JP2006108457A - 電子部品実装装置の搭載誤差検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品実装装置における搭載誤差検出を簡単にしかも正確に行うことができるようにする。
【解決手段】吸着ヘッドを部品が搭載されるべき目標搭載位置を示すマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）上に移動させ、該マークを検出して該マークの正規位置からの位置ずれ量Δｊｋを求める。また、部品供給装置から吸着ヘッドにより部品を吸着し、前記位置ずれ量を補正して部品２８をマーク位置Ｐ（ｘｊ、ｙｋ）に搭載して、その搭載部品の画像に基づき部品２８のマーク位置からの位置ずれ量Δ’ｊｋを求め、両位置ずれ量Δｊｋ、Δ’ｊｋから目標搭載位置での搭載誤差を求める。このような構成では、正確な部品搭載誤差を求めることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子部品を基板上に搭載する電子部品実装装置の部品搭載誤差を検出する搭載誤差検出方法及びその装置に関するものである。

従来、電子部品実装装置では、これを構成する各機械部品の寸法誤差あるいは経時変化等により、基板上で搭載しようとする部品の目標搭載位置に対する搭載誤差が存在するため、この誤差量を予め計測して搭載誤差の補正値のパラメータとして登録し、実装時に補正を実施していた。

補正値の取得方法としては、例えば、目標搭載位置となる複数の部品位置決めマークを形成した基準基板（治具）上の各マークの位置に部品を搭載し、３次元計測器等の精密に位置を計測できる測定器により、搭載された部品の中心位置と傾きを計測し、本来搭載されるべき目標搭載位置との誤差を求め、全ての搭載位置の誤差の平均値を仮の補正値として求めている。そして、この仮の補正値を電子部品実装装置に入力し、その補正値で搭載誤差を補正するようにして、再び基準基板上の各マークの位置に部品を搭載した後、目標搭載位置との誤差を求め、その誤差が電子部品実装装置の許容値である事を確認したら、前記補正値を正規の補正値として設定していた。

しかしながら、このような方式で電子部品実装装置の搭載誤差を計測して補正値を設定する場合、電子部品実装装置で部品を搭載した基準基板を３次元計測器等の計測器へ人間が運搬して計測するため、非常に手間と時間がかかっていた。また、搭載した部品は計測が終了した時点で不要になるため、個々の部品を取り外さなければならず、この作業にも手間と時間がかかっていた。また搭載誤差の仮の補正値を電子部品実装装置に入力する際に入力ミスが発生した場合、搭載確認が正常にできず、再び搭載、測定を実施し、搭載誤差の設定をしなければならないという問題点があった。

また、顧客先における電子部品実装装置のメンテナンスで搭載精度の再確認が必要な場合、３次元測定器等の精密な計測器がない場合は、部品を搭載した基準基板を計測器がある場所へ輸送してデータを収集し、搭載誤差を設定しなければならず、メンテナンスに多大な手間と時間を費やさなければならないという問題があった。

そこで、このような問題を解決するため、電子部品実装装置において、自動的に部品の搭載誤差を検出する機能を備えた構成が例えば下記の特許文献１などにより知られている。この構成では、上述した基準基板のような検査用の基板上の多数の目標搭載位置の全てに検査用の部品（チップ）を搭載した後、搭載された各部品の画像をテレビカメラにより撮像し、その画像データに基づいて部品の搭載誤差を演算している。
特許第３０１５１４４号公報

しかしながら、上記の特許文献１のような構成では、検査用の基板上の多数の目標搭載位置の全てに検査用の部品（チップ）を搭載した後、搭載された各部品の画像をテレビカメラにより撮像し、その画像データに基づいて部品の搭載誤差を演算している。従って、画像撮像のためのカメラ移動時に移動誤差が発生し、部品中心の目標搭載位置からのずれの測定に誤差が発生し、正確な搭載誤差を求めることができない、という問題がある。

そこで本発明は、このような問題を解決し、電子部品実装装置における搭載誤差検出を正確に行い、しかも簡単に搭載誤差検出を実施できるようにすることを課題とする。

上記の課題を解決する本発明（請求項１）は、
電子部品を基板上に搭載する電子部品実装装置の搭載誤差を検出する方法であって、
吸着ヘッドを部品が搭載されるべき目標搭載位置を示すマーク上に移動させ、該マークを検出して該マークの正規位置からの位置ずれ量を求め、
部品供給装置から吸着ヘッドにより部品を吸着し、前記位置ずれ量を補正して部品をマーク位置に搭載し、
前記搭載された部品を撮像し、その撮像された部品の画像に基づき部品のマーク位置からの位置ずれ量を求め、
前記両位置ずれ量から前記目標搭載位置での搭載誤差を求めることを特徴とする。

また、本発明（請求項４）は、
電子部品を基板上に搭載する電子部品実装装置の搭載誤差を検出する装置であって、
目標搭載位置を示すマークが形成された基準基板と、
吸着ヘッドに搭載された撮像手段と、
吸着ヘッドを部品が搭載されるべき目標搭載位置を示すマーク上に移動させる移動手段と、
前記移動後、撮像手段で撮像されたマーク画像を処理し、前記マークの正規位置からの位置ずれ量を演算する演算手段と、
前記移動手段を制御し、部品供給装置から吸着ヘッドにより部品を吸着して、前記位置ずれ量を補正してマーク位置への部品搭載を制御する搭載制御手段と、
前記撮像手段で撮像された搭載部品の画像に基づき部品のマーク位置からの位置ずれ量を演算する演算手段とを有し、
前記両位置ずれ量から目標搭載位置での搭載誤差を求めることを特徴とする。

本発明によれば、吸着ヘッドが目標搭載位置を示すマークへ移動後、そのマークの正規位置からの位置ずれ量を求め、その位置ずれを補正して部品搭載を行い、搭載部品のマーク位置からのずれ量を求めて、搭載誤差を検出するようにしているので、正確な搭載誤差を求めることができる、という優れた効果が得られる。

以下、添付した図面に基づいて本発明の実施例を説明する。ここでは、搭載誤差検出装置としての機能を備えた電子部品実装装置における実施例を示す。

図１は、電子部品実装装置の全体構成の概略図であり、同図に示すように、電子部品実装装置１は、その前部（図示の左下側）に配設され回路基板（以下、単に基板という）４０に搭載される電子部品（以下、単に部品という）を供給する部品供給装置１２と、中央部から少し後方で左右方向に延在する基板搬送路１５と、これらの上方に配設されたＸ軸移動機構２及びＹ軸移動機構３（ＸＹ軸移動手段）を備えている。Ｘ軸移動機構２は、部品を吸着する吸着ノズル１３ａを備えた吸着ヘッド１３をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構３はＸ軸移動機構２並びに吸着ヘッド１３をＹ軸方向に移動させる。

また、図示していないが、吸着ヘッド１３は、吸着ノズル１３ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降させるＺ軸移動機構、並びに吸着ノズル１３ａをノズル軸（θ軸）を中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。

また、吸着ヘッド１３の一方の側面には、基板認識カメラ（撮像手段）１７が取り付けられており、後述のように基板の基板位置決めマークの撮像や基板上に搭載された部品の撮像に用いられる。また、部品供給装置１２の脇に部品認識カメラ１６が配設されており、後述のように吸着ヘッド１３の吸着ノズル１３ａに吸着された部品２８（図２参照）の撮像に用いられる。

また、電子部品実装装置１の上部には、オペレータに報知する各種情報を表示するモニター１８が配置され、下部には、装置全体を制御する制御部（搭載制御手段）１９が配置されている。この制御部１９は、本発明による搭載誤差の検出並びにその補正を含め部品搭載に必要な全ての制御を司る。

なお、後述する搭載誤差の検出時には、基板として図３に示す基準基板２０が用いられる。この基準基板２０は、実際の基板４０と同様な形状、大きさに形成され、基準基板には、長方形の上面の三方の角部に基準基板２０の位置を検出するための基板位置決めマーク２１が形成されると共に、それぞれ多数の部品位置決めマーク２２がマトリクス状の配列で印刷などにより形成されている。各部品位置決めマーク２２はそれぞれ部品が搭載されるべき目標搭載位置を示すマークとなっており、制御部１９は、搭載誤差検出のために、部品を、各部品位置決めマーク位置、すなわち、目標搭載位置に搭載するように制御を行う。

図２は電子部品実装装置１の制御系の構成を示している。同図に示すように、上述した装置全体を制御する制御部１９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータから構成され、Ｘ軸とＹ軸の移動機構２，３及びＺ軸移動機構とθ軸回転機構のそれぞれの駆動源であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びθ軸の各モータ２４，２５，２６，２７の駆動を制御し、吸着ヘッド１３と基板認識カメラ１７のＸ軸方向及びＹ軸方向への移動と、吸着ノズル１３ａの昇降及び回転を制御する。また、吸着ヘッド１３の吸着ノズル１３ａに真空の負圧を印加する不図示のバキューム機構を制御して吸着ノズル１３ａによる部品の吸着、解放を制御する。

また、制御部１９には、部品認識カメラ１６と基板認識カメラ１７から入力される画像信号を処理する画像処理装置３０が接続されている。画像処理装置３０は、カメラ１６ないし１７から入力されるアナログの画像信号を画像データのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０ａと、これにより変換された画像データを格納する画像メモリ３０ｂと、これに格納された画像データを処理するＣＰＵ（演算手段）３０ｃから構成されている。ＣＰＵ３０ｃは、基板認識カメラ１７並びに部品認識カメラ１６からの部品画像データに基づいて、搭載部品並びに吸着部品の中心位置、並びに傾きを演算する。また、ＣＰＵ３０ｃは、基板認識カメラ１７からのマーク２１、２２の画像データに基づいて、基板の基準位置に対する位置ずれ量、部品位置決めマーク２２の正規位置からの位置ずれ量、並びに搭載された部品の部品位置決めマーク２２からの位置ずれ量などを演算する。

また、制御部１９には、部品データ等を入力するためのキーボード３２やマウス３３が接続されており、これらにより部品データが入力され、さらに制御部１９に接続されたハードディスク、フラッシュメモリなどで構成される記憶装置２９に格納できるようになっている。また、この記憶装置２９には、搭載誤差など、種々の取得したデータなども格納される。

さらに、制御部１９には、モニター１８が接続されており、これにより上記の部品データや、カメラ１６ないし１７で撮像された部品や基板の画像、ないしは画像処理装置３０のＣＰＵ３０ｃの演算結果のデータなどが表示されるようになっている。

次に、以上の構成において、基準基板２０を用いて、部品の搭載誤差を検出して搭載誤差の補正値を設定、格納する動作を以下に説明する。

まず、電子部品実装装置１により基板に部品を搭載して基板を生産する場合と同様に、部品搭載プログラムを設定（作成）する。このプログラムには、部品を搭載する基準基板２０の情報（外形寸法、基板位置決めマーク２１と部品位置決めマーク２２の位置等）、搭載する部品の情報（部品サイズなど）、及び部品の吸着位置、搭載位置情報などが含まれる。このプログラムの設定後、基準基板２０を基板搬送路１５にセットし、搭載すべき部品を部品供給装置１２にセットする。なお、基準基板２０に搭載される部品は、実際の基板生産時に搭載される部品とすることができ、そのなかでも、比較的高精度で生産された実部品とするのが好ましい。あるいは、高精度で製造された検査用の部品を用いることもできる。

続いて、制御部１９が図５のフローチャートに示す制御手順で搭載誤差検出動作を開始し、基準基板２０を基板搬送路１５上で部品を搭載すべき所定位置へ移送する（ステップＳ１０）。

次に、基板認識カメラ１７を吸着ヘッド１３と共に基準基板２０の基板位置決めマーク２１のそれぞれの上の位置に移動し、各マーク２１を撮像する。画像処理装置３０のＣＰＵ３０ｃは、この撮像された画像を画像メモリ３０ｂに取り込み、マーク２１の画像位置に基づいて基準基板２０の基準位置に対するずれ量を演算し（ステップＳ１１）、そのずれ量を元に全ての部品位置決めマーク２２の位置を補正する（ステップＳ１２）。

続いて、基板上の部品位置決めマーク２２の位置を検出し、そのマークの正規位置からの位置ずれ量を求め、それを格納する（ステップＳ１３）。今、図３に示したように、基準基板２０上には、ｍ＊ｎ（図示の例ではｍ＝８、ｎ＝６）の部品位置決めマーク２２が形成されており、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）の位置を検出する場合、吸着ヘッド１３を吸着位置Ｑから部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）へ移動させ、基板認識カメラ１７で該マークを撮像し、その位置を検出する。

この状態が、図４（Ａ）に示されており、吸着ヘッド１３は、基板認識カメラ１７の撮像領域１７ａの撮像中心（撮像軸）１７ｂが部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）の正規位置Ｐ’（ｘｊ、ｙｋ）に移動するように、制御される。ここで、正規位置Ｐ’（ｘｊ、ｙｋ）は、ステップＳ１２で位置補正されたマーク位置である。しかし、ＸＹ移動機構２、３に送り誤差があるので、撮像中心１７ｂは、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）の位置とはならず、Δｊｋの位置ずれ量が発生する。この位置ずれ量は、撮像されたマークを画像処理装置３０で画像処理することにより、そのマーク位置（中心位置）を求めることにより、求めることができる。そして、そのずれ量を誤差ΔｊｋとしてマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）の位置に関連して記憶装置２９に格納する。

このようなマーク２２の位置検出処理では、各マーク２２の位置検出ごとに吸着ヘッド１３を、吸着位置Ｑから当該マーク２２の位置に移動させ、そのマークの位置ずれ量を求め、それを誤差として格納することが行われる（ステップＳ１３とＳ１４）。この状態が、図６に示されており、各部品位置決めマークごとにそのマークの位置ずれ量Δが格納される。

すべてのマーク２２の位置検出が終了したら、吸着ヘッド１３を部品供給装置１２に移動させて、部品を吸着し、続いて吸着ヘッドを、上記位置ずれ量Δ補正された部品位置決めマーク２２の位置に移動させて部品を搭載する（ステップＳ１５）。なお、各部品位置決めマーク２２の位置に部品を搭載する際、部品吸着時の誤差を補正しておく。すなわち、吸着ノズル１３ａで部品を部品供給装置１３から吸着した後、吸着ヘッド１３を部品認識カメラ１６上の位置へ移動して、吸着部品を撮像し、画像処理装置３０において部品の中心位置と吸着位置のずれと吸着傾きを演算し、これを補正して部品を各部品位置決めマーク２２の位置に搭載する。このように、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）の位置に部品を搭載する場合には、吸着補正のための部品撮像が行われるので、吸着ヘッド１３は、図３に示されたように、吸着位置Ｑから部品認識カメラ１６が設置されている位置Ｒを経てマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）に至る経路をたどる。

続いて、部品の搭載が終了したら、この部品を基板認識カメラ１７で撮像し、部品の搭載位置を検出する。画像処理装置３０のＣＰＵ３０ｃは、部品の画像に基づいて、部品位置決めマーク２２の位置での部品中心位置と傾きを演算し（ステップＳ１６）、部品位置決めマーク２２の位置での搭載部品の位置ずれ量（部品中心のずれ（オフセット誤差）並びに傾きのずれ（両ずれを、部品位置のずれ量とする）を演算し、この位置ずれ量をマーク２２の位置に関連して格納する（ステップＳ１７）。この処理を、すべての部品位置決めマーク位置に関して行う（ステップＳ１８、Ｓ１９）。

上述の処理で、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）への部品搭載時の位置ずれ量が図４（Ｂ）に図示されている。吸着ヘッド１３は、ステップＳ１３の処理により、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）へ移動するとき、Δｊｋの誤差が発生することが検出されているので、この誤差が補償されて移動される。従って、搭載部品を基板認識カメラ１７で撮像するとき、その撮像中心１７ｂは、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）の中心位置と一致するようになる。一方、搭載部品２８の中心２８ａが、Ｐ”（ｘｊ、ｙｋ）と検出されると、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）から、Δ’ｊｋの位置ずれ量が発生して部品搭載が行われたことが検出される。この位置ずれは、吸着ヘッド１３が部品認識位置Ｒを経由して搭載位置に移動し、その移動時の送り誤差が、経由しないときの送り誤差と異なること、また、部品搭載には、吸着ヘッドのＺ軸方向の移動を伴うので、そのＺ軸移動によりＸＹ方向の移動誤差（着地誤差）が発生すること、その他、搭載制御全体に伴う搭載誤差などに起因する。そこで、この位置ずれ量Δ’ｊｋがステップＳ１７の処理で求められ、これが、マーク位置に関連付けて、図６に示したように記憶装置２９に格納される。

実際の部品搭載誤差は、ΔｊｋとΔ’ｊｋの加算誤差となるので、これを補償して部品を搭載するようにする。すなわち、部品位置決めマークＰ（ｘｊ、ｙｋ）の位置に部品を搭載する場合には（ｊ＝１〜ｍ；ｋ＝１〜ｎ）、Δｊｋ＋Δ’ｊｋの位置ずれ量を補正して搭載を行う。なお、実際の部品搭載位置が、部品位置決めマーク２２間にある場合には、その両隣にある部品位置決めマークとの距離に基づき、各位置ずれ量ΔｊｋとΔ’ｊｋを補間処理して、位置ずれ量を求める。

また、上述したように、個々の部品位置決めマークごとに位置ずれ量を持たせるのではなく、基板を複数の領域に分割し、分割された領域にある各部品位置決めマーク位置での搭載誤差の平均値を、その分割領域にある各部品位置決めマーク位置での搭載誤差とすることもできる。この場合には、実際の部品搭載位置が、基板のどの領域にあるかが判別され、その領域で求められている平均搭載誤差で搭載誤差が補償されて部品搭載が行われる。

本発明の実施例の搭載誤差検出機能を備えた電子部品実装装置の全体構成を示した斜視図である。 同装置の制御系の構成を示したブロック図である。 部品搭載誤差を検出する状態を示した説明図である。 部品搭載時の位置ずれを説明する説明図である。 搭載誤差検出の制御手順を示したフローチャート図である。 検出された位置ずれ量を格納する状態を示した説明図である。

符号の説明

１ 電子部品実装装置
２ Ｘ軸移動機構
３ Ｙ軸移動機構
１２ 部品供給装置
１３ 吸着ヘッド
１３ａ 吸着ノズル
１５ 基板搬送路
１６ 部品認識カメラ
１７ 基板認識カメラ
１８ モニター
１９ 制御部
２０ 基準基板
２２ 部品位置決めマーク
２８ 部品
３０ 画像処理装置
３２ キーボード
３３ マウス

Claims (6)

1. 電子部品を基板上に搭載する電子部品実装装置の搭載誤差を検出する方法であって、
   吸着ヘッドを部品が搭載されるべき目標搭載位置を示すマーク上に移動させ、該マークを検出して該マークの正規位置からの位置ずれ量を求め、
   部品供給装置から吸着ヘッドにより部品を吸着し、前記位置ずれ量を補正して部品をマーク位置に搭載し、
   前記搭載された部品を撮像し、その撮像された部品の画像に基づき部品のマーク位置からの位置ずれ量を求め、
   前記両位置ずれ量から前記目標搭載位置での搭載誤差を求めることを特徴とする電子部品実装装置の搭載誤差検出方法。
2. 基板上に複数の目標搭載位置を示すマークを形成し、各目標搭載位置ごとに搭載誤差を演算することを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置の搭載誤差検出方法。
3. 基板を複数の領域に分割し、分割された領域にある各目標搭載位置の搭載誤差の平均値を、その分割領域にある各目標搭載位置での搭載誤差とすることを特徴とする請求項２に記載の電子部品実装装置の搭載誤差検出方法。
4. 電子部品を基板上に搭載する電子部品実装装置の搭載誤差を検出する装置であって、
   目標搭載位置を示すマークが形成された基準基板と、
   吸着ヘッドに搭載された撮像手段と、
   吸着ヘッドを部品が搭載されるべき目標搭載位置を示すマーク上に移動させる移動手段と、
   前記移動後、撮像手段で撮像されたマーク画像を処理し、前記マークの正規位置からの位置ずれ量を演算する演算手段と、
   前記移動手段を制御し、部品供給装置から吸着ヘッドにより部品を吸着して、前記位置ずれ量を補正してマーク位置への部品搭載を制御する搭載制御手段と、
   前記撮像手段で撮像された搭載部品の画像に基づき部品のマーク位置からの位置ずれ量を演算する演算手段とを有し、
   前記両位置ずれ量から目標搭載位置での搭載誤差を求めることを特徴とする電子部品実装装置の搭載誤差検出装置。
5. 基板上に複数の目標搭載位置を示すマークを形成し、各目標搭載位置ごとに搭載誤差を演算することを特徴とする請求項４に記載の電子部品実装装置の搭載誤差検出装置。
6. 基板を複数の領域に分割し、分割された領域にある各目標搭載位置の搭載誤差の平均値を、その分割領域にある各目標搭載位置での搭載誤差とすることを特徴とする請求項５に記載の電子部品実装装置の搭載誤差検出装置。