JP2013080746A - 電子部品装着装置の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品装着装置にて実装された電子部品の位置を正確に測定できるようにすること。
【解決手段】検査用基板ＰＰに設けられ、複数の認識マーク３４から構成されるキャリブレーションマーク３３を基板認識カメラ１９で撮像して認識処理し、検査用基板ＰＰの倍率及び傾きのパラメータを求め、更に、検査用基板ＰＰに装着された電子部品を基板認識カメラ１９で撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて電子部品が装着されている位置を補正する。
【選択図】図４

Description

本発明は、検査用の基板上に装着された電子部品を認識して電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法に関する。

電子部品装着装置にて検査専用治具基板に電子部品を実装し、実装された電子部品を認識して装着位置を測定する検査装置は、例えば特許文献１などに開示されている。このように実装済みの検査専用冶具基板を検査装置にセットし、電子部品の位置を検査装置で測定して、基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、例えば、測定結果を装着ヘッドに対する吸着ノズルの取り付け位置についてのオフセットデータとして活用して、電子部品装着装置における電子部品の実装精度を高めている。

特開２００７−１０３６６０号公報

しかしながら、検査装置を使用して検査専用冶具基板を測定した電子部品の装着位置をからオフセットデータを得るために、電子部品装着装置で実装した検査専用冶具基板を検査装置にセットする手間が発生し、作業が煩わしくなる。このような問題から電子部品装着装置で基板認識カメラを用いて検査専用冶具基板を撮像して電子部品の位置を認識し、測定した結果からオフセットデータを算出して用いることが考えられる。しかしながら、このように電子部品装着装置で検査専用冶具基板を撮像し、電子部品の位置を認識するときに、基板に僅かな回転或いは上下方向の傾き等が発生していても電子部品の位置を正確に認識することが難しく、この結果、オフセットデータを正確に求めて実装精度を向上することができない虞があった。

そこで、電子部品装着装置にて実装された電子部品の位置を正確に測定することができ、また、極力正確なオフセットデータを得て実装精度を向上することを目的とする。

このため第１の発明は、装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正する
ことを特徴とする。

また、第２の発明は、装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
冶具基板にされた電子部品の周辺に配置された基準マークをカメラで撮像して認識し、前記パラメータに基づいて前記基準マークの位置を補正し、補正された位置に基づいて前記電子部品のリファレンス位置を求め、
冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正し、
前記リファレンス位置に対する前記電子部品が実装されている位置及び角度のずれを求める
ことを特徴とする。

本発明は、電子部品装着装置にて実装された電子部品の位置を正確に測定することができ、また、極力正確なオフセットデータを得ることができる。

電子部品装着装置の平面図である。 電子部品装着装置の制御ブロック図である。 照明灯を点灯させて傾斜光を検査用基板上に装着された電子部品に照射した状態の簡略説明図である。 電子部品装着装置での実装精度（或いはオフセット）を求めるフローチャートを示す図である。 電子部品が装着される前及び後の検査用基板の平面図である。 基板での基板位置決めマークの配置を説明するための基板の平面図である。 基板でのキャリブレーションマークの配置を説明する図である。 検査用基板を基板認識カメラにより撮像したときの簡略説明図及び撮像したときのキャリブレーションマークの画像の図である。 対角線上の２つのマークを撮像し、リファレンス位置を求めるときの説明の図である。 実装部品を認識処理し、その位置及び角度を求めるときの説明の図である。 撮像した画像の座標系での電子部品の座標が補正後の座標に変化することを示した説明の図である。 電子部品の実装位置及び角度のずれを求めるときの説明の図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１は電子部品装着装置１の平面図であり、電子部品装着装置１の装置本体２上の前部及び後部には部品供給装置３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが４つのブロックに分かれて複数並設されている。

前記各部品供給装置３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、取付用台車であるカートに設けられたフィーダベース上に部品供給ユニット５を多数並設したものであり、部品供給側の先端部が基板としてのプリント基板Ｐの搬送路に臨むように装置本体２に連結具（図示せず）を介して着脱可能に配設され、この連結具を解除して把手を引くと下面に設けられたキャスタにより移動できる構成である。

そして、各部品供給装置３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、部品供給側の先端部が装着ヘッド６のピックアップ領域（部品の取出し領域）に臨むように配設されており、各部品供給ユニット５は前記カート台に回転自在に載置した供給リールに巻回した状態で順次繰り出された収納テープに所定間隔で開設した送り孔にその歯が嵌合した送りスプロケットを所定角度回転させて収納テープを電子部品の部品吸着取出位置まで送りモータにより間欠送りするテープ送り機構と、剥離モータの駆動により吸着取出位置の手前でキャリアテープからカバーテープを引き剥がすためのカバーテープ剥離機構とを備え、カバーテープ剥離機構によりカバーテープを剥離してキャリアテープの収納部に装填された電子部品を順次部品吸着取出位置へ供給して先端部から後述する保持具としての吸着ノズルにより取出し可能である。

そして、手前側の部品供給装置３Ｂ、３Ｄと奥側の部品供給装置３Ａ、３Ｃとの間には、基板搬送機構を構成する２つの供給コンベア、位置決め部８、８（コンベアを有する）及び排出コンベアが設けられている。前記各供給コンベアは上流より受けた各プリント基板Ｐを前記各位置決め部８に搬送し、この各位置決め部８で位置決め機構（図示せず）により位置決めされた各基板Ｐ上に電子部品が装着した後、各排出コンベアに搬送し、その後下流側装置に搬送する。なお、前記位置決め機構により、プリント基板Ｐは前後左右方向（平面方向）、上下方向（垂直方向）の位置決めがされる。

Ｙ方向にＹ軸駆動モータによりガイドレール９に沿って移動する各ビーム１０にはその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸駆動モータにより移動する装着ヘッド６が設けられ、この装着ヘッド６には複数本の吸着ノズルが設けられる。そして、前記装着ヘッド６には前記吸着ノズルを上下動させるための上下軸駆動モータが搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸駆動モータが搭載されている。従って、装着ヘッド６の吸着ノズルはＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、鉛直軸回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

１２は部品認識カメラで、各種電子部品が吸着ノズルに対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識するために前記吸着ノズルに吸着保持された電子部品を撮像する。１９は前記装着ヘッド６に設けられた基板認識カメラで、プリント基板Ｐに付された位置決めマークを撮像する。そして、各前記カメラ１２、１９により撮像された画像は、認識処理装置により認識処理される。

次に、図２の制御ブロック図について説明すると、前記電子部品装着装置１には、この電子部品装着装置１を統括制御する制御装置としてのＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）２０と、このＣＰＵ２０にバスラインを介して接続されるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２１及びＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）２２が備えられている。そして、ＣＰＵ２０は前記ＲＡＭ２１に記憶されたデータに基づいて、前記ＲＯＭ２２に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置１の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、ＣＰＵ２０は、インターフェース２４及び駆動回路２７を介して前記Ｙ軸駆動モータ１１、Ｘ軸駆動モータ１３、上下軸駆動モータ１４及び前記θ軸駆動モータ１５等の駆動を制御する。

前記ＲＡＭ２１にはプリント基板Ｐの種類毎に部品装着に係る部品装着データが格納されており、後に書き込まれるスキップ情報を除き、その装着順序毎に、プリント基板Ｐ内における分割された複数の装着領域のうちのどの装着領域に係るかの情報（「Ｕ」で表す。）や、繰り返しパターンで電子部品が装着される複数の割り基板部におけるどの割り基板部に係るかの情報（「Ｏ」で表す。）、前記装着領域内又は割り基板部内における装着順情報（「Ｐ」で表す。）、プリント基板Ｐ内での各電子部品の装着座標のＸ方向（「Ｘ」で表す。）、Ｙ方向（「Ｙ」で表す。）及び角度情報（「Ｚ」で表す。）や、各部品供給ユニット５の配置番号情報（「Ｆｄｒ」で表す。）などが格納されている。

また、前記ＲＡＭ２１には電子部品のサイズ等の特徴を表す部品ライブラリデータや、部品供給ユニット５の配置番号毎に部品ＩＤが格納されている部品配置データ等が格納されている。

２３はインターフェース２４を介して前記ＣＰＵ２０に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ１２や基板認識カメラ１９により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置２３にて行われ、ＣＰＵ２０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ２０は、部品認識カメラ１２及び基板認識カメラ１９に撮像された画像を認識処理するように指示を認識処理装置２３に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置２３から受取るものである。

２５は部品画像や各種データ設定のための画面などを表示するモニタで、このモニタ２５には入力手段としての種々のタッチパネルスイッチ２６が設けられ、作業者がタッチパネルスイッチ２６を操作することにより、種々の設定を行うことができる。

また、前述した電子部品装着装置１は、プリント基板Ｐ上に装着された電子部品の実装精度を検査する検査装置としても機能するものであり、以下その構成について説明する。

図３において、前記検査のための仕様する冶具基板である検査用基板ＰＰは乳白色のガラス基板やセラミック基板であって、この検査用基板ＰＰに基板認識カメラ１９の後述の光源である照明灯３０からの光が斜めから照射された場合に、この検査用基板ＰＰ内部で乱反射する材質で作製されている。

また、この検査用基板ＰＰ上には、この検査用基板ＰＰ上に装着された電子部品３１の位置を認識するために、この装着された電子部品３１の周辺位置に基板位置決めマークＭが蒸着により付されている（図３参照）。具体的には、図３に示すように、位置決めマークＭは装着後の電子部品３１を跨ぐように且つこの電子部品と所定間隔を存して、検査用基板ＰＰ上に付されている。

３０は前記検査用基板ＰＰ上に装着された電子部品３１及び前記位置決めマークに斜め上方から光（傾斜光）を照射する複数個の照明灯で、前記電子部品３１を平面視した場合における最長部の長さより長い間隔を置いて配設される。この複数個の照明灯３０は、所定間隔を存して一列に複数個配設した照明灯３０群を対向するように、前記間隔を置いて前記装着ヘッド６に二列配設するようにしてもよいし、前記間隔を直径とする円周上に環状に所定間隔を存して複数個配設するようにしてもよい。３２は前記基板認識カメラ１９の下面に取り付けられる鏡筒で、内部に反射像を結像するためのレンズ３３が配設されている。

次に、装着済みの電子部品３１の実装位置の検査をするとき、即ち、実装精度を求めるとき或いは実装位置のオフセットを求めるときの動作について、図４に示したフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップ１の電子部品３１の装着動作（ステップＳ１）について簡単に説明する。初めに、検査専用治具基板である検査用基板ＰＰが上流装置より供給コンベアを介して位置決め部８に搬送されて位置決め固定され、検査対象の電子部品３１の装着座標データに従い、装着ヘッド６が移動して、検査対象の電子部品３１の部品種に対応した吸着ノズルが装着すべき電子部品３１を所定の部品供給ユニット５から吸着して取出す。

詳述すると、この場合、対象電子部品３１を収納する部品供給ユニット５上方に位置するよう移動するが、Ｙ方向はＹ軸駆動モータ１１が駆動してビーム１０が移動し、Ｙ方向と直交する方向でありビーム１０に沿った方向であるＸ方向にＸ軸駆動モータ１３が駆動して装着ヘッド６が移動し、既に所定の部品供給ユニット５は送りモータ及び剥離モータが駆動されて部品吸着取出位置にて前記電子部品３１が取出し可能状態にあるため、上下軸駆動モータ１４が所定の前記吸着ノズルを下降させて前記電子部品３１を吸着して取出し、次に装着ヘッド６は上昇する。

そして、前記吸着ノズルは位置決め部８にて位置決めされたプリント基板Ｐ上の所定位置に前記電子部品３１を装着するように移動するが、この装着ヘッド６の移動途中において、装着ヘッド６が移動しながら部品認識カメラ１２の上方位置を通過する際に吸着ノズルに吸着保持された前記電子部品３１が部品認識カメラ１２により撮像される（フライ認識）。

そして、この撮像結果に基づいて前記電子部品３１が当該吸着ノズルに対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき認識処理装置により認識処理されるが、Ｙ軸駆動モータ及びＸ軸駆動モータを駆動させて前記電子部品３１を保持した吸着ノズルは検査専用の治具基板である検査用基板ＰＰまで移動する。 従って、装着データの装着座標に前記電子部品３１の位置認識処理結果を加味して、制御装置によりＹ軸駆動モータ、Ｘ軸駆動モータ及びθ軸駆動モータが補正制御され、各装着ヘッド６の吸着ノズルが位置ずれを補正しつつ、それぞれ前記電子部品３１が検査用基板ＰＰ上の各位置決めマークＭの間の所定位置に装着される。同様に、複数の電子部品３１が検査用基板ＰＰ上の所定位置にマトリクス状に装着される（図５参照）。

以上のように、検査用基板ＰＰ上に検査対象の複数の電子部品３１が装着された後、基板認識カメラ１９が実装済みの検査用基板ＰＰの３つのコーナーに付された基板位置決めマーク３２を撮像し（図６参照）、認識処理装置２３により認識処理されて検査用基板ＰＰの位置（検査用基板のＸ方向及びＹ方向のずれ）及び角度（検査用基板の傾きである角度ずれ）が把握される（ステップＳ２）。なお、図６及び後述する図７においては、図示した検査用基板ＰＰでの基板位置決めマーク３２及びキャリブレーションマーク３３の位置を明確に図示するために電子部品３１等の記載は省略している。

次に、基板認識カメラ１９は実装済みの検査用基板ＰＰの１つの辺の中央に付されたキャリブレーションマーク３３の上方へ移動し、キャリブレーションマーク３３を撮像する。キャリブレーションマーク３３は図７の右の部分に拡大して記載したように、複数の認識マーク３４がマトリックス状にＸＹ方向に配置されたもので、基板認識カメラ１９によりその全体が一度で撮像可能なように、視野３５に収まるサイズである。図８の（ａ）及び（ｂ）は、基板の一方の側が上方へ傾いている状態の検査用基板ＰＰを基板認識カメラ１９により撮像したときの簡略説明図及び撮像したときのキャリブレーションマーク３３の画像の例であり、キャリブレーションマーク３３の各認識マーク３４の間隔が異なっている。なお、図８の（ｂ）では、各認識マーク３４がマトリックス状に配置され、その間隔が異なることが容易に分かるように実際には撮像されない碁盤目状のラインを記載している。

そして、撮像されたキャリブレーションマーク３３は認識処理装置２３により認識処理され、認識されたそれぞれの認識マーク３４の位置（間隔及び分布）と予め記憶装置２７に格納されているキャリブレーションマーク３３の各マークの位置（等間隔）、即ち、それぞれのマークの位置とのずれ等に基づいてキャリブレーションマーク３３の回転角度、倍率等が求められ、その結果から検査用基板ＰＰのキャリブレーションパラメータ（以下、パラメータという。）が把握される（ステップＳ３）。なお、図８の（ａ）に示したように検査用基板ＰＰは傾いているため、認識処理された各認識マーク３４の間隔は異なり、基板認識カメラ１９から近い位置の右側が広くなっており、例えば、この間隔を他の位置と比較すること等によりキャリブレーションマーク３３の鉛直線周りの回転角度、倍率が求められる。このキャリブレーションマーク３３の位置は例えば各認識マーク３４の集まりの中心位置（重心位置）として求められる。この求められたキャリブレーションマーク３３の位置と各マークＭとの位置関係は予め分かっているので、各マークＭの位置がキャリブレーションマーク３３の位置から求められる。前記キャリブレーションマークの回転角度は、例えば各認識マークの並んでいる方向より求められる。

このパラメータは、検査用基板ＰＰの回転及び倍率成分のパラメータＡ、Ｂ、Ｅ及びＦ、検査用基板ＰＰに設けられたキャリブレーションマーク３３及び各マークＭのＸＹ方向のオフセット量Ｘ、Ｙ及び検査用基板ＰＰの面の傾き成分のパラメータＣ、Ｄから構成され、求められた各パラメータは記憶装置２７に格納される。

次に、基板認識カメラ１９は実装部品の周辺のマークＭの上方へ移動し、実装部品を挟む対角線上の２つのマークＭを撮像して認識処理し、実装部品が実装されるべき位置（リファレンス位置）３７（図９を参照）を求める（ステップＳ４）。

ここで、各マークＭを認識して得た位置は、ステップＳ３で求められて記憶装置２７に格納されている各パラメータを使用して補正される。例えば、以下に示した式１及び式２に基づいて各パラメータを使用して各マークＭの位置、即ち、座標（Ｐｘ， Ｐｙ）は補正され、補正された各マークＭ位置である座標（Ｑｘ, Ｑｙ）からリファレンス位置３７が求められる。また、補正後のマークＭの座標（Ｑｘ, Ｑｙ）を返還式によって補正前（Ｐｘ， Ｐｙ）の座標に戻すことも可能である。
Ｑｘ＝（Ａ×Ｐｘ＋Ｂ×Ｐｙ＋Ｘ）／（１＋Ｃ×Ｐｘ＋Ｄ×Ｐｙ）・・・式１
Ｑｙ＝（Ｅ×Ｐｘ＋Ｆ×Ｐｙ＋Ｙ）／（１＋Ｃ×Ｐｘ＋Ｄ×Ｐｙ）・・・式２
なお、マークＭを撮像するときに、照明灯３０を点灯させると、検査用基板ＰＰに対して斜めに光（傾斜光）が照射される。すると、図３に示すように、検査用基板ＰＰは乳白色のガラス基板やセラミック基板であって、この検査用基板ＰＰに照明灯３０からの光が斜めから照射されると、電子部品３１や位置決めマークＭに照射した光は反射されてレンズ３３により結像されないが、検査用基板ＰＰ内部に入射して乱反射した光はレンズ３３により結像されて、基板認識カメラ１９は電子部品３１及び位置決めマークＭの透過像を撮像することとなる。

また、２つのマークＭを認識して得たリファレンス位置３７はステップＳ２で求められた基板位置に基づいて補正される。

次に、基板認識カメラ１９は実装部品３１の上方へ移動し、実装部品３１を撮像して認識し、実装部品３１の位置及び角度（図１０を参照）を求める（ステップＳ５）。

ここで、実装部品３１を認識して得た位置は、上述したリファレンス位置を求めるときと同様に、ステップＳ３で求められて記憶装置２７に格納されている各パラメータを使用して補正される。例えば、上述した式１及び式２に基づいて各パラメータを使用して実装部品３１の位置、即ち、座標（Ｐｘ， Ｐｙ）は補正され、実装部品３１の位置である座標（Ｑｘ, Ｑｙ）が求められる。

図１１は、撮像した画像の座標系での電子部品の座標４１（Ｐｘ， Ｐｙ）がキャリブレーションのパラメータを使用して補正することにより補正後の座標４２（Ｑｘ, Ｑｙ）に変化することを示した説明図である。

上述したように、実装部品３１を認識して得た位置は、ステップＳ３で求められて記憶装置２７に格納されているキャリブレーションの各パラメータを使用して補正されるので、電子部品装着装置において検査用基板ＰＰを用いて実装部品の位置を認識するとき、一層確実に位置を求めることができる。

次に、ステップＳ４で求められた実装部品が実装されるべき位置（リファレンス位置）３７に対するステップ５にて求めた補正後の電子部品の位置３８（部品認識結果の座標）から電子部品３１の実装位置及び角度のずれ３９（図１２を参照）を求める（ステップＳ６）。

また、実装部品３１を認識して得た角度はステップＳ２で求められた基板の角度に基づいて補正される。

そして、求められた電子部品３１の実装位置及び角度のずれは、記憶装置２７に格納される。

以後、その他の実装部品３１毎に上述したステップ４からステップ６までの電子部品３１の実装位置及び角度のずれを求める工程が繰り返され、全ての電子部品３１について求められた電子部品３１の実装位置及び角度のずれは、記憶装置２７に格納される。

そして、格納された電子部品３１の実装位置及び角度のずれの使用目的、即ち、上述した測定の目的が判定される（ステップＳ８）。測定目的が電子部品装着装置のオフセットデータの算出、教示の場合には、格納された電子部品３１の実装位置及び角度のずれを使用することにより、オフセットデータを極力正確に算出して教示することができ、算出されたオフセットデータを装着ヘッド６に対する吸着ノズルの取り付け位置についてのＸ方向、Ｙ方向及θ（回転）のオフセットデータとして活用して、電子部品装着装置１における電子部品の実装精度を高めることができる。

また、測定目的が電子部品装着装置１の装着精度の測定の場合には、記憶装置２７に格納された電子部品３１の実装位置及び角度のずれを用いることにより、一層正確に電子部品の装着精度を算出することができる。

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。

１ 電子部品装着装置
６ 装着ヘッド
１９ 基板認識カメラ
３１ 電子部品
３３ キャリブレーションマーク
３４ 認識マーク
Ｍ マーク
ＰＰ 検査用基板

Claims (2)

1. 装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
   複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
   前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
   冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正することを特徴とする電子部品装着装置の測定方法。
2. 装着ヘッドにより保持され基板に装着された電子部品の位置を測定する電子部品装着装置の測定方法において、
   複数のマークがマトリックス状に配置されたキャリブレーションマークが付された冶具基板に電子部品を装着し、
   前記キャリブレーションマークをカメラで撮像して認識し、前記冶具基板の倍率及び傾きのパラメータを求め、
   冶具基板にされた電子部品の周辺に配置された基準マークをカメラで撮像して認識し、前記パラメータに基づいて前記基準マークの位置を補正し、補正された位置に基づいて前記電子部品のリファレンス位置を求め、
   冶具基板に装着された電子部品をカメラで撮像して装着位置を認識し、前記パラメータに基づいて前記電子部品が装着されている位置を補正し、
   前記リファレンス位置に対する前記電子部品が実装されている位置及び角度のずれを求めることを特徴とする電子部品装着装置の測定方法。

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