JP4386425B2 - 表面実装機 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣ等の電子部品を実装用ヘッドにより吸着保持し、プリント基板等の基板上に搬送して実装する表面実装機において、特に、実装用ヘッドによる部品の吸着状態を画像認識することにより吸着位置誤差がある場合にはその補正を行ってから部品を実装するように構成された表面実装機に関するものである。

従来から、実装用ヘッドを備えた移動可能なヘッドユニットにより部品供給からＩＣ等の電子部品を負圧吸着し、プリント基板上の所定位置に搬送して実装するように構成された表面実装機が一般に知られている。

この種の表面実装機では、実装用ヘッドによる部品の吸着ミスや吸着位置ずれ（誤差）に伴う実装不良を防止するために、事前（実装前）に吸着部品を画像認識してその吸着状態を調べることが行われており、従来は、部品吸着後、基台上に固定されたカメラ上にヘッドユニットを移動させてから吸着部品を撮像することが行われていた。しかしながら、このような構成では、部品吸着後、ヘッドユニットを必ず基台上の特定位置に一旦移動させる必要があるため部品の吸着位置によってはヘッドユニットの移動距離が長くなってしまいタクトタイムを短縮する上で不利となる。

そのため近年では、部品供給部と実装作業位置との間にフィーダー配列方向に亘って長尺のミラー（反射鏡）を配置しておき、部品実装時には、ヘッドユニットを部品供給部から実装作業位置へ直線的に移動させるとともに、ヘッドユニットがミラー上を通過するときに該ミラーに映る吸着部品をヘッドユニットに搭載されたカメラで撮像するようにした表面実装機が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平６−２１６５６８号公報

特許文献１に開示される表面実装機は、上記のようにヘッドユニットを部品供給部から実装作業位置へ直線的に移動させることができるためタクトタイムを短縮する上で優れているが、以下の点で改善の余地が残されている。

すなわち、ミラーを介して吸着部品を撮像する場合にはミラーのもつ歪みに起因して画像歪みが生じ得るため、予めミラー各部の画像歪みの傾向をデータとして取得しておき、部品実装時にはミラーに対する吸着部品の移動経路と上記データとに基づいて画像の歪み補正を行うことが必要となる。ところが、特許文献１のものではミラーが長尺であるため歪みが生じ易く、また、実装用ヘッドの通過位置によって歪みが異なるが、その全てを予め精査するにも限界があり歪み補正を精度良く行うことが難しい。また、ミラーが長尺であるため雰囲気温度の変化に伴うミラーの歪みも無視できない場合があり得る。従って、吸着部品の画像認識を精度よく行う上で未だ改善の余地が残されている。

また、吸着部品を鮮明に撮像するためにミラー近傍に照明装置を設けるが、この場合には、複数の発光体をミラー全体に亘って配置した上で、吸着部品の移動経路に応じて発光体を発行させる場所やその光度（照度）を制御する必要があるため照明の制御負担も大きいという問題もある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、タクトタイムを短縮する一方で、吸着部品の画像認識精度を向上させること、より好ましくは照明装置の制御負担を軽減することを目的としている。

上記課題を解決するために発明は、部品供給部が配置された基台の上方にヘッドユニットが移動可能に設けられ、このヘッドユニットに搭載される実装用ヘッドにより前記部品供給部から部品を吸着して前記基台上の実装作業位置に配置された基板上に搬送して実装するとともに、この実装に先立ち吸着部品を撮像手段により撮像して該部品の吸着状態を画像認識してから実装するように構成された表面実装機において、前記基台上の前記部品供給部と前記実装作業位置との間であって、かつ前記ヘッドユニットの移動に伴い前記実装用ヘッドが通過する領域内に配置され、前記ヘッドユニットが上方を通過することにより前記実装用ヘッドによる吸着部品像又は前記実装用ヘッド先端の像を反射させる光学部材と、この光学部材を前記領域内で移動させる移動装置と、前記部品供給部において前記実装用ヘッドにより部品を吸着した後、当該部品吸着位置から前記実装作業位置の基板上に部品を搬送して実装すべく前記ヘッドユニットを駆動制御するとともに、この部品搬送に先立ち、前記光学部材を前記実装用ヘッドによる部品搬送経路下方に配置すべく前記移動装置を駆動制御し、かつ部品実装後は、前記実装作業位置から前記部品供給部の次の部品吸着位置に前記実装用ヘッドを移動させるべく前記ヘッドユニットを駆動制御するとともに、この移動に先立ち、前記光学部材を前記実装用ヘッドの移動経路下方に配置すべく前記移動装置を駆動制御する制御手段と、前記ヘッドユニットが前記光学部材の上方を通過する際に該光学部材で反射する前記吸着部品像又は前記実装用ヘッド先端の像を撮像可能に設けられる前記撮像手段と、部品実装後、前記ヘッドユニットが前記光学部材の上方を通過する際に前記撮像手段により撮像される像に基づいて実装作業の良否判定を行う判定手段とを備えており、前記ヘッドユニットは、直線状に並ぶ複数の前記実装用ヘッドを備え、前記光学部材は、全ての前記実装用ヘッドに吸着された前記吸着部品像を同時に反射させ得るように前記実装用ヘッドの配列方向に細長に設けられ、前記撮像手段は、前記光学部材で反射する前記吸着部品像を順次撮像できるように前記実装用ヘッドに対してその配列方向に相対的に移動可能に設けられ、前記移動装置は、前記光学部材を移動可能に保持する保持部材を有しかつこの保持部材に前記撮像手段による撮像用の照明を提供する照明装置を備えるものであり、前記照明装置は、前記光学部材の全周に亘って配設されかつほぼ真上に向かって前記撮像用の照明光を照射する複数の発光体を備えているものである。

この表面実装機では、部品吸着後、部品供給部から実装作業位置の基板上に部品が搬送されるのに先立ち、移動装置の作動により光学部材が前記実装用ヘッド（吸着部品）の部品搬送経路下方に配置される。これにより部品の実装時には、実装用ヘッドに吸着保持された部品が光学部材の上方を通過することとなり、撮像手段によって光学部材に映った当該吸着部品の撮像が行われることとなる。また、部品実装後は、基板から部品供給部にヘッドユニットがリセットされるのに先立ち、移動装置の作動により光学部材が前記実装用ヘッドの移動経路下方に配置される。これによりヘッドユニットが光学部材の上方を通過することとなり、光学部材で反射した前記実装用ヘッドの先端像が撮像手段によって撮像され、その画像認識に基づいて実装作業の良否判定が行われることとなる。例えば、実装用ヘッドに依然部品が残っている場合には実装不良が発生したと判定される。

吸着部品等の撮像時には、実装用ヘッドに対してその並び方向に撮像手段が相対的に移動することにより、光学部材で反射した各実装用ヘッドの吸着部品像が順次撮像される。

なお、本発明において「光学部材」とは、ミラー、ハーフミラー、プリズム等、吸着部品像を反射させる（映す）ことができる部材を意味するものである。

本発明に係る表面実装機によれば、光学部材を移動可能に設け、この光学部材を実装作業時毎に実装用ヘッドに吸着された部品の搬送経路下方に移動させて吸着部品像を撮像するように構成されているので、光学部材自体を従来に比べて小型化することができる。そのため、光学部材自体に歪みが生じ難くなり、また、雰囲気温度の上昇による歪みの発生も低減することから、光学部材自体の歪みに起因する画像への影響を効果的に低減させることができる。その上、画像歪みを補正するためのデータの収集負担も軽減される。従って、トータル的にみると光学部材の歪みに起因する画像への影響を大幅に低減させることが可能となり、例えば部品吸着位置から基板上の実装位置へより短距離で部品を搬送することによってタクトタイムを効果的に短縮する一方で、吸着部品の画像認識精度を向上させることができる。しかも、実装作業の良否判定を行うことができるので、表面実装機の機能性を高めることもできる。

また、ヘッドユニットに複数の実装用ヘッドを搭載しながらも、各実装用ヘッドの吸着部品像を大きく、かつ鮮明に撮像することが可能となるので、部品の吸着状態を正確に認識することができる。

また、光学部材を保持する保持部材に一体に照明装置を搭載しているので、被写体（吸着部品）に近接した位置から照明を提供しながらも、照明装置の発光体の数を減らすことができるので、照明装置を安価に製作することができるとともに照明装置の制御負担を軽減することができる。

本発明の最良の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本発明に係る表面実装機（以下、実装機と略す）を概略的に示している。同図に示すように、実装機の基台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（PCB；Printed Circuit Board）がこのコンベア２上を搬送されて所定の実装作業位置（同図に示すプリント基板の位置）で停止されるようになっている。

上記コンベア２の両側には部品供給部４が配置されている。これらの部品供給部４には、例えば多数列のテープフィーダー４ａが設けられている。各テープフィーダー４ａは、各々ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されており、後述するヘッドユニット６により部品が取出されるに伴い間欠的に部品を繰り出すように構成されている。

上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット６が装備されている。このヘッドユニット６は、部品供給部４とプリント基板３が位置する実装作業位置とにわたって移動可能とされ、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）及び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。

すなわち、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６が移動可能に保持され、このヘッドユニット６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６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。

なお、Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５には、それぞれエンコーダ９ａ，１５ａが設けられており、これにより上記ヘッドユニット６の移動位置が検出されるようになっている。

上記ヘッドユニット６には、軸状に構成された複数の実装用ヘッド１６が設けられており、当実施形態では、６本の実装用ヘッド１６がＸ軸方向に等間隔で一列に並べられた状態で搭載されている。

これらの実装用ヘッド１６は、それぞれヘッドユニット６のフレームに対してＺ軸方向の移動及びＲ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされ、サーボモータを駆動源とする昇降駆動手段および回転駆動手段により駆動されるようになっている。また、各実装用ヘッド１６には、その先端（下端）に吸着ノズル１６ａが装着されており、図外の負圧供給手段から吸着ノズル先端に負圧が供給されることにより、この負圧による吸引力で部品を吸着するようになっている。

ヘッドユニット６には、さらに実装用ヘッド１６（吸着ノズル１６ａ）の先端、および吸着ノズル１６ａに吸着保持された部品を画像認識するためのカメラ１８が搭載されている。カメラ１８は、ＣＣＤエリアセンサを備えたカメラからなり、各実装用ヘッド１６にそれぞれ対応して設けられている。各カメラ１８は、ヘッドユニット６のフレームに対して斜め下向きに、具体的には後述する光学ユニット２０，２１上をヘッドユニット６が通過する際に、同ユニット２０，２１に設けられるミラー２６に映る吸着部品像を撮像し得る角度で前記フレームに斜め下向きに固定されている。

前記基台１上には、さらにヘッドユニット６が部品供給部４と実装作業位置との間を移動する際に、実装用ヘッド１６の先端（吸着ノズル１６ａの先端）、又は実装用ヘッド１６により部品が吸着されている場合には該吸着部品の真下像（下面像）を映し出す（反射させる）ための一対の光学ユニット２０，２１が設けられている。

光学ユニット２０，２１は、それぞれコンベア２とその両側の部品供給部４との間のスペースに設けられており、吸着部品像等を反射させるミラー２６（光学部材）と照明装置２７とを一体にＸ軸方向に移動させるように構成されている。すなわち、図１および図３に示すように、前記基台１上であってコンベア２と部品供給部４との間のスペースには、Ｘ軸方向に延びる互いに平行な一対の固定レール２２とサーボモータ２３により回転駆動されるＸ軸方向のボールねじ軸２４とが設けられ、前記固定レール２２に可動テーブル２５（保持部材）が移動可能に装着されるとともにこの可動テーブル２５に対して前記ボールねじ軸２４が螺合挿着されている。そして、前記ミラー２６および照明装置が前記可動テーブル２５に一体に搭載され、前記サーボモータ２３の作動により前記ミラー２６等が可動テーブル２５と一体に固定レール２２に沿ってＸ軸方向に移動するように構成されている。なお、この実施形態では、前記固定レール２２、サーボモータ２３、ボールねじ軸２４等によりミラー２６（光学部材）を移動させる移動装置が構成されている。

光学ユニット２０，２１のサーボモータ２３には、それぞれエンコーダ２３ａが設けられており、これにより可動テーブル２５の移動位置が検出されるようになっている。

前記ミラー２６は、Ｘ軸方向に細長の矩形のミラーからなり、反射面を上向きにした状態で、かつ装置前側から後側（図１では下側から上側）に向ってやや先下がりの傾斜姿勢で前記可動テーブル２５に搭載（保持）されている。なお、ミラー２６のＸ軸方向のサイズは、ヘッドユニット６の全実装用ヘッド１６に吸着された部品、具体的には実装部品のうち最大サイズの部品が吸着された場合にその部品の真下像（下面像）が同時に映る（反射する）ように両端の実装用ヘッド１６の間隔よりも適度に長く設定されている。また、同Ｙ軸方向のサイズは、上記の最大サイズの部品が余裕をもって映るように長さ設定されている。

照明装置２７は、詳しく図示していないが、ミラー２６の全周に亘って配設される複数のＬＥＤ２７ａを有している。これらＬＥＤ２７ａは略真上に指向する状態で前記可動テーブル２５に固定されており、ヘッドユニット６が可動テーブル２５の上方を通過する際に、実装用ヘッド１６に対してその下側から照明光を照射するように構成されている。

図４は、上記実装機の制御系を概略ブロック図で示している。

当実施形態の実装機は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成されるコントローラ３０を有している。このコントローラ３０は、その機能構成として主制御部３２、軸制御部３４、光学ユニット駆動制御部３５、照明制御部３６、カメラ制御部３８および画像処理部４０を含んでいる。

主制御部３２は、実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従ってヘッドユニット６等を作動させるべく軸制御部３４を介してサーボモータ９，１５等の駆動を制御するとともに、各カメラ１８により撮像される部品画像に基づいて実装用ヘッド１６（吸着ノズル１６ａ）による部品吸着の有無判別や部品の吸着ずれ量（吸着位置誤差）の演算を行うものである。

また、実装作業時には、後に詳述するが、実装用ヘッド１６よる吸着部品又は実装用ヘッド１６（吸着ノズル１６ａ）の先端をカメラ１８により撮像すべく、図外の実装データ記憶部に記憶されている基板情報、すなわちプリント基板３の種類とこれに実装する部品の種類および実装位置等に関する情報に基づき、部品供給部４とプリント基板３との間をヘッドユニット６（実装用ヘッド１６）が移動するときの経路を演算するとともに、その移動経路下方に前記ミラー２６を配置すべく可動テーブル２５の座標位置を演算する。

軸制御部３４は、エンコーダ９ａ，１５ａからの信号によってヘッドユニット６の現在位置（Ｘ，Ｙ）を検知しながら、Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５を駆動制御してヘッドユニット６を所定の位置に移動させる。なお、図示を省略しているが、軸制御部３４は、実装用ヘッド１６の昇降駆動手段および回転駆動手段のサーボモータについても同様に駆動制御を行う。

光学ユニット駆動制御部３５は、光学ユニット２０，２１の前記可動テーブル２５の動作を制御するもので、エンコーダ２３ａからの信号によって可動テーブル２５の現在位置（Ｘ座標）を検知しながら、サーボモータ２３を駆動制御することにより可動テーブル２５を所定の位置に移動させるものである。

照明制御部３６およびカメラ制御部３８は、光学ユニット２０，２１の照明装置２７および各カメラ１８の駆動を制御するものである。特に、照明制御部３６は、後に詳述するように、吸着部品を撮像する際には、後記撮像グループ毎にそのグループに属する実装用ヘッド１６に対応する一定エリア内のＬＥＤ２７ａを点灯させ、また実装用ヘッド１６先端を撮像する場合には、全てのＬＥＤ２７ａを点灯させるべく主制御部３２からの制御信号に基づいて照明装置２７を発光制御する。

画像処理部４０は、カメラ１８から出力される画像信号に所定の処理を施すことにより部品認識に適した画像データを生成して主制御部３２に出力するものである。

この画像処理部４０は、歪み成分測定部４１、歪み成分記憶部４２及び歪み補正部４３を含んでいる。歪み成分測定部４１はミラー２６の画像歪み成分を測定するもので、歪み成分記憶部４２はその測定結果をミラー２６の例えば部分領域別に記憶する。そして、歪み補正部４３は、実装用ヘッド１６による吸着部品の認識時、あるいは実装用ヘッド１６先端の認識時に歪み成分記憶部４２に記憶された歪み成分とミラー２６に対する実装用ヘッド１６等の移動経路とに基づいて画像補正を行う。たとえば歪み成分の正負を逆転した歪みを吸着部品等の撮像画像に付与することにより、その歪みを除去するように構成されている。

なお、ミラー２６による画像歪み成分の測定は、例えば次のようにして行われる。すなわち、格子状に分割され、かつ色分けされたブロック模様（市松模様）が描かれたテスト用被写体をヘッドユニット６の任意の実装用ヘッド１６に吸着保持させ、このテスト用被写体をカメラ１８により撮像させる。具体的には、図３に示すように、ヘッドユニット６を光学ユニット２０（２１）の可動テーブル２５の上方に配置して照明装置２７を作動させる。このようにするとＬＥＤ２７ａから照射された光が実装用ヘッド１６に吸着されたテスト用被写体の下面で反射し、さらにミラー２６で反射してカメラ１８に入射することとなり、その結果、テスト用被写体がカメラ１８により撮像されることとなる。

こうして撮像したテスト用被写の画像に基づき各ブロックが基準位置に対してどの程度ずれているか、その方向とずれ量（歪み成分）を歪み成分測定部４１で測定する。そして、ヘッドユニット６を移動させながらテスト用被写体の大きさに応じて区画した部分領域毎にミラー２６の全体（反射面全体）に対して測定を行い、部分領域別にその歪み成分を求めて前記歪み成分記憶部４２にする。このようにして画像歪み成分の測定が行われる。

次に、上記コントローラ３０による上記実装機の動作制御の一例について図５のフローチャートに基づいて説明する。

図５のフローチャートに基づき、実装動作が開始されると、まず、前記基板情報からヘッドユニット６の各実装用ヘッド１６によって吸着する部品に関する情報（吸着部品情報）、すなわち対象部品の種類、対象部品が供給されるテープフィーダー４ａの位置、対象部品の種類と該部品を吸着する実装用ヘッド１６の位置、吸着順序等に関する情報を読出すとともに、対象部品のプリント基板３上の実装位置、実装順序等に関する情報（搭載位置情報）を読出す（ステップＳ１，Ｓ２）。

そして、上記各情報に基づいてミラー２６を配置すべき座標位置を演算し、求められた座標位置にミラー２６を配置すべく前記可動テーブル２５を移動させる（ステップＳ３）。具体的には、部品供給部４において最後に部品を吸着する位置とプリント基板３上の最初の実装位置とを直線で結ぶヘッドユニット６の最短の部品搬送経路を求め、この経路下方に光学ユニット２０（又は２１）のミラー２６を配置し得るように、詳しくは前記搬送経路上をヘッドユニット６が移動する際に実装用ヘッド１６の並びの真下にミラー２６が位置し、各実装用ヘッド１６に吸着された全ての部品がミラー２６に映るような座標位置を求め、この座標位置にミラー２６を配置すべく前記サーボモータ２３を駆動制御する。

次いで、上記情報に基づいて実装用ヘッド１６を複数のグループに分割する処理を実行する（ステップＳ４）。すなわち、実装用ヘッド１６に吸着された全ての部品を同時に撮像することも可能であるが、当実施形態では、照明干渉による画像への影響を回避するために、６本の実装用ヘッド１６をその吸着部品の種類に応じて互いに隣接しない実装用ヘッド１６（１本又は複数本）からなるＮ個のグループ（以下、撮像グループという）に分けて吸着部品を撮像するようにしており、当ステップではそのグループ分けを行う。

ステップＳ５では、ヘッドユニット６を部品供給部４に移動させて各実装用ヘッド１６によりテープフィーダー４ａから部品を吸着させる。具体的には、実装用ヘッド１６を対象となるテープフィーダー４ａの上方に配置した後、実装用ヘッド１６の下降および上昇に伴いテープ内の部品を吸着ノズル１６ａに吸着させる。この際、可能な場合には複数の実装用ヘッド１６により同時にテープフィーダー４ａから部品を吸着させる。

全ての実装用ヘッド１６による部品の吸着が完了すると、光学ユニット２０（２１）の前記ミラー２６が上記座標位置に配置されたか否かを判断し（ステップＳ６）、ここでＹＥＳと判断した場合には、部品供給部４からプリント基板３に向ってステップＳ３で求められた上記部品搬送経路に沿ってヘッドユニット６を移動させる（ステップＳ７）とともに、この移動中に以下のステップＳ８〜ステップＳ１１の処理を実行することにより、ヘッドユニット６が上記ミラー２６上方を通過する間に各実装用ヘッド１６に吸着された部品の撮像処理を行う。

先ず、カウンタ値Ｉに初期値「１」をセットし、照明装置２７のＬＥＤ２７ａのうち第１グループに属する実装用ヘッド１６に対応する部分のＬＥＤ２７ａを点灯させる（ステップＳ８，Ｓ９）。具体的には、上記部品搬送経路に基づいてミラー２６の周囲に並ぶＬＥＤ２７ａのうち第１グループに属する実装用ヘッド１６が通過する部分を特定し、当該部分を含む一定エリア内のＬＥＤ２７ａを点灯させる。このようにするとＬＥＤ２７ａから照射された光が実装用ヘッド１６に吸着された部品の下面で反射し、さらにミラー２６で反射してカメラ１８に入射することとなり、その結果、吸着部品の下面像がカメラ１８により撮像される。次いで、カウンタ値Ｉを「１」だけインクリメントした後、同値Ｉが撮像グループ数Ｎ未満か否か、すなわち全ての撮像グループについて吸着部品の撮像が終了したか否かを判断し（ステップＳ１０，Ｓ１１）、ここでＮＯと判断した場合には、ステップＳ９に移行して同様の処理を繰り返し、これによってヘッドユニット６が上記ミラー２６上方を通過する間に各実装用ヘッド１６に吸着された部品を撮像グループ毎に順次撮像する。

ステップＳ１１でＹＥＳと判断した場合には、各吸着部品の画像に基づいて各実装用ヘッド１６による部品の吸着状態を画像認識することにより吸着ノズル１６ａに対する部品のＸ軸、Ｙ軸およびＲ軸回りの吸着位置誤差を求めるとともに、この誤差に基づいて補正量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＲ）を演算する（ステップＳ１２）。そして、この補正量に基づいて目標位置の再設定を行い、この再設定された目標位置に従ってヘッドユニット６を駆動制御することにより、各実装用ヘッド１６に吸着された部品を順次プリント基板３上に実装する（ステップＳ１３）。具体的には、ヘッドユニット６を目標位置に移動させることにより実装用ヘッド１６を実装位置の上方に配置した後、実装用ヘッド１６を下降および上昇させるとともにその最下位置で吸着ノズル１６ａへの負圧供給を遮断し、これによってプリント基板３上に部品を実装する。このような実装動作を実装用ヘッド１６毎に繰り返すことにより各実装用ヘッド１６に吸着された部品を順次プリント基板３上に実装する。

次いで、プリント基板３に対する全ての実装処理が終了したか否かを判断し、ここでＮＯと判断した場合には、次の吸着部品情報を読出すとともに、この情報に基づいてミラー２６を配置すべき座標位置を演算し、求められた座標位置にミラー２６を配置すべく前記可動テーブル２５を移動させる（ステップＳ１６，Ｓ１７）。具体的には、プリント基板３において最後に部品を実装した位置と次に部品を吸着するテープフィーダー４ａとを直線で結ぶヘッドユニット６の最短の移動経路を求め、ステップＳ３の処理と同様に、この経路下方に光学ユニット２０（又は２１）のミラー２６が配置され得るように前記サーボモータ２３を駆動制御する。

そして、光学ユニット２０（２１）の前記ミラー２６が上記座標位置に配置されたか否かを判断し（ステップＳ１８）、ここでＹＥＳと判断した場合には、ステップＳ１６で求められた上記移動経路に沿って実装作業位置（プリント基板３）から部品供給部４に向ってヘッドユニット６を移動させるとともに、この移動中、ヘッドユニット６が上記ミラー２６上方を通過する間に各実装用ヘッド１６の吸着ノズル先端の撮像処理を行う（ステップＳ１９）。なお、実装用ヘッド１６（吸着ノズル１６ａ）先端の画像認識については吸着部品の画像認識（ステップＳ９の処理）ほど精度は要求されない。従って、ステップＳ１９の処理では、照明装置２７のＬＥＤ２７ａを全て点灯させておくことにより各実装用ヘッド１６の先端を同時に撮像する。

次いで、各実装用ヘッド１６の先端画像に基づいて部品持ち帰り有無の判断、および汚れの有無判断を行い（ステップＳ２０，Ｓ２１）、それぞれＮＯと判断した場合、例えば先端画像の輪郭が明らかに部品の輪郭に一致するために部品の持ち帰りが生じていると判断できる場合や、吸着ノズル１６ａの先端にはんだ等が付着していると判断できる場合には、ステップＳ２３に移行し、ここで液晶表示器等の表示装置（図示省略）を作動させてエラー表示を行うとともに実装機を停止させ、さらに音声装置（図示省略）を作動させてオペレータの注意を喚起する。

そして、これに対してオペレータが所定の復旧処理を行ったか否かを判断し（ステップＳ２４）、ＹＥＳと判断した場合にはステップＳ２２に移行し、再度プリント基板３に対する全ての実装処理が終了したか否かを判断する。ここで、ＮＯと判断した場合には、ステップＳ２に移行して次の部品実装動作に移行する。一方、ＹＥＳと判断した場合には、実装作業位置のプリント基板３を搬出して本フローチャートを終了する。

なお、ステップＳ１４の判断においてＹＥＳと判断した場合には、ヘッドユニット６の所定の待機位置に関する情報（リセット位置情報）を読み出した後（ステップＳ１５）、ステップＳ１７に移行する。つまり、ステップＳ１５の処理を経由した場合には、ステップＳ１７においてこのリセット位置情報に基づいてミラー２６を配置すべき座標位置を演算し、求められた座標位置にミラー２６を配置すべく前記可動テーブル２５を移動させる。具体的には、プリント基板３において最後に部品を実装した位置とヘッドユニット６のリセット位置とを直線で結ぶヘッドユニット６の最短の移動経路を求め、この経路下方に光学ユニット２０（又は２１）のミラー２６を配置すべく前記サーボモータ２３を駆動制御することとなる。

上記のような実装動作を簡単にまとめると図６のようになる。まず、ヘッドユニット６が部品供給部４に移動して部品を吸着し、部品供給部４からプリント基板３上の実装作業位置に直線的に移動する。この際、可動テーブル２５がその部品搬送経路下方に移動することによりヘッドユニット６が部品供給部４からプリント基板３上に移動する間に各実装用ヘッド１６に吸着された部品が撮像される（同図中［１］で示す動作）。そして、部品の実装が終了すると、その実装位置から部品供給部４又は待機位置にヘッドユニット６が直線的に移動し、この際、可動テーブル２５がその移動経路下方に移動することにより、ヘッドユニット６がプリント基板３上から部品供給部４等へ移動する間に各実装用ヘッド１６先端が撮像されることとなる（同図中［２］で示す動作）。

以上のようにこの実装機では、ミラー２６を搭載した可動テーブル２５を部品供給部４と実装作業位置との間においてＸ軸方向に移動可能に設けることにより、小型のミラー２６で部品供給部４からプリント基板３上へ移動する際のヘッドユニット６の任意の移動経路について吸着部品像等を反射させ得るように構成されている。そのため、部品供給部と実装作業位置との間にフィーダー配列方向に亘って延びる長尺のミラーを配置する従来のこの種の実装機に比べると、ミラー２６自体に歪みが生じ難くなり、また、雰囲気温度の上昇による歪みの発生も低減することから、ミラー２６自体の歪みに起因する画像への影響を効果的に低減させることができる。さらにミラー２６が小型化されることにより、画像歪みを補正するためのデータの収集負担、つまりテスト用被写体を使った歪み成分の収集作業の負担も軽減されるため、ミラー２６の全体（反射面全体）を精査することも容易になる。従って、トータル的にみるとミラー２６の歪みに起因する画像への影響を大幅に低減させることが可能となり、従来装置に比べると、吸着部品の画像認識精度を高めること、さらには部品の実装をより正確に行うことが可能となる。

しかも、部品吸着後、ヘッドユニット６を直線的にプリント基板３上に移動させるように構成されているので、タクトタイム的にも従来装置と遜色ないレベルで部品を実装することが可能であり、従って、タクトタイムを短縮する上での有利性を確保した上で部品の実装精度を高めることができる。

また、ミラー２６が保持される可動テーブル２５に照明装置２７を一体に搭載した構成となっているので、吸着部品等により近接した位置から照明を提供しながらも、従来のこの種の装置に比べるとＬＥＤ２７ａ（発光体）の数を大幅に減らすことができる。従って、照明装置２７を安価に製作することができるとともに、照明装置２７の制御負担を大幅に軽減することができる。

さらに、プリント基板３への部品実装後は、実装用ヘッド１６による吸着部品の認識と同様の手順で実装用ヘッド１６（吸着ノズル１６ａ）の先端を画像認識することにより、部品の持ち帰りの有無を判断する（実装作業の良否を判別する）ように構成されているので、実装不良（ミス）が発生したまま作業が続行されるといったトラブルの発生を未然に防止することができる。また、部品の持ち帰りが発生していない場合でも、さらにノズル汚れの有無を判断するように構成されているので、はんだ付着等の発生を早期に検知することにより部品の吸着不良や実装ミスの発生を未然に回避することもできる。従って、必要な部品をプリント基板３に対して確実、かつ正確に実装することができるようになる。

ところで、以上説明した実装機は、本発明に係る表面実装機の最良の実施形態であって、そ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。

例えば、ヘッドユニット６や光学ユニット２０，２１の構成として、図７〜図１０に示すような構成を採用することもできる。

図７は、カメラ１８を真下に向けた状態でヘッドユニット６に搭載する一方、共に４５°傾いた状態の相対向する２枚のミラー２６ａ，２６ｂ（２６）を可動テーブル２５に搭載し、各実装用ヘッド１６の着部品像をミラー２６ａ，２６ｂで９０°屈折させてカメラ１８で撮像するように構成したものである。つまり、ヘッドユニット６の具体的な構造との関係でカメラ１８の取付け位置や姿勢に制約があり、一枚のミラー２６では吸着部品像等を直接撮像できない場合には、その制約の範囲内でカメラ１８をヘッドユニット６に取付けた上で、複数のミラー２６を可動テーブル２５に設けて吸着部品像等を撮像するように構成してもよい。なお、この種の実装機では、プリント基板の位置や種類を認識するためにヘッドユニットにカメラを真下に向けた状態で搭載する場合があるが、図７に示す構成によると、前記カメラ１８の一つを基板認識用のカメラとして共用できるという利点がある。

図８（ａ），（ｂ）は、吸着部品等を画像認識するためのカメラ１８をヘッドユニット６に移動可能に設け、共通（１台）のカメラ１８で各実装用ヘッド１６の吸着部品等を撮像するように構成したものである。すなわち、ヘッドユニット６には、Ｘ軸方向に延びるガイドレール５０と、サーボモータ５２により回転駆動されるボールねじ軸５１とが配設され、上記ガイドレール５０にカメラ支持部材５３が移動可能に装着されるとともに上記ボールねじ軸８がこのカメラ支持部材５３に螺合している。そして、カメラ支持部材５３にカメラ１８が固定され、前記サーボモータ５２の作動によりカメラ１８がカメラ支持部材５３と一体に実装用ヘッド１６の配列方向（Ｘ軸方向）に移動するように構成されている。

この構成の場合には、部品吸着後、部品供給部４からプリント基板３上への移動途中でヘッドユニット６を光学ユニット２０，２１の前記ミラー２６の上方で一旦停止させ、この状態でカメラ１８を一端側の実装用ヘッド１６の位置（同図中実線で示す位置）から他端側の実装用ヘッド１６の位置（同図中一点鎖線で示す位置）まで移動させることで、各実装用ヘッド１６の吸着部品を共通のカメラ１８で撮像することができる。また、部品実装後、実装用ヘッド１６先端を撮像する場合も同様の手順で行うことができる。

このような構成によると、上記の通り、ヘッドユニット６を光学ユニット２０，２１上で一旦停止させて吸着部品等を撮像する必要があるためタクトタイムを短縮する上では実施形態ものより若干劣るが、共通（１台）のカメラ１８で部品認識を行うことができるため製作コストの低廉化、あるいはヘッドユニット６の軽量化等といったメリットも多く合理的な構成となる。なお、この場合には、図４の制御系において、カメラ１８の移動を制御するカメラ駆動制御部を設けることにより、主制御部３２によりカメラ駆動制御部を介してサーボモータ５２の駆動を制御するように構成すればよい。

図９は、図８に示す構成の変形例、つまり吸着部品等を画像認識するためのカメラ１８を各実装用ヘッド１６に対してその並び方向（Ｘ軸方向）に相対的に移動可能に設ける構成の変形例として、カメラ１８をヘッドユニット支持部材１１に対して移動可能に設けたものである。すなわち、前記ガイドレール５０、ボールねじ軸５１、サーボモータ５２、カメラ支持部材５３およびカメラ１８は全てヘッドユニット支持部材１１に設けられおり、カメラ１８がこの支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するように構成されている。この構成の場合も、図８の構成の場合と同様に、ヘッドユニット６を光学ユニット２０，２１の前記ミラー２６の上方で一旦停止させ、この状態でカメラ１８を一端側の実装用ヘッド１６の位置から他端側の実装用ヘッド１６の位置まで移動させることで、各実装用ヘッド１６の吸着部品等を共通のカメラ１８で撮像することができる。

このような構成によれば、吸着部品等を認識するための構成（カメラ１８等）が全てヘッドユニット支持部材１１に搭載されるため、ヘッドユニット６を大幅に軽量化することができ、ヘッドユニット６を高速駆動させる上で特に有利となる。

なお、図３に示す実施形態では、吸着部品等を画像認識するためのカメラ１８をヘッドユニット６側に設けているが、図１０に示すように、可動テーブル２５にカメラ１８を並べて搭載するように構成してもよい。このような構成によれば、ヘッドユニット６やヘッドユニット支持部材１１には、吸着部品等を認識するための構成（カメラ１８等）が一切搭載されないため、図９に示す構成以上にヘッドユニット６を高速駆動する上で有利となる。しかも、上記実施形態の実装機と同様に、ヘッドユニット６をその移動途中で停止させることなく吸着部品等を撮像することができる。従って、ヘッドユニット６をより高速で駆動制御することにより上記実施形態の実装機以上にタクトタイムを短縮することが可能になるというメリットがある。

図示を省略するが、例えば図１０の構成においてさらにカメラ１８を共通化してもよい。すなわち、カメラ１８を可動テーブル２５に対してＸ軸方向に移動可能に設け、共通（１台）のカメラ１８でミラー２６に映る各実装用ヘッド１６の吸着部品等を撮像するように構成してもよい。この場合には、図８に示す構成と同様にガイドレールやボールねじ軸を使った移動機構によりカメラ１８を駆動するようにすればよい。

なお、図３に示す実施形態や図７〜図１０の例は、吸着部品等を画像認識するためのカメラ１８としていずれもＣＣＤエリアセンサをもつカメラを設けているが、図８又は図９の例の如く、各実装用ヘッド１６に対してその並び方向（Ｘ軸方向）にカメラ１８を相対的に移動可能に設ける構成、あるいは図１０に示す構成において上記のようにカメラ１８を可動テーブル２５に対して移動可能に設ける構成の場合には、カメラ１８としてＣＣＤラインセンサ（リニアセンサ）をもつカメラを使うこともできる。すなわちカメラ１８の移動方向と直交する方向に撮像素子が並ぶカメラ１８を設け、このカメラ１８をＸ軸方向に移動させることによりミラー２６に映る各実装用ヘッド１６の吸着部品像等を連続的に撮像するように構成することもできる。

また、上記の実施形態では、光学ユニット２０，２１のうち可動テーブル２５に照明装置２７を設けているが、勿論、基台１側に照明装置２７を設けるようにしてもよい。この場合には、可動テーブル２５の移動経路、すなわち固定レール２２に沿ってＬＥＤ２７ａを並べるようにすればよい。また、照明装置２７をヘッドユニット６に搭載するように構成してもよい。この場合には、カメラ１８の配列箇所の近傍にＬＥＤ２７ａを並べて設けるようにすればよい。

さらに、上記の実施形態では、部品供給部４から実装作業位置（プリント基板３上）へヘッドユニット６を移動させる際、あるいは実装作業位置から部品供給部４又は待機位置へヘッドユニット６を移動させる際には、ヘッドユニット６を最短距離で移動させるべく作業完了位置（部品吸着位置、実装位置）から直線的に目的位置に移動させるようにしているが、必ずしも最短距離でヘッドユニット６を移動させる必要はなく、実装作業上の種々の事情に応じてヘッドユニット６の移動経路を設定するようにすればよい。要は、ヘッドユニット６の移動経路に応じて可動テーブル２５を移動させることにより、吸着部品や実装用ヘッド１６先端の画像をミラー２６に映して適切に撮像できればよい。

また、上記の実施形態等では、吸着部品を反射させるための光学部材としてミラー２６が適用されているが、これ以外のハーフミラーやプリズム等の光学部材を適用することもできる。

本発明に係る表面実装機を示す平面図である。 本発明に係る表面実装機を示す正面図である。 ヘッドユニットおよび光学ユニットの構成を示す側面図である。 表面実装機の制御系を示すブロック図である。 実装動作制御の一例を示すフローチャートである。 実装動作制御に基づくヘッドユニットおよび光学ユニットの動作を示す模式図である。 ヘッドユニットおよび光学ユニットの別の構成を示す側面図（図３に対応する図）である。 ヘッドユニットおよび光学ユニットの別の構成を示す図で、（ａ）はそれらの側面図（図３に対応する図）で、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。 ヘッドユニット（ヘッドユニット支持部材）および光学ユニットの別の構成を示す側面図（図３に対応する図）である。 ヘッドユニットおよび光学ユニットの別の構成を示す側面図（図３に対応する図）である。

１ 基台
６ ヘッドユニット
１６ 実装用ヘッド
１６ａ 吸着ノズル
１８ カメラ
２０，２１ 光学ユニット
２２ 固定レール
２３ サーボモータ
２４ ボールねじ軸
２５ 可動テーブル
２６ ミラー
２７ 照明装置
２７ａ ＬＥＤ

Claims (1)

1. 部品供給部が配置された基台の上方にヘッドユニットが移動可能に設けられ、このヘッドユニットに搭載される実装用ヘッドにより前記部品供給部から部品を吸着して前記基台上の実装作業位置に配置された基板上に搬送して実装するとともに、この実装に先立ち吸着部品を撮像手段により撮像して該部品の吸着状態を画像認識してから実装するように構成された表面実装機において、
   前記基台上の前記部品供給部と前記実装作業位置との間であって、かつ前記ヘッドユニットの移動に伴い前記実装用ヘッドが通過する領域内に配置され、前記ヘッドユニットが上方を通過することにより前記実装用ヘッドによる吸着部品像又は前記実装用ヘッド先端の像を反射させる光学部材と、
   この光学部材を前記領域内で移動させる移動装置と、
   前記部品供給部において前記実装用ヘッドにより部品を吸着した後、当該部品吸着位置から前記実装作業位置の基板上に部品を搬送して実装すべく前記ヘッドユニットを駆動制御するとともに、この部品搬送に先立ち、前記光学部材を前記実装用ヘッドによる部品搬送経路下方に配置すべく前記移動装置を駆動制御し、かつ部品実装後は、前記実装作業位置から前記部品供給部の次の部品吸着位置に前記実装用ヘッドを移動させるべく前記ヘッドユニットを駆動制御するとともに、この移動に先立ち、前記光学部材を前記実装用ヘッドの移動経路下方に配置すべく前記移動装置を駆動制御する制御手段と、
   前記ヘッドユニットが前記光学部材の上方を通過する際に該光学部材で反射する前記吸着部品像又は前記実装用ヘッド先端の像を撮像可能に設けられる前記撮像手段と、
   部品実装後、前記ヘッドユニットが前記光学部材の上方を通過する際に前記撮像手段により撮像される像に基づいて実装作業の良否判定を行う判定手段とを備えており、
   前記ヘッドユニットは、直線状に並ぶ複数の前記実装用ヘッドを備え、
   前記光学部材は、全ての前記実装用ヘッドに吸着された前記吸着部品像を同時に反射させ得るように前記実装用ヘッドの配列方向に細長に設けられ、
   前記撮像手段は、前記光学部材で反射する前記吸着部品像を順次撮像できるように前記実装用ヘッドに対してその配列方向に相対的に移動可能に設けられ、
   前記移動装置は、前記光学部材を移動可能に保持する保持部材を有しかつこの保持部材に前記撮像手段による撮像用の照明を提供する照明装置を備えるものであり、
   前記照明装置は、前記光学部材の全周に亘って配設されかつほぼ真上に向かって前記撮像用の照明光を照射する複数の発光体を備えていることを特徴とする表面実装機。

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