JP2009170465A - 電子部品の実装方法、及び表面実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の位置基準マークを複数台のカメラにより分担して撮影し、基板上に付された各位置基準マークの位置を正確に画像認識する電子部品の実装方法、及び表面実装機を提供する。
【解決手段】表面実装機を用いた電子部品の実装方法であって、（１）予め設定された基台上の各カメラ撮影位置Ａ、Ｂに前記各基板認識カメラをそれぞれ移動させて、各カメラ撮影位置近傍に位置する位置基準マークＦａ、Ｆｂの画像を撮影し、（２）前記各カメラ撮影位置Ａ、Ｂに対する現実の撮影位置の誤差を算出、（３）前記撮影により得られた各カメラ撮影位置Ａ、Ｂでの各画像データと、前記誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークＦａ、Ｆｂの位置を認識し、認識された位置基準マークＦａ、Ｆｂの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、部品供給装置から電子部品を吸着ヘッドにより取出してプリント基板上に実装する表面実装機、及びそれを用いた電子部品の実装方法に関するものである。

従来から、部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着し、この部品を所定の作業位置に位置決めされているプリント基板上に搬送して搭載（実装）するようにした表面実装機は一般に知られている。この種の表面実装機において、実装作業に先立ちプリント基板上に予め設けられている複数個の位置基準マークをヘッドユニットに搭載されたカメラで撮像することによりプリント基板の歪み、及びプリント基板とヘッドとの相対的な位置関係（装置本体に対するプリント基板の位置ずれ）を調べ、この関係に基づき、電子部品の実装位置のデータ修正することにより、部品の実装精度を高めることが行われている（例えば特許文献１、２）。
特公平７−３８５１９号公報 特開２００７−１２９１４公報

また、近年では、タクトタイムの短縮化の要請から、ヘッドユニットに複数台のカメラを搭載して、基板上に予め付された複数個の位置基準マークを複数台のカメラにより分担して撮影する試みがなされている。このように、独立した複数台のカメラを用いて位置基準マークの位置を画像認識する場合には、カメラ同士が独立しているが故に撮影結果より認識される位置基準マークの位置の誤差、より詳しく言えば位置基準マーク同士のマーク間距離についての誤差（単一のカメラによるときのマーク間距離の誤差より、複数のカメラによるときのマーク間距離の誤差が大きくなり勝ち）が生じやすく、この点を改良する必要があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、基板上に付された複数個の位置基準マークを、複数台のカメラにより分担して撮影しつつも、基板上に付された各位置基準マークの位置を正確に画像認識することにより、基板の状態（歪み、停止位置、停止姿勢）をより正確に把握し、実装位置のデータ修正精度、引いは実装精度の向上を図ることを目的とする。

本発明は、基台と、複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、前記基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに設けられる複数個の基板認識カメラと、駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段とを備えた表面実装機を用いた電子部品の実装方法であって、（１）前記ヘッド駆動手段を駆動させて前記ヘッドユニットを前記駆動軸に沿って前記基台上にて水平移動させることにより、予め設定された基台上の各カメラ撮影位置に前記各基板認識カメラをそれぞれ移動させて、各カメラ撮影位置近傍に位置する位置基準マークの画像を撮影し、（２）予め設定された前記各カメラ撮影位置に対する現実の撮影位置の誤差を算出、或いは記憶手段から読み出すことにより取得し、（３）前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記各カメラ撮影位置に対する前記誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識し、その後認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定（データ修正）するところに特徴を有する。

本発明は、基台と、複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、前記基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、ヘッドユニットに設けられる複数個の基板認識カメラと、駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段とを備えた表面実装機を用いた電子部品の実装方法であって、（１）前記ヘッド駆動手段を駆動させて前記ヘッドユニットを前記駆動軸に沿って前記基台上にて水平移動させることにより、予め設定された基台上の各カメラ撮影位置に前記各基板認識カメラをそれぞれ移動させて、各カメラ撮影位置近傍に位置する位置基準マークの画像を撮影し、（２）予め設定されたカメラ撮影位置間の相対距離に対する現実の撮影位置間の相対距離の誤差を算出、或いは記憶手段から読み出すことにより取得し、（３）前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記相対距離の誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識し、その後認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定（データ修正）するところに特徴を有する。

これら発明の実施形態として以下の構成とすることが好ましい。
・前記ヘッドユニットを駆動軸に沿って設定された軸位置に移動させて、前記基台上に設けたベースマークを前記基板認識カメラにより撮影し、撮影により得た画像中のベースマークの位置から前記設定された軸位置に対するヘッドユニットの実際の停止位置の誤差を読み取る読取試験を、異なる軸位置にて複数回行い、得られた各回の誤差に関するデータに基づいて、予め設定された各カメラ撮影位置に対する現実の撮影位置の誤差、或いは予め設定された各カメラ撮影位置の相対距離に対する現実の撮影位置の相対距離の誤差を算出する。このようにしておけば、比較的簡単な試験方法で誤差に関するデータを取得できる。

・前記ヘッドユニットに前記基板認識カメラが所定距離あけて２台搭載されたものにおいて、前記読取試験において、基台上に設けられた単一個のベースマークを、前記２台の基板認識カメラによりそれぞれ撮影する試験方法を用いる。このようにしておけば、基台上に設けるベースマークの個数が単一個で済む。

本発明は、基台と、複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段と、前記ヘッドユニットに設けられ、予め設定された前記基台上の各カメラ撮影位置で前記基板上に付された前記位置基準マークを撮影する複数個の基板認識カメラと、予め設定された前記各カメラ撮影位置に対する現実の撮影位置の誤差を算出する誤差算出手段と、前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記各カメラ撮影位置に対する誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識する位置認識手段と、を備え、認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定するところに特徴を有する。

本発明は、基台と、複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段と、前記ヘッドユニットに設けられ、予め設定された前記基台上の各カメラ撮影位置で前記基板上に付された位置基準マークの画像を撮影する複数個の基板認識カメラと、予め設定されたカメラ撮影位置間の相対距離に対する現実の撮影位置間の相対距離の誤差を算出する誤差算出手段と、前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記相対距離の誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識する位置認識手段と、を備え、認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定するところに特徴を有する。

本発明によれば、予め設定された各カメラ撮影位置に対する現実の撮影位置の誤差、或いは予め設定された各カメラ撮影位置の相対距離に対する現実の撮影位置の相対距離の誤差が補正されるから、基板上に付された複数個の位置基準マークを、複数台のカメラにより分担して撮影しつつも、基板上に付された各位置基準マークの位置、引いては各基準位置マーク同士のマーク間距離を正確に画像認識できる。よって、基板の状態（停止位置、停止姿勢、歪み）をより正確に把握でき、実装位置のデータ修正精度、引いは基板に対する電子部品の実装精度を高くできる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図１１によって説明する。
１．表面実装機の全体構成
図１は表面実装機の平面図、図２はヘッドユニットの支持構造を示す部分拡大図である。図１に示すように、表面実装機１は上面が平らな基台１０上に各種装置を配置している。尚、以下の説明において、基台１０の長手方向（図１、図２の左右方向）をＸ方向と呼ぶものとし、Ｙ方向、Ｚ方向をそれぞれ図１〜図２の向きに定めるものとする。

基台１０の中央には、プリント配線基板搬送用の搬送コンベア（以下、単にコンベアと呼ぶ）２０が配置されている。搬送コンベア２０はＸ方向に循環駆動する一対の搬送ベルト２１を備えており、隣接する装置との間にてプリント配線基板（以下、単に基板）ＰＫを受け渡す機能を担っている。

基板ＰＫは、図３にて示すように、Ｘ軸方向に長い長方形状をなしており、基板隅の２箇所（本例では、右上隅と、左下隅）には、フィデューシャルマーク（位置基準マーク）Ｆａ、Ｆｂが予め付されている。

また、基台中央には、搬送コンベア２０上に位置して実装作業位置（図１中の二点鎖線で示す位置）Ｇが設定されている。係る実装作業位置Ｇの周囲４箇所には部品供給部２５が設けられ、そこには部品供給装置としてのフィーダ２８がＸ軸方向に整列状に設置されている。各フィーダ２８は、部品供給テープが巻回されたリール（不図示）、リールから部品供給テープを引き出す電動式の送出装置（不図示）などから構成されている。

部品供給テープには電子部品５が一定間隔にて保持されており、送出装置を駆動させると、部品供給テープの引き出しに伴い、電子部品５が一つずつ供給される。そして、供給された電子部品５は、部品搭載装置３０の吸着ヘッド６５により吸引保持されて、実装作業位置Ｇ上にて停止する基板ＰＫ上に実装される構成となっている。

また、基台１０上であって搬送コンべア２０のＹ軸方向の両側には、部品認識カメラ１５が一対設置されている。この部品認識カメラ１５は、吸着ヘッド６５により吸着保持された電子部品５を撮影するためのものである。

部品搭載装置３０は大まかにはＸ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構、Ｚ軸サーボ機構及び、これら各サーボ機構の駆動によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動操作される吸着ヘッド６５などから構成される。

具体的に説明してゆくと、図１、図２に示すように基台１０上には一対の支持脚４１が設置されている。両支持脚４１は実装作業位置Ｇの両側（Ｘ軸方向両側）に位置しており、共にＹ方向（図１では上下方向）にまっすぐに延びている。

両支持脚４１にはＹ方向に延びるガイドレール４２が支持脚上面に設置されると共に、これら左右のガイドレール４２に長手方向の両端部を嵌合わさせつつヘット支持体５１が取り付けられている。

また、図１において右側の支持脚４１にはＹ方向に延びるＹ軸ボールねじ軸４５が装着され、更にＹ軸ボールねじ軸４５にはボールナット（不図示）が螺合されている。そして、Ｙ軸ボールねじ軸４５の軸端部にはＹ軸モータ４７が設けられている。

同Ｙ軸モータ４７を通電操作すると、Ｙ軸ボールねじ軸４５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッド支持体５１、ひいては次述するヘッドユニット６０がガイドレール４２に沿ってＹ方向に水平移動する（Ｙ軸サーボ機構）。

図２に示すように、ヘッド支持体５１にはＸ方向に延びるガイド部材５３が設置され、更に、ガイド部材５３に対してヘッドユニット６０が、移動自在に取り付けられている。このヘッド支持体５１には、Ｘ方向に延びるＸ軸ボールねじ軸５５が装着されており、更にＸ軸ボールねじ軸５５にはボールナットが螺合されている。

そして、Ｘ軸ボールねじ軸５５の軸端部にはＸ軸モータ５７が設けられており、同Ｘ軸モータ５７を通電操作すると、Ｘ軸ボールねじ軸５５に沿ってボールナットが進退する結果、ボールナットに固定されたヘッドユニット６０がガイド部材５３に沿ってＸ方向に移動する（Ｘ軸サーボ機構）。

従って、Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構を複合的に制御することで、基台１０上においてヘッドユニット６０を水平方向（ＸＹ方向）に移動操作出来る構成となっている。尚、Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構が、本発明のヘッド駆動手段に相当するものである。

係るヘッドユニット６０には、ユニットケーシング６１の下面から下向きに突出するようにして吸着ヘッド６５が装着されている。吸着ヘッド６５はユニットケーシング６１に対して昇降動作自在とされ、先端には吸着ノズル６６が設けられている。これら各吸着ノズル６６には図外の負圧手段から負圧が供給されるように構成されており、ヘッド先端に吸引力を生じさせるようになっている。

そして、ヘッドユニット６０にはＺ軸モータ（不図示）、Ｚ軸ボールねじ軸（不図示）を主体とするＺ軸サーボ機構が設けられ、Ｚ軸モータの駆動により吸着ヘッド６５をヘッドユニット６０に対して昇降操作出来る構成となっている。

これにより、上記Ｘ軸サーボ機構、Ｙ軸サーボ機構を複合的に制御して、ヘッドユニット６０を部品供給部２５上に移動させた後、部品供給部２５より供給される電子部品５の高さ位置に、吸着ヘッド６５を下降させてやることで、供給される電子部品５を吸着ヘッド６５により吸着保持出来る。

本実施形態のものは、上記吸着ヘッド６５がユニットケーシング６１にＸ軸方向に列をなして複数本設けられており、部品供給部２５から複数個の電子部品５を取り出すことが出来る構成となっている。また、各吸着ヘッド６５はヘッドユニット６０に付設されるＲ軸モータ（不図示）の駆動により、各吸着ヘッド６５ごとに軸周りの回転動作が可能な構成となっている。

また、上記ユニットケーシング６１であってＸ軸方向両側の各側面には、撮像面を下に向けた状態で基板認識カメラ７１、７５が固定されている。これら基板認識カメラ７１、７５は、実装作業位置Ｇ上にある基板ＰＫの任意位置を撮影して、基板ＰＫを画像認識するものである。

２．装置の電気的構成
表面実装機１はコントローラ１１０により装置全体が制御統括されている。コントローラ１１０はＣＰＵ等により構成される演算処理部１１１を備える他、実装プログラム記憶手段１１２、搬送系データ記憶手段１１３、モータ制御部１１５、画像処理部１１６、記憶手段１１８を設けている。

実装プログラム記憶手段１１２にはＸ軸モータ５７、Ｙ軸モータ４７、Ｚ軸モータ、Ｒ軸モータなどからなるサーボ機構を制御するための実装プログラムが格納され、搬送系データ記憶手段１１３には搬送コンベア２０など搬送系を制御するためのデータが記憶されている。

モータ制御部１１５には各軸モータ４７、５７が電気的に連なっている。そして、各軸モータ４７、５７にはモータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダ５９がそれぞれ付設されている。

エンコーダ５９から出力されるパルス信号は、インターフェースを通じてコントローラ１１０に取り込まれる構成となっている。これにより、演算処理部１１１にて、各軸モータ４７、５７の回転量に関する情報を取得することが可能となり、演算処理部１１１はモータ制御部１１５と共に各軸モータ４７、５７を制御して、吸着ヘッド６５を基台１０上の任意の位置に移動操作できる構成となっている。

また、画像処理部１１６には部品認識カメラ１５、基板認識カメラ７１、７５が電気的に連なっており、これら各カメラ、すなわち部品認識カメラ１５、基板認識カメラ７１、基板認識カメラ７５から出力される撮像信号がそれぞれ取り込まれるようになっている。そして、画像処理部１１６では、取り込まれた撮像信号に基づいて、部品画像の解析並びに基板画像の解析がそれぞれ行われるようになっている。

３．一連の部品実装処理
次に、上記表面実装機１にて行われる一連の部品実装処理について簡単に説明する。本実施形態のものは、図１に示す右側が入り口となっており、部品未実装の新規基板ＰＫは図１に示す右側より搬送コンベア２０を通じて機内へと搬入される。搬入された基板ＰＫは、搬送コンベア２０により基台中央の実装作業位置Ｇに搬送され、その位置で停止、位置決めされる（Ｓ１０：基板搬入処理）。

そして、基板ＰＫの位置決めに続いて、演算処理部１１１の指令のもと、基板認識カメラ７１、７５により基板ＰＫ上のフィデューシャルマークＦａ、Ｆｂを撮影する処理が行われる。具体的には、所定待機位置（Ｘ軸方向の軸位置がＸ１）にあるヘッドユニット６０を基台１０上にてＸＹ方向に水平移動させることにより、図３の（ｂ）にて示すようにヘッドユニット６０に搭載された基板認識カメラ７１をカメラ撮影位置Ａに移動させ、その位置でフィデューシャルマークＦａの撮影を行い、次いで基板認識カメラ７５をカメラ撮影位置Ｂに移動させ、その位置にてフィデューシャルマークＦｂの撮影を行う（Ｓ２０：マーク撮影処理）。

このように異なる二つの基板認識カメラ７１、７５を用いて各フィデューシャルマークＦａ、Ｆｂを撮影すれば、単一のカメラを用いて両マークを個々に撮影する場合に比べて、ヘッドユニット６０の移動量を短くでき、撮影に要する時間を短くできる。

尚、ここでいうカメラ撮影位置Ａというのは、基板ＰＫが実装作業位置に正確に停止した場合のフィデューシャルマークＦａの真上に相当する位置であり、係るカメラ撮影位置Ａは基台１０上におけるＸ座標、Ｙ座標が予め設定されている。また、カメラ撮影位置Ｂは、基板ＰＫが実装作業位置Ｇに正確に停止した場合のフィデューシャルマークＦｂの真上に相当する位置であり、係るカメラ撮影位置Ｂは基台１０上におけるＸ座標、Ｙ座標が予め設定されている。

撮影により得られた画像は画像処理部１１６に取り込まれ、演算処理部１１１により画像解析がなされる。この画像解析では、後述する誤差Ｕａ、Ｕｂに関するデータを加味した上で、基台１０上のカメラ撮影位置Ａに基板認識カメラ７１の画像データを割り当て（より具体的には、カメラ撮影位置Ａに画像中心が一致するように割り当てる）、また基台１０上のカメラ撮影位置Ｂに基板認識カメラ７１の画像データを割り当てる（より具体的には、カメラ撮影位置Ｂに画像中心が一致するように位置を割り当てる）処理が行われる。かくして、各画像データと基台１０との相対的な位置関係が取得される。

その後、演算処理部１１１により、各画像データの画像中心に対する各フィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの位置のずれ量Δａ、Δｂが検出（図６のａ参照）され、検出されたずれ量Δａ、Δｂに基づいて基台１０上における各フィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの具体的な位置、引いてはマーク間距離（Ｄｘ、Ｄｙ／図３参照）が算出される（Ｓ３０：誤差算出処理／位置認識処理）。

そして、算出された結果に基づいて、基台１０上における基板ＰＫの停止位置、停止姿勢（角度ずれ）、基板ＰＫの歪みが検出され、その後、検出された基板ＰＫの状態（停止位置、停止姿勢、歪み）に適合するように、基板ＰＫに対する電子部品５の実装位置をデータ修正する処理が演算処理部１１１によりなされ（Ｓ４０：実装位置決定処理）、その後、以下の要領に従って、基板ＰＫに対する電子部品５の実装処理が行われる（Ｓ５０：実装処理）。

すなわち、まず、フィーダ２８によって供給される電子部品５を、吸着ヘッド６５により吸着保持してフィーダ２８から取り出す処理が行われる。そして、取り出された電子部品５は、吸着ヘッド６５により、実装作業位置Ｇに停止した基板ＰＫ上に移送される。

この移送途中、部品認識カメラ１５の上方の撮影領域を電子部品５が横切り、その通過タイミングに合わせて部品認識カメラ１５により各電子部品５の撮影が行われる。そして、部品認識カメラ１５より出力される各画像データは画像処理部１１６へ送られ、そこで、吸着ヘッド６５による各電子部品５の吸着位置ずれが調べられる。

そして、吸着位置ずれがある場合には、上記移送の途中にて、各吸着ヘッド６５ごとに電子部品５の吸着位置ずれを矯正する処理（Ｒ軸モータを駆動させ吸着ノズル６６を回転させるなど）が行なわれる。

その後、電子部品５が目標となる実装位置（実装作業位置Ｇにて位置決めされた基板ＰＫ上の位置）に達したころで、吸着ヘッド６５が下降操作され、この下降に伴い姿勢矯正後の各電子部品５が、基板ＰＫ上の実装位置に実装される。

このような処理が繰り返し行われることで、基板ＰＫに対する電子部品５の実装処理が進められる。そして、全ての電子部品５について実装処理が完了すると、基板ＰＫの位置決めが解かれ、その後、搬送コンベア２０が再駆動する。これにより、実装処理済み基板ＰＫは図１における左方向に送られ、機外に搬出される。また、これと並行して部品未実装の新規基板ＰＫが基台１０上に搬入されることとなる。

４．位置認識処理とその誤差
既に説明してあるように、本実施形態では、基板ＰＫ上に付された各フィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの位置（基台１０に対する相対的な位置）を画像認識し、認識された位置に基づいて実装位置をデータ修正しているが、係る画像認識を行うにあたり、各フィデューシャルマークＦａ、Ｆｂを撮影した各基板認識カメラ７１、７５の画像と基台１０との相対的な位置関係を特定する必要があり、それを、基台１０上のカメラ撮影位置Ａにカメラ７１の画像データに割り当て、また基台１０上のカメラ撮影位置Ｂにカメラ７５の画像データに割り当てることで実行している。

従って、各フィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの位置（基台１０に対する相対的な位置）を正確に画像認識するには、カメラ撮影位置Ａにて基板認識カメラ７１によりフィデューシャルマークＦａの撮影が行われ、またカメラ撮影位置Ｂにて基板認識カメラ７５によりフィデューシャルマークＦｂの撮影が行われることが前提となる。

その一方、基板認識カメラ７１、７５の移動操作は、Ｘ軸モータ５７、Ｙ軸モータ４７を回転させることにより行われるが、実際には、例えば、Ｘ軸モータ５７を同じ量回転させたとしても、Ｘ軸ボールねじ軸５５が熱膨張し伸長しているときには、それがない場合に比べて軸方向への移動量（変位量）が多くなる。

そのため、Ｘ軸モータ５７を所定量だけ正確に回転させても、基板認識カメラ７１、７５が上記各カメラ撮影位置Ａ、Ｂからずれた位置にて停止し、ずれた位置で各フィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの撮影が行われてしまう。しかも、カメラ７１のカメラ撮影位置Ａに対する停止位置の誤差Ｕａと、カメラ７５のカメラ撮影位置Ｂに対する停止位置の誤差Ｕｂは、通常異なる。

そのため、図６の（ｂ）にて示すように、現実のカメラ撮影位置間の距離「Ｌ０’」は設定値「Ｌ０」とは異なる長さとなる。すると、位置認識処理では、現実にはカメラ撮影位置間の距離が「Ｌ０’」の状態で撮影が行われた両画像データに対して、カメラ撮影位置間の距離が「Ｌ０」であるものとして基台１０上の位置を割り当ててしまう結果、各マークＦａ、Ｆｂの位置（基台に対する相対的な位置）、マークＦａ、Ｆｂ同士の位置関係を正確に認識出来ず、基板ＰＫの状態（停止位置、停止姿勢、歪み）を誤認識してしまう。

５．読取試験
そこで、本実施形態のものは、基台１０上であって基板認識カメラ７１、７５にて読み取り可能な位置（基台中央であって、図１に示す下側に位置する部品認識カメラ１５の近傍位置）に、ベースマークＢＭを予め設け、係るベースマークＢＭをヘッドユニット６０に搭載される両基板認識カメラ７１、７５にてそれぞれ撮影している。そして、撮影により得られた画像からベースマークＢＭの位置を読み取って、撮影画像の画像中心に対するベースマークＢＭの位置ずれの量を検出している（読取試験）。

尚、読取試験は、表面実装機の稼動開始時、及びＸ軸ボールねじ軸５５に熱膨張が発生することが予見できるようなタイミング、例えば表面実装機１の連続稼動時間が所定時間に達したときなどに実行される。また、本実施形態において読取試験、及び同試験の結果を位置認識処理に反映させる処理を基板認識カメラ７１、７５の並び方向であるＸ軸方向にのみ行うこととしているが、これは、Ｙ軸方向については誤差自体がそれほど大きくなく実装精度に与える影響が無視できる程小さいからである。

では、読取試験の内容について具体的に説明する。読取試験が開始されると、まず、コントローラ１１０の指令の下、Ｘ軸モータ５７が駆動され、ヘッドユニット６０は、図７の（ａ）に示すようにモータ５７側の軸端にあたる軸位置Ｘ０に移動する。

そして、Ｘ軸モータ５７の駆動と並行してＹ軸モータ４７が駆動される。これにより、ヘッドユニット６０のＹ軸方向に関する位置が調整され、ヘッドユニット６０に搭載された基板認識カメラ７１、７５のカメラ中心のＹ座標がベースマークＢＭのＹ座標に合致する状態になる。

かくして、Ｙ軸方向の位置調整が完了すると、次いで、コントローラ１１０の指令の下、Ｘ軸モータ５７が再駆動される。これにより、ヘッドユニット６０引いてはヘッドユニット６０に搭載された両基板認識カメラ７１、７５が基台１０上をＸ軸方向に移動し始める。

一方、Ｘ軸モータ５７の駆動により、Ｘ軸モータ５７に付設されるエンコーダ５９から、Ｘ軸モータ５７の回転状況に応じたパルス信号が出力される。そして、出力されるパルス信号に基づいてヘッドユニット６０のＸ軸方向の移動量が読み取られ、コントローラ１１０はヘッドユニット６０が第一軸位置（本発明の「設定された軸位置」に相当）Ｘ１に停止するように、Ｘ軸モータ５７を停止制御する。

係る第一軸位置Ｘ１は図７にて示すように軸位置Ｘ０からの変位量Ｔ１が、軸位置Ｘ０における基板認識カメラ７５の中心からベースマークＢＭの中心位置までの差分距離に設定してある。そのため、Ｘ軸ボールねじ軸５５が常温の状態（熱伸長していない状態）であれば、移動後には、図８の（ａ）に示すように基板認識カメラ７５の撮影画像の画像中心にベースマークＢＭの中心が合致した状態となる。

その一方、Ｘ軸ボールねじ軸５５が摩擦熱により昇温した状態（熱伸長した状態）であれば、移動後には、図８の（ｂ）に示すように、基板認識カメラ７５の撮影画像の画像中心に対して、ベースマークＢＭの中心がＸ軸方向に位置ずれした状態となる。

そして、同軸位置Ｘ１にて、基板認識カメラ７５によりベースマークＢＭの撮影が行われ（第一回目の撮影）、得られた画像から画像中心に対するベースマークＢＭのＸ軸方向に関する位置ずれ量Ｕ１が検出される。

かくして、第一回目の撮影が行われると、次に、コントローラ１１０の指令のもと、Ｘ軸モータ５７が再駆動される。そして、Ｘ軸モータ５７に付設されるエンコーダ５９から出力されるパルス信号に基づいてヘッドユニット６０のＸ軸方向の移動量が読み取られ、コントローラ１１０はヘッドユニット６０が第二軸位置（本発明の「設定された軸位置」に相当）Ｘ２に停止するように、Ｘ軸モータ５７を停止制御する。

係る第二軸位置Ｘ２は軸位置Ｘ０からのトータル変位量Ｔ２が、変位量Ｔ１に対して両基板認識カメラ７１、７５のＸ軸方向についてのカメラ間距離Ｔｃを加えた数値に設定してある。

Ｔ２＝Ｔ１＋Ｔｃ
Ｔｃ：基板認識カメラ７１と基板認識カメラ７５とのカメラ間距離（Ｘ軸方向）

そのため、Ｘ軸ボールねじ軸５５が常温の状態（熱伸長していない状態）であれば、移動後には、基板認識カメラ７１がベースマークＢＭの丁度真上に位置し、撮影により得られる画像は図９の（ａ）に示すように基板認識カメラ７１の撮影画像の画像中心にベースマークＢＭの中心が合致した状態となる。

その一方、Ｘ軸ボールねじ軸５５が摩擦熱により昇温した状態（熱伸長した状態）であれば、移動後には、図９の（ｂ）に示すように、基板認識カメラ７１の撮影画像の画像中心に対して、ベースマークＢＭの中心がＸ軸方向に位置ずれした状態となる。

そして、第二軸位置Ｘ２にて、基板認識カメラ７１によりベースマークＢＭの撮影が行われ（第二回目の撮影）、得られた画像から画像中心に対するベースマークＢＭの、Ｘ軸方向に関する位置ずれ量Ｕ２が検出される。

ここで、軸位置に対するボールねじ軸５５の熱伸び量は線形として取り扱うことが出来る。よって、軸位置Ｘと同軸位置Ｘまでヘッドユニット６０を移動させたときの停止位置の誤差Ｕとの相関を、第一軸位置Ｘ１、第一軸位置Ｘ１における位置ずれ量Ｕ１、第二軸位置Ｘ２、第二軸位置Ｘ２における位置ずれ量Ｕ２に基づいて、下記（１）式にて示す一次の相関関数（本発明の「誤差に関するデータ」に相当）として表すことが出来る。尚、係る一次の相関関数は演算処理部１１１により算出され、記憶装手段１１８に記憶される。

Ｕ＝αＸ＋β・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
α＝（Ｕ２−Ｕ１）／（Ｘ２−Ｘ１）・・・・・（２）
２β＝（Ｕ２＋Ｕ１）−α（Ｘ１＋Ｘ２）・・・（３）

係る一次の相関関数を用いることで、図１０にて示すように、任意の軸位置Ｘに対する誤差Ｕを推定することが可能となる。

例えば、Ｘ軸ボールねじ軸５５上においてヘッドユニット６０が軸位置Ｘ１に待機していたときに、係るヘッドユニット６０を所定の軸位置Ｘａまで移動させた場合、ヘッドユニット６０の停止位置の誤差Ｕａは、以下の数値になると推定できる。
Ｕａ＝α（Ｘａ−Ｘ１）＋Ｕ１・・・・・・・・・（４）

その後、更に、ヘッドユニット６０を所定の軸位置Ｘｂまで移動させた場合、ヘッドユニット６０の停止位置の誤差Ｕｂは、以下の数値になると推定できる。
Ｕｂ＝α（Ｘｂ−Ｘ１）＋Ｕ１・・・・・・・・・（５）

尚、本実施形態では、上記読取試験において、Ｘ軸方向の異なる位置にある両基板認識カメラ７１、７５により共通のベースマークＢＭを撮影する方法をとっている。従って、所望とする一次の相関関数を算出するには異なる軸位置にて撮影（位置ずれ量Ｕの検出）が必要であるにも拘わらず、基台１０上に設けるベースマークが１つだけで済み、効果的である。

６．誤差算出処理と位置認識処理（Ｓ３０）
そして、本実施形態の表面実装機１では、既に説明したＳ３０の処理過程において、演算処理部１１１のもと、各カメラ撮影位置Ａ、Ｂに対する現実の撮影位置の誤差Ｕａ、Ｕｂを算出し、算出した誤差Ｕａ、Ｕｂと、各カメラ撮影位置Ａ、Ｂでの各画像データとに基づいて基台１０上におけるフィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの具体的な位置等を認識することとしている。

すなわち、図５中のＳ２０のマーク認識処理にて、基板認識カメラ７１をカメラ撮影位置Ａに移動させたときのヘッドユニット６０の軸位置がＸａであったとすると、各カメラ撮影位置Ａに対する現実の撮影位置の誤差Ｕａが上記（４）式に基づき演算処理部１１１により算出される。

また、その後、基板認識カメラ７５をカメラ撮影位置Ｂに移動させたときのヘッドユニット６０の軸位置がＸｂであったとすると、各カメラ撮影位置Ｂに対する現実の撮影位置の誤差Ｕｂが上記（５）式に基づき演算処理部１１１により算出される。

尚、これら誤差Ｕａ、Ｕｂは、一次の相関関数と共に記憶手段１１８に予め記憶しておき、必要に応じて読み出すようにしてもよい。

そして、演算処理部１１１は、図１１にて示すように、カメラ７１の画像データに対して、画像中心ＰａをマークＦａの位置に対してＸ軸方向に上記した誤差Ｕａ分だけ相対的に位置補正した画像データを生成し、位置補正後の画像データを基台１０上のカメラ撮影位置Ａに割り当てる。

また、カメラ７５の画像データを基台１０上のカメラ撮影位置Ｂに割り当てるときにも、演算処理部１１１はまず、カメラ７５の画像データに対して、画像中心ＰｂをマークＦｂの位置に対してＸ軸方向に上記した誤差Ｕｂ分だけ相対的に位置補正した画像データを生成し、その上で位置を割り当てている（図１１参照）。

この位置補正により、カメラ撮影位置Ａに対する基板認識カメラ７１の現実の撮影位置の誤差が補正され、カメラ撮影位置Ｂに対する基板認識カメラ７５の現実の撮影位置の誤差が補正される。そのため、基板ＰＫ上に付された二つのフィデューシャルマークＦａ、Ｆｂを、二台の基板認識カメラ７１、７５により分担して撮影しつつも、両マークＦａ、Ｆｂの基台１０上における位置、引いては両マークＦａ、Ｆｂ間のマーク間距離を正確に画像認識できる。以上のことから、基板ＰＫの状態（停止位置、停止姿勢、歪み）を正確に認識できる。

そのため、電子部品５の実装位置を基板ＰＫの状態に合わせて正確にデータ修正できる結果、電子部品の実装精度を高めることが可能となる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、各カメラ撮影位置Ａ、Ｂに対する現実の撮影位置の各誤差Ｕａ、Ｕｂを個別に算出し、算出された各誤差Ｕａ、Ｕｂと各カメラ撮影位置Ａ、Ｂでの各画像データとに基づいて基台１０上におけるフィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの具体的な位置等を認識した。

これに対して、実施形態２のものは、カメラ撮影位置Ａに対応する軸位置Ｘａとカメラ撮影位置Ｂに対応する軸位置Ｘｂの相対距離に着目し、相対距離（Ｘｂ−Ｘａ）に対応する誤差「Ｕｂａ」を算出する構成としている。

そして、算出された誤差「Ｕｂａ」とカメラ撮影位置Ａ、カメラ撮影位置Ｂでの各画像データと、に基づいて基台１０上におけるフィデューシャルマークＦａ、Ｆｂの具体的な位置等を認識するようにしている。

Ｕｂａ＝α（Ｘｂ−Ｘａ）・・・・・・・・・・・・（６）
尚、この場合、先に撮影を行う側、すなわち基板認識カメラ７１側の画像データについては何ら位置補正を行う必要はなく、後に撮影を行う基板認識カメラ７５側の画像データについてのみ誤差「Ｕｂａ」を考慮した位置補正を行ってやればよい。

例えば、基板認識カメラ７１側の画像データについては、そのままカメラ撮影位置Ａに位置を割り当てる一方、基板認識カメラ７５側の画像データについては、画像中心ＰｂをマークＦｂの位置に対してＸ軸方向に上記した誤差「Ｕｂａ」分だけ相対的に位置補正した画像データを生成し、その上でカメラ撮影位置Ｂに位置を割り当てるなどする。

このような位置補正方法であっても、両カメラ撮影位置Ａ、Ｂの相対距離「Ｌ０」に対する現実の相対距離「Ｌ０’」の誤差を補正できるから、少なくとも各マーク間距離Ｄｘ、Ｄｙを正確に算出することが出来、実施形態１と同様の作用効果を効することが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１では、読取試験を以下の要領で行った。すなわち、基板認識カメラ７５により一度目の撮影を行い、基板認識カメラ７１により二度目の撮影を行った。そして、２度の撮影のそれぞれについて誤差Ｕ１、Ｕ２を検出し、検出結果より相関関数を算出した。相関関数は、初期位置からの移動量が異なる２回の撮影を少なくとも行えば算出可能であり、例えば同一の基板認識カメラにより、異なる複数個のベースマークＢＭを撮影するなどの試験方法としてもよい。

（２）実施形態１、２では、基板認識カメラ７１、７５をＸ軸方向に並べて配置するものを例示したが、Ｙ軸方向に並べるなどのレイアウト変更も可能であり、この場合には、実施形態１、２で説明した位置補正処理をＹ軸方向について行ってやればよい。

（３）実施形態１、２では、基板ＰＫ上に付された位置基準マークの一例として、基板ＰＫの全体の停止位置、停止姿勢、歪みを検出するフィデューシャルマークを示したが、本発明の適用範囲は、一例として挙げたフィデューシャルマークの認識に限定されるものではなく、例えば、ブロックフィデューシャルマークの認識、ポイントフィデューシャルマークの認識への応用が可能である。尚、ブロックフィデューシャルマークというのは、割り基板の各実装ブロックごとに付加され、各ブロックの位置と角度ずれを検出するものであり、また、ポイントフィデューシャルマークというのは、特定の部品グループ、特定部品の位置と角度ずれを検出ものである。

また、これら位置基準マークＦを撮影するにあたり、両基板認識カメラ７１、７５を用いて常に撮影を行う必要はなく、両基板認識カメラ７１、７５を用いた方がより効率的（撮影に要する時間の長さが短く、また撮影に要するヘッドユニットの移動経路長が短くなる）である場合にのみ行うようにするとよい。

実施形態１に適用された表面実装機の平面図 ヘッドユニットの支持構造を示す図 プリント基板の平面図 表面実装機の電気的構成を示すブロック図 部品実装処理の流れを示すフローチャート図 各パラメータの検出要領を説明する図 読取試験の説明図 試験により得られた画像を示す図（基板認識カメラ７５） 試験により得られた画像を示す図（基板認識カメラ７１） 相関関数を示すグラフ 位置補正を示す図

符号の説明

１…表面実装機
１０…基台
２０…搬送コンベア（本発明の「搬送装置」に相当）
２８…フィーダ
３０…部品搭載装置
４５…Ｙ軸ボールねじ軸（本発明の「駆動軸」に相当）
５５…Ｘ軸ボールねじ軸（本発明の「駆動軸」に相当）
５７…Ｘ軸モータ
５９…エンコーダ
６０…ヘッドユニット
６５…吸着ヘッド
７１…基板認識カメラ
７５…基板認識カメラ
１１１…演算処理部（本発明の「誤差算出手段」、「位置認識手段」に相当）
ＰＫ…基板
Ｆａ…フィデューシャルマーク（本発明の「位置基準マーク」に相当）
Ｆｂ…フィデューシャルマーク（本発明の「位置基準マーク」に相当）
Ｂ…電子部品
ＢＭ…ベースマーク

Claims (6)

1. 基台と、複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、前記基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに設けられる複数個の基板認識カメラと、駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段とを備えた表面実装機を用いた電子部品の実装方法であって、
   （１）前記ヘッド駆動手段を駆動させて前記ヘッドユニットを前記駆動軸に沿って前記基台上にて水平移動させることにより、予め設定された基台上の各カメラ撮影位置に前記各基板認識カメラをそれぞれ移動させて、各カメラ撮影位置近傍に位置する位置基準マークの画像を撮影し、
   （２）予め設定された前記各カメラ撮影位置に対する現実の撮影位置の誤差を算出、或いは記憶手段から読み出すことにより取得し、
   （３）前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記各カメラ撮影位置に対する前記誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識し、その後認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定することを特徴とする電子部品の実装方法。
2. 基台と、複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、前記基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、吸着ヘッドと、前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、ヘッドユニットに設けられる複数個の基板認識カメラと、駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段とを備えた表面実装機を用いた電子部品の実装方法であって、
   （１）前記ヘッド駆動手段を駆動させて前記ヘッドユニットを前記駆動軸に沿って前記基台上にて水平移動させることにより、予め設定された基台上の各カメラ撮影位置に前記各基板認識カメラをそれぞれ移動させて、各カメラ撮影位置近傍に位置する位置基準マークの画像を撮影し、
   （２）予め設定されたカメラ撮影位置間の相対距離に対する現実の撮影位置間の相対距離の誤差を算出、或いは記憶手段から読み出すことにより取得し、
   （３）前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記相対距離の誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識し、その後認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定することを特徴とする電子部品の実装方法。
3. 前記ヘッドユニットを駆動軸に沿って設定された軸位置に移動させて、前記基台上に設けたベースマークを前記基板認識カメラにより撮影し、撮影により得た画像中のベースマークの位置から前記設定された軸位置に対するヘッドユニットの実際の停止位置の誤差を読み取る読取試験を、異なる軸位置にて複数回行い、
   得られた各回の誤差に関するデータに基づいて、予め設定された各カメラ撮影位置に対する現実の撮影位置の誤差、或いは予め設定された各カメラ撮影位置の相対距離に対する現実の撮影位置の相対距離の誤差を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の実装方法。
4. 前記ヘッドユニットに前記基板認識カメラが所定距離あけて２台搭載されたものにおいて、
   前記読取試験において、前記基台上に設けられた単一個のベースマークを、前記２台の基板認識カメラによりそれぞれ撮影する試験方法を用いたことを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。
5. 基台と、
   複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、
   基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、
   吸着ヘッドと、
   前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、
   駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段と、
   前記ヘッドユニットに設けられ、予め設定された前記基台上の各カメラ撮影位置で前記基板上に付された前記位置基準マークを撮影する複数個の基板認識カメラと、
   予め設定された前記各カメラ撮影位置に対する現実の撮影位置の誤差を算出する誤差算出手段と、
   前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記各カメラ撮影位置に対する前記誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識する位置認識手段と、を備え、
   認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定することを特徴とする表面実装機。
6. 基台と、
   複数個の位置基準マークが予め付された基板を前記基台上に搬入する搬送装置と、
   基台上において電子部品を供給する部品供給装置と、
   吸着ヘッドと、
   前記吸着ヘッドを昇降可能に支持するヘッドユニットと、
   駆動軸を有し前記ヘッドユニットを前記基台上にて水平方向に移動させるヘッド駆動手段と、
   前記ヘッドユニットに設けられ、予め設定された前記基台上の各カメラ撮影位置で前記基板上に付された位置基準マークの画像を撮影する複数個の基板認識カメラと、
   予め設定されたカメラ撮影位置間の相対距離に対する現実の撮影位置間の相対距離の誤差を算出する誤差算出手段と、
   前記撮影により得られた各カメラ撮影位置での各画像データと、前記相対距離の誤差とに基づいて前記基台上における位置基準マークの位置を認識する位置認識手段と、を備え、
   認識された位置基準マークの位置に従って前記基板に対する電子部品の実装位置を決定することを特徴とする表面実装機。

Images