JP2008205424A - 部品実装方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着ノズルの取り付け状態に関係なく、確実に部品を吸着でき、しかも正確に部品を基板に搭載することが可能な部品実装方法及び装置を提供する。
【解決手段】吸着ノズル１８を補正装置５０の接触位置検出センサに接触するまで下降させて、吸着ノズルの下降にともなう水平面内の位置ずれが検出され、その位置ずれが記憶装置に記憶される。吸着ノズルが下降して部品を吸着するときあるいは搭載するとき、記憶された位置ずれを補正して部品を吸着あるいは搭載する。このような構成では、吸着ノズルの取り付けに偏心があったり、あるいは傾斜して取り付けられても、確実に部品を吸着でき、しかも正確に部品を基板に搭載することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、部品実装方法及び装置、更に詳細には、電子部品（以下、単に部品という）をプリント基板または液晶やディスプレイパネル基板などに自動的に実装する部品実装方法及び装置に関するものである。

従来から、部品供給装置から供給される部品を移載ヘッド（吸着ヘッド）に装着された吸着ノズルで吸着し、移載ヘッドを回路基板上に移動させ、部品を回路基板の所定位置に実装する部品実装装置が知られている。このような部品実装装置では、実装される各部品に関して搭載位置などの搭載に必要な部品データが予め作成されており、部品実装装置は、その部品データに基づいて部品認識、すなわち部品の吸着姿勢（位置ずれ、角度ずれ）を認識して、部品の位置決めを行い部品を所定の基板位置に実装している。

また、吸着ノズルは、部品吸着あるいは部品搭載時にノズル軸（θ軸）を中心に回転されるので、ノズルの回転中心（ノズルが先端に装着されているθ軸の中心）とノズル先端の中心が、一致していないと、正確な部品吸着、搭載が保証されなくなる。

このため、下記の特許文献１に示される従来技術では、図１９に示すようにノズル交換の際にノズル部７０を移載ヘッド７１に装着した後、移載ヘッド７１を部品認識カメラ７２上に移動させてノズル部７０を撮像し、ＸＹ駆動データから求まる移載ヘッド（θ軸）７１の回転中心ＲＣと画像データから求まるノズル先端部中心ＮＣとから、図２０に示すように、ＲＣとＮＣ間の位置ずれ量ｅ（ΔＸおよびΔＹ）を検出し、ノズル部７０をＸＹθ軸を駆動することでこの位置ずれ量を補正して、微小な部品でも部品供給装置から正確に吸着できるようにしている。

特許第３４２９７８５号

しかしながら、図２１に示すように移載ヘッドにノズル部を装着する際、装着ムラやノズル部の変形などにより、ノズル部８０の先端が移載ヘッドのθ軸回転中心ＲＣから位置ずれ（偏心）を生じていることがある。また、移載ヘッド内でノズル部をθ方向に回転させる軸体自体の真直度も機械的精度の限界があり厳密には湾曲しており、これによるθ軸回転中心とノズル先端との位置ずれ（偏心）も生じていることがある。

また、従来では、吸着される部品のサイズは比較的大きなものであったので、若干の位置ずれを生じていても、ノズル部は部品のいずれかの部分を吸着することができた。しかし、最近、部品はますます小型化し、図２１（ｂ）に示したように、０．６ｍｍ×０．３ｍｍ以下の部品８２や０．５ｍｍ平方以下の部品もある。このような小さなサイズの部品８２等に対して上記従来手段を採用すると、移載ヘッド（軸体）８１に装着されたノズル部８０において、図２１（ａ）に示したように、移載ヘッド８１のθ軸回転中心ＲＣとノズル先端部中心ＮＣ間に位置ずれｄがあり、ノズル部の先端が予定する吸着座標から僅かな位置ずれｄを生じているだけでも、図２１（ｂ）に示すように、ノズル部８０が部品８２の端部を吸着し、吸着ミスが発生して、部品を吸着できなかったり、部品を縦や斜めに吸着してしまったりして基板に部品を実装できなくなるという問題があった。

さらに、移載ヘッド内に複数設けられる吸着ノズルの場合には、各部品の加工精度や組付調整の際の精度などから、各ノズルの回転中心自体も設計上の吸着ノズルの中心位置からのずれをもっている（図１９参照、θ軸回転中心ＲＣは設計上の吸着ノズル中心位置）。このような位置ずれがある状態で、図２１（ｂ）に示すように設計上の吸着ノズルの中心位置ＲＣを基準として吸着動作時のＸＹ軸の位置決めを行なうと、吸着すべき対象が微小サイズの部品８２である場合には、ノズル先端が部品の外形からはみ出してしまったり中心から大きくずれてしまったりして、正常な吸着ができない、という問題がある。

また、前記図１９に示したような画像認識による場合には、上述した問題点の他に、図２２に示すように、ヘッドに取付けられたノズルのカメラによる認識位置と部品吸着位置・搭載位置とのＺ軸方向のずれによる誤差も無視できない。組立て時の誤差によりノズルシャフト９０に角度θの傾きを持っているとすると、認識位置（高さ）から、例えば吸着位置（高さ）へＺ軸をＺだけ下降させるとＬだけずれ（誤差）が発生してしまうという問題がある。

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、吸着ノズルの取り付けに偏心があったりあるいは傾斜して取り付けられても、確実に部品を吸着でき、しかも正確に部品を基板に搭載することが可能な部品実装方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、吸着ノズルにより吸着された部品を撮像し、部品の吸着姿勢を補正して部品を基板に搭載する部品実装方法であって、吸着ノズルを垂直方向に下降させて、吸着ノズルの下降にともなう下降線に直交する方向の位置ずれを位置検出センサで検出し、前記検出された位置ずれを格納すると共に、吸着ノズルを下降させて部品を吸着及び／又は搭載するときに、前記格納された位置ずれを補正して部品を吸着及び／又は搭載することにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、吸着ノズルにより吸着された部品を撮像し、部品の吸着姿勢を補正して部品を基板に搭載する部品実装装置であって、吸着ノズルを垂直方向に下降させて、吸着ノズルの下降にともなう下降線に直交する方向の位置ずれを検出する位置検出センサと、
前記検出された位置ずれを記憶する記憶装置と、吸着ノズルを下降させて部品を吸着及び／又は搭載するときに、前記格納された位置ずれを補正して部品吸着及び／又は搭載を制御する制御手段と、を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明においては、前記下降させた吸着ノズルについて複数の回転角度で検出される各位置ずれに基づいて、吸着ノズルが装着されたθ軸の回転中心を求めるようにしてもよく、又、前記位置検出センサを、接触式又は非接触式としてもよい。

本発明によれば、Ｚ軸駆動機構により吸着ノズルを位置検出センサ上面又は近接位置へ下降させ、吸着ノズルの下降にともなう下降線（垂直方向、設計上のθ軸中心）に直交する方向（水平方向）の位置ずれを検出するようにしているので、吸着ノズルの取り付けに偏心があったり、あるいは傾斜して取り付けられても、確実に部品を吸着でき、しかも正確に部品を基板に搭載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、本発明に係る第１実施形態の部品実装装置の概略図であり、同図に示すように、部品実装装置１は、中央部から少し後方で左右方向に延在する回路基板搬送路１５と、装置１の前部（図示の下側）に配設され、回路基板１０に実装される部品を供給する部品供給部１１と、装置１の前部に配設されたＸ軸移動機構１２とＹ軸移動機構１４を備えている。

Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する吸着ノズル１８を備えた吸着ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構１４は、Ｘ軸移動機構１２並びに吸着ヘッド部１３をＹ軸方向に移動させる。また装着ヘッド部１３は、吸着ノズル１８を垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備え、また吸着ノズル１８をノズル軸（吸着軸、θ軸）を中心に回転させるθ軸移動機構を備えている。

吸着ヘッド部１３には、支持部材に取り付けるようにして、回路基板１０上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１７が搭載されている。この基板認識カメラ１７は、後述するように、部品実装装置１の基部に配置された補正装置（位置検出センサ）５０の基準マークなども撮像できるように構成されている。なお、この補正装置５０は、部品実装装置１の外部に配置するようにしてもよい。

また、部品供給部１１の側部には、吸着ノズル１８に吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ１６が配置されている。

図２は部品実装装置の制御系の構成を示している。２０は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭなどからなるコントローラ（制御手段）である。

Ｘ軸モータ２１は、Ｘ軸移動機構１２の駆動源で、吸着ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させ、また、Ｙ軸モータ２２は、Ｙ軸移動機構１４の駆動源で、Ｘ軸移動機構１２をＹ軸方向に駆動し、それにより吸着ヘッド部１３はＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となる。

Ｚ軸モータ２３は、吸着ノズル１８を昇降させるＺ軸駆動機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１８をＺ軸方向（高さ方向、垂直方向）に昇降させる。また、θ軸モータ２４は、吸着ノズル１８のθ軸回転機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１８をそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させる。

画像処理装置２７は、吸着ノズル１８に吸着された部品１９の画像処理を行うもので、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、メモリ２７ｂ及びＣＰＵ２７ｃから構成される。そして、吸着された部品１９を撮像した部品認識カメラ１６から出力されるアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃがその画像データに基づいて吸着された部品の認識を行う。すなわち、画像処理装置２７は、部品中心と吸着角度を演算し、部品の吸着姿勢を認識する。

更に、画像処理装置２７は、基板認識カメラ１７で撮像された基板マークの画像を処理して基板マーク位置を演算するとともに、基板認識カメラ１７で撮像された補正装置５０上の補正用の基準マーク５０ａを処理して基準マーク５０ａの位置を検出する。

又、画像処理装置２７は、部品認識カメラ１６で撮像された部品１９の画像データと基板認識カメラ１７で撮像された基板マークデータを処理して、両方の補正データを制御手段２０へ転送する。

キーボード２８とマウス２９は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。

記憶装置３０は、フラッシュメモリなどで構成され、データ生成手段で生成された部品データ、キーボード２８とマウス２９により入力された部品データ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データなどを格納するのに用いられる。

表示装置（モニタ）３１は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１６で撮像した部品１９の画像などをその表示面３１ａに表示する。

このような構成で、回路基板１０に形成された基板マークが基板認識カメラ１７で撮像され、画像処理装置２７により基板マークの画像を処理することにより、回路基板１０の基準位置ずれを補正する基板補正データ（Δｘ、Δｙ、Δθ）が取得され、該データが記憶装置３０に格納される。

回路基板１０に部品を搭載する生産に際して、部品供給装置１１から供給される部品１９が吸着ノズル１８で吸着され、続いて吸着ヘッド部１３が部品認識カメラ１６上部に移動されて、部品１９が同カメラで撮像される。

撮像された部品の画像は、画像処理装置２７で画像処理され、部品中心と共に部品の傾きが演算され、制御手段２０に転送される。

制御手段２０は記憶装置３０から基板補正データと当該部品の部品データを読み出して、この部品データと前記転送された画像処理装置２７で演算された部品中心と部品の傾きをもとに、部品の搭載位置と吸着姿勢を認識する。続いて、部品搭載位置と部品中心と吸着中心間に位置ずれがあり、また角度ずれが検出されると、これらの総合位置ずれと角度ずれがＸ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２、θ軸モータ２４を駆動することにより補正され、部品が所定の回路基板位置に正しい姿勢（基準角度）で搭載される。

上述したような構成で、吸着ノズル１８の吸着ヘッド部１３に対する取り付けが偏心していたり、吸着ノズル１８が吸着ヘッド部１３に傾いて装着されると、部品吸着あるいは部品搭載時、吸着ノズル１８をＺ軸モータ２３あるいはθ軸モータ２４で昇降ないし軸回転させると、吸着ノズル１８の位置（先端位置）が、吸着ノズルの昇降ないし回転で位置ずれを起こし、正常な吸着、搭載ができなくなり、上述したような問題が発生する。そこで、本発明では、補正装置５０により吸着ノズル１８の先端の位置を検出し、検出される基準位置（設計上のθ軸中心）からの位置ずれに伴う補正値を吸着ノズルの下降時のオフセット値として出力させるようにしている。

補正装置５０は、図３に示したようにほぼ正方形の形状をしており、その中心には、補正用の基準マーク５０ａが取付けられていて、リード線５０ｂ、５０ｃを介して記憶装置３０に接続されている。

図４は補正装置５０の詳細な構成を示すもので、補正装置５０は、電磁誘導式の感圧センサ（ＥＭＲセンサ）５１とタッチパネルなどに使用される抵抗膜センサ５２を液晶ユニット５３を挟む形で組合わせ、両センサ５１、５２をリード線でコントローラ５４に接続して、コントローラ５４から信号を出力させる構造をしている。補正装置５０は、両センサ５１、５２で接触による感圧を検出して吸着ノズルの接触位置を検出し、吸着ノズルのＺ方向（垂直方向）下降にともなう水平方向（Ｘ、Ｙ方向）の位置ずれを検出する位置検出センサを構成している。

なお、電磁誘導式の感圧センサ５１は、感圧の諧調が２５６段階で読み取り分解能は０．０１２５ｍｍで、抵抗膜センサ５２は１０２４×１０２４ピクセルとなっており、両センサ５１と５２で接触位置を検出する接触式の位置検出センサを構成している。

また、部品搭載時の補正を行うときの補正装置５０の検知面の高さ、つまり接触式位置検出センサの高さは、部品搭載面の高さと一致するように配置されている。このように、補正装置の検知面の高さと部品搭載高さを一致させておけば、より実搭載の条件に近く、吸着ノズルが接触した搭載時にＺ軸方向上方に加圧された影響でノズルの偏心が発生した状態で偏心量が測定できる。また、部品吸着時の補正を行うときの補正装置５０の検知面の高さは、所定の基準の吸着面高さに設定される。

補正基準マーク５０ａの中心位置における補正装置５０の出力値は、予め補正装置５０の作製時に測定し取得する。例えば、補正基準マークを貼り付ける時にその時の出力値を記憶しておき、貼り付けた補正基準マーク５０ａの位置を測定し取得しておく。

次に、基板認識カメラ１７をＸ軸移動機構１２、Ｙ軸移動機構１４を動作させて補正装置５０の上方に位置決めし、基板認識カメラ１７で補正装置５０の補正基準マーク５０ａを撮像し、Ｘ軸移動機構１２、Ｙ軸移動機構１４の位置を補正して吸着ノズル１８、即ち設計上のθ軸中心が補正基準マーク５０ａの中心位置（Ｘ０、Ｙ０）に来るように動作させる。

次に、θ軸が基準角度にあるときの吸着ノズル１８を下降させ、図５に示したように、吸着ノズル１８の先端が補正装置５０の接触位置検出センサ（５１、５２）に接触する位置まで下降させる。吸着ノズル１８の先端が補正装置５０に接触することで、図６に示したように、補正装置５０上に実際に接触した吸着ノズル１８の先端位置（Ｘ１、Ｙ１）が検出される。この補正基準マーク５０ａの位置（Ｘ０、Ｙ０）の位置（設計上のθ軸中心）と吸着ノズル１８の接触位置（Ｘ１、Ｙ１）の位置ずれ量（Ｘ１−Ｘ０、Ｙ１−Ｙ０）が検出され、この位置ずれ量を基準角度における吸着ノズル１８の位置の移動指令値のオフセット量、つまり吸着ノズルの取り付け補正値として記憶装置３０に記憶しておく。

続いて、吸着ノズル１８を一旦上昇させて６０°時計方向にθ軸回転させ、吸着ノズル１８の先端が補正装置５０に接触するまで下降させ、その接触位置（Ｘ２、Ｙ２）を検出し、この回転角度における位置ずれ量（Ｘ２−Ｘ０、Ｙ２−Ｙ０）を求める。同様に、図７に示したように、６０°ずつのノズル回転角度毎に吸着ノズル１８の先端が補正装置５０に接触するまで下降させ、その接触位置（Ｘｎ、Ｙｎ）（ｎ＝３〜６）を検出し、各回転角度における位置ずれ量（Ｘｎ−Ｘ０、Ｙｎ−Ｙ０）を求め、それぞれの位置ずれ量を補正値として記憶装置３０に格納する。

上記の補正値は、部品吸着用の補正値を取得する場合には、補正装置の検知面の高さを基準の吸着面高さに設定して、また部品搭載用の補正値を取得する場合には、補正装置の検知面の高さを部品搭載面の高さに設定してそれぞれの回転角度で取得するようにする。

吸着ノズル１８により部品を吸着するとき、吸着ノズル１８の回転角度、即ちθ軸の回転角度を検出して、記憶装置３０から吸着ノズルの下降にともなう当該角度での部品吸着用の補正値を求める。回転角度が前記６０°ごとの回転角度に該当しない場合には、角度補間を行い補正値を求める。そして、部品を吸着するために、吸着ノズル１８を下降させるとき、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２を前記補正値に応じて駆動して吸着ノズルの水平方向の位置ずれを補正する。これにより、吸着ノズルの取り付け誤差があって偏心していたり、あるいは吸着ノズルが傾斜して取り付けられた場合でも、正確な部品吸着が可能となる。

上記は部品吸着のときの補正であったが、部品を搭載するときも同様である。部品認識カメラ１６による部品認識の結果、吸着角度ずれがあった場合、その角度だけ吸着ノズル１８がθ軸回転されて吸着ノズル１８が下降して部品が搭載される。従って、このときの吸着ノズル１８の回転角度を検出して、記憶装置３０から吸着ノズルの下降にともなう当該角度での部品搭載用の補正値を求める。回転角度が前記６０°ごとの回転角度に該当しない場合には、角度補間を行い補正値を求め、吸着ノズル１８を下降させて部品を基板に搭載するとき、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２を前記補正値に応じて駆動して吸着ノズルの水平方向の位置ずれを補正する。これにより、吸着ノズルの取り付け誤差があって偏心していたり、あるいは吸着ノズルが傾斜して取り付けられた場合でも、正確な部品搭載が可能となる。

なお、上述した実施例では、補正装置５０に基準マーク５０ａが設けられているが、このような基準マークがない場合でも、吸着ノズル先端の振れを相対的に計測し、その振れを補正することができる。以下にその方法を説明する。

吸着ヘッド部１３を補正装置５０の上方の予め決められた位置に位置決めし、吸着ノズル１８を下降させ、吸着ノズル１８の先端が補正装置５０の接触式位置検出センサ（５１、５２）に接触するまでＺ軸モータ２３を駆動する。補正装置５０に吸着ノズル１８の先端が接触することで補正装置５０上の吸着ノズル１８の先端位置（Ｘ１、Ｙ１）が検出される。図８に示したように、同様に吸着ノズル１８を６０°ずつ回転させ、その回転ごとに吸着ノズル１８を補正装置５０に接触させて吸着ノズル１８の先端の接触位置（Ｘｎ、Ｙｎ）（ｎ＝２〜６）を求める。なお、このときの補正装置５０の検知面の高さは、所定の基準高さに設定しておく。

このようにして求めた（Ｘ１、Ｙ１）〜（Ｘ６、Ｙ６）の座標からの演算処理で、θ軸の回転中心である吸着ノズル１８の回転中心（ＸＲ、ＹＲ）が求められる。このように、吸着ノズル１８が回転した時の吸着ノズルの振れによる位置ずれ量も計測できるので、この位置ずれ量を吸着ノズル１８の各回転時のθ軸中心からのＸＹオフセット量（補正値）として、記憶装置３０に記憶しておく。

部品吸着あるいは部品搭載時に吸着ノズルが下降したときの水平方向の位置ずれの補正は、上述したとおりである。

なお、上述した実施例で、部品吸着時に部品吸着面の高さが、あるいは部品搭載時に部品搭載面の高さが上記補正値を取得したときの高さと異なる場合は、吸着ノズルの目標吸着面あるいは搭載面への下降ストロークと補正値を取得したときの下降ストロークの比に応じて補正値を按分し、目標の吸着面あるいは搭載面への下降時の補正値を求めるようにする。

また、上述した実施例では、補正装置５０として、電磁誘導式の感圧センサを使用したが、電磁誘導センサ、抵抗膜センサ等を使用して接触式位置検出センサを構成してもよい。

次に、本発明に係る第２実施形態の部品実装装置について説明する。

本実施形態の部品実装装置は、前記図１、図２に示した接触式の位置検出センサである補正装置５０に代えて、図９に示す非接触式の位置検出センサである補正装置１１０を採用している。

この補正装置１１０は、ＰＳＤ素子（Ｐosition Ｓensing Ｄetector）を使用したものである。このＰＳＤ素子は、スポット像の光強度重心位置をアナログ電気信号として出力することができることから、光が入射された位置を検出することができる広い受光面を持った半導体素子である。

図１０には、この補正装置１１０が備えているＰＳＤ素子のイメージを示すように、例えば９ｍｍ×９ｍｍの正方形状をしている。又、同図に電極のイメージを示すように、入射光によって生じた光電流を、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ離れた位置に対向して置かれた電極対により計測する仕組みになっている。各電極対で計測される電圧は、発生する光電流（入射光量）と、光入射位置から電極までの間の距離に応じた抵抗値とによって決まる。

上記補正装置１１０の中心には、補正基準マーク１１１が取付けられている。光入射位置の座標に対応する出力値（Ｘ，Ｙ）は、次の式
Ｘ＝（Ｖx1−Ｖx2）／（Ｖx1＋Ｖx2）
Ｙ＝（Ｖy1−Ｖy2）／（Ｖy1＋Ｖy2）
により、それぞれ求められる。

次に、本実施形態において、吸着ノズルの先端位置の検出のために使用する専用の治具ノズルについて、図１１、図１２を参照して説明する。

図１１に縦断面図を模式的に示すように、治具ノズル１２０は、電池１２１、レーザダイオード１２２、可動式スイッチ１２３が内蔵されており、対応する図１２に示すように、スイッチ１２３は矢印方向の空圧により電池１２１とレーザダイオード１２２を通電し、レーザダイオード１２２を発光することができる。

このレーザダイオード１２２は、図示されているようにノズル下端部に下向きに取り付けられており、治具ノズル１２０を補正装置１１０の上方に位置決めすると、その上面にレーザを投光することができるようになっている。

ここで、スイッチ１２３について図１３に示すＯＦＦ状態とＯＮ状態とを参照して説明すると、このスイッチ１２３の底部には、固定電極１２３ｂが取り付けられており、該電極１２３ｂは電線１２３ｃを経由してレーザダイオード１２２の電極の一方に接続されている。

又、スイッチ１２３のシリンダ部１２３ｅの下部には、スイッチ可動部１２３ａがあり、該可動部１２３ａの下側に電極（接触端部）が取り付けられていて、シリンダの外周部に設けた電極１２３ｄと電気的に接続されている。この可動部１２３ａは、空気圧によって下側に押されると、もう一方の固定電極１２３ｂと接触し、通電されることによりレーザダイオード１２２が発光するようになっている。

以上の構成において吸着ノズル１８の位置の認識補正動作の流れを、図１４をも参照して説明する。

まずは、補正装置１１０の中心位置に設けた補正基準マーク１１１の位置を認識する方法を説明する。

前記図１、図２において、吸着ヘッド１３に設置した基板認識カメラ１７を、補正装置５０の代わりに設置した、前記図９に示した非接触式位置検出センサからなる補正装置１１０の上方に位置決めし、補正基準マーク１１１の位置（Ｘ0，Ｙ0）を認識する。

この補正基準マーク１１１の位置中心位置（Ｘ0，Ｙ0）における補正装置１１０の出力値は、Ｘ方向両端の電圧出力値をそれぞれＶx1、Ｖx2、Ｙ方向両端の電圧出力値をそれぞれＶy1、Ｖy2とすると、
Ｘ方向の位置
Ｘ0＝（Ｖx1−Ｖx2）／（Ｖx1＋Ｖx2）
Ｙ方向の位置
Ｙ0＝（Ｖy1−Ｖy2）／（Ｖy1＋Ｖy2）
となる。

ここで、中心の位置ということは、Ｖx1とＶx2の値、Ｖy1とＶy2の値がそれぞれ同じ値であるので、（Ｘ0，Ｙ0）＝（０，０）となる位置が中心位置である。

次に、吸着ノズル１８の位置の認識方法について説明する。

前記図１に設置した補正装置１１０の中心位置に、吸着ヘッド部１３を一致させて補正値を取得するために、まずは基板認識カメラ１７をＸ軸移動機構１２、Ｙ軸移動機構１４を動作させて補正装置１１０の上方に位置決めする。

そして、基板認識カメラ１７で補正装置１１０の補正基準マーク１１１を撮像し、Ｘ軸移動機構１２、Ｙ軸移動機構１４の位置を、該カメラ１７の中心と吸着ノズル１８が装着されるθ軸の中心とのずれ分だけ補正して、該θ軸中心が補正基準マーク１１１の中心位置にくるように動作させる。

次に、吸着ノズル１８の代わりに予め装着してある治具ノズル１２０に正圧を供給し、該治具ノズル１２０の先端のレーザダイオード１２２を発光させて補正装置１１０にレーザを投光する。

補正装置１１０に対して、基準角度のθ軸に装着されている治具ノズル１２０からレーザを投光することにより、前記図６に相当する図１５に示すように、補正装置１１０上の治具ノズル１２０の先端位置（Ｘ1，Ｙ1）がわかる。当然のことであるが、レーザを投光する場合は、可能な限り治具ノズル１２０の先端を補正装置１１０の表面に接近させ、実質上接触させる。

これにより、補正基準マーク１１１の位置（Ｘ0，Ｙ0）の位置と治具ノズル１２０の位置（Ｘ1，Ｙ1）の位置ずれ量（Ｘ1−Ｘ0，Ｙ1−Ｙ0）がわかるため、これを治具ノズル１２０の位置の移動指令値のオフセット量、即ち補正値として記憶装置３０に記憶しておく。

この状態で、θ軸を図１５の基準角度から６０°ずつ回転させ、各角度に回転させた治具ノズル１２０によりレーザを投光し、前記図７に相当する図１６に示すようにノズル先端の位置（Ｘ2，Ｙ2）〜（Ｘ6，Ｙ6）を検出し、ノズル回転角度毎の補正値を取得する。

この値を従来行なう部品搭載、部品吸着時のパラメータとして付加することにより、正確に部品搭載と部品吸着を行なうことが可能となる。

次に、治具ノズル１２０（吸着ノズル１８）の回転によるノズル先端の振れの補正方法を、同様に前記図８に相当する図１７を参照して説明する。

前記図１で、吸着ヘッド部１３を補正装置１１０の上方の近接位置に位置決めする。治具ノズル１２０先端のレーザを発光させ、補正装置１１０に投光する。このように、補正装置１１０に治具ノズル１２０の先端のレーザを投光することにより、前記図１５と同様に補正装置１１０上の治具ノズル１２０の先端位置（Ｘ1，Ｙ1）がわかる。

次いで、前記図１６の場合と同様に、θ軸を基準角度から順次６０°回転させて、再度治具ノズル１２０の先端からレーザを補正装置１１０に投光する。

補正装置１１０に治具ノズル１２０の先端を接近させ、実質上接触する位置でレーザを投光することにより、補正装置１１０上の治具ノズル１２０の基準角度から６０°の時の先端位置（Ｘ2，Ｙ2）がわかる。同様に治具ノズル１２０、即ちθ軸を６０°ずつ回転させて（Ｘ3，Ｙ3）〜（Ｘ6，Ｙ6）の位置を求める。

求めた（Ｘ1，Ｙ1）〜（Ｘ6，Ｙ6）の座標から治具ノズル１２０の回転中心（設計上のθ軸中心）が求められ、治具ノズル１２０を回転した時のノズルの振れによる位置ずれ量がわかり、治具ノズル１２０の回転時のＸＹオフセット量（補正値）として記憶装置３０に記憶しておく。

次に、吸着ノズル１８の組付け時の傾きの補正方法について、図１８を参照して説明する。

図１で吸着ヘッド部１３を補正装置１１０の上方に位置決めする。治具ノズル１２０を、その先端が補正装置１１０から所定の高さの位置まで下降させ、その位置で治具ノズル１２０の先端からレーザを補正装置１１０上に投光し、その時の治具ノズル１２０からの投光位置（Ｘ1，Ｙ1）がわかる。

その位置から治具ノズル１２０を３０ｍｍ下降させて、再度治具ノズル１２０の先端からレーザを補正装置１１０に投光を行なう。これにより、上記投光位置（Ｘ1，Ｙ1）を取得した高さから治具ノズル１２０を３０ｍｍ下げた位置での投光位置（Ｘ2，Ｙ2）がわかる。

取得された（Ｘ1，Ｙ1）〜（Ｘ2，Ｙ2）の座標から治具ノズル１２０の傾きが求められ、治具ノズル１２０を上下移動した時のノズル装着用のθ軸自体の傾きによる位置ずれ量Ｔと、治具ノズル下降量３０ｍｍからθ軸の傾きρがわかり、治具ノズル１２０の上下移動時のＸＹのオフセット量としての補正値として記憶装置３０に記憶しておく。

これにより、部品の上に部品を搭載する場合等のように、異なる高さ位置に部品を搭載する３次元搭載時にも正確に搭載することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、部品認識カメラの中心位置（＝一致させたθ軸中心）と部品の吸着位置や搭載位置とのノズルのＺ軸に直交する方向の偏心量（水平方向の位置ずれ）が実機内で簡単に正確に測定できる。

又、前記図１７のように治具ノズル１２０を６０°ずつ、回転させた位置で認識を行ない、吸着ノズルの回転中心の認識を行なうことも可能であり、これにより設計上のθ軸中心からの偏心量に基づいて実際の吸着位置や搭載位置を補正することができる。

更に、搭載時の位置ずれを補正するために、別工程で行なう搭載による誤差測定の必要がなくなるため、作業効率を向上することができる。

また、本発明は、塗布ノズルを下降させ、回路基板上に塗布剤を塗布する塗布装置にも適用することができる。塗布ノズルに取り付け誤差があって偏心していたり、あるいは塗布ノズルが傾斜して取り付けられている場合でも、正確に塗布剤を基板に塗布することができる。

なお、上記実施形態で、吸着ノズルや治具ノズルを６０°ずつ回転させて補正値を求めたり、あるいは接触位置や投光位置を求めてノズルの回転中心を求めるようにしたが、回転角度は６０°に限定されるものでなく、必要とされる精度に応じて、更に細かな角度、あるいは粗い角度に設定することができる。

本発明の部品実装装置の概略構成を示す外観図 部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 接触式センサの補正を示す斜視図 接触式センサの詳細な構造を示す断面図 吸着ノズルが接触式センサに接触したときの状態を示す斜視図 吸着ノズルの下降時の水平面における位置ずれを説明する説明図 吸着ノズルの各回転角度で位置ずれを取得する状態を示す説明図 吸着ノズルの回転中心を求める状態を示す説明図 非接触センサの外観を示す斜視図 非接触式センサの詳細な構造を示す断面図 ＯＦＦ時の治具ノズルを模式的に示す断面図 ＯＮ時の治具ノズルを模式的に示す断面図 治具ノズルに内蔵されているスイッチの特徴を示す説明図 治具ノズルから非接触式センサへレーザを照射した状態を示す斜視図 治具ノズルの下降時の水平面における位置ずれを説明する説明図 治具ノズルの各回転角度で位置ずれを取得する状態を示す説明図 治具ノズルの回転中心を求める状態を示す説明図 θ軸の傾斜角度の測定方法を示す説明図 吸着ノズルの下降時の位置ずれ量を求める従来の構成を示す説明図 図１９の構成で吸着ノズルの下降時の位置ずれ量を求める方法を説明する説明図 吸着ノズルの下降時の位置ずれを説明する説明図 吸着ノズルが傾斜して取り付けられたときの位置ずれを示す説明図

符号の説明

１６…部品認識カメラ
１７…基板認識カメラ
１８…吸着ノズル
２７…画像処理装置
５０…接触式位置検出センサ
５１…ＥＭＲセンサ
５２…抵抗膜センサ
５３…液晶ユニット
１１０…非接触式位置検出センサ
１２０…治具ノズル
１２２…レーザダイオード

Claims (6)

1. 吸着ノズルにより吸着された部品を撮像し、部品の吸着姿勢を補正して部品を基板に搭載する部品実装方法であって、
   吸着ノズルを垂直方向に下降させて、吸着ノズルの下降にともなう下降線に直交する方向の位置ずれを位置検出センサで検出し、
   前記検出された位置ずれを格納すると共に、
   吸着ノズルを下降させて部品を吸着及び／又は搭載するときに、前記格納された位置ずれを補正して部品を吸着及び／又は搭載することを特徴とする部品実装方法。
2. 前記下降させた吸着ノズルについて複数の回転角度で検出される各位置ずれに基づいて、吸着ノズルが装着されたθ軸の回転中心を求めることを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
3. 前記位置検出センサが、接触式又は非接触式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装方法。
4. 吸着ノズルにより吸着された部品を撮像し、部品の吸着姿勢を補正して部品を基板に搭載する部品実装装置であって、
   吸着ノズルを垂直方向に下降させて、吸着ノズルの下降にともなう下降線に直交する方向の位置ずれを検出する位置検出センサと、
   前記検出された位置ずれを記憶する記憶装置と、
   吸着ノズルを下降させて部品を吸着及び／又は搭載するときに、前記格納された位置ずれを補正して部品吸着及び／又は搭載を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする部品実装装置。
5. 前記下降させた吸着ノズルについて複数の回転角度で検出される各位置ずれに基づいて、吸着ノズルが装着されたθ軸の回転中心を求めることを特徴とする請求項４に記載の部品実装装置。
6. 前記位置検出センサが、接触式又は非接触式であることを特徴とする請求項４又は５に記載の部品実装装置。

Images