JP4136833B2 - 電子部品搭載装置とその基板マーク認識方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品搭載装置とその基板マーク認識方法に関わり、特に、水平移動方向に対向して配置されそれぞれ独立して移動して電子部品の搭載作業を実行可能に構成された二つの作業ヘッドを有する電子部品搭載装置とその基板マーク認識方法に関する。

従来より、装置内に搬入されるプリント回路基板（以下、単に基板という）にチップ状電子部品（以下、単に部品という）を自動搭載して基板ユニットを生産する電子部品搭載装置（以下、単に部品搭載装置という）がある。この部品搭載装置の中には、基板ユニット生産の効率を上げるために独立して駆動可能な作業ヘッドを本体装置の前後に配置した二軸型ワンバイワン方式といわれる構成のものがある。

図７は、そのような部品搭載装置の主要部の構成を模式的に示す図である。同図に示す部品搭載装置は、不図示の案内レールとコンベアベルトにより基台１の中央部に搬入されてくる基板２に多数の部品３を搭載する。この搭載作業を行う２つの作業ヘッド４及び５は、Ｘ軸方向（図の左右方向）の移動軸６及び７に摺動自在に夫々支持されている。

一方の移動軸６は、基台１の上方に配置された固定レール８ａ、８ｂ間にＹ軸方向（図の上下方向、装置では前後方向）に摺動自在に差し渡されて設けられ、他方の移動軸７は、これも基台１上方に配置された他の固定レール９ａ、９ｂ間にＹ軸方向に摺動自在に差し渡されて上記同様にＹ軸方向（前後方向）に移動する。

これにより、作業ヘッド４及び５は基台１上の作業領域を前後左右に移動自在である。これらの作業ヘッド４及び５の先端には、特には図示しないが、１個又は複数個の搭載ヘッドが配設されている。搭載ヘッドは作業ヘッド４及び５に保持されて上下に移動自在であり、先端にはノズル又はクリッパー（以下、ノズルとのみいう）。

搭載ヘッドは、基台１の前部と後部に配置されている不図示の部品供給装置から部品を吸着し、基台１上を上下、前後、及び左右に自在に移動して、その部品を基板２上に搭載する。
ところで、このような二軸型ワンバイワン方式の部品搭載装置では、作業ヘッド４及び５は、それぞれ同一のプログラムによって互に独立に動作するように構成されている。したがって、より上層の制御プラグラムによって、二つの移動軸６及び７がＹ軸方向で互いに衝突しないように移動の動作が制御されている。（例えば、特許文献１参照）。

図８は、部品搭載装置の制御を行う中央制御部のの構成ブロック図である。同図において、中央制御部は、装置全体を制御するＣＰＵ（中央演算処理装置）１０を有しており、そのＣＰＵ１０には、バス１１を介してＲＯＭ(Read-Only-Memory)１２、ＲＡＭ(Random-Access-Memory)１３、画像処理部１４、キー入力部１５、及びｉ／ｏ制御部１６が接続されている。

ＲＯＭ１２は、制御や処理のプログラム、各種の処理データ等を記憶しておりこれらのプログラムやデータが、ＣＰＵ１０により読み出されて、後述する基板マークの読み取りや通常の部品搭載処理が行われる。
ＲＡＭ１３は、基板表面の基板マークの位置などを記憶する領域と、演算処理の中間データを一時的に記憶するワーク領域を備えている。これらのデータは、ＣＰＵ１０により参照される。

画像処理部１４は、基板認識装置１７を備えている。この基板認識装置１７は図７に示す作業ヘッド４及び５の搭載ヘッドの近傍にそれぞれ設けられている。画像処理部１４は、それらの基板認識装置１７を駆動し、その照明装置１８と認識用カメラ１９によって基板２の所定の２箇所に付与されている基板マーク２０−１及び２０−２を順次撮像させ、その撮像アナログ信号をデジタル信号に変換し、内蔵のメモリに例えば１２８階調のドットイメージの画像データに展開して、これをＣＰＵ１０に転送する。ＣＰＵ１０は、その画像データに基づいて基板２の位置を正しく認識する。

ｉ／ｏ制御部１６には、コンベアベルトを駆動するベルト駆動モータのドライバ、移動軸６及び７や固定レール８ａ及び８ｂのボールネジを駆動するサーボモータのドライバ、不図示の基板センサを駆動するドライバ、位置決め装置を昇降させるシリンダのドライバ、異常表示ランプ（警報ランプ）を駆動するドライバ、表示装置の液晶ディスプレイを表示駆動するドライバ等、各種のドライバが接続されている。

ところで図８に示すような基板２に限らず、どのよな基板にも、部品の搭載位置の精度を出すために搭載ヘッドが基板の位置を認識するための基板マークが少なくとも２箇所に設けられている。（例えば、特許文献２参照。）
図９(a) は、図７又は図８に示したような単独の基板２の二箇所の基板マーク２０−１、２０−２を示す図であり、この二箇所の基板マーク２０−１、２０−２を認識することにより、図７に示す作業ヘッド４又は５の搭載ヘッドは、各種の部品３をそれぞれ基板２の正しい位置に搭載することができる。

同図(b) は親基板２１に形成されている３つの子基板２２（２２−１、２２−２、２２−３）のそれぞれ二箇所に設けられている基板マーク２３−１、２３−２を示す図である。
中には親基板２１のみに基板マークが付与されていて子基板には基板マークが無い場合もあるが、親基板２１上の子基板２２の配置は必ずしも正確とはいえないことと、近年のように部品が寸法が微細になってくると、基板上の搭載位置の寸法も微細になり、搭載位置の精密な位置合わせが必要である。そのため、昨今では子基板毎に基板マークが設けられる場合が多くなっている。

ところで、このような二軸型の部品搭載装置では、作業ヘッド４及び５は、それぞれ同一のプログラムによって互に独立に動作するように構成されていることは前述した。したがって、基板マークの認識においても部品の搭載においても、より早く動作を開始した方の作業ヘッドのＹ軸方向の動作を妨害しないように、より遅く動作を開始した作業ヘッドは次の動作を待機することがある。

特に基板マークの認識では、両作業ヘッド４及び５は、独立に動作するとはいえ、同一のプログラムで作業を行っている関係で、同じ基板マークを同じ順序で認識する必要がある。
このため基板マークの認識作業では、いずれか一方の作業ヘッドが次の作業を待機する分だけ動作無しの時間が発生し、このような動作無しの時間が基板の機内搬入毎に発生すると、部品搭載装置のユーザにとっては機械の遊び時間が多すぎると感じるようになる。また、実際に動作無しの時間の分だけ作業の能率が低下していのも事実である。

図１０(a),(b) は、単独基板に対する前後２つの作業ヘッド４及び５の基板マークの認識動作を示す図であり、同図(a) は、手前の作業ヘッド４の動作開始が早かった場合を示し、同図(b) は後方の作業ヘッド５の動作開始が早かった場合を示している。
同図(a) の破線ａ、ｂ、ｃで示すように、手前の作業ヘッド４は、基板マーク２０−１、２０−２の順序で基板マークを認識していく。後方の作業ヘッド５も波線ｃ、ｄ、ｅで示すように、同じ順序で基板マークを認識していかなければならない。

ところが、手前の作業ヘッド４が破線で示す処理手順ａ、ｂの順で基板マーク２０−１及び２０−２を認識している間は、Ｙ軸方向での干渉が生じないように、後方の作業ヘッド５は待機位置で待機している必要がある。
そして、手前の作業ヘッド４が基板マーク２０−２の認識を終了して破線で示す処理手順ｃにおいて待機位置と同方向の部品吸着位置の方向に退去を開始したとき、初めて後方の作業ヘッド５が波線で示すように処理手順ｃのタイミングで基板マーク２０−１の認識を開始でき、その後、波線で示す処理手順ｄ、ｅの順で基板マーク２０−２を認識して、待機位置と同方向の部品吸着位置の方向に退去する。

ところが、同図(b) に示すように、後方の作業ヘッド５のほうが動作を早く開始したときは、後方の作業ヘッド５が波線で示す処理手順ａ、ｂで、基板マーク２０−１を認識したのち基板マーク２０−２の認識のために移動したときＹ軸方向の干渉が解除されるので、手前の作業ヘッド４は破線で示す処理手順ｂのタイミングで基板マーク２０−１の認識を開始する。

そして、後方の作業ヘッド５が基板マーク２０−２の認識を終了して待機位置と同方向の部品吸着位置の方向に退去する波線で示す処理手順ｃのタイミングで、手前の作業ヘッド４は破線で示す処理手順ｃのタイミングで基板マーク２０−２の認識のために移動する、そして、基板マーク２０−２を認識して、破線で示す処理手順ｄで待機位置と同方向の部品吸着位置の方向に退去する。

同図(a),(b) を比較してみると、同図(a) よりも同図(b) のほうが処理手順が１回分だけ短くなっている。つまり両作業ヘッド４及び５による基板マーク認識作業の時間が早く終了している。
図１１(a),(b) は、親基板に形成されている複数の子基板に対する前後２つの作業ヘッド４及び５の基板マークの認識動作を示す図であり、同図(a) は、手前の作業ヘッド４の動作開始が早かった場合を示し、同図(b) は後方の作業ヘッド５の動作開始が早かった場合を示している。

手前の作業ヘッド４は、破線で示す処理手順ａ〜ｆで３つの子基板２２の基板マーク２３−１及び２３−２をそれぞれ順次認識していく。この間、手前の作業ヘッド４の移動軸６（図７参照）は、常に３つの子基板２２の上方領域でＹ軸方向に往復移動中であるので、後方の作業ヘッド５は、Ｙ軸の干渉が起きないように、最初に認識すべき子基板２２−１の基板マーク２３−１を認識するための動作を開始することができない。

そして、手前の作業ヘッド４が、３つ目の子基板２２−３の基板マーク２３−２の認識を終了して、破線で示す処理手順ｇで待機位置と同方向の部品吸着位置の方向に退去するタイミングで、初めて後方の作業ヘッド５は最初に認識すべき子基板２２−１の基板マーク２３−１を認識するための動作を開始することができる。そして、波線で示す処理手順ｇ〜ｌで３つの子基板２２の基板マーク２３−１及び２３−２をそれぞれ順次認識していき、３つ目の子基板２２−３の基板マーク２３−２の認識を終了して、波線で示す処理手順ｍで待機位置と同方向の部品吸着位置の方向に退去する。

これに対して、同図(ｂ) に示すように、後方の作業ヘッド５のほうが動作を早く開始したときは、後方の作業ヘッド５が波線で示す処理手順ａで１番目の子基板２２−１の基板マーク２０−１を認識したのち、処理手順ｂで基板マーク２０−２の認識のために移動したとき、Ｙ軸方向の干渉が一時的に解除されるので、手前の作業ヘッド４は破線で示す処理手順ｂのタイミングで１番目の子基板２２−１の基板マーク２０−１の認識を行う。

そして、後方の作業ヘッド５が２番目の子基板２２−２の基板マーク２０−１の認識に移ると、この場合は後方の作業ヘッド５が上述したように初期動作を早く開始しているので動作上の優先権があり、つまり手前の作業ヘッド４は従であり、且つＹ軸方向の移動軸の干渉を避けなければならないので、手前の作業ヘッド４は一旦待機位置に待機する。

この間、後方の作業ヘッド５は、波線で示す処理手順ｃ〜ｆで、３番目の子基板２２−３の基板マーク２０−２までの認識を順次行う。また、この間、後方の作業ヘッド５の移動軸７（図７参照）は、常に３つの子基板２２の上方領域でＹ軸方向に往復移動中であるので、手前の作業ヘッド４は、Ｙ軸の干渉が起きないように、１番目の子基板２２−１の次に認識すべき基板マーク２３−２を認識するための動作を開始することができない。

そして、後方の作業ヘッド５が３番目の子基板２２−３の基板マーク２０−２の認識を終了して、波線で示す処理手順ｇで待機位置と同方向の部品吸着位置の方向に退去するタイミングで、初めて手前の作業ヘッド４は、破線で示す処理手順ｇ〜ｋで各子基板の残りの基板マークの認識を完了する。

同図(a),(b) を比較してみると、この場合も、同図(a) よりも同図(b) のほうが処理手順が１回分だけ短くなっている。つまり両作業ヘッド４及び５による基板マーク認識作業の時間が早く終了している。
特開平１１−１４３５４４号公報（［要約］、図１１） 特開２００２−０２６５９５号公報（［要約］、図１）

ところで、上記のように、手前の作業ヘッド４が先に動作を開始するか後方の作業ヘッドが先に動作を開始するかによって、処理手順に１処理分の時間的差が出来てくると、もし、常に図１０(a) や図１１(a) のように手前の作業ヘッド４が先に動作を開始するようであると、常に１処理分の時間が消費されることになり、この１処理分の時間消費が、生産される基板ユニットの数量分だけ蓄積されることになって、その時間的損失は計り知れないほど大きい。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、常に最短時間で基板マークの認識を行うことができる電子部品搭載装置とその基板マーク認識方法を提供することである。

先ず、請求項１記載の発明の「電子」部品搭載装置は、基板を挟んで対向して配置され、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元の作業空間を移動自在な二つの作業ヘッドを夫々Ｘ軸方向へ移動させる第１のＸ軸方向移動手段及び第２のＸ軸方向移動手段と、上記第１のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第１のＹ軸方向移動手段と、前記第２のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第２のＹ軸方向移動手段と、を有して、上記二つの作業ヘッドにより夫々基板のいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている位置確認用の基板マークを認識し該基板マークで位置を確認した前記基板に部品供給装置から個別に取り上げたチップ状電子部品を自動搭載する電子部品搭載装置であって、上記基板マークを認識するに際して初期起動位置にある上記二つの作業ヘッドのいずれか一方を最初に動作する作業ヘッドとし、他方を次に動作する作業ヘッドとして順位付けする初動順位付け手段と、該初動順位付け手段により最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた上記作業ヘッドに対し前記基板の上記初期起動位置にある上記作業ヘッドから距離の遠いほうの基板マークから先に認識するよう基板マークの認識順位を順位付けする認識順位付け手段と、次に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドに対し、最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドの前記基板マークの認識動作を追尾して前記基板マークの認識動作を実行するよう制御する制御手段と、を有して構成される。

そして、この電子部品搭載装置は、例えば請求項２記載のように、親基板に集合して形成されている複数の子基板それぞれのいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている基板マークをそれぞれ認識するに際し、上記最初に動作する上記作業ヘッドから距離の遠いほうの上記基板マークに奇数番号、近いほうの上記基板マークに偶数番号を割り当て、上記最初に動作する上記作業ヘッドは、最初の子基板の奇数番号の上記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の上記基板マークとを認識した後一旦待機位置に退避し、次の子基板の奇数番号の上記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の上記基板マークの認識を再開することを上記複数の子基板の全上記基板マークの認識が終了するまで繰り返すよう制御する子基板マーク認識制御手段を更に有して構成される。

次に、請求項３記載の発明の基板マーク認識方法は、基板を挟んで対向して配置され、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元の作業空間を移動自在な二つの作業ヘッドを夫々Ｘ軸方向へ移動させる第１のＸ軸方向移動手段及び第２のＸ軸方向移動手段と、上記第１のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第１のＹ軸方向移動手段と、上記第２のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第２のＹ軸方向移動手段と、を有して、上記二つの作業ヘッドにより夫々基板のいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている位置確認用の基板マークを認識し該基板マークで位置を確認した前記基板に部品供給装置から個別に取り上げたチップ状電子部品を自動搭載する電子部品搭載装置における基板マーク認識方法であって、上記基板マークを認識するに際して初期起動位置にある上記二つの作業ヘッドのいずれか一方を最初に動作する作業ヘッドとし、他方を次に動作する作業ヘッドとして順位付けする初動順位付け処理と、該初動順位付け処理により最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた上記作業ヘッドに対し前記基板の上記初期起動位置にある上記作業ヘッドから距離の遠いほうの基板マークから先に認識するよう基板マークの認識順位を順位付けする認識順位付け処理と、次に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドに対し、最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドの前記基板マークの認識動作を追尾して前記基板マークの認識動作を実行するよう制御する処理と、を含んで構成される。

そして、この基板マーク認識方法は、例えば請求項４記載のように、親基板に集合して形成されている複数の子基板それぞれのいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている基板マークをそれぞれ認識するに際し、上記最初に動作する上記作業ヘッドから距離の遠いほうの上記基板マークに奇数番号、近いほうの上記基板マークに偶数番号を割り当て、上記最初に動作する上記作業ヘッドは、最初の子基板の奇数番号の上記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の上記基板マークとを認識した後一旦待機位置に退避し、次の子基板の奇数番号の上記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の上記基板マークの認識を再開することを上記複数の子基板の全上記基板マークの認識が終了するまで繰り返すよう制御する子基板マーク認識制御処理を更に含んで構成される。

以上説明したように、本発明によれば、二つの作業ヘッドのいずれか一方を最初に動作する作業ヘッドとして予め設定しておき、この作業ヘッドに対しプリント回路基板上の作業ヘッドから距離の遠いほうの基板マークから先に認識するように制御するので、単一基板にあっては常に１処理分速い処理での基板マークの認識作業が行われ、これにより、１処理分遅くなる基板マークの認識作業が除去され、したがって、１処理分長引く消費時間が生産される基板ユニットの数量分だけ蓄積されることもなくなり、基板ユニット生産作業の能率が向上する。

また、親基板に集合して形成されている複数の子基板の基板マークを認識する際には、偶数個目の基板マークを認識した後一旦待機位置に退避して他の作業ヘッドに基板１枚分の基板マークの認識を行わせる、ということを繰り返すので、親基板に形成されている子基板の数が多いほど従来よりも処理時間が短縮され、基板ユニット生産作業の能率が著しく向上する。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態における電子部品搭載装置の外観斜視図である。 同図に示すように、電子部品搭載装置２５は、天井カバー上の前後に、それぞれＣＲＴディスプレイからなるモニタ装置２６と、同じく天井カバー上の左右に、それぞれ稼動状態を報知する警報ランプ２７を備えている。また、上部保護カバー２８の前部と後部の面には、液晶ディスプレイとタッチ式入力装置からなり外部からの操作により各種の指示を入力することができる小型の表示入力パネル２９が配設されている（図の右斜め上方向になる後部の表示入力パネル２９は陰になって見えない）。

下部の基台３０の上には、中央に、固定と可動の１対の平行する基板案内レール３１がプリント回路基板（以下、単に基板という）の搬送方向（Ｘ軸方向、図の斜め右下から斜め左上方向）に水平に延在して配設される。これらの基板案内レール３１の下部に接して、図には見えないループ状の搬送ベルト（コンベアベルト）が走行可能に配設される。

搬送ベルトは、それぞれ数ミリ幅のベルト脇部を基板案内レール３１の下から基板搬送路に覗かせて、不図示のベルト駆動モータにより駆動され、基板搬送方向に走行し、基板の裏面両側を下から支持しながら装置本体内に部品搭載前の基板をライン上流側から搬入し、部品搭載済みの基板を順次ライン下流側に搬出する。

基台３０の前後には、それぞれ電子部品供給台３２が形成されている（同図(a) では図の右斜め上方向になる後部の電子部品供給台３２は陰になって見えない。電子部品供給台３２には、特には図示しないが、テープカセット式の電子部品供給装置が５０個〜７０個と多数配置され、あるいは、トレー式の電子部品供給装置の供給ステージが上方に差し込まれる。

基台３０の上方すなわち電子部品搭載装置２５の内部には、図では天井カバーと上部保護カバー２８の蔭になるため見えないが、図７に示したと同様の二軸構成の作業ヘッドが配設されている。
図２は、この電子部品搭載装置２５の中央制御部を中心としたシステム構成を示すブロック図である。同図に示すように、本例の電子部品搭載装置２５は、ＣＰＵ３３とこのＣＰＵ３３にバス３４で接続されたｉ／ｏ（入出力）制御ユニット３５及び画像処理ユニット３６からなる中央制御部を備えている。また、ＣＰＵ３３にはメモリ３７が接続されている。メモリ３７は特には図示しないがプログラム領域とデータ領域を備えている。

また、ｉ／ｏ制御ユニット３５には、記録装置３８が接続されている。記録装置３８は、例えばＨＤ（Magnet Optical disk)、ＦＤ（floppy disk)、ＭＯ（Magnet Optical disk)、ＣＤ−ＲＯＭ／ＲＷ、カードあるいはスティック型のフラッシュメモリ等の各種の記録媒体を装着可能であり、電子部品搭載装置２５の部品搭載処理、基板マーク認識処理、その事前に行なわれる部品搭載ティーチング処理等の部品搭載プログラムや、部品ライブラリのデータ、ＣＡＤからのＮＣデータ、更には段取時の装置設定のための操作入力画面データ、エラー発生時の操作入力画面データ等の各種のデータを記録して保持している。

上記の部品搭載プログラム等は、ＣＰＵ３３によりメモリ３７のプログラム領域にロードされて各部の制御の処理に使用され、それらの処理の実行時に使用されるデータはメモリ３７のデータ領域に読み出されて、所定の処理が実行される。処理されて更新されたデータは、所定の記録媒体の所定のデータ領域に格納されて保存される。

また、ｉ／ｏ制御ユニット３５には、図１に示した表示入力パネル２９（フロント側表示入力パネル２９ｆ、リニア側表示入力パネル２９ｒ）が接続されている。これらの表示入力パネル２９には、部品搭載処理動作の実行時には、処理動作の進行状況を示す生産中表示画像や画像処理ユニット３６が処理する画像が表示され、段取時の装置設定作業では、マニュアル操作用の操作入力表示画面が表示され、また、エラー発生時には、エラー報知画面が表示され、そして、部品搭載プログラムへの修正データや装置設定データを修正する操作入力用表示画面などが表示される。

更に、上記のｉ／ｏ制御ユニット３５に接続されている位置決め装置は、部品搭載装置の基台内部において基板案内レールの下方に配置され、装置内に案内されてくる基板の位置決めを行う。ベルト駆動モータは基板案内レールに一体的に配設されている搬送ベルトを循環駆動する。基板センサは基板の搬入と搬出を検知する。異常表示ランプは図１に示した警報ランプ２７であり、電子部品搭載装置の動作異常や作業領域内の異物進入等の異常時に点灯又は点滅して異常発生を現場の作業者に報知する。

更に、上記のｉ／ｏ制御ユニット３５には、それぞれのドライバ４１（４１ｘ、４１ｙ、４１ｚ、４１θ）を介してＸ軸モータ４２ｘ、Ｙ軸モータ４２ｙ、Ｚ軸モータ４２ｚ、及びθ軸モータ４２θが接続されている。
これらのうちドライバ４１とＸ軸モータ４２ｘ及びＹ軸モータ４２ｙは、図では１個ずつ示しているが実際には作業ヘッドの数だけ、つまり２個ずつ配設されており、Ｚ軸モータ４２ｚ及びθ軸モータ４２θは搭載ヘッドの数だけ、あるいは設計上の工夫にもよるが少なくとも作業ヘッドの数だけは配置されている。

Ｘ軸モータ４２ｘは、図７に示した移動軸６及び７と同様の構成の２つの移動軸に支持される作業ヘッドを左右に駆動し、Ｙ軸モータ４２ｙは、これも図７に示した固定レール８ａ及び８ｂと同様の構成の２つの固定レールに支持される移動軸を前後に駆動する。Ｚ軸モータ４２ｚは作業ヘッドに支持される搭載ヘッドを上下に駆動し、そしてθ軸モータ４２θは搭載ヘッドの部品吸着ノズル４３を３６０度回転させる
上記の各ドライバには、特には図示しないが、それぞれエンコーダが配設されており、これらのエンコーダにより各モータ（Ｘ軸モータ４２ｘ、Ｙ軸モータ４２ｙ、Ｚ軸モータ４２ｚ、θ軸モータ４２θ）の回転に応じたエンコーダ値がｉ／ｏ制御ユニット３５を介してＣＰＵ３３に入力する。これにより、ＣＰＵ３３は、作業領域上における作業ヘッドや部品吸着ノズル４３の時間軸に応じた現在位置を認識することができる。これにより、Ｙ軸方向（固定レール方向）における移動軸の競合・干渉を避け、また部品搭載位置の補正を行いながら基板上の正しいに位置に部品を搭載することができる。

また、上記のｉ／ｏ制御ユニット３５には、上記の部品吸着ノズル４３の先端に吸着されている部品４４を照明するための照明装置４５や、基板４６の基板マークや部品搭載位置を照明するための照明装置４７が接続されている。そして、画像処理ユニット３６には、上記の部品４４を撮像するための部品用カメラ４８や、基板４６を撮像するための基板用カメラ７２が不図示の駆動ドライバを介して接続されている。

図３(a) は、上記の構成において、ＣＰＵ３３により処理される基板マーク認識処理のフローチャートであり、同図(b) は、その処理に伴う前後２つの作業ヘッドの動作を模式的に示す図である。尚、この処理は、単一基板についての基板マーク認識処理を示している。

また、この処理では、基板４６の基板マーク５０−１、５０−２のうち手前の作業ヘッドに近い基板マーク５０−１からではなく、遠い方の基板マーク５０−２から始めて次に近いほうの基板マーク５０−１へと認識処理を進めていくように基板マークの認識順序がプログラムによって予め決められている。これは従来近いほうの基板マーク５０−１から認識を開始していた基板マーク認識処理プログラムの中で、２つの基板マークの番号パラメータを入れ替えるだけで容易に実行することができる。

同図(a) において、先ず、基板マーク認識のために始動しようとした作業ヘッド（自軸）が前方（手前側）の作業ヘッドであるか後方の作業ヘッドであるかを判別する（Ｓ１）。
そして、自軸が前方の作業ヘッドであるときは、直ちにマーク認識処理を開始する（Ｓ３）。これにより、同図(b) に示すように、前方の作業ヘッドによる基板マーク５０−２、５０−１への認識処理が、破線で示す処理手順ａ、ｂ、ｃの順で実行される。

他方、自軸が後方の作業ヘッドであるときは、１００ｍｓの間だけ始動せずに待機し（Ｓ２）、この後、Ｓ３のマーク認識処理を開始する。このように、基板マークの認識開始は常に前方の作業ヘッドから先に行われ、次に後方の作業ヘッドが行うように順番が予め決められている。

これにより、同図(b) に示すように、後方の作業ヘッドは、波線で示す処理手順ｂ、つまり前方の作業ヘッドの処理手順ｂのタイミングで基板マーク５０−２の認識処理を開始することができる。
また、これにより、二軸構成の２つの作業ヘッドによる基板マーク認識処理が常に処理手順ａ〜ｄの４手順で終了する。すなわち、図１０(a) に示したような処理手順ａ〜ｅの５手順をかけて時間を無用に消費することがなくなる。

ところで、上記の実施例１は、必ず前方の作業ヘッドから基板マークの認識作業を開始するようにしているが、これに限ることなく、先に起動した作業ヘッドのほうから基板マークの認識作業を開始するようにしてもよい。その場合でも１枚の基板に対して処理手順ａ〜ｄの４手順で認識作業を終了することができる。以下、これについて説明する。

図４は、そのような先に起動した作業ヘッドのほうから基板マークの認識作業を開始する場合において、中央制御部のＣＰＵ３３により実行される基板マーク認識処理のフローチャートである。尚、この処理は、部品搭載装置内に搬入される基板が一度に１枚だけの場合でもよく、また、複数搬入される場合にも適用できる。

また、前方の作業ヘッドも後方の作業ヘッドも、処理のフローチャートは共通であり、ＣＰＵ３３は、この処理では、内蔵の２つのレジスタを、前方の作業ヘッド用のレジスタｉと後方の作業ヘッド用のレジスタｉとしてそれぞれ使用する。
図４において、先ずＣＰＵ３３に内蔵のレジスタｉを「０」クリアして初期設定する（Ｓ１０１）。

続いて、最初に認識すべく指定されている基板マーク（１点目の基板マーク）と次に認識すべき基板マーク（２点目の基板マーク）の基板上の位置を比較して１点目の基板マークが２点目の基板マークよりも自装置（最初に起動した作業ヘッド）に近いか遠いかを判別する（Ｓ１０２）。

そして、１点目の基板マークが２点目の基板マークよりも自装置から遠ければ直ちに基板マークの認識処理を開始する（Ｓ１０４）。
これにより、図３(b) の場合と同じように、２点の基板マークのうちの自装置から遠い方から基板認識作業が開始されるので処理手順ａ〜ｄの４手順で認識作業を終了することができる。

他方、処理Ｓ１０２の判別で、１点目の基板マークが２点目の基板マークよりも自装置に近いときは、１点目の基板マークと２点目の基板マークの認識順を入れ替えてから（Ｓ１０３）、処理Ｓ１０４の基板認識作業を開始する。
これにより、この場合も、２点の基板マークのうちの自装置から遠い方から基板認識作業が開始されるので処理手順ａ〜ｄの４手順で認識作業を終了することができる。

上記の基板認識作業が終了したならば、レジスタｉを「１」インクリメントする（Ｓ１０５）。そして、そのレジスタｉの値ｉが、本体装置（部品搭載装置）内に搬入されている基板の数に満たないか一致するかを判別する（Ｓ１０６）。
そして、レジスタｉの値ｉが、搬入されている基板の数に満たないときは、基板マークの認識の終了していない基板が未だ本体装置内に残っているので、処理Ｓ１０２に戻り、処理Ｓ１０２〜Ｓ１０６を繰り返し、認識処理の終了していない基板の基板マーク認識処理を行う。

そして、処理Ｓ１０６でレジスタｉの値ｉが搬入されている基板の数に一致したときは、搬入されている全部の基板について基板マークの認識が終了しているの、この基板マーク認識処理を終了する。
このようにして、先に起動した作業ヘッドのほうから基板マークの認識作業を開始しても、常に１枚の基板に対して処理手順ａ〜ｄの４手順で認識作業を終了させることができる。

図５は、実施例３として中央制御部のＣＰＵにより実行される基板マークを認識する処理のフローチャートであり、単一の基板のみならず、親基板に形成されている複数の子基板の基板マークに対しても能率よく認識する処理の方法を示している。
図６は、上記の処理におる前後２つの作業ヘッドの動作を模式的に示す図である。尚、図６では説明を分かりやすくするために、親基板５１に形成されている複数の子基板５２の数を３個（５２−１、５２−２、５２−３）として示している。また、いずれの子基板５２にも２個の基板マーク５３（５３−１、５３−２）が設けられている。

また、この処理では、図３(a) の場合と同じように前方の作業ヘッドから基板マークの認識作業を開始するようにしており、且つ親基板５１の右端部の子基板５２−１の、前方の作業ヘッドから遠い基板マーク５３−２から認識作業を開始するようにしている。したがって、後方の作業ヘッドも、前方の作業ヘッドの後に続いて、親基板５１の右端部の子基板５２−１の基板マーク５３−２から認識作業を開始する。

また、前方の作業ヘッドも後方の作業ヘッドも、処理のフローチャートは共通であり、ＣＰＵ３３は、この処理では、内蔵の２つのレジスタを、前方の作業ヘッド用のレジスタｍと後方の作業ヘッド用のレジスタｍとしてそれぞれ使用する。
先ず、図５において、ＣＰＵ３３はレジスタｍに初期値として「１」を設定する（Ｓ２０１）。

続いて、プログラムのパラメータから認識すべき全基板マーク数を参照し、全基板マーク数が２個以内であるか否かを判別する（Ｓ２０２）。
そして、全基板マーク数が２個以内であれば、基板は単一の基板であると判断し、その場合は直ちにｍ番目（この場合は１番目）の基板マークの認識を実行し（Ｓ２０６）、次にレジスタｍを「１」インクリメントして（Ｓ２０７）、そのレジスタｍの値がｍであることによりｍ番目（この場合はレジスタｍの値が初期値の「１」から更に「１」インクリメントされているので２番目）の基板マークの認識を実行し（Ｓ２０８）、レジスタｍの値ｍが全基板マーク数の「２」となっていることを判別して（Ｓ２０９の判別が「＝」）、処理を終了する。

すなわち、基板が単一の基板で全基板マーク数が２個以内（つまり２個）であれば、図３(b) に示したと全く同様の動作となり、前方の作業ヘッドと後方の作業ヘッドによる認識作業の処理は、合わせて処理手順ａ〜ｄの４手順で終了する。
また、図５における処理Ｓ２０２の判別で、全基板マーク数が２個よりも多いとき、例えば図６に示すように、親基板５１に３個の子基板５２（５２−１、５２−２、５２−３）が形成されており、子基板５２それぞれに２個の基板マーク５３−１、５３−２が設けられ、全基板マーク数が６個であるような場合は、先ず、レジスタｍの値ｍが、奇数であるか偶数であるかを判別する（Ｓ２０３）。

この判別では、最初は必ず奇数となっているので、その場合は、上述した処理Ｓ２０６、処理Ｓ２０７、及び処理Ｓ２０８の処理を行う。これにより、図６に示す処理手順ａとｂが行われる。
図５において、レジスタｍの値ｍが全基板マーク数（本例では「６」）となっているか否かを判別し（Ｓ２０９）、最初はこの判別ではレジスタｍの値ｍ（＝２）が全基板マーク数の「６」よりも小さいので（Ｓ２０９の判別が「＜」）、この場合は、処理Ｓ２０３に戻り、レジスタｍの値ｍが奇数か偶数かを判別する。

この判別では、最初のとき以外はレジスタｍの値ｍは偶数となっている。したがって、処理Ｓ２０３でレジスタｍの値ｍが偶数であることを確認すると、作業ヘッドは基板外の所定の退避位置に退避する（Ｓ２０４）。これにより、図６に示す基板外の所定の退避位置５４−１に作業ヘッドが退避する処理手順ｃが行われる。

これにより、処理手順ｂで１点目の基板マーク５３−２の認識を行った後方の作業ヘッドは、前方の作業ヘッドが退避位置５４−１に退避して親基板５１上のＹ軸方向の作業路が空いていることにより、上記の処理手順ｃに同期して２点目の基板マーク５３−１の認識を実行する。

そして、この後方の作業ヘッドにおいても、２点目の基板マーク５３−１の認識後において図５の処理Ｓ２０３の判別でレジスタｍの値ｍが偶数となることにより、基板外の所定の退避位置５５−１にに退避する処理手順ｄを実行する。
この退避によって親基板５１上のＹ軸方向の作業路が空くことにより、前方の作業ヘッドは、上記の処理手順ｄに同期して、子基板５２−２上に移動し、図５の処理Ｓ２０５に示したようにレジスタｍの値ｍを「１」インクリメントして次の（３点目の）基板マーク（子基板５２−２の基板マーク５３−２）を認識マークとして設定し、その認識を実行し（Ｓ２０６）、更に次の（４点目の）基板マーク（子基板５２−２の基板マーク５３−１）の認識を図６の処理手順ｅのように実行した後（図５の処理２０７、Ｓ２０８）、認識を収容した基板マーク数「４」が未だ全基板マーク数「６」よりも小さいことにより、Ｓ２０３に戻り、ここでも再びレジスタｍの値ｍが偶数であることにより、図６の処理手順ｆに示すように基板外の所定の退避位置５４−２に退避する。

これにより、後方の作業ヘッドによる２枚目の子基板５２−２に対する２つの基板マークに対する認識が、上述した１枚目の子基板５２−１の場合と同様に、図６の処理手順ｅ、ｆのように実行され、処理手順ｇで基板外の所定の退避位置５５−２に５５−１に退避する。

上記のような処理が図６に示す処理手順ｇ，ｈ，ｉ，ｊによって、３枚目の子基板５２−３にも繰り返されて全基板マーク数にたいする認識が終了する。
これにより、前後両作業ヘッドによる動作は、退避位置への退避が行われる分だけ動作量が多いが、時間的には処理手順ａ〜ｊまでで認識作業が終了しており、図１１(a),(b) に示した従来の処理手順ａ〜ｍ又は処理手順ａ〜ｌに比較して、３手順又は４手順も短縮されている。この基板マーク認識の時間短縮は、親基板内の子基板の数が多くなるほど顕著になる。

以上のように本発明の基板マーク認識方法は、少なくとも水平移動方向に対向して配置されそれぞれ独立して移動して電子部品の搭載作業を実行可能に構成された二つの作業ヘッドを有する電子部品搭載装置における基板マークの認識作業の向上に著しく寄与するものであり、一対の対向型作業ヘッドを有する電子部品搭載装置を用いる全ての産業において利用することが可能である。

本発明の実施形態における電子部品搭載装置の外観斜視図である。 本発明の実施形態における電子部品搭載装置の中央制御部を中心としたシステム構成を示すブロック図である。 (a) は実施例１として中央制御部のＣＰＵにより処理される基板マーク認識処理のフローチャート、(b) はその処理に伴う前後２つの作業ヘッドの動作を模式的に示す図である。 実施例２として中央制御部のＣＰＵにより実行される基板マーク認識処理のフローチャートである。 実施例３として中央制御部のＣＰＵにより実行される基板マークを認識する処理のフローチャートであり、単一の基板のみならず、親基板に形成されている複数の子基板の基板マークに対しても能率よく認識する処理の方法を示すフローチャートである。 実施例３の基板マーク認識処理における前後２つの作業ヘッドの動作を模式的に示す図である。 従来の部品搭載装置の主要部の構成を模式的に示す図である。 従来の部品搭載装置の制御を行う中央制御部のの構成ブロック図である。 (a) は単独の基板の二箇所の基板マークを示す図、(b) は親基板内における複数の子基板それぞれの二箇所の基板マークを示す図である。 (a) は単独基板に対する手前の作業ヘッドの動作開始が早かった場合の基板マークの認識動作を示す図、(b) は後方の作業ヘッドの動作開始が早かった場合の基板マークの認識動作を示す図である。 (a) は親基板に形成された複数の子基板に対する手前の作業ヘッドの動作開始が早かった場合の基板マークの認識動作を示す図、(b) は後方の作業ヘッドの動作開始が早かった場合の基板マークの認識動作を示す図である。

符号の説明

１ 基台
２ プリント回路基板（基板）
３ チップ状電子部品（部品）
４、５ 作業ヘッド
６、７ 移動軸
８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ 固定レール
１０ ＣＰＵ（中央演算処理装置）
１１ バス
１２ ＲＯＭ(Read-Only-Memory)
１３ ＲＡＭ(Random-Access-Memory)
１４ 画像処理部
１５ キー入力部
１６ ｉ／ｏ制御部
１７ 基板認識装置
１８ 照明装置
１９ 認識用カメラ
２０−１、２０−２ 基板マーク
２１ 親基板
２２（２２−１、２２−２、２２−３） 子基板
２３−１、２３−２ 基板マーク
２５ 電子部品搭載装置
２６ モニタ装置
２７ 警報ランプ
２９ 表示入力パネル
３０ 基台
３１ 基板案内レール
３２ 電子部品供給台
３３ ＣＰＵ
３４ バス
３５ ｉ／ｏ（入出力）制御ユニット
３６ 画像処理ユニット
３７ メモリ
３８ 記録装置
４１（４１ｘ、４１ｙ、４１ｚ、４１θ） ドライバ
４２ｘ Ｘ軸モータ
４２ｙ Ｙ軸モータ
４２ｚ Ｚ軸モータ
４２θ θ軸モータ
４３ 部品吸着ノズル
４４ 部品
４５ 照明装置
４６ 基板
４７ 照明装置
４８ 部品用カメラ
４９ 基板用カメラ
５０−２、５０−１ 基板マーク

Claims (4)

1. 基板を挟んで対向して配置され、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元の作業空間を移動自在な二つの作業ヘッドを夫々Ｘ軸方向へ移動させる第１のＸ軸方向移動手段及び第２のＸ軸方向移動手段と、前記第１のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第１のＹ軸方向移動手段と、前記第２のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第２のＹ軸方向移動手段と、を有して、前記二つの作業ヘッドにより夫々基板のいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている位置確認用の基板マークを認識し該基板マークで位置を確認した前記基板に部品供給装置から個別に取り上げたチップ状電子部品を自動搭載する電子部品搭載装置であって、
   前記基板マークを認識するに際して初期起動位置にある前記二つの作業ヘッドのいずれか一方を最初に動作する作業ヘッドとし、他方を次に動作する作業ヘッドとして順位付けする初動順位付け手段と、
   該初動順位付け手段により最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドに対し前記基板の前記初期起動位置にある前記作業ヘッドから距離の遠いほうの基板マークから先に認識するよう基板マークの認識順位を順位付けする認識順位付け手段と、
   次に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドに対し、最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドの前記基板マークの認識動作を追尾して前記基板マークの認識動作を実行するよう制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする電子部品搭載装置。
2. 親基板に集合して形成されている複数の子基板それぞれのいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている基板マークをそれぞれ認識するに際し、
   前記最初に動作する前記作業ヘッドから距離の遠いほうの前記基板マークに奇数番号、近いほうの前記基板マークに偶数番号を割り当て、
   前記最初に動作する前記作業ヘッドは、最初の子基板の奇数番号の前記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の前記基板マークとを認識した後一旦待機位置に退避し、次の子基板の奇数番号の前記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の前記基板マークの認識を再開することを前記複数の子基板の全前記基板マークの認識が終了するまで繰り返すよう制御する子基板マーク認識制御手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載装置。
3. 基板を挟んで対向して配置され、Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元の作業空間を移動自在な二つの作業ヘッドを夫々Ｘ軸方向へ移動させる第１のＸ軸方向移動手段及び第２のＸ軸方向移動手段と、前記第１のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第１のＹ軸方向移動手段と、前記第２のＸ軸方向移動手段をＹ軸方向へ移動させる第２のＹ軸方向移動手段と、を有して、前記二つの作業ヘッドにより夫々基板のいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている位置確認用の基板マークを認識し該基板マークで位置を確認した前記基板に部品供給装置から個別に取り上げたチップ状電子部品を自動搭載する電子部品搭載装置における基板マーク認識方法であって、
   前記基板マークを認識するに際して初期起動位置にある前記二つの作業ヘッドのいずれか一方を最初に動作する作業ヘッドとし、他方を次に動作する作業ヘッドとして順位付けする初動順位付け処理と、
   該初動順位付け処理により最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドに対し前記基板の前記初期起動位置にある前記作業ヘッドから距離の遠いほうの基板マークから先に認識するよう基板マークの認識順位を順位付けする認識順位付け処理と、
   次に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドに対し、最初に動作する作業ヘッドとして順位付けられた前記作業ヘッドの前記基板マークの認識動作を追尾して前記基板マークの認識動作を実行するよう制御する処理と、
   を含むことを特徴とする基板マーク認識方法。
4. 親基板に集合して形成されている複数の子基板それぞれのいずれか一方の対角線上にある角にそれぞれ形成されている基板マークをそれぞれ認識するに際し、
   前記最初に動作する前記作業ヘッドから距離の遠いほうの前記基板マークに奇数番号、近いほうの前記基板マークに偶数番号を割り当て、
   前記最初に動作する前記作業ヘッドは、最初の子基板の奇数番号の前記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の前記基板マークとを認識した後一旦待機位置に退避し、次の子基板の奇数番号の前記基板マークと該奇数番号直後の偶数番号の前記基板マークの認識を再開することを前記複数の子基板の全前記基板マークの認識が終了するまで繰り返すよう制御する子基板マーク認識制御処理を更に有することを特徴とする請求項３記載の基板マーク認識方法。

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