(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板搬送装置により搬送される基板の搬送方向と該搬送方向に直交する方向の２方向に移動可能に支持された移動台と、この移動台に取り付けられて部品供給装置により供給された部品を吸着して前記基板搬送装置上に位置決め支持された前記基板上に実装する部品移載装置と、前記移動台に設けられて基板の位置を認識するための基板認識用カメラと、前記基板搬送装置と前記部品供給装置との間となる基台に固定され、部品移載装置に吸着された電子部品を撮像する部品認識用カメラと、該部品認識用カメラ側から電子部品を照明する光源と、を備えた電子部品実装装置において、
前記部品移載装置側の部位に、前記部品認識用カメラの視野を覆うバックスクリーン部材を設け、
前記部品認識用カメラの視野内に落下した電子部品が存在しない状態で、前記バックスクリーン部材を背景として、前記部品認識用カメラにより画像を撮像する基準画像撮像工程と、
前記基準画像撮像工程後に前記部品移載装置が吸着する電子部品を前記部品認識用カメラにより撮像する吸着部品撮像工程と、
前記吸着部品撮像工程後に、前記バックスクリーン部材を背景として、前記部品認識用カメラにより画像を撮像する確認画像撮像工程と、
前記確認画像と前記基準画像とを比較することで、落下した電子部品の除去の要否を判定する除去パーツ検出判定工程と、を備えることを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】
請求項１において、前記除去パーツ検出判定工程の後に、前記部品認識用カメラの視野部分に落下した電子部品を除去する落下パーツ除去工程を備えることを特徴とする電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に電子部品を実装する際に、部品認識カメラの視野に落下した電子部品のうち、除去の必要な電子部品を検出する装置を備えた電子部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品のプリント基板への実装は、部品供給装置により供給された電子部品を吸引する部品吸着装置（吸着ノズル）で吸着し、吸着された電子部品を半田印刷されたプリント基板の上に装着することで行われる。そして、この吸着後装着前において、正しい電子部品が正しい姿勢で吸着されているか（電子部品の良否）を、部品認識カメラに基づき検査した後、この検査にパスした電子部品を実際にプリント基板に装着する。しかし、部品吸着装置は部品供給装置から高速で移動し、かつ部品認識カメラ上にて、撮像条件の関係上、急減速又は停止するため、吸着された電子部品が、慣性力により吸着ノズルから脱落し、部品認識カメラの視野上に落下することがある。このような落下した電子部品により部品認識カメラの視野の一部が覆われて、正常な電子部品を異常と判定する等、検査が十分に機能しなくなるおそれがあった。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載の技術では、実装される電子部品が画像入力部の部品視野に入る前に取り込んだ画像内の所定の複数直線上の輝度情報と、あらかじめ記憶していた電子部品の無い正常な状態の画像内の所定の複数直線上の輝度情報とを比較し、前記各輝度情報の差により、前記部品視野内の異物を検出するものとしている。
【特許文献１】特許第２８０１３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、取り込む画像にコントラスト差が少ないため、明瞭な異物の画像が取り込めず、また、取り込む画像が暗いことにより光学的に明るいレンズを使用して絞りを開いた状態で撮像するため、設定されるカメラの焦点位置とゴミ位置とのずれをカバーできる被写界深度を維持できずに鮮明な異物の画像の取り込みが困難である。そのため、電子部品の検査に異常を来たす異物の除去時期を的確に判断することが困難となる問題があった。また、一般に、部品認識用カメラの視野内に落下した電子部品があっても、前記吸着された電子部品の良否の判断に影響しない範囲のものであれば、都度の除去作業を行わない方が、生産効率・作業効率の点から望ましいと考えられる。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて、部品認識用カメラの視野に落下した異物が、装着される電子部品の良否を判断する検査に支障があるか否かを簡単に判別できる検査装置を備えた電子部品実装装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、基板搬送装置により搬送される基板の搬送方向と該搬送方向に直交する方向の２方向に移動可能に支持された移動台と、この移動台に取り付けられて部品供給装置により供給された部品を吸着して前記基板搬送装置上に位置決め支持された前記基板上に実装する部品移載装置と、前記移動台に設けられて基板の位置を認識するための基板認識用カメラと、前記基板搬送装置と前記部品供給装置との間となる基台に固定され、部品移載装置に吸着された電子部品を撮像する部品認識用カメラと、該部品認識用カメラ側から電子部品を照明する光源と、を備えた電子部品実装装置において、前記部品移載装置側の部位に、前記部品認識用カメラの視野を覆うバックスクリーン部材を設け、前記部品認識用カメラの視野内に落下した電子部品が存在しない状態で、前記バックスクリーン部材を背景として、前記部品認識用カメラにより画像を撮像する基準画像撮像工程と、前記基準画像撮像工程後に前記部品移載装置が吸着する電子部品を前記部品認識用カメラにより撮像する吸着部品撮像工程と、前記吸着部品撮像工程後に、前記バックスクリーン部材を背景として、前記部品認識用カメラにより画像を撮像する確認画像撮像工程と、前記確認画像と前記基準画像とを比較することで、落下した電子部品の除去の要否を判定する除去パーツ検出判定工程と、を備えることである。
【０００９】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記除去パーツ検出判定工程の後に、前記部品認識用カメラの視野部分に落下した電子部品を除去する落下パーツ除去工程を備えることである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によると、部品移載装置側の部位に設けられた同じバックスクリーン部材を背景として、確認画像撮像工程において落下した電子部品が存在する状態の画像を、基準画像撮像工程において予め落下した電子部品がない状態で撮像した画像と比較することで、部品認識用カメラのレンズ上の或いは画面上の明暗を均一化することにより、落下した電子部品の除去の要否を的確に判断することができるので、部品認識用カメラが、部品移載装置に吸着された電子部品の良否を高い精度で認識できる状態を維持することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によると、除去パーツ検出判定工程において落下した電子部品の除去が必要と判断された場合に、落下パーツ除去工程により直ちに除去作業を行うことが可能であり、部品認識用カメラが部品移載装置に吸着された電子部品の良否を高い精度で認識できるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る電子部品実装１の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、電子部品実装装置の全体を示す概念図、図２は部品認識用カメラ４、基板認識用カメラ６の位置関係を示す図である。
【００１５】
電子部品実装装置１には、図１に示すように、基板Ｓを搬送方向（Ｘ方向）に搬送する基板搬送装置３が設けられている。この基板搬送装置３の上側には、Ｘ方向に直交するＹ方向に細長いスライド１０が、Ｘ方向に延びる図略の固定レールにより移動可能に案内支持された図略のテーブルの下面に固定され、スライド１０のＸ方向移動はボールねじを介して図略のＸ方向サーボモータにより制御されている。スライド１０の一側面には基板認識用カメラ６と部品移載装置１８が取り付けられる移動台２０がＹ方向に移動可能に案内支持されて、その移動はボールねじを介して図略のＹ方向サーボモータにより制御されている。スライド１０、移動台２０およびこれに取り付けられる基板認識用カメラ６および部品移載装置１８は、前記基板搬送装置３の上側に設けられている。
【００１６】
基板認識用カメラ６は、図３に示すように、下方に向けて照射されるＬＥＤの光源２４と、下方からの垂直方向の光軸を水平方向の光軸に屈折させる屈折ミラー２６と、屈折ミラー２６により水平方向に入る光軸に沿って取り込む画像をデジタル信号に変換する本体部２８とを有している。本体部２８は四角箱状に形成され、下面にはバックスクリーン部材としての白い矩形状のプレート３０（５０ｍｍ×５０ｍｍ）が貼着されている。この基板認識用カメラ６は、部品移載装置１８に連続し、部品移載装置側の部位を構成する。
【００１７】
部品移載装置１８は、図２に示すように、移動台２０に着脱可能に取り付けられる支持ベース３８と、この支持ベース３８にＸ方向およびＹ方向と直角なＺ方向に昇降可能に案内支持されてボールねじを介して図略のＸ方向サーボモータにより昇降が制御される部品実装ヘッド３２と、この部品実装ヘッド３２から下方に突出して設けられて下端に部品Ｐを吸着保持する円筒状の吸着ノズル（部品採取部）３６と、により構成される。部品実装ヘッド３２には複数本の円筒状のノズルホルダ３４が軸線回りに回転可能に取り付けられている。ノズルホルダ３４には、上下方向に往復運動可能な吸着ノズル３６が取り付けられ、各吸着ノズル３６は図略の圧縮スプリングにより上方へ付勢されている。ノズルホルダ３４は図略のモータによって吸着ノズル３６が所定位置で停止するように間欠的に回転される。基板認識用カメラ６は移動台２０に固定されて故障などの場合を除き交換されることはなく、その光軸はＺ方向と平行である。
【００１８】
電子部品実装装置１の一端側には、並んで設置された複数のフィーダよりなる図略の部品供給装置が設けられている。前記基板搬送装置３と部品供給装置の間となる基台８上には、Ｚ方向と平行な光軸Ｏ１を有する部品認識用カメラ（ＣＣＤカメラ）４が設けられている。この部品認識用カメラ４は、図２及び図３に示すように、支持台４４を介して基台８上に取り付けられ、その上方には上側が開いた底のない椀状の上部壁体（支持部材）４６と垂直の４面で構成される下部壁体４８とが設けられている。上部壁体４６の開いた上面は透明な上部ガラス５０が設けられ、上部ガラス５０の中央には矩形穴５２が貫設されている。この矩形穴５２は、上部ガラス５０の中央位置にごみ等がたまると、電子部品Ｐを認識する部品認識用カメラ４の焦点位置に近いため、直ちに電子部品Ｐの良否（吸着姿勢・部品自体）判定に影響するので、これを防ぐために設けられている。部品認識用カメラ４による吸着ノズルに吸着された電子部品Ｐの良否判断時には、落下した電子部品位置とノズルに吸着された電子部品Ｐのある焦点位置とに大きな差がある方が、落下した電子部品がピントが合うカメラの被写界深度の範囲から外れるので、好ましいと考えられる。一方、落下した電子部品Ｐの除去判断においては、落下した電子部品Ｐも鮮明に写ることが、落下した電子部品Ｐの除去の要否を判断するためには望ましいと考えられる。
【００１９】
上部壁体４６と下部壁体４８は、略水平に保たれた透明のカバーガラス５４で仕切られ、上部壁体４６の全面と下部壁体４８の１面には多数のＬＥＤが内側に布設されている。上部壁体４６のＬＥＤは側射光源５６として、下部壁体４８のＬＥＤは落射光源５８として、夫々部品認識用カメラ４により認識される部品Ｐおよび吸着ノズル３６の下端を下方から照明するようになっている。カバーガラス５４と部品認識用カメラ４の間には、ハーフミラー６０が水平より傾斜させて配設され、このハーフミラー６０により下部壁体３５の落射光源５８からの光を上向きに反射するように構成されている。部品認識用カメラ４で撮像された画像は、除去パーツ検出判定手段としての画像認識装置６２に取り込まれて記憶されるようになっている。
【００２０】
電子部品実装装置１は、基板搬送装置により搬入されて位置決め保持された基板Ｓ上に設けられた基板マーク（図略）の位置を基板認識用カメラ６により検出し、この基板マークの位置に基づいて位置補正を行ってスライド１０および移動台２０をＸ方向およびＹ方向に移動して、部品供給装置（図略）から部品移載装置１８の吸着ノズル３６の先端に吸着保持した電子部品Ｐを基板Ｓ上の指令された座標位置に実装するものである。また吸着ノズル３６の先端に吸着保持した部品Ｐを部品供給装置４２から基板Ｓ上の指令された座標位置に移動する途中に、吸着ノズル３６を部品認識用カメラ４上で一旦停止させ、吸着された部品Ｐの吸着ノズル３６の中心線Ｏ３に対する芯ずれおよび中心線の角度のずれを部品認識用カメラ４により検出している。そしてこの角度のずれの検出結果に基づき吸着ノズル３６を修正した後、芯ずれの検出結果に基づきスライド１０および移動台２０のＸ方向およびＹ方向の移動量を補正して、部品Ｐを基板Ｓ上の基板マークを基準とする指令された座標位置に正確に実装するようになっている。
【００２１】
次に、上記のように構成された落下パーツ検出装置の作動を以下に説明する。まず前処理として正常な状態で部品の写っていない部品認識用カメラ４の視野画像を取り込み画像認識装置６２に記憶させる。撮像の際には、例えば側射光源５６と落射光源５８とを全点灯し、４０ｍ/ｓのシャッタースピードで撮像する。視野画像には、基板認識用カメラ６の腹部下面に貼着した白いプレート３０のみを写しこむ。
【００２２】
次に、部品移載装置１８を部品供給装置（図略）まで移動させて、電子部品Ｐを吸着ノズル３６で吸着し、部品供給装置と基板Ｓの実装位置との間にある検査位置に移動させる。そして、部品認識用カメラ４によって吸着された電子部品Ｐの吸着姿勢や電子部品自体の良否を判断し、必要な場合には修正を加えて基板Ｓに装着する。そして、これを繰り返す。繰り返しの間に幾つかの電子部品Ｐがカバーガラス５４上に落下する。
【００２３】
次に、基板認識用カメラ６を移動させて、基板認識用カメラ６に貼着した白いプレート３０を部品認識用カメラの視野に入れ込んだ状態で撮像する。この場合も側射光源５６と落射光源５８とを全点灯し、４０ｍ/ｓのシャッタースピードで撮像する。すると、例えば図５のような画像が得られ、画像認識装置６２に画像を取り込んで記憶させる。次に、この画像を画像認識装置６２において、図８に示すようなマトリックス状に区分けして、区分けした升目内の各画素のグレー値平均を、その升目のグレー値として表す。グレー値は、例えば、真っ黒を０、真っ白を２５５とし、その間の値を数値化して表現する。この場合、図９のようにグレー値が得られる。また、予め撮像された画像も、図７に示すように、マトリックス状に区分けして、区分けされた升目の一つずつを、図１０で示されるグレー値で表わす。そして、対応する升目毎に、図９のグレー値と図１０のグレー値の差分値を演算する（図１１参照）。準備段階で予め差分値に閾値を設定しておき、この求められたグレー値の差分値と比較する。求められた差分値が閾値を超える場合に、カバーガラス５４上の電子部品Ｐを除去するように判断する。本実施形態では、例えば、１つの升目のグレー値の差分値の絶対値が１００以上にならないように設定した。本実施形態では、最も差が大きいのは４のＤにおいて１９４−２５１＝−５７であり、差分値の絶対値は５７であり１００以上でないことから、電子部品の除去は行わないと判断される。このように、閾値により部品認識用カメラ４による吸着された電子部品Ｐの良否判断に影響しないと判断される範囲の落下物については、除去作業を行わないことにより、作業効率・生産効率を向上させることができる。
【００２４】
次に、別の画像として、図６に示す画像が得られた場合、同様にして図１３に示すようにマトリックス状に区分けし、区分けされた升目の一つずつを、図１４に示すように、グレー値で表わす。また、予め撮像された画像も、図１２に示すように、マトリックス状に区分けして、区分けされた升目の一つずつを、図１５で示されるグレー値で表わす。そして、対応する升目毎に、図１４のグレー値と図１５のグレー値の差分値を求める（図１６参照）。この場合５のＧでー１５３、６のＧでー１１５の差分値が求められ、それらの差分値の絶対値は閾値である１００を超えることとなるので、直ちに落下した電子部品Ｐの除去を行うと判断される。
【００２５】
なお、この閾値は、実装される電子部品の大きさ、形状、リードの有無等を考慮して設定される。また、差分値全体の平均値から求めてもよく、マトリックスの升目の粗さは実装される電子部品に合せて適宜変更することができる。また、必ずしもグレー値等による数値化に限定されず、例えばオペレータによる目視判断でもよい。
【００２６】
上記構成の電子部品実装装置１によると、白いプレート３０を背景として、落下した電子部品Ｐを撮像するので、取り込まれた画像における落下した電子部品Ｐの画像のコントラストが鮮明となる。さらに、白いプレート３０を背景とするので、画像画面が明るく被写界深度を深くすることができ、焦点位置と落下した電子部品の落下位置が離れていても、落下した電子部品Ｐの鮮明な画像を取り込むことができる。また、落下した電子部品Ｐが存在する状態の画像を、予め落下した電子部品がない状態で撮像した画像と比較することにより、部品認識用カメラ４のレンズ上の或いは画面上の明暗を均一化することにより、落下した電子部品Ｐの除去の要否を的確に判断することができる。これらによって、部品認識用カメラ４による電子部品Ｐの良否の判断を常に高い精度で行うことができる。
【００２７】
また、基板認識用カメラ６の腹部下面にプレート３０を設けるので、特別に専用の装置を必要とせずに、基板認識用カメラ６の腹部を部品認識用カメラ４の視野に移動させるだけで、簡単に白い背景を実現させることができる。
【００２８】
次に、本発明に係る電子部品実装装置の第２の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。この電子部品実装装置における部品実装ヘッド３２は、図１７に示すように、吸着ノズル３６の一つに落下パーツ除去手段としての清掃用の吸引ノズル７０が設けられている点において、第１の実施形態と相違する。その他の構成は同様であるので、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００２９】
この実施形態では、落下した電子部品Ｐを部品実装ヘッド３２に設けられたノズルホルダ３４に、吸着ノズル３６の代わりに、下端がカバーガラス５４上面に到達する吸引ノズル７０が設けられている。落下した電子部品Ｐを除去すると判断された場合は、この吸引ノズル７０により吸引してカバーガラス５４上の電子部品Ｐを除去する。このように既存のノズルホルダ３４及び吸着ノズルに連通するバキューム装置を使用して落下した電子部品Ｐを除去することができるので、新たな設備コストを生じることなく簡単かつ確実に落下した電子部品Ｐの除去を行うことができる。そして、このように落下した電子部品Ｐの除去が必要と判断された場合に、直ちに除去作業を行って、部品認識用カメラ４が部品移載装置１８（吸着ノズル３６）に吸着された電子部品Ｐの良否を高い精度で認識できるようにすることができる。
【００３０】
次に、本発明に係る電子部品実装装置の第３の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。この電子部品実装装置における部品認識用カメラ４の上方には、図１８に示すように、上部ガラス８０に矩形穴が設けられていないこと、及び落下パーツ除去手段として、上部ガラス８０上に落下した電子部品Ｐを除去するための圧縮空気吐出口８２を備えている点において、第１の実施形態と相違する。その他の構成は同様であるので、同じ符号を付与して説明を省略する。圧縮空気吐出口８２にはホース８４を介して図略のエアポンプが連通され、ホース８４の途中に設けられた図略の電磁弁の開閉によりエアポンプで圧縮されたエアを圧縮空気吐出口８２から吐出するようになっている。圧縮された空気を勢いよく吐出すことで、上部ガラス８０上の電子部品Ｐを吹き飛ばして除去することができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、落下した電子部品を除去する手段として、吸引ノズルや吐出口を設けることとしたが、これらに限定されず、例えば、電磁磁石により吸着して除去してもよく、粘着部材により接着して除去してもよい。
【００３２】
また、部品移載装置側の部位として、基板認識用カメラの腹部下面としたが、これに限定されず、部品移載装置と共に移動し、バックスクリーン部材を部品認識用カメラに対向して設けることが可能な部位であれば、任意に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の電子部品実装装置の全体を示す概要図。
【図２】部品認識用カメラと基板認識用カメラの位置関係を示す図。
【図３】バックスクリーンと部品認識用カメラの位置関係を示す図。
【図４】部品認識用カメラと光源の配置構造とを示す図。
【図５】カバーガラス上に電子部品が落下した部品認識用カメラの画像を示す図。
【図６】カバーガラス上に電子部品が落下した部品認識用カメラの画像を示す図。
【図７】予め撮像して記憶させた部品認識用カメラの画像をマトリックス画面で示す図。
【図８】カバーガラス上に電子部品が落下した部品認識用カメラの画像をマトリックス画面で示す図。
【図９】予め撮像して記憶させたマトリックス画面をグレー値で示す図。
【図１０】カバーガラス上に電子部品が落下したマトリックス画面をグレー値で示す図。
【図１１】グレー値の差分値を示す図。
【図１２】予め撮像して記憶させた部品認識用カメラの画像をマトリックス画面で示す図。
【図１３】カバーガラス上に電子部品が落下した部品認識用カメラの画像を示す図。
【図１４】予め撮像して記憶させた部品認識用カメラの画像をマトリックス画面で示す図。
【図１５】カバーガラス上に電子部品が落下した部品認識用カメラの画像をマトリックス画面で示す図。
【図１６】グレー値の差分値を示す図。
【図１７】第２の実施形態を示す図。
【図１８】第３の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１…電子部品実装装置、４…部品認識用カメラ、６…基板認識用カメラ、１８…部品移載装置、２０…移動台、３０…バックスクリーン、５４…カバーガラス、５６…光源（側射光源）、５８…光源（落射光源）、６２…除去パーツ検出判定手段（画像認識装置）、７０…落下パーツ除去手段（吸引ノズル）、８２…落下パーツ除去手段（圧縮空気吐出口）、Ｓ…基板、Ｐ…電子部品。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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