JP2015073026A - 実装システム、キャリブレーション方法及びプログラム - Google Patents

実装システム、キャリブレーション方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】その実装装置に対してはまだ取り付けられたことのない実装ヘッドを、その実装装置に新たに使用する場合においても、短時間でキャリブレーションを完了させることができる実装システムを提供する。【解決手段】本技術の実装システムは、基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置と、前記生産ライン上に配置された実装装置とを具備する。前記キャリブレーション装置の制御部は、基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する複数のノズルの水平方向での相対位置を測定する。前記実装装置の制御部は、前記実装ヘッドが前記実装装置本体に取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する。【選択図】図17

Description

本技術は、実装システムなどの技術に関する。
従来から、基板上に半田を印刷する印刷装置、半田の印刷状態を検査する検査装置、基板上に電子部品を実装する実装装置、電子部品の実装状態を検査する検査装置、基板にリフロー処理を施すリフロー炉等が生産ライン上に並べられた生産システムが知られている。
基板上に電子部品を実装する実装装置は、一般的に、基板を搬送する搬送部と、電子部品を供給する供給部と、供給部から電子部品を取り出して基板上に実装する吸着ノズルを含む実装ヘッドと、実装ヘッドを水平方向に移動させる移動機構とを備えている。
近年においては、種類の異なる複数種類の実装ヘッドが実装装置本体に対して着脱自在に構成された技術も知られるようになってきている(例えば、下記特許文献1、段落[0055]、[0099]などを参照)。この場合、生産する基板の種類が変更されたときなどに、現在取り付けられている実装ヘッドを任意の他の種類の実装ヘッドに交換することができる。
ここで、実装装置は、吸着ノズルによって基板上の正確な位置に電子部品を実装する必要があるため、実装装置内における吸着ノズルの位置を正確に認識している必要がある。従って、実装ヘッドが他の実装ヘッドに交換されたときなどに、実装ヘッドにおける吸着ノズルの位置を正確に認識するための処理を行う必要がある。
実装ヘッドが交換される度に、実装装置において改めて吸着ノズルの位置を検出するといった方法では、生産の開始までに時間が掛かってしまうといった問題がある。そこで、特許文献1に記載の技術では、実装ヘッドに設けられたメモリに、吸着ノズルの相対位置などのキャリブレーションデータを記憶させておき、実装ヘッドが交換されたときに、キャリブレーションデータをメモリから読み出すといった方法が用いられている(段落[0101]、[0102]、[0121]等を参照)。
特開2005−286171号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、その実装装置に対してはまだ取り付けられたことのない実装ヘッドを、その実装装置において新たに使用する場合には、その実装ヘッドを実装装置に対して実際に取り付けて吸着ノズルの位置等を検出し、キャリブレーションデータを取得する必要がある。この場合、30分〜60分程度の時間が掛かってしまう。
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、その実装装置に対してはまだ取り付けられたことのない実装ヘッドを、その実装装置において新たに使用する場合においても、実装装置において短時間でキャリブレーションを完了させることができる実装システムなどの技術を提供することにある。
本技術に係る実装システムは、基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置と、前記生産ライン上に配置された実装装置とを具備する。
前記キャリブレーション装置は、制御部を有する。
前記キャリブレーション装置の制御部は、基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定する。
前記実装装置は、実装装置本体と、制御部とを有する。
前記実装ヘッド装置本体は、前記実装ヘッドが取り付けられる。
前記実装装置の制御部は、前記実装ヘッドが前記実装装置本体に取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する。
ここで、ノズルは、電子部品を吸着して基板上に実装する吸着ノズルと、この吸着ノズルの形状を模して作られた治具ノズルとを含む。
本技術では、生産ラインの外部(オフライン)に配置されたキャリブレーション装置においてキャリブレーションに必要な処理の一部を予め行っておくことができる。従って、実装装置においてキャリブレーションを行うときには、短時間でキャリブレーションを完了させることができる。特に、本技術では、その実装装置に対してまだ取り付けられたことのない実装ヘッドを、その実装装置において新たに使用する場合においていも、実装装置において短時間でキャリブレーションを完了させることができる。
上記実装システムにおいて、前記キャリブレーション装置の制御部は、前記複数のノズルを高さ方向で所定の距離分それぞれ下降させて前記複数のノズルの先端部における水平方向での位置をそれぞれ測定することによって、前記相対位置を測定してもよい。
このように、ノズルを下降させたときの水平方向での相対位置を測定することによって、ノズルを下降させて電子部品を実装するときのノズルの水平面内での位置を実装装置が正確に認識することができる。
上記実装システムにおいて、前記キャリブレーション装置の制御部は、前記複数のノズルを所定の距離分それぞれ下降させて前記複数のノズルの先端部における水平方向での位置をそれぞれ測定する処理を、前記複数のノズルの下降距離を異ならせて複数回繰り返すことによって、各下降距離でそれぞれ前記相対位置を測定してもよい。
これにより、実装装置と実装ヘッドの組合せに応じて、電子部品を実装するときのノズルの下降距離が異なるような場合にも対応することができる。
上記実装システムにおいて、前記実装装置は、前記実装ヘッドを高さ方向に移動させるための移動機構を有していてもよい。
この場合、前記実装装置の制御部は、前記複数のノズルによって前記基板上に電子部品を実装するときの下降距離が、前記キャリブレーション装置において前記複数のノズルが下降された距離と同じ距離となるように、前記移動機構を制御して前記実装ヘッドの高さを調整してもよい。
上記実装システムにおいて、前記キャリブレーション装置は、撮像部をさらに有していてもよい。
前記キャリブレーション装置の撮像部は、高さ方向で前記実装ヘッドの下側の位置に配置され、前記基準点及び前記複数のノズルを下側から撮像する。
この場合、前記キャリブレーション装置の制御部は、前記撮像部によって前記基準点及び前記複数のノズルを撮像させることで、前記相対位置を測定してもよい。
上記実装システムにおいて、前記キャリブレーション装置は、第1の撮像部と、第2の撮像部と、移動機構とを有していてもよい。
前記キャリブレーション装置の第1の撮像部は、前記キャリブレーション装置内の所定の位置に置かれた治具部品を上側から撮像する。
前記キャリブレーション装置の第2の撮像部は、前記実装ヘッドに固定され、前記ノズルによって吸着された前記治具部品を下側から撮像する。
前記キャリブレーション装置の移動機構は、前記実装ヘッド、前記第1の撮像部及び前記第2の撮像部を一体的に水平方向に移動させる。
この場合、前記キャリブレーション装置の制御部は、前記キャリブレーション装置内の所定の位置に置かれた治具部品を第1の撮像部により上側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記治具部品の位置を認識し、前記実装ヘッドを前記移動機構により所定の距離分水平方向に移動させてノズルにより治具部品を吸着させ、前記ノズルによって吸着された前記治具部品を前記第2の撮像部によって下側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記ノズルに対する前記治具部品の吸着位置のずれ量を算出し、前記実装ヘッドが移動された距離と、前記吸着位置のずれ量とに基づいて、前記ノズルの水平方向での位置を測定する処理を、前記複数のノズルでそれぞれ実行することによって前記相対位置を測定してもよい。
上記実装システムにおいて、前記実装装置は、撮像部をさらに有していてもよい。
前記実装装置の撮像部は、高さ方向で前記実装ヘッドの下側の位置に配置され、前記基準点を下側から撮像する。
この場合、前記実装装置の制御部は、前記撮像部によって前記基準点を撮像させることによって前記基準点の位置を測定してもよい。
上記実装システムにおいて、前記基準点は、前記実装ヘッドにおいて、前記複数のノズルのうち特定のノズルの位置に設定されていてもよい。
この場合、前記実装装置は、第1の撮像部と、第2の撮像部と、移動機構とをさらに有していてもよい。
前記実装装置の第1の撮像部は、前記実装装置内の所定の位置に置かれた治具部品を上側から撮像する。
前記実装装置の第2の撮像部は、前記実装ヘッドに固定され、前記ノズルによって吸着された治具部品を下側から撮像する。
前記実装装置の移動機構は、前記実装ヘッド、前記第1の撮像部及び第2の撮像部を一体的に水平方向に移動させる。
この場合、前記実装装置の制御部は、前記実装装置内の所定の位置に置かれた治具部品を第1の撮像部により上側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記治具部品の位置を認識し、前記実装ヘッドを前記移動機構により所定の距離分水平方向に移動させて前記特定のノズルにより治具部品を吸着させ、前記特定のノズルによって吸着された前記治具部品を前記第2の撮像部によって下側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記特定のノズルに対する前記治具部品の吸着位置のずれ量を算出し、前記実装ヘッドが移動された距離と、前記吸着位置のずれ量とに基づいて、前記基準点の位置を認識してもよい。
本技術に係るキャリブレーション方法は、基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置が、基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定する。
そして、前記生産ライン上に配置された実装装置が、前記実装装置の実装装置本体に前記実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する。
本技術に係るプログラムは、
基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置に、
基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定するステップを実行させ、
前記生産ライン上に配置された実装装置に、
前記実装装置の実装装置本体に前記実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識するステップを実行させる
本技術の他の観点に係るキャリブレーション方法は、基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定することを含む。
基板を生産するための生産ライン上に配置された実装装置の実装装置本体に前記実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置が測定され、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置が認識される。
本技術のさらに別の観点に係るキャリブレーション方法は、基板を生産するための生産ライン上に配置された実装装置の実装装置本体に、基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定することを含む。
前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置が認識される。
以上のように、本技術によれば、その実装装置に対してはまだ取り付けられたことのない実装ヘッドを、その実装装置において新たに使用する場合においても、実装装置において短時間でキャリブレーションを完了させることができる実装システムなどの技術を提供することができる。
基板を生産するための生産ラインの一例を示す図である。 実装装置を示す前面図である。 実装装置の側面図である。 実装装置の上面図である。 実装装置の構成を示すブロック図である。 実装ヘッドが交換されるときの様子を示す図である。 キャリブレーション装置を示す模式図である。 キャリブレーション装置の構成を示すブロック図である。 吸着ノズルを先端部側から見た図である。 キャリブレーション装置の処理を示すフローチャートである。 吸着ノズルを先端部側から撮像したときの画像の一例を示す図である。 基準点及び複数の吸着ノズルの水平方向での相対位置の一例を示す図である。 実装装置の処理を示すフローチャートである。 部品カメラによって撮像された基準ノズルの先端部の画像の一例を示す図である。 吸着ノズルの相対位置を、NC座標に合った相対位置に変換するときの様子を示す図である。 NC座標における基板カメラの中心位置からの相対位置が算出されるときの様子を示す図である。 比較例と、本技術との比較図である。 他の実施形態において用いられる実装ヘッドを示す図である。 他の実施形態に係るキャリブレーション装置を示す図である。 冶具部品を示す図である。 他の実施形態に係るキャリブレーション装置の処理を示すフローチャートである。 部品認識カメラによって冶具部品を下側から撮像したときの画像の一例を示す図である。 カメラ部の中心位置に対する各吸着ノズルの位置の一例を示す図である。 他の実施形態に係る実装装置の処理を示すフローチャートである。 基準点が吸着ノズル以外の位置に設けられた場合の一例を示す図である。 比較例に係る実装装置による電子部品の実装精度を説明するための図であり、基板上における目標位置と、実際の電子部品の実装位置とのずれ量の分布を示す図である。 比較例に係る実装装置による電子部品の実装精度を説明するための図であり、基板上における目標位置と、実際の電子部品の実装位置とのずれ量の分布を示す図である。 本技術に係る実装装置による電子部品の実装精度を説明するための図であり、基板上における目標位置と、実際の電子部品の実装位置とのずれ量の分布を示す図である。
<第1実施形態>
[生産ライン]
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、基板1を生産するための生産ラインの一例を示す図である。図1に示すように、生産ライン上には、基板1の搬送方向の上流側から順番に、スクリーン印刷装置101、印刷検査装置102、実装装置103、実装検査装置104、リフロー炉105、洗浄・乾燥装置106及び最終検査装置107が配置されている。
スクリーン印刷装置101は、印刷パターンに対応する位置に開口が形成されたスクリーン上においてスキージを摺動させて、スクリーンの下側に配置された基板1上にクリーム半田を印刷する。
印刷検査装置102は、スクリーン印刷装置101から基板1を受け取り、基板1を2次元的或いは3次元的に解析し、半田の印刷状態を検査する。印刷検査装置102は、印刷状態が良好であると判断された基板1を実装装置103に受け渡す。
実装装置103は、印刷検査装置102から基板1を受け取って、基板1上に電子部品2を実装する。実装装置103の構成については、後に詳述する。
実装検査装置104は、実装装置103から基板1を受け取って、基板1を2次元的或いは3次元的に解析し、電子部品2の実装状態を検査する。
リフロー炉105は、実装検査装置104から基板1を受け取って、基板1をリフロー処理することによって半田を溶融させ、基板1に設けられた配線と電子部品2とを半田を介して接続させる。洗浄・乾燥装置106は、リフロー処理後の基板1の表面に付着したフラックス等の余分な成分を洗浄し、洗浄された基板1を乾燥させる。
最終検査装置107は、洗浄・乾燥装置106から基板1を受け取って、基板1を2次元的或いは3次元的に解析し、基板1を最終検査する。
ここで、図1に示すように生産ラインの外部には、キャリブレーション装置108が配置されている。すなわち、キャリブレーション装置108は、基板を生産する生産ラインとは別にオフラインで準備される。本技術に係る実装システム100は、上述の実装装置103と、このキャリブレーション装置108とによって構成される。
[実装装置103の全体構成及び各部の構成]
まず、実装装置103について説明する。図2は、実装装置103を示す前面図である。図3は、実装装置103の側面図であり、図4は、実装装置103の上面図である。図5は、実装装置103の構成を示すブロック図である。図6は、実装ヘッド30が交換されるときの様子を示す図である。
これらの図に示すように、実装装置103は、実装ヘッド30を着脱自在に取り付け可能な実装装置本体103aを備えている。実装装置本体103aは、フレーム構造体10と、フレーム構造体10に設けられ、実装ヘッド30をXYZ方向に移動させるヘッド移動機構40とを有する。また、実装装置本体103aは、実装装置103の前後方向(Y軸方向)の両側に設けられ、複数のテープカセット26を搭載するテープカセット搭載部28を有する。
また、実装装置103は、実装装置103の内部にX軸方向に沿って設けられ、基板1をX軸方向に向けて搬送する搬送部15と、搬送部15によって実装位置まで搬送された基板1を下方から支持するバックアップ部20とを備えている。
また、実装装置103は、ヘッド移動機構40に設けられた下向きの基板カメラ18(第1の撮像部)を有する。さらに、実装装置103は、前方側に配置されたテープカセット26及び搬送部15の間、並びに、後方側のテープカセット26及び搬送部15の間にそれぞれ配置された上向きの部品カメラ19(撮像部)を有する。
図5を参照して、さらに、実装装置103は、制御部3、記憶部4、通信部5、エアコンプレッサ9などを備えている。
フレーム構造体10(図2〜4参照)は、底部に設けられたベース11と、ベース11に固定された4本の縦フレーム12と、縦フレーム12の上部にX軸方向に沿って架け渡された2本の横フレーム13とを有する。
搬送部15(図3、4参照)は、X軸方向に沿って配設された2つのガイド16と、2つのガイド16の内面側にそれぞれ設けられたコンベアベルト17とを含む。搬送部15は、コンベアベルト17の駆動により、基板1を搬入して所定の位置に位置決めしたり、電子部品2の実装が終了した基板1を排出したりすることができる。
ガイド16は、上端部が内側に向けて折り曲げられるように形成されており、ガイド16の上端部は、バックアップ部20によって基板1が上方に移動されたときに、基板1を上側から支持することができる。
バックアップ部20(図3参照)は、バックアッププレート21と、このバックアッププレート21上に立設された複数の支持ピン22と、バックアッププレート21を昇降させるプレート昇降機構23とを含む。
基板1が搬送部15によって実装位置に搬送されたとき、プレート昇降機構23によりバックアッププレート21が上方に移動される。これにより、基板1がバックアップ部20とガイド16の上端部との間に挟まれて、基板1が所定の位置に固定される。この状態で、基板1上に電子部品2が実装される。
テープカセット搭載部28(図2、図4参照)には、X軸方向に沿って複数のテープカセット26が搭載される。テープカセット26は、テープカセット搭載部28に対して着脱自在とされており、内部にキャリアテープ(図示せず)を収納している。テープカセット26は、それぞれ、キャリアテープが巻きつけられるリールと、キャリアテープをステップ送りで送り出す送り出し機構とを含む。
キャリアテープの内部には、例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタ、ICチップ(IC:Integrated Circuit)等の同一タイプの電子部品2が収納されている。テープカセット26の先端部側の上面には供給窓27が形成されており、この供給窓27を介して、実装ヘッド30に電子部品2が供給される。
ヘッド移動機構40(図2、3参照)は、実装ヘッド30をY軸方向、X軸方向及びZ軸方向にそれぞれ移動させるためのY軸移動機構41、X軸移動機構44及びZ軸移動機構51を有する。
Y軸移動機構41は、フレーム構造体10の2本の横フレーム13に対して、Y軸方向に沿って架け渡されたY軸フレーム42と、Y軸フレーム42の下側の位置にY軸フレーム42に対してY軸方向に移動可能に取り付けられたY軸移動体43とを含む。また、Y軸移動機構41は、Y軸移動体43をY軸方向に沿って駆動させるためのY軸駆動部を有する。
X軸移動機構44は、X軸方向に長い形状を有し、Y軸移動体43の側面に取り付けられたX軸フレーム45と、このX軸フレーム45の側面の位置に、X軸フレーム45に対してX軸方向に移動可能に取り付けられたX軸移動体46とを有する。また、X軸移動機構44は、X軸移動体46をX軸方向に沿って駆動させるためのX軸駆動部を有する。X軸フレーム45の側面には、X軸方向に沿って2本のレール47が平行に設けられており、このレール47上には、レール47上をスライド可能なスライド部材48が設けられている。X軸移動体46は、レール47及びスライド部材48を介して、X軸フレーム45の側面の位置に取り付けられる。
Z軸移動機構51は、X軸移動体46の側面の位置に、X軸移動体46に対してZ軸方向(高さ方向)に移動可能に取り付けられたヘッド支持部52を有する。また、Z軸移動機構51は、このヘッド支持部52をZ軸方向に沿って駆動させるためのZ軸駆動部とを有する。
X軸移動体46の側面には、Z軸方向に沿って2本のレール53が平行に設けられており、このレール53上には、レール53上をスライド可能なスライド部材54が設けられている。ヘッド支持部52は、レール53及びスライド部材54を介して、X軸移動体46の側面の位置に取り付けられる。
ヘッド支持部52は、実装ヘッド30を着脱自在に支持することが可能とされている。
X軸駆動部、Y軸駆動部及びZ軸駆動部としては、例えば、ボールネジ駆動機構、ベルト駆動機構、リニアモータ駆動機構などが挙げられる。ヘッド移動機構40は、X軸駆動部及びY軸駆動部の駆動によって、実装ヘッド30をX‐Y方向(水平方向)に移動させ、Z軸駆動部の駆動によって、実装ヘッド30をZ軸方向(高さ方向)に移動させる。
実装ヘッド30(図2〜4参照)は、テープカセット26から供給される電子部品2を吸着ノズル33bによって吸着して基板1上に実装する。実装ヘッド30は、ヘッド支持部52に対して着脱自在に構成されている。
この実装ヘッド30は、ヘッド筐体31と、Z軸方向に対して傾斜するようにヘッド筐体31に設けられた基軸32と、基軸32に対して回転可能に取り付けられたヘッド部33とを有する。また、実装ヘッド30は、ヘッド筐体31の側面の位置に設けられた着脱部34(図6参照)を有する。さらに、実装ヘッド30は、ヘッド記憶部36と、ターレット駆動部37と、ノズル駆動部38とを有する(図5参照)。
ヘッド部33は、基軸32に対して回転可能に取り付けられたターレット33aと、ターレット33aの周方向に沿って等間隔でターレット33aに取り付けられた複数の吸着ノズル33bとを有する。ターレット33aには周方向に沿って等間隔でノズル取り付け部が設けられており、このノズル取り付け部に対して、吸着ノズル33bがそれぞれ取り付けられる。
ターレット33aは、斜め方向に傾斜して配置された基軸32を回転の中心軸として回転可能とされている。ターレット33aは、ターレット駆動部37の駆動により、前記基軸32を中心軸として回転される。
吸着ノズル33bは、吸着ノズル33bの軸線がターレット33aの回転の中心軸に対してそれぞれ傾斜するように、ターレット33aに取り付けられている。吸着ノズル33bは、ターレット33aに対して上記軸線方向に沿って移動可能に支持されており、また、吸着ノズル33bは、ターレット33aに対して回転可能に支持されている。吸着ノズル33bは、ノズル駆動部38の駆動により、所定のタイミングで軸線方向(上下方向)に沿って移動されたり、所定のタイミングで軸線回りに回転されたりする。
複数の吸着ノズル33bのうち、最も低い位置に位置する吸着ノズル33bは、その軸線がZ軸方向(高さ方向)を向いている。以降では、このように軸線がZ軸方向を向く吸着ノズル33bの位置を操作位置と呼ぶ。この操作位置に位置する吸着ノズル33bが上下方向に移動されることで、電子部品2が吸着されたり、基板1上に電子部品2が実装されたりする。操作位置に位置する吸着ノズル33bは、ターレット33aの回転により順次切り換えられる。
吸着ノズル33bは、エアコンプレッサ9(図5参照)に接続されている。吸着ノズル33bは、このエアコンプレッサ9の負圧及び正圧の切り換えに応じて、電子部品2を吸着したり、脱離したりすることができる。
ヘッド記憶部36は、不揮発性のメモリであり、このヘッド記憶部36には、実装ヘッド30に個別に設定されたID情報、実装ヘッド30の種類を示す情報などが記憶される。また、ヘッド記憶部36には、キャリブレーション装置108によって測定された、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の情報が記憶される。
図6を参照して、実装ヘッド30の着脱部34は、電源供給用のコネクタ34aと、通信用のコネクタ34bとを有する。一方で、ヘッド支持部52は、着脱部34に設けられた電源供給用のコネクタ34aに接続されるコネクタ52aと、着脱部34に設けられた通信用のコネクタ34bに接続されるコネクタ52bとを有している。実装ヘッド30がヘッド支持部52に装着されると、これらのコネクタ34a、34b、52a、52bが接続される。これにより、実装ヘッド30に対して電源が供給され、また、実装装置103と、実装ヘッド30とが通信可能な状態となる。
実装ヘッド30の着脱部34の下部には、第1の係合部34cが設けられており、対応して、ヘッド支持部52の下部には、第1の係合部34cに係合する第2の係合部52cが設けられている。実装ヘッド30が交換されるとき、実装ヘッド30は、第1の係合部34cを回動の中心軸として回動される。
ヘッド支持部52の上部には、実装ヘッド30をヘッド支持部52に固定するためのロック機構52dが設けられる。ロック機構52dは、回動可能なレバー52eと、回動されるレバー52eの動きに応じて上下方向に移動する凸状の第1のロック部52fとを有する。実装ヘッド30の着脱部34の上部には、ヘッド支持部52の第1のロック部52fと係合する凹状の第2のロック部34dが設けられる。
レバー52eが下側に向けて回動されると、第1のロック部52fが下側に向けて移動され、第1のロック部52fが第2のロック部34dと係合し、ロック状態となる。一方で、レバー52eが上側に向けて回動されると、第1のロック部52fが上側に向けて移動され、ロック状態が解除される。
基板カメラ18(図3参照)は、ヘッド移動機構40におけるX軸移動体46の下側に配置されている。この基板カメラ18は、ヘッド移動機構40による実装ヘッド30のX−Y方向(水平方向)への移動に伴って、実装ヘッド30と共にX−Y方向へ移動される。
基板カメラ18は、その光軸がZ軸方向を向くように配置されており、基板1上における任意の2点以上の位置に設けられたアライメントマークを上方から撮像する。実装装置103の制御部3は、撮像により取得されたアライメントマークの画像に基づいて、実装装置103内における基板1の位置を認識する。
部品カメラ19(図3、4参照)は、その光軸がZ軸方向を向くように配置されており、操作位置に位置する吸着ノズル33bによって吸着された電子部品2を下側から撮像する。実装装置103の制御部3は、部品カメラ19により取得された画像に基づいて、電子部品2の吸着状態(電子部品2のZ軸回りの角度、吸着不良等)を判断する。
図5を参照して、制御部3は、例えば、CPU(Central processing Unit)により構成される。制御部3は、記憶部4に記憶された各種のプログラムに基づき種々の演算を実行し、実装装置103の各部を統括的に制御する。この制御部3の処理については、後に詳述する。
記憶部4は、制御部3の処理に必要な各種のプログラムが記憶された不揮発性のメモリと、制御部3の作業領域として用いられる揮発性のメモリとを有する。上記各種のプログラムは、光ディスク、半導体メモリ等の可搬性の記録媒体から読み取られてもよい。
通信部5は、基板検査装置などの実装ライン内の他の装置に対して情報を送信したり、他の装置から情報を受信したりする。
[キャリブレーション装置108の全体構成及び各部の構成]
次に、キャリブレーション装置108の構成について説明する。
図7は、キャリブレーション装置108を示す模式図である。図8は、キャリブレーション装置108の構成を示すブロック図である。
図7に示すように、実装ヘッド30を着脱自在に支持することが可能なヘッド支持体62と、実装ヘッド30の下側に配置された上向きのカメラ63を有する。さらに、図8に示すように、キャリブレーション装置108は、制御部6及び記憶部7を有する。
ヘッド支持体62及びカメラ63は、図示しないフレーム構造体10に固定されている。ヘッド支持体62、フレーム構造体10などによりキャリブレーション装置本体が構成される。
ヘッド支持体62は、実装装置103におけるヘッド支持部52と同様の構成を有している(図6などを参照)。ヘッド支持体62は、実装ヘッド30の着脱部34に設けられた電源供給用のコネクタ34aに接続されるコネクタ62aと、実装ヘッド30の着脱部34に設けられた通信用のコネクタ34bに接続されるコネクタ62bとを有している。これらのコネクタを介して、実装ヘッド30に対して電源が供給され、また、キャリブレーション装置108と、実装ヘッド30とが通信可能な状態となる。
カメラ63は、その光軸がZ軸方向を向くように配置されており、吸着ノズル33bを先端部側から撮像する。図9は、吸着ノズル33bを先端部側から見た図である。図9に示すように、吸着ノズル33bは、その先端部における中央の位置に先端側に向けて突出する吸着部33cを有している。吸着部33cの中心は、吸着ノズル33bの中心軸と一致するように設計されている。
また、吸着ノズル33bの先端部には、カメラ63によって撮像可能な2つのマーク70が設けられている。2つのマーク70は、その2つのマークの間の中心位置が吸着ノズル33bの中心軸の位置と一致するように吸着ノズル33bに設けられている。
図8を参照して、キャリブレーション装置108の制御部6は、例えば、CPU(Central processing Unit)により構成される。制御部6は、記憶部7に記憶された各種のプログラムに基づき種々の演算を実行し、キャリブレーション装置108の各部を統括的に制御する。
記憶部7は、制御部6の処理に必要な各種のプログラムが記憶された不揮発性のメモリと、制御部6の作業領域として用いられる揮発性のメモリとを有する。上記各種のプログラムは、光ディスク、半導体メモリ等の可搬性の記録媒体から読み取られてもよい。
[動作説明]
次に、キャリブレーション装置108及び実装装置103のキャリブレーションにおける処理について説明する。
《キャリブレーション装置108の処理》
まず、キャリブレーション装置108の処理について説明する。図10は、キャリブレーション装置108の処理を示すフローチャートである。キャリブレーション装置108の制御部6は、まず、複数の吸着ノズル33bの中から、特定の吸着ノズル33bを基準ノズルとして選択する(ステップ101)。基準ノズルは、オペレータによって予め設定されている吸着ノズル33bが選択されてもよいし、制御部6によってランダムに選択されてもよい。
次に、キャリブレーション装置108の制御部6は、ターレット駆動部37を制御してターレット33aを回転させ、基準ノズルとして選択された吸着ノズル33bを操作位置へと移動させる(ステップ102)。次に、キャリブレーション装置108の制御部6は、ノズル駆動部38を制御して、基準ノズルを所定の距離分(例えば、10mm)下降させる(ステップ103)。このとき、基準ノズルが下降される距離は、電子部品2を基板1上に実装するとき(及び電子部品2を吸着するとき)に基準ノズルが下降される距離と同じ距離とされる。
次に、キャリブレーション装置108の制御部6は、カメラ63を制御して、基準ノズルを先端部側から撮像させ、画像を取得する(ステップ104)。基準ノズルの先端部の画像を取得すると、キャリブレーション装置108の制御部6は、ノズル駆動部38を制御して基準ノズルを上昇させる。
図11には、吸着ノズル33bを先端部側から撮像したときの画像の一例が示されている。
図11に示すように、画像内には、2つのマーク70が含まれる。キャリブレーション装置108の制御部6は、取得された画像を画像処理して、2つのマーク70の位置を取得し、2つのマーク70の中間点の位置を算出する。そして、キャリブレーション装置108の制御部6は、2つのマーク70の中間点の位置をX―Y平面での基準点(0、0)として決定する(ステップ105)。
また、このとき、キャリブレーション装置108の制御部6は、2つのマーク70を結ぶ直線をX軸方向として設定し、基準点を通りX軸に直行する方向をY軸方向として設定する。これにより、基準ノズルの下降時の位置を基準点とし、基準ノズルのZ軸回りの角度を座標角度とした1つの座標が生成される。
図11には、カメラの視野角度を基準とした座標(X’軸、Y’軸)も示されているが、この座標は使用されない。
次に、キャリブレーション装置108の制御部6は、ターレット駆動部37を制御してターレット33aを回転させ、操作位置に位置する吸着ノズル33bを基準ノズルから他の吸着ノズル33bに切り換える(ステップ106)。そして、操作位置に新たに位置することになった吸着ノズル33bを所定の距離分(例えば、10mm)下降させる(ステップ107)。そして、制御部は、カメラを制御して吸着ノズル33bを先端部側から撮像し画像を取得する(ステップ108)。
次に、キャリブレーション装置108の制御部6は、取得された画像内に含まれる2つのマーク70の中間点の位置を算出することによって、その吸着ノズル33bの下降時における水平方向での位置情報(ΔX、ΔY)を取得する(ステップ109)。なお、このとき用いられる座標は、基準ノズルの下降時の位置を基準点とし、基準ノズルのZ軸回りの角度を座標角度とした座標である。
位置情報を取得すると、キャリブレーション装置108の制御部6は、位置が未だ測定されてない吸着ノズル33bが残っているかどうかを判定する(ステップ110)。吸着ノズル33bが残っている場合(ステップ110のYES)、制御部は、ステップ106へ戻る。全ての吸着ノズル33bの水平方向での位置が測定された場合(ステップ110のNO)、制御部は、測定結果、つまり、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の情報をヘッド記憶部36に記憶させる。
図12は、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置(ΔXb、ΔYb)、(ΔXc、ΔYc)、(ΔXd、ΔYd)・・・の一例を示す図である。
ここで、本実施形態においては、ヘッド部33や、吸着ノズル33bの加工精度が完全に正確である場合には、基準ノズルが下降されたときの水平方向の位置(基準点)と、他の吸着ノズル33bが下降されたときの水平方向の位置は、同じ位置となるはずである。しかしながら、ヘッド部33や、吸着ノズル33bの加工精度には、多少のバラつきが生じるため、図12に示すように、基準ノズルが下降されたときの水平方向の位置(基準点)と、他の吸着ノズル33bが下降されたときの水平方向の位置は、同じ位置とはならず、多少のずれが生じることになる。
《実装装置103の処理》
次に、実装装置103の処理について説明する。図13は、実装装置103の処理を示すフローチャートである。
実装装置103の制御部3は、実装装置本体103aに対して初めて実装ヘッド30が取り付けられたときや、実装ヘッド30が交換されて新たな実装ヘッド30が取り付けられたなどに、図13に示す処理を実行する。なお、実装装置103に取り付けられる実装ヘッド30は、既に、キャリブレーション装置108での処理は完了しており、ヘッド記憶部36に対しては、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向の相対位置が記憶されている。
実装ヘッド30が実装装置本体103aに取り付けられると、まず、実装装置103の制御部3は、ヘッド移動機構40を制御して、実装ヘッド30を水平方向に移動させ、実装ヘッド30を部品カメラ19の上方に移動させる。
次に、実装装置103の制御部3は、ターレット駆動部37を制御してターレット33aを回転させ、基準ノズルを操作位置へ移動させる(ステップ201)。なお、このとき、実装ヘッド30に対する基準ノズルのZ軸回りの角度は、キャリブレーション装置108によって基準ノズルの先端部が撮像されたときの角度と同じ角度とされる。
基準ノズルを操作位置へ移動させると、次に、実装装置103の制御部3は、基準ノズルを下降させる(ステップ202)。なお、このとき基準ノズルが下降する距離は、キャリブレーション装置108における測定において基準ノズルが下降された距離と同じ距離とされている。また、基準ノズルが下降されたときの基準ノズルの高さは、基準ノズルが電子部品2を基板1上に実装するとき(及び電子部品2を吸着するとき)の高さと同じ高さとされている。なお、このような関係を満たすことができるように、Z軸移動機構51によって実装ヘッド30全体の実装装置103内の高さが調整される。
基準ノズルが下降されると、実装装置103の制御部3は、部品カメラ19によって、基準ノズルの先端部を下側から撮像させる(ステップ203)。図14は、部品カメラ19によって撮像された基準ノズルの先端部の画像の一例を示す図である。
次に、実装装置103の制御部3は、取得された画像内に含まれる2つのマーク70の中間点の位置を算出することによって、基準ノズルの下降時における水平方向での位置情報(X、Y)を取得する(ステップ204)。
このとき、実装装置103の制御部3は、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の座標のZ軸回りの傾きを判定する(ステップ205)。この場合、実装装置103の制御部3は、2つのマーク70を結ぶ直線をX軸方向と判定し、位置(X、Y)を通りX軸に直行する方向をY軸方向として判定することによって、座標のZ軸回りの傾きを判定する。
図14には、カメラの視野角度を基準とした座標(X"軸、Y"軸)も示されている。なお、本実施形態においては、部品カメラ19の視野角度を基準とした座標のX"軸、Y"軸は、NC座標(電子部品2の実装において用いられる、実装装置103内の座標)におけるX"軸、Y"軸と一致している。
実装装置103の制御部3は、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の座標を認識すると、この座標(図14におけるX軸、Y軸)と、NC座標(X"軸、Y"軸)とのZ軸回りの角度差を算出する(ステップ206)。
次に、実装装置103の制御部3は、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向の相対位置の情報をヘッド記憶部36から読み出す。そして、制御部3は、ステップ206で算出された角度差に基づいて、基準点に対する吸着ノズル33bの相対位置の座標をZ軸回りに回転させて、吸着ノズル33bの相対位置をNC座標に合った相対位置に変換する(ステップ207)。
図15には、吸着ノズル33bの相対位置(ΔXb、ΔYb)、(ΔXc、ΔYc)、(ΔXd、ΔYd)・・・、を、NC座標に合った相対位置(ΔXb1、ΔYb1)、(ΔXc1、ΔYc1)、(ΔXd1、ΔYd1)・・・に変換するときの様子が示されている。
次に、実装装置103の制御部3は、NC座標に合った相対位置に変換後の各吸着ノズル33bの位置(ΔXb1、ΔYb1)、(ΔXc1、ΔYc1)、(ΔXd1、ΔYd1)・・・に対して、基板カメラ18の中心位置と、基準点との相対位置を加算する(ステップ208)。これにより、NC座標における基板カメラ18の中心位置に対する吸着ノズルの相対位置(ΔXb2、ΔYb2)、(ΔXc2、ΔYc2)、(ΔXd2、ΔYd2)・・・が算出される。図16には、NC座標における基板カメラ18の中心位置に対する吸着ノズルの相対位置(ΔXb2、ΔYb2)、(ΔXc2、ΔYc2)、(ΔXd2、ΔYd2)・・・が算出されるときの様子が示されている。
[作用等]
図17は、比較例と本実施形態との比較図である。図17の上側に示すように、比較例では、実装ヘッド30を実装装置本体103aに対して取り付けて、実装ヘッド30の設定を行った後、NC座標において、基板カメラ18の中心位置からの相対位置を全ての吸着ノズル33bにおいてそれぞれ算出する必要がある。このため、比較例では、キャリブレーションに時間が掛かってしまう。
一方、本実施形態では、キャリブレーション装置108において、オフラインで基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向の相対位置を予め測定しておくことができる。このため、実装装置本体103aに対して実装ヘッド30を取り付けるときには、実装装置103内における基準点の位置を測定すれば、後は、基本的には、その基準点に対して各吸着ノズル33bの相対位置を加算すれば、吸着ノズル33bの各位置に測定することができる。
このように、本実施形態では、キャリブレーション装置108においてキャリブレーションに必要な処理の一部を予め行っておくことができるため、実装装置103においてキャリブレーションを行うときには、短時間でキャリブレーションを完了させることができる。特に、本技術では、その実装装置103に対してまだ取り付けられたことのない実装ヘッド30を、その実装装置103で新たに使用する場合においても、実装装置103において短時間でキャリブレーションを完了させることができる。
本発明者らが、実装装置103においてキャリブレーションに掛かる時間を実際に測定した結果、キャリブレーションに掛かった時間は、3分程度であった。
また、本実施形態では、キャリブレーション装置108において、吸着ノズル33bを下降させたときの水平方向での相対位置が測定されているので、ノズルを下降させて電子部品2を実装するときの吸着ノズル33bの水平方向での位置を実装装置103が正確に認識することができる。
ここで、実装装置103を組み立てて製造する場合、一般的に、実装装置本体103aの組立て→実装装置本体103aの調整→実装ヘッド30の取り付け調整→実装ヘッド30のキャリブレーション→実装装置103のキャリブレーションといった流れで行われている。一方、本実施形態では、キャリブレーション装置108によって実装ヘッド30のキャリブレーションを行っておくことができるので、実装装置103を組み立てて製造するときに、実装装置本体103aの組立て→実装装置本体103aの調整→実装装置103のキャリブレーションといった工程と同時平行で、実装ヘッド30の組立て→実装ヘッド30の調整→実装ヘッド30のキャリブレーションといった工程を行うことができる。このように工程を分離して工程を同時進行で進められるので、実装装置103を製造する工程についても時間を短縮することができる。
次に、図26〜図28を参照して、本実施形態に係る実装装置103による電子部品2の実装精度について説明する。
図26及び図27は、比較例に係る実装装置103による電子部品2の実装精度を説明するための図であり、基板1上における目標位置と、実際の電子部品2の実装位置とのずれ量の分布を示す図である。図28は、本実施形態に係る実装装置103による電子部品2の実装精度を説明するための図であり、基板1上における目標位置と、実際の電子部品2の実装位置とのずれ量の分布を示す図である。
図26に示すデータは、実装ヘッド30のキャリブレーションに必要な全ての処理を生産ライン上の実装装置103で実行し、その後に、その実装装置103において電子部品を基板上に実装することによって取得されたデータである。具体的には、まず、実装装置本体103aに対して実装ヘッド30が取り付けられ、複数の吸着ノズル33bのそれぞれについて、基板カメラ18の中心に対する相対位置が求められた。このような方法でキャリブレーションが行われた後、実際に吸着ノズル33bによって目標位置に対して電子部品2が実装され、目標位置と、電子部品2の実際の実装位置との差分が求められた。この差分の分布が図26に示されている。図26には、X軸方向及びY軸方向における3σ(σ:標準偏差)、平均値(AVE)及び工程能力指数(Cpk)も示されている。
図27に示すデータは、以下のようにして取得された。まず、図26に示すデータの取得後に、実装装置本体103aから実装ヘッド30を一端取り外し、再び実装装置本体103aに実装ヘッド30を取り付けて実装ヘッド30のキャリブレーションを行った。このときの実装ヘッド30のキャリブレーションは、実装装置103において基準点の位置を測定するような処理を実行せずに、単純に各吸着ノズル33bの相対位置のデータのみを用いて行われた。このような方法でキャリブレーションが行われた後、実際に吸着ノズル33bによって目標位置に対して電子部品が実装され、目標位置と、電子部品の実際の実装位置との差分が求められた。なお、図27には、図26と同様に、X軸方向及びY軸方向における3σ(σ:標準偏差)、平均値(AVE)及び工程能力指数(Cpk)も示されている。
図28に示すデータは、本実施形態に係るキャリブレーションが実装装置103において行われた後(図13参照)、実際に吸着ノズル33bによって基板1上の目標位置に対して電子部品2が実装され、目標位置と、電子部品2の実際の実装位置との差分を求めることによって得られたデータである。なお、図28には、図26及び図27と同様に、X軸方向及びY軸方向における3σ(σ:標準偏差)、平均値(AVE)、及び工程能力指数(Cpk)も示されている。
図28(本実施形態)と図27(比較例)とを比較すると、図27よりも図28の方が電子部品の実装精度が高いことが分かる。つまり、比較例よりも本実施形態の方が実装精度が高いこととが分かる。また、図28(本実施形態)と図26(比較例)とを比較すると、図28は、図26と同様の実装精度を実現していることが分かる。すなわち、本実施形態では、実装ヘッド30のキャリブレーションに必要な全ての処理を生産ライン上の実装装置103で実行し、その実装ヘッド30を取り外すことなく、その実装ヘッド30の吸着ノズル33bによって電子部品2を基板1上に実装したときの実装精度と同等の実装精度を実現することができる。
<第2実施形態>
次に、本技術の第2実施形態について説明する。第2実施形態以降では、上述の第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
[実装ヘッド80の構成]
図18は、第2実施形態において用いられる実装ヘッド80を示す図である。この実装ヘッド80は、部品認識カメラ82と、部品認識カメラ82を保持する保持部材83が実装ヘッド80に対してさらに設けられている点で上述の第1実施形態とは異なっている。
保持部材83は、ヘッド筐体31の下部に配置される。部品認識カメラ82は、複数の吸着ノズル33bのうち、操作位置とは反対側の位置に位置する吸着ノズル33bによって吸着されている電子部品2(或いは、後述の冶具部品85)を下側から撮像可能な位置に配置されている。なお、以降では、ヘッド部33において操作位置とは反対側の位置を部品認識位置と呼ぶ。
この実装ヘッド30が実装装置103に取り付けられた場合、実装装置103の制御部3は、撮像により取得された画像に基づいて、電子部品2の吸着状態(電子部品2のZ軸回りの角度、吸着不良等)を判断する。
[キャリブレーション装置108の構成]
図19は、第2実施形態に係るキャリブレーション装置109を示す図である。キャリブレーション装置109は、上述の第1実施形態に係る実装装置103の一部と同様の構成を有している。すなわち、キャリブレーション装置108は、実装ヘッド30をY軸方向、X軸方向及びZ軸方向にそれぞれ移動させるためのY軸移動機構41、X軸移動機構44及びZ軸移動機構51を有するヘッド移動機構40を備えている。なお、このヘッド移動機構40の構成については、上述の第1実施形態に係る実装装置103と同様であるため、説明を省略する。
キャリブレーション装置109は、ヘッド移動機構40におけるX軸移動体46の下側に配置された下向のカメラ部86(第1の撮像部)を有する。カメラ部86は、上述の基板カメラ18と同様の構成を有しており、後述の冶具部品85を上方から撮像可能とされている。
キャリブレーション装置109は、冶具部品85を載置する載置台87を有する。図20は、冶具部品85を示す図である。冶具部品85は、吸着ノズル33bによって吸着することができる程度の大きさとされている。この冶具部品85は、ガラスや、アクリル樹脂などの透明な部材により構成されており、その上面には、蒸着により形成された薄膜の4つのマーク85aが形成されている。
第2実施形態では、実装ヘッド80、部品認識カメラ82、カメラ部86は、ヘッド移動機構40によって一体的に水平方向へ移動可能とされている。
なお、第2実施形態に係るキャリブレーション装置109は、第1実施形態にキャリブレーション装置108とは異なり、実装ヘッド30の下側の位置に配置された上向きのカメラ63が設けられていない。また、第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、吸着ノズル33bで吸着を行うための圧力を提供する、図示しないエアコンプレッサがキャリブレーション装置109に設けられる。
[キャリブレーション装置108の処理]
図21は、第2実施形態に係るキャリブレーション装置109の処理を示すフローチャートである。
まず、キャリブレーション装置109の制御部6は、ヘッド移動機構40によって実装ヘッド80をZ軸方向へ移動させて、実装ヘッド80の高さを調整する(ステップ301)。これにより、吸着ノズル33bが冶具部品85を吸着するときの下降距離が、電子部品2を基板1上に実装するとき(及び電子部品2を吸着するとき)の下降距離と同じ距離となるように、実装ヘッド30の高さが調整される。
次に、キャリブレーション装置109の制御部6は、ヘッド移動機構40を制御して、キャリブレーション装置109内の所定の位置に置かれた冶具部品85の上方にカメラ部86を移動させ、カメラ部86によって上方から冶具部品85を撮像させる(ステップ302)。そして、キャリブレーション装置109の制御部6は、画像内に含まれるマーク85aの位置を認識し、マーク85aの位置に基づいて、キャリブレーション装置108内における冶具部品85の水平方向での位置と、冶具部品85のZ軸回りの傾きを認識する(ステップ303)。
次に、キャリブレーション装置109の制御部6は、ヘッド移動機構40を制御して、操作位置に位置する吸着ノズル33bを冶具部品85の上方へ移動させる(ステップ303)。このとき、キャリブレーション装置109の制御部6は、設計値として設定されている、電子部品2を吸着した吸着ノズル33b及びカメラ部86の相対距離分だけ、吸着ノズル33bを移動させる。
次に、キャリブレーション装置109の制御部6は、ノズル駆動部38により吸着ノズル33bを下方へ移動させた後、エアコンプレッサを制御して、吸着ノズル33bにより冶具部品85を吸着させ(ステップ305)、その後、吸着ノズル33bを上昇させる。
次に、キャリブレーション装置109の制御部6は、ターレット33aを回転させて、冶具部品85を吸着した吸着ノズル33bを部品認識位置に移動させた後、部品認識カメラ82によって冶具部品85を下側から撮像させる(ステップ306)。
図22は、部品認識カメラ82によって冶具部品85を下側から撮像したときの画像の一例を示す図である。
ここで、第2実施形態では、カメラ部86は、冶具部品85を上側から撮像し、部品認識カメラ82は、下側から冶具部品85を撮像する。しかし、冶具部品85は、透明な部材によって構成されているため、冶具部品85をどちら側から撮像してもマークを適切に撮像することができ、また、冶具部品85の厚みの影響も排除することができる。
部品認識カメラ82によって冶具部品85を撮像した後、キャリブレーション装置109の制御部6は、画像内に含まれるマーク85aの位置に基づいて冶具部品85の中心位置を算出し、また、取得された画像に基づいて吸着ノズル33bの中心位置を判断する。そして、キャリブレーション装置109の制御部6は、吸着ノズル33bの中心位置と、冶具部品85の中心位置との差(吸着位置のずれ量)を算出する(ステップ307)。
そして、キャリブレーション装置109の制御部6は、設計値として設定されている、電子部品2を吸着した吸着ノズル33b及びカメラ部86の相対距離(ステップ304参照)と、ステップ307において算出した吸着位置のずれ量とを加算する。これにより、キャリブレーション装置109の制御部6は、カメラ部86の中心位置に対する吸着ノズル33bの位置を正確に算出することができる。なお、このとき、カメラ部86がもつ座標の傾きを、部品認識カメラ82に適用する。
カメラ部86の中心に位置に対する吸着ノズル33bの位置を算出すると、キャリブレーション装置109の制御部6は、測定が完了していない吸着ノズル33bが残っているかどうかを判定する(ステップ308)。測定が完了していない吸着ノズル33bが残っている場合(ステップ308のYES)、キャリブレーション装置109の制御部6は、ステップ301〜ステップ307の処理を繰り返す。
これにより、カメラ部86の中心位置に対する吸着ノズル33bの位置を算出する処理が、全ての吸着ノズル33bでそれぞれ実行される。図23の上側の図には、カメラ部86の中心位置に対する各吸着ノズル33bの位置の一例が示されている。
全ての吸着ノズル33bに対して測定が完了した場合(ステップ308のNO)、キャリブレーション装置109の制御部6は、各吸着ノズル33bで得られた測定結果から、基準ノズルの測定結果を減算する(ステップ309)。これにより、図23の下側の図に示すように、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置が算出される。
次に、キャリブレーション装置109の制御部6は、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の情報をヘッド記憶部36に記憶させる(ステップ310)。
第2実施形態に係るキャリブレーション装置108では、実装ヘッド30の下側に設けられた上向きのカメラがないような場合でも、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の情報を適切に取得することができる。
[実装装置103]
次に、本技術の第2実施形態に係る実装装置103について説明する。この実装装置103は、実装ヘッド30の下側の位置に配置された上向きのカメラが設けられていない点で上述の第1実施形態とは異なっている。また、第2実施形態に係る実装装置103は、冶具部品85が載置される冶具部品85を載置する載置部が設けられる点で上述の第1実施形態と異なっている。
冶具部品85は、冶具部品85のマーク85aの高さが、吸着ノズル33bが電子部品2を実装するときの下降高さ(及び電子部品2を吸着するときの下降高さ)と同じ高さになるように載置部上に置かれる。
[実装装置103の処理]
図24は、第2実施形態に係る実装装置103の処理を示すフローチャートである。
まず、実装装置103の制御部3は、ヘッド移動機構40によって実装ヘッド30をZ軸方向へ移動させて、実装ヘッド30の高さを調整する(ステップ401)。これにより、吸着ノズル33bが冶具部品85を吸着するときの下降距離が、電子部品2を基板1上に実装するとき(及び電子部品2を吸着するとき)の下降距離と同じ距離となるように、実装ヘッド30の高さが調整される。
次に、実装装置103の制御部3は、ヘッド移動機構40を制御して、実装装置103内の所定の位置に置かれた冶具部品85の上方に基板カメラ18を移動させ、基板カメラ18によって上方から冶具部品85を撮像させる(ステップ402)。そして、実装装置103の制御部3は、画像内に含まれるマーク85aの位置を認識し、マーク85aの位置に基づいて、実装装置103内における冶具部品85の水平方向での位置と、冶具部品85のZ軸回りの傾きを認識する(ステップ403)。
次に、実装装置103の制御部6は、ヘッド移動機構40を制御して、実装ヘッド30を移動させつつ、ターレット33aを回転させて基準ノズルを操作位置に位置させ、基準ノズルを冶具部品85の上方へ移動させる(ステップ404)。このとき、実装装置103の制御部3は、設計値として設定されている、基準ノズル及び基板カメラ18の相対距離分だけ、基準ノズルを移動させる。
次に、実装装置103の制御部3は、ノズル駆動部38により基準ノズルを下方へ移動させた後、エアコンプレッサ9を制御して、基準ノズルにより電子部品2を吸着させ(ステップ405)、その後、基準ノズルを上昇させる。
次に、実装装置103の制御部3は、ターレット33aを回転させて、基準ノズルを部品認識位置に移動させた後、部品認識カメラ82によって冶具部品85を下側から撮像させる(ステップ406)(図22参照)。
部品認識カメラ82によって冶具部品85を撮像した後、実装装置103の制御部3は、画像内に含まれるマーク85aの位置に基づいて冶具部品85の中心位置を算出し、また、取得された画像に基づいて吸着ノズル33bの中心位置を判断する。そして、実装装置103の制御部3は、基準ノズルの中心位置と、冶具部品85の中心位置との差(吸着位置のずれ量)を算出する(ステップ407)。
そして、実装装置103の制御部6は、設計値として設定されている、基準ノズル及び基板カメラ18の相対位置に、ステップ407において算出した吸着位置ずれ量を加算する。これにより、実装装置103の制御部3は、基板カメラ18の中心位置に対する基準ノズルの位置を正確に算出することができる。
次に、実装装置103の制御部3は、基板カメラ18が持つNC座標の傾きを部品認識カメラ82で測定し、各吸着ノズル33b下降時の中心位置座標の傾きの差を求め、相対位置の座標を回転させてNC座標の傾きにあった相対位置に変換する(ステップ408)。
そして、実装装置103の制御部3は、NC座標の傾きに合った相対位置に変換後の各吸着ノズル33bの位置に、基板カメラ18の中心位置と、基準点との相対位置を加算する(ステップ409)。これにより、NC座標における基板カメラ18の中心位置からの相対位置が算出される。
第2実施形態に係る実装装置103では、実装ヘッド30の下側に設けられた上向きのカメラがないような場合でも、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の情報に基づいて、各吸着ノズル33bの位置を適切に取得することができる。
<各種変形例>
上述の実施形態では、実装装置103(又はキャリブレーション装置108、109)がヘッド移動機構40によって実装ヘッド30の高さを自動で調整することができる形態について説明した。一方、実装装置103(又はキャリブレーション装置108、109)は、実装ヘッド30を実装装置本体103aに取り付けるときに、手動で実装ヘッド30の高さを調整することができる形態であってもよい。
なお、実装装置103(又はキャリブレーション装置108、109)は、必ずしも高さを調整可能でなくてもよい。実装装置103に高さ調整機構が設けられていない場合、実装ヘッド30と、実装装置本体103aとの組合せの関係で、電子部品2を基板1上に実装するとき(又は電子部品2を吸着するとき)の吸着ノズル33bの下降距離が異なるような場合が想定される。
そこで、キャリブレーション装置108、109の制御部6は、吸着ノズル33bを所定の距離分それぞれ下降させて複数のノズルの先端部における水平方向での位置をそれぞれ測定する処理を、吸着ノズル33bの下降距離を異ならせて複数回繰り返してもよい。これにより、各下降距離において、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置をそれぞれ測定することができる。この場合、実装装置103の制御部3は、各下降距離でのデータのうち、電子部品実装時の吸着ノズル33bの下降距離に最も近いデータを使用して吸着ノズルの下降時の位置を認識する。
上述の各実施形態では、基準点が吸着ノズル33bの位置に設定されている場合について説明した。一方、基準点は、吸着ノズル33b以外の位置に設定されていてもよい。図25は、吸着ノズル33b以外の位置に設けられた場合の例が示されている。図21の上側の図面には、並列型の実装ヘッドの下面において端部の近傍にマーク89が付されている場合の一例が示されている。図21の下側の図面には、回転型の実装ヘッド30の下面において中央の位置にマーク89が付されている場合が示されている。
図に示す例では、マーク89の形状が円形とされているが、マーク89の形状については、長方形や星型などであってもよい。また、図に示す例では、マーク89の数が1つとされているが2以上であってもよい。
本技術において、吸着ノズル33bの代わりに、吸着ノズル33bを模して作成された冶具ノズルが用いられてもよい。冶具ノズルは、ヘッド部33の取り付け部に取り付け可能に構成されており、軸線方向に移動可能とされる。冶具ノズルは、例えば、吸着ノズル33bを先端部側から撮像したときに、吸着ノズル33bの中心をキャリブレーション装置108、実装装置103が認識しにくいような場合に、吸着ノズル33bの代わりに用いられる。
上述の各実施形態では、基準点に対する複数の吸着ノズル33bの水平方向での相対位置の情報が記憶される場所がヘッド記憶部36である場合について説明した。しかし、相対位置の情報が記憶される場所は、これに限られず、搬送可能な記録媒体に記憶されていてもよいし、他の装置(例えば、実装装置、サーバ装置)などに記憶されていてもよい。
上述の各実施形態では、キャリブレーション装置108、109として専用の装置が用いられる場合について説明したが、キャリブレーション装置108、109としてオフラインで準備された実装装置103が用いられてもよい。
ここで、本技術におけるキャリブレーション装置108、109がオフラインで準備されるとは、基板1の生産を行っている稼働中の生産ライン内にキャリブレーション装置108、109が設けられていないという意味である。従って、生産ラインとは別に独立してキャリブレーション装置108、109が設けられる以外にも、たとえば、基板生産を行っていない稼働休止中、あるいは、基板の種類の変更を行う際の稼働停止期間などの空き時間における生産ライン内の実装装置103がキャリブレーション装置108、109として用いられる場合が含まれる。
本技術は、以下の構成をとることもできる。
(1).基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定する制御部を有し、基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置と、
前記実装ヘッドが取り付けられる実装装置本体と、前記実装ヘッドが前記実装装置本体に取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する制御部とを有し、前記生産ライン上に配置された実装装置と
を具備する実装システム。
(2).上記(1)に記載の実装システムであって、
前記キャリブレーション装置の制御部は、前記複数のノズルを高さ方向で所定の距離分それぞれ下降させて前記複数のノズルの先端部における水平方向での位置をそれぞれ測定することによって、前記相対位置を測定する
実装システム。
(3).上記(2)に記載の実装システムであって、
前記キャリブレーション装置の制御部は、前記複数のノズルを所定の距離分それぞれ下降させて前記複数のノズルの先端部における水平方向での位置をそれぞれ測定する処理を、前記複数のノズルの下降距離を異ならせて複数回繰り返すことによって、各下降距離でそれぞれ前記相対位置を測定する
実装システム。
(4).上記(2)に記載の実装システムであって、
前記実装装置は、前記実装ヘッドを高さ方向に移動させるための移動機構を有し、
前記実装装置の制御部は、前記複数のノズルによって前記基板上に電子部品を実装するときの下降距離が、前記キャリブレーション装置において前記複数のノズルが下降された距離と同じ距離となるように、前記移動機構を制御して前記実装ヘッドの高さを調整する
実装システム。
(5).上記(1)〜(4)のうちいずれか1つに記載の実装システムであって、
前記キャリブレーション装置は、高さ方向で前記実装ヘッドの下側の位置に配置され、前記基準点及び前記複数のノズルを下側から撮像する撮像部をさらに有し、
前記キャリブレーション装置の制御部は、前記撮像部によって前記基準点及び前記複数のノズルを撮像させることで、前記相対位置を測定する
実装システム。
(6).上記(1)〜(4)のうちいずれか1つに記載の実装システムであって、
前記キャリブレーション装置は、
前記キャリブレーション装置内の所定の位置に置かれた治具部品を上側から撮像する第1の撮像部と、
前記実装ヘッドに固定され、前記ノズルによって吸着された前記治具部品を下側から撮像する第2の撮像部と、
前記実装ヘッド、前記第1の撮像部及び前記第2の撮像部を一体的に水平方向に移動させる移動機構とをさらに有し、
前記キャリブレーション装置の制御部は、前記キャリブレーション装置内の所定の位置に置かれた治具部品を第1の撮像部により上側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記治具部品の位置を認識し、前記実装ヘッドを前記移動機構により所定の距離分水平方向に移動させてノズルにより治具部品を吸着させ、前記ノズルによって吸着された前記治具部品を前記第2の撮像部によって下側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記ノズルに対する前記治具部品の吸着位置のずれ量を算出し、前記実装ヘッドが移動された距離と、前記吸着位置のずれ量とに基づいて、前記ノズルの水平方向での位置を測定する処理を、前記複数のノズルでそれぞれ実行することによって前記相対位置を測定する
実装システム。
(7).上記(1)〜(6)のうちいずれか1つに記載の実装システムであって、
前記実装装置は、高さ方向で前記実装ヘッドの下側の位置に配置され、前記基準点を下側から撮像する撮像部をさらに有し、
前記実装装置の制御部は、前記撮像部によって前記基準点を撮像させることによって前記基準点の位置を測定する
実装システム。
(8).上記(1)〜(6)のうちいずれか1つに記載の実装システムであって、
前記基準点は、前記実装ヘッドにおいて、前記複数のノズルのうち特定のノズルの位置に設定され、
前記実装装置は、
前記実装装置内の所定の位置に置かれた治具部品を上側から撮像する第1の撮像部と、
前記実装ヘッドに固定され、前記ノズルによって吸着された治具部品を下側から撮像する第2の撮像部と、
前記実装ヘッド、前記第1の撮像部及び第2の撮像部を一体的に水平方向に移動させる移動機構とをさらに有し、
前記実装装置の制御部は、前記実装装置内の所定の位置に置かれた治具部品を第1の撮像部により上側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記治具部品の位置を認識し、前記実装ヘッドを前記移動機構により所定の距離分水平方向に移動させて前記特定のノズルにより治具部品を吸着させ、前記特定のノズルによって吸着された前記治具部品を前記第2の撮像部によって下側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記特定のノズルに対する前記治具部品の吸着位置のずれ量を算出し、前記実装ヘッドが移動された距離と、前記吸着位置のずれ量とに基づいて、前記基準点の位置を認識する
実装システム。
1…基板
2…電子部品
3…制御部
18…基板カメラ
19…部品カメラ
30…実装ヘッド
33b…吸着ノズル
100…実装システム
103…実装装置
108、109…キャリブレーション装置

Claims (12)

  1. 基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定する制御部を有し、基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置と、
    前記実装ヘッドが取り付けられる実装装置本体と、前記実装ヘッドが前記実装装置本体に取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する制御部とを有し、前記生産ライン上に配置された実装装置と
    を具備する実装システム。
  2. 請求項1に記載の実装システムであって、
    前記キャリブレーション装置の制御部は、前記複数のノズルを高さ方向で所定の距離分それぞれ下降させて前記複数のノズルの先端部における水平方向での位置をそれぞれ測定することによって、前記相対位置を測定する
    実装システム。
  3. 請求項2に記載の実装システムであって、
    前記キャリブレーション装置の制御部は、前記複数のノズルを所定の距離分それぞれ下降させて前記複数のノズルの先端部における水平方向での位置をそれぞれ測定する処理を、前記複数のノズルの下降距離を異ならせて複数回繰り返すことによって、各下降距離でそれぞれ前記相対位置を測定する
    実装システム。
  4. 請求項2に記載の実装システムであって、
    前記実装装置は、前記実装ヘッドを高さ方向に移動させるための移動機構を有し、
    前記実装装置の制御部は、前記複数のノズルによって前記基板上に電子部品を実装するときの下降距離が、前記キャリブレーション装置において前記複数のノズルが下降された距離と同じ距離となるように、前記移動機構を制御して前記実装ヘッドの高さを調整する
    実装システム。
  5. 請求項1に記載の実装システムであって、
    前記キャリブレーション装置は、高さ方向で前記実装ヘッドの下側の位置に配置され、前記基準点及び前記複数のノズルを下側から撮像する撮像部をさらに有し、
    前記キャリブレーション装置の制御部は、前記撮像部によって前記基準点及び前記複数のノズルを撮像させることで、前記相対位置を測定する
    実装システム。
  6. 請求項1に記載の実装システムであって、
    前記キャリブレーション装置は、
    前記キャリブレーション装置内の所定の位置に置かれた治具部品を上側から撮像する第1の撮像部と、
    前記実装ヘッドに固定され、前記ノズルによって吸着された前記治具部品を下側から撮像する第2の撮像部と、
    前記実装ヘッド、前記第1の撮像部及び前記第2の撮像部を一体的に水平方向に移動させる移動機構とをさらに有し、
    前記キャリブレーション装置の制御部は、前記キャリブレーション装置内の所定の位置に置かれた治具部品を第1の撮像部により上側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記治具部品の位置を認識し、前記実装ヘッドを前記移動機構により所定の距離分水平方向に移動させてノズルにより治具部品を吸着させ、前記ノズルによって吸着された前記治具部品を前記第2の撮像部によって下側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記ノズルに対する前記治具部品の吸着位置のずれ量を算出し、前記実装ヘッドが移動された距離と、前記吸着位置のずれ量とに基づいて、前記ノズルの水平方向での位置を測定する処理を、前記複数のノズルでそれぞれ実行することによって前記相対位置を測定する
    実装システム。
  7. 請求項1に記載の実装システムであって、
    前記実装装置は、高さ方向で前記実装ヘッドの下側の位置に配置され、前記基準点を下側から撮像する撮像部をさらに有し、
    前記実装装置の制御部は、前記撮像部によって前記基準点を撮像させることによって前記基準点の位置を測定する
    実装システム。
  8. 請求項1に記載の実装システムであって、
    前記基準点は、前記実装ヘッドにおいて、前記複数のノズルのうち特定のノズルの位置に設定され、
    前記実装装置は、
    前記実装装置内の所定の位置に置かれた治具部品を上側から撮像する第1の撮像部と、
    前記実装ヘッドに固定され、前記ノズルによって吸着された治具部品を下側から撮像する第2の撮像部と、
    前記実装ヘッド、前記第1の撮像部及び第2の撮像部を一体的に水平方向に移動させる移動機構とをさらに有し、
    前記実装装置の制御部は、前記実装装置内の所定の位置に置かれた治具部品を第1の撮像部により上側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記治具部品の位置を認識し、前記実装ヘッドを前記移動機構により所定の距離分水平方向に移動させて前記特定のノズルにより治具部品を吸着させ、前記特定のノズルによって吸着された前記治具部品を前記第2の撮像部によって下側から撮像させて画像を取得し、取得された画像に基づいて前記特定のノズルに対する前記治具部品の吸着位置のずれ量を算出し、前記実装ヘッドが移動された距離と、前記吸着位置のずれ量とに基づいて、前記基準点の位置を認識する
    実装システム。
  9. 基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置が、基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定し、
    前記生産ライン上に配置された実装装置が、前記実装装置の実装装置本体に前記実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する
    キャリブレーション方法。
  10. 基板を生産するための生産ラインの外部に配置されたキャリブレーション装置に、
    基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定するステップを実行させ、
    前記生産ライン上に配置された実装装置に、
    前記実装装置の実装装置本体に前記実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識するステップを実行させる
    プログラム。
  11. 基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドにおける、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置を測定し、
    基板を生産するための生産ライン上に配置された実装装置の実装装置本体に前記実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する
    キャリブレーション方法。
  12. 基板を生産するための生産ライン上に配置された実装装置の実装装置本体に、基準点及び複数のノズルを有する実装ヘッドが取り付けられた状態で、前記実装装置本体内における前記基準点の水平方向での位置を測定し、
    前記実装装置本体内における基準点の位置の情報と、前記基準点に対する前記複数のノズルの水平方向での相対位置の情報とに基づいて、前記実装装置本体内における前記複数のノズルの水平方向での位置を認識する
    キャリブレーション方法。
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