JP3564191B2 - 実装機の位置補正方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＩＣ等の部品をプリント基板に装着する実装機において、特に、吸着した部品の吸着ずれを部品認識カメラの撮像に基づいて検知し、この吸着ずれを加味してプリント基板へ部品を装着するようにした実装機の位置補正方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノズル部材を有する部品装着用のヘッドユニットにより、電子部品、例えば、ＩＣ等の小片状のチップ部品を部品供給部から吸着し、このチップ部品を部品認識カメラによって撮像、認識して、チップ部品の吸着ずれを検知し、このずれ量を考慮して、プリント基板上にチップ部品を移送して装着するように構成された実装機が知られている。
【０００３】
このような実装機では、部品撮像の際にノズル部材を部品認識カメラの基準位置に対応する所定の撮像位置に配置し、例えば、部品認識カメラの視野中心にノズル部材を配置して部品の撮像を行う必要があり、撮像位置までノズル部材の移動量が予め設定されている。しかし、ノズル部材の駆動機構を構成する部材の駆動誤差、熱膨張、あるいは経年劣化等により、ノズル部材が所定の撮像位置にセットされない場合があり、このような場合には、ノズル部材と部品認識カメラとの相対位置がずれ、このずれがノズル部材に対する部品の吸着ずれの検出値の誤差として含まれることになり、その結果、実装精度の低下を招くことになる。
【０００４】
そこで、このような不都合を回避すべく、部品の実装前に、ノズル部材の移動量の誤差を予め検出する処理を行うような装置が提案されている（特開平２−２４３２３２号公報，特開平２−２４３２３３号公報）。この装置では、実装機の稼働開始前に、部品代用治具がノズル部材によって吸着され、部品認識用カメラにより異なる複数の角度で治具の撮像が行われる。そして、これらの撮像画像に基づいてノズル部材の位置が求められ、このノズル部材の位置と部品認識用カメラの基準位置とのずれ量が演算されて記憶部に記憶される。そして、実装時には、このずれ量が加味されて部品の装着が行われるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置では、ノズル部材の移動量の誤差を求めるための上述の処理が、専用の治具を用いて実際の実装動作とは別の処理として行われるため、この誤差を求めるための処理を実装動作中に行うことができない。そのため、実装機の稼働前、あるいは機種の切換え時等に誤差を求める処理を行う必要があり、この処理を行うに際して時期的な制限を受けることになる。また、実装作業中に温度変化に伴う熱膨張の変化等によってノズル部材の移動量が変化する場合があるが、記憶された一定のずれ量に基づいて一律に部品の装着位置の補正が行われる上記従来の装置では、上述の移動量の変化により現実のずれ量と記憶されたずれ量との間に無視できない程度の誤差が生じる場合もあり、実装精度を確保する上で必ずしも充分とはいえない。
【０００６】
なお、上記の熱膨張等による移動量の変化等に応じて上記ずれ量を修正すべく実装動作とは別の上述の処理を頻繁に行おうとすると、その都度実装作業を中断しなければならず、作業効率面で極めて不都合である。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、実装作業を中断することなく必要に応じてノズル部材の移動量補正のための処理を行い、これにより実装精度を高めることができる実装機の位置補正方法および同装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る実装機の位置補正方法は、実装機本体に対して移動可能に設けられたヘッドユニットに回転可能なノズル部材を具備し、このノズル部材により部品供給部から部品を吸着し、実装機本体に配設された撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づきノズル部材による部品吸着位置のずれを求め、それに応じた装着位置の補正を行って部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機の位置補正方法において、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、ノズル部材を第１の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第２の回転角度とした状態とにおいてそれぞれ上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行う校正データ取得のための動作を実行し、上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求めて、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を上記校正データとして演算し、この校正データと前記部品の認識結果とに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理と、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行い、この部品の認識結果と当該部品よりも前の実装処理において求められた上記校正データとに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理とを、部品の種類に応じて切換えるようにしたものである。
【０００９】
また、請求項２に係る実装機の位置補正装置は、実装機本体に対して移動可能に設けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに具備された回転可能なノズル部材と、上記実装機本体に設けられた部品認識用の撮像手段とを備え、上記ノズル部材により部品供給側から部品を吸着して上記撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づき装着位置の補正を行なって部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機の位置補正装置において、部品供給側から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置すべくヘッドユニットを作動させるとともにノズル部材を作動させ、さらに校正データ取得のための動作として上記撮像位置による部品認識の際にノズル部材を第１の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第２の回転角度とした状態とにそれぞれノズル部材を作動させる駆動手段と、上記校正データ取得のための動作時の上記撮像手段による部品認識により上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求め、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を上記校正データとして演算する演算手段と、この演算手段で求められた校正データを記憶する記憶手段と、実装動作時に、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、上記校正データ取得のための動作を実行させることにより前記演算手段により前記校正データを求め、この校正データと上記撮像手段による部品認識結果とに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理と、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、この撮像手段による部品認識結果と当該部品よりも前の実装処理においてに求められて前記記憶手段に記憶されている上記校正データとに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理とを、部品の種類に応じて切換える制御手段とを有するものである。
【００１０】
【作用】
上記請求項１記載の位置補正方法によれば、ノズル部材により部品を吸着した後の部品認識時に、回転角度の異なる２種類の状態での部品像を撮像するだけでノズル部材の移動量の誤差等によるノズル部材の位置のずれ量を求める処理が行われるため、実装作業を中断することなく、実装動作中に必要に応じて上述の処理を行うことが可能となる。そのため、この処理を任意の時期に行うことができ、例えば、部品の実装毎にこの処理を行うことも可能であり、熱膨張によるノズル部材の移動量の変化が生じた場合でも、これにより高い実装精度を得ることが可能となる。
【００１１】
上記請求項２記載の位置補正装置によると、ノズル部材の移動量の誤差を求めるための上述の処理が自動的に行なわれ、この処理によって求められたデータが実装のための制御に反映される。
【００１２】
【実施例】
本発明について図面を用いて説明する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明にかかる位置補正装置が適用される実装機の全体的な構造を示している。これらの図に示すように、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がこのコンベア２上を搬送されて所定の実装作業位置で停止されるようになっている。
【００１４】
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、多数列のテープフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａはそれぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後述のヘッドユニット５により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。なお、当実装機の部品供給部４には、上記テープフィーダ４ａに代えて、ＱＦＰ等の大型部品を供給し得るように、多数の部品を並べて載置したトレー型のフィーダを装着することもできるようになっている。
【００１５】
また、上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）及びＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動可能になっている。
【００１６】
すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール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軸方向に延びるガイド部材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の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転して、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。
【００１７】
また、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からなる位置検出手段１０，１６が設けられており、これによってヘッドユニット５の作動位置検出が行われるようになっている。
【００１８】
上記ヘッドユニット５には、部品を吸着するノズル部材２２が設けられている。このノズル部材２２は、ヘッドユニット５のフレームに対してＺ軸方向（上下方向）の移動及びＲ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされ、Ｚ軸サーボモータ１７及びＲ軸サーボモータ１９により作動されるようになっている。これらの各サーボモータ１７，１９には、エンコーダからなる位置検出手段２３，２５がそれぞれ設けられており、これらによってノズル部材２２の作動位置検出が行われるようになっている。また、ノズル部材２２は、バルブ等を介して図外の負圧供給手段に接続され、必要時に部品吸着用の負圧がノズル部材２２に供給されるようになっている。
【００１９】
さらに、上記ヘッドユニット５の側方前部には基板認識カメラ２７が取付けられている。この基板認識カメラ２７は、実装時にプリント基板３の表面に付されたフィデューシャルマークを撮像するもので、このマークの検出に基づいてヘッドユニット５とプリント基板３の相対位置が検知されるようになっている。
【００２０】
また、上記基台１には、上記ヘッドユニット５により吸着された部品の吸着状態を認識するための部品認識カメラ２９が設けられている。この部品認識カメラ２９は、片側の部品供給部４の側方に配設されており、部品供給部４から部品を吸着した後、上記ヘッドユニット５が部品認識カメラ２９の上方の所定位置に移動させられることにより吸着部品を撮像するようになっている。
【００２１】
次に、上記実装機の制御系について図３のブロック図を用いて説明する。
【００２２】
上記実装機には、図３に示すような制御装置３０が搭載されており、上記Ｙ軸及びＸ軸サーボモータ９，１５、ヘッドユニット５のノズル部材２２に対するＺ軸サーボモータ１７，Ｒ軸サーボモータ１９及び各サーボモータに対する位置検出手段１０，１６，２３，２５等はすべてこの制御装置３０に電気的に接続され、この制御装置３０によって統括制御されるようになっている。また、実装機の動作を統括制御するための所定の情報を備えた主演算部３２と、この主演算部３２により制御される軸制御部３１とが制御装置３０に設けられ、上記サーボモータ等がこの軸制御部３１に接続されている。
【００２３】
上記軸制御部３１及び主演算部３２は、実装時に所定の実装動作を行わせる制御を行うとともに、部品認識カメラ２９による部品認識において、後述の校正データを求めるための処理を行う際には、１つの部品について異なる角度で２種類の部品像を撮像すべく上記ヘッドユニット５及びノズル部材２２を移動させる駆動手段として機能するようになっている。
【００２４】
また、上記主演算部３２には、画像処理部３３が接続されており、この画像処理部３３に上記基板認識カメラ２７及び部品認識カメラ２９が接続されている。すなわち、基板認識カメラ２７及び部品認識カメラ２９によって取り込まれた画像データに所定の画像処理が施されて主演算部３２に出力されることにより、主演算部３２においてプリント基板３のフィデューシャルマーク及び部品の認識が行われるようになっている。
【００２５】
上記制御装置３０には、さらに校正データ演算部（演算手段）３４が設けられており、この校正データ演算部３４が主演算部３２及び記憶部３５に接続され、さらに記憶部３５が上記主演算部３２に接続されている。
【００２６】
校正データ演算部３４は、後述の校正データを求めるための処理で部品認識カメラ２９により部品が撮像された場合に、各部品画像における部品の中心位置を求めるとともに、各部品の中心位置からノズル部材２２の位置を求め、さらに、求められたノズル部材２２の位置と部品認識カメラ２９の認識中心位置のずれ量を演算し、このずれ量から校正データを求めるもので、この校正データを上記記憶部３５に記憶するようになっている。
【００２７】
次に、上記実装機における位置補正方法について説明する。
【００２８】
上記実装機においては、実装機の稼働中に、例えば、オペレータの選択操作によって図４に示すフローチャートに基づいて実装位置補正のための校正データを求める処理が行われる。
【００２９】
先ず、ステップＳ１で、上記ヘッドユニット５が部品供給部４の上方に移動させられ、上記ノズル部材２２よって部品供給部４から実装すべき部品がピックアップされる。部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット５が部品認識カメラ２９上に移動し、ノズル部材２２に吸着された部品が部品認識カメラ２９による所定の部品認識位置に配置される（ステップＳ２〜ステップＳ３）。この際、理論上はノズル部材２２の中心と部品認識カメラ２９による撮像中心が一致するようにヘッドユニット５が作動させられる。
【００３０】
そして、ノズル部材２２が所定の第１の回転角度とされた状態で部品が撮像されて、その画像（以下、第１画像という）による部品認識が行われ（ステップＳ３）、次に、ノズル部材２２が所定の角度、本実施例では１８０°回転させられ、こうして第２の回転角度とされた状態で、再度部品認識カメラ２９によって部品が撮像されてその画像（以下、第２画像という）による部品認識が行われる（ステップＳ４）。
【００３１】
当該部品の第１及び第２画像が得られると、上記校正データ演算部３４において、これらの画像に基づいてノズル部材２２の中心位置が求められるとともに、ノズル部材２２の中心と部品認識カメラ２９による撮像中心とのずれ量が演算される（ステップＳ５）。
【００３２】
具体的には、図５に示すように、第１画像４０に基づく部品中心Ｐａ、第２画像４２に基づく部品中心Ｐｂがそれぞれ求められ、これらを結んだ線分の中点Ｐが求められ、さらにこの中点と部品認識カメラ２９の画像中心との差が演算される。すなわち、ノズル部材２２により部品の中心以外の位置が吸着されている場合には、部品を１８０°回転させると、ノズル部材２２を中心として部品の中心が対称位置に存することになるので、上述のようにして各画像に基づく部品中心Ｐａと部品中心Ｐｂの中点を求めることで、容易にノズル中心Ｐが求められる。なお、ノズル部材２２により部品の中心が吸着されている場合には、部品中心Ｐａとノズル中心Ｐｂとが当然一致するので、部品中心Ｐａ，Ｐｂがノズル中心Ｐとされる。
【００３３】
上記ノズル中心Ｐと部品認識カメラ２９の撮像中心のずれ量は、校正データとして上記記憶部３５に記憶される。
【００３４】
さらに、上記ノズル中心ずれ量と撮像画面上の部品中心位置とに基づいて吸着ずれ量が算出される（ステップＳ６）。この際には、例えば、図６に示すように、上記第１画像４０に基づいて部品認識カメラ２９の撮像中心Ｏに対する部品のずれ（Ｘ，Ｙ，Ｒ）が求められ、このずれ（Ｘ，Ｙ，Ｒ）と、上記ノズル中心Ｐのずれ量とに基づいて吸着位置ずれ量、つまりノズル中心Ｐに対する部品中心のすれが求められる。そして、ステップＳ７において、上記吸着位置ずれ量を加味して当該部品のプリント基板３への装着が行われる。
【００３５】
こうして本フローチャートが終了する。そして、以後の実装動作においては、部品認識カメラ２９による部品認識において求められる部品の吸着ずれデータと、上記記憶部３５に記憶された校正データとに基づいて部品の装着位置の補正、つまりヘッドユニット５やノズル部材２２の移動量の補正が行われてプリント基板３への部品装着が行われ、これにより部品の装着が精度良く行われる。
【００３６】
このように、上記実施例の位置補正方法では、ノズル部材２２に吸着されている部品を角度を変えて撮像し、これによって得られる２種類の部品画像に基づいて上記校正データを得るようにしたので、従来のこの種の装置のように校正データを求める処理を行う時期的制限がなく、また、実装作業中に実装動作を中断することなく校正データを求める処理を行うことができる。
【００３７】
しかも、ノズル部材２２によって、現実に実装すべき部品の部品像を撮像して校正データを求めるので信頼性が高く、実装精度を高めることが可能となる。
【００３８】
なお、上記実施例では、求めた校正データを記憶部３５に記憶し、当該処理後の実装動作では、画像認識により得られる部品の吸着ずれデータと、記憶部３５から読みだされる校正データとに基づいてヘッドユニット５やノズル部材２２の作動を制御するのであるが、例えば、ＱＦＰ等、高い実装精度が要求されるような部品については、実装時毎に校正データを求める上述の処理を行いながら実装を行うようにすれば、駆動系の熱膨張の変化によってノズル部材２２の移動量が変化した場合等にも、高い精度で部品を装着することができる。
【００３９】
なお、以上説明した上記実装機は、本発明の位置補正装置が適用される実装機の一実施例であって、その具体的な方法や構造は適宜変更可能である。例えば、上記実施例では、オペレータの選定操作により校正データを求める処理が行われるようになっているが、勿論、実装基板の種類の切換え時や、所定の仕上がり基板数等に応じて自動的に行うようにしてもよい。また、実装動作の所定回数おき等に定期的に上記処理を行ってもよい。
【００４０】
また、上記実装機では、部品を１８０°回転させることにより、１つの部品に対して角度の異なる２種類の部品画像を得るようにしているが、この角度もノズル中心Ｐを適切に求められれば、必ずしも１８０°である必要はない。但し、１８０°の場合には、上述のように部品中心Ｐａ，Ｐｂを結んだ線分の中点がノズル中心Ｐとなるので、極めて容易にノズル中心Ｐを求めることができるという利点がある。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品認識カメラによる部品撮像時に、角度の異なる２種類の部品像を連続して撮像するだけで、ノズル部材の移動量の誤差等に起因したノズル部材のずれを求める処理が行われるため、実装作業を中断することなく、実装動作中に必要に応じて上述の処理を行うことができる。とくに、この処理を部品の実装毎に行ったり、定期的に行ったりすることも容易に可能となり、これにより高い実装精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位置補正装置が適用される実装機を示す平面図である。
【図２】本発明に係る位置補正装置が適用される実装機を示す正面図である。
【図３】実装機の制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の位置補正方法における位置補正の処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の位置補正方法を説明する説明図である。
【図６】部品認識方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 基台
２ コンベア
３ プリント基板
４ 部品供給部
５ ヘッドユニット
７ 固定レール
８，１４ ボールねじ軸
９ Ｙ軸サーボモータ
１０，１６，２３，２５ 位置検出手段
１１ 支持部材
１３ ガイド部材
１５ Ｘ軸サーボモータ
１７ Ｚ軸サーボモータ
１９ Ｒ軸サーボモータ
２２ ノズル部材
２７ 基板認識カメラ
２９ 部品認識カメラ
３０ 制御装置
３１ 軸制御部
３２ 主演算部
３３ 画像処理部
３４ 校正データ演算部
３５ 記憶部
【産業上の利用分野】
本発明は、ＩＣ等の部品をプリント基板に装着する実装機において、特に、吸着した部品の吸着ずれを部品認識カメラの撮像に基づいて検知し、この吸着ずれを加味してプリント基板へ部品を装着するようにした実装機の位置補正方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノズル部材を有する部品装着用のヘッドユニットにより、電子部品、例えば、ＩＣ等の小片状のチップ部品を部品供給部から吸着し、このチップ部品を部品認識カメラによって撮像、認識して、チップ部品の吸着ずれを検知し、このずれ量を考慮して、プリント基板上にチップ部品を移送して装着するように構成された実装機が知られている。
【０００３】
このような実装機では、部品撮像の際にノズル部材を部品認識カメラの基準位置に対応する所定の撮像位置に配置し、例えば、部品認識カメラの視野中心にノズル部材を配置して部品の撮像を行う必要があり、撮像位置までノズル部材の移動量が予め設定されている。しかし、ノズル部材の駆動機構を構成する部材の駆動誤差、熱膨張、あるいは経年劣化等により、ノズル部材が所定の撮像位置にセットされない場合があり、このような場合には、ノズル部材と部品認識カメラとの相対位置がずれ、このずれがノズル部材に対する部品の吸着ずれの検出値の誤差として含まれることになり、その結果、実装精度の低下を招くことになる。
【０００４】
そこで、このような不都合を回避すべく、部品の実装前に、ノズル部材の移動量の誤差を予め検出する処理を行うような装置が提案されている（特開平２−２４３２３２号公報，特開平２−２４３２３３号公報）。この装置では、実装機の稼働開始前に、部品代用治具がノズル部材によって吸着され、部品認識用カメラにより異なる複数の角度で治具の撮像が行われる。そして、これらの撮像画像に基づいてノズル部材の位置が求められ、このノズル部材の位置と部品認識用カメラの基準位置とのずれ量が演算されて記憶部に記憶される。そして、実装時には、このずれ量が加味されて部品の装着が行われるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置では、ノズル部材の移動量の誤差を求めるための上述の処理が、専用の治具を用いて実際の実装動作とは別の処理として行われるため、この誤差を求めるための処理を実装動作中に行うことができない。そのため、実装機の稼働前、あるいは機種の切換え時等に誤差を求める処理を行う必要があり、この処理を行うに際して時期的な制限を受けることになる。また、実装作業中に温度変化に伴う熱膨張の変化等によってノズル部材の移動量が変化する場合があるが、記憶された一定のずれ量に基づいて一律に部品の装着位置の補正が行われる上記従来の装置では、上述の移動量の変化により現実のずれ量と記憶されたずれ量との間に無視できない程度の誤差が生じる場合もあり、実装精度を確保する上で必ずしも充分とはいえない。
【０００６】
なお、上記の熱膨張等による移動量の変化等に応じて上記ずれ量を修正すべく実装動作とは別の上述の処理を頻繁に行おうとすると、その都度実装作業を中断しなければならず、作業効率面で極めて不都合である。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、実装作業を中断することなく必要に応じてノズル部材の移動量補正のための処理を行い、これにより実装精度を高めることができる実装機の位置補正方法および同装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る実装機の位置補正方法は、実装機本体に対して移動可能に設けられたヘッドユニットに回転可能なノズル部材を具備し、このノズル部材により部品供給部から部品を吸着し、実装機本体に配設された撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づきノズル部材による部品吸着位置のずれを求め、それに応じた装着位置の補正を行って部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機の位置補正方法において、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、ノズル部材を第１の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第２の回転角度とした状態とにおいてそれぞれ上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行う校正データ取得のための動作を実行し、上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求めて、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を上記校正データとして演算し、この校正データと前記部品の認識結果とに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理と、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行い、この部品の認識結果と当該部品よりも前の実装処理において求められた上記校正データとに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理とを、部品の種類に応じて切換えるようにしたものである。
【０００９】
また、請求項２に係る実装機の位置補正装置は、実装機本体に対して移動可能に設けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに具備された回転可能なノズル部材と、上記実装機本体に設けられた部品認識用の撮像手段とを備え、上記ノズル部材により部品供給側から部品を吸着して上記撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づき装着位置の補正を行なって部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機の位置補正装置において、部品供給側から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置すべくヘッドユニットを作動させるとともにノズル部材を作動させ、さらに校正データ取得のための動作として上記撮像位置による部品認識の際にノズル部材を第１の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第２の回転角度とした状態とにそれぞれノズル部材を作動させる駆動手段と、上記校正データ取得のための動作時の上記撮像手段による部品認識により上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求め、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を上記校正データとして演算する演算手段と、この演算手段で求められた校正データを記憶する記憶手段と、実装動作時に、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、上記校正データ取得のための動作を実行させることにより前記演算手段により前記校正データを求め、この校正データと上記撮像手段による部品認識結果とに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理と、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、この撮像手段による部品認識結果と当該部品よりも前の実装処理においてに求められて前記記憶手段に記憶されている上記校正データとに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理とを、部品の種類に応じて切換える制御手段とを有するものである。
【００１０】
【作用】
上記請求項１記載の位置補正方法によれば、ノズル部材により部品を吸着した後の部品認識時に、回転角度の異なる２種類の状態での部品像を撮像するだけでノズル部材の移動量の誤差等によるノズル部材の位置のずれ量を求める処理が行われるため、実装作業を中断することなく、実装動作中に必要に応じて上述の処理を行うことが可能となる。そのため、この処理を任意の時期に行うことができ、例えば、部品の実装毎にこの処理を行うことも可能であり、熱膨張によるノズル部材の移動量の変化が生じた場合でも、これにより高い実装精度を得ることが可能となる。
【００１１】
上記請求項２記載の位置補正装置によると、ノズル部材の移動量の誤差を求めるための上述の処理が自動的に行なわれ、この処理によって求められたデータが実装のための制御に反映される。
【００１２】
【実施例】
本発明について図面を用いて説明する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明にかかる位置補正装置が適用される実装機の全体的な構造を示している。これらの図に示すように、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がこのコンベア２上を搬送されて所定の実装作業位置で停止されるようになっている。
【００１４】
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、多数列のテープフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａはそれぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後述のヘッドユニット５により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。なお、当実装機の部品供給部４には、上記テープフィーダ４ａに代えて、ＱＦＰ等の大型部品を供給し得るように、多数の部品を並べて載置したトレー型のフィーダを装着することもできるようになっている。
【００１５】
また、上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）及びＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動可能になっている。
【００１６】
すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール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軸方向に延びるガイド部材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の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転して、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。
【００１７】
また、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からなる位置検出手段１０，１６が設けられており、これによってヘッドユニット５の作動位置検出が行われるようになっている。
【００１８】
上記ヘッドユニット５には、部品を吸着するノズル部材２２が設けられている。このノズル部材２２は、ヘッドユニット５のフレームに対してＺ軸方向（上下方向）の移動及びＲ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされ、Ｚ軸サーボモータ１７及びＲ軸サーボモータ１９により作動されるようになっている。これらの各サーボモータ１７，１９には、エンコーダからなる位置検出手段２３，２５がそれぞれ設けられており、これらによってノズル部材２２の作動位置検出が行われるようになっている。また、ノズル部材２２は、バルブ等を介して図外の負圧供給手段に接続され、必要時に部品吸着用の負圧がノズル部材２２に供給されるようになっている。
【００１９】
さらに、上記ヘッドユニット５の側方前部には基板認識カメラ２７が取付けられている。この基板認識カメラ２７は、実装時にプリント基板３の表面に付されたフィデューシャルマークを撮像するもので、このマークの検出に基づいてヘッドユニット５とプリント基板３の相対位置が検知されるようになっている。
【００２０】
また、上記基台１には、上記ヘッドユニット５により吸着された部品の吸着状態を認識するための部品認識カメラ２９が設けられている。この部品認識カメラ２９は、片側の部品供給部４の側方に配設されており、部品供給部４から部品を吸着した後、上記ヘッドユニット５が部品認識カメラ２９の上方の所定位置に移動させられることにより吸着部品を撮像するようになっている。
【００２１】
次に、上記実装機の制御系について図３のブロック図を用いて説明する。
【００２２】
上記実装機には、図３に示すような制御装置３０が搭載されており、上記Ｙ軸及びＸ軸サーボモータ９，１５、ヘッドユニット５のノズル部材２２に対するＺ軸サーボモータ１７，Ｒ軸サーボモータ１９及び各サーボモータに対する位置検出手段１０，１６，２３，２５等はすべてこの制御装置３０に電気的に接続され、この制御装置３０によって統括制御されるようになっている。また、実装機の動作を統括制御するための所定の情報を備えた主演算部３２と、この主演算部３２により制御される軸制御部３１とが制御装置３０に設けられ、上記サーボモータ等がこの軸制御部３１に接続されている。
【００２３】
上記軸制御部３１及び主演算部３２は、実装時に所定の実装動作を行わせる制御を行うとともに、部品認識カメラ２９による部品認識において、後述の校正データを求めるための処理を行う際には、１つの部品について異なる角度で２種類の部品像を撮像すべく上記ヘッドユニット５及びノズル部材２２を移動させる駆動手段として機能するようになっている。
【００２４】
また、上記主演算部３２には、画像処理部３３が接続されており、この画像処理部３３に上記基板認識カメラ２７及び部品認識カメラ２９が接続されている。すなわち、基板認識カメラ２７及び部品認識カメラ２９によって取り込まれた画像データに所定の画像処理が施されて主演算部３２に出力されることにより、主演算部３２においてプリント基板３のフィデューシャルマーク及び部品の認識が行われるようになっている。
【００２５】
上記制御装置３０には、さらに校正データ演算部（演算手段）３４が設けられており、この校正データ演算部３４が主演算部３２及び記憶部３５に接続され、さらに記憶部３５が上記主演算部３２に接続されている。
【００２６】
校正データ演算部３４は、後述の校正データを求めるための処理で部品認識カメラ２９により部品が撮像された場合に、各部品画像における部品の中心位置を求めるとともに、各部品の中心位置からノズル部材２２の位置を求め、さらに、求められたノズル部材２２の位置と部品認識カメラ２９の認識中心位置のずれ量を演算し、このずれ量から校正データを求めるもので、この校正データを上記記憶部３５に記憶するようになっている。
【００２７】
次に、上記実装機における位置補正方法について説明する。
【００２８】
上記実装機においては、実装機の稼働中に、例えば、オペレータの選択操作によって図４に示すフローチャートに基づいて実装位置補正のための校正データを求める処理が行われる。
【００２９】
先ず、ステップＳ１で、上記ヘッドユニット５が部品供給部４の上方に移動させられ、上記ノズル部材２２よって部品供給部４から実装すべき部品がピックアップされる。部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット５が部品認識カメラ２９上に移動し、ノズル部材２２に吸着された部品が部品認識カメラ２９による所定の部品認識位置に配置される（ステップＳ２〜ステップＳ３）。この際、理論上はノズル部材２２の中心と部品認識カメラ２９による撮像中心が一致するようにヘッドユニット５が作動させられる。
【００３０】
そして、ノズル部材２２が所定の第１の回転角度とされた状態で部品が撮像されて、その画像（以下、第１画像という）による部品認識が行われ（ステップＳ３）、次に、ノズル部材２２が所定の角度、本実施例では１８０°回転させられ、こうして第２の回転角度とされた状態で、再度部品認識カメラ２９によって部品が撮像されてその画像（以下、第２画像という）による部品認識が行われる（ステップＳ４）。
【００３１】
当該部品の第１及び第２画像が得られると、上記校正データ演算部３４において、これらの画像に基づいてノズル部材２２の中心位置が求められるとともに、ノズル部材２２の中心と部品認識カメラ２９による撮像中心とのずれ量が演算される（ステップＳ５）。
【００３２】
具体的には、図５に示すように、第１画像４０に基づく部品中心Ｐａ、第２画像４２に基づく部品中心Ｐｂがそれぞれ求められ、これらを結んだ線分の中点Ｐが求められ、さらにこの中点と部品認識カメラ２９の画像中心との差が演算される。すなわち、ノズル部材２２により部品の中心以外の位置が吸着されている場合には、部品を１８０°回転させると、ノズル部材２２を中心として部品の中心が対称位置に存することになるので、上述のようにして各画像に基づく部品中心Ｐａと部品中心Ｐｂの中点を求めることで、容易にノズル中心Ｐが求められる。なお、ノズル部材２２により部品の中心が吸着されている場合には、部品中心Ｐａとノズル中心Ｐｂとが当然一致するので、部品中心Ｐａ，Ｐｂがノズル中心Ｐとされる。
【００３３】
上記ノズル中心Ｐと部品認識カメラ２９の撮像中心のずれ量は、校正データとして上記記憶部３５に記憶される。
【００３４】
さらに、上記ノズル中心ずれ量と撮像画面上の部品中心位置とに基づいて吸着ずれ量が算出される（ステップＳ６）。この際には、例えば、図６に示すように、上記第１画像４０に基づいて部品認識カメラ２９の撮像中心Ｏに対する部品のずれ（Ｘ，Ｙ，Ｒ）が求められ、このずれ（Ｘ，Ｙ，Ｒ）と、上記ノズル中心Ｐのずれ量とに基づいて吸着位置ずれ量、つまりノズル中心Ｐに対する部品中心のすれが求められる。そして、ステップＳ７において、上記吸着位置ずれ量を加味して当該部品のプリント基板３への装着が行われる。
【００３５】
こうして本フローチャートが終了する。そして、以後の実装動作においては、部品認識カメラ２９による部品認識において求められる部品の吸着ずれデータと、上記記憶部３５に記憶された校正データとに基づいて部品の装着位置の補正、つまりヘッドユニット５やノズル部材２２の移動量の補正が行われてプリント基板３への部品装着が行われ、これにより部品の装着が精度良く行われる。
【００３６】
このように、上記実施例の位置補正方法では、ノズル部材２２に吸着されている部品を角度を変えて撮像し、これによって得られる２種類の部品画像に基づいて上記校正データを得るようにしたので、従来のこの種の装置のように校正データを求める処理を行う時期的制限がなく、また、実装作業中に実装動作を中断することなく校正データを求める処理を行うことができる。
【００３７】
しかも、ノズル部材２２によって、現実に実装すべき部品の部品像を撮像して校正データを求めるので信頼性が高く、実装精度を高めることが可能となる。
【００３８】
なお、上記実施例では、求めた校正データを記憶部３５に記憶し、当該処理後の実装動作では、画像認識により得られる部品の吸着ずれデータと、記憶部３５から読みだされる校正データとに基づいてヘッドユニット５やノズル部材２２の作動を制御するのであるが、例えば、ＱＦＰ等、高い実装精度が要求されるような部品については、実装時毎に校正データを求める上述の処理を行いながら実装を行うようにすれば、駆動系の熱膨張の変化によってノズル部材２２の移動量が変化した場合等にも、高い精度で部品を装着することができる。
【００３９】
なお、以上説明した上記実装機は、本発明の位置補正装置が適用される実装機の一実施例であって、その具体的な方法や構造は適宜変更可能である。例えば、上記実施例では、オペレータの選定操作により校正データを求める処理が行われるようになっているが、勿論、実装基板の種類の切換え時や、所定の仕上がり基板数等に応じて自動的に行うようにしてもよい。また、実装動作の所定回数おき等に定期的に上記処理を行ってもよい。
【００４０】
また、上記実装機では、部品を１８０°回転させることにより、１つの部品に対して角度の異なる２種類の部品画像を得るようにしているが、この角度もノズル中心Ｐを適切に求められれば、必ずしも１８０°である必要はない。但し、１８０°の場合には、上述のように部品中心Ｐａ，Ｐｂを結んだ線分の中点がノズル中心Ｐとなるので、極めて容易にノズル中心Ｐを求めることができるという利点がある。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品認識カメラによる部品撮像時に、角度の異なる２種類の部品像を連続して撮像するだけで、ノズル部材の移動量の誤差等に起因したノズル部材のずれを求める処理が行われるため、実装作業を中断することなく、実装動作中に必要に応じて上述の処理を行うことができる。とくに、この処理を部品の実装毎に行ったり、定期的に行ったりすることも容易に可能となり、これにより高い実装精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位置補正装置が適用される実装機を示す平面図である。
【図２】本発明に係る位置補正装置が適用される実装機を示す正面図である。
【図３】実装機の制御系を示すブロック図である。
【図４】本発明の位置補正方法における位置補正の処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の位置補正方法を説明する説明図である。
【図６】部品認識方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 基台
２ コンベア
３ プリント基板
４ 部品供給部
５ ヘッドユニット
７ 固定レール
８，１４ ボールねじ軸
９ Ｙ軸サーボモータ
１０，１６，２３，２５ 位置検出手段
１１ 支持部材
１３ ガイド部材
１５ Ｘ軸サーボモータ
１７ Ｚ軸サーボモータ
１９ Ｒ軸サーボモータ
２２ ノズル部材
２７ 基板認識カメラ
２９ 部品認識カメラ
３０ 制御装置
３１ 軸制御部
３２ 主演算部
３３ 画像処理部
３４ 校正データ演算部
３５ 記憶部
Claims (2)
- 実装機本体に対して移動可能に設けられたヘッドユニットに回転可能なノズル部材を具備し、このノズル部材により部品供給部から部品を吸着し、実装機本体に配設された撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づきノズル部材による部品吸着位置のずれを求め、それに応じた装着位置の補正を行って部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機の位置補正方法において、
部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、ノズル部材を第１の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第２の回転角度とした状態とにおいてそれぞれ上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行う校正データ取得のための動作を実行し、上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求めて、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を上記校正データとして演算し、この校正データと前記部品の認識結果とに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理と、
部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行い、この部品の認識結果と当該部品よりも前の実装処理において求められた上記校正データとに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理とを、部品の種類に応じて切換える
ことを特徴とする実装機の位置補正方法。 - 実装機本体に対して移動可能に設けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに具備された回転可能なノズル部材と、上記実装機本体に設けられた部品認識用の撮像手段とを備え、上記ノズル部材により部品供給側から部品を吸着して上記撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づき装着位置の補正を行なって部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機の位置補正装置において、
部品供給側から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置すべくヘッドユニットを作動させるとともにノズル部材を作動させ、さらに校正データ取得のための動作として上記撮像位置による部品認識の際にノズル部材を第１の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第２の回転角度とした状態とにそれぞれノズル部材を作動させる駆動手段と、
上記校正データ取得のための動作時の上記撮像手段による部品認識により上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求め、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を上記校正データとして演算する演算手段と、
この演算手段で求められた校正データを記憶する記憶手段と、
実装動作時に、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、上記校正データ取得のための動作を実行させることにより前記演算手段により前記校正データを求め、この校正データと上記撮像手段による部品認識結果とに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理と、部品供給部から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、この撮像手段による部品認識結果と当該部品よりも前の実装処理においてに求められて前記記憶手段に記憶されている上記校正データとに基づいて当該部品の装着位置補正を行う実装処理とを、部品の種類に応じて切換える制御手段とを有することを特徴とする実装機の位置補正装置。
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