JP3709800B2

JP3709800B2 - 実装機およびその部品装着方法

Info

Publication number: JP3709800B2
Application number: JP2001072689A
Authority: JP
Inventors: 益義宝田; 大作久郷
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: KR100447310B1; CN1189071C; KR20020073274A; JP2002271098A; CN1376026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は実装機およびその部品装着方法、特に高速実装を可能とする実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市販されているＸ−Ｙロボットタイプの実装機の場合、エンボスキャリアテープもしくはエンボスパレット等のラフな位置精度を持つ部品供給部から部品を１個ずつ吸着し、画像認識によって部品の位置，姿勢を検出した後、検出された補正量に従ってＸ，Ｙ，θ軸への補正値をフィードバックしながらプリント基板などに装着している。このように１個ずつ部品を供給位置から吸着し、位置補正を行った後、装着位置へ装着する方法（ワンバイワン方式）では、装置の移動時間が長く、実装効率が悪い。
【０００３】
一方、部品を真空吸着する複数のヘッドを所定ピッチで設けたマルチヘッドを用い、供給位置から複数の部品を吸着して装着位置へ装着するマルチヘッドタイプの実装機も提案されている。
図１に４個のヘッドを有するマルチヘッドタイプの実装機の動作を示す。
まず、供給位置に配置された４個の部品を同時に吸着し（ステップＳ１）、吸着したままマルチヘッドを撮像装置方向へ移動させる（ステップＳ２）。ここで部品の画像を撮影し、画像認識を行う（ステップＳ３）。画像認識によって、各部品のＸ，Ｙ，θ軸の位置補正量を算出する。次に、マルチヘッドを装着位置方向へ移動させ（ステップＳ４）、第１番目のヘッドのＸ，Ｙ，θ軸の位置を補正しながら装着位置へ部品を装着し（ステップＳ５）、その後、第２〜第４番目のヘッドもそのＸ，Ｙ，θ軸の位置を補正しながら順に装着位置へ部品を装着する（ステップＳ６〜Ｓ８）。その後、再びマルチヘッドを供給位置へ移動させ、同様の動作を繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにマルチヘッドタイプの実装機の場合には、ワンバイワン方式の実装機に比べて、移動時間は短くできるものの、マルチヘッド中の１ヘッド毎にＸ，Ｙ，θ軸への補正を行いながら装着しているため、装着時間はヘッド数にほぼ比例して増加し、実装効率はさほど改善されない。
【０００５】
ところで、プリント基板などに部品を実装する場合、実装側のマウントピッチがヘッドピッチの公約数であって、かつ所定の精度が確保されれば、多少の位置ずれを許容できる場合がある。しかしながら、従来のマルチヘッドタイプの実装方式では常に１個ずつ部品の位置を補正するので、実装時間の短縮に結びつかない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ヘッド別実装時間を短縮し、全体として高速で実装可能な実装機およびその部品装着方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１および３に記載の発明によって達成される。
請求項１に係る発明は、部品を真空吸着する複数のヘッドを所定ピッチで設け、各ヘッドを個別に上下に昇降させるＺ軸作動機構を有するマルチヘッドと、マルチヘッドを少なくとも供給位置と装着位置との間でＸ，Ｙ軸方向に作動させる作動機構と、供給位置で複数の部品を上記ヘッドピッチとほぼ一致するように配列する手段と、供給位置からマルチヘッドにより吸着された複数の部品を撮影する手段と、上記撮影された各部品の画像を認識し、各部品の位置ずれを検出する手段と、各部品の位置ずれを許容値と比較し、全ての部品の位置ずれが許容値内であれば、装着位置へ一括して部品を装着し、何れかの部品の位置ずれが許容値外であれば、許容値内の部品を装着位置へ一括して装着するとともに、許容値外の部品の位置を個別に補正して装着位置へ装着するようマルチヘッドを制御する手段と、を備えたことを特徴とする実装機を提供する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、部品を真空吸着する複数のヘッドを所定ピッチで設けたマルチヘッドを備え、供給位置から複数の部品を吸着して装着位置へ装着する実装機において、供給位置に複数の部品を上記ヘッドピッチとほぼ一致するように配列する工程と、供給位置でマルチヘッドにより複数の部品を同時に吸着する工程と、マルチヘッドに吸着された各部品の画像を認識し、各部品の位置ずれを検出する工程と、各部品の位置ずれを許容値と比較する工程と、マルチヘッドで吸着された全ての部品の位置ずれが許容値内であれば、装着位置へ一括して部品を装着する工程と、マルチヘッドで吸着された何れかの部品の位置ずれが許容値外であれば、許容値内の部品を装着位置へ一括して装着するとともに、許容値外の部品の位置を個別に補正して装着位置へ装着する工程と、を備えた実装機の部品装着方法を提供する。
【０００９】
本発明による実装機の部品装着方法は次の通りである。
まず、供給位置に複数の部品を上記ヘッドピッチとほぼ一致するように配列する。供給手段としては、例えば搬送トレーのように所定ピッチ間隔で部品を収容する収容部を備えた治具であってもよく、あるいは位置決め機構を有する装置であってもよい。要するに、個々の部品のピッチがマルチヘッドのヘッドピッチとほぼ同一になるように配列してあればよい。
次に、マルチヘッドを供給位置へ移動させ、複数の部品を同時に吸着する。複数の部品を吸着したマルチヘッドはカメラなどの撮像装置の前を通過し、ここで各部品の画像を認識して各部品の位置ずれを算出する。位置ずれとしては、例えば各部品の重心位置と各ヘッドの中心位置との差や、各部品の重心位置とその平均値との差から求めることができる。
次に、上記のようにして求めた位置ずれを許容値と比較する。この許容値は、マルチヘッドをＸ，Ｙあるいはθ軸方向に作動させる作動機構の機械的な誤差、装着位置にあるプリント基板などの実装誤差などに基づいて決定される。位置ずれが許容値内であれば、マルチヘッドに吸着された複数の部品を一括して装着位置へ装着する。なお、本発明は実装側のマウントピッチがヘッドピッチの公約数である場合に限られる。
一方、マルチヘッドで吸着された何れかの部品の位置ずれが許容値外であれば、許容値内の部品を装着位置へ一括して装着するとともに、許容値外の部品の位置を個別に補正して装着位置へ装着する。
【００１０】
このように、本発明ではマルチヘッドに吸着された複数の部品の位置ずれが少ない場合には、一括して装着するので、従来のようなワンバイワンの装着方式や、マルチヘッドタイプでかつ１個ずつ補正して装着する方式に比べて、装着時間を短縮でき、実装効率を格段に向上させることができる。
また、供給位置における部品のピッチにずれがある場合や、マルチヘッドで部品を真空吸着する時にずれが発生した場合には、何れかの部品の位置ずれが許容値外になることがあるが、この場合でも、位置ずれが許容値内の部品については一括して装着できるので、１個ずつ補正して装着する方式に比べて装着時間を短縮できる。
【００１１】
請求項２および４のように、供給位置で複数の部品をヘッドピッチとほぼ一致するように配列する手段として、直交する２つの面を持ち、これら面を複数の部品の２つの側面に当接させ、複数の部品の位置をヘッドピッチと同一ピッチに矯正するプリセンタを用いるのがよい。
すなわち、供給位置では、個々の部品のピッチがマルチヘッドのヘッドピッチとほぼ同一になるように予め配列されるが、エンボスキャリアテープやエンボスパレットなどのような治具では、その位置精度がラフであり、そのまま吸着すると、位置ずれが大きく、一括装着しにくいことがある。そこで、供給位置にプリセンタを設け、プリセンタによって複数の部品の位置をヘッドピッチと一致するように矯正する。この工程は、部品間のピッチを矯正するのであって、個々の部品の絶対位置を矯正するのではない。なぜなら、部品全体のずれは、装着位置でマルチヘッドの位置を補正すれば解消できるからである。上記のようにプリセンタによって予め複数の部品のピッチ間隔を矯正しておけば、個々の部品間の位置ずれが少なく、一括装着が容易である。
【００１２】
請求項５のように、位置ずれは、各部品の重心位置の平均値と各部品の重心位置との差から求めるのがよい。
位置ずれの検出方法は種々の方法が考えられるが、重心法を用いると、公知のソフトウエアを用いて簡単にずれ量を演算処理できる。また、各重心位置とその平均値との差からずれ量を求めれば、各部品の相対的なずれを検出でき、相対的なずれが少なければ、平均値自身のずれはマルチヘッドを補正することで簡単に補正できるので、補正が簡単になる。
【００１３】
請求項６のように、マルチヘッドで吸着された部品のうち、複数の部品の重心位置の平均値とこれら部品の重心位置との差が許容値内である場合に、マルチヘッドを許容値内の各部品の重心位置の平均値分だけ補正して装着位置へ一括して装着するのがよい。
すなわち、マルチヘッドで吸着された部品のうち、複数の部品の位置ずれ（重心位置の平均値と各重心位置との差）が許容値内である場合に、これら複数の部品をそのまま一括して装着してもよいが、重心位置の平均値が目標とする装着位置からずれていると、その分だけ一括装着した部品の全てが目標位置からずれてしまう。そこで、一括装着される部品の重心位置の平均値分だけマルチヘッドの位置を補正して装着すれば、１回の補正動作で目標とする装着位置へ高い精度で近づけることができる。
請求項６の方法は、請求項４のように供給位置で予め部品間のピッチを矯正した後で行うのがよい。つまり、供給位置で各部品間のピッチばらつきを解消した上で、全体の位置のずれ量をマルチヘッドの位置補正によって解消すれば、全ての部品を目標位置へ高精度に装着できるからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図２は本発明にかかる実装機の一例を示す。
この実施例の実装機は、４本の吸着ヘッド１ａ〜１ｄを一定ピッチＰｈで一列に設けたマルチヘッド１を備えたものであり、各吸着ヘッド１ａ〜１ｄはその先端で部品を１個ずつ吸着できるように、図示しない真空吸引装置と接続されている。マルチヘッド１には、４本の吸着ヘッド１ａ〜１ｄを上下方向（Ｚ軸方向）に個別に昇降させるＺ軸作動機構（図示せず）と、４本の吸着ヘッド１ａ〜１ｄを回転方向（θ軸方向）に個別に回転させるθ軸作動機構（図示せず）とが内蔵されている。
【００１５】
マルチヘッド１はＸＹロボット２に搭載されている。すなわち、ＸＹロボット２はＹ軸作動機構３およびＸ軸作動機構４を備えており、マルチヘッド１はＹ軸作動機構３によってＹ軸方向に移動可能に支持され、Ｙ軸作動機構３はＸ軸作動機構４によってＸ軸方向に移動可能に支持されている。したがって、マルチヘッド１はＸ−Ｙ方向の任意の位置へ移動できる。上記Ｚ軸作動機構、θ軸作動機構、Ｙ軸作動機構３およびＸ軸作動機構４はコンピュータなどの制御装置５によって制御される。
【００１６】
６はエンボスキャリアテープであり、矢印方向に間欠的に搬送される。キャリアテープ６のエンボス部６ａには１個ずつ部品Ｗが収容されている。なお、部品を供給する手段としては、キャリアテープ６に限らない。
【００１７】
７はプリセンタステージであり、キャリアテープ６のエンボス部６ａから吸引された４個の部品Ｗがこのステージ７上に移載される。ステージ７上には、図３に示すように、４個の凹部８ａが一定ピッチＰ１で形成された位置決め用プレート８が水平方向にスライド自在に設けられている。凹部８ａの内面には、各部品Ｗの２つの側面に当接する直交する２つの面８ａ１，８ａ２が形成されている。上記凹部８ａのピッチＰ１は吸着ヘッド１ａ〜１ｄのヘッドピッチＰｈに等しい。図３の（ａ）はステージ７上であってかつプレート８の凹部８ａ内に部品Ｗを載置した状態を示し、その時の部品Ｗ間のＹ軸方向のピッチＰ２は一定しておらず、Ｘ軸方向にもずれが生じている。ここで、プレート８を矢印Ｋ方向にスライドさせ、４個の部品Ｗをプレート８の凹部８ａの直角な２面８ａ１，８ａ２に当接させると、図３の（ｂ）のように４個の部品ＷのＹ軸方向のピッチＰ１がヘッドピッチＰｈに等しくなり、かつＸ軸方向のずれも解消される。なお、θ軸方向のずれも同時に解消される。プレート８をスライドさせる作動機構は制御装置５によって制御される。
【００１８】
９はヘッド１ａ〜１ｄに吸着された部品Ｗを１個ずつ撮影するＣＣＤカメラなどの撮像装置である。撮像装置９で撮像されたデータは制御装置５へ送られ、各部品Ｗの重心位置（Ｘ，Ｙ座標）が演算される。
【００１９】
１０は実装ステージであり、このステージ１０上にはプリント基板１１が一定位置に保持されている。プリント基板１１に実装される部品ＷのマウントピッチＰｍは、マルチヘッド１のヘッドピッチＰｈの公約数に設定されている。
【００２０】
次に、上記構成よりなる実装機の動作、つまりキャリアテープ６から部品Ｗを取り出し、プリセンタステージ７で位置合わせした上で撮像し、プリント基板１１に実装する工程について、図４を参照して説明する。
まず、マルチヘッド１をキャリアテープ６上へ移動させ、キャリアテープ６から４個の部品Ｗを吸着する（ステップＳ１０）。吸着した後、プリセンタステージ７上へ移動させる（ステップＳ１１）。プリセンタステージ７上で４個の部品Ｗをプレート８の凹部８ａ内に移動させる。ここで、図３に示すようにプレート８を斜め方向へスライドさせ、４個の部品Ｗの位置合わせを行う（ステップＳ１２）。つまり、４個の部品Ｗの相互のピッチＰ１をヘッドピッチＰｈに一致させる。なお、位置合わせ動作は、ヘッド１ａ〜１ｄの真空吸引を停止して部品Ｗをプリセンタステージ７上に載置した状態で行ってもよいし、部品Ｗを吸着した状態のまま行ってもよい。
上記説明では、マルチヘッド１でキャリアテープ６から４個の部品Ｗを吸着してプリセンタステージ７上へ運ぶようにしたが、マルチヘッド１とは別の移載手段を用いてもよい。
【００２１】
相互のピッチがヘッドピッチＰｈと等しくなった４個の部品Ｗを、マルチヘッド１で吸着して撮像装置９方向へ移動させ（ステップＳ１３）、撮像装置９の上で各部品Ｗの画像を１個ずつ撮影する（ステップＳ１４）。撮影データは制御装置５へ送られ、４個の部品Ｗのそれぞれの重心位置（Ｘ，Ｙ座標位置）を求める（ステップＳ１５）。これら重心位置から、その平均値を求め（ステップＳ１６）、平均値と４個の部品の重心位置との差（ずれ量）を求める（ステップＳ１７）。
例えば、４個の部品Ｗのそれぞれの重心位置を（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ），（Ｘ₂ ，Ｙ₂ ），（Ｘ₃ ，Ｙ₃ ），（Ｘ₄ ，Ｙ₄ ）とすると、平均値（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）は次式で与えられる。
【００２２】
【数１】

したがって、各部品のずれ量は次式のようになる。
（Ｘ₀ −Ｘ₁ ，Ｙ₀ −Ｙ₁ ）
（Ｘ₀ −Ｘ₂ ，Ｙ₀ −Ｙ₂ ）
（Ｘ₀ −Ｘ₃ ，Ｙ₀ −Ｙ₃ ）
（Ｘ₀ −Ｘ₄ ，Ｙ₀ −Ｙ₄ ）
【００２３】
上記のようにして求めた差（ずれ量）を許容値と比較する（ステップＳ１８）。この許容値は、Ｙ軸作動機構３、Ｘ軸作動機構４の作動誤差、ヘッドピッチＰｈの寸法誤差、実装されるプリント基板１１の許容誤差などに基づいて決定される。
もし、４個全てのずれ量が許容値内であれば、平均値（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）と目標値（Ｘr ，Ｙr）の差分だけマルチヘッド１の位置を補正し、プリント基板１１の目標位置へ４個の部品Ｗを一括して装着する（ステップＳ１９）。４個の部品Ｗの相対位置はステップＳ１２である程度の精度が確保されているので、マルチヘッド１の位置を補正するだけで、４個の部品Ｗの位置精度が保障され、一括して装着できる。
【００２４】
もし、何れかの部品Ｗのずれ量が許容値外であれば、平均値（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）から最も外れた部品Ｗを除外し（ステップＳ２０）、残りの３個の部品Ｗの重心位置の平均値を求める（ステップＳ２１）。そして、平均値と３個の部品の重心位置との差（ずれ量）を求める（ステップＳ２２）。そして、求めたずれ量を許容値とを比較し（ステップＳ２３）、３個の部品Ｗのずれ量が許容値内であれば、その平均値と目標値（Ｘr ，Ｙr）の差分だけマルチヘッド１の位置を補正し、プリント基板１１の目標位置へ３個の部品Ｗを一括して装着する（ステップＳ２４）。そして、除外された部品Ｗについては、マルチヘッド１の個々のヘッドをＸ，Ｙ方向に移動させて個別に位置補正し、装着する（ステップＳ２５）。
もし、ステップＳ２３の判定において、３個の部品の何れかのずれ量が許容値外であれば、ステップＳ２０〜ステップＳ２５と同様の処理を行えばよい。
【００２５】
プリセンタステージ７での位置合わせ（ステップＳ１２）が所定の精度を持つ限り、ステップＳ１８の判定で何れかの部品Ｗのずれ量が許容値外となることは殆どなく、通常は４個全ての部品を一括して装着できる。換言すれば、ステップＳ２０以後の処理を行うのは、プリセンタステージ７での位置合わせが不十分である場合か、あるいは何らかの原因でマルチヘッド１の移動中に位置ずれが発生した場合である。
したがって、従来のようなワンバイワン装着方式やマルチヘッドタイプでかつ１個ずつ補正して装着する方式に比べて、格段に作業効率を向上させることができる。
【００２６】
上記実施例では、複数の部品を吸着する工程の前に、プリセンタによって部品ピッチをヘッドピッチと同一ピッチに矯正するようにしたが、部品を供給する手段として、予め所定のピッチ精度を有する治具（例えば搬送トレー）を使用すれば、プリセンタによる部品ピッチの矯正（位置合わせ）作業を省略することも可能である。
【００２７】
上記実施例では、各部品Ｗの回転方向（θ軸）の位置補正については説明を省略した。回転方向の位置は、プリセンタステージ７である程度の精度が確保されるので、θ軸補正を行わなくても済むからである。
しかし、マルチヘッド１の移動中の振動などによって部品Ｗのθ軸のずれが発生した場合には、これを画像認識により検出し、θ軸のずれを個々のヘッド１ａ〜１ｄを回転させることで修正してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１，３に記載の発明によれば、マルチヘッドに吸着された複数の部品の位置ずれが許容値内である場合には、一括して装着するので、従来のようなワンバイワンの装着方式や、マルチヘッドタイプでかつ１個ずつ補正して装着する方式に比べて、装着時間を短縮でき、実装効率を格段に向上させることができる。
また、マルチヘッドに吸着された何れかの部品の位置ずれが許容値外になる場合でも、位置ずれが許容値内の部品については一括して装着できるので、１個ずつ補正して装着する方式に比べて装着時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマルチヘッドタイプにおける実装動作を示すフローチャート図である。
【図２】本発明に係る実装機の一例の全体斜視図である。
【図３】プリセンタの動作説明図である。
【図４】本発明に係る部品装着方法の一例のフローチャート図である。
【符号の説明】
Ｗ部品
１マルチヘッド
１ａ〜１ｄヘッド
２Ｘ−Ｙロボット
５制御装置
７プリセンタステージ
９撮像装置
１０実装ステージ

Claims

部品を真空吸着する複数のヘッドを所定ピッチで設け、各ヘッドを個別に上下に昇降させるＺ軸作動機構を有するマルチヘッドと、
マルチヘッドを少なくとも供給位置と装着位置との間でＸ，Ｙ軸方向に作動させる作動機構と、
供給位置で複数の部品を上記ヘッドピッチとほぼ一致するように配列する手段と、
供給位置からマルチヘッドにより吸着された複数の部品を撮影する手段と、
上記撮影された各部品の画像を認識し、各部品の位置ずれを検出する手段と、
各部品の位置ずれを許容値と比較し、全ての部品の位置ずれが許容値内であれば、装着位置へ一括して部品を装着し、何れかの部品の位置ずれが許容値外であれば、許容値内の部品を装着位置へ一括して装着するとともに、許容値外の部品の位置を個別に補正して装着位置へ装着するようマルチヘッドを制御する手段と、を備えたことを特徴とする実装機。
上記配列手段は、直交する２つの面を持ち、これら面を複数の部品の２つの側面に当接させ、複数の部品の位置をヘッドピッチと同一ピッチに矯正するプリセンタであることを特徴とする請求項１に記載の実装機。
部品を真空吸着する複数のヘッドを所定ピッチで設けたマルチヘッドを備え、供給位置から複数の部品を吸着して装着位置へ装着する実装機において、
供給位置に複数の部品を上記ヘッドピッチとほぼ一致するように配列する工程と、
供給位置でマルチヘッドにより複数の部品を同時に吸着する工程と、
マルチヘッドに吸着された各部品の画像を認識し、各部品の位置ずれを検出する工程と、
各部品の位置ずれを許容値と比較する工程と、
マルチヘッドで吸着された全ての部品の位置ずれが許容値内であれば、装着位置へ一括して部品を装着する工程と、
マルチヘッドで吸着された何れかの部品の位置ずれが許容値外であれば、許容値内の部品を装着位置へ一括して装着するとともに、許容値外の部品の位置を個別に補正して装着位置へ装着する工程と、を備えた実装機の部品装着方法。
上記マルチヘッドにより複数の部品を同時に吸着する工程の前に、供給位置でプリセンタの直交する２面を複数の部品の２つの側面に当接させ複数の部品の位置をヘッドピッチと同一ピッチに矯正する工程を設けたことを特徴とする請求項３に記載の実装機の部品装着方法。
上記位置ずれは、各部品の重心位置の平均値と各部品の重心位置との差から求められることを特徴とする請求項３または４に記載の実装機の部品装着方法。
上記マルチヘッドで吸着された部品のうち、複数の部品の重心位置の平均値とこれら部品の重心位置との差が許容値内である場合に、マルチヘッドを許容値内の各部品の重心位置の平均値分だけ補正して装着位置へ一括して装着することを特徴とする請求項５に記載の実装機の部品装着方法。