JP7680342B2

JP7680342B2 - 部品実装機

Info

Publication number: JP7680342B2
Application number: JP2021204446A
Authority: JP
Inventors: 寛加藤
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2025-05-20
Anticipated expiration: 2041-12-16
Also published as: JP2023089748A

Description

本発明は、電子部品を基板に搭載する部品実装機に関する。

プリント配線板等の基板上に電子部品を搭載するための部品実装機は、電子部品を保持する保持面を有する保持ノズルが装着され、保持面で保持された電子部品を基板に搭載する部品搭載動作を行うヘッドユニットを備えている。ヘッドユニットが部品搭載動作を行う際には、保持ノズルの保持面で保持された電子部品で反射した光に基づいて部品画像が撮像され、その部品画像に基づいて電子部品の画像認識が行われる。

部品画像には、電子部品に対応した部品画像領域だけではなく、保持ノズルの保持面に対応した保持面画像領域が含まれる場合がある。この場合、部品画像を用いて電子部品を的確に画像認識するためには、部品画像において部品画像領域と保持面画像領域との間のコントラストを高くする必要がある。

特許文献１には、光源と撮像装置との間の光路上に、第一偏光フィルタ及び第二偏光フィルタを互いに直列に配置する技術が開示されている。この技術では、第一偏光フィルタ及び第二偏光フィルタは、光軸回りに回転可能である。

特開２００３－４６２９７号公報

特許文献１に開示される技術では、第一偏光フィルタを透過した偏光を電子部品に照射するとともに、偏光の照射に応じて電子部品で反射して第二偏光フィルタを透過した偏光を撮像装置で受光する。この技術は、電子部品の電極が光を鏡面反射する特性を有し、電子部品の背景を形成する背景形成板が光を拡散反射する特性を有することに着目した技術である。すなわち、第一偏光フィルタを透過した偏光の照射に応じて電子部品で鏡面反射した偏光は第二偏光フィルタを透過する一方、背景形成板で拡散反射した非偏光の光は第二偏光フィルタの透過が規制される。このように、電子部品と背景形成板との光の反射特性の違いを利用して、撮像装置の受光に基づく画像における部品画像領域のコントラストを高める。

しかしながら、電子部品の種類によっては、光の反射特性が鏡面反射の特性を示さず、拡散反射の特性を示す場合がある。この場合、電子部品で拡散反射した非偏光の光は、背景形成板と同様に第二偏光フィルタの透過が規制されるので、撮像装置により撮像された画像における部品画像領域のコントラストを高めることができない虞がある。すなわち、特許文献１に開示される技術では、部品画像領域とその周囲の領域との間のコントラストが高い状態の画像を取得できない場合がある。したがって、特許文献１に開示される技術では、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を的確に画像認識することができない場合がある。

本発明の目的は、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を的確に画像認識することが可能な部品実装機を提供することである。

本発明の一の局面に係る部品実装機は、電子部品を保持する保持面を有する保持ノズルが装着され、前記保持面で保持された前記電子部品を基板に搭載する部品搭載動作を行うヘッドユニットと、前記保持面で保持された前記電子部品に光を照射する光照射部と、前記光照射部により照射された光の入射に応じて前記電子部品で反射した光に基づいて、部品画像を取得する画像取得部と、を備える。前記光照射部は、非偏光の光を出射する光出射部と、前記保持面が光の入射に応じて特定方向の偏光である保持面反射偏光を反射する特性を有するか否かに基づいて前記光出射部の光が出射される側の位置に着脱自在に配置され、前記光出射部から出射された光について特定方向の偏光である特定照射偏光の透過を許容する照射偏光部と、を含む。前記光照射部は、前記保持面が前記保持面反射偏光を反射する特性を有することに伴って前記照射偏光部の配置が省略された場合には、前記光出射部から出射された非偏光の光を前記電子部品に向けて照射する一方、前記照射偏光部が配置された場合には、前記特定照射偏光を前記電子部品に向けて照射する。前記画像取得部は、特定方向の偏光の透過を規制又は許容する撮像偏光部と、前記撮像偏光部を透過した光を受光することにより前記部品画像を生成する撮像部と、を含む。前記撮像偏光部は、前記照射偏光部が配置されるか否かに応じて、透過を規制又は許容する偏光の偏光方向が切り替えられる。

この部品実装機によれば、保持ノズルの保持面で保持された電子部品に対して光照射部から光を照射し、電子部品で反射した光に基づいて画像取得部が部品画像を取得する。光照射部は、非偏光の光を出射する光出射部と、保持面が特定方向の偏光である保持面反射偏光を反射する特性を有するか否かに基づいて光出射部の光が出射される側の位置に着脱自在に配置される照射偏光部と、を含む。画像取得部は、撮像偏光部と、撮像偏光部を透過した光を受光することにより部品画像を生成する撮像部と、を含む。

光照射部においては、保持面が保持面反射偏光を反射する特性を有する場合には、照射偏光部の配置が省略される。この場合、光照射部は、光出射部から出射された非偏光の光を、保持ノズルの保持面で保持された電子部品に向けて照射する。一方、照射偏光部が配置された場合、光照射部は、照射偏光部を透過した特定方向の偏光である特定照射偏光を電子部品に向けて照射する。このように、保持ノズルの保持面が保持面反射偏光を反射する特性を有するか否かに応じて照射偏光部が配置されるか否かが決められ、それに伴って、電子部品に照射される光が非偏光の光と特定照射偏光との間で切り替わる。

電子部品としては、鏡面反射の反射特性を有する部品と、拡散反射の反射特性を有する部品とが存在する。例えば、保持面に当接する側とは反対の下面に対して金属からなる電極が露出するような電子部品は鏡面反射の反射特性を有し、電極が露出していないような電子部品は拡散反射の反射特性を有する。照射偏光部の配置が省略された光照射部から照射された非偏光の光が電子部品に入射したときには、鏡面反射及び拡散反射のいずれの反射特性を有する電子部品であっても、電子部品からの反射光は非偏光の光となる。一方、照射偏光部が配置された光照射部から照射された特定照射偏光が電子部品に入射したときには、鏡面反射の反射特性を有する部品の場合の反射光は特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光となり、拡散反射の反射特性を有する部品の場合の反射光は非偏光の光となる。このように、照射偏光部が配置されるか否かに応じて光照射部から照射される光の偏光特性が変化することに伴って、電子部品からの反射光の偏光特性が変化する。

電子部品で反射した光に基づく部品画像を取得する画像取得部では、撮像偏光部は、照射偏光部が配置されるか否かに応じて、透過を規制又は許容する偏光の偏光方向が切り替えられる。そして、撮像部は、撮像偏光部を透過した光を受光することにより部品画像を生成する。これにより、部品画像は、電子部品に対応した部品画像領域と保持面に対応した保持面画像領域との間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部により取得された部品画像に基づいて、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を的確に画像認識することが可能となる。

上記の部品実装機において、前記撮像偏光部は、前記照射偏光部の配置が省略された場合、前記光照射部による非偏光の光の照射に応じて前記保持面で反射した前記保持面反射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を規制するとともに、前記電子部品で反射した非偏光の光の透過を許容する。

この態様では、照射偏光部の配置が省略された場合、撮像偏光部は、光照射部による非偏光の光の照射に応じて保持面で反射した保持面反射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を規制するとともに、電子部品で反射した非偏光の光の透過を許容する。この場合、撮像部は、撮像偏光部を透過した光であって、電子部品で反射した非偏光の光を受光することにより部品画像を生成する。保持面で反射した保持面反射偏光は撮像偏光部の透過が規制され、電子部品で反射した非偏光の光は撮像偏光部を透過するので、部品画像は、部品画像領域が明領域となるとともに保持面画像領域が暗領域となって、各領域間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部により取得された部品画像に基づいて、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を的確に画像認識することが可能となる。

上記の部品実装機において、前記撮像偏光部は、前記照射偏光部が配置された場合であって、前記保持面が拡散反射する反射特性を有し、前記電子部品が鏡面反射する反射特性を有する場合、前記光照射部による前記特定照射偏光の照射に応じて前記保持面で拡散反射した非偏光の光の透過を規制するとともに、前記電子部品で鏡面反射した前記特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を許容する。

この態様では、照射偏光部が配置された場合であって、保持面が拡散反射する反射特性を有し、電子部品が鏡面反射する反射特性を有する場合、撮像偏光部は、光照射部による特定照射偏光の照射に応じて保持面で拡散反射した非偏光の光の透過を規制するとともに、電子部品で鏡面反射した特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を許容する。この場合、撮像部は、撮像偏光部を透過した光であって、電子部品で鏡面反射した偏光を受光することにより部品画像を生成する。保持面で拡散反射した非偏光の光は撮像偏光部の透過が規制され、電子部品で鏡面反射した偏光は撮像偏光部を透過するので、部品画像は、部品画像領域が明領域となるとともに保持面画像領域が暗領域となって、各領域間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部により取得された部品画像に基づいて、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を的確に画像認識することが可能となる。

上記の部品実装機において、前記撮像偏光部は、前記照射偏光部が配置された場合であって、前記保持面が鏡面反射する反射特性を有し、前記電子部品が拡散反射する反射特性を有する場合、前記光照射部による前記特定照射偏光の照射に応じて前記保持面で鏡面反射した前記特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を許容するとともに、前記電子部品で拡散反射した非偏光の光の透過を規制する。

この態様では、照射偏光部が配置された場合であって、保持面が鏡面反射する反射特性を有し、電子部品が拡散反射する反射特性を有する場合、撮像偏光部は、光照射部による特定照射偏光の照射に応じて保持面で鏡面反射した特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を許容するとともに、電子部品で拡散反射した非偏光の光の透過を規制する。この場合、撮像部は、撮像偏光部を透過した光であって、保持面で鏡面反射した偏光を受光することにより部品画像を生成する。保持面で鏡面反射した偏光は撮像偏光部を透過し、電子部品で拡散反射した非偏光の光は撮像偏光部の透過が規制されるので、部品画像は、部品画像領域が暗領域となるとともに保持面画像領域が明領域となって、各領域間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部により取得された部品画像に基づいて、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を的確に画像認識することが可能となる。

上記の部品実装機において、前記画像取得部は、前記撮像部を構成する撮像素子と、前記撮像偏光部を構成する偏光フィルタとが光軸上に並んで配置されたカメラである。

この態様では、画像取得部は、撮像部を構成する撮像素子と、撮像偏光部を構成する偏光フィルタとが光軸上に並んで配置されたカメラによって実現することができる。

上記の部品実装機において、前記画像取得部は、前記撮像部を構成する撮像素子の各画素に、前記撮像偏光部を構成する偏光子が積層された偏光子積層撮像素子が搭載された偏光カメラである。

この態様では、画像取得部を偏光カメラによって構成することにより、保持ノズルの保持面で保持された電子部品に対する１回の撮像で、偏光方向が異なる複数の偏光画像を取得することができる。画像取得部は、複数の偏光画像の中から、部品画像領域と保持面画像領域との間のコントラストが最も高くなる画像を、部品画像として取得することができる。

上記の部品実装機は、前記画像取得部により取得された前記部品画像に基づいて、前記保持面で保持された前記電子部品を画像認識する画像認識部と、前記画像認識部による認識結果に基づいて、前記ヘッドユニットの前記部品搭載動作を制御するヘッド制御部と、を更に備える。

この態様では、画像認識部は、画像取得部により取得された部品画像に基づいて、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を画像認識する。ヘッド制御部は、画像認識部による認識結果に基づいて、ヘッドユニットの部品搭載動作を制御する。画像認識部による認識結果に基づき制御されるヘッドユニットの部品搭載動作によって、基板に対する電子部品の搭載精度の向上が図られる。

以上説明したように、本発明によれば、保持ノズルの保持面で保持された電子部品を的確に画像認識することが可能な部品実装機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る部品実装機のブロック図である。部品実装機における実装機本体の構成を示す平面図である。部品実装機に備えられる保持ノズルの保持面が特定方向の偏光を反射する特性を有する場合における、光照射部及び画像取得部を概略的に示す図である。保持ノズルの保持面が拡散反射する反射特性を有し、電子部品が鏡面反射する反射特性を有する場合における、光照射部及び画像取得部を概略的に示す図である。保持ノズルの保持面が鏡面反射する反射特性を有し、電子部品が拡散反射する反射特性を有する場合における、光照射部及び画像取得部を概略的に示す図である。画像取得部の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る部品実装機について、図面に基づいて説明する。なお、以下では、方向関係については水平面上において互いに直交するＸＹ直交座標を用いて説明する。

図１及び図２に示される部品実装機１は、基板ＰＰに電子部品を搭載（実装）して電子回路基板を生産する装置である。電子部品は、形状の違いなどに応じて分類される複数種類の部品を有する。電子部品としては、部品本体の一方端及び他方端にそれぞれ電極が設けられたチップ部品、ＳＯＰ（ＳｍａｌｌＯｕｔｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）、ＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）、ＰＬＣＣ（ＰｌａｓｔｉｃＬｅａｄｅｄＣｈｉｐＣａｒｒｉｅｒ）、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）などの複数種類の部品が挙げられる。ＳＯＰは、部品本体におけるＸ軸方向の一端及び他端に複数の電極が配列された部品である。ＱＦＰ及びＰＬＣＣは、部品本体におけるＸ軸方向の一端及び他端に複数の電極が配列されるとともに、部品本体におけるＹ軸方向の一端及び他端に複数の電極が配列された部品である。ＢＧＡは、部品本体の下面に複数のボール状の電極が設けられた部品である。なお、電子部品としては、部品本体の下面に対して電極が露出していない部品も存在する。

部品実装機１は、実装機本体２と、制御装置３と、画像認識装置４と、記憶装置５とを備える。

実装機本体２は、電子回路基板の生産時において、基板ＰＰに電子部品を搭載する部品搭載動作等を行う構造部分を構成する。実装機本体２による電子部品の搭載前において基板ＰＰには、半田ペーストのパターンが印刷されている。つまり、実装機本体２は、半田ペーストのパターンが印刷された基板ＰＰに電子部品を搭載する。実装機本体２は、本体フレーム２１と、基板搬送部２２と、部品供給装置２３と、ヘッドユニット２５と、基板支持装置２８とを備える。

本体フレーム２１は、実装機本体２を構成する各部が配置される構造体であり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向と直交する方向（鉛直方向）から見た平面視で略矩形状に形成されている。基板搬送部２２は、コンベアによって構成され、Ｘ軸方向に延びるように本体フレーム２１に配置される。基板搬送部２２は、基板ＰＰをＸ軸方向に搬送する。基板搬送部２２により搬送される基板ＰＰは、所定の作業位置（基板ＰＰ上に部品が搭載される部品搭載位置）に、基板支持装置２８によって位置決めされるようになっている。基板支持装置２８は、基板ＰＰを下方側から支持することによって、当該基板ＰＰを部品搭載位置に位置決めする。

部品供給装置２３は、本体フレーム２１におけるＹ軸方向の両端部のそれぞれの領域部分に配置される。部品供給装置２３は、電子部品を供給可能に構成されていれば、その部品供給方式は特に限定されるものではない。部品供給装置２３としては、例えば、テープを担体（キャリア）として電子部品を供給する方式のテープフィーダー、電子部品が載置されたトレイを含むパレットを移動させることにより電子部品を供給する方式のトレイフィーダー、筒状のスティックに収納された電子部品を当該スティックから押し出しながら供給する方式のスティックフィーダーなどを採用することができる。

ヘッドユニット２５は、移動フレーム２７に保持されている。本体フレーム２１上には、Ｙ軸方向に延びる固定レール２６１と、Ｙ軸サーボモータ２６３により回転駆動されるボールねじ軸２６２とが配設されている。移動フレーム２７は固定レール２６１上に配置され、この移動フレーム２７に設けられたナット部分２７１がボールねじ軸２６２に螺合している。また、移動フレーム２７には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材２７２と、Ｘ軸サーボモータ２７４により駆動されるボールねじ軸２７３とが配設されている。このガイド部材２７２にヘッドユニット２５が移動可能に保持され、このヘッドユニット２５に設けられたナット部分がボールねじ軸２７３に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ２６３の作動により移動フレーム２７がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ２７４の作動によりヘッドユニット２５が移動フレーム２７に対してＸ軸方向に移動するようになっている。すなわち、ヘッドユニット２５は、移動フレーム２７の移動に伴ってＹ軸方向に移動可能であり、且つ、移動フレーム２７に沿ってＸ軸方向に移動可能である。ヘッドユニット２５は、部品供給装置２３と基板支持装置２８に支持された基板ＰＰとの間を移動可能である。

図３～図６に示されるように、ヘッドユニット２５は、複数の保持ノズル２５１を備えている。各保持ノズル２５１は、例えば、部品供給装置２３により供給された電子部品Ｐの吸着保持が可能なノズルである。この場合、各保持ノズル２５１は、電動切替弁を介して負圧発生装置、正圧発生装置及び大気の何れかに連通可能とされている。つまり、各保持ノズル２５１に負圧が供給されることで当該保持ノズル２５１による電子部品Ｐの吸着保持が可能となり、その後、正圧が供給されることで当該電子部品Ｐの吸着保持が解除される。

各保持ノズル２５１は、ヘッドユニット２５のフレームに対してＸ軸方向及びＹ軸方向の両方向と直交する鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能であるとともに、Ｚ軸方向に延びるノズル軸回りの回転が可能である。各保持ノズル２５１は、部品供給装置２３により供給された電子部品Ｐの保持が可能な保持可能位置と、保持可能位置に対して上方側の退避位置との間で、Ｚ軸方向に沿って昇降可能である。つまり、部品供給装置２３により供給された電子部品Ｐを保持するときには、各保持ノズル２５１は、退避位置から保持可能位置へ向かって下降し、当該保持可能位置において電子部品Ｐを保持する。一方、電子部品Ｐの保持後の各保持ノズル２５１は、保持可能位置から退避位置へ向かって上昇する。更に、各保持ノズル２５１は、保持した電子部品Ｐを基板ＰＰ上の予め定められた目標搭載位置に搭載することが可能な搭載可能位置と、前記退避位置との間で、Ｚ軸方向に沿って昇降可能である。

各保持ノズル２５１は、電子部品Ｐを保持する保持面２５１１を有し、ヘッドユニット２５に対して着脱自在に装着される。保持ノズル２５１は、保持面２５１１の反射特性に応じて複数種類のノズルを有する。第１の種類の保持ノズル２５１は、保持面２５１１が、非偏光の光Ｌ１の入射に応じて特定方向の偏光である保持面反射偏光Ｌ２（図３）を反射する特性を有している。このような特性を有する保持面２５１１は、例えば、炭素繊維からなる炭素繊維強化プラスチックや炭素繊維強化炭素複合材料などによって構成される。この場合、保持面２５１１は、炭素繊維が延びる方向などによって保持面反射偏光Ｌ２の偏光方向が規定される。第２の種類の保持ノズル２５１は、保持面２５１１が保持面反射偏光Ｌ２を反射する特性を有しておらず、保持面２５１１が入射光を拡散反射する反射特性を有している。このような拡散反射の反射特性を有する保持面２５１１は、例えば、セラミックスや多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ；ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）などの非金属によって構成される。第３の種類の保持ノズル２５１は、保持面２５１１が保持面反射偏光Ｌ２を反射する特性を有しておらず、保持面２５１１が入射光を鏡面反射する反射特性を有している。このような鏡面反射の反射特性を有する保持面２５１１は、例えば、金属によって構成される。

ヘッドユニット２５は、各保持ノズル２５１により保持された電子部品Ｐを基板ＰＰに搭載する部品搭載動作を、基板ＰＰに設定された複数の目標搭載位置の各々に対応して行う。

また、図２に示されるように、ヘッドユニット２５には、第１撮像カメラ２５２と第２撮像カメラ２５３とが設けられている。第１撮像カメラ２５２及び第２撮像カメラ２５３は、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ－ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子を備えたカメラである。

第１撮像カメラ２５２は、基板搬送部２２によって部品搭載位置に搬送された基板ＰＰの上面に付されているマークＭを画像認識するために、当該マークＭを上方側から撮像して画像を取得する。第１撮像カメラ２５２により撮像された画像に基づいて基板ＰＰ上のマークＭを画像認識することによって、基板ＰＰの原点座標に対する位置ずれ量が検知される。

第２撮像カメラ２５３は、部品供給装置２３における電子部品Ｐの供給位置を斜め上方から撮像する。第２撮像カメラ２５３の撮像によって取得された画像は、部品供給装置２３により部品供給位置に供給された電子部品Ｐの姿勢を認識する際に参照される。

記憶装置５は、制御装置３によって参照される管理データＤ１を記憶する管理データ記憶部５１と、画像認識装置４によって参照される部品データＤ２を蓄積して記憶する蓄積記憶部５２と、を含む。

管理データ記憶部５１に記憶される管理データＤ１は、制御装置３による部品搭載処理等の制御に必要な各種情報によって構成されるデータである。管理データＤ１を構成する情報としては、例えば、部品情報、部品供給情報、ノズル情報、ヘッド情報、目標保持位置情報、目標搭載位置情報、などが挙げられる。部品情報は、電子部品Ｐの種類を特定するための情報である。部品供給情報は、部品供給装置２３を特定するための情報である。ノズル情報は、保持ノズル２５１の種類を特定するための情報である。ヘッド情報は、ヘッドユニット２５を特定するための情報である。目標保持位置情報は、保持ノズル２５１が電子部品Ｐを保持するときの目標保持位置を示す情報である。目標搭載位置情報は、基板ＰＰに設定された電子部品Ｐの目標搭載位置を示す情報である。

図１を参照しながら、蓄積記憶部５２に蓄積記憶される部品データＤ２について説明する。部品データＤ２は、電子部品Ｐの特徴に関するデータによって構成される。電子部品Ｐの特徴に関するデータとしては、電子部品Ｐの外形寸法、電子部品Ｐにおける電極Ｐ２（図３）のサイズ、電極Ｐ２の形状、部品本体Ｐ１（図３）に対して複数の電極Ｐ２が所定の配列方向に配列されている電子部品Ｐの場合には電極Ｐ２間のピッチ、などの各データが挙げられる。蓄積記憶部５２は、電子部品Ｐの種類ごとに部品データＤ２を蓄積して記憶する。なお、蓄積記憶部５２は、部品実装機１に備えられる記憶装置５に含まれることに限定されない。例えば、蓄積記憶部５２は、部品実装機１とは別個独立のサーバ装置に組み込まれていてもよい。

制御装置３は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等から構成されている。制御装置３は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、実装機本体２の各構成要素の動作を制御する。制御装置３は、管理データ記憶部５１に記憶された管理データＤ１に従って各構成要素の動作を制御する。図１に示されるように、制御装置３は、主たる機能構成として、基板搬送制御部３１と、部品供給制御部３２と、ヘッド制御部３３とを含む。

基板搬送制御部３１は、基板搬送部２２による基板ＰＰの搬送動作を制御する。部品供給制御部３２は、管理データＤ１の部品情報及び部品供給情報に従って、部品供給装置２３による電子部品Ｐの供給動作を制御する。ヘッド制御部３３は、管理データＤ１の部品情報、ノズル情報、ヘッド情報、目標保持位置情報及び目標搭載位置情報に従って、ヘッドユニット２５を制御することにより保持ノズル２５１を制御する。これにより、ヘッド制御部３３は、基板ＰＰに設定された複数の目標搭載位置の各々に対応して、保持ノズル２５１による電子部品Ｐを保持する保持動作を実行させるとともに、ヘッドユニット２５を移動させて部品搭載動作を実行させる。

画像認識装置４は、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐを画像認識するための装置である。この画像認識装置４について、図１及び図２に加えて図３～図６を参照しながら説明する。

画像認識装置４による画像認識の対象となる電子部品Ｐは、部品本体Ｐ１と電極Ｐ２とを有している。電子部品Ｐにおいては、金属からなる電極Ｐ２が入射光を鏡面反射する反射特性を有し、セラミックスや樹脂などの非金属からなる部品本体Ｐ１が入射光を拡散反射する反射特性を有している。また、部品本体Ｐ１の下面に対して電極Ｐ２が露出していない電子部品Ｐは、入射光を拡散反射する反射特性を有している。以下では、鏡面反射の反射特性を有する電極Ｐ２が設けられた電子部品Ｐを鏡面反射の反射特性を有する部品として取り扱い、電極Ｐが露出していない電子部品Ｐを拡散反射の反射特性を有する部品として取り扱う。

また、既述の通り、保持ノズル２５１は、保持面２５１１の反射特性に応じて複数種類のノズルを有する。第１の種類の保持ノズル２５１において保持面２５１１は、非偏光の光Ｌ１の入射に応じて特定方向の偏光である保持面反射偏光Ｌ２を反射する特性を有する。第２の種類の保持ノズル２５１において保持面２５１１は、入射光を拡散反射する反射特性を有する。第３の種類の保持ノズル２５１において保持面２５１１は、入射光を鏡面反射する反射特性を有する。

画像認識装置４は、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐが基板ＰＰに搭載される前において、保持面２５１１で保持された電子部品Ｐを画像認識する。画像認識装置４は、光照射部４１と、画像取得部４２と、画像認識部４３とを備える。光照射部４１及び画像取得部４２は、本体フレーム２１上に配置される（図２参照）。一方、画像認識部４３は、上記の制御装置３とは別個独立のマイクロコンピュータにより構成されていてもよいし、制御装置３に一体に組み込まれていてもよい。

光照射部４１は、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐに斜め下方から光を照射する。画像取得部４２は、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐの下方側に配置された状態で、光照射部４１から照射された光の入射に応じて電子部品Ｐで反射した光に基づいて、部品画像Ｇ１を取得する。部品画像Ｇ１は、電子部品Ｐに対応した部品画像領域ＡＲ１と、保持面２５１１に対応した背景となる保持面画像領域ＡＲ２とを含む。部品画像領域ＡＲ１は、電極Ｐ２に対応した電極画像領域ＡＲ１１と、部品本体Ｐ１に対応した部品本体画像領域ＡＲ１２とを含む。

光照射部４１は、非偏光の光Ｌ１を出射する光出射部４１１と、保持面２５１１が特定方向の偏光である保持面反射偏光Ｌ２を反射する特性を有するか否かに基づいて光出射部４１１の光が出射される側の位置に着脱自在に配置される照射偏光部４１２と、を含む。画像取得部４２は、特定方向の偏光の透過を規制又は許容する撮像偏光部４２２と、撮像偏光部４２２を透過した光を受光することにより部品画像Ｇ１を生成する撮像部４２１と、を含む。本実施形態では、画像取得部４２は、撮像部４２１を構成する撮像素子と、偏光部４２２を構成する偏光フィルタとが光軸上に並んで配置されたカメラである。

光照射部４１においては、保持面２５１１が保持面反射偏光Ｌ２を反射する特性を有する場合には、照射偏光部４１２の配置が省略される。この場合、光照射部４１は、光出射部４１１から出射された非偏光の光Ｌ１を、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐに向けて照射する。一方、照射偏光部４１２が配置された場合、光照射部４１は、照射偏光部４１２を透過した特定方向の偏光である特定照射偏光Ｌ１１を電子部品Ｐに向けて照射する。このように、保持ノズル２５１の保持面２５１１が保持面反射偏光Ｌ２を反射する特性を有するか否かに応じて照射偏光部４１２が配置されるか否かが決められ、それに伴って、電子部品Ｐに照射される光が非偏光の光Ｌ１と特定照射偏光Ｌ１１との間で切り替わる。

電子部品Ｐとしては、鏡面反射の反射特性を有する部品と、拡散反射の反射特性を有する部品とが存在する。照射偏光部４１２の配置が省略された光照射部４１から照射された非偏光の光Ｌ１が電子部品Ｐに入射したときには、鏡面反射及び拡散反射のいずれの反射特性を有する電子部品Ｐであっても、電子部品Ｐからの反射光は非偏光の光Ｌ３となる。一方、照射偏光部４１２が配置された光照射部４１から照射された特定照射偏光Ｌ１１が電子部品Ｐに入射したときには、鏡面反射の反射特性を有する部品の場合の反射光は特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光Ｌ３１となり、拡散反射の反射特性を有する部品の場合の反射光は非偏光の光Ｌ３２となる。このように、照射偏光部４１２が配置されるか否かに応じて光照射部４１から照射される光の偏光特性が変化することに伴って、電子部品Ｐからの反射光の偏光特性が変化する。

電子部品Ｐで反射した光に基づく部品画像Ｇ１を取得する画像取得部４２では、撮像偏光部４２２は、照射偏光部４１２が配置されるか否かに応じて、透過を規制又は許容する偏光の偏光方向が切り替えられる。そして、撮像部４２１は、撮像偏光部４２２を透過した光を受光することにより部品画像Ｇ１を生成する。これにより、部品画像Ｇ１は、電子部品Ｐに対応した部品画像領域ＡＲ１と保持面２５１１に対応した保持面画像領域ＡＲ２との間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部４２により取得された部品画像Ｇ１に基づいて、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐを的確に画像認識することが可能となる。

画像認識部４３は、画像取得部４２により取得された部品画像Ｇ１と、蓄積記憶部５２に記憶された部品データＤ２とに基づいて、保持ノズル２５１により保持された電子部品Ｐを画像認識する。具体的には、画像認識部４３は、部品データＤ２を参照しながら部品画像Ｇ１に基づいて、保持ノズル２５１に対する電子部品Ｐの保持状態として、保持ノズル２５１に対する電子部品Ｐの位置を認識するとともに、保持ノズル２５１に保持された電子部品Ｐの姿勢を認識する。

画像認識部４３による認識結果は、ヘッド制御部３３に入力される。ヘッド制御部３３は、画像認識部４３による認識結果に基づいて、ヘッドユニット２５による部品搭載動作を制御する。画像認識部４３による認識結果に基づき制御されるヘッドユニット２５の部品搭載動作によって、基板ＰＰに対する電子部品Ｐの搭載精度の向上が図られる。

図３に示されるように、保持面２５１１が保持面反射偏光Ｌ２を反射する特性を有することに伴って光照射部４１において照射偏光部４１２の配置が省略された場合、撮像偏光部４２２は、光照射部４１による非偏光の光Ｌ１の照射に応じて保持面２５１１で反射した保持面反射偏光Ｌ２と同一の偏光方向の偏光の透過を規制するとともに、電子部品Ｐで反射した非偏光の光Ｌ３の透過を許容する。この場合、撮像部４２１は、撮像偏光部４２２を透過した光Ｌ４であって、電子部品Ｐで反射した非偏光の光Ｌ３を受光することにより部品画像Ｇ１を生成する。保持面２５１１で反射した保持面反射偏光Ｌ２は撮像偏光部４２２の透過が規制され、電子部品Ｐで反射した非偏光の光Ｌ３は撮像偏光部４２２を透過するので、部品画像Ｇ１は、部品画像領域ＡＲ１が明領域となるとともに保持面画像領域ＡＲ２が暗領域となって、各領域間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部４２により取得された部品画像Ｇ１に基づいて、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐを的確に画像認識することが可能となる。

図４に示されるように、光照射部４１において照射偏光部４１２が配置された場合であって、保持面２５１１が拡散反射する反射特性を有し、電子部品Ｐが鏡面反射する反射特性を有する場合、撮像偏光部４２２は、光照射部４１による特定照射偏光Ｌ１１の照射に応じて保持面２５１１で拡散反射した非偏光の光Ｌ２１の透過を規制するとともに、電子部品Ｐで鏡面反射した特定照射偏光Ｌ１１と同一の偏光方向の偏光Ｌ３１の透過を許容する。この場合、撮像部４２１は、撮像偏光部４２２を透過した光Ｌ４であって、電子部品Ｐで鏡面反射した偏光Ｌ３１を受光することにより部品画像Ｇ１を生成する。保持面２５１１で拡散反射した非偏光の光Ｌ２１は撮像偏光部４２２の透過が規制され、電子部品Ｐで鏡面反射した偏光Ｌ３１は撮像偏光部４２２を透過するので、部品画像Ｇ１は、部品画像領域ＡＲ１が明領域となるとともに保持面画像領域ＡＲ２が暗領域となって、各領域間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部４２により取得された部品画像Ｇ１に基づいて、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐを的確に画像認識することが可能となる。

図５に示されるように、光照射部４１において照射偏光部４１２が配置された場合であって、保持面２５１１が鏡面反射する反射特性を有し、電子部品Ｐが拡散反射する反射特性を有する場合、撮像偏光部４２２は、光照射部４１による特定照射偏光Ｌ１１の照射に応じて保持面２５１１で鏡面反射した特定照射偏光Ｌ１１と同一の偏光方向の偏光Ｌ２２の透過を許容するとともに、電子部品Ｐで拡散反射した非偏光の光Ｌ３２の透過を規制する。この場合、撮像部４２１は、撮像偏光部４２２を透過した光Ｌ５であって、保持面２５１１で鏡面反射した偏光Ｌ２２を受光することにより部品画像Ｇ１を生成する。保持面２５１１で鏡面反射した偏光Ｌ２２は撮像偏光部４２２を透過し、電子部品Ｐで拡散反射した非偏光の光Ｌ３２は撮像偏光部４２２の透過が規制されるので、部品画像Ｇ１は、部品画像領域ＡＲ１が暗領域となるとともに保持面画像領域ＡＲ２が明領域となって、各領域間のコントラストが高められた画像となる。このため、画像取得部４２により取得された部品画像Ｇ１に基づいて、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐを的確に画像認識することが可能となる。

以上、本発明の実施形態に係る画像認識装置４が適用された部品実装機１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採用することができる。

上記の実施形態では、画像認識装置４の画像取得部４２は、撮像部４２１を構成する撮像素子と、撮像偏光部４２２を構成する偏光フィルタとが、所定の間隔を隔てて光軸上に並んで配置されたカメラによって構成されることについて説明したが、このような構成に限定されない。

変形実施形態では、画像取得部４２は、図６に示される構造を有するカメラであってもよい。図６に示される例では、画像取得部４２は、撮像部４２１を構成するＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子の各画素に、撮像偏光部４２２を構成する偏光方向の異なる偏光子が積層された偏光子積層撮像素子４２Ａが搭載された偏光カメラによって構成される。偏光子積層撮像素子４２Ａを構成する各画素には、それぞれ特定方向に偏光した光だけを透過させる撮像偏光部４２２として機能する偏光子が設けられている。撮像偏光部４２２を構成する偏光子の下に偏光子を透過した光を受光する撮像部４２１を構成する撮像素子が設けられている。

偏光子積層撮像素子４２Ａを構成する各画素に設定される偏光子は、複数画素（例えば４画素）を一単位として、これら複数画素（４画素）が、それぞれ異なる偏光方向の光のみを透過させる構成となっている。４画素を一単位とする偏光子が積層された偏光子積層撮像素子４２Ａの場合、その偏光子積層撮像素子４２Ａの４つの画素ａ，ｂ，ｃ，ｄの偏光方向は、例えば、以下のように設定される。すなわち、画素ａの偏光方向は水平方向の０度の方向であり、この場合、画素ａは０度の方向の偏光のみを受光する。画素ｂの偏光方向は右上斜め方向の４５度の方向であり、この場合、画素ｂは４５度の方向の偏光のみを受光する。画素ｃの偏光方向は垂直方向の９０度の方向であり、この場合、画素ｃは９０度の方向の偏光のみを受光する。画素ｄの偏光方向は右下斜め方向の１３５度の方向であり、この場合、画素ｄは１３５度の方向の偏光のみを受光する。

なお、上述の説明において、水平方向、右上斜め方向、右下斜め方向、垂直方向とは、画像取得部４２を構成する偏光カメラに対する方向であり、偏光カメラの光軸に垂直な方向を水平方向、偏光カメラの光軸に平行な方向を垂直方向とする。従って、偏光カメラの傾きに応じて各画素の偏光方向は変化する。

４画素を一単位とする偏光子が積層された偏光子積層撮像素子４２Ａを備えた偏光カメラによって構成される画像取得部４２は、光照射部４１から照射された光Ｌ１の入射に応じて電子部品Ｐで反射した光Ｌ３に基づいて、偏光方向が０度、４５度、９０度、及び１３５度の各方向の偏光画像を取得する。画像取得部４２を偏光カメラによって構成することにより、保持ノズル２５１の保持面２５１１で保持された電子部品Ｐに対する下方側からの１回の撮像で、偏光方向が異なる４枚の偏光画像を取得することができる。画像取得部４２は、４枚の偏光画像の中から、部品画像領域ＡＲ１と保持面画像領域ＡＲ２との間のコントラストが最も高くなる画像を部品画像Ｇ１として取得することができる。

１部品実装機
２実装機本体
２５ヘッドユニット
３制御装置
３３ヘッド制御部
４画像認識装置
４１光照射部
４２画像取得部
４３撮像制御部
４４画像認識部

Claims

電子部品を保持する保持面を有する保持ノズルが装着され、前記保持面で保持された前記電子部品を基板に搭載する部品搭載動作を行うヘッドユニットと、
前記保持面で保持された前記電子部品に光を照射する光照射部と、
前記光照射部により照射された光の入射に応じて前記電子部品で反射した光に基づいて、部品画像を取得する画像取得部と、を備え、
前記光照射部は、
非偏光の光を出射する光出射部と、
前記保持面が光の入射に応じて特定方向の偏光である保持面反射偏光を反射する特性を有するか否かに基づいて前記光出射部の光が出射される側の位置に着脱自在に配置され、前記光出射部から出射された光について特定方向の偏光である特定照射偏光の透過を許容する照射偏光部と、を含み、
前記保持面が前記保持面反射偏光を反射する特性を有することに伴って前記照射偏光部の配置が省略された場合には、前記光出射部から出射された非偏光の光を前記電子部品に向けて照射する一方、前記照射偏光部が配置された場合には、前記特定照射偏光を前記電子部品に向けて照射し、
前記画像取得部は、
特定方向の偏光の透過を規制又は許容する撮像偏光部と、
前記撮像偏光部を透過した光を受光することにより前記部品画像を生成する撮像部と、を含み、
前記撮像偏光部は、前記照射偏光部が配置されるか否かに応じて、透過を規制又は許容する偏光の偏光方向が切り替えられる、部品実装機。
前記撮像偏光部は、前記照射偏光部の配置が省略された場合、前記光照射部による非偏光の光の照射に応じて前記保持面で反射した前記保持面反射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を規制するとともに、前記電子部品で反射した非偏光の光の透過を許容する、請求項１に記載の部品実装機。
前記撮像偏光部は、前記照射偏光部が配置された場合であって、前記保持面が拡散反射する反射特性を有し、前記電子部品が鏡面反射する反射特性を有する場合、前記光照射部による前記特定照射偏光の照射に応じて前記保持面で拡散反射した非偏光の光の透過を規制するとともに、前記電子部品で鏡面反射した前記特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を許容する、請求項１又は２に記載の部品実装機。
前記撮像偏光部は、前記照射偏光部が配置された場合であって、前記保持面が鏡面反射する反射特性を有し、前記電子部品が拡散反射する反射特性を有する場合、前記光照射部による前記特定照射偏光の照射に応じて前記保持面で鏡面反射した前記特定照射偏光と同一の偏光方向の偏光の透過を許容するとともに、前記電子部品で拡散反射した非偏光の光の透過を規制する、請求項１～３のいずれか１項に記載の部品実装機。
前記画像取得部は、前記撮像部を構成する撮像素子と、前記撮像偏光部を構成する偏光フィルタとが光軸上に並んで配置されたカメラである、請求項１～４のいずれか１項に記載の部品実装機。
前記画像取得部は、前記撮像部を構成する撮像素子の各画素に、前記撮像偏光部を構成する偏光子が積層された偏光子積層撮像素子が搭載された偏光カメラである、請求項１～４のいずれか１項に記載の部品実装機。
前記画像取得部により取得された前記部品画像に基づいて、前記保持面で保持された前記電子部品を画像認識する画像認識部と、
前記画像認識部による認識結果に基づいて、前記ヘッドユニットの前記部品搭載動作を制御するヘッド制御部と、を更に備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の部品実装機。