(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に部品を着脱可能に保持して少なくとも一軸方向に進退作動されて作業対象に対し上記部品の装着を行う作業手段と、この作業手段を進退作動させる進退手段と、上記作業対象の特定部位を撮像する撮像手段と、上記一軸方向に対する上記特定部位との上記撮像手段の相対位置を変更する位置変更手段と、上記作業手段を一軸方向に移動可能に支持するフレームと、このフレームを一軸方向に位置変更可能に支持する支持体とを備え、上記進退手段は上記作業手段を上記フレームに対して一軸方向に所定ストローク進退作動させるように構成され、上記撮像手段は上記フレームに固定され、上記位置変更手段は上記フレームを上記支持体に対して一軸方向に移動させるように構成されていることを特徴とする作業装置。
【請求項２】
上記位置変更手段は、上記撮像手段の位置変更量を調節して上記作業対象の特定部位に対する上記撮像手段の焦点合わせを行うように構成されていることを特徴とする請求項１記載の作業装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば表面実装装置において部品を吸着させた吸着ヘッドを昇降作動させて基板に対し装着する際にその装着対象である基板を認識させたり、あるいは、産業用ロボットにおいて先端に部品を把持させたアームを移動させて治具上の他の部品等に搭載する際に搭載対象である上記他の部品等を認識させたりするために用いられる作業装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の作業装置として、表面実装分野において吸着ヘッドに吸着させた部品の吸着ヘッドに対する保持状態を撮像手段により画像認識させて吸着位置のずれを検出するようにしたものが知られている（例えば特許第２８１０５７９号公報参照）。このものは、吸着ヘッドに吸着された部品の像を複数の反射ミラー、ハーフミラー及び誘導用中継ミラー群を介して撮像手段に取り込み、所定位置との比較により吸着位置のずれを検出し、その吸着位置ずれに応じて装着動作時に吸着ヘッドの基板に対する位置を補正するようにしている。
【０００３】
また、上記表面実装分野においては、吸着ヘッドに吸着させた部品を基板に対し装着する際に、装着対象の基板に設けられた基板マーク（フィデューシャルマーク）を認識させる手段として、カメラが通常用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の撮像手段による認識技術は、吸着ヘッドに吸着された部品もしくは基板に設けられた基板マークの如く予め定められた距離を隔てた位置に固定的に存在する平面を認識対象とするものであるため、認識対象の位置が種々変化する場合には適用し得ないことになる。このため、撮像手段の活用は特定条件が成立する場合だけに限られ、汎用性に欠けるものであった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、作業装置に設けられた撮像手段に汎用性をもたせて幅広い活用を図り得るようにすることを目的としている。
【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、先端に部品を着脱可能に保持して少なくとも一軸方向に進退作動されて作業対象に対し上記部品の装着を行う作業手段と、この作業手段を進退作動させる進退手段と、上記作業対象の特定部位を撮像する撮像手段と、上記一軸方向に対する上記特定部位との上記撮像手段の相対位置を変更する位置変更手段と、上記作業手段を一軸方向に移動可能に支持するフレームと、このフレームを一軸方向に位置変更可能に支持する支持体とを備え、上記進退手段は上記作業手段を上記フレームに対して一軸方向に所定ストローク進退作動させるように構成され、上記撮像手段は上記フレームに固定され、上記位置変更手段は上記フレームを上記支持体に対して一軸方向に移動させるように構成されているものである。
【０００７】
この本発明の装置によると、作業対象自体の上記一軸方向の設置位置が種々に変化することになっても、あるいは、作業対象の位置は固定でも撮像対象である特定部位が部品の種類等によって変ることによりその特定部位の上記一軸方向の相対位置が種々に変化することになっても、あるいはまた、作業対象の上にある部品を装着した後にその装着部品を作業対象として新たな部品を装着する場合のように作業対象自体が変ることにより上記一軸方向に対する相対位置が種々に変化することになっても、これらの一軸方向位置の変化に応じて位置変更手段により撮像手段の相対位置を変更させることにより、撮像手段の焦点合わせを行うことが可能になる。このため、作業対象の特定部位の認識を明確に行うことができ、また、必要に応じ、焦点合わせのための位置変更量に基づいて進退作動手段による作業手段の進退作動量を変更設定することにより、部品を確実に作業対象に対し移動させて装着等の作業を行い得ることになる。これにより、撮像手段の幅広い活用が可能となり、汎用性を付与し得ることなる。
【０００８】
また、本発明の装置によると、位置変更手段により撮像手段の位置変更を行うと、作業手段も撮像手段と同期して一軸方向に移動されることになる。このため、認識対象である作業対象の一軸方向位置が変更されても、上記位置変更により撮像手段が作業対象に対し焦点合わせされると、それに応じて作業手段の一軸方向位置をも同時に変更させることが可能になり、作業対象に対する作業手段の位置合わせが容易になる。
【０００９】
上記発明において、上記位置変更手段は、上記撮像手段の位置変更量を調節して上記作業対象の特定部位に対する上記撮像手段の焦点合わせを行うように構成すればよく、これにより撮像手段が上記特定部位に対し自動的に焦点距離の位置に位置変更されることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１もしくは第２の実施形態として本発明を作業装置の一例である表面実装装置に適用した場合の概略平面図である。
【００１２】
同図において、基台１上には基板搬送用のコンベア２が配置され、このコンベア２上を実装対象としてのプリント基板３（二点鎖線で示す）が搬送され、所定の実装位置で停止するようになっている。
【００１３】
上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は多数列のテープフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａは、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等のチップ部品（以下、単に「部品」という）を所定間隔おきに収納、保持したテープをリールから部品取出し部へ導出し、後述のヘッドユニット５により部品がピップアップされるにつれてラチェット式の繰出し機構によりテープを間欠的に繰り出すようになっている。
【００１４】
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の配設方向）及びＹ軸方向（平面上でＸ軸と直交する方向）に移動させることができるようになっている。
【００１５】
詳しくは、基台１上にはＹ軸方向に延びる一対のレール６が延設されており、このレール６上にヘッドユニット支持部材７が架設されている。ヘッドユニット支持部材７はナット部８を介してボールねじ軸９と螺合して、このボールねじ軸９はＹ軸サーボモータ１０の回転軸と接続されており、Ｙ軸サーボモータ１０の駆動によりボールねじ軸９を介してヘッドユニット支持部材７をＹ軸方向に移動させるようになっている。また、ヘッドユニット支持部材７はＸ軸方向に延びるガイド部材１１を有し、ヘッドユニット５がそのガイド部材１１に沿って移動可能とされている。そして、Ｘ軸モータ１２の駆動により、上記ガイド部材１１と平行に配置されたボールねじ軸１３（図３参照）を介してヘッドユニット５をＸ軸方向に移動させるようになっている。
【００１６】
上記の全体構成を前提として、本発明の第１実施形態に係るヘッドユニット５ａの構成を、図２の正面図及び図３の一部省略側面図を参照しつつ次に説明する。
【００１７】
両図において、ヘッドユニット５ａは、支持体としてのヘッドユニット本体１５と、このヘッドユニット本体１５に対し一軸方向としてのＺ軸方向（上下方向）に昇降可能に支持されたフレーム１６とを備えており、このフレーム１６に対し部品を着脱可能に吸着保持するための作業手段としての吸着ヘッド２０と、基板３の特定部位を撮像して認識するためのカメラ４０（撮像手段）とが支持され
ている。
【００１８】
上記フレーム１６は、上記ヘッドユニット本体１５に固定された位置変更手段及び進退手段の一部としての全体上下動用サーボモータ２１により上記ヘッドユニット本体１５に対し昇降作動されるようになっている。つまり、上記全体上下動用サーボモータ２１によりフレーム１６が昇降作動されると、上記吸着ヘッド２０とカメラ４０との双方が一括に昇降作動されるようになっている。
【００１９】
具体的には、上記ヘッドユニット本体１５には上下方向に延びるガイド部２２（図３参照）及びボールねじ軸２３が固定されており、一方、上記フレーム１６には上記ボールねじ軸２３に螺合されたナット部２４と上記ガイド部２２に案内される図外の被ガイド部とが設けられている。そして、上記ボールねじ軸２３は上記サーボモータ２１の回転軸と接続されており、サーボモータ２１によって上記ボールねじ軸２３がＺ軸回りに回転駆動されることにより、上記フレーム１６がＺ軸方向に昇降作動されるようになっている。
【００２０】
上記吸着ヘッド２０としては、本実施形態では４本の吸着ヘッド２０，２０，…（図２参照）がＸ軸方向に並べて配設されている。そして、各吸着ヘッド２０は上記フレーム１６に固定された進退手段としてのエアシリンダ２５（図３参照）によりＺ軸方向に個別に昇降作動され、かつ、回転用サーボモータ２６（図２参照）により各吸着ヘッド２０が回転作動されるようになっている。
【００２１】
具体的には、上記吸着ヘッド２０は、中空のノズルシャフト２７（図３参照）と、このノズルシャフト２７をフレーム１６に対し昇降可能かつ回転可能に支持するヘッドガイド部２８と、上記ノズルシャフト２７の下端に対し着脱可能に装着された吸着ノズル２９とからなり、上記ノズルシャフト２７の上端側部分がベアリング３０を介して回転を許容した状態で上記エアシリンダ２５のピストン３１と一体のスリーブ部３１ａと結合されている。これにより、上記エアシリンダ２５の前進側作動室にエア供給口２５ａからエアを供給すれば吸着ヘッド２０が下降し、後退側作動室にエア供給口２５ｂからエアを供給すれば吸着ヘッド２０が上昇するようになっている。また、上記ピストン３１には上記ノズルシャフト２７内のエア通路（図示省略）と連通する連通路が形成され、負圧供給口３２からその連通路及びエア通路を通して吸着ヘッド２０に対し負圧もしくは正圧を切換可能に供給することにより、吸着ヘッド２０において部品の吸着もしくは吸着した部品の切り離しが行われるようになっている。なお、上記の負圧もしくは正圧は図外の減圧装置及び加圧装置から切換弁の切換制御により上記負圧供給口３２に供給されるようになっている。
【００２２】
一方、上記回転用サーボモータ２６（図２参照）の回転軸に連結されたプーリ２６ａと、フレーム１６側に回転可能に軸支されたプーリ３３との間には回転力伝達用のベルト３４が巻掛けられ、上記回転用サーボモータ２６の回転作動により上記プーリ３３が回転され、このプーリ３３を介して回転力が各ノズルシャフト２７に伝達されることにより各吸着ヘッド２０が回転作動されるようになっている。
【００２３】
また、上記フレーム１６には、カメラ４０と、このカメラ４０による撮像対象である基板３に向けて照明光を照射する照明装置４１とが所定位置に固定されている。なお、図中４０ａはカメラ４０が取り込んだ画像情報等を図外のコントロールユニットに対し出力したり、カメラ４０に対し画像取込指令を入力させたりする入出力ラインである。
【００２４】
以上の構成の第１実施形態では、ヘッドユニット５の各吸着ヘッド２０により部品供給部から部品を吸着し、次いでヘッドユニット５をプリント基板上に移動させた後、全体上下動用サーボモータ２１を作動させてカメラ４０と上記部品の装着対象である基板の特定部位、例えば角部もしくは基板マークとの距離がカメラ４０の焦点距離に合致するようにカメラ４０のＺ軸方向位置を変更させる。すなわち、上記カメラ４０の焦点合わせ位置まで基板との相対位置を調節する。この位置調節に伴うフレーム１６のＺ軸方向位置の変更により各吸着ヘッド２０も上記カメラ４０と一緒に位置変更され、吸着ヘッド２０の高さ位置が調整されることになる。そして、さらにエアシリンダ２５を作動させて上記焦点距離に対応した所定ストロークだけ吸着ヘッド２０を下降させることにより基板に対して部品を装着することができるようになる。
【００２５】
また、上記のように基板に対して部品を装着した後、この部品に対しさらに別部品を装着するような場合は、吸着ヘッド２０を上昇させ、ヘッドユニット５を部品の供給位置まで戻し、上記別部品を各吸着ヘッド２０に吸着させて基板上方まで搬送してから、先に装着された部品の特定部位、例えば角部もしくは識別マーク等を認識対象として、再度、上記の処理を繰り返せばよい。すなわち、上記全体上下動用サーボモータ２１の下降作動によりカメラ４０が装着後の部品に対して焦点合わせされる位置までフレーム１６を移動させ、これによって吸着ヘッド２０の高さ位置を調整した上で、エアシリンダ２５の作動により吸着ヘッド２０を下降させればよい。このように、装着対象のＺ軸方向位置が変化しても、カメラ４０による認識を容易に行うことができる上に、上記装着対象に対して吸着ヘッド２０による作業を効率よく行うことができる。
【００２６】
図４及び図５は、本発明の第２実施形態に係るヘッドユニット５ｂ及びカメラ取付部分を示す。この第２実施形態は図１に示す全体構成を前提とし、第１実施形態におけるヘッドユニット５ａの大半の構成を共通としつつ、カメラ４０が独立してＺ軸方向への位置変更を可能としたものである。従って、第１実施形態の構成要素と同じ構成の要素については第１実施形態と同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２７】
このヘッドユニット５ｂにも第１実施形態と同様にフレーム１６がヘッドユニット本体１５に対し全体上下動用サーボモータ２１により昇降可能に支持され、上記フレーム１６に対し吸着ヘッド２０，２０，…が個別に昇降可能かつ回転可能に支持されている。なお、上記各吸着ヘッド２０の個別昇降作動は図示を省略するが、第１実施形態と同様にエアシリンダ２５（図３参照）により行われるようになっている。
【００２８】
また、撮像手段としてのカメラ４０が上記フレーム１６に対しＺ軸方向に昇降可能に支持され、位置変更手段としてのカメラ用サーボモータ４２の回転作動により昇降作動されるようになっている。
【００２９】
具体的には、図５に示すように上記フレーム１６には上下方向に延びるガイド部４３が固定され、ボールねじ軸４４が軸受け部材４５により定位置で回転自在に保持されている。一方、一端部４６ａ側で上記カメラ４０を保持する保持ブロック４６がその他端部４６ｂ側で上記ガイド部４３に嵌合されて上下方向にのみ移動するよう案内され、かつ、中間部位に内蔵されたナット部４６ｃが上記ボールねじ軸４４に螺合されている。
【００３０】
そして、上記ボールねじ軸４４はフレキシブルジョイント４７を介して上記サーボモータ４２の回転軸４２ａと接続されている。これにより、上記サーボモータ４２によって上記ボールねじ軸４４がＺ1軸回りに回転駆動されると、フレーム１６に対してカメラ４０が昇降作動されるようになっている。
【００３１】
なお、照明装置４１はブラケット４８を介して上記保持ブロック４６に連結されて、上記カメラ４０の昇降作動と共に昇降されるようになっている。
【００３２】
以上の構成の第２実施形態では、基板もしくはこの基板に装着後の部品の特定部位、例えば角部や識別マークを付した部位を認識対象として、上記サーボモータ４２の作動によりカメラ４０を上記認識対象に対する焦点合わせ位置までＺ軸方向に変更する処理を、フレーム１６の昇降作動もしくはエアシリンダ２５による各吸着ヘッド２０の個別昇降作動とは独立して単独で行うことができるようになる。これにより、認識対象のＺ軸方向位置の如何を問わず、かつ、全体上下動用サーボモータ２１やエアシリンダ２５の作動制御の如何を問わずに、カメラ４０の合焦位置への位置変更を単独で実施することができるようになる。
【００３３】
なお、本発明は上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記第１及び第２実施形態では、表面実装装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、例えばロボットアーム等の作業装置に本発明を適用するようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、カメラ４０を焦点合わせ位置まで位置変更してその焦点距離を基準として各種作動制御に利用する場合を説明したが、これに限らず、部品等に例えば黒色の識別マークを付しておき、この識別マークを認識対象として識別マークの画像検出の有無により部品の有無、すなわち、その部品が装着済みか否かを把握する用途に用いるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、進退手段もしくは位置変更手段として各種のアクチュエータを採用することができ、サーボモータ以外の他形式のモータや、エアシリンダ以外の他の流体シリンダ等を用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の作業装置によれば、作業対象自体の位置、もしくは、その作業対象の特定部位の位置が一軸方向に対し種々に変化したとしても、それに応じて位置変更手段により撮像手段の相対位置を変更させることにより、その認識対象を確実に認識することができるようになる。これにより、撮像手段の活用の途を広げて汎用性に富むものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を表面実装装置に適用した第１及び第２実施形態の全体平面図である。
【図２】  第１実施形態のヘッドユニットの正面図である。
【図３】  図２の一部を省略しかつ一部を切欠いた状態で示す側面図である。
【図４】  第２実施形態のヘッドユニットの図２相当図である。
【図５】  図４のカメラ部分についての一部省略側面図である。
【符号の説明】
１５        ヘッドユニット本体（支持体）
１６        フレーム
２０        吸着ヘッド（作業手段）
２１        全体上下動用サーボモータ（位置変更手段、進退手段）
２５        エアシリンダ（進退手段）
４０        カメラ（撮像手段）
４２        カメラ用サーボモータ（位置変更手段）
【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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