JP2006135158A - 回路基板の認識マーク座標特定方法、並びに部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装位置はＮＣデータから入手し、回路基板の認識マーク位置は実機で教示する部品実装において実装位置と認識マーク位置とのＮＣデータ上での相対位置関係を簡便に把握する方法を提供する。
【解決手段】 回路基板を傾きゼロの状態で保持し、回路基板上の任意の１つの部品実装位置を認識してその座標を取得する。当該部品実装位置のＮＣデータ上での座標を読み込み、前記取得された座標との間の位置ずれ量を算出する。次に、回路基板上で少なくとも２つの認識マークを認識して各座標を取得し、当該取得された座標と前記算出された位置ずれ量とに基づいてＮＣデータ上での前記少なくとも２つの認識マークの位置座標を特定する。前記回路基板の傾きは、回路基板を基板保持装置の一対のガイドレールで隙間なく挟持することによりゼロにすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、部品供給部に供給される部品を取り出して当該部品を回路基板の実装位置に実装する部品実装装置、及び部品実装方法に関する。より具体的に、本発明は、部品実装時の回路基板上での位置決め基準となる認識マークの座標をＮＣデータ上に特定する方法と、当該特定方法を利用する部品実装装置、及び部品実装方法に関する。

部品実装装置の１例を図１０に示している。図において部品実装装置１は、実装すべき部品を供給する部品供給部２と、部品供給部２から吸着ノズル３を利用して部品を取り出し、回路基板１４に実装する実装ヘッド４と、実装ヘッド４を所定位置に搬送するロボット５と、吸着ノズル３に保持された部品の保持状態を撮像して認識する部品認識カメラ６と、回路基板１４を搬入して保持する基板保持装置７と、全体の動作を制御する制御部９とを備える。部品供給部２には、部品を順次供給可能な部品供給装置８が取り付けられる。実装ヘッド４には、基板保持装置７に保持された回路基板１４の状態を撮像して認識する基板認識カメラ１５が備えられている。

以上のように構成された部品実装装置１の動作時、実装ヘッド４がロボット５の搬送で部品供給装置８に対向する位置に移動し、吸着ノズル３を利用して部品１３を取り出す。この間、回路基板１４が部品実装装置１内部に搬入され、基板保持装置７により所定の実装位置に規制保持されている。吸着ノズル３に部品１３を保持した実装ヘッド４は、ロボット５の搬送によって回路基板１４に対向する位置まで移動する。実装ヘッド４に装着された基板認識カメラ１５が回路基板１４を撮像して認識し、その認識結果を制御部９に送信する。制御部９には、あらかじめ回路基板１４に実装される各部品１３の実装位置を記録したＮＣデータが読み込まれている。制御部９は、部品認識カメラ６から入力される部品１３の状態と、基板認識カメラ１５から入力される回路基板１４の状態とに基づいて吸着ノズル３の位置と角度についての必要な補正を指令する。

各吸着ノズル３は、前記指令に基づいて部品１３の位置、傾きに補正を加え、部品１３を回路基板１４の所定実装位置に実装する。部品実装を終えた実装ヘッド４は、再度ロボット５の搬送によって部品供給装置８に対向する位置に移動し、以下、これまでの動作を反復する。必要となる全ての部品１３の実装を終えた回路基板１４は基板保持装置７により部品実装装置１外に搬出され、その後、次の回路基板１４が搬入されてこれまでの動作が繰り返される。

図１１は、基板保持装置７を実装ヘッド４側（上側）から見たときの概要を示している。基板保持装置７は、図の右側から順に、回路基板１４を部品実装装置内に搬入する搬入部２１と、部品実装の間に回路基板１４を規制保持する保持部２２と、部品実装が完了した回路基板１４を部品実装装置１の外部へ搬出する搬出部２３とから構成されている。回路基板１４は図のＸ方向右側から搬入され、部品実装後に図の左側へ搬出される。

図の中央に位置する保持部２２は、固定側ガイドレール２６と、可動側ガイドレール２７と、回路基板１４を搬送方向（Ｘ方向）に位置決めするストッパ２８と、可動側ガイドレール２７を矢印２９に示す方向（Ｙ方向）に移動させる駆動部３０とから構成されている。駆動部３０はさらに、サーボモータなどのモータ３１と、モータ３１により駆動されるボールスクリュ３２と、モータ３１を制御するサーボドライバ３３とから構成されている。サーボドライバ３３は、部品実装装置１の制御部９に接続されて制御される。駆動部３０は、回路基板１４の搬送と保持が可能となるよう、回路基板１４の幅寸法に応じて可動側ガイドプレート２７を固定側ガイドプレート２６に対して矢印２９に示すように移動可能である。

両ガイドプレート２６、２７にはそれぞれコンベア２５が設けられ、回路基板１４の幅方向両縁部を支えて図のＸ方向に搬送する。また、可動側ガイドレール２７にはボールナット３４が設けられ、駆動部３０のボールスクリュ３２に嵌合している。なお、各ガイドプレート２６、２７はそれぞれコの字状断面をしており、回路基板１４の両縁部はコの字状の溝に嵌まって支持されている。したがって、回路基板１４の上面には図示しないコの字状のつば部が被さり、回路基板１４の上方への移動を規制している。

搬入部２１、搬出部２３も保持部２２と概略同様に構成されており、図面では省略しているが搬送すべき回路基板１４に合わせてＹ方向の幅寸法が調整可能である。また、回路基板１４を搬送する際には、搬入部２１、保持部２２、搬出部２３の各コンベア２５が同期して動作し、回路基板１４の搬入と搬出とを同時進行させている。

以上のように構成された基板保持装置７の動作時、加工すべき回路基板１４が決まると制御部９の指令に応じて駆動部３０のサーボドライバ３３がモータ３１を回転させ、この駆動力によってボールスクリュ３２を回転させる結果、これに嵌合した可動側ガイドレール２７がＹ方向に移動する。この移動によって両ガイドレール２６、２７の間の幅寸法が回路基板１４に応じて予め定められた値に調整される。

次に、回路基板１４が搬入部２１のコンベア２５の動作により図の右側からＸ方向に搬入され、さらに保持部２２のコンベア２５の動作で搬送されて回路基板１４の先端がストッパ２８に突き当たって停止する。この停止位置が部品実装位置となる。回路基板１４が停止すると、回路基板１４の背後にある図示しない複数の基板保持ピンが上昇して回路基板１４を図面に垂直となる上方に押し上げ、回路基板１４の幅方向両縁部がコの字状断面の両ガイドレール２６、２７の前記つば部に押し当てられる結果、回路基板１４が規制保持される。

この規制状態で回路基板１４に部品実装が行われる。全ての部品の実装が完了すると前記基板保持ピンは下降し、回路基板１４は再び両ガイドレール２６、２７のコンベア２５に載置される。その後、部品実装を終えた回路基板１４はコンベア２５の動作により図の左方向に前進し、さらに搬出部２３のコンベア２５に搬送されて部品実装装置１外に搬出される。この間、保持部２２にあるストッパ２８は、回路基板１４の移動の障害とならない位置に退避している。

図１２は、回路基板１４の実装平面を模式的に示している。一般に回路基板１４の表面には、配線パターンが印刷され、実装される部品１３の端子が電気接続される実装位置にランド１７が形成されている。ランド１７部分、すなわち各部品１３が実装される実装位置は、各回路基板１４のＮＣデータに入力されている。例えば、図示の回路基板１４の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸として、各ランド１７の中心座標と実装すべき部品１３の方向が予め設定されている。図１２では回路基板１４を平面的に表示しているために明らかではないが、実際の回路基板１４は複数の層を重ねて形成されており、この各層ごとに異なる配線パターンが印刷されてこれらの間を電気的に接続することにより複雑な配線回路を可能にしている。

回路基板１４にはさらに、一般に対角線上のコーナ部に設けられる少なくとも一対の認識マーク１８が形成されている。回路基板１４に部品１３を実装する際には、まず実装ヘッド４に設けられた基板認識カメラ１５（図１０参照）を用いてこの少なくとも一対の認識マーク１８を教示し、回路基板１４の位置を正確に把握した後、この登録された認識マーク１８の位置を規準にＮＣデータから各実装位置座標を割り出し、部品実装を行っている（例えば、特許文献１参照。）。認識マーク１８は、前述した回路基板１４の複数の層の内、最上層のみに設けられるのが普通である。
特開平０４−２８６１９９号公報

しかしながら、上述した従来の部品実装位置の特定方法には問題があった。認識マーク１８の座標を基準にして各部品１３の実装を行うためには、認識マーク１８の座標と、部品実装位置となる各ランド１７の座標との間の相対位置関係が明確となっていなければならない。使用されるＮＣデータ内に、認識マーク１８の座標と各ランド１７の座標とが共に入力されていれば問題はない。しかしながら、認識マーク１８の座標データが、加工側で受け取るＮＣデータから抜けることがしばしば起こり得る。例えば、基板設計を行うメーカＸが、他のメーカＹに部品実装の加工を委託するような場合、基板設計メーカＸでは基板設計で使用するＣＡＤデータをそのまま部品実装メーカＹに示して加工依頼を行うことが多い。この場合、基板設計メーカＸのＣＡＤデータは各層別に作成されているため、特定の層にかかる部品実装を行うメーカＹが受け取るＣＡＤデータには認識マーク１８が表示されていない可能性がある。

その他の事情を含め、このように加工側が受け取るＣＡＤデータに認識マーク１８の座標が含まれていない場合、部品実装メーカＹでは、各ランド１７位置に関してはＣＡＤデータが利用できる状態となっているものの、認識マーク１８の位置は部品実装装置を用いて実機で特定せざるを得ない。しかし、このように実機で回路基板１４から認識マーク１８の位置を直接取得しようとすると、回路基板１４の位置ずれ、傾き、伸縮などの誤差要因が絡み、認識マーク１８の位置とランド１７位置との間の相対関係を高い精度で把握することは困難であった。

このため、加工側で認識マーク１８の座標位置がＣＡＤデータから得られない場合、部品実装位置（ランド１７）と認識マーク１８との整合性を得る手段がなく、結局、回路基板１４上の全てのランド１７の座標と、全ての認識マーク１８の座標とを基板認識カメラ１５を利用して現物の回路基板１４から教示し直し、両者の相対位置関係を把握しているのが現状である。これによってＮＣデータ作成に長時間（基板仕様にもよるが、通常は数時間）を要し、無駄なオペレータの工数と設備稼働率の低下という損失を招いていた。また、ＣＡＤデータには少なくとも各ランド１７位置の正確な座標情報が含まれているにも拘らず、これが有効活用されていなかった。

以上より、本発明では上述した従来技術による問題点を解消し、ランド１７位置はＣＡＤデータから入手可能であり、認識マーク１８位置は部品実装装置の認識カメラ１５を用いて実機で教示する部品実装方法において、各ランド１７と認識マーク１８との相対位置関係を簡便に把握し、ＣＡＤデータを有効活用して加工用のＮＣデータを構築する方法を提供することを目的としている。

なお、「ＣＡＤ（コンピュータ援用設計）データ」は製品設計用に使用されるデータを意味し、「ＮＣ(数値制御)データ」は加工する際のマシン工具の機械的位置や速度などを制御するために使用されるデータを意味するが、部品実装の場合には設計用に使用されるＣＡＤデータをそのまま読み込んでＮＣデータとして利用する場合が多い。したがって、実質上両者を同義語と見ることができるが、本発明では主に部品実装加工を対象としているため、以降の説明では「ＮＣデータ」と統一的に呼ぶものとする。

本発明は、回路基板を傾きのない状態で保持して回路基板上の任意の１つの部品実装位置を認識してその座標を取得することにより、あるいはより一般的に、回路基板上の任意の少なくとも２つの部品実装位置を認識してその座標を取得することにより、これら取得された座標情報を基にＮＣデータ上での回路基板の認識マークの座標と部品実装位置の座標との間の相対的位置関係を高い精度で簡便に把握可能とする方法を提供し、上述の問題点を解消するもので、具体的には以下の内容を含んでいる。

すなわち、本発明にかかる１つの態様は、ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装位置座標と、部品実装装置で回路基板を認識して得られる回路基板上の認識マークの位置座標との相対位置関係を特定する認識マーク座標特定方法であって、前記ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装面座標軸に対する回路基板の傾きが略ゼロとなるよう回路基板を部品実装装置の基板保持装置に保持し、任意の１点の部品実装位置に関するＮＣデータに含まれる座標と、前記回路基板上で認識して取得される前記部品実装位置の座標との間の位置ずれ量を算出し、当該算出された位置ずれ量を基にＮＣデータ上での前記部品実装位置座標と前記認識マーク位置座標との間の部品実装面上の相対位置関係を特定することを特徴とする認識マーク座標特定方法に関する。

より具体的に、
回路基板を部品実装装置内に搬入して実装位置に位置決めし、
回路基板の対向する一対の縁部を保持する基板保持装置の一対のガイドレールの少なくともいずれか一方を対向する他方の側に移動させて当該一対のガイドレール間に前記回路基板を隙間なく挟持し、
回路基板上の任意の部品実装位置である第１の点（Ａ点）を選択して前記基板認識カメラにより当該第１の点（Ａ点）の座標を取得し、
前記第１の点（Ａ点）のＮＣデータ上での座標を読み込んで前記取得された座標との間の位置ずれ量を算出し、
回路基板上で少なくとも２つの認識マークを認識して各座標を取得し、
当該認識マークの各取得された座標と、前記算出された位置ずれ量とに基づいてＮＣデータ上での前記少なくとも２つの認識マークの位置座標を特定し、
ＮＣデータ上での前記特定された認識マークの位置座標と、前記部品実装位置座標との部品実装面上の相対位置関係を登録する各ステップからなることを特徴とする認識マーク座標特定方法に関する。

前記回路基板の傾きを略ゼロにする際、回路基板の対向する両縁部を搬送可能に保持する基板保持装置の一対のガイドレールの少なくともいずれか一方を対向する他方の側に移動させて前記一対のガイドレール間に前記回路基板を隙間なく挟持することにより、前記傾きをゼロにすることが可能である。前記ガイドレールの少なくともいずれか一方の移動がモータによって駆動される場合、当該モータのトルク（又は電流値）が予め定められたしきい値を越えたときに前記回路基板が前記一対のガイドレール間に隙間なく挟持されたと判断することができる。

本発明にかかるさらに他の方法は、少なくとも任意の２点の部品実装位置に関するＮＣデータに含まれる座標と、回路基板上で認識して取得される前記少なくとも２点の座標との間のそれぞれの位置ずれ量を算出し、当該算出されたそれぞれの位置ずれ量を基にＮＣデータ上での前記部品実装位置座標と前記認識マーク位置座標との間の部品実装面上の相対位置関係を特定することを特徴とする認識マーク座標特定方法に関する。

より具体的には、
回路基板を部品実装装置内に搬入して実装位置に位置決めし、
回路基板上の少なくとも２点の任意の部品実装位置である第１の点（Ａ点）及び第２の点（Ｂ点）を選択して各座標を取得し、
前記第１及び第２の点（Ａ点、Ｂ点）のＮＣデータ上での各座標を読み込み、
前記少なくとも２点の部品実装位置の内、いずれか一方の点である第１の点（Ａ点）に関する前記取得された座標と前記読み込んだ座標との間の位置ずれ量を算出し、
前記ＮＣデータ上の第１の点（Ａ点）と第２の点（Ｂ点）を結ぶ線分と、前記回路基板上で認識された第１の点（Ａ点）と第２の点（Ｂ点）を結ぶ線分とを比較して回路基板のＮＣデータ上の座標軸に対する傾きと回路基板の伸縮率とを求め、
回路基板上での少なくとも２つの認識マークを認識して各座標を取得し、
当該認識マークの各取得された座標と、前記算出された位置ずれ量、傾き、伸縮率とに基づいてＮＣデータ上での前記少なくとも２つの認識マークの位置座標を特定し、
ＮＣデータ上での前記特定された認識マークの位置座標と、前記部品実装位置座標との部品実装面上の相対位置関係を登録する各ステップからなることを特徴とする認識マーク座標特定方法に関する。

本発明にかかるさらに他の態様は、部品供給部に供給された部品を取り出し、前記部品を搬送して規制保持された回路基板の実装位置に実装する部品実装方法であって、前記回路基板に設けられた認識マークと、ＮＣデータに含まれる部品実装位置との間の相対位置関係を部品実装装置に教示するに際し、上述したいずれか一の認識マーク座標特定方法を利用することを特徴とする部品実装方法に関する。

本発明にかかるさらに他の態様は、実装すべき部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を取り出して回路基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを所定位置に搬送するロボットと、回路基板を搬入して保持する基板保持装置と、回路基板を認識する基板認識カメラと、全体の動作を制御する制御部とから構成され、前記実装ヘッドに装着された吸着ノズルを利用して前記部品供給部から取り出した部品を前記回路基板の実装位置に実装する部品実装装置であって、前記回路基板に設けられた認識マーク位置を前記基板認識カメラで認識して教示するに際し、前記基板保持装置の一対の対向するガイドレールが、前記回路基板の対向する一対の端面を両側から隙間なく挟持することを特徴とする部品実装装置に関する。

本発明にかかるさらに他の態様は、ＮＣデータに入力された各部品実装位置の座標と前記基板認識カメラにより認識される回路基板の認識マークの座標とを基準に、前記実装ヘッドに装着された吸着ノズルを利用して前記部品供給部から取り出した部品を前記回路基板の実装位置に実装する部品実装装置であって、前記基板保持装置の一対の対向するガイドレールが前記回路基板の対向する一対の端面を両側から隙間なく挟持する間に、前記基板認識カメラが任意の一点の部品実装位置の座標を取得し、前記制御部が、当該取得された座標と前記ＮＣデータに入力された前記任意の一点の部品実装位置座標との間の位置ずれ量を算出し、前記基板認識カメラにより取得された前記回路基板の認識マークの座標と前記位置ずれ量とに基づいて前記ＮＣデータに前記認識マークの座標を登録することを特徴とする部品実装装置に関する。

本発明にかかるさらに他の態様は、前記基板認識カメラが、任意の少なくとも２点の部品実装位置の座標を取得して前記制御部へ送信し、前記制御部が、前記ＮＣデータに入力された当該少なくとも２点の部品実装位置の座標と前記取得された座標との間の位置ずれ量、傾き、伸縮率を含む補正量を算出し、前記基板認識カメラにより取得された前記回路基板の認識マークの座標と前記補正量とに基づいて前記ＮＣデータに前記認識マークの座標を登録することを特徴とする部品実装装置に関する。前記任意の少なくとも２点の部品実装位置は、３点または４点とすることができる。

本発明の実施により、部品実装位置座標はＮＣデータから入手可能であるが認識マーク位置座標は部品実装装置の認識カメラを用いて実機で計測することが要求される部品実装の場合、両座標間の相対位置関係を短時間で効率的に把握することができ、これによって作業効率の改善との設備稼働率の向上を果たすことができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる回路基板の認識マーク座標特定方法につき、図面を参照して説明する。本実施の形態では、任意のランド１７の位置１点とＮＣデータを基に、各ランド１７と認識マーク１８との間の回路基板部品実装面上における相対位置関係を取得する。図１１を用いて説明したように、回路基板１４は基板保持装置７の搬入部２１から部品実装装置１内に搬入され、保持部２２にて規制保持される。この時、回路基板１４はストッパ２８に当接した位置で保持されているが、当該回路基板１４には、図１１に示す平面図で見た場合に（ａ）Ｙ方向への平行な位置ずれ、（ｂ）Ｘ−Ｙ平面（部品実装面）内での傾き、（ｃ）回路基板の伸縮などの誤差要因が含まれる。この内（ｃ）の回路基板の伸縮は僅かなものであることから本実施の形態ではこれを無視するものとすれば、残りの要因は（ａ）、（ｂ）の２つとなる。なお、ここでは無視する回路基板１４の伸縮に関しては、次の実施の形態の中で言及する。

図１１において、保持部２２で対向する一対のガイドレール２６、２７は、回路基板１４を保持すると同時に、搬送過程における回路基板１４のＸ方向の円滑な移動を可能にするため、回路基板１４の幅寸法に対して例えば0.5ｍｍほどの僅かな隙間を図のＹ方向に設けている。この隙間が保持部２２における回路基板１４の傾きを生む原因となっている。したがって前記隙間を無くして（ｂ）の傾きの要因を排除できれば、残りの誤差要因は（ａ）の平行な位置ずれのみとなり、対応がさらに容易となる。

本実施の形態では、まずこの前記ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装面座標軸に対する回路基板１４の傾き要因を取り除くものとしている。図１１において、回路基板１４がストッパ２８に当接して所定位置に停止した後、両ガイドレール２６、２７の間隔を狭めて回路基板１４の傾きを解消する。より具体的に、可動側ガイドレール２７をＹ方向に移動させる駆動部３０のモータ３１を僅かずつ回転させ、そのときの回転トルク（すなわち、電流量）を逐一検出して予め入力されたしきい値と比較する。可動側ガイドレール２７が回路基板１４の幅方向縁部にある端面に突き当たると、回路基板１４はＹ方向に押されて反対側の端面が固定側ガイドレール２６に向けて移動し、突き当たる。この突き当たりによってモータ３１の回転トルク（電流量）が急増することから、これが前記しきい値を越えたときに、可動側ガイドレール２７と固定側ガイドレール２６との間に回路基板１４がしっかり挟持されたものと判断することができる。これで回路基板１４と一対のガイドレール２６、２７との間にある隙間はゼロとなり、回路基板１４の傾きが解消される。残る誤差要因は（ａ）の平行な位置ずれのみとなる。

次に、残った（ａ）平行な位置ずれ量を算出する。回路基板１４が両ガイドレール２６、２７に挟持されたままの状態で、任意のランド１７の１点を選択して実装ヘッド４に装着された基板認識カメラ１５で認識し、その座標を取得する。なお、ここで言うランド１７の位置は、当該ランド１７に実装される部品の実装位置と同義であるとする。図１は、回路基板１４上のＸ−Ｙ座標を示しており、今、基板認識カメラ１５により認識された任意のランド１７の１点であるＡ点の座標を白丸で表す。（ＸＰＡ，ＹＰＡ）は、基板認識カメラ１５で取得されたＡ点の座標である。一方、ＮＣデータ内に同じランドＡ点の座標が含まれており、これを黒丸（ＸＤＡ，ＹＤＡ）で表す。この両者を比較することによって、Ａ点の実測された座標とＮＣデータの座標の間には、（ＸＰＡ，ＹＰＡ）−（ＸＤＡ，ＹＤＡ）＝（△Ｘ，△Ｙ）の差（位置ずれ量）があることが把握できる。

次に、基板認識カメラ１５を移動させ、回路基板１４に設けられた白四角で示す認識マーク１８の１つであるＬ点（図１２参照）を認識してその座標（ＸＰＬ，ＹＰＬ）を取得する。ここで、回路基板１４の傾きは先ほどの可動側ガイドレール２６、２７の制御でゼロとされているため、この基板認識カメラ１５で取得された認識マークＬ点の座標とＮＣデータ上のＬ点の座標との位置誤差は、ランドＡ点で求められた位置ずれ量だけ平行移動させたものと見ることができる。この状況を図中では破線で示している。すなわち、回路基板１４上で認識された認識マークＬ点の座標に対し、Ａ点で求められた位置ずれ量（△Ｘ，△Ｙ）と同量の補正を折り込むことにより、黒四角で示す認識マークＬ点のＮＣデータ上における座標（ＸＤＬ，ＹＤＬ）を特定することができる。

同様にして、図２では、白四角で示す回路基板１４上の他の認識マーク１８であるＭ点（図１２参照）の座標（ＸＰＭ，ＹＰＭ）を認識カメラで取得し、上述したランドＡ点で求められた位置ずれ量（△Ｘ，△Ｙ）を見込むことにより、黒四角で示すＮＣデータ上の認識マークＭ点の座標（ＸＤＭ，ＹＤＭ）を特定することができる。

図３は、計測の基準となったランドＡ点と、２つの認識マークＬ点、Ｍ点とにつき、回路基板１４上での座標（白抜き）と、ＮＣデータ上での座標（黒塗り）の関係を示している。ＮＣデータ上でのこの両者間の相対位置関係が明らかになることにより、例えば図３の右下に示す他の任意のランドＢ点では、ＮＣデータ上のＢ点の位置座標（ＸＤＢ，ＹＤＢ）を基にして、前記位置ずれ量（△Ｘ，△Ｙ）を逆補正することで認識動作を行うことなくその部品実装位置を求めることができる。その他全てのランド１７位置に関しても同様にＮＣデータと前記位置ずれ量とを基に求めることができる。

ランド１７位置と認識マーク１８位置との相対位置関係を取得することによって教示の手順は完了する。両ガイドレール２６、２７の間に挟持された回路基板１４は、保持部２２にあるモータ３１を逆回転させることによって開放される。以降、同一機種の回路基板１４に対する部品１３の実装は、前記取得された両者の相対位置関係を制御部９のＮＣデータ内に登録しておくことにより、各搬入された回路基板１４の認識マーク１８のみを認識することでＮＣデータを利用して正確な位置に部品実装を行うことができる。

以上の位置特定手順を図４に示すフローチャートで再度確認すれば、ステップ＃１で回路基板１４を基板保持装置７の保持部２２まで搬入して実装位置に位置決めする。ステップ＃２で保持部２２の可動側ガイドレール２７を微量移動させ、回路基板１４と可動側ガイドレール２７との間の隙間を狭める。この際、可動側ガイドレール２７を移動させるモータ３１のトルク（電流量）を測定して同様の移動を繰り返し、ステップ＃３でモータ３１のトルクが予め定めたしきい値を越えたときに前記隙間がゼロになったものと判断され、これによって回路基板１４の傾きが解消される。

ステップ＃４で回路基板１４上の任意の１つのランド１７であるＡ点が選択され、基板認識カメラ１５を利用してＡ点の座標を取得する。ステップ＃６で同じランドＡ点のＮＣデータ上での座標が読み込まれ、ステップ＃７で両座標間の位置ずれ量が算出される。

次に、ステップ＃８で回路基板１４上の認識マーク１８の一点（例えば、Ｌ点）の座標が基板認識カメラ１５を用いて取得される。この結果と、ステップ＃７で算出された位置ずれ量とを用いて、ステップ＃９で認識マーク１８のＮＣデータ上での位置座標が特定される。同様にして、他の認識マーク１８（例えば、Ｍ点）のＮＣデータ上での位置座標が算出され（ステップ＃８、＃９の繰り返し）、ステップ＃１１で全ての認識マーク１８についての座標が特定されれば、ステップ＃１２でランド１７と認識マーク１８とのＮＣデータ上での相対位置関係が部品実装装置１の制御部９に登録され、教示工程が完了する。

通常、１つの回路基板１４には一対の認識マーク１８が設けられているが、場合によってはそれ以上の数が設けられることもある。ステップ＃１１での繰り返し判断により、全ての認識マーク１８の座標位置を特定することができる。

一旦、前記相対位置関係が登録されると、あとは各基板搬入時に基板認識カメラ１５を用いて各認識マーク１８の位置座標を認識することにより、ＮＣデータを利用して所定の実装位置に各部品を実装することが可能となる。

なお、固定側ガイドレール２６に対する回路基板１４の平行度を得るため、従来ではオペレータが手で回路基板１４を固定側ガイドレール２６に押し付けるなどの対応を行っていた。部品実装装置１の稼動中に加工領域内に手を入れることは危険であり、通常、その際にセンサが働いて機械を逐一停止していた。このため、回路基板１４の位置をセットした後に再度機械を始動させるなどの手間を要し、作業が非能率であった。本実施の形態では、可動側ガイドレール２７を移動させる駆動部３０を利用することにより、かかる非効率な作業と危険性を回避することが可能となり、さらには当該手順により回路基板１４の傾き調整を自動化することも可能となる。ただし、本実施の形態にかかる認識マーク座標特定方法が、回路基板１４の傾きを手の操作で解消することを排除するものではない。

また、図１１において、これまでの説明では保持部２２が固定側ガイドライン２６と可動側ガイドライン２７から構成されるものとしているが、両ガイドライン２６、２７の内の少なくともいずれか一方が可動式であればよく、双方が可動式となっていてもよい。

本実施の形態にかかる認識マーク座標特定方法の実施により、これまで回路基板上で部品実装位置の全てを認識して位置座標を把握し直すことにより実装動作を行っていた従来技術に対し、機種変更時の大幅な時間低減が可能となり、設備稼働率の向上に寄与することができる。

次に、本発明にかかる第２の実施の形態の認識マーク座標特定方法について図面を参照して説明する。先の実施の形態では、回路基板１４を固定側ガイドレール２６に押し付けて前記ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装面座標軸に対する傾きを解消し、かつ回路基板１４の伸縮を無視するものとしたため、認識すべきランド１７を１点（Ａ点）のみとすることができた。本実施の形態では、回路基板１４の少なくとも２つのランド１７の座標を認識することにより、ＮＣデータに含まれる実装面座標軸に対する回路基板１４の傾き、あるいは回路基板１４の伸縮が存在する場合にあっても、当該基板の認識マーク１８のＮＣデータ上における位置座標の特定を可能とする、より一般的な特定方法を提供するものである。

図１１において、基板保持装置７によって部品実装装置１内に搬入された回路基板１４が、保持部２２にあるストッパ２８に当接して所定位置に停止する。この時の回路基板１４の部品実装面上のＸ−Ｙ座標を図５に示している。図５において、実装ヘッド４にある基板認識カメラ１５が回路基板１４に対向する位置に移動して回路基板１４上で任意に選択された白丸で示すランドＡ点を認識し、その位置座標（ＸＰＡ，ＹＰＡ）を取得する。一方、当該ランドＡ点に関するＮＣデータ上の黒丸で示す位置座標（ＸＤＡ，ＹＤＡ）が読み取られ、前記取得された位置座標とを比較することによって両座標間の位置ずれ量（△Ｘ，△Ｙ）が算出される。これは第１の実施の形態と同様の手順である。

同じく図５において、本実施の形態では次に、回路基板１４上のもう１つのランド１７位置であるＢ点（白丸）を選択し、基板認識カメラ１５を移動させてその位置座標（ＸＰＢ，ＹＰＢ）を取得する。この際、Ａ点とＢ点とはできるだけ離れた位置にあるものを選択することが測定精度を高める上で好ましい。次に、当該ランドＢ点に関するＮＣデータ上の位置座標（ＸＤＢ，ＹＤＢ）が読み込まれる（黒丸）。

図５に示すように、回路基板１４上でのＡ点とＢ点間が線分で結ばれ（白丸間）、この間の距離ＬＰが算出される。同様にしてＮＣデータ上でのＡ点とＢ点間が結ばれ（黒丸間）、同じくその間の距離ＬＤが算出される。この両者は本来同一の長さとなるものであることから、この両距離間の比率であるＬＰ／ＬＤを求めることにより、ＮＣデータに対する回路基板１４の伸縮率△Ｅを算出することができる。

次に、回路基板１４上のＡ点とＢ点を結ぶ線分（白丸間）の傾斜と、同じくＮＣデータ上でのＡ点とＢ点を結ぶ線分（黒丸間）の傾斜との相違から、ＮＣデータ上の座標に対する回路基板１４の傾き△θが得られる。この傾き△θは、図５の破線で示のように、ＮＣデータ上でのＡ点とＢ点とを結ぶ線（黒丸間）と、Ａ点に関するＮＣデータ上の座標及び回路基板１４上で取得した座標の間を結ぶ線とを基礎に平行四辺形を構築することによって求めることができる。

次に、図６において、基板認識カメラ１５を移動させて回路基板１４上の認識マーク１８の１つであるＬ点（白四角）を認識し、その座標（ＸＰＬ，ＹＰＬ）を取得する（白四角）。この取得されたＬ点の座標を基に、ＮＣデータ上のＬ点の座標を以下のようにして求める。まず、ランドＡ点を基準にして、回路基板１４上でのＡ点からＬ点までの距離を算出し、この算出結果に前記伸縮率△Ｅの補正を加える（基板上の距離／△Ｅ）。この補正により、ＮＣデータ上でのＡ点からＬ点までの距離が求まる。しかる後、上記特定された傾き△θを基に傾き角を補正し、さらにＡ点で求められた位置ずれ量（△Ｘ，△Ｙ）を基に位置補正することで、ＮＣデータ上でのＬ点（黒四角）の座標（ＸＤＬ，ＹＤＬ）を特定することができる。

続いて図７は、同様にして他の認識マークＭ点（白四角）の位置座標の認識結果（ＸＰＭ，ＹＰＭ）に基づいて、ＮＣデータ上でのＭ点（黒四角）の座標を求める手順を示している。先のＬ点の場合と全く同様に、まず伸縮率△Ｅを用いて長さを補正し、傾き△θを用いて傾き角を補正し、さらに位置ずれ量（△Ｘ，△Ｙ）を用いて位置補正することにより、Ｍ点のＮＣデータ上での位置座標（ＸＤＭ，ＹＤＭ）が求められる。

以上の手順により、２つのランドＡ点、Ｂ点の認識結果に基づいて、２つの認識マークＬ点、Ｍ点のＮＣデータ上での座標が特定される。この特定により、ランド１７と認識マーク１８とのＮＣデータ上での相対位置関係の把握が完了する。図８は、以上の手順で求められた結果を示したもので、白丸、黒丸は、回路基板１４上及びＮＣデータ上でのランド１７のそれぞれの座標を示し、白四角、黒四角は、回路基板１４上及びＮＣデータ上での認識マーク１８のそれぞれの座標を示す。この相対位置関係を制御部９のＮＣデータ内に登録しておくことにより、以降の同一機種基板に対しては認識マーク１８をのみを認識することにより、ＮＣデータを基にして必要な補正を加えることで連続した部品実装が可能となる。

図９は、本実施の形態にかかる認識マーク座標特定の手順を示すフローチャートである。図を用いて再度手順を確認すれば、まずステップ＃２１で回路基板１４を基板保持装置７の保持部２２に搬入して保持する。次にステップ＃２２で基板認識カメラ１５を使用して回路基板１４上での１つのランド１７（Ａ点）を選択し、そのＡ点の座標を取得する。ステップ＃２３で当該ランドＡ点のＮＣデータ上での位置座標を読み取り、ステップ＃２４で両座標を比較することでＮＣデータに対する回路基板１４の位置ずれ量を算出する。

次に、ステップ＃２６で回路基板１４上のもう１つのランド１７であるＢ点を選択し、そのＢ点の座標を取得、さらにステップ＃２７でＮＣデータ上でのＢ点の座標を読み取る。ステップ＃２８で、前記取得された回路基板１４上でのＡ点とＢ点を結ぶ線分と、ＮＣデータから読み取ったＡ点とＢ点を結ぶ線分とを比較することにより、回路基板１４の傾き△θ、伸縮率△Ｅを求める。

通常、上述したＡ点、Ｂ点の２点のランド１７座標を認識することで十分な精度が得られるが、さらに精度を高めるために必要であれば、ステップ＃２９で更なるランド１７の認識をすると判断し（Yes）、その場合には破線の矢印で示すようにステップ＃２６に戻ってそれまでの手順を繰り返す。この際、フローチャート内にあるＢ点は、Ｃ点、Ｄ点、‥と読み替えるものとする。

例えば、回路基板１４の伸縮はＸ方向とＹ方向で異なる傾向にある場合も考えられる。その場合には１つのランド１７（例えばＡ点）からＸ方向に離れた位置にある他のランド（例えばＢ点）と、Ｙ方向に離れた位置にある他のランド（例えばＣ点）とを選択してそれぞれの伸縮率を算出し、Ｘ方向の伸縮補正にはＢ点、Ｙ方向の伸縮補正にはＣ点をそれぞれ基準として算出された伸縮率を使用すること、などが可能である。あるいは複数のランド１７を使用して各傾き△θを算定し、その平均値を傾きとすることなどにより補正精度を高めることもできる。認識するランド１７数を幾つ選択するかは時間と精度との間のトレードオフとなるが、最大でも３点または４点もあれば精度的に十分である。

次に、ステップ＃３１で、回路基板１４上で認識マーク１８の１つであるＬ点の座標を基板認識カメラ１５を利用して取得する。これまでに求められた位置ずれ量、傾き、伸縮率を用い、ステップ＃３２でＬ点のＮＣデータ上での座標を特定する。ステップ＃３１、ステップ＃３２の繰り返しにより、他の認識マーク１８であるＭ点や、さらにその他にも認識マークＮ点、Ｏ点、‥などがある場合にはこれらの座標を同様に算出し、ステップ＃３３で全ての認識マーク１８の座標確定が完了していれば、ステップ＃３４で、算出された結果に基づいてランド１７と認識マーク１８のＮＣデータ上における相対位置関係を制御部９に登録し、教示手順が終了する。

以上、本発明にかかる各実施の形態の認識マーク座標特定方法、部品実装方法について述べてきたが、本発明の適用は、これまで述べてきた各実施の形態に限定されるものではない。例えば図１０に示す部品実装装置１は、実装ヘッドをＸＹ方向へ移動させるロボット５を備えた形式のものとしているが、多数の吸着ノズル３をインデックスの周囲に円周状に配置してこれを間欠回転させながら順次部品の取り出しから実装までを行うロータリ式の部品実装装置に対しても本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる認識マーク座標特定方法、及び部品実装装置、部品実装方法は、部品実装の産業分野において広く利用することができる。

本発明の実施の形態にかかる認識マーク座標特定方法の１手順を示す図表である。 図１に示す認識マーク座標特定方法の他の１手順を示す図表である。 図１、２に示される手順によって得られるランド座標と認識マーク座標との相対位置関係を示す図表である。 図１、２に示す認識マーク座標特定方法の全体手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態にかかる認識マーク座標特定方法の１手順を示す図表である。 図５に示す認識マーク座標特定方法の他の１手順を示す図表である。 図５に示す認識マーク座標特定方法のさらに他の１手順を示す図表である。 図５〜７に示される手順によって得られるランド座標と認識マーク座標との相対位置関係を示す図表である。 図５〜７に示す認識マーク座標特定方法の全体手順を示すフローチャートである。 部品実装装置の概要を示す斜視図である。 図１０に示す部品実装装置の基板保持装置の概要を示す平面図である。 回路基板の概要を示す平面図である。

符号の説明

１．部品実装装置、 ２．部品供給部、 ３．吸着ノズル、 ４．実装ヘッド、 ５．ロボット、 ６．部品認識カメラ、 ７．基板保持装置、 ８．部品供給装置、 ９．制御部、 １３．部品、 １４．回路基板、 １５．基板認識カメラ、 １７．ランド、 １８．認識マーク、 ２１．搬入部、 ２２．保持部、 ２３．搬出部、 ２５．コンベア、 ２６．固定側ガイドレール、 ２７．可動側ガイドレール、 ２８．ストッパ、 ３０．駆動部、 ３１．モータ、 ３２．ボールスクリュ、 ３３．サーボドライバ、 ３４．ボールナット。

Claims (12)

1. ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装位置座標と、部品実装装置で回路基板を認識して得られる回路基板上の認識マークの位置座標との相対位置関係を特定する認識マーク座標特定方法において、
   前記ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装面座標軸に対する回路基板の傾きが略ゼロとなるよう回路基板を部品実装装置の基板保持装置に保持し、
   任意の１点の部品実装位置に関するＮＣデータに含まれる座標と、回路基板上で認識して取得される前記部品実装位置の座標との間の位置ずれ量を算出し、当該算出された位置ずれ量を基にＮＣデータ上での前記部品実装位置座標と前記認識マーク位置座標との間の相対位置関係を特定することを特徴とする認識マーク座標特定方法。
2. 前記回路基板の傾きを略ゼロにする際、回路基板の対向する両縁部を搬送可能に保持する基板保持装置の一対のガイドレールの少なくともいずれか一方を対向する他方の側に移動させて前記一対のガイドレール間に前記回路基板を隙間なく挟持することを特徴とする、請求項１に記載の認識マーク座標特定方法。
3. 前記ガイドレールの少なくともいずれか一方の移動がモータによって駆動され、当該モータのトルクが予め定められたしきい値を越えたときに前記回路基板が前記一対のガイドレール間に隙間なく挟持されたと判断することを特徴とする、請求項２に記載の認識マーク座標特定方法。
4. ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装位置座標と、部品実装装置で回路基板を認識して得られる回路基板上の認識マークの位置座標との相対位置関係を特定する認識マーク座標特定方法において、
   回路基板を部品実装装置内に搬入して実装位置に位置決めし、
   回路基板の対向する一対の縁部を保持する基板保持装置の一対のガイドレールの少なくともいずれか一方を対向する他方の側に移動させて当該一対のガイドレール間に前記回路基板を隙間なく挟持し、
   回路基板上の任意の部品実装位置である第１の点を選択して前記基板認識カメラにより当該第１の点の座標を取得し、
   前記第１の点のＮＣデータ上での座標を読み込んで前記取得された座標との間の位置ずれ量を算出し、
   回路基板上で少なくとも２つの認識マークを認識して各座標を取得し、
   当該認識マークの各取得された座標と、前記算出された位置ずれ量とに基づいてＮＣデータ上での前記少なくとも２つの認識マークの位置座標を特定し、
   ＮＣデータ上での前記特定された認識マークの位置座標と、前記部品実装位置座標との部品実装面上の相対位置関係を登録すること、
   の各ステップからなることを特徴とする認識マーク座標特定方法。
5. ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装位置座標と、部品実装装置で回路基板を認識して得られる回路基板上の認識マークの位置座標との相対位置関係を特定する認識マーク座標特定方法において、
   少なくとも任意の２点の部品実装位置に関するＮＣデータに含まれる座標と、回路基板上で認識して取得される前記少なくとも２点の部品実装位置の座標との間のそれぞれの位置ずれ量を算出し、当該算出された位置ずれ量を基にＮＣデータ上での前記部品実装位置座標と前記認識マーク位置座標との間の相対位置関係を特定することを特徴とする認識マーク座標特定方法。
6. ＮＣデータに含まれる回路基板の部品実装位置座標と、部品実装装置で回路基板を認識して得られる回路基板上の認識マークの位置座標との相対位置関係を特定する認識マーク座標特定方法において、
   回路基板を部品実装装置内に搬入して実装位置に位置決めし、
   回路基板上の少なくとも２つの任意の部品実装位置である第１の点及び第２の点を選択して各座標を取得し、
   前記第１及び第２の点のＮＣデータ上での各座標を読み込み、
   前記いずれか一方である第１の点に関する前記取得された座標と前記読み込んだ第１の点の座標との間の位置ずれ量を算出し、
   前記ＮＣデータ上の第１の点と第２の点を結ぶ線分と、前記回路基板上で認識された第１の点と第２の点を結ぶ線分とを比較して回路基板の前記ＮＣデータ内の部品実装面座標に対する傾きと回路基板の伸縮率とを求め、
   回路基板上での少なくとも２つの認識マークを認識して各座標を取得し、
   当該認識マークの各取得された座標と、前記算出された位置ずれ量、傾き、伸縮率とに基づいてＮＣデータ上での前記少なくとも２つの認識マークの位置座標を特定し、
   ＮＣデータ上での前記特定された認識マークの位置座標と、前記部品実装位置座標との部品実装面上の相対位置関係を登録すること、
   の各ステップからなることを特徴とする認識マーク座標特定方法。
7. 前記少なくとも２点の部品実装位置が、３点または４点の部品実装位置であることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の認識マーク特定方法。
8. 部品供給部に供給された部品を取り出し、前記部品を搬送して規制保持された回路基板の実装位置に実装する部品実装方法において、
   前記回路基板に設けられた認識マークと、ＮＣデータに含まれる部品実装位置との間の相対位置関係を部品実装装置に教示するに際し、請求項１から請求項７のいずれか一に記載の認識マーク座標特定方法を利用することを特徴とする部品実装方法。
9. 実装すべき部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を取り出して回路基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを所定位置に搬送するロボットと、回路基板を搬入して保持する基板保持装置と、回路基板を認識する基板認識カメラと、全体の動作を制御する制御部とから構成され、前記実装ヘッドに装着された吸着ノズルを利用して前記部品供給部から取り出した部品を前記回路基板の実装位置に実装する部品実装装置において、
   前記回路基板に設けられた認識マーク位置を前記基板認識カメラで認識して教示するに際し、前記基板保持装置の一対の対向するガイドレールが前記回路基板の対向する一対の端面を両側から隙間なく挟持することを特徴とする部品実装装置。
10. 実装すべき部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を取り出して回路基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを所定位置に搬送するロボットと、回路基板を搬入して保持する基板保持装置と、回路基板を認識する基板認識カメラと、全体の動作を制御する制御部とから構成され、ＮＣデータに入力された各部品実装位置の座標と前記基板認識カメラにより認識される回路基板の認識マークの座標とを基準に、前記実装ヘッドに装着された吸着ノズルを利用して前記部品供給部から取り出した部品を前記回路基板の実装位置に実装する部品実装装置において、
    前記基板保持装置の一対の対向するガイドレールが前記回路基板の対向する一対の端面を両側から隙間なく挟持する間に、前記基板認識カメラが任意の１点の部品実装位置の座標を取得し、前記制御部が、当該取得された座標と前記ＮＣデータに入力された前記任意の１点の部品実装位置座標との間の位置ずれ量を算出し、前記基板認識カメラにより取得された前記回路基板の認識マークの座標と前記位置ずれ量とに基づいて前記ＮＣデータに前記認識マークの座標を登録することを特徴とする部品実装装置。
11. 実装すべき部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を取り出して回路基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを所定位置に搬送するロボットと、回路基板を搬入して保持する基板保持装置と、回路基板を認識する基板認識カメラと、全体の動作を制御する制御部とから構成され、ＮＣデータに入力された各部品実装位置の座標と前記基板認識カメラにより認識される回路基板の認識マークの座標とを基準に、前記実装ヘッドに装着された吸着ノズルを利用して前記部品供給部から取り出した部品を前記回路基板の実装位置に実装する部品実装装置において、
    前記基板認識カメラが、任意の少なくとも２点の部品実装位置の座標を取得して前記制御部へ送信し、
    前記制御部が、
    前記ＮＣデータに入力された当該少なくとも２点の部品実装位置の座標と前記取得された座標との間の位置ずれ量、傾き、伸縮率を含む補正量を算出し、
    前記基板認識カメラにより取得された前記回路基板の認識マークの座標と前記補正量とに基づいて前記ＮＣデータに前記認識マークの座標を登録することを特徴とする部品実装装置。
12. 前記任意の少なくとも２点の部品実装位置が、３点または４点の部品実装位置であることを特徴とする、請求項１１に記載の部品実装装置。
    
    

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