ９より供給される部品（電子部品）２０を吸着する吸着ノズル３ａを備えたヘッド部３を有しており、このヘッド部３はＣＰＵで構成されるコントローラ１０により駆動されるＸ軸モータ１１によってＸ軸１に沿って移動し、またＸ軸１は、Ｙ軸モータ１２によりＹ軸２、２’に沿って移動できるようになっており、それによりヘッド部３は、ＸＹ軸方向に移動可能に構成される。またヘッド部３は、Ｚ軸モータ１３によってＺ軸方向に駆動されて昇降し、また吸着ノズル３ａはθ軸モータ１４によってノズル軸を中心に回転できるように構成されている。吸着ノズルは、ヘッド部３に複数個設けることができ、他の吸着ノズルが図１で３ｂ、３ｃ、．．．．．で図示されている。
【００１１】
また、部品実装装置には、部品２０を撮像するＣＣＤカメラのようなレンズ５ａを備えた撮像装置５が配置され、ヘッド部３は、部品吸着後撮像装置５に移動して、照明装置１５により照明された部品２０が撮像装置５により撮像される。部品の撮影画像は、ＣＰＵ７ａ、メモリ７ｂ、Ａ／Ｄ変換器７ｃを備えた画像認識装置７に入力される。後述するように、撮像装置５は、ＣＰＵ７ａにより指定される任意の領域の画像を取り込むことができるようになっており、画像認識装置７は、設定された領域の画像を取り込んで公知のアルゴリズムにより部品の吸着姿勢を認識し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、また吸着角度ずれを演算する。ＣＰＵからなるコントローラ１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸モータ１１、１２、１４を駆動するときこの位置ずれを補正し、搬送されてくる基板６に部品２０を搭載する。
【００１２】
また、部品実装装置には、部品データを入力するためのキーボード２１、マウス２２などの入力装置が設けられ、生成された部品データが、ハードディスク、フラッシュメモリなどで構成される記憶装置２３に格納できるようになっている。部品データは、このように入力装置を介さず、部品実装装置に接続されたホストコンピュータ（不図示）から供給されるものを記憶装置２３に格納しておくようにしてもよい。また、モニタ（表示器）２４が設けられ、この画面には、部品データ、演算データや撮像装置５で撮像した部品画像が表示できるようになっている。
【００１３】
図３には、吸着ノズル３ａに吸着された部品２０ａが、また図４には、吸着ノズル３ａ〜３ｃに吸着された部品２０ａ〜２０ｃが、照明装置１５により照明され、撮像装置５により撮像される状態が図示されている。ＣＰＵ７ａからの制御線７ｄにより撮像装置５は、その取り込み可能な領域が設定され、設定された領域の画像を撮像する。撮像された画像は、信号線７ｅを介して画像認識装置７に入力され、Ａ／Ｄ変換器７ｃを介してデジタル信号に変換された後、メモリ７ｂに格納され、画像処理されて部品の姿勢が認識される。また、処理される画像はモニタ２４に表示させることができる。
【００１４】
このような構成の部品搭載動作を図５のフローチャートを参照して説明する。
【００１５】
まず、画像認識装置７は、コントローラ１０より認識する部品２０の寸法（サイズ）などの諸元（部品パラメータ）を通知される（ステップＳ１）。この条件を元に、ＣＰＵ７ａは、制御線７ｄを介して撮像装置５に画像データを必要とする領域を設定する（ステップＳ２）。撮像装置は、視野範囲の任意の領域の画像を取り込み可能で、例えば、図６に示すように、撮像装置５とレンズ５ａの組合せにて撮像可能な視野が、例えばＬ×Ｌ（Ｌ＝３０ｍｍ）として部品２０のサイズがＬ／３×Ｌ／３で、吸着ノズル３ａは部品２０のほぼ中央を吸着し、ノズル中心（吸着中心）が視野の中心Ｐにくるように設定されている場合、部品２０の傾きと吸着ノズル３ａの吸着時の吸着ずれを考慮してこれを余裕を示す定数αとした時、ＣＰＵ７ａは、図６（Ａ）に示す撮像領域３０（（Ｌ／３＋α）×（Ｌ／３＋α））を、画面中心（視野中心）Ｐに設定し、これを制御線７ｄを経由し撮像装置５に送信する。この吸着時の吸着ずれを考慮した定数αは、例えば、リール型のフィーダ８あるいはトレイ型の供給装置９のような部品供給装置の種類に従って決めることができる。例えば、リール型の場合には、トレイ型よりも、αは大きな値にされる。
【００１６】
次に、吸着ノズル３ａが、リール型のフィーダ８、あるいはトレイ９などの部品供給装置より供給される部品２０を吸着し、撮像装置５が配置されているところに達すると、コントローラ１０が画像認識装置７に画像認識指令を発する。画像認識装置７のＣＰＵ７ａは、この画像認識実行指令を受信し（ステップＳ３）、ステップＳ２で設定した撮像領域の撮像開始指示を撮像装置５に送信する（ステップＳ４）。撮像装置５は、これに応答して撮像を開始し、設定された撮像領域３０の画像データを信号線７ｅを経由し出力する。画像データは、Ａ／Ｄ変換器７ｃでデジタル信号に変換された後、画像格納用メモリ７ｂに格納される。画像データが格納された後に、ＣＰＵ７ａは部品２０の吸着ノズル３ａに対する吸着位置ずれ量（部品中心と吸着中心のずれ量並びに吸着傾き）を、公知のアルゴリズムに従って計算する（ステップＳ５、Ｓ６）。図３に示したように、吸着ノズル３ａにより１個の部品が吸着される場合には、ステップＳ７の判断が肯定されるので、ここで認識処理を終了する。
【００１７】
このように計算された位置ずれ量は、コントローラ１０に通知され、コントローラ１０は、Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２、θ軸モータ１４を駆動するとき、位置ずれ量を補正し、部品２０を基板上の所定位置に正確に搭載する。
【００１８】
このように、撮像装置により画像中の任意の領域の画像を取り込むことが可能となるので、撮像時間を処理対象部分のみにすることができ、撮像時間が減少できるとともに、画像保存用メモリの容量を削減でき、安価な方法で高速に部品搭載することが可能となる。
【００１９】
また、上記の実施形態では１つの部品を撮像する例であったが、図４に示したように、複数の吸着ノズル３ａ〜３ｃが部品２０ａ〜２０ｃを同時に吸着する。この場合、撮像装置５のレンズ５ａの倍率は一つの部品が吸着されるときと同一の倍率に設定される。撮像装置５が、これらの部品２０ａ〜２０ｃを１度に撮像することが可能な場合には、ＣＰＵ７ａは、図６（Ｂ）に示したように、各部品サイズ並びに所定の吸着ずれを考慮した定数に基づいて撮像可能な撮像領域３０ａ〜３０ｃを設定する。撮像が開始され、撮像領域３０ａの部品２０ａの撮像が終了すると（図４のステップＳ５）、ＣＰＵ７ａはこの部品の画像データを取り込んで位置ずれ量の計算を開始する（ステップＳ６）。このとき、ＣＰＵ７ａは、次の撮像領域３０ｂの部品２０ｂの撮像を開始する（ステップＳ７、Ｓ５）。このように、画像認識装置５は最初の部品２０ａの画像の入力が終了すると同時に吸着位置ずれ量の計算が開始でき、このとき２個目の部品２０ｂの撮像が行われるので、ｎ番目の部品の撮像と、（ｎ−１）番目の部品の吸着位置ずれ量の計算を並列に実行することができる。撮像領域３０ｃの部品２０ｃに対する撮像と、吸着位置ずれの計算が終了すると、各部品の位置ずれ量が、コントローラ１０に通知され、コントローラ１０は、Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２、θ軸モータ１４を駆動するとき、これらの位置ずれ量を補正し、各部品２０ａ〜２０ｃを基板上の所定位置に搭載する。
【００２０】
このように、撮像終了した部品から認識処理開始可能となり、このとき次の部品の撮像とその前の部品に対する位置ずれ計算を並列して実行できるので、高速に部品の画像認識を行うことができる。
【００２１】
また、図７に示すように、部品２０ｄの撮像領域３０ｄが視野全体に比較して小さな領域である場合には、ＣＰＵ７ａは、撮像領域３０ｄの中心Ｐ１が視野中心Ｐからずらした位置になるように撮像領域を設定する。具体的に、Ｐ１をどこに設定するかは、その部品の吸着位置Ｐ２と実装位置（搭載位置）Ｐ３に関係する。ＣＰＵ７ａは、コントローラ１０からＰ２とＰ３の位置を知らされるので、Ｐ２〜Ｐ１とＰ１〜Ｐ３の距離の合計が最短となるようにＰ１を設定する。図７に示したような場合には、撮像領域３０ｄの中心Ｐ１は左上部に位置する。このように、吸着から搭載に至る距離を最短にすることができるので、高速な部品搭載が可能になる。
【００２２】
上述した実施形態では、撮像領域を２次元の広がりをもつエリアとして設定したが、図８に示したように、撮像領域を、部品外形寸法並びに吸着ずれを考慮した長さを有する撮像ライン４０としてライン状に設定することもできる。撮像装置は、１ライン撮像する毎に部品２０が１ライン分移動することにより部品の大きさに応じた画像を撮像する。吸着傾きが大きいときには、部品が撮像ラインをはみ出してしまう可能性があるので、撮像ライン４０より下方に撮像ラインと同じ補助ライン４１を少なくとも一つ設定しておき、この補助ラインにより、撮像ラインの読み取る部品の画像をあらかじめ読み取り、撮像ラインが確実に部品を撮像できるかどうかを判断するようにする。例えば、図８（Ａ）から（Ｂ）に示される位置に部品が移動した時に、補助ライン４１では、すでに部品の確実な撮像が不可能になるので、次のライン読み取りのときに撮像ライン４０、４１のライン方向の長さを所定量増大させる。図８（Ｃ）、（Ｄ）では、撮像ライン４０と補助ライン４１は、増大された長さとなっており、部品がそれぞれ１ライン分移動したときには、撮像ライン４０上では必ず部品を撮像することが可能となる。このようにして、部品の全体のライン撮像が終了すると、ＣＰＵ７ａは、部品の位置ずれ量を計算し、コントローラ１０は、上述したように、この位置ずれ量を補正して部品を基板の所定位置に搭載する。
【００２３】
以上は、撮像ラインの長さを増大させる例であったが、補助ラインにより部品読み取りが十分であると判断された場合は、撮像ラインの長さを減少させることもできる。このように、撮像ラインを部品が移動する毎に動的に変化させることができるので、吸着ずれが大きく傾いた部品であっても、撮像ラインのライン方向の長さが、撮像が進むに従って動的に変化し、必要サイズのデータのみを撮像することが可能となり、効率的で高速な撮像が可能となる。
【００２４】
なお、上述した各実施形態では、撮像装置５と画像認識装置７は、信号線７ｄ、７ｅで接続されてあるが、赤外線通信などを用いこれらの信号線を不用としてもよい。また、画像認識装置７にＡ／Ｄ変換器７ｃが設けられているが、撮像装置５からの映像出力がデジタル信号であれば、これを省略しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】部品実装装置の概略構成を示した上面図である。
【図２】部品実装装置の概略構成を示したブロック図である。
【図３】撮像装置により撮像された部品の画像を処理する部品認識装置の構成を示した構成図である。
【図４】撮像装置により撮像された部品の画像を処理する部品認識装置の構成を示した構成図である。
【図５】部品の画像認識の流れを示すフローチャートである。
【図６】部品サイズに応じて撮像領域を設定する状態を示した説明図である。
【図７】撮像領域を視野中心からずらして設定する状態を示した説明図である。
【図８】撮像領域を撮像ラインとして設定し、撮像ラインを動的に変化させる状態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
３ａ、３ｂ、３ｃ…吸着ノズル
５…撮像装置
７…画像認識装置
１０…コントローラ
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…撮像領域
４０…撮像ライン
４１…補助ライン
【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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