JP3359246B2

JP3359246B2 - 部品装着装置

Info

Publication number: JP3359246B2
Application number: JP29840996A
Authority: JP
Inventors: 隆之矢沢
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2002-12-24
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: JPH09199898A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品を目標位置に
装着する部品装着装置に関する。更に詳述すると、本発
明は、部品位置や装着の目標位置を検出するカメラを備
えた部品装着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅ
ｒＰａｃｋａｇｅ）等の部品をパソコン取付用のプリ
ント基板にロボットを用いて装着する部品装着装置で
は、装置側に固定された１台のカメラによりロボットの
保持する部品の位置を検出して、ヘッドに固定された他
のカメラにより基板の目標位置を検出する。そして、こ
れら部品位置と目標位置とからロボットのＸ軸方向及び
Ｙ軸方向の移動距離を算出して該ロボットを移動させ、
基板の目標位置に部品を装着している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た部品装着装置では、部品位置と目標位置とを別個のカ
メラにより検出すると共に部品位置及び目標位置に基づ
いてロボットが移動するので、各カメラ同士の位置精度
とロボットの移動精度とが部品の装着精度に直接影響し
てしまい、部品を目標位置に高精度に装着することが困
難となってしまう。

【０００４】すなわち、各カメラにより検出された部品
位置と目標位置とからロボットの移動距離が算出される
ので、各カメラ同士の位置に誤差があると移動距離にも
誤差が発生してしまう。また、算出された移動距離と、
これに基づいて移動されたロボットの実際の移動距離と
の間にも誤差が生じてしまう。さらに、作業中の温度や
湿度の変化によっても、各箇所に誤差を生じてしまう。
これらの理由により、部品装着の精度の向上が困難とな
ってしまう。

【０００５】ロボットの移動の精度を向上させるため、
リニアスケールを設けることも考えられるが、コストが
向上してしまう。

【０００６】そこで、本発明は、部品の装着を安価に高
精度で行うことができる部品装着装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１の部品装着装置は、供給された部品を保持
すると共に該部品を所定の目標位置に装着する保持部
と、目標位置の近傍に形成した目標基準マークの位置検
出及び保持した部品の保持部に対する保持位置の検出と
を行い、目標基準マークの位置及び保持位置を同時に検
出することができるカメラとを有する部品装着ヘッド
と、前記部品の保持位置から前記部品に対応した部品基
準マーク位置を算出し、前記部品基準マーク位置を用い
て前記保持角誤差の算出を行う誤差算出手段と、保持角
誤差に基づき保持部の角度を調整する角度調整機構と、
目標基準マークの位置と部品の保持位置とに基づいて部
品装着ヘッドを移動させることにより部品を目標位置に
位置させるヘッド移動機構とを備えると共に、前記カメ
ラ及びその撮影光学系は前記部品装着ヘッドに一体固定
して設けられて、尚かつカメラによる撮影方向と部品装
着ヘッドの移動方向とが垂直であるようにしている。

【０００８】したがって、部品を保持する前の部品装着
ヘッドは、ヘッド移動機構により目標位置に移動して目
標基準マークをカメラで検出する。検出後、供給された
部品を保持部により保持し、カメラで該部品の該保持部
に対する保持位置を検出する。ここで、誤差算出手段に
より、部品の保持位置から部品に対応した部品基準マー
クの位置を算出し、部品基準マーク位置を用いて部品の
保持角誤差を算出することができる。このため、保持角
の誤差がより高精度に算出される。そして、この保持角
誤差に基づき、角度調整機構により保持部の角度を調整
して、部品と目標位置との角度を一致させる。

【０００９】次いで、部品装着ヘッドが再び目標位置に
移動して、部品と目標位置とをほぼ一致させる。ここ
で、カメラにより部品を検出すると同時に、目標基準マ
ークも検出する。そして、部品位置と目標基準マークの
位置とを比較する。この比較に基づいて部品装着ヘッド
の位置を微調整し、部品位置と目標位置とを一致させて
装着する。

【００１０】なお、部品位置の検出や角度調整や位置合
わせ等の動作は、部品装着ヘッドの保持部が部品を保持
した状態で目標位置に移動してから行うようにすること
もできる。

【００１１】

【００１２】さらに、請求項２の部品装着装置は、部品
装着ヘッドに設けた保持部は部品を吸着保持する吸着ノ
ズルから成り、吸着ノズルを挟んだ２カ所にカメラを設
け、角度調整機構は吸着ノズルを回転させる回転手段と
し、吸着ノズルの出入機構を部品装着ヘッドに設け、ヘ
ッド移動機構は部品装着ヘッドを作業盤上のＸ軸方向及
びＹ軸方向に移動させる手段であるようにしている。

【００１３】したがって、供給された部品を保持部が取
り出す際には、ノズル出入機構により吸着ノズルが繰り
出された状態で吸着保持する。そして、ノズル出入機構
により吸着ノズルが引き込まれ、これにより部品が持ち
上げられる。また、部品を目標位置に装着する際には、
ノズル出入機構により吸着ノズルが繰り出し、この状態
で吸着保持が解除され、部品の装着がなされる。

【００１４】さらに、部品の保持角誤差に基づいて保持
部の角度を調整する際には、回転手段により吸着ノズル
を部品と共に回転させる。また、２つのカメラにより、
目標位置を挟んだ少なくとも２カ所に形成した目標基準
マークの各位置を検出する。

【００１５】また、請求項３の部品装着装置では、２つ
のカメラは部品の対角位置に配置したものとしている。
したがって、目標基準マークの位置及び保持位置の検出
が高精度に行われる。そして、請求項４記載の発明は、
請求項１から３のいずれかに記載の部品装着装置におい
て、保持部はカメラと前記部品との間に位置するように
している。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形
態では、ＴＣＰをプリント基板上に装着する部品装着装
置について説明しているが、他の部品を別の基板等に装
着する部品装着装置とすることができるのは勿論であ
る。

【００１７】図２及び図３に示すように、部品装着装置
１は、フィーダ２から供給された例えばＴＣＰ３等の部
品を保持すると共に該ＴＣＰ３を所定の目標位置、例え
ばプリント基板４の取付位置に装着する吸着ノズル５か
らなる保持部と、目標位置の近傍に形成した目標基準マ
ーク６，６の位置検出及び保持したＴＣＰ３の吸着ノズ
ル５に対する保持位置の検出とを行い、目標基準マーク
６，６の位置及び保持位置を同時に検出することができ
るカメラ７，７とを有する部品装着ヘッド８と、目標基
準マーク６，６の位置及び保持位置に基づきＴＣＰ３の
保持角の誤差を算出する誤差算出手段としてのＣＰＵ６
０と、保持角誤差に基づき吸着ノズル５の角度を調整す
る角度調整機構としての回転手段、即ち回転モータ９
と、目標基準マーク６，６の位置とＴＣＰ３の保持位置
とに基づいて部品装着ヘッド８を作業盤１１上（以下、
ＸＹ面という。）で移動させることによりＴＣＰ３を目
標位置に位置させるヘッド移動機構１２とを備えてい
る。

【００１８】図３に示すように、部品装着ヘッド８は、
ＴＣＰ３を作業盤１１に垂直な方向（以下、Ｚ軸方向と
いう。）に吸着保持する吸着ノズル５と、該吸着ノズル
５を挟む近傍の２カ所を視野Ｆ，Ｆとする２つのカメラ
７，７と、吸着ノズル５が保持したＴＣＰ３を照射する
ライト１３と、吸着ノズル５をＺ軸を中心に回転させる
角度調整機構としての回転モータ９と、吸着ノズル５を
Ｚ軸に沿って摺動させるノズル出入機構としてのレシプ
ロケーションモータ１０と、吸着ノズル５をＺ軸方向に
沿って作業盤１１から離隔する方向に付勢するばね１４
とを備えている。

【００１９】各カメラ７，７の撮影光学系の光路Ｓ上に
は、レンズ１５やミラー１６等の光学素子が配置されて
いる。このため、各光路Ｓは曲折され、撮影位置に対向
しない位置にカメラ７，７を取り付けることができる。
ここで、吸着ノズル５を挟むＸＹ面上の２カ所の画像を
別個に検出することができれば、他の撮影光学系であっ
ても構わない。また、各カメラ７，７の取付位置は、部
品装着ヘッド８と一体的であれば限定されない。

【００２０】本実施形態によれば、対角位置に設けた２
つのカメラ７，７を用いているので、最小限のカメラに
よりＴＣＰ３の最長部分を検出できて検出位置精度を向
上させることができる。なお、本実施形態では、対角位
置に設けた２つのカメラ７，７を用いているが、１つの
カメラであったり３つ以上のカメラであっても構わな
い。

【００２１】図２に示すように、ヘッド移動機構１２
は、作業盤１１に固定された２本のＹ軸１７，１７と、
各Ｙ軸１７，１７に沿って移動可能なヘッド用Ｘ軸１８
と、該ヘッド用Ｘ軸１８に対して摺動可能であると共に
部品装着ヘッド８を固定したスライダ１９とを備えてい
る。ヘッド用Ｘ軸１８とスライダ１９との移動により、
部品装着ヘッド８は作業盤１１上でＸ軸方向及びＹ軸方
向に移動することができる。

【００２２】フィーダ２は段積みにストックされたＴＣ
Ｐ３を一定の姿勢にして１つずつ取り出し、作業盤１１
上に供給する。ＴＣＰ３は、正方形の薄板状の本体の各
辺に微細な電極が多数放射状に設けられた形状とされて
いる。また、作業盤１１には、Ｚ軸方向を該作業盤１１
側から照射するライトステージ２０と、プリント基板４
を搬送するコンベア３４とが配置されている。また、動
作を制御する動作制御部３５は、図７に示すように、全
体の動作を統轄制御するシーケンサ４０にコンベア３４
とヒータヘッド２４とロボットコントローラ５０とが接
続してあり、ロボットコントローラ５０にＣＰＵ６０を
介して画像処理装置７０が接続してあり、この画像処理
装置７０に２つのカメラ７，７が接続することにより構
成されている。ここで、ロボットコントローラ５０は、
部品装着ヘッド８とヒータヘッド２４との動作を制御す
る。

【００２３】図１に示すように、プリント基板４の中央
部には、ＴＣＰ３取付用のほぼ正方形状のダイアタッチ
パッド２１が設けられている。ダイアタッチパッド２１
の周囲には、正方形の各辺に直交する多数の電極取付用
のプリントパターン２２が形成されている。そして、ダ
イアタッチパッド２１の四隅の近傍には、小円形状の目
標基準マーク６が４つ形成されている。また、プリント
パターン２２にはハンダメッキが施されている。なお、
本実施形態では目標基準マーク６が４つ形成されている
が、部品装着に必要な精度に応じて形成数を変更しても
構わない。但し、十分な精度を得るためには、目標基準
マーク６を２カ所以上に設けることが好ましい。

【００２４】一方、図２及び図４に示すように、部品装
着装置１の作業盤１１には、はんだ付けを行うヒータヘ
ッド２４と、該ヒータヘッド２４をＸＹ面上で移動させ
るヒータ移動機構２５とが配置されている。ヒータヘッ
ド２４は、作業盤１１に向けて熱風を吹き出す正方形状
の吹出口を有するヒータ２６と、該ヒータ２６の作業盤
１１への対向面以外の面を側方から挟んで囲むカバー２
７，２７と、該カバー２７，２７内の空気を吸い込むブ
ロア２８，２８と、接着剤を供給する注射器２９と、フ
ラックスを供給する注射器３０とを備えている。

【００２５】ヒータ移動機構２５は、作業盤１１上に固
定された各Ｙ軸１７，１７に沿って移動可能なヒータ用
Ｘ軸３１と、該ヒータ用Ｘ軸３１に対して摺動可能であ
ると共にヒータヘッド２４を固定したスライダ３２とを
備えている。ヒータ用Ｘ軸３１とスライダ３２との移動
により、ヒータヘッド２４は作業盤１１上でＸ軸方向及
びＹ軸方向に移動することができる。

【００２６】本実施形態では、部品装着ヘッド８とヒー
タヘッド２４とを別個に備えているので、ヒータヘッド
２４の熱が部品装着ヘッド８に伝わることがない。この
ため、部品装着ヘッド８によるＴＣＰ３の装着は、熱に
影響されずに高精度で行われる。また、部品装着ヘッド
８とヒータヘッド２４とが別個であるので、例えば、部
品装着ヘッド８によりＴＣＰ３をフィーダ２から取り出
す作業と、ヒータヘッド２４により接着剤等を塗布する
作業とを同時に行うことができる。このため、部品の装
着作業の迅速化を図ることができる。

【００２７】また、本実施形態では、ヒータ２６から熱
風を吹き出すことによりはんだ付けを行うので、従来の
ホットバーを用いる場合に比べて、はんだ付け部への装
着の精度は低くて足りる。すなわち、熱風は吹出口から
僅かに広がって吹き出されるので、ヒータ２６とＴＣＰ
３との位置のずれの許容範囲が比較的大きいのに対し、
ホットバーとＴＣＰ３との位置のずれの許容範囲は小さ
いからである。このため、ヒータヘッド２４の移動精度
を特に高精度にする必要がない。また、ホットバーでは
必要であった接触部の平行出しや、該接触部のクリーニ
ングは不要になる。したがって、ヒータ移動機構２５や
ヒータヘッド２４の製造コストや維持費を低下させるこ
とができる。

【００２８】上述した部品装着装置１によりＴＣＰ３を
プリント基板４に装着する場合は、プリント基板４をコ
ンベア３４により作業盤１１の所定位置に搬入する。そ
して、ヘッド移動機構１２により部品装着ヘッド８をプ
リント基板４上に移動し、部品装着ヘッド８のライト１
３を点灯して、各カメラ７，７によりそれぞれ対応する
箇所の目標基準マーク６，６を撮像し、画像処理装置７
０によりマーク６，６の位置を検出する。そして、検出
位置をＣＰＵ６０に記憶する。部品装着ヘッド８を更に
移動させ、フィーダ２により供給されたＴＣＰ３上に位
置させる。ここでレシプロケーションモータ１０により
吸着ノズル５を繰り出して、該吸着ノズル５によりＴＣ
Ｐ３の吸着保持を行う。そして、吸着ノズル５を引き込
んで、ＴＣＰ３を持ち上げる。ＴＣＰ３を保持した状態
で、部品装着ヘッド８をライトステージ２０上に移動さ
せる。

【００２９】ここで、各カメラ７，７では、ライトステ
ージ２０からの光線を受けてＴＣＰ３の輪郭の一部を撮
像し、画像処理装置７０によりＴＣＰ３の位置を検出す
る。そして、検出位置をＣＰＵ６０に記憶する。ＴＣＰ
３は透過光により検出されるので、検出を高精度で行う
ことができる。ＴＣＰ３の位置検出は、２つのカメラ
７，７で撮像した画像を図７に示す画像処理装置７０に
送り、画像の中の角部あるいは放射状に多数突出した電
極部の位置を検出することにより行う。また、ＴＣＰ３
に位置決めに使えるマークが書いてあればこのマークを
検出してもよく、その他部品の特徴となる形状を検出し
てもよい。

【００３０】この検出時に、回転モータ９により吸着ノ
ズル５を４５°ずつ回転させる。これに伴いＴＣＰ３の
各電極やＴＣＰ３の輪郭の全体が把握されるので、ＴＣ
Ｐ３の欠け、電極の数や曲がりが検出できて、ＴＣＰ３
の良否が判別できる。本実施形態では、２つのカメラ
７，７を用いているので吸着ノズル５の回転は１８０°
で足りる。このため、検出時間の短縮化を図ることがで
きる。但し、これに限らず、一方のカメラ７のみを３６
０°回転させることにより検出を行うようにしても構わ
ない。この場合、２つのカメラ７，７の位置関係を補正
する必要がないので、この調整作業を簡略化することが
できる。

【００３１】ここで、ＣＰＵ６０はＴＣＰ３の検出位置
からＴＣＰ３に対応する部品基準マーク３３，３３の位
置を算出する。部品基準マーク３３，３３とは、ＴＣＰ
３を目標位置に装着した場合に目標基準マーク６，６と
一致することになる位置に形成する計算上のマークであ
る。

【００３２】そして、既にプリント基板４の目標基準マ
ーク６，６を検出・記憶しているので、該目標基準マー
ク６の位置と部品基準マーク３３，３３の位置とをＣＰ
Ｕ６０で比較することにより、ＴＣＰ３を装着すべき角
度と現在保持している角度との保持角誤差を算出するこ
とができる。この保持角誤差に基づいて吸着ノズル５を
回転させて、ＴＣＰ３の保持角を装着すべき角度と一致
させる。そして、部品装着ヘッド８を再びプリント基板
４上に移動させる。

【００３３】一方、ＴＣＰ３を保持する前の部品装着ヘ
ッド８がプリント基板４上より退避してからＴＣＰ３を
保持して再びプリント基板４上に位置するまでの間に、
ＣＰＵ６０に記憶した目標基準マーク６，６を基にして
ヒータ移動機構２５によりヒータヘッド２４をプリント
基板４上に移動させる。そして、各注射器２９，３０に
よりプリント基板４上にフラックス及び接着剤を塗布し
て、ヒータヘッド２４が待機位置に戻る。

【００３４】そして、ＴＣＰ３を保持した部品装着ヘッ
ド８が再びプリント基板４上に位置し、ライト１３を点
灯して、カメラ７，７により再び目標基準マーク６，６
を検出する。図１に示すように、この時カメラ７，７の
視野Ｆ，Ｆでは、目標基準マーク６，６とＴＣＰ３の輪
郭の一部とを同時に捉えている。ここで、算出したＴＣ
Ｐ３の部品基準マーク３３，３３の位置と実際に検出し
ている目標基準マーク６，６の位置とを比較して、これ
らの間の位置誤差を算出する。この位置誤差を０にする
ように、部品装着ヘッド８をフィードバック制御により
移動させる。位置誤差が０になってＴＣＰ３がプリント
基板４の装着すべき位置上に達したら、吸着ノズル５を
繰り出してＴＣＰ３をプリント基板４のダイアタッチパ
ッド２１上に供給して接着する。

【００３５】そして、ヒータ移動機構２５によりヒータ
ヘッド２４を再びプリント基板４上に位置させる。この
時、カバー２７，２７を開いた状態でヒータ２６をＴＣ
Ｐ３上に位置させてからカバー２７，２７を閉じる。そ
して、ヒータ２６から熱風を吹き出すことにより、ＴＣ
Ｐ３の各電極をプリントパターン２２にはんだ付けす
る。同時に、ブロア２８により、蒸発したフラックスの
吸引を行う。このため、周囲にフラックス蒸気が広がる
ことはない。

【００３６】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、ライトステージ２０を設けずに、部品装
着ヘッド８がフィーダ２からＴＣＰ３を吸着したらその
まま目標位置に移動し、目標位置で部品位置を検出し、
角度調整と位置合わせを行ってＴＣＰ３をプリント基板
４上に供給するようにしても構わない。また、本実施形
態では部品装着装置１にヒータヘッド２４を設けている
が、これを別個の装置としても構わない。すなわち、部
品装着装置１を、ＴＣＰ３をプリント基板４上に接着す
るだけの装置としても構わない。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１の部品装着装置では、同一のカメラにより目標基準マ
ークと部品とを同時に検出することができるので、目標
基準マークの位置と部品位置とを比較しながらフィード
バック制御により部品の装着位置を決定することができ
る。このため、部品の装着を高精度に行うことができる
と共に、温度や湿度等の外環境の影響を受けずに安定し
て高精度の状態を維持することができる。また、部品装
着ヘッドの位置精度と部品の装着精度とが直接は関係し
なくなるので、該部品装着ヘッドの位置制御の精度を特
に高く設定する必要がない。このため、ヘッド移動機構
等の製造費や維持費を低減することができる。また、誤
差算出手段は部品の保持位置から部品に対応した部品基
準マーク位置を算出し、部品基準マーク位置を用いて保
持角誤差の算出を行うようにしているので、保持角の誤
差を高精度に算出することができ、これにより部品の装
着を高精度に行うことができる。

【００３８】

【００３９】さらに、請求項２記載の発明によると、カ
メラを吸着ノズルを挟んだ２カ所に設けているので、保
持した部品を中心として２カ所の目標基準マークの位置
を検出することができる。このため、部品の保持角誤差
を高精度に算出することができ、これにより部品の装着
を高精度に行うことができる。また、保持部を吸着ノズ
ルにより形成しているので、部品の保持を一方向から確
実に行うことができる。

【００４０】また、請求項３記載の発明によると、２つ
のカメラは部品の対角位置に配置したものとしているの
で、目標基準マークの位置及び保持位置の検出を高精度
に行うことができ、これにより部品の装着を高精度に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部品装着装置の実施形態におけるプリ
ント基板とＴＣＰと各カメラの視野との位置関係を示す
平面図である。

【図２】部品装着装置の全体を示す平面図である。

【図３】部品装着ヘッドを示す図であり、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図である。

【図４】ヒータヘッドを示す図であり、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は正面図である。

【図５】ヒータヘッドを示す底面図である。

【図６】ヒータヘッドの片方のカバーを外した状態を示
す側面図である。

【図７】動作制御部を示すブロック図である。

【符号の説明】

１部品装着装置３ＴＣＰ（部品）４プリント基板５吸着ノズル（保持部）６目標基準マーク７カメラ８部品装着ヘッド９回転モータ（角度調整機構、回転手段）１０レシプロケーションモータ（ノズル出入機構）１２ヘッド移動機構３３部品基準マーク６０ＣＰＵ（誤差算出手段）

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】供給された部品を保持すると共に該部品
を所定の目標位置に装着する保持部と、前記目標位置の
近傍に形成した目標基準マークの位置検出及び保持した
前記部品の前記保持部に対する保持位置の検出とを行
い、前記目標基準マークの位置及び前記保持位置を同時
に検出することができるカメラとを有する部品装着ヘッ
ドと、前記部品の保持位置から前記部品に対応した部品
基準マーク位置を算出し、前記部品基準マーク位置を用
いて前記保持角誤差の算出を行う誤差算出手段と、前記
保持角誤差に基づき前記保持部の角度を調整する角度調
整機構と、前記目標基準マークの位置と前記部品の保持
位置とに基づいて前記部品装着ヘッドを移動させること
により前記部品を前記目標位置に位置させるヘッド移動
機構とを備えると共に、前記カメラ及びその撮影光学系
は前記部品装着ヘッドに一体固定して設けられて、尚か
つ前記カメラによる撮影方向と前記部品装着ヘッドの移
動方向とが垂直であることを特徴とする部品装着装置。
【請求項２】前記部品装着ヘッドに設けた前記保持部
は前記部品を吸着保持する吸着ノズルから成り、前記吸
着ノズルを挟んだ２カ所に前記カメラを設け、前記角度
調整機構は前記吸着ノズルを回転させる回転手段とし、
前記吸着ノズルの出入機構を前記部品装着ヘッドに設
け、前記ヘッド移動機構は前記部品装着ヘッドを作業盤
上のＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる手段であること
を特徴とする請求項１記載の部品装着装置。
【請求項３】２つの前記カメラは前記部品の対角位置
に配置したものであることを特徴とする請求項２記載の
部品装着装置。
【請求項４】前記保持部は、前記カメラと前記部品と
の間に位置することを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載の部品装着装置。