JP5113406B2 - 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、特に移載ヘッド上に設けられた撮像手段に、電子部品の実装対象に対する三次元の撮像精度向上を図り、部品の実装精度を向上する際に適用して好適な電子部品実装装置に関する。   The present invention relates to an electronic component mounting apparatus, and more particularly to an imaging unit provided on a transfer head for improving three-dimensional imaging accuracy with respect to an electronic component mounting target and improving component mounting accuracy. And a suitable electronic component mounting apparatus.

プリント基板等の配線基板に電子部品を搭載(実装)するために、一般に電子部品実装装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。このような電子部品実装装置においては、移載ヘッドに装着された吸着ノズルにより、所定位置に供給される電子部品を吸着保持した後、位置決めされた基板上の目標位置に搭載することが行なわれている。   In order to mount (mount) an electronic component on a wiring board such as a printed circuit board, an electronic component mounting apparatus is generally used (see, for example, Patent Document 1). In such an electronic component mounting apparatus, an electronic component supplied to a predetermined position is sucked and held by a suction nozzle mounted on a transfer head and then mounted on a target position on a positioned substrate. ing.

このように、吸着ノズルに保持した電子部品を配線基板上の目標位置に正確に搭載するためには、配線基板の位置を正確に把握する必要がある。そこで、例えば特許文献2に開示されている電子部品実装装置においては、移載ヘッド上に固定された撮像手段により、配線基板上のフィデューシャルマーク(基準マーク)等を撮像し、その撮像結果から該基板の正確な位置を演算により特定する、いわゆる画像認識が行なわれている。   Thus, in order to accurately mount the electronic component held by the suction nozzle at the target position on the wiring board, it is necessary to accurately grasp the position of the wiring board. Therefore, for example, in the electronic component mounting apparatus disclosed in Patent Document 2, the imaging means fixed on the transfer head images the fiducial mark (reference mark) on the wiring board, and the imaging result Thus, so-called image recognition is performed in which the exact position of the substrate is specified by calculation.

特開2003−168899号公報JP 2003-168899 A 特開2000−294996号公報JP 2000-294996 A

しかしながら、前記特許文献1、2等に開示されている従来の電子部品実装装置において、撮像手段により認識する搭載対象は、プリント基板等の平坦な配線基板のみであるため、電子部品の上に更に他の電子部品を搭載する等のように、搭載対象の高さが異なる(変化する)三次元搭載を行なうような場合には、搭載面上の基準マークの認識や、搭載後の電子部品の搭載位置の確認等を画像認識により行なうことができなかった。   However, in the conventional electronic component mounting apparatus disclosed in Patent Documents 1 and 2 and the like, the mounting target recognized by the imaging unit is only a flat wiring substrate such as a printed circuit board. When three-dimensional mounting is performed with different (changing) heights, such as mounting other electronic components, the reference mark on the mounting surface is recognized and the electronic components after mounting are installed. The mounting position cannot be confirmed by image recognition.

又、配線基板等の搭載面に大きな反りや撓みが生じている場合には、基準マーク等を認識する時の焦点ずれや、搭載高さの変動が原因で、搭載位置精度が低下するという問題もあった。   Also, if the mounting surface of the wiring board or the like is greatly warped or bent, the mounting position accuracy is reduced due to defocusing when recognizing the reference mark or the mounting height variation. There was also.

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、電子部品を平坦でない搭載対象に搭載する場合でも、目標位置に正確に搭載することができる電子部品実装装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and provides an electronic component mounting apparatus that can accurately mount an electronic component at a target position even when the electronic component is mounted on a non-flat mounting target. Let it be an issue.

本発明は、移載ヘッドに鉛直方向に進退動可能に取付けられたシャフトの先端に装着されたノズルにより電子部品を保持し、該電子部品を搭載対象に搭載する電子部品実装装置において、搭載対象の特定部位を認識する撮像手段と、該撮像手段を鉛直方向に進退動させる駆動手段とが前記移載ヘッドに配設され、前記駆動手段により前記撮像手段を鉛直方向に進退動させた際に取得された該撮像手段の鉛直方向の位置に応じた水平方向の位置ずれ量を保存する手段を備えており、前記撮像手段の鉛直方向の位置に応じた水平方向の位置ずれ量を取得する際には、前記撮像手段を、該撮像手段が鉛直方向に進退動した際の光軸ずれを補正するための三次元キャリブレーション治具の直上に移動させることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to an electronic component mounting apparatus in which an electronic component is held by a nozzle mounted on the tip of a shaft that is attached to a transfer head so as to be movable back and forth in the vertical direction, and the electronic component is mounted on the mounting target. recognizing the image pickup means a specific site, and drive means for advancing and retreating the image pickup means in the vertical direction is arranged on the transfer head, when moved back and forth movement of the imaging means in the vertical direction by said driving means Means for storing a horizontal displacement amount corresponding to the vertical position of the imaging means acquired, and acquiring a horizontal displacement amount corresponding to the vertical position of the imaging means. In this case, the imaging means is moved directly above a three-dimensional calibration jig for correcting an optical axis shift when the imaging means moves back and forth in the vertical direction. is there

本発明においては、更に、前記ノズルを鉛直方向に進退動させた際に取得された該ノズルの鉛直方向位置に対する水平方向の相対的な位置ずれ量を保存する手段を備えるようにしてもよい。   In the present invention, there may be further provided means for storing a relative displacement amount in the horizontal direction with respect to the vertical position of the nozzle acquired when the nozzle is moved forward and backward in the vertical direction.

本発明によれば、搭載対象上のマーク等の基準位置(特定部位)を撮像する撮像手段を鉛直方向に移動可能とすると共に、該撮像手段を実際に移動させて予め取得した位置ずれ量を基に、鉛直方向の任意の位置において撮像手段の水平方向の位置ずれを補正できるようにしたので、高さの異なる搭載対象上の正確な位置認識が可能となった。従って、上記撮像手段により任意高さの搭載対象上の基準位置を撮像することにより、撮像された画像中の基準位置を基に搭載対象上の正確な位置を決定できるため、電子部品を任意高さの搭載面等の搭載対象上に正確に実装することができる。   According to the present invention, the image pickup means for picking up a reference position (specific part) such as a mark on the mounting target can be moved in the vertical direction, and the positional deviation amount acquired in advance by actually moving the image pickup means is obtained. On the basis of this, since the horizontal displacement of the image pickup means can be corrected at an arbitrary position in the vertical direction, it is possible to accurately recognize the positions on the mounting objects having different heights. Therefore, by imaging the reference position on the mounting target having an arbitrary height by the imaging means, an accurate position on the mounting target can be determined based on the reference position in the captured image. It can be accurately mounted on a mounting target such as a mounting surface.

又、ノズルの鉛直方向に対する水平方向の位置ずれ量を保存する場合には、従来は搭載高さが異なる場合や吸着部品の厚みが大きく異なる場合にはノズルシャフトの直動精度によって発生していた搭載位置のずれを補正できるため、より高精度な部品実装が可能となる。   In addition, when storing the amount of displacement in the horizontal direction with respect to the vertical direction of the nozzle, conventionally, it occurs due to the linear motion accuracy of the nozzle shaft when the mounting height is different or the thickness of the suction component is greatly different. Since the displacement of the mounting position can be corrected, more accurate component mounting is possible.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の外観を示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1において、基台1の中央部には搬送路2が配設されている。この搬送路2は、基板3をX方向に搬送すると共に、図示されている位置に該基板3を位置決めし、保持する基板保持部を兼ねている。   In FIG. 1, a transport path 2 is disposed at the center of a base 1. The conveyance path 2 conveys the substrate 3 in the X direction, and also serves as a substrate holding unit that positions and holds the substrate 3 at the illustrated position.

上記搬送路2の両側には、電子部品の供給部4が配置され、それぞれの供給部4には多数台のパーツフィーダ5が並載されている。各パーツフィーダ5は、テープ内に収容・保持された電子部品を、該テープを長手方向に送ることにより電子部品をピックアップ位置に順次供給するようになっている。   On both sides of the transport path 2, electronic component supply units 4 are arranged, and a large number of parts feeders 5 are mounted in parallel on each supply unit 4. Each parts feeder 5 is configured to sequentially supply the electronic components housed and held in the tape to the pickup position by feeding the tape in the longitudinal direction.

又、X軸テーブル6には、電子部品の移載ヘッド7が装着されている。このX軸テーブル6は、Y軸テーブル8Aと、これに対向して並設されたガイド8Bとに、両端部が支持され架設されている。   The X-axis table 6 is mounted with an electronic component transfer head 7. The X-axis table 6 is supported and installed at both ends by a Y-axis table 8A and a guide 8B arranged in parallel to face the Y-axis table 8A.

これらX軸テーブル6及びY軸テーブル8Aを図示しないモータにより駆動することにより移載ヘッド7は水平方向に移動可能であり、図2に拡大して示すように、その下端部に装着された吸着ノズル10によりパーツフィーダ5のピックアップ位置から電子部品を吸着してピックアップし、基板3上に移載(実装)する。従って、X軸テーブル6及びY軸テーブル8Aは、移載ヘッド7の水平方向駆動手段となっている。   By driving the X-axis table 6 and the Y-axis table 8A by a motor (not shown), the transfer head 7 can be moved in the horizontal direction, and as shown in an enlarged view in FIG. An electronic component is picked up and picked up from the pickup position of the parts feeder 5 by the nozzle 10 and transferred (mounted) onto the substrate 3. Therefore, the X-axis table 6 and the Y-axis table 8 </ b> A serve as horizontal driving means for the transfer head 7.

搬送路2と供給部4の間にある、移載ヘッド7の移動径路が設定される領域には部品撮像手段9が配設されている。この部品撮像手段9は、移載ヘッド7に装着されている吸着ノズル10を下方から撮像し、吸着保持された電子部品を撮像することにより、該電子部品の識別とノズル中心からの位置ずれの検出が行なわれる。   A component imaging means 9 is disposed in an area between the conveyance path 2 and the supply unit 4 where the movement path of the transfer head 7 is set. The component imaging means 9 images the suction nozzle 10 mounted on the transfer head 7 from below and images the suctioned and held electronic component, thereby identifying the electronic component and shifting the position from the nozzle center. Detection is performed.

本実施形態の電子部品実装装置が備えている移載ヘッド7について詳述する。   The transfer head 7 provided in the electronic component mounting apparatus of this embodiment will be described in detail.

図2において、移載ヘッド7には4つの吸着ヘッドが搭載され、各吸着ヘッド毎にノズルシャフト11がθ軸モータ12に取り付けられ、各ノズルシャフト11が独立にθ方向に回転可能となっている。   In FIG. 2, four suction heads are mounted on the transfer head 7, and a nozzle shaft 11 is attached to the θ-axis motor 12 for each suction head, and each nozzle shaft 11 can rotate independently in the θ direction. Yes.

又、各ノズルシャフト11は、Z軸モータ13により、独立に昇降動作が可能となっていると共に、ノズルシャフト先端にはエアを吸引するための吸着孔が設けられた吸着ノズル10が着脱自在に装着されている。   Each nozzle shaft 11 can be moved up and down independently by a Z-axis motor 13, and a suction nozzle 10 provided with a suction hole for sucking air at the tip of the nozzle shaft is detachable. It is installed.

これら4つの吸着ヘッドは、前記移載ヘッド7のベースであるヘッドプレート14にX軸方向に並ぶように配設されている。   These four suction heads are arranged on the head plate 14 which is the base of the transfer head 7 so as to be aligned in the X-axis direction.

又、このヘッドプレート14には、基板3上のフィデューシャルマーク15を認識するための基板撮像手段16が取付けられている。この基板撮像手段16は、CCDカメラ16Aとレンズ16Bが一体でリニアガイド17を介して、ボールねじ18によって鉛直方向に移動自在とされている。このボールねじ18には撮像ユニット駆動用のサーボモータ19が連結され、該サーボモータ19の駆動により撮像ユニットであるCCDカメラ16A、レンズ16Bは任意の高さに移動・停止させることができるようになっている。   A substrate imaging means 16 for recognizing the fiducial mark 15 on the substrate 3 is attached to the head plate 14. In this board imaging means 16, a CCD camera 16 </ b> A and a lens 16 </ b> B are integrally movable through a linear guide 17 by a ball screw 18 in the vertical direction. The ball screw 18 is connected to a servo motor 19 for driving the image pickup unit, and the CCD camera 16A and the lens 16B, which are the image pickup unit, can be moved and stopped at arbitrary heights by driving the servo motor 19. It has become.

更に、図2に示してあるように、基板撮像手段16の下方にはLEDを含む同軸照明基板20Aと、同軸照明用のビームスプリッタ(あるいはハーフミラー)21、同じくLEDを含む円形の斜光照明基板20Bとが配されており、装置本体に内蔵された制御装置(図示せず)のCPUにより、認識対象物に適した照明手段が適時選択されるようになっている。なお、上記照明基板20A、20Bとビームスプリッタ21は、ヘッドプレート14に固定され、基板撮像手段16と共に移動しないようになっている。   Further, as shown in FIG. 2, below the substrate imaging means 16, a coaxial illumination substrate 20A including LEDs, a beam splitter (or half mirror) 21 for coaxial illumination, and a circular oblique illumination substrate also including LEDs. 20B is arranged, and the illumination means suitable for the recognition object is selected at appropriate times by the CPU of a control device (not shown) built in the apparatus main body. The illumination substrates 20A and 20B and the beam splitter 21 are fixed to the head plate 14 and are not moved together with the substrate imaging means 16.

又、本実施形態の電子部品実装装置では、基台1の所定個所に、基板撮像手段16が鉛直方向に駆動した際の光軸ずれを補正するための三次元キャリブレーション治具22が備えられている。但し、この治具22は、必要に応じて取り外しが可能になっている。   In the electronic component mounting apparatus of the present embodiment, a three-dimensional calibration jig 22 for correcting an optical axis shift when the board imaging unit 16 is driven in the vertical direction is provided at a predetermined position of the base 1. ing. However, the jig 22 can be removed as necessary.

この三次元キャリブレーション治具22は、図3(A)に示すように円錐表面に等間隔で円状のマークが複数描かれた(もしくは溝が削られた)形状をしており、上面から見た場合には、同図(B)に示されるように、異なる高さに径が異なる複数の同心円のマークが配された形状となっている。   As shown in FIG. 3A, the three-dimensional calibration jig 22 has a shape in which a plurality of circular marks are drawn (or grooves are cut) at equal intervals on the conical surface. When seen, as shown in FIG. 5B, the shape is such that a plurality of concentric marks having different diameters are arranged at different heights.

マークサイズは、最大の治具底面が基板撮像手段16の持つ視野範囲内(例えばφ20mm)であり、且つ高さは基板撮像手段16の駆動範囲内(例えば20mm)となるように設計されている。又、これら同心円マークは、一定高さ間隔(例えば1mm)毎に描かれている。   The mark size is designed so that the maximum jig bottom surface is within the visual field range (for example, φ20 mm) of the substrate imaging unit 16 and the height is within the driving range of the substrate imaging unit 16 (for example, 20 mm). . Further, these concentric circle marks are drawn at regular height intervals (for example, 1 mm).

又、キャリブレーション治具22の底面は、図4に示すように基板3の上面(電子部品の搭載面)よりも所定の高さ(例えば2mm)だけ低い位置となるように、且つ該基板3の上面に対して中心軸が垂直となるように基台1の所定個所に設置されている。   Further, as shown in FIG. 4, the bottom surface of the calibration jig 22 is positioned lower than the upper surface (electronic component mounting surface) of the substrate 3 by a predetermined height (for example, 2 mm), and the substrate 3. It is installed at a predetermined location of the base 1 so that the central axis is perpendicular to the upper surface of the base 1.

移載ヘッド7がX軸テーブル6及びY軸テーブル8により水平方向に移動され、キャリブレーション治具22の直上に基板撮像手段16を移動することにより、該基板撮像手段16により生産動作中の任意のタイミングでキャリブレーション治具22の撮像を行なうことが可能である。この場合、基板撮像手段16の高さに応じて、図5に示すように焦点高さが一致した同心円マークが明瞭に撮像されることになる。   The transfer head 7 is moved in the horizontal direction by the X-axis table 6 and the Y-axis table 8, and the substrate imaging unit 16 is moved immediately above the calibration jig 22. The calibration jig 22 can be imaged at this timing. In this case, according to the height of the board imaging means 16, a concentric circle mark having the same focal height as shown in FIG. 5 is clearly imaged.

又、本実施形態においては、図6に示すように、ノズルシャフト11の先端にもキャリブレーション治具ノズル22A(図4の三次元キャリブレーション治具22を水平面に対して対称形状としたものに相当)が取り付けられている。従って、移載ヘッド7をXY駆動により該治具22Aが部品撮像手段9の直上になるように移動することによって、該部品撮像手段9を用いてキャリブレーション治具ノズル22Aを撮像することができ、これにより、ノズルシャフト11の移動高さに応じて図5と同様の画像を取得することができる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, a calibration jig nozzle 22A (the three-dimensional calibration jig 22 in FIG. Equivalent) is attached. Therefore, by moving the transfer head 7 so that the jig 22A is directly above the component imaging means 9 by XY driving, the calibration jig nozzle 22A can be imaged using the component imaging means 9. Thus, an image similar to that in FIG. 5 can be acquired according to the moving height of the nozzle shaft 11.

このキャリブレーション治具ノズル22Aは、装置本体に備えられている自動ノズル交換機(図示せず)によって任意のタイミングで着脱自在で、吸着ノズル10に変換可能になっている。   The calibration jig nozzle 22A is detachable at an arbitrary timing by an automatic nozzle changer (not shown) provided in the apparatus main body, and can be converted into the suction nozzle 10.

以上のように、本実施形態の電子部品実装装置は、前記キャリブレーション治具22を使用して基板撮像手段16の鉛直方向の位置に応じた水平方向の位置ずれ量を測定し、三次元補正データとして予め取得しておき、それを記憶手段に保存することにより、実際に撮像したときの高さに合わせて撮像対象の水平方向位置を補正する機能を備えるようにしてある。この三次元補正データの取得については後述する。   As described above, the electronic component mounting apparatus according to the present embodiment uses the calibration jig 22 to measure the amount of horizontal misalignment according to the vertical position of the board imaging unit 16 and perform three-dimensional correction. A function of correcting the horizontal position of the imaging target in accordance with the height at the time of actual imaging is obtained by acquiring the data in advance and storing it in the storage means. The acquisition of the three-dimensional correction data will be described later.

同様に、本実施形態の電子部品実装装置は、前記キャリブレーション治具ノズル22Aを使用して部品撮像手段9に対するノズルシャフト11の鉛直方向の位置に応じた水平方向の位置ずれ量を測定し、三次元補正データとして予め取得しておき、それを記憶手段に保存することにより、実際に部品を搭載するときのノズルシャフト11の高さに合わせて搭載対象の水平方向位置を補正する機能を備えるようにしてある。   Similarly, the electronic component mounting apparatus according to the present embodiment uses the calibration jig nozzle 22A to measure the amount of horizontal displacement according to the vertical position of the nozzle shaft 11 with respect to the component imaging means 9, It has a function of correcting the horizontal position of the mounting target in accordance with the height of the nozzle shaft 11 when actually mounting the component by acquiring it in advance as three-dimensional correction data and storing it in the storage means. It is like that.

次に、本実施形態の作用を、図7に示すフローチャートに従って説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

基板の搬入を開始し(ステップ1)、それが三次元補正が必要な基板であるか否かを判定し(ステップ2)、必要な場合には基板撮像手段16とノズルシャフト11に関する三次元補正データ(相関式(1)、(2))の取得を行なう(ステップ3、4)。   The loading of the substrate is started (step 1), it is determined whether or not it is a substrate that needs three-dimensional correction (step 2), and if necessary, the three-dimensional correction relating to the substrate imaging means 16 and the nozzle shaft 11 is performed. Data (correlation equations (1) and (2)) is acquired (steps 3 and 4).

まずはこのステップ3とステップ4の三次元補正データの取得について詳細に説明する。なお、この操作は、ステップ5の基板搬入完了まで、即ち装置電源投入時や基板搬入時等の生産動作開始前に行なえば良い。   First, acquisition of the three-dimensional correction data in steps 3 and 4 will be described in detail. This operation may be performed until the completion of the substrate loading in step 5, that is, before the start of the production operation such as when the apparatus is turned on or when the substrate is loaded.

補正データを取得するに当り、前記移載ヘッド7を、該ヘッド上の基板撮像手段16が、前記図2に示したように、基台1上に設置されている前記三次元キャリブレーション治具22の直上となるように移動する。   In acquiring the correction data, the transfer head 7 and the substrate imaging means 16 on the head are mounted on the base 1 as shown in FIG. Move so that it is directly above 22.

次いで、サーボモータ19を駆動して、基板撮像手段16を三次元キャリブレーション治具22の底面(基台1の上面)に焦点が合う高さへと移動する。   Next, the servo motor 19 is driven, and the board imaging means 16 is moved to a height where the bottom surface of the three-dimensional calibration jig 22 (the top surface of the base 1) is in focus.

その後、サーボモータ19の駆動により、基板撮像手段16を所定の速度でキャリブレーション治具22の高さ(例えば20mm)だけ上昇させる。この上昇時には、キャリブレーション治具22に設けられたマークの高さ間隔(例えば1mm)毎に基板撮像手段16によって基準マークの撮像が行なわれる。撮像した画像は、前記図5に示したように、その撮像高さに一致した何れかの高さのマークにのみ焦点が合い、それ以外の高さの基準マークは焦点高さが異なるためピントがボケて撮像されることになる。   Thereafter, by driving the servo motor 19, the board imaging means 16 is raised at a predetermined speed by the height of the calibration jig 22 (for example, 20 mm). At the time of this rise, the reference image is picked up by the substrate image pickup means 16 at every mark height interval (for example, 1 mm) provided on the calibration jig 22. As shown in FIG. 5, the captured image is focused only on a mark with any height that matches the imaging height, and the reference marks at other heights are different in focus height. Will be taken out of focus.

こうして得られた各画像より、撮像時の高さに対応する円形マークの中心座標を画像認識処理によって算出する。本来、キャリブレーション治具22に設けられた各円形マークが全て同心円状であるため、理論上は円形マークの中心座標は変動しないはずであるが、実際にはリニアガイド17の取り付け角度やそのガイドレールの真直度等によって、認識位置の中心が撮像高さに応じて水平方向に変動している。そこで、その変動を画像認識により補正データとして取得する。 From the images thus obtained, the center coordinates of the circular mark corresponding to the height at the time of imaging are calculated by image recognition processing. Originally, all the circular marks provided on the calibration jig 22 are all concentric circles, so the center coordinates of the circular marks should not fluctuate theoretically. Depending on the straightness of the rail and the like, the center of the recognition position varies in the horizontal direction according to the imaging height. Therefore, the fluctuation amount is acquired as correction data by image recognition.

これにより、基板撮像手段16の高さ(サーボモータ19のエンコーダ値:z)と、各画像から求めたマークの中心座標(X,Y)との相関関係式
X=f(z),Y=g(z) …(1)
を取得し、装置本体内部の図示しない記憶装置(RAM)に格納する。
Thereby, the correlation formula between the height of the board imaging means 16 (encoder value of the servo motor 19: z) and the center coordinates (X, Y) of the mark obtained from each image X = f (z), Y = g (z) (1)
Is stored in a storage device (RAM) (not shown) inside the apparatus main body.

この時、マークの中心座標(X,Y)は、基板3の上面である基板認識高さ(H)における中心座標を基準(X,Y)とし、そこからの偏差として算出する。 At this time, the center coordinates (X, Y) of the mark are calculated as deviations from the center coordinates at the substrate recognition height (H 0 ), which is the upper surface of the substrate 3, as a reference (X 0 , Y 0 ).

図8には、X方向のみの偏差を表わす関数のイメージを示す。図示は省略するが、Y方向に関しても同様の関係式が得られる。   FIG. 8 shows an image of a function representing a deviation only in the X direction. Although illustration is omitted, a similar relational expression is obtained for the Y direction.

次いで、移載ヘッド7は、ノズルシャフト11にキャリブレーション治具ノズル22Aを装着した状態で、キャリブレーション治具ノズル22Aの中心が装置本体上の部品撮像手段9の直上に位置するように移動する。   Next, the transfer head 7 moves so that the center of the calibration jig nozzle 22A is located immediately above the component imaging means 9 on the apparatus main body with the calibration jig nozzle 22A mounted on the nozzle shaft 11. .

その後、ノズルシャフト11はZ軸モータ13の駆動により、キャリブレーション治具ノズル22Aの高さ(=前記キャリブレーション治具22の高さ(20mm)に相当)だけ上昇する。その際、上記(1)式の算出手法と同様にして、吸着ノズルの高さ(Z軸モータ13のエンコーダ値:z’)と、ノズル中心座標(X’,Y’)との相関関係式
X’=f(z’),Y’=g(z’
を取得し、装置本体内部の図示しない記憶装置(RAM)に格納する。
Thereafter, the nozzle shaft 11 is raised by the height of the calibration jig nozzle 22 </ b> A (= corresponding to the height (20 mm) of the calibration jig 22) by driving the Z-axis motor 13. At that time, similarly to the calculation method of the above formula (1), the correlation formula between the height of the suction nozzle (encoder value of the Z-axis motor 13: z ′) and the nozzle center coordinates (X ′, Y ′). X ′ 1 = f (z ′ 1 ), Y ′ 1 = g (z ′ 1 )
Is stored in a storage device (RAM) (not shown) inside the apparatus main body.

この時、ノズルシャフト(軸)11が複数(=n)あるときには、各軸について関係式を求め、上記z’の関係式を含めた、
X’=f(z’),Y’=g(z’
〜X’=f(z’),Y’=g(z’) …(2)
を取得し、同様に記憶装置(RAM)に格納しておく。
At this time, when the nozzle shaft (shaft) 11 are a plurality (= n) obtains a relational expression for each axis, including the z '1 relationship,
X ′ 2 = f (z ′ 2 ), Y ′ 2 = g (z ′ 2 )
~X 'n = f (z' n), Y 'n = g (z' n) ... (2)
Are stored in the storage device (RAM) in the same manner.

続いて、以上のような(1)式、(2)式の三次元補正データを記憶装置に格納することにより補正機能を備えた本実施形態の電子部品実装装置による生産動作について説明する。   Subsequently, a production operation by the electronic component mounting apparatus of the present embodiment having a correction function by storing the three-dimensional correction data of the above formulas (1) and (2) in a storage device will be described.

まず、搬送路2上に基板3が搬入され、位置決めされることにより基板搬入が完了する(ステップ5)。   First, the substrate 3 is loaded onto the transport path 2 and positioned, thereby completing the substrate loading (step 5).

その後、移載ヘッド7は搭載位置の基準となる基準マーク(基板3上のフィデューシャルマーク15や図示しないICマーク)の位置を認識するために、ヘッド上の基板撮像手段16が基準マーク(図中基板マーク)の直上となるように移動する(ステップ6)。   Thereafter, in order for the transfer head 7 to recognize the position of a reference mark (fiducial mark 15 on the substrate 3 or an IC mark (not shown)) serving as a reference for the mounting position, the substrate imaging means 16 on the head uses the reference mark ( It moves so that it may be just above a board | substrate mark in the figure (step 6).

この時、予め設定されている基準マークの認識高さ(フィデューシャルマーク15の場合は基板3の上面)よりも所定高さ(例えば2mm)低い焦点調整準備位置(前記図4の基台1の上面)に基板撮像手段16の焦点高さを一致させるようにサーボモータ19を駆動させ、基板撮像手段16を移動させておく(ステップ7)。   At this time, a focus adjustment preparation position (base 1 in FIG. 4) lower than a predetermined recognition height of the reference mark (in the case of fiducial mark 15, the upper surface of the substrate 3) by a predetermined height (for example, 2 mm). The servo motor 19 is driven so that the focal height of the substrate imaging means 16 coincides with the upper surface of the substrate imaging means 16, and the substrate imaging means 16 is moved (step 7).

次いで、前記ステップ6のXY移動により、移載ヘッド7が基準マークの認識位置に到達すると同時に、サーボモータ19を駆動させ、基板撮像手段16は前記焦点調整準備位置から予め設定された測定範囲(例えば4mm)だけ上昇させる。その際、上昇時には予め設定された間隔(例えば0.5mm)毎に基板撮像手段16によって基準マークの撮像を行なう(ステップ8)。   Next, at the same time as the transfer head 7 reaches the reference mark recognition position by the XY movement of step 6, the servo motor 19 is driven, and the board imaging means 16 is set in advance to the measurement range ( For example, 4 mm). At that time, the reference mark is imaged by the substrate imaging means 16 at a predetermined interval (for example, 0.5 mm) at the time of ascent (step 8).

ここで得られた各画像について、コントラスト値(例えば、明るさの階調変化の微分値)を求め、図9にイメージを示すように、最も高い画像のコントラストが得られる時のピーク位置(Z)を近似式より算出する。 For each image obtained here, a contrast value (for example, a differential value of brightness gradation change) is obtained, and the peak position (Z) when the highest image contrast is obtained as shown in FIG. p ) is calculated from the approximate expression.

続いて、上記結果からコントラストのピーク位置(Z)に基板撮像手段16を位置決めすると共に、再度、基板撮像手段16によって基準マークの認識を行なう。 Subsequently, the substrate imaging means 16 is positioned at the contrast peak position (Z p ) based on the above results, and the reference marks are recognized again by the substrate imaging means 16.

その後、基準マークの認識位置(Xzp,Yzp)に、予め求めた撮像高さとキャリブレーション治具22の中心座標位置との相関関係式(1)より得られる、コントラストのピーク位置(Z)における水平方向の認識位置ずれ量(即ち、上記関係式(1)にZを代入した値:X=f(Z),Y=g(Z))を加算することにより、撮像高さにおける水平方向の真の基準マーク位置を算出する(ステップ9、10)。 Thereafter, the reference peak recognition position (X zp , Y zp ), the contrast peak position (Z p ) obtained from the correlation equation (1) between the imaging height obtained in advance and the center coordinate position of the calibration jig 22. ) In the horizontal direction (that is, the value obtained by substituting Z p into the relational expression (1): X p = f (Z p ), Y p = g (Z p )) The true reference mark position in the horizontal direction at the imaging height is calculated (steps 9 and 10).

上記動作によって、基板3に限らず、搭載対象上の基準マークの高さが変動した場合(基板の撓みや、ICチップ上面のマークを認識する場合等)にも、ヘッド上の基板撮像手段16の直動精度によらず、正確な基準マーク位置を認識することができる。即ち、搭載対象の水平方向の位置を確定できる。   By the above operation, not only the substrate 3 but also the height of the reference mark on the mounting target fluctuates (when the substrate is bent, the mark on the upper surface of the IC chip is recognized, etc.), the substrate imaging means 16 on the head. An accurate reference mark position can be recognized regardless of the linear motion accuracy. That is, the horizontal position of the mounting target can be determined.

以上のように搭載対象の高さと水平方向の位置が確定した後、移載ヘッド7は電子部品をピックアップするために供給部4上へと移動する(ステップ11)。このとき、ノズルシャフト11の先端には、前記治具ノズル22Aから交換された所定の吸着ノズル10が取付けられている。   After the height and horizontal position of the mounting target are determined as described above, the transfer head 7 moves onto the supply unit 4 in order to pick up electronic components (step 11). At this time, a predetermined suction nozzle 10 replaced from the jig nozzle 22 </ b> A is attached to the tip of the nozzle shaft 11.

移載ヘッド7が部品吸着位置へ整定後、Z軸モータ13の駆動により、ノズルシャフト11を下降させる。その際、ノズルシャフト先端に取り付けられている吸着ノズル10が部品吸着高さまで下降し、パーツフィーダ5に収められている電子部品と当接する直前で、図示しない真空発生装置を作動させ、ノズルシャフト11の管路内を負圧とすることにより、吸着ノズル10の先端に当接した電子部品を吸着する(ステップ12)。   After the transfer head 7 is set to the component suction position, the nozzle shaft 11 is lowered by driving the Z-axis motor 13. At that time, immediately before the suction nozzle 10 attached to the tip of the nozzle shaft is lowered to the component suction height and comes into contact with the electronic component housed in the parts feeder 5, a vacuum generator (not shown) is operated to operate the nozzle shaft 11. By making the inside of the pipe line into a negative pressure, the electronic component contacting the tip of the suction nozzle 10 is sucked (step 12).

吸着ノズル10で電子部品を吸着した後、移載ヘッド7は吸着部品の吸着位置、及び角度の認識を行なうため、装置本体に設けられた部品撮像手段9上へ移動し、吸着部品の位置認識を行なう。   After the electronic component is picked up by the suction nozzle 10, the transfer head 7 moves onto the component imaging means 9 provided in the apparatus main body in order to recognize the suction position and angle of the suction component, and recognizes the position of the suction component. To do.

この時、予め求めた吸着ノズルの高さと吸着ノズルの中心座標位置との相関関係式(2)より求まる、搭載高さ(Z’)におけるノズル中心位置ずれ量(即ち、上記関係式にZ’を代入した値:X=f(Z’),Y=g(Z’))を、計算上のノズル中心位置に加算することにより、搭載高さにおける真のノズル中心位置を算出する(ステップ13、14)。但し、搭載高さ(Z’)は部品搭載面の高さと、吸着部品の厚みにより求められる。 At this time, the nozzle center position shift amount at the mounting height (Z ′ c ) obtained from the correlation formula (2) between the suction nozzle height and the center coordinate position of the suction nozzle obtained in advance (that is, Z 'The value obtained by substituting c : X c = f (Z' c ), Y c = g (Z ' c )) is added to the calculated nozzle center position to obtain the true nozzle center position at the mounting height. Is calculated (steps 13 and 14). However, the mounting height (Z ′ c ) is determined by the height of the component mounting surface and the thickness of the suction component.

次いで、上で位置認識した結果を基に移載ヘッド7は、搬送路2に固定された基板3上の所定の搭載位置に移動し(ステップ15)、θ軸モータ12とZ軸モータ13の駆動により、電子部品を基板3上へ搭載する(ステップ16、17)。   Next, based on the result of the position recognition above, the transfer head 7 moves to a predetermined mounting position on the substrate 3 fixed to the transport path 2 (step 15), and the θ-axis motor 12 and the Z-axis motor 13 The electronic component is mounted on the substrate 3 by driving (steps 16 and 17).

以上のステップ13〜17の動作によって、基板の撓みや、ICチップ上面に搭載する場合等のように搭載高さが変動した場合でも、ノズルシャフト11の直動精度によらず、正確な目標位置に電子部品を搭載することができる。   Even if the mounting height fluctuates, such as when the substrate is bent or mounted on the upper surface of the IC chip, the accurate target position is not affected by the linear motion accuracy of the nozzle shaft 11 due to the operations of steps 13 to 17 described above. An electronic component can be mounted on.

本実施形態の電子部品実装装置では、以上の動作を繰返し行なうことにより基板への電子部品の搭載を順次行なうことができ(ステップ18)、全部品の搭載終了後に基板を搬出する(ステップ19)。   In the electronic component mounting apparatus of the present embodiment, electronic components can be sequentially mounted on the substrate by repeating the above operations (step 18), and the substrate is unloaded after all components are mounted (step 19). .

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。   According to the embodiment described above in detail, the following effects can be obtained.

(1)基準マークの高さが変動する(一定していない)場合でも、焦点位置が一致する高さに基板撮像手段16を自動的に調整し、且つ正確なマーク位置の認識が可能となる。   (1) Even when the height of the reference mark fluctuates (is not constant), it is possible to automatically adjust the substrate imaging means 16 to a height at which the focal position matches, and to accurately recognize the mark position. .

(2)搭載面の高さが変動する場合でも、正確な位置へ電子部品を搭載することが可能となる。   (2) Even when the height of the mounting surface varies, the electronic component can be mounted at an accurate position.

(3)上記2つの効果により、三次元実装等に対応し得る汎用性の高い電子部品実装装置を提供することが可能となる。   (3) Due to the two effects described above, it is possible to provide a highly versatile electronic component mounting apparatus that can support three-dimensional mounting and the like.

なお、前記実施形態では、基準マークの認識のための焦点調整時において、CCDカメラ16Aが視野全体の画像を取得するようにしたが、CCDカメラの有効面積のうち一部分のみ撮像データを用いて、コントラスト値を算出し焦点位置を調整するようにしても良い。例えば、図10に視野全体を正方形で示すように、視野中心付近の水平ラインのみをパーシャル撮像機能により取得する。これにより、画像データの転送時間や認識処理時間が短縮され、より高タクトで焦点調整を行なうことが可能となる。   In the above-described embodiment, the CCD camera 16A acquires an image of the entire field of view at the time of focus adjustment for recognizing the reference mark. However, only a part of the effective area of the CCD camera is used as imaging data, The focus value may be adjusted by calculating a contrast value. For example, only a horizontal line near the center of the visual field is acquired by the partial imaging function, as shown in FIG. As a result, the transfer time and the recognition processing time of the image data are shortened, and the focus adjustment can be performed with a higher tact time.

又、基板撮像手段16の各高さ毎のキャリブレーション治具中心位置との相関関係式(1)、及び吸着ノズル(ノズルシャフト)の各高さ毎のノズル中心位置との相関関係式(2)とを、生産動作前に取得するとしているが、ユーザからの要求により生産動作中の任意のタイミングで上記関係式を再取得し、装置本体の記憶装置(RAM)への書換えを行なうようにしても良い。若しくは、所望の搭載精度が得られなくなった場合や、移載ヘッド内部の温度検出センサ(図示せず)によりヘッド内の温度が予め設定された閾値を超えた場合等に、自動的に上記取得動作を行なうようにしても良い。   Further, a correlation formula (1) with the calibration jig center position for each height of the substrate imaging means 16 and a correlation formula (2) with the nozzle center position for each height of the suction nozzle (nozzle shaft). ) Is acquired before the production operation, but the above relational expression is re-acquired at any timing during the production operation at the request of the user, and the device main body is rewritten to the storage device (RAM). May be. Or, when the desired mounting accuracy cannot be obtained, or when the temperature in the head exceeds a preset threshold by a temperature detection sensor (not shown) inside the transfer head, the above acquisition is automatically performed. You may make it perform operation | movement.

又、基準マークの認識を基板搬入後に行なっているが、更に高い搭載精度を要求される場合や、搭載個所毎にICマーク等が存在する場合には、各搭載動作毎など、適時基準マークの認識を行なうようにしても良い。   In addition, the reference mark is recognized after the board is loaded. However, if higher mounting accuracy is required or if there is an IC mark or the like for each mounting location, the timely reference mark can be set for each mounting operation. You may make it recognize.

又、円錐状の表面に複数の円マークを設けたキャリブレーション治具を用いているが、異なる高さに認識可能な基準マークを設けた形状であれば、如何なる形状であってもよく、例えば図11(A)に斜視図と、同図(B)にカメラ方向からの平面図を示すように、階段状の治具で、階段毎に○等の基準マークを設けたものであってもよい。   Further, although a calibration jig provided with a plurality of circular marks on a conical surface is used, any shape may be used as long as a reference mark recognizable at different heights is provided. As shown in the perspective view in FIG. 11A and the plan view from the camera direction in FIG. 11B, a stair-like jig provided with a reference mark such as ○ for each stair Good.

又、前記実施形態では、搭載前のフィデューシャルマークの認識を行なうことを主眼としているが、前記基板撮像手段16は搭載後の部品搭載位置検査に利用することも可能であることは言うまでもない。   In the embodiment, the main purpose is to recognize the fiducial mark before mounting, but it goes without saying that the board imaging means 16 can also be used for component mounting position inspection after mounting. .

本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の外観を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance of the electronic component mounting apparatus of one Embodiment which concerns on this invention 本実施形態の電子部品実装装置に搭載されている移載ヘッドを示す斜視図The perspective view which shows the transfer head mounted in the electronic component mounting apparatus of this embodiment 三次元キャリブレーション治具の特徴を示す斜視図と平面図A perspective view and a plan view showing the characteristics of the three-dimensional calibration jig 三次元キャリブレーション治具の設置方法を示す説明図Explanatory drawing showing how to install the 3D calibration jig 三次元キャリブレーション治具を撮像して得られる画像の特徴を示す説明図Explanatory drawing which shows the characteristic of the image obtained by imaging a three-dimensional calibration jig ノズルシャフト用の三次元キャリブレーション治具の取付状態を示す斜視図The perspective view which shows the attachment state of the three-dimensional calibration jig for nozzle shafts 本実施形態の作用を示すフローチャートFlow chart showing the operation of this embodiment 取得される補正関数のイメージを示す線図Diagram showing the image of the obtained correction function フィデューシャルマークを撮像した画像に基づく高さ決定方法を示す線図Diagram showing the method for determining the height based on the image of the fiducial mark フィデューシャルマークを撮像した画像の他の処理方法を示す説明図Explanatory drawing which shows the other processing method of the image which imaged the fiducial mark 三次元キャリブレーション治具の変形例を示す斜視図と平面図A perspective view and a plan view showing a modification of the three-dimensional calibration jig

符号の説明Explanation of symbols

2…搬送路
3…基板
6…X軸テーブル
8A…Y軸テーブル
9…部品撮像手段
10…吸着ノズル
11…ノズルシャフト
12…θモータ
13…Z軸モータ
16…基板撮像手段
22…三次元キャリブレーション治具
22A…三次元キャリブレーション治具ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Conveyance path 3 ... Board | substrate 6 ... X-axis table 8A ... Y-axis table 9 ... Component imaging means 10 ... Adsorption nozzle 11 ... Nozzle shaft 12 ... (theta) motor 13 ... Z-axis motor 16 ... Board imaging means 22 ... Three-dimensional calibration Jig 22A ... Three-dimensional calibration jig nozzle

Claims (2)

移載ヘッドに鉛直方向に進退動可能に取付けられたシャフトの先端に装着されたノズルにより電子部品を保持し、該電子部品を搭載対象に搭載する電子部品実装装置において、
搭載対象の特定部位を認識する撮像手段と、該撮像手段を鉛直方向に進退動させる駆動手段とが前記移載ヘッドに配設され、
前記駆動手段により前記撮像手段を鉛直方向に進退動させた際に取得された該撮像手段の鉛直方向の位置に応じた水平方向の位置ずれ量を保存する手段を備えており、
前記撮像手段の鉛直方向の位置に応じた水平方向の位置ずれ量を取得する際には、前記撮像手段を、該撮像手段が鉛直方向に進退動した際の光軸ずれを補正するための三次元キャリブレーション治具の直上に移動させることを特徴とする電子部品実装装置。
In an electronic component mounting apparatus for holding an electronic component by a nozzle attached to the tip of a shaft attached to a transfer head so as to be movable back and forth in the vertical direction, and mounting the electronic component on a mounting target,
An imaging unit for recognizing a specific part to be mounted and a driving unit for moving the imaging unit forward and backward in the vertical direction are disposed in the transfer head ,
Means for storing a horizontal displacement amount corresponding to the vertical position of the imaging means acquired when the imaging means is moved forward and backward by the driving means ;
When acquiring the horizontal displacement amount according to the vertical position of the imaging means, the imaging means is a tertiary for correcting the optical axis deviation when the imaging means is moved back and forth in the vertical direction. An electronic component mounting apparatus that is moved directly above an original calibration jig .
更に、前記ノズルを鉛直方向に進退動させた際に取得された該ノズルの鉛直方向位置に対する水平方向の相対的な位置ずれ量を保存する手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装装置。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising means for storing a relative displacement amount in a horizontal direction with respect to a vertical position of the nozzle acquired when the nozzle is advanced and retracted in the vertical direction. Electronic component mounting equipment.
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