(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を保持して実装位置に移動し、基板上に電子部品を実装する実装ヘッドと、実装ヘッドの移動経路の下部に配設され、保持された電子部品を認識する認識手段とを備え、認識手段は、一次元ＣＣＤを有するラインカメラと、シャッター機能を有するシャッターカメラと、電子部品の大きさや形状に応じてラインカメラとシャッターカメラを選択する手段とを備え、実装ヘッドの移動中に電子部品を撮像してその画像データにて電子部品を認識して適正に電子部品を実装するように構成し、撮像時に電子部品を照明する照明手段の照明光源をＬＥＤにて構成し、電子部品の大きさや選択されたカメラに応じてＬＥＤの発光時間と照明強度を制御する手段を設けたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
ＬＥＤに流す電流値を、並列接続した複数個の半導体スイッチング素子によるスイッチング機能を利用して制御することを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項３】
ラインカメラの焦点位置に直線状に光が集光するように配列したＬＥＤと、シャッターカメラの焦点位置における視野の範囲に光が集光するように配列したＬＥＤとを設け、選択的に点灯させる手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品を基板に実装する電子部品実装装置に関し、特に小型から大型の電子部品を移動中に高精度にかつ安価な構成で認識できる認識手段を備えた電子部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品実装装置として、部品供給部で移動手段にて移動可能な実装ヘッドにて電子部品を保持し、認識カメラの配置された認識部の所定位置に実装ヘッドを停止させて保持された電子部品を認識し、その後実装位置に移動して高精度に電子部品を位置決めして基板上に実装するように構成されたものが知られている。
【０００３】
しかしながら、実装ヘッドを認識部の所定位置で一々停止して認識を行う構成では、実装タクトが長くなり、生産性を向上するのに限界がある。
【０００４】
このような問題の解消を図れる電子部品実装装置として、認識カメラとして一次元ＣＣＤを有するラインカメラを用いることにより、実装ヘッドを移動させながら電子部品を撮像して電子部品の保持位置を認識するようにしたものが知られている。
【０００５】
また、シャッターカメラを用いることにより同じく実装ヘッドを移動させながら電子部品の二次元画像を一度に撮像して電子部品を認識するようにしたものも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ラインカメラは、一般のカメラに比較して１次元ＣＣＤを用いているため、解像度を大きくできる利点があり、大型部品を高解像度で撮像して認識する場合に適しているが、ラインカメラでの撮像は画像の縦・横比を１：１に保つために、１行の撮像時間内に通常１次元ＣＣＤの１画素当たりに割付けられる撮像対象の長さ分だけＣＣＤの長手方向に対して垂直方向に撮像対象を移動させる必要があり、そのため特に高解像度を求める程１行のＣＣＤ転送時間内に撮像対象を移動できる距離が短くなり、その上数千画素の画像データのＣＣＤからの転送には時間を要することから、電子部品のラインカメラ上の移動速度を速くすることができないという問題がある。
【０００７】
また、シャッターカメラはシャッター機能を利用して短時間に光源を高輝度で発光させることで原理的には移動速度に対して大きな対応能力が得られるが、通常の高速撮像可能な２次元ＣＣＤは５００×５００画素程度であり、視野に制限があるために分解能を一定以上に確保するには認識対象の電子部品の大きさに限界があるという問題がある。
【０００８】
なお、高速で高解像度のラインカメラや高分解能カメラも存在するが、非常に高価であるため、電子部品実装装置のような分野には適用不可能である。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、小型から大型の電子部品を移動中に高精度にかつ安価な構成で認識できて精度よく実装できる電子部品実装装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品実装装置は、電子部品を保持して実装位置に移動し、基板上に電子部品を実装する実装ヘッドと、実装ヘッドの移動経路の下部に配設され、保持された電子部品を認識する認識手段とを備え、認識手段は、一次元ＣＣＤを有するラインカメラと、シャッター機能を有するシャッターカメラと、電子部品の大きさや形状に応じてラインカメラとシャッターカメラを選択する手段とを備え、実装ヘッドの移動中に電子部品を撮像してその画像データにて電子部品を認識して適正に電子部品を実装するように構成し、撮像時に電子部品を照明する照明手段の照明光源をＬＥＤにて構成し、電子部品の大きさや選択されたカメラに応じてＬＥＤの発光時間と照明強度を制御する手段を設けたものであり、電子部品の大きさや形状に応じてラインカメラとシャッターカメラを選択して撮像するので、大型部品の電子部品の場合にも小型の電子部品の場合にも高い移動速度を確保しながら所要の高分解能の画像にて高精度に電子部品を認識でき、大小の電子部品を生産性良くかつ精度良く実装することができる。
【００１２】
また、撮像時に電子部品を照明する照明手段の照明光源をＬＥＤにて構成し、電子部品の大きさや選択されたカメラに応じてＬＥＤの発光時間と照明強度を制御する手段を設けているので、シャッターカメラの撮像時には比較的短時間に強光度の照明を、ラインカメラの時は比較的長時間に中光度の照明を行って適正な画像データを得ることができる。
【００１３】
また、ＬＥＤに流す電流値を、並列接続した複数個の半導体スイッチング素子によるスイッチング機能を利用して制御すると、ＬＥＤに対して比較的短時間だけすべての半導体スイッチング素子を導通状態にして大電流を流すことにより強光度の照明を得ることができる。
【００１４】
また、ラインカメラの焦点位置に直線状に光が集光するように配列したＬＥＤと、シャッターカメラの焦点位置における視野の範囲に光が集光するように配列したＬＥＤとを設け、選択的に点灯させる手段を設けると、光量の確保の点で有利な照明を実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の電子部品実装装置について図１〜図８を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態の電子部品実装装置の全体概略構成を示す図１において、１は実装装置本体、２は電子部品、３は電子部品が収納されたトレイ、４はトレイ３を所定位置に自動供給する部品供給部としてのトレイ供給部、７はトレイ３上の電子部品２を吸着保持して基板９上に実装する実装ヘッド、５は実装ヘッド７をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段、６ａ、６ｂは実装ヘッド７をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動手段である。８は認識手段であり、実装ヘッド７にて保持された電子部品２がその直上位置をＸ軸方向に移動する間に電子部品２の保持位置や電子部品２の形状を認識する。そして、電子部品２の実装ヘッド７の保持中心位置に対する位置ずれ量を検出し、検出結果によって実装時の実装ヘッド７の位置補正を行って電子部品２を実装することにより電子部品２を基板９上の所定位置に高精度に実装するように構成されている。
【００１９】
認識手段８は、図２に示すように構成されている。図２において、縦長の直方体状でかつ平面視で長手方向がＹ軸方向に沿うように配設されたケーシング１０内の下部にラインカメラ１１とシャッターカメラ１２が配設されている。ラインカメラ１１は一次元ＣＣＤを有し、ケーシング１０の垂直中心軸線上にＹ軸方向に沿って配設されている。シャッターカメラ１２はシャッター機能を有し、ラインカメラ１１のＸ軸方向一側に配設されている。ケーシング１０の上部には仕切壁１０ａを介して照明室１３が配設されるとともに、仕切壁１０ａには実装ヘッド７にて保持されてＸ軸方向に移動する電子部品２の像をラインカメラ１１及びシャッターカメラ１２に入射させるためのＹ軸方向に細長い開口１４が形成されている。ケーシング１０の上面は透明なガラス板１５にて覆われている。
【００２０】
ラインカメラ１１の上部にはその直上のＹ軸方向のライン状の像をラインカメラの一次元ＣＣＤ上に結像させる結像レンズ系１６が配設されている。また、仕切壁１０ａの開口１４の下部にはハーフミラー１７が結像レンズ系１６の垂直な光軸に対して４５°傾斜させて配設され、このハーフミラー１７に対してシャッターカメラ１２の直上位置で対向するように４５°傾斜させてミラー１８が配設され、その下方位置に結像レンズ系１６の光軸上の比較的狭い視野内の電子部品２の像をシャッターカメラ１２の２次元ＣＣＤに結像させる結像レンズ系１９が配設されている。
【００２１】
照明室１３には、撮像時に電子部品２を多方向から照明する照明手段として多数のＬＥＤ２０が配設されている。これらＬＥＤ２０は、ラインカメラ１１に入射する電子部品２のライン状の像及びシャッターカメラ１２に入射する比較的小さい視野の電子部品２の像と干渉しないように配列され、かつ一部はラインカメラ１１の焦点位置に直線状に光を集光させ、他の一部はシャッターカメラ１２の焦点位置における視野の範囲に光を集光させるように適宜に配列されている。
【００２２】
また、実装ヘッド７における吸着ノズル７ａの上部には電子部品２を上方から照明して透過照明にて電子部品２を撮像するための反射板２１が配設され、ケーシング１０のＹ軸方向の両端外面に、反射板２１に向けて光を照射する投光照明手段２２が配設されている。投光照明手段２２は、図３に示すように、ハロゲンランプ２３に機械式シャッター２４を介して接続された光ファイバー２５とその先端部に配設された投光レンズ２６と垂直上方に向けて投射された光を反射板２１に向けて反射するミラー２７にて構成されている。
【００２３】
次に、認識手段８の制御構成について図３を参照して説明する。実装ヘッド７のＸ軸移動手段５には、移動量を検出するエンコーダ２８と、実装ヘッド７が認識手段８による認識開始位置に到達したことを検出する位置検出センサ２９とが配設されている。また、認識手段８のケーシング１０内には、ラインカメラ１１とシャッターカメラ１２の選択とその同期信号を発生し、画像信号を出力するカメラ選択・同期信号発生部３０とＬＥＤ制御部３１とが配設されている。３２は認識手段８の制御部で、エンコーダ２８と位置検出センサ２９の検出信号が入力されるエンコーダＩ／Ｆ３３と、カメラ選択・同期信号発生部３０からの各カメラ１１、１２の画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３４と、Ａ／Ｄ変換された画像信号を格納する画像メモリ３５と、画像メモリ３５から画像データを取り出して電子部品２の認識処理を行い、電子部品実装装置全体を制御する主制御部に認識結果を出力し、また主制御部から動作指令や電子部品２の種類に関するデータを受けるＣＰＵ３６と、エンコーダＩ／Ｆ３３及びＣＰＵ３６からの信号や指令に基づいて各種タイミング信号を発生し、Ａ／Ｄ変換部３４、カメラ選択・同期信号発生部３０、ＬＥＤ制御部３１、及び機械式シャッター２４の駆動部２４ａにタイミング信号を出力するタイミング発生部３７にて構成されている。
【００２４】
ＬＥＤ２０は、図４に示すように、複数づつ直列に接続されたものが複数並列接続されて１ユニットとされ、各ＬＥＤユニット３８に複数のスイッチング素子３９を並列接続したものが電源４０と接地間に接続され、各スイッチング素子３９に対してタイミング発生部３７から点灯信号を出力するように構成されている。そして、シャッターカメラ１２による撮像時には瞬時だけ大光量が必要であるためすべてのスイッチンク素子３９を短時間だけ導通状態にして大電流を流すことにより各ＬＥＤ２０を撮像の瞬間だけ高輝度で発光させ、ラインカメラ１１による撮像時には電子部品２が移動する間照明する必要があるため１つ又は２つのスイッチンク素子３９を導通状態にして各ＬＥＤ２０を長時間点灯するように構成されている。
【００２５】
以下に、認識手段８の動作を説明する。まず、実装する電子部品２が大型部品である場合の認識動作について、図３、図５、図６を参照して説明する。
【００２６】
大型の電子部品２の場合は、図５に示すように、ラインカメラ１１のＹ軸方向に沿うライン状の焦点位置を電子部品２が実装ヘッド７にて保持されてＸ軸方向に移動し、電子部品２の全体がその焦点位置を通過することによって電子部品２の全体が画像認識される。
【００２７】
その認識動作に際しては、電子部品実装装置の全体を制御する主制御部から認識対象が大型部品であるという情報が制御部３２のＣＰＵ３６に入力される。ＣＰＵ３６はタイミング発生部３７にラインカメラ１１による認識の場合のタイミング信号を出力するように指令が出される。その状態で実装ヘッド７が認識手段８による認識開始位置に到達すると、図６に示すように、位置検出センサ２９から検出信号が出力され、その後Ｘ軸移動手段５における駆動モータの原点位置信号であるＺ相信号が出力されると、ＬＥＤ２０が点灯され、ラインカメラ１１における走査のスタート信号が出力され、画像の取り込みが開始されて最初の１行分の画像が取り込まれる。次いで、Ｚ相信号が出力されてから画像の一行分に相当する距離だけ移動したことをエンコーダ２８からの移動量信号から検出すると、次の行の走査をスタートさせるスタート信号が出力され、次の行の画像が取り込まれる。以下、上記動作を繰り返して電子部品２の全体の画像を取り込むだけの距離の移動が完了すると、次のスタート信号の出力によって画像取り込みを終了するとともに、ＬＥＤ２０を消灯する。
【００２８】
このラインカメラ１１による認識時には、電子部品２の全体を撮像する間、中光量で照明する必要であるため、図４の１つまたは２つのスイッチング素子３９を導通状態にしてＬＥＤ２０に対して規格内の電流を流すことによって認識に必要な光量を得ている。
【００２９】
ここで、認識対象の電子部品２の最大寸法を６０×６０ｍｍとして、ラインカメラ１１のＹ軸方向に沿う１次元ＣＣＤの画素数を１５００とすると、Ｙ軸方向に４０μｍ／画素の分解能が得られる。それに対応してＸ軸方向の分解能も同じになるように４０μｍ移動する毎に１行の画像取り込みが行われる。実装ヘッド７を４００ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながら認識する場合には、１行の画像取り込み時間は０．１ｍｓｅｃ以下であれば良い。
【００３０】
次に、実装する電子部品２が小型部品である場合の認識動作について、図３、図７、図８を参照して説明する。小型の電子部品２の場合は、図７に示すように、シャッターカメラ１２の焦点位置の視野内に電子部品２が位置したときに露光されて電子部品２の全体が画像認識される。
【００３１】
その認識動作に際しては、認識対象が小型部品であるという信号がＣＰＵ３６に入力される。ＣＰＵ３６はタイミング発生部３７にシャッターカメラ１２による認識の場合のタイミング信号を出力するように指令が出される。その状態で実装ヘッド７が認識手段８による認識位置に到達すると、図８に示すように、位置検出センサ２９から検出信号が出力され、その後Ｘ軸移動手段５の駆動モータの原点位置信号であるＺ相信号が出力されると、その直後のカメラの水平同期（ＨＤ）制御信号に同期してカメラの垂直同期（ＶＤ）制御に対するＶリセット信号を出力するとともに、ＬＥＤ２０を瞬間的な所定時間点灯し、それと同時にその間のみシャッターを開いてシャッターカメラ１２の２次元ＣＣＤの露光を行う。
【００３２】
その後１垂直無効期間（１Ｖブランク長）待った後、水平同期（ＨＤ）制御信号に同期して２次元ＣＣＤの１フレームの画像を取り込む。
【００３３】
このシャッターカメラ１２による認識時には、大きな光量の照明が必要であるため、図４のすべてスイッチング素子３９を導通状態にしてＬＥＤ２０に対して大電流を流すことによって必要な光量を得ることができ、かつその照明時間は短時間であるため、大電流を流してもＬＥＤ２０が損傷するようなこともない。
【００３４】
ここで、シャターカメラ１２の視野を８×８ｍｍとして、シャッターカメラの２次元ＣＣＤの画素数を５１２×５１２とすると、１６μｍ／画素の分解能が得られる。また、その際に実装ヘッド７を２００ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させながら認識した場合、露光時間を６０μｍとすると、その間の電子部品の移動距離は１２μｍであり、上記分解能の以下に納まるために適正に画像認識が行われる。露光時間を３０μｍにすると、実装ヘッド７を４００ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させることができる。
【００３５】
以上の説明ではＬＥＤ２０により電子部品２を照明し、その反射光により電子部品２を認識する例を示したが、電子部品２の表面性状によっては背面（上面）側から照明して電子部品２を透過光により認識するのが好ましいことがあり、その場合にはＬＥＤ２０による照明に代えて、投光照明手段２２から反射板２１に光を照射し、その反射光にて電子部品２に上方から光を照射した状態で上記と同様に電子部品２の認識を行うことができる。また、その光源としてハロゲンランプ２３を用いることによって必要な光量を得ることができ、かつ機械式シャッター２４を用いることにより応答性良く照明制御を行うことができる。そのため、ＬＥＤ２０による照明下での反射光による撮像と、ハロゲンランプ２３による照明下での透過光による撮像との切換を短時間に応答性良く行うことができ、マルチノズルの実装ヘッド７にて複数種類の電子部品２が短時間に次々と認識手段上を移動する場合にも適正に認識することができる。
【００３６】
以上のように本実施形態によれば、電子部品２の大きさや形状に応じてラインカメラ１１とシャッターカメラ１２を選択し、Ｘ軸移動手段５による移動中に電子部品２を撮像してその画像データにて電子部品２を認識して適正に電子部品を実装するように構成しているので、大型部品の電子部品の場合にも小型の電子部品の場合にも高い移動速度を確保しながら必要な高分解能の画像にて高精度に電子部品２を認識でき、大小の電子部品２を生産性良くかつ精度良く実装することができる。また、電子部品２の画像をハーフミラー１７を介してラインカメラ１１とシャッターカメラ１２に同時に入射させ、かつ両カメラ１１、１２の焦点位置を実装ヘッド７に保持された電子部品２の移動経路上の同一位置に設定しているので、電子部品２をその大きさや形状に関わりなく、同一の移動経路上を移動させて認識することができる。さらに反射光による認識と、透過光による認識の何れでも選択できるとともに、その切換も短時間で行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の電子部品実装装置によれば、以上の説明から明らかなように、実装ヘッドの移動経路の下部に配設される電子部品の認識手段を、電子部品の大きさや形状に応じてラインカメラとシャッターカメラを選択して実装ヘッドの移動中に電子部品を撮像してその画像データにて電子部品を認識して適正に電子部品を実装するように構成しているので、大型の電子部品の場合にも小型の電子部品の場合にも高い移動速度を確保しながら高分解能の画像にて高精度に電子部品を認識でき、大小の電子部品を生産性良くかつ精度良く実装することができる。
【００３９】
また、撮像時に電子部品を照明する照明手段の照明光源をＬＥＤにて構成し、電子部品の大きさや選択されたカメラに応じてＬＥＤの発光時間と照明強度を制御する手段を設けているので、シャッターカメラの撮像時には比較的短時間に強光度の照明を、ラインカメラの時は比較的長時間に中光度の照明を行って適正な画像データを得ることができる。
【００４０】
また、ＬＥＤに流す電流値を、並列接続した複数個の半導体スイッチング素子によるスイッチング機能を利用して制御すると、ＬＥＤに対して比較的短時間だけすべての半導体スイッチング素子を導通状態にして大電流を流すことにより強光度の照明を得ることができる。
【００４１】
また、ラインカメラの焦点位置に直線状に光が集光するように配列したＬＥＤと、シャッターカメラの焦点位置における視野の範囲に光が集光するように配列したＬＥＤとを設け、選択的に点灯させる手段を設けると、光量の確保の点で有利な照明を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電子部品実装装置の全体斜視図である。
【図２】同実施形態における認識手段の詳細構成を示し、（ａ）は縦断側面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図３】同実施形態における認識手段の制御ブロック図である。
【図４】同実施形態におけるＬＥＤの点灯制御回路である。
【図５】同実施形態におけるラインカメラによる撮像状態を模式的に示す斜視図である。
【図６】同実施形態におけるラインカメラの撮像動作タイミング図である。
【図７】同実施形態におけるシャッターカメラによる撮像状態を模式的に示す斜視図である。
【図８】同実施形態におけるシャッターカメラの撮像動作タイミング図である。
【符号の説明】
２  電子部品
７  実装ヘッド
８  認識手段
９  基板
１１  カインカメラ
１２  シャッターカメラ
１７  ハーフミラー
２０  ＬＥＤ
２１  反射板
２３  ハロゲンランプ
２４  機械式シャッター
３０  カメラ選択・同期信号発生部
３１  ＬＥＤ制御部
３７  タイミング発生部
３９  スイッチング素子
【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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