JP3050457B2 - 電子部品搭載装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】この発明は、プリント基板の電子部
品搭載位置と、そこに搭載されるべき電子部品とを、同
時に画像認識する電子部品搭載装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、図４に示す基板供給
装置、ディスペンサ、部品搭載装置、リフロー炉、基板
収納装置等で構築される基板ユニット製造ラインが知ら
れている。このような基板ユニット製造ラインの中で
も、プリント基板にＩＣ、抵抗、コンデンサなど多数の
チップ状電子部品を搭載する部品搭載装置がよく知られ
ている。

【０００３】部品搭載装置は、前段装置のディスペンサ
により接着剤又は半田が塗布されたのち自装置に搬入さ
れて正確に位置決されたプリント基板（以下、単に基板
と言う）上の所定位置に、上下及び平面をたてよこ２次
元にわたって自在に摺動可能な搭載作業ユニットに設け
られた部品吸着ヘッドにより、所定のチップ状電子部品
（以下、単に電子部品と言う）を自動的に搭載する。

【０００４】このとき、部品搭載装置は、基板上の電子
部品搭載位置を設計データとして予め記憶しており、そ
の記憶している設計データに基づいて搭載作業ユニット
を基板上の所定位置へ移動させ、部品吸着ヘッドに保持
された電子部品を上記所定位置に搭載する。

【０００５】ところで、近年、電子部品の製造技術が向
上し、その電子部品の設計寸法が微細化されてきている
ため、部品サイズの小さいものでは０．５ｍｍ×１ｍｍ
のものがあり、また、部品サイズが例えば２０ｍｍ角と
大きな場合でも、その電子部品から出ている多数のリー
ド線相互間の間隔は百ミクロン単位となっていて極めて
狭い。

【０００６】このように、電子部品のサイズやリード線
間隔の設計寸法が年々微細化されるに伴って、それらの
電子部品を基板上に搭載する際には、部品吸着ヘッドが
吸着して保持する電子部品の保持位置のみならず、基板
上の搭載位置にも高度な精度が要求される。

【０００７】そして、この要求を満たすためには、従
来、図５(a) に示すように部品吸着ヘッド５１に電子部
品５２が吸着保持された状態（保持位置）を、部品認識
用カメラ５３が下から撮像し、その結果同図(b) に示す
ように視野５４内に得られる電子部品の画像５５の座標
をソフトウエアが演算し、基準値に対する画像５５の中
心座標のズレ及び主軸の傾きをそれぞれ算出し、その算
出したズレ及び傾きを基準値に対する偏差値として電子
部品５２の保持位置を補正していた。

【０００８】さらに、特には図示しないが、基板の搭載
位置に対しても、基板上方に移動する基板認識用カメラ
を設けて、上述の電子部品５２の保持位置について行っ
た場合と同様に、基板上の搭載位置を撮像して、その部
位の中心のズレ及び主軸の傾きを算出し、その算出結果
に基づいて上記部品吸着ヘッドに吸着保持されている保
持位置補正済みの電子部品５２の保持位置をさらに補正
していた。

【０００９】通常、部品認識用カメラ５３は基板の搬入
方向と平行する位置に設けられ、搭載作業ユニットが上
記の基板搬入方向と平行する位置まで移動する。そし
て、部品認識用カメラ５３が搭載作業ユニットの部品吸
着ヘッド５１に吸着保持された電子部品５２の保持位置
を撮像するようになっている。

【００１０】また、基板の位置認識用カメラも、搭載作
業ユニットに取り付けられており、搭載作業ユニットの
移動に伴って部品吸着ヘッド５１と共に一体となって移
動する。そして、上述の部品認識用カメラ５３による電
子部品５２の保持位置撮像の後、搭載作業ユニットが基
板上の所定位置に移動する。そして、位置認識用カメラ
が基板の搭載位置を撮像するようになっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、一個の電
子部品搭載の都度、その高精度な位置決め（位置補正）
のために、上述した搭載作業ユニットが移動して部品認
識用カメラが電子部品を撮像し、次にまた搭載作業ユニ
ットが移動して位置認識用カメラが基板上の搭載位置を
撮像するという二度に及ぶ搭載作業ユニットの移動と認
識用カメラによる撮像とが行われて、容易には無視でき
ない処理時間が費やされる。

【００１２】これに対して、一方では、通常、一枚の基
板に搭載される電子部品は５０種類を越えており、した
がって一枚の基板に対してなされる電子部品の搭載作業
は極めて頻繁である。そして、その電子部品一個毎の搭
載作業の都度、上述した位置補正作業が行なわれる。こ
のため、電子部品搭載作業に多大な時間を要し、全体と
して作業の能率が低下するという問題を有していた。

【００１３】本発明の課題は、電子部品の保持位置と基
板上の搭載位置を認識する時間を短縮するようにして位
置補正を能率良く迅速に行うことのできる部品搭載装置
を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、電
子部品を着脱自在に吸着保持して、搬入されて位置固定
されたプリント基板上の所定位置に上記電子部品を搭載
する部品吸着ノズルと、該部品吸着ノズルにより吸着保
持された上記電子部品の保持状態を画像認識する部品認
識用カメラと、上記プリント基板の上記電子部品が搭載
される所定位置を画像認識する基板認識用カメラとを有
する電子部品搭載装置を前提とする。

【００１５】この発明の手段及び作用は次の通りであ
る。基板認識移動手段は、基板認識用カメラを、プリン
ト基板の搬入方向と直角に進退させてプリント基板の電
子部品が搭載される所定位置へ移動させる。

【００１６】支持ユニットは、部品吸着ノズルと基板認
識用カメラと基板認識移動手段とを支持して上下及び平
面たてよこ自在に摺動し、基板認識移動手段が基板認識
用カメラをプリント基板の所定位置へ移動させるための
最適位置へ移動する。

【００１７】部品認識移動手段は、部品認識用カメラ
を、プリント基板の搬入方向へ平行に進退させて部品吸
着ノズルに吸着保持された電子部品を認識するための最
適位置へ移動させる。上記部品認識移動手段及び基板認
識移動手段は、それぞれ、例えば、駆動用モータ、ボー
ルネジ等からなり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）の制御
のもとに動作する。

【００１８】このように、支持ユニットが移動すると共
にその支持ユニットに支持される基板認識用カメラが基
板位置へ移動し、それと共に部品認識用カメラが支持ユ
ニットに支持される部品吸着ノズルの電子部品位置へ移
動して、電子部品の保持位置の認識と基板上の搭載位置
の認識とを同時に行い、これにより位置補正のための認
識時間を短縮する。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。図１は、一実施例に係わる部品搭載装
置１０の、上部の安全カバーを外した平面図である。

【００２０】同図の部品搭載装置（以下、本体装置と言
う）１０は、装置基台１１上の図中横方向（以下、Ｘ方
向と言う）中央に、プリント基板（以下単に、基板と言
う）１２を搬送する２本の平行するベルトコンベア１３
ａ、１３ａ′を備えている。ベルトコンベア１３ａ、１
３ａ′は、Ｘ方向に水平に延在させて設けられた一対の
レール上に搬送ベルトを走行可能に張設して成る。これ
らベルトコンベア１３ａ、１３ａ′は、特には図示しな
い基板搬送モータにより駆動される。

【００２１】チップ状電子部品（以下単に、部品と言
う）が搭載される基板１２は、両側部をそれぞれベルト
コンベア１３ａ、１３ａ′に支持され、ベルトコンベア
１３ａ、１３ａ′の回転と共に図中右側から左側へと矢
印Ａ方向に搬送されてくる。

【００２２】ベルトコンベア１３ａの外側部に沿って、
位置決めピン１４、１４′がそれぞれ装置基台１１に回
動自在に支持されている。位置決めピン１４、１４′
は、例えばエアシリンダ等の駆動装置により回動されて
先端部を基板搬送経路中に進出させ、ベルトコンベア１
３ａ、１３ａ′により搬送されてくる基板１２を停止さ
せ、基板１２のＸ方向の位置決めを行う。

【００２３】また、装置基台１１上には、ベルトコンベ
ア１３ａ、１３ａ′を跨いで、基板搬送方向（Ｘ方向）
と直角の方向（以下、Ｙ方向と言う）に平行に延在する
左右一対の固定台１５、１５′が配設されている。それ
ら固定台１５、１５′上には、レール１６、１６′が敷
設されている。

【００２４】レール１６、１６′上には、長尺状の移動
台１７が、その長手方向両端にそれぞれ有する不図示の
ボールベアリングによりＹ方向へ摺動自在に支持されて
おり、その移動台１７には、基板１２に部品を搭載する
ための移動支持ユニット１８が懸架されている。

【００２５】また、固定台１５′には移動台１７をＹ方
向へ駆動するＹ軸駆動サーボモータ１９が配置され、さ
らに固定台１５、１５′には、それぞれ移動台１７にサ
ーボモータ１９の駆動を伝達するＹ軸駆動ボールネジ２
０及びＹ軸従動ボールネジ２０′が配置されている。

【００２６】Ｙ軸駆動ボールネジ２０の一端は、サーボ
モータ１９の駆動軸とカップリング２１を介して連結さ
れ、Ｙ軸駆動ボールネジ２０の他端は歯付きプーリ２
２、その歯付きプーリ２２に一方のループが巻架される
不図示の歯付きベルト、その歯付きベルトの他方のルー
プが巻架される歯付きプーリ２２′を介してＹ軸従動ボ
ールネジ２０′の一端と同期回転可能に連結されてい
る。

【００２７】Ｙ軸駆動ボールネジ２０及びＹ軸従動ボー
ルネジ２０′は、それぞれのボールネジに螺合させた不
図示のナット部材を介して移動台１７の長手方向両端と
それぞれ連結されている。

【００２８】したがって、Ｙ軸駆動ボールネジ２０に連
結したＹ軸駆動サーボモータ１９を作動させれば、歯付
きプーリ２２、２２′及び歯付きベルトで連結されたＹ
軸駆動ボールネジ２０とＹ軸従動ボールネジ２２′が同
期回転し、これによって移動台１７が、レール１６、１
６′に沿ったＹ方向に移動する。

【００２９】上記の移動台１７は、その長手方向（Ｘ方
向）に、高架レール１７′を有しており、その高架レー
ル１７′には移動支持ユニット１８を摺動自在に懸架す
る。そして、高架レール１７′の上部には、移動支持ユ
ニット１８を駆動するＸ軸駆動ボールネジ２３及びＸ軸
駆動サーボモータ２４が配設されている。Ｘ軸駆動ボー
ルネジ２３は、図中左方の一端がカップリング２５を介
してＸ軸駆動サーボモータ２４の駆動軸と連結され、他
端が軸受２６に支持され、そのボールネジ２３に螺合す
る不図示のナット部材を介して移動支持ユニット１８と
連結されている。

【００３０】したがって、Ｘ軸駆動ボールネジ２３に連
結したＸ軸駆動サーボモータ２４を作動させれば、Ｘ軸
駆動ボールネジ２４が回転し、移動支持ユニット１８が
Ｘ方向に移動する。

【００３１】移動支持ユニット１８には、基板１２に搭
載するチップ状電子部品（以下単に、部品と言う）を吸
着保持する２個の吸着ヘッド３５、３５が設けられ、さ
らに、駆動ユニット３６によりＹ方向に摺動自在に支持
される基板位置認識用カメラ３７が設けられている。

【００３２】また、装置基台１１上の後方（図中上方）
には、チップ状電子部品（以下単に、部品と言う）を供
給する部品供給ステージ２７を備えている。そして、ベ
ルトコンベア１３ａと部品供給ステージ２７の間には、
２台１組となっている部品認識用カメラ２８、２８及び
吸着ノズル交換器２９が、駆動ボールネジ３０及びこれ
を駆動するサーボモータ３１によりＸ方向に一体移動可
能に配設されている。駆動ボールネジ３０は、図中左方
の一端がカップリング３２を介して駆動サーボモータ３
１の駆動軸と連結され、他端が軸受３３に支持され、そ
の駆動ボールネジ３０に螺合するナット部材３４を介し
て吸着ノズル交換器２９と連結されている。

【００３３】したがって、駆動ボールネジ３０に連結し
た駆動サーボモータ３１を作動させれば、駆動ボールネ
ジ３０が回転し、吸着ノズル交換器２９及び部品認識用
カメラ２８、２８がＸ方向に移動する。

【００３４】２台の部品認識用カメラ２８、２８は、移
動支持ユニット１８の、吸着ヘッド３５、３５の吸着ノ
ズルがそれぞれ吸着してピックアップした部品を下方か
ら撮像する。その撮像された画像データは特には図示し
ない本体装置１０の中央制御部に送られる。中央制御部
では、入力された画像データを演算処理して画像の位置
ズレを検出する。それらの検出データは、基板１２に部
品を搭載する際の位置補正に用いられる。

【００３５】吸着ノズル交換器２９には、多数の収納ピ
ットが形成されており、それら収納ピットには部品を吸
着してピックアップするための多種類の吸着ノズルが挿
脱自在に保持されて交換に備えている。

【００３６】次に、図２(a) に、上記の移動支持ユニッ
ト１８、２台の部品認識用カメラ２８、２８（破線で示
す）及び吸着ノズル交換器２９、並びに基板１２の拡大
図を示し、同図(b) にその側面図を示す。

【００３７】同図(a) において、駆動ユニット３６は、
不図示の駆動サーボモータ、その駆動サーボモータにこ
れも不図示のカップリングを介して連結される駆動ボー
ルネジ３６−１、及び駆動ボールネジ３６−１に平行し
てその両側に設けられた２本のレール３６−２からな
り、２本のレール３６−２は、それぞれ同方向にある一
端には軸承３６−３が固定され、他端には他の軸承３６
−３′と共に基板位置認識用カメラ３７が固定されて、
移動支持ユニット１８に摺動自在に支持されている。駆
動ボールネジ３６−１は、その両端を軸承３６−３及び
３６−３′に回転自在に支持され、移動支持ユニット１
８の支持部に固定されたナット部材３６−４に螺合す
る。

【００３８】したがって、駆動ボールネジ３６−１に連
結した駆動サーボモータを正逆両方向に回転させること
により、駆動ボールネジ３６−１を駆動すれば、ナット
部材３６−４に対して、駆動ボールネジ３６−１、２本
のレール３６−２及びその２本のレール３６−２の端部
に固定された基板位置認識用カメラ３７が一体となって
図中の矢印Ｅ方向、すなわちＹ方向へ往復直進移動す
る。

【００３９】同図の、他の矢印Ｂは図１の駆動サーボモ
ータ３１を正逆両方向に回転させることにより、２台の
部品認識用カメラ２８、２８を、吸着ノズル交換器２９
と共にＸ方向に往復直進移動させることができることを
表す。

【００４０】また、矢印Ｃは、図１のＹ軸駆動サーボモ
ータ１９を正逆両方向に回転させることにより、移動台
１７の高架レール１７′に懸架されている移動支持ユニ
ット１８を、Ｙ方向に往復直進移動させることができる
ことを表す。

【００４１】また、さらに、矢印Ｄは、Ｘ軸駆動サーボ
モータ２４を正逆両方向に回転させることにより、移動
支持ユニット１８をＸ方向に往復直進移動させることが
できることを表す。

【００４２】上記のボールネジは、ネジとナット間の摩
擦抵抗が小さく、且つバックラッシュを容易に除去でき
る特性を備えている。したがって、移動支持ユニット１
８、基板位置認識用カメラ３７及び２台の部品認識用カ
メラ２８、２８（と吸着ノズル交換器２９）の、高速移
動及び高精度な位置決めが可能である。

【００４３】移動支持ユニット１８は、不図示の可撓性
コードにより、本体装置１０の中央制御部と接続され
る。また移動支持ユニット１８は、上記可撓性コードを
介して中央制御部からは電力及び制御信号を供給され、
また中央制御部へは基板１２上の部品搭載すべき位置を
示す画像データを送信する。

【００４４】２台の部品認識用カメラ２８、２８と吸着
ノズル交換器２９も、同様に不図示の可撓性コードによ
り、本体装置１０の中央制御部と接続され、その可撓性
コードを介して、吸着ヘッド３５の吸着ノズルに吸着保
持されている部品の画像データを中央制御部に送信す
る。

【００４５】続いて、上述した構成の本実施例における
本体装置１０の中央制御部により行われる位置補正の処
理動作を、図３に示す動作フローチャートを用いて説明
する。なお、この処理は、中央制御部が不図示のＲＯＭ
(Read Only Memory)に格納されている部品搭載作業を行
う基板１２の種類に対応するプログラムに基づいて、図
１又は図２(a),(b) で説明した４台の駆動サーボモータ
を駆動制御して、２台の部品認識用カメラ２８、２８
（と吸着ノズル交換器２９）、高架レール１７′（移動
台１７）、移動支持ユニット１８、及び基板位置認識用
カメラ３７を図２(a) に示す矢印Ｂ，Ｃ，Ｄ，及びＥ方
向の適性位置へそれぞれ移動させることにより実現され
る。

【００４６】図３のフローチャートにおいて、まず、移
動支持ユニット１８を部品供給ステージ２７へ移動さ
せ、図２(b) に示すように吸着ヘッド３５の吸着ノズル
３８により、搭載すべき部品３９を吸着保持する（ステ
ップＳ３１）。

【００４７】続いて、予め記憶されている設計データに
基づいて基板１２の部品搭載位置の座標を算出し、その
算出した部品搭載位置座標に基づいて、移動支持ユニッ
ト１８の停止位置及び基板認識用カメラ３７の矢印Ｅ方
向の移動距離を算出し、その算出した移動支持ユニット
１８の停止位置に基づいて、移動支持ユニット１８の吸
着ヘッド３５の吸着ノズル３８に吸着保持された部品３
９の撮像位置を算出して、その算出した基板１２の側面
の矢印Ｂ方向の適性位置に、まず部品認識用カメラ２８
を移動させる（ステップＳ３２）。

【００４８】これと同時に、移動支持ユニット１８を矢
印Ｃ及び矢印Ｄの両方向へ駆動して上記算出されている
移動支持ユニット１８の停止位置へ移動させる（ステッ
プＳ３３）。

【００４９】また、さらに上記と同時に、上記算出され
ている矢印Ｅ方向の移動距離に基づいて、基板認識用カ
メラ３７を、基板１２の部品３９の搭載位置真上に移動
させる（ステップＳ３４）。

【００５０】次に、その部品認識用カメラ２８及び基板
位置認識用カメラ３７により認識された部品３９の位置
画像及び基板１２の部品搭載位置画像をそれぞれ分析
し、それら画像の基準に対する位置のズレ及び主軸の傾
きを算出する（ステップＳ３５）。

【００５１】続いて、上記算出した部品３９の位置画像
の基準に対する位置のズレ及び傾きの偏差、並びに基板
１２の部品搭載位置画像の基準に対する位置のズレ及び
傾きの偏差をそれぞれ算出し、それら算出した偏差を基
準値に加算することにより基板１２の現在搭載位置に対
する部品３９の相対的な位置補正を行う（ステップＳ３
６）。

【００５２】そして、上記補正した位置データに基づい
て、移動支持ユニット１８を矢印Ｃ、Ｄ方向に移動さ
せ、移動支持ユニット１８の吸着ヘッド３５が吸着ノズ
ルにより保持する部品３９を、基板１２の当該部品搭載
位置に搭載させる（ステップＳ３７）。

【００５３】このように、矢印Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥ方向の
移動が同時に行われて、部品認識用カメラ２８による吸
着ノズル３８の部品３９の認識と、基板位置認識用カメ
ラ３７による基板１２の部品搭載位置の認識とが同時に
行われ、位置の補正が迅速になされる。

【００５４】

【発明の効果】この発明によれば、部品認識用カメラの
移動と基板位置認識用カメラの移動を同時に行って、移
動支持ユニットの一度の移動動作で、部品と基板両方の
位置画像を同時に認識できるようにしたので、部品の保
持位置と基板上の搭載位置を認識するための時間を短縮
することができ、したがって、位置補正を能率良く迅速
に行うことが可能となり、全体として作業の能率を向上
させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる部品搭載装置の平面
図である。

【図２】(a) は図１の一部拡大図、(b) はその側面図で
ある。

【図３】位置補正の処理動作フローチャートである。

【図４】従来の基板ユニット製造ラインの構成を説明す
る図である。

【図５】(a),(b) は画像認識について説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０ 部品搭載装置 １１ 装置基台 １２ 基板（プリント基板） １３、１３′ ベルトコンベア １４、１４′ 位置決めピン １５、１５′ 固定台 １７ 移動台 １８ 移動ユニット １９、２４、３１ 駆動サーボモータ ２１、２５、３２ カップリング ２０、２０′、２３、３０、３６−１ ボールネジ ２２、２２′ 歯付きプーリ ２６、３３、３６−３、３６−３′ 軸承 ３４、３６−４ ナット部材 ２７ 部品供給ステージ ２８ 部品認識用カメラ ２９ 吸着ノズル交換器 ３５ 吸着ヘッド ３６ 駆動ユニット ３７ 基板位置認識用カメラ ３８ 吸着ノズル ３９ 部品（チップ状電子部品）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−104300（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−107988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−275200（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−152794（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 13/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を着脱自在に吸着保持して、搬
   入されて位置固定されたプリント基板上の所定位置に前
   記電子部品を搭載する部品吸着ノズルと、該部品吸着ノ
   ズルにより吸着保持された前記電子部品の保持状態を画
   像認識する部品認識用カメラと、前記プリント基板の前
   記電子部品が搭載される所定位置を画像認識する基板認
   識用カメラとを有する電子部品搭載装置において、 前記基板認識用カメラを、前記プリント基板の搬入方向
   と直角に進退させて前記プリント基板の前記電子部品が
   搭載される所定位置へ移動させる基板認識移動手段と前
   記部品吸着ノズルと前記基板認識用カメラと前記基板認
   識移動手段とを支持して上下及び平面たてよこ自在に摺
   動し、前記基板認識移動手段が前記基板認識用カメラを
   前記プリント基板の所定位置へ移動させるための最適位
   置へ移動する支持ユニットと、 前記部品認識用カメラを、前記プリント基板の搬入方向
   へ平行に進退させて前記部品吸着ノズルに吸着保持され
   た前記電子部品を認識するための最適位置へ移動させる
   部品認識移動手段と、 を有することを特徴とする電子部品搭載装置。