JP2008294031A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の低下を招来することなく実装ヘッドの位置決め精度を向上させる。
【解決手段】実装ヘッド４の上方に、実装ヘッド４の位置毎に異なるパターンを構成するように複数の補正用マーク１５が配置された補正用治具である平面板１２を配し、実装ヘッド４に併設されたカメラ７によって補正用マーク１５のパターンを認識することで実装ヘッド４の位置を確認できるようにした。補正用治具である平面板１２が実装ヘッド４の上方に配されているため、実装動作継続中にリアルタイムで位置認識が行うことができるので、生産性の低下や作業者の負担増という弊害を招来することなく位置決め精度を向上させることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板に部品を移載する実装装置に関するものである。

基板に部品を移載する実装分野では、部品を吸着した実装ヘッドをアームに沿って水平方向に移動させ、部品を位置決めした後に基板に実装する装置が広く用いられている。この装置では、アームの延伸方向と基板の実装面が水平面内で平行になるように配置されており、実装ヘッドが基板の実装面と平行に移動できるようになっている。しかし、一般にアームは片持ち若しくは両持ちで支持されることが多いため、アームの全長や剛性によっては実装ヘッドの自重によって撓みが生じることがある。アームに撓みが生じると実装ヘッドが基板の実装面と平行に移動しないことになり、実際の移動位置と設計上の移動位置との間に誤差が生じる等の部品の位置決め精度を確保する上での阻害要因となっている。このような問題を解決する手段として、基板の代わりに複数の基準マークが記された基準板を設置し、実装ヘッドに装着されたカメラによりこれらの基準マークを撮像して位置認識を行い、基準マークの設計上の位置と撮像によって認識された位置との間の誤差を把握し、実装動作においてこの誤差分を補正するようにした装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開平４−３４５４４５号公報

しかしながら、この装置では予め誤差データを取得する作業が必要となり、その間は実装作業を行うことができないので、生産性の低下を招来するという弊害がある。また、誤差データを取得するタイミングとその後の実装動作における補正のタイミングの間にはタイムラグが存在するため、その間における温度変化等の周囲の環境変化が考慮されず補正の正確性に欠けるという問題がある。さらに、基準板を誤って落下させる等して変形を生じさせた場合には補正用の治具としての用をなさなくなるため、基準板の取り扱いには細心の注意が必要となり、作業者に余計な労力を費やさせていた。

そこで本発明は、生産性の低下や作業者の負担増という弊害を招来することなく位置決め精度を向上させる実装装置および実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、基板に部品を装着する実装ヘッドと、実装ヘッドを基板に対して平行移動可能に支持するアームと、少なくとも基板と対向する箇所に複数の補正用マークが設けられて実装ヘッドの上方に配された補正用治具と、実装ヘッドに設けられて複数の補正用マークのうち任意の隣接する補正用マークを撮像するカメラを備え、複数の補正用マークが、カメラにより撮像された任意の隣接する補正用マークが実装ヘッドの位置毎に異なるパターンを構成するように配置された。

本発明によれば、補正用治具が実装ヘッドの上方に配されているため、補正用の誤差を取得するために基板と入れ替える必要がなく、実装動作継続中にリアルタイムで補正を行うことができるので、生産性の低下や作業者の負担増という弊害を招来することなく位置決め精度を向上させることが可能である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の部品実装装置の斜視図であり、図２は実装ヘッドに作用する浮揚力を説明するための図であり、図３は本発明の実施の形態の平面板に設けられた補正用マークの一配置例を示した図であり、図４は本発明の実施の形態の部品実装装置の制御ブロック図であり、図５は実装ヘッドに浮揚力が作用していないときの第１アームと第２アームの変位を示した図であり、図６は画像上の補正用マークの位置と、この補正用マークの現実の位置との関係を示した図であり、図７は本発明の実施の形態の平面板に設けられた補正用マークの他の配置例を示した図である。

図１において、部品実装装置１は、基板２の実装面２ａに設けられた実装箇所に部品供給装置３から供給される部品を実装ヘッド４によって移載する装置である。基板２は、基板搬送レール５によって部品実装装置１に搬入され、所定の位置で部品が実装された後に部品実装装置１から搬出される。実装ヘッド４は、複数備えられたノズル６によって部品供給装置３から供給される部品をピックアップし、基板２の実装面２ａに設けられた実装箇所に実装する。実装ヘッド４には鉛直上方を撮像するカメラ７と鉛直上方に対して吸引力を作用させる電磁石８が配されている。

実装ヘッド４は第１アーム９と第２アーム１０からなる直交アームに支持されている。第１アーム９は実装ヘッド４を基板２の搬送方向と同方向に平行移動可能に支持し、第２アーム１０は第１アーム９の一端を基板２の搬送方向と直交する方向に平行移動可能に片持ち支持している。

実装ヘッド４と第１アーム９との支持構造、第１アーム９と第２アーム１０との支持構造はリニアガイドを用いたスライド構造となっており、第１アーム９と第２アーム１０にそれぞれ水平方向に延伸されたリニアレール９ａ、１０ａが配され、実装ヘッド４にはリニアレール９ａに対応するリニアガイド（不図示）が、第１アーム９の一端にはリニアレール１０ａに対応するリニアガイド１０ｂが配されている。なお、本実施の形態の部品実装装置１は２つの実装ヘッド４を備えたデュアルヘッド型実装装置であり、それぞれの実装ヘッド４に部品を供給する２つの部品供給装置３が基板搬送レール５を挟んで対向配置され、それぞれの部品供給装置と基板２の間で各実装ヘッド４を水平移動させる２つの第１アーム９が配されている。

基板搬送レール５と２つの部品供給装置３にはそれぞれカメラ１１が配されており、各部品供給装置３から各実装ヘッド４のノズル６にピックアップされて基板２に移載される途中の部品を下方から撮像する。この撮像によりノズル６に対する部品の位置や姿勢を認識することができ、位置ずれ等が生じている場合には補正した後に基板２に実装する。第１アーム９と第２アーム１０により画定される実装ヘッド４の移動範囲の上方となる領域には、実装面２ａと平行に延展された平面板１２が配されている（図１では実線で平面板１２の一部を示し、２点鎖線で全体の外縁を示している）。

平面板１２は帯磁性を有する金属板であり、図２に示すように、電磁石８と接触することがない高さに、かつ磁力が作用する程度の高さに支柱１３によって支持されている。平面板１２と電磁石８との間に発生する磁吸引力により、実装ヘッド４には平面板１２側に引き寄せられる浮揚力Ｆが作用する。平面板１２の裏面、すなわち実装ヘッド４側の面には、図３に示すように、複数の補正用マーク１４が所定の間隔で設けられている。これらのマークは実装ヘッド４の位置補正用の基準となるものであり、実装ヘッド４の位置精度が特に要求される部品供給装置３の部品供給エリア３ａ、カメラ１１、基板２と相対する箇所に、実装ヘッド４における各ノズル６とカメラ７の位置関係を考慮して設けられている。

図４において、部品実装装置の実装動作は制御部２０によって制御されている。基板搬送部２１は基板搬送レール５に対応するドライバであり、制御部２０からの制御指令を受けて基板搬送動作の制御を行う。部品供給部２２は部品供給装置３に対応するドライバであり、同様に制御部２０からの制御指令を受けて部品供給動作の制御を行う。ヘッド駆動部２３には第１アーム９および第２アーム１０に対応するドライバであるヘッドＸＹ駆動部２３ａと実装ヘッド４に対応するドライバであるノズル駆動部２３ｂが備えられている。ヘッドＸＹ駆動部２３ａは制御部２０からの制御指令を受けて第１アーム９、第２アーム１０の動作制御を行い、これにより実装ヘッド４の位置決めや位置補正が行われる。ノズル駆動部２３ｂは制御部２０からの制御指令を受けて部品の吸装着動作制御や回転動作制御を行う。

磁力調整部２４は電磁石８に対応するドライバであり、制御部２０からの制御指令を受けて電磁石８に供給する電流を増減することで磁力を調整し、実装ヘッド４に作用する浮揚力Ｆを調整する制御を行う。

基板高さ計測部２５は実装ヘッド４の基板２の実装面２ａに対する高さを計測する計測手段である。基板高さ計測部２５には出力部２５ａと検出部２５ｂが備えられており、例えば出力部２５ａから実装面２ａに向けて照射された光の反射光を検出部２５ｂが受光した位置によって計測することができる。

認識部２６には部品認識部２６ａとヘッド位置認識部２６ｂが備えられており、このうち部品認識部２６ａはカメラ１１によって撮像された部品の画像を解析し、ノズル６に対する部品の位置や姿勢の認識を行う。ヘッド位置認識部２６ｂはカメラ７によって撮像された補正用マークの画像を解析し、補正用マークに対する実装ヘッド４の位置ずれ量を認識する認識手段である。

磁力調整部２４は、基板高さ計測部２５によって計測された実装ヘッド４の基板２の実装面２ａからの高さが、実装ヘッド４の位置に関わらず一定に保たれるように浮揚力を調整する調整手段として機能し、また、ヘッド位置認識部２６ｂによって認識された補正用マークに対する実装ヘッド４の位置ずれ量に基づいて浮揚力を調整する調整手段として機能する。

マーク座標記憶部２７には平面板１２に設けられた複数の補正用マーク１４の各座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）・・・が記憶されている。

以上のように構成される部品実装装置１では以下の方法により実装ヘッド４の位置補正を行う。第１の補正方法は、ヘッド位置認識部２６ｂによる認識結果に基づいて実装ヘッド４の位置補正を行うものである。図５に示すように、実装ヘッド４を支持する第１アーム９には実装ヘッド４の自重によって下向きの撓みが生じ、第１アーム９を支持する第２アーム１０との支持構造（リニアレール１０ａとリニアガイド１０ｂ）には荷重とともにモーメントが作用して当初の組み付け位置との間に変位が生じることがある。この場合、図６に示すように、実装ヘッド４がある目標位置に移動したときにカメラ７で撮像された画像上の補正用マークの座標（ｘ０、ｙ０）と、現実の補正用マークの座標、すなわちマーク座標記憶部２７に記憶された座標（ｘ１、ｙ１）との間には誤差（Δｘ、Δｙ）を生じることになる。この誤差（Δｘ、Δｙ）の主要因は上述したように実装ヘッド４の自重によるものであるため、誤差が認識された場合には、誤差の程度に応じて実装ヘッド４に浮揚力Ｆを作用させ、第１アーム９および第２アーム１０への負荷を軽減し、第１アームの撓み等を矯正する。

第２の補正方法は、基板高さ計測部２５による計測結果に基づいて実装ヘッド４の位置
補正を行うものである。この補正方法では、実装ヘッド４の基板２の実装面２ａに対する高さを計測し、この高さが実装ヘッド４の位置に関わらず一定に保たれるように実装ヘッド４に作用する浮揚力Ｆを調整する。これにより第１アームの撓み等が矯正され、実装ヘッド４は実装面２ａと平行に移動することになるので、実装ヘッド４の水平移動位置を定義する座標系と実装面２ａの部品実装箇所を設定する座標系の間にずれが生じることがない。この第２の補正方法は、実装ヘッド４が基板２の上方に位置している場合にのみ適用が可能であるので、それ以外の位置にあるときにはヘッド位置認識部２６ｂによる認識結果に基づいて実装ヘッド４の位置補正を行う第１に補正方法を併用することになる。

さらに、第３の補正方法は、平面板１２の設ける複数の補正用マークを、図３に示したような所定の間隔ではなく、例えば図６に示すような配置にすることで実施することが可能である。図７において、補正用マーク１５を複数の同心円弧上に等中心角で配置し、カメラ７の撮像視野に必ず複数の補正用マーク１５が納まるように隣接する補正用マーク１５の間隔を設定すると、画像上で隣接する補正用マーク１５は実装ヘッド４の位置毎に異なる配置パターンを構成する。全ての補正用マーク１５の座標はマーク座標記憶部２７に記憶されているので、画像上の複数の補正用マーク１５の位置関係から、実装ヘッド４の位置を認識することができる。この認識された実装ヘッド４の位置は、第１アーム９および第２アーム１０の変位等による誤差を排した位置であり、この位置に基づいて実装動作制御が行われる。この第３の補正方法では、平面板１２は、基板２に対する位置が固定され、複数の補正用マークが設けられた常設の位置補正用治具として用いられる。

これら補正方法は通常の実装動作継続中に行うことができるので、実装動作とは別に誤差データを取得する作業を行う必要がなく、生産性の低下を招くことがない。また、誤差データを取得するタイミングとその後の実装動作における補正のタイミングの間にタイムラグがなく、両タイミング間における温度変化等の周囲の環境変化による誤差への影響をリアルタイムで補正することが可能である。

なお、平面版１２は電磁石８の磁力によって吸引される被吸引体であるが、被吸引体を吸引する吸引手段としては磁力を発生する電磁石８以外にも、例えばバキュームポンプ等を用いて平面板１２側のエアを吸引するように構成することも可能である。この場合は、磁力調整部２４は負圧調整部となり、吸気量の増減により負圧を調整することで浮揚力Ｆを調整する。

本発明によれば、生産性の低下や作業者の負担増という弊害を招来することなく位置決め精度を向上させることができるという利点があり、特に微小な部品を高速かつ大量に実装する分野において有用である。

本発明の実施の形態の部品実装装置の斜視図 実装ヘッドに作用する浮揚力を説明するための図 本発明の実施の形態の平面板に設けられた補正用マークの一配置例を示した図 本発明の実施の形態の部品実装装置の制御ブロック図 実装ヘッドに浮揚力が作用していないときの第１アームと第２アームの変位を示した図 画像上の補正用マークの位置と、この補正用マークの現実の位置との関係を示した図 本発明の実施の形態の平面板に設けられた補正用マークの他の配置例を示した図

符号の説明

１ 部品実装装置
２ 基板
４ 実装ヘッド
７ カメラ
９ 第１アーム
１０ 第２アーム
１２ 平面板
１４、１５ 補正用マーク

Claims (1)

1. 基板に部品を装着する実装ヘッドと、実装ヘッドを基板に対して平行移動可能に支持するアームと、少なくとも基板と対向する箇所に複数の補正用マークが設けられて実装ヘッドの上方に配された補正用治具と、実装ヘッドに設けられて複数の補正用マークのうち任意の隣接する補正用マークを撮像するカメラを備え、
   複数の補正用マークが、カメラにより撮像された任意の隣接する補正用マークが実装ヘッドの位置毎に異なるパターンを構成するように配置された部品実装装置。

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