(57)【特許請求の範囲】
【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、上記部品を挟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上記部品の投影を検知し、それに基づいて部品吸着状態を調べ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、１つの光源とこの光源の照射方向前方に位置してこの光源から照射された拡散光を平行光線とするレンズとからなる第１照射系と、並列に配置した複数の光源とこれらの光源の照射方向前方に位置してこれらの光源から照射された拡散光を平行光線とする複数のレンズとからなる第２照射系とを配設し、
選択的にいずれかの照射系から上記部品に光を照射するように構成し、
上記第１，第２照射系のうちのいずれか一方を受光部に対応する所定の検出平面上に配置し、上記第１，第２照射系のうちの他方を上記検出平面と平行な平面上に配置するとともに、この他方の照射系からの光線の進路を上記検出平面に沿うように変化させる光路変更部材を設けたことを特徴とする表面実装機の部品認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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知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、部品供給部とプリント基板が位置する部品装着部とにわたって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装備し、このヘッドによりＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着し、位置決めされているプリント基板上に移送して、プリント基板の所定の位置に装着するようにした表面実装機が一般に知られている。最近ではこの種の実装機において、吸着用ヘッドのノズルに吸着された部品に光を照射して部品の投影を検知する光学的検知手段を設け、この光学的検知手段による投影の検知に基づいて部品の吸着状態、例えば吸着位置のずれや部品の傾きを調べて、装着位置の補正を行うようにした部品認識装置が開発されている。
【０００３】
図１０は従来の光学的検知手段における照射部の概略構造を示している。この図に示す照射部ａは、発光ダイオード等からなる点状の光源ｂと、この光源ｂに対し所定の距離をおいて配置されたシリンドリカルレンズ等からなるレンズｃとを備え、上記光源ｂから照射された拡散光が上記レンズｃにより屈曲させられて所定の検出面上で平行光線となり、この平行光線が部品１００に照射されるようになっている。そして、部品１００を挟んで上記照射部ａと対向する図外の受光部により、部品の投影が検知される。
【０００４】
なお、上記光学的検知手段は、通常、部品吸着から装着までのヘッドユニット移動期間に部品認識を行なうことができるように、表面実装機のヘッドユニットに取り付けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光学的検知手段の照射部の構造による場合、認識すべき各種部品のうちの最大寸法の部品より広い範囲にわたって平行光線を照射し得るように平行光線の幅Ｗｎを設定する必要がある一方、発光ダイオード等からなる光源の有効な光放射角度αには限界があるので、必要な幅の平行光線を得るためには光源ｂからレンズｃまでの距離をかなり長くとらなければならない。このため照射部が比較的嵩張り、光学的検知手段のコンパクト化が困難になり、光学的検知手段が上記ヘッドユニットに取り付けられる場合はヘッドユニットの大型化を招くといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、光学的検知手段の照射部から必要な幅の平行光線を照射し得るようにしつつ、照射部をコンパクトに構成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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、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、上記部品を挟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上記部品の投影を検知し、それに基づいて部品吸着状態を調べ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、１つの光源とこの光源の照射方向前方に位置してこの光源から照射された拡散光を平行光線とするレンズとからなる第１照射系と、並列に配置した複数の光源とこれらの光源の照射方向前方に位置してこれらの光源から照射された拡散光を平行光線とする複数のレンズとからなる第２照射系とを配設し、選択的にいずれかの照射系から上記部品に光を照射するように構成し、上記第１，第２照射系のうちのいずれか一方を受光部に対応する所定の検出平面上に配置し、上記第１，第２照射系のうちの他方を上記検出平面と平行な平面上に配置するとともに、この他方の照射系からの光線の進路を上記検出平面に沿うように変化させる光路変更部材を設けたことを特徴としている。
【００１４】
この発明の装置によると、吸着用ヘッドのノズルに吸着される部品が比較的小さい場合などには上記第１照射系が用いられ、部品が比較的大きい場合などには上記第２照射系が用いられる。このように第１照射系と第２照射系とが使い分けられることにより、各種部品の投影検知を可能としつつ、各照射系の光源からレンズまでの距離を短くすることができる。
【００１６】
さらに、簡単な構造で第1照射系と第２照射系とを使い分けるようにすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明が適用される実装機の一例を、図１乃至図３を用いて説明する。
【００１８】
図１は実装機全体の構造を示している。同図に示すように、実装機本体の基台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がこのコンベア２上を搬送されて所定の基板設置位置で停止されるようになっている。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は部品供給用のフィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダー４ａを備えている。
【００１９】
また、上記基台１の上方にはヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、部品供給部４とプリント基板３が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、当実施例では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。
【００２０】
すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール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軸方向のガイド部材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。
【００２１】
図２及び図３はヘッドユニット５の具体的構造を示しており、このヘッドユニット５には、部品吸着用のノズル２１を有するヘッド２０が複数個装備され、図示の例では４個のヘッド２０がＸ軸方向に並ぶように配置されている。
【００２２】
図２及び図３はヘッドユニット５の具体的構造を示しており、このヘッドユニット５には、部品吸着用のノズル２１を有するヘッド２０が複数個装備され、図示の例では４個のヘッド２０がＸ軸方向に並ぶように配置されている。
【００２３】
上記各ヘッド２０は、下端部にノズル２１を着脱可能に取り付けたノズルパイプ２２と、このノズルパイプ２２を保持するホルダー２３等からなり、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２５を駆動源とする昇降駆動手段により上下方向（Ｚ軸方向）に駆動されるとともに、Ｒ軸サーボモータ２６を駆動源とする回転駆動手段により回転方向（Ｒ軸方向）に駆動されるようになっている。そして、各ヘッド２０には、図外の負圧供給部に接続される負圧給排コントロール部２４が設けられ、部品吸着時にはこの負圧給排コントロール部２４とヘッド内部の通路を介して上記ノズル２１に負圧が供給され、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。
【００２４】
上記ヘッドユニット５の下方部には、各ヘッド２０に吸着された部品の認識を行って吸着不良や位置ずれ等を調べるための光学的検知ユニット３０（光学的検知手段）が設けられており、この光学的検知ユニット３０もヘッドに対応して複数個（図示の例では４個）具備され、Ｘ軸方向に並列に配置されている。各光学的検知ユニット３０は、光の照射部３１と、受光部３２と、これらを連結する連結部３３とを有し、上記照射部３１と受光部３２とが所定間隔をもって相対向するようにユニット長手方向両側に配置され、この照射部３１と受光部３２との間に吸着部品配置空間３４が存在している。そして、光学的検知ユニット３０がブラケット３５を介してヘッドユニット５に取り付けられた状態で、上記ヘッド２０のノズル２１が吸着部品配置空間３４の中央に位置するようになっている。
【００２５】
上記連結部３３は、上記吸着部品配置空間３４の上方に位置し、ブリッジ状に照射部側ハウジングと受光部側ハウジングとを連結している。連結部３３の中央部には、上記ヘッド２０のノズル２１を挿通させる円形の貫通孔３６が形成されている。
【００２６】
図４及び図５にも示すように、上記照射部３１には、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる点状の光源４０と、この光源４０から照射される拡散光を受光部３２に向かう所定幅の平行光線にする光学系部材４１とが設けられている。一方、受光部３２には、ＣＣＤを直線状に配置したラインセンサ４８等の受光用の部材が設けられている。
【００２７】
上記照射部３１における光学系部材４１は、上記拡散光を平行光線とするように屈曲させるレンズとしての機能を有する曲面構成部分４２と、上記光源４０から上記曲面構成部分４２までにわたる光路部分４３とを有し、これらが、空気より屈折率が大きい透明物質により一体に形成されている。
【００２８】
上記光学系部材４１の構造を具体的に説明すると、この光学系部材４１は、ガラスもしくは透明プラスチック等により、上下方向に偏平な概略直方体形状に形成され、この光学系部材４１の長手方向の一端部（吸着部品配置空間３４に望む側の端部）に、凹孔状の光源設置部４４と、曲面構成部分４２とが上下に並ぶように配設されている。上記光源設置部４４には光源４０が、光学系部材４１の他端側へ向いた状態で組付けられている。また、曲面構成部分４２は、光学系部材４１の他端側からこの部分へ向かう拡散光を平行光線とするように、表面が吸着部品配置空間３４に向けて凸の円弧面となっている。
【００２９】
光学系部材４１の他端部には、光源４０の光を反射して曲面構成部分４２へ向かわせる反射部が設けられ、この反射部は、光学系部材の端部に互いに直角で長手方向に対して略４５°の角度に形成された２つの面４５，４６を有している。すなわち、光学系部材４１は空気より屈折率が大きく、臨界角が４５°未満であるので、上記のように２面４５，４６を互いに直角で長手方向に対して略４５°の角度としておけば、直角プリズムと同様に、光学系部材４１の一端側から他端側に向かう光は面４５，４６でそれぞれ全反射されて９０°ずつ方向が変えられることにより、折返し状に曲面構成部分４２へ向かうように構成されている。
【００３０】
以上のような構造の部品認識装置を備えた実装機においては、ヘッドユニット５のヘッド２０により部品吸着部から部品を吸着した後、ヘッド２０が所定の認識高さ位置まで上昇することにより、吸着部品１００が上記光学的検知ユニット３０の吸着部品配置空間３４に位置する状態とされ、この状態で、部品認識処理が行われる。
【００３１】
この部品認識処理としては、ノズル２１及び吸着部品１００が所定回転角度範囲にわたり回転させられ、その間に、光学的検知ユニット３０の照射部３１から平行光線が部品１００に照射され、一定微少回転角毎に受光部３２で部品の投影が検知される。この投影検知データに基づいて部品吸着状態が検出され、例えば投影幅極小となるときの投影中心位置及び回転角等が調べられることにより、吸着部品５０の位置ずれ（ヘッド２０のノズル中心位置に対する部品中心位置のずれ）や部品の回転方向の傾きが調べられる。そして、上記位置ずれ等に応じて装着位置の補正量が求められ、部品認識後にこの補正量が加味されつつプリント基板への部品の装着が行われることとなる。
【００３２】
ところで、上記光学的検知ユニット３０における照射部３１は、点状の光源４０と光学系部材４１とを備え、その光学系部材４１が、拡散光を平行光線とするように屈曲させるレンズ相当部分である曲面構成部分４２に加え、光源４０からレンズ相当部分までの光路部分４３もガラスもしくは透明プラスチック等の透明物質で一体に形成されているため、構造が簡単かつコンパクトになる。
【００３３】
すなわち、光路部分４３の屈折率が空気より大きいので、光源４０から放射される光の角度が広げられ、必要な幅Ｗｎの平行光線を得るための光源４０からレンズ相当部分までの距離を短くすることができる。さらに当実施形態では、光学系部材４１の一端側に光源設置部４４及び曲面構成部分４２が設けられるとともに他端側に反射部が設けられることにより、折り返し状の光路が構成されているため、光学系部材４１の長さＬが短縮されてより一層コンパクトになる。
【００３４】
また、光源と、レンズと、光を反射させるミラー等を個別に形成して、これらを所定の位置関係に配置することで平行光線を得るための光学系を構成しようとすると、照射部側ハウジング内に組み込む際の位置調整が非常に難しくなるが、光源設置部４４、反射部及び曲面構成部分４２が光路部分４３と一体に形成されている当実施形態の装置では、これらの位置関係が一定になるため、位置調整が簡単になる。
【００３５】
さらに、光学系部材４１の上記反射部は互いに直角で長手方向に対して略４５°の角度とした２面４５，４６で光が全反射するように構成されているため、蒸着等で鏡を形成する必要がなく、構造がより一層簡単になる。
【００３６】
図６及び図７は本発明の装置における光学的検知ユニットの照射部の構造についての別の実施形態を示している。これらの図において、照射部には、第１照射系３１１と第２照射系３１２とが上下に並設されており、図示の例では第１照射系３１１が上側、第２照射系３１２が下側に配置されている。
【００３７】
上記第１照射系３１１は、照射部の幅方向中央部に位置する１つの点状の光源５０Ａと、この光源５０Ａの前方に位置してこの光源５０Ａから照射された拡散光を平行光線とするレンズ５１Ａとを有している。また、第２照射系３１２は、照射部の幅方向に所定間隔をおいて並列に配置した複数（例えば２個）の点状の光源５０Ｂ，５０Ｃと、これらの光源５０Ｂ，５０Ｃの照射方向前方に位置してこれらの光源から照射された拡散光を平行光線とする複数（例えば２個）のレンズ５１Ｂ，５１Ｃとからなっている。
【００３８】
上記第２照射系３１２は、受光部に対応する所定の検出平面上に配置されている。つまり、第２照射系３１２と図外の受光部のラインセンサが同一平面上に位置するような配置となっている。一方、第１照射系３１１は、上記検出平面に平行な平面上に配置されている。
【００３９】
上記各光源５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは例えばＬＥＤからなり、また、上記各レンズ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃはシリンドリカルレンズからなっている。
【００４０】
さらに、第１照射系３１１からの光線の進路を変化させる光路変更手段として、第１照射系３１１の前方にミラー５２が配置されるとともに、第２照射系３１２の前方にハーフミラー５３が配置されている。上記ミラー５２は、第１照射系３１１が位置する平面と４５°の角度で交差し、また、上記ハーフミラー５３は、上記検出平面と４５°の角度で交差している。そして、第１照射系３１１の光源５０Ａが点灯されたときにレンズ５１Ａを経た光線はミラー５２及びハーフミラー５３で方向が変えられて上記検出平面に沿うようになり、また、第２照射系３１２の光源５０Ｂ，５０Ｃが点灯されたときにレンズ５１Ｂ，５１Ｃを経た光線はハーフミラー５３を透過して検出平面上を直進するようになっている。
【００４１】
図８は上記各光源５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの制御及び部品認識等のための制御系統を示し、この図に示す制御系統は、上位コントローラ６０、軸制御装置６１及び検出装置６２を含んでいる。上位コントローラ６０は、実装される各種部品のデータを記憶する部品データ記憶部６３を有している。また、軸制御装置６１は、吸着用ヘッドの回転、昇降及び部品吸着を制御するための軸回転制御手段６４、軸高さ制御手段６５及び吸着制御手段６６を有している。
【００４２】
上記検出装置６２は、上記部品データ記憶部６３から読出される部品データに基づき、光源５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを構成するＬＥＤのうちのいずれを点灯するかを判断する点灯ＬＥＤ判断部６７と、この点灯ＬＥＤ判断部６７による判断に応じて光学的検知ユニットの照射部３１の光源５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを制御する光源制御手段６８とを有し、さらに、光学的検知ユニットの受光部３２からの信号を受ける位置ずれ計算部６９を有している。
【００４３】
そして、部品認識時には、吸着部品に応じて第１照射系３１１の光源５０Ａもしくは第２照射系３１２の光源５０Ｂ，５０Ｃのいずれかが点灯されるように制御されるとともに、部品を吸着した吸着用ヘッドのノズルが所定の認識高さ位置とされた状態で回転駆動されつつ、光学的検知ユニットの受光部３２による部品投影の検知に基づき、ノズルの対する部品中心位置のずれが計算されるようになっている。
【００４４】
図９は上記点灯ＬＥＤ判断部６７及び光源制御手段６８による処理をフローチャートで示している。この処理がスタートすると、先ずステップＳ１で、部品データ記憶部６３から読出される認識対象部品の長辺の長さＬＬ及び短辺の長さＬＳと、予測される最大の吸着ずれ量Ｄと、第１照射系３１１のレンズ５１Ａで作られる光束の幅Ｗとの関係が次の不等式を満足するか否かが判別される。
【００４５】
【数１】
（ＬＬ2＋ＬＳ2）1/2＋２・Ｄ＜Ｗ
上記不等式を満足しない場合は、ステップＳ２で、認識対象部品の短辺の長さＬＳと、予測される最大の吸着ずれ量Ｄと、第２照射系３１２のレンズ５１Ｂ，５１Ｃでそれぞれ作られる光束の間のギャップ（光のない部分）の幅Ｇとの関係が次の不等式を満足するか否かが判別される。
【００４６】
【数２】
（ＬＳ−２Ｄ）＞Ｇ
上記ステップＳ１の判定がＹＥＳの場合は、認識対象部品が第１照射系３１１のレンズ５１Ａで作られる光束の範囲内にあることを意味し、この場合にステップＳ３で、第１照射系３１１の光源５０Ａ（中央のＬＥＤ）の点灯が行なわれる。
【００４７】
上記ステップＳ１の判定がＮＯであって、かつ、ステップＳ２の判定がＹＥＳの場合は、認識対象部品が必ずしも第１照射系３１１のレンズ５１Ａで作られる光束の範囲に収まらず、かつ、部品の投影端部が上記ギャップの範囲内に入ってしまうことがないことを意味し、この場合にステップＳ４で、第２照射系３１２の光源５０Ｂ，５０Ｃ（両側のＬＥＤ）の点灯が行なわれる。
【００４８】
ステップＳ１，Ｓ２の各判定が共にＮＯの場合、つまり認識対象部品が必ずしも第１照射系３１１のレンズ５１Ａで作られる光束の範囲に収まらず、しかも部品の投影端部が上記ギャップの範囲内に入ってしまう可能性がある場合は、適正な投影検知が困難になるので、ステップＳ５でエラー表示が行なわれる。
【００４９】
このような当実施形態の装置によると、吸着用ヘッドに吸着された部品が比較的小さくて、第１照射系３１１のレンズ５１Ａで作られる光束の範囲内に位置する場合は、第１照射系３１１の光源５０Ａが点灯されることにより、この光源５０Ａからレンズ５１Ａ、ミラー５２及びハーフミラー５３を経た所定幅Ｗの平行光線が吸着部品に照射され、吸着部品の投影の検知が行なわれる。
【００５０】
一方、吸着用ヘッドに吸着された部品が比較的大きくて、必ずしも第１照射系３１１のレンズ５１Ａで作られる光束の範囲に収まらないような場合は、第２照射系３１２の２つの光源５０Ｂ，５０Ｃが点灯されることにより、並列の２つのレンズ５１Ｂ，５１Ｃで作られる平行光線が吸着部品に照射され、吸着部品の投影の検知が行なわれる。
【００５１】
こうして、部品の大きさ等に応じて、第１照射系３１１と第２照射系３１２とが適切に使い分けられ、第２照射系３１２が用いられるときは光束が照射される範囲が広げられて、大きい部品の投影検知も可能とされつつ、各レンズ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの個々で作られる光束の幅は比較的狭いので、光源５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃからレンズ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃまでの光路長は図１０に示すような従来の装置と比べて半分程度に短くなり、光学的検知ユニットのコンパクト化が可能となる。
【００５２】
なお、図６及び図７に示す実施形態において、第１，第２照射系３１１，３１２の配置は図とは上下逆としてもよい。また、この実施形態において、光路変更部材としては図示のミラー５２及びハーフミラー５３の替わりにプリズム等を用いてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の部品認識装置は、光学的検知手段の照射部に、１組の光源及びレンズからなる第１照射系と、並列配置の複数組の光源及びレンズとからなる第２照射系とを配設し、選択的にいずれかの照射系から部品に光を照射するように構成しているため、大きさの異なる各種部品の投影検知を可能にしつつ、光源からレンズまでの距離を短くすることができ、光学的検知手段の照射部のコンパクト化が可能となる。さらに、上記第１，第２照射系のうちのいずれか一方を受光部に対応する所定の検出平面上に配置し、上記第１，第２照射系のうちの他方を上記検出平面と平行な平面上に配置するとともに、この他方の照射系からの光線の進路を上記検出平面に沿うように変化させる光路変更部材を設けているため、簡単な構造で第1照射系と第２照射系とを使い分けるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される実装機を示す平面図である。
【図２】同実装機におけるヘッドユニットの正面図である。
【図３】同ヘッドユニットの側面図である。
【図４】光学的検知ユニットの主要部分の概略正面図である。
【図５】同概略平面図である。
【図６】光学的検知ユニットの照射部の別の実施形態を示す概略平面図である。
【図７】同概略正面図である。
【図８】制御系を示すブロック図である。
【図９】光源の制御のための処理を示すフローチャートである。
【図１０】従来の光学的検知ユニットの照射部を示す概略平面図である。
【符号の説明】
３  プリント基板
５  ヘッドユニット
２０  ヘッド
３０  光学的検知ユニット
３１  照射部
３２  受光部
４０  光源
４１  光学系部材
４２  曲面構成部分
４３  光路部分
４４  光源設置部
４５  反射部
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ  光源
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ  レンズ
３１１  第１照射系
３１２  第２照射系
【図１】
0004050403.tif 000002
【図２】
0004050403.tif 000003
【図３】
0004050403.tif 000004
【図４】
0004050403.tif 000005
【図５】
0004050403.tif 000006
【図６】
0004050403.tif 000007
【図７】
0004050403.tif 000008
【図８】
0004050403.tif 000009
【図９】
0004050403.tif 000010
【図１０】
0004050403.tif 000011