JP4931772B2 - Electronic component mounting equipment - Google Patents
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本発明は、電子部品実装装置に係り、特に、電子部品(以下、単に部品とも称する)を保持するノズルの軸回りの回転位置精度を向上して、実装精度を向上させ、安定した実装を確立することが可能な電子部品実装装置に関する。 The present invention relates to an electronic component mounting apparatus, and in particular, improves the rotational position accuracy around the axis of a nozzle that holds an electronic component (hereinafter also simply referred to as a component), improves mounting accuracy, and establishes stable mounting. It is related with the electronic component mounting apparatus which can do.
電子部品実装装置では、特許文献1に例示される如く、移動自在な装着ヘッドへ着脱が自在な吸着ノズルを装着し、部品供給部の部品供給位置へ移動し、装着ヘッドを部品まで下降させ、吸着孔内を真空にして、部品を吸着し、部品をピックアップして、搬送されてくる回路基板上に移動し、吸着部品を回路基板の所定位置に搭載している。 In the electronic component mounting apparatus, as exemplified in Patent Document 1, a detachable suction nozzle is mounted on a movable mounting head, moved to a component supply position of a component supply unit, the mounting head is lowered to the component, The suction hole is evacuated to suck the component, pick up the component, move onto the conveyed circuit board, and mount the suction component at a predetermined position on the circuit board.
このような電子部品実装装置では、吸着ノズルによる部品の吸着に位置ずれや傾きずれがあると、部品が正確な基板位置に搭載されないので、装着ヘッドに取り付けたレーザアライン装置や装置側に固定配置された部品認識カメラによる部品画像に基づき、吸着部品の吸着姿勢(部品中心並びに部品の傾き)を演算し、部品中心と吸着中心のずれ並びに吸着傾きを補正して、部品を回路基板に搭載している。 In such an electronic component mounting device, if there is a position shift or tilt shift in the suction of the component by the suction nozzle, the component will not be mounted at the correct substrate position, so it is fixedly placed on the laser aligner attached to the mounting head or on the device side Based on the component image obtained by the component recognition camera, the suction posture of the suction component (part center and tilt of the component) is calculated, the deviation between the center of the component and the suction center and the suction tilt are corrected, and the component is mounted on the circuit board. ing.
ここで、図1に底面図を例示する如く、レーザアライン装置33では、例えばレーザダイオードを含むレーザ発光部33aから発光したレーザRを、部品Pの側面より照射し、レーザRが部品Pに当たる場所に影ができ、部品が無い場所では、そのままレーザ受光部33bに照射されることを利用し、レーザ受光素子を含むレーザ受光部33bで部品Pのピックアップ位置を認識している。
Here, as illustrated in the bottom view of FIG. 1, in the
このレーザアライン装置は、部品を供給部よりピックアップする装着ヘッドに搭載され、このレーザアライン装置により部品のピックアップ位置を認識し、位置ずれを補正し、規定の実装方向へ回転させて、部品の実装を行なっていた。 This laser aligner is mounted on a mounting head that picks up components from the supply unit. This laser aligner recognizes the pickup position of the component, corrects the misalignment, rotates it in the specified mounting direction, and mounts the component. I was doing.
しかしながら従来の電子部品実装装置では、構造上の制約から、図2に例示する如く、装着ヘッドのθ軸回転機構19は、θ軸モータ19aと吸着ノズル17aの実駆動軸17bに、それぞれプーリ19c、19dを装着させ、ベルト19eを用いて動力を伝える際に、θ軸モータ19aに内蔵されたエンコーダ(モータエンコーダと称する)19bの出力により回転位置を制御するセミクローズドループ制御を行なっていた。ここで、モータエンコーダ19bとしては、通常は、絶対位置が検出可能であるが高価なABSエンコーダではなく、変位量のみが検出可能で安価なインクリメンタルエンコーダが用いられる。
However, in the conventional electronic component mounting apparatus, due to structural limitations, as shown in FIG. 2, the θ-
このとき、プーリとベルトの減速比の違いにより、プーリが数回転しなければ、ベルトが1周し、同一の歯に同一の位置で噛み合うことが無い。従って、通常、プラスチック製のベルトの歯の場所による形状の違い等により、通常、金属製のプーリの歯との噛み合わせや、ベルトのバックラッシュ等を要因として、実駆動軸17dの回転位置とモータエンコーダ19bの出力とに差異が生じ、実装する精度に影響を与える可能性があり、実装精度向上には、この問題を解決することが不可欠であった。
At this time, due to the difference in reduction ratio between the pulley and the belt, if the pulley does not rotate several times, the belt rotates once and does not mesh with the same tooth at the same position. Accordingly, the rotational position of the actual drive shaft 17d is usually caused by the meshing with the teeth of the metal pulley, the backlash of the belt, or the like due to the difference in the shape of the plastic belt depending on the tooth location. There is a difference between the output of the
このような問題点を解決するべく、実駆動軸にエンコーダを設けて、フルクローズドループ制御を行なうことも考えられるが、別体のエンコーダをノズル側に設ける必要があるだけでなく、コスト的にも高額となってしまうという問題点を有していた。 In order to solve such problems, it may be possible to provide an encoder on the actual drive shaft and perform full closed loop control, but it is not only necessary to provide a separate encoder on the nozzle side, but also in terms of cost. Also had the problem of becoming expensive.
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、フルクローズドループ制御用のエンコーダをノズル側に設けることなく、高精度なθ軸の回転位置制御を可能とすることを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and has an object to enable highly accurate control of the rotational position of the θ-axis without providing an encoder for full-closed loop control on the nozzle side. To do.
本発明は、軸回りに回動自在とされたノズルと、該ノズルを回動するためのθ軸モータと、該θ軸モータの駆動力を前記ノズルに伝えるためのベルトとを有し、電子部品供給部でノズルにより保持した電子部品を、基板に実装するための電子部品実装装置において、前記ベルトに付されたベルトマークと、該ベルトマークを検出するためのベルトマーク検出センサと、該ベルトマーク検出センサの出力を基準としてノズルとθ軸モータの回転位置ずれを補正する手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention includes a nozzle that is rotatable about an axis, a θ-axis motor that rotates the nozzle, and a belt that transmits a driving force of the θ-axis motor to the nozzle. In an electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component held by a nozzle in a component supply unit on a substrate, a belt mark attached to the belt, a belt mark detection sensor for detecting the belt mark, and the belt The problem is solved by providing a nozzle and means for correcting the rotational position deviation of the θ-axis motor with reference to the output of the mark detection sensor.
ここで、前記ベルトを歯付きベルトとし、前記ノズル及びθ軸モータにそれぞれ装着されたプーリの歯数を同数とすることができる。 Here, the belt may be a toothed belt, and the number of teeth of the pulleys attached to the nozzle and the θ-axis motor may be the same.
本発明によれば、θ軸のセミクローズドループ制御の動作を全て補正することが可能となり、θ軸の実動作精度が向上し、フルクローズドループ制御用のエンコーダをノズル側に設けることなく、フルクローズドループ制御と同等の制御が可能となる。従って、電子回路基板製作における、微小部品や精度が必要な部品(BGAやフリップチップ)の実装で、実動作精度が向上できる。 According to the present invention, it is possible to correct all the operations of the semi-closed loop control of the θ axis, the actual operation accuracy of the θ axis is improved, and a full closed loop control encoder is not provided on the nozzle side. Control equivalent to closed loop control is possible. Therefore, actual operation accuracy can be improved by mounting minute parts or parts (BGA or flip chip) that require precision in the production of electronic circuit boards.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図3は、電子部品実装装置の概略図であり、同図に示すように、電子部品実装装置1は
、中央部から少し後方で左右方向に延在する基板搬送路15と、装置1の前部(図示の下側)に配設され、回路基板10に実装される部品を供給する部品供給装置(フィーダ)11と、装置1の前部に配設されたX軸移動機構12とY軸移動機構13を備えている。X軸移動機構12は、部品を吸着する複数の吸着ノズル17aを備えた装着ヘッド17をX軸方向に移動させ、またY軸移動機構13は、X軸移動機構12並びに装着ヘッド17をY軸方向に移動させる。
FIG. 3 is a schematic diagram of the electronic component mounting apparatus. As shown in FIG. 3, the electronic component mounting apparatus 1 includes a
装着ヘッド17は、図4に詳細に図示されているように、吸着ノズル17aを垂直方向(Z軸方向)に昇降可能に移動させるZ軸移動機構18、並びに吸着ノズルとノズル軸(吸着軸)を中心に回転させるθ軸回転機構19を、吸着ノズルの数(図示例では3個)だけ備えている。また、装着ヘッド17には、レーザ光を部品供給装置に当て、その反射光を受光して部品高さあるいは部品位置(部品中心)を決定する高さセンサ30が取り付けられ、また、部品供給装置の吸着位置にある部品を撮像する部品認識カメラ32が取り付けられる。この部品認識カメラ32と同様な部品認識カメラが符号は付してないが左側にも設けられる。
As shown in detail in FIG. 4, the
更に、装着ヘッド17には、レーザアライン装置(レーザ認識装置)33が吸着ノズルの数だけ取り付けられる。このレーザアライン装置33は、図1に詳細に示したように、レーザを発光するレーザ発光部33aと、レーザ発光部33aからのレーザを受光するレーザ受光部33bからなり、吸着ノズル17aが部品供給装置11から吸着位置にある部品を吸着したあと、吸着ノズルがレーザアライン装置33の開口部33cに向けて下降し、θ軸回転機構19によりレーザ発光部33aからのレーザ光束中で吸着部品をθ軸回転させてレーザ光の影をレーザ受光部33bで受光する。後述する制御部の演算装置(CPU)は、レーザ受光部33bが受光した部品の影の最大値、最小値を求めることにより部品位置(部品中心並びに部品の傾き)を演算し、部品中心と吸着中心のずれ、並びに吸着傾きを求める。
Further, laser mounting devices (laser recognition devices) 33 are attached to the
また、部品実装装置1には、図3に示したように、部品認識カメラ16が固定して設けられ、吸着部品を下方から撮像する。撮像された部品の画像は、後述の画像処理部で処理され、部品位置(部品中心並びに部品の傾き)が演算され、部品中心と吸着中心のずれ、並びに吸着傾きが求められる。この部品認識カメラ16は、主にIC部品など高い搭載精度が要求される部品を認識するために用いられ、チップ部品などの小型の部品は、上述したレーザアライン装置33によりその位置が認識される。
In addition, as shown in FIG. 3, the component mounting apparatus 1 is provided with a
また、部品実装装置1には、図3に示したように、部品認識カメラ16、32で撮像された部品の画像や入力データ、演算データを表示するCRTモニタ2、操作画面を表示する液晶モニタ3、コマンド、データなどを入力するキーボード4が設けられる。
In addition, as shown in FIG. 3, the component mounting apparatus 1 includes a
図5は、部品実装装置1の制御系の構成を示す。部品実装装置1は、全体の部品実装を制御するCPU21a、各種制御プログラムやデータを格納したROM21c、制御データ、処理データを格納し作業領域を提供するRAM21bから構成される制御部(制御手段)21を有している。また、部品実装装置1には、ホストコンピュータ(不図示)との間でデータ送受信が可能なデータ送受信部26が設けられており、ホストコンピュータから送信されてくる生産プログラムは、このデータ送受信部26を介して受信され、データ記憶部25に格納される。制御部21は、ホストコンピュータから送信される生産プログラムのデータ並びにデータ入力部27(キーボート4など)を介して入力されるデータに従って、X/Y駆動部22によりX軸移動機構12とY軸移動機構13を制御し、装着ヘッド17をX、Y方向に移動させる。また、制御部21は、他の駆動部23によりZ軸移動機構18並びにθ軸回転機構19を制御し、吸着ノズルをZ軸方向(高さ方向)並びに吸着軸(θ)を中心に回転させる。
FIG. 5 shows the configuration of the control system of the component mounting apparatus 1. The component mounting apparatus 1 includes a
また、制御部21は、装着ヘッド17を部品供給装置上でX、Y方向に移動させることにより高さセンサ30からのレーザ光で吸着位置の部品をクロススキャンし、CPU(演算手段)21aは、その信号を取り込んで部品の高さや部品中心位置を演算する。また、制御部21のCPU21aは、レーザアライン装置33のレーザ受光部33bが受光した部品の影の最大値、最小値を求めることにより吸着位置で吸着した部品の位置(部品中心)を演算し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、並びに吸着傾きを求める。
Further, the control unit 21 moves the
一方、画像処理部24は、部品認識カメラ32が撮像した部品供給装置の吸着位置にある部品の画像を取り込んで該部品の位置(部品中心)を演算する。また、画像処理部24は部品認識カメラ16からの画像を処理して吸着ノズルにより吸着された部品位置を演算し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、並びに吸着傾きを求める。部品認識カメラ16により求められる位置ずれ並びに吸着傾きは、装着ヘッド17が回路基板に移動する間にX軸移動機構12とY軸移動機構13、並びにθ軸回転機構19により補正され、部品が正しい姿勢で回路基板10に搭載される。
On the other hand, the
図6に、装着ヘッド17の本発明に係る部分の要部構成を示す。図6において、19aは、モータエンコーダ19bが内蔵されたθ軸モータ、19cは、該θ軸モータ19aの駆動軸に装着された駆動側プーリ、19dは、吸着ノズル17aの実駆動軸17bに装着された被動側プーリ、19eは、前記駆動側プーリ19cと被動側プーリ19d間に掛け渡された歯付きベルトである。
FIG. 6 shows the configuration of the main part of the
前記歯付きベルト19e上の一点に、ベルトマーク19fが設けられている。このベルトマーク19fは、例えば濃色の歯付きベルト19e上に描かれた白いマークとされ、例えば実駆動軸17bの近傍に配設されたベルトマーク検出センサ19gで検出可能とされている。このベルトマーク検出センサ19gとしては、例えば、前記ベルトマーク19fを検出可能な、光反射型のセンサを用いることができる。
A belt mark 19f is provided at one point on the
ここで、歯付きベルト19eの歯数は、駆動側プーリ19c及び被動側プーリ19dの歯数の整数倍とする必要がある。又、駆動側プーリ19cと被動側プーリ19dのサイズは同一で、歯数も同一であることが望ましい。このようにして、θ軸モータ19aが何回転かすると、ベルトマーク19fが1周するように予め決められている。
Here, the number of teeth of the
以上の構成において、補正は、図5の制御部21内で、図7に示すような手順により行なわれる。 In the above configuration, the correction is performed in the control unit 21 of FIG. 5 according to the procedure shown in FIG.
即ち、θ軸モータ19aが回転すると(ステップ100)、ベルトマーク19fが移動し、図8(a)に例示する如く、ベルトマーク検出センサ19gの位置で検出される(ステップ110)。ここで、θ軸モータ19aの回転方向は、正・負どちらでも良いが、この補正手順において、同一方向である必要がある。
That is, when the θ-
その位置より、更にθ軸モータ19aを同じ方向に回転させ(ステップ120)、図8(b)に例示する如く、モータエンコーダ19bの1回転に出力される、その基準位置(Z相と称する)を検出する(ステップ130)。このステップ130により検出された、ベルトマーク検出直後のZ相を基準として、治具やレーザアライン装置等を用いて、ベルト19e自体の1周分に関して、装着ヘッド17の動作角度を認識する。具体的には、モータエンコーダ19bに合わせて吸着ノズル17aの実駆動軸17bを回転し、角度毎に補正値を取得して、メモリ(例えば、図5のRAM21b)に記憶し(ステップ150)、次の基準点までベルト1周分の補正値の取得を完了して(ステップ160)、補正手順を終了する。
From that position, the θ-
このようにして、例えば15°毎に認識した補正値a、b、c…と、θ軸モータ19aのモータエンコーダ19bの値(角度)との関係を表した、図9に例示するような補正テーブル等を照合することによって、プーリ19c、19dとベルト19eとの噛み合わせ等の要因による実動作の誤差を補正する。なお、補正テーブル等に無い中間の値は、補間計算により求めることができる。図9は、図8のように、θ軸モータ4回転でベルトが1周し、15°毎に補正値を得る例で示したが、ベルト1周に必要なθ軸モータの回転数や、補正値を得る角度は、図9の例に限定されない。
In this way, for example, the correction as illustrated in FIG. 9 showing the relationship between the correction values a, b, c... Recognized every 15 ° and the value (angle) of the
次に、実装開始する際には、まず、図5に示す制御部21の指令により、図11に示すような手順で、原点復帰を行なう。 Next, when the mounting is started, first, the origin return is performed in accordance with the procedure shown in FIG. 11 according to the command of the control unit 21 shown in FIG.
即ち、θ軸モータ19aを所定方向に回転(例えば正回転)すると(ステップ200)、ベルトマーク19fが移動し、ベルトマーク検出センサ19gの検出範囲で、図11(a)に例示する如く、ベルトマーク19fが検出される(ステップ210)。図11に矢印Aで示す如く、その位置より更にθ軸モータ19aを同じ方向に回転(例えば正回転)し(ステップ220)、図11(b)に例示する如く、モータエンコーダ19bでZ相を検出する(ステップ230)。
That is, when the θ-
次いで、図11に矢印Bで示す如く、θ軸モータ19aを少し逆回転させ、Z相の手前まで戻す(ステップ240)。
Next, as shown by the arrow B in FIG. 11, the θ-
そして、図11に矢印Cで示す如く、θ軸モータ19aを再び低速で正回転させ(ステップ250)、Z相を検出した時点(ステップ260)で原点復帰を終了する。
Then, as indicated by an arrow C in FIG. 11, the θ-
このようにして、Z相を一旦抜けた後、再びゆっくり正回転させることによって、基準点のZ相を迅速且つ正確に検出することができ、補正テーブル等により正確な補正を行うことができる。 In this way, once the Z-phase is removed, the Z-phase at the reference point can be detected quickly and accurately by slowly rotating in the positive direction again, and accurate correction can be performed using a correction table or the like.
なお、前記実施形態においては、ベルトマークをベルト上に白く描き、光反射式のベルトマーク検出センサで、これを検出するようにしていたので、構成が簡略であるが、ベルトマークやその検出センサの構成は、これに限定されない。 In the above-described embodiment, the belt mark is drawn white on the belt, and the light reflection type belt mark detection sensor detects the belt mark. Therefore, the configuration is simple. The configuration of is not limited to this.
又、前記実施形態においては、ベルトとして歯付きベルトを用いているので、高精度の回転制御が可能であるが、歯が付いていないベルトを用いることも可能である。 In the above embodiment, since a toothed belt is used as the belt, high-precision rotation control is possible, but a belt without teeth can also be used.
更に、前記実施形態においては、θ軸モータの回転を検出する手段として、θ軸モータに内蔵されたインクリメタルエンコーダを用いていたので、構成が簡略で安価であるが、ABSエンコーダを用いたり、θ軸モータ側に設けた別体のエンコーダを用いても良い。 Furthermore, in the embodiment, since the incremental metal encoder built in the θ-axis motor is used as the means for detecting the rotation of the θ-axis motor, the configuration is simple and inexpensive. A separate encoder provided on the θ-axis motor side may be used.
又、部品をピックアップするノズルも、吸着ノズルに限定されず、例えば部品を両側から把持する方式であっても良い。 Further, the nozzle for picking up the component is not limited to the suction nozzle, and for example, a method of gripping the component from both sides may be used.
1…電子部品実装装置
P…電子部品
10…回路基板
11…部品供給装置(フィーダ)
12…X軸移動機構
13…Y軸移動機構
17…装着ヘッド
17a…吸着ノズル
17b…実駆動軸
19…Z軸駆動機構
19a…θ軸モータ
19b…モータエンコーダ
19c…駆動側プーリ
19d…被動側プーリ
19e…歯付きベルト
19f…ベルトマーク
19g…ベルトマーク検出センサ
21…制御部
21a…CPU
21b…RAM
33…レーザアライン装置(レーザ認識装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electronic component mounting apparatus P ... Electronic component 10 ... Circuit board 11 ... Component supply apparatus (feeder)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ...
21b ... RAM
33 ... Laser alignment device (laser recognition device)
Claims (2)
該ノズルを回動するためのθ軸モータと、
該θ軸モータの駆動力を前記ノズルに伝えるためのベルトとを有し、
電子部品供給部でノズルにより保持した電子部品を、基板に実装するための電子部品実装装置において、
前記ベルトに付されたベルトマークと、
該ベルトマークを検出するためのベルトマーク検出センサと、
該ベルトマーク検出センサの出力を基準としてノズルとθ軸モータの回転位置ずれを補正する手段と、
を備えたことを特徴とする電子部品実装装置。 A nozzle that is rotatable about an axis;
A θ-axis motor for rotating the nozzle;
A belt for transmitting the driving force of the θ-axis motor to the nozzle,
In an electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component held by a nozzle in an electronic component supply unit on a substrate,
A belt mark attached to the belt;
A belt mark detection sensor for detecting the belt mark;
Means for correcting a rotational positional deviation between the nozzle and the θ-axis motor based on the output of the belt mark detection sensor;
An electronic component mounting apparatus comprising:
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