JP5317857B2 - バックアップピン配置方法及び同配置装置並びに電子部品処理方法及び電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板上に電子部品の実装処理を行なう電子部品処理方法装置及び電子部品装着装置に係わり、特にバックアップピン配置方法及び同配置装置に好適な電子部品処理方法装置及び電子部品装着装置に関する。

プリント基板(以下、単に基板という)の表裏に電子部品を実装する実装処理は、基板の一方の面側にペーストを塗布印刷処理、電子部品の装着する装着処理、さらにリフロー炉による電子部品の導通固定等の処理などがある。これらの処理を基板の一方の面側に実施した後、基板反転させて再び他方の面に塗布印刷処理、装着処理、導通固定等の実装処理などを実施する。このような処理作業を行なう際には、処理面の裏面をバックアップピンを立設したバックアップベースにより支持して行なう。特に、前記他方の面側に対して各種処理作業を行なう際には、表面にすでに装着された先付け部品を避けつつ基板を支持する必要がある。

バックアップピンの数や配列は、基板のサイズや厚み、あるいは基板の背面に先付け部品があるか等の種々の条件により異なるため、バックアップピンの並べ替え(取外し、立設)は段取り替え毎に行なわれる。段取り替え時のバックアップピンの並び替えは、バックアップベースの立設孔に手動で、あるいは自動的に抜き差しすることにより行なわれる。後者に関しては、特許文献１がある。
なお、このようなバックアップピンの並び替えの必要な電子部品処理装置としては、スクリーン印刷装置、電子部品装着装置、ディスペンサ、ペースト塗布状態を検査する検査装置などがある。

特開平０５−１５２７８２号公報

バックアップピンの並び替えを自動的に行なうために、確実にバックアップピンの抜き差しを行なう必要があるが、バックアップベースの装置本体への取り付け誤差等によるバックアップベースの設計上の取り付け位置との位置ズレが発生し、バックアップベースピンがバックアップベースに挿入されない懼れがあった。

しかしながら、前記特許文献１では、この種の問題を認識しておらず、上記の課題を完全に払拭できていない。

従って、本発明の第一の目的は、確実にバックアップピンの並び替えができるバックアップピン配置方法及び配置装置を提供することにある。

本発明の第二の目的は、前記バックアップピン配置方法及び配置装置を用いることにより信頼性の高い電子部品処理方法及び電子部品装着装置を提供することにある。

本発明の上記目的を達成するために、プリント基板を支持する複数のバックアップピンをバックアップベースに立設し、または前記バックアップピンを前記バックアップベースから取外しバックアップピンを配置する際に、前記立設する前に前記バックアップベースの特徴部を撮像し、前記撮像結果に基づいて前記立設孔の位置を認識することを第１の特徴とする。

また、本発明の上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記特徴部は前記バックアップベースに少なくとも２箇所に立設した認識用ピンであり、前記認識手段は前記撮像データより前記撮像手段が有する座標系における前記少なくとも２箇所の認識用ピン位置を検出し、前記位置関係を認識することを第２の特徴とする。

さらに、本発明の上記目的を達成するために、第２の特徴に加え、前記特徴部は前記認識用ピンの前記プリント基板を支持する頭部であり、前記撮像はプリント基板の位置の位置合わせに用いる基板認識カメラによることを第３の特徴とする。

また、本発明の上記目的を達成するために、第２の特徴に加え、前記認識用ピンは前記バックアップピンより前記バックアップベースと接触面積が広く重心の低い構造有する認識用に用いる認識用ピンであることを第４の特徴とする。

さらに、本発明の上記第二の目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記位置後、前記バックアップピンを配置したバックベースを用いてプリント基板に電子部品を装着することを第５の特徴とする。

最後に、本発明の第二の目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記位置後、前記バックアップピンを配置したバックベースを用いてプリント基板の面にペーストを塗布するスクリーン印刷処理することを第６の特徴とする。

本発明によれば、確実にバックアップピンの並び替えができるバックアップピン配置方法及び配置装置を提供することができる。

また、本発明によれば、前記バックアップピン配置方法及び配置装置を用いることにより信頼性の高い電子部品処理方法及び電子部品装着装置を提供することができる。

本発明の実施形態を示す電子部品装着装置の平面図である。 電子部品３０を吸着する交換用の電子部品吸着ノズルを示す図である。 バックアップピン及びこのバックアップピンを移動させるバックアップピン吸着ノズルを示す図である。 電子部品吸着ノズルやバックアップピン吸着ノズルを装着する装着ヘッドの下部を示す図である。 基板搬送シュートの上面図である。 基板搬送シュートの側面図である。 図４Ａにおいてシュート間を矢印Ａの方向から見たときの簡略図ある。 図４Ｃで電子部品を装着する状態を示した図である。 図(ａ)はバックアップベースの位置ズレ補正方法を示した図である。図(ｂ)は立設孔(１、１)の位置における認識用ピン２２Ｈの頭部の撮像結果を示した図である。図(ｃ)は立設孔(Ｍ、Ｎ)における認識用ピン２２Ｈの頭部の撮像結果を示した図である。 バックアップベースの位置ズレを補正するための構成を示し図である。 バックアップピンのバックアップベースへの配置の一例を示した図である。 バックアップベースの補正処理を含めた電子部品装着処理フローを示した図である。

以下、本発明の実施形態を図１に電子部品装着装置を例に図面に基づき説明する。図１は電子部品装着装置１の平面図である。本電子部品装着装置１は、左側の上下に２ブロックＬＵ，ＬＤ、右側の上下２ブロックＲＵ，ＲＤの計4つの処理作業ブロック（符号は基本的にＬＵブロックのみ記す。）に分かれており、それぞれのブロックで処理作業が行なわれる。それぞれのブロックでは、装着ヘッド１６がテープ・フィーダが多数設けられている部品供給エリア３から電子部品を吸着し、装着ヘッド１６を固定した装着ヘッド体１１が左右移動用レール８上を搬送方向Ｘに、上下移動用レール９上を搬送方向に垂直な方向Ｙに移動し、装着ヘッド１６が中央の基板装着エリアに搬送された基板Ｐ上に電子部品を装着する。装着ヘッド体１１には装着ヘッド１６と共に基板認識カメラ１５が固定されている。基板認識カメラ１５は基板上の位置合わせマークを検出し、基板Ｐと装着ヘッド１６の位置合わせを行なう。

また、図１に示す各ブロックには、図２Ａに示す電子部品３０を吸着する交換用の電子部品吸着ノズル１７や図２Ｂに示す後述するバックアップピン２２を移動させるバックアップピン吸着ノズル１９のノズルストック部１８がある。

図３は、電子部品吸着ノズル１７やバックアップピン吸着ノズル１９を装着する装着ヘッド１６の下部を示す。装着ヘッド１６の先端には、複数の吸着ノズル(図ではそのうち対角線に存在する２本１７α、１７βを示す)が引き出し図Ａに位置で装着可能な構造となっている。複数の吸着ノズルのうち一本のみが昇降可能となり、電子部品またはバックアップピンを吸着できる構造となっている。
図１に戻ると、基板Ｐを搬送する４つの基板搬送シュート５ａ〜５ｄ(以下、単にシュートという)があり、２本シュートで一本の搬送ラインを構成し、上側２本のシュート５ｃ,５ｄで上側ブロック用の基板搬送ラインＵを、下側２本のシュート５ａ,５ｂが下側ブロック用の基板搬送ラインＤを構成する。基板Ｐは、受渡部７により２つの搬送ラインに振分けられ基板搬送ラインＵ又はＤに搬入される。

図４は、図１に示す４本のシュート５ａ〜５ｄの構成を模式的に示したもので、図４Ａはシュートの上面図、図４Ｂは各シュートの側面図、図４Ｃは図２Ａにおいてシュート５ｃ、５ｄ間を矢印Ａの方向から見たときの簡略図、図４Ｄは図４Ｃにおいて電子部品３０を装着する状態を示す図である。

図４Ａに示す４本のシュートは、１本の固定シュート５ｄと３本の可動シュート５ａ〜５ｃからなり、固定シュートに対し可動シュートレール２６上を移動させることによりシュート間幅を変えることで、様々基板サイズに対応できる。

図４Ｂに示すように、各シュート５は、基板Ｐが搬入する基板供給部５ｓ(以下、添字ｓは基板供給部に関するものを示す)、基板位置決め部５ｐ(以下、添字ｐは基板位置決め部に関するものを示す)及び基板搬出部５ｅ(以下、添字ｅは基板搬出部に関するものを示す)からなる。各部は、各シュートに取り付けられた搬送モータ５ｍｓ(以下、添字ｍはモータを示す)、５ｍｐ、５ｍｅによって各搬送ベルト５ｖｓ(以下、添字ｖは搬送ベルトを示す)、５ｖｐ、５ｖｅを移動させて基板Ｐを搬入口から搬出口へと搬送する。

図４Ｃに示すように、基板位置決め部５pには、基板Ｐを搬送ベルト５ｖから離し、シュート５ｃ、５ｄに固定する機能を有する基板装着部２９、基板への部品装着時に基板Ｐを支える基板バックアップ部２０がある。そこで、次に説明するように基板装着部２９と基板バックアップ部２０を上昇させ図４Ｄの状態にし、装着ヘッド１６により電子部品３０を基板Ｐの所望の位置に装着する。
基板装着部２９はシリンダ２５でＺクランプ２４を上昇させ、Ｚクランプ２４が基板Ｐ接触する。接触後、Ｚクランプ２４をさらに上昇させ、基板Ｐを搬送ベルト５ｖから押し上げ、シュート５ｃ、５ｄに固定する。その後、一連の電子部品装着処理後は、シリンダ２５によりＺクランプ２４を下降させ、基板Ｐを搬送ベルト５ｖに載置し、基板Ｐを搬送する。

基板バックアップ２０は、部品装着時に基板を支える複数のバックアップピン２２、バックアップピンを立設する複数の立設孔２７を有するバックアップベース２１及びバックアップベース２１を昇降させるベース昇降機構２３からなる。図１に示す装着ヘッド１６による電子部品３０の装着時には、前述のＺクランプ２４の昇降に合わせて図４Ｂに示すベース昇降機構２３によりバックアップベース２１を昇降させる。基板Ｐとバックアップピン２２の間にはわずかな隙間があり、この隙間によって、電子部品３０を基板Ｐに装着するときに装着ノズルの衝撃を緩衝すると共に基板の所定以上の撓みを防止する。

上記のような電子部品装着処理を行なう前に、バックアップベース２１を図４Ｂに示すシュートを備えた搬送ユニットに取り付ける必要がある。バックアップピン２２をバックアップベース２１に自動装着するためには、バックアップベース２１の取り付け誤差等によるバックアップベースの設計上の取付け位置との位置ズレを検出し、図１に示す装着ヘッド１６とバックアップベース２１（立設孔２７）との位置関係を正確に認識する必要がある。これによって、装着ヘッド１６が図２Ｂに示すバックアップピン吸着ノズル１９を装着し、バックアップピン２２をバックアップベース２１の立設孔に確実に挿入することができる。

図５はバックアップベースの位置ズレ補正方法を示し、図６はバックアップベースの位置ズレを補正するための構成を示す図である。
図５に示す本実施形態の補正方法の基本的な考え方は、マトリックス上に配置された立設孔２７の少なくとも２箇所にバックアップピン２１を挿入し、その挿入位置を測定し、その測定結果から位置ズレ(ΔＸ、ΔＹ)を求めて、バックアップベースの回転ズレθを算出し、装着ヘッドと位置関係を認識するものである。

図６に示すように、本実施形態では、バックアップピンの挿入位置を測定するために、通常のバックアップピンより裾野の広く重みのある専用の認識用ピン２２Ｈを使い、その専用の認識用ピン２２Ｈの頭部(特徴部)を図１に示めした基板認識カメラ１５で撮像して行なう。
認識用ピン２２Ｈを使用する理由は、通常のバックアップピン２２より裾野を広く重みある重心が低いどっしりとしたものを使用することによって、バックアップベースとの接触部を広く取り、傾斜を低減し安定して立設孔に挿入でき、挿入したピンの傾きを極めて小さくして精度よく位置を測定できるからである。図２に示す通常のバックアップピン２２では隣接する立設孔との関係で裾野広くできない。勿論、精度が十分であれば、通常のバックアップピンを使用することも可能である。また、認識用ピン２２Ｈは通常はバックアップピンとして使用しないが、兼用してもよい。

一方、基板認識カメラ１５を用いる理由は次の通りである。第１に、基板認識カメラ１５は、装着ヘッド１６と共に装着ヘッド本体１１に固定されているので、基板認識カメラとバックアップベースの位置ズレを検出できれば、装着ヘッド１６、実際的にはバックアップピンを吸着するバックアップピン吸着ノズルとバックアップベースとの位置ズレを検出できる点である。第２に、基板認識カメラ１５は、基板の位置合わせマークを撮像し基板Ｐと装着ヘッドの位置合わせをするものであるから、その焦点は基板Ｐに合っている。従って、基板Ｐを支持するバックアップピンの先端（頭部）に焦点が合っており、図５Ｂ、図５Ｃに示すように認識用ピン２２Ｈの頭部を鮮明に撮像でき、その画像により位置ズレを検出し、精度良く位置補正ができる。認識用ピン２２Ｈの頭部の位置と立設位置とは一対一に対応しているから、装着ヘッドに対する設立孔の位置を正確に認識できる。
勿論装着ヘッドの位置関係を認識でき、特徴部としてバックアップピン２２又は設立孔２７を撮像できれば、その他の撮像手段を用いてもよい。また、特徴部として専用の位置認識マークをバックアップベースに設けてもよい。

次に、図５を用いて具体的な位置ズレ補正方法を説明する。図５においてバックアップベース２１に配置された設立孔２７は（Ｍ、Ｎ）のマトリックス上に配置されており、(ｍ、ｎ)の位置にある立設孔の中心位置を(Ｘｍ、Ｙｎ)と表す。また、各設立孔は精度良くＸ、Ｙ方向とも等間隔Ｌで配置され、その径も精度良く加工されている。本実施形態では、補正精度を高めるために最も距離の離れた図面左側下（１、１）とその対角線上にある右側上(Ｍ、Ｎ)の２箇所で求める。

図５(ｂ)は立設孔(１、１)の位置における認識用ピン２２Ｈの頭部の撮像結果を示した図であり、図５(ｃ)は立設孔(Ｍ、Ｎ)における認識用ピン２２Ｈの頭部の撮像結果を示した図である。それぞれの画像から画像処理により立設孔（１、１）、（Ｍ、Ｎ）の撮像範囲の中心位置から位置ズレ(ΔＸ１、ΔＹ１)、(ΔＸＭ、ΔＹＮ)を求める。従って、基準となる座標系は、基板認識カメラが持つ座標系(以下、基本座標系という)である。基本座標系の原点は、立設孔(１、１)における基板認識カメラ１５の撮像範囲の中心位置とする。基本座標系における、立設孔（１、１）、（Ｍ、Ｎ）の中心位置の座標はそれぞれ次のように表される。
(０、０) Ｘ１＝ΔＸ１ ・・・・・(１)
Ｙ１＝ΔＹ１ ・・・・・(２)
(Ｍ、Ｎ) ＸＭ＝Ｌ(Ｍ−１)+ΔＸＭ ・・・・・(３)
ＹＭ＝Ｌ(Ｎ−１)+ΔＹＮ ・・・・・(４)
従って、基板認識カメラ座標系に対するバックアップベース２１の傾斜（回転）角度θは、
Ｔａｎθ＝(ＹＭ−Ｙ１)／（ＸＭ−Ｘ１） ・・・・・(５)
であるから、
θ＝Ｔａｎ^−１{Ｌ(Ｎ−１)+ΔＹＮ−ΔＹ１}／{Ｌ(Ｍ−１)+ΔＸＭ−ΔＸ１}
・・・・・(６)
となる。立設孔(ｍ、ｎ)の中心位置(Ｘｍ、Ｙｎ)は次式となる。
Ｘｍ＝Ｌ√{(ｍ−１)^２＋(ｎ−１)^２}Ｃｏｓθ＋ΔＸ１ ・・(７)
Ｙｎ＝Ｌ√{(ｍ−１)^２＋(ｎ−１)^２}Ｓｉｎθ＋ΔＹ１ ・・(８)
この値に装着ヘッドと基板認識カメラのバイアス値(ＢＸ、ＢＹ)を加えた値で装着ヘッドの位置(ＸＨ，ＹＨ)を制御する。

図７はバックアップピン２２のバックアップベース２１への配置の一例を示したものであり、一点鎖線は基板Ｐを示し、中心に黒丸印はバックアップピン２２の挿入箇所を示す。
図８はバックアップベースの補正処理を含めた電子部品装着処理フローを示した図である。

まず、図４Ａに示すようにバックアップベース２１をシュートに取り付ける(Step１)。
認識用ピンを少なくとも２ヶ所に手動でバックアップベース２１に挿入する(図５(ａ)参照)(Step２)。認識用ピンを撮像する(図５(ｂ)、図５（ｃ）参照)（Step３）。認識用ピンをバックアップベースから取り外す（Step４）。撮像結果を用いて、立設孔の中心位置の基本座標系からのズレを画像処理によりも求める(図５(ｂ)、図５（ｃ）参照)（Step５）。図７における各バックアップピン２２a〜２２ｆの補正後位置を式(６)乃至式(８)を用いて計算する（Step６）。装着ヘッド１６に図２Ｂに示すバックアップピン用吸着ノズルを装着する（Step７）。バックアップピンストックエリア(図示せず)からバックアップピンを吸着し、Step６で計算された位置に基づいて図７に示す所定の立設孔に位置にバックアップピンを立設する（Step８）。Step８の作業を予定した全てのバックアップピン２２a〜２２ｆに実施する（Step９）。装着ヘッド１６に図２Ａに示す電子部品用吸着ノズルを装着する（Step10）。所定の電子部品装着処理を全て行なう(Step11)。機種替えあるか判断し(Step12)、あれば機種変更作業(Step13)後、Step6へ行く。

上記の実施形態では、バックアアップベースの位置補正をバックアップベースのシュートへの取り付け時に行なったが、その他の必要と思われるときにも実施しても構わない。

以上実施形態でよれば、基板の位置合わせを行なう従来から存在する基板認識カメラを用いて、バックアップベースの位置ズレを補正でき、安価で確実にバックアップピンの並び替えができるバックアップピン配置方法及び配置装置を提供することができる。

また、本実施形態でよれば、バックアップベースと接触面積の広い専用のバックアップピンを用いることで位置ズレを精度よく検出でき、確実にバックアップピンの並び替えができるバックアップピン配置方法及び配置装置を提供することができる。

さらに、このような前記バックアップピン配置方法及び配置装置を用いることにより信頼性の高い電子部品処理方法及び電子部品処理装置を提供することができる。

最後に、スクリーン印刷装置などの装着ヘッドを有しない電子部品処理装置においては、電子部品装着装置或いは本発明のバックアップピンを配置できる専用のバックアップピン配置装置においては段取り替えを行ない、段取り替えしたバックアップベースを用いて所望の処理行なうことによって、本発明の効果を奏することができる。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１：電子部品装着装置 ３：部品供給エリア
５ａ：固定シュート ５ｂ、５ｃ、５ｄ：可動シュート
１１：装着ヘッド体 １５：基板認識カメラ
１６：装着ヘッド １７:電子部品吸着ノズル
１９：バックアップピン吸着ノズル ２０：基板バックアップ部
２１：バックアップベース ２２：バックアップピン
２２Ｈ：認識用ピン ２３：ベース昇降機構
２４：Ｚクランプ ２５：シリンダ
２７：立設孔 ２９：基板装着部
３０：電子部品(部品) ＬＵ，ＬＤ，ＲＵ，ＲＤ：ブロック名
Ｐ：基板
θ：基板認識カメラ座標系対するバックアップベースの傾斜角度。

Claims (9)

1. 電子部品を吸着しプリント基板に装着する装着ヘッドと、前記プリント基板を支持する複数のバックアップピンと、前記バックアップピンを立設するための複数の立設孔を具備するバックアップベースと、前記装着ヘッドにバックアップピンを吸着できるバックアップピン吸着ノズルとを具備し、前記バックアップピン吸着ノズルによって前記立設孔にバックアップピンを立設する電子部品装着装置において、
   前記バックアップベースの特徴部を撮像する撮像手段と、前記撮像結果に基づいて前記装着ヘッドと前記立設孔の位置関係を認識する認識手段とを有し、
   前記特徴部は前記バックアップベースに少なくとも２箇所に立設した認識用ピンであり、前記認識手段は前記撮像データより前記撮像手段が有する座標系における前記少なくとも２箇所の認識用ピン位置を検出し、前記位置関係を認識し、
   前記認識用ピンは前記バックアップピンより前記バックアップベースと接触面積が広く重心の低い構造有する認識用に用いる認識用ピンであることを特徴とする電子部品装着装置。
2. 前記特徴部は前記認識用ピンの前記プリント基板を支持する頭部であり、前記撮像はプリント基板の位置の位置合わせに用いる基板認識カメラによることを特徴する請求項１に記載の電子部品装着装置。
3. プリント基板を支持する複数のバックアップピンをバックアップピン装着ノズルを用いてバックアップベースの立設孔に立設する立設ステップと、前記バックアップベースを用いて前記プリント基板に処理を行なう処理ステップと有する電子部品処理方法において、
   前記立設ステップの実施の前に前記バックアップベースの特徴部を撮像し、前記撮像結果に基づいて前記バックアップピン装着ノズルと前記立設孔の位置関係を認識する認識ステップを有し、
   前記特徴部は前記バックアップベースに少なくとも２箇所に立設した認識用ピンの前記プリント基板を支持する頭部であり、前記認識ステップは前記撮像データより座標系における前記少なくとも２箇所の認識用ピン位置を検出し、前記位置関係を認識し、
   前記認識用ピンは前記バックアップピンより前記バックアップベースと接触面積が広く重心の低い構造有する認識用に用いる認識用ピンであることを特徴とする電子部品処理方法。
4. 前記撮像は、前記プリント基板の位置の位置合わせに用いる基板認識カメラを用いて行なうことを特徴する請求項３に記載の電子部品処理方法。
5. 前記処理は前記プリント基板に電子部品を装着する処理であることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子部品処理方法。
6. 前記処理は前記プリント基板の面にペーストを塗布するスクリーン印刷処理であることを特徴とする請求項３又は４に記載の電子部品処理方法。
7. プリント基板を支持する複数のバックアップピンをバックアップピン装着ノズルを用いてバックアップベースに立設し、または前記バックアップピンを前記バックアップベースから取外しするバックアップピン配置装置において、
   前記バックアップベースの特徴部を撮像する撮像手段と、前記撮像結果を基づいて前記バックアップピン装着ノズルと前記立設孔の位置関係を認識する認識手段とを有し、
   前記特徴部は前記バックアップベースに少なくとも２箇所に立設した認識用ピンであり、前記認識手段は前記撮像データより前記撮像手段が有する座標系における前記少なくとも２箇所の認識用ピン位置を検出し、前記位置関係を認識し、
   前記認識用ピンは前記バックアップピンより前記バックアップベースと接触面積が広く重心の低い構造有する認識用に用いる認識用ピンであることを特徴とするバックアップピン配置装置。
8. プリント基板を支持する複数のバックアップピンをバックアップピン装着ノズルを用いてバックアップベースに立設し、または前記バックアップピンを前記バックアップベースから取外しするバックアップピン配置方法において、
   前記立設する前に前記バックアップベースの特徴部を撮像し、前記撮像結果に基づいて前記バックアップピン装着ノズルと前記立設孔の位置関係を認識し、
   前記特徴部は前記バックアップベースに少なくとも２箇所に立設した認識用ピンの前記プリント基板を支持する頭部であり、前記認識は前記撮像データより座標系における前記少なくとも２箇所の認識用ピン位置を検出し、前記位置関係を認識し、
   前記認識用ピンは前記バックアップピンより前記バックアップベースと接触面積が広く重心の低い構造有する認識用に用いる認識用ピンであることを特徴とするバックアップピン配置方法。
9. 前記撮像は、前記プリント基板の位置の位置合わせに用いる基板認識カメラを用いて行なうことを特徴する請求項８に記載のバックアップピン配置方法。

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