JP3310882B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品、特にリ
ードレス型の微小電子部品をプリント基板に搭載する電
子部品自動装着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プリント基板（以下、単に基
板という）にＩＣ、抵抗、コンデンサ等多数のチップ状
電子部品（以下、単に部品という）を搭載する電子部品
装着装置がある。このような電子部品装着装置は、一般
に、装置基台上を前後左右及び上下に自在に移動する作
業ヘッドを備えている。作業ヘッドは部品をトレーやカ
セットからピックアッピして、基板に迅速に移載する。

【０００３】これらの部品は小さいものでは０．５ｍｍ
×１ｍｍのものがあり、大きいものでは４０ｍｍ×４０
ｍｍ或はこれを越えるものもあって、その大きさは様々
である。また、モールド（内部回路を被覆している保護
殻部材）の側面から多数のリードピンが外部に張り出し
ているものや、このような外部に張り出すリードピンが
無く、モールドの側面又は底部の縁に、電極の端子（接
点）が覗いている形態のもの（リードレス型）もある。
このようなリードレス型の部品を基板に移載する作業ヘ
ッドは先端に吸着ノズルを備えて、この吸着ノズルによ
って部品を吸着する。

【０００４】この場合、部品を基板の正しい位置に正し
い姿勢で搭載しないと、部品の接点が基板の配線に正し
く接続されず、出来上がった基板ユニット全体が不良に
なる。このため、通常、図６(a),(b) に示すように、部
品搭載前に、吸着ノズルに吸着した部品を撮像装置等に
より姿勢を測定して、予めメモリ等に記憶されている部
品規格表のデータと照合して良否の判定をするようにし
ている。

【０００５】これを簡単に説明すると、先ず、図６(a)
に示すように、作業ヘッド１を不図示の部品載置台へ移
動させ、吸着ノズル２により所定の部品３を吸着し、作
業ヘッド１を本体装置基台上に配設されている画像認識
用カメラ４の上方に移動させ、吸着されている部品３の
吸着状態を画像認識用カメラ４により撮像する。次に、
同図(b) に示すように、基準視野５の内に得られた部品
３の画像を認識して、部品３の各辺が、それぞれＸ軸方
向及びＹ軸方向を向くよう作業ヘッド１を回転補正し、
さらに基準視野５の中心Ａからの、部品３の中心Ｂのズ
レ量Ｃ（ｘ，ｙ）を算出する。

【０００６】この部品３の中心Ｂとカメラ４の基準視野
の中心Ａ（すなわち作業ヘッド１の軸心）とのズレ量Ｃ
は、基準位置に対する部品３の保持位置偏差である。作
業ヘッド１の軸心はプログラムにより基板の部品搭載位
置を目標に移動するから、保持位置偏差のある部品３を
そのまま基板に移載したのでは、部品３は保持位置偏差
の分だけズレて基板に搭載される。してがって、作業ヘ
ッド１の移動を上記保持位置偏差の分だけ補正する。こ
れによって、作業ヘッド１は補正された作業停止位置に
停止し、部品３の中心Ｂが基板の当該部品搭載位置の中
心に正しく一致するようになる。

【０００７】ところで、部品は必ずしも画像認識カメラ
上で位置補正した状態のままで基板に搭載してよいもの
ではなく、基板に搭載するには設計に従った向きがあ
る。通常は基板の縦横に対して部品を斜めに向けて配置
することはないから、部品の向きは、そのままか、９０
度回転させるか、或は１８０度回転させるかの、３通り
の向きが存在する。この向きに応じて作業をヘッドを回
転させて部品を搭載する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カメラ４の
基準視野の中心Ａが作業ヘッド１の軸心に一致して対応
していることは既に述べた。

【０００９】また、作業ヘッド１の軸心といえども、必
ずしもカメラ４の基準視野の中心Ａに一致しているとい
う保証はない。これは、カメラ４が本体装置の基台に固
定されているのに対して、作業ヘッド１はＹ軸方向のレ
ールとＸ軸方向のレールに乗って常に移動しているから
カメラとの相互の位置には機械的な誤差が発生しやすい
からである。例えば、朝昼晩の環境温度の差によって機
械的ガタの程度が夫々異なる。また、機械は特に朝の始
動前は各部の潤滑剤の粘度が高いために俗に「機嫌が悪
い」といわれる動きの鈍さを伴い、これも位置の狂いの
原因となる。このように作業ヘッド１の軸心位置がズレ
ていると、吸着ノズル２を正しく作業ヘッド１に装着し
ても、吸着ノズル２の先端がカメラ４の基準視野の中心
Ａに対してズレを持つようになる。

【００１０】したがって、上述したように、カメラ４の
基準視野の中心Ａと部品３の中心Ｂとの位置偏差を補正
しても、部品を基板に搭載する際に部品の向きを９０度
又は１８０度回転させて搭載する場合は、吸着ノズル２
の回転軸の軸心に狂いがあると上記回転後の部品３の中
心Ｂは基板の搭載位置の中心からズレることになる。

【００１１】部品が大きなものばかりである場合は多少
のズレは問題とならないが、１ｍｍ四方にも満たない小
さな部品を搭載しようとすると、極めて僅かのズレでも
問題が発生する。

【００１２】この問題を解決すべく、部品を吸着してカ
メラ上で図６(a),(b) に示した認識と姿勢補正を行う際
に、搭載の向きの補正（回転補正）も行うものがある。
しかしながら、カメラによる認識処理とその認識結果に
基づく補正処理には、１回の認識と姿勢補正でおよそ２
５０ｍｓｅｃ（ミリ秒）の時間を要する。そして、部品
を吸着して基板に搭載するまでの時間は、上記の認識と
姿勢補正の時間を除いておよそ１２００ｍｓｅｃであ
る。つまり、部品を搭載する全体の作業時間に対して１
回の認識と姿勢補正の処理時間が占める割合はおよそ２
０％であって極めて大きい。したがって、図６(a),(b)
に示した保持位置偏差を算出するための認識と姿勢補正
の処理に加えて、上記のように基板搭載時の向きに対応
する位置ズレの補正までも行うと、搭載処理におけるタ
スク遅延の度合が更に大きくなって、この時間損失の累
積は使用に耐えないものとなってくる。

【００１３】そこで、図７(a) に示すように、部品を吸
着する前に、例えば定期的に、吸着ノズル２の先端２ａ
をカメラで撮像してカメラの基準視野の中心と吸着ノズ
ル２の回転軸の軸心とのズレを認識して予め補正データ
を算出しておき、図６(a),(b) に示した認識と姿勢補正
の後、作業ヘッド１がＹ方向及びＸ方向の移動を行って
基板の搭載位置に到達するまでの間に、回転補正を行う
という方法がとられるようになった。

【００１４】ところが、図７(b) に示すように、吸着ノ
ズル２の先端２ａに、搭載時に基板についている半田が
付着する等による汚れ６があると、吸着ノズル２の中心
を正確に判定できなくなって、その結果、搭載位置にズ
レを生じるいう欠点を有し定ていた。

【００１５】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
正確な部品保持位置の中心を常に安定して検出可能な電
子部品装着装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以下に、本発明に係わる
電子部品装着装置の構成を述べる。本発明は、チップ状
の電子部品を部品収納位置より吸着し、部品認識カメラ
の位置まで移動して該部品認識カメラにより補正量を検
出し、該補正量による位置の補正を行ってプリント基板
上の所定の搭載位置に移動して、上記電子部品を上記プ
リント基板上に搭載する電子部品装着装置を前提とす
る。

【００１７】本発明の電子部品装着装置は、該装置内に
おいて少なくとも１個のチップ状の位置補正用ワークを
載置して保持するワーク保持手段と、該ワーク保持手段
に保持される位置補正用ワークを定期的又は随意に吸着
ノズルにより吸着して取り出し、上記部品認識カメラ上
の所定の認識点に移動する移動手段と、上記認識点上で
０°位置と１８０°位置とに回転した上記位置補正用ワ
ークの画像を認識して上記カメラの認識に対する吸着ノ
ズルの回転軸の軸心の位置ずれ量を算出する算出手段
と、該算出手段により算出された吸着ノズルの回転軸の
軸心の位置ずれ量を本来設定されているカメラ認識位置
に対して位置補正する補正手段と、上記認識点から上記
ワーク保持手段に戻って位置補正用ワークを元の位置に
載置する手段とを備えて構成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１は、一実施の形態におけ
る電子部品装着装置の外観斜視図である。同図に示すよ
うに、電子部品装着装置（以下、本体装置）１０は、下
保護カバー１１に囲まれ上保護カバー１２に覆われた基
台１３の内部及び上部に各種の装置が配設される。

【００１９】基台１３の内部には、特には図示しないが
各部を制御する制御回路や、搬入されてくる基板を下か
ら支持する支持プレート装置等を備えている。上保護カ
バー１２の前面には液晶ディスプレイとタッチパネルか
らなる入力装置１４が配設されており、外部操作により
各種の指示を入力することができる。

【００２０】基台１３の上には、中央に、固定と可動の
１対の平行する基板案内レール１５ａ及び１５ｂが基板
の搬送方向（Ｘ軸方向）に水平に延在して配設される。
これらの基板案内レール１５ａ及び１５ｂの下部に接し
てループ状の複数のコンベアベルトが走行可能に配設さ
れる。コンベアベルトは、それぞれ数ミリ幅のベルト脇
部を基板案内レール１５ａ又は１５ｂの下から基板搬送
路に覗かせて、ベルト駆動モータにより駆動され、基板
搬送方向に走行し、基板の裏面両側を下から支持しなが
ら基板を搬送する。

【００２１】上記１対の基板案内レール１５ａ及び１５
ｂを跨いで、基板搬送方向（Ｘ軸方向）と直角の方向
（Ｙ軸方向）に平行に延在する左右一対の固定レール
（Ｙ軸レール）１６ａ及び１６ｂが配設されている。こ
れらＹ軸レール１６ａ及び１６ｂに長尺の移動レール
（Ｘ軸レール）１７が滑動自在に係合し、このＸ軸レー
ル１７に、基板に部品を搭載する作業を行う作業ヘッド
１８が滑動自在に懸架されている。

【００２２】上記のＸ軸レール１７には、その長手方向
（Ｘ軸方向）に作業ヘッド１８を進退移動させせるＸ軸
方向駆動サーボモータが配設され、基台１３上には、Ｘ
軸レール１７をＹ軸レール１６ａ及び１６ｂに沿って前
後（Ｙ軸方向）に進退させるＹ軸方向駆動サーボモータ
が配設されている。これらのＸ軸方向駆動サーボモータ
及びＹ軸方向駆動サーボモータが制御回路からの指示に
より正逆両方向に自在に回転することにより、作業ヘッ
ド１８がＸ軸方向及びＹ軸方向に自在に進退する。この
基台１３上の前部と後部に夫々部品カセット台１９ａ及
び１９ｂが配設されている。

【００２３】図２(a) は、上記の基台１３上に直接配置
される諸装置を示す平面図であり、これらの上方に配置
される図１に示したＸ軸レール１７、Ｙ軸レール１６ａ
及び１６ｂ、作業ヘッド１８等を取り除いて示してい
る。また、同図(b) は同図(a)に二点鎖線丸印Ｄで示す
部分の拡大斜視図である。

【００２４】同図(a) に示すように、基台１３上には、
基台１３の手前の部品カセット台１９ａと固定の基板案
内レール１５ａとの間に３個の部品認識用カメラ２１、
及び吸着ノズル交換器２２が配設され、基台１３の後方
の部品カセット台１９ｂと移動式の基板案内レール１５
ｂとの間にも３個の部品認識用カメラ２４が配設され
る。そして基板案内レール１５ａと１５ｂの間の基板搬
送路内には、基板支持プレート２５が配置され、基板案
内レール１５ａに沿って、後述するワーク収納器２６
（図２(a) には二点鎖線丸印Ｄで囲んで示している）が
配設される。

【００２５】上記の基板支持プレート２５は、基板案内
レール１５ａ，１５ｂとコンベアベルトによって搬入さ
れてくる基板を下から上昇して支持して基板の位置決め
を行う。

【００２６】また、上記の部品カセット台１９ａ及び１
９ｂには基板に搭載すべき複数種類の部品毎に対応する
部品テープカセットが着脱自在に予め装着される。作業
ヘッド１８は、それらの部品テープカセットから所望の
部品を吸着して基板に搭載する。

【００２７】吸着ノズル交換器２２は複数の（図では１
０個示している）吸着ノズル２７を保持している。これ
らの吸着ノズル２７は、夫々ノズル先端の大きさの異な
るものが吸着ノズル交換器２２に保持されている。

【００２８】部品認識用カメラ２１（又は２４）は、作
業ヘッド１８の吸着ノズルが、部品カセット台１９ａ
（又は１９ｂ）上の部品テープカセットから部品を吸着
して基板の上方へ移動する途上に待機し、吸着ノズルが
吸着している部品を下方から撮像して保持位置偏差を検
出する。

【００２９】一方、上記のワーク収納器２６は、基台１
３に固定されており、同図(b) に示すように、大きさの
異なる３種類の位置補正用ワーク２８ａ、２８ｂ及び２
８ｃが収納されている。これら３種類の位置補正用ワー
ク２８ａ、２８ｂ及び２８ｃの大きさは、種々のサイズ
の部品をそれらのサイズに応じて大きく３区分に分類し
たときの各区分のサイズを代表する大きさに形成されて
いる。

【００３０】図３は、作業ヘッド１８がワーク収納器２
６から位置補正用ワーク２８ａを吸着している状態を示
す図である。同図は、吸着ノズル２７が（図の実線では
吸着ノズル２７は光拡散板２９の陰になっているため見
えない）、光拡散板２９と共に、図の二点鎖線２７′及
び２９′で示す位置から降下して、実線で示すようにそ
の先端に位置補正用ワーク２８ａを吸着したところを示
している。

【００３１】上記のワーク収納器２６は上述したように
基台１３に固定されており、そのワーク収納器２６のワ
ーク収納部は位置補正用ワーク２８（２８ａ、２８ｂ、
又は２８ｃ）を一定の状態に保って収納するように例え
ば位置補正用ワーク２８が一定の向きで丁度嵌入する程
度の大きさに形成されている。したがって、この位置補
正用ワーク２８の吸着時の姿勢と作業ヘッド１８の軸心
との関係は常に一定である。尚、図３では吸着ノズル２
７を装着する作業ヘッド１８の回転部３１が１個しか見
えていないが、この作業ヘッド１８は３個の回転部３１
を備えており、図では他の２個は上方に上がった状態に
あるため見えていない。これらの回転部３１は、吸着ノ
ズル２７を装着して部品の搭載作業を行ったりディスペ
ンサ・ノズルを装着して半田の塗布作業を行う。

【００３２】尚、いままで述べてきた作業ヘッド１８の
軸心は、この回転部３１の回転軸の軸心を指している。
また、上記の回転部３１をヘッドという場合もあるが本
例ではこの言い方は採用していない。

【００３３】本実施の形態では、定期的に、例えば朝昼
晩、又は基板の構成が切り替わったとき、又は吸着ノズ
ル２７を交換したときなどに、作業ヘッド１８が上記の
位置補正用ワーク２８を吸着ノズル２７によってワーク
収納器２６から吸着し、その位置補正用ワーク２８を下
から部品認識用カメラ２１で撮像して、ワーク２８の回
転偏差を検出する。

【００３４】ここで検出される回転偏差は、制御回路の
メモリに記録されている（初期設定されている）部品認
識用カメラ２１の基準視野の中心に対応する作業ヘッド
１８の軸心位置に対する吸着部位の回転偏差であり、回
転部３１の回転軸の誤差、吸着ノズル２７の変形による
誤差、作業ヘッド１８のＸ軸及びＹ軸の移動位置の誤差
などによる偏差が全て含まれる。したがって、ここで検
出された偏差値によって、この後に吸着・搭載される部
品に対して、上記偏差値によって算出した回転偏差を付
加して搭載姿勢を補正すると、基板の搭載すべき位置に
その部品を正しく搭載することができる。

【００３５】また、上記偏差値によって算出した回転偏
差を付加して搭載姿勢を補正することは作業ヘッド１８
の移動中においても容易に可能であり、したがって、部
品の画像認識処理は縦横位置の姿勢の補正と中心位置の
偏差を検出すれば、それ以上の認識処理つまり回転偏差
の認識を行う必要はなく、直ちに搭載位置に移動するこ
とができる。

【００３６】図４は、上記ワーク２８の撮像処理のフロ
ーチャートであり、図５は、その撮像に基づく回転偏差
算出のアルゴリズムを説明する図である。尚、図４に示
す処理は、制御回路の制御の下に、定期的に例えば朝昼
晩、又は基板の構成が切り替わったとき、又は吸着ノズ
ル２７を交換したときなどに自動的に行われる。以下、
図４を用いて説明する。

【００３７】先ず、作業ヘッド１８は、回転部３１に装
着した吸着ノズル２７の種類に対応る大きさの位置補正
用ワーク２８が収容されている位置に移動する（ステッ
プＳ１）。そして、その位置補正用ワーク２８を吸着す
る（ステップＳ２）。続いて、作業ヘッド１８は、位置
補正用ワーク２８を吸着したまま部品認識用カメラ２１
の撮像位置（認識点）に移動する（ステップＳ３）。

【００３８】次に、そのまま、つまり回転なし（０度）
で、位置補正用ワーク２８を撮像して画像認識を行う
（ステップＳ４）。これにより、図５に示すように、位
置補正用ワーク２８の回転０度の画像２８−１から、そ
の中心座標Ｅ１（ｘ0 ，ｙ0 ）が算出される。

【００３９】続いて、作業ヘッド１８は、回転部３１を
１８０度回転させて（ステップＳ５）、再度画像認識を
行う（ステップＳ６）。これにより、図５に示すよう
に、位置補正用ワーク２８の１８０度回転した画像２８
−２から、その中心座標Ｅ２（ｘ180 , ｙ180 ）が算出
される。

【００４０】そして、この得られた１８０度回転した画
像２８−２の中心座標Ｅ２（ｘ180,ｙ180 ）と上記ステ
ップＳ４で得られた回転０度の画像２８−１の中心座標
Ｅ１（ｘ0 ，ｙ0 ）とから、吸着ノズル２７の先端の回
転中心の座標Ｆ′（ｘ0 ＋ｘ180 ／２，ｙ0 ＋ｙ180 ／
２）を算出することができる。この吸着ノズル２７の先
端の回転中心Ｆ′は、作業ヘッド１８全体のあらゆる部
位の偏差が集積されたものである。

【００４１】この吸着ノズル２７の先端の回転中心Ｆ′
とメモリに初期設定されている回転中心Ｆ（カメラ視野
の中心、絶対中心）との偏差すなわちズレ量「Ｆ−
Ｆ′」を算出して（ステップＳ７）、このズレ量「Ｆ−
Ｆ′」を制御回路の位置補正部にフィードバックする
（ステップＳ８）。これにより、位置補正部において例
えば適宜のメモリ領域に、当該吸着ノズル２７を装着し
たときの作業ヘッド１８全体の吸着部位（吸着ノズル２
７の先端）の絶対中心に対する回転ズレ量が記憶され
る。

【００４２】この後、ワーク収納器２６の位置に戻り
（ステップＳ９）、吸着中の位置補正用ワークを所定の
収容部に戻し（ステップＳ１０）、続いて、更に他の吸
着ノズルに対する位置の検出指示がなされているか否か
を判別する（ステップＳ１１）。この電子部品装着装置
における制御では、作業ヘッド１８が有する３個の回転
部３１に、少なくとも２個の吸着ノズルが装着されてい
る場合に、他の吸着ノズルの検出指定が行われる。

【００４３】したがって、そのような場合は（Ｓ１１が
Ｙｅｓ）、再びステップＳ１に戻って他の吸着ノズルを
装着している回転部３１による上記の処理がステップＳ
１からステップＳ１１まで行われる。そして、他の吸着
ノズルを装着している回転部３１が無い場合は（Ｓ１１
がＮｏ）、処理を終了する。

【００４４】このようにして測定され、制御回路のメモ
リ領域に記憶された吸着ノズル２７先端の絶対中心に対
する回転ズレ量によって、初期設定されている絶対中心
を更新する。以後、この更新された絶対中心を用いて基
盤への部品の向きを決める回転を行う。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位置補正用ワークを用いて作業ヘッド全体の部品保持位
置の回転偏位を測定するので、環境の温度変化や経時変
化による部品保持位置の変化があっても部品保持位置の
正しい回転中心を容易に算出して補正することができ、
したがって、部品搭載作業の時間を短縮できて作業の能
率が向上する。また、回転中心の測定に位置補正用ワー
クを用いるので、吸着ノズルに汚れ等が付着していても
その回転中心を容易に検出することができ、したがっ
て、常に正確な回転中心の位置ずれを検出することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態における電子部品装着装置の外観
斜視図である。

【図２】(a) は一実施の形態における電子部品装着装置
の基台上に直接配置される諸装置を示す平面図、(b) は
その二点鎖線丸印Ｄで示す部分の拡大斜視図である。

【図３】作業ヘッドがワーク収納器から位置補正用ワー
クを吸着している状態を示す図である。

【図４】位置補正用ワークの撮像処理を行うフローチャ
ートである。

【図５】位置補正用ワークの撮像に基づく吸着ノズルの
回転偏差算出のアルゴリズムを説明する図である。

【図６】(a) は吸着した部品の姿勢を撮像装置により測
定する図、(b) は撮像視野内における部品の保持姿勢の
例を示す図である。

【図７】(a) は従来の吸着ノズルの回転軸の軸心の位置
ズレを補正するための撮像の状態を説明する図、(b) は
その問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１ 作業ヘッド ２ 吸着ノズル ２ａ ノズル先端 ３ 部品 ４ 画像認識用カメラ ５ 基準視野 Ａ 基準視野の中心 Ｂ 部品の中心 ６ 汚れ １０ 電子部品装着装置（本体装置） １１ 下保護カバー １２ 上保護カバー １３ 基台 １４ 入力装置 １５ａ、１５ｂ 基板案内レール １６ａ、１６ｂ 固定レール（Ｙ軸レール） １７ 移動レール（Ｘ軸レール） １８ 作業ヘッド １９ａ、１９ｂ 部品カセット台 ２１ 部品認識用カメラ ２２ 吸着ノズル交換器 ２４ 部品認識用カメラ ２５ 基板支持プレート ２６ ワーク収納器 ２７ 吸着ノズル ２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ） 位置補正用ワーク ２９ 光拡散板 ３１ 回転部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チップ状の電子部品を部品収納位置より
   吸着し、部品認識カメラの位置まで移動して該部品認識
   カメラにより補正量を検出し、該補正量による位置の補
   正を行ってプリント基板上の所定の搭載位置に移動し
   て、前記電子部品を前記プリント基板上に搭載する電子
   部品装着装置において、 該装置内において少なくとも１個のチップ状の位置補正
   用ワークを載置して保持するワーク保持手段と、 該ワーク保持手段に保持される位置補正用ワークを定期
   的又は随意に吸着ノズルにより吸着して取り出し、前記
   部品認識カメラ上の所定の認識点に移動する移動手段
   と、 前記認識点上で０°位置と１８０°位置とに回転した前
   記位置補正用ワークの画像を認識して前記カメラの認識
   点に対する吸着ノズルの回転軸の軸心の位置ずれ量を算
   出する算出手段と、 該算出手段により算出された吸着ノズルの回転軸の軸心
   の位置ずれ量を本来設定されているカメラ認識位置に対
   して位置補正する補正手段と、 前記認識点から前記ワーク保持手段に戻って位置補正用
   ワークを元の位置に載置する手段と、 を備えたことを特徴とする電子部品装着装置。