JP4598511B2

JP4598511B2 - 電子部品装着装置

Info

Publication number: JP4598511B2
Application number: JP2004372773A
Authority: JP
Inventors: 国宗駒池
Original assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006179749A

Description

本発明は、部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出し、光源からの光を中空円筒形状の照明部に間隔を存して配設された複数の光ファイバー束に取り込んで前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品に照射し、部品認識カメラでこの電子部品を撮像する電子部品装着装置に関する。

この種の電子部品装着装置は、吸着ノズルに吸着保持された電子部品を撮像カメラで撮像して位置を認識し、その位置ズレを補正した状態でプリント基板上に装着するものである（特許文献１参照）。
特開平１１−２８９１９９号公報

しかし、吸着ノズルに吸着保持された電子部品をムラ無く照射するには開口角が大きい（広い）光ファイバー束を使用すると、高価なものとなる。このため、開口角が小さい（狭い）光ファイバー束を使用すると、光の照射範囲が小さく、電子部品の大きさも限定されたものしか、電子部品の撮像及び認識ができないという問題がある。

そこで本発明は、安価で且つ光の照射範囲も広くした電子部品の位置認識ができるようにすることを目的とする。

このため第１の発明は、部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出し、中空円筒形状の照明部の内側面に設けられ前記照明部の中心軸の周囲に間隔を存して配設された複数の光ファイバー束から前記中心軸に位置した前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品に光を照射し、前記光ファイバー束により光が照射された電子部品を部品認識カメラで撮像する電子部品装着装置において、前記各光ファイバー束をその光線の照射範囲の開口角内に前記照明部の中心軸を含むように、且つその光線の主軸が前記照明部の中心軸を避けるように配設したことを特徴とする。

また第２の本発明は、第１の発明において、隣り合う前記光ファイバー束を交差するように配設したことを特徴とする。

本発明は、安価で且つ光の照射範囲も広くした電子部品の位置認識ができるため、大きな電子部品にまで適用できる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。図１は電子部品装着装置１の平面図で、該装置１の基台２上には種々の電子部品を夫々その部品取出部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向する供給ユニット３群の間には供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。前記供給コンベア４は上流側装置より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に搬送し、この位置決め部５で位置決め機構（図示せず）により位置決めされた該基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送され、下流側装置に搬送される。

８はＸ方向に長い一対のビームであり、Ｙ軸駆動モータ９の駆動によりネジ軸１０を回転させ、左右一対のガイド１１に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出部（部品吸着位置）上方を個別にＹ方向に移動する。

各ビーム８にはその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸駆動モータ１５によりガイドに沿って移動するヘッド取付体１２が設けられ、該取付体１２には単数又は複数本の吸着ノズル１３を有する装着ヘッド７が設けられる共に基板認識カメラ１４が設けられる。そして、前記装着ヘッド７には前記吸着ノズル１３を上下動させるための上下軸駆動モータ１６が搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸駆動モータ１７が搭載されている。したが.って、装着ヘッド７の吸着ノズル１３はＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、鉛直軸回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

前記基板認識カメラ１４は、前記装着ヘッド７に対応してそれぞれ設けられ、位置決め機構により位置決めされた前記プリント基板Ｐがどれだけ位置ずれしているかを位置認識するために該基板Ｐに付された位置決めマークを撮像する。図２に示す１８は部品認識カメラで、電子部品Ｄが吸着ノズル１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識するために電子部品Ｄを撮像する。尚、前記位置決めマークは、プリント基板Ｐ全体の位置ずれを把握するためのものでもよく、またエリア（ブロック）単位の位置ずれを把握するためのものでもよく、更に個々の電子部品装着のための位置ずれを把握するためのものでもよい。

前記吸着ノズル１３は拡散板１９を有し、前記装着ヘッド７に着脱可能に設けられる。前記部品認識カメラ１８の上方位置にはレンズ２０及びハーフミラー２１が配設され、更にこのハーフミラー２１の上方位置には中空円筒形状の照明部２２が配設される（図２参照）。

そして、照明点灯回路２３により点灯制御される単一の光源であるストロボ２４からの光を各光ファイバー２５を介して前記照明部２２に導びく構成である。ここで、光源からの光量が少ないと点灯時間が長く必要であって露光時間が長くなるので、部品認識カメラ１８で撮像した画像がぶれることとなるが、ストロボ２４を使用すると光量が多いので、フライ認識をする場合に好適である。即ち、装着ヘッド７が移動しながら吸着ノズル１３に吸着保持された電子部品を部品認識カメラ１８が撮像して認識処理する、所謂フライ認識に好適である。

そして、前記光ファイバー２５は、複数本毎に束ねられて中空円筒形状の照明部２２の内側面最上部の照射部２２Ａに所定間隔を存して配設されるのが反射照明Ａ用の光ファイバー束２５Ａで、次の照射部２２Ｂに同様に配設されるのが透過照明用の光ファイバー束２５Ｂで、次の照射部２２Ｃに同様に配設されるのが反射照明Ｂ用の光ファイバー束２５Ｃであり、またこの照明部２２に近接して照射部２２Ｄに反射照明Ｃ用の光ファイバー束２５Ｄが配設され、それぞれ所定角度に照射するように配設される。また、前記各光ファイバー束２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄは途中で途切れており、その各分離位置に電磁ソレノイド２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄにより開閉するシャッター２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄが設けられている。

そして、図３に示すように、反射照明Ａ用の光ファイバー束２５Ａを例として説明すると、内径が直径約７８ミリメートルの中空円筒形状の照明部２２には、隣り合う光ファイバー束２５Ａが交差するように約６．２ミリメートル離間して配設された一対のものを約６．１ミリメートル毎に配設し、合計２０対４０個の光ファイバー束２５Ａを配設する。この光ファイバー束２５Ａは、図４に示すように、光線の照射範囲の開口角は６０度であって、上方から見て各光ファイバー束２５Ａをその光線の照射範囲の開口角内に前記照明部２２の中心Ｃ（図２に１点鎖線にて示した照明部２２の中心軸）を含むように、且つその光線の主軸Ｓが前記照明部の中心Ｃを避けるように配設し、しかも隣り合う一対の光ファイバー束２５Ａを交差するように、即ち主軸Ｓが交わらないように配設することにより一対の光ファイバー束２５Ａの光線の照射範囲の開口角は９０度となり、均一の光の照射空間は約直径６２ミリメートルの円Ｅ内となる。

なお、前記吸着ノズル１３は先端部（下端部）の細径（小径）の先端ノズル部１３Ａと、上部の太径（大径）の上ノズル部１３Ｂと、前記先端ノズル部１３Ａと上ノズル部１３Ｂとを結ぶ下方へ向かって細径となる円錐台形状の中間ノズル部１３Ｃとから構成されている。そして、反射照明Ａを行って吸着ノズル１３を部品認識カメラ１８で撮像して当該吸着ノズル１３の取付位置を認識するために、中間ノズル部１３Ｃの画像が白くなって他の部分と明らかに識別できるよう、この中間ノズル部１３Ｃを黒く着色する。

次に、図５は本電子部品装着装置１の制御ブロック図である。３０は本装着装置の装着に係る動作を統括制御する制御部としてのＣＰＵ、３１は電子部品の装着順序毎にプリント基板Ｐ内でのＸ方向、Ｙ方向及び角度位置情報や各部品供給ユニットの配置番号情報等から成る装着データ、電子部品毎の電子部品のサイズや部品認識における照明方式（透過照明、反射照明Ａ、反射照明Ｂ、反射照明Ｃ）等から成るパーツライブラリデータ等を格納するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、３２はプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）である。

そして、ＣＰＵ３０は前記ＲＡＭ３１に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ３２に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、ＣＰＵ３０は、駆動回路３３を介して前記Ｘ軸駆動モータ１５、前記Ｙ軸駆動モータ９、前記上下軸駆動モータ１６及び前記θ軸駆動モータ１７の駆動を制御する。

３４はインターフェース３５を介して前記ＣＰＵ３０に接続される認識処理部で、前記基板認識カメラ１４及び部品認識カメラ１８により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理部３４にて行われ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ３０は、前記基板認識カメラ１４及び部品認識カメラ１８により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理部３４に出力すると共に、認識処理結果を認識処理部３４から受取るものである。

即ち、前記認識処理部３４の認識処理により電子部品Ｄの位置ずれ量が把握されると、その結果がＣＰＵ３０に送られ、ＣＰＵ３０はプリント基板Ｐの位置ずれ量に当該電子部品Ｄの位置ずれ量を加味して、前記ビーム８をＹ軸駆動モータ９の駆動によりＹ方向に、装着ヘッド７をＸ軸駆動モータ１５の駆動によりＸ方向に移動させることにより、またθ軸駆動モータ１７によりθ回転させ、Ｘ，Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなされるものである。

４２は操作部で、数字をキーインするテンキー４３、カーソルキー４４、モードの設定等をするＳＥＴキー４５、電子部品装着装置を教示モードにするための教示キー４６、同装置を自動運転モードにするための自動キー４７、同装置を手動運転モードにするための手動キー４８、始動キー４９、作動キー５０及び停止キー５１とを備えている。

以上の構成により、作業者は自動キー４７を押圧して部品装着装置を自動運転モードとし、始動キー４９を押圧することにより部品装着装置の自動運転を行なうことができる。即ち、プリント基板Ｐが上流装置より供給コンベア４を介して位置決め部５に搬送され、図示しない位置決め機構により位置決め固定され、Ｙ軸駆動モータ９及びＸ軸駆動モータ１５が駆動して装着ヘッド７が移動することによりプリント基板Ｐに付された位置決めマークの上方位置に基板認識カメラ１４が移動して、前記プリント基板Ｐがどれだけ位置ずれしているかを位置認識するために位置決めマークを撮像する。そして、認識処理部３４により撮像された画像は認識処理され、認識処理結果はＲＡＭ３１に格納される。

次いで、ＲＡＭ３１に格納されたプリント基板の装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及び各部品供給ユニット３の配置番号等が指定された装着データに従い、装着ヘッド７が移動して電子部品の部品種に対応した吸着ノズルが装着すべき電子部品を所定の部品供給ユニット３から吸着して取出す。

詳述すると、装着ヘッド７の吸着ノズル１３は装着ステップ番号０００１の装着すべき電子部品を収納する部品供給ユニット３上方に位置するよう移動するが、Ｙ方向は駆動回路３３によりＹ軸駆動モータ９が駆動して一対のガイド１１に沿ってビーム８が移動し、Ｘ方向は駆動回路３３によりＸ軸駆動モータ１５が駆動して装着ヘッド７が移動し、既に所定の部品供給ユニット３は駆動されて部品吸着位置にて部品が取出し可能状態にあるため、上下軸駆動モータ１６が駆動回路３３により駆動して前記ノズル１３が下降して電子部品を吸着して取出し、次に装着ヘッド７は上昇する。

そして、吸着ノズル１３は位置決め部５にて位置決めされたプリント基板Ｐ上の所定位置に電子部品を装着するように移動するが、この装着ヘッド７の移動途中において、装着ヘッド７が移動しながら部品認識カメラ１８の上方位置を通過する際に吸着ノズル１３に吸着保持された電子部品が部品認識カメラ１８により撮像される（フライ認識）。この撮像は、吸着ノズル１３が中心Ｃの位置に達したときに行なわれる。

そして、電子部品Ｄが当該吸着ノズル１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき認識処理部３４により認識処理され、この電子部品の認識処理結果及び前述したプリント基板の認識処理結果に基づいて補正され、ＣＰＵ３０によりＹ軸駆動モータ９、Ｘ軸駆動モータ１５及びθ軸駆動モータ１７が制御され、プリント基板Ｐの所定位置に装着されることとなる。以下装着ステップ番号０００２以降の電子部品に対しても、同様に補正して装着するものである。

ここで、ＲＡＭ３１に格納された当該電子部品の照明方式についてのパーツライブラリデータに従い、部品種に応じて透過照明、反射照明Ａ、反射照明Ｂ、反射照明Ｃが決定されるが、下面（裏面）に複数の半球状のバンプ（端子）の一部が突出した電子部品であるＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）等の認識処理に使用する反射照明Ａについて説明する。

部品認識カメラ１８の上方を前記装着ヘッド７が移動するが、このとき反射照明Ａ用の光ファイバー２５Ａの途中の分離位置にあるシャッター２７Ａを電磁ソレノイド２６Ａの励磁により開けた状態にして、照明点灯回路２３を介してストロボ２４を点灯させ、部品認識カメラ１８が吸着ノズル１３に吸着保持されたＢＧＡ等の電子部品Ｄを撮像する。即ち、このストロボ２４からの光を複数の光ファイバー束２５Ａを介して照射部２２Ａから照射し、当該電子部品Ｄの底面に当てることにより生成する前記吸着ノズル１３に吸着された電子部品Ｄのハーフミラー２１及びレンズ２０を介する反射像を部品認識カメラ１８が撮像する。

この場合、中空円筒形状の照明部２２に隣り合う光ファイバー束２５Ａが交差するように所定間隔を存して配設された一対のものを合計２０対４０個の光ファイバー束２５Ａを配設し、各光ファイバー束２５Ａをその光線の照射範囲の開口角内に照明部２２の中心Ｃを含むように、且つその光線の主軸Ｓが前記照明部の中心Ｃを避けるように配設することにより均一の光の照射空間が円Ｅ内と大きくなる。従って、大きな電子部品Ｄでも光をムラ無く照射できることとなる。

この撮像された画像は図６に示されるが、長方形部分が当該電子部品Ｄの外形で、白色の円部分がバンプである。詳述すると、前記バンプには配線が接続されているが、この配線が部品認識カメラ１８に映らないように、直下方からではなく側方（実際は斜め下方）から光が電子部品Ｄの下面に照射され、また前記各バンプの中央部（バンプよりも小円）は暗い画像となりその周囲は明るい画像（白色）となり、正確に任意の該バンプの位置を認識することができ、該電子部品Ｄの位置が認識される。

そして、この認識処理部３４の認識処理により電子部品Ｄの位置ずれ量が把握されると、その結果がＣＰＵ３０に送られ、ＣＰＵ３０はプリント基板Ｐの位置ずれ量に当該電子部品Ｄの位置ずれ量を加味して、ビーム８をＹ軸駆動モータ９の駆動によりＹ方向に、装着ヘッド７をＸ軸駆動モータ１５の駆動によりＸ方向に移動させることにより、またθ軸駆動モータ１７によりθ回転させ、Ｘ，Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなされるものである。

尚，本実施形態では、照明部２２に隣り合う反射照明Ａ用の光ファイバー束２５Ａが交差するように所定間隔を存して配設し、各光ファイバー束２５Ａをその光線の照射範囲の開口角内に照明部２２の中心Ｃを含むように、且つその光線の主軸Ｓが前記照明部の中心Ｃを避けるように配設したが、透過照明用の光ファイバー束２５Ｂや反射照明Ｂ用の光ファイバー束２５Ｃについても、光ファイバー束２５Ａと同様に配設してもよい。

以上本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の代替例、修正又は変形を包含するものである。

電子部品装着装置の平面図である。各種照明を示す概念図である。各光ファイバー束２５Ａの配設状態を説明するための平面図である。各光ファイバー束２５Ａの光線の照射範囲の開口角の説明図である。本電子部品装着装置の制御ブロック図である。反射照明Ａにおいて撮像した画像を示す図である。

符号の説明

３部品供給ユニット
７装着ヘッド
１３吸着ノズル
１８部品認識カメラ
２２照明部
２４ストロボ（光源）
２５光ファイバー
２５Ａ光ファイバー束

Claims

部品供給ユニットにより供給された電子部品を吸着ノズルにより吸着して取出し、中空円筒形状の照明部の内側面に設けられ前記照明部の中心軸の周囲に間隔を存して配設された複数の光ファイバー束から前記中心軸に位置した前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品に光を照射し、前記光ファイバー束により光が照射された電子部品を部品認識カメラで撮像する電子部品装着装置において、前記各光ファイバー束をその光線の照射範囲の開口角内に前記照明部の中心軸を含むように、且つその光線の主軸が前記照明部の中心軸を避けるように配設したことを特徴とする電子部品装着装置。
隣り合う前記光ファイバー束を交差するように配設したことを特徴とする請求項１に記載の電子部品装着装置。