JP2006313840A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ軸フレームと２つのＹ軸フレームとの間の直角度がずれてしまった場合でも、確実に直角度を再現し、原点センサを正常に機能させることができるようにする。
【解決手段】ＸＹステージを備えた部品実装装置において、ＹＬ軸フレーム１２及びＹＲ軸フレーム１４に、Ｘ軸フレーム１０のＹ軸方向の原点位置を検出する原点センサ２４、２８が設置され、且つヘッドユニット１６に画像認識手段３０が付設され、直角三角形の頂点に対応する３つの基準マークが付されている直角度基準板Ｓをベース面３４に載置し、前記画像認識手段３０により３つのマークを順次画像認識し、各マークについて装置上の座標値を求め、各座標値からＸ軸フレーム１０のＹ軸方向に対する直角度のずれを算出し、該ずれに基づいてＹＬ軸モータやＹＲ軸モータを駆動し、Ｘ軸フレームの直角度を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品実装装置、特にＸ軸と２つのＹ軸を有するＸＹステージを備えた部品実装装置において、Ｘ軸とＹ軸の直角度を調整する際に適用して好適な部品実装装置に関する。

図７は、電子部品を配線基板に実装する部品実装装置に採用されているＸＹステージを抽出して示す概略斜視図である。

このＸＹステージでは、Ｘ軸フレーム１０が左側のＹＬ軸フレーム１２及び右側のＹＲ軸フレーム１４上をボールねじやベルトと組合せたモータ、若しくはリニアモータ等（いずれも図せず）で駆動されるようになっている。又、このＸ軸フレーム１０には、電子部品を基板に実装するヘッドユニット１６が、該Ｘ軸フレームに沿って移動可能に設置されていると共に、Ｘ軸フレーム１０と一体でＹＬ軸フレーム１２、ＹＲ軸フレーム１４上をＹ軸方向に移動可能に設置されている。

Ｘ軸フレーム１０の左右両端部は互いに独立したモータでそれぞれ駆動され、Ｙ軸方向の位置はＹＬ位置センサ１８及びＹＲ位置センサ２０によりそれぞれ検出される。同様にヘッドユニット１６は、Ｘ位置センサ２２により検出される。これらの位置センサ１８、２０、２２には、それぞれ対応する軸に平行に設置されているリニアエンコーダを用いることができる。

Ｘ軸フレーム１０のＹ軸方向の位置は、ＹＬ、ＹＲの各軸フレーム１２、１４上を移動することにより、上記位置センサ１８、２０により変化量が検出されるので、電源を投入して最初に駆動可能な状態になった位置からの相対的な位置として知ることができる。しかし、装置（機械）内の絶対的な位置は知ることができないので、所定位置に固定された基板上の決められた位置に電子部品を正確に実装するためには、ヘッドユニット１６、即ちＸ軸フレーム１０が装置内のどの位置にあるかを正確に知る必要がある。

従来は、その位置を知る手段として、Ｙ軸方向に関しては、図示されているように一方のＹＬ軸フレーム１２上にＹＬ軸原点センサ２４を設置して、Ｘ軸フレーム１０がそのセンサ２４を通過した位置を原点として絶対的な基準位置を設定している。

ヘッドユニット１６のＸ軸方向の位置も、同様にＸ軸フレーム１０上に設置されたＸ軸原点センサ２６を該ヘッドユニット１６が通過した位置を原点としている。なお、原点センサによりＹ軸方向の位置を検出することは、例えば特許文献１に開示されている。

一般に、部品実装装置（半導体製造装置）では、電子部品を実装する際に前記Ｘ軸フレーム１０とＹＬ軸フレーム１２及びＹＲ軸フレーム１４との間の直角度、即ちＸ軸と左右のＹ軸が直交している状態を精度良く保つ必要がある。もし、ＸＹ軸の直角度が崩れた場合には、座標系の狂いによる部品搭載（実装）時の位置ずれや、Ｘ軸が捻られることにより左右のＹ軸モータの駆動に影響を及ぼし、ヘッドユニット１６を目標位置に位置決めした際の整定（ダンピング）の悪化等の影響が発生する。

特開平１１−１４５６９４号公報

しかしながら、前記原点センサにより装置内の絶対的な基準位置が分かっていたとしても、装置に熱変形が生じていたり、ＸＹステージの設置ベースの水平度（水準）が狂っていたりするために、Ｘ軸とＹ軸の直角度がずれてしまっている場合には、前記原点センサにＸ軸フレームが検知されたとしても、座標系が狂っているために原点センサを正常に機能させることができないという問題があった。

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、装置の熱変形等の何らかの原因によりＸ軸フレームと２つのＹ軸フレームとの間の直角度がずれてしまった場合でも、正確に直角度を再現することができ、原点センサを正常に機能させることができる部品実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、Ｘ軸フレームが、平行に配設されたＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレーム上を、対応するＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータによりそれぞれＹ軸方向に移動可能であると共に、基板上に部品を実装するためのヘッドユニットが、Ｘ軸方向に移動可能に前記Ｘ軸フレームに搭載されているＸＹステージを備えた部品実装装置において、前記ヘッドユニットに画像認識手段が付設されていると共に、少なくとも直角三角形の頂点に対応する３つのマークを含む複数の基準マークが付されている直角度基準板を、前記ＸＹステージのベース面に載置し、前記ヘッドユニットをＸＹ方向に移動させて、前記画像認識手段により前記３つのマークを順次画像認識し、該画像認識時のヘッドユニットの位置から各マークについて装置上の座標値を求め、求められた３つのマークの座標値から、前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向に対する直角度のずれを算出し、算出されたずれに基づいて、前記ＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータの少なくとも一方を駆動し、前記Ｘ軸フレームの直角度を補正する補正手段を備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記補正手段は、Ｙ軸方向のマーク座標値から求まる、絶対座標系のＹ軸に対する直角度基準板の傾き角度と、Ｘ軸方向のマーク座標値から求まる、直角度基準板に対するＸ軸フレームの傾き角度との差に基づき、絶対座標系のＹ軸方向に対するＸ軸フレームの直角度のずれを算出するようにしてもよく、これにより、正確に直角度のずれを算出することができる。

本発明は、又、前記ＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームにぞれぞれ原点センサを設置すると共に、前記Ｘ軸フレームを、前記原点センサ方向に移動させて、各Ｙ軸フレーム上の原点センサを検知し、前記直角度基準板の３つのマークの座標値から、前記両原点センサのＹ軸方向に対する直角度のずれを算出するようにしてもよい。これにより、直角基準板を取り外した場合、再度設置しなくても、Ｘ軸フレームの傾き測定や、原点位置復帰動作をすることができる。

本発明は、又、前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向に対する直角度からのずれと整定時間との相関データを予め保存しておき、前記画像認識により算出された直角度からのずれに応じて、実装時の整定時間を調節するようにしてもよい。

本発明によれば、ＸＹステージのベース面上に載置した直角度基準板から直角三角形の頂点に対応する３つのマークを、ヘッドユニットに付設されている画像認識手段によりそれぞれ画像認識し、各マークを認識したときのヘッドユニットの位置からＸ軸フレームの直角度のずれを算出できるようにしたことから、該Ｘ軸フレームの直角度を正確に補正して再現することが可能となる。

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１は、本発明に係る一実施形態の部品実装装置が備えているＸＹステージの要部を抽出して模式的に示す、前記図７に相当する斜視図である。

本実施形態のＸＹステージは、ＹＲ軸フレーム１４にＹＲ軸原点センサ２８を追加し、左右のＹ軸フレームにそれぞれ原点センサが設置された構成とし、ヘッドユニット１６にＣＣＤカメラ等の画像認識装置（画像認識手段）３０を付設し、後に詳述する直角度基準板Ｓを画像認識できるようにした以外は、実質的に前記図５に示したものと同一であるので、詳細な説明を省略する。

なお、ここでは、左右の原点センサ２４、２８は、予めＹ軸方向に沿った直線上に設置されている。

図２には、本実施形態の部品実装装置が備えている制御装置の概要を示す。

この制御装置４０は、ＣＰＵ等からなるコントローラ４２により、図示しないＲＯＭやＲＡＭ等から入力されるデータに基づいて実装装置全体を制御をする従来の制御機能に加えて、以下に説明する補正手段を備えている。

この補正手段は、上記コントローラ４２等により実現されており、前記ＹＬ位置センサ１８、ＹＲ位置センサ２０、Ｘ位置センサ２２から入力される各位置データや、前記画像認識装置３０から入力される画像データ等に基づいて、図示しないモータドライバを介して、例えばパルスモータからなるＹＬ軸モータ４６、ＹＲ軸モータ４８及びＸ軸モータ５０をそれぞれ駆動制御すると共に、取得されるデータ等の情報を記憶部５２に保存することが可能になっている。

本実施形態では、前記ＸＹステージのベース部３２の上面（ベース面）３４上に、中心が直角三角形の各頂点に対応する３つのマークＭが付されている直角度基準板（治具）Ｓを載置する。なお、ベース面３４の水平方向の位置は、各コーナに設置されている回転式の脚部３６により調整することが可能になっている。

直角度基準板Ｓは、熱変形等の影響を受け難いガラス等の素材の上にマークが付されているものであり、ベース面３４上に載置する向き等は任意であるが、補正時に装置による影響（Ｙ軸やＸ軸の歪み撓み）を受けないように載置する。

その後、前記補正手段では、前記ヘッドユニット１６をＸＹ方向に移動させて、前記画像認識装置３０により、その認識部が前記３つのマークＭを順次画像認識する。

次いで、上記３つの各マークをそれぞれ認識したときのヘッドユニット１６の各位置センサ１８、２０、２２による検出位置から、各マークＭについて装置上の座標値（Ｘ，Ｙ）を求め、求められた３つのマークＭの各座標値から、前記Ｘ軸フレーム１０のＹ軸方向からの直角度のずれを算出する演算を実行し、算出されたずれに基づいて前記ＹＬ軸モータ３６又はＹＲ軸モータ３８を回転させ、ずれが解消される方向にＸ軸フレーム１０を動かして直角度を補正する。

図３を参照して、前記補正手段による処理を更に詳述する。

この例では、破線で示す仮想のＸ軸・Ｙ軸からなるＸＹの絶対座標系に対して、Ｘ軸フレーム１０がθ_Ｇ、直角度基準板Ｓがθ_Ｓ、それぞれ傾いているとする。

又、直角三角形の頂点に対応する３つのマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３の各中心の画像認識による検出座標を（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）とする。

以上の前提の下で、Ｙ軸方向の２つのマークＭ１、マークＭ３が絶対座標系のＹ軸に対して作る角度
＝治具の傾き（θ_Ｓ） …（１）
である。

又、Ｘ軸方向の２つのマークＭ１とマークＭ２がＸ軸フレーム１０に対して作る角度
＝治具の傾き（θ_Ｓ）＋Ｘ軸フレームの傾き（θ_Ｇ） …（２）
でもあり、従って、（２）−（１）＝Ｘ軸フレームの傾きとなる。

以上より、直角度基準板Ｓの傾きは、
θ_Ｓ＝tan^-1（（Ｙ３−Ｙ１）／（Ｘ３−Ｘ１））−π／２ …（３）

更に、（基準板＋Ｘ軸フレーム）の傾きをθ_Ｓ＋Ｇとすると、
θ_Ｓ＋Ｇ＝tan^-1（（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｘ２−Ｘ１）） …（４）

従って、Ｘ軸フレームの傾き、即ちＸ軸とＹ軸の直角度（９０°）からのずれは、
θ_Ｇ＝θ_Ｓ＋Ｇ−θ_Ｓ …（５）
となる。

（５）式の計算結果を下に、左右の原点センサの位置のずれ量が分かるので、調整量を次式により算出する。

調整量＝Ａ×tanθ_Ｇ …（６）

以上のように、基準板Ｓの３つのマークＭ１〜Ｍ３をヘッドユニット１６に取り付けられた認識装置３０を使用して画像認識し、画像認識による３つのマークに関する装置上の位置と理論上直交関係にある位置を比較する演算を行なうことにより、現状のＸ軸とＹ軸の直角度のずれθ_Ｇを確認できる。

従って、直角度の測定結果を基にＸ軸Ｙ軸の座標系を再計算することにより、Ｘ軸フレーム１０と２つのＹ軸フレーム１２、１４とで構成されるＸ軸Ｙ軸の座標系を正しく保つことができる。

又、図４に示すように、Ｙ軸フレーム１２、１４には、それぞれ原点センサ２４，２８が設置されている。そして、上記の直角度の測定結果に基づいて、ずれ量を補正したＸ軸フレーム１０を、前記原点センサ方向に移動させて、各Ｙ軸フレーム上の原点センサを検知した後、両原点センサ２４、２８（を通る直線）の（絶対座標系）Ｙ軸方向に対する直角度のずれθ_Jを算出することもできる。

さらに、ずれ量を補正していないＸ軸フレームを、前記原点センサ方向に移動させて、各Ｙ軸フレームの原点センサを検知した後、直角度の測定結果に基づいて、原点センサ２４、２８の（絶対座標系）Ｙ軸方向に対する直角度のずれθ_Jを算出することもできる。

上記のように、原点センサの絶対座標系のＹ軸に対するずれを算出しておくと、直角度基準板を取り外した場合、再度設置しなくても、Ｘ軸フレームの傾き測定や、絶対座標系に対して、正確に原点位置復帰をすることができる。

又、図５に示すように、便宜上、基準板Ｓの３つのマークを一点鎖線で示す絶対座標系に一致させた状態で各マークを画像認識したときの直角度（９０°）からのずれをθ（前記θ_Ｇに相当する）とした場合、この直角度のずれが装置の水準（水平度）やＸ軸Ｙ軸の移動後の整定（ダンピング）に与える影響（時間）を予め調査しておくことにより、直角度のずれの測定結果から水準や整定への影響具合を予測することが可能となる。

図６には、予め調査した上記影響の一例を示す。ここで、水準は、図示は省略するが前記ベース面３４の所定位置、例えば４個所に設置した水準器で測定した結果であり、整定時間はヘッドユニット１６を実装時と同一条件で移動させ、停止した際に実装可能な状態に揺れが減衰するまでの所要時間（ダンピング時間）である。

そこで、本実施形態では、図６に示したような前記Ｘ軸フレーム１０のＹ軸方向に対する直角度からのずれとダンピング時間との相関データを予め作成して保存しておき、前記画像認識により算出された直角度からのずれθが予め設定してある許容範囲内にあるときは、算出されたずれに応じて実装時のダンピング時間を調整し、制御することができるようにしてある。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

（１）装置の水準の狂いによる歪みや撓みによるＸ軸Ｙ軸の直角度がずれた場合や、熱変形によるＸＹ軸に直角度のずれが生じた場合でも、前記Ｍ１〜Ｍ３の３つのマークを画像認識することにより、直角度のずれを測定することができる。

（２）測定されたＸ軸Ｙ軸の直角度のずれから正しい直角度に合わせることができるので、吸着や認識、実装座標系の狂いを補正することができる。

（３）測定されたＸ軸Ｙ軸の直角度からＸ軸Ｙ軸移動後の整定へ与える影響を予測することができるので、予測値分整定待ち時間を延長することにより、吸着や認識、実装時のＸＹ軸移動後の整定悪化を、Ｘ軸Ｙ軸の停止位置へ影響を及ぼさないようにすることができる。

（４）測定されたＸ軸Ｙ軸の直角度のずれから装置の水準の狂いが計算できるので、正しい水準状態を水準器等の測定具を用いることなく、前記脚部３６の回転によるベース面３４の高さ調整をオペレータに指示することができる。

なお、前記実施形態では、Ｍ１〜Ｍ３のマークが付された基準板を用いる場合を示したが、これに限定されず、装置の熱変形や歪み、撓み等の影響を受けない場所であれば、これらマークをベース面に直接付設しても良い。又、マークの数も３つに限定されない。

又、実施形態では原点センサが左右にそれぞれ設置されているため直角度の検出をより正確にできる利点はあるが、これに限定されず、本発明によっては確実に直角度を再現できるため、いずれか一方であってもよい。

又、前記実施形態では、位置センサがリニアエンコーダである場合を示したが、これに限定されず、モータに同期するロータリーエンコーダ等の他のセンサであってもよい。

本発明に係る一実施形態の要部を模式的に示す概略斜視図 本実施形態の部品実装装置が備える制御装置の特徴を示すブロック図 本実施形態の作用を示す線図 左右原点センサに関する直角度のずれのイメージを示す説明図 基準板と直角度のずれのイメージを示す線図 直角度のずれが及ぼす影響の一例を示す図表 従来の部品実装装置の要部を模式的に示す概略斜視図

符号の説明

１０…Ｘ軸フレーム
１２…ＹＬ軸フレーム
１４…ＹＲ軸フレーム
１６…ヘッドユニット
１８…ＹＬ位置センサ
２０…ＹＲ位置センサ
２２…Ｘ位置センサ
２４…ＹＬ軸原点センサ
２６…Ｘ軸原点センサ
２８…ＹＲ軸原点センサ
３０…画像認識装置
３２…ベース部
３４…ベース面
３６…脚部
４０…制御装置
４２…コントローラ（ＣＰＵ）
４６…ＹＬ軸モータ
４８…ＹＲ軸モータ
５０…Ｘ軸モータ
５２…記憶部
Ｓ…直角度基準板

Claims (4)

1. Ｘ軸フレームが、平行に配設されたＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレーム上を、対応するＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータによりそれぞれＹ軸方向に移動可能であると共に、基板上に部品を実装するためのヘッドユニットが、Ｘ軸方向に移動可能に前記Ｘ軸フレームに搭載されているＸＹステージを備えた部品実装装置において、
   前記ヘッドユニットに画像認識手段が付設されていると共に、
   少なくとも直角三角形の頂点に対応する３つのマークを含む複数の基準マークが付されている直角度基準板を、前記ＸＹステージのベース面に載置し、
   前記ヘッドユニットをＸＹ方向に移動させて、前記画像認識手段により前記３つのマークを順次画像認識し、該画像認識時のヘッドユニットの位置から各マークについて装置上の座標値を求め、
   求められた３つのマークの座標値から、前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向に対する直角度のずれを算出し、
   算出されたずれに基づいて、前記ＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータの少なくとも一方を駆動し、前記Ｘ軸フレームの直角度を補正する補正手段を備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記補正手段は、Ｙ軸方向のマーク座標値から求まる、絶対座標系のＹ軸に対する直角度基準板の傾き角度と、Ｘ軸方向のマーク座標値から求まる、直角度基準板に対するＸ軸フレームの傾き角度との差に基づき、絶対座標系のＹ軸方向に対するＸ軸フレームの直角度のずれを算出することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記ＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームにぞれぞれ原点センサを設置すると共に、
   前記Ｘ軸フレームを、前記原点センサ方向に移動させて、各Ｙ軸フレーム上の原点センサを検知し、
   前記直角度基準板の３つのマークの座標値から、前記両原点センサのＹ軸方向に対する直角度のずれを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装装置。
4. 前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向に対する直角度からのずれと整定時間との相関データを予め保存しておき、
   前記画像認識により算出された直角度からのずれに応じて、実装時の整定時間を調節することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の部品実装装置。

Images