JP4077228B2

JP4077228B2 - 電子部品装着装置

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Publication number: JP4077228B2
Application number: JP2002094986A
Authority: JP
Inventors: 一義家泉; 章祐川合; 明裕浦川
Original assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003298293A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を認識カメラで撮像し、その撮像結果に基づき認識処理部で認識処理してプリント基板に装着する電子部品装着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯かる電子部品装着装置は特開平８−７８８９３号公報に開示されているが、従来コネクタなどのリード付き部品は通常リード（電極、ボール）のみを認識処理するか、モールドのみを認識処理して部品の位置決めを行う。この場合、あらかじめ登録したリードやモールド等の情報は全て認識処理して、全ての認識処理結果から、電子部品の位置、角度を求めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特に部品最外形がカメラ視野に入らない大きな部品の場合には、部品最外形の対角２点を教示し、その中心位置の値から装着データとのずれを算出し、装着データにフィードバックしている。しかしながら、図１０に示したように電子部品６０が上記のように最外形が大きくモールド６１とこのモールド６１から延びた複数本のリード６２を備えている場合には、その形状により対角２点（例えばモールド６１の対角２点）が部品最外形の中心を求めるための目標にならない場合が発生し、上記対角の２点を教示してその中心位置を基準にして例えば認識カメラを移動させ、基板を撮像した場合には、認識カメラの視野７Ｂにリードとランドとが入らないときがある。このため、基板上のランド位置と装着データ或いは装着された電子部品のリードと比較してずれ量を算出することが困難になり、、正確なずれ量を算出することができなく、部品装着時にモールド６１から延びたリード６２あるいはモールドから突出したピンや突起がプリント基板上のランドに合わない、あるいはプリント基板に開設した孔に嵌らない場合がある。
【０００４】
そこで本発明は、部品最外形が大きな部品、例えばコネクタなどのリード付き電子部品のリードやモールドに突出したピンとプリント基板上のランド或いは基板に開設した孔との認識を確実に行い、位置合わせを正確することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、リードを備えた電子部品をプリント基板に装着する電子部品装着装置において、前記電子部品の部品データに基づいて電子部品の最外形が基板認識カメラの視野外か否かを判断し、最外形が視野内に入らない場合には、前記部品データ及び部品の装着データに基づいて電子部品の中心に位置したリードの中心位置を算出し、算出した中心位置に基づいて基板認識カメラを移動させ電子部品装着用のランドを備えた基板上の前記ランドを撮像させると共に、前記電子部品の部品データに基づいて前記電子部品の部品形状を作成し、作成した前記電子部品の部品形状を前記中心位置にて前記ランドと重ねる制御部と、前記ランドの撮像結果と前記部品形状とに基づいて前記ランドとリード位置とのずれ量を算出する認識処理部とを備えたものである。
【０００６】
また本発明は、複数のリードを備えた電子部品をプリント基板に装着する電子部品装着装置において、前記電子部品の部品データに基づいて電子部品の最外形及びリードが基板認識カメラの視野内に入るか否かを判断し、最外形及びリードが視野内に入らない場合には、前記部品データ及び部品の装着データに基づいて複数のリードのうち両端のリードそれぞれの中心位置を算出し、算出したそれぞれの中心位置に基づいて基板認識カメラを移動させ電子部品装着用のランドを備えた基板上の前記ランドを撮像させると共に、前記電子部品の部品データに基づいて前記電子部品の部品形状を作成し、作成した前記電子部品の部品形状を前記中心位置にて前記ランドと重ねる制御部と、前記ランドの撮像結果と前記部品形状とに基づいて前記ランドとリード位置とのずれ量を算出する認識処理部とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による電子部品装着装置の一実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１は電子部品装着装置１の平面図で、該装置１の基台２上には種々の電子部品を夫々その部品取出し部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向するユニット３群の間には、供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。供給コンベア４は上流より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に搬送し、位置決め部５で図示しない位置決め機構により位置決めされた該基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送される。
【０００９】
８はＸ方向に長い一対のビームであり、Ｙ軸モータ９の駆動によりネジ軸１０を回転させ、左右一対のガイド１１に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出し部（部品吸着位置）上方を個別にＹ方向に移動する。
【００１０】
各ビーム８にはその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸モータ１２によりガイド(図示せず)に沿って移動する装着ヘッド７が夫々設けられている。夫々の装着ヘッド７には２本の吸着ノズル（図示せず）を上下動させるための上下軸モータ１４が２個搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸モータ１５が２個搭載されている。したがって、２個の装着ヘッド７の各吸着ノズルはＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。また、各装着ヘッド７には基板認識用のカメラ（以下、基板認識カメラという）７Ａが設けられている。尚、装着ヘッドを垂直線回りに回転可能とするθ軸モータを１個設け、また装着ヘッドを上下動させる上下軸モータを１個設けることにより、結果として選択された吸着ノズルのみを上下動させることも可能である。
【００１１】
１６は部品位置認識用の認識カメラで、前記各装着ヘッド７に対応してそれぞれ２個ずつ計４個設けられ、電子部品が吸着ノズルに対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識するために電子部品を撮像するが、それぞれ同時に２個の電子部品を撮像可能である。１７はノズルを収納するノズルストッカで、最大１０本収納可能であるが９本収納している。
【００１２】
図２は本電子部品装着装置１の制御ブロック図であり、便宜上Ｘ軸モータ１２、Ｙ軸モータ９、θ軸モータ１５及び上下軸モータ１４は、各１個のみ図示して以下説明する。
【００１３】
２０は本装着装置１を統括制御する制御部としてのＣＰＵ（装着制御部）で、該ＣＰＵ２０にはバスラインを介して、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２２及びＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）２３が接続されている。そして、ＣＰＵ２０は前記ＲＡＭ２２に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ２３に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置１の部品装着動作に係る動作及び基板認識に係る動作を統括制御する。
【００１４】
即ち、ＣＰＵ２０は、インターフェース２４及び駆動回路２５を介して前記Ｘ軸モータ１２の駆動を、インターフェース２４及び駆動回路２８を介して前記Ｙ軸モータ９の駆動を、またインターフェース２４及び駆動回路３２を介して前記θ軸モータ１５の駆動を、更にインターフェース２４及び駆動回路３０を介して前記上下軸モータ１４の駆動を制御している。
【００１５】
前記ＲＡＭ２２には、図３に示すような部品装着に係る装着データが記憶されており、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板内でのＸ方向（Ｘで示す）、Ｙ方向（Ｙで示す）及び角度位置（θで示す）情報や、各部品供給ユニット３の配置番号情報等が記憶されている。また前記ＲＡＭ２２には、図４に示すような装着データである部品配置データが記憶されており、これは前記各部品供給ユニット３の配置番号に対応して各電子部品の種類（部品ＩＤ）が記憶されている。更に前記ＲＡＭ２２には、図５に示すような各電子部品の特徴を表す部品認識用のデータである部品データ（パーツライブラリデータ）が記憶されており、部品データの詳細は後述する。
【００１６】
３３はインターフェース２４を介して前記ＣＰＵ２０に接続される認識処理部で、基板認識カメラ７Ａにより撮像して取込まれた基板上の電子部品、ランドなどの画像の認識処理が前記部品データに基づき認識処理部３３にて行われ、ＣＰＵ２０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ２０は、基板認識カメラ７Ａにより撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理部３３に出力すると共に、認識処理結果を認識処理部３３から受取るものである。
【００１７】
また、認識カメラ１６により撮像して取込まれた画像の認識処理が前記パーツライブラリデータに基づき認識処理部３３にて行われ、ＣＰＵ２０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ２０は、認識カメラ１６に撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理部３３に出力すると共に、認識処理結果を第2の認識処理部３３から受取るものである。
【００１８】
３４はキーボードドライバー３５及びインターフェース２４を介して前記ＣＰＵ２０に接続されるデータ登録手段としてのキーボードで、３６は部品画像などを表示するモニターである。前記キーボード３４はフォーマット画面に基づき電子部品の特徴を入力するためのものである。尚、前記ＲＡＭ２２には、部品データ作成用の複数のフォーマットが記憶されている。また、前記データ登録手段としてのキーボード３４に代えてタッチパネルなどの手段を用いても良い。
【００１９】
次に、電子部品のデータ作成装置としての電子部品装着装置１を用いて部品認識用データである部品データを登録する操作について説明する。先ず、部品ＩＤがＰ１である電子部品４０は、図１０に示した電子部品６０と同様に図６に示すような基板認識カメラ７Ａの視野７Ｂに入らないような横長であり、かつ上下非対称であり、横長四角形で、モールド４１の中央部から外方向へ延びる複数（例えば３本）のリード４２を備えた形状を呈しており、モールド４１の底面がフラットである。この電子部品４０については、図７に示したような部品データが作成されてＲＡＭ２２に記憶されている。尚、図７において、部品寸法Ｘは図６における最外形Ｘ、部品寸法Ｙは同じく最外形Ｙ、外形寸法１は同じく寸法Ｌ１、外形寸法２は同じく寸法Ｌ２、外形寸法３は同じく寸法Ｌ３、外形寸法４は同じく寸法Ｌ４を表している。また、リード先端位置は中央のリード４２のモールドとの接続位置から先端までの寸法を表している。
【００２０】
そして、実際に電子部品を基板に装着して行う装着座標の教示動作の際には、まず電子部品装着装置１の動作し、部品４０が部品装着データに基づいて基板上の装着位置に装着される。装着された電子部品４０を基板認識カメラ７Ａにより撮像するときには、基板認識カメラ７Ａが装着された電子部品４０の中央部の上方に位置するようにヘッド７が移動する。このとき、電子部品４０についての部品データに基づいてＣＰＵ２０が動作し、基板認識カメラ７Ａの視野に電子部品４０が入るか否か判断する。即ち、図６にて示した電子部品４０の最外形のＸ方向寸法（最外形Ｘ）及びＹ方向寸法（最外形Ｙ）と基板認識カメラ７Ａの視野７ＢとをＣＰＵ２０にて比較する。この比較により、電子部品４０においては、最外形のＸ方向寸法が視野７Ｂより大きいため、ＣＰＵ２０は電子部品４０が基板認識カメラ７Ａの視野に入らないと判断する。
【００２１】
そして、ＣＰＵ２０は、次に総てのリード４２が視野７Ｂ内に入るか否かを部品データ及び視野７Ｂのデータから判断する。ここで、電子部品４０の場合には、リード４２の長さが視野７Ｂより小さく、且つ左右両端のリード４２間の寸法が視野７Ｂより小さいため、総てのリード４２が視野７Ｂ内に入ると判断する。尚、リードの長さが視野７Ｂより大きい場合、或いは左右両端のリード４２間の寸法が視野７Ｂより大きい場合には、ＣＰＵ２０はリード４２が視野７Ｂ内に入らないと判断し、下記にて詳述する電子部品５０のようにリード位置を教示する。上記のように視野に入ると判断された場合には、次に、ＣＰＵ２０は電子部品４０の部品データに基づいてリード位置（基板ランド位置）を算出する。即ち、図６に示した複数本のリード４２の内、中央に位置したリード４２の中心位置（図６における星印の位置）４５の座標を上記リード位置として算出する。電子部品４０では、リード４２の中心位置４５の部品中心４６からのずれ量を求め、このずれ量と部品の装着データとからリード位置の座標を算出し、算出した座標データを中央のリード４２の中心位置として教示し、この座標データをＲＡＭ２２に記憶する。
【００２２】
ＣＰＵ２０は上記のように教示された座標データに基づいてＸ軸モータ１２及びＹ軸モータ９に運転信号を出力し、何れか一方のヘッド７は移動する。ヘッド７の移動に伴い、基板認識カメラ７Ａは上記のように教示された座標データに基づいて視野７Ｂの中心がリード４２の中心位置と一致するように移動し、位置が一致した状態で基板上に装着されている電子部品４０を上方から撮像する。このとき、基板認識カメラ７Ａの移動先が、中央のリード４２の中心位置として教示されているため、基板認識カメラ７Ａの視野が電子部品４０の寸法より小さい場合であっても、基板認識カメラ７Ａの視野をリード４２の位置に合わせ、視野内にリード４２を収めて撮像することができる。
【００２３】
そして、撮像結果はモニター３６に表示され、また、撮像結果により認識装置３３はリード４２の位置と基板上のランド４８との位置関係を正確に認識することができ、それぞれの位置がずれている場合には、リード４２とランド４８との位置を合わせるために用いるずれ量を算出し、このずれ量をＣＰＵ２０に送る。ＣＰＵ２０はずれ量に基づいて以後の電子部品４０装着時の部品装着データを修正する。
【００２４】
また、図８に示したように部品ＩＤがＰｎである電子部品５０については、図９に示したような部品データが作成されてＲＡＭ２２に記憶されている。尚、図９において、部品寸法Ｘは図８における最外形Ｘ、部品寸法Ｙは同じく最外形Ｙ、外形寸法１は同じく寸法Ｌ１、外形寸法２は同じく寸法Ｌ２、外形寸法３は同じく寸法Ｌ３、外形寸法４は同じく寸法Ｌ４を表している。また、リード先端位置は中央のリード５４のモールドとの接続位置から先端までの寸法を表している。電子部品５０は、上下非対称な電子部品で、モールド５１が上部５２と左右両側部５３とから構成され、左右両側部５３、５３間に複数のリード５４が位置している場合には、左右の下部両端に合わせるための目標(リード)が無い。このため、部品５０については、前記認識処理部３３で図９に示した部品データから上記電子部品４０と同様にまず、電子部品５０についての部品データに基づいてＣＰＵ２０が動作し、基板認識カメラ７Ａの視野に電子部品５０が入るか否か判断する。即ち、図８にて示した電子部品５０の最外形のＸ方向寸法（最外形Ｘ）及びＹ方向寸法（最外形Ｙ）と基板認識カメラ７Ａの視野７ＢとをＣＰＵ２０にて比較する。この比較により、電子部品５０においては、最外形のＸ方向寸法が視野７Ｂより大きいため、ＣＰＵ２０は上記電子部品４０と同様に電子部品５０が基板認識カメラ７Ａの視野に入らないと判断する。
【００２５】
そして、ＣＰＵ２０は、次に総てのリード５４が視野７Ｂ内に入るか否かを部品データ及び視野７Ｂのデータから判断する。ここで、電子部品５０の場合には、リード４２の長さは視野７Ｂより小さいが、左右両端のリード５４間の寸法が視野７Ｂより大きいため、ＣＰＵ２０は総てのリード５４が視野７Ｂ内に入らないと判断する。このように、左右両端のリード５４間の寸法が視野７Ｂより大きい場合には、ＣＰＵ２０は電子部品４０の部品データに基づいてリード位置（基板ランド位置）を算出する。即ち、図８に示した複数本のリード５４の内、左右両端部に位置したリード５４の中心位置（図８における星印の位置）５５の座標を上記リード位置として算出する。
【００２６】
ここで、ＣＰＵ２０にて上記左右のリード５４の中心位置５５の部品中心５６からのずれ量（例えば図８において、部品中心５６を原点として、この原点から各リード５４の中心位置５５までのずれ量である図面上の左右方向であるＸ方向及び上下方向であるＹ方向のずれ量）を求め、これらのずれ量と部品の装着データとから各リード位置の座標を算出し、算出した座標データを左右のリード５４の位置として教示し、これらの座標データをＲＡＭ２２に記憶する。
【００２７】
ＣＰＵ２０は上記電子部品４０のときと同様に教示された座標データに基づいてＸ軸モータ１２及びＹ軸モータ９に運転信号を出力し、何れか一方のヘッド７は移動する。ヘッド７の移動に伴い、基板認識カメラ７Ａは教示された座標データに基づいて移動し、停止後に基板上に装着されている電子部品５０を上方から撮像する。このとき、基板認識カメラ７Ａの移動先が、左右のリード５４それそれの中心位置として教示されているため、基板認識カメラ７Ａは視野７Ｂの中心が左右のリード５４の中心位置と一致するように順番に移動する。したがって、視野が電子部品５０の寸法より小さい場合であっても、視野内にリード５４を収めて撮像することができる。
【００２８】
そして、撮像結果はモニター３６に表示され、また、撮像結果により認識装置３３は、リード５４とランド５７との位置関係を正確に認識することができる。図８に示したようにそれぞれの位置がずれている場合には、認識装置３３は、ずれ量を算出し、このずれ量をＣＰＵ２０に送る。ＣＰＵ２０はずれ量に基づいて以後の電子部品４０装着時の部品装着データを修正する。
【００２９】
次に、電子部品装着装置１の生産運転動作について説明する。
【００３０】
装着ヘッド７が部品供給ユニット３から電子部品Ｐ１、例えば電子部品４０を取出すと、認識カメラ１６上に搬送される。次に、該カメラ１６が該電子部Ｐ１を撮像し、その像に基づき電子部品Ｐ１の吸着ノズルに対する位置ずれが認識処理部３３で認識処理される。即ち、撮像された像についてＲＡＭ２２に記憶された部品データに基づき、リ−ド方向、リード本数、リードピッチ、リード幅、リード長さが認識処理部３３で認識される。
【００３１】
そして、この認識結果は、Ｘ方向、Ｙ方向及びθ方向の補正量の算出に使用されると共にリード検査（位置ずれやリード曲がり等の寸法検査等）に使用される。即ち、電子部品の位置ずれ分だけノズルは認識処理部３３よりの認識結果に基づき、ＣＰＵ２０はビーム８がＹ軸モータ９の駆動によりＹ方向に、装着ヘッド７がＸ軸モータ１２の駆動によりＸ方向に移動させることにより、またθ軸モータ１５によりθ回転させ、Ｘ，Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなされる。この補正後に、上下軸モータ１４が駆動して前記吸着ノズルが下降してプリント基板Ｐ上の所定位置に電子部品が装着される。
【００３２】
前記認識処理部３３の認識処理により、認識エラー（装着すべきでない）と判断されるとＣＰＵ２０にその情報が送られ当該部品の廃棄処理がなさる。この認識エラーは、例えばリード曲がりが許容範囲外であると判断された場合であり、そのように廃棄処理される。
【００３３】
また、電子部品Ｐｎ（例えば電子部品５０）についても認識カメラ１６が電子部品Ｐｎ（例えば電子部品５０）を撮像し、その像に基づき電子部品Ｐｎが認識処理部３３で認識処理され、認識結果は、リード検査（位置ずれやリード曲がり等の寸法検査等）、Ｘ方向及びＹ方向の補正量の算出及びθ方向の補正量の算出に使用される。従って、その後前述したような装着処理又は廃棄処理がなされる。
尚、上記の実施形態においては、実際に電子部品を基板に装着して行う装着座標の教示動作について説明したが、実際に電子部品を基板に装着せずに、基板のみを装着位置に移動させ、基板認識カメラ７Ａにて基板上のランドを撮像し、撮像結果をモニター３６に表示すると共に、部品データ及び部品装着データに基づいてＣＰＵ２０にて部品形状を作成し、実際に電子部品を装着した場合と同様にリードの中心位置を算出し、この算出結果に基づいて電子部品をモニター３６上にランドと重なるように表示し、リードとランドとのずれを認識処理部３３にて認識するようにしても良い。
【００３４】
また、基板認識カメラ７Ａにて基板上のランドのみ、基板上に実際に電子部品を装着している場合には電子部品のリードとランドとの双方を撮像し、上記のように算出された結果に基づいた電子部品或いは実際に撮像した結果としての電子部品をモニター３６上にランドと重なるように表示し、作業者によるキーボード３４操作による認識処理部３３の動作によりモニター３６上にてリードとランドとが重なるようにリード或いはランドを移動させる。この移動量に基づいて認識処理部３３によりリードとランドとのずれ量を算出し、ずれ量を認識処理部３３にて認識するようにしても良い。
【００３５】
更に、ピンを備えた電子部品の認識動作においても、上記リードの位置の認識時と同様にピン位置を算出し、基板認識カメラにて撮像することにより、同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は部品最外形が大きな部品、例えばコネクタなどのリード付き電子部品のリードやモールドに突出したピンとプリント基板上のランド或いは基板に開設した孔との認識を確実に行い、それぞれのずれ量を正確に把握することができ、位置合わせを正確することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子部品装着装置の平面図である。
【図２】電子部品装着装置の制御ブロック図である。
【図３】装着データを示す図である。
【図４】部品配置データを示す図である。
【図５】部品データを示す図である。
【図６】電子部品４０の認識時の平面図である。
【図７】電子部品４０の部品データを示す図である。
【図８】電子部品５０の認識時の平面図である。
【図９】電子部品５０の部品データを示す図である。
【図１０】電子部品６０の平面図である。
【符号の説明】
１電子部品装着装置
３部品供給ユニット
７装着ヘッド
７Ａ基板認識カメラ
２０ＣＰＵ（制御部）
２２ＲＡＭ
３３認識処理部
３６モニター
４０電子部品
４２リード
５０電子部品
５４リード

Claims

リードを備えた電子部品をプリント基板に装着する電子部品装着装置において、前記電子部品の部品データに基づいて電子部品の最外形が基板認識カメラの視野外か否かを判断し、最外形が視野内に入らない場合には、前記部品データ及び部品の装着データに基づいて電子部品の中心に位置したリードの中心位置を算出し、算出した中心位置に基づいて基板認識カメラを移動させ電子部品装着用のランドを備えた基板上の前記ランドを撮像させると共に、前記電子部品の部品データに基づいて前記電子部品の部品形状を作成し、作成した前記電子部品の部品形状を前記中心位置にて前記ランドと重ねる制御部と、前記ランドの撮像結果と前記部品形状とに基づいて前記ランドとリード位置とのずれ量を算出する認識処理部とを備えた電子部品装着装置。
複数のリードを備えた電子部品をプリント基板に装着する電子部品装着装置において、前記電子部品の部品データに基づいて電子部品の最外形及びリードが基板認識カメラの視野内に入るか否かを判断し、最外形及びリードが視野内に入らない場合には、前記部品データ及び部品の装着データに基づいて複数のリードのうち両端のリードそれぞれの中心位置を算出し、算出したそれぞれの中心位置に基づいて基板認識カメラを移動させ電子部品装着用のランドを備えた基板上の前記ランドを撮像させると共に、前記電子部品の部品データに基づいて前記電子部品の部品形状を作成し、作成した前記電子部品の部品形状を前記中心位置にて前記ランドと重ねる制御部と、前記ランドの撮像結果と前記部品形状とに基づいて前記ランドとリード位置とのずれ量を算出する認識処理部とを備えた電子部品装着装置。