JP2009283504A - スクリーン印刷機、電子部品装着装置及び電子部品の実装ライン - Google Patents

Abstract

【課題】タクトタイムを長くすることなく、塗布剤の中心を目標座標として電子部品を装着してセルフアライメント効果を得る。
【解決手段】プリント基板Ｐ上の基板認識マークＫＭを基板認識カメラ２８が撮像すると共にスクリーン認識カメラ３１がスクリーン認識マークＳＭを撮像して基板ＰとスクリーンＳの位置を認識し、両者を位置合わせして、スクリーンＳ上の半田をスキージを移動させることにより基板Ｐ上にパターン孔Ｈを介して塗布するスクリーン印刷機２と、このスクリーン印刷機２により半田が塗布された基板Ｐ上の基板認識マークＫＭを基板認識カメラ６８で撮像して基板Ｐの位置を認識して、半田を介して電子部品を基板Ｐ上に装着する電子部品装着装置４とを備え、前記基板認識マークＫＭに対するスクリーン認識マークＳＭの位置ズレ量を装着装置４は認識した基板認識マークＫＭの位置に加味して基板Ｐの位置を把握する。
【選択図】図８

Description

本発明は、プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共にスクリーンをスクリーン認識カメラがスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、前記スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることにより前記プリント基板上にパターン孔を介して塗布するスクリーン印刷機に関する。

また、スクリーン印刷機により塗布剤が塗布されたプリント基板に付された位置決めマークを基板認識カメラで撮像して該プリント基板の位置を認識して、前記塗布剤を介して電子部品を前記プリント基板上に装着する電子部品装着装置に関する。

更に、スクリーン印刷機と電子部品装着装置とを備えた電子部品の実装ラインに関する。

この種のスクリーン印刷機は、例えば特許文献１などに開示されており、プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共に、スクリーンをスクリーン認識カメラがスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、塗布剤を前記プリント基板上に塗布している。また、電子部品装着装置は、例えば特許文献２などに開示されており、プリント基板に付された位置決めマークを基板認識カメラで撮像して該プリント基板の位置を認識して、前記塗布剤を介して電子部品を前記プリント基板上に装着している。
特開２０００−２１１１０８号公報 特開平１１−３４６０９８号公報

しかしながら、プリント基板のランド中心を目標座標として電子部品を装着しているが、電子部品のサイズによっては塗布剤である半田の中心を目標座標として電子部品を装着した方がセルフアライメント効果が得られる場合がある。この場合、前述したようは実際に塗布された半田の中心を目標座標として電子部品を装着する場合に、専用の検査機か電子部品装着装置により、半田の座標を全点測定する方法も考えられるが、タクトタイムが大きくなるという問題がある。

そこで本発明は、タクトタイムを長くすることなく、塗布剤の中心を目標座標として電子部品を装着してセルフアライメント効果が得られようにすることを目的とする。

このためスクリーン印刷機に係る第１の発明は、プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共にスクリーン認識カメラがスクリーンに付されたスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、前記スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることにより前記プリント基板上にパターン孔を介して塗布するスクリーン印刷機に於いて、前記基板認識マークに対するスクリーン認識マークの位置ズレ量を電子部品を前記プリント基板上に装着する電子部品装着装置に送信するようにしたことを特徴とする。

電子部品装着装置に係る第２の発明は、プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共にスクリーン認識カメラがスクリーンに付されたスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、前記スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることにより前記プリント基板上にパターン孔を介して塗布するスクリーン印刷機からの前記基板認識マークに対するスクリーン認識マークの位置ズレ量を、前記塗布剤が塗布された前記プリント基板に付された位置決めマークを基板認識カメラで撮像して認識した前記位置決めマークの位置に加味して前記プリント基板の電子部品を搭載すべき位置を把握することを特徴とする。

電子部品の実装ラインに係る第３の発明は、プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共にスクリーン認識カメラがスクリーンに付されたスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、前記スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることにより前記プリント基板上にパターン孔を介して塗布するスクリーン印刷機と、このスクリーン印刷機により塗布剤が塗布された前記プリント基板に付された位置決めマークを基板認識カメラで撮像して該プリント基板の位置を認識して、前記塗布剤を介して電子部品を前記プリント基板上に装着する電子部品装着装置とを備え、前記基板認識マークに対するスクリーン認識マークの位置ズレ量を、電子部品装着装置は認識した前記位置決めマークの位置に加味して前記プリント基板の電子部品を搭載すべき位置を把握することを特徴とする。

本発明は、タクトタイムを長くすることなく、塗布剤の中心を目標座標として電子部品を装着してセルフアライメント効果が得られようにすることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は一部省略した電子部品の実装ライン１を示し、図２はスクリーン印刷機の要部の正面図、図３はスクリーン印刷機の要部の右側面図、図４はスクリーン印刷機と電子部品装着装置の制御ブロック図を示す。
先ず、図１において、本発明の実施形態の電子部品の実装ライン１は、スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることによりプリント基板Ｐ上、即ちランドＬ上に印刷用パターン孔Ｈを介して塗布するスクリーン印刷機２、前記プリント基板上に接着剤を塗布する接着剤塗布装置３、プリント基板上に前記塗布剤、接着剤を介して電子部品を装着する電子部品装着装置４を備えている。
図２に示すように、前記スクリーン印刷機２は、基台１１上に設置された基板支持テーブル１２と、この基板支持テーブル１２の上方に配置されたスクリーン支持手段１３と、基板支持テーブル１２とスクリーン支持手段１３の間に配置され基板支持テーブル１２によって支持されたプリント基板Ｐに対角線上の位置に付された基板認識マークＰＭを撮像する第１撮像手段１４と、スクリーン支持手段１３の上方に配置されスクリーン支持手段１３に支持されたスクリーンＳに付されたスクリーン認識マークＳＭを撮像する第２撮像手段１５と、スクリーンＳの上方に配置された一対の印刷ヘッド１６Ａ、１６Ｂ（図３参照）と、基板Ｐを基板支持テーブル１２上に供給する供給コンベア１７と、基板Ｐを基板支持テーブル１２上から排出する排出コンベア１８と、第１及び第２撮像手段１４、１５で撮像した画像を映し出す後述のモニタ４７（図４参照）とを備えている。
前記基板支持テーブル１２は、水平方向に延びるＸ軸の方向（図２参照）に移動するための第１移動機構２１と、この第１移動機構２１上に設けられ水平面内で回転するための回転機構２２と、この回転機構２２上に設けられ垂直方向に延びるＺ軸の方向に移動するための第２移動機構２３と、この第２移動機構２３上に設けられた基板支持プレート２４と、この基板支持プレート２４の上面に設けられ基板ＰをＸ軸方向に搬送する搬送機構（図示せず）とを備えている。
前記スクリーン支持手段１３は、スクリーンＳの下面の周縁部を支持するスクリーン支持枠２５と、該スクリーン支持枠２５の上方に配置されスクリーンＳをスクリーン支持枠２５に圧接するシリンダ２６、２６と、水平方向に延びるＹ軸の方向に移動するための移動機構２７とを備えている。
前記第１撮像手段１４は、基板認識カメラ２８と、この基板認識カメラ２８をＸ軸及びＹ軸方向に移動させる移動機構２９と、基板支持テーブル１２上の基板Ｐに光を照射する照明装置（図示せず）とを備えている。また、第２撮像手段１５は、スクリーン認識カメラ３１と、このカメラ３１をＸ軸方向に移動させる移動機構３２と、基板支持テーブル１２上の基板Ｐに光を照射する照明装置（図示せず）とを備えており、カメラ３１は印刷ヘッド１６Ａ、１６Ｂの移動機構３４によってＹ軸方向に移動するようになっている。

なお、図３に示すように、印刷ヘッド１６Ａ、１６ＢはＹ軸方向に間隔をおいて配置され、下端部にそれぞれスキージ３３Ａ、３３Ｂが取り付けられており、前記移動機構３４によって同時にＹ軸方向に移動すると共に垂直移動機構３５Ａ、３５Ｂによってそれぞれ個別にＺ軸方向に移動する。そして、印刷ヘッド１６Ａ、１６Ｂが図３の左方向へ移動する際には右側の印刷ヘッド１６Ａが下降してスキージ３３ＡがスクリーンＳ上を摺動し、図３の右方向へ移動する際には左側の印刷ヘッド１６Ｂが下降してスキージ３３ＢがスクリーンＳ上を摺動する。したがって、印刷ヘッド６Ａ、６Ｂの一回の往復移動で二回の印刷処理が行われる。
前記供給コンベア１７は基板支持テーブル１２を図２の左方向に移動させることによって基板支持テーブル１２と連結され、この状態で供給コンベア１７を駆動すると基板支持テーブル１２の搬送機構が連動するようになっている。また、排出コンベア１８は、基板支持テーブル１２を図２の右方向に移動させることによって基板支持テーブル１２と連結され、この状態で排出コンベア１８を駆動すると基板支持テーブル１２の搬送機構が連動するようになっている。
次に、図４の電子部品装着装置４の平面図に基づき説明すると、該装置５１の基台５２上には種々の電子部品を夫々その部品取出し部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット５３が複数並設されている。対向する部品供給ユニット５３群の間には、供給コンベア５４、位置決め部５５及び排出コンベア５６が設けられている。

５８Ａ、５８ＢはＸ方向に長い一対のビームであり、夫々Ｙ軸モータ５９の駆動によりネジ軸６０を回転させ、左右一対のガイド６１に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット５３の部品吸着取出し位置上方を個別にＹ方向に移動する。そして、各ビーム５８Ａ、５８Ｂにはその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸モータ６２によりガイド(図示せず)に沿って移動する装着ヘッド５７Ａ、５７Ｂが夫々設けられている。各装着ヘッド５７Ａ又は５７Ｂには２本の吸着ノズル６７を上下動させるための上下軸モータ６３がそれぞれ２個搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸モータ６４がそれぞれ２個搭載されている。従って、２個の装着ヘッド５７Ａ、５７Ｂの各吸着ノズル６７はＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

６６は部品認識カメラで、吸着ノズル６７に吸着保持された電子部品を撮像する。６８は基板認識カメラで、前記プリント基板Ｐに付された位置決めマークである基板認識マークＫＭを撮像する。
次に図５のスクリーン印刷機２と電子部品装着装置４の制御ブロック図について、説明する。初めにスクリーン印刷機２について説明すると、４３は統括制御装置としてのＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）であり、４４は記憶装置としてのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）で種々の情報が格納されている。そして、前記ＲＡＭ４４に格納された印刷動作に係わる種々の情報に基づき、記憶装置としてのＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）４５に格納された印刷動作に係わる動作プログラムに従ってスクリーン印刷動作が行われる。

４６はインターフェースであり、モニタ４７、タッチパネルスイッチ４８、駆動回路４９、認識処理装置５０等が接続されている。そして、前記モニタ４７には種々の前記タッチパネルスイッチ４８が設けられ、作業者がタッチパネルスイッチ４８を操作することにより、スクリーン印刷に係る種々の設定を行うことができる。
次に電子部品装着装置４について説明すると、電子部品装着装置４の各要素はＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）７１が統括制御しており、この制御に係るプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）７２及び各種データを格納するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）７３が接続されている。また、ＣＰＵ７１には操作画面等を表示するモニタ７５及び該モニタ７５の表示画面に形成された入力手段としてのタッチパネルスイッチ７６がインターフェース７７を介して接続されている。また、Ｘ方向に長い前後一対のビーム５８Ａ、５８ＢをＹ方向に移動させるＹ軸モータ５９、前記各ビーム５８Ａ、５８Ｂに沿って吸着ノズル６７を備えた装着ヘッド５７Ａ、５７ＢをＸ方向に移動させるＸ軸モータ６２、吸着ノズル６７を上下動させるための上下軸モータ６３、吸着ノズル６７を鉛直軸周りに回転させるためのθ軸モータ６４等が駆動回路７８、インターフェース７７を介して前記ＣＰＵ７１に接続されている。

前記ＲＡＭ７３には、部品装着に係るプリント基板Ｐの種類毎に装着データが記憶されており、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板Ｐ内での各電子部品の装着座標のＸ方向、Ｙ方向及び角度情報や、電子部品を供給する各部品供給ユニットの配置番号情報等が格納されている。また前記ＲＡＭ７３には、前記各部品供給ユニットの部品供給ユニット配置番号に対応した各電子部品の種類の情報、即ち部品配置データが格納されており、更には形状データ・認識データ・制御データ・部品供給データから成る部品ライブラリデータが格納されている。

７９はインターフェース７７を介して前記ＣＰＵ７１に接続される認識処理装置で、前記吸着ノズル６７に吸着保持された電子部品を部品認識カメラ６６により撮像された画像の認識処理や、プリント基板Ｐに付された基板認識マークＫＭを基板認識カメラ６８により撮像された画像の認識処理が該認識処理装置７９にて行われ、ＣＰＵ７１に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ７１は部品認識カメラ６６により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように且つ基板認識カメラ６８により撮像された画像の認識処理するように指示を認識処理装置７９に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置７９から受取るものである。
次に、スクリーン印刷機２の動作を説明する。先ず、プリント基板Ｐを供給コンベア１７上に載置すると、フォトセンサ（図示せず）がこれを検知して基板ストッパ（図示せず）が下降し、基板Ｐを搬送中に動かないように押さえる。次に、基板支持テーブル１２が図２の左方向に移動し、供給コンベア１７と連結される。
そして、供給コンベア１７が駆動され、これに基板支持テーブル１２の搬送機構が連動して基板Ｐが基板支持テーブル１２上に搬送され、所定位置に達すると供給コンベア１７が停止する。そして、位置決め機構（図示せず）によって基板Ｐが基板支持テーブル１２上に位置決めされた後、基板支持テーブル１２が右方向に移動して最初の位置（以下、「原点位置」と称する。）に復帰する。
次に、第１撮像手段１４の基板認識カメラ２８がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動してプリント基板Ｐの対角線上の位置の二個の基板認識マークＫＭを撮像し、その画像は認識処理装置５０により認識処理される。そして、ＣＰＵ４３が認識処理装置５０の認識処理結果から基板認識マークＫＭの位置座標を得て、この位置情報をＲＡＭ４４に格納させる（図６参照）。
また、第２撮像手段１５のスクリーン認識カメラ３１がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動してスクリーンＳ上の二個のスクリーン認識マークＳＭを撮像し、その画像は認識処理装置５０により認識処理される。そして、ＣＰＵ４３が認識処理装置５０の認識処理結果からスクリーン認識マークＳＭの位置座標を得て、この位置情報をＲＡＭ４４に格納させる（図７参照）。そして、ＣＰＵ４３はＲＡＭ４４に格納された各基板認識マークＫＭの位置と各スクリーン認識マークＳＭの位置とを比較して基板ＰとスクリーンＳとを相対的に位置決めさせるべき位置ズレ量を算出して、ＲＡＭ４４に格納させる（図８参照）。このズレ量は、一方のＸ方向がΔｘ１で、Ｙ方向がΔｙ１であり、他方のＸ方向がΔｘ２で、Ｙ方向がΔｙ２である。
従って、このズレ量に基づいて、ＣＰＵ４３は基板支持テーブル１２の移動機構２１、回転機構２２、スクリーン支持手段１３の移動機構２７を駆動回路４９を介して駆動し、プリント基板ＰとスクリーンＳの相対的な位置ズレを補正して、図８に示すように、位置決めする。

次に、印刷ヘッド１６Ａ、１６Ｂの一方が、例えば右側の印刷ヘッド１６Ａが垂直移動機構３５Ａにより下降して、スキージ３３Ａが移動機構３４によってＹ軸方向に移動して、スキージ３３ＡがスクリーンＳ上を摺動することによりスクリーンＳに開設された印刷用パターン孔Ｈを介して塗布剤である半田ペーストをプリント基板ＰのランドＬ上に塗布する。
なお、前記スクリーン印刷機２は前記位置ズレ量をＲＡＭ４４に格納する際に、前記電子部品装着装置４に前記位置ズレ量を送信するので、電子部品装着装置４のＣＰＵ７１はこの受信した前記位置ズレ量を格納する。
従って、電子部品装着装置４はプリント基板Ｐ上に電子部品を装着する際に、この受信した前記位置ズレ量を加味することとなり、以下、電子部品のプリント基板Ｐへの装着動作について説明する。

先ず、プリント基板Ｐの生産運転を開始させると、プリント基板Ｐが上流側装置（図示せず）より受継がれて供給コンベア５４上に存在すると、供給コンベア５４上のプリント基板Ｐを位置決め部５５へ移動させ、位置決め固定する。そしてＲＡＭ７３に格納された装着データ、即ちプリント基板Ｐ上の装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及びＦＤＲ番号（各部品供給ユニット５３の配置番号）等が指定された装着データに従い、Ｙ方向はＹ軸モータ５９を駆動させて一対のガイド６１に沿ってビーム５８Ａ又は５８Ｂを移動させ、Ｘ方向はＸ軸モータ６２を駆動させて対応する装着ヘッド５７Ａ又は５７Ｂの吸着ノズル６７のいずれかを装着すべき電子部品を所定の部品供給ユニット５３上方に移動させ、上下軸モータ６３を駆動させて吸着ノズル６７を下降させて電子部品を吸着して取出すこととなる。

更に、部品認識カメラ６６上方に吸着ノズル６７を移動させながら吸着保持された電子部品Ｄを撮像（フライ撮像）して認識処理装置７９で認識処理し、またビーム５８Ａ又は５８Ｂをプリント基板Ｐ上方へ移動させてプリント基板Ｐに付された基板認識マークＫＭを撮像して認識処理装置７９で認識処理する（図６と同様）。

そして、ＣＰＵ７１は前述の位置ズレ量Δｘ１、Δｙ１及びΔｘ２、Δｙ２を、認識処理装置７９で認識処理した各基板認識マークＫＭの座標に加算（加味）して、擬似的に各スクリーン認識マークの座標を得る（図９参照）。

更に、ＣＰＵ７１は基板認識マークＫＭの代わりにこの得られた擬似的な各スクリーン認識マークの座標を基準として、ＲＡＭ７３に格納された装着データの各電子部品Ｄの装着座標から現実に電子部品Ｄを装着する座標を求める。即ち、電子部品の搭載すべき位置である、例えば図９に示した電子部品Ｄに対応した一対の半田ペーストＨの中心への搭載座標を把握する。そして、このように得られたプリント基板Ｐの搭載座標に、認識処理装置７９で認識処理した吸着ノズル６７に吸着保持された各電子部品Ｄの位置ズレ量も加味して、それぞれ装着ヘッドの吸着ノズル６７に吸着保持された電子部品Ｄを装着する。

そして、１枚のプリント基板Ｐ上へ装着すべき電子部品を全て終了するまで、電子部品の取出し、認識、装着が繰り返され、全て終了すると、位置決め部５５から排出コンベア５６にプリント基板Ｐが搬送され、１枚目のプリント基板Ｐの電子部品装着に係る生産が終了し、２枚目のプリント基板Ｐに対する生産が行われることとなる。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

一部省略した電子部品の実装ラインを示す図である。 スクリーン印刷機の正面図である。 スクリーン印刷機の要部の右側面図である。 電子部品装着装置の平面図である。 スクリーン印刷機と電子部品装着装置の制御ブロック図である。 プリント基板の平面図である。 スクリーンの平面図である。 スクリーンとプリント基板の位置ズレを示すための図である。 半田ペースト中心への電子部品搭載座標の求め方を説明するための図である。

符号の説明

２ スクリーン印刷機
４ 電子部品装着装置
２８ 基板認識カメラ
３１ スクリーン認識カメラ
４３ ＣＰＵ
６８ 基板認識カメラ
７１ ＣＰＵ

Claims (3)

1. プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共にスクリーン認識カメラがスクリーンに付されたスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、前記スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることにより前記プリント基板上にパターン孔を介して塗布するスクリーン印刷機に於いて、前記基板認識マークに対するスクリーン認識マークの位置ズレ量を電子部品を前記プリント基板上に装着する電子部品装着装置に送信するようにしたことを特徴とするスクリーン印刷機。
2. プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共にスクリーン認識カメラがスクリーンに付されたスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、前記スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることにより前記プリント基板上にパターン孔を介して塗布するスクリーン印刷機からの前記基板認識マークに対するスクリーン認識マークの位置ズレ量を、前記塗布剤が塗布された前記プリント基板に付された位置決めマークを基板認識カメラで撮像して認識した前記位置決めマークの位置に加味して前記プリント基板の電子部品を搭載すべき位置を把握することを特徴とする電子部品装着装置。
3. プリント基板に付された基板認識マークを基板認識カメラが撮像して該プリント基板の位置を認識すると共にスクリーン認識カメラがスクリーンに付されたスクリーン認識マークを撮像して該スクリーンの位置を認識し、前記プリント基板とスクリーンとを位置合わせして、前記スクリーン上の塗布剤をスキージを移動させることにより前記プリント基板上にパターン孔を介して塗布するスクリーン印刷機と、このスクリーン印刷機により塗布剤が塗布された前記プリント基板に付された位置決めマークを基板認識カメラで撮像して該プリント基板の位置を認識して、前記塗布剤を介して電子部品を前記プリント基板上に装着する電子部品装着装置とを備え、前記基板認識マークに対するスクリーン認識マークの位置ズレ量を、電子部品装着装置は認識した前記位置決めマークの位置に加味して前記プリント基板の電子部品を搭載すべき位置を把握することを特徴とする電子部品の実装ライン。