JP3891825B2

JP3891825B2 - 電子部品実装装置

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Publication number: JP3891825B2
Application number: JP2001339620A
Authority: JP
Inventors: 潔黒田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2003142891A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を回路基板上に装着する電子部品実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、部品供給装置から供給される電子部品を吸着ヘッドで吸着して、この吸着ヘッドをＸＹ移動装置により基板上の所定位置（部品搭載位置）まで移動させて、電子部品を搭載する電子部品実装装置が知られている。
【０００３】
通常の電子部品実装装置は、図９に示すように基板１００上に予め設定されている部品搭載位置１０１の周囲に複数（例えば３つ）の基準マーク１０２を付しておき、この基準マーク１０２を、吸着ヘッドと一体に移動可能に構成された基板認識カメラで撮像することで各部品搭載位置１０１の座標の認識を行っている。また、吸着ヘッドに吸着された状態の電子部品１０３を、例えば電子部品実装装置本体側に取付けた部品認識カメラで撮像することで、電子部品１０３の吸着位置の認識を行っている。そして、このようにして認識した部品搭載位置１０１と電子部品１０３の吸着位置とに基づき、必要に応じて部品搭載位置１０１までの吸着ヘッドの移動経路や、吸着状態にある電子部品１０３の姿勢等を補正した後で、部品搭載位置１０１に電子部品１０３が搭載される。なお、図９は部品搭載位置１０１に電子部品１０３が搭載された状態を示している。
【０００４】
そして、電子部品１０３の搭載精度を高めるため、基準マーク１０２に基づいて搭載された電子部品１０３の位置と部品搭載位置１０１とのずれ量を、電子部品実装装置の外部に設けた測定装置を用いて測定し、電子部品実装装置固有の位置ずれ量（以下、単に「固有ずれ量」という）として電子部品実装装置に入力している。なお、固有ずれ量としては、電子部品１０３の実際の搭載位置と部品搭載位置１０１との距離や方向（水平面内での回転角）等が挙げられる。
そして、電子部品実装装置では、この固有ずれ量を補正して電子部品１０３の搭載作業を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のように、固有ずれ量の測定作業は、電子部品実装装置の外部に設けた測定装置を用いる必要があるため、測定装置がない場所では固有ずれ量が測定できないという問題や、測定装置自体にコストがかかるという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、上述の問題を考慮し、固有ずれ量を測定できる電子部品実装装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の電子部品実装装置（１０）は、電子部品実装装置本体であって、テスト基板の周囲に設けられ、テスト用基板（３０）上に予め設定されている部品搭載位置（３１）の座標を認識するための複数の基準マーク（１６）と、ヘッド部（１４）に配設され、前記基準マーク及びテスト用電子部品を撮像する第１撮像手段（４０）と、ヘッド部のノズル（吸着ノズル１２）が吸着したテスト用電子部品を撮像する第２撮像手段（５０）とを備え、前記第1撮像手段により得られた基準マークの画像から前記部品搭載位置の座標を認識すると共に、前記第２撮像手段により得られたテスト用電子部品の画像から前記テスト用電子部品の吸着位置のずれを算出し、このずれに基づき前記ノズルの駆動を補正してテスト用電子部品をテスト用基板に搭載し、その後前記第１撮像手段が撮像したテスト用基板上のテスト用電子部品の画像に基づいて、テスト用基板上のテスト用電子部品の座標と、前記部品搭載位置の座標との固有ずれ量を測定し、前記固有ずれ量に基づいて、電子部品を基板に搭載することを特徴とする。
【０００８】
なお、「テスト用電子部品」及び「テスト用基板」とは、電子部品実装装置が有する固有ずれ量の測定作業の際に用いられる電子部品及び基板を指すものである。そして、「テスト用電子部品」及び「テスト用基板」として、実際に使用される基板や電子部品、つまり本物の基板や電子部品を用いても良く、あるいは、測定作業専用に実際の基板及び電子部品と同一形状に作られた基板や電子部品を用いても良い。
【０００９】
請求項１記載の電子部品実装装置によれば、第１撮像手段が撮像するテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品の画像に基づき、テスト用基板上の実際のテスト用電子部品の位置と前記部品搭載位置とのずれ量を測定する。即ち、固有ずれ量の測定を電子部品実装装置自身が行う。従って、電子部品実装装置の外部に固有ずれ量を測定するための装置を別途設ける必要が無くなり、固有ずれ量の測定作業の作業性を向上できると共に、外部の測定装置に要するコストを省くことができる。
また、基準マークが電子部品実装装置本体であって、テスト基板の周囲に配設されるので、従来の電子部品実装装置のように基板に基準マークを設ける手間を省くことができる。
【００１０】
請求項２記載の電子部品実装装置は、請求項１記載の電子部品実装装置であって、前記部品搭載位置に対するテスト用電子部品の位置の補正が、前記第２撮像手段より得られる画像中の特定箇所（２１ａ〜２１ｈ）の画像に基づいて行われ、前記第１撮像手段がテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品を撮像する際に、前記特定箇所を撮像することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の電子部品実装装置によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、部品搭載位置に対するテスト用電子部品の位置の補正を第２撮像手段より得られる画像中の特定箇所の画像に基づいて行ない、第１撮像手段がテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品を撮像する際に、この特定箇所を撮像する。即ち、部品搭載位置に対する電子部品の位置の補正用として特定箇所に対して設定されている各種データをずれ量を測定する際のデータとして併用することができる。
【００１２】
請求項３記載の電子部品実装装置は、請求項１記載の電子部品実装装置であって、前記第１撮像手段がテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品を撮像する際に、テスト用電子部品の一部に配設された部品位置認識用マーク（６０）を撮像することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の電子部品実装装置によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、テスト用電子部品の一部に配設された部品位置認識用マークの画像に基づいてずれ量を容易に測定することができる。
【００１４】
請求項４記載の電子部品実装装置は、請求項３記載の電子部品実装装置であって、前記部品位置認識用マークが、前記第１撮像手段の一視野（４４）で撮像可能な形状を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の電子部品実装装置によれば、請求項３と同様の効果を得られると共に、部品位置認識用マークを第１撮像手段の一視野で撮像できる、即ち、第１撮像手段を移動させること無く部品位置認識用マークを撮像できるので、撮像時間を短縮でき、また、移動に伴う誤差の発生を防ぐことができる。
【００１６】
請求項５記載の電子部品実装装置は、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の電子部品実装装置であって、前記テスト用基板に複数のテスト用電子部品が搭載され、前記第１撮像手段がテスト用基板に搭載された複数のテスト用電子部品を撮像することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の電子部品実装装置によれば、請求項１〜４のいずれかひとつと同様の効果を得られると共に、基板に複数のテスト用電子部品が搭載され、第１撮像手段が撮像した各テスト用電子部品の形状に基づいて各部品毎のずれ量を測定するので、各部品毎の搭載精度を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる電子部品実装装置の実施の形態を図を用いて説明する。
図１及び図２に示すように、電子部品実装装置１０は、電子部品２０を供給する電子部品供給手段１１（例えば、テープフィーダ）、電子部品２０を真空吸着して回路基板３０上の部品搭載位置３１に搭載する吸着ノズル１２、回路基板３０を搬送するための基板搬送装置１３、吸着ノズル１２を支持すると共に、吸着ノズル１２を上下動及び回動させるヘッド部１４、ヘッド部１４を水平方向に移動させるＸＹ移動機構１５、回路基板３０上の部品搭載位置３１を認識するための基準マーク１６、ヘッド部１４と一体に移動可能に配設され、基準マーク１６を撮像する第１撮像手段４０、吸着ノズル１２による電子部品２０の吸着状態を撮像する第２撮像手段５０、これら各種装置の駆動を制御する制御手段（図示せず）等から概略構成される。
【００１９】
なお、電子部品実装装置１０の動作のうち、吸着ノズル１２による電子部品２０の吸着・実装動作や、ヘッド部１４の移動動作等については周知であるため説明を省略し、以下、第１撮像手段４０及び第２撮像手段５０の構成及び第１撮像手段４０及び第２撮像手段５０を用いた固有ずれ量の測定方法についておもに説明する。
【００２０】
また、本実施の形態においては、固有の位置ずれ量の測定作業に用いるテスト用電子部品及びテスト用基板として、測定作業専用に実際の基板３０及び電子部品２０と同一形状に作られた物を用いるものとし、テスト用電子部品２０としては、図３に示すような、パッケージ２０ａの四辺に複数のリード２０ｂ（外部入出力用のピン）を配設したＱＦＰ（ＱｕａｒｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）を模した物を用いるものとする。
【００２１】
図２に示すように、テスト用基板３０にはテスト用電子部品２０が搭載される位置を示す部品搭載位置３１が予め複数（図２には一つのみ）設定されている。そして、この部品搭載位置３１の座標を認識するための複数の基準マーク１６（本実施の形態においては３つ）が電子部品実装装置本体側、つまり基板搬送装置１３の２本の搬送レール１３ａ（図２には図示を省略）の外部に配設されている。
基準マーク１６としては、例えば、上面が黒色で塗られた円形の板体の中心部分に白色系のセラミック等を配設することで、セラミック上面とその周囲とのコントラストを高め、セラミック上面をその周囲から容易に識別できるように形成したもの等を用いる。
【００２２】
第１撮像手段４０は、照明部４１、レンズ４２、基板認識用カメラ４３等から構成され、ヘッド部１４の側面に取付けられることで、ヘッド部１４と一体に移動可能となっている。
第２撮像手段５０は、電子部品実装装置本体側に取付けられており、照明部５１、レンズ５２、鏡筒５３、部品認識用カメラ５４等から構成される。
【００２３】
次に、第１撮像手段４０及び第２撮像手段５０を用いた固有ずれ量の測定方法についておもに説明する。
まず、第１撮像手段４０は各基準マーク１６の上方まで移動する。そして、各基準マーク１６は照明部４１により照射され、その光像はレンズ４２を経て基板認識用カメラ４３にて撮像される。そして、制御手段は第１撮像手段４０より得られた基準マーク１６の画像から、テスト用電子部品２０の搭載が行われる部品搭載位置３１の座標を認識（算出）する。
また、テスト用電子部品２０を吸着した状態の吸着ノズル１２が第２撮像手段５０の上方まで移動する。そして、吸着された状態のテスト用電子部品２０は照明部５１により照射され、その光像はレンズ５２を経て部品用カメラ５４にて撮像される。
【００２４】
ここで、図３（Ａ）は第２撮像手段５０より得られる画像を示しており、制御手段では、この画像に基づいてテスト用電子部品２０の吸着位置のずれを算出することになるが、具体的な算出方法としては、例えば、図３（Ｂ）に示すように、吸着ノズル１２によりテスト用電子部品２０の吸着が正確に行われた場合に、テスト用電子部品２０の特定箇所２１ａ〜２１ｈに存在すべきリード２０ｂの数や方向等を部品データとして予め記憶しておき、この部品データと、第２撮像手段５０が撮像した吸着状態にあるテスト用電子部品２０の画像中、特定箇所２１ａ〜２１ｈに対応する箇所に存在するリード２０ｂの数や方向等とを比較することで、吸着ノズル１２が本来吸着すべき部品の位置や方向（水平面内での回転角）とのずれを算出する方法が挙げられる。
【００２５】
なお、テスト用電子部品２０として例えば、図４に示すような、パッケージ２０ａの表面に外部入出力用のパッド２０ｃが配列されているＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）タイプの物を用いる場合は、パッド２０ｃが配列されたパッケージ２０ａ表面の一定範囲を特定箇所２２ａ〜２２ｃに設定し、この特定箇所２２ａ〜２２ｃに存在すべきパッド２０ｃの数や配列の方向を部品データとして用いるものとする。
【００２６】
このように、制御手段は第１撮像手段４０及び第２撮像手段５０より得られる各画像に基づき、部品搭載位置３１に対するテスト用電子部品２０の位置や角度を補正して、部品搭載位置３１にテスト用電子部品２０を搭載する。
次に、第１撮像手段４０はテスト用基板３０に搭載されたテスト用電子部品２０の上方に移動し、このテスト用電子部品２０を撮像する。
【００２７】
ここで、図５に示すように、一般的に基準マーク１６の撮像等を主な目的として用いられる第１撮像手段４０の一視野４４（撮像範囲）は、吸着ノズル１２に吸着された状態の電子部品やテスト用電子部品２０の撮像等を主な目的として用いられる第２撮像手段５０の一視野５５（図３（Ａ）を参照）と比較して狭いものとなっている。従って、第１撮像手段４０は、上述のように第２撮像手段５０が吸着ノズル１２によるテスト用電子部品２０の吸着位置を算出する際に用いたテスト用電子部品２０の特定箇所２１ａ〜２１ｈを、テスト用電子部品２０の形状に沿って移動しながら順に撮像していく。
【００２８】
そして、制御手段は得られた複数の画像中に存在するリード２０ｂの数や方向と、上述の部品データ等に基づいてテスト用基板３０上の実際のテスト用電子部品２０と部品搭載位置３１との位置や角度に関するずれ量を算出し、このずれ量を「固有ずれ量」として記憶する。
以上で固有ずれ量の測定作業が終了し、実際のテスト用電子部品２０の搭載作業は、制御手段が固有ずれ量を補正しながら実行される。
【００２９】
本実施の形態で示した電子部品実装装置１０によれば、固有ずれ量の測定を電子部品実装装置１０自身が行うことができる。従って、電子部品実装装置１０の外部に固有ずれ量を測定するための装置を別途設ける必要が無くなり、固有ずれ量の測定作業の作業性を向上できると共に、外部の測定装置に要するコストを省くことができる。
また、基準マーク１６を電子部品実装装置１０本体に配設するため、基板やテスト用基板３０に基準マーク１６を設ける手間を省くことができる。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されず、本発明の趣旨の範囲内で変更可能である。
例えば、第１撮像手段４０がテスト用基板３０に搭載されたテスト用電子部品２０を撮像する際に、部品の特定箇所２１ａ〜２１ｈを撮像するものとしたがこれに限らず、例えば図６に示すようにテスト用電子部品２０の一部（例えば上面）に、複数の点６１が配列されてなる部品位置認識用マーク６０を配設し、第１撮像手段４０がテスト用電子部品２０上面の部品位置認識用マーク６０を撮像することで、得られた画像からテスト用電子部品２０の位置や角度を測定するものとしても良い。
【００３１】
また、この場合に上述のように第１撮像手段４０の視野は比較的狭いことに対応して、部品位置認識用マーク６０を、第１撮像手段４０が一視野４４で撮像可能な程度の寸法（形状）とすることにより、第１撮像手段４０がテスト用電子部品２０の特定箇所２１ａ〜２１ｈを順に移動しながら撮像する必要が無くなるので撮像時間を短縮でき、また、移動に伴う誤差の発生を防ぐことができる。
【００３２】
また、図７に示すように、テスト用基板３０に複数のテスト用電子部品２０を搭載して各テスト用電子部品２０毎のずれ量を測定するものとしてもよい。この場合に測定した各テスト用電子部品２０毎のずれ量の平均値を算出して、このずれ量の平均値を固有ずれ量として用いても良く、あるいは、図８に示すように、テスト用基板３０を複数の部品搭載位置３１に対応した複数のエリア３２ａ〜３２ｄに分割し、各エリア３２ａ〜３２ｄの部品搭載位置３１に搭載された各テスト用電子部品２０について測定されたずれ量を算出し、各エリア３２ａ〜３２ｄ毎のずれ量として用いるものとしても良い。このように、複数のテスト用電子部品２０毎のずれ量を測定することで、部品搭載精度を向上させることができる。
【００３３】
また、基準マーク１６を、図示は省略するが、電子部品実装装置１０の機械原点や、電子部品実装装置１０の温度変化により生じる伸びの補正を行う際に用いられる基準点や、電子部品実装装置１０の設置状態により生じる変形や歪みの補正を行う際に用いられる基準点と兼用するものとしても良く、この場合は新たに基準マーク１６を設ける手間を省くことができる。また、基準マーク１６の配設位置は搬送レール１３ａの外部に限らず、電子部品実装装置本体側であって、第１撮像手段４０で撮像可能な場所であれば良い。
また、テスト用電子部品２０がＱＦＰタイプのテスト用電子部品とＢＧＡタイプのテスト用電子部品を兼用できる構造を備えていても良い。
また、テスト用基板３０としては、例えば、実際に使用される基板と同一寸法のガラス板に部品搭載位置３１をエッチング処理で描いたものを使用しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載の電子部品実装装置によれば、第１撮像手段が撮像するテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品の画像に基づき、テスト用基板上の実際のテスト用電子部品の位置と前記部品搭載位置とのずれ量を測定する。即ち、固有ずれ量の測定を電子部品実装装置自身が行う。従って、電子部品実装装置の外部に固有ずれ量を測定するための装置を別途設ける必要が無くなり、固有ずれ量の測定作業の作業性を向上できると共に、外部の測定装置に要するコストを省くことができる。
また、基準マークが電子部品実装装置本体であって、テスト基板の周囲に配設されるので、従来の電子部品実装装置のように基板に基準マークを設ける手間を省くことができる。
【００３５】
請求項２記載の電子部品実装装置によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、部品搭載位置に対するテスト用電子部品の位置の補正を第２撮像手段より得られる画像中の特定箇所の画像に基づいて行ない、第１撮像手段がテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品を撮像する際に、この特定箇所を撮像する。即ち、部品搭載位置に対する電子部品の位置の補正用として特定箇所に対して設定されている各種データをずれ量を測定する際のデータとして併用することができる。
【００３６】
請求項３記載の電子部品実装装置によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、テスト用電子部品の一部に配設された部品位置認識用マークの画像に基づいてずれ量を容易に測定することができる。
【００３７】
請求項４記載の電子部品実装装置によれば、請求項３と同様の効果を得られると共に、部品位置認識用マークを第１撮像手段の一視野で撮像できる、即ち、第１撮像手段を移動させること無く部品位置認識用マークを撮像できるので、撮像時間を短縮でき、また、移動に伴う誤差の発生を防ぐことができる。
【００３８】
請求項５記載の電子部品実装装置によれば、請求項１〜４のいずれかひとつと同様の効果を得られると共に、基板に複数のテスト用電子部品が搭載され、第１撮像手段が撮像した各テスト用電子部品の形状に基づいて各部品毎のずれ量を測定するので、各部品毎の搭載精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる電子部品実装装置を示す斜視図である。
【図２】電子部品実装装置を示す要部斜視図である。
【図３】第２撮像手段により撮像されたテスト用電子部品の画像を示す図面（Ａ）及びテスト用電子部品の特定箇所を示す図面（Ｂ）である。
【図４】テスト用電子部品の画像を示す平面図である。
【図５】第１撮像手段によるテスト用電子部品の撮像範囲及び撮像順を示す図面である。
【図６】テスト用電子部品に配設された部品位置認識用マークを示す平面図である。
【図７】テスト用基板に複数のテスト用電子部品が配設された状態を示す平面図である。
【図８】テスト用基板が複数のエリアに分割された状態を示す平面図である。
【図９】従来の基準マークの配設位置を示す平面図である。
【符号の説明】
１０電子部品実装装置
１２ノズル（吸着ノズル）
１４ヘッド部
１６基準マーク
２０部品（テスト用電子部品）
２１ａ〜２１ｈ特定箇所
３０基板（テスト用基板）
３１部品搭載位置
３２ａ〜３２ｄエリア
４０第１撮像手段
４４第１撮像手段の一視野
５０第２撮像手段
６０部品位置認識用マーク

Claims

電子部品実装装置本体であって、テスト基板の周囲に設けられ、テスト用基板上に予め設定されている部品搭載位置の座標を認識するための複数の基準マークと、
ヘッド部に配設され、前記基準マーク及びテスト用電子部品を撮像する第１撮像手段と、
ヘッド部のノズルが吸着したテスト用電子部品を撮像する第２撮像手段とを備え、
前記第1撮像手段により得られた基準マークの画像から前記部品搭載位置の座標を認識すると共に、前記第２撮像手段により得られたテスト用電子部品の画像から前記テスト用電子部品の吸着位置のずれを算出し、このずれに基づき前記ノズルの駆動を補正してテスト用電子部品をテスト用基板に搭載し、
その後前記第１撮像手段が撮像したテスト用基板上のテスト用電子部品の画像に基づいて、テスト用基板上のテスト用電子部品の座標と、前記部品搭載位置の座標との固有ずれ量を測定し、
前記固有ずれ量に基づいて、電子部品を基板に搭載することを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１記載の電子部品実装装置であって、
前記部品搭載位置に対するテスト用電子部品の位置の補正が、前記第２撮像手段より得られる画像中の特定箇所の画像に基づいて行われ、
前記第１撮像手段がテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品を撮像する際に、前記特定箇所を撮像することを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１記載の電子部品実装装置であって、
前記第１撮像手段がテスト用基板に搭載されたテスト用電子部品を撮像する際に、テスト用電子部品の一部に配設された部品位置認識用マークを撮像することを特徴とする電子部品実装装置。
請求項３記載の電子部品実装装置であって、
前記部品位置認識用マークが、前記第１撮像手段の一視野で撮像可能な形状を備えることを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の電子部品実装装置であって、
前記テスト用基板に複数のテスト用電子部品が搭載され、
前記第１撮像手段がテスト用基板に搭載された複数のテスト用電子部品を撮像することを特徴とする電子部品実装装置。