JP5304739B2

JP5304739B2 - 部品実装方法

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Publication number: JP5304739B2
Application number: JP2010156882A
Authority: JP
Inventors: 道明馬渡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: JP2012019144A

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する部品実装方法に関するものである。

電子機器製造分野において電子部品を実装するために用いられる基板は、製造過程における加工誤差、熱、荷重など種々の要因によって変形し、電子部品が実装される時点では必ずしも設計通りの形状・寸法を保っているとは限らない。このため部品実装過程においては、予め基板上に位置認識用に形成された認識マークを撮像して位置を検出することにより、基板上での各部品の実装位置補正を行うようになっている。認識マークは、基板にマークを印刷する方法や基板に形成された貫通孔をマークとして代用する方法など、各種の方法によって形成される。

ところで近年、基板の小型化、実装の高密度化に伴い、基板において認識マークに近接して存在する部品接合用のランドや他のマークなどを、誤って認識マークとして検出する誤認識が増加する傾向にある。そしてこのような不具合を防止する対策として、認識結果と正規の位置データとに基づき誤認識の対象となる可能性のあるマークを排除して、正しい認識マークの位置を特定する方法が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献例では、１つの基板において認識マークが存在する可能性のある設定領域を全て撮像して複数のマークを認識した後、実際に認識された複数のマークの位置データと、認識マークの正規の位置に関するデータとに基づいて、正しい認識マークの位置を特定するようにしている。

特開２００５−１１６８６９号公報

しかしながら、上述の特許文献に示す先行技術においては、全ての設定領域を撮像した後、撮像によって検出されたマークが認識マークに該当するマークであるか否かを個々に判定の対象としていることから、判定アルゴリズムが複雑になるとともに、撮像や認識処理に時間を要するという難点がある。このため従来より、簡易的な構成で処理時間の負荷増を招くことなく、誤認識に起因する不具合を減少させる方策が求められていた。

そこで本発明は、簡易的な構成で処理時間の負荷増を招くことなく、位置検出用の認識マークの誤認識に起因する不具合を減少させることができる部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装方法は、第１の認識マークおよび第２の認識マークを少なくとも含む複数の認識マークが形成された基板に電子部品を実装する部品実装方法であって、前記第１の認識マークをカメラによって撮像して位置認識することにより、前記第１の認識マークの正規位置からの位置ずれの方向および量を示す第１の位置ずれ情報を検出する第１のマーク認識工程と、前記第２の認識マークをカメラによって撮像して位置認識することにより、前記第２の認識マークの正規位置からの位置ずれの方向および量を示す第２の位置ずれ情報を検出する第２のマーク認識工程と、前記第１の位置ずれ情報および第２の位置ずれ情報を比較することにより、両者の位置ずれ傾向の差異が予め設定された許容範囲を超えているか否かを判定する位置ずれ傾向判定工程とを含み、前記位置ずれ傾向判定工程において、前記位置ずれ傾向の差異が前記許容範囲内であるならば、前記第１の位置ずれ情報および第２の位置ずれ情報から導出された基板位置に基づき部品実装位置を補正して前記電子部品を基板に実装する部品実装工程を実行し、前記位置ずれ傾向判定工程において、前記位置ずれ傾向の差異が前記許容範囲を超えているならば、前記第１の認識マークおよび第２の認識マークを再度カメラによって撮像した認識画像を作業者が目視によって観察して所定の位置教示操作を実行することにより当該第１の認識マークおよび第２の認識マークの位置を教示し、この位置教示結果に基づいて前記電子部品を基板に実装する部品実装工程を実行する。

本発明によれば、基板に形成された２つの認識マークをそれぞれ撮像して位置認識することにより得られた２つの位置ずれ情報における位置ずれ傾向の差異が予め設定された許容範囲を超えているか否かを判定し、位置ずれ傾向の差異が許容範囲を超えているならば、２つの認識マークを再度カメラによって撮像した認識画像を作業者が目視によって観察して所定の位置教示操作を実行し、この位置教示結果に基づいて電子部品を基板に実装する部品実装工程を実行することにより、簡易的な構成で処理時間の負荷増を招くことなく、位置検出用の認識マークの誤認識に起因する不具合を減少させることができる。

本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における実装ヘッドの側面図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置において実装対象となる基板に形成された認識マークの位置ずれ情報の説明図本発明の一実施の形態の電子部品実装装置による部品実装方法を示すフロー図本発明の一実施の形態の部品実装方法における位置ずれ傾向判定の説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１、図２、図３を参照して、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置の構造を説明する。図１において、基台１上にはＸ方向に基板搬送機構２が配設されている。基板搬送機構２は電子部品が実装される基板３を搬送し、基板搬送機構２上に設定された実装位置において基板３を位置決めする。基板３の対角位置には、２つの第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２が形成されている。基板搬送機構２の両側には部品供給部４が設けられており、部品供給部４には複数のテープフィーダ５が装着されている。

基台１のＸ方向の一端部にはリニア駆動機構を備えたＹ軸移動テーブル７がＹ方向に水平に配設されている。Ｙ軸移動テーブル７は水平方向に細長形状で設けられたビーム部材７ａを主体としており、ビーム部材７ａにはリニアレール８が水平方向に配設されている。リニアレール８にはリニアブロック９がＹ方向にスライド自在に嵌着しており、リニアブロック９は垂直姿勢で配設された矩形状の結合ブラケット１０を介してリニア駆動機構（図３に示す固定子１１および可動子１２参照）を備えたＸ軸移動テーブル１３と結合されている。

Ｘ軸移動テーブル１３はＸ方向に細長形状で設けられたビーム部材１３ａを主体としており、ビーム部材１３ａにはリニアレール１４が水平方向に配設されている。図３に示すように、リニアレール１４にはリニアブロック１５がＸ方向にスライド自在に嵌着しており、リニアブロック１５は垂直姿勢で配設された矩形状の結合ブラケット１６を介して実装ヘッド１７と結合されている。結合ブラケット１６にはリニア駆動機構を構成する可動子１２が結合されており、可動子１２は対向した固定子１１に対してスライド移動する。

実装ヘッド１７は複数の単位実装ヘッド１８を備えた多連型ヘッドであり、それぞれの単位実装ヘッド１８の下端部に設けられたノズル装着部１８ｂには電子部品を吸着して保持する吸着ノズル１８ａが装着されている。吸着ノズル１８ａは、単位実装ヘッド１８に内蔵されたノズル昇降機構によって昇降する。Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル１３を駆動することにより実装ヘッド１７はＸ方向、Ｙ方向に移動し、これにより各単位実装ヘッド１８は部品供給部４のテープフィーダ５から電子部品を取り出して、基板搬送機構２に位置決めされた基板３に移送搭載する。

部品供給部４と基板搬送機構２との間には部品認識装置６が配設されており、部品供給部４から電子部品を取り出した実装ヘッド１７が部品認識装置６の上方を移動する際に部品認識装置６は実装ヘッド１７に保持された状態の電子部品を撮像して認識する。図２に示すように、実装ヘッド１７には一体に移動する基板認識カメラ２０がＸ軸テーブル１３の下方に位置して結合ブラケット１６を介して取り付けられている。図３に示すように、基板認識カメラ２０は撮像光軸ａを下向きにした姿勢で結合ブラケット１６に設けられたカメラ取付部１９に取り付けられており、実装ヘッド１７とともに基板搬送機構２によって位置決めされた基板３の上方に移動して、基板３に設けられた第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２を撮像する。実装ヘッド１７による部品実装作業においては、基板認識カメラ２０による第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２の撮像データを認識処理した位置ずれ検出結果に基づいて、実装ヘッド１７を基板３に対して位置合わせする際の位置補正が行われる。

次に、図４を参照して制御系の構成を説明する。ここでは電子部品実装装置の機能のうち、第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２の位置認識およびこの位置認識結果に基づいて行われる位置補正に関連した処理機能についてのみ記述している。図４において、制御部３０は演算処理機能を有するＣＰＵであり、以下に説明する記憶部３１に記憶された各種の動作プログラムや演算処理プログラムを実行することにより、以下に説明する各部を制御して部品実装作業を実行させる。記憶部３１は前述の各種のプログラムのほか、部品実装動作を実行するために必要な各種のデータを記憶する。これらのデータには、後述する位置ずれ傾向判定処理において用いられる位置ずれ傾向判定データ３１ａが含まれる。

認識処理部３２は、基板認識カメラ２０によって第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２を撮像した撮像データを認識処理することにより、第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２の位置を認識し、さらにこの認識結果から設計上の第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２の正規位置との位置ずれ量を検出することにより、基板搬送機構２に基板３が位置決め保持された状態における基板３の位置ずれ状態を検出する。

この第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２の位置認識について説明する。図５（ａ）は、基板認識カメラ２０によって基板３（実線で示す）の対角位置を撮像した認識画像を示しており、この認識画像により基板搬送機構２に位置決めされた状態における認識マークＭ（実線で示す）の位置が認識される。この状態において、基板３は何らかの位置ずれ要因によって、電子部品実装装置の機械座標系において本来的にあるべき設計上の正規位置とは異なっている。このため、認識画像上の認識マークＭは、本来的にあるべき正規位置における認識マークＭ（破線で示す基板３に形成された破線の認識マークＭ）とは異なる位置にある。そして認識処理においては、破線の認識マークＭと実線の認識マークＭとの光学座標における位置ずれ状態が、これら２つの認識マークＭを結ぶ位置ずれベクトルｄ（各図において太字斜字体にて表記）として検出される。この位置ずれベクトルｄは、基準方向からの角度を示す偏角θおよび大きさｒによって表される。すなわち位置ずれベクトルｄは、認識マークの正規位置からの位置ずれの方向および量を示す位置ずれ情報となっている。

位置ずれ傾向判定処理部３３は、認識処理部３２によって第１の認識マークＭ１，第２の認識マークＭ２のそれぞれについて検出された２つの位置ずれ情報に基づいて、第１の認識マークＭ１，第２の認識マークＭ２のそれぞれの位置ずれ傾向の差異が、予め設定された許容範囲を超えているか否かを判定する位置ずれ傾向判定処理を行う。すなわち、マーク認識工程においては、基板認識カメラ２０を移動させて第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２を順次撮像し、これにより、図５（ｂ）に示すように、第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２について、それぞれ位置ずれベクトルｄ１（ｒ１，θ１）、位置ずれベクトルｄ２（ｒ２，θ２）が検出される。

そして位置ずれ傾向判定処理においては、位置ずれベクトルｄ１、位置ずれベクトルｄ２によって示されるそれぞれの位置ずれ傾向の差異を、ベクトル成分を個別に比較することによって判定する。すなわち大きさの差ｒ１−ｒ２が予め定められた許容範囲ｒｐ以下であり、且つ偏角の差θ１−θ２が予め定められた許容範囲θｐ以下であれば、第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２の位置ずれ傾向は予め設定された許容範囲内にあり、したがって対角位置に検出された２つのマークは、正しく検出されるべき第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２であると判定される。許容範囲ｒｐ、許容範囲θｐは位置ずれ傾向判定データ３１ａであり、各基板種に対応して予め記憶部３１に記憶されている。

これに対し、大きさの差ｒ１−ｒ２、偏角の差θ１−θ２のいずれか、または両方が許容範囲を超えている場合には、第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２のうち少なくとも１つについては、本来の認識対象である認識マーク以外の検出物（例えば基板３において認識マークの近傍に設けられたスルーホール）を認識マークとして誤認識した結果である可能性が強いことを示している。この場合には、当該マーク認識工程において求められた位置ずれ検出結果は、基板３における位置ずれ状態を正しく示したものではないため、この位置ずれ検出結果を用いて部品実装動作を実行することができない。このため本実施の形態においては、後述するように、このような場合には、第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２を再度基板認識カメラ２０によって撮像した結果を作業者が目視によって観察して位置合わせする、いわゆる目合わせ処理を実行するようにしている。

機構制御部３４は、基板搬送機構２、実装ヘッド１７、およびＹ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル１３よりなるヘッド移動機構の動作制御を行う。目合わせ処理部３５は、位置ずれ傾向判定処理部３３によって位置ずれ傾向の差異が許容範囲を超えると判定された場合において、作業者が認識画像を目視しながら手動操作によって位置教示操作を行うための処理を行う。操作・入力部３６はタッチパネルやマウスなどの入力手段であり、装置稼働のための操作指示や、上述の目合わせ処理における手動操作のための入力操作を行う。表示部３７は液晶パネルなどの表示パネルであり、操作・入力部３６による入力時の案内画面や、目合わせ処理における認識画面の表示などを行う。

次に、図６，図７を参照して、上述構成の電子部品実装装置による部品実装方法について説明する。ここでは、第１の認識マークＭ１および第２の認識マークＭ２を少なくとも含む複数の認識マークが形成された基板３に、電子部品を実装する。まず、部品実装作業が開始されると、基板認識カメラ２０を実装ヘッド１７とともに移動させ、基板３の一方の対角位置に形成された第１の認識マークＭ１を基板認識カメラ２０で撮像する（ＳＴ１）。そして、取得された撮像データを認識処理部３２によって認識処理することにより、第１の認識マークＭ１の位置ずれ状態を示す位置ずれベクトルｄ１を検出する（ＳＴ２）。すなわち第１の認識マークＭ１を基板認識カメラ２０によって撮像して位置認識することにより、第１の認識マークＭ１の正規位置からの位置ずれの方向および量を示す第１の位置ずれ情報を検出する（第１のマーク認識工程）。

次いで、基板３の他方の対角位置に基板認識カメラ２０を移動させ、第２の認識マークＭ２を基板認識カメラ２０で撮像する（ＳＴ３）。そして、取得された撮像データを認識処理部３２によって認識処理することにより、第２の認識マークＭ２の位置ずれ状態を示す位置ずれベクトルｄ２を検出する（ＳＴ４）。すなわち第２の認識マークＭ２を基板認識カメラ２０によって撮像して位置認識することにより、第２の認識マークＭ２の正規位置からの位置ずれの方向および量を示す第２の位置ずれ情報を検出する（第２のマーク認識工程）。

次に、位置ずれ傾向判定処理部３３によって位置ずれ傾向判定を行う（ＳＴ５）。すなわちここでは、図５（ｂ）にて説明したように、第１の位置ずれ情報である位置ずれベクトルｄ１、第２の位置ずれ情報である位置ずれベクトルｄ２を比較することにより、両者の位置ずれ傾向の差異が予め設定された許容範囲を超えているか否かを判定する（位置ずれ傾向判定工程）（ＳＴ６）。

そしてこの位置ずれ傾向判定工程において、位置ずれ傾向の差異が許容範囲内であるならば、第１の位置ずれ情報および第２の位置ずれ情報から導出された基板位置に基づき、部品実装位置を補正して電子部品を基板３に実装する（部品実装工程）（ＳＴ９）。すなわち、図７（ａ）に示すように、基板３の両対角位置に基板認識カメラ２０を順次位置させて撮像した撮像視野２０ａ内において、第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２がいずれも位置検出すべき対象として認識されている場合には、位置ずれベクトルｄ１、位置ずれベクトルｄ２はいずれもベクトル的にほぼ等しくなり、この結果位置ずれ傾向の差異が許容範囲内であると判定される。

これに対し、位置ずれ傾向判定工程において、位置ずれ傾向の差異が許容範囲内ではなく許容範囲を超えている場合について説明する。このような場合は、図７（ｂ）に例示するような場合に生じる。すなわち基板３の両対角位置に基板認識カメラ２０を順次位置させて撮像した撮像視野２０ａ内において、第１の認識マークＭ１は位置検出すべき対象として認識されているが、第２の認識マークＭ２は位置検出すべき対象として認識されず、代わりに近傍に存在するスルーホールなどが誤検出マークＭ＊として認識される。この場合には位置ずれベクトルｄ２は本来検出すべき第２の認識マークＭ２の位置についての位置ずれを示すものではないため、位置ずれベクトルｄ１、位置ずれベクトルｄ２はベクトル的に大きく異なったものとなり、位置ずれ傾向の差異が許容範囲を超えていると判定される。

そしてこのような場合には、以下に説明する処理が実行される。すなわち、第１の認識マークＭ１および第２の認識マークＭ２を再度基板認識カメラ２０によって撮像する（ＳＴ７）。そして撮像した認識画像を表示部３７に表示させ、目合わせ処理を実行する（ＳＴ８）。すなわち作業者が目視によって表示部３７に表示された画像上の第１の認識マークＭ１、第２の認識マークＭ２を観察して、操作・入力部３６を介して所定の位置教示操作を実行することにより、当該第１の認識マークＭ１および第２の認識マークＭ２の位置を教示する。そしてこの位置教示結果に基づいて、電子部品を基板に実装する（部品実装工程）（ＳＴ９）。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装方法においては、基板３に形成された２つの認識マークをそれぞれ撮像して位置認識することにより得られた２つの位置ずれ情報における位置ずれ傾向の差異が、予め設定された許容範囲を超えているか否かを判定するようにしている。そして位置ずれ傾向の差異が許容範囲を超えているならば、２つの認識マークを再度カメラによって撮像した認識画像を作業者が目視によって観察して所定の位置教示操作を実行し、この位置教示結果に基づいて電子部品を基板に実装する部品実装工程を実行する。

これにより従来技術と比較して、以下のような効果を得る。すなわち従来技術においては１つの基板において認識マークが存在する可能性のある設定領域を全て撮像して複数のマークを検出した後、検出されたマークが認識マークに該当するマークであるか否かを個々に判定するという複雑な判定アルゴリズムを要する認識処理を行っていたことから、撮像や認識処理に時間を要するという難点があった。これに対し、本実施の形態に示す部品実装方法によれば、複雑な認識処理を必要としない簡易的な構成で、処理時間の負荷増を招くことなく、誤認識に起因する不具合を減少させることが可能となっている。

本発明の部品実装方法は、簡易的な構成で処理時間の負荷増を招くことなく、位置検出用の認識マークの誤認識に起因する不具合を減少させることができるという効果を有し、電子部品を基板に実装して実装基板を製造する分野に利用可能である。

２基板搬送機構
３基板
７Ｙ軸移動テーブル
１３Ｘ軸移動テーブル
１７実装ヘッド
２０基板認識カメラ
Ｍ１第１の認識マーク
Ｍ２第２の認識マーク
Ｍ＊誤検出マーク
ｄ１、ｄ２位置ずれベクトル

Claims

第１の認識マークおよび第２の認識マークを少なくとも含む複数の認識マークが形成された基板に電子部品を実装する部品実装方法であって、
前記第１の認識マークをカメラによって撮像して位置認識することにより、前記第１の認識マークの正規位置からの位置ずれの方向および量を示す第１の位置ずれ情報を検出する第１のマーク認識工程と、
前記第２の認識マークをカメラによって撮像して位置認識することにより、前記第２の認識マークの正規位置からの位置ずれの方向および量を示す第２の位置ずれ情報を検出する第２のマーク認識工程と、
前記第１の位置ずれ情報および第２の位置ずれ情報を比較することにより、両者の位置ずれ傾向の差異が予め設定された許容範囲を超えているか否かを判定する位置ずれ傾向判定工程とを含み、
前記位置ずれ傾向判定工程において、前記位置ずれ傾向の差異が前記許容範囲内であるならば、前記第１の位置ずれ情報および第２の位置ずれ情報から導出された基板位置に基づき部品実装位置を補正して前記電子部品を基板に実装する部品実装工程を実行し、
前記位置ずれ傾向判定工程において、前記位置ずれ傾向の差異が前記許容範囲を超えているならば、前記第１の認識マークおよび第２の認識マークを再度カメラによって撮像した認識画像を作業者が目視によって観察して所定の位置教示操作を実行することにより当該第１の認識マークおよび第２の認識マークの位置を教示し、この位置教示結果に基づいて前記電子部品を基板に実装する部品実装工程を実行することを特徴とする部品実装方法。