部品認識装置、表面実装機
【課題】照明装置を簡素化しつつも、部品を認識するに足る十分な画像を得ることが可能な部品認識装置を提供することを目的とする。
【解決手段】吸着ヘッド２５に吸着保持された電子部品５とイメージセンサ７０とを相対移動させつつ撮影を行い、得られた画像に基づいて当該電子部品５の吸着姿勢を認識する部品認識装置であって、前記吸着保持された電子部品５に対して斜め方向から照明光を出射する照明装置６３と、前記照明装置６３から出射され部品表面で反射した反射光を集光レンズ６６を介して受光し、かつ受光により得られた信号電荷を出力側に転送する転送過程において当該信号電荷を時間遅延積分する時間遅延積分方式のイメージセンサ７０と、前記電子部品５と前記イメージセンサ７０との相対移動タイミングに合わせて前記イメージセンサ７０に同期制御信号を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサ７０に前記信号電荷の転送を実行させる同期手段３０、５０と、を備える。
【解決手段】吸着ヘッド２５に吸着保持された電子部品５とイメージセンサ７０とを相対移動させつつ撮影を行い、得られた画像に基づいて当該電子部品５の吸着姿勢を認識する部品認識装置であって、前記吸着保持された電子部品５に対して斜め方向から照明光を出射する照明装置６３と、前記照明装置６３から出射され部品表面で反射した反射光を集光レンズ６６を介して受光し、かつ受光により得られた信号電荷を出力側に転送する転送過程において当該信号電荷を時間遅延積分する時間遅延積分方式のイメージセンサ７０と、前記電子部品５と前記イメージセンサ７０との相対移動タイミングに合わせて前記イメージセンサ７０に同期制御信号を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサ７０に前記信号電荷の転送を実行させる同期手段３０、５０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ヘッドに吸着保持され基台上を移動する電子部品の吸着姿勢を画像に基づいて認識する部品認識装置、及び部品認識装置を備えた表面実装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、部品供給装置を通じて供給される電子部品を吸着ヘッドにより吸着して、基板上に実装する表面実装機が広く知られている。係る表面実装機においては、カメラを主体とする部品認識装置を搭載しており、吸着ヘッドに吸着保持された電子部品がカメラの正面にくるタイミングに合わせて部品を照らして撮影を行うことで部品画像を得ている。そして、得られた部品画像に基づいて、吸着ヘッドに吸着保持された電子部品の姿勢を認識している。
【０００３】
この種の部品認識装置においては、被撮影面たる部品表面を斜め方向から照らすサイド照明装置（下記特許文献中の符号２６）に加えて、部品表面を正面から照らす同軸照明装置を（下記特許文献中の符号２４）設けたものがある（下記特許文献１）。これは、部品表面が鏡面に近い状態であっても、部品画像に明暗が出来ないようにするためである。すなわち、部品表面が鏡面に近い場合、サイド照明装置のみを用いて撮影を行うと、部品表面の中央部で反射された光はカメラにほとんど入光せず、当該部分がどうしても暗くなる。そこで、暗くなる部品表面の中央部については、同軸照明で照らすことで、部品画像に明暗が出来ないようにしている。
【特許文献１】特開２００５−３３７７２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成であれば、被撮影面たる部品表面で反射された光を、まんべんなくカメラに入光させることが出来、暗い部分のない部品画像を一応は取得できる。しかしながら、複数の照明装置が必要となり、部品認識装置全体の構成が複雑化する。
【０００５】
加えて、同軸照明装置を用いた場合、カメラの正面にハーフミラー（特許文献中の符号２９）を配置することが必要となる。そのため、部品表面で反射されカメラに向かう光のうち、カメラに入光する光量はその半分となり、光量が不足する。従って、従前のものでは、部品を認識するに足る十分な画像を得るには、照明装置として出力の大きいものを選択せざるを得ない状況にあった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、照明装置を簡素化しつつも、部品を認識するに足る十分な画像を得ることが可能な部品認識装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、吸着ヘッドに吸着保持された電子部品とイメージセンサとを相対移動させつつ撮影を行い、得られた画像に基づいて当該電子部品の吸着姿勢を認識する部品認識装置であって、前記吸着保持された電子部品に対して斜め方向から照明光を出射可能とされた照明装置と、前記照明装置から出射され部品表面で反射した反射光を集光レンズを介して受光し、かつ受光により得られた信号電荷を出力側に転送する転送過程において当該信号電荷を時間遅延積分する時間遅延積分方式の前記イメージセンサと、前記電子部品と前記イメージセンサとの相対移動タイミングに合わせて前記イメージセンサに同期制御信号を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサに前記信号電荷の転送を実行させる同期手段と、を備えたところに特徴を有する。
【０００７】
本発明は、基台と、実装対象の基板を前記基台上に搬入する基板搬送装置と、前記基台上に設けられ、電子部品の供給を行う部品供給装置と、前記電子部品の吸着保持機能を有し、前記部品供給装置を通じて供給される前記電子部品を前記基板上に実装する実装動作を行う吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドが設けられるヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを前記基台上において水平移動させるヘッド駆動装置と、前記基台に対して固定的に設置されるか、或いは前記ヘッドユニットに対して移動装置を介して相対移動可能に設置される請求項１に記載の部品認識装置と、を備えたところに特徴を有する。
【０００８】
本発明の実施態様として、以下の構成とすることが好ましい。
前記ヘッド駆動装置、或いは前記移動装置を駆動させる駆動源となるモータと、前記モータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダと、を備えてなると共に、前記同期手段は前記エンコーダの出力するパルス信号の信号数をカウントし、カウント数が予め定められた数値に達したときに前記イメージセンサに前記同期制御信号を与えて前記信号電荷の転送を行わせることにより前記同期をとる構成とする。このような構成であれば、比較的簡単な構成にて、確実に同期を取ることが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、時間遅延積分方式のイメージセンサによって電子部品を撮影しているので、電子部品の表面が鏡面に近い状態であるか否かに拘わらず、鮮明な画像を得るに足る十分な信号レベルの出力信号が、常に得られることとなる。従って、従前の技術にて用いられている同軸照明装置を廃止することが可能となり、部品認識装置を簡素化出来る。しかも、同軸照明装置を設ける場合においては必須となる軸上のハーフミラーについても同時に廃止できるので、電子部品を斜め方向から照らす照明装置自体も、従来のものに比べて小さな出力のものを使用することが可能となり、この点も効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の理解を容易とするため、本発明を端的に表した例を冒頭で説明し、その後、本発明の部品認識装置Ｕを搭載した表面実装機１００の具体的な構成を説明するものとする。
【００１１】
図１に示す符号１０はボールねじ軸、符号１２はモータ、符号２０はヘッドユニット、符号２５は吸着ヘッド、符号３０は制御装置、符号５は被写体としての電子部品である。また、符号１５はモータ１２のモータ軸に取り付けられ、回転量などモータ１２の回転状況を検出するエンコーダ（例えば、光学式のロータリエンコーダ）である。
【００１２】
制御装置３０は不図示のモータドライバを介してモータ１２を通電制御する通電制御機能を備え、また、モータ１２に付設されたエンコーダ１５から出力されるパルス信号Ｓｐが入力される構成となっている。
【００１３】
そして、ヘッドユニット２０には不図示のボールナットが固定されており、これがボールねじ軸１０に螺合されている。以上の構成により、制御装置３０によってモータ１２を通電操作すると、モータ１２の動力によりボールねじ軸１０が軸周りに回転する。
【００１４】
回転方向の動力は、ボールねじ軸１０とボールナットによる螺合作用により、ボールねじ軸１０に沿った直線方向の運動に変換される結果、ヘッドユニット２０、引いては吸着ヘッド２５に保持された電子部品５をボールねじ軸１０に沿って水平に移動させることが可能となる。
【００１５】
そして、水平移動する電子部品５を、制御装置３０、画像取込装置５０の制御下のもと、カメラユニット６０により撮影することで、吸着ヘッド２５に吸引保持された電子部品５の吸着姿勢を認識する構成となっている。
【００１６】
画像取込装置５０は例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などから構成されている。係る画像取込装置５０は制御装置３０と電気的に接続されており、カメラユニット６０を構成する受光カメラ６５の撮影タイミング、信号電荷の転送タイミング、受光カメラ６５との間における画像データの受け渡しなどを、制御装置３０と共に制御する機能を担っている。
【００１７】
カメラユニット６０は受光カメラ６５と照明装置６３とを単一のケーシング６１に収容して一ユニットとしたものであり、上記した制御装置３０、画像取込装置５０と共に部品認識装置Ｕを構成している。
【００１８】
上記照明装置６３は複数個のＬＥＤ６３Ａより構成されている。各ＬＥＤ６３Ａはいずれも照明光を出射する出射光軸を斜めに傾けた状態でケーシング６１の上部に設置してあり、次に説明する受光カメラ正面の撮影領域上を水平移動する電子部品５を、斜め下側から照らすようになっている。
【００１９】
受光カメラ６５はケーシング下部に配置され、集光レンズ６６と、ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサ７０とから構成されている。集光レンズ６６はカメラに入光する光を、ＴＤＩセンサ７０上に結像させるものである。
【００２０】
ＴＤＩセンサ７０は、図２に示すように、受光素子ＰＤを行列状に配置してなる受光部７１と、転送部７５と、を主体に構成されている。
【００２１】
転送部７５は受光部７１から読み出した信号電荷を転送するものであり、垂直レジスタ７６と、水平レジスタ７８Ａ、７８Ｅとから構成されている。
【００２２】
垂直レジスタ７６は水平方向（Ｈ方向）に一列状に並ぶレジスタ列７６ａ〜７６ｅを、垂直方向に複数段（図中では５段）配置したものである。そして、垂直レジスタ７６を構成する各レジスタ（セル）ＲＴは受光部７１を構成する各受光素子（セル）ＰＤと１対１の関係で対応しており、各受光素子ＰＤの信号電荷を、それに対応する各レジスタＲＴに読み出し、更に読み出した信号電荷を垂直方向に転送できる（垂直転送動作）。
【００２３】
水平レジスタ７８Ａ、７８Ｅは垂直方向の最終段まで送られた信号電荷を水平方向に送るものであり、垂直レジスタ７６の垂直方向両側にそれぞれ配置されている。
【００２４】
係るＴＤＩセンサ７０は、上記垂直レジスタ７６による垂直転送動作をレジスタ列７６ａ〜７６ｅ単位で一括して行い、かつこの信号電荷転送に際し、転送した信号電荷を転送先の信号電荷に順次加算してゆくことで、信号電荷の出力側への転送と同時並行的に信号電荷の積分動作を行うものである（時間遅延積分動作）。
【００２５】
そして、信号電荷の転送を、電子部品５の移動に同期して行うことで、受光カメラ６５の上方を移動する電子部品５を連続的に撮影しつつ、これを画像化することが出来る。
【００２６】
以下、ＴＤＩセンサ７０の電気的構成を図３を参照して説明しつつ、信号電荷の転送を電子部品５の移動（本発明の「相対移動」に該当）に如何様にして同期させるのか説明する。
【００２７】
図３に示す符号８１はコントローラ、符号８３はタイミングジェネレータ、符号８５はクロックドライバ、符号８７はマルチプレクサ、符号９１はアナログフロントエンド、符号９３はデータトランスミッタ／コントロールレシーバである。
【００２８】
コントローラ８１は受光カメラ６５の全体を制御統括するものであり、マルチプレクサ８７に切り替え信号を与えて出力信号の切り替えを行う信号切替機能、アナログフロントエンド９１にゲイン切り替え信号を与えてゲインの切り替えを行うゲイン切り替え機能、タイミングジェネレータ８３に制御信号を与えてＴＤＩセンサ７０の動作タイミングを決定する動作タイミング制御機能を主に担っている。
【００２９】
タイミングジェネレータ８３はコントローラ８１から出力される制御信号に基づいて、各種信号を生成し、生成した信号をクロックドライバ８５を経由して転送部７５に与える。
【００３０】
生成される信号には、読み出し信号Ｔ、各レジスタ列７６ａ〜７６ｅの信号電荷を垂直方向に一段シフトさせる垂直転送動作を実行する３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３、信号電荷を水平方向にシフトさせる水平転送動作を実行する２相の駆動信号Ｈ１、Ｈ２、及び信号電荷を電圧信号に変換するフローティングゲート７９をリセットするリセット信号Ｒの大まか４種がある。
【００３１】
各信号の出力タイミングは、図４に示す通りであり、画像取込装置５０側から入力される撮像トリガ（本発明の「同期制御信号」に相当）を基準として出力される。具体的には撮像トリガの立ち下がりのエッジに合わせて、クロックドライバ８５から読み出し信号Ｔが転送部７５に与えられる。これにより、各レジスタＲＴのゲートが開放して、受光部７１を構成する各受光素子ＰＤからそれに対応する各レジスタＲＴに信号電荷が読み出される。
【００３２】
また、撮像トリガの立ち下がりのエッジに合わせて、クロックドライバ８５から３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３が転送部７５に与えられる。これにより、読み出された信号電荷は、図４中の（１）の期間に、レジスタ列７６ａ〜７６ｅ単位で垂直方向に一段シフトされる（垂直転送動作）。
【００３３】
尚、信号電荷は駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の位相を調整することで、垂直方向Ａ側、垂直方向Ｅ側のいずれの側へもシフト可能であり、また、３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３を除く他の制御信号、すなわち読み出し信号Ｔ、駆動信号Ｈ１、Ｈ２、リセット信号Ｒについては、シフト方向（Ａ側、Ｅ側）の別に応じて専用の制御信号、すなわち読み出し信号ＴにあってはＴａ或いはＴｅ、駆動信号Ｈ１、Ｈ２にあってはＨ１ａ、Ｈ２ａ或いは、Ｈ１ｅ、Ｈ２ｅ、リセット信号ＲにあってはＲａ、或いはＲｅがクロックドライバ８５から転送部７５に与えられる構成となっている。
【００３４】
電子部品５の移動に信号電荷の移動を同期させるには、信号電荷を電子部品５の移動方向（垂直方向Ａ側）の逆側にシフトさせる必要があり、このものでは、信号電荷を垂直方向Ｅ側にシフトさせている。
【００３５】
また、このとき、垂直方向において最後段のレジスタ列７６ｅに位置する信号電荷は、水平レジスタ７８Ｅに転送されることとなる。
【００３６】
そして、３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の出力に続いて、クロックドライバ８５から２相の駆動信号Ｈ１、Ｈ２が転送部７５に与えられる。これにより、水平レジスタ７８Ｅ上に転送された信号電荷は、図４中の（２）の期間に水平方向にシフトされ、フローティングゲート７９に入力される。
【００３７】
フローティングゲート７９では、入力された信号電荷を電圧に変換する処理が行われる。そして、フローティングゲート７９にて電圧値に入力された信号はアナログフロントエンド９１に入力される。
【００３８】
アナログフロントエンド９１はＣＤＳ（相関二重サンプリング）、ＶＧＡ（可変ゲインアンプ）、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）より構成され、入力された電圧信号のノイズを除去した後、これを増幅する。そして、増幅された電圧信号はディジタル信号に変換された後、データトランスミッタ／コントロールレシーバ９３に送られる構成となっている。
【００３９】
以上説明したように、画像取込装置５０から受光カメラ６５に撮像トリガが入力されると、ＴＤＩセンサ７０の内部では、図４中の（１）の期間にレジスタ列７６ａ〜７６ｅ単位で信号電荷を垂直方向Ｅ側に一段シフトさせる処理を実行し、その後、図４中の（２）の期間に転送により水平レジスタ７８Ｅに到達した一ライン分の信号電荷をフローティングゲート７９に水平転送し、転送した信号電荷を電圧信号に変換して取り出している。
【００４０】
さて、既に説明してあるように、電子部品５はモータ１２を駆動源として移動する。そして、モータ１２にはエンコーダ１５が設けられており、同エンコーダ１５からはモータ１２の回転量に比例した個数（例えば、モータ軸１回転当たり出力される信号数が数百個など）のパルス信号Ｓｐが出力される。
【００４１】
本実施形態のものは、電子部品５が撮影領域上を移動するのに伴って、当該電子部品５の部品像が受光部７１上において垂直レジスタ７６のセル幅Ｗ（図２参照）だけ移動する間に、上記エンコーダ１５から出力されるパルス信号Ｓｐの信号数（例えばＮ個であり、以下基準数と呼ぶ）を予め算出してある。
【００４２】
そして、制御装置３０にてパルス信号Ｓｐの信号数をカウントすると共に、カウント数が予め定められた基準数（Ｎ個）に達すると、制御装置３０はその都度、画像取込装置５０に撮影指令を与えて、受光カメラ６５に撮影トリガを入力させている。
【００４３】
以上のことから、電子部品５の部品像が垂直レジスタ７６のセル幅Ｗだけ移動すると、その都度、上記垂直転送動作（信号電荷を垂直方向に一段シフトさせる動作）が行われることとなり、電子部品５の移動に同期して信号電荷が転送される。
【００４４】
上記により、本発明の「前記電子部品５と前記イメージセンサ７０との相対移動タイミング（ここでは、電子部品５の部品像が垂直レジスタ７６のセル幅だけ移動するタイミング）に合わせて前記イメージセンサ７０に同期制御信号（ここでは、撮像トリガ）を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサ７０に前記信号電荷の転送を実行させる同期手段（ここでは、制御装置３０、画像取込装置５０）」が実現されている。尚、画像取込装置５０を経由せず、制御装置３０から受光カメラ６５に撮像トリガを直接的に出力する構成としておけば、本発明の同期手段を制御装置３０単独で構成することも可能である。
【００４５】
以上のことから、電子部品５の同じ部位（例えば、図５中のＰ点）を撮影した、撮影時刻の異なる各信号電荷（例えば、図５中のｔ１、ｔ３、ｔ５の各時点で撮影された信号電荷）を、順次加算することが可能となり、フローティングゲート７９を通じて出力される出力信号の信号レベルは、各信号電荷の信号レベルを積分したトータル値になる（信号電荷の積分動作／図２、図５参照）。
【００４６】
ここで、電子部品５の表面（下面）が鏡面に近い場合には、図６にて示すように照明装置６３から出射された照明光は電子部品５の表面にて正反射する。従って、このような場合、図７にて示すように、電子部品５が集光レンズ６６の正面を通過するとき（図７中のｔ３時）、受光カメラ６５に反射光がほとんど入光しない状態となり、信号レベルはゼロにほど近い、低いレベルになる。
【００４７】
しかし、本実施形態では、一部の箇所において、信号レベルが低くても、それを他の部分（図７のＧ部）で補うことが可能となる。よって、電子部品５の表面が鏡面に近い状態であるか否かに拘わらず、鮮明な画像を得るに足る十分な信号レベルの出力信号が、常に得られることとなる。
【００４８】
従って、従前の技術にて使用される同軸照明装置を廃止することが可能となる。しかも、同軸照明装置を設ける場合においては必須となる軸上のハーフミラーを同時に廃止できるので、照明装置６３自体も、従来のものに比べて小さな出力のものを使用することが可能となり、この点も効果的である。
【００４９】
尚、上記例では、カメラユニット６０を固定側、電子部品５を可動側とするものを例示したが、本発明はカメラユニット６０と電子部品５とを相対移動させつつ撮影を行うものであれば、適用可能であり、例えば、以下の構成とすることも可能である。
【００５０】
例えば、ボールねじ軸（図略）と、ボールナット（図略）と、ボールねじ軸を駆動させる駆動源としてのモータ（図略）と、を備えた一軸のサーボ機構（本発明の「移動装置」に相当）を、ヘッドユニット２０に搭載し、カメラユニット６０そのものをヘッドユニット２０に対して吸着ヘッド２５の並び方向にあたる図１の左右方向に相対移動（より具体的には、吸着ヘッド２５に吸着保持された電子部品５の下側の位置にて相対移動）させる構成とする。このようにしておけば、追加した一軸のサーボ機構を作動させつつカメラユニット６０をヘッドユニット２０に対して相対移動させ、各電子部品５の真下に来たときに撮影を行えば、上述したカメラユニット６０を固定側としたものと同様の撮影動作を実現できる。尚、この場合に、信号電荷の転送タイミング（垂直転送動作の実行タイミング）は追加した一軸のサーボ機構のモータにエンコーダを設けておき、同エンコーダより出力されるのパルス信号に基づいて決定してやればよい。
【００５１】
次に、上記した部品認識装置（制御装置３０、画像取込装置５０、カメラユニット６０等）Ｕを搭載した表面実装機１００の説明を行う。尚、既に説明した装置については、表面実装機１００の説明中も、同一符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図８は表面実装機の平面図、図９はヘッドユニットの支持構造を示す部分拡大図である。図８に示すように、表面実装機１００は上面が平らな基台１１０上に各種装置を配置している。尚、以下の説明において、基台１１０の長手方向（図８、図９の左右方向）をＸ方向と呼ぶものとし、Ｙ方向、Ｚ方向をそれぞれ図８〜図９の向きに定めるものとする。
【００５３】
基台１１０の中央には、プリント配線基板搬送用の搬送コンベア（以下、単にコンベアとも呼ぶ）１２０が配置されている。搬送コンベア１２０はＸ方向に循環駆動する一対の搬送ベルト１２１を備えており、両ベルト１２１を架設するように基板ＰＫをセットすると、ベルト上面の基板ＰＫはベルトとの摩擦によりベルトの駆動方向に送られるようになっている。
【００５４】
本実施形態のものは、図８に示す右側が入り口となっており、基板ＰＫは図２に示す右側よりコンベア１２０を通じて機内へと搬入される。搬入された基板ＰＫは、コンベア１２０により基台中央の搭載位置（図８中の二点鎖線で示す位置）Ｇまで運ばれ、そこで停止される。
【００５５】
また、搭載位置Ｇの周囲４箇所には部品供給部１２５が設けられ、そこには部品供給装置としてのフィーダ１２８がＸ軸方向に整列状に設置されている。各フィーダ１２８は、部品供給テープが巻回されたリール（不図示）、リールから部品供給テープを引き出す電動式の送出装置（不図示）などから構成されている。
【００５６】
部品供給テープには電子部品５が一定間隔にて保持されており、送出装置を駆動させると、部品供給テープの引き出しに伴い、電子部品５が一つずつ供給される。そして、供給された電子部品５は、部品搭載装置１３０の吸着ヘッド２５により吸引保持されて、搭載位置Ｇ上にて停止する基板ＰＫ上に実装される構成となっている。
【００５７】
また、基台１１０上であって中央には、カメラユニット６０が搬送コンべア１２０のＹ軸方向の両側に一対設置されている。このカメラユニット６０は垂直方向をＸ軸方向、水平方向をＹ軸方向に位置合わせしてあり、フィーダ１２８を通じて供給され次に説明する部品搭載装置１３０の吸着ヘッド２５により吸着保持された電子部品５が、カメラユニット上方の撮影領域をＸ軸方向に通過するタイミングに合わせて、電子部品５を下方から撮影して、その保持姿勢を画像認識するものである（図１〜図７を参照して既に説明済み）。
【００５８】
部品搭載装置１３０は大まかにはＸ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構、Ｚ軸サーボ機構及びこれらサーボ機構の駆動によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動操作される吸着ヘッド２５などから構成される。
【００５９】
具体的に説明してゆくと、図８、図９に示すように基台１１０上には一対の支持脚１４１が設置されている。両支持脚１４１は搭載位置Ｇの両側に位置しており、共にＹ方向（図８では上下方向）にまっすぐに延びている。
【００６０】
両支持脚１４１にはＹ方向に延びるガイドレール１４２が支持脚上面に設置されると共に、これら左右のガイドレール１４２に長手方向の両端部を嵌合させつつヘット支持体１５１が取り付けられている。
【００６１】
また、図８において右側の支持脚１４１にはＹ方向に延びるＹ軸ボールねじ軸１４５が装着され、更にＹ軸ボールねじ軸１４５にはボールナット（不図示）が螺合されている。そして、Ｙ軸ボールねじ軸１４５の軸端部にはＹ軸モータ１４７が設けられている。
【００６２】
同モータ１４７を通電操作すると、Ｙ軸ボールねじ軸１４５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッド支持体１５１、ひいては次述するヘッドユニット２０がガイドレール１４２に沿ってＹ方向に水平移動する（Ｙ軸サーボ機構）。
【００６３】
図９に示すように、ヘッド支持体１５１にはＸ方向に延びるガイド部材１５３が設置され、更に、ガイド部材１５３に対してヘッドユニット２０が、ガイド部材１５３の軸に沿って移動自在に取り付けられている。このヘッド支持体１５１には、Ｘ方向に延びるＸ軸ボールねじ軸１０が装着されており、更にＸ軸ボールねじ軸１０にはボールナットが螺合されている。
【００６４】
そして、Ｘ軸ボールねじ軸１０の軸端部にはＸ軸モータ１２が設けられており、同モータ１２を通電操作すると、Ｘ軸ボールねじ軸１０に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッドユニット２０がガイド部材１５３に沿ってＸ方向に移動する（Ｘ軸サーボ機構）。
【００６５】
従って、Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構を複合的に制御することで、基台１１０上においてヘッドユニット２０を水平方向（ＸＹ方向）に移動操作出来る構成となっている。尚、Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構が、本発明のヘッド駆動装置に相当するものである。
【００６６】
係るヘッドユニット２０には、実装動作を行う吸着ヘッド２５が列状をなして複数個搭載されている。吸着ヘッド２５はヘッドユニット２０の下面から下向きに突出しており、先端には吸着ノズル２６が設けられている。
【００６７】
各吸着ヘッド２５はＲ軸モータ（不図示）の駆動により軸周りの回転動作が可能とされ、又Ｚ軸モータの駆動により、ヘッドユニット２０のフレーム２１に対して昇降可能な構成となっている（Ｚ軸サーボ機構）。また、各吸着ノズル２６には図外の負圧手段から負圧が供給されるように構成されており、ヘッド先端に吸引力を生じさせるようになっている。
【００６８】
次に、上記表面実装機１００による一連の部品実装動作について説明を行う。
まず、搬送コンベア１２０を駆動させ、実装対象となる基板ＰＫを搭載位置Ｇに搬送し、その位置で停止させ位置決めする。そして、基板ＰＫを位置決めすることが出来たら、次に先に説明したＸ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構を作動させてヘッドユニット２０の吸着ヘッド２５をフィーダ１２８の上方にまで水平移動させ、更にＺ軸サーボ機構を駆動させて吸着ヘッド２５を下降させる。
【００６９】
そして、吸着ヘッド２５のノズル先端が部品上面に達するタイミングに合わせて図外の負圧手段から負圧を供給することで、フィーダ１２８によって供給される電子部品５を吸着ヘッド２５により吸着保持出来る。
【００７０】
そして、吸着動作に続いて、今度はＺ軸サーボ機構を駆動させ、吸着ヘッド２５を上昇させることで、電子部品５をフィーダ１２８から取り出すことが出来る。
【００７１】
かくして、電子部品５が取り出されると、次にＸ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構が再び駆動される。これにより、フィーダ１２８上方のヘッドユニット２０が、基台中央の搭載位置Ｇに向けて移動開始する。
【００７２】
この移動途中、カメラユニット６０の上方の撮影領域を、吸着ヘッド２５に吸着保持された電子部品５がＸ軸方向に横切り、その通過タイミングに合わせて受光カメラ６５により各電子部品５の撮影が行われる。そして、受光カメラ６５より出力される各画像データは画像取込装置５０に送られ、そこで必要な画像処理が行われ各電子部品５の下面画像が生成される。
【００７３】
その後、各電子部品５の吸着位置ずれを検査する処理が、電子部品５を搭載位置Ｇに移動させる移動動作と並行して進められる。すなわち、下面画像のデータは制御装置３０に転送され、転送された下面画像に基づいて各電子部品５の吸着位置ずれの有無が検査される。そして、制御装置３０は吸着位置のずれがある場合には、各吸着ヘッド２５ごとに電子部品５の吸着位置ずれを補正する処理（Ｒ軸モータを駆動させ吸着ノズル２６を回転させるなど）が行なわれる。
【００７４】
そして、電子部品５が目標となる部品実装位置（搭載位置Ｇに停止した基板ＰＫ上の位置）に達したころで、Ｚ軸サーボ機構が再駆動しその位置で吸着ヘッド２５を下降させる。この下降に伴い、姿勢補正後の各電子部品５が、搭載位置Ｇ上にて停止する基板ＰＫ上の、部品実装位置に実装される。
【００７５】
このような処理が繰り返し行われることで、基板ＰＫに対する電子部品５の実装処理が進められる。そして、全ての電子部品５について実装処理が完了すると、搬送コンベア１２０が再駆動する。これにより、実装済み基板ＰＫは図８における左方向に送られ、機外に搬出される。
【００７６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本表面実装機１００によれば、ＴＤＩセンサ７０を搭載した受光カメラ６５によって電子部品５を撮影しており、電子部品５の表面（下面）が鏡面に近い状態であるか否かに拘わらず、鮮明な画像を得るに足る十分な信号レベルの出力信号が、常に得られることとなる。
【００７７】
従って、部品画像として明暗のはっきりした鮮明な画像を得ることが可能となり、電子部品５の姿勢を正確に認識できる。そのため、電子部品５の吸着位置のずれを正確に補正することが出来、緻密な部品実装動作、すなわち目標とする部品実装位置に電子部品５を正しい姿勢で正確に実装することが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、従前の技術にて見られるような同軸照明装置、引いては同軸照明装置を設ける場合においては必須となる軸上のハーフミラーを廃止できる。よって、照明装置６３を、従来のものに比べて小さな出力のものを使用することが可能となり、この点も効果的である。
【００７９】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８０】
（１）上記実施形態では、カメラユニット６０を基台１１０に固定的に設置した例を示したが、カメラユニット６０の設置場所は基台１１０に限定されるものではなく、電子部品５を撮影可能であれば、基台以外の場所でもよく、また固定的に設置する必要もない。例えば、カメラユニット６０の全体をヘッドユニット２０などに移動可能に設置しておけば、カメラユニット６０の全体をスライドさせることで、電子部品５を撮影することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る部品認識装置、及びそれに関連する周辺装置との関係を示す図
【図２】ＴＤＩセンサの構成を模式的に示した図
【図３】ＴＤＩセンサの電気的構成を示すブロック図
【図４】各信号の出力タイミングを示すタイミングチャート図
【図５】撮影ポジションと信号電荷の信号レベルとの関係を示す図
【図６】電子部品が鏡面に近い場合の、電子部品表面での反射の様子を示す図
【図７】撮影ポジションと信号電荷の信号レベルとの関係を示す図（電子部品が鏡面である場合）
【図８】表面実装機の平面図
【図９】ヘッドユニットの支持構造を示す図（部品認識装置とヘッドユニットとの関係を示す図）
【符号の説明】
【００８２】
１０…ボールねじ軸
１２…モータ
１５…エンコーダ
２０…ヘッドユニット
２５…吸着ヘッド
３０…制御装置（本発明の「同期手段」に相当）
５０…画像取込装置（本発明の「同期手段」に相当）
６０…カメラユニット
６３…照明装置
６５…受光カメラ
７０…ＴＤＩセンサ（本発明の「イメージセンサ」に相当）
７１…受光部
７５…転送部
７６ａ〜７６ｅ…レジスタ列
７８Ａ、７８Ｅ…水平レジスタ
１００…表面実装機
１１０…基台
１２０…搬送コンベア（本発明の「基板搬送装置」に相当）
１２８…フィーダ（本発明の「部品供給装置」に相当）
ＰＫ…基板
Ｇ…搭載位置
Ｕ…部品認識装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ヘッドに吸着保持され基台上を移動する電子部品の吸着姿勢を画像に基づいて認識する部品認識装置、及び部品認識装置を備えた表面実装機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、部品供給装置を通じて供給される電子部品を吸着ヘッドにより吸着して、基板上に実装する表面実装機が広く知られている。係る表面実装機においては、カメラを主体とする部品認識装置を搭載しており、吸着ヘッドに吸着保持された電子部品がカメラの正面にくるタイミングに合わせて部品を照らして撮影を行うことで部品画像を得ている。そして、得られた部品画像に基づいて、吸着ヘッドに吸着保持された電子部品の姿勢を認識している。
【０００３】
この種の部品認識装置においては、被撮影面たる部品表面を斜め方向から照らすサイド照明装置（下記特許文献中の符号２６）に加えて、部品表面を正面から照らす同軸照明装置を（下記特許文献中の符号２４）設けたものがある（下記特許文献１）。これは、部品表面が鏡面に近い状態であっても、部品画像に明暗が出来ないようにするためである。すなわち、部品表面が鏡面に近い場合、サイド照明装置のみを用いて撮影を行うと、部品表面の中央部で反射された光はカメラにほとんど入光せず、当該部分がどうしても暗くなる。そこで、暗くなる部品表面の中央部については、同軸照明で照らすことで、部品画像に明暗が出来ないようにしている。
【特許文献１】特開２００５−３３７７２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成であれば、被撮影面たる部品表面で反射された光を、まんべんなくカメラに入光させることが出来、暗い部分のない部品画像を一応は取得できる。しかしながら、複数の照明装置が必要となり、部品認識装置全体の構成が複雑化する。
【０００５】
加えて、同軸照明装置を用いた場合、カメラの正面にハーフミラー（特許文献中の符号２９）を配置することが必要となる。そのため、部品表面で反射されカメラに向かう光のうち、カメラに入光する光量はその半分となり、光量が不足する。従って、従前のものでは、部品を認識するに足る十分な画像を得るには、照明装置として出力の大きいものを選択せざるを得ない状況にあった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、照明装置を簡素化しつつも、部品を認識するに足る十分な画像を得ることが可能な部品認識装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、吸着ヘッドに吸着保持された電子部品とイメージセンサとを相対移動させつつ撮影を行い、得られた画像に基づいて当該電子部品の吸着姿勢を認識する部品認識装置であって、前記吸着保持された電子部品に対して斜め方向から照明光を出射可能とされた照明装置と、前記照明装置から出射され部品表面で反射した反射光を集光レンズを介して受光し、かつ受光により得られた信号電荷を出力側に転送する転送過程において当該信号電荷を時間遅延積分する時間遅延積分方式の前記イメージセンサと、前記電子部品と前記イメージセンサとの相対移動タイミングに合わせて前記イメージセンサに同期制御信号を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサに前記信号電荷の転送を実行させる同期手段と、を備えたところに特徴を有する。
【０００７】
本発明は、基台と、実装対象の基板を前記基台上に搬入する基板搬送装置と、前記基台上に設けられ、電子部品の供給を行う部品供給装置と、前記電子部品の吸着保持機能を有し、前記部品供給装置を通じて供給される前記電子部品を前記基板上に実装する実装動作を行う吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドが設けられるヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを前記基台上において水平移動させるヘッド駆動装置と、前記基台に対して固定的に設置されるか、或いは前記ヘッドユニットに対して移動装置を介して相対移動可能に設置される請求項１に記載の部品認識装置と、を備えたところに特徴を有する。
【０００８】
本発明の実施態様として、以下の構成とすることが好ましい。
前記ヘッド駆動装置、或いは前記移動装置を駆動させる駆動源となるモータと、前記モータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダと、を備えてなると共に、前記同期手段は前記エンコーダの出力するパルス信号の信号数をカウントし、カウント数が予め定められた数値に達したときに前記イメージセンサに前記同期制御信号を与えて前記信号電荷の転送を行わせることにより前記同期をとる構成とする。このような構成であれば、比較的簡単な構成にて、確実に同期を取ることが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、時間遅延積分方式のイメージセンサによって電子部品を撮影しているので、電子部品の表面が鏡面に近い状態であるか否かに拘わらず、鮮明な画像を得るに足る十分な信号レベルの出力信号が、常に得られることとなる。従って、従前の技術にて用いられている同軸照明装置を廃止することが可能となり、部品認識装置を簡素化出来る。しかも、同軸照明装置を設ける場合においては必須となる軸上のハーフミラーについても同時に廃止できるので、電子部品を斜め方向から照らす照明装置自体も、従来のものに比べて小さな出力のものを使用することが可能となり、この点も効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の理解を容易とするため、本発明を端的に表した例を冒頭で説明し、その後、本発明の部品認識装置Ｕを搭載した表面実装機１００の具体的な構成を説明するものとする。
【００１１】
図１に示す符号１０はボールねじ軸、符号１２はモータ、符号２０はヘッドユニット、符号２５は吸着ヘッド、符号３０は制御装置、符号５は被写体としての電子部品である。また、符号１５はモータ１２のモータ軸に取り付けられ、回転量などモータ１２の回転状況を検出するエンコーダ（例えば、光学式のロータリエンコーダ）である。
【００１２】
制御装置３０は不図示のモータドライバを介してモータ１２を通電制御する通電制御機能を備え、また、モータ１２に付設されたエンコーダ１５から出力されるパルス信号Ｓｐが入力される構成となっている。
【００１３】
そして、ヘッドユニット２０には不図示のボールナットが固定されており、これがボールねじ軸１０に螺合されている。以上の構成により、制御装置３０によってモータ１２を通電操作すると、モータ１２の動力によりボールねじ軸１０が軸周りに回転する。
【００１４】
回転方向の動力は、ボールねじ軸１０とボールナットによる螺合作用により、ボールねじ軸１０に沿った直線方向の運動に変換される結果、ヘッドユニット２０、引いては吸着ヘッド２５に保持された電子部品５をボールねじ軸１０に沿って水平に移動させることが可能となる。
【００１５】
そして、水平移動する電子部品５を、制御装置３０、画像取込装置５０の制御下のもと、カメラユニット６０により撮影することで、吸着ヘッド２５に吸引保持された電子部品５の吸着姿勢を認識する構成となっている。
【００１６】
画像取込装置５０は例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などから構成されている。係る画像取込装置５０は制御装置３０と電気的に接続されており、カメラユニット６０を構成する受光カメラ６５の撮影タイミング、信号電荷の転送タイミング、受光カメラ６５との間における画像データの受け渡しなどを、制御装置３０と共に制御する機能を担っている。
【００１７】
カメラユニット６０は受光カメラ６５と照明装置６３とを単一のケーシング６１に収容して一ユニットとしたものであり、上記した制御装置３０、画像取込装置５０と共に部品認識装置Ｕを構成している。
【００１８】
上記照明装置６３は複数個のＬＥＤ６３Ａより構成されている。各ＬＥＤ６３Ａはいずれも照明光を出射する出射光軸を斜めに傾けた状態でケーシング６１の上部に設置してあり、次に説明する受光カメラ正面の撮影領域上を水平移動する電子部品５を、斜め下側から照らすようになっている。
【００１９】
受光カメラ６５はケーシング下部に配置され、集光レンズ６６と、ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサ７０とから構成されている。集光レンズ６６はカメラに入光する光を、ＴＤＩセンサ７０上に結像させるものである。
【００２０】
ＴＤＩセンサ７０は、図２に示すように、受光素子ＰＤを行列状に配置してなる受光部７１と、転送部７５と、を主体に構成されている。
【００２１】
転送部７５は受光部７１から読み出した信号電荷を転送するものであり、垂直レジスタ７６と、水平レジスタ７８Ａ、７８Ｅとから構成されている。
【００２２】
垂直レジスタ７６は水平方向（Ｈ方向）に一列状に並ぶレジスタ列７６ａ〜７６ｅを、垂直方向に複数段（図中では５段）配置したものである。そして、垂直レジスタ７６を構成する各レジスタ（セル）ＲＴは受光部７１を構成する各受光素子（セル）ＰＤと１対１の関係で対応しており、各受光素子ＰＤの信号電荷を、それに対応する各レジスタＲＴに読み出し、更に読み出した信号電荷を垂直方向に転送できる（垂直転送動作）。
【００２３】
水平レジスタ７８Ａ、７８Ｅは垂直方向の最終段まで送られた信号電荷を水平方向に送るものであり、垂直レジスタ７６の垂直方向両側にそれぞれ配置されている。
【００２４】
係るＴＤＩセンサ７０は、上記垂直レジスタ７６による垂直転送動作をレジスタ列７６ａ〜７６ｅ単位で一括して行い、かつこの信号電荷転送に際し、転送した信号電荷を転送先の信号電荷に順次加算してゆくことで、信号電荷の出力側への転送と同時並行的に信号電荷の積分動作を行うものである（時間遅延積分動作）。
【００２５】
そして、信号電荷の転送を、電子部品５の移動に同期して行うことで、受光カメラ６５の上方を移動する電子部品５を連続的に撮影しつつ、これを画像化することが出来る。
【００２６】
以下、ＴＤＩセンサ７０の電気的構成を図３を参照して説明しつつ、信号電荷の転送を電子部品５の移動（本発明の「相対移動」に該当）に如何様にして同期させるのか説明する。
【００２７】
図３に示す符号８１はコントローラ、符号８３はタイミングジェネレータ、符号８５はクロックドライバ、符号８７はマルチプレクサ、符号９１はアナログフロントエンド、符号９３はデータトランスミッタ／コントロールレシーバである。
【００２８】
コントローラ８１は受光カメラ６５の全体を制御統括するものであり、マルチプレクサ８７に切り替え信号を与えて出力信号の切り替えを行う信号切替機能、アナログフロントエンド９１にゲイン切り替え信号を与えてゲインの切り替えを行うゲイン切り替え機能、タイミングジェネレータ８３に制御信号を与えてＴＤＩセンサ７０の動作タイミングを決定する動作タイミング制御機能を主に担っている。
【００２９】
タイミングジェネレータ８３はコントローラ８１から出力される制御信号に基づいて、各種信号を生成し、生成した信号をクロックドライバ８５を経由して転送部７５に与える。
【００３０】
生成される信号には、読み出し信号Ｔ、各レジスタ列７６ａ〜７６ｅの信号電荷を垂直方向に一段シフトさせる垂直転送動作を実行する３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３、信号電荷を水平方向にシフトさせる水平転送動作を実行する２相の駆動信号Ｈ１、Ｈ２、及び信号電荷を電圧信号に変換するフローティングゲート７９をリセットするリセット信号Ｒの大まか４種がある。
【００３１】
各信号の出力タイミングは、図４に示す通りであり、画像取込装置５０側から入力される撮像トリガ（本発明の「同期制御信号」に相当）を基準として出力される。具体的には撮像トリガの立ち下がりのエッジに合わせて、クロックドライバ８５から読み出し信号Ｔが転送部７５に与えられる。これにより、各レジスタＲＴのゲートが開放して、受光部７１を構成する各受光素子ＰＤからそれに対応する各レジスタＲＴに信号電荷が読み出される。
【００３２】
また、撮像トリガの立ち下がりのエッジに合わせて、クロックドライバ８５から３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３が転送部７５に与えられる。これにより、読み出された信号電荷は、図４中の（１）の期間に、レジスタ列７６ａ〜７６ｅ単位で垂直方向に一段シフトされる（垂直転送動作）。
【００３３】
尚、信号電荷は駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の位相を調整することで、垂直方向Ａ側、垂直方向Ｅ側のいずれの側へもシフト可能であり、また、３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３を除く他の制御信号、すなわち読み出し信号Ｔ、駆動信号Ｈ１、Ｈ２、リセット信号Ｒについては、シフト方向（Ａ側、Ｅ側）の別に応じて専用の制御信号、すなわち読み出し信号ＴにあってはＴａ或いはＴｅ、駆動信号Ｈ１、Ｈ２にあってはＨ１ａ、Ｈ２ａ或いは、Ｈ１ｅ、Ｈ２ｅ、リセット信号ＲにあってはＲａ、或いはＲｅがクロックドライバ８５から転送部７５に与えられる構成となっている。
【００３４】
電子部品５の移動に信号電荷の移動を同期させるには、信号電荷を電子部品５の移動方向（垂直方向Ａ側）の逆側にシフトさせる必要があり、このものでは、信号電荷を垂直方向Ｅ側にシフトさせている。
【００３５】
また、このとき、垂直方向において最後段のレジスタ列７６ｅに位置する信号電荷は、水平レジスタ７８Ｅに転送されることとなる。
【００３６】
そして、３相の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の出力に続いて、クロックドライバ８５から２相の駆動信号Ｈ１、Ｈ２が転送部７５に与えられる。これにより、水平レジスタ７８Ｅ上に転送された信号電荷は、図４中の（２）の期間に水平方向にシフトされ、フローティングゲート７９に入力される。
【００３７】
フローティングゲート７９では、入力された信号電荷を電圧に変換する処理が行われる。そして、フローティングゲート７９にて電圧値に入力された信号はアナログフロントエンド９１に入力される。
【００３８】
アナログフロントエンド９１はＣＤＳ（相関二重サンプリング）、ＶＧＡ（可変ゲインアンプ）、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）より構成され、入力された電圧信号のノイズを除去した後、これを増幅する。そして、増幅された電圧信号はディジタル信号に変換された後、データトランスミッタ／コントロールレシーバ９３に送られる構成となっている。
【００３９】
以上説明したように、画像取込装置５０から受光カメラ６５に撮像トリガが入力されると、ＴＤＩセンサ７０の内部では、図４中の（１）の期間にレジスタ列７６ａ〜７６ｅ単位で信号電荷を垂直方向Ｅ側に一段シフトさせる処理を実行し、その後、図４中の（２）の期間に転送により水平レジスタ７８Ｅに到達した一ライン分の信号電荷をフローティングゲート７９に水平転送し、転送した信号電荷を電圧信号に変換して取り出している。
【００４０】
さて、既に説明してあるように、電子部品５はモータ１２を駆動源として移動する。そして、モータ１２にはエンコーダ１５が設けられており、同エンコーダ１５からはモータ１２の回転量に比例した個数（例えば、モータ軸１回転当たり出力される信号数が数百個など）のパルス信号Ｓｐが出力される。
【００４１】
本実施形態のものは、電子部品５が撮影領域上を移動するのに伴って、当該電子部品５の部品像が受光部７１上において垂直レジスタ７６のセル幅Ｗ（図２参照）だけ移動する間に、上記エンコーダ１５から出力されるパルス信号Ｓｐの信号数（例えばＮ個であり、以下基準数と呼ぶ）を予め算出してある。
【００４２】
そして、制御装置３０にてパルス信号Ｓｐの信号数をカウントすると共に、カウント数が予め定められた基準数（Ｎ個）に達すると、制御装置３０はその都度、画像取込装置５０に撮影指令を与えて、受光カメラ６５に撮影トリガを入力させている。
【００４３】
以上のことから、電子部品５の部品像が垂直レジスタ７６のセル幅Ｗだけ移動すると、その都度、上記垂直転送動作（信号電荷を垂直方向に一段シフトさせる動作）が行われることとなり、電子部品５の移動に同期して信号電荷が転送される。
【００４４】
上記により、本発明の「前記電子部品５と前記イメージセンサ７０との相対移動タイミング（ここでは、電子部品５の部品像が垂直レジスタ７６のセル幅だけ移動するタイミング）に合わせて前記イメージセンサ７０に同期制御信号（ここでは、撮像トリガ）を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサ７０に前記信号電荷の転送を実行させる同期手段（ここでは、制御装置３０、画像取込装置５０）」が実現されている。尚、画像取込装置５０を経由せず、制御装置３０から受光カメラ６５に撮像トリガを直接的に出力する構成としておけば、本発明の同期手段を制御装置３０単独で構成することも可能である。
【００４５】
以上のことから、電子部品５の同じ部位（例えば、図５中のＰ点）を撮影した、撮影時刻の異なる各信号電荷（例えば、図５中のｔ１、ｔ３、ｔ５の各時点で撮影された信号電荷）を、順次加算することが可能となり、フローティングゲート７９を通じて出力される出力信号の信号レベルは、各信号電荷の信号レベルを積分したトータル値になる（信号電荷の積分動作／図２、図５参照）。
【００４６】
ここで、電子部品５の表面（下面）が鏡面に近い場合には、図６にて示すように照明装置６３から出射された照明光は電子部品５の表面にて正反射する。従って、このような場合、図７にて示すように、電子部品５が集光レンズ６６の正面を通過するとき（図７中のｔ３時）、受光カメラ６５に反射光がほとんど入光しない状態となり、信号レベルはゼロにほど近い、低いレベルになる。
【００４７】
しかし、本実施形態では、一部の箇所において、信号レベルが低くても、それを他の部分（図７のＧ部）で補うことが可能となる。よって、電子部品５の表面が鏡面に近い状態であるか否かに拘わらず、鮮明な画像を得るに足る十分な信号レベルの出力信号が、常に得られることとなる。
【００４８】
従って、従前の技術にて使用される同軸照明装置を廃止することが可能となる。しかも、同軸照明装置を設ける場合においては必須となる軸上のハーフミラーを同時に廃止できるので、照明装置６３自体も、従来のものに比べて小さな出力のものを使用することが可能となり、この点も効果的である。
【００４９】
尚、上記例では、カメラユニット６０を固定側、電子部品５を可動側とするものを例示したが、本発明はカメラユニット６０と電子部品５とを相対移動させつつ撮影を行うものであれば、適用可能であり、例えば、以下の構成とすることも可能である。
【００５０】
例えば、ボールねじ軸（図略）と、ボールナット（図略）と、ボールねじ軸を駆動させる駆動源としてのモータ（図略）と、を備えた一軸のサーボ機構（本発明の「移動装置」に相当）を、ヘッドユニット２０に搭載し、カメラユニット６０そのものをヘッドユニット２０に対して吸着ヘッド２５の並び方向にあたる図１の左右方向に相対移動（より具体的には、吸着ヘッド２５に吸着保持された電子部品５の下側の位置にて相対移動）させる構成とする。このようにしておけば、追加した一軸のサーボ機構を作動させつつカメラユニット６０をヘッドユニット２０に対して相対移動させ、各電子部品５の真下に来たときに撮影を行えば、上述したカメラユニット６０を固定側としたものと同様の撮影動作を実現できる。尚、この場合に、信号電荷の転送タイミング（垂直転送動作の実行タイミング）は追加した一軸のサーボ機構のモータにエンコーダを設けておき、同エンコーダより出力されるのパルス信号に基づいて決定してやればよい。
【００５１】
次に、上記した部品認識装置（制御装置３０、画像取込装置５０、カメラユニット６０等）Ｕを搭載した表面実装機１００の説明を行う。尚、既に説明した装置については、表面実装機１００の説明中も、同一符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図８は表面実装機の平面図、図９はヘッドユニットの支持構造を示す部分拡大図である。図８に示すように、表面実装機１００は上面が平らな基台１１０上に各種装置を配置している。尚、以下の説明において、基台１１０の長手方向（図８、図９の左右方向）をＸ方向と呼ぶものとし、Ｙ方向、Ｚ方向をそれぞれ図８〜図９の向きに定めるものとする。
【００５３】
基台１１０の中央には、プリント配線基板搬送用の搬送コンベア（以下、単にコンベアとも呼ぶ）１２０が配置されている。搬送コンベア１２０はＸ方向に循環駆動する一対の搬送ベルト１２１を備えており、両ベルト１２１を架設するように基板ＰＫをセットすると、ベルト上面の基板ＰＫはベルトとの摩擦によりベルトの駆動方向に送られるようになっている。
【００５４】
本実施形態のものは、図８に示す右側が入り口となっており、基板ＰＫは図２に示す右側よりコンベア１２０を通じて機内へと搬入される。搬入された基板ＰＫは、コンベア１２０により基台中央の搭載位置（図８中の二点鎖線で示す位置）Ｇまで運ばれ、そこで停止される。
【００５５】
また、搭載位置Ｇの周囲４箇所には部品供給部１２５が設けられ、そこには部品供給装置としてのフィーダ１２８がＸ軸方向に整列状に設置されている。各フィーダ１２８は、部品供給テープが巻回されたリール（不図示）、リールから部品供給テープを引き出す電動式の送出装置（不図示）などから構成されている。
【００５６】
部品供給テープには電子部品５が一定間隔にて保持されており、送出装置を駆動させると、部品供給テープの引き出しに伴い、電子部品５が一つずつ供給される。そして、供給された電子部品５は、部品搭載装置１３０の吸着ヘッド２５により吸引保持されて、搭載位置Ｇ上にて停止する基板ＰＫ上に実装される構成となっている。
【００５７】
また、基台１１０上であって中央には、カメラユニット６０が搬送コンべア１２０のＹ軸方向の両側に一対設置されている。このカメラユニット６０は垂直方向をＸ軸方向、水平方向をＹ軸方向に位置合わせしてあり、フィーダ１２８を通じて供給され次に説明する部品搭載装置１３０の吸着ヘッド２５により吸着保持された電子部品５が、カメラユニット上方の撮影領域をＸ軸方向に通過するタイミングに合わせて、電子部品５を下方から撮影して、その保持姿勢を画像認識するものである（図１〜図７を参照して既に説明済み）。
【００５８】
部品搭載装置１３０は大まかにはＸ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構、Ｚ軸サーボ機構及びこれらサーボ機構の駆動によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動操作される吸着ヘッド２５などから構成される。
【００５９】
具体的に説明してゆくと、図８、図９に示すように基台１１０上には一対の支持脚１４１が設置されている。両支持脚１４１は搭載位置Ｇの両側に位置しており、共にＹ方向（図８では上下方向）にまっすぐに延びている。
【００６０】
両支持脚１４１にはＹ方向に延びるガイドレール１４２が支持脚上面に設置されると共に、これら左右のガイドレール１４２に長手方向の両端部を嵌合させつつヘット支持体１５１が取り付けられている。
【００６１】
また、図８において右側の支持脚１４１にはＹ方向に延びるＹ軸ボールねじ軸１４５が装着され、更にＹ軸ボールねじ軸１４５にはボールナット（不図示）が螺合されている。そして、Ｙ軸ボールねじ軸１４５の軸端部にはＹ軸モータ１４７が設けられている。
【００６２】
同モータ１４７を通電操作すると、Ｙ軸ボールねじ軸１４５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッド支持体１５１、ひいては次述するヘッドユニット２０がガイドレール１４２に沿ってＹ方向に水平移動する（Ｙ軸サーボ機構）。
【００６３】
図９に示すように、ヘッド支持体１５１にはＸ方向に延びるガイド部材１５３が設置され、更に、ガイド部材１５３に対してヘッドユニット２０が、ガイド部材１５３の軸に沿って移動自在に取り付けられている。このヘッド支持体１５１には、Ｘ方向に延びるＸ軸ボールねじ軸１０が装着されており、更にＸ軸ボールねじ軸１０にはボールナットが螺合されている。
【００６４】
そして、Ｘ軸ボールねじ軸１０の軸端部にはＸ軸モータ１２が設けられており、同モータ１２を通電操作すると、Ｘ軸ボールねじ軸１０に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッドユニット２０がガイド部材１５３に沿ってＸ方向に移動する（Ｘ軸サーボ機構）。
【００６５】
従って、Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構を複合的に制御することで、基台１１０上においてヘッドユニット２０を水平方向（ＸＹ方向）に移動操作出来る構成となっている。尚、Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構が、本発明のヘッド駆動装置に相当するものである。
【００６６】
係るヘッドユニット２０には、実装動作を行う吸着ヘッド２５が列状をなして複数個搭載されている。吸着ヘッド２５はヘッドユニット２０の下面から下向きに突出しており、先端には吸着ノズル２６が設けられている。
【００６７】
各吸着ヘッド２５はＲ軸モータ（不図示）の駆動により軸周りの回転動作が可能とされ、又Ｚ軸モータの駆動により、ヘッドユニット２０のフレーム２１に対して昇降可能な構成となっている（Ｚ軸サーボ機構）。また、各吸着ノズル２６には図外の負圧手段から負圧が供給されるように構成されており、ヘッド先端に吸引力を生じさせるようになっている。
【００６８】
次に、上記表面実装機１００による一連の部品実装動作について説明を行う。
まず、搬送コンベア１２０を駆動させ、実装対象となる基板ＰＫを搭載位置Ｇに搬送し、その位置で停止させ位置決めする。そして、基板ＰＫを位置決めすることが出来たら、次に先に説明したＸ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構を作動させてヘッドユニット２０の吸着ヘッド２５をフィーダ１２８の上方にまで水平移動させ、更にＺ軸サーボ機構を駆動させて吸着ヘッド２５を下降させる。
【００６９】
そして、吸着ヘッド２５のノズル先端が部品上面に達するタイミングに合わせて図外の負圧手段から負圧を供給することで、フィーダ１２８によって供給される電子部品５を吸着ヘッド２５により吸着保持出来る。
【００７０】
そして、吸着動作に続いて、今度はＺ軸サーボ機構を駆動させ、吸着ヘッド２５を上昇させることで、電子部品５をフィーダ１２８から取り出すことが出来る。
【００７１】
かくして、電子部品５が取り出されると、次にＸ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構が再び駆動される。これにより、フィーダ１２８上方のヘッドユニット２０が、基台中央の搭載位置Ｇに向けて移動開始する。
【００７２】
この移動途中、カメラユニット６０の上方の撮影領域を、吸着ヘッド２５に吸着保持された電子部品５がＸ軸方向に横切り、その通過タイミングに合わせて受光カメラ６５により各電子部品５の撮影が行われる。そして、受光カメラ６５より出力される各画像データは画像取込装置５０に送られ、そこで必要な画像処理が行われ各電子部品５の下面画像が生成される。
【００７３】
その後、各電子部品５の吸着位置ずれを検査する処理が、電子部品５を搭載位置Ｇに移動させる移動動作と並行して進められる。すなわち、下面画像のデータは制御装置３０に転送され、転送された下面画像に基づいて各電子部品５の吸着位置ずれの有無が検査される。そして、制御装置３０は吸着位置のずれがある場合には、各吸着ヘッド２５ごとに電子部品５の吸着位置ずれを補正する処理（Ｒ軸モータを駆動させ吸着ノズル２６を回転させるなど）が行なわれる。
【００７４】
そして、電子部品５が目標となる部品実装位置（搭載位置Ｇに停止した基板ＰＫ上の位置）に達したころで、Ｚ軸サーボ機構が再駆動しその位置で吸着ヘッド２５を下降させる。この下降に伴い、姿勢補正後の各電子部品５が、搭載位置Ｇ上にて停止する基板ＰＫ上の、部品実装位置に実装される。
【００７５】
このような処理が繰り返し行われることで、基板ＰＫに対する電子部品５の実装処理が進められる。そして、全ての電子部品５について実装処理が完了すると、搬送コンベア１２０が再駆動する。これにより、実装済み基板ＰＫは図８における左方向に送られ、機外に搬出される。
【００７６】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本表面実装機１００によれば、ＴＤＩセンサ７０を搭載した受光カメラ６５によって電子部品５を撮影しており、電子部品５の表面（下面）が鏡面に近い状態であるか否かに拘わらず、鮮明な画像を得るに足る十分な信号レベルの出力信号が、常に得られることとなる。
【００７７】
従って、部品画像として明暗のはっきりした鮮明な画像を得ることが可能となり、電子部品５の姿勢を正確に認識できる。そのため、電子部品５の吸着位置のずれを正確に補正することが出来、緻密な部品実装動作、すなわち目標とする部品実装位置に電子部品５を正しい姿勢で正確に実装することが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態によれば、従前の技術にて見られるような同軸照明装置、引いては同軸照明装置を設ける場合においては必須となる軸上のハーフミラーを廃止できる。よって、照明装置６３を、従来のものに比べて小さな出力のものを使用することが可能となり、この点も効果的である。
【００７９】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８０】
（１）上記実施形態では、カメラユニット６０を基台１１０に固定的に設置した例を示したが、カメラユニット６０の設置場所は基台１１０に限定されるものではなく、電子部品５を撮影可能であれば、基台以外の場所でもよく、また固定的に設置する必要もない。例えば、カメラユニット６０の全体をヘッドユニット２０などに移動可能に設置しておけば、カメラユニット６０の全体をスライドさせることで、電子部品５を撮影することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る部品認識装置、及びそれに関連する周辺装置との関係を示す図
【図２】ＴＤＩセンサの構成を模式的に示した図
【図３】ＴＤＩセンサの電気的構成を示すブロック図
【図４】各信号の出力タイミングを示すタイミングチャート図
【図５】撮影ポジションと信号電荷の信号レベルとの関係を示す図
【図６】電子部品が鏡面に近い場合の、電子部品表面での反射の様子を示す図
【図７】撮影ポジションと信号電荷の信号レベルとの関係を示す図（電子部品が鏡面である場合）
【図８】表面実装機の平面図
【図９】ヘッドユニットの支持構造を示す図（部品認識装置とヘッドユニットとの関係を示す図）
【符号の説明】
【００８２】
１０…ボールねじ軸
１２…モータ
１５…エンコーダ
２０…ヘッドユニット
２５…吸着ヘッド
３０…制御装置（本発明の「同期手段」に相当）
５０…画像取込装置（本発明の「同期手段」に相当）
６０…カメラユニット
６３…照明装置
６５…受光カメラ
７０…ＴＤＩセンサ（本発明の「イメージセンサ」に相当）
７１…受光部
７５…転送部
７６ａ〜７６ｅ…レジスタ列
７８Ａ、７８Ｅ…水平レジスタ
１００…表面実装機
１１０…基台
１２０…搬送コンベア（本発明の「基板搬送装置」に相当）
１２８…フィーダ（本発明の「部品供給装置」に相当）
ＰＫ…基板
Ｇ…搭載位置
Ｕ…部品認識装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着ヘッドに吸着保持された電子部品とイメージセンサとを相対移動させつつ撮影を行い、得られた画像に基づいて当該電子部品の吸着姿勢を認識する部品認識装置であって、
前記吸着保持された電子部品に対して斜め方向から照明光を出射可能とされた照明装置と、
前記照明装置から出射され部品表面で反射した反射光を集光レンズを介して受光し、かつ受光により得られた信号電荷を出力側に転送する転送過程において当該信号電荷を時間遅延積分する時間遅延積分方式の前記イメージセンサと、
前記電子部品と前記イメージセンサとの相対移動タイミングに合わせて前記イメージセンサに同期制御信号を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサに前記信号電荷の転送を実行させる同期手段と、を備えたことを特徴とする部品認識装置。
【請求項２】
基台と、
実装対象の基板を前記基台上に搬入する基板搬送装置と、
前記基台上に設けられ、電子部品の供給を行う部品供給装置と、
前記電子部品の吸着保持機能を有し、前記部品供給装置を通じて供給される前記電子部品を前記基板上に実装する実装動作を行う吸着ヘッドと、
前記吸着ヘッドが設けられるヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを前記基台上において水平移動させるヘッド駆動装置と、
前記基台に対して固定的に設置されるか、或いは前記ヘッドユニットに対して移動装置を介して相対移動可能に設置される請求項１に記載の部品認識装置と、を備えたことを特徴とする表面実装機。
【請求項３】
前記ヘッド駆動装置、或いは前記移動装置を駆動させる駆動源となるモータと、
前記モータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダと、を備えてなると共に、
前記同期手段は前記エンコーダの出力するパルス信号の信号数をカウントし、カウント数が予め定められた数値に達したときに前記イメージセンサに前記同期制御信号を与えて前記信号電荷の転送を行わせることにより前記同期をとることを特徴とする請求項２に記載の表面実装機。
【請求項１】
吸着ヘッドに吸着保持された電子部品とイメージセンサとを相対移動させつつ撮影を行い、得られた画像に基づいて当該電子部品の吸着姿勢を認識する部品認識装置であって、
前記吸着保持された電子部品に対して斜め方向から照明光を出射可能とされた照明装置と、
前記照明装置から出射され部品表面で反射した反射光を集光レンズを介して受光し、かつ受光により得られた信号電荷を出力側に転送する転送過程において当該信号電荷を時間遅延積分する時間遅延積分方式の前記イメージセンサと、
前記電子部品と前記イメージセンサとの相対移動タイミングに合わせて前記イメージセンサに同期制御信号を与えることにより、前記相対移動に同期させて前記イメージセンサに前記信号電荷の転送を実行させる同期手段と、を備えたことを特徴とする部品認識装置。
【請求項２】
基台と、
実装対象の基板を前記基台上に搬入する基板搬送装置と、
前記基台上に設けられ、電子部品の供給を行う部品供給装置と、
前記電子部品の吸着保持機能を有し、前記部品供給装置を通じて供給される前記電子部品を前記基板上に実装する実装動作を行う吸着ヘッドと、
前記吸着ヘッドが設けられるヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを前記基台上において水平移動させるヘッド駆動装置と、
前記基台に対して固定的に設置されるか、或いは前記ヘッドユニットに対して移動装置を介して相対移動可能に設置される請求項１に記載の部品認識装置と、を備えたことを特徴とする表面実装機。
【請求項３】
前記ヘッド駆動装置、或いは前記移動装置を駆動させる駆動源となるモータと、
前記モータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダと、を備えてなると共に、
前記同期手段は前記エンコーダの出力するパルス信号の信号数をカウントし、カウント数が予め定められた数値に達したときに前記イメージセンサに前記同期制御信号を与えて前記信号電荷の転送を行わせることにより前記同期をとることを特徴とする請求項２に記載の表面実装機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１７０５１７（Ｐ２００９−１７０５１７Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４５６６（Ｐ２００８−４５６６）
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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