JP3222334B2 - 表面実装機における認識用ノズル高さ調整方法及び同装置 - Google Patents
表面実装機における認識用ノズル高さ調整方法及び同装置Info
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Description
ニットに吸着ノズルを具備するとともに、吸着ノズルに
吸着された部品の認識を行うための平行光線の照射部と
受光部とからなる光学的検知手段を備えた表面実装機に
おいて、認識用ノズル高さを調整するための方法及び装
置に関するものである。
用ヘッドユニットにより、IC等の電子部品を部品供給
部から吸着して、位置決めされているプリント基板上に
移送し、プリント基板の所定位置に装着するようにした
表面実装機は一般に知られている。この種の実装機で
は、上記吸着ノズルによる部品の吸着が正常に行なわれ
ているか否かを判別し、また部品吸着位置にずれがある
場合はそれに応じた装着位置の補正を行なうことが要求
される。このため、上記ヘッドユニットに、平行光線の
照射部とこれに対向する受光部とを有する光学的検知手
段を装備し、上記吸着ノズルに吸着された部品を上記光
学的検知手段の照射部と受光部との間に位置させた状態
で吸着ノズルを回転させつつ、平行光線を部品に照射し
てその投影幅を求め、それに基づく部品認識により部品
吸着状態や吸着位置のずれ等を調べるようにしたものが
知られている。
知手段を備えた実装機においては、部品吸着後に部品が
上記光学的検知手段の平行光線照射位置に対応するよう
な認識高さまで吸着ノズルを上昇させて部品の認識を行
うが、最適な認識高さは部品の厚みや形状等によって異
なるため、予め部品に応じた認識高さを調べ、そのデー
タを実装機の制御器内のメモリに記憶させておく必要が
ある。
る処理としては、従来、適当な認識高さを与えてテスト
的に認識を行い、試行錯誤的にテストを繰り返して認識
高さを決定していた。しかし、このような方法では能率
が悪く、かつ、部品に応じた最適な認識高さを精度よく
求めることが難しいといった問題があった。
た最適な認識用ノズル高さを迅速に、かつ精度良く求め
ることができる表面実装機における認識用ノズル高さ調
整方法及び同装置を提供することを目的とする。
ける認識用ノズル高さ調整方法は、部品供給側と部品装
着側とにわたって移動可能なヘッドユニットに、部品を
吸着する吸着ノズルを昇降及び回転可能に設けるととも
に、上記吸着ノズルに吸着された部品を認識するための
平行光線の照射部と受光部とからなる光学的検知手段を
設け、吸着ノズルに吸着された部品が所定認識高さにあ
る状態で部品の一側方に位置する上記照射部から部品の
他側方に位置する受光部へ向けて平行光線を照射して、
その平行光線の一部が部品により遮られることで部品の
投影が検出されるように上記光学的検知手段を構成した
表面実装機において、部品を吸着した吸着ノズルの高さ
を所定微小量ずつ変化させ、その所定微小量毎の各ノズ
ル高さでそれぞれ上記光学的検知手段による検出に基づ
いて部品の認識が可能か否かを判別し、その判別データ
から部品の認識が可能なノズル高さの範囲を求め、この
範囲内の所定位置を最適認識高さとして設定するもので
ある。
検出に基づく部品の認識が可能か否かの判別は、吸着ノ
ズルを回転させつつ上記光学的検知手段により部品の投
影幅を測定してこの投影幅の極小値を求め、この投影幅
極小値と部品の幅との比較に基づいて行うものであるこ
とが好ましい。
ノズル高さ調整装置は、部品供給側と部品装着側とにわ
たって移動可能なヘッドユニットに、部品を吸着する吸
着ノズルを昇降及び回転可能に設けるとともに、上記吸
着ノズルに吸着された部品を認識するための平行光線の
照射部と受光部とからなる光学的検知手段を設け、吸着
ノズルに吸着された部品が所定認識高さにある状態で部
品の一側方に位置する上記照射部から部品の他側方に位
置する受光部へ向けて平行光線を照射して、その平行光
線の一部が部品により遮られることで部品の投影が検出
されるように上記光学的検知手段を構成した表面実装機
において、吸着ノズルを昇降させる昇降駆動手段と、部
品を吸着した吸着ノズルの高さを所定微小量ずつ変化さ
せるように上記昇降駆動手段を制御する制御手段と、上
記所定微小量毎の各ノズル高さでそれぞれ上記光学的検
知手段による検出に基づいて部品の認識が可能か否かを
判別する判別手段と、この判別手段による判別データか
ら部品の認識が可能なノズル高さの範囲を求めてこの範
囲内の最適認識高さを演算する最適認識高さ演算手段
と、この最適認識高さ演算手段により演算された最適認
識高さを記憶する記憶手段とを備えたものである。
ノズルの高さが変えられつつ上記光学的検知手段を用い
た部品の認識が可能か否かが判別されることで部品の認
識が可能な範囲が求められ、それに基づいて最適認識高
さが設定されることにより、認識高さの設定が迅速に、
かつ正確に行われる。
ル高さでそれぞれ、吸着ノズルを回転させつつ部品の投
影幅を測定してこの投影幅の極小値を求め、この投影幅
極小値と部品の幅との比較に基づいて部品の認識が可能
か否かを判別するようにすれば、認識高さの設定をより
正確に行うことが可能となる。
ると、上記制御手段によりノズル高さが所定微小量ずつ
変えられ、上記判別手段により各ノズル高さでそれぞれ
部品の認識が可能か否かが判別され、この判別データに
基づいて上記最適認識高さ演算手段により最適認識高さ
が求められることにより、認識高さの設定が自動的に行
われる。そして、この最適認識高さが記憶手段に記憶さ
れ、その後の実装作業において部品認識を行う際に記憶
手段から読み出される。
面実装機全体の構造を示している。これらの図におい
て、表面実装機の基台1上には、プリント基板搬送用の
コンベア2が配置され、プリント基板3が上記コンベア
2上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるよ
うになっている。上記コンベア2の側方には、部品供給
部4が配置されている。この部品供給部4は部品供給用
のフィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダー
4aを備えている。
のヘッドユニット5が装備されている。このヘッドユニ
ット5は、部品供給部4とプリント基板3が位置する部
品装着部とにわたって移動可能とされ、当実施例ではX
軸方向(コンベア2の方向)およびY軸方向(水平面上
でX軸と直交する方向)に移動することができるように
なっている。
固定レール7と、Y軸サーボモータ9により回転駆動さ
れるボールねじ軸8とが配設され、上記固定レール7上
にヘッドユニット支持部材11が配置されて、この支持
部材11に設けられたナット部分12が上記ボールねじ
軸8に螺合している。また、上記支持部材11には、X
軸方向のガイド部材13と、X軸サーボモータ15によ
り駆動されるボールねじ軸14とが配設され、上記ガイ
ド部材13にヘッドユニット5が移動可能に保持され、
このヘッドユニット5に設けられたナット部分(図示せ
ず)が上記ボールねじ軸14に螺合している。そして、
Y軸サーボモータ9の作動により上記支持部材11がY
軸方向に移動するとともに、X軸サーボモータ15の作
動によりヘッドユニット5が支持部材11に対してX軸
方向に移動するようになっている。上記Y軸サーボモー
タ9及びX軸サーボモータ15にはそれぞれエンコーダ
等からなる位置検出手段10,16が設けられている。
ように、電子部品20を吸着する吸着ノズル21がZ軸
方向(上下方向)に移動可能に、かつR軸(ノズル中心
軸)回りに回転可能に設けられるとともに、このノズル
部材21に対するZ軸サーボモータ(昇降駆動手段)2
2及びR軸サーボモータ24が具備されている。上記Z
軸サーボモータ22及びR軸サーボモータ24にはそれ
ぞれエンコーダ等からなる位置検出手段23,25が設
けられている。
光学的検知手段を構成するレーザーユニット27が設け
られている。図3及び図4に示すように、上記レーザー
ユニット27はレーザー発生部(平行光線の照射部)2
8と受光部29とを有し、吸着ノズル21が位置する空
間を挾んでその両側に相対向するように配置されてい
る。そして、上記レーザー発生部28から照射されたレ
ーザー光が受光部29に受光され、吸着ノズル21に吸
着された部品20が所定認識高さにある状態では上記レ
ーザー光の一部が部品20によって遮られることによ
り、部品20の投影が検出されるようになっている。
この図において、実装機には主制御器30が設けられ、
この主制御器30は軸制御器(ドライバ)31、入出力
手段32及び主演算部33を備えている。上記Y軸,X
軸,Z軸,R軸の各サーボモータ9,15,22,24
とこれらのサーボモータに設けられた位置検出手段1
0,16,23,25は上記軸制御器31に接続されて
おり、この軸制御器31により各サーボモータ9,1
5,22,24の駆動制御が行なわれるようになってい
る。また、上記レーザーユニット27は、ヘッドユニッ
ト5に設けられたレーザーユニット演算部34に電気的
に接続されており、このレーザーユニット演算部34は
上記入出力手段32を介して上記主演算部33に接続さ
れている。
認識時に上記レーザーユニット30からの信号に基づい
て部品の投影幅等の演算を行う。また、上記主制御器3
0の軸制御器31及び主演算部33は、部品の吸着、認
識、装着等の一連の実装作業のための駆動制御、演算処
理等を行う。
の準備段階で認識用ノズル高さの調整を自動的に行うた
めの制御手段35、判別手段36及び最適認識高さ演算
手段37を備えるとともに、記憶手段38を備えてい
る。上記制御手段35は、上記準備段階での調整時に部
品を吸着した吸着ノズルの高さを所定微小量ずつ変化さ
せるようにZ軸サーボモータを制御し、上記判別手段3
7は、上記所定微小量毎の各ノズル高さでそれぞれ上記
レーザーユニット27による検出に基づいて部品認識が
可能か否かを判別し、また上記最適認識高さ演算手段3
7は、上記判別手段37による判別データから部品認識
可能なノズル高さの範囲を求めてこの範囲内の最適認識
高さを演算する。そして、演算された最適認識高さが上
記記憶手段38に記憶されるようになっている。なお、
上記記憶手段38は、上記最適認識高さのほかに各種部
品データ等を予め記憶している。
ノズル高さ調整方法を示すフローチャートであり、また
図7はこの方法を図表化して示したものであり、これら
の図に基づいて認識用ノズル高さ調整方法の具体例を説
明する。なお、図7中のTは部品の厚さ、H0は吸着ノ
ズル21の下端がレーザーユニット27のレーザー照射
位置に対応するノズル高さであり、これらのデータは予
め上記記憶手段38に記憶されている。また、以下の説
明の中でいうノズル高さHは、ノズル上昇端位置を原点
に下方向を正として表したものである。
トすると、先ず、ノズル高さHの初期位置がH=H0+
Dと設定され、つまりノズル下端が上記レーザーユニッ
ト27のレーザー照射位置に対応する高さH0よりも所
定量Dだけ下方の位置(図7中のH1の位置)が設定さ
れる(ステップS1)。また、部品20が吸着ノズル2
1に吸着される(ステップS2)。
Hまで吸着ノズル21が動かされる(ステップS3)。
そして、このノズル高さ位置で上記レーザーユニット2
7による投影の検出に基づいた部品の認識が実行され
て、認識可能か不可能が判別される。つまり、部品が認
識可能な位置にあることによって認識が成功したならば
「○」が、また部品が認識可能な位置にないことによっ
て認識が失敗したならば「×」が、テーブルに記録され
る(ステップS4)。この部品認識とそれに基づく判別
の具体的手法については後に説明する。
したか否かが判定され(ステップS5)、所定高さに達
していなければ、ノズル高さがH=H−Sと変更され
(ステップS6)、そしてステップS3に戻ることによ
り、ノズル高さHが一定微小量Sずつ変更されつつ、認
識可能、不可能を判別する処理が繰り返される。上記一
定微小量Sは、ノズル高さの位置制御機構の最小移動可
能距離以上で、かつ、部品の厚さTよりも充分に小さい
値に設定されている。また、上記所定高さH2はH2=
H0−T−Dとされ、つまり、ノズル下端が上記レーザ
ーユニット27のレーザー照射位置に対応する高さH0
よりも部品厚さT及び所定量Dだけ上方の位置に設定さ
れている。
達するまで上記ステップS3〜S6の処理が繰り返され
ることにより、図7中に示すように、高さ方向所定範囲
(H1〜H2)にわたり、一定微小量毎の各ノズル高さ
でそれぞれ認識可能か不可能かを示す「○」,「×」を
記録した判別データが得られる。
別データに基づき、認識可能を示す「○」が記録された
区間Wの中心の高さHCが求められる(ステップS
7)。なお、部品21がレーザー照射位置に対応する区
間W以外で誤って認識可能と判別されることもあり得る
ので、認識可能と判別された区間が不連続に複数存在す
るような場合は、そのうちでもっとも広範囲の区間が選
ばれてその中心の高さHCが求められる。
HO−HCと演算され(ステップS8)、この最適認識
高さ調整量MTが記憶手段38に記憶される。
処理は、厚さや形状が異なる各種部品について行われる
ことにより、各部品についてそれぞれに応じた最適認識
高さ調整量MTが求められ、記憶手段38に記憶され
る。
よると、吸着ノズル21に部品20が吸着された状態で
ノズル高さが所定範囲にわたって一定微小量Sずつ変更
されつつ、各高さで認識可能か否かが判別され、その判
別データに基づいて認識可能な範囲が調べられて、この
認識可能な範囲の中心位置が最適認識高さとして求めら
れる。こうして認識高さの調整が自動的に行われ、迅速
かつ正確に最適認識高さが求められる。
後に行われる部品実装処理の一例を示すフローチャート
である。この部品実装処理が開始されると、先ずプリン
ト基板3のデータが選択される(ステップS11)とと
もに、アドレスカウンタがクリアされ(ステップS1
2)、またプリント基板3が搬入されて所定位置に位置
決めされる(ステップS13)。
移動し(ステップS14)、吸着ノズル21により部品
20が吸着される(ステップS15)。この部品吸着後
に、Z軸サーボモータ22の駆動により吸着ノズル21
が認識高さ位置まで上昇し、この際、上記認識高さ調整
処理で求められて記憶手段28に記憶されている最適認
識高さ調整量MTが読み出され、この調整量MTを加味
した高さまで吸着ノズル21が作動される(ステップS
16)。
達すると部品認識動作が実行される(ステップS1
7)。この部品認識動作としては、図4中に示すように
部品20を吸着している吸着ノズル21が一定方向に所
定角度だけ回転され、その間において一定微小回転角毎
にレーザーユニット27から信号に基づいて部品投影幅
が測定され、部品投影幅が極小となったとき(図4中に
実線で示す状態)の部品投影幅、ノズル回転角及び投影
中心位置等が求められる。そしてこれらのデータに基づ
き、部品中心位置等が求められ、部品吸着位置のずれに
応じた部品装着位置の補正量が演算される(ステップS
18)。この部品認識動作及びそれに基づく補正量の演
算の方法については従来知られているため(例えば特開
平6−21697号公報参照)、詳しい説明は省略す
る。
ッドユニット5が移動し(ステップS19)、さらに吸
着ノズル21が下降して部品20がプリント基板3に装
着される(ステップS20)。そして、プリント基板3
に対して全部品の装着が行われたか否かが判定され(ス
テップS21)、全部品の装着が行われるまで、ステッ
プS14〜S20の処理が繰り返される。
装処理において部品吸着後の部品認識の際には、最適認
識高さ調整量MTを加味した高さまで吸着ノズル21が
上昇され、この最適認識高さ調整量MTが予め前述の認
識高さ調整処理により正確に求められているため、レー
ザーユニット27を用いた部品認識とそれに基づく部品
装着位置の補正等が精度良く行われることとなる。
6,図7)は実装作業以前の準備段階で行っておけばよ
いが、上記実装処理において認識状態が悪い部品がある
場合にそのエラー数を記録しておき、エラー数が所定値
以上になれば、上記認識用ノズル高さ調整処理により認
識高さの再調整を行うようにすることもできる。
6,図7)において、各ノズル高さ位置での部品認識可
能、不可能の判別(ステップS4)の具体的手法は種々
考えられる。例えば簡易な方法としては、吸着ノズル2
1を回転させずに一定回転角に保った状態で、レーザー
ユニット27からの信号に基づいて投影幅を測定し、そ
の投影幅が所定値以上であれば認識成功、所定値未満で
あれば認識失敗と判定するようにすればよい。
ては、実装処理の中で行われる部品認識(図8中のステ
ップS17)と同様に、吸着ノズル21を回転させつつ
投影幅を測定し、その投影幅の極小値を求めてこれと部
品幅とを比較し、それに基づいて認識可能、不可能の判
別を行うようにしてもよい。つまり、部品20がレーザ
ー照射位置に対応しているときには上記投影幅の極小値
が部品幅(部品の一辺の長さ)に相当するので、投影幅
極小値と部品幅とが近似していれば認識成功、そうでな
ければ認識失敗とする。この手法によるとは、例えば図
9に示すように一側部に傾斜部分20aを有するような
特殊形状の部品20を対象とする場合に、より正確に認
識高さを求めることができる。
象とする場合に、部品の高さ方向中間位置Haがレーザ
ー照射位置に対応する高さを認識高さとすると、この位
置Haが上記傾斜部分20aにあるため、上記図8のス
テップS17,S18での認識処理により求められる部
品中心位置C’は、正規の部品中心位置Cからずれてし
まう。そこでこのような場合は、認識高さ調整処理にお
けるステップS4において、吸着ノズル21を回転させ
つつ投影幅を測定してその極小値を求め、これを部品下
部の幅と比較し、それに基づき部品下部の広幅部分20
bがレーザー照射位置に対応する高さ範囲を認識可能な
範囲としてその中間位置Hbを認識高さとしておくこと
により、図8のステップS17,S18での認識処理に
おいて正確に部品中心位置Cが求められることとなる。
ルに吸着された部品を認識するための平行光線の照射部
及び受光部からなる光学的検知手段を備えた表面実装機
において、部品を吸着した吸着ノズルの高さを所定微小
量ずつ変化させてその各ノズル高さで部品の認識が可能
か否かを判別し、その判別データから部品の認識が可能
な範囲を調べ、最適認識高さを設定するようにしている
ため、認識高さの調整を自動的に行うことができ、迅速
かつ正確に最適認識高さを設定することができるもので
ある。
平面図である。
図である。
である。
る。
(b)はこの部品の認識高さ等を示す説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 部品供給側と部品装着側とにわたって移
動可能なヘッドユニットに、部品を吸着する吸着ノズル
を昇降及び回転可能に設けるとともに、上記吸着ノズル
に吸着された部品を認識するための平行光線の照射部と
受光部とからなる光学的検知手段を設け、吸着ノズルに
吸着された部品が所定認識高さにある状態で部品の一側
方に位置する上記照射部から部品の他側方に位置する受
光部へ向けて平行光線を照射して、その平行光線の一部
が部品により遮られることで部品の投影が検出されるよ
うに上記光学的検知手段を構成した表面実装機におい
て、部品を吸着した吸着ノズルの高さを所定微小量ずつ
変化させ、その所定微小量毎の各ノズル高さでそれぞれ
上記光学的検知手段による検出に基づいて部品の認識が
可能か否かを判別し、その判別データから部品の認識が
可能なノズル高さの範囲を求め、この範囲内の所定位置
を最適認識高さとして設定することを特徴とする表面実
装機における認識用ノズル高さ調整方法。 - 【請求項2】 光学的検知手段による検出に基づく部品
の認識が可能か否かの判別は、吸着ノズルを回転させつ
つ上記光学的検知手段により部品の投影幅を測定してこ
の投影幅の極小値を求め、この投影幅極小値と部品の幅
との比較に基づいて行うものであることを特徴とする請
求項1記載の表面実装機における認識用ノズル高さ調整
方法。 - 【請求項3】 部品供給側と部品装着側とにわたって移
動可能なヘッドユニットに、部品を吸着する吸着ノズル
を昇降及び回転可能に設けるとともに、上記吸着ノズル
に吸着された部品を認識するための平行光線の照射部と
受光部とからなる光学的検知手段を設け、吸着ノズルに
吸着された部品が所定認識高さにある状態で部品の一側
方に位置する上記照射部から部品の他側方に位置する受
光部へ向けて平行光線を照射して、その平行光線の一部
が部品により遮られることで部品の投影が検出されるよ
うに上記光学的検知手段を構成した表面実装機におい
て、吸着ノズルを昇降させる昇降駆動手段と、部品を吸
着した吸着ノズルの高さを所定微小量ずつ変化させるよ
うに上記昇降駆動手段を制御する制御手段と、上記所定
微小量毎の各ノズル高さでそれぞれ上記光学的検知手段
による検出に基づいて部品の認識が可能か否かを判別す
る判別手段と、この判別手段による判別データから部品
の認識が可能なノズル高さの範囲を求めてこの範囲内の
最適認識高さを演算する最適認識高さ演算手段と、この
最適認識高さ演算手段により演算された最適認識高さを
記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする表面実装
機における認識用ノズル高さ調整装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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