JP2006339392A

JP2006339392A - 部品実装装置

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Publication number: JP2006339392A
Application number: JP2005162089A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Iwasaki; 望岩嵜
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: CN1882242A; JP4587877B2; CN1882242B

Abstract

【課題】吸着ヘッドと供給装置ヘッドの移動量を合わせ、部品供給装置から供給される部品を良好に吸着することが可能な部品実装装置を提供する。
【解決手段】吸着ヘッド１１を指示位置に移動させ、部品供給装置３０からその指示位置に供給されるウエハ部品を、該指示位置に移動する供給装置ヘッド３２の突き上げ動作と同期して吸着する。吸着ヘッドに搭載された認識カメラ１２を、指示位置に移動させ、そこで撮像された供給装置ヘッドの画像から供給装置ヘッドの実際位置が検出される。部品吸着時、吸着ノズルと供給装置ヘッドの位置が一致するように、検出した供給装置ヘッドの実際位置に従って供給装置ヘッドあるいは吸着ノズルの指示位置への移動量が補正される。このような構成では、部品実装装置の座標系と部品供給装置の座標系のずれを補正でき、吸着ヘッドの指示位置と、部品実装装置本体から供給装置ヘッドへ指示した位置が一致するようになり、安定した部品の供給が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品実装装置、更に詳細には、ウエハ供給装置などの部品供給装置から供給される電子部品を吸着して回路基板に搭載する部品実装装置に関する。

従来、部品実装装置は、部品供給装置から供給される電子部品（以下、単に部品という）を、吸着ヘッドの吸着ノズルにより吸着し、その吸着された部品を搬送されてくる回路基板の所定位置に実装している。ここで、部品供給装置としては、フィーダーなどの供給装置のほかに、多数の部品を収納したトレイを供給するトレイ供給装置、あるいは多数の部品を貼り付けたウエハシートを供給するウエハ供給装置がある。

外部部品供給装置として、トレイ供給装置が用いられる場合には、図６（Ａ）に示したように、トレイ供給装置からトレイ１が、部品実装装置の部品供給位置に移動され、部品実装装置の吸着ヘッドがトレイに収納された部品を吸着している。このとき、トレイ１は、図６（Ｂ）に示したように、必ずしも正しい位置にセットされるわけではないので、吸着ヘッドに搭載された認識カメラで、トレイの位置１ａ、１ｂ、１ｃの３点を撮像し、その位置をティーチングすることにより、吸着ノズルが部品の中心を吸着できるようにしている。

一方、部品がウエハ供給装置から供給される場合には、ウエハ全体に対する機械系の位置合わせが必要であり、この位置合わせ方法が、例えば、特許文献１に記載されている。

また、ウエハ供給装置では、ウエハシート上のウエハ部品がうまく剥がれなく、また剥がれたとしても回りの部品もシートから剥がれてしまうため、図７（Ａ）に示したような、Ｘ、Ｙ方向に移動可能なヘッド４が部品供給装置に設けられており、この供給装置ヘッド４を、吸着ノズル２がウエハ部品３を吸着する位置と同じ位置に移動させ、図７（Ｂ）に示したように、供給装置ヘッド４の突上げピン４ａの突き上げと同期して、吸着ノズル２の吸着を開始しウエハ部品３を吸着している。
特開平２−１３８６７０号公報

しかしながら、図７（Ｃ）に示したように、Ｘ、Ｙ軸方向に関して供給装置ヘッド４の突上げピン４ａと部品実装装置の吸着ノズル２の軸心が合っている場合には、正常な吸着が可能であるが、図７（Ｄ）に示したように、両者がずれていると、良好な吸着が保証されない、という問題がある。また、図７（Ｅ）に示したように、Ｚ軸方向に関しても部品実装装置と部品供給装置の水平が一致していない場合には、移動位置によっては、吸着ノズル２がウエハ部品３に届かないとか、あるいは逆にウエハ部品３を押し付けてしまうことがある。

そのため、部品実装装置（本体）の吸着ヘッドと外部部品供給装置の供給装置ヘッドの移動量を合わせる必要がある。しかしながら、制御する装置がお互い異なるＸＹＺ軸を持っているため、部品実装装置の移動に合わせて部品供給装置の位置を合わせるのが困難であった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、吸着ヘッドと供給装置ヘッドの移動量を合わせ、部品供給装置から供給される部品を良好に吸着することが可能な部品実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、
吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルを指示位置に移動させ、部品供給装置から前記指示位置に供給される部品を、該指示位置に移動する部品供給装置の供給装置ヘッドの突き上げ動作と同期して吸着し、該部品を基板の所定位置に搭載する部品実装装置であって、
吸着ヘッドに搭載された撮像手段と、
前記撮像手段を指示位置に移動させ、そこで撮像手段で撮像された供給装置ヘッドの画像から供給装置ヘッドの実際位置を検出する検出手段と、
部品吸着時、吸着ノズルと供給装置ヘッドの位置が一致するように、前記検出した実際位置に従って供給装置ヘッドあるいは吸着ノズルの指示位置への移動量を補正する補正手段とを有することを特徴とする。

また、本発明では、吸着ヘッドに搭載された高さセンサにより指示位置での供給装置ヘッドの高さが検出され、部品吸着時、検出された高さに応じて吸着ヘッドの吸着高さあるいは供給装置ヘッドの高さが補正される。

本発明では、部品実装装置からの指示位置に応じて実際に移動した供給装置ヘッドの位置を、指示位置に移動した撮像手段により認識し、その認識結果より、供給装置ヘッドあるいは吸着ヘッドの指示位置への移動量を補正するようにしているので、部品実装装置の座標系と部品供給装置の座標系のずれを補正でき、吸着ノズルの指示位置と、部品実装装置本体から供給装置ヘッドへ指示した位置が一致するようになり、安定した部品の供給が可能となる。

また、本発明では、吸着ヘッドに搭載された高さセンサにより指示位置での供給装置ヘッドの高さを検出し、その検出結果に従って、吸着ヘッドの吸着高さあるいは供給装置ヘッドの高さを補正するようにしているので、部品の確実な吸着が可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１には、部品実装装置１０、並びにウエハ部品を部品実装装置に供給する外部部品供給装置３０が図示されている。部品実装装置１０には、Ｘ軸モータ（不図示）によりＸ軸レール１５に沿ってＸ軸方向に移動可能な吸着ヘッド１１が設けられている。Ｘ軸レール１５は、スクリュー軸１４、１４’と結合され、Ｙ軸モータ１７、１７’によりスクリュー軸が回転することによりＹ軸レール１６、１６’に沿ってＹ軸方向に移動される。

Ｘ軸モータ、Ｘ軸レール１５などのＸ軸移動手段が図２（Ａ）で４１で示されており、また、Ｙ軸モータ１７、１７’、スクリュー軸１４、１４’、Ｙ軸レール１６、１６’などのＹ軸移動手段が４２で示されている。部品実装装置のコントローラ４０は、Ｘ軸移動手段４１とＹ軸移動手段４２を駆動することにより吸着ヘッド１１をＸ、Ｙ軸方向に移動させる。また、部品実装装置１０には、Ｚ軸モータ（不図示）を含むＺ軸移動手段４３が設けられ、このＺ軸移動手段４３により吸着ヘッド１１はＺ軸方向（高さ方向）に昇降する。

吸着ヘッド１１には、図２（Ａ）に示したように、複数（４個）の吸着ノズル１１ａ〜１１ｄが搭載されており、またこの吸着ヘッド１１には、ＣＣＤなどで構成される認識カメラ（撮像素子）１２と、高さを計測する高さセンサ１３が固定されている。認識カメラ１２で撮像された画像は、画像処理装置４７に入力され、画像処理される。

吸着ヘッド１１は、Ｘ軸移動手段４１とＹ軸移動手段４２により多数のフィーダ２０ａからなる部品供給装置２０の位置に移動し、Ｚ軸移動手段４３により下降してフィーダから供される部品を吸着ノズル１１ａ〜１１ｄにより吸着する。部品吸着後、吸着ヘッド１１が部品認識カメラ２１の位置に移動して、吸着された部品が部品認識カメラ２１により撮像され、撮像された部品が画像処理されて、部品中心並びに部品傾きが演算される。部品中心と吸着中心にずれがあり、また部品傾きにずれがある場合には、これらのずれが補正され、吸着ノズル１１ａ〜１１ｄにより吸着された部品が、レール１８、１８’に沿って搬送されてくる基板１９の位置に正しい姿勢で搭載される。

部品は、手前側の部品供給装置２０からだけでなく、背後の部品供給装置３０からも供給できる。この部品供給装置３０は、多数のウエハ部品３１ａを貼り付けたウエハシート３１を部品供給位置に移動させる。ウエハシート３１の部品が全て供給されなくなると、部品供給装置３０は、ウエハシート３１を除去するとともに、補充側（後ろ側）に堆積された一番上のウエハシート３１’を部品供給位置に移動させ、ウエハシート３１’上のウエハ部品を供給する。

部品供給時、ウエハシート３１上のウエハ部品３１ａがうまく剥がれなく、また、剥がれたとしても回りの部品がシートから剥がれてしまうのを防止するために、部品供給装置３０には、突き上げピン３２ａを設けた供給装置ヘッド３２が取り付けられる。図２（Ａ）に示したように、供給装置ヘッド３２は、コントローラ４０により駆動されるＸ軸移動手段４４とＹ軸移動手段４５によりＸ軸、Ｙ軸方向に移動可能であり、また、Ｚ軸移動手段４６によりＺ軸方向に移動可能である。また、図示されていないが、突き上げピン３２ａのＺ軸方向の移動量を調節する手段も設けられている。

吸着ヘッド１１の吸着ノズル（１つあるいは複数）は、ウエハシート３１上の部品を吸着するために、Ｘ軸移動手段４１とＹ軸移動手段４２によりコントローラ４０により指示された位置に移動する。この指示位置は、吸着ノズルが吸着しようとする部品が供給される位置であり、部品データに記述されている位置である。吸着ヘッド１１の吸着ノズルが指示位置に移動し、その吸着ノズルが部品を吸着するのを助けるために、供給装置ヘッド３２も、Ｘ軸移動手段４４、Ｙ軸移動手段４５により、上記指示位置に移動して、そこで、突き上げピン３２ａを突出させ、この突き上げ動作に同期して吸着ノズルによる吸着動作を開始している。この供給装置ヘッドの突き上げ動作時、吸着ノズルの軸心と突き上げピンの位置は、ほぼ部品中心位置となっているので、ウエハ部品は、突き上げピン３２ａによりウエハシートから良好に剥がれ、吸着ノズルにより確実に吸着されるようになる（図７（Ｂ）を参照）。吸着された部品は、フィーダ２０ａから供給される部品と同様に、部品認識後に、吸着ずれが補正されて基板１９上の所定位置に搭載される。

この場合、吸着ヘッド１１の機械座標系と、供給装置ヘッド３２の機械座標系は、それぞれのＸ、Ｙ、Ｚ移動手段が異なっているために、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）で説明したような問題が発生する。そこで、本発明では、部品実装装置本体と部品供給装置の座標系のずれを補正するようにしており、以下にその方法を説明する。

供給装置ヘッド３２は、図３に示したように、部品供給装置の座標系の原点Ｏに位置していて、そこから部品実装装置本体から指示される位置に移動する。この指示位置が、例えばＮ１、Ｎ２、Ｎ３で図示されており、Ｎ１とＮ３は、原点Ｏを通る直線上にあり、Ｎ２は原点Ｏを通り直線Ｎ１Ｎ３と直交する位置にあって、Ｎ１〜Ｎ３のいずれも最外周に位置している。

まず、コントローラ４０により、吸着ヘッド１１に搭載された認識カメラ１２の撮像光軸が、原点Ｏにくるように、吸着ヘッド１１に移動指令を出す。図３に示す部品供給装置３０には、ウエハシートは供給されておらず、供給装置ヘッド３２は、露出しているので、認識カメラ１２が原点Ｏに移動したとき、認識カメラ１２により供給装置ヘッド３２が撮像される。そして、その画像が画像処理装置４７で処理され認識カメラ１２の撮像中心（視野中心）と、供給装置ヘッド３２の中心（ほぼ突き上げピンの位置）のずれ（オフセット）が算出される。ずれがある場合には、Ｘ軸移動手段４４とＹ軸移動手段４５により供給装置ヘッド３２の位置を補正するか、あるいは、ずれに応じて吸着ヘッド１１への指示位置を補正する。これにより、図４（Ａ）に示したように、部品実装装置１０本体の座標系原点と、部品供給装置３０の座標系原点を一致させることができ、原点オフセットを補正することができる。この処理が図５のステップＳ１の処理である。

なお、上述の原点ずれが大きくて、認識カメラ１２が原点Ｏに移動したとき、認識カメラ１２により供給装置ヘッド３２が撮像できない場合には、認識カメラ１２を供給装置ヘッド３２の中心位置に移動させてティーチングし、その移動量によりずれを測定するようにする。

続いて、図２（Ｂ）に示したように、吸着ヘッド１１の高さセンサ１３を供給装置ヘッド３２上に移動させ、供給装置ヘッド３２の高さを検出する（ステップＳ２）。このとき、検出された高さが図４（Ｂ）でＨ０で示されている。

次に変数ｎを初期化し（ステップＳ３）、供給装置ヘッド３２をＮ１の指示位置に移動させるとともに（ステップＳ４）、本体の認識カメラ１２を同じ指示位置に移動させ（ステップＳ５）、そこで供給装置ヘッド３２を撮像する（ステップＳ６）。そして、その画像を画像処理装置（位置検出手段）４７で処理し、供給装置ヘッド３２の中心位置を求め、その認識結果を保存する（ステップＳ７）。図４（Ａ）には、Ｎ１での供給装置ヘッド３２の位置が点線の円３２ａで示されており、認識カメラ１２の位置（撮像範囲）１２ａが実線で示されており、両円の中心のずれ、つまり、実際に移動した供給装置ヘッドの位置の指示位置に対するずれが認識され、そのずれ量が保存される。

続いて、高さセンサ１３をＮ１の指示位置に移動させ（ステップＳ８）、供給装置ヘッド３２の高さを測定し（ステップＳ９）、その測定結果Ｈ１を保存する（ステップＳ１０）。

以下、ｎをインクリメントして指示位置をＮ２、Ｎ３とし（ステップＳ１１、Ｓ１２）、Ｎ２とＮ３に対してステップＳ４からＳ１０の処理を繰り返す。指示位置Ｎ２とＮ３に対する供給装置ヘッドの位置と認識カメラの撮像範囲が図４（Ａ）に示されており、測定された供給装置ヘッドの高さが図４（Ｂ）にＨ２とＨ３で示されている。

なお、Ｎ１〜Ｎ３でのずれが大きくて、認識カメラ１２により供給装置ヘッド３２が撮像できない場合には、原点オフセットの測定のときと同様に、ティーチングによりずれ量を求めるようにする。

このようにして、３つの指示位置での認識ないし測定が終了すると、Ｘ、Ｙ移動時の補正量を演算する（ステップＳ１３）。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３への移動時の補正量は、上記演算した補正量を用い、その他の指示位置への移動時の補正量は、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３への移動時の補正量の補間値を用いる。コントローラ（補正手段）４０は、供給装置ヘッド３２を所定の指示位置に移動させるときには、その移動量を上記求めた補正量だけ補正する。これにより供給装置ヘッド３２の位置（突き上げピンの位置）は、吸着ノズルが当該指示位置に移動したとき、その吸着ノズルの軸心とほぼ一致するようになり、部品実装装置と部品供給装置のＸ、Ｙの機械座標系のずれを補正することができる。なお、このＸ、Ｙ軸方向の補正は、供給装置ヘッド３２の移動量を補正するのではなく、吸着ヘッドの指示位置への移動量を補正して、吸着ノズルの軸心と供給装置ヘッドの中心位置を一致させるようにしてもよい。

また、上記補正は、３点だけでなく、それ以上の指示位置でずれ量を求めて、補間値の精度を高めることもでき、あるいは、代表的な１つの指示位置を定め、この指示位置でのずれ量を求めて、それをすべての指示位置への移動補正量としてもよい。あるいは、すべての指示位置、つまりウエハ部品が供給されるすべての位置に対してずれ量を個々に求め、指示位置ごとにずれを補正するようにしてもよい。

このように、ＸＹ座標に関しては、部品実装装置１０のコントローラ４０を介して出力される指示位置に応じて実際に移動した供給装置ヘッド３２の位置を、指示位置に移動した認識カメラ１２により認識し、その認識結果より、供給装置ヘッド３２あるいは吸着ヘッド１１の指示位置への移動量を補正するようにしているので、吸着ノズルの指示位置と、部品実装装置本体から供給装置ヘッドへ指示した位置が一致するようになる。

また、Ｚ軸方向への移動に関しても、高さの計測結果から移動方向と移動位置（原点から移動距離）に応じて補間により高さの補正量を計算する（ステップＳ１４）。この高さの補正は、吸着ヘッドのＺ軸方向の移動量を補正し、吸着ヘッドの吸着高さを補正する方法と、供給装置ヘッドのＺ軸方向の移動量を補正し、吸着時の供給装置ヘッドの高さを補正する方法、あるいは突き上げピンの突き上げ量を補正する方法が考えられる。このＺ軸方向の補正により、突き上げピンによりウエハ部品を突き上げても吸着ノズルがウエハ部品に届かないとか、あるいは逆に突き上げピンがウエハ部品を押し付けてしまうことを防止することができる。

部品実装装置と部品供給装置の構成を示した上面図である。（Ａ）は吸着ヘッドと供給装置ヘッドの駆動系を示したブロック図、（Ｂ）は吸着ヘッドと供給装置ヘッドの側面図である。供給装置ヘッドの移動位置を説明する説明図である。（Ａ）は部品実装装置と部品供給装置のＸ、Ｙ座標系のずれを説明する説明図、（Ｂ）は供給装置ヘッドの高さ測定値を示すグラフ図である。供給装置ヘッドあるいは吸着ヘッドの移動補正量を計算する流れを示したフローチャートである。トレイ部品の供給を説明する説明図である。ウエハ部品の供給並びに吸着を説明する説明図である。

符号の説明

１０部品実装装置
１１吸着ヘッド
１２認識カメラ
１３高さセンサ
１９基板
３０部品供給装置
３２供給装置ヘッド

Claims

吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルを指示位置に移動させ、部品供給装置から前記指示位置に供給される部品を、該指示位置に移動する部品供給装置の供給装置ヘッドの突き上げ動作と同期して吸着し、該部品を基板の所定位置に搭載する部品実装装置であって、
吸着ヘッドに搭載された撮像手段と、
前記撮像手段を指示位置に移動させ、そこで撮像手段で撮像された供給装置ヘッドの画像から供給装置ヘッドの実際位置を検出する検出手段と、
部品吸着時、吸着ノズルと供給装置ヘッドの位置が一致するように、前記検出した実際位置に従って供給装置ヘッドあるいは吸着ノズルの指示位置への移動量を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする部品実装装置。
吸着ヘッドに搭載された高さセンサにより指示位置での供給装置ヘッドの高さを検出し、部品吸着時検出された高さに応じて吸着ノズルの吸着高さあるいは供給装置ヘッドの高さを補正することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。