JP3697948B2 - 電子部品の実装方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の実装装置では、電子部品供給部から電子部品をピックアップした搭載ヘッドを実装対象の基板上まで移動させて搭載を行う。電子部品の実装装置は一般に基板認識用のカメラを備えており、このカメラによって基板を撮像することにより基板の位置を検出し、位置検出結果に基づいて電子部品実装時の位置合わせが行われる。すなわち、実装時の位置合わせはカメラの光学座標系を基準として行われる。
【０００３】
ところが、この基板認識用のカメラの光学系座標の位置は必ずしも制御データ上で示される位置にあるとは限らず、種々の要因により位置ずれを生じる。そしてこの位置ずれはカメラを移動させる移動テーブルの機構誤差によって必ずしも一様ではなく、搭載エリア内の各位置で固有の位置ずれ量を示す。このため、実装装置の立ち上げ時にはこれらの位置ずれ量を搭載エリアの各位置毎に求めるキャリブレーションを行う必要がある。
【０００４】
このキャリブレーションの方法として、測定用のプレート治具を用いる方法が知られている。このプレート治具は、位置決め誤差を生じないよう形状寸法が基準値通りに製作されたプレート表面に所定精度の基準マークを格子状に設けたものであり、これらの基準マークをカメラで撮像することにより、搭載エリア内の各格子点における位置ずれ量、すなわち制御データ上の前記カメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量を求めるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、従来は対象とする基板のサイズが大きくなると、すなわち実装装置の搭載エリアが広くなるとこの広さに応じたプレート治具を準備しなければならなかった。このプレート治具は高精度を必要とする治具であるため大型になるほどコストが上昇する。さらに、大型のプレート治具は作業時のハンドリングが難しく、キャリブレーション作業時に時間を要し、作業者への負担は大きいものであった。このように従来の電子部品実装には、大型基板を対象とする場合にキャリブレーション作業に手間と高コストを要し、実装コストの削減、効率向上が阻害されるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、実装コストの削減および効率向上を図ることができる電子部品の実装方法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】
請求項１記載の電子部品の実装方法は、電子部品が実装される基板を基板認識用のカメラで認識し、電子部品をピックアップした搭載ヘッドをこの認識結果に基づいて前記基板に対して相対的に位置決めして前記電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法であって、前記搭載ヘッドによる搭載エリアに載置された計測用のプレート治具を撮像して、所定格子点毎に制御データ上の前記カメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量を検出する位置ずれ検出工程と、前記位置ずれ量を補正して電子部品を基板に搭載する工程とを含み、前記位置ずれ検出工程において、前記搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を搭載エリア内で順次移動させて撮像する際に撮像範囲を部分的に重畳させ、この重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正するようにした。
【０００８】
本発明によれば、搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を移動させて撮像する際に、撮像範囲を部分的に重畳させてこの重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正することにより、搭載エリアよりも小さいプレート治具によって搭載エリア内の全範囲をカバーすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２（ａ）は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２（ｂ）は同電子部品実装装置の基板認識用画像図、図３（ａ），（ｂ）は同電子部品実装装置の搭載エリアの平面図、図４は同ＸＹテーブル位置ずれ測定のフロー図、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は同電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図１において、基台１上には搬送路２が設けられており、搬送路２は前工程より搬入される基板３を搬送し電子部品実装位置に位置決めする。搬送路２の側方には移動テーブル４が配設されている。移動テーブル４はＹテーブル５とＸテーブル６とを組合せて構成されており、Ｘテーブル６には移動プレート６ａを介して搭載ヘッド７が装着されている。移動テーブル４を駆動することにより、搭載ヘッド７は水平移動し、図外の電子部品供給部から電子部品をピックアップし基板３上に搭載して実装する。
【００１１】
移動プレート６ａにはカメラ８が装着されており、カメラ８は搭載ヘッド７と一体的に移動する。移動テーブル４を駆動してカメラ８を基板３上に移動させ、基板３の各対角位置に設けられた認識マーク３ａをカメラ８によって撮像することにより、基板３の位置が認識される。そしてこの位置認識結果に基づいて基板３の位置ずれが検出され、電子部品の搭載時にはこの位置ずれを補正して移動テーブル４を駆動する。
【００１２】
次に図２を参照して、電子部品実装装置のカメラの光学座標系の位置ずれ量を検出するために行われるキャリブレーションについて説明する。このキャリブレーションは、電子部品実装装置の立ち上げ時や保守作業時などに行われるものである。図２（ａ）に示すように、移動テーブル４は固有の直交座標系Ｘ−Ｙを有している。ところがＸテーブル６とＹテーブル５の結合状態における機構誤差により、ＸＹ軸の交角θは完全な直角とはならない。またＸテーブル６、Ｙテーブル５もボールねじのピッチ誤差やガイド部の直線度のばらつきを有している。
【００１３】
このため、制御データ上で指示される位置と、実際にカメラが移動テーブル４によって駆動されて移動する位置とは必ずしも一致せず、電子部品搭載に際して行われる基板認識時の実際のカメラ８の位置と制御データ上でのカメラ８の位置との間に位置ずれを生じる。そしてこの位置ずれは一定でなく、移動テーブル４の移動範囲内、すなわち搭載ヘッド７の搭載エリアの各位置によって異なったものとなる。
【００１４】
そこでこれらの位置ずれを補正するためのキャリブレーション、すなわち制御データ上のカメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量の検出を行う。このキャリブレーションには、位置決め誤差を生じないように形状寸法が基準値通りに製作され、図２（ａ）に示すように表面に基準マークとしての認識マーク３ｂが所定位置・所定精度で格子状に設けられた計測用のプレート治具３’を用いる。
【００１５】
まず移動テーブル４を駆動して、カメラ８を所定位置に位置決めされたプレート治具３’上に移動させ、認識マーク３ｂを順次撮像して認識マーク３ｂの位置を認識する。この時、カメラ８Ａの移動は制御データ上では光学座標系の原点０が認識マーク３ｂの中心に一致するように制御されるが、カメラによる位置認識結果では、移動テーブル４の機械誤差のため、原点０は必ずしも認識マーク３ｂの中心とは一致しない。図２（ｂ）は、プレート治具３’の認識マーク３ｂｎを対象として位置認識を行った場合の画像図を示している。ここでは位置認識により認識マーク３ｂｎ（機械座標系での中心座標（Ｘｎ，Ｙｎ））について、光学座標系の原点０に対してΔｘｎ，Δｙｎの位置ずれが検出されている。
【００１６】
すなわち、機械座標系での座標（Ｘｎ，Ｙｎ）の近傍に電子部品を搭載する場合には、カメラ８によって認識された基板位置に対して更にΔｘｎ，Δｙｎの補正を加えなければならない。したがって、電子部品実装装置の組立完了の立ち上げ時において、前記位置ずれ量（Δｘｎ，Δｙｎ）を全ての認識マーク３ｂについて求めておくことにより、移動テーブル４の座標系Ｘ−Ｙに固有の位置ずれを補正するための位置補正量データを得ることができる。
【００１７】
図３は、対象とする搭載エリアＡが大きい場合のキャリブレーションに用いられるプレート治具３’を示している。この場合は図３（ａ）に示すように、搭載エリアＡの幅Ｂ、長さＬはプレート治具３’の幅ｂ、長さｌよりも大きく、プレート治具３’によって搭載エリアＡの全範囲をカバーすることが出来ない。そこで、図３（ｂ）に示すように、搭載エリアＡをプレート治具３’のサイズに応じて複数のエリアに分割し、プレート治具３’を片側から各エリアごとに順次移動させながらキャリブレーション作業を行う。以下、このキャリブレーション作業について、図４のフローに沿って説明する。
【００１８】
まず、プレート治具３’を搭載エリアＡの所定位置にセットする（ＳＴ１）。ここでは、まず図３（ｂ）に示す第１エリアＡ１にセットする。次いで、プレート治具３’の認識マーク３ｂを順次撮像して位置を検出する（ＳＴ２）。そして検出された各認識マークの位置に基づいて各認識マーク３ｂの位置におけるカメラの光学座標系の位置ずれ量（前述の（Δｘｎ，Δｙｎ））を示す位置ずれデータが求められる。この位置ずれデータは記憶部に記憶される（ＳＴ３）。次に、搭載エリアＡの全範囲について位置測定が完了したか否かが判断され（ＳＴ４）、測定未完であれば治具プレート３’を次の測定位置に移動させる（ＳＴ５）。そしてＳＴ１に戻って同様の撮像、位置認識が繰り返される。
【００１９】
ここで、プレート治具３’を搭載エリアＡ内で順次移動させて撮像する際には、第２のエリアＡ２は第１のエリアＡ１と部分的に所定の重畳範囲ＬＺだけ重畳するように移動位置が設定される。すなわち、撮像範囲を部分的に重畳させることにより、重畳範囲ＬＺについては第１のエリアＡ１から第２のエリアＡ２への移動前と移動後の２回撮像される。
【００２０】
ＳＴ４にて搭載エリアＡの全範囲について測定が完了していれば、すなわち、第１のエリアＡ１、第２のエリアＡ２および第３のエリアＡ３の測定がすべて完了したならば、各測定位置における位置ずれデータを合成して搭載エリアＡの全範囲についての位置ずれ量を求める（ＳＴ６）。
【００２１】
この位置ずれデータの合成処理について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、プレート治具３’の移動前と移動後の重畳範囲ＬＺを示したものである。移動前の状態では、プレート治具３’の基準マークのうち、最右列の認識マーク列Ｌ１に属する認識マーク３ｂ（実線で示す）が重畳範囲ＬＺ内に位置しており、この状態でカメラ８により認識される。そしてプレート治具３’の移動後には、重畳範囲ＬＺには基準マークのうち、最左列の認識マーク列Ｌ２に属する認識マーク（破線で示す）３ｂが重畳範囲ＬＺ内に位置しており、同様にこの状態でカメラにより撮像される。
【００２２】
プレート治具３’の移動に際しては、移動後の最左列の認識マーク列Ｌ２に属する認識マーク３ｂが移動前の最右列の認識マーク列Ｌ１に属する認識マーク３ｂに一致するように移動が行われるとは限らず、図５（ａ）に示すように一般に認識マーク列Ｌ１と認識マーク列Ｌ２とは一致しない。すなわち、この状態で求められた重畳範囲ＬＺ内の認識マーク３ｂの位置認識結果は、第１のエリアＡ１から第２のエリアＡ２への移動前と移動後の２つの異なる位置ずれデータとして与えられる。
【００２３】
そしてこの２つの位置ずれデータ間の差異が、プレート治具３’の移動に起因する位置ずれ検出誤差となる。言い換えれば、同一のプレート治具３’を第１のエリアＡ１にセットした状態で得られた各認識マークについての位置ずれデータと、第２のエリアＡ２にセットした状態で得られた各認識マークについての位置ずれデータとの間には、すべての個別の位置ずれ量について前述の差異が存在する。
【００２４】
ところが、キャリブレーションの目的は搭載エリアＡ内の全範囲について各位置に固有の位置ずれ量を求めるものであるため、搭載エリアＡを分割してプレート治具３’を移動させて得られた位置ずれデータ群相互の間の差異を除去する必要がある。この目的で行われるデータ変換処理について説明する。このデータ変換処理は、図５（ａ）に示す認識マーク列Ｌ１に属する認識マークについてプレート治具３’の移動前に求められた位置ずれデータと、認識マーク列Ｌ２について移動後に求められた位置ずれデータが、数値データ上で同一値となるように重ね合わせるデータ変換処理を行うものである。
【００２５】
図５（ｂ）はこのデータ変換処理を図式的に表したものである。図５（ｂ）において、認識マーク列Ｌ１上の黒点および認識マーク列Ｌ２上の白点はそれぞれ各位置における位置ずれを示すデータ点であり、各データ点には当該位置の認識マーク３ｂの位置を検出することにより求められた位置ずれ量（Δｘｎ，Δｙｎ）が対応している。データ変換に際して、まず図５（ｂ）に示すように、認識マーク列Ｌ１に属する最下位置の認識マークの位置ずれを示すデータ点Ｐ１と、認識マーク列Ｌ２に属する最下位置の認識マークの位置ずれを示すデータ点Ｐ２との差異を示す誤差データｌｘ，ｌｙを求める。
【００２６】
次いで、第２のエリアＡ２において求められたすべての位置ずれ量（Δｘｎ，Δｙｎ）のデータについて、前記誤差データｌｘ，ｌｙだけ補正する。すなわち、図５（ｂ）の（イ）に示すように、データ点Ｐ２がデータ点Ｐ１に重なるように数値データの平行移動を行う。なお、ここでは、それぞれの認識マーク列Ｌ１、Ｌ２の最下位置のデータ点Ｐ１，Ｐ２との差異を誤差データとして用いているが、認識マーク列Ｌ１，Ｌ２のすべての対応するデータ点についてそれぞれ差異を求め、その平均値を誤差データとして用いるようにしてもよい。
【００２７】
これにより、図５（ｂ）の（ロ）に示すように、データ点Ｐ２はデータ点Ｐ１に重ね合わされる。次いで、認識マーク列Ｌ１と認識マーク列に属するすべてのデータ点を重ね合わせるためのデータ変換処理を行う。ここでは、図５（ｂ）の（ロ）に示すように、認識マーク列Ｌ１，Ｌ２の交角θを求め、第２のエリアＡ２において求められたすべての位置ずれ量（Δｘｎ，Δｙｎ）のデータについて、点Ｐ１を中心にしてθだけ回転させるデータ変換を行う。
【００２８】
このデータ変換処理により、図５（Ｃ）に示すように、プレート治具３’の最右列Ｌ１に属する認識マークについてプレート治具３’の移動前に求められた位置ずれデータと、最左列Ｌ２について移動後に求められた位置ずれデータが、数値データ上で同一値となるように重ね合わせられ、プレート治具３’の移動前と移動後に別個に求められた各認識マークについての２つの位置ずれデータを、１つのプレート治具を用いて求めた場合と同様の位置ずれデータに合成することが出来る。すなわち、移動前および移動後にそれぞれ求められた複数の位置ずれデータに基づいて、移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正して、１つの位置ずれデータを得る。
【００２９】
なお本実施の形態では、重畳範囲ＬＺに認識マーク列ＬがＬ１又はＬ２の１列のみ含まれている例について説明したが、重畳範囲ＬＺに複数の認識マーク列が含まれるように範囲設定を行ってもよい。この場合には、対応する各認識マーク列間の差異の平均値を求め、この平均値によって上述のデータ変換を行う。
【００３０】
そして、第２のエリアＡ２について得られた位置ずれデータと第３のエリアについて得られた位置ずれデータについても、同様のデータ変換処理を行う。この結果、搭載エリアＡの全範囲にわたって、プレート治具３’の各認識マーク３ｂに対応する位置におけるカメラ８の光学座標系の位置ずれ量を示す位置ずれデータが得られたことになる。
【００３１】
再び図４に戻り、上記により求められた位置ずれデータを実装時の位置補正量として記憶させる（ＳＴ７）。そして電子部品の実装動作において搭載ヘッド７によって電子部品を基板に搭載する際には、この位置補正量を加味して移動テーブル４の駆動軸が制御される。
【００３２】
上記説明したように、本発明によれば移動テーブル４の位置ずれ測定を目的としたキャリブレーションにおいて、必要とする搭載エリアＡの約３分の１のサイズのプレート治具３’を用いて、十分な精度を有するキャリブレーションを行うことができる。すなわち、大型サイズの基板に対応した搭載エリアＡを対象とする場合においても、プレート治具３’はその都度準備する必要がなく、基準サイズのプレート治具を順次移動させることにより、汎用的に使用することができる。したがって、高価格の大型のプレート治具を準備する必要がなく、コスト削減を図ることができるとともに、小サイズのプレート治具はハンドリングが容易であるため、キャリブレーション作業を作業性よく効率的に行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を移動させて撮像する際に、撮像範囲を部分的に重畳させてこの重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正するようにしたので、搭載エリアよりも小さいプレート治具によって搭載エリア内の全範囲をカバーすることができ、高価格の大型プレート治具を準備する必要がなくコスト低減が図れるとともに、作業時のハンドリングを容易にして作業を効率化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の基板認識用画像図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の搭載エリアの平面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の搭載エリアの平面図
【図４】本発明の一実施の形態のＸＹテーブル位置ずれ測定のフロー図
【図５】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図
（ｃ）本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図
【符号の説明】
３ 基板
３’ プレート治具
３ｂ 認識マーク
４ 移動テーブル
７ 搭載ヘッド
８ カメラ
Ａ 搭載エリア
Ｌ１、Ｌ２ 認識マーク列

Claims (1)

1. 電子部品が実装される基板を基板認識用のカメラで認識し、電子部品をピックアップした搭載ヘッドをこの認識結果に基づいて前記基板に対して相対的に位置決めして前記電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法であって、前記搭載ヘッドによる搭載エリアに載置された計測用のプレート治具を撮像して、所定格子点毎に制御データ上の前記カメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量を検出する位置ずれ検出工程と、前記位置ずれ量を補正して電子部品を基板に搭載する工程とを含み、前記位置ずれ検出工程において、前記搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を搭載エリア内で順次移動させて撮像する際に撮像範囲を部分的に重畳させ、この重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正することを特徴とする電子部品の実装方法。

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