JP4664015B2 - 電子部品実装方法および電子部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を電子基板に実装する電子部品実装方法および電子部品実装装置に関する。

近年、電子機器製品の小型化に伴い、電子部品実装の分野においても電子部品の高密度化や電子回路基板の薄型化が進み、より高い精度での実装が求められている。さらに、電子部品実装においては、電子回路基板の良品効率生産が求められている。

従来の電子部品実装方法としては、電子部品が実装される電子回路基板の高さを測定し、電子部品を実装する高さを補正する事により、電子部品を高品質に実装しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。なお、図１５は、上記特許文献１で開示された従来の電子部品実装機の構成を示す概略図である。図１６は、当該電子部品実装方法の手順を示すフローチャートである。

図１５において、従来の電子部品実装機は、吸着ノズル１００、制御装置１０１、レーザ変位計１０２、およびステージ１０３を有している。吸着ノズル１００は、その先端に実装する電子部品Ｐを吸着し、ステージ１０３上に載置された電子回路基板Ｓにおける装着位置に当該電子部品Ｐを実装する。レーザ変位計１０２は、吸着ノズル１００と同じ移動ヘッドに設置されており、電子回路基板Ｓにおける上記装着位置に対して高さを測定する。そして、制御装置１０１は、レーザ変位計１０２における高さ測定結果に基づいて、吸着ノズル１００の装着高さを調整する。

図１６を参照して、従来の電子部品実装機の動作について説明する。図１６において、電子部品実装機の移動ヘッドに設置された吸着ノズル１００の先端に電子部品Ｐが吸着されて取り出される（ステップＳ１１）。

次に、制御装置１０１は、吸着ノズル１００に吸着した電子部品Ｐの部品データおよび装着位置データに基づいて、理想的な装着高さおよびノズル位置を設定する（ステップＳ１２）。そして、制御装置１０１は、ラインセンサなどを用いて吸着ノズル１００に吸着した電子部品Ｐの厚さを測定する（ステップＳ１３）。このとき、制御装置１０１は、上記ステップＳ１３による電子部品Ｐの測定厚さと理想的な電子部品Ｐの厚さとの差ＨΔｐを演算する。

次に、制御装置１０１は、電子回路基板Ｓの電子部品Ｐの装着位置がレーザ変位計１０２の高さ測定点になるように移動ヘッドを移動させ、当該高さ測定点における電子回路基板Ｓの高さを測定する（ステップＳ１４）。このとき、制御装置１０１は、上記ステップＳ１４による電子回路基板Ｓの測定高さと理想的な電子回路基板Ｓの高さとの差ＨΔｂを演算する。

次に、制御装置１０１は、上記装着位置における吸着ノズル１００の装着高さの補正計算を行う（ステップＳ１５）。ここで、補正後の装着高さＨａは、以下の式で計算される。
Ｈａ＝Ｈｉ−ＨΔｐ−ＨΔｂ
ここで、Ｈｉは理想的な吸着ノズル１００の装着高さである。

そして、制御装置１０１は、電子回路基板Ｓの装着位置に吸着ノズル１００に吸着された電子部品Ｐが配置されるように移動ヘッドを移動させ、補正後の装着高さＨａに基づいて当該吸着ノズル１００に吸着した電子部品Ｐを実装する（ステップＳ１６）。
特開平７−２２８００号公報（第５頁、図１、図２）

しかしながら、従来の電子部品実装方法では、電子回路基板Ｓに反りが生じており、当該電子回路基板Ｓの装着面と装着する電子部品Ｐの装着面とが平行にならない場合、電子部品Ｐの装着面両端が同時に電子回路基板Ｓの装着面に接触しない。したがって、電子回路基板Ｓと電子部品Ｐとの間では、電子部品Ｐの実装位置ずれやクリーム半田の余分な掻き分けなどによって接触不十分な状態が発生し、ショートおよびオープン不良を誘発することがあった。

それ故に、本発明の目的は、電子回路基板に反りなどが生じていた場合でも、電子部品実装時の品質および生産性を向上した電子部品実装方法および電子部品実装装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
本発明の電子部品実装方法は、設定ステップ、部品検出ステップ、基板検出ステップ、補正ステップ、移動ステップ、および実装ステップを含んでいる。設定ステップは、吸着ノズルの先端に保持された電子部品に関して、電子基板に実装する基準面からの装着高さと、当該基準面に対する装着角度と、当該装着高さおよび装着角度で電子基板に実装するための吸着ノズルの位置とを設定する。部品検出ステップは、吸着ノズルの先端に保持された電子部品の厚さ、位置、および基準面に対する当該電子部品の装着面の傾きを検出する。基板検出ステップは、電子部品を電子基板に実装する装着位置における、当該電子基板の基準面からの高さ、および基準面に対する当該電子基板の装着面の傾きを検出する。補正ステップは、部品検出ステップで検出された検出結果と、基板検出ステップで検出された検出結果とに基づいて、電子部品の装着面と電子基板の装着面とが平行になるように、設定ステップで設定された装着高さと、装着角度と、吸着ノズルの位置とを補正する。移動ステップは、補正ステップで補正された装着高さと、装着角度と、吸着ノズルの位置とに基づいて、回動部を回動させて吸着ノズルを移動する。実装ステップは、移動ステップで移動した吸着ノズルの直動機構部を直動させて、補正ステップで補正された装着高さおよび装着角度に、吸着ノズルの先端に保持された電子部品を電子基板に実装する。

また、上記電子部品実装方法における基板検出ステップは、基準面および電子基板に対して所定の角度で平行光を照射する照射ステップと、基準面および電子基板で反射した平行光の投光パターンおよび投光位置をそれぞれ取得する投光取得ステップと、投光取得ステップで取得された、基準面で反射した平行光の投光パターンおよび投光位置と、電子基板で反射した平行光の投光パターンおよび投光位置とを比較する比較ステップとを含み、比較ステップによって比較された比較結果に基づいて、電子基板の基準面からの高さ、および基準面に対する当該電子基板の装着面の傾きを検出することが好ましい。さらに、実装ステップは、吸着ノズルの先端に保持された電子部品と、電子基板とが接触した際に、吸着ノズルに加わる圧力を検出する圧力検出ステップを含み、実装位置算出部は、電子部品を電子基板に実装する際に、圧力検出ステップで検出された圧力に基づいて、当該圧力がノズル軸方向に加わるように、回動部および直動機構部の動作を制御しても構わない。

また、本発明は、上述した電子部品実装方法を実現する電子部品実装装置としても適用することが可能である。

本発明の電子部品実装方法によれば、電子部品を実装する電子基板の反りが生じている場合でも、電子基板の装着位置に対して基準面からの高さおよび当該基準面に対する傾きを検出し、電子部品と電子基板との相対的な角度および装着位置を補正するため、電子基板の反りによる影響を軽減して電子部品実装を行うことができる。

また、吸着ノズルの先端部の長軸方向および位置を調整する機構、または電子基板を揺動させる機構を設けることによって、電子基板と電子部品と常に平行な状態に保って実装することが可能となるため、電子部品実装時の品質および生産性を向上した電子部品実装を行うことができる。

また、本発明の電子部品実装装置によれば、上述した電子部品実装方法と同様の効果を得ることができる。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る電子部品実装装置について説明する。なお、図１は、当該電子部品実装装置を用いた電子部品実装方法の概略を示す図である。

図１において、大略的に、当該電子部品実装装置は、吸着ノズル１、実装位置算出部２、ラインセンサ３、部品カメラ４、実装位置カメラ５、実装位置照明６、およびステージ７を備えている。なお、実装位置算出部２、実装位置カメラ５、および実装位置照明６によって、本発明の高さ傾き測定装置を構成する。

吸着ノズル１は、その先端に実装する電子部品Ｐを吸着し、ステージ７上に載置された電子回路基板Ｓにおける装着位置に当該電子部品Ｐを実装する。ラインセンサ３は、吸着ノズル１に吸着した電子部品Ｐの厚さを測定するためのデータを生成し、そのデータを実装位置算出部２に出力する。部品カメラ４は、吸着ノズル１に吸着した電子部品Ｐの位置および装着面の傾きを検出するためのデータを生成し、そのデータを実装位置算出部２に出力する。実装位置カメラ５および実装位置照明６は、部品装着位置に対して電子回路基板Ｓの高さおよび傾きを算出するためのデータを生成し、そのデータを実装位置算出部２に出力する。実装位置算出部２は、データ記憶部を備えた一般的なコンピュータシステムで構成され、上記各構成部から出力されるデータに基づいて、電子部品Ｐを実装する位置、高さ、および角度を演算する。また、実装位置算出部２は、上記演算結果に基づいて、吸着ノズル１の動作制御を行って電子部品Ｐを電子回路基板Ｓに実装する。

次に、電子部品実装装置を用いた電子部品実装方法の概略について説明する。まず、部品吸着のシーケンスにおいて、供給された電子部品Ｐが吸着ノズル１に吸着される。次に、部品高さ測定のシーケンスにおいて、吸着ノズル１をラインセンサ３が設置された位置に移動させ、吸着された電子部品Ｐの高さ（実装方向の厚み）が測定され、実装位置算出部２にデータを出力する。そして、実装位置算出部２は、吸着された電子部品Ｐの高さと理想高さとのズレを演算する（図１の左端の状態）。

次に、位置測定シーケンスにおいて、吸着ノズル１を部品カメラ４が設置された位置に移動させ、吸着された電子部品Ｐの装着面が撮像され、実装位置算出部２に撮像画像を出力する。そして、実装位置算出部２は、撮像画像を用いて、吸着された電子部品Ｐの位置および装着面の傾きを検出する（図１の中央の状態）。

次に、基板高さ測定シーケンスにおいて、実装位置照明６によって部品装着位置が照明された電子回路基板Ｓが実装位置カメラ５によって撮像され、実装位置算出部２に撮像画像が出力される。そして、実装位置算出部２は、撮像画像を用いて、部品装着位置における電子回路基板Ｓの高さおよび傾きを算出する。次に、補正後部品実装シーケンスでは、上述した算出結果に基づいて、実装位置算出部２が吸着ノズル１に位置決めの指令を生成し、当該指令に応じて、吸着ノズル１が電子部品Ｐを電子回路基板Ｓに実装する。

次に、図２を参照して、吸着ノズル１の構成について説明する。なお、図２は、吸着ノズル１の概略構造を示す正面概略図である。

図２において、吸着ノズル１は、電子部品実装装置の移動ヘッドに設置されており、支持部１１、第１回動部１２、第２回動部１３、第３回動部１４、ノズル先端部１５、および直動機構部１６を有している。なお、以下の説明を具体的にするために、座標軸を定義する。吸着ノズル１は、ステージ７が設けられるｘｙ平面に対してｚ軸方向に実装することとし、紙面左から右方向をｘ軸方向、紙面手前から奥への方向をｙ軸方向、紙面下から上方向をｚ軸方向と定義する。

支持部１１は、その上部が移動ヘッドに固設されている。支持部１１の下部には、ｘ軸周りの図示α方向に支持部１１に対して回動可能に構成された第１回動部１２が設けられている。第１回動部１２の下部には、ｙ軸周りの図示β方向に第１回動部１２に対して回動可能に構成された第２回動部１３が設けられている。そして、第２回動部１３の下部には、ｚ軸周りの図示γ方向に第２回動部１３に対して回動可能に構成された第３回動部１４が設けられている。また、第３回動部１４の下部には、直動機構部１６を介してノズル先端部１５が配設されている。ノズル先端部１５は、直動機構部１６の駆動によってｚ軸方向の図示ｄ方向に第３回動部１４に対して伸縮可能に設けられている。そして、ノズル先端部１５には、図示しない負圧減から吸着のための負圧が供給され、その先端部に電子部品Ｐを吸着する。なお、吸着ノズル１には、上述した各回動動作および直動動作のためのモータが設けられ、各モータの駆動が実装位置算出部２によって制御されるが、ここでは図示を省略している。

このように、吸着ノズル１は、各回動動作および直動動作を組み合わせることによって、ノズル先端部１５が図示α、β、およびγ方向への回動およびｄ方向への直動が可能となる。また、吸着ノズル１が固設されている移動ヘッドは、図示ｘおよびｙ軸方向に移動可能であり、これによって、ノズル先端部１５が図示ｘおよびｙ軸方向に移動可能となる。つまり、吸着ノズル１のノズル先端部１５は、互いに直交する３軸方向に移動可能であり、互いに直交する３軸を中心とした回動が可能に構成されている。これによって、吸着ノズル１は、吸着する電子部品Ｐを電子回路基板Ｓに対して自由な位置、かつ自由な角度で実装することが可能となる。

例えば、図３に示すように、ステージ７上に載置された電子回路基板Ｓに反りが生じている場合を仮定する。後述により明らかとなるが、実装位置算出部２は、所定の基準面からの装着位置に対する電子回路基板Ｓの反りの角度および高さを演算する。吸着ノズル１は、実装位置算出部２が演算した装着位置に対する電子回路基板Ｓの角度および高さに応じて、第１回動部１２および第２回動部１３による図示αおよびβ方向の角度と、直動機構部１６による図示ｄ方向の高さとを変化させる。また、吸着ノズル１は、実装位置算出部２が演算した吸着された電子部品Ｐの位置に応じて、第３回動部１４による図示γ方向の角度を変化させる。これら吸着ノズル１における角度および高さの制御は、全て実装位置算出部２によって行われる。なお、吸着ノズル１における角度および高さの制御方法の詳細については、後述する。

次に、図４〜図１０を参照して、実装位置カメラ５および実装位置照明６を用いて、実装位置算出部２が装着位置に対する電子回路基板Ｓの角度および高さを得る方法について説明する。なお、図４は、基準面Ｒに対する実装位置カメラ５および実装位置照明６の側面方向の配置例を示す図である。図５は、ｚ軸方向から見た基準面Ｒ上の平行光Ｌおよび実装位置カメラ５で撮像されたが基準面Ｒ上の平行光Ｌの一例を示す図である。図６は、基準面Ｒに対して高さＨの位置に載置された電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌの一例を示す図である。図７は、図６の電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌを実装位置カメラ５が撮像した一例である。図８は、基準面Ｒに対してｙ軸周りに角度θｘｚ傾いて載置された電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌの一例を示す図である。図９は、基準面Ｒに対してｘ軸周りに角度θｙｚ傾いて載置された電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌの一例を示す図である。図１０は、図９の電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌを実装位置カメラ５が撮像した一例である。

図４において、基準面Ｒは、上述した座標軸におけるｘｙ平面上に設定される。つまり、基準面Ｒは、ステージ７と平行に設定される。これに対して、実装位置カメラ５および実装位置照明６のそれぞれの光軸（図４では一点鎖線で示す）は、同じｘｚ平面上に配置される。また、上記光軸は、基準面Ｒ上の装着位置で交差する。そして、実装位置カメラ５の光軸と基準面Ｒの法線との成す角度を角度θｃとする。また、実装位置照明６と基準面Ｒの法線との成す角度を角度θｔとする。

実装位置照明６は、直径ｍの円形の平行光Ｌ（図４では破線で示す）を基準面Ｒに向かって投光する。これによって、基準面Ｒ上には、実装位置照明６からの平行光Ｌの投光パターンが楕円となって現れる。一方、実装位置カメラ５は、ＣＣＤカメラなどで構成され、基準面Ｒで反射する平行光Ｌの投光パターンを撮像する。ここで、図４に示すように、実装位置カメラ５のカメラ座標として、実装位置カメラ５に入射する光軸方向をｚｃ軸方向とし、上記ｘ軸方向を撮像した方向をｘｃ軸方向、上記ｙ軸方向を撮像した方向をｙｃ軸方向として定義する。

図５（ａ）は、基準面Ｒ上に投光された平行光Ｌの投光パターンをｚ軸方向から見た一例である。図５（ａ）に示すように、基準面Ｒ上に投光された平行光Ｌの投光パターンは、ｘ軸方向に長さｍｘ、ｙ軸方向に長さｍｙとなった楕円形状となり、いずれか一方の長さが楕円の長軸直径であり、いずれか他方が楕円の短軸直径となる。例えば、図４に示した実装位置照明６と基準面Ｒとの位置関係である場合、長さｍｘが楕円の長軸直径となる。具体的には、
ｍｙ＝ｍ
ｍｘ＝ｍ／ｃｏｓθｔ
となる。

図５（ｂ）は、基準面Ｒ上に投光された平行光Ｌの投光パターンを実装位置カメラ５から見た一例である。図５（ｂ）に示すように、基準面Ｒ上に投光された平行光Ｌの投光パターンは、ｘｃ軸方向に長さｍｘｃ、ｙｃ軸方向に長さｍｙｃとなった楕円形状となり、いずれか一方の長さが楕円の長軸直径であり、いずれか他方が楕円の短軸直径となる。例えば、図４に示した実装位置カメラ５および実装位置照明６と基準面Ｒとの位置関係であれば、具体的には、
ｍｙｃ＝ｍｙ＝ｍ
ｍｘｃ＝ｍｘ＊ｃｏｓθｃ＝ｍ＊ｃｏｓθｃ／ｃｏｓθｔ
となる。そして、θｔ＝θｃの場合、ｍｘｃ＝ｍとなる。

次に、図６および図７を参照して、基準面Ｒに対して高さＨの位置に載置された電子回路基板Ｓを一例に説明する。図６において、電子回路基板Ｓは、その上面が基準面Ｒに対して平行に高さＨだけｚ軸方向にずれて配置されている。そして、実装位置照明６は、直径ｍの円形の平行光Ｌを電子回路基板Ｓに向かって投光する。この場合、平行光Ｌの光軸（直径ｍの円形の中心）と電子回路基板Ｓの上面との交点は、上述した基準面Ｒとの交点と比較して、ｘ軸方向に距離ｅ１だけずれる。そして、電子回路基板Ｓの上面で反射して実装位置カメラ５に入射する平行光Ｌの光軸は、基準面Ｒで反射する平行光Ｌの光軸と比較して、ｘ軸方向に距離ｅ２だけずれ、ｘｃ軸方向に距離ｅ３だけずれる。そして、図７に示すように、電子回路基板Ｓの上面で反射して実装位置カメラ５で撮像される平行光Ｌの投光パターンは、基準面Ｒで反射する平行光Ｌ０（図７において破線で示す）に対して距離ｅ３だけｘｃ軸方向にずれて撮像される。

ここで、上記距離ｅ１〜ｅ３は、それぞれ
ｅ１＝Ｈ＊ｔａｎθｔ
ｅ２＝ｅ１＋Ｈ＊ｔａｎθｃ
ｅ３＝ｅ２＊ｃｏｓθｃ
である。つまり、高さＨは、
Ｈ＝ｅ３／｛ｃｏｓθｃ＊（ｔａｎθｃ＋ｔａｎθｔ）｝
となる。したがって、実装位置算出部２は、実装位置カメラ５においてずれて撮像されるｘｃ軸方向の距離ｅ３を検出すれば、高さＨを導くことができる。

次に、図８を参照して、基準面Ｒに対してｙ軸周りに角度θｘｚ傾いて載置された電子回路基板Ｓを一例に説明する。図８において、電子回路基板Ｓは、その上面が基準面Ｒに対して装着位置を中心にｙ軸周りに角度θｘｚ傾いて載置されている。そして、実装位置照明６は、直径ｍの円形の平行光Ｌを電子回路基板Ｓに向かって投光する。この場合、電子回路基板Ｓの上面に投光される平行光Ｌの投光パターンは、基準面Ｒ上に投光された投光パターンと比較して、ｘ軸方向の長さｍｘ（図５参照）が変化した楕円形状となる。そして、実装位置カメラ５から見た電子回路基板Ｓの上面に投光される平行光Ｌの投光パターンも、基準面Ｒ上に投光された投光パターンと比較して、ｘｃ軸方向の長さｍｘｃ（図５参照）が変化した楕円形状となる。具体的には、
ｍｘｃ＝ｍ＊ｃｏｓ（θｃ−θｘｚ）／ｃｏｓ（θｔ＋θｘｚ）
となり、
ｔａｎθｘｚ
＝（ｍｘｃ＊ｃｏｓθｔ−ｍ＊ｃｏｓθｃ）／（ｍ＊ｓｉｎθｔ−ｍｘｃ＊ｓｉｎθｔ）
が導かれる。したがって、実装位置算出部２は、実装位置カメラ５においてずれて撮像されるｘｃ軸方向の楕円形状長さｍｘｃを検出し、上記式を解けば角度θｘｚを導くことができる。そして、導かれた角度θｘｚの正負を区別することによって、基準面Ｒに対する実装回路基板Ｓの上面の傾き方向も判別できる。

次に、図９および図１０を参照して、基準面Ｒに対してｘ軸周りに角度θｙｚ傾いて載置された電子回路基板Ｓを一例に説明する。図９において、電子回路基板Ｓは、その上面が基準面Ｒに対して装着位置を中心にｘ軸周りに角度θｙｚ傾いて載置されている。そして、実装位置照明６は、直径ｍの円形の平行光Ｌを電子回路基板Ｓに向かって投光する。そして、そして、電子回路基板Ｓに投光された平行光Ｌのｚ軸方向最高部と最低部との高さの差をΔｔとする。つまり、
ｔａｎθｙｚ＝Δｔ／ｍ
となる。なお、図９においては、実装位置カメラ５の図示を省略している。

この場合、電子回路基板Ｓの上面に投光される平行光Ｌの投光パターンは、基準面Ｒ上に投光された投光パターンと比較して、ｙ軸方向に対して最大および最小となる位置がｘ軸方向に対してずれた楕円形状となる。そして、図１０に示すように、実装位置カメラ５から見た電子回路基板Ｓの上面に投光される平行光Ｌの投光パターンも、基準面Ｒ上に投光された投光パターンと比較して、ｙｃ軸方向に対して最大となる位置Ｑ１および最小となる位置Ｑ２がｘｃ軸方向に対してずれた楕円形状となる。具体的には、実装位置カメラ５から見た電子回路基板Ｓの上面に投光される平行光Ｌにおける投光パターンのｘｃ軸方向の長さをｍｘｃとすると、
ｍｘｃ＝ｍｘ＊ｃｏｓθｃ＝ｍ＊ｃｏｓθｃ／ｃｏｓθｔ
となる。そして、位置Ｑ１のｘｃ軸座標をＱ１ｘ、位置Ｑ２のｘｃ座標をＱ２ｘとして、平行移動のズレ量を計算する式によって、
Δｔ＝（Ｑ２ｘ−Ｑ１ｘ）／｛ｃｏｓθｃ＊（ｔａｎθｃ＋ｔａｎθｔ）｝
となり、
ｔａｎθｙｚ
＝（Ｑ２ｘ−Ｑ１ｘ）／｛（ｍ＊ｃｏｓθｃ）＊（ｔａｎθｃ＋ｔａｎθｔ）｝
となる。したがって、実装位置算出部２は、実装位置カメラ５において撮像される位置Ｑ１およびＱ２におけるそれぞれのｘｃ軸座標を検出し、上記式を解けば角度θｙｚを導くことができる。そして、導かれた角度θｙｚの正負を区別することによって、基準面Ｒに対する実装回路基板Ｓの上面の傾き方向も判別できる。具体的には、Ｑ２ｘ＜Ｑ１ｘの場合（図１０の場合）、実装回路基板Ｓは、ｘ軸周りにｙ軸方向に対して漸増的に高くなるように傾いている（図９参照）。このように、実装位置算出部２は、実装位置カメラ５および実装位置照明６を用いて、基準面Ｒに対する装着位置の実装回路基板Ｓの高さＨ、ｙ軸周りの傾き角度θｘｚ、およびｘ軸周りの傾き角度θｙｚを導くことができる。

次に、図１１を参照して、吸着ノズル１における角度および高さの制御方法について説明する。なお、図１１は、吸着ノズル１の概略構造に動作制御に関わるパラメータを付与して示す正面概略図である。

図１１において、実装位置算出部２は、上述したように導いた基準面Ｒに対する装着位置の実装回路基板Ｓの高さＨ、ｙ軸周りの傾き角度θｘｚ、およびｘ軸周りの傾き角度θｙｚに基づいて、吸着ノズル１の各回動動作および直動動作を制御する。具体的には、実装位置算出部２は、上記ｘ軸周りの傾き角度θｙｚと一致するように第１回動部１２を図示α方向に回動させる。また、実装位置算出部２は、上記ｙ軸周りの傾き角度θｘｚと一致するように第２回動部１３を図示β方向に回動させる。そして、実装位置算出部２は、上記高さＨと一致させるようにノズル先端部１５を直動機構部１６の駆動によって図示ｄ方向に伸縮させる。これらの動作を行った場合、吸着ノズル１に吸着された電子部品Ｐの位置が目標とする位置からずれてしまうことになる。以下、上記吸着ノズル１の各回動動作および直動動作によってずれる電子部品Ｐの位置を補正する方法について説明する。

図１１に示すように、吸着ノズル１における支持部１１の重心に、基準位置ｉ（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）を設定する。そして、電子部品Ｐの装着面の中心に実装する目標位置ｊ（ｘｊ、ｙｊ、ｚｊ）を設定する。また、ｚ軸方向における、基準位置ｉから第１回動部１２の図示α方向の回動軸までの距離をｆ１、図示α方向の回動軸から第２回動部１３の図示β方向の回動軸までの距離をｆ２、図示β方向の回動軸から第３回動部１４の先端部までの距離をｆ３、第３回動部１４の先端部から電子部品Ｐの装着面までの距離をｆ４とする。ただし、距離ｆ４は、直動機構部１６の駆動によって変動する。角度θｙｚ＝０°および角度θｘｚ＝０°の場合、
ｘｊ＝ｘｉ
ｙｊ＝ｙｉ
ｚｊ＝ｚｉ＋ｆ１＋ｆ２＋ｆ３＋ｆ４
となる。また、角度θｙｚ≠０°および角度θｘｚ≠０°の場合、
ｘｊ＝（ｆ３＋ｆ４）＊ｓｉｎθｘｚ＊ｃｏｓθｙｚ＋ｘｉ
ｙｊ＝（ｆ３＋ｆ４）＊ｓｉｎθｙｚ＊ｃｏｓθｘｚ＋ｆ２＊ｓｉｎθｙｚ＋ｙｉ
ｚｊ＝ｆ１＋ｆ２＊ｃｏｓθｙｚ＋（ｆ３＋ｆ４）＊ｃｏｓθｙｚ＊ｃｏｓθｘｚ＋ｚｉ
となる。したがって、実装位置算出部２は、基準位置ｉ（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）に対して実装回路基板Ｓの高さＨ、ｙ軸周りの傾き角度θｘｚ、およびｘ軸周りの傾き角度θｙｚに基づいた補正を付加して、目標位置ｊ（ｘｊ、ｙｊ、ｚｊ）を設定することができる。

次に、図１２を参照して、本実施例での電子部品実装装置の動作について説明する。なお、図１２は、電子部品実装装置の動作の示すフローチャートである。

図１２において、電子部品実装装置の移動ヘッドに設置された吸着ノズル１の先端に電子部品Ｐが吸着されて取り出される（ステップＳ１）。そして、実装位置算出部２は、吸着ノズル１に吸着した電子部品Ｐの部品データおよび装着位置データに基づいて、理想的な装着高さ、装着角度、およびノズル位置を設定する（ステップＳ２）。

次に、実装位置算出部２は、ラインセンサ３を用いて吸着ノズル１に吸着した電子部品Ｐの厚さを測定する（ステップＳ３）。このとき、実装位置算出部２は、上記ステップＳ３による電子部品Ｐの測定厚さと理想的な電子部品Ｐの厚さとの差を演算する。

次に、実装位置算出部２は、部品カメラ４を用いて吸着ノズル１に吸着した電子部品Ｐの装着面を撮像し、撮像画像を生成する（ステップＳ４）。このとき、実装位置算出部２は、撮像画像を用いて、吸着された電子部品Ｐの位置および装着面の傾きを検出する。

次に、実装位置算出部２は、実装位置カメラ５および実装位置照明６を用いて電子部品Ｐを実装する装着位置に対する電子回路基板Ｓの高さおよび傾きを算出する（ステップＳ５）。上述したように、このステップＳ５では、実装位置算出部２は、基準面Ｒに対する装着位置の実装回路基板Ｓの高さＨ、ｙ軸周りの傾き角度θｘｚ、およびｘ軸周りの傾き角度θｙｚを得る。

次に、実装位置算出部２は、上記ステップＳ２で設定した理想的な装着高さ、装着角度、およびノズル位置を、上記ステップＳ３〜Ｓ５で得た電子部品Ｐの厚さとの差、電子部品Ｐの位置および装着面の傾き、高さＨ、傾き角度θｘｚ、および傾き角度θｙｚに基づいて補正する（ステップＳ６）。

そして、実装位置算出部２は、上記ステップＳ６で補正された装着高さ、装着角度、およびノズル位置に基づいて、移動ヘッドの移動動作と吸着ノズル１の各回動動作および直動動作とを制御し、当該吸着ノズル１に吸着した電子部品Ｐを電子回路基板Ｓの装着位置に実装する（ステップＳ７）。

このように、本実施形態の電子部品実装装置によれば、電子部品を実装する電子回路基板の反りが生じている場合でも、電子回路基板と電子部品と常に平行な状態に保って実装するため、電子部品実装時の品質および生産性を向上した電子部品実装を行うことができる。

なお、本実施形態の説明において、電子回路基板の高さおよび傾きを求める方法としてＣＣＤカメラを用いたが、レーザ変位計の多点計測によって高さおよび傾きを抽出してもかまわない。

また、本実施形態の説明において、αおよびβ方向に回動して実装する機構を吸着ノズル側に設けたが、電子回路基板側（例えば、ステージ７）に当該回動して実装する機構を設けてもかまわない。

また、電子部品を電子回路基板に実装する場合、当該電子回路基板へ電子部品を押し込むことがある。この場合、直動機構部１６によるノズル先端部１５の伸縮動作によって直動方向の押し込みを行ってもかまわない。また、装着位置が電子回路基板の固定位置（例えば、ステージ７と接触する位置）を支点とした円弧状に変化すると推定した計算式に基づいて、吸着ノズル１の各回動動作および移動ヘッドの移動動作を加えながら当該円弧状に電子部品が押し込まれるように動作させてもかまわない。

（第２の実施形態）
図１３を参照して、本発明の第２の実施形態に係る電子部品実装装置について説明する。第２の実施形態に係る電子部品実装装置は、第１の実施形態と比較して、吸着ノズル１の構造のみが異なる。したがって、吸着ノズル１以外について、同様の構成部には同一の参照符号を付して、詳細な説明を省略する。なお、図１３は、第２の実施形態に係る吸着ノズル１の概略構造を示す正面概略図である。

図１３において、第２の実施形態に係る吸着ノズル１は、第１の実施形態に対して圧力センサ１７が追加されている。他の構成部については、第１の実施形態と同様であるため、同様の構成部には同一の参照符号を付して、詳細な説明を省略する。

圧力センサ１７は、第２回動部１３と第３回動部１４との間に設けられる。圧力センサ１７は、ノズル先端部１５に加えられる圧力を２次元で検出できる２次元圧力センサで構成され、例えば、２個のひずみゲージを直交させて用いることで実現される。例えば、圧力センサ１７は、ノズル先端部１５に吸着した電子部品Ｐと電子回路基板Ｓとが接触した際の反力による歪みを、２次元（ｘｙ方向）的に検出し、その２次元圧力データを実装位置算出部２へ出力する。

図１４は、圧力センサ１７が検出した２次元圧力データの一例である。図１４において、圧力センサ１７から出力される２次元圧力データには、ｘ軸およびｙ軸が定義され、それぞれ図１３におけるｘ軸およびｙ軸に対応する。２次元圧力データには、ノズル先端部１５の長軸方向に作用する圧力を示す点Ｐ０が設定される。そして、図１４における点ｇのように、ノズル先端部１５の長軸方向からずれた圧力がノズル先端部１５に加わった場合、その方向を示す位置に圧力ポイントが示される。

実装位置算出部２は、電子部品を電子回路基板に実装する際（図１２のステップＳ７参照）、圧力センサ１７が検出した２次元圧力データが示す圧力ポイントが点Ｐ０となるように吸着ノズル１の各回動動作および直動動作とを制御する。図１４の例においては、実装位置算出部２は、点ｇが図示矢印方向に移動して点Ｐ０と一致するように制御する。これによって、電子部品を電子回路基板に実装中においても、常に電子部品と電子回路基板とを平行にして実装することができる。なお、第２の実施形態における電子部品実装装置の動作については、上述した実装中の圧力センサ１７を用いた制御以外は、図１２を用いて説明した第１の実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。

本発明に係る電子部品実装方法および電子部品実装装置は、実装する電子回路基板に反りが生じても、電子部品実装時の品質および生産性を向上することができ、電子回路基板に電子部品等を実装する方法や装置の他に、２つの部品を組み合わせる一般的な組立を行う方法や装置等にも適用できる。

本発明の第１の実施形態に係る電子部品実装装置を用いた電子部品実装方法の概略を示す図 図１の吸着ノズル１の概略構造を示す正面概略図 ステージ７上に載置された電子回路基板Ｓに反りが生じている場合を仮定した吸着ノズル１の動作を示す正面概略図 基準面Ｒに対する実装位置カメラ５および実装位置照明６の側面方向の配置例を示す図 ｚ軸方向から見た基準面Ｒ上の平行光Ｌおよび実装位置カメラ５で撮像されたが基準面Ｒ上の平行光Ｌの一例を示す図 基準面Ｒに対して高さＨの位置に載置された電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌの一例を示す図 図６の電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌを実装位置カメラ５が撮像した一例 基準面Ｒに対してｙ軸周りに角度θｘｚ傾いて載置された電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌの一例を示す図 基準面Ｒに対してｘ軸周りに角度θｙｚ傾いて載置された電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌの一例を示す図 図９の電子回路基板Ｓ上の平行光Ｌを実装位置カメラ５が撮像した一例 図１の吸着ノズル１の概略構造に動作制御に関わるパラメータを付与して示す正面概略図 図１の電子部品実装装置の動作の示すフローチャート 第２の実施形態に係る吸着ノズル１の概略構造を示す正面概略図 図１３の圧力センサ１７が検出した２次元圧力データの一例 従来の電子部品実装機の構成を示す概略図 従来の電子部品実装方法の手順を示すフローチャート

符号の説明

１…吸着ノズル
１１…支持部
１２…第１回動部
１３…第２回動部
１４…第３回動部
１５…ノズル先端部
１６…直動機構部
１７…圧力センサ
２…実装位置算出部
３…ラインセンサ
４…部品カメラ
５…実装位置カメラ
６…実装位置照明
７…ステージ

Claims (6)

1. 吸着ノズルの先端に保持された電子部品をステージに載置された電子基板に実装する電子部品実装装置が実行する電子部品実装方法であって、
   前記吸着ノズルは、
   空間上において互いに直交する３軸にそれぞれ回動する回動部と、
   前記吸着ノズルが伸縮するノズル軸方向に、前記吸着ノズルの先端部であるノズル先端部を直動させる直動機構部とを備え、
   前記回動部および前記直動機構部の動作は、実装位置算出部で制御され、
   前記実装位置算出部は、
   前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品に関して、前記電子基板に実装する基準面からの装着高さと、当該基準面に対する装着角度と、当該装着高さおよび装着角度で前記電子基板に実装するための前記吸着ノズルの位置とを設定する設定ステップと、
   前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品の厚さ、位置、および前記基準面に対する当該電子部品の装着面の傾きを検出する部品検出ステップと、
   前記電子部品を前記電子基板に実装する装着位置における、当該電子基板の前記基準面からの高さ、および前記基準面に対する当該電子基板の装着面の傾きを検出する基板検出ステップと、
   前記部品検出ステップで検出された検出結果と、前記基板検出ステップで検出された検出結果とに基づいて、前記電子部品の装着面と前記電子基板の装着面とが平行になるように、前記設定ステップで設定された装着高さと、装着角度と、前記吸着ノズルの位置とを補正する補正ステップと、
   前記補正ステップで補正された装着高さと、装着角度と、前記吸着ノズルの位置とに基づいて、前記回動部を回動させて前記吸着ノズルを移動する移動ステップと、
   前記移動ステップで移動した吸着ノズルの前記直動機構部を直動させて、前記補正ステップで補正された装着高さおよび装着角度に、前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品を電子基板に実装する実装ステップとを実行する、電子部品実装方法。
2. 前記基板検出ステップは、
   前記基準面および前記電子基板に対して所定の角度で平行光を照射する照射ステップと、
   前記基準面および前記電子基板で反射した前記平行光の投光パターンおよび投光位置をそれぞれ取得する投光取得ステップと、
   前記投光取得ステップで取得された、前記基準面で反射した平行光の投光パターンおよび投光位置と、前記電子基板で反射した平行光の投光パターンおよび投光位置とを比較する比較ステップとを含み、
   前記比較ステップによって比較された比較結果に基づいて、前記電子基板の前記基準面からの高さ、および前記基準面に対する当該電子基板の装着面の傾きを検出することを特徴とする、請求項１に記載の電子部品実装方法。
3. 前記実装ステップは、前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品と、前記電子基板とが接触した際に、前記吸着ノズルに加わる圧力を検出する圧力検出ステップを含み、
   前記実装位置算出部は、前記電子部品を前記電子基板に実装する際に、前記圧力検出ステップで検出された圧力に基づいて、当該圧力が前記ノズル軸方向に加わるように、前記回動部および前記直動機構部の動作を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の電子部品実装方法。
4. 吸着ノズルの先端に保持された電子部品を電子基板に実装する電子部品実装装置であって、
   前記電子基板を載置するステージと、
   空間上において互いに直交する３軸にそれぞれ回動する回動部と、
   前記吸着ノズルが伸縮するノズル軸方向に、前記吸着ノズルの先端部であるノズル先端部を直動させる直動機構部と、
   前記回動部および前記直動機構部の動作を制御する実装位置算出部とを備え、
   前記実装位置算出部は、
   前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品に関して、前記電子基板に実装する基準面からの装着高さと、当該基準面に対する装着角度と、当該装着高さおよび装着角度で前記電子基板に実装するための前記吸着ノズルの位置とを設定する設定手段と、
   前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品の厚さ、位置、および前記基準面に対する当該電子部品の装着面の傾きを検出する部品検出手段と、
   前記電子部品を前記電子基板に実装する装着位置における、当該電子基板の前記基準面からの高さ、および前記基準面に対する当該電子基板の装着面の傾きを検出する基板検出手段と、
   前記部品検出手段によって検出された検出結果と、前記基板検出手段によって検出された検出結果とに基づいて、前記電子部品の装着面と前記電子基板の装着面とが平行になるように、前記設定手段によって設定された装着高さと、装着角度と、前記吸着ノズルの位置とを補正する補正手段とを含み、
   前記補正手段によって補正された装着高さと、装着角度と、前記吸着ノズルの位置とに基づいて、前記回動部を回動させて前記吸着ノズルを移動し、当該移動した吸着ノズルの前記直動機構部を直動させて前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品を電子基板に実装する、電子部品実装装置。
5. 前記基板検出手段は、
   前記基準面および前記電子基板に対して所定の角度で平行光を照射する照射手段と、
   前記基準面および前記電子基板で反射した前記平行光の投光パターンおよび投光位置をそれぞれ取得する投光取得手段と、
   前記投光取得手段によって取得された、前記基準面で反射した平行光の投光パターンおよび投光位置と、前記電子基板で反射した平行光の投光パターンおよび投光位置とを比較する比較手段とを含み、
   前記比較手段によって比較された比較結果に基づいて、前記電子基板の前記基準面からの高さ、および前記基準面に対する当該電子基板の装着面の傾きを検出することを特徴とする、請求項４に記載の電子部品実装装置。
6. 前記吸着ノズルの先端に保持された電子部品と、前記電子基板とが接触した際に、前記吸着ノズルに加わる圧力を検出する圧力センサを、さらに備え、
   前記実装位置算出部は、前記電子部品を電子基板に実装する際に、前記圧力センサによって検出された圧力に基づいて、当該圧力が前記ノズル軸方向に加わるように、前記回動部および前記直動機構部の動作を制御することを特徴とする、請求項４または５に記載の電子部品実装装置。

Images