JP3807154B2 - 電子部品の実装方法および位置認識用の標体 - Google Patents

電子部品の実装方法および位置認識用の標体 Download PDF

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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および位置認識用の標体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と搭載ヘッドによる実際の搭載点とは必ずしも制御データ上で示される相対的位置関係にあるとは限らず、種々の要因により位置ずれを生じる。例えば搭載ヘッドが基板認識用のカメラと同一移動手段によって一体的に移動するような場合にあっても、機械的取り付け誤差や、搭載ヘッドの上下動に起因する誤差などによって制御データ上での搭載位置と実際の搭載点とは一致しない。このため、実装装置の立ち上げ時、搭載ヘッドやカメラ取り付け部分の分解・再装着時などには、この位置ずれ量を実際に測定して位置ずれ補正値を求めるキャリブレーション作業を行う必要がある。
【0004】
このキャリブレーションでは、搭載ヘッドによって実際に搭載動作を行わせ、この搭載点をカメラで認識することにより、制御データ上の位置と実際の搭載点との位置ずれを検出することが行われる。従来この搭載点を検出する方法として、搭載ヘッドのノズルによって基板などの測定平面上に打痕を印加し、この打痕をカメラで検出する方法などが用いられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法ではカメラによって打痕を明瞭に認識することが難しく、作業者が撮像画面上で打痕の位置を観察しながらその位置をティーチしなければならなかった。このため、位置検出精度が確保されないとともに作業効率が非常に低いという問題点があった。
【0006】
そこで本発明は、高精度で搭載点の位置を検出でき、高能率のキャリブレーション作業が行える電子部品の実装方法および位置認識用の標体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、電子部品を搭載ヘッドの吸着ノズルによってピックアップして基板に搭載する電子部品の実装方法であって、制御データ上の搭載位置と前記搭載ヘッドによる実際の搭載点との位置ずれ量を電子部品実装装置が備えた画像認識手段によって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実装する工程とを含み、前記位置ずれ検出工程において、前記吸着ノズルの下端部に吸着面を吸着させた位置認識用の標体を測定平面上に搭載し、この標体を前記画像認識手段によって認識することにより前記位置ずれを検出するものであり、前記吸着面は回転対称形状の曲面を有する
【0009】
請求項記載の電子部品の実装方法は、請求項1記載の電子部品の実装方法であって、前記位置ずれ検出工程において、前記吸着ノズルに吸着された状態の前記標体を下方から認識する工程を含むようにした。
【0010】
請求項記載の位置認識用の標体は、電子部品実装装置において制御データ上の搭載位置と前記搭載ヘッドによる実際の搭載点との位置ずれ量を電子部品実装装置が備えた画像認識手段によって検出する位置ずれ検出に使用される位置認識用の標体であって、測定平面に当接する平らな底面と、搭載ヘッドの吸着ノズルの下端部に当接して吸着される吸着面とを備え、前記搭載ヘッドによって測定平面上に搭載された状態の標体の中心位置は前記画像認識手段で認識することにより検出可能であり、前記吸着面は、回転対称形状の曲面を有する。
【0012】
各請求項記載の発明によれば、制御データ上の搭載位置と搭載ヘッドによる実際の搭載点との位置ずれ量を電子部品実装装置が備えた画像認識手段によって検出する位置ずれ検出工程において、搭載ヘッドの吸着ノズルに吸着させた位置認識用の標体を測定平面上に搭載し、この標体を前記画像認識手段によって認識することにより、高精度で効率よく位置ずれを検出することができる。
【0013】
【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は同電子部品実装装置の搭載ヘッドの正面図、図3(a)は同電子部品実装装置の吸着ノズルの部分拡大図、図3(b)は同位置認識用ターゲット部品の画像図、図4は同電子部品実装方法における位置ずれ検出のフロー図、図5(a),(b),(c)は同位置認識用のターゲット部品の装着動作の説明図、図6(a),(b),(c)は同電子部品実装方法における位置ずれ検出の説明図である。
【0014】
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。
【0015】
移動プレート6aには第1のカメラ8が装着されており、第1のカメラ8は搭載ヘッド7と一体的に移動する。移動テーブル4を駆動して第1のカメラ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を第1のカメラ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。
【0016】
搭載ヘッド7の移動経路の下方には第2のカメラ9が配設されている。図2に示すように、第2のカメラ9は電子部品認識用のカメラであり、搭載ヘッド7の吸着ノズル7aに保持された状態の電子部品Pを撮像し位置を検出する。これにより、電子部品Pが吸着ノズル7aに吸着された状態での位置ずれを検出することができる。この電子部品の位置ずれは基板の位置ずれとともに電子部品の搭載時に補正される。
【0017】
次に電子部品実装装置のキャリブレーション作業について説明する。このキャリブレーション作業は、電子部品実装装置の立ち上げ時や、第1のカメラ8や搭載ヘッド7の再装着を伴う段取り替え作業後など、第1のカメラ8の光学座標系と搭載ヘッド7による搭載点との相対的位置関係を検出する必要がある場合に行われるものである。
【0018】
このキャリブレーション作業は、搭載ヘッド7に実際の搭載動作を行わせ、この搭載点を第1のカメラ8によって撮像して搭載点の位置を認識するものである。本実施の形態では、この搭載点の位置認識用に図3に示すようなターゲット部品を用い、測定平面としての基板3上にこのターゲット部品10を搭載する。図3(a)に示すように、吸着ノズル7aの下端部には位置認識用の標体であるターゲット部品10が吸着により保持されている。
【0019】
ここで、ターゲット部品10は半球状の小型部品であり、吸着ノズル7aの下端部に当接して吸着される吸着面としての曲面10aを備えている。また、ターゲット部材10の底面10bは平面状となっており、後述するように吸着ノズル7aによって平面上に載置されることにより、ターゲット部品10の中心線CLが吸着ノズル7aの軸線と一致するセルフアライメント作用が得られるようになっている。
【0020】
ターゲット部品10はアルミなど光沢を有する材質で製作されている。図3(b)の画像図に示すように、ターゲット部品10を上方から撮像したときのターゲット部品の画像10’には中心位置周辺に光沢部10’cが現れる。この光沢部10’cを認識することにより、ターゲット部品10の中心位置を検出することができる。これにより、制御データ上での搭載位置と実際の搭載点との相対的位置関係を画像認識手段である第1のカメラ8によって認識して検出することができる。ターゲット部品10の設計に際しては、この位置認識が正しく行えるよう、材質・形状が設定される。
【0021】
なお、ターゲット部品10の形状としては、吸着ノズル7aの下端部に沿ってならう曲面形状の吸着面を有するものであれば、半球形状以外にも円錐形状や、紡錘体などの回転対称形状のものを用いることができる。さらに本実施の形態では、ターゲット部品10として光沢を有する材質を用いているが、光沢のない材質を用いることもできる。例えば、基板側を明るく照明した条件で光沢のないターゲット部品を撮像し、ターゲット部品の外形を認識したり、あるいは基板側から光を照射し(バックライト等)、ターゲット部品をシルエットとして認識するようにしてもよい。
【0022】
以下、各図を参照しながら図4のフローに沿って位置ずれ検出について説明する。まず、図5(a)に示すように、ターゲット部品10を手指やツールなどを用いて把持し、吸着面を搭載ヘッド7の吸着ノズル7aの下端部に吸着させる(ST1)。このとき、ターゲット部品10の姿勢が傾いていても構わない。次に搭載ヘッド7を下降させ、基板3上にターゲット部品10を一旦置く(ST2)。この下降動作時においてターゲット部品10の底面が基板3に着地する際に吸着面がノズル7aの下端部に沿ってならうため、着地完了時にはターゲット部品10は基板3上に正しい姿勢で置かれる。
【0023】
この後吸着ノズル7aによりターゲット部品10を再び吸着して吸着ノズル7aを上昇させる(ST3)。これにより、図5(c)に示すようにターゲット部品10は吸着ノズル7aの下端部に正しい姿勢で保持される。この状態では、ターゲット部品10の中心線CLは吸着ノズル7aの軸線と一致している。
【0024】
次いで搭載ヘッド7を電子部品認識用の第2のカメラ9の上方に移動させ、図6(a)で示すように、吸着された状態のターゲット部品10を第2のカメラ9により下方から撮像して位置を認識する(ST4)。これによりターゲット部品10の位置が認識され、位置ずれ量D1が検出される。この第2のカメラ9によるターゲット部品の認識は、第1のカメラ8の光学座標系と搭載ヘッド7の実際の搭載点との相対的位置関係を求めるために必須の計測要件ではないが、この第2のカメラ9によるターゲット部品10の位置認識を行うことにより、以下の効果を得ることができる。
【0025】
すなわち、第2のカメラ9による位置検出結果から、搭載ヘッド7の吸着ノズル7aが上昇位置にあるときのターゲット部品10の位置を求めることができるため、後述の第1のカメラ8による吸着ノズル下降時の位置ずれ量検出結果とこの上昇時の位置ずれ検出結果とをつき合わせることにより、搭載ヘッド7の昇降動作に起因する位置ずれ量を特定することができ、位置ずれの発生状況をより明確に把握できるという利点がある。
【0026】
次いで、搭載ヘッド7を位置ずれ計測点まで移動させ、図6(b)で示すように吸着ノズル7aを下降させてターゲット部品10を基板3上に置く(ST5)。そしてこの状態で基板認識用の第1のカメラ8によりターゲット部品10を上方から撮像し、ターゲット部品10の位置を認識する(ST6)。これにより、第1のカメラ8の光学座標系における搭載ヘッド7の実際の搭載点の位置が検出され、制御データ上の搭載位置と搭載ヘッド7の実際の搭載点との位置ずれ量D2が求められる(ST7)。
【0027】
この実際の搭載位置の検出において、ターゲット部品10はカメラによる位置認識が正しく行えるような材質、形状となっているため、搭載位置の検出を高精度、高効率で行うことができる。求められた位置ずれ量は、実装時の補正量として記憶される(ST8)。そして、実際の電子部品の搭載時にはこの補正量を加味して搭載ヘッド7を移動させる移動テーブル4の駆動軸が制御され、電子部品は搭載ヘッド7により基板3上の正しい位置に実装される。
【0028】
なお、本実施の形態では、第1のカメラ8が搭載ヘッド7と一体的に移動する例について説明しているが、第1のカメラ8を搭載ヘッド7の移動テーブルとは別個に設けられた移動手段で移動する場合であってもよい。この場合には搭載エリアの各位置にて、第1のカメラの光学座標系おける搭載ヘッド8の実際の搭載点を求める必要があるが、このような場合においても、本実施の形態に示すターゲット部品を用いることにより、高精度で効率のよいキャリブレーション作業を行うことができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、制御データ上の搭載位置と搭載ヘッドによる搭載点との位置ずれ量を電子部品実装装置が備えた画像認識手段によって検出する位置ずれ検出工程において、搭載ヘッドの吸着ノズルに吸着させた位置認識用の標体を測定平面上に搭載し、この標体を画像認識手段によって認識するようにしたので、搭載点の位置を確実に認識することができ、高精度で効率よく位置ずれを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の搭載ヘッドの正面図
【図3】(a)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の吸着ノズルの部分拡大図
(b)本発明の一実施の形態の位置認識用ターゲット部品の画像図
【図4】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フロー図
【図5】本発明の一実施の形態の位置認識用のターゲット部品の装着動作の説明図
【図6】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説明図
【符号の説明】
3 基板
4 移動テーブル
7 搭載ヘッド
7a 吸着ノズル
8 第1のカメラ
9 第2のカメラ
10 ターゲット部品

Claims (3)

  1. 電子部品を搭載ヘッドの吸着ノズルによってピックアップして基板に搭載する電子部品の実装方法であって、制御データ上の搭載位置と前記搭載ヘッドによる実際の搭載点との位置ずれ量を電子部品実装装置が備えた画像認識手段によって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実装する工程とを含み、前記位置ずれ検出工程において、前記吸着ノズルの下端部に吸着面を吸着させた位置認識用の標体を測定平面上に搭載し、この標体を前記画像認識手段によって認識することにより前記位置ずれを検出するものであり、前記吸着面は回転対称形状の曲面を有することを特徴とする電子部品の実装方法。
  2. 前記位置ずれ検出工程において、前記吸着ノズルに吸着された状態の前記標体を下方から認識する工程を含むことを特徴とする請求項1記載の電子部品の実装方法。
  3. 電子部品実装装置において制御データ上の搭載位置と前記搭載ヘッドによる実際の搭載点との位置ずれ量を電子部品実装装置が備えた画像認識手段によって検出する位置ずれ検出に使用される位置認識用の標体であって、測定平面に当接する平らな底面と、搭載ヘッドの吸着ノズルの下端部に当接して吸着される吸着面とを備え、前記搭載ヘッドによって測定平面上に搭載された状態の標体の中心位置は前記画像認識手段で認識することにより検出可能であり、前記吸着面は、回転対称形状の曲面を有することを特徴とする位置認識用の標体。
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