JP4860366B2

JP4860366B2 - 表面実装装置

Info

Publication number: JP4860366B2
Application number: JP2006170931A
Authority: JP
Inventors: 盛夫東
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: JP2008004657A

Description

本発明は、表面実装装置、特に吸着ノズル等の保持手段に保持された部品を基板上に実装する際の実装精度の向上に適用して好適な表面実装装置に関する。

一般に、電子部品を配線基板に実装する際には、いわゆる表面実装装置が用いられている。

このような表面実装装置は、その概要を図１に示すように、部品を吸着保持するノズル１０が装着されたヘッド１２と、該ヘッド１２をＸ方向に移動させるＸ軸フレーム１４と、該ヘッド１２をＸ軸フレーム１４と共にＹ方向へ移動させるＹ軸フレーム１６とを備えている。

この表面実装装置では、ヘッド１２をＸ軸フレーム１４、Ｙ軸フレーム１６により平面方向に移動させ、ノズル１０を部品供給装置１８により所定位置に供給されている部品上に一致させた後、該ノズル１０を下降させ、先端部を負圧にして該部品を吸着する。その後、基板搬送装置２０により搬送され、位置決めされている基板Ｓ上の目標位置に、上記ノズル１０をヘッド１２と共に移動させ、吸着されている部品を実装する。

上記のようにノズル１０に吸着された部品を、基板Ｓ上の目標位置に正確に実装するためには、ノズル１０に吸着されている部品の吸着位置ずれも問題になる。そのため、装置上の所定位置に設置されている部品認識装置（カメラ）３０の視野上方にノズルを移動させ、該ノズルの下端に吸着されている部品を撮像する画像認識によりノズル中心からの部品の位置ずれ量を算出し、そのずれ量を補正した後に、基板上に実装することが行なわれている。

このノズル１０の移動と位置決めは、ヘッド１２をＸ軸フレーム１４及びＹ軸フレーム１６のＸＹ駆動機構により移動させる際の、エンコーダ出力や、各フレーム１４、１６に平行に配設されているリニアスケールの計測等に基づいて行なわれるが、上述した部品認識装置３０による部品の画像認識は、これらＸＹ駆動機構により移動され、位置決めされるヘッド１２と部品認識装置３０との位置関係が正確に再現されることが前提となる。

しかしながら、この前提が常に満たされるとは限らないので、その対策としてヘッド１２にずれ補正用のマークを設置し、該マークを例えばノズル１０と共に前記部品認識装置３０により撮像することにより、撮像されているマークの基準位置からのずれによりヘッド１２のずれを補正することが考えられる。

又、特許文献１には、部品認識装置３０の近傍に基準マークを設置し、該マークをヘッド１２に固定されている基板認識カメラ４０により撮像することにより、部品実装位置を補正する技術が開示されている。

特開２００４−１８６３０８号公報

しかしながら、例えば前記特許文献１の図１に示されるように、ヘッドに固定されている基板認識カメラにより基準マークを撮像して求まるマークのずれ量から、ヘッドのずれを補正して部品実装位置を補正しようとする場合、マークが１つであるためＸＹ座標の座標位置ずれしか補正できないという問題があった。この問題は、ヘッドにマークを設置する場合も同様である。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ノズルが装着されているヘッドに対してＸＹ座標系であれば、座標位置ずれだけでなく、ＸＹ平面上の傾斜角度に関する傾斜位置ずれをも正確に補正することができる表面実装装置を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、ヘッドを平面方向に移動させ、該ヘッドに装着されている複数の保持手段を、装置上に設置されている部品認識装置の視野に各保持手段ごとに個別に一致させて前記各保持手段に保持された部品を撮像し、撮像した画像に基づく部品認識により算出された部品の位置ずれ量を補正した後、該部品を所定位置の基板上に実装する表面実装装置において、前記ヘッドに固定されている２つの画像認識手段と、前記各保持手段を前記部品認識装置の視野に一致させた場合に、前記ヘッドに固定されている前記２つの画像認識手段により個別に撮像可能であるように前記装置上に前記各保持手段ごとに２つずつ設置された複数のマークと、前記２つの画像認識手段により前記各保持手段に対応する２つのマークをそれぞれ同時に撮像し、これら撮像された２つのマークに基づいて、撮像時の前記ヘッドの位置を補正する補正手段と、を備え、前記部品認識装置による前記各保持手段に保持された部品の撮像と共に、前記２つの画像認識手段による、前記各保持手段に対応する２つのマークの同時撮像を行なうことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記装置上に設置されている前記部品認識装置と、前記ヘッド上に固定されている前記２つの画像認識手段とが、いずれもスキャン方向が同一のラインセンサカメラからなり、前記ヘッドを該ラインセンサカメラのスキャン方向に直交する方向に移動させながら、前記各保持手段に保持された部品の撮像と、前記装置上に設置されている、前記各保持手段に対応する２つのマークの同時撮像とを行なうようにしてもよい。

請求項１の発明によれば、部品認識装置による各保持手段に保持された部品の撮像と共に、２つの画像認識手段による、各保持手段に対応する２つのマークの同時撮像を行なうことにより、ヘッドの座標位置だけでなく、平面方向における傾斜位置のずれをも補正することができるようになるため、基板への部品の実装精度を大幅に向上することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図２は、本発明に係る第１実施形態の表面実装装置の概要を示す平面図、図３は該表面実装装置の制御系の概要を示すブロック図である。

この表面実装装置は、前記図１に示したものと同様であるので、同一部分については同一符号を使用し、その説明は省略する。

本実施形態の表面実装装置では、全体を制御する図３に示す制御装置５０によりヘッド１２が、Ｘ軸フレーム１４と共に、Ｙ軸フレーム１６に案内移動されることにより、平面方向に移動され、ＸＹ座標の任意位置に位置決め可能になっている。

又、ヘッド１２にはＬ１〜Ｌ５で示す第１〜第５の５つの吸着ノズル（保持手段）が装着されており、Ｘ軸フレーム１４及びＹ軸フレーム１６（ＸＹロボット）によりヘッド１２を移動させ、各ノズルに吸着保持された部品（図示せず）を、所定位置の部品認識装置（画像認識手段）３０の視野上方に一致させた後に撮像し、撮像された画像に基づいて該部品の位置認識（ノズル中心からの吸着位置ずれの補正）が行なわれる。

又、本実施形態では、この部品認識装置３０の近傍（ヘッド１２が到達可能な装置上）に、複数のマークが設置されている。具体的には、部品認識装置３０を間に、同一の順序で配列された５つずつのマークからなる左マーク群と右マーク群が配置されている。

又、本実施形態では、第１〜第５ノズルＬ１〜Ｌ５を挟んだヘッド１２の左右端位置に、画像認識手段としての左カメラ４０Ｌと右カメラ４０Ｒが固定されている。これら両カメラ４０Ｌ、４０Ｒは、後に詳述するように、前記部品認識装置３０に任意のノズルを一致させた場合に、前記左右マーク群の中の該ノズルに対応するマークをそれぞれ撮像できる位置関係に固定されている。

図４には、前記部品認識装置（カメラ）３０及びその左右にそれぞれ配置されているＮｏ．１〜Ｎｏ．５までの左右のマーク群と、前記ヘッド１２に装着されているＮｏ．１〜Ｎｏ．５のノズルＬ１〜Ｌ５及びその両端に固定されている左右のマーク認識用カメラ４０Ｌ、４０Ｒとの関係を拡大して示す。

この図に示されるように、左右の各マーク群におけるＮｏ．１〜Ｎｏ．５マークの配置は、対応しているＮｏ．１〜Ｎｏ．５ノズルＬ１〜Ｌ５の配置と逆の関係になっている。

従って、ヘッド１２を移動させ、図５（Ａ）に示すように画像認識装置３０の視野に、ヘッド１２上の左端に位置するＮｏ．１ノズルＬ１の先端を一致させると、該ヘッド１２の左右カメラ４０Ｌ、４０Ｒにはそれぞれ左右マーク群の右端に位置するＮｏ．１マークが撮像されるようになっている。即ち、Ｎｏ．１ノズルＬ１に対応する２つのＮｏ．１マークが２つのカメラ４０Ｌ、４０Ｒによりそれぞれ撮像可能になっている。

他のノズルも同様であり、例えば画像認識装置３０にＮｏ．４ノズルＬ４を一致させると、同図（Ｂ）に示すように左右カメラ４０Ｌ、４０Ｒにはそれぞれ該ノズルに対応するＮｏ．４マークが撮像されるようになっている。従って、この例では、Ｎｏ．４ノズルＬ４とＮｏ．５ノズルＬ５の間が、他のノズル間より広くなっているため、これらノズルに対応するＮｏ．４マークとＮｏ．５マークの間も同様に広くなっている。

次に、Ｎｏ．１ノズルＬ１の場合の補正演算について、図６のフローチャートに従って説明する。この演算処理は、前記図３に示した制御装置５０により実行される。

まず、Ｎｏ．１ノズルＬ１で部品を吸着し、画像認識装置３０上に移動させ、図５（Ａ）の状態にする（ステップ１、２）。この状態で部品認識装置３０によりＮｏ．１ノズルＬ１の部品（図示せず）を撮像する。撮像した部品画像から従来どおりに部品位置ずれ量を計測する部品認識を行なう（ステップ３ａ）。

この部品認識と共に、左右のカメラ４０Ｌ、４０ＲによりそれぞれＮｏ．１マークを撮像し、画像認識によるマークの位置ずれ量を計測する（ステップ３ｂ、３ｃ）。

図７には、このようにして左右カメラ４０Ｌ、４０ＲによりＮｏ．１マークをそれぞれ撮像した視野画像の例を示す。この例では、それぞれの視野中心からのずれ量が、左マークがＸ＝−０．６ｍｍ、Ｙ＝＋０．８ｍｍ、右マークがＸ＝＋０．７ｍｍ、Ｙ＝−０．６ｍｍである。

又、この実施形態では、左右カメラ間距離：２５０ｍｍ、左カメラとノズルＬ１との距離：５１ｍｍであるとすると、以下のように補正演算を行なうことができる。

ヘッドの角度ずれ量＝ＴＡＮ^-1（（＋０．８−（−０．６））／２５０）＝０．３２°
ノズルＬ１への影響量＝５１×ＳＩＮ（０．３２°）＝０．２９ｍｍ

以上の補正結果に基づいて、前記ステップ３ａで計測した部品位置ずれ量を補正する計算を行ない（ステップ４）、その補正計算結果から実装（搭載）座標を補正し、ヘッド１２を補正した実装座標へ移動させてノズルの吸着部品を搭載する（ステップ５）。

以上詳述した本実施形態によれば、部品認識装置３０により部品を撮像して部品認識する際、撮像時のヘッド１２の位置ずれ量を、該ヘッド１２のＸＹ平面における傾斜角度のずれ（傾斜位置ずれ）をも考慮して補正することができるため、部品を極めて高精度に実装することが可能となる。

図８には、本発明の参考例として、部品認識装置３０により、部品Ｐを撮像した画像の一例を示す。

この画像Ｇは、ヘッド１２を下方から撮像した視野画像であり、ノズル１０に吸着されている部品Ｐを画像認識する際に、同時に複数のマークＭ１、Ｍ２が撮像されているイメージを示している。

このようにヘッド１２の所定位置に複数のマークを設置し、これらマークを同時に撮像することにより、第１実施形態の場合と同様に該ヘッド１２の傾斜位置ずれをも正確に補正することができる。

なお、前記実施形態では、ノズルに吸着された部品をエリアセンサカメラからなる部品認識装置３０により撮像する場合を説明したが、これに限定されず、図９に示すようにラインセンサカメラ３０Ａを使用し、該カメラ３０Ａのスキャン方向に対して直交する方向にヘッド１２に装着されているノズル１０を移動させ、複数のノズルに吸着された部品（図示せず）を連続して認識する場合にも同様に適用可能である。

その際、複数のマークを装置上に設置し、これらマークをヘッド側のカメラで撮像する場合には、該ヘッドにもラインセンサカメラを設置し、ヘッド移動中にマークを撮像する必要がある。

又、マークを撮像する画像認識手段としては、既存の部品認識装置３０や基板認識装置４０を利用する場合に限らず、新たに追加してもよいことはいうまでもない。

表面実装装置の概要を示す平面図本発明に係る第１実施形態の表面実装装置の特徴を示す平面図本実施形態の表面実装装置の制御系の概要を示すブロック図本実施形態における部品認識装置及びマークと、ノズル及びマーク認識用カメラの関係を示す説明図本実施形態において部品認識装置によりノズルを撮像している例を示す説明図本実施形態の作用を示すフローチャート本実施形態におけるマークの撮像結果の一例を示す説明図ヘッドに複数のマークを設置した場合のマーク認識画像を示す説明図部品認識装置にラインセンサカメラを使用する場合のノズルの移動方向を示す説明図

符号の説明

１０…ノズル
１２…ヘッド
１４…Ｘ軸フレーム
１６…Ｙ軸フレーム
１８…部品供給装置
２０…基板搬送装置
３０…部品認識装置（カメラ）
４０…基板認識装置（カメラ）
４０Ｒ…マーク認識用右カメラ
４０Ｌ…マーク認識用左カメラ

Claims

ヘッドを平面方向に移動させ、該ヘッドに装着されている複数の保持手段を、装置上に設置されている部品認識装置の視野に各保持手段ごとに個別に一致させて前記各保持手段に保持された部品を撮像し、撮像した画像に基づく部品認識により算出された部品の位置ずれ量を補正した後、該部品を所定位置の基板上に実装する表面実装装置において、
前記ヘッドに固定されている２つの画像認識手段と、
前記各保持手段を前記部品認識装置の視野に一致させた場合に、前記ヘッドに固定されている前記２つの画像認識手段により個別に撮像可能であるように前記装置上に前記各保持手段ごとに２つずつ設置された複数のマークと、
前記２つの画像認識手段により前記各保持手段に対応する２つのマークをそれぞれ同時に撮像し、これら撮像された２つのマークに基づいて、撮像時の前記ヘッドの位置を補正する補正手段と、を備え、
前記部品認識装置による前記各保持手段に保持された部品の撮像と共に、前記２つの画像認識手段による、前記各保持手段に対応する２つのマークの同時撮像を行なうことを特徴とする表面実装装置。
前記装置上に設置されている前記部品認識装置と、前記ヘッド上に固定されている前記２つの画像認識手段とが、いずれもスキャン方向が同一のラインセンサカメラからなり、
前記ヘッドを該ラインセンサカメラのスキャン方向に直交する方向に移動させながら、前記各保持手段に保持された部品の撮像と、前記装置上に設置されている、前記各保持手段に対応する２つのマークの同時撮像とを行なうことを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。