JP2019169679A

JP2019169679A - 部品実装装置

Info

Publication number: JP2019169679A
Application number: JP2018058394A
Authority: JP
Inventors: まみ菊地; Mami Kikuchi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: JP7241256B2

Abstract

【課題】基板に対する部品の実装精度を向上させることができる部品実装装置を提供することを目的とする。【解決手段】ノズル２３により吸着した部品ＰＴを基板ＫＢに実装する実装ヘッドが、昇降自在に設けられて下端にノズル２３が取り付けられたノズルシャフトと、ノズルシャフトの昇降に伴って昇降する撮像素子ホルダと、撮像素子ホルダに保持され、ノズル２３の下端を含む領域を撮像する撮像素子を備える。制御部は、撮像素子の撮像により得られる画像に基づいて実装ヘッドを作動させることで、ノズル２３に吸着させた部品ＰＴを基板ＫＢに実装する。【選択図】図７

Description

本発明は、実装ヘッドにより基板に部品を実装する部品実装装置に関する。

部品実装装置は、基板を所定の位置に予め位置決めしたうえで、部品供給部が供給する部品を実装ヘッドが備えるノズルに吸着させ、実装ヘッドを基板の上方に移動させて部品を基板に実装する。ノズルが吸着した部品は基板の上方に移動される前に、別途設けられた部品カメラによって下方から撮像され、部品が認識される。

一方、部品が実装される基板上の半田の位置は予め記憶された生産データに基づいて把握され、部品カメラによる撮像で認識された部品にノズルに対する位置ずれが検出された場合には、その位置ずれが解消されるように基板に対するノズルの位置の補正がなされる。

また、従来、実装ヘッドに撮像素子を設けてノズルの先端部を撮像できるようにし、これによりノズルに対する部品の吸着状態の判断を行うことができるようにした技術が知られている（例えば、下記の特許文献１）。このような構成の部品実装装置では、ノズルに吸着された状態の部品をノズルとともに視認できることから、ノズルに吸着された部品を部品カメラによって下方から視認する場合よりも、ノズルと部品との位置関係をより正確に把握することができ、基板に対する部品の実装ずれを小さくすることができるという利点がある。

特開平５−３７１９８号公報

上記のような基板に対する部品の実装ずれは基板の製造品質に大きく影響し、近年における部品の極小化のもとでは部品の実装ずれをこれまで以上に小さくしてより精度よく部品を基板に実装できる技術が求められている。

そこで本発明は、基板に対する部品の実装精度を向上させることができる部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、部品を吸着するノズルを備えた実装ヘッドと、前記実装ヘッドを作動させて基板に部品を実装する制御部とを備えた部品実装装置であって、前記実装ヘッドは、昇降自在に設けられて下端に前記ノズルが取り付けられたノズルシャフトと、前記ノズルシャフトの昇降に伴って昇降する撮像素子ホルダと、前記撮像素子ホルダに保持され、前記ノズルの下端を含む領域を撮像する撮像素子とを備え、前記制御部は、前記撮像素子の撮像により得られる画像に基づいて前記実装ヘッドを作動させることで、前記ノズルに吸着させた部品を基板に実装する。

本発明によれば、基板に対する部品の実装精度を向上させることができる。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の側面図本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える実装ヘッドの斜視図本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える実装ヘッドの一部の側面図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置の実装ヘッドが備える撮像素子が撮像素子ホルダを介してノズルと一体となって昇降する状況を示す実装ヘッドの一部の側面図本発明の一実施の形態における部品実装装置の実装ヘッドが備える撮像素子により撮像される画像の一例を示す図本発明の一実施の形態における部品実装装置が実行する部品実装工程の流れを示すフローチャート（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置の実装ヘッドにより基板に部品を実装する手順の一例を示す図（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における部品実装装置の実装ヘッドにより基板に部品を実装する手順の一例を示す図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置の実装ヘッドにより基板に部品を実装する手順の一例を示す図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における部品実装装置１を示している。部品実装装置１は、上流工程側から供給された基板ＫＢを搬入して作業位置に位置決めし、部品ＰＴを基板ＫＢに実装したうえで下流工程側に搬出するように動作する。本実施の形態では、作業者ＯＰから見た左右方向（図１の紙面に直交する方向）をＸ軸方向とし、作業者ＯＰから見た前後方向（図１の紙面の左右方向）をＹ軸方向とする。また、上下方向（図１の紙面の上下方向）をＺ軸方向とする。

図１において、部品実装装置１は基台１１、基板搬送部１２、複数のテープフィーダ１３、ヘッド移動機構１４及び実装ヘッド１５を備えている。基板搬送部１２は基台１１上をＸ軸方向に延びた一対のコンベア機構１２ａで構成されており、基板ＫＢをＸ軸方向に搬送して所定の作業位置に位置決めする。複数のテープフィーダ１３は基台１１に連結される台車１６のフィーダベース１７にＸ軸方向に並んで取り付けられている。各テープフィーダ１３はリール１８より供給されるキャリアテープ１９をピッチ送りし、キャリアテープ１９に保持された部品ＰＴを部品供給口１３Ｋに供給する。リール１８は台車１６に保持されている。

図１において、ヘッド移動機構１４は例えば直交座標ビーム機構から成り、実装ヘッド１５を水平面内方向に移動させる。実装ヘッド１５はヘッド移動機構１４によって移動されるヘッド基部２１と、ヘッド基部２１から下方に延びた複数（ここでは４つ）のノズルシャフト２２を備えている（図２及び図３）。

図２及び図３において、各ノズルシャフト２２の下端にはノズル保持具２２Ｈを介してノズル２３が着脱自在に取り付けられている。各ノズルシャフト２２はヘッド基部２１に対して昇降自在であるとともに中心軸線（Ｚ軸）回りに回動自在である。各ノズルシャフト２２はヘッド基部２１に設けられたシリンダ２１Ｓ（図３）に駆動されてノズル２３とともに昇降され、ヘッド基部２１に設けられた図示しないモータに駆動されて中心軸線回りに回動する。

各ノズルシャフト２２は中空の部材で構成され、その内部空間はノズルシャフト２２に取り付けられたノズル２３に通じている。部品実装装置１の外部から図示しない真空管路を通じてノズルシャフト２２の内部に真空圧が供給されると、ノズル２３の下端２３Ｔ（図３）に真空吸引力が発生する。

図２及び図３において、各ノズルシャフト２２の下部（ノズル保持具２２Ｈの上方）には撮像素子ホルダ２４が固定して設けられている。撮像素子ホルダ２４は上方に延びたスライダ部２５と下方に延びた下方延出部２６を有している。

図２及び図３において、スライダ部２５はヘッド基部２１の内部に設けられたガイド部２１Ｇによって上下方向にスライド自在にガイドされている。ノズルシャフト２２がヘッド基部２１に対して昇降すると、撮像素子ホルダ２４はスライダ部２５をガイド部２１Ｇに対してスライドさせながら、ノズルシャフト２２と一体となってヘッド基部２１に対して昇降する（図４（ａ），（ｂ））。ここで、図４（ａ）はノズルシャフト２２がヘッド基部２１に対して下降していない通常位置にある状態を示しており、図４（ｂ）はノズルシャフト２２が通常位置から下降した状態を示している。

図３において、撮像素子ホルダ２４の下方延出部２６の下端には素子保持部２７が形成されている。素子保持部２７には撮像素子２８が着脱自在に保持されている。撮像素子２８は素子保持部２７に取り付けられた状態で撮像光軸２８Ｊを鉛直下方から所定の角度θ傾けており、ノズル２３の下端２３Ｔを含む領域を斜め上方から（すなわち俯瞰姿勢で）撮像する。従って、撮像素子２８の視野内にはノズル２３の下端２３Ｔが含まれており、撮像素子２８が撮像する画像内には、ノズル２３の下端２３Ｔが必ず映し出される。

また、上記のように、撮像素子２８の視野内にノズル２３の下端２３Ｔが含まれているので、ノズル２３により部品ＰＴを吸着した状態では、撮像素子２８の撮像によって得られる画像ＧＺ内に（図５）、ノズル２３に吸着された状態の部品ＰＴが俯瞰のアングルで映し出される。また、吸着した部品ＰＴを基板ＫＢ上の対応する半田ＨＤ（その部品ＰＴが実装される位置）に近づけると、その画像ＧＺ内には更に、半田ＨＤの画像も映し出される（図５）。

図１において、部品実装装置１が備える制御部３０は、基板搬送部１２による基板ＫＢの搬送及び作業位置への位置決め動作を制御する。また制御部３０は、各テープフィーダ１３による部品ＰＴの供給動作を制御する。また制御部３０は、ヘッド移動機構１４による実装ヘッド１５の移動を制御する。また制御部３０は、実装ヘッド１５による各ノズルシャフト２２の（すなわちノズル２３の）昇降及びＺ軸回りの回動を制御する。また制御部３０は、各ノズル２３の下端２３Ｔに真空吸着力を発生させる動作を制御する。

図３において、撮像素子２８はケーブル２８Ｃを通じて制御部３０と繋がっており、制御部３０は、ケーブル２８Ｃを通じて撮像素子２８を制御する。撮像素子２８の撮像により得られた画像データはケーブル２８Ｃを通じて制御部３０に送られる。

図１において、制御部３０は記憶部３１を備えている。記憶部３１は種々のデータを記憶しており、部品実装装置１の各部の動作順序データが記録された実装プログラムのほか、基板ＫＢに対する部品ＰＴの実装に関連する各種のデータを生産データとして記憶している。生産データの中には、少なくとも、基板ＫＢに実装する対象となっている部品ＰＴの詳細データ、基板ＫＢにおけるランドの位置のデータ、実装される部品ＰＴの種類や実装方向等を示すデータ、基板ＫＢに堆積された半田ＨＤを検査して得られた半田ＨＤの位置のデータ及び半田ＨＤの堆積のデータが含まれている。制御部３０は、撮像素子２８が撮像して得られた画像データと生産データとに基づいて所要の判断及び処理を行い、実装プログラムに従って半田ＨＤに部品ＰＴを接合させることによって、基板ＫＢに部品ＰＴを実装する。

図６のフローチャートは、制御部３０が実行する部品実装工程の流れを示している。部品実装工程では、制御部３０は先ず、記憶部３１から生産データを読み出し（ステップＳＴ１）、テープフィーダ１３が部品供給口１３Ｋに供給する部品ＰＴをノズル２３に吸着させる（ステップＳＴ２）。ノズル２３に部品ＰＴを吸着させたら、制御部３０は実装ヘッド１５を制御し、部品ＰＴを半田ＨＤの上方に移動させる（ステップＳＴ３）。これにより撮像素子２８の撮像により得られる画像ＧＺ内に、部品ＰＴと半田ＨＤの双方が映し出される。

制御部３０は、ノズル２３に吸着させた部品ＰＴを半田ＨＤの上方に移動させたら、撮像素子２８の撮像によって得られる画像ＧＺに基づいて、部品ＰＴを認識する（ステップＳＴ４）。部品ＰＴの認識では先ず、吸着されている部品ＰＴの形状を認識する。そして、認識した形状を生産データに含まれる部品ＰＴの形状データとの間でパターンマッチングし、部品ＰＴが生産データに合致したものであるかどうかを確認する。一方向からパターンマッチングできない場合は、中心軸線回りに回動させて複数方向から認識した形状から部品ＰＴの形状データとの間でパターンマッチングしてもよい。

制御部３０は、部品ＰＴが生産データに合致したものであることを確認したら、ノズル２３に対する部品ＰＴの端子ＴＭ（図５）の位置を求める。部品ＰＴの端子ＴＭの位置は、部品ＰＴのノズル２３に対する姿勢と、生産データに予め記録されている部品ＰＴの端子ＴＭの位置との情報とに基づいて演算によって求める。本実施の形態における部品実装装置１では、ノズル２３に吸着された状態の部品ＰＴをノズル２３とともに視認できることから、ノズル２３とノズル２３に吸着された部品ＰＴとの位置関係（より詳細にはノズル２３と端子ＴＭとの位置関係）が精度よく求められる。

制御部３０は、上記のようにして部品ＰＴを認識したら、その部品ＰＴが実装される半田ＨＤの認識を試みる（ステップＳＴ５）。半田ＨＤの認識は、画像ＧＺから認識される半田ＨＤの形状を、生産データに予め記録されている半田ＨＤの形状との間でパターンマッチングすることによって行う。半田ＨＤの認識は、部品ＰＴの端子ＴＭと接合される対象となっている全ての半田ＨＤについて行う。その結果、対象となっている全ての半田ＨＤを視認できた場合には（ステップＳＴ６において「Ｙ」）、視認した各半田ＨＤの位置を求めて部品ＰＴと半田ＨＤとの位置関係を把握する。このように、撮像素子２８の撮像により得られる画像ＧＺ内に部品ＰＴと半田ＨＤの双方が含まれる状態で把握した部品ＰＴと半田ＨＤとの位置関係は極めて正確なものなる。

部品ＰＴが実装される位置に半田ＨＤが堆積していない場合や、堆積した半田ＨＤの一部が欠けている等の場合には、実装できない旨を作業者ＯＰに報知する。また、基板ＫＢに堆積された半田ＨＤに接触するランドの位置も認識して、認識した形状を生産データに含まれる部品ＰＴの形状データとの間でパターンマッチングし、部品ＰＴが生産データに合致したものであるかどうかを確認してもよい。

制御部３０は、上記のようにして部品ＰＴと半田ＨＤとの位置関係を把握したら、その把握した位置関係に基づいて部品ＰＴの端子ＴＭを半田ＨＤの上方に位置させ、部品ＰＴ半田ＨＤの位置合わせをする（ステップＳＴ７。図７（ａ））。そして、位置合わせが終わったらノズルシャフト２２を下降させ、端子ＴＭを半田ＨＤに接合させる（ステップＳＴ８）。これにより部品ＰＴが基板ＫＢに実装される（図７（ｂ））。なお、基板ＫＢに堆積される半田ＨＤと基板ＫＢに形成されるランドとの位置ずれ具合によって、部品ＰＴを半田ＨＤ基準で実装するかランド基準で実装するかを制御部３０で判断する。

一方、ノズル２３が吸着している部品ＰＴに半田ＨＤが隠れることによって（図８（ａ）→図８（ｂ））、対象となっている半田ＨＤのうちの一部でも視認ができなかった場合には（ステップＳＴ６において「Ｎ」）、制御部３０はノズルシャフト２２を中心軸線回りに回動させる（ステップＳＴ９）。これにより部品ＰＴが回転して撮像素子２８による撮像領域が確保されたら（図８（ｃ））、ステップＳＴ５に戻って半田ＨＤの認識を再度施行する。その結果、それまで部品ＰＴに隠れていて視認できなかった半田ＨＤが視認できるようになり（図８（ｃ））、対象となっている全ての半田ＨＤを視認できた場合には、ステップＳＴ７に進んで部品ＰＴを半田ＨＤに位置合わせする（図９（ａ））。そして、位置合わせが終わったらノズルシャフト２２を下降させ、部品ＰＴの端子ＴＭを半田ＨＤに接合させる（ステップＳＴ８）。これにより部品ＰＴが基板ＫＢに実装される（図９（ｂ））。

ここで、撮像素子２８は撮像素子ホルダ２４を介してノズルシャフト２２と一体に昇降し、ノズルシャフト２２の昇降位置によらずノズル２３の下端２３Ｔを含む領域を撮像できるようになっているので、部品ＰＴの実装時にノズルシャフト２２が（すなわちノズル２３が）下降してもノズル２３に吸着された部品ＰＴの視認を継続でき、部品ＰＴと半田ＨＤを同時に視認しつつ（すなわち部品ＰＴを見ながら）、基板ＫＢに部品ＰＴを実装することができる。

上記のようにして部品ＰＴが基板ＫＢに実装されたら、基板ＫＢに実装すべき全ての部品ＰＴの実装が完了したか否かを判断する（ステップＳＴ１０）。そして、この判断において、まだ基板ＫＢに実装すべき部品ＰＴがあった場合にはステップＳＴ１に戻り、基板ＫＢに実装すべき全ての部品ＰＴの実装が完了した場合には、一連の部品実装工程を終了する。

以上説明したように、本実施の形態における部品実装装置１では、実装ヘッド１５が有するノズルシャフト２２の昇降に伴って昇降する撮像素子ホルダ２４に撮像素子２８が保持された構成となっており、撮像素子２８はノズル２３の昇降位置によらず、ノズル２３の下端２３Ｔを含む領域を撮像するので、部品ＰＴの実装時にノズル２３が下降してもノズル２３に吸着された部品ＰＴの視認を継続できる。このため、部品ＰＴと半田ＨＤを同時に視認しつつ（すなわち部品ＰＴを見ながら）、撮像素子２８の撮像により得られる画像ＧＺに基づいて実装ヘッド１５を作動させることで、ノズル２３に吸着させた部品ＰＴを基板ＫＢに実装することができる。具体的には、ノズル２３が吸着した部品ＰＴを半田ＨＤの上方に移動させた後、撮像素子２８の撮像により得られる画像ＧＺ内に部品ＰＴと半田ＨＤの双方が含まれる状態で部品ＰＴと半田ＨＤとの位置関係を把握し、その把握した位置関係に基づいて部品ＰＴを半田ＨＤに接合させることで、部品ＰＴを見ながら基板ＫＢに実装する。従って本実施の形態における部品実装装置１によれば、基板ＫＢに対する部品ＰＴの実装精度を飛躍的に向上させることができる。

これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述したものに限定されず、種々の設計変更等が可能である。例えば、上述の実施の形態では、撮像素子２８を保持する撮像素子ホルダ２４はノズルシャフト２２に固定して設けられていたが、これはノズルシャフト２２の昇降に伴って撮像素子ホルダ２４が（従って撮像素子２８が）昇降するようにするためである。従って、撮像素子ホルダ２４はノズルシャフト２２の昇降に伴って昇降するのであれば他の構成であってもよく、撮像素子ホルダ２４が別の駆動機構によって駆動されることにより、ノズルシャフト２２と同期して昇降するようになっているのであってもよい。また、実装ヘッド１５が備えるノズルシャフト２２及びこれに取り付けられるノズル２３の数は４つであったがこれは一例に過ぎず、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。

基板に対する部品の実装精度を向上させることができる部品実装装置を提供する。

１部品実装装置
１５実装ヘッド
２２ノズルシャフト
２３ノズル
２４撮像素子ホルダ
２８撮像素子
３０制御部
ＧＺ画像
ＫＢ基板
ＰＴ部品

Claims

部品を吸着するノズルを備えた実装ヘッドと、前記実装ヘッドを作動させて基板に部品を実装する制御部とを備えた部品実装装置であって、
前記実装ヘッドは、
昇降自在に設けられて下端に前記ノズルが取り付けられたノズルシャフトと、
前記ノズルシャフトの昇降に伴って昇降する撮像素子ホルダと、
前記撮像素子ホルダに保持され、前記ノズルの下端を含む領域を撮像する撮像素子とを備え、
前記制御部は、前記撮像素子の撮像により得られる画像に基づいて前記実装ヘッドを作動させることで、前記ノズルに吸着させた部品を基板に実装する部品実装装置。
前記制御部は、前記ノズルに吸着させた部品を基板の半田の上方に移動させた後、前記撮像素子の撮像により得られる画像内に前記部品と半田の双方が含まれる状態で前記部品と半田との位置関係を把握し、その把握した位置関係に基づいて部品を半田に接合させる請求項１に記載の部品実装装置。
前記ノズルシャフトは上下方向に延びた中心軸線回りに回動自在であり、前記制御部は前記ノズルシャフトを回動させて前記撮像素子による撮像領域を確保する請求項１又は２に記載の部品実装装置。