JP3592320B2 - 表面実装機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＩＣ等の電子部品のような小片状のチップ部品を所定位置に装着するために吸着ノズルを有するヘッドユニットを備えるとともに、吸着ノズルによる部品吸着状態を認識する認識手段を備えた表面実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸着ノズルを有する部品装着用のヘッドユニットにより、テープフィーダー等の部品供給部からチップ部品を吸着して、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部品装着装置は一般に知られている。この装置においては、上記ヘッドユニットとプリント基板とが相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能とされるとともに、吸着ノズルがＺ軸方向に移動可能かつ回転可能とされ、各方向の移動および回転のための駆動機構が設けられている。
【０００３】
この部品装着装置においては、チップ部品が吸着ノズルに吸着された段階ではチップ部品の位置（中心位置および回転角）にばらつきがあるので、そのチップ部品の位置を検出し、それに基づいて装着位置を補正することが要求される。そのために、吸着ノズルにより吸着されたチップ部品を撮像するＣＣＤカメラ等の撮像手段と、この撮像手段により撮像したチップ部品の画像を処理する画像処理手段とからなる認識手段を設け、この認識手段により部品吸着状態を認識し、例えば吸着位置を検出して、その位置検出に基づき装着位置の補正量を求めるようにしたものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヘッドユニットとプリント基板とを相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能とする構造としては、ヘッドユニットをＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動可能としたものが一般的であるが、ヘッドユニットをＸ，Ｙ軸のうちの一方向（例えばＸ軸方向）にのみ移動可能とする一方、プリント基板を保持する作業ステーションを他方向（例えばＹ軸方向）に移動可能とすることも考えられ、このようにすれば、処理能率向上のため多数の吸着ノズルをヘッドユニットに設ける場合などに有利となる。
【０００５】
このように多数の吸着ノズルを備えたヘッドユニットを一方向にのみ移動可能とする構造による場合、ヘッドユニットの移動方向が制限される等の条件下で、多数個の吸着ノズルによる部品の吸着及び上記認識手段による各吸着部品の認識を効率良く行ない得るようにするとともに、実装機全体が大型化しないように各部材をコンパクトにレイアウトすることが要求される。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、一方向にのみ移動可能なヘッドユニットに配設した多数の吸着ノズルによる部品の吸着及び各吸着部品の認識を効率良く行なうことができ、かつ、実装機全体をコンパクトに構成することができる表面実装機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】
上記目的を達成するために、本発明は、搬送ラインを搬送される基板上に、部品供給部から供給される部品を実装する表面実装機であって、基板の搬送ラインの両側においてそれぞれ基台に固定されたフレームにそれぞれ取付けられ、搬送ラインに沿ったＸ軸方向に延びるＸ軸ガイドと、Ｘ軸方向に並ぶように配置された複数の吸着ノズルを有して、上記各Ｘ軸ガイドに沿ってそれぞれ移動自在に設けられた部品実装用のヘッドユニットと、この各ヘッドユニットをＸ軸方向に移動させるヘッドユニット作動手段と、Ｘ軸方向と直角なＹ軸方向に延びる２組のＹ軸ガイドと、この各Ｙ軸ガイドに沿って移動自在に設けられ、搬送ラインから基板を受け取ってこれをＹ軸方向に移動させる２つの作業ステーションと、複数のフィーダーを有する部品供給部と、上記ヘッドユニットに吸着された部品を撮像して部品吸着状態を認識する認識手段と、上記ヘッドユニットに取付けられた基板位置検出用のカメラとを備え、上記搬送ラインは、基台上において途中に分断部分を有するように配置され、上記２組のＹ軸ガイドは、互いにＸ軸方向にずれ、且つ、一方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向一側方の搬送ライン外方へ、他方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向他側方の搬送ライン外方へそれぞれ延びるように配置され、上記部品供給部は、上記搬送ラインのＹ軸方向両側方で、かつ、上記各Ｙ軸ガイドが搬送ライン外方へ延びた部分のＸ軸方向両側方の４箇所にそれぞれ、各フィーダーの部品取出し部がＸ軸方向に整列するように配置され、上記認識手段は、搬送ラインの両側に配設されて、上記各ヘッドユニットが上記部品供給部から作業ステーション上へ移動する途中で複数の吸着ノズルに吸着された部品を撮像するように構成されているものである。
【０００８】
この構成によると、搬送ラインの両側にヘッドユニットが配設されるとともに、２つの作業ステーションが設けられることにより、処理能率がより一層向上され、しかも搬送ライン、各Ｘ，Ｙ軸ガイド、部品供給部等をコンパクトにレイアウトすることができる。
【０００９】
なお、この表面実装機において、上記２組のＹ軸ガイドはＸ軸方向に隣接して配置されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の表面実装機において、上記Ｘ軸ガイドは、所定空間を介して互いに平行に搬送ライン方向に延びるように上記フレームに設けられた一対の突出部により構成され、この一対の突出部がＹ軸方向の部品供給部側に向いて配置され、上記ヘッドユニットは、各吸着ノズルに対して配設されたピニオンギヤと、これらピニオンギヤの全てと噛み合い各吸着ノズルを回転させる１本のラックと、このラックを駆動するラック駆動手段とを有し、上記ヘッドユニットが上記Ｘ軸ガイドの部品供給側に位置し、かつ、Ｘ軸下方まで延び、この下方位置においてＸ軸ガイドより部品供給側に上記各吸着ノズル及びラックが位置するようになっていることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記ラック駆動手段は１つのモータを有し、このモータが正逆回転することによりラックがＸ軸方向両側に移動し、それに伴ってヘッドユニットの全ての吸着ノズルが同時に回転駆動されるようになっていることが好ましい。
【００１２】
【実施の形態】
図１および図２は本発明の一実施形態による表面実装機の全体構造を示している。これらの図において、基台１上には、Ｘ軸方向（搬送ラインに沿った方向）に延びるプリント基板搬送用のコンベア２が配設され、このコンベア２からなる搬送ライン上をプリント基板３が搬送され、後記作業ステーション６Ａ，６Ｂの一定位置で停止されるようになっている。
【００１３】
上記コンベア２の配設部分の両側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は多数列の供給テープ４ａを備えたフィーダー（テープフィーダー）を有し、各供給テープ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等間隔に収納、保持し、リールに巻回されている。各フィーダーにおいて供給テープ４ａの繰り出し端にはラチェット式の送り機構が組込まれ、後記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂにより繰り出し端の部品取出し部からチップ部品がピックアップされるにつれて、供給テープ４ａが間欠的に繰り出され、上記ピックアップ作業を繰返し行なうことが可能となっている。
【００１４】
図１に示すように上記部品供給部４の各フィーダーは搬送ラインに沿って配設され、各フィーダーの部品取出し部は後記Ｘ軸フレーム１３Ａ，１３ＢのＸ軸ガイド１４の下方に配置されている。
【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５Ａ，５Ｂが装備され、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂと作業ステーション６Ａ，６Ｂ上のプリント基板３とが相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動可能とされ、特に本発明では、プリント基板３を保持する作業ステーション６Ａ，６ＢがＹ軸方向に移動可能とされる一方、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動可能となっている。
【００１６】
これらの構造を具体的に説明すると、図では２枚のプリント基板３に対して同時的に装着作業を行なうことができるようにして処理能率を高めるため、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂおよび作業ステーション６Ａ，６Ｂが２つずつ配備されており、作業ステーション６Ａ，６Ｂは、Ｘ方向にずれた２箇所に配設されている。各作業ステーション６Ａ，６Ｂは、プリント基板３を保持するための基板保持装置を有し、上記コンベア２から移載装置を介して作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に送り込まれたプリント基板３を保持し得るようになっている。
【００１７】
この各作業ステーション６Ａ，６Ｂの配置箇所においてはそれぞれ、ベース７上に、互いに平行にＹ軸方向に延びる２本のガイドレール８（Ｙ軸ガイド）が所定間隔をおいて互いに平行に配置されるとともに、Ｙ軸方向の送り機構として、一方のガイドレール８の近傍に、Ｙ軸サーボモータ１０により回転駆動されるボールねじ軸９が配置されている。そして、上記作業ステーション６Ａ，６Ｂの両側部がガイドレール７に移動自在に支持され、かつ、作業ステーション６Ａ，６Ｂに設けられたナット部分１１が上記ボールねじ軸９に螺合している。このような構造により、部品装着作業時には、作業ステーション６Ａ，６Ｂが、プリント基板３を保持した状態で、上記ボールねじ軸９の回転につれてＹ軸方向に移動するようになっている。
【００１８】
図１から明らかなように、コンベア２からなる搬送ラインは基台１上において途中に分断部分を有するように配置され、ガイドレール８からなるＹ軸ガイドは、搬送ラインの分断部分からヘッドユニット側のＹ軸方向一側方の搬送ライン外方まで延びるように配置されている。さらに詳しく説明すると、２本ずつガイドレール８からなる２組のＹ軸ガイドは、互いにＸ軸方向にずれて隣接し、且つ、一方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向一側方の搬送ライン外方へ、他方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向他側方の搬送ライン外方へそれぞれ延びるように配置されている。
【００１９】
また、上記部品供給部４は、上記搬送ラインのＹ軸方向側方で、かつ、上記Ｙ軸ガイドが搬送ライン外方へ延びた部分のＸ軸方向側方に、複数のフィーダーを各フィーダーの部品取出し部がＸ軸方向に整列するように搬送ラインに沿って配置している。さらに詳しく説明すると、上記部品供給部４は、上記搬送ラインのＹ軸方向両側方で、かつ、上記各Ｙ軸ガイドが搬送ライン外方へ延びた部分のＸ軸方向両側方の４箇所にそれぞれ、複数のフィーダーを各フィーダーの部品取出し部がＸ軸方向に整列するように搬送ラインに沿って配置し、かつ、搬送ラインのＹ軸方向一側方における上記一方のＹ軸ガイドの両側２箇所のうちでは上記他方のＹ軸ガイドに対向する側の方がフィーダー数を多くし、搬送ラインのＹ軸方向他側方における上記他方のＹ軸ガイドの両側２箇所のうちでは上記一方のＹ軸ガイドに対向する側の方がフィーダー数を多くするように構成されている。このような部品供給部４の構成は図１に明らかに示されている通りである。
【００２０】
また、基台１の上方には、基板の搬送ラインの少なくとも片側に、ヘッドユニットをＸ軸方向移動可能に保持するためのＸ軸フレームが設けられ、図では２本のＸ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂが、所定間隔をおいて互いに平行に、それぞれＸ軸方向に延びている。このＸ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂには、搬送ラインに沿った方向に延びるＸ軸ガイド１４が設けられている。
【００２１】
このＸ軸ガイド１４は、Ｘ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂの上下両側の側部に位置し所定空間を介して互いに平行に搬送ライン方向に延びる一対の突出部により構成されている。また、Ｘ軸方向の送り機構として、ボールねじ軸１５と、このボールねじ軸１５を回転駆動するＸ軸サーボモータ１６とが、Ｘ軸ガイド１４を構成する上下一対の突出部間に配置され、Ｘ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂに取付けられている。そして、上記Ｘ軸ガイド１４にヘッドユニット５Ａ，５Ｂが移動自在に支持され、かつ、このヘッドユニット５Ａ，５Ｂに設けられた図外のナット部分が上記ボールねじ軸１５に螺合しており、上記Ｘ軸サーボモータ１６とボールねじ軸１５及びこれに螺合するナット部分によりヘッドユニット作動手段が構成され、ボールねじ軸１５の回転によってヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動するようになっている。
【００２２】
上記Ｙ軸方向およびＸ軸方向の移動量は、サーボモーター１０，１６に対して具備されたエンコーダ等からなる測定手段（図６参照）によって測定されるようになっている。
【００２３】
上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂには、それぞれ、チップ部品を吸着する複数の吸着ノズル２０がＸ軸方向に並ぶように配設され、図示の例では各ヘッドユニット５Ａ，５Ｂにそれぞれ１６本ずつ吸着ノズル２０が設けられている。図３および図４に詳しく示すように、上記各吸着ノズル２０は、Ｚ軸ガイド２１に沿ってＺ軸方向（上下方向）の移動が可能とされるとともに、Ｒ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされており、吸着ノズル２０に対するＺ軸サーボモータ２２およびＲ軸サーボモータ２３がヘッドユニット５Ａ，５Ｂに具備されている。
【００２４】
上記Ｚ軸サーボモータ２２の駆動によりＺ軸ボールねじ軸２４を介して吸着ノズル２０が上下動される。また、Ｒ軸サーボモータ２３の駆動によりＲ軸ボールねじ軸２５、Ｒ軸ラック２６およびＲ軸ピニオンギヤ２７を介して吸着ノズル２０が回動されるようになっている。すなわち、図３及び図４に示されているように、各吸着ノズル２０に対してそれぞれＲ軸ピニオンギヤ２７が配設されるとともに、これらのＲ軸ピニオンギヤ２７の全てと噛み合うことにより各吸着ノズルを回転させるＲ軸ラック２６が設けられている。そして、ラック駆動手段としてのＲ軸サーボモータ２３の正逆回転に応じ、Ｒ軸ボールねじ軸２５を介してＲ軸ラック２６がＸ軸方向両側に移動し、それに伴って複数（１６本）の吸着ノズル２０の全てが同時に回転駆動されるようになっている。
【００２５】
図２及び図３から明らかなように、上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂは上記Ｘ軸ガイド１４の部品供給側に位置し、かつ、Ｘ軸下方まで延び、この下方位置においてＸ軸ガイドより部品供給側に上記各吸着ノズル２０及びラック２６が位置している。
【００２６】
図４はヘッドユニットを図３のＩＶ−ＩＶ線から見た図であって、図４で上側がヘッドユニットの前側、図４で下側がヘッドユニットの後側である。従って、図示のように各吸着ノズル２０及びＲ軸ピニオンギヤ２７はヘッドユニットの前側に配置され、Ｒ軸ラック２６、Ｒ軸ボールねじ軸２５及びＲ軸サーボモータ２３は吸着ノズル２０の後側、つまり吸着ノズル配設箇所とＸ軸ガイド１４との間の位置に配置されている。
【００２７】
さらに、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂには、プリント基板３に予め付されているマーク（図示せず）を検出することによってプリント基板３の位置を検出する基板位置検出用ＣＣＤカメラ２８が取り付けられている。
【００２８】
また、基台１上でヘッドユニット５Ａ，５ＢのＸ軸方向移動範囲内の適宜位置に対応する箇所、例えば作業ステーション６Ａ，６Ｂの配置箇所と部品供給部４との間の箇所に、部品位置検出のための撮像手段としてのＣＣＤカメラ３１と、撮像時の照明用のランプハウス３２が設けられており、これらＣＣＤカメラ３１、ランプハウス３２及び後記画像処理ユニット３３により、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの各吸着ノズル２０に吸着される部品を撮像して部品吸着状態を認識する認識手段が構成されている。
【００２９】
上記認識手段のカメラ３１は、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂが部品供給部４から作業ステーション６Ａ，６Ｂ上へ移動する途中でカメラ３１の上方を通過する間に、各吸着ノズル２０に吸着された部品を連続的に撮像するようになっている。
【００３０】
図５は、画像処理系統を概略的に示し、この図において、部品位置検出のためのＣＣＤカメラ３１は画像処理ユニット（画像処理手段）３３に接続されている。なお、上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂに具備された基板位置検出用ＣＣＤカメラ２８も画像処理ユニット３３に接続されている。
【００３１】
また、上記ランプハウス３２は、ファイバーケーブル３４を介してフラッシュユニット３５に接続され、このフラッシュユニット３５が上記画像処理ユニット３３に接続されている。そして上記画像処理ユニット３３が、コントローラ３６に接続されている。
【００３２】
以上のような構造の表面実装機によると、プリント基板３への部品実装時には、先ずコンベア２により搬送されたプリント基板３が作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に設置されてから、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの複数の吸着ノズル２０により部品供給部３から部品が吸着された後、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸ガイド１４に沿って作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に移動する。そして、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動する一方、プリント基板３を保持する作業ステーション６Ａ，６ＢがＹ軸方向に移動することにより、基板上の所望位置に部品を装着することが可能となる。
【００３３】
特に、上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの複数の吸着ノズル２０がＸ軸方向に並ぶように配置されるとともに、部品供給部４の各フィーダーの部品取出し部はＸ軸ガイドの下方に配置され、また、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂが部品供給部４から作業ステーション６Ａ，６Ｂ上へ移動する途中で認識手段のカメラ３１により各吸着部品が連続的に撮像されるようになっているので、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向にのみ移動可能とされつつ、複数の吸着ノズル２０による部品の吸着とその吸着部品の認識及び部品の装着が効率良く行われる。
【００３４】
また、Ｘ軸方向に並ぶ複数の吸着ノズル２０を回転させる機構として、各吸着ノズル２０に対してＲ軸ピニオンギヤ２７が配設されるとともに、これらのピニオンギヤ２７の全てと噛み合うＲ軸ラック２６がＲ軸サーボモータ２３によって作動されるようになっているため、１つのサーボモータ２３で各吸着ノズル２０の回転させることができ、かつ、Ｘ軸方向に並ぶ複数の吸着ノズル２０を互いに近接させてコンパクトに配置することができる。
【００３５】
さらに、上記Ｒ軸ラック２６は、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの吸着ノズル配設箇所とＸ軸ガイド１４との間の位置に配置されているため、吸着ノズル２０の修理、交換等が容易になり、メインテナンスの面で有利となる。
【００３６】
また、上記Ｘ軸ガイド１４がＸ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂの側部に設けられた上下一対の突出部により構成され、その両突出部間にＸ軸サーボモータ１６及びボールねじ軸１５が配設されていることにより、ヘッドユニット作動手段がコンパクトにレイアウトされ、かつ、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの駆動がスムーズに行われる。
【００３７】
図６は、吸着ノズル２０等を具備するヘッドユニット５（５Ａ，５Ｂ）とＣＣＤカメラ３１、ランプ（照明）３７および照明用電源３８を模式的に示すとともに、画像処理ユニット３３およびコントローラ３６の機能的構成を示している。３９は吸着ノズル２０に吸着されたチップ部品である。
【００３８】
当実施形態において画像処理ユニット３３およびコントローラ３６は、部品実装時に部品供給部４からの部品の吸着、カメラ３１による撮像に基づく部品の認識、作業ステーション６Ａ，６Ｂ上のプリント基板３への部品の装着等の一連の作業を制御するとともに、予備的作業として、駆動系統の座表系と部品認識のための画像処理画面上の座標系との対応関係を示すスケールデータを自動的に調整することができるようになっている。
【００３９】
具体的に説明すると、この図において、画像処理ユニット３３には、部品位置検出手段４１と、距離測定手段４２とが含まれている。上記部品位置検出手段４１は、チップ部品３９の吸，装着の一連の作業が自動的に行なわれる装着作業中に、吸着ノズル２０による部品吸着後にＣＣＤカメラ３１で撮像されたチップ部品３９の画像から、このチップ部品３９の中心位置および回転角度を検出するものであり、さらに、後記スケールデータ調整時には、ワーク位置を検出して画像処理画面上の座標を求める機能を有する。また、上記距離測定手段４２は、後記スケールデータ調整時に、後に詳述するような図１０（ｂ）中のＣＥ間の距離、およびＤＦ間の距離の測定を行なうものである。
【００４０】
上記画像処理ユニット３３に接続されたコントローラ３６は、マイクロコンピュータ等からなり、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶手段４３と、命令・計算手段４４と、インターフェイス４５と、ヘッドユニット駆動部４６、吸着ノズル回転部４７、吸着ノズル上下駆動部４８、作業ステーション駆動部４９などの各種駆動部とを含んでいる。そして、ヘッドユニットなどの移動量を検出する移動量検出手段５０やその他の各種センサ５１および吸着用真空の給排切換用バルブ５２、各種サーボモータ１０，１６，２２，２３等が上記インターフェース４５および駆動部４６〜４９に電気的に接続されている。さらに、キーボード５３およびＣＲＴ５４がコントローラ３６に接続されている。
【００４１】
上記記憶手段４３には、一連の部品装着作業などのシーケンスおよび各種データが記憶されるとともに、後記スケールデータが書換え可能に記憶されるようになっている。
【００４２】
また、上記命令・計算手段４４は、上記部品装着作業などのシーケンスを実行するようになっている。さらにこの命令・計算手段４４は、後記スケールデータ調整時に、ヘッドユニットの移動によりワークを第１点と第２点とに移動させ、さらに所定箇所でワークを回転させるようにするとともに、上記第１点および第２点についての、部品装着装置駆動系統の座標系による座標を測定する手段５５と、この測定手段５５と上記部品位置検出手段４１および距離測定手段４２による測定値からスケールデータを演算する手段５６とを含んでいる。
【００４３】
このような装置を用いた部品装着処理およびスケール調整方法の具体例を、フローチャートによって説明する。
【００４４】
図７および図８のフローチャートは、部品装着処理の全体を示している。図７において、先ずステップＳ１で、キーボードの装着作業開始スイッチがＯＮとなるまで待機される。このスイッチがＯＮとなったときに、画像処理手段における画像処理画面の座標系と部品装着装置の駆動系統の座標系との対応関係を示すデータ（以下、スケールデータと呼ぶ）が未存在か否かの判定（ステップＳ２）、光学系（カメラ、照明等）の変更が有ったか否かの判定（ステップＳ３）および後記ステップＳ１６，ステップＳ１９で前回調整時から調べられた画像処理の累積エラー数Ｅが所定数Ｅａ以上に多発しているか否かの判定（ステップＳ４）が行なわれる。そして、これらの判定のうちの少なくとも１つがＹＥＳの場合は、後記スケールデータ調整のルーチン（ステップＳ５）が実行されてから、ステップＳ６に移る。ステップＳ５が実行されると、累積エラー数はゼロにリセットされる。
【００４５】
また、ステップＳ２〜Ｓ４が全てＮＯのときは、既にスケールデータが存在するとともにその変更を要しないため、そのままステップＳ６に移る。
【００４６】
ステップＳ６以降は自動的に部品装着を行なう一連の処理であり、先ず初期的処理としては、搬入されるプリント基板３に応じて、装着されるべきチップ部品の個数、種類などを示す基板データが選択されるとともに（ステップＳ６）、後記アドレスカウンタが初期化のためクリアされ（ステップＳ７）、そしてプリント基板３が作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に搬入されて位置決めされる（ステップＳ８）。
【００４７】
次に、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの作動および吸着ノズル２０の作動により、吸着ノズル２０が部品供給部４へ移動されて、各吸着ノズル２０に供給される負圧でチップ部品が吸着される（ステップ９，Ｓ１０）。そして、他に吸着可能なノズル、部品が残されていないか否かの判定（ステップＳ１１）に基づき、これがＹＥＳであればステップＳ９，Ｓ１０の処理が繰り返される。必要数のチップ部品の吸着が終了すると、ヘッドユニットがＣＣＤカメラ３１の上方へ移動される（ステップＳ１２）。
【００４８】
図８に移って、ステップＳ１３では、カメラ３１の上方を通過する各吸着ノズル２０に対して照明の照射（フラッシュ）が順次行なわれつつ、各吸着ノズル２０に吸着されたチップ部品がカメラ３１で撮像されて、その画像が取り込まれる。続いて、上記画像から部品位置が検出され、それに基づいて吸着ノズル２０の位置から部品位置までのずれ量が算出される（ステップＳ１４）。上記部品位置の検出の仕方としては、例えば部品の４辺の両端部リードエッジが画像の操作により求められてこれらから部品の中心位置および回転角が演算される。そして、ノズル位置からのずれ量が演算されるが、このずれ量は、後述のスケールデータ調整のルーチンで求められている対応関係に基づき、ヘッドユニットおよび作業ステーションに対する駆動系の駆動量に換算されて求められる。
【００４９】
ステップＳ１５では、吸着された部品について上記ステップＳ１３、Ｓ１４の部品認識処理が終了したか否かが判定され、終了していなければステップＳ１３，Ｓ１４が繰り返される。
【００５０】
認識処理が終了すると、吸着した部品のｎ番目について認識エラーが発生したか否かが判定され（ステップＳ１６）、エラーがなければ、吸着ノズル２０が上記ずれ量分だけ補正された装着位置へ移動され（ステップＳ１７）、装着位置で吸着ノズルの下降、負圧供給カット等によりチップ部品の装着が行なわれる（ステップＳ１８）。ステップＳ１６でエラーの発生が判定されれば、エラー処理として、エラーカウンタがカウントアップされ（ステップＳ１９）、エラー数が記憶手段に記憶される。。そして、吸着された全部品の装着（もしくはエラー処理）が終了したか否かの判定（ステップＳ２０）に基づき、未終了であればステップＳ１６〜Ｓ２０の処理が繰り返される。
【００５１】
装着が終了すると、エラーにより装着されなかった部品があるか否かが判定され（ステップＳ２１）、エラーにより装着されなかった部品が有った場合はその部品を廃却してから（ステップＳ２２）、ステップＳ９に戻ることにより、エラーの分について部品吸着からの処理が再度行なわれる。
【００５２】
上記エラーにより装着されなかった部品がなかった場合は、装着のアドレスを示すアドレスカウンタがカウントアップされる（ステップＳ２３）とともに、１枚のプリント基板分の全部品の装着が終了したか否かが判定され（ステップＳ２４）、終了していなければステップＳ９に戻ることにより、新たに吸着からの処理が行なわれる。
【００５３】
ステップＳ２４で終了と判定されると、プリント基板が搬出されるとともに（ステップＳ２５）、全プリント基板の装着終了か否かが判定され（ステップＳ２６）、この判定がＮＯであれば、ステップＳ６に戻ってそれ以下の処理が繰り返される。全基板装着終了となると、終わる。
【００５４】
図９は前記のステップＳ５で行なわれるスケールデータ調整のルーチンの処理の一例を示す。このルーチンにおいては、先ず、吸着ノズルによりワーク（被撮像用部分となるチップ部品等の小片）が吸着される（ステップＳ３１）。そして、図１０（ａ）にも示すように、カメラ３１により撮像される範囲内で、ヘッドユニットが駆動されることにより駆動系のＸ軸上の第１点Ａから第２点Ｂまでワークが移動され、その２点でワークの位置検出（中心位置の検出）が行なわれて、駆動系座標Ａ（Ｒ１ｘ，Ｒ１ｙ），Ｂ（Ｒ２ｘ，Ｒ２ｙ）と画像処理画面上の座標Ａ（Ｖ１ｘ，Ｖ１ｙ），Ｂ（Ｖ２ｘ，Ｖ２ｙ）がそれぞれ得られる（ステップＳ３２）。
【００５５】
次に、図１０（ｂ）にも示すように、駆動系の軸上の１点（例えば上記第１点Ａまたは第２点Ｂ）で、Ｒ軸サーボモーターによりワークが０°，９０°，１８０°，２７０°の各角度に回転され、それぞれにおけるワークの中心位置Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの検出が行なわれ、画像処理画面上の座標Ｃ（Ｖ３ｘ，Ｖ３ｙ），Ｄ（Ｖ４ｘ，Ｖ４ｙ），Ｅ（Ｖ５ｘ，Ｖ５ｙ），Ｆ（Ｖ６ｘ，Ｖ６ｙ）が求められる（ステップＳ３３）。ここで、続いて、換算係数の比率が、次のように演算される（ステップＳ３４）。
【００５６】
【数１】
【００５７】
ここで、Ｖａｘは画像処理画面上の点ＣＥ間の距離、Ｖｂｙは同画面上の点ＤＦ間の距離であり、これらは上記座標から次のように求められる。
【００５８】
【数２】
【００５９】
次に、Ｘ軸方向の換算係数およびＹ軸方向の換算係数がそれぞれ次のように求められる（ステップＳ３５）。
【００６０】
【数３】
【００６１】
ただし、この式中のＬ，Ｖａｙ，Ｖｄｘ，Ｖｄｙは，次のとおりである。
【００６２】
【数４】
【００６３】
さらに、駆動系の座標軸（Ｒｘ ，Ｒｙ ）Ｘ軸、Ｙ軸の方向に対する画像処理画面の座標軸（Ｖｘ ，Ｖｙ ）の傾きθが、次のように演算される（ステップＳ３６）。
【００６４】
【数５】
【００６５】
以上のような方法によると、スケールデータ調整ルーチンにより、ｘ，ｙ方向の換算係数Ｓｘ，Ｓｙと傾きθとがスケールデータとして求められる。この場合に、上記ステップＳ３３の処理で得られる各点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆはワークの同一位置（中心位置）がワークの回転により動いたものであり、Ｅ，ＦはそれぞれＣ，Ｄがワークの１８０°回転により移動した位置であって、ＣＥ間の距離とＤＦ間の距離とは実寸法としては当然に同一のものであるから、実寸法に対する処理画面上の寸法の割合についてのｘ方向とｙ方向との比率が正確に求められる。そして、この比率と、上記第１点Ａ、第２点Ｂ等の各座標により、スケールデータとしての３つの未知数Ｓｘ，Ｓｙ，θを求めるに足る関係式が得られる。
【００６６】
従って、ヘッドユニットがＸ軸方向にのみ移動可能という制約のもとでも、スケールデータＳｘ，Ｓｙ，θが高精度に求められる。このスケールデータが記憶手段４３に記憶される。
【００６７】
そして、一連の部品装着処理としては、部品吸着が行なわれてから撮像および画像処理による部品位置の検出に基づいてずれ量が演算され（ステップＳ１４）、その分だけ補正された装着位置にチップ部品が装着されるが、上記ずれ量の演算の際にスケールデータＳｘ，Ｓｙ，θが用いられ、処理画面上の距離が駆動系における実際の距離に換算される。その換算式としては、ある２点間のＸ，Ｙ方向距離を駆動系座標上でＲＬＸ、ＲＬＹ、処理画面上でＶＬＸ，ＶＬＹとすると、次のようになる。
【００６８】
【数６】
【００６９】
このように換算されて補正が行なわれる場合、スケールデータが精度良く求められていることにより、補正の精度も高められることとなる。
【００７０】
図１１はスケールデータ調整ルーチンの別の例を示し、この例でもステップＳ４１，Ｓ４２による第１点Ａおよび第２点Ｂの位置検出までの処理は、図９のステップＳ３１，Ｓ３２と同じである。次に、図１２にも示すように、駆動系の軸上の１点で、Ｒ軸サーボモーターの駆動によりワークが０°，９０°の各角度に回転され、それぞれにおいて処理画面上でのワークのｘ方向、ｙ方向の長さの検出が行なわれる。そして、本例では、上記各角度での長さがそれぞれＶａｘ，Ｖｂｙとされ、以下、ステップＳ４４での比率の演算、ステップＳ４５，Ｓ４６でのスケールデータの演算は、図９のステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６と同様に行なわれる。
【００７１】
この例による場合でも、ステップＳ４３の処理において測定される長さＶａｘ，Ｖｂｙは、実寸法では全く同じ長さであるので、実寸法に対する処理画面上の寸法の割合についてのｘ方向とｙ方向との比率が正確に求められる。そしてその他は図９の例と同様にして、スケールデータが精度良く求められることとなる。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ヘッドユニットがＸ軸方向に移動する一方、基板を保持する作業ステーションがＹ軸方向に移動することにより、基板上の所望位置に部品を装着することが可能となり、上記ヘッドユニットに複数の吸着ノズルが配設されることにより、実装の効率が高められる。
【００７３】
特に、ヘッドユニットに複数の吸着ノズルがＸ軸方向に並ぶように配置されるとともに、ヘッドユニットが部品供給部から作業ステーション上へ移動する途中で各吸着部品が連続的に撮像されて認識されるように認識手段が配置されているので、複数の吸着ノズルによる部品の吸着とその吸着部品の認識及び部品の装着が効率良く行われる。
【００７４】
しかも、搬送ライン、Ｘ，Ｙ軸ガイド、部品供給部等をコンパクトにレイアウトすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による表面実装機の概略平面図である。
【図２】上記表面実装機のヘッドユニット配置部分の正面図である。
【図３】ヘッドユニットの拡大正面図である。
【図４】ヘッドユニットを図３のＩＶ−ＩＶ線からみた図である。
【図５】ヘッドユニットと画像処理手段等を概略的に示した斜視図である。
【図６】画像処理および制御系統の機構的構成を示すブロック図である。
【図７】部品装着の一連の処理の具体例を示すフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートに続くフローチャートである。
【図９】スケールデータ調整のルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）（ｂ）はそれぞれ図９のルーチンの中で行なわれる処理についての説明図である。
【図１１】スケールデータ調整のルーチンの別の例を示すフローチャートである。
【図１２】図１１のルーチンの中で行なわれる処理についての説明図である。
【符号の説明】
２ 基盤搬送用のコンベア
５Ａ，５Ｂ ヘッドユニット
６Ａ，６Ｂ 作業ステーション
２０ 吸着ノズル
１６ Ｒ軸サーボモータ
２６ ラック
２７ ピニオンギヤ
３１ ＣＣＤカメラ
３３ 画像処理ユニット
３６ コントローラ
【産業上の利用分野】
本発明は、ＩＣ等の電子部品のような小片状のチップ部品を所定位置に装着するために吸着ノズルを有するヘッドユニットを備えるとともに、吸着ノズルによる部品吸着状態を認識する認識手段を備えた表面実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸着ノズルを有する部品装着用のヘッドユニットにより、テープフィーダー等の部品供給部からチップ部品を吸着して、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部品装着装置は一般に知られている。この装置においては、上記ヘッドユニットとプリント基板とが相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能とされるとともに、吸着ノズルがＺ軸方向に移動可能かつ回転可能とされ、各方向の移動および回転のための駆動機構が設けられている。
【０００３】
この部品装着装置においては、チップ部品が吸着ノズルに吸着された段階ではチップ部品の位置（中心位置および回転角）にばらつきがあるので、そのチップ部品の位置を検出し、それに基づいて装着位置を補正することが要求される。そのために、吸着ノズルにより吸着されたチップ部品を撮像するＣＣＤカメラ等の撮像手段と、この撮像手段により撮像したチップ部品の画像を処理する画像処理手段とからなる認識手段を設け、この認識手段により部品吸着状態を認識し、例えば吸着位置を検出して、その位置検出に基づき装着位置の補正量を求めるようにしたものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヘッドユニットとプリント基板とを相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能とする構造としては、ヘッドユニットをＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動可能としたものが一般的であるが、ヘッドユニットをＸ，Ｙ軸のうちの一方向（例えばＸ軸方向）にのみ移動可能とする一方、プリント基板を保持する作業ステーションを他方向（例えばＹ軸方向）に移動可能とすることも考えられ、このようにすれば、処理能率向上のため多数の吸着ノズルをヘッドユニットに設ける場合などに有利となる。
【０００５】
このように多数の吸着ノズルを備えたヘッドユニットを一方向にのみ移動可能とする構造による場合、ヘッドユニットの移動方向が制限される等の条件下で、多数個の吸着ノズルによる部品の吸着及び上記認識手段による各吸着部品の認識を効率良く行ない得るようにするとともに、実装機全体が大型化しないように各部材をコンパクトにレイアウトすることが要求される。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、一方向にのみ移動可能なヘッドユニットに配設した多数の吸着ノズルによる部品の吸着及び各吸着部品の認識を効率良く行なうことができ、かつ、実装機全体をコンパクトに構成することができる表面実装機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】
上記目的を達成するために、本発明は、搬送ラインを搬送される基板上に、部品供給部から供給される部品を実装する表面実装機であって、基板の搬送ラインの両側においてそれぞれ基台に固定されたフレームにそれぞれ取付けられ、搬送ラインに沿ったＸ軸方向に延びるＸ軸ガイドと、Ｘ軸方向に並ぶように配置された複数の吸着ノズルを有して、上記各Ｘ軸ガイドに沿ってそれぞれ移動自在に設けられた部品実装用のヘッドユニットと、この各ヘッドユニットをＸ軸方向に移動させるヘッドユニット作動手段と、Ｘ軸方向と直角なＹ軸方向に延びる２組のＹ軸ガイドと、この各Ｙ軸ガイドに沿って移動自在に設けられ、搬送ラインから基板を受け取ってこれをＹ軸方向に移動させる２つの作業ステーションと、複数のフィーダーを有する部品供給部と、上記ヘッドユニットに吸着された部品を撮像して部品吸着状態を認識する認識手段と、上記ヘッドユニットに取付けられた基板位置検出用のカメラとを備え、上記搬送ラインは、基台上において途中に分断部分を有するように配置され、上記２組のＹ軸ガイドは、互いにＸ軸方向にずれ、且つ、一方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向一側方の搬送ライン外方へ、他方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向他側方の搬送ライン外方へそれぞれ延びるように配置され、上記部品供給部は、上記搬送ラインのＹ軸方向両側方で、かつ、上記各Ｙ軸ガイドが搬送ライン外方へ延びた部分のＸ軸方向両側方の４箇所にそれぞれ、各フィーダーの部品取出し部がＸ軸方向に整列するように配置され、上記認識手段は、搬送ラインの両側に配設されて、上記各ヘッドユニットが上記部品供給部から作業ステーション上へ移動する途中で複数の吸着ノズルに吸着された部品を撮像するように構成されているものである。
【０００８】
この構成によると、搬送ラインの両側にヘッドユニットが配設されるとともに、２つの作業ステーションが設けられることにより、処理能率がより一層向上され、しかも搬送ライン、各Ｘ，Ｙ軸ガイド、部品供給部等をコンパクトにレイアウトすることができる。
【０００９】
なお、この表面実装機において、上記２組のＹ軸ガイドはＸ軸方向に隣接して配置されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の表面実装機において、上記Ｘ軸ガイドは、所定空間を介して互いに平行に搬送ライン方向に延びるように上記フレームに設けられた一対の突出部により構成され、この一対の突出部がＹ軸方向の部品供給部側に向いて配置され、上記ヘッドユニットは、各吸着ノズルに対して配設されたピニオンギヤと、これらピニオンギヤの全てと噛み合い各吸着ノズルを回転させる１本のラックと、このラックを駆動するラック駆動手段とを有し、上記ヘッドユニットが上記Ｘ軸ガイドの部品供給側に位置し、かつ、Ｘ軸下方まで延び、この下方位置においてＸ軸ガイドより部品供給側に上記各吸着ノズル及びラックが位置するようになっていることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記ラック駆動手段は１つのモータを有し、このモータが正逆回転することによりラックがＸ軸方向両側に移動し、それに伴ってヘッドユニットの全ての吸着ノズルが同時に回転駆動されるようになっていることが好ましい。
【００１２】
【実施の形態】
図１および図２は本発明の一実施形態による表面実装機の全体構造を示している。これらの図において、基台１上には、Ｘ軸方向（搬送ラインに沿った方向）に延びるプリント基板搬送用のコンベア２が配設され、このコンベア２からなる搬送ライン上をプリント基板３が搬送され、後記作業ステーション６Ａ，６Ｂの一定位置で停止されるようになっている。
【００１３】
上記コンベア２の配設部分の両側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は多数列の供給テープ４ａを備えたフィーダー（テープフィーダー）を有し、各供給テープ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等間隔に収納、保持し、リールに巻回されている。各フィーダーにおいて供給テープ４ａの繰り出し端にはラチェット式の送り機構が組込まれ、後記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂにより繰り出し端の部品取出し部からチップ部品がピックアップされるにつれて、供給テープ４ａが間欠的に繰り出され、上記ピックアップ作業を繰返し行なうことが可能となっている。
【００１４】
図１に示すように上記部品供給部４の各フィーダーは搬送ラインに沿って配設され、各フィーダーの部品取出し部は後記Ｘ軸フレーム１３Ａ，１３ＢのＸ軸ガイド１４の下方に配置されている。
【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５Ａ，５Ｂが装備され、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂと作業ステーション６Ａ，６Ｂ上のプリント基板３とが相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動可能とされ、特に本発明では、プリント基板３を保持する作業ステーション６Ａ，６ＢがＹ軸方向に移動可能とされる一方、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動可能となっている。
【００１６】
これらの構造を具体的に説明すると、図では２枚のプリント基板３に対して同時的に装着作業を行なうことができるようにして処理能率を高めるため、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂおよび作業ステーション６Ａ，６Ｂが２つずつ配備されており、作業ステーション６Ａ，６Ｂは、Ｘ方向にずれた２箇所に配設されている。各作業ステーション６Ａ，６Ｂは、プリント基板３を保持するための基板保持装置を有し、上記コンベア２から移載装置を介して作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に送り込まれたプリント基板３を保持し得るようになっている。
【００１７】
この各作業ステーション６Ａ，６Ｂの配置箇所においてはそれぞれ、ベース７上に、互いに平行にＹ軸方向に延びる２本のガイドレール８（Ｙ軸ガイド）が所定間隔をおいて互いに平行に配置されるとともに、Ｙ軸方向の送り機構として、一方のガイドレール８の近傍に、Ｙ軸サーボモータ１０により回転駆動されるボールねじ軸９が配置されている。そして、上記作業ステーション６Ａ，６Ｂの両側部がガイドレール７に移動自在に支持され、かつ、作業ステーション６Ａ，６Ｂに設けられたナット部分１１が上記ボールねじ軸９に螺合している。このような構造により、部品装着作業時には、作業ステーション６Ａ，６Ｂが、プリント基板３を保持した状態で、上記ボールねじ軸９の回転につれてＹ軸方向に移動するようになっている。
【００１８】
図１から明らかなように、コンベア２からなる搬送ラインは基台１上において途中に分断部分を有するように配置され、ガイドレール８からなるＹ軸ガイドは、搬送ラインの分断部分からヘッドユニット側のＹ軸方向一側方の搬送ライン外方まで延びるように配置されている。さらに詳しく説明すると、２本ずつガイドレール８からなる２組のＹ軸ガイドは、互いにＸ軸方向にずれて隣接し、且つ、一方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向一側方の搬送ライン外方へ、他方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向他側方の搬送ライン外方へそれぞれ延びるように配置されている。
【００１９】
また、上記部品供給部４は、上記搬送ラインのＹ軸方向側方で、かつ、上記Ｙ軸ガイドが搬送ライン外方へ延びた部分のＸ軸方向側方に、複数のフィーダーを各フィーダーの部品取出し部がＸ軸方向に整列するように搬送ラインに沿って配置している。さらに詳しく説明すると、上記部品供給部４は、上記搬送ラインのＹ軸方向両側方で、かつ、上記各Ｙ軸ガイドが搬送ライン外方へ延びた部分のＸ軸方向両側方の４箇所にそれぞれ、複数のフィーダーを各フィーダーの部品取出し部がＸ軸方向に整列するように搬送ラインに沿って配置し、かつ、搬送ラインのＹ軸方向一側方における上記一方のＹ軸ガイドの両側２箇所のうちでは上記他方のＹ軸ガイドに対向する側の方がフィーダー数を多くし、搬送ラインのＹ軸方向他側方における上記他方のＹ軸ガイドの両側２箇所のうちでは上記一方のＹ軸ガイドに対向する側の方がフィーダー数を多くするように構成されている。このような部品供給部４の構成は図１に明らかに示されている通りである。
【００２０】
また、基台１の上方には、基板の搬送ラインの少なくとも片側に、ヘッドユニットをＸ軸方向移動可能に保持するためのＸ軸フレームが設けられ、図では２本のＸ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂが、所定間隔をおいて互いに平行に、それぞれＸ軸方向に延びている。このＸ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂには、搬送ラインに沿った方向に延びるＸ軸ガイド１４が設けられている。
【００２１】
このＸ軸ガイド１４は、Ｘ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂの上下両側の側部に位置し所定空間を介して互いに平行に搬送ライン方向に延びる一対の突出部により構成されている。また、Ｘ軸方向の送り機構として、ボールねじ軸１５と、このボールねじ軸１５を回転駆動するＸ軸サーボモータ１６とが、Ｘ軸ガイド１４を構成する上下一対の突出部間に配置され、Ｘ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂに取付けられている。そして、上記Ｘ軸ガイド１４にヘッドユニット５Ａ，５Ｂが移動自在に支持され、かつ、このヘッドユニット５Ａ，５Ｂに設けられた図外のナット部分が上記ボールねじ軸１５に螺合しており、上記Ｘ軸サーボモータ１６とボールねじ軸１５及びこれに螺合するナット部分によりヘッドユニット作動手段が構成され、ボールねじ軸１５の回転によってヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動するようになっている。
【００２２】
上記Ｙ軸方向およびＸ軸方向の移動量は、サーボモーター１０，１６に対して具備されたエンコーダ等からなる測定手段（図６参照）によって測定されるようになっている。
【００２３】
上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂには、それぞれ、チップ部品を吸着する複数の吸着ノズル２０がＸ軸方向に並ぶように配設され、図示の例では各ヘッドユニット５Ａ，５Ｂにそれぞれ１６本ずつ吸着ノズル２０が設けられている。図３および図４に詳しく示すように、上記各吸着ノズル２０は、Ｚ軸ガイド２１に沿ってＺ軸方向（上下方向）の移動が可能とされるとともに、Ｒ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされており、吸着ノズル２０に対するＺ軸サーボモータ２２およびＲ軸サーボモータ２３がヘッドユニット５Ａ，５Ｂに具備されている。
【００２４】
上記Ｚ軸サーボモータ２２の駆動によりＺ軸ボールねじ軸２４を介して吸着ノズル２０が上下動される。また、Ｒ軸サーボモータ２３の駆動によりＲ軸ボールねじ軸２５、Ｒ軸ラック２６およびＲ軸ピニオンギヤ２７を介して吸着ノズル２０が回動されるようになっている。すなわち、図３及び図４に示されているように、各吸着ノズル２０に対してそれぞれＲ軸ピニオンギヤ２７が配設されるとともに、これらのＲ軸ピニオンギヤ２７の全てと噛み合うことにより各吸着ノズルを回転させるＲ軸ラック２６が設けられている。そして、ラック駆動手段としてのＲ軸サーボモータ２３の正逆回転に応じ、Ｒ軸ボールねじ軸２５を介してＲ軸ラック２６がＸ軸方向両側に移動し、それに伴って複数（１６本）の吸着ノズル２０の全てが同時に回転駆動されるようになっている。
【００２５】
図２及び図３から明らかなように、上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂは上記Ｘ軸ガイド１４の部品供給側に位置し、かつ、Ｘ軸下方まで延び、この下方位置においてＸ軸ガイドより部品供給側に上記各吸着ノズル２０及びラック２６が位置している。
【００２６】
図４はヘッドユニットを図３のＩＶ−ＩＶ線から見た図であって、図４で上側がヘッドユニットの前側、図４で下側がヘッドユニットの後側である。従って、図示のように各吸着ノズル２０及びＲ軸ピニオンギヤ２７はヘッドユニットの前側に配置され、Ｒ軸ラック２６、Ｒ軸ボールねじ軸２５及びＲ軸サーボモータ２３は吸着ノズル２０の後側、つまり吸着ノズル配設箇所とＸ軸ガイド１４との間の位置に配置されている。
【００２７】
さらに、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂには、プリント基板３に予め付されているマーク（図示せず）を検出することによってプリント基板３の位置を検出する基板位置検出用ＣＣＤカメラ２８が取り付けられている。
【００２８】
また、基台１上でヘッドユニット５Ａ，５ＢのＸ軸方向移動範囲内の適宜位置に対応する箇所、例えば作業ステーション６Ａ，６Ｂの配置箇所と部品供給部４との間の箇所に、部品位置検出のための撮像手段としてのＣＣＤカメラ３１と、撮像時の照明用のランプハウス３２が設けられており、これらＣＣＤカメラ３１、ランプハウス３２及び後記画像処理ユニット３３により、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの各吸着ノズル２０に吸着される部品を撮像して部品吸着状態を認識する認識手段が構成されている。
【００２９】
上記認識手段のカメラ３１は、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂが部品供給部４から作業ステーション６Ａ，６Ｂ上へ移動する途中でカメラ３１の上方を通過する間に、各吸着ノズル２０に吸着された部品を連続的に撮像するようになっている。
【００３０】
図５は、画像処理系統を概略的に示し、この図において、部品位置検出のためのＣＣＤカメラ３１は画像処理ユニット（画像処理手段）３３に接続されている。なお、上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂに具備された基板位置検出用ＣＣＤカメラ２８も画像処理ユニット３３に接続されている。
【００３１】
また、上記ランプハウス３２は、ファイバーケーブル３４を介してフラッシュユニット３５に接続され、このフラッシュユニット３５が上記画像処理ユニット３３に接続されている。そして上記画像処理ユニット３３が、コントローラ３６に接続されている。
【００３２】
以上のような構造の表面実装機によると、プリント基板３への部品実装時には、先ずコンベア２により搬送されたプリント基板３が作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に設置されてから、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの複数の吸着ノズル２０により部品供給部３から部品が吸着された後、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸ガイド１４に沿って作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に移動する。そして、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動する一方、プリント基板３を保持する作業ステーション６Ａ，６ＢがＹ軸方向に移動することにより、基板上の所望位置に部品を装着することが可能となる。
【００３３】
特に、上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの複数の吸着ノズル２０がＸ軸方向に並ぶように配置されるとともに、部品供給部４の各フィーダーの部品取出し部はＸ軸ガイドの下方に配置され、また、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂが部品供給部４から作業ステーション６Ａ，６Ｂ上へ移動する途中で認識手段のカメラ３１により各吸着部品が連続的に撮像されるようになっているので、ヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向にのみ移動可能とされつつ、複数の吸着ノズル２０による部品の吸着とその吸着部品の認識及び部品の装着が効率良く行われる。
【００３４】
また、Ｘ軸方向に並ぶ複数の吸着ノズル２０を回転させる機構として、各吸着ノズル２０に対してＲ軸ピニオンギヤ２７が配設されるとともに、これらのピニオンギヤ２７の全てと噛み合うＲ軸ラック２６がＲ軸サーボモータ２３によって作動されるようになっているため、１つのサーボモータ２３で各吸着ノズル２０の回転させることができ、かつ、Ｘ軸方向に並ぶ複数の吸着ノズル２０を互いに近接させてコンパクトに配置することができる。
【００３５】
さらに、上記Ｒ軸ラック２６は、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの吸着ノズル配設箇所とＸ軸ガイド１４との間の位置に配置されているため、吸着ノズル２０の修理、交換等が容易になり、メインテナンスの面で有利となる。
【００３６】
また、上記Ｘ軸ガイド１４がＸ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂの側部に設けられた上下一対の突出部により構成され、その両突出部間にＸ軸サーボモータ１６及びボールねじ軸１５が配設されていることにより、ヘッドユニット作動手段がコンパクトにレイアウトされ、かつ、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの駆動がスムーズに行われる。
【００３７】
図６は、吸着ノズル２０等を具備するヘッドユニット５（５Ａ，５Ｂ）とＣＣＤカメラ３１、ランプ（照明）３７および照明用電源３８を模式的に示すとともに、画像処理ユニット３３およびコントローラ３６の機能的構成を示している。３９は吸着ノズル２０に吸着されたチップ部品である。
【００３８】
当実施形態において画像処理ユニット３３およびコントローラ３６は、部品実装時に部品供給部４からの部品の吸着、カメラ３１による撮像に基づく部品の認識、作業ステーション６Ａ，６Ｂ上のプリント基板３への部品の装着等の一連の作業を制御するとともに、予備的作業として、駆動系統の座表系と部品認識のための画像処理画面上の座標系との対応関係を示すスケールデータを自動的に調整することができるようになっている。
【００３９】
具体的に説明すると、この図において、画像処理ユニット３３には、部品位置検出手段４１と、距離測定手段４２とが含まれている。上記部品位置検出手段４１は、チップ部品３９の吸，装着の一連の作業が自動的に行なわれる装着作業中に、吸着ノズル２０による部品吸着後にＣＣＤカメラ３１で撮像されたチップ部品３９の画像から、このチップ部品３９の中心位置および回転角度を検出するものであり、さらに、後記スケールデータ調整時には、ワーク位置を検出して画像処理画面上の座標を求める機能を有する。また、上記距離測定手段４２は、後記スケールデータ調整時に、後に詳述するような図１０（ｂ）中のＣＥ間の距離、およびＤＦ間の距離の測定を行なうものである。
【００４０】
上記画像処理ユニット３３に接続されたコントローラ３６は、マイクロコンピュータ等からなり、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶手段４３と、命令・計算手段４４と、インターフェイス４５と、ヘッドユニット駆動部４６、吸着ノズル回転部４７、吸着ノズル上下駆動部４８、作業ステーション駆動部４９などの各種駆動部とを含んでいる。そして、ヘッドユニットなどの移動量を検出する移動量検出手段５０やその他の各種センサ５１および吸着用真空の給排切換用バルブ５２、各種サーボモータ１０，１６，２２，２３等が上記インターフェース４５および駆動部４６〜４９に電気的に接続されている。さらに、キーボード５３およびＣＲＴ５４がコントローラ３６に接続されている。
【００４１】
上記記憶手段４３には、一連の部品装着作業などのシーケンスおよび各種データが記憶されるとともに、後記スケールデータが書換え可能に記憶されるようになっている。
【００４２】
また、上記命令・計算手段４４は、上記部品装着作業などのシーケンスを実行するようになっている。さらにこの命令・計算手段４４は、後記スケールデータ調整時に、ヘッドユニットの移動によりワークを第１点と第２点とに移動させ、さらに所定箇所でワークを回転させるようにするとともに、上記第１点および第２点についての、部品装着装置駆動系統の座標系による座標を測定する手段５５と、この測定手段５５と上記部品位置検出手段４１および距離測定手段４２による測定値からスケールデータを演算する手段５６とを含んでいる。
【００４３】
このような装置を用いた部品装着処理およびスケール調整方法の具体例を、フローチャートによって説明する。
【００４４】
図７および図８のフローチャートは、部品装着処理の全体を示している。図７において、先ずステップＳ１で、キーボードの装着作業開始スイッチがＯＮとなるまで待機される。このスイッチがＯＮとなったときに、画像処理手段における画像処理画面の座標系と部品装着装置の駆動系統の座標系との対応関係を示すデータ（以下、スケールデータと呼ぶ）が未存在か否かの判定（ステップＳ２）、光学系（カメラ、照明等）の変更が有ったか否かの判定（ステップＳ３）および後記ステップＳ１６，ステップＳ１９で前回調整時から調べられた画像処理の累積エラー数Ｅが所定数Ｅａ以上に多発しているか否かの判定（ステップＳ４）が行なわれる。そして、これらの判定のうちの少なくとも１つがＹＥＳの場合は、後記スケールデータ調整のルーチン（ステップＳ５）が実行されてから、ステップＳ６に移る。ステップＳ５が実行されると、累積エラー数はゼロにリセットされる。
【００４５】
また、ステップＳ２〜Ｓ４が全てＮＯのときは、既にスケールデータが存在するとともにその変更を要しないため、そのままステップＳ６に移る。
【００４６】
ステップＳ６以降は自動的に部品装着を行なう一連の処理であり、先ず初期的処理としては、搬入されるプリント基板３に応じて、装着されるべきチップ部品の個数、種類などを示す基板データが選択されるとともに（ステップＳ６）、後記アドレスカウンタが初期化のためクリアされ（ステップＳ７）、そしてプリント基板３が作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に搬入されて位置決めされる（ステップＳ８）。
【００４７】
次に、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂの作動および吸着ノズル２０の作動により、吸着ノズル２０が部品供給部４へ移動されて、各吸着ノズル２０に供給される負圧でチップ部品が吸着される（ステップ９，Ｓ１０）。そして、他に吸着可能なノズル、部品が残されていないか否かの判定（ステップＳ１１）に基づき、これがＹＥＳであればステップＳ９，Ｓ１０の処理が繰り返される。必要数のチップ部品の吸着が終了すると、ヘッドユニットがＣＣＤカメラ３１の上方へ移動される（ステップＳ１２）。
【００４８】
図８に移って、ステップＳ１３では、カメラ３１の上方を通過する各吸着ノズル２０に対して照明の照射（フラッシュ）が順次行なわれつつ、各吸着ノズル２０に吸着されたチップ部品がカメラ３１で撮像されて、その画像が取り込まれる。続いて、上記画像から部品位置が検出され、それに基づいて吸着ノズル２０の位置から部品位置までのずれ量が算出される（ステップＳ１４）。上記部品位置の検出の仕方としては、例えば部品の４辺の両端部リードエッジが画像の操作により求められてこれらから部品の中心位置および回転角が演算される。そして、ノズル位置からのずれ量が演算されるが、このずれ量は、後述のスケールデータ調整のルーチンで求められている対応関係に基づき、ヘッドユニットおよび作業ステーションに対する駆動系の駆動量に換算されて求められる。
【００４９】
ステップＳ１５では、吸着された部品について上記ステップＳ１３、Ｓ１４の部品認識処理が終了したか否かが判定され、終了していなければステップＳ１３，Ｓ１４が繰り返される。
【００５０】
認識処理が終了すると、吸着した部品のｎ番目について認識エラーが発生したか否かが判定され（ステップＳ１６）、エラーがなければ、吸着ノズル２０が上記ずれ量分だけ補正された装着位置へ移動され（ステップＳ１７）、装着位置で吸着ノズルの下降、負圧供給カット等によりチップ部品の装着が行なわれる（ステップＳ１８）。ステップＳ１６でエラーの発生が判定されれば、エラー処理として、エラーカウンタがカウントアップされ（ステップＳ１９）、エラー数が記憶手段に記憶される。。そして、吸着された全部品の装着（もしくはエラー処理）が終了したか否かの判定（ステップＳ２０）に基づき、未終了であればステップＳ１６〜Ｓ２０の処理が繰り返される。
【００５１】
装着が終了すると、エラーにより装着されなかった部品があるか否かが判定され（ステップＳ２１）、エラーにより装着されなかった部品が有った場合はその部品を廃却してから（ステップＳ２２）、ステップＳ９に戻ることにより、エラーの分について部品吸着からの処理が再度行なわれる。
【００５２】
上記エラーにより装着されなかった部品がなかった場合は、装着のアドレスを示すアドレスカウンタがカウントアップされる（ステップＳ２３）とともに、１枚のプリント基板分の全部品の装着が終了したか否かが判定され（ステップＳ２４）、終了していなければステップＳ９に戻ることにより、新たに吸着からの処理が行なわれる。
【００５３】
ステップＳ２４で終了と判定されると、プリント基板が搬出されるとともに（ステップＳ２５）、全プリント基板の装着終了か否かが判定され（ステップＳ２６）、この判定がＮＯであれば、ステップＳ６に戻ってそれ以下の処理が繰り返される。全基板装着終了となると、終わる。
【００５４】
図９は前記のステップＳ５で行なわれるスケールデータ調整のルーチンの処理の一例を示す。このルーチンにおいては、先ず、吸着ノズルによりワーク（被撮像用部分となるチップ部品等の小片）が吸着される（ステップＳ３１）。そして、図１０（ａ）にも示すように、カメラ３１により撮像される範囲内で、ヘッドユニットが駆動されることにより駆動系のＸ軸上の第１点Ａから第２点Ｂまでワークが移動され、その２点でワークの位置検出（中心位置の検出）が行なわれて、駆動系座標Ａ（Ｒ１ｘ，Ｒ１ｙ），Ｂ（Ｒ２ｘ，Ｒ２ｙ）と画像処理画面上の座標Ａ（Ｖ１ｘ，Ｖ１ｙ），Ｂ（Ｖ２ｘ，Ｖ２ｙ）がそれぞれ得られる（ステップＳ３２）。
【００５５】
次に、図１０（ｂ）にも示すように、駆動系の軸上の１点（例えば上記第１点Ａまたは第２点Ｂ）で、Ｒ軸サーボモーターによりワークが０°，９０°，１８０°，２７０°の各角度に回転され、それぞれにおけるワークの中心位置Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの検出が行なわれ、画像処理画面上の座標Ｃ（Ｖ３ｘ，Ｖ３ｙ），Ｄ（Ｖ４ｘ，Ｖ４ｙ），Ｅ（Ｖ５ｘ，Ｖ５ｙ），Ｆ（Ｖ６ｘ，Ｖ６ｙ）が求められる（ステップＳ３３）。ここで、続いて、換算係数の比率が、次のように演算される（ステップＳ３４）。
【００５６】
【数１】
ここで、Ｖａｘは画像処理画面上の点ＣＥ間の距離、Ｖｂｙは同画面上の点ＤＦ間の距離であり、これらは上記座標から次のように求められる。
【００５８】
【数２】
次に、Ｘ軸方向の換算係数およびＹ軸方向の換算係数がそれぞれ次のように求められる（ステップＳ３５）。
【００６０】
【数３】
ただし、この式中のＬ，Ｖａｙ，Ｖｄｘ，Ｖｄｙは，次のとおりである。
【００６２】
【数４】
さらに、駆動系の座標軸（Ｒｘ ，Ｒｙ ）Ｘ軸、Ｙ軸の方向に対する画像処理画面の座標軸（Ｖｘ ，Ｖｙ ）の傾きθが、次のように演算される（ステップＳ３６）。
【００６４】
【数５】
以上のような方法によると、スケールデータ調整ルーチンにより、ｘ，ｙ方向の換算係数Ｓｘ，Ｓｙと傾きθとがスケールデータとして求められる。この場合に、上記ステップＳ３３の処理で得られる各点Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆはワークの同一位置（中心位置）がワークの回転により動いたものであり、Ｅ，ＦはそれぞれＣ，Ｄがワークの１８０°回転により移動した位置であって、ＣＥ間の距離とＤＦ間の距離とは実寸法としては当然に同一のものであるから、実寸法に対する処理画面上の寸法の割合についてのｘ方向とｙ方向との比率が正確に求められる。そして、この比率と、上記第１点Ａ、第２点Ｂ等の各座標により、スケールデータとしての３つの未知数Ｓｘ，Ｓｙ，θを求めるに足る関係式が得られる。
【００６６】
従って、ヘッドユニットがＸ軸方向にのみ移動可能という制約のもとでも、スケールデータＳｘ，Ｓｙ，θが高精度に求められる。このスケールデータが記憶手段４３に記憶される。
【００６７】
そして、一連の部品装着処理としては、部品吸着が行なわれてから撮像および画像処理による部品位置の検出に基づいてずれ量が演算され（ステップＳ１４）、その分だけ補正された装着位置にチップ部品が装着されるが、上記ずれ量の演算の際にスケールデータＳｘ，Ｓｙ，θが用いられ、処理画面上の距離が駆動系における実際の距離に換算される。その換算式としては、ある２点間のＸ，Ｙ方向距離を駆動系座標上でＲＬＸ、ＲＬＹ、処理画面上でＶＬＸ，ＶＬＹとすると、次のようになる。
【００６８】
【数６】
このように換算されて補正が行なわれる場合、スケールデータが精度良く求められていることにより、補正の精度も高められることとなる。
【００７０】
図１１はスケールデータ調整ルーチンの別の例を示し、この例でもステップＳ４１，Ｓ４２による第１点Ａおよび第２点Ｂの位置検出までの処理は、図９のステップＳ３１，Ｓ３２と同じである。次に、図１２にも示すように、駆動系の軸上の１点で、Ｒ軸サーボモーターの駆動によりワークが０°，９０°の各角度に回転され、それぞれにおいて処理画面上でのワークのｘ方向、ｙ方向の長さの検出が行なわれる。そして、本例では、上記各角度での長さがそれぞれＶａｘ，Ｖｂｙとされ、以下、ステップＳ４４での比率の演算、ステップＳ４５，Ｓ４６でのスケールデータの演算は、図９のステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６と同様に行なわれる。
【００７１】
この例による場合でも、ステップＳ４３の処理において測定される長さＶａｘ，Ｖｂｙは、実寸法では全く同じ長さであるので、実寸法に対する処理画面上の寸法の割合についてのｘ方向とｙ方向との比率が正確に求められる。そしてその他は図９の例と同様にして、スケールデータが精度良く求められることとなる。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ヘッドユニットがＸ軸方向に移動する一方、基板を保持する作業ステーションがＹ軸方向に移動することにより、基板上の所望位置に部品を装着することが可能となり、上記ヘッドユニットに複数の吸着ノズルが配設されることにより、実装の効率が高められる。
【００７３】
特に、ヘッドユニットに複数の吸着ノズルがＸ軸方向に並ぶように配置されるとともに、ヘッドユニットが部品供給部から作業ステーション上へ移動する途中で各吸着部品が連続的に撮像されて認識されるように認識手段が配置されているので、複数の吸着ノズルによる部品の吸着とその吸着部品の認識及び部品の装着が効率良く行われる。
【００７４】
しかも、搬送ライン、Ｘ，Ｙ軸ガイド、部品供給部等をコンパクトにレイアウトすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による表面実装機の概略平面図である。
【図２】上記表面実装機のヘッドユニット配置部分の正面図である。
【図３】ヘッドユニットの拡大正面図である。
【図４】ヘッドユニットを図３のＩＶ−ＩＶ線からみた図である。
【図５】ヘッドユニットと画像処理手段等を概略的に示した斜視図である。
【図６】画像処理および制御系統の機構的構成を示すブロック図である。
【図７】部品装着の一連の処理の具体例を示すフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートに続くフローチャートである。
【図９】スケールデータ調整のルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）（ｂ）はそれぞれ図９のルーチンの中で行なわれる処理についての説明図である。
【図１１】スケールデータ調整のルーチンの別の例を示すフローチャートである。
【図１２】図１１のルーチンの中で行なわれる処理についての説明図である。
【符号の説明】
２ 基盤搬送用のコンベア
５Ａ，５Ｂ ヘッドユニット
６Ａ，６Ｂ 作業ステーション
２０ 吸着ノズル
１６ Ｒ軸サーボモータ
２６ ラック
２７ ピニオンギヤ
３１ ＣＣＤカメラ
３３ 画像処理ユニット
３６ コントローラ
Claims (1)
- 搬送ラインを搬送される基板上に、部品供給部から供給される部品を実装する表面実装機であって、
基板の搬送ラインの両側においてそれぞれ基台に固定されたフレームにそれぞれ取付けられ、搬送ラインに沿ったＸ軸方向に延びるＸ軸ガイドと、
Ｘ軸方向に並ぶように配置された複数の吸着ノズルを有して、上記各Ｘ軸ガイドに沿ってそれぞれ移動自在に設けられた部品実装用のヘッドユニットと、
この各ヘッドユニットをＸ軸方向に移動させるヘッドユニット作動手段と、
Ｘ軸方向と直角なＹ軸方向に延びる２組のＹ軸ガイドと、
この各Ｙ軸ガイドに沿って移動自在に設けられ、搬送ラインから基板を受け取ってこれをＹ軸方向に移動させる２つの作業ステーションと、
複数のフィーダーを有する部品供給部と、
上記ヘッドユニットに吸着された部品を撮像して部品吸着状態を認識する認識手段と、
上記ヘッドユニットに取付けられた基板位置検出用のカメラとを備え、
上記搬送ラインは、基台上において途中に分断部分を有するように配置され、
上記２組のＹ軸ガイドは、互いにＸ軸方向にずれ、且つ、一方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向一側方の搬送ライン外方へ、他方のＹ軸ガイドが搬送ラインの分断部分からＹ軸方向他側方の搬送ライン外方へそれぞれ延びるように配置され、
上記部品供給部は、上記搬送ラインのＹ軸方向両側方で、かつ、上記各Ｙ軸ガイドが搬送ライン外方へ延びた部分のＸ軸方向両側方の４箇所にそれぞれ、各フィーダーの部品取出し部がＸ軸方向に整列するように配置され、
上記認識手段は、搬送ラインの両側に配設されて、上記各ヘッドユニットが上記部品供給部から作業ステーション上へ移動する途中で複数の吸着ノズルに吸着された部品を撮像するように構成されていることを特徴とする表面実装機。
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