(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能なヘッドユニットに搭載された部品装着用のヘッドにより部品を吸着し、ヘッドユニットの移動により基板上に部品を移動させて上記ヘッドの昇降に伴い部品を基板上に装着するように構成された表面実装機の装着部品検査装置であって、
基板の部品装着位置の上方に上記ヘッドを配置したときに上記部品装着位置に指向するように上記ヘッドユニットに搭載される撮像手段と、部品装着前および装着後に部品装着位置を撮像するべく上記撮像手段を制御する制御手段と、上記撮像手段により撮像される部品装着位置の画像を異なる複数の色成分に分解する手段と、上記撮像手段により撮像された部品装着位置の画像に基づいて部品の装着不良を検出する検出手段とを備え、上記検出手段は、部品装着後の画像から部品装着前の画像を除去することにより得られる画像であって上記複数の色成分毎の部品画像を取得し、これら色成分毎の部品画像の論理和をとることにより得られる部品画像に基づいて部品の装着不良を検出することを特徴とする装着部品検査装置。
【請求項２】
上記検出手段は、上記異なる複数の色成分の部品画像としてＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分の部品画像の論理和をとることにより得られる部品画像に基づいて部品の装着不良を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の装着部品検査装置。
【請求項３】
上記ヘッドユニットに複数のヘッドが搭載され、各ヘッドに対応してそれぞれ撮像手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装着部品検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装機に搭載される装置であって、プリント基板等の基板上に搭載された部品を撮像することにより部品の装着不良を検出する装着部品検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、部品供給部と所定の作業位置に位置決めされたプリント基板とにわたって移動可能なヘッドユニットに部品吸着用のヘッドを昇降かつ回転可能に装備し、上記ヘッドの下端に取付けられたノズルにより電子部品を吸着して基板上の所定位置に部品を装着するようにした表面実装機は一般に知られている。
【０００３】
この種の表面実装機では、例えば、部品の吸着ミスあるいはヘッドからの脱落により部品が基板上に装着されない場合や、位置ずれ等を生じる場合があり、このような部品装着不良を検知することにより不良基板を選別することが要求される。
【０００４】
そこで、従来から、ヘッドユニットにレーザー距離センサを搭載し、基板表面にレーザー光を照射して基板表面の凹凸を調べ、その高さ情報に基づいて部品装着の有無を調べることが行われている（特開平７−２４９８９５号公報）。また、ヘッドユニットに基板認識用のカメラを搭載しているような装置では、このカメラを利用して装着部品を撮像し、その画像に基づいて部品の装着状態を調べることも行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザー距離センサを用いる上記従来の装置では、部品の有無は検出できるが、装着方向についての不良を検出することができず、また、レーザー光を正確に被検出位置に照射する必要があるため、センサの取り付け精度が要求されるという欠点がある。
【０００６】
これに対し、ヘッドユニットに搭載した基板認識用のカメラを利用して装着部品を撮像する装置では、部品の有無のみならず部品の装着方向の不良についても検出が可能であり、また、一定エリアを撮像するためカメラ等の取り付けに精度が要求されることがない。そのため、レーザー距離センサを用いる装置に比べると有利といえる。
【０００７】
しかし、この種の装置において装着部品を撮像するには、部品装着後、カメラが装着部品上方に位置するようにヘッドユニットを移動させる必要があり、そのため、タクトタイムを短縮する上で問題があった。また、部品を精度良く認識するのが難しいため装着不良の検出精度が必ずしも良いとはいえず、検出精度の向上が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、第一の目的は、タクトタイムの短縮化に貢献することができる装着部品検査装置を提供することにあり、第二の目的は、より精度良く部品の装着不良を検出できる装着部品検査装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、移動可能なヘッドユニットに搭載された部品装着用のヘッドにより部品を吸着し、ヘッドユニットの移動により基板上に部品を移動させて上記ヘッドの昇降に伴い部品を基板上に装着するように構成された表面実装機の装着部品検査装置であって、基板の部品装着位置の上方にヘッドを配置したときに部品装着位置に指向するようにヘッドユニットに搭載される撮像手段と、部品装着前および装着後に部品装着位置を撮像するべく撮像手段を制御する制御手段と、撮像手段により撮像される部品装着位置の画像を異なる複数の色成分に分解する手段と、撮像手段により撮像された部品装着位置の画像に基づいて部品の装着不良を検出する検出手段とを備え、上記検出手段は、部品装着後の画像から部品装着前の画像を除去した画像であって上記複数の色成分毎の部品画像を取得し、これら色成分毎の部品画像の論理和をとることにより得られる部品画像に基づいて部品の装着不良を検出するものである（請求項１）。
【００１０】
この装置によると、部品を装着するべくヘッドユニットを基板上に移動させて、ヘッドに吸着された部品を部品装着位置上方に配置すると、自ずと撮像手段による部品装着位置の撮像が可能となる。そのため、部品装着後は、ヘッドユニットを移動させることなく装着部品を撮像してその装着不良を検出することができる。しかも、部品装着後の画像から部品装着前の画像を除去することにより得られる画像であって異なる複数の色成分毎の部品画像に基づき部品の装着不良を検出するので、抽出される部品画像の信頼性が格段に向上し、精度良く部品の装着不良を検出することが可能となる。
【００１２】
なお、検出手段は、上記異なる複数の色成分の部品画像としてＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分の部品画像の論理和をとることにより得られる部品画像に基づいて部品の装着不良を検出するように構成することができる（請求項２）。
【００１３】
また、ヘッドユニットに複数のヘッドが搭載される場合には、各ヘッドに対応してそれぞれ撮像手段を設けるようにしてもよい（請求項３）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１及び図２は、本発明に係る装着部品検査装置が搭載された表面実装機の構造を示している。同図に示すように、表面実装機（以下、実装機と略す）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装着作業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。
【００１６】
また、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、当実施の形態では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。
【００１７】
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。
【００１８】
上記ヘッドユニット５には、チップ部品吸着用のノズル２０ａを先端に備えたヘッド２０が設けられている。各ヘッド２０は、ヘッドユニット５のフレームに対して昇降及びノズル中心軸回りの回転が可能とされ、図外の昇降駆動機構及び回転駆動機構により作動されるようになっている。
【００１９】
また、ヘッドユニット５には、プリント基板３に装着された部品を撮像するカメラ２１および照明装置２２が搭載されている。カメラ２１は、ＣＣＤエリアセンサからなり、カラー画像をＲ（レッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）の三原色に分解しデータ化して後述するコントローラの画像処理部３２に出力するように構成されている。また、上記照明装置２２は、白色ＬＥＤまたはＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤを組み合わせたもの、あるいは蛍光燈等からなり、上記カメラ２１による撮像用の照明を提供するように構成されている。
【００２０】
カメラ２１及び照明装置２２は、図２に示すようにヘッド２０を挟んで配置され、部品装着時にヘッドユニット５をプリント基板３の上方にセットした状態、つまりヘッド２０（吸着部品）がプリント基板３の所定の部品装着位置上方に位置するようにヘッドユニット５をセットしたときに（図５参照）、カメラ２１及び照明装置２２が上記部品装着位置Ｐに指向するようにそれぞれユニット５に傾いた状態で取付けられている。
【００２１】
上記のように構成された実装機は、その動作を統括的に制御するコントローラを備えており、上記サーボモータ９，１５等がこのコントローラに電気的に接続されている。そして、コントローラに予め記憶されているプログラムに従って各サーボモータ９等の駆動が制御されることにより後述するような実装動作を行うようにされている。
【００２２】
図３は、上記コントローラに含まれる制御系の一部であって、実装動作において部品装着不良の検出を担う、つまり、本発明の部品検査装置に係る部分を示している。
【００２３】
この図に示す制御系は、主演算部３０、カメラ制御部３１、画像処理部３２、記憶部３３、表示部３４及び入力部３５を含んでいる。
【００２４】
主演算部３０は、部品の装着不良検出のための処理を統括的に制御するもので、上記カメラ２１により装着部品を撮像するべくカメラ制御部３１に制御信号を出力するとともに、画像処理部３２から出力される画像データに基づいて部品を認識し、装着不良についての具体的な判断を行うように構成されている。
【００２５】
カメラ制御部３１は、主演算部３０からの制御信号に基づいて上記カメラ２１および照明装置２２の作動を制御するように構成されている。
【００２６】
画像処理部３２は、上記カメラ２１から出力されるＲ，Ｇ，Ｂの各色成分のデータに所定の処理を施すことによりカメラ２１により撮像された画像から部品に相当する画像を抽出し、抽出した部品の画像データを上記主演算部３０に出力するように構成されている。
【００２７】
上記記憶部３３は、部品の装着不良を判断するのに必要な情報（部品データという）を記憶するもので、例えば部品の形状等に関する情報や装着ずれの許容値等のデータがこの記憶部３３に記憶されている。
【００２８】
表示部３４及び入力部３５は、それぞれＣＲＴディスプレイおよびキーボードからなり、入力部３５により部品データやプログラム等を入力するように構成される一方、表示部３４により部品データ入力時の表示や、装着不良が発生したときの表示を行うように構成されている。
【００２９】
ここで、図３に示す制御系により行われる部品装着不良検出のための処理について実装動作と共に図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
実装動作が開始されると、まず、ヘッドユニット５が部品供給部４に移動させられてヘッド２０による部品の吸着が行われる。この際、ヘッドユニット５が部品供給部４の上方にセットされてからヘッド２０が昇降作動することにより部品がノズル２０ａに吸着されてピックアップされる。
【００３１】
部品の吸着が完了すると、図５に示すようにヘッドユニット５がプリント基板上に移動させられて部品Ｃｐが所定の部品装着位置Ｐの上方に配置されるとともに、部品装着前の部品装着位置Ｐがカメラ２１により撮像される（ステップＳ１，Ｓ２）。これにより、図７（ａ）に示すような部品装着位置Ｐを含むプリント基板３の所定エリアの画像が撮像され、この画像のＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の画像データが上記画像処理部３２に出力される。
【００３２】
部品装着位置Ｐの撮像が完了すると、ヘッド２０が昇降作動して部品Ｃｐが部品装着位置Ｐに装着されるとともに、部品装着後、カメラ２１により再度上記部品装着位置Ｐの撮像が行われる（ステップＳ３，Ｓ４）。これにより、図７に示すような部品Ｃｐを含む部品装着位置Ｐの画像が撮像されて各色成分の画像データが画像処理部３２に出力される。
【００３３】
次いで、画像処理部３２において各色成分毎に部品装着後の画像から部品装着前の画像を除去した差分画像を求める処理、すなわち部品の画像を抽出する処理が行われる（ステップＳ５）。
【００３４】
具体的には、部品装着前後の各色成分の画像がＡ／Ｄ変換されることにより各画像が多階調の画像に変換される。そして、部品装着後の画像における各画素の階調から部品装着前の画像における相対応する画素の階調が減算された後、各画素の階調の絶対値がとられる。これにより図７に示すような色成分毎の差分画像、すなわち部品Ｃｐに相当する画像が抽出される。
【００３５】
そして、各色成分の差分画像が所定の閾値に基づいて二値化画像に変換され、各色成分の差分画像の論理和、つまり、各色成分の差分画像における相対応する画素の論理和が取られる（ステップＳ６，Ｓ７）。これにより部品Ｃｐに相当する最終的な画像が得られる。
【００３６】
こうして部品Ｃｐに相当する画像が抽出されると（抽出部品画像という）、その画像データが主演算部３０に出力され、ここで抽出部品画像の中心位置、縦横比あるいは面積等の特徴量の検出および装着位置からのずれや傾きの検出が行われるとともに、この部品に対応する部品データが上記記憶部３３から読み出され、部品データと上記検出データとが比較される（ステップＳ８，Ｓ９）。
【００３７】
そして、部品データと検出データとが予め設定されている誤差内であるか否かが判断され（ステップＳ１０）、ここで誤差内であると判断されると（ステップＳ１１）、例えば次の部品Ｃｐを装着するべくヘッドユニット５が部品供給部4の上方に移動させられてこのフローチャートが終了する。一方、ステップＳ１０において誤差内でないと判断されると（ステップＳ１１）、例えばプリント基板３に対する以後の実装動作を中止するとともにその旨が上記表示部３４において表示されてこのフローチャートが終了する。
【００３８】
以上の実装機によれば、部品装着のためにヘッドユニット５をプリント基板３上方にセットすると上述のように自ずとカメラ２１及び照明装置２２が部品装着位置Ｐに指向するようにヘッドユニット５に取付けられる。そのため、部品Ｃｐの装着後、ヘッドユニット５を一切移動させることなく装着部品Ｃｐを撮像することができる。従って、部品装着後にヘッドユニット５を移動させてから部品を撮像する必要がある従来の実装機に比べると効率良く装着部品Ｃｐを撮像することができ、これを通じてタクトタイムの短縮化に貢献することができる。
【００３９】
また、部品Ｃｐの装着不良の検出に際しては、部品装着前後の部品装着位置Ｐを撮像し、装着部品Ｃｐを含む画像である部品装着後の画像から部品装着前の画像を除去することにより差分画像を得る、つまり部品Ｃｐに相当する画像を抽出するようにしているため、部品装着後の画像のみから部品に相当する画像を抽出して部品を認識する場合に比べると、部品画像を抽出するための情報量が多く抽出される部品画像の信頼性が高い（精度が高い）。従って、部品装着後の画像のみから部品を認識する従来のこの種の実装機に比べて精度良く部品の装着不良を検出することができる。
【００４０】
特に、上記の実装機では、差分画像をＲ，Ｇ，Ｂの複数の色成分について求め、各差分画像の論理和をとることにより最終的な部品Ｃｐの画像を得るようにしているため、抽出部品画像の信頼性が高いという特徴がある。すなわち、単一の色成分に基づいて部品画像を抽出する場合には、例えば、上記パターンＤおよび部品Ｃｐの色調が近似していると、パターンＤの画像が除去されることによりパターンＤと部品Ｃｐの重複部分が欠損し、部品画像を正確に抽出できない場合が生じ得る。これに対し、複数の色成分について差分画像を求め、これらの論理和をとるようにしておけば、上記パターンＤおよび部品Ｃｐの色調が近似していても、各色成分の差分画像が完全に一致することは殆どないため、仮にいずれかの色成分の画像について上記のような欠損が生じても、その他の色成分の画像によりその欠損が補完される。そのため、最終的な差分画像に上記のような欠損が生じることが殆どなく、常に正確な部品画像を抽出することができ、その結果、部品Ｃｐの装着不良を精度よく検出することができる。
【００４１】
ところで、以上説明した実装機は、本発明に係る部品検査装置を搭載した実装機の一例であって、部品検査装置及びこれを搭載する実装機の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４２】
例えば、上記の実装機では、部品画像を抽出するためにカラー画像をＲ（レッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）の三原色に分解し、これら各色成分の画像に基づいて部品画像を抽出するようにしているが、これらのうちのいずれか一色、あるいはＲ，Ｇ，Ｂ以外の一の色成分の画像に基づいて部品画像を抽出するようにしても差し支えない。但し、一の色成分の画像に基づいて部品を認識する場合には、上述のように、複数の色成分に基づいて部品画像を抽出する場合に比べて部品画像の抽出精度が劣る場合があるため、検出精度を高める上では、複数の色成分の画像に基づいて部品画像を抽出するのが望ましい。この場合、色成分はＲ，Ｇ，Ｂの三原色に限られるものではなく、具体的な色の種類や数は、プリント基板３やこれに装着する部品等の具体的な形態および色に応じ、部品画像をより精度よく抽出できるように適宜選定すればよい。なお、ＣＣＤエリアセンサとして、カラー画像をＲ，Ｇ，Ｂの色成分に分解しデータ化して出力するものは一般的であり、従って、これらの色成分を選定するようにすれば市販のカメラ２１を用いて装置を安価に構成することができる。
【００４３】
また、上記実装機では、ヘッドユニット５には１つのヘッド２０が搭載され、これに対応して一組のカメラ２１及び照明装置２２が設けられているが、例えば、ヘッドユニット５に複数のヘッド２０が並設される実装機では、各ヘッド２０に対応してカメラ２１及び照明装置２２を搭載するようにしてもよい。この場合、照明装置２２についてはこれを各ヘッド２０について共通化するようにしてもよい。
【００４４】
さらに、上記実装機では、カメラ２１によりプリント基板３の部品装着位置Ｐを撮像するようにしているが、例えば、カメラ２１によりプリント基板３上に記される基板認識用のマークを撮像することにより、カメラ２１を基板認識用のカメラとして共用するようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、部品を装着するべくヘッドユニットを基板上に移動させると、自ずと部品装着位置に撮像手段が指向するように撮像手段をヘッドユニットに搭載しているので、部品装着後は、ヘッドユニットを一切移動させることなく装着部品を検出することができる。そのため、部品装着後にヘッドユニットを移動させてから装着部品を撮像する従来の装置に比べると効率良く装着不良を検出することができ、これを通じてタクトタイムの短縮化に貢献することができる。
【００４６】
また、部品装着前後に部品装着位置を撮像し、部品装着前の画像から部品装着前の画像を除去することにより得られる部品画像に基づいて部品の装着不良を検出するので、装着部品の画像を良好に抽出することができ、これにより精度良く部品の装着不良を検出することができる。特にこの場合、部品装着位置の画像を異なる複数の色成分に分解し、各色成分の画像毎に部品画像を得るとともにこれらの論理和をとることにより得られる画像に基づいて部品の装着不良を検出するので、抽出される部品画像の信頼性が格段に向上し、部品の装着不良を極めて精度よく検出することが可能となる。
【００４７】
また、ヘッドユニットに複数のヘッドが搭載される場合には、各ヘッドに対応してそれぞれ撮像手段を設けるようにしてもよく、このようにすれば、複数のヘッドに部品を実装する装置において効率よく部品の装着不良を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装着部品検査装置が適用される表面実装機を示す平面図である。
【図２】本発明に係る装着部品検査装置が適用される表面実装機を示す正面図である。
【図３】表面実装機の制御系のうち装着部品検査装置に相当する部分を示すブロック図である。
【図４】部品の装着不良を検出するための処理（実装動作含む）を説明するフローチャートである。
【図５】カメラによる部品装着位置の撮像動作（部品装着前）を説明する図である。
【図６】カメラによる部品装着位置の撮像動作（部品装着後）を説明する図である。
【図７】部品の装着不良を検出するための処理を説明する模式図である。
【符号の説明】
３  プリント基板
５  ヘッドユニット
２０  ヘッド
２１  カメラ
２２  照明装置
３０  主演算部
３１  カメラ制御部
３２  画像処理部
３３  記憶部
３４  表示部
３５  入力部
Ｐ  部品装着位置
Ｃｐ  部品
【図１】
0004302234.tif 000002
【図２】
0004302234.tif 000003
【図３】
0004302234.tif 000004
【図４】
0004302234.tif 000005
【図５】
0004302234.tif 000006
【図６】
0004302234.tif 000007
【図７】
0004302234.tif 000008