JP5059686B2 - 表面実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装装置、特に電子部品を実装するプリント基板等の基板の固定位置を、基板マークを撮像して補正する基板認識カメラについて補正精度を向上する際に適用して好適な表面実装装置に関する。

通常、電子部品実装装置１は、図１に示すように、左右方向に延在されている基板搬送路２により搬送され、位置決めされた基板Ｓ上に部品供給部３に供給される電子部品を実装する搭載ヘッド１０と、該搭載ヘッド１０をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させるＸ軸移動機構１２及びＹ軸移動機構１４を備えている。

Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する吸着ノズル１０Ａを備えた搭載ヘッド１０をＸ軸方向に移動させると共に、Ｙ軸移動機構１４は、Ｘ軸移動機構１２と一体で搭載ヘッド１０をＹ軸方向に移動させる。又、搭載ヘッド１０は、吸着ノズル１０ＡをＺ軸方向に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えていると共に、吸着ノズル１０Ａをノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。又、搭載ヘッド１０には、基板Ｓ上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１６が、支持部材を介して取付けられている。又、部品供給部３の側部には、吸着ノズル１０Ａに吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ（撮像手段）１８が配置されている。

上記のような表面実装装置では、搭載ヘッド１０をＸ方向、Ｙ方向に移動させるＸ軸駆動機構１２及びＹ軸移動機構１４等の駆動機構は確立され、移動位置を検出するエンコーダ等の位置検出装置の精度も略飽和状態にあることから、電子部品の搭載精度は十分な域に達している。

従って、今後はこのような高い搭載精度をいかに安定させ、維持させることができるかが重要になっており、そのために経時変化に対する補正を常に正確に行うことが必要となる。

上述した搭載精度の経時変化に対して、現状は搭載基板毎に基板認識カメラを使って基板固定位置の補正を行うことにより対応しているが、経時変化は駆動機構だけでなく、それを行うためのカメラ自体にも存在する。

そこで、基板搭載前には、図２に表面実装装置の要部を、又、図３に搭載ヘッド１０をそれぞれ拡大して示すように、該搭載ヘッド１０が前記Ｘ軸移動機構１２に移動可能に取り付けられている台座２０に固定され、一体的に移動可能な前記基板認識カメラ１６を、本体ベース上に配置されている位置補正ユニット２２上に移動させる。次いで、図２の右側に一部を更に拡大して示す認識部の穴２２Ａを該基板認識カメラ１６で撮像し、その穴２２Ａの撮像位置を基準に画像認識により補正する。従来は、このようにして経時変化を補正している。

又、例えば特許文献１の第一実施例では、基板わきのガイドレール上に付したマークを基板認識カメラが認識するようにした技術が、同じく第二実施例では、プレートにマークを付したマークユニットを備え、必要に応じてプレートを水平方向に出し入れしてマークを認識する技術が開示されている。

特許第３１２９１３４号公報

しかしながら、前記位置補正ユニット２２を基板認識カメラ１６で撮像して補正する場合には、該カメラに内蔵されているＣＣＤチップ等の撮像素子やカメラ先端部のレンズ等の光学系を含むカメラ内部も、外部からの熱や自己発熱に起因する温度変化の影響により経時的に変化を受けるため、カメラの機械的な取り付け位置に変化が無かったとしても、撮像結果は変化することがあることから、前記従来の補正方法は、撮像結果に光学系を含むカメラ内部の経時変化が含まれたままであるため、必ずしも正確であるとは言い難いという問題があった。

又、前記特許文献１に開示されている技術も、機構部の温度による変化等を解消するものであり、カメラ内部の変化を知ることはできないため、同様の問題がある。

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、搭載ヘッド１０と一体的に移動する基板認識カメラ１６について、光学系を含むカメラ内部の経時変化を容易且つ正確に補正することができる表面実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、位置決めされた基板上に電子部品を搭載するＸＹ移動可能な搭載ヘッドと、該搭載ヘッドと一体的に移動する、台座に固定された基板認識カメラとを備えた表面実装装置において、前記基板認識カメラにより撮像して、撮像結果から光学系を含むカメラ内部の経時変化を補正する補正用マークを有する補正治具が、前記台座に固定されていることにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記補正治具が、前記補正用マークを、前記基板認識カメラの撮像範囲にある補正位置と、該撮像範囲から外れた待機位置との間で移動可能であるようにしてもよい。その際、前記補正位置が、電子部品の搭載時に位置決め固定される基板上の基板マークと同一高さであるようにすることが有効である。

本発明によれば、基板認識カメラを取り付けてある台座と同一の台座に、補正用マークが形成されている補正治具を取り付けるようにしたので、機械的な経時変化の要因を極力排除した上で、該カメラによる撮像結果から経時変化を補正することが可能となり、電子部品の搭載精度を一段と向上することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図４は、本発明に係る一実施形態の表面実装装置の特徴を示す搭載ヘッド１０の側面図であり、前記図３の搭載ヘッド１０を左方向から見た状態に相当する。尚、本実施形態の表面実装装置は、基本的な構成は前記図１〜図３に示したものと同一であるので、同一の符号を使用して詳細な説明を省略する。

搭載ヘッド１０が取り付けられている台座２０は、前記Ｘ軸駆動機構１２のガイド１２Ａにより紙面に垂直なＸ方向に移動可能に支持されており、又、この台座２０には前記基板認識カメラ１６も固定され、搭載ヘッド１０と一体的に移動可能になっている。

又、本実施形態では、基板認識カメラ１６が固定されている上記台座２０に、図示しない駆動機構によりＺ軸方向の上下動と軸中心の回転動が可能な接続部材３０を介して、水平方向に延びる棒状の補正治具３２が固定され、該補正治具３２の先端部には、例えばセラミック製の補正用マークＭが付設され、図示されている撮像位置の補正用マークＭの上方には照明３４が配設されている。

この補正治具３２は、上記接続部材３０により補正の基準となる補正用マークＭを、基板認識カメラ１６の設計上の光軸上で、且つ、位置決めされた基板Ｓ上の基板マーク（明示せず）と実質上同一の高さである、図示されている補正位置（撮像位置）と、１８０度回転して上昇された破線で示す待機位置との間で、上下動と回転動により移動させることが可能になっている。

次に、本実施形態の作用を、図５、図６のフローチャートに従って説明する。

生産動作が開始されると（ステップ１）、基板搬入の待機中に補正治具３２を補正用マークＭが前記図４に示した補正位置に一致するようにセット（ステップ２）し、該補正用マークＭを基板認識カメラ１６により撮像して補正値を取得する（ステップ３）。

次いで、その補正値に基づいてＣＣＤチップ等のカメラ内部の経時変化を補正した後、従来と同様に前記図２に示した位置補正ユニット２２を使用する認識動作を行ない（ステップ４）、生産を継続する限りは以上のステップ２から４を繰り返す（ステップ５）。

図６には上記ステップ３による補正値取得までの動作の詳細を示す。この動作は、次の基板Ｓが搬入され、位置決めされるまでの待機中の短時間の間に実行される。

まず、位置決めされる基板Ｓと干渉しない補正実行位置に搭載ヘッド１０をＸＹ移動完了を確認し（ステップ１１）、次いで補正治具３２を、補正用マークＭが基板Ｓ上の基板マーク（図示せず）と同一高さとなる認識位置（補正位置、図４の実線位置）に移動させ（ステップ１２）、照明装置３４を点灯して補正用マークＭを撮像して画像認識し（ステップ１３）、認識結果から補正値を取得して搭載ヘッド１０のオフセットに反映させる補正を行なう（ステップ１４）。その後、補正治具３２を破線位置に退避させ（ステップ１５）、従来と同様の前記ステップ４による認識動作を行なう。

ここで実行される補正処理を、図７に模式的に示す補正用マークＭの撮像結果を用いて説明する。図中、実線の補正実施前は前回撮像したマーク位置であり、破線の補正実施後は今回補正用に撮像したマーク位置であると共に、両者のＸ、Ｙ方向のずれがそれぞれＸａ、Ｙａであったことが示されている。

補正実施前のマーク位置とは、本補正を初めて行なう場合においては、本補正値が０の場合であり、本補正を数回行なっている場合においては、前回までの補正値による補正位置を表わす。即ち、基板生産直前に前述した動作により取得した認識位置が実施後となり、実施前後の結果からＸａ、Ｙａの差を算出し、それを基板認識カメラ１６による撮像位置の変化量とする。

この変化量を相殺する反数を、基板認識カメラ１６とヘッド軸間の誤差を補正するヘッドオフセットに加味した上で前記位置補正ユニット２２を認識する。

この位置補正ユニット２２を認識するだけの従来の補正においては、基板認識カメラ１６のカメラ内部の経時変化を切り分ける（考慮する）ことなく補正を行なうので、仮にＸＹ駆動部１２、１４の経時変化が＋Ｘ方向に１あるものとし、この駆動部１２、１４を介して取り付けてある基板認識カメラ１６のカメラ内部の経時変化が−Ｘ方向に１ある状態で撮像して認識したとすれば相殺されて必然的に０となり、ＸＹ駆動部１２、１４の経時変化を認識することができないことになる。

これに対し本実施形態では、カメラ内部の経時変化が−Ｘ方向に１あることをＸＹ駆動部１２、１４を介して基板認識カメラ１６を移動させる必要がなく、しかも同一の台座２０に固定されている補正治具３２に設けられている補正用マークＭを独立に認識して補正した上で、従来と同様にＸＹ駆動部の経時変化を認識するため、＋Ｘ方向に１あることを正確に認識し補正できる。

以上詳述した本実施形態によれば、光学系を含むカメラ内部の経時変化による撮像結果を、基板認識カメラ１６と同一の台座２０に取り付けられている補正治具３２の補正用マークＭを、該基板認識カメラ１６により撮像した位置を認識して補正することができる。

又、この補正治具３２は、基板認識カメラ１６と同じ台座２０に設置されているため、基板認識カメラ１６との間に生じる機械的誤差は極めて小さくすることができ、目的としている経時変化による撮像結果は、他の部材の影響を受けないようにできることから安定した結果が得られる。

又、補正治具３２は、補正用マークＭが常に基板認識カメラ１６下方の光軸上になるように配置されるため、搭載ヘッド１０が任意の位置にあっても補正が可能である。

加えて、補正治具３２は、基板認識カメラ１６の焦点位置（基板マーク高さ）に配置可能であると共に、補正動作時以外は待機位置に退避できるようになっており、生産動作の妨げになることがなく、且つ補正認識位置に小型のものを取り付けることが可能である。

更に、補正動作は基板搬送動作と平行して行うことができるので、基板生産ごとに補正を行っても生産タクトには影響を及ぼさないようにできる。

表面実装装置の全体を示す概略斜視図 上記表面実装装置の要部を拡大して示す斜視図 上記表面実装装置が備えている搭載ヘッドと基板認識カメラを拡大して示す正面図 本発明に係る一実施形態の特徴を示す搭載ヘッドとその近傍の側面図 本実施形態の作用を示すフローチャート 本実施形態の作用の詳細を示すフローチャート 補正の方法を示す説明図

符号の説明

１０…搭載ヘッド
１２…Ｘ軸移動機構
１４…Ｙ軸移動機構
１６…基板認識カメラ
２０…台座
３０…接続部材
３２…補正治具
Ｍ…補正用マーク
Ｓ…基板

Claims (3)

1. 位置決めされた基板上に電子部品を搭載するＸＹ移動可能な搭載ヘッドと、該搭載ヘッドと一体的に移動する、台座に固定された基板認識カメラとを備えた表面実装装置において、
   前記基板認識カメラにより撮像して、撮像結果から光学系を含むカメラ内部の経時変化を補正する補正用マークを有する補正治具が、前記台座に固定されていることを特徴とする表面実装装置。
2. 前記補正治具が、前記補正用マークを、前記基板認識カメラの撮像範囲にある補正位置と、該撮像範囲から外れた待機位置との間で移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
3. 前記補正位置が、電子部品の搭載時に位置決め固定される基板上の基板マークと同一高さであることを特徴とする請求項２に記載の表面実装装置。

Images