JP2010050418A - 電子部品実装装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を基板に搭載する際の搭載ずれ測定の、測定時間の短縮、測定の自由度向上、測定精度の向上を図る。
【解決手段】部品を搭載する目標位置を示す基準マークのついた透明の冶具基板３０を、ヘッドユニットのＸＹ軸の移動可能な範囲に設置する。搭載ずれ測定を行う際に、部品２０と冶具基板３０の表面の基準マークを認識する実装位置認識カメラ７１を、冶具基板３０の下側に配置する。搭載ずれ測定を行う際に、部品下面を冶具基板上面に接触しない隙間がある高さで、且つ、その高さが上記カメラの被写界深度内に位置している高さへ移動後に、部品の位置を前記カメラで認識して、冶具基板に対する部品の位置や角度のずれ量を測定する。更に、部品下面を冶具基板上面に接触させた後に、部品の位置を前記カメラで認識して、冶具基板に対する部品の位置や角度のずれ量を測定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、部品供給装置から吸着した電子部品を認識装置や基板へ移動可能な搭載ヘッドが、ＸＹ軸上に配置され、吸着した電子部品を基板に搭載する際の搭載ずれ測定を行う電子部品実装装置の制御方法に係り、特に、電子部品を基板に搭載する際の搭載ずれ測定の、測定時間の短縮、測定の自由度向上、測定精度の向上を図ることができる電子部品実装装置の制御方法に関する。

通常、電子部品実装装置１は、図１に示すように、左右方向に延在されている基板搬送路２により搬送され、位置決めされた基板５上に部品供給装置３に供給される電子部品を実装する搭載ヘッド１４と、該搭載ヘッド１４をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させるＸ軸移動機構１５及びＹ軸移動機構１６を備えている。

又、図２に示すように、このＸ軸移動機構１５は、部品を吸着する吸着ノズル１２を備えた搭載ヘッド１４をＸ軸方向に移動させると共に、Ｙ軸移動機構１６は、Ｘ軸移動機構１５と一体で搭載ヘッド１４をＹ軸方向に移動させる。該搭載ヘッド１４は、吸着ノズル１２をＺ軸方向に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えていると共に、吸着ノズル１２を、ノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。

又、搭載ヘッド１２には、基板５上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ４３が、支持部材を介して取付けられている。更に、部品供給装置３の側部には、吸着ノズル１２に吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ１８が配置されている。

近年、部品の極小化、接合端子の狭ピッチ化、実装基板の高密度化が進み、部品の実装基板への搭載精度の向上が求められている。一方、「タクト・アップ」（時間あたりの部品搭載点数の増大）が市場より求められている。

これに応じるべく、図３に示すように、ヘッドに搭載するノズルが増えて多ノズル化の傾向があり、更に、ヘッド自体もタクト・アップの目的で１マシンあたりのヘッドが増えて多ヘッド化の傾向がある。

図３に示す搭載ヘッド１４においては、ヘッド部分２７には５つの吸着ノズル１２、ヘッド部分２８には１つの吸着ノズル１２が設けられている。ヘッド部分２７には、５つの吸着ノズル１２により同時吸着可能な５つの電子部品２０それぞれの吸着位置を測定するためのマルチレーザラインセンサが備えられている。ヘッド部分２８には、その吸着ノズル１２に吸着中の電子部品２０の吸着位置を測定するためのレーザラインセンサが備えられている。これらマルチレーザラインセンサ及びレーザラインセンサは、該当の吸着ノズル１２に吸着されている電子部品２０の、θ軸に直交する特定方向の断面長さを測定し、吸着ノズル２における吸着位置を測定する。

なお、搭載ヘッド１４のヘッド部分２７の図中左側に、又ヘッド部分２８の右側には、それぞれ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラによる基板認識カメラ４３が設けられている。これら基板認識カメラ４３は、基板５の基準マークや、装着ヘッド部原点基準の原点マークを上方から撮像し、基板５の搬入位置や、搭載ヘッド１４の原点位置を正確に把握し、設定するようになっている。

ここで、搭載精度の向上に関し、部品の搭載ずれ量の測定方法の一例として特許文献１に示されている方法がある。この方法は、電子部品実装装置における基板への電子部品搭載可能範囲全域に予め位置が測定された複数のマークが配置された冶具基板において、各マーク上に部品を搭載しその位置座標を測定し、測定結果から算出した部品座標のマーク座標との誤差量を各座標の補正値とし、その補正値に基づいて実装プログラムを修正して電子部品を実装する方法である。複数のマークが配置された上記の冶具基板は、特許文献１の図３に図示されている。

又、別の、部品の搭載ずれ量の測定方法の一例として、特許文献２に示されている方法がある。この方法は、部品をガラス基板に装着する場合にガラス基板の下に配置した認識用カメラでガラス基板を通して、搭載する部品とガラス基板の配線パターンを同時に認識して、部品の配線パターンに対するずれ量を測定し、ずれ量分部品の位置を補正してから部品を搭載する方法である。

特許３２７１２４４号公報（図３） 特許３０８８５４６号公報（図３）

しかしながら、特許文献１の方法での部品の搭載ずれ量の測定では以下の問題がある。

電子部品搭載可能範囲全域において、搭載精度を確保するために狭ピッチで、さらに全ヘッドで補正値を求めておく必要があるため、多数のマーク上で多数ノズルの補正値を求めるため測定回数が非常に多い。又、冶具基板側に搭載する際にダミー部品が動かないように両面テープやシリコンシートを冶具基板側に貼り付けて、その上にダミー部品を搭載する場合があるが、その場合はひとつのダミー部品での使い回しが出来なかったり（両面テープ）、確実にダミー部品をノズルで吸着するために測定後の吸着ノズルのＺ軸上昇時間を低速にするため動作時間が大幅に延長される（シリコンシート）等の欠点がある（測定時間の長さの問題）。

冶具基板にダミー部品を搭載するために、真空吸着、両面テープ、シリコンシート等で搭載する場合は、冶具基板側に、真空穴や両面テープ、シリコンシートの貼付けが必要になる。真空穴を空ける場合は、測定箇所を変更するには、真空装置も同時に移動が必要になる。又、冶具基板の測定箇所には、予め真空穴を開けておかなければならない。別途真空発生装置も必要になる。両面テープに搭載する場合は、ダミー部品の取り外しが非常に困難となる。ここで、ダミー部品の確実な固定と、ダミー部品の剥がしやすさは相反する。シリコンシートに搭載する場合は搭載強度が不安定だったり、シリコンシートへのゴミの付着等に気をつける必要がある（測定の容易さの問題）。

真空吸着で冶具基板側へ搭載する場合、ノズルから基板側への真空受渡しがあるため、受渡し時のダミー部品の微妙なずれによる誤差が発生する。又、両面テープやシリコンシート上に搭載する場合は、貼り付き力が強力なため、ダミー部品のどこか一部が設置した時点でダミー部品の移動が制限され、実際の搭載精度とは誤差が発生する（測定精度の問題）。

冶具基板にダミー部品を押付ける場合は、破損防止のために、ノズルインナとスライダがＺ軸方向に移動可能で、スプリングでスライダを下方向に押し出しているノズルを使用する必要がある。しかしながら、スライダが摺動可能なノズルは動作するために必要な遊びがあり、搭載動作時に誤差が発生する（測定精度の問題）。

次に、特許文献２の方法での部品の搭載ずれ量の測定では以下の問題がある。

まず、ガラス基板に搭載直前、即ち、搭載する部品下面とガラス基板上面との間に隙間がある状態の部品を、ガラス基板下側に配置したカメラにより、ガラス基板を透過して、ガラス基板の配線パターンと同時に認識する場合、部品認識し部品を搭載する配線パターンに位置合わせした後の部品搭載動作中、Ｚ軸下降、部品吸着用真空停止、Ｚ軸上昇により、配線パターンに対して部品がずれる場合がある。特に、部品の吸着搭載動作における部品に対する衝撃力や過荷重の付加を防ぐために一般的に使用する摺動ノズルでは、ノズル内での摺動を確保するために必ず必要な遊び分は、部品搭載動作中の部品のずれにつながる可能性が有る（測定精度の問題）。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、電子部品を基板に搭載する際の搭載ずれ測定の、測定時間の短縮、測定の自由度向上、測定精度の向上を図ることができる電子部品実装装置の制御方法を提供することを課題とする。

本発明は、部品供給装置から吸着した電子部品を認識装置や基板へ移動可能な搭載ヘッドが、ＸＹ軸上に配置され、吸着した電子部品を基板に搭載する際の搭載ずれ測定を行う電子部品実装装置の制御方法において、搭載ずれ測定を行う際に電子部品を搭載する目標位置を示す基準マークのついた透明の冶具基板を、搭載ヘッドのＸＹ軸の移動可能な範囲に設置し、電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、搭載ずれ測定を行う際に、該冶具基板に搭載された電子部品と前記基準マークを、前記冶具基板の下方から認識する実装位置認識カメラを、前記冶具基板の下側に配置し、搭載ずれ測定を行う際に、電子部品下面を前記冶具基板上面に接触しない隙間がある高さで、且つ、その高さが上記実装位置認識カメラの被写界深度内に位置している高さへ移動後に、電子部品の位置及び前記基準マークの位置を前記実装位置認識カメラで認識して、前記冶具基板に対する電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、更に、電子部品下面を冶具基板上面に接触させた後に、電子部品の位置及び前記基準マークの位置を前記実装位置認識カメラで認識して、前記冶具基板に対する電子部品の位置や角度のずれ量を測定することにより、前記課題を解決したものである。

電子部品下面を前記冶具基板上面に接触しない状態、及び、接触した状態のそれぞれで、電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、各ノズルの補正量を持たせ、搭載位置や搭載角度を、用いているノズルの該補正量に基づいて補正することができる。

又、電子部品下面を前記冶具基板上面に接触しない状態、及び、接触した状態のそれぞれで、電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、該測定結果に従って使用出来るノズルを選別することができる。

本発明によれば、まず測定時間の短縮の面では、吸着ノズルの大気圧までの真空開放、冶具基板側の部品を保持できる真空圧までの真空到達、吸着ノズルのＺ軸上昇、測定後のＺ軸下降、吸着ノズルの部品を保持できる真空圧までの真空到達、冶具基板側の大気圧までの真空開放等の各種動作時間や待ち時間が必要なくなり、測定時間が大幅に短縮される。又、ダミー部品吸着後の冶具基板側への貼り付きを考慮しなくてよいので、高速でＺ軸上昇が出来る。

次に、測定の自由度向上の面では、本発明は、冶具基板側にマークさえ印刷してあればよい。従って、従来のように、真空装置を設置し測定箇所に真空穴を設けたり、両面テープやシリコンシートにより保持させたりすることに比較して、認識カメラの移動だけで、測定場所を容易に変更することができる。又、両面テープに保持したダミー部品の取り外しが非常に困難になるという問題や、シリコンシートのような経時変化の問題や、これら両面テープやシリコンシートに付着するごみによる保持強度低下の問題もない。

続いて、受渡し時の誤差の低減による、測定精度の向上という面では、真空保持の場合に発生する吸着ノズル側から冶具基板側への真空保持の受渡し後にダミー部品の認識をするが、受渡し時のダミー部品のずれ誤差分は、受渡しがないことで認識精度が向上する。又、両面テープやシリコンシートで保持する場合は、貼り付き力が強力なため、ダミー部品のどこか一部が設置した時点でダミー部品の移動が制限され、実際の搭載精度とは誤差が生じる。実際の搭載時の部品張り付き力は両面テープやシリコンシートの張り付き力よりも弱いためダミー部品が設置しても移動が制限されない。

更には、ノズルのがたによる誤差の低減による、測定精度の向上という面では、冶具基板にダミー部品を押付ける場合は、破損防止のためにノズルインナとスライダがＺ軸方向に移動可能で、スプリングでスライダを下方向に押し出しているノズルを使用する必要があるが、押付けないのであればスライダが固定されているノズルを使用することが可能になる。当然、スライダが摺動可能なノズルは動作するために必要な遊びがあり、厳密な搭載動作時にはこれが誤差になる。しかしながら、摺動しない固定ノズルであればこの遊びから発生する誤差がなくなりその分測定精度が向上する。又、摺動ノズルを使用する場合に、固定ノズルとの搭載位置ずれ量を補正することで、摺動ノズルを使用する場合においても遊びから発生する誤差分の搭載精度が向上する。

続いて、搭載動作中の基板に対する部品のずれ量の低減による、測定精度の向上という面では、冶具基板に押し付けた状態と、冶具基板に部品が接触しない冶具基板上面と部品下面との間に隙間がある状態との差をあらかじめ測定しておくことにより、部品搭載動作中の部品のずれ量を測定することが出来、その分の搭載ずれ量の補正が出来、その分の搭載精度が向上する。

以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本実施形態でも、又特許文献１でも、電子部品搭載可能範囲全域に予め位置が測定された複数のマークが配置された冶具基板の各マーク上に部品を搭載し、予め測定されているマーク位置、カメラにて認識されるマーク位置、カメラにて認識される搭載した部品位置に従って、搭載ずれ測定を行う。具体的には、予め測定されているそのマークの位置における搭載ずれ補正値を、カメラにて認識されるマーク位置、及びカメラにて認識される搭載した部品位置の誤差量に基づいて、各ＸＹ座標における搭載ずれ補正値として求める。又、この搭載ずれ測定の測定結果から、その搭載ずれ補正値に基づいて実装プログラムを修正して電子部品を実装する。

但し、カメラによる冶具基板のマーク及び部品の認識を、特許文献１では、ヘッドに配置されたカメラにて冶具基板の上方から行っている。これに対して、本実施形態では、光学的に透明な冶具基板に、認識用のマークを施し、該マークが、冶具基板の上面（表面）及び下面（裏面）のいずれからも光学的に認識可能とし、該マーク及び部品を、冶具基板の下側に配置されたカメラにて認識するようにしている。

なお、本実施形態では、特許文献１と同様の搭載ずれ測定を、冶具基板の上方から行うこともできる。ここで、図４により、本実施形態における、特許文献１と同様の認識動作の説明と共に、本実施形態の要部構成について説明する。なお、本実施形態の電子部品実装装置も、前述の図１〜図３と同様の構成となっている。

図４は、本実施形態における冶具基板３０及び搭載ヘッド１４を含む要部構成を示す斜視図である。

搭載ヘッド１４には、吸着ノズル１２、基板認識カメラ４３、そのレンズ４２及び照明４１が下向きに配置され、吸着ノズル１２で電子部品２０が吸着される。搭載ヘッド１４の移動範囲内に、冶具基板３０、及び、上向きの部品認識カメラ５４、又、そのレンズ５２及び照明５０が配置されている。

ここで、搭載ずれ測定を行って、搭載ずれ補正値を取得するには、まず、搭載ヘッド１４に配置された基板認識カメラ４３により、冶具基板３０に配置されたマーク６０を認識し、認識結果から部品の搭載位置を計算する。又、電子部品２０を吸着ノズル１２で吸着し、部品認識カメラ５４で該電子部品２０を認識して、吸着ノズル１２に対する電子部品２０の吸着ずれ量を計算する。

更に、計算された部品の搭載位置と電子部品２０の吸着ずれ量に基づいて、電子部品２０を冶具基板３０のマーク６０上に搭載する。搭載した電子部品２０を搭載ヘッド１４に配置された基板認識カメラ４３で認識し、認識結果から電子部品２０の搭載ずれ量を計算する。上記を冶具基板３０に配置された各マーク６０上で実施し、各マーク６０における搭載ずれ補正値を計算する。

実際に部品を基板５に実装する場合は、部品を実装するための実装プログラムにおける各部品の搭載位置から、その搭載位置に最も近い位置のマークにおける搭載ずれ補正値から、搭載位置を補正する方法や、搭載位置の周囲位置における搭載ずれ補正値による直線補間法等から搭載位置を補正する方法が用いられる。

次に、図５は、本実施形態における制御を行うための構成を示すブロック図である。

本実施形態では、まず、電子部品実装装置の本体の全体的な制御を行う制御装置１００と、該制御に用いる種々の設定やデータを保存するための記憶装置１０２と備える。

又、これら制御装置１００及び記憶装置１０２に対して、部品認識カメラ５４、Ｘ軸移動機構１５及びＹ軸移動機構１６を含むＸＹロボット装置１０４、部品供給装置３、基板搬送装置１０８、本発明の搭載ずれ測定に係る実装位置認識カメラ７１、該実装位置認識カメラ７１が接続される、該搭載ずれ測定に関する諸処理を行う実装位置計算装置１２０が接続される。更に、上記のＸＹロボット装置１０４には、基板認識カメラ４３、搭載ヘッド１４に設けられる各ノズルに係る第１ノズル部１１１〜第６ノズル部１１６が備えられている。

制御装置１００は、このように該制御装置１００に接続される各部を、記憶装置１０２に保存されているプログラムにより制御する。

なお、実装位置認識カメラ７１は、実装位置計算装置１２０に接続されているが、制御装置１００に直接接続し、該制御装置１００において、搭載ずれ測定に関する諸処理を行うようにしてもよい。

次に、図６は、本実施形態において本願発明を適用した搭載ずれ測定を行う実装位置認識カメラ７１及び冶具基板３０の横断面図である。

図４では、搭載ずれ測定を基板認識カメラ４３によって行っていたが、本発明を適用した搭載ずれ測定では、レンズ７０を備えた実装位置認識カメラ７１により冶具基板３０の下側から、冶具基板３０のマーク、及び冶具基板３０に搭載した電子部品２０を認識し、搭載ずれ測定を行う。

冶具基板３０の上面（表面）には、搭載ずれ測定を行う際に、部品を搭載する目標位置を示す基準マークとなる、マーク６０が印刷されている。冶具基板３０は、透明な素材、例えばガラスなどによるものである。従って、このマーク６０は、冶具基板３０の下側（裏面）から透過して、実装位置認識カメラ７１により認識することができる。

まず、本実施形態では、図６に示すように、冶具基板３０の上面の高さを、Ｚ軸の原点（０）（Ｚ＝０ｍｍ）とする。又、この図６においては、吸着ノズル１２に吸着されている電子部品２０は、Ｚ軸下降で図中の上方から下降し、冶具基板３０の上方との隙間が０．１ｍｍの位置で該下降が停止した状態である。電子部品２０の厚みは１ｍｍである。従って、吸着ノズル１２の先端の位置は、この図では図示されるように、冶具基板３０から１．１ｍｍ上方になる。

実装位置認識カメラ７１は、Ｚ軸方向の位置、又はレンズの繰り出し量を調整して、冶具基板３０を透過して、該冶具基板３０の上面のマークに焦点を合わせておく。その際、実装位置認識カメラ７１の焦点の合うＺ軸方向の範囲（実装位置認識カメラ７１の被写界深度範囲）は、±１ｍｍとする。

この図のように、冶具基板３０の上方０．１ｍｍの高さ位置にある際の、電子部品２０の下面、又、更に電子部品２０が下降して、該電子部品２０が冶具基板３０の上面に接する高さ位置にある際の該電子部品２０の下面は、いずれも、実装位置認識カメラ７１の被写界深度の範囲内になっている。

冶具基板３０の上面の、高さのばらつきや水平度、実装位置認識カメラ７１で認識する電子部品２０の厚さのばらつき、吸着ノズル１２の先端の移動高さのばらつき等を考慮し、本実施形態では図６に示すように、ガラス冶具基板上面と部品下面の隙間を０．１ｍｍ空けるとする。図６の場合では、この高さに停止すると、吸着ノズル１２の先端の高さはＺ＝１．１ｍｍになる。

この高さでは、種々のばらつきがあっても、実装位置認識カメラ７１で認識する電子部品２０の下面と、ガラス冶具基板上面との間には、適度な隙間を確実に設けることができる。実装位置認識カメラ７１で部品を認識する場合は、被写界深度内であれば認識は出来るが、なるべく実装位置認識カメラ７１の焦点と電子部品２０下面は近い方が、認識精度は良くなる。

搭載ずれ測定の際には、まず、搭載ずれ測定の測定に用いる電子部品２０を吸着ノズル１２で吸着する。次いで、搭載ヘッド１４が備える基板認識カメラ４３により、冶具基板３０上の該当のマーク６０を認識し、認識結果から部品の搭載位置を計算する。又、部品認識カメラ５４により、電子部品２０の吸着ずれ量を求める。

そして、計算された電子部品２０の搭載位置と、電子部品２０の吸着ずれ量に基づいて、電子部品２０を冶具基板３０のマーク６０上に搭載する。搭載した電子部品２０を冶具基板の下に配置された実装位置認識カメラ７１で認識し、認識結果から電子部品２０の搭載ずれ量を計算する。

ここで、以上のような搭載ずれ測定は、冶具基板３０に配置された各マーク６０上で実施し、各マーク６０における搭載ずれ補正値を計算する。実際に部品を実装する場合は、部品を実装するための実装プログラムにおける各部品の搭載位置から、その搭載位置に最も近い位置にあるマーク６０における搭載ずれ補正値から搭載位置を補正することができる。あるいは、搭載位置における、周囲の複数のマーク６０の搭載ずれ補正値に基づいて、例えばこれら複数のマーク６０の搭載ずれ補正値の直線補間法等から搭載位置を補正するようにしてもよい。

ここで、以上のように、冶具基板３０の下方から実装位置認識カメラ７１により搭載ずれ測定を測定する場合、実際に電子部品２０を冶具基板３０上に搭載する必要がなく、搭載ずれ測定の自由度が拡大し、又タクト時間の短縮を図ることも可能となる。図６の例では、電子部品２０は冶具基板３０の上方０．１ｍｍの位置となっている。これらは、搭載ヘッド１４の基板認識カメラ４３では（図４など）、吸着中の電子部品２０を冶具基板３０上に搭載しないと認識できないのと大きな違いである。

実装位置認識カメラ７１により搭載ずれ測定を測定する場合、認識タイミングの自由度が増え、電子部品２０を冶具基板３０に搭載しなくても、電子部品２０を冶具基板に押し付けた状態や、冶具基板３０に電子部品２０が接触しない、冶具基板３０上面及び電子部品２０下面の間に隙間がある状態でも、実装位置認識カメラ７１の被写界深度範囲内に電子部品２０の下面があれば、電子部品２０を認識することが可能となる。

なお、本実施形態において、冶具基板３０や、電子部品実装装置１におけるその固定方法について具体的に限定するものではない。冶具基板３０は、ガラス製であってもよく、硬質のプラスチック製であってもよい。

冶具基板３０の固定法については、例えば、図７の第１例の冶具基板３０では、電子部品実装装置１の本体側の、上方から見て矩形窓枠状の冶具基板固定枠７４に対して、冶具基板３０を搭載し、クランプ爪７３により上方から抑え込むようにして冶具基板３０を固定している。

あるいは、図８の第２例の冶具基板３０では、電子部品実装装置１の本体側の、実装位置認識カメラ７１が取り付けられた取り付けベース部７６に一体となる、上方から見て矩形窓枠状の冶具基板固定枠７７に対して、冶具基板３０を接着し、固定している。

この第２例の冶具基板３０では、実装位置認識カメラ７１に対して冶具基板３０も一体となっており、これにより、これら実装位置認識カメラ７１及び冶具基板３０の相対位置関係は、厳密に保つことができる。従って、このような一体構成のものを、電子部品実装装置１における電子部品搭載可能範囲全域で移動させながら、該範囲全域に亘って搭載ずれ測定を行うことも可能である。

なお、図９は、本実施形態における搭載ずれ測定用のマーク６０の形状を示す冶具基板３０の下面図である。図１０は、電子部品２０の一例の形状を示す下面図である。又、図１１は、本実施形態において、図８の冶具基板３０の上面に、図９の電子部品２０を搭載乃至接近させた場合の、実装位置認識カメラ７１により撮影される画像例を示す平面図である。

図９及び図１１に図示されるように、冶具基板３０の上面には、その４隅において、ガラス冶具基板上面に●マーク（マーク６０）が、又中央においてマーク６０が印刷されている。次に、図１０及び図１１において、電子部品２０はＳＯＰ（Small Outline Package）を例としている。

このような冶具基板３０に関しては、ガラス下面にマークを印刷したガラス製のものでも良く、又、一般的にガラス製のものの方が認識のばらつきが少なく、認識精度が向上する。電子部品２０下面とガラス製の冶具基板３０上面との隙間を０．１ｍｍ空けた状態では、冶具基板３０のマーク６０と、電子部品２０の下面は、いずれも実装位置認識カメラ７１の被写界深度の範囲内にあり、図１１に示すように、いずれも鮮明に実装位置認識カメラ７１で認識される。

ここで、本実施形態において、冶具基板３０や電子部品２０の細部を具体的に限定するものではない。例えば、マーク６０の形状や、対象となる電子部品２０の形状について具体的に限定するものではない。

マーク６０の形状は、点形状、矩形形状、円形状、図９のような十字形状などであってもよい。マーク６０の形状が、図９のような十字形状であれば、点形状と比較し、ある程度の線分長さにより認識漏れがなく、又線分が細いのでＸＹ各軸方向の位置が確定し易くなる。又、マーク６０は、本実施形態では印刷して設けているが、彫刻によって設けるなど、他の形態のものであってもよい。

又、マーク６０は電子部品２０の搭載点上になくてもよい。搭載点の周囲に２つ以上のマーク６０を配置し、そのマーク６０の認識結果から電子部品２０の搭載点を計算することにより、マーク６０上に電子部品２０を搭載することに限定するものではない。

又、電子部品２０は、種々の形状のものであってもよい。又、実際の生産に用いる実際の部品であってもよいが、搭載ずれ測定専用に用意された、「ダミー部品」であってもよい。

図１２は、本実施形態において用いる摺動ノズルの伸長時の横断面図である。図１３は、同摺動ノズルの縮小時の横断面図である。

これらの図に示す摺動ノズルは、本実施形態において吸着ノズル１２として用いられるものである。摺動ノズルのノズルインナ６４は、搭載ヘッド１４において、前述のように、Ｚ軸移動機構によりＺ軸方向に昇降され、又θ軸回転機構によりノズル軸（吸着軸）を中心に回転されるノズルシャフトの下端に挿入固定される。

該ノズルインナ６４の内部において、円筒状のスライダ６１が摺動自在になっている。この摺動範囲は、ノズルインナ６４と一体のピン６２が、スライダ６１に設けられた長穴開口部６１ｂにかけられ、該長穴開口部６１ｂの上下方向の長さの範囲となる。

前述のノズルシャフトから、ノズルインナ６４、スライダ６１を経て、該スライダ６１の先端部６１ａまで中空連通構造となっており、ノズルシャフトからの真空圧により、先端部６１ａにおいて電子部品２０を吸着する構造となっている。

又、ノズルインナ６４及びスライダ６１間にはスプリング６３が設けられ、吸着の電子部品２０の介在の有無を問わず、先端部６１ａが基板５や冶具基板３０に押し付けられていないと、図１２に示すように、摺動ノズルは伸長する。あるいは、押し付けられると、図１３に示すように、その押圧力に応じて摺動ノズルは縮小する。又、このような伸縮により、摺動ノズルでは、基板５や冶具基板３０に押し付けたときの応力が抑制され、電子部品２０、摺動ノズル、又ノズルシャフトの損傷その他を防ぐことができる。

なお、このような伸縮構造を備えた摺動ノズルに対して、通常のものを固定ノズルと呼ぶものとする。

ここで、スライダ６１及びノズルインナ６４、又、スライダ６１の長穴開口部６１ｂ、及びノズルインナ６４と一体のピン６２が、いずれも滑らかに摺動するためには、部品間に隙間が設けられる。しかしながら、このような隙間が、部品の搭載ずれに影響を与える。部品認識カメラ５４で電子部品２０を認識した後、電子部品２０を基板５に搭載する際に、隙間分スライダが移動することにより電子部品２０の搭載位置がずれるためである。又、部品の搭載精度の向上により、このような隙間分の搭載ずれは無視出来なくなってきている。

従って、搭載に高精度が求められる部品の搭載時には、このような隙間を無くすために、スライダ６１及びノズルインナ６４が一体となり固定されている固定ノズルを使用する。又、固定ノズルを使用するためには、吸着時と搭載時等に過大な荷重を吸着ノズル１２が与えて電子部品２０が破損しないように、吸着ノズル１２が電子部品２０に与えている荷重を検出し、該荷重を制御することが出来る荷重制御ヘッドを使用しなければならない。

ここで、図１４は、本実施形態において搭載ヘッド１４の荷重制御部６６を中心とする横断面図である。

本実施形態において、固定ノズルを用いる場合にも、図１３に示すように、搭載ヘッド１４において荷重制御部６６を備えることで、吸着ノズル１２、あるいは吸着ノズル１２に吸着の電子部品２０を、基板５や冶具基板３０に押し付けたときの応力が抑制され、電子部品２０、摺動ノズル、又ノズルシャフトの損傷その他を防ぐことができる。

図１４において、上下スライド部６８は、吸着ノズル１２をＺ軸方向に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構であり、搭載ヘッド１４本体側に取り付けられる。θ軸回転機構の回転モータ６５により、吸着ノズル１２先端が、ノズル軸を中心に回転させられる。

そして、荷重制御部６６は、ロードセル等の測定器が配置され、吸着の電子部品２０の介在の有無を問わず、吸着ノズル１２先端や、その吸着中の電子部品２０が基板５や冶具基板３０に押し付けられる際の、その押圧力をロードセル等によって検出してこれに応じて、吸着時や搭載時に吸着ノズル１２の高さや下降速度を制御するようになっている。該制御により、押し付けたときの応力が抑制され、電子部品２０、摺動ノズル、又ノズルシャフトの損傷その他を防ぐことができる。

しかしながら、このような荷重制御を行うようにした搭載ヘッド１４は、荷重測定機構や荷重制御機能を持つため、構造が複雑になり、高価になり重量が重くなるという欠点がある。

ここで、実装位置認識カメラ７１を用いた搭載ずれ測定を行うことで、摺動ノズルでも、以下に説明するように、固定ノズルと同様の搭載精度を得ることができる。

実装位置認識カメラ７１を用いる場合、実装位置認識カメラ７１の被写界深度範囲内であれば、電子部品２０が冶具基板３０に接触せずに、電子部品２０を認識し、搭載ずれ測定することができる。

この場合、吸着時に電子部品２０下側に、クッション材等を配置する必要はなくなり、搭載ずれ測定の際には、電子部品２０が冶具基板３０に接触せずに、つまり摺動ノズルが伸長した状態で、搭載ずれ測定することができ、摺動ノズルの摺動のための隙間分の誤差がない正確な搭載ずれ補正値が取得できる。更に、電子部品２０を冶具基板に押し付けた状態で、搭載ずれ測定を行い、搭載ずれ補正値を取得することができる。

このように、摺動ノズルを使用する場合も、冶具基板に押し付けた状態と冶具基板に電子部品２０が接触しない冶具基板上面と部品下面との間に隙間がある状態との差を、予め測定しておくことにより、隙間分の誤差を抑制し摺動ノズルを使用することが出来る。

又、摺動ノズルで吸着の電子部品２０を冶具基板３０に押し付けた状態と、冶具基板３０及び電子部品２０が接触しない隙間がある状態との差のばらつきが安定していない場合や、差が大きすぎる場合は、その摺動ノズルの使用を差し控えるように判断することが出来る。

又、摺動ノズルで吸着の電子部品２０を冶具基板３０に押し付けた状態と、冶具基板３０及び電子部品２０が接触しない隙間がある状態との差をあらかじめ測定しておくことにより、部品搭載動作中の部品のずれ量を測定することが出来、その分の搭載ずれ量の補正が出来る。

図１５は、本実施形態における搭載ずれ測定処理を示すフローチャートである。

この図に示される搭載ずれ測定処理は、前述の制御装置１００を中心として行われる。

この図において、まず、ステップＳ１２２では、搭載ずれ測定の測定に用いる電子部品２０を吸着ノズル１２で吸着する。次いでステップＳ１２４では、搭載ヘッド１４が備える基板認識カメラ４３により、冶具基板３０上の該当のマーク６０を認識し、認識結果から部品の搭載位置を計算する。又、次のステップＳ１２６では、部品認識カメラ５４により、電子部品２０の吸着ずれ量を求める。

そして、計算された電子部品２０の搭載位置と、電子部品２０の吸着ずれ量に基づいて、ステップＳ１２８以降において、電子部品２０を冶具基板３０のマーク６０上に搭載する。

まずステップＳ１２８では、搭載した電子部品２０を前述の図６に示した高さ位置まで下降させ、冶具基板の下に配置された実装位置認識カメラ７１で認識し、認識結果から電子部品２０の搭載ずれ量を計算する（第１回目の搭載ずれ測定）。次に、ステップＳ１３０では、電子部品２０を更に下降させ、電子部品２０を冶具基板３０の上面に接触させ、この状態において、冶具基板の下に配置された実装位置認識カメラ７１で認識し、認識結果から電子部品２０の搭載ずれ量を計算する（第２回目の搭載ずれ測定）。

ステップＳ１３２では、ステップＳ１２８の第１回目の搭載ずれ測定の測定結果、及びステップＳ１３０の第２回目の搭載ずれ測定の測定結果に基づいて、今回対象としたマーク６０のＸＹ軸位置における搭載ずれ補正値を求める。又、求められた該搭載ずれ補正値を、そのマーク６０のＸＹ軸位置と共に保存しておく。

なお、このような搭載ずれ補正値は、基板５に対して電子部品２０を搭載可能な、電子部品実装装置１における電子部品搭載可能範囲全域に亘るように、求めておくことが好ましい。例えば、このような電子部品搭載可能範囲全域に散在する複数点それぞれにおいて、図１５に示す搭載ずれ測定処理を行って搭載ずれ補正値を求め、保存しておくようにしてもよい。

又、図１５のフローチャートでは、ステップＳ１２８の第１回目の搭載ずれ測定の測定結果、及びステップＳ１３０の第２回目の搭載ずれ測定の測定結果に基づいて、今回対象としたマーク６０のＸＹ軸位置における搭載ずれ補正値を求めているが、例えば、ステップＳ１３０の第２回目の搭載ずれ測定を省き、ステップＳ１２８の第１回目の搭載ずれ測定の測定結果のみに基づいて、搭載ずれ補正値を求めるようにしてもよい。あるいは、ステップＳ１３０の第２回目の搭載ずれ測定の際には、電子部品２０の吸着を保持しておき、この後に電子部品２０の吸着を解除して、第３回目の搭載ずれ測定を行って、第１回〜第３回の搭載ずれ測定の測定結果に基づいて、搭載ずれ補正値を求めるようにしてもよい。

更に、このような搭載ずれ補正値は、用いる吸着ノズル１２や、吸着する電子部品２０や電子部品２０の種類などによって異なる場合がある。従って、例えば、このような搭載ずれ補正値を、用いる吸着ノズル１２毎に求めて保存しておくようにしたり、電子部品２０の種類や大きさ毎に求めて保存しておくようにしたりしてもよい。

ここで、以上のような搭載ずれ測定は、冶具基板３０に配置された各マーク６０上で実施し、各マーク６０における搭載ずれ補正値を計算する。実際に部品を実装する場合は、部品を実装するための実装プログラムにおける各部品の搭載位置から、その搭載位置に最も近い位置にあるマーク６０における搭載ずれ補正値から、搭載位置を補正することができる。あるいは、搭載位置における、周囲の複数のマーク６０の搭載ずれ補正値に基づいて、例えばこれら複数のマーク６０の搭載ずれ補正値の直線補間法等から搭載位置を補正するようにしてもよい。

なお、本実施形態において、図５では搭載位置認識カメラ７１は搭載位置計算装置１２０と接続されているが、直接表面実装装置の制御装置１００や記憶装置１０２に接続し、これらによって実装位置認識カメラ７１を制御しても良い。

冶具基板３０は、基板搬送装置に配置しても良い。

又、冶具基板３０は、実装位置認識カメラ７１と一体で構成しても良い。実装位置認識カメラ７１と一体で構成することにより、吸着ノズル１２に吸着した電子部品２０を搭載する対象位範囲（部品搭載位置全体）をカバーする大きな冶具基板３０が必要なくなり、又、１箇所の搭載位置を示すマークのみで十分になる。即ち、部品搭載位置全体をカバーするためには、このような冶具基板３０及び実装位置認識カメラ７１が一体構造のものを、部品搭載位置全体に移動することで、部品搭載位置全体のどの位置においても、搭載ずれ測定を行うことが出来る。

又、部品認識カメラ５４上に搭載位置を示すマーク６０を配置することにより、実装位置認識カメラ７１は該部品認識カメラ５４で代用することも出来る。但し、実装位置認識カメラ７１は、基板認識カメラ４３や部品認識カメラ５４とは異なるものを用意したほうが、認識精度、コスト等の面から有利になる。

従来例、又本発明が適用された実施形態の電子部品実装装置を斜め上方より見た斜視図 上記電子部品実装装置のＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構を示す平面図 前記電子部品実装装置における多ノズル化された搭載ヘッドを示す平面図 前記実施形態における冶具基板及び搭載ヘッドを含む要部構成を示す斜視図 前記実施形態における制御を行うための構成を示すブロック図 前記実施形態において本願発明を適用した搭載ずれ測定を行う実装位置認識カメラ及び冶具基板の横断面図 前記実施形態に用いる第１例の冶具基板を示す横断面図 前記実施形態に用いる第２例の冶具基板を示す横断面図 前記実施形態における搭載ずれ測定用のマークの形状を示す冶具基板３０の下面図 前記実施形態における電子部品の一例の形状を示す下面図 前記実施形態において実装位置認識カメラにより撮影される搭載ずれ測定用のマーク及び電子部品を示す下面図 前記実施形態において用いる摺動ノズルの伸長時の横断面図 同摺動ノズルの縮小時の横断面図 前記実施形態において搭載ヘッドの荷重制御部を中心とする横断面図 前記実施形態における搭載ずれ測定処理を示すフローチャート

符号の説明

５…基板
１２…吸着ノズル
１４…搭載ヘッド
１５…Ｘ軸移動機構
１６…Ｙ軸移動機構
２０…電子部品
３０…冶具基板
４３…基板認識カメラ
５４…部品認識カメラ
６０…マーク
７０…レンズ
７１…実装位置認識カメラ

Claims (3)

1. 部品供給装置から吸着した電子部品を認識装置や基板へ移動可能な搭載ヘッドが、ＸＹ軸上に配置され、吸着した電子部品を基板に搭載する際の搭載ずれ測定を行う電子部品実装装置の制御方法において、
   搭載ずれ測定を行う際に電子部品を搭載する目標位置を示す基準マークのついた透明の冶具基板を、搭載ヘッドのＸＹ軸の移動可能な範囲に設置し、
   電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、搭載ずれ測定を行う際に、該冶具基板に搭載された電子部品と前記基準マークを、前記冶具基板の下方から認識する実装位置認識カメラを、前記冶具基板の下側に配置し、
   搭載ずれ測定を行う際に、電子部品下面を前記冶具基板上面に接触しない隙間がある高さで、且つ、その高さが上記実装位置認識カメラの被写界深度内に位置している高さへ移動後に、電子部品の位置及び前記基準マークの位置を前記実装位置認識カメラで認識して、前記冶具基板に対する電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、
   更に、電子部品下面を冶具基板上面に接触させた後に、電子部品の位置及び前記基準マークの位置を前記実装位置認識カメラで認識して、前記冶具基板に対する電子部品の位置や角度のずれ量を測定することを特徴とする電子部品実装装置の制御方法。
2. 請求項１において、電子部品下面を前記冶具基板上面に接触しない状態、及び、接触した状態のそれぞれで、電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、各ノズルの補正量を持たせ、搭載位置や搭載角度を、用いているノズルの該補正量に基づいて補正することを特徴とする電子部品実装装置の制御方法。
3. 請求項１において、電子部品下面を前記冶具基板上面に接触しない状態、及び、接触した状態のそれぞれで、電子部品の位置や角度のずれ量を測定し、該測定結果に従って使用出来るノズルを選別することを特徴とする電子部品実装装置の制御方法。

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