JP4587877B2 - 部品実装装置 - Google Patents

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本発明は、部品実装装置、更に詳細には、ウエハ供給装置などの部品供給装置から供給される電子部品を吸着して回路基板に搭載する部品実装装置に関する。
従来、部品実装装置は、部品供給装置から供給される電子部品(以下、単に部品という)を、吸着ヘッドの吸着ノズルにより吸着し、その吸着された部品を搬送されてくる回路基板の所定位置に実装している。ここで、部品供給装置としては、フィーダーなどの供給装置のほかに、多数の部品を収納したトレイを供給するトレイ供給装置、あるいは多数の部品を貼り付けたウエハシートを供給するウエハ供給装置がある。
外部部品供給装置として、トレイ供給装置が用いられる場合には、図6(A)に示したように、トレイ供給装置からトレイ1が、部品実装装置の部品供給位置に移動され、部品実装装置の吸着ヘッドがトレイに収納された部品を吸着している。このとき、トレイ1は、図6(B)に示したように、必ずしも正しい位置にセットされるわけではないので、吸着ヘッドに搭載された認識カメラで、トレイの位置1a、1b、1cの3点を撮像し、その位置をティーチングすることにより、吸着ノズルが部品の中心を吸着できるようにしている。
一方、部品がウエハ供給装置から供給される場合には、ウエハ全体に対する機械系の位置合わせが必要であり、この位置合わせ方法が、例えば、特許文献1に記載されている。
また、ウエハ供給装置では、ウエハシート上のウエハ部品がうまく剥がれなく、また剥がれたとしても回りの部品もシートから剥がれてしまうため、図7(A)に示したような、X、Y方向に移動可能なヘッド4が部品供給装置に設けられており、この供給装置ヘッド4を、吸着ノズル2がウエハ部品3を吸着する位置と同じ位置に移動させ、図7(B)に示したように、供給装置ヘッド4の突上げピン4aの突き上げと同期して、吸着ノズル2の吸着を開始しウエハ部品3を吸着している。
特開平2−138670号公報
しかしながら、図7(C)に示したように、X、Y軸方向に関して供給装置ヘッド4の突上げピン4aと部品実装装置の吸着ノズル2の軸心が合っている場合には、正常な吸着が可能であるが、図7(D)に示したように、両者がずれていると、良好な吸着が保証されない、という問題がある。また、図7(E)に示したように、Z軸方向に関しても部品実装装置と部品供給装置の水平が一致していない場合には、移動位置によっては、吸着ノズル2がウエハ部品3に届かないとか、あるいは逆にウエハ部品3を押し付けてしまうことがある。
そのため、部品実装装置(本体)の吸着ヘッドと外部部品供給装置の供給装置ヘッドの移動量を合わせる必要がある。しかしながら、制御する装置がお互い異なるXYZ軸を持っているため、部品実装装置の移動に合わせて部品供給装置の位置を合わせるのが困難であった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、吸着ヘッドと供給装置ヘッドの移動量を合わせ、部品供給装置から供給される部品を良好に吸着することが可能な部品実装装置を提供することを課題とする。
本発明は、
吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルを吸着ヘッドXY移動手段により指示位置に移動させ、部品供給装置から前記指示位置に供給される部品を、該指示位置に移動する部品供給装置の供給装置ヘッドの突き上げ動作と同期して吸着し、該部品を基板の所定位置に搭載する部品実装装置であって、
吸着ヘッドに搭載された撮像手段と、
前記吸着ヘッドXY移動手段により前記撮像手段を指示位置に移動させ、そこで撮像手段で撮像された供給装置ヘッドの画像から供給装置ヘッドの実際位置を検出する検出手段と、
前記吸着ヘッドXY移動手段とは独立して前記供給装置ヘッドを移動させる供給装置ヘッドXY移動手段と、
部品吸着時、吸着ノズルと供給装置ヘッドの位置が一致するように、前記検出した実際位置に従って供給装置ヘッドあるいは吸着ノズルの指示位置への移動量を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明では、吸着ヘッドに搭載された高さセンサにより指示位置での供給装置ヘッドの高さが検出され、部品吸着時、検出された高さに応じて吸着ヘッドの吸着高さあるいは供給装置ヘッドの高さが補正される。
本発明では、部品実装装置からの指示位置に応じて実際に移動した供給装置ヘッドの位置を、指示位置に移動した撮像手段により認識し、その認識結果より、供給装置ヘッドあるいは吸着ヘッドの指示位置への移動量を補正するようにしているので、部品実装装置の座標系と部品供給装置の座標系のずれを補正でき、吸着ノズルの指示位置と、部品実装装置本体から供給装置ヘッドへ指示した位置が一致するようになり、安定した部品の供給が可能となる。
また、本発明では、吸着ヘッドに搭載された高さセンサにより指示位置での供給装置ヘッドの高さを検出し、その検出結果に従って、吸着ヘッドの吸着高さあるいは供給装置ヘッドの高さを補正するようにしているので、部品の確実な吸着が可能となる。
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図1には、部品実装装置10、並びにウエハ部品を部品実装装置に供給する外部部品供給装置30が図示されている。部品実装装置10には、X軸モータ(不図示)によりX軸レール15に沿ってX軸方向に移動可能な吸着ヘッド11が設けられている。X軸レール15は、スクリュー軸14、14’と結合され、Y軸モータ17、17’によりスクリュー軸が回転することによりY軸レール16、16’に沿ってY軸方向に移動される。
X軸モータ、X軸レール15などのX軸移動手段が図2(A)で41で示されており、また、Y軸モータ17、17’、スクリュー軸14、14’、Y軸レール16、16’などのY軸移動手段が42で示されている。部品実装装置のコントローラ40は、X軸移動手段41とY軸移動手段42を駆動することにより吸着ヘッド11をX、Y軸方向に移動させる。ここで、X軸移動手段41とY軸移動手段42が吸着ヘッドXY移動手段を構成している。また、部品実装装置10には、Z軸モータ(不図示)を含むZ軸移動手段43が設けられ、このZ軸移動手段43により吸着ヘッド11はZ軸方向(高さ方向)に昇降する。
吸着ヘッド11には、図2(A)に示したように、複数(4個)の吸着ノズル11a〜11dが搭載されており、またこの吸着ヘッド11には、CCDなどで構成される認識カメラ(撮像素子)12と、高さを計測する高さセンサ13が固定されている。認識カメラ12で撮像された画像は、画像処理装置47に入力され、画像処理される。
吸着ヘッド11は、X軸移動手段41とY軸移動手段42により多数のフィーダ20aからなる部品供給装置20の位置に移動し、Z軸移動手段43により下降してフィーダから供される部品を吸着ノズル11a〜11dにより吸着する。部品吸着後、吸着ヘッド11が部品認識カメラ21の位置に移動して、吸着された部品が部品認識カメラ21により撮像され、撮像された部品が画像処理されて、部品中心並びに部品傾きが演算される。部品中心と吸着中心にずれがあり、また部品傾きにずれがある場合には、これらのずれが補正され、吸着ノズル11a〜11dにより吸着された部品が、レール18、18’に沿って搬送されてくる基板19の位置に正しい姿勢で搭載される。
部品は、手前側の部品供給装置20からだけでなく、背後の部品供給装置30からも供給できる。この部品供給装置30は、多数のウエハ部品31aを貼り付けたウエハシート31を部品供給位置に移動させる。ウエハシート31の部品が全て供給されなくなると、部品供給装置30は、ウエハシート31を除去するとともに、補充側(後ろ側)に堆積された一番上のウエハシート31’を部品供給位置に移動させ、ウエハシート31’上のウエハ部品を供給する。
部品供給時、ウエハシート31上のウエハ部品31aがうまく剥がれなく、また、剥がれたとしても回りの部品がシートから剥がれてしまうのを防止するために、部品供給装置30には、突き上げピン32aを設けた供給装置ヘッド32が取り付けられる。図2(A)に示したように、供給装置ヘッド32は、コントローラ40により駆動されるX軸移動手段44とY軸移動手段45によりX軸、Y軸方向に移動可能である。ここで、X軸移動手段44とY軸移動手段45が供給装置ヘッドXY移動手段を構成している。また、供給装置ヘッド32は、Z軸移動手段46によりZ軸方向に移動可能である。また、図示されていないが、突き上げピン32aのZ軸方向の移動量を調節する手段も設けられている。
吸着ヘッド11の吸着ノズル(1つあるいは複数)は、ウエハシート31上の部品を吸着するために、X軸移動手段41とY軸移動手段42によりコントローラ40により指示された位置に移動する。この指示位置は、吸着ノズルが吸着しようとする部品が供給される位置であり、部品データに記述されている位置である。吸着ヘッド11の吸着ノズルが指示位置に移動し、その吸着ノズルが部品を吸着するのを助けるために、供給装置ヘッド32も、X軸移動手段44、Y軸移動手段45により、上記指示位置に移動して、そこで、突き上げピン32aを突出させ、この突き上げ動作に同期して吸着ノズルによる吸着動作を開始している。この供給装置ヘッドの突き上げ動作時、吸着ノズルの軸心と突き上げピンの位置は、ほぼ部品中心位置となっているので、ウエハ部品は、突き上げピン32aによりウエハシートから良好に剥がれ、吸着ノズルにより確実に吸着されるようになる(図7(B)を参照)。吸着された部品は、フィーダ20aから供給される部品と同様に、部品認識後に、吸着ずれが補正されて基板19上の所定位置に搭載される。
この場合、吸着ヘッド11の機械座標系と、供給装置ヘッド32の機械座標系は、それぞれのX、Y、Z移動手段が異なっているために、図7(D)、図7(E)で説明したような問題が発生する。そこで、本発明では、部品実装装置本体と部品供給装置の座標系のずれを補正するようにしており、以下にその方法を説明する。
供給装置ヘッド32は、図3に示したように、部品供給装置の座標系の原点Oに位置していて、そこから部品実装装置本体から指示される位置に移動する。この指示位置が、例えばN1、N2、N3で図示されており、N1とN3は、原点Oを通る直線上にあり、N2は原点Oを通り直線N1N3と直交する位置にあって、N1〜N3のいずれも最外周に位置している。
まず、コントローラ40により、吸着ヘッド11に搭載された認識カメラ12の撮像光軸が、原点Oにくるように、吸着ヘッド11に移動指令を出す。図3に示す部品供給装置30には、ウエハシートは供給されておらず、供給装置ヘッド32は、露出しているので、認識カメラ12が原点Oに移動したとき、認識カメラ12により供給装置ヘッド32が撮像される。そして、その画像が画像処理装置47で処理され認識カメラ12の撮像中心(視野中心)と、供給装置ヘッド32の中心(ほぼ突き上げピンの位置)のずれ(オフセット)が算出される。ずれがある場合には、X軸移動手段44とY軸移動手段45により供給装置ヘッド32の位置を補正するか、あるいは、ずれに応じて吸着ヘッド11への指示位置を補正する。これにより、図4(A)に示したように、部品実装装置10本体の座標系原点と、部品供給装置30の座標系原点を一致させることができ、原点オフセットを補正することができる。この処理が図5のステップS1の処理である。
なお、上述の原点ずれが大きくて、認識カメラ12が原点Oに移動したとき、認識カメラ12により供給装置ヘッド32が撮像できない場合には、認識カメラ12を供給装置ヘッド32の中心位置に移動させてティーチングし、その移動量によりずれを測定するようにする。
続いて、図2(B)に示したように、吸着ヘッド11の高さセンサ13を供給装置ヘッド32上に移動させ、供給装置ヘッド32の高さを検出する(ステップS2)。このとき、検出された高さが図4(B)でH0で示されている。
次に変数nを初期化し(ステップS3)、供給装置ヘッド32をN1の指示位置に移動させるとともに(ステップS4)、本体の認識カメラ12を同じ指示位置に移動させ(ステップS5)、そこで供給装置ヘッド32を撮像する(ステップS6)。そして、その画像を画像処理装置(位置検出手段)47で処理し、供給装置ヘッド32の中心位置を求め、その認識結果を保存する(ステップS7)。図4(A)には、N1での供給装置ヘッド32の位置が点線の円32aで示されており、認識カメラ12の位置(撮像範囲)12aが実線で示されており、両円の中心のずれ、つまり、実際に移動した供給装置ヘッドの位置の指示位置に対するずれが認識され、そのずれ量が保存される。
続いて、高さセンサ13をN1の指示位置に移動させ(ステップS8)、供給装置ヘッド32の高さを測定し(ステップS9)、その測定結果H1を保存する(ステップS10)。
以下、nをインクリメントして指示位置をN2、N3とし(ステップS11、S12)、N2とN3に対してステップS4からS10の処理を繰り返す。指示位置N2とN3に対する供給装置ヘッドの位置と認識カメラの撮像範囲が図4(A)に示されており、測定された供給装置ヘッドの高さが図4(B)にH2とH3で示されている。
なお、N1〜N3でのずれが大きくて、認識カメラ12により供給装置ヘッド32が撮像できない場合には、原点オフセットの測定のときと同様に、ティーチングによりずれ量を求めるようにする。
このようにして、3つの指示位置での認識ないし測定が終了すると、X、Y移動時の補正量を演算する(ステップS13)。N1、N2、N3への移動時の補正量は、上記演算した補正量を用い、その他の指示位置への移動時の補正量は、N1、N2、N3への移動時の補正量の補間値を用いる。コントローラ(補正手段)40は、供給装置ヘッド32を所定の指示位置に移動させるときには、その移動量を上記求めた補正量だけ補正する。これにより供給装置ヘッド32の位置(突き上げピンの位置)は、吸着ノズルが当該指示位置に移動したとき、その吸着ノズルの軸心とほぼ一致するようになり、部品実装装置と部品供給装置のX、Yの機械座標系のずれを補正することができる。なお、このX、Y軸方向の補正は、供給装置ヘッド32の移動量を補正するのではなく、吸着ヘッドの指示位置への移動量を補正して、吸着ノズルの軸心と供給装置ヘッドの中心位置を一致させるようにしてもよい。
また、上記補正は、3点だけでなく、それ以上の指示位置でずれ量を求めて、補間値の精度を高めることもでき、あるいは、代表的な1つの指示位置を定め、この指示位置でのずれ量を求めて、それをすべての指示位置への移動補正量としてもよい。あるいは、すべての指示位置、つまりウエハ部品が供給されるすべての位置に対してずれ量を個々に求め、指示位置ごとにずれを補正するようにしてもよい。
このように、XY座標に関しては、部品実装装置10のコントローラ40を介して出力される指示位置に応じて実際に移動した供給装置ヘッド32の位置を、指示位置に移動した認識カメラ12により認識し、その認識結果より、供給装置ヘッド32あるいは吸着ヘッド11の指示位置への移動量を補正するようにしているので、吸着ノズルの指示位置と、部品実装装置本体から供給装置ヘッドへ指示した位置が一致するようになる。
また、Z軸方向への移動に関しても、高さの計測結果から移動方向と移動位置(原点から移動距離)に応じて補間により高さの補正量を計算する(ステップS14)。この高さの補正は、吸着ヘッドのZ軸方向の移動量を補正し、吸着ヘッドの吸着高さを補正する方法と、供給装置ヘッドのZ軸方向の移動量を補正し、吸着時の供給装置ヘッドの高さを補正する方法、あるいは突き上げピンの突き上げ量を補正する方法が考えられる。このZ軸方向の補正により、突き上げピンによりウエハ部品を突き上げても吸着ノズルがウエハ部品に届かないとか、あるいは逆に突き上げピンがウエハ部品を押し付けてしまうことを防止することができる。
部品実装装置と部品供給装置の構成を示した上面図である。 (A)は吸着ヘッドと供給装置ヘッドの駆動系を示したブロック図、(B)は吸着ヘッドと供給装置ヘッドの側面図である。 供給装置ヘッドの移動位置を説明する説明図である。 (A)は部品実装装置と部品供給装置のX、Y座標系のずれを説明する説明図、(B)は供給装置ヘッドの高さ測定値を示すグラフ図である。 供給装置ヘッドあるいは吸着ヘッドの移動補正量を計算する流れを示したフローチャートである。 トレイ部品の供給を説明する説明図である。 ウエハ部品の供給並びに吸着を説明する説明図である。
符号の説明
10 部品実装装置
11 吸着ヘッド
12 認識カメラ
13 高さセンサ
19 基板
30 部品供給装置
32 供給装置ヘッド

Claims (2)

  1. 吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルを吸着ヘッドXY移動手段により指示位置に移動させ、部品供給装置から前記指示位置に供給される部品を、該指示位置に移動する部品供給装置の供給装置ヘッドの突き上げ動作と同期して吸着し、該部品を基板の所定位置に搭載する部品実装装置であって、
    吸着ヘッドに搭載された撮像手段と、
    前記吸着ヘッドXY移動手段により前記撮像手段を指示位置に移動させ、そこで撮像手段で撮像された供給装置ヘッドの画像から供給装置ヘッドの実際位置を検出する検出手段と、
    前記吸着ヘッドXY移動手段とは独立して前記供給装置ヘッドを移動させる供給装置ヘッドXY移動手段と、
    部品吸着時、吸着ノズルと供給装置ヘッドの位置が一致するように、前記検出した実際位置に従って供給装置ヘッドあるいは吸着ノズルの指示位置への移動量を補正する補正手段と、
    を有することを特徴とする部品実装装置。
  2. 吸着ヘッドに搭載された高さセンサにより指示位置での供給装置ヘッドの高さを検出し、部品吸着時検出された高さに応じて吸着ノズルの吸着高さあるいは供給装置ヘッドの高さを補正することを特徴とする請求項1に記載の部品実装装置。
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