JP3077722B2 - 電子部品位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子部品位置決め装置、
特に実装すべき電子部品を保持するヘッドユニットを有
し、発光手段により照明された前記ヘッドユニットに保
持された電子部品の射影を受光手段により検出すること
により、前記ヘッドユニットの前記電子部品の保持位置
を検出し、この検出結果に基づき前記ヘッドユニットの
部品実装時の位置決めを制御する電子部品位置決め装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、チップマウンタなどの実装装
置において、回路基板などに電子部品を実装するに際
し、ＣＣＤカメラを用いて取得した画像に対して画像認
識処理を行なうことにより電子部品の位置決めを非接触
で行なう手法が知られている。

【０００３】図７は、米国特許第4,615,093号などにお
いて公知の、電子部品の位置決め装置の構成を示してい
る。図において、符号１０は位置決めすべき電子部品、
１２はチップマウンタの吸着ヘッドを構成する吸着ノズ
ルである。吸着ノズル１２に吸着された電子部品１０の
回転角度、吸着ノズル１２に対する吸着位置などを検出
するために、下部に示された検出機構を用いる。符号１
４は、レーザーダイオードで、レーザーダイオード１４
の光はコリメータレンズ１６により平行光に変換され、
電子部品１０を照明する。この平行光は電子部品１０を
照明し、電子部品１０により遮光されなかったものがス
リット１８を介してリニアＣＣＤアレイ２０により受光
される。上記光学系は、たとえば、図示のような切り欠
きを有するコの字型の保持部材に一体的に支持される。

【０００４】このように、ＣＣＤアレイ２０に投影され
た電子部品１０の像（影）の形状をＣＣＤアレイ２０の
出力から認識することにより、電子部品１０の回転角
度、吸着ノズル１２に対する吸着位置などを検出するこ
とができ、この位置情報に基づき、回路基板への電子部
品の実装を制御することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図７におけるような機
構では、位置検出が可能な電子部品１０のサイズに、制
限があることは明らかである。

【０００６】また、光学系の保持機構が図示のようなコ
の字型のものでなかったとしても、コリメータレンズ１
６や、ＣＣＤアレイ２０の長さ、光路長などが一定であ
るから、位置検出が可能な電子部品１０のサイズに制限
が生じる。したがって、従来のチップマウンタなどの実
装装置においては、決まったサイズ以上の部品を実装す
る必要が生じても、それに対応することができないとい
う問題があった。

【０００７】本発明の課題は、以上の問題を解決し、部
品実装に際して、部品の位置検出可能なサイズに関する
制限が緩やかで、種々のサイズの部品の実装が可能な電
子部品位置決め装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、実装すべき電子部品を保持するヘッドユニットを
有し、前記ヘッドユニットの前記電子部品の保持位置を
検出し、この検出結果に基づき前記ヘッドユニットの部
品実装時の位置決めを制御する電子部品位置決め装置に
おいて、前記ヘッドユニットに保持された電子部品を発
光手段の平行光で照明し、その射影長を受光手段により
検出する検出部を有し、前記検出部に対する所定の相対
位置に前記ヘッドユニットを位置決めし、この位置にお
いて電子部品を所定量づつ移動させて前記検出部により
前記電子部品の前記平行光による部分的な射影長を順次
測定し、得られた部分的な射影長の値に基づき電子部品
の保持位置を検出し、この検出結果に基づき前記ヘッド
ユニットの部品実装時の位置決めする制御動作を行なう
構成を採用した。

【０００９】

【作用】以上の構成によれば、所定の検出位置におい
て、電子部品を所定量づつ移動させて、前記ヘッドユニ
ットに保持された電子部品を発光手段の平行光で照明
し、その射影長を受光手段により検出する検出部に対す
る電子部品の平行光による部分的な射影長を順次測定
し、得られた部分的な射影長の値に基づき電子部品の保
持位置を検出するようにしているので、検出部のサイズ
による実装可能な部品サイズの制限を著しく緩和でき
る。

【００１０】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を
詳細に説明する。

【００１１】図１、図２に本発明を採用したチップマウ
ンタの全体構造を示す。図１に示すようにヘッドユニッ
ト５０は、その位置をＸおよびＹの２次元方向に位置決
め可能なＸＹユニット３０上に塔載される。ＸＹユニッ
ト３０は、Ｘ軸３１およびＹ軸３２を有し、不図示の駆
動機構によりヘッドユニット５０の位置決めを行なう。

【００１２】ヘッドユニット５０の詳細な構造は不図示
であるが、回路基板４３上に実装すべき電子部品４４を
吸着する吸着ノズルおよび吸着ノズル１２の回転、およ
び上下動を制御する駆動機構を有するものとする。

【００１３】ヘッドユニット５０は、図２のように基台
上の空間を利用して配置されたフィーダユニット４５か
ら電子部品を吸着して取り出し、その吸着状態（位置）
を検出し、検出した吸着状態に関するデータを用いてＸ
Ｙユニット３０を駆動し、電子部品の実装位置を決定
し、その位置に部品を実装する。

【００１４】ヘッドユニット５０は、電子部品の吸着状
態を検出するために、吸着ノズルの両側に位置検出部４
１を有する。図３、図４に、吸着ノズル１２および位置
検出部４１の詳細な構成を示す。

【００１５】図示のように、位置検出部４１は、発光部
２４および受光部２６から成り、発光部２４は、レーザ
ーダイオード１４、コリメータレンズ１６およびミラー
２２が内蔵され、受光部２６にはＣＣＤアレイ２０が内
蔵されている。図４は、発光部２４および受光部２６の
光路を側方から示している。

【００１６】ミラー２２を内蔵し照明光を発光部２４内
で折り曲げ、発光部２４および受光部２６を縦に配置す
ることにより、図７の従来型に比してヘッドユニット５
０回りのスペース効率を向上できる。

【００１７】さらに、本実施例では、基台上に、位置検
出部４２を設けてある（図１、図２）。通常は部品を吸
着したヘッドユニット５０をフィーダユニット４５と回
路基板４３との間で往復（図２の経路Ｒ）させて、ヘッ
ド５０の位置検出部４１を用いて部品の吸着状態を検出
し、これに基づき部品を実装するが、ヘッドユニット５
０側の位置検出部４１のスペース制約により、電子部品
１０の吸着状態の検出が不可能な場合には、この位置検
出部４２の位置に、電子部品１０を吸着したヘッドユニ
ット５０を移動する（図２の経路Ｐ〜Ｑ）ことにより、
電子部品１０のヘッドユニット５０に対する吸着状態を
検出可能となっている。このような検出を行なうため
に、位置検出部４２のＸＹユニット３０に対する位置
は、もちろん既知であるものとする。

【００１８】位置検出部４２は、上記の位置検出部４１
と同様の構造を有するが、特に位置検出部４２の発光部
２４および受光部２６幅方向（図３のＹ1、Ｙ2方向）に
は他の部材がなく、検出時、この方向に電子部品１０を
はみ出させることができるものとする。これにより、電
子部品１０の少なくとも１つの方向に関するサイズが位
置検出部４２の発光部および受光部の検出可能なサイズ
よりも大きかった場合でも、後述の測定処理により吸着
状態の測定が可能となる。

【００１９】なお、さらに好ましくは位置検出部４２の
発光部２４および受光部２６の配置間隔は位置検出部４
１のそれよりも広くしておくのがよい。

【００２０】図５に、本実施例の位置検出部４２を用い
た電子部品４４の位置検出動作の様子を示す。なお以後
説明する測定制御は、マイクロコンピュータなどの制御
手段により行なうことができる。

【００２１】図５では、電子部品４４は上方から見て、
矩形の断面を有するが、その少なくとも１つの辺は位置
検出部４２の発光部および受光部の検出可能なサイズよ
りも大きい。

【００２２】このような場合、図示のように、ヘッドユ
ニット５０の位置検出部４２に対する位置の調節によ
り、電子部品４４を位置検出部４２の検出可能幅からは
み出させた位置に置き、この状態でヘッドユニット５０
の吸着ノズル１２を回転させることにより、電子部品４
４の吸着位置を検出することができる。

【００２３】電子部品４４の吸着位置は、電子部品４４
の中心軸と、吸着ノズル１２の中心軸θ（吸着ノズル１
２の回転中心）のＸＹユニット３０のＸＹ空間における
誤差として検出することができる。図５は、この誤差を
検出するための動作を例示するものである。ここでは、
説明を容易にするために、電子部品４４は、４隅が９０
度の矩形であるものとする。

【００２４】まず、電子部品４４が、図５のＡ）の初期
位置、位置検出部４２の光学系に対して位置決めされ
る。このとき、吸着ノズル１２の軸θxは、ＣＣＤアレ
イ２０の端部に位置決めされる。

【００２５】そして、ここで、射影Ａが測定される。そ
の後、図５のＢ、Ｃ、Ｄのように、次々に９０度づつ吸
着ノズル１２の軸を回転させて、射影Ｂ、Ｃ、Ｄを測定
し、再度、Ａ）の初期位置まで戻す。

【００２６】このように、９０度づつ回転させて射影を
得る場合、図５Ａ）の初期位置における電子部品４４の
中心の吸着ノズル１２の軸θxに対する誤差ｅx、ｅy
は、 ｅx = Ｂ - (Ｂ+Ｄ)/2 …１） または ｅx = (Ｂ+Ｄ)/2 - Ｄ …２） そして、 ｅy = Ａ - (Ａ+Ｃ)/2 …３） または ｅy = (Ａ+Ｃ)/2 - Ｃ …４） である。したがって、電子部品４４の中心を、基板上の
所定位置に移動するには、このようにして得た誤差ｅ
x、ｅyを加味して吸着ノズル１２の中心軸をＸＹユニッ
ト３０のＸＹ空間において位置決めすればよいことにな
る。

【００２７】このようにして、ＣＣＤアレイ２０の倍の
長さの射影を持つ部品の吸着位置を検出することがで
き、従来装置に比して検出部の光学系による実装可能な
部品サイズの制限を著しく緩和することができる。さら
に、小型軽量化の観点からみれば、同じ部品サイズに対
応できる装置に比して、装置を大幅に小型軽量化できる
利点がある。また、ＣＣＤアレイ２０としては、普通の
長さの素子を用いることができ、部品を特注する必要が
ないため、構成が簡単安価となる。

【００２８】なお、電子部品４４の実装位置における吸
着ノズル１２の中心軸を中心とした回転位置と、図５
Ａ）の初期位置における回転位置の誤差は、上記のよう
にして誤差ｅx、ｅyを求めた後、電子部品４４を回転さ
せつつ、射影の変化を観測することなどにより求める。
この場合の回転角の誤差がある場合には、最終の回転角
度における誤差ｅx'、ｅy'誤差ｅx、ｅy、および回転角
誤差から求める必要がある。

【００２９】以上では、検出部に対する所定の相対初期
位置にヘッドユニットを位置決めし、この位置において
電子部品を９０度づつ４回、回転させて電子部品の部分
的な射影を順次測定するようにしたが、電子部品をＣＣ
Ｄアレイの画素の配列方向（図３のＹ1,Ｙ2方向）に移
動させつつ射影を測定することにより、測定を行なうこ
とも考えられる。

【００３０】このような方法の一例を図６に示す。ここ
では、矩形の電子部品４４をＸＹ平面に対してアライメ
ントしてから、誤差ｅx、ｅyを求めているので、この誤
差ｅx、ｅyは、補正することなくそのまま使用できる。
なお図において黒丸Ｓは、部品の回転状態を示すために
特定の辺の位置を示したものである。

【００３１】図６のＡ）における初期位置は、電子部品
４４がＸＹ平面について任意の角度であるが、吸着ノズ
ル１２の軸θは、光学系内に存在するよう位置決めす
る。

【００３２】この位置から吸着ノズル１２を回転させつ
つ、電子部品４４の射影を測定し、Ｂ）のように電子部
品４４の各辺がＸＹ平面について平行になった位置にお
いて、すなわち、射影が最も短くなった時点で射影Ａ、
すなわち（ａ−ａ１）を求める（軸θの位置は既知であ
る）。

【００３３】このＢ）における電子部品４４の位置を基
準位置とし、この基準位置における吸着位置の誤差ｅ
x、ｅyを求める。

【００３４】このために、続いて電子部品４４を反時計
方向に９０度回転し、射影Ａと同様にして射影Ｂ、すな
わち（ｂ−ｂ１）を求める。

【００３５】この位置で、Ｙ方向の長さが長く、電子部
品４４を回転させても図６のＤ）における射影Ｃを求め
ることができない場合には、Ｄ）のように電子部品４４
を回転させず、Ｙ方向に移動させ、黒丸Ｓの辺が光学系
の検出領域内に入るまで移動し、前述同様の方法で射影
Ｃ、すなわち（ｃ−ｃ１）を求める。

【００３６】そして、最後に９０度の回転を行ない、射
影Ｄ、すなわち（ｄ−ｄ１）を求める。このようにして
求めた射影Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄより、誤差ｅx、ｅyは、 ｅx = Ａ - (Ａ+Ｄ)/2 …１） または ｅx = Ｄ - (Ａ+Ｄ)/2 …２） そして、 ｅy = Ｂ - (Ｂ+Ｃ)/2 …３） または ｅy = Ｃ - (Ｂ+Ｃ)/2 …４） のように求めることができる。部品を移動させて測定を
行なうべきか否かは、あらかじめ判っている電子部品４
４のサイズなどに基づき適当なアルゴリズムを用いて自
動的に決定することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、実装すべき電子部品を保持するヘッドユニットを有
し、前記ヘッドユニットの前記電子部品の保持位置を検
出し、この検出結果に基づき前記ヘッドユニットの部品
実装時の位置決めを制御する電子部品位置決め装置にお
いて、前記ヘッドユニットに保持された電子部品を発光
手段の平行光で照明し、その射影長を受光手段により検
出する検出部を有し、前記検出部に対する所定の相対位
置に前記ヘッドユニットを位置決めし、この位置におい
て電子部品を所定量づつ移動させて前記検出部により前
記電子部品の前記平行光による部分的な射影長を順次測
定し、得られた部分的な射影長の値に基づき電子部品の
保持位置を検出し、この検出結果に基づき前記ヘッドユ
ニットの部品実装時の位置決めする制御動作を行なう構
成を採用しているので、所定の検出位置において、電子
部品を所定量づつ移動させて、前記ヘッドユニットに保
持された電子部品を発光手段の平行光で照明し、その射
影長を受光手段により検出する検出部に対する電子部品
の平行光による部分的な射影長を順次測定し、得られた
部分的な射影長の値に基づき電子部品の保持位置を容易
に検出することができ、検出部のサイズによる実装可能
な部品サイズの制限を著しく緩和し装置を小型軽量化で
き、また、標準的な素子を検出部に使用できるので、装
置を簡単安価に構成できる、という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用したチップマウンタの全体構成を
示した斜視図である。

【図２】本発明を採用したチップマウンタの全体構成を
示した平面図である。

【図３】本発明を採用したチップマウンタの位置検出部
の構成を示した斜視図である。

【図４】本発明を採用したチップマウンタの位置検出部
の内部構成を示した側面図である。

【図５】本発明を採用したチップマウンタの検出動作を
示した説明図である。

【図６】本発明を採用したチップマウンタの異なる検出
動作を示した説明図である。

【図７】従来の電子部品位置決め装置の検出動作を示し
た説明図である。

【符号の説明】

１０、４４ 電子部品 １２ 吸着ノズル １４ レーザーダイオード １６ コリメータレンズ １８ スリット ２０ ＣＣＤアレイ ２２ ミラー ２４ 発光部 ２６ 受光部 ３０ ＸＹユニット ３１ Ｘ軸 ３２ Ｙ軸 ４１、４２ 位置検出部 ４３ 回路基板 ４４ 位置検出部 ４５ フィーダユニット ５０ ヘッドユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 13/04 H05K 13/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実装すべき電子部品を保持するヘッドユ
   ニットを有し、前記ヘッドユニットの前記電子部品の保
   持位置を検出し、この検出結果に基づき前記ヘッドユニ
   ットの部品実装時の位置決めを制御する電子部品位置決
   め装置において、前記ヘッドユニットに保持された電子部品を発光手段の
   平行光で照明し、その射影長を受光手段により検出する
   検出部を有し、 前記 検出部に対する所定の相対位置に前記ヘッドユニッ
   トを位置決めし、この位置において電子部品を所定量づ
   つ移動させて前記検出部により前記電子部品の前記平行
   光による部分的な射影長を順次測定し、得られた部分的
   な射影長の値に基づき電子部品の保持位置を検出し、こ
   の検出結果に基づき前記ヘッドユニットの部品実装時の
   位置決めする制御動作を行なうことを特徴とする電子部
   品位置決め装置。
2. 【請求項２】 前記ヘッドユニットに発光手段および受
   光手段から成る第１の検出部を有し、この第１の検出部
   により保持位置を検出不能な電子部品を前記ヘッドユニ
   ットとの相対位置を調節可能な発光手段および受光手段
   から成る第２の検出部に移動し、この第２の検出部によ
   り前記制御動作を行なうことを特徴とする請求項１に記
   載の電子部品位置決め装置。