JP2014123637A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特許文献１では、２台のカメラが必要であり、また、カメラ視野が斜め方向からであるため、正確な実装誤差を計測するためには実装前に画像処理を行うことが必要となる。本発明への画像処理の適用を排除する訳ではないが、高速部品実装のためには部品実装は短時間の間に行われることが望ましく、画像処理の時間はより短い方が望ましい。
【解決手段】
本発明は、基板が搭載されるべき面の法線に対して実質的に平行な光軸を有するカメラと、カメラの光軸に対して傾斜した軌跡を描くノズルを有し、カメラの光軸とノズルの軌跡は基板上で交差することを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、基板に処理を施す処理ヘッド、それを用いた処理装置に関する。本発明は、例えば、電子部品を吸着し、基板に電子部品を搭載する部品実装装置に関する。

現在、様々な電気製品の基板に電子部品を実装する作業は自動化されており、その際に使用されるのが部品実装装置である。基板に装着する電子部品は年々微小化が進んでいる。電子部品の微小化は今後も進むことが予想され、部品実装装置にはさらなる高速高精度実装が要求されている。高速高精度実装を実現するためには、部品を保持するノズルの動作軸には高速動作が要求される。
先行技術としては特許文献１乃至６が挙げられる。

特開２００７−７２０４６号公報 特開平０５−２５１８９７号公報 特開２００５−２１７００９号公報 特表２００５−５３７６３０号公報 特開平０６−２１６５８７号公報 特開２００３−００８２９５号公報

特許文献１では、２台のカメラが必要であり、また、カメラ視野が斜め方向からであるため、正確な実装誤差を計測するためには実装前に画像処理を行うことが必要となる。本発明への画像処理の適用を排除する訳ではないが、高速部品実装のためには部品実装は短時間の間に行われることが望ましく、画像処理の時間はより短い方が望ましい。

本発明は、基板が搭載されるべき面の法線に対して実質的に平行な光軸を有するカメラと、カメラの光軸に対して傾斜した軌跡を描くノズルを有し、ノズルの軌跡が基板上でカメラの光軸に到達することを特徴とする。

本発明によれば実装精度、及び実装速度の少なくとも１つを向上させることが可能となる。

実施例１に係る部品搭載装置全体の上面図。 図１の部品搭載装置を図１の矢印１３０から観察した場合の矢視図。 ヘッドアクチュエータ１１３の第１の構成を説明する図。 ノズルシャフト３１１の上下動作を説明する図。 ノズルシャフト３１１の回転動作を説明する図。 ノズル回転モータ３１６を下面からみた説明図。 ヘッドアクチュエータ１１３の第２の構成を説明する図。 第１の構成のノズル３１７、及び第２の構成のノズル３１７周辺の詳細を説明する図。 第２の構成での部品実装を説明するフローチャート。 第２の構成のヘッドアクチュエータ７００をノズル７１２側から説明する図。 ヘッドアクチュエータとカメラの位置関係を説明する図。 ヘッドアクチュエータとカメラの他の位置関係を説明する図。 図１２の方式で得た画像を説明する図。 第２の構成でのカメラ９０１が得た画像を説明する図。 第２の構成について更に詳細に説明する図。 第１の構成での部品供給装置１５１について説明する図。 第２の構成での部品供給装置１５１について説明する図。 実施例２を説明する図。 実施例２を説明する図（続き）。 実施例３を説明する図。 実施例３を説明するフローチャート。 実施例４を説明する図。 実施例５を説明する図。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

図１は実施例１に係る部品搭載装置全体の上面図である。基板１２３は紙面左側から基板ガイド１９１によって電子部品搭載位置に搬送される。

基板の搬送方向に直交する方向に第１のＹビーム１０１、第２のＹビーム１０２、第３のＹビーム１８０が配置されている。第３のＹビーム１８０には、後述するＸビーム１０３、１０５の進行方向を規定するためのガイド１８１、及びＸビーム１０４、１０６の進行方向を規定するためのガイド１８２が配置されている。

第１のＹビーム１０１、及び第３のＹビーム１８０によって、Ｘビーム１０３、１０５は移動する。第２のＹビーム１０２と第３のＹビーム１８０によって、Ｘビーム１０４、０６が移動することになる。より具体的には、Ｘビーム１０３、１０４、１０５、１０６は、それぞれ、第１のＹビーム１０１、第２の１０２それぞれに配置されたリニアモータ等のアクチュエータ１０７、１０８によって基板の搬送方向に対して実質的に直交方向に移動することになる。

Ｘビーム１０３、１０４、１０５、１０６のそれぞれには、リニアモータ等のアクチュエータ１０９、１１０、１１１、１１２が配置されている。そして、アクチュエータ１０９、１１０、１１１、１１２にはそれぞれ、電子部品を基板１２３に搭載するヘッドアクチュエータ１１３、１１４、１１５、１１６がそれぞれ配置されている。 ここでアクチュエータ１０９、１１０、１１１、１１２は、リニアモータではなく、ボールネジ等の機構を用いれば安価かつ軽量な構成とすることができる。

そして、ヘッドアクチュエータ１１３、１１４、１１５、１１６は、それぞれアクチュエータ１０９、１１０、１１１、１１２によってＹビーム１０１、１０２に対して実質的に直交方向（基板搬送方向に対して実質的に水平方向）に駆動される。

電子部品をヘッドアクチュエータ１１３、１１４、１１５、１１６に供給する部品供給装置１５１、１５２、１５３、１５４は第１のＹビーム１０１、第２のＹビーム１０２の両端に配置されている。ヘッドアクチュエータ１１３は、部品供給装置１５１から電子部品を補給する。ヘッドアクチュエータ１１４は、部品供給装置１５３から電子部品を補給する。ヘッドアクチュエータ１１５は、部品供給装置１５２から電子部品を補給する。ヘッドアクチュエータ１１６は、部品供給装置１５４から電子部品を補給する。

例えば、ヘッドアクチュエータ１１３について搭載する電子部品が無くなった場合は、アクチュエータ１０７によってＸビーム１０３が部品供給装置１５１の手前（又は上方）に移動し、ヘッドアクチュエータ１１３はノズルに電子部品を吸着することになる。この補給動作は、ヘッドアクチュエータ１１４、１１５、１１６についても同様である。
そして、部品搭載装置にはノズルに吸着された電子部品の姿勢を確認するカメラ１１７、１１８、１１９、１２０が、部品供給装置１５１、１５２、１５３、１５４のそれぞれと基板１２３との間に配置されており、補給された電子部品の姿勢はこのカメラ１１７、１１８、１１９、１２０によってそれぞれ確認される。

もし、姿勢に傾きが検出された場合は、ヘッドアクチュエータ１１３、１１４、１１５、１１６が電子部品の傾きを調整する。

なお、このカメラ位置であれば、ヘッドアクチュエータ１１３、１１４、１１５、１１６のそれぞれは、基板１２３に至る経路でカメラ１１７、１１８、１１９、１２０に撮像されることになるので効率が良い。また、制御部１２４は、上述した様々な動作の処理、制御、及び後述する様々な動作の処理、制御を行う。

図２は、図１の部品搭載装置を図１の矢印１３０から観察した場合の矢視図である。ここでは、第１のＹビーム１０１、及びヘッドアクチュエータ１１３周辺の構造について詳細に説明するが、他のヘッドアクチュエータについても同様である。

第１のＹビーム１０１の上にはアクチュエータ１０７が配置されている。アクチュエータ１０７にはＸビーム１０３が接続されている。Ｘビーム１０３の一方の端部はアクチュエータに接続されており、Ｘビーム１０３のもう一方の端部はガイド１８１に接続されている。Ｘビーム１０３は、荷台２０１上の基板１２３の搬送方向に対して実質的に直交方向に移動することになる。

Ｘビーム１０３の側面にはアクチュエータ１０９が配置されている。このアクチュエータ１０９には、ヘッドアクチュエータ１１３が接続されている。ヘッドアクチュエータ１１３は、アクチュエータ１０９によって基板搬送方向に対して実施的に平行に移動することになる。

本実施例の部品実装装置では、ヘッドアクチュエータ１１３、１１４、１１５、１１６が各々、独立して移動する。よって、従来よりも高速な部品搭載装置を構成することができる。

なお、図１では、Ｘビームが４つの場合を説明したが、Ｘビームの数は４つでなくても良い。また、Ｘビーム１０３、１０４、１０５、１０６はそれぞれ取り外し可能にしても良い。その場合は、例えば、異なる種類のヘッドアクチュエータを接続することもでき、より多彩な部品の搭載を実現することもできる。上述したビームの構成により、各ヘッドアクチュエータ１１３、１１４、１１５、１１６を独立して自在に駆動することが可能となる。

次にヘッドアクチュエータ１１３の第１の構成について説明する。なお、ここではヘッドアクチュエータ１１３の構成について説明するが、他のヘッドアクチュエータ１１４、１１５、１１６の構成についても同様である。

図３はヘッドアクチュエータ１１３の正面図である。ヘッドフレーム３０１は図２のＸビーム１０３に接続されている。ノズル上下モータ３０２はフレーム３０１に接続されている。ノズル上下モータ３０２には、ボールネジ３０８が接続されている。さらにボールネジ３０８の端部はガイド３１８によって支持されている。ボールネジ３０８には、アーム３０９が接続されている。アーム３０９の先端はノズル移動部３１０の少なくとも周囲に形成された凸な部分３５０（凸部）を挟み込む構造（凹型）になっている。

ノズル移動部３１０には、中空構造のノズルシャフト３１１が接続されている。さらに、ノズルシャフト３１１は、ロータ３１３に接続されている。そしてノズルシャフト３１１の先端には開口を有する電子部品を吸着するためのノズル３１７が取り外し可能に接続されている。また、図示はしていないが、ヘッドアクチュエータ１１３は、ノズル３１７を吸引するための吸引力を発生するためのポンプも有している。

ノズル回転モータ３１６はフレーム３０１に接続されおり、ノズルシャフト３１１は、ノズル回転モータ３１６とロータ３１３との相互作用によって、回転することになる。
次にノズルの選択動作、上下動作、回転動作について、ヘッドアクチュエータ１１３の構成をさらに詳細に説明する。

図４は、ヘッドアクチュエータ１１３のセンタースプライン３０６、ノズル選択用ベルト３０７、ノズル移動部３１０、ノズルシャフト３１１、ノズル台座３２０付近の詳細を説明する図である。

まず、ノズルの上下動作について説明する。ノズル移動部３１０はセンタースプライン３０６に接続されている。センタースプライン３０６は、ノズル移動部の移動方向を規定するガイドとしての役割を果たす。

ノズル移動部３１０は、前述した少なくとも周囲に凸な部分３５０（凸部）を有しており、その凸部をアーム３０９に把持されている。さらに、この凸部３５０にはＬ字型のアーム３５１が接続されている。このアーム３５１の先端は、ノズル台座３２０の切り欠き部３５２（別の表現としては、凹部）に配置されている。さらに、各ノズルシャフト３１１は、回転体３５３を介して、ノズル台座３２０に配置されている。

そして、アーム３０９がノズル上下モータ３０２によって、上下に移動すると、それに伴って、ノズル移動部３１０、さらにそれに接続されたアーム３５１、アーム３５１の先端上の回転体３５３、回転体３５３に接続されたノズルシャフト３１１が上下することとなる。

次に、ノズルの選択動作について説明する。センタースプライン３０６において、ノズル選択用ベルト３０７がノズル選択モータ３０３によって回転すると、センタースプライン３０６も回転し、センタースプライン３０６に接続されたノズル移動部３１０、及びノズル台座３２０も同期して、同じ角度だけ回転する。そして、ノズル台座３２０の回転に伴って、切り欠き部３５２も回転する。これによって、ノズル台座上の任意のノズルシャフト３１１を選択することができる。

なお、ノズル台座３２０に接触しているのは、前述したローラ等の回転体３５３であるため、ノズル台座３２０が回転する際の摩擦の影響を少なくすることができる。ここで、発塵の影響を考慮するなら、回転体３５３の硬度と、ノズル台座３２０の硬度は同じであることが望ましい。

このような構成によって、ヘッドアクチュエータ１１３という限られた空間の中で効率的に、ノズルの選択動作、上下動作を行うことが可能となる。

次に、ヘッドの回転動作について図５を用いて説明する。ノズル回転モータ３１６はロータ３１３を回転させることにより、ロータ３１３に取り付けられたノズルシャフト３１１をロータ３１３の中心を回転軸として回転させる。これにより、ノズルシャフト３１３に取り付けられたローラ等の回転体３５３は、ノズル台座３２０上を回転する。これにより任意のノズルシャフト３１１を任意の角度へ移動することができ、また、Ｌ字型のアーム３５１上に移動することが可能となる。

図６にノズル回転モータ３１６を下面からみた説明図を示す。複数のノズル３１７はロータ３１３の中心から距離r（符号６０６）の位置に同心円状に配置されている。なお、配置の仕方は同心円状でなくともよい、つまり距離rはノズル３１７毎に異なって良いということである。

ノズル３１７には電子部品６０３が真空吸着されている。部品実装の際には、ノズル回転モータ３１６、及びロータ３１３によってノズル３１７は位置６０４から位置６０７へ矢印６０８の向きに回転し移動することが可能である。ノズル３１７が位置６０７に移動した際、電子部品６０３の理想位置は位置６１０であるが、ロータ３１３によりノズル３１７が移動する際の望ましくない要因（例えば、振動等の外乱、エンコーダ値の読みこみエラー、モータの発熱）により理想位置に停止しなかった場合、ノズル３１７が移動した後の電子部品６０３の位置は位置６１０ではなく誤差６１３だけ離れた位置６１１となる場合もある。

次にヘッドアクチュエータ１１３の第２の構成について説明する。図７はヘッドアクチュエータ１１３の第２の構成を説明する図である。ヘッドフレーム７０１は図２のＸビーム１０３に接続される。ノズル上下モータ７０２はフレーム７０１に接続されている。ノズル上下モータ７０２には、ボールネジ７０３が接続されている。さらにボールネジ７０３の端部はガイド７０４によって支持されている。ボールネジ７０３には、アーム７０５が接続されている。アーム７０５の先端はノズル移動部７０６の少なくとも周囲に形成された凸な部分７０７（凸部）を挟み込む構造（凹型）になっている。

ノズル移動部７０６には、凸部７０７からノズルシャフト７０８に向かって伸びるアームと、アームの先端に接続された転がり機構が形成されている。転がり機構の例としては、ボール７０９が挙げられる。各ノズルシャフト７０８の端部には傾斜した板７１０が形成されており、ボール７０９が板７１０上を転がることで、ノズルシャフト７０８の選択動作が行われる。そして、ノズル移動部７０６の下降に伴い、アーム及びボール７０９は板７１０を押すことになり、その結果ノズルシャフト７０８の下降動作が行われることになる。なお、詳細は後述するがノズル７１２とロータ７１１との間にはバネが配置されており、ノズル移動部７０６が下降した後に上昇するとバネの初期状態に戻ろうとする力により、ボール７０９に押されたノズルシャフト７０８は初期位置へ戻ることになる。
ノズルシャフト７０８は、ロータ７１１に接続されている。そしてノズルシャフト７０８の先端には開口を有する電子部品６０３を吸着するためのノズル７１２が取り外し可能に接続されている。

ノズル回転モータ７１３はヘッドフレーム７０１に接続されおり、ロータ７１１との相互作用によってヘッド中心回転軸としてノズル７１２群を回転させる機能を持つ。
第２の構成もノズル選択用ベルト３０７、ノズル選択用ベルト３０７を駆動するためノズル選択モータ３０３を有する。

センタースプライン３０６は、ノズル移動部７０６の移動方向を規定するガイドとしての役割を果たす。

センターシャフト３０４は同心円状に配置されたノズルシャフト７０８、及びノズル７１２の内側に配置された中空のケーシングである。センターシャフト３０４は、ロータリージョイント３０５と共にノズル７１２が電子部品を真空吸着する際の真空の流路、及び後述するカメラ９０１を制御するための配線類を制御部１２４へ導く通路の役割を果たす。

次に、図８を用いて第１の構成のノズル３１７、及び第２の構成のノズル３１７周辺の詳細について説明する。第１の構成のノズル３１７は、その軌跡８１１が基板１２３が搭載されるべき面の法線８１０と実質的に平行となるよう配置されている。なお、ノズル３１７の裏面にはバネ８０１配置されている。バネ８０１はノズル３１７が初期位置にある状態で所定の力により収縮した状態となっている。

次に、第２の構成について説明する。同心円状に配置されたノズル７１２の内部、より具体的には実質的な同心円の中心には部品搭載位置を認識するためのカメラ９０１が配置されている。カメラ９０１の光軸８１２は基板１２３が搭載される面の法線８１０に対して実質的に平行である。ここで、実質的に平行とは、例えば厳密に平行である必要はなく、無視できる程度の誤差や、本実施例の作用効果を奏する上で許容できる程度に平行ではないことは許容できるし、そのような状態も本明細書の開示の範囲内という意味である。
ノズル７１２は、その軌跡８１３が法線８１０、及び光軸８１２のうち少なくとも１つ（望ましくは双方）に対して傾斜するよう配置されている。カメラ９０１の焦点８１４は実質的に基板１２３上にあるよう調整される。なお、焦点８１４は厳密な意味で基板１２３の表面上にある必要は無く、カメラ９０１の焦点深度内に実質的に基板１２３の表面があれば良い。このことは、本実施例の基板１２３を保持する保持部は基板１２３がカメラ９０１の焦点深度内に実質的にあるよう基板を保持すると表現することもできる。

ノズル７１２は、その軌跡８１３が基板１２３上で実質的に光軸８１２へ到達するよう配置されている。ここで実質的にとは、軌跡８１３は光軸８１２へ厳密な意味における基板１２３の表面上で到達する必要はなく、電子部品を所望の位置へ実装することできれば、軌跡８１３と光軸８１２との間の僅かなずれや軌跡８１３が光軸８１２に完全には到達しない状態も、「軌跡８１３は光軸８１２へ到達した」と表現して良いということである。

なお、軌跡８１３はノズル７１２の先端から延びる光軸８１２に対して傾斜した線という表現に置き換えることもできる。
ノズル７１２は、軌跡８１３が焦点８１４に実質的に到達するよう法線８１０に対して傾斜して配置されている。その他の表現としては、軌跡８１３はカメラ９０１の焦点深度内に到達するとも表現することができる。また、複数のノズル７１２は、それらの軌跡８１３が実質的に焦点８１４へ到達するよう配置されている。

第２の構成では、ロータ７１１の下面（基板１２３側の面）はカメラ９０１の像にロータ７１１が写りこまないよう円錐状に窪んでいる。他の表現としては、カメラ９０１は相対的にロータ７１１から突出していると表現することもできる。

ノズル７１２の裏面には弾性体の一例であるバネ８０２が配置されている。バネ８０２はノズル３１７が初期位置にある状態（基板１２３から所定の距離離れた状態）で初期状態（伸縮していない状態）である。ノズル移動部７０６が下降した後に上昇するとバネ８０２は初期状態に戻ろうとする結果、矢印８１５の向きの力をノズル７１１に発生させる。その結果、ノズル７１２は初期位置へ戻ることになる。なお、ノズル７１２の裏面にはバネ８０２だけでなく、バネ８０２の振動の集束を促すよう油圧式ダンパーに例示される減衰システムをバネ８０２に組み合わせても良い。

次に、図９を用いて、第２の構成での部品実装を説明する。制御部１２４から指示によりヘッドアクチュエータ１１３は第１のビーム１０１、Ｘビーム１０３によって設計データ上の部品実装位置へ移動する（ステップ９００１）。

設計データ上の部品実装位置へ移動した後、カメラ９０１は基板１２３上の少なくとも一部の像を得る。制御部１２４は得られた画像と事前に登録された参照画像とを比較することで、実際の部品実装位置を認識する（ステップ９００２）。得られた画像に対しては、画像中のエッジを強調するための微分処理、所望の色成分を取り出す画像処理、制御部１２４の処理負荷を減らすためのデータ変更処理、圧縮処理が行われる場合もある。

実際の部品実装位置を得た後、制御部１２４は、ヘッドアクチュエータ１１３を現在の位置からノズル７１２を下降させるだけで実際の部品実装位置に対して部品実装を行える位置へ移動する。このヘッドアクチュエータ１１３の移動は、画像中で予め設定されたノズルが下降する位置と実際の部品実装位置との差Δ（x, y）が実質的にゼロとするようヘッドアクチュエータ１１３を移動することで行わる（ステップ９００３、９００４）。なお、x、及びyは基板１２３上に設定した２次元直交座標系での距離を表現している。また、ノズル７１２が下降する位置は、ノズル７１２が電子部品を保持している位置と表現することもできる。また、ノズル７１２が下降する位置は、結果的に光軸８１２と軌跡８１３との交点となるし、得られた画像の中央と同視できることになる。このことは、例えばカメラ９０１で得られた画像中の座標系とノズル７１２がノズル７１２の降下位置を規定する座標系とは実質的に一致していると表現することもできる。さらに、ステップ９００４は、実装角度、及び実装位置のうち少なくとも１つを変更するためにノズル回転モータ７１３とロータ７１１との相互作用によってノズル７１２を回転させるステップを含む。なお、ステップ９００３には、ヘッドアクチュエータ１１３が移動している間、所定の時間間隔で画像を得てΔ（x, y）＝０か否かを判断するステップが含まれる。

Δ（x, y）＝０となったのを制御部１２４が確認した後、ノズル７１２が降下し、部品実装が行われる（ステップ９００５）。ここで、ノズル７１２は、軌跡８１３が焦点８１４に実質的に到達するよう配置されているため、ノズル７１２を下降させるだけで実際の部品実装位置への部品実装が可能である。つまり、第２の構成では、カメラの光軸８１２と軌跡８１３とが平行であることを考慮してヘッドアクチュエータ１１３を移動するような処理が不要ということである。

次に、第２の構成の利点についてさらに詳細に説明する。図１０は第２の構成のヘッドアクチュエータ７００をノズル７１２側から説明する図である。図１０(a)では、ノズル７１２はロータ７１１の中心から半径rの位置１００３で電子部品６０３を保持しているものとする。次に、ノズル７１２は電子部品６０３の実装角度、及び実装位置のうち少なくとも１つを補正するためにノズル回転モータ７１３とロータ７１１との相互作用によって矢印１００５の方向へ回転したとする。図１０(b)は回転後のノズルの位置を説明する図である。ノズル７１２の位置は位置１００３から位置１０１２へ変更されたものとする。

図１０(b)において実装角度、及び実装位置のうち少なくとも１つを補正するため望ましい位置は位置１００４とすると、位置１００４と位置１０１２との間には距離e、角度θ₁の差異が生じていることになる。ここで、第２の構成では、ロータ７１１の中心上にカメラの光軸９０１が実質的にあり、ノズル７１２は法線８１０に対して傾斜しているため、位置１００４と位置１０１２との間に差異があった場合でも、実際の部品実装位置への部品実装が可能となる。つまり、第２の構成はロータ７１３によりノズル７１２が回転する際の望ましくない要因（例えば、振動等の外乱、エンコーダ値の読みこみエラー、モータの発熱）に対して、耐性を有する構造であると表現することができる。

第２の構成の利点をさらに説明する。図１１はヘッドアクチュエータとカメラの位置関係を説明する図である。図１１(a)ではヘッドアクチュエータ１１０２に実装位置１１０３を確認するカメラ９０１が搭載されている。図１１(a)の場合、基板１２３が搭載されるべき面の法線８１０、カメラ９０１の光軸８１２、及びノズルが描く軌跡８１３は互いに平行である。図１１の場合、実装位置１１０３をカメラ１１０２が認識した後、ヘッドアクチュエータ１１０２を図１１(b)に示すように距離１１０５だけ移動させてから、矢印１１０６に示すように部品実装を行う必要がある。さらに、図１１の構造では、ヘッドアクチュエータ１１０２の移動後、及びノズルの下降後に電子部品１１０４と実装位置１０３との相対的な位置関係を得ることは難しい。しかし、第２の構成では、カメラ９０１で得られた画像中の座標系とノズル７１２の降下位置を規定する座標系とは実質的に一致しているので、ヘッドアクチュエータ１１０２を図１１(b)に示すように距離１１０５だけ移動させてから矢印１１０６に示すように部品実装を行う必要は無い。また、第２の構成であればヘッドアクチュエータ１１０２の移動後、及びノズルの下降後の少なくとも１つの場合に、電子部品１１０４と実装位置１０３との相対的な位置関係を得ることもできる。つまり第２の構成のカメラ９０１が基板１２３の画像を得るタイミングは、制御部１２４によって任意に制御可能であるし、ノズル７１２の下降後にノズル７１２が保持した電子部品と実装位置との相対的な位置関係を得ることも可能であるということである。

図１２はヘッドアクチュエータとカメラの他の位置関係を説明する図である。図１２ではヘッドアクチュエータ１１０２に実装位置１２０３を確認するカメラ１２０２が搭載されている。図１２では、基板１２３が搭載されるべき面の法線８１０に対して、カメラ１２０２の光軸は傾斜している。さらに、法線８１０に対して、電子部品１２０３を保持したノズルが描く軌跡８１３は平行である。図１２の場合では、実装直前に実装位置１２０３を確認し実装することが可能となるため高精度実装が可能となる。しかし、図１２の方式では、図１３に示すように、撮像した画像は斜めからの見た画像１３０１となり、ノズル１３０２が電子部品１３０３を保持して下降する位置１３０７から実装位置１２０３まで誤差量ΔＸ１３０５やΔＹ１３０６は計測可能だが、ヘッドアクチュエータ１１０２の移動量を算出する際に斜めからみた成分を除去するための補正処理が必要となる。この補正処理は制御部１２４の処理量、及び処理時間を増加させるため、高速部品実装のためには望ましくない処理である。

一方、第２の構成であれば図１４に示すように、カメラ９０１が得た画像は基板１２３を鉛直方向から見た画像１５０１となるため、図１３の場合と同様に誤差量ΔＸ、ΔＹを得られるにも関わらず、図１２、図１３のような不所望な補正処理は実質的には不要である。これは、第２の構成では、カメラ９０１で得られた画像中の座標系とノズル７１２の降下位置を規定する座標系とは実質的に一致しているので、図１２、図１３のような不所望な補正処理は実質的には不要であると表現することもできる。もちろん図１１、及び図１２の方式を否定する訳ではないが、高速高精度実装のためには第２の構成が好適であることは当業者であれば理解できる。

次に、第２の構成について図１５を用いてさらに詳細に説明する。図１５(a)は第１の構成のノズル３１７の先端を説明し、図１５(b)は第２の構成でのノズル７１２の先端を説明する図である。電子部品１５０３は実装時の位置ずれを極力少なくするため、基板１２３に対して実質的に平行となるよう保持されることが望ましい。図１５(a)の場合であれば、ノズル３１７の吸着面１５０１は基板１２３が搭載されるべき面の法線８１０、及びノズル３１７の軌跡８１３に対して垂直である。一方、図１５(b)の場合では、ノズル７１２の吸着面１５０２は法線８１０には実質的に垂直ではあるが、ノズル７１２の軌跡７１２に対しては垂直ではなく傾斜している。基板１２３の表面との関係で説明すれば、吸着面１５０１、吸着面１５０２はともに基板１２３に対して実質的に平行である。図１５(b)の場合であれば、ノズル７１２が基板１２３に対して斜めに部品実装を行う場合でも、実装時の位置ずれの影響を少なくすることができる。

次に、部品供給装置１５１について説明する。図１６は部品供給装置１５１について説明する図である。図１６（a）は部品供給装置１５１を斜めから説明する図、図１６(b)は図１６(a)のＡ−Ａ´断面を説明する図、図１６(c)は図１６(a)のＢ−Ｂ´断面を説明する図である。なお、以降の説明は部品供給装置１５２、１５３、１５４についても適用できる。部品供給装置１５１は、ポケット１６０２に電子部品６０３を格納したキャリアテープ１６０１を搬送する機構、ポケット１６０２上のカバーテープを切開し電子部品６０３を露出させる露出機構を有する。また部品供給装置１５１上には、露出した電子部品６０３をヘッドアクチュエータ１１３が取り出すための開口１６０５が形成されている。ヘッドアクチュエータ１１３の構成が第１の構成であれば、開口１６０５の側壁１６０３、及び１６０４はキャリアテープ１６０１が搬送されるべき面に対して垂直でも十分である。

一方、ヘッドアクチュエータ１１３の構成が第２の構成である場合は、ノズル７１２がキャリアテープに対して斜め方向から近接し、電子部品６０３を補給する点を考慮することが望ましい。これは図１７を用いて説明することができる。図１７は第２の構成に好適な部品供給装置１５１を説明する図である。図１７（a）は部品供給装置１５１を斜めから説明する図、図１７(b)は図１６(a)のＣ−Ｃ´断面を説明する図、図１７(c)は図１７(a)のＤ−Ｄ´断面を説明する図である。図１７において図１６と異なる点は部品供給装置１５１上に形成された開口１７０１が傾斜面１７０２を有する点である。傾斜面１７０２の傾斜角は鋭角θ₂であり、傾斜角θ₂はカメラ９０１の光軸８１２とノズル７１２の軌跡８１３との間の角度よりも小さい鋭角であれば、ノズル７１２は傾斜面１７０２に干渉することなく電子部品６０３を保持することができるので望ましい。なお、ノズル７１２と傾斜面１７０２との干渉を防ぐ方法は他にも考えられ、例えば開口１７０１の底面の幅Ｗに対して傾斜面の高さｈを低く（望ましくは十分低く）する方法が考えられる。

本実施例によれば、高精度な部品実装が可能となる。本実施例によれば、高速な部品実装が可能となる。より具体的には、本実施例の効果は以下のように説明される。（１）カメラ９０１によってノズル７１２が下降する位置と部品実装位置との差を得ることができ、その差を考慮してノズル７１２を移動することで実装精度を向上させることができる。しかもカメラ９０１が得た画像とノズルが下降する位置との間には実質的な位置ずれが無いため、余分なノズル７１２の移動や複雑な補正処理を行うことなく部品実装を行うことが可能となる。（２）ノズル７１２が回転した場合でも、回転によって生じる誤差の影響を少なくして、部品実装を行うことが可能となる。

次に実施例２を説明する。以降では、実施例１と異なる部分について主に説明する。図１８、図１９は電子部品６０３がノズル３１７、ノズル７１２によってハンダ２００１を介して基板１２３に実装される様子を説明する図である。実施例１のヘッドアクチュエータ１１３が第１の構成であれば図１８に示すようにハンダ２００１は基板１２３の鉛直方向２００２に押しつけられるのみである。

一方、ヘッドアクチュエータ１１３が第２の構成であれば、図１９(a)に示すようにノズルは斜め方向２１０２から電子部品６０３をハンダ２００１上に実装することになる。この場合、ハンダ２００１は基板１２３と平行な方向（例えば、矢印２００２の方向）に無視できないほど伸びることが考えられる。ハンダ２００１と隣接するハンダ２２０３との間隔は今後さらに狭くなることが考えられる。よって、ハンダ２００１が基板１２３と平行な方向に伸びることは防止した方が望ましい。そこで、本実施例では、基板１２３を任意の傾斜角θ₃に設定できる傾斜機構２２０１を基板１２３の裏面に配置する。傾斜機構２２０１により図１９(a)の状態を図１９(b)に示すように、図１８の状態と同様に取り扱うことができる。なお、ハンダ２００１が伸びる量は例えばハンダ２００１の粘性が影響するため、θ₃は任意の角度に設定可能である。また、傾斜機構の具体例としては変位分解能が高く、高速応答が可能な圧電素子が挙げられる。

次に実施例３について説明する。実施例１ではカメラ９０１の焦点８１４は実質的に基板１２３の表面上にあることを説明した。しかし、図２０に示すように実装位置の認識にはハンダ２００１の頂点の位置が使用されることもある。本実施例はこの点に考慮したものである。以降、本実施例について実施例１と異なる点について説明する。

図２０は本実施例を説明する図である。図２０ではカメラ９０１の焦点はハンダ２３０２の頂点２３０４、及びハンダ２３０３の頂点２３０５の少なくとも１つを通過し、基板１２３に対して実質的に平行な面２３０１上にある。本実施例では頂点２３０４、頂点２３０５周辺の像を鮮明に得ることができる。部品実装位置は頂点２３０４、頂点２３０５の中点２３０６となる。ハンダを塗布された領域が３つ以上であれば、部品実装位置はそれらの頂点の重心の座標が使用される場合もある。

図２１は本実施例を説明するフローチャートである。制御部１２４から指示によりヘッドアクチュエータ１１３は第１のビーム１０１、Ｘビーム１０３によって設計データ上の部品実装位置へ移動する（ステップ２３１０）。
設計データ上の部品実装位置へ移動した後、カメラ９０１は基板１２３を撮像する（ステップ２３１１）。本実施例では、ハンダ２３０２の頂点２３０４周辺の像及びハンダ２３０３の頂点２３０５周辺の像のうち少なくとも１つを得る。

制御部１２４は頂点２３０４周辺の像及びハンダ２３０３の頂点２３０５周辺の像のうち少なくとも１つと事前に登録された参照画像とを比較することで、頂点２３０４の座標、及びハンダ２３０３の頂点２３０５の座標うち少なくとも１つを得る（ステップ２３１２）。

次に、頂点２３０４の座標、及びハンダ２３０３の頂点２３０５の座標から、中点(ｘ_c, ｙ_c)を得る（ステップ２３１３）。

中点の座標を得た後、制御部１２４は、中点(ｘ_c, ｙ_c)と画像中で予め設定されたノズルが下降する位置と実際の部品実装位置との差Δ（ｘ_c, ｙ_c）が実質的にゼロか否か判断する（ステップ２３１４）。

Δ（ｘ_c, ｙ_c）がゼロでないなら、制御部１２４はΔ（ｘ_c, ｙ_c）が実施的にゼロとなるようヘッドアクチュエータ１１３を移動する（ステップ２３１６）。
Δ（x, y）＝０となったのを制御部１２４が確認した後、ノズル７１２が下降し、部品実装が行われる（ステップステップ２３１６）。

実施例１の状態から実施例３の状態への変更は焦点８１４の位置を所望の位置へ変更することで可能である。

本発明の思想は部品実装装置に留まらない。部品実装工程の前には基板に対してハンダを塗布するが本発明の思想はハンダ塗布工程へも適用可能である。実施例３では、本発明の思想をハンダ塗布工程に適用した場合について説明する。以降では、他の実施例と異なる部分について主に説明する。

図２２は本実施例を説明する図である。ノズルシャフト７０８内にはハンダ２５０１が充填されている。ハンダ２５０１はノズル７１２を介して基板１２３上の所望の位置に塗布される。ハンダ２５０１は実質的な点２５０７として基板１２３上に塗布できる。また、本実施例では、第１のビーム１０１、Ｘビーム１０３によってヘッドアクチュエータ１１３が矢印２５０２、２５０３に例示するように移動することで、所望のハンダパターンを描画することもできる。

さらに、本実施では、ノズルシャフト２５０４にもハンダ２５０６を充填し、ノズル２５０５を介してハンダ２５０６を塗布することも可能である。本実施例では、実質的に同じタイミングでハンダ２５０１、２５０６を基板１２３の同じ領域に塗布し実質的に１つのハンダ領域を形成することができるし、異なるタイミングでハンダ２５０１、２５０６を基板１２３へ塗布することできる。

また、本実施例ではヘッドアクチュエータ１１３はカメラ９０１を備えるので、基板１２３上に塗布されるハンダ２５０１、２５０６の形状、基板１２３上に形成されるハンダパターンの形状を観察しながらハンダ２５０１、２５０６の塗布を行うことができる。

本発明の思想は部品実装装置に留まらない。例えば、本発明の思想は、試料に何らかの処理を施す処理装置にも適用可能である。実施例４では、本発明の思想を試料に処理を施す処理装置に適用した場合について説明する。以降では、他の実施例と異なる部分について主に説明する。

図２３は本実施例を説明する図である。シャーレやプレパラートに例示される基板２４０１上には試料２４０２が載置されている。試料２４０２の種類としては、例えば食品、生体から採取した組織、細胞、血液が挙げられる。ノズルシャフト７０８内には薬液２４０３が充填されている。薬液２４０３の種類には、食材、薬剤、それらを希釈した液体、ゲル状物質が含まれる。薬液２４０３はノズル７１２によって試料２４０２に塗布、注入される。つまり、本実施例のノズルシャフト７０８、ノズル７１２は実質的な分注システムを構成するということである。
ノズル７１２は試料２４０２の望ましくない移動、変形、及び損傷のうち少なくとも１つを避けるために試料２４０２にアプローチする速度を変更することができる。速度を変更する例としては、ベクトル２４０７乃至２４０９に示すように、ノズル７１２は試料２４０２に近づくにしたがい速度を減少させることが可能である。なお、ノズル７１２が速度を変更する点を実施例１に適用すれば、比較的薄い部品が実装時に損傷してしまうことを防ぐことができる。

カメラ９０１の光軸８１２は基板２４０１が搭載されるべき面の法線８１０に対して実質的に平行である。ノズル７１２の軌跡２４１２とノズル２４１１の軌跡２４１３との交点２４１４は、カメラ９０１上の光軸８１２上ではあるが、Ｚ方向において基板２４０１よりも低い位置にある。このような交点２４１４の位置であれば、ノズル７１２とノズル２４１１とは実質的に同じタイミングで、試料２４０２に薬液２４０３、２４１０を塗布、注入することができる。さらに、光軸８１２、軌跡２４１２、及び軌跡２４１３は試料２４０２の中に到達するよう設計される。
なお、薬液２４０３、２４１０は同じ種類であっても、異なる種類であっても良い。交点２４１４の高さは、高さ調節機構２４０５を矢印２４０６の方向に駆動することで変更可能である。高さ調節機構２４０５の例としては、基板２４０１の裏面に配置された少なくとも１つ以上の圧電素子が挙げられる。

以上、本発明の実施例を用いて説明したが、本発明は実施例に限定されない。本発明は、基板上の試料に何らかの処理を施す処理装置に幅広く適用可能であるし、ヘッドアクチュエータの構成は本実施例の内容に限定されない。また、各実施例記載の内容は相互に置換、組み合わせが可能である

１０１ …第１のＹビーム
１０２ …第２のＹビーム
１０３，１０４，１０５，１０６ …第１のＸビーム
１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２ …アクチュエータ
１１３，１１４，１１５，１１６ …ヘッドアクチュエータ
１１７，１１８，１１９，１２０ …カメラ
１２１，１２２ …部品供給装置
１２３ …基板
１２４ …制御部
３０２ …ノズル上下モータ
３０３ …ノズル選択モータ
３０４ …センターシャフト
３０５ …ロータリージョイント
３０６ …センタースプライン
３０７ …ノズル選択用ベルト
３０８ …ボールネジ
３５１ …アーム
３１０ …ノズル移動部
３１１ …ノズルシャフト
３１７ …ノズル

Claims (22)

1. 基板に部品を搭載する搭載部と、
   前記搭載部を前記基板に対して移動する移動システムと、を有し、
   前記搭載部は、
   前記基板に部品を搭載するためのノズルと、
   カメラと、を有し、
   前記カメラの光軸は前記基板が搭載されるべき面の法線に対して実質的に平行であり、
   前記ノズルの軌跡は前記光軸に対して傾斜しており、
   前記ノズルの軌跡は前記基板上で前記光軸に実質的に到達することを特徴とする部品実装装置。
2. 請求項１に記載の部品実装装置において、
   前記カメラが得た前記基板の少なくとも一部の画像に基づき、部品実装位置を得る処理部を有し、
   前記移動システムは前記部品実装位置へ前記搭載部を移動することを特徴とする部品実装装置。
3. 請求項２に記載の部品実装装置において、
   前記基板を保持する保持部を有し、
   前記保持部は前記基板が前記カメラの焦点深度内にあるよう前記基板を保持することを特徴とする部品実装装置。
4. 請求項３に記載の部品実装装置において、
   前記カメラの焦点は実質的に前記基板上にあり、前記ノズルの軌跡は前記焦点に到達することを特徴とする部品実装装置。
5. 請求項４に記載の部品実装装置において、
   前記搭載部は回転することで前記ノズルの位置を変更する回転部を有し、
   前記カメラの光軸は前記回転部の中心上にあることを特徴とする部品実装装置。
6. 請求項５に記載の部品実装装置において、
   前記搭載部は前記ノズルが前記基板にアプローチする速度を変更することを特徴とする部品実装装置。
7. 請求項６に記載の部品実装装置において、
   前記搭載部は前記ノズルが前記基板にアプローチする速度を、前記ノズルが前記基板に近づくにしたがい減少させることを特徴とする部品実装装置。
8. 請求項７に記載の部品実装装置において、
   前記部品搭載部は前記ノズルに接続された弾性体を有することを特徴とする部品実装装置。
9. 請求項８に記載の部品実装装置において、
   前記弾性体は前記ノズルが初期位置にある状態で初期状態にあることを特徴とする部品実装装置。
10. 請求項９に記載の部品実装装置において、
    前記部品搭載部は前記ノズルの振動を集束させるための減衰システムを有することを特徴とする部品実装装置。
11. 請求項１０に記載の部品実装装置において、
    前記部品搭載部に部品を供給するための部品供給部を有し、
    前記部品供給部には前記部品ノズルが前記部品を補給するための開口が形成されており、前記開口の側壁は傾斜していることを特徴とする部品実装装置。
12. 請求項１１に記載の部品実装装置において、
    前記基板に傾斜角を付与する傾斜機構を有することを特徴とする部品実装装置。
13. 請求項１２に記載の部品実装装置において、
    前記傾斜機構は、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つ以上の圧電素子であることを特徴とする部品実装装置。
14. 請求項１に記載の部品実装装置において、
    前記搭載部は回転することで前記ノズルの位置を変更する回転部を有し、
    前記カメラの光軸は前記回転部の中心上にあることを特徴とする部品実装装置。
15. 請求項１に記載の部品実装装置において、
    前記搭載部は前記ノズルが前記基板にアプローチする速度を変更することを特徴とする部品実装装置。
16. 請求項１５に記載の部品実装装置において、
    前記搭載部は前記ノズルが前記基板にアプローチする速度を、前記ノズルが前記基板に近づくにしたがい減少させることを特徴とする部品実装装置。
17. 請求項１に記載の部品実装装置において、
    前記部品搭載部は前記ノズルに接続された弾性体を有することを特徴とする部品実装装置。
18. 請求項１７に記載の部品実装装置において、
    前記弾性体は前記ノズルが初期位置にある状態で初期状態にあることを特徴とする部品実装装置。
19. 請求項１８に記載の部品実装装置において、
    前記部品搭載部は前記ノズルの振動を集束させるための減衰システムを有することを特徴とする部品実装装置。
20. 請求項１に記載の部品実装装置において、
    前記部品搭載部に部品を供給するための部品供給部を有し、
    前記部品供給部には前記部品ノズルが前記部品を補給するための開口が形成されており、前記開口の側壁は傾斜していることを特徴とする部品実装装置。
21. 請求項１に記載の部品実装装置において、
    前記基板に傾斜角を付与する傾斜機構を有することを特徴とする部品実装装置。
22. 請求項２１に記載の部品実装装置において、
    前記傾斜機構は、前記基板の裏面に配置された少なくとも１つ以上の圧電素子であることを特徴とする部品実装装置。