JP6528133B2 - 部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸着ノズルにより部品をピックアップして基板に実装する部品実装装置に関するものである。

従来、搭載ヘッドが備える吸着ノズルにより部品供給部から部品をピックアップし、基板の所定の搭載位置に搭載する部品実装装置が知られている。部品実装装置では部品をピックアップする際に、吸着ノズルが部品を傾いた姿勢で吸着したり、部品を吸着できないことがある。

そこで、搭載ヘッドに一体的に設けられた部品認識カメラにより吸着ノズルに吸着された部品の側面画像を取得して、画像認識する事により吸着された部品の姿勢等の良否や厚み等を判断することがなされている（例えば、特許文献１）。また、側面画像により吸着ノズルにおける部品の有無を判断することも行われている（例えば、特許文献２）。これらの側面画像の認識は、部品認識カメラで撮像された画像データが画像認識用の制御部に送られ、そこで画像処理され、その結果に基づいて部品の有無や姿勢の良否の判断等が行われている。

特許第４３３１０５４号公報 国際公開第２０１４／１４７８０６号

ところで、部品をピックアップする際に部品が吸着できていない場合、この吸着ノズルについては真空リークしている状態であり、この状態が長引くことは好ましくない。特に、一つの真空源を複数の吸着ノズルで共用している場合は、真空リークしている吸着ノズルの数が増加すると部品を吸着している吸着ノズルの吸着力が減少することになり、部品落下などの問題が発生する虞がある。そこで、このような現象を防ぐために、吸着ノズルにおける部品の有無を高速に判断して真空リークを止めるなどの適切な対応を行うことが必要となる。

そこで本発明は、吸着ノズルにおける部品の有無を高速に判断することができる部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、複数の吸着ノズルを有する搭載ヘッドを有する部品実装装置であって、前記搭載ヘッドと一体的に設けられ、前記複数の吸着ノズルに対して相対的に移動することで前記複数の吸着ノズルのそれぞれの先端の周囲を順次側面から撮像する側面撮像カメラと、前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された部品の有無を判断する判断部と、前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された前記部品の厚みを算出する算出部とを備え、前記判断部は、前記搭載ヘッド又は前記側面撮像カメラに設けられた制御部であり、前記算出部は、前記部品実装装置の本体に設けられた制御部である。

本発明のその他の部品実装装置は、複数の吸着ノズルを有する搭載ヘッドを有する部品実装装置であって、前記搭載ヘッドと一体的に設けられ、前記複数の吸着ノズルに対して相対的に移動することで前記複数の吸着ノズルのそれぞれの先端位置を順次側面から撮像する側面撮像カメラと、前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された部品の有無を判断する判断部と、前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された前記部品の厚みを算出する算出部と、を備え、前記判断部は、前記搭載ヘッド又は前記側面撮像カメラに設けられた制御部であり、前記算出部は、前記部品実装装置の本体に設けられた制御部であり、前記吸着ノズルにより前記部品の吸着動作を実施した後に、前記判断部により前記吸着ノズルの先端に前記部品が無いと判断された場合には、前記吸着ノズルの先端に真空を供給する真空バルブを閉じる。

本発明によれば、吸着ノズルにおける部品の有無を高速に判断することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態の部品実装装置が備える搭載ヘッドの構成図 本発明の一実施の形態の部品実装装置が備える搭載ヘッドの断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置が備える搭載ヘッドの水平面に沿う部分断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態の部品実装装置における平均輝度値に基づく部品の有無の判断を説明する図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるコントラスト値に基づく部品の有無の判断を説明する図 本発明の一実施の形態の部品実装装置において算出される部品の厚さを説明する図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品吸着処理において用いられる判断範囲を説明する図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装方法のフロー図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品吸着処理のフロー図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装方法を説明するノズルシャフト保持体の模式図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装方法の工程説明図

以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、部品実装装置の仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１、及び後述する一部では、水平面内で互いに直交する２軸方向として、基板搬送方向のＸ方向（図２における紙面に垂直な方向）、基板搬送方向に直交するＹ方向（図２における左右方向）が示される。図１、及び後述する一部では、水平面と直交する高さ方向としてＺ方向（図２における上下方向）が、Ｚ方向を軸として回転する水平面内の方向としてθ方向が示される。Ｚ方向は、部品実装装置が水平面上に設置された場合の上下方向または直交方向である。

まず図１を参照して、部品実装装置１の構造を説明する。部品実装装置１は、部品を基板に実装する機能を有する。基台１ａの中央部には、Ｘ方向に延びた一対の搬送コンベアを備えた基板搬送機構２が配設されている。基板搬送機構２は部品実装対象の基板３を上流側装置から受け取って搬送し、以下に説明する部品搭載機構による実装作業位置に位置決め保持する。

基板搬送機構２の両側方には、部品供給部４が配設されている。部品供給部４は、フィーダテーブル４ａ上に複数のテープフィーダ５を並設して構成されている。テープフィーダ５は、基板３に実装される部品Ｐ（図２参照）を収納したキャリアテープをピッチ送りすることにより、部品Ｐを部品搭載機構の搭載ヘッド８による取り出し位置に供給する。

次に、部品搭載機構について説明する。基台１ａのＸ方向の端部には、リニア駆動機構を備えたＹ軸ビーム６がＹ方向に沿って配設されている。Ｙ軸ビーム６にはリニア駆動機構を備えたＸ軸ビーム７がＹ方向に移動自在に装着されている。Ｘ軸ビーム７は、Ｘ方向に沿って配設されている。Ｘ軸ビーム７にはプレート部材９がＸ方向に移動自在に装着されており、プレート部材９には搭載ヘッド８が保持フレーム１０を介して装着されている。

搭載ヘッド８は、基板３に実装される部品Ｐを部品供給部４からピックアップして保持する機能を有している。搭載ヘッド８は、Ｙ軸ビーム６、Ｘ軸ビーム７を駆動することによりＸ方向、Ｙ方向へ水平移動し、保持する部品Ｐを基板搬送機構２に位置決め保持された基板３に搭載する部品搭載機構を構成する。そして、Ｙ軸ビーム６、Ｘ軸ビーム７は、搭載ヘッド８を水平面内で移動させるヘッド移動機構１１を構成する。

次に、図２〜４を参照して、搭載ヘッド８の構造を説明する。図２において、搭載ヘッド８は、保持フレーム１０と保持フレーム１０に固定されるカバー８ａによって側面と上面が覆われた構造を有している。保持フレーム１０の下部には、ロータ保持部１２が水平方向に延出して設けられている。ロータ保持部１２には、ロータである円柱形のノズルシャフト保持体１３がベアリング１２ａを介してＺ方向の回転軸ＣＬを軸心として回転自在に保持されている（図３参照）。ノズルシャフト保持体１３の上面には、回転軸ＣＬを軸心とする保持体従動ギア１４が固着されている。

ロータ保持部１２の上方には、インデックス駆動モータ１５が配設されている。インデックス駆動モータ１５には、保持体従動ギア１４とかみ合うインデックス駆動ギア１５ａが装着されている。保持体従動ギア１４は、インデックス駆動モータ１５の駆動によってインデックス駆動ギア１５ａを介してインデックス回転する（矢印ａ）。これにより、ノズルシャフト保持体１３も保持体従動ギア１４とともにインデックス回転する。

図４は、ノズルシャフト保持体１３の水平面に沿う断面を模式的に示している。図３，４において、ノズルシャフト保持体１３の回転軸ＣＬを中心とする円周上の位置には、ノズルシャフト保持体１３を上下に貫通する複数（ここでは１２個）の貫通孔１６が設けられている。各貫通孔１６には、円柱状のノズルシャフト１７がノズルシャフト保持体１３に対して上下動自在に挿入されている。

図３において、貫通孔１６の内周面１６ａの上下に離れた２箇所には、ノズルシャフト１７を上下方向にガイドする軸受け１８が配置されている。各ノズルシャフト１７の下方にはノズルホルダ１９が設けられ、ノズルホルダ１９には吸着ノズル２０が着脱自在に装着されている。すなわち、搭載ヘッド８は、複数（ここでは１２個）の吸着ノズル２０を有する。ノズルシャフト１７の上端部には、略Ｌ字状の取り付け具２１ａがθ方向に回転自在に装着されている。取り付け具２１ａには、カムフォロア２１が水平方向を軸心とする回転軸を外側に向けて取り付けられている。

図２において、保持フレーム１０の上部には、円筒カム２３を固定するカム保持部２２が水平方向に延出して設けられている。円筒カム２３の外周面には溝２３ａが設けられている。溝２３ａは、保持フレーム１０とは反対側が高く、保持フレーム１０に近づくにつれて緩やかに低くなるように設けられている。各ノズルシャフト１７に取り付けられたカムフォロア２１は、溝２３ａに沿って移動できるように円筒カム２３に装着されている。

各ノズルシャフト１７は、ノズルシャフト保持体１３の上方に設けられたバネなどの弾性体２４によって上方に付勢されている。ノズルシャフト保持体１３がインデックス回転すると、ノズルシャフト１７はこれに倣って水平方向に周回移動しながら円筒カム２３の溝２３ａに沿って上下運動する。円筒カム２３は、溝２３ａが最も低くなる箇所で一部が切除されており、その切除箇所では溝２３ａは途切れている。

保持フレーム１０と円筒カム２３の間には、部品吸着ノズル昇降機構２５が配設されている。部品吸着ノズル昇降機構２５は、Ｚ方向に延びたねじ軸２５ａ、ねじ軸２５ａを回転駆動する昇降モータ２５ｂ、ねじ軸２５ａに螺合するナット２５ｃを含んで構成されている。ナット２５ｃには、円筒カム２３の切除箇所に沿って昇降移動可能なカムフォロア保持具２５ｄが設けられている。カムフォロア保持具２５ｄは、昇降モータ２５ｂの駆動によってナット２５ｃとともに昇降する。カムフォロア保持具２５ｄは、切除箇所で途切れた溝２３ａを補完する形状を有している。従って、溝２３ａに沿って移動するカムフォロア２１はカムフォロア保持具２５ｄにスムーズに乗り移ることができる。

溝２３ａに沿って移動してきたカムフォロア２１はこの位置で溝２３ａから外れ、溝２３ａと同じ高さ位置で待機するカムフォロア保持具２５ｄに乗り移って保持される。この状態で昇降モータ２５ｂが駆動されると、ノズルシャフト１７および吸着ノズル２０は、カムフォロア２１とともにノズルシャフト保持体１３に対して昇降する（矢印ｂ）。なお、部品吸着ノズル昇降機構２５は上記の構造に限定されることなく、ノズルシャフト１７を上下運動させるものであればリニアモータを使用した構造でもエアシリンダを使用した構造でもよい。

このように、カムフォロア保持具２５ｄがカムフォロア２１を保持するノズルシャフト１７の位置は、当該ノズルシャフト１７が昇降する第１ステーションＳ１となっている。図４において、ノズルシャフト保持体１３がインデックス回転（ここでは３０度ずつ回転）して停止する１２箇所の位置を、第１ステーションＳ１から順に時計回りで第ｎステーションＳｎ（ｎ＝１，２，・・・，１２）と称する。すなわち、ノズルシャフト保持体１３に挿入されたノズルシャフト１７の下部に装着される１２個の吸着ノズル２０は、ノズルシャフト保持体１３がインデックス回転する毎に、第ｎステーションＳｎから隣の第ｎ＋１ステーションＳｎ＋１に移動して、第１２ステーションＳ１２の次は第１ステーションＳ１に戻ってくる。

図３において、ノズルシャフト保持体１３の上面には、ノズルシャフト保持体１３の回転軸ＣＬを中心とする取り付け穴１３ａが設けられている。円筒カム２３を上下に貫く円柱状の回転体２６は、その先端部２６ａを取り付け穴１３ａにベアリング２６ｂを介して嵌入させることで、ノズルシャフト保持体１３に対して回転自在に配設されている。

回転体２６の上端部付近には、回転軸ＣＬを軸心とするθ回転従動ギア２７が固着されている。円筒カム２３の上方には、θ回転従動ギア２７とかみ合うθ回転駆動ギア２８ａが装着されたθ回転モータ２８が配置されている。θ回転従動ギア２７は、θ回転モータ２８の駆動によってθ回転駆動ギア２８ａを介してθ方向に回転する。これにより、回転体２６は、θ回転従動ギア２７とともにθ方向に回転する（矢印ｃ）。

回転体２６におけるノズルシャフト保持体１３と円筒カム２３の間には、ノズルシャフト１７の昇降ストロークに対応させて上下方向に長く伸びたノズル駆動ギア２９が固着されている。各ノズルシャフト１７には、ノズル駆動ギア２９とかみ合う位置にノズル回転ギア３０が固着されている。各ノズルシャフト１７は、ノズル駆動ギア２９の駆動によってノズル回転ギア３０を介して一斉にθ方向に回転する（矢印ｄ）。

図２において、ロータ保持部１２には、インデックス回転して第３ステーションＳ３に停止している吸着ノズル２０の先端２０ａを含むその周囲を側面から撮像する側面撮像カメラ３１が設けられている。吸着ノズル２０の先端２０ａに部品Ｐが吸着されている場合、側面撮像カメラ３１は、吸着ノズル２０の先端２０ａの周囲と吸着された部品Ｐを側面から同時に撮像する。側面撮像カメラ３１は、ノズルシャフト保持体１３がインデックス回転する毎に、相対的に移動して第３ステーションＳ３に停止する吸着ノズル２０の先端２０ａを順次撮像する。

すなわち、側面撮像カメラ３１は、搭載ヘッド８と一体的に設けられ、複数の吸着ノズル２０に対して相対的に移動することで複数の吸着ノズル２０のそれぞれの先端２０ａの周囲を順次側面から撮像する。側面撮像カメラ３１は、吸着ノズル２０を撮像するカメラ３１ａと、吸着ノズル２０の像をカメラ３１ａに導くミラー３１ｂを含んで構成される。部品を基板３に搭載する際は、側面撮像カメラ３１による吸着ノズル２０が吸着する部品Ｐの認識結果を加味し、ノズルシャフト１７の下降位置（部品Ｐの搭載高さ）を補正する搭載高さ補正が行われる。

次に、図３，４を参照して搭載ヘッド８の空気流路について説明する。図３において、ノズルシャフト保持体１３の内部には、ノズルシャフト保持体１３の上部中央に設けられた取り付け穴１３ａの上面に開口し、回転軸ＣＬに沿う縦方向に共通流路１３ｂが設けられている。共通流路１３ｂは、取り付け穴１３ａに嵌入する回転体２６の内部に設けられた回転体内孔２６ｃに連通する。回転体内孔２６ｃは、回転体２６の上端部に接続された管３２を介して負圧発生源（図示省略）に通じている（矢印ｅ）。

図４において、ノズルシャフト保持体１３の内部において共通流路１３ｂと各貫通孔１６の間には、バルブユニット３３（ここでは１２個）がそれぞれ配設されている。各バルブユニット３３は、ノズルシャフト保持体１３の内部に形成された保持体横孔１３ｃを介して共通流路１３ｂに連通している。また、各バルブユニット３３は、ノズルシャフト保持体１３の内部に形成された接続孔１３ｄ、各貫通孔１６の連通隙間１６ｂ、ノズルシャフト１７の外周面１７ａに貫通して開口する開口部１７ｃ、ノズルシャフト１７の内部のシャフト内穴１７ｂ、吸着ノズル２０の内部に設けられたノズル内孔を介して吸着ノズル２０の先端２０ａと連通している。

また、各バルブユニット３３は、それぞれノズルシャフト保持体１３の内部に形成された上側接続管路１３ｅ、下側接続管路１３ｆ、正圧接続管路１３ｇを介して、ノズルシャフト保持体１３の底面に形成された上側接続口３４ａ、下側接続口３４ｂ、正圧接続口３４ｃに連通している。第１ステーションＳ１及び第４ステーションＳ４のノズルシャフト保持体１３の下方には、それぞれエア供給部３５Ａ，３５Ｂが配設されている。ノズルシャフト保持体１３がインデックス回転して第１ステーションＳ１に停止すると、ノズルシャフト１７の上側接続口３４ａ、下側接続口３４ｂ、正圧接続口３４ｃは、エア供給部３５Ａの上側供給路３５Ａａ、下側供給路３５Ａｂ、正圧供給路３５Ａｃに、パッド３６を介してそれぞれ接続される。

第４ステーションＳ４に停止したノズルシャフト１７の上側接続口３４ａ、下側接続口３４ｂ、正圧接続口３４ｃは、エア供給部３５Ｂの上側供給路３５Ｂａ、下側供給路３５Ｂｂ、正圧供給路３５Ｂｃに、パッド３６を介してそれぞれ接続される。上側供給路３５Ａａ，３５Ｂａ、下側供給路３５Ａｂ，３５Ｂｂは、それぞれ開閉弁Ｖ（図５参照）を介して正圧発生源（図示省略）に通じている。開閉弁Ｖを制御することにより、所定のタイミングで上側供給路３５Ａａ，３５Ｂａ、下側供給路３５Ａｂ，３５Ｂｂに個別に正圧が供給される。正圧供給路３５Ａｃ，３５Ｂｃには、常時、大気圧が供給されている。

図４において、各バルブユニット３３は、上側接続口３４ａ、下側接続口３４ｂから供給される正圧によって内部の経路を切り換え、接続孔１３ｄに共通流路１３ｂから供給される負圧を供給する「負圧供給状態」、または、接続孔１３ｄに正圧供給路３５Ａｃ，３５Ｂｃから供給される大気圧を供給する「大気圧供給状態」に切り替えて設定する機能を有している。「負圧供給状態」では、吸着ノズル２０の先端２０ａに負圧が供給されて、先端２０ａに部品Ｐを吸着することができる。すなわち、バルブユニット３３は、吸着ノズル２０の先端２０ａへの真空の供給を開閉する真空バルブとなる。

「大気圧供給状態」では、吸着ノズル２０の先端２０ａに大気圧が供給される。また「大気圧供給状態」では、共通流路１３ｂと接続孔１３ｄ間の経路が遮断されるため、吸着ノズル２０の先端２０ａから共通流路１３ｂに大気が流入（真空リーク）することはない。またバルブユニット３３は、下側ポート３３ｂまたは上側ポート３３ａへの正圧供給が止まると、「負圧供給状態」または「大気圧供給状態」を維持するようになっている。

例えば、第１ステーションＳ１においてバルブユニット３３が「負圧供給状態」に設定されて吸着ノズル２０が部品Ｐを吸着したノズルシャフト１７は、ノズルシャフト保持体１３がインデックス回転して第１ステーションＳ１から外れても、継続して部品Ｐを保持することができる。また例えば、第４ステーションＳ４においてバルブユニット３３が「大気圧供給状態」に設定されたノズルシャフト１７は、ノズルシャフト保持体１３がインデックス回転して第４ステーションＳ４から外れても、負圧発生源に通じる経路が遮断された状態が維持される。

次に図５を参照して、部品実装装置１の制御系の構成について説明する。部品実装装置１が備える制御装置４０は、ＣＰＵ機能を備える演算処理装置である。制御装置４０は、機構制御部４１、装置記憶部４２、カメラ指示部４３、厚み算出部４４、処理範囲設定部４５、部品吸着処理部４６、部品搭載処理部４７、表示処理部４８を備えている。装置記憶部４２は、機構制御部４１による各部の制御に必要な実装作業パラメータの他、判断結果データ４２ａ、２次画像データ４２ｂ、厚みデータ４２ｃなどを記憶する。機構制御部４１は、基板搬送機構２の作動制御を行って基板３を搬送して実装作業位置に位置決め保持させ、テープフィーダ５の作動制御を行って部品取り出し位置に部品Ｐを供給させる。

また機構制御部４１は、ヘッド移動機構１１の作動制御を行って搭載ヘッド８を水平面内で移動させる。また機構制御部４１は、インデックス駆動モータ１５、昇降モータ２５ｂ、θ回転モータ２８の作動制御を行って、ノズルシャフト保持体１３をインデックス回転させ、第１ステーションＳ１に位置するノズルシャフト１７を昇降させ、各ノズルシャフト１７を一斉にθ回転させる。また機構制御部４１は、開閉弁Ｖの動作を制御して、第１ステーションＳ１及び第４ステーションＳ４に位置するバルブユニット３３を「負圧供給状態」又は「大気圧供給状態」に設定する。

図５において、カメラ指示部４３は側面撮像カメラ３１に対して各種処理の指示を行う。側面撮像カメラ３１は、画像を撮像するカメラ３１ａの他、カメラ動作制御部５０、カメラ記憶部５１、部品有無判断部５２を備えている。カメラ動作制御部５０は、カメラ指示部４３からの指示を受けて、第３ステーションＳ３に位置する吸着ノズル２０の先端２０ａの画像をカメラ３１ａによって撮像する。カメラ記憶部５１は、処理範囲データ５１ａ、１次画像データ５１ｂを記憶する。

カメラ３１ａによって撮像された画像は１次画像データ５１ｂとしてカメラ記憶部５１に一時保存された後、制御装置４０に送信され、撮像された吸着ノズル２０に紐付けされて装置記憶部４２に２次画像データ４２ｂとして記憶される。部品有無判断部５２は、カメラ３１ａにより撮像されている画像データに基づき、吸着ノズル２０の先端２０ａに吸着された部品Ｐの有無を判断する部品有無判断処理を実行する。判断結果は制御装置４０に送信され、判断された吸着ノズル２０に紐付けされて装置記憶部４２に判断結果データ４２ａとして記憶される。すなわち、部品有無判断部５２は、側面撮像カメラ３１で得られた画像データに基づき、吸着ノズル２０の先端２０ａに吸着された部品Ｐの有無を判断する判断部となる。

部品有無判断部５２は、側面撮像カメラ３１又は搭載ヘッド８に設けられている。すなわち、部品有無判断部５２（判断部）は、搭載ヘッド８又は側面撮像カメラ３１に設けられた制御部である。そして、部品有無判断部５２は、カメラ３１ａが１次画像データ５１ｂとなる画像を撮像している途中に、その画像データを基に部品Ｐの有無を判断する。すなわち、部品有無判断部５２による部品Ｐの有無判断は、取得された１次画像データ５１ｂを制御装置４０に送信する前に完了しているため、制御装置４０において同様の判断を実行する場合よりも高速に判断することができる。

ここで図６，７を参照して、部品有無判断処理について説明する。部品有無判断処理には、画像の平均輝度値に基づく判断とコントラスト値に基づく判断がある。まず図７を参照して、平均輝度値に基づく部品有無判断処理について説明する。図６（ａ）は、部品Ｐを吸着した部品有りの吸着ノズル２０を側面撮像カメラ３１によって撮像した撮像視野ＶＦの画像を示している。図６（ｂ）は、部品Ｐを吸着していない部品無しの吸着ノズル２０を側面撮像カメラ３１によって撮像した撮像視野ＶＦの画像を示している。撮像視野ＶＦの画像内には、点線で示す長方形の処理範囲Ｒが設定されている。処理範囲Ｒは、例えば撮像視野ＶＦ内の長方形の４つの頂点の座標として処理範囲データ５１ａに記憶されている。

側面撮像カメラ３１の画像において、部品Ｐがある領域は部品Ｐで反射する光によって輝度が高い。そのため、図６（ａ）に示す部品有りの場合、処理範囲Ｒの平均輝度値は高くなる（明るい）。一方、図６（ｂ）に示す部品無しの場合、処理範囲Ｒの平均輝度値は低い（暗い）。部品有無判断部５２は、カメラ３１ａが１次画像データ５１ｂとなる画像を撮像している途中に、処理範囲Ｒ内の全画像データが得られると処理範囲Ｒ内の平均輝度値を算出し、所定値よりも高い（明るい）場合は部品有りと判断し、所定値よりも低い（暗い）場合は部品無しと判断する。このように、部品有無判断部５２（判断部）は、画像データにおける予め設定された処理範囲Ｒ内の平均輝度値に基づき、部品Ｐの有無を判断する。

なお、上記は反射方式により認識した場合で説明したが、透過方式の照明により認識した場合には、部品有りの場合には処理範囲Ｒの平均輝度値は低くなり（暗い）、部品無しの場合には処理範囲Ｒの平均輝度値は高くなる（明るい）。この場合も、部品有無判断部５２（判断部）は、画像データにおける予め設定された処理範囲Ｒ内の平均輝度値に基づき、部品Ｐの有無を判断する。

次に図７を参照して、コントラスト値に基づく部品有無判定処理について説明する。図７（ａ）は部品有りの場合、図７（ｂ）は部品無しの場合の吸着ノズル２０を側面撮像カメラ３１によって撮像した撮像視野ＶＦの画像を示している。図７と同様に、撮像視野ＶＦの画像内には、点線で示す長方形の処理範囲Ｒが設定されている。カメラ３１ａは最上段を左から右に走査し、順に下方に一段ずつ下がりながら左から右に走査して撮像する。処理範囲Ｒの画素ＩＥは、部品Ｐが有る場所は輝度が高く（明るく）、部品Ｐが無い場所は輝度が低くなる（暗い）。

図７（ａ）に示す部品有りの場合、部品Ｐ上では輝度が高い画素ＩＥが所定数連続して出現する。図７（ｂ）に示す部品無しの場合、輝度が高い画素ＩＥは連続して出現しない。すなわち、部品Ｐが有る場合は走査線ＳＬ上に輝度の明暗差（コントラスト）が発生し、部品Ｐが無い場合は輝度の明暗差は生じない。部品有無判断部５２は、カメラ３１ａが１次画像データ５１ｂとなる画像を撮像している途中に、処理範囲Ｒ内の走査線ＳＬ上の画素ＩＥの輝度を計測し、所定値以上のコントラスト（明暗差）が発生すると部品有りと判断し、所定値以上のコントラストが発生しない場合は部品無しと判断する。このように、部品有無判断部５２（判断部）は、画像データにおける予め設定された処理範囲Ｒ内のコントラスト値に基づき、部品Ｐの有無を判断する。

なお、上述したように、透過方式の照明により認識した場合には、部品有りの場合には輝度値は低くなり（暗い）、部品無しの場合には輝度値は高くなる（明るい）。この場合も、部品有無判断部５２（判断部）は、画像データにおける予め設定された処理範囲Ｒ内のコントラスト値に基づき、部品Ｐの有無を判断する。

図５において、厚み算出部４４は、１次画像データ５１ｂが転送されて装置記憶部４２に記憶された２次画像データ４２ｂを画像処理して、吸着ノズル２０の先端２０ａに吸着された部品Ｐの厚みＴを算出する厚み算出処理を実行する。すなわち、厚み算出部４４は、側面撮像カメラ３１で得られた２次画像データ４２ｂ（画像データ）に基づき、吸着ノズル２０の先端２０ａに吸着された部品Ｐの厚みＴを算出する算出部となる。ここで図８に示す２次画像データ４２ｂを参照して、部品の厚みＴについて説明する。厚み算出部４４は、画像処理により吸着ノズル２０の先端２０ａの位置と吸着された部品Ｐの下面Ｐａの位置を認識し、両位置の差分を算出して部品Ｐの厚みＴとする。

算出された部品Ｐの厚みＴは、撮像された吸着ノズル２０に紐付けされて装置記憶部４２に厚みデータ４２ｃとして記憶される。このように、厚み算出部４４（算出部）は、部品実装装置１の本体に設けられた制御部であり、部品有無判断部５２（判断部）における部品Ｐの有無の判断と厚み算出部４４（算出部）における部品Ｐの厚みＴの算出は、同じ画像データ（１次画像データ５１ｂ、２次画像データ４２ｂ）に基づき行われる。

処理範囲設定部４５は、部品有無判断処理で使用される処理範囲Ｒを、搭載ヘッド８が有する複数（ここでは１２個）の吸着ノズル２０のそれぞれについて決定する処理範囲設定処理を実行する。処理範囲設定部４５は、ノズルシャフト保持体１３をインデックス回転させて、部品Ｐを吸着していない吸着ノズル２０を順に第３ステーションＳ３に位置させ、側面撮像カメラ３１によって吸着ノズル２０の先端２０ａを含む画像を撮像する。図９（ａ），（ｂ）に、撮像された画像データの例を示す。処理範囲設定部４５は、得られた画像データを画像処理して吸着ノズル２０の先端２０ａの位置を認識し、認識された吸着ノズル２０の先端２０ａを含む所定の範囲を処理範囲Ｒと設定する。

図９（ａ），（ｂ）に示すように、吸着ノズル２０の先端２０ａの位置は、吸着ノズル２０自体の作製誤差、吸着ノズル２０のノズルホルダ１９への装着誤差などで生じる各種の要因によって、吸着ノズル２０毎に異なっている。図９（ａ）は吸着ノズル２０の先端２０ａが撮像視野ＶＦにおける高めの位置に位置する例を示し、図９（ｂ）は吸着ノズル２０の先端２０ａが撮像視野ＶＦにおける低めの位置に位置する例を示している。処理範囲設定部４５は、搭載ヘッド８に装着される全ての吸着ノズル２０に対して処理範囲Ｒを設定し、吸着ノズル２０に紐付けした処理範囲データ５１ａとしてカメラ記憶部５１に記憶させる。すなわち、画像データにおける予め設定された処理範囲Ｒは、吸着ノズル２０に部品Ｐが無い状態での画像データに基づき、複数の吸着ノズル２０のそれぞれについて設定される。

図５において、部品吸着処理部４６は、テープフィーダ５、ヘッド移動機構１１、インデックス駆動モータ１５、昇降モータ２５ｂ、θ回転モータ２８、開閉弁Ｖを制御して、テープフィーダ５の取り出し位置に供給させた部品Ｐを、順に第１ステーションＳ１に位置させた吸着ノズル２０でピックアップする部品吸着処理を制御する。

部品搭載処理部４７は、ヘッド移動機構１１、インデックス駆動モータ１５、昇降モータ２５ｂ、θ回転モータ２８を制御して、吸着ノズル２０が吸着している部品Ｐを、順に部品実装作業位置に位置決め保持された基板３上の所定の搭載位置に搭載する部品搭載処理を制御する。部品搭載処理部４７は、部品搭載処理において、装置記憶部４２に記憶される厚みデータ４２ｃに基づいて、吸着ノズル２０の下降量（部品Ｐの搭載高さ）を補正して部品Ｐを搭載する。表示処理部４８は、部品実装装置１の操作に必要な情報、側面撮像カメラ３１が撮像した２次画像データ４２ｂなどを制御装置４０に繋がるモニタ等の画像表示装置４９に表示させる。

次に図１０〜１３を参照しながら部品実装装置１における部品実装方法について説明する。図１０において、処理範囲設定部４５は、部品Ｐを吸着していない吸着ノズル２０を順に第３ステーションＳ３に位置させ、側面撮像カメラ３１によって吸着ノズル２０の先端２０ａを含む画像を撮像する。そして処理範囲設定部４５、撮像した画像データに基づきそれぞれの吸着ノズル２０について処理範囲Ｒを設定する処理範囲設定処理を実行する（ＳＴ１：処理範囲決定工程）。設定された処理範囲Ｒは、処理範囲データ５１ａとしてカメラ記憶部５１に記憶される。

次いで部品吸着処理部４６は、ノズルシャフト保持体１３（ロータ）を３０度インデックス回転させる（ＳＴ２：第１インデックス回転工程）。この時点の状態を、図１２に示す。図１２において、第１ステーションＳ１に位置する吸着ノズル２０を第１吸着ノズル２０（１）として、以下反時計回りに第２吸着ノズル２０（２）から第１２吸着ノズル２０（１２）と定義する。ノズルシャフト保持体１３は、インデックス回転する度に時計回りに３０度ずつ回転する（矢印ｆ）。また、図１２に示す状態を図１３におけるロータインデックスＩ０と定義し、便宜上、図１３では第１吸着ノズル２０（１）をＮ１と表す。

図１０において、次いで部品吸着処理部４６は、部品吸着処理を実行する（ＳＴ３：部品吸着処理工程）。次に図１１を参照して、部品吸着処理工程（ＳＴ１３）を詳細に説明する。図１１において、まず部品吸着処理部４６は、第１ステーションＳ１に位置する第１吸着ノズル２０（１）にテープフィーダ５が供給する部品Ｐを吸着させる（ＳＴ１１：部品吸着工程）。この時点で、第１吸着ノズル２０（１）のバルブユニット３３は「負圧供給状態」に設定されており、第１吸着ノズル２０（１）の先端２０ａには真空が供給されている。図１３では、「負圧供給状態」の吸着ノズル２０に斜線ハッチングを付している。

次いで部品吸着処理部４６は、ノズルシャフト保持体１３をインデックス回転させる（ＳＴ２）。これで図１３に示すロータインデックスＩ１の状態となり、第１吸着ノズル２０（１）が第２ステーションＳ２に移動し、第２吸着ノズル２０（２）が第１ステーションＳ１に位置する。次いで部品吸着処理部４６は、第２吸着ノズル２０（２）に部品Ｐを吸着させる（ＳＴ１１）。これにより、第２吸着ノズル２０（２）の先端２０ａには真空が供給される。

次いで部品吸着処理部４６は、ノズルシャフト保持体１３をインデックス回転させる（ＳＴ２）。これで図１３に示すロータインデックスＩ２の状態となり、第１吸着ノズル２０（１）が第３ステーションＳ３に、第２吸着ノズル２０（２）が第２ステーションＳ２に移動し、第３吸着ノズル２０（３）が第１ステーションＳ１に位置する。次いで部品吸着処理部４６は、第３吸着ノズル２０（３）に部品Ｐを吸着させる（ＳＴ１１）。これにより、第３吸着ノズル２０（３）の先端２０ａには真空が供給される。

図１１において、部品吸着工程（ＳＴ１１）と並行して、部品有無判断部５２は、第１吸着ノズル２０（１）を側面撮像カメラ３１で撮像し（ＳＴ１２）、第１吸着ノズル２０（１）が部品Ｐを吸着しているか否かを判断する部品有無判断処理を実行する（ＳＴ１３：部品有無判断工程）。第１吸着ノズル２０（１）が部品Ｐを吸着していると判断されると（ＳＴ１３においてＹｅｓ）、厚み算出部４４は２次画像データ４２ｂに基づいて第１吸着ノズル２０（１）が吸着している部品Ｐの厚みＴを算出する厚み算出処理を実行する（ＳＴ１４：厚み算出工程）。

すなわち、部品実装装置１は、第１吸着ノズル２０（１）により部品Ｐの吸着動作を実施した（ＳＴ１１）後に、部品有無判断部５２（判断部）により第１吸着ノズル２０（１）の先端２０ａに部品Ｐが有ると判断された場合には（ＳＴ１３においてＹｅｓ）、厚み算出部４４（算出部）により第１吸着ノズル２０（１）が吸着する部品Ｐの厚みＴを算出する（ＳＴ１４）。

側面撮像カメラ３１により１次画像データ５１ｂが取得されると、部品吸着処理部４６は、厚み算出処理（ＳＴ１４）の完了前であっても、次の第１インデックス回転工程（ＳＴ２）が実行可能な場合は第１インデックス回転工程（ＳＴ２）を実行させる。すなわち、厚み算出工程（ＳＴ１４）と、第１インデックス回転工程（ＳＴ２）、部品吸着工程（ＳＴ１１）、側面撮像カメラ３１による撮像（ＳＴ１２）は、並行して実行される。

以降、全ての吸着ノズル２０で部品吸着処理が完了しない間は（ＳＴ４においてＮｏ）、第１インデックス回転工程（ＳＴ２）と部品吸着処理工程（ＳＴ３）が繰り返して実行される。すなわち図１３において、ロータインデックスＩ３では、部品吸着処理部４６は第４吸着ノズル２０（４）に部品Ｐを吸着させ（ＳＴ１１）、部品有無判断部５２は第２吸着ノズル２０（２）が部品Ｐを吸着しているか否かを判断する（ＳＴ１３）。

図１３において、ロータインデックスＩ４では、部品有無判断処理で第３吸着ノズル２０（３）が部品Ｐを吸着していなと判断されている（ＳＴ１３においてＮｏ）。その場合、第３吸着ノズル２０（３）が第４ステーションＳ４に移動するロータインデックスＩ５において、部品吸着処理部４６は、第３吸着ノズル２０（３）のバルブユニット３３を「負圧供給状態」から「大気圧供給状態」に切り替える。すなわち、部品吸着処理部４６は、第３吸着ノズル２０（３）の先端２０ａに真空を供給する真空バルブ（バルブユニット３３）を閉じる（ＳＴ１５：真空バルブ閉工程）。

すなわち、第３吸着ノズル２０（３）により部品Ｐの吸着動作を実施した（ＳＴ１１）後に、部品有無判断部５２（判断部）により第３吸着ノズル２０（３）の先端２０ａに部品Ｐが無いと判断された場合には（ＳＴ１３においてＮｏ）、第３吸着ノズル２０（３）の先端２０ａに真空を供給する真空バルブ（バルブユニット３３）が閉じられる（ＳＴ１５）。これにより、部品Ｐを吸着していない第３吸着ノズル２０（３）の先端２０ａから真空リーク（大気が流入）して共通流路１３ｂの圧力が上昇し、部品Ｐを吸着している第１吸着ノズル２０（１）などが吸着力の低下により部品Ｐを落下させるという問題が発生することを防止できる。

また、部品有無判断処理において第３吸着ノズル２０（３）が部品Ｐを吸着していなと判断された場合（ＳＴ１３においてＮｏ）、厚み算出部４４による第３吸着ノズル２０（３）に対する厚み算出処理は実行されない。すなわち、第３吸着ノズル２０（３）により部品Ｐの吸着動作を実施した（ＳＴ１１）後に、部品有無判断部５２（判断部）により第３吸着ノズル２０（３）の先端２０ａに部品Ｐが無いと判断された場合には（ＳＴ１３においてＮｏ）、真空バルブ（バルブユニット３３）を閉じることと並行して厚み算出部４４（算出部）による第３吸着ノズル２０（３）における部品Ｐの厚みＴの算出が停止される（厚み算出処理が実行されない）。

これにより、厚み算出部４４は第３吸着ノズル２０（３）に対する厚み算出処理をキャンセルして、第４吸着ノズル２０（４）に対する厚み算出処理を繰り上げて開始することができる。図１３の例では、第６吸着ノズル２０（６）、第１０吸着ノズル２０（１０）が部品Ｐを吸着していないと判断され（ＳＴ１３においてＮｏ）、それぞれ、ロータインデックスＩ８、ロータインデックスＩ１２において真空バルブ（バブルユニット３３）が閉じられる（ＳＴ１５）。そして、第６吸着ノズル２０（６）、第１０吸着ノズル２０（１０）に対する厚み算出処理はキャンセルされて、第７吸着ノズル２０（７）、第１１吸着ノズル２０（１１）の厚み算出処理が繰り上げ実行される。

なお、部品有無判断処理（ＳＴ１３）において部品Ｐを吸着している（Ｙｅｓ）と判定された吸着ノズル２０（例えば、第１吸着ノズル２０（１）など）は、第４ステーションＳ４での真空バルブ（バルブユニット３３）の動作変更は実行されずに「負圧供給状態」が維持される。

図１０において、ロータインデックスＩ１１における第１２吸着ノズル２０（１２）に対する部品吸着処理をもって、全ての吸着ノズル２０に対する部品吸着処理が完了すると（ＳＴ４においてＮｏ）、部品搭載処理部４７は、ノズルシャフト保持体１３（ロータ）を３０度インデックス回転させる（ＳＴ５：第２インデックス回転工程）。これにより、第１吸着ノズル２０（１）が一周して第１ステーションＳ１に位置することになる（ロータインデックスＩ１２）。

次いで部品搭載処理部４７は、第１吸着ノズル２０（１）が吸着する部品Ｐを基板３上の所定の搭載位置に搭載する部品搭載処理を実行する（ＳＴ６：部品搭載処理工程）。部品搭載処理では、厚み算出工程（ＳＴ１４）で得られた部品Ｐの厚みＴ（厚みデータ４２ｃ）に基づいて、各吸着ノズル２０の搭載高さ補正が行われる。なお、第３ステーションＳ３における部品有無判断処理（ＳＴ１３）、及び第４ステーションＳ４における真空バルブ（バルブユニット３３）を閉じる処理（ＳＴ１５）は、全ての吸着ノズル２０（第１２吸着ノズル２０（１２）まで）の処理が完了するまで、第１ステーションＳ１における部品搭載処理と並行して実行される。

以降、全ての吸着ノズル２０で部品装着処理が完了しない間は（ＳＴ７においてＮｏ）、第２インデックス回転工程（ＳＴ５）と部品搭載処理工程（ＳＴ６）が繰り返して実行される。すなわち、吸着ノズル２０が吸着している部品Ｐが順に基板３上の所定の搭載位置に搭載される。その際、部品Ｐを吸着していない第３吸着ノズル２０（３）、第６吸着ノズル２０（６）、第１０吸着ノズル２０（１０）では、部品搭載処理工程（ＳＴ６）はスキップされて次の第２インデックス回転工程（ＳＴ５）が実行される。

図１０において、全ての吸着ノズル２０（第１２吸着ノズル２０（１２）まで）について部品搭載処理が完了すると（ＳＴ７においてＹｅｓ）、第１インデックス回転工程（ＳＴ２）に戻って、部品吸着処理が実行される。

上記説明したように本実施の形態の部品実装装置１は、複数の吸着ノズル２０を有する搭載ヘッド８と一体的に設けられ、複数の吸着ノズル２０に対して相対的に移動することで吸着ノズル２０の先端２０ａの周囲を順次側面から撮像する側面撮像カメラ３１を備えている。そして、部品有無判断部５２（判断部）によって、側面撮像カメラ３１で得られた１次画像データ５１ｂに基づき、吸着ノズル２０の先端２０ａに吸着された部品Ｐの有無を判断し、厚み算出部４４によって、側面撮像カメラ３１で得られた２次画像データ４２ｂに基づき、吸着ノズル２０の先端２０ａに吸着された部品Ｐの厚みＴを算出している。

このように、部品Ｐの有無の判断を部品Ｐの厚みＴを算出する制御部（厚み算出部４４）とは別の制御部（部品有無判断部５２）によって実行することにより、吸着ノズル２０における部品Ｐの有無を高速に判断することができる。

なお、実施の形態においては、吸着ノズル２０が円周上に配置された、いわゆるロータリー型の搭載ヘッド８を例に挙げて説明したが、これに限らず、吸着ノズル２０が直線状に複数配置されたタイプの搭載ヘッドにも本発明を適用しても良い。その場合、例えば、直線状に配置された吸着ノズル２０に対して移動可能な側面撮像カメラ３１を搭載ヘッドに一体的に設けるようにしても良い。

なお、実施の形態にて説明した部品有無判断の処理については、第１ステーションＳ１における部品Ｐの吸着動作後の吸着ノズル２０の先端２０ａの部品Ｐの有無の判断、すなわち部品吸着ミスの判断に利用しているが、それに限定されることはない。例えば、第１ステーションＳ１における部品Ｐの搭載動作の後に、吸着ノズル２０が部品Ｐを搭載せずに持ち帰ってしまう現象、いわゆる部品の持ち帰りの判断に利用しても良い。

本発明の部品実装装置は、吸着ノズルにおける部品の有無を高速に判断することができるという効果を有し、部品を基板に実装する部品実装分野において有用である。

１ 部品実装装置
８ 搭載ヘッド
２０ 吸着ノズル
２０ａ 先端
３１ 側面撮像カメラ
３３ バルブユニット（真空バルブ）
Ｐ 部品
Ｒ 処理範囲（範囲）
Ｔ 厚み

Claims (14)

1. 複数の吸着ノズルを有する搭載ヘッドを有する部品実装装置であって、
   前記搭載ヘッドと一体的に設けられ、前記複数の吸着ノズルに対して相対的に移動することで前記複数の吸着ノズルのそれぞれの先端の周囲を順次側面から撮像する側面撮像カメラと、
   前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された部品の有無を判断する判断部と、
   前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された前記部品の厚みを算出する算出部とを備え、
   前記判断部は、前記搭載ヘッド又は前記側面撮像カメラに設けられた制御部であり、
   前記算出部は、前記部品実装装置の本体に設けられた制御部である、部品実装装置。
2. 前記判断部は、前記画像データにおける予め設定された範囲内の平均輝度値に基づき、前記部品の有無を判断する、請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記判断部は、前記画像データにおける予め設定された範囲内のコントラスト値に基づき、前記部品の有無を判断する、請求項１に記載の部品実装装置。
4. 前記画像データにおける予め設定された範囲は、前記複数の吸着ノズルのそれぞれについて設定される、請求項２または３に記載の部品実装装置。
5. 前記画像データにおける予め設定された範囲は、前記吸着ノズルに前記部品が無い状態での前記画像データに基づき設定される、請求項２から４のいずれかに記載の部品実装装置。
6. 前記判断部における前記部品の有無の判断と前記算出部における前記部品の厚みの算出は、同じ前記画像データに基づき行われる、請求項１から５のいずれかに記載の部品実装装置。
7. 複数の吸着ノズルを有する搭載ヘッドを有する部品実装装置であって、
   前記搭載ヘッドと一体的に設けられ、前記複数の吸着ノズルに対して相対的に移動することで前記複数の吸着ノズルのそれぞれの先端位置を順次側面から撮像する側面撮像カメラと、
   前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された部品の有無を判断する判断部と、
   前記側面撮像カメラで得られた画像データに基づき、前記吸着ノズルの先端に吸着された前記部品の厚みを算出する算出部と、を備え、
   前記判断部は、前記搭載ヘッド又は前記側面撮像カメラに設けられた制御部であり、
   前記算出部は、前記部品実装装置の本体に設けられた制御部であり、
   前記吸着ノズルにより前記部品の吸着動作を実施した後に、前記判断部により前記吸着ノズルの先端に前記部品が無いと判断された場合には、前記吸着ノズルの先端に真空を供給する真空バルブを閉じる、部品実装装置。
8. 前記吸着ノズルにより前記部品の吸着動作を実施した後に、前記判断部により前記吸着ノズルの先端に前記部品が無いと判断された場合には、前記真空バルブを閉じることと並行して前記算出部による前記吸着ノズルにおける前記部品の厚みの算出を停止する、請求項７に記載の部品実装装置。
9. 前記吸着ノズルにより前記部品の吸着動作を実施した後に、前記判断部により前記吸着ノズルの先端に前記部品が有ると判断された場合には、前記算出部により前記吸着ノズルが吸着する前記部品の厚みを算出する、請求項７に記載の部品実装装置。
10. 前記判断部は、前記画像データにおける予め設定された範囲内の平均輝度値に基づき、前記部品の有無を判断する、請求項７から９のいずれかに記載の部品実装装置。
11. 前記判断部は、前記画像データにおける予め設定された範囲内のコントラスト値に基づき、前記部品の有無を判断する、請求項７から９のいずれかに記載の部品実装装置。
12. 前記画像データにおける予め設定された範囲は、前記複数の吸着ノズルのそれぞれについて設定される、請求項１０または１１に記載の部品実装装置。
13. 前記画像データにおける予め設定された範囲は、前記吸着ノズルに前記部品が無い状態での前記画像データに基づき設定される、請求項１０から１２のいずれかに記載の部品実装装置。
14. 前記判断部における前記部品の有無の判断と前記算出部における前記部品の厚みの算出は、同じ前記画像データに基づき行われる、請求項７から１３のいずれかに記載の部品実装装置。

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