JP5999809B2

JP5999809B2 - 部品実装機

Info

Publication number: JP5999809B2
Application number: JP2012161369A
Authority: JP
Inventors: 健森上; 貴紘小林; 光孝稲垣
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: JP2014022633A

Description

本発明は、部品供給装置により供給される部品を吸着ノズルに吸着して基板に実装する部品実装機に関する発明である。

部品実装機は、部品供給装置により供給される部品を吸着ノズルに吸着したときに、何らかの原因（例えば塵の付着等）で部品が斜めに吸着されることがある。吸着ノズルに斜めに吸着された部品を基板に実装すると、該部品の下面の一部が先に基板に当接するため、該部品が位置ずれしたり、傾いた状態で実装されてしまう可能性があり、実装不良の原因となる。

この対策として、特許文献１（特開２００６−１１４８２１号公報）に記載されているように、吸着ノズルに吸着した部品をカメラで撮像し、画像処理技術によって該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを識別する技術が開発されている。この場合、斜め吸着と判定された部品は、全て所定の廃棄場所に廃棄して、再度、新たな部品を吸着する動作を繰り返すようにしたり、或は、エラー停止して、作業者に部品の吸着状態を確認させるようにしている。

特開２００６−１１４８２１号公報

ところで、斜め吸着と判定された部品を全て所定の廃棄場所に廃棄して、再度、新たな部品を吸着する動作を繰り返すようにしたり、エラー停止したりすると、生産性が低下する原因となる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、吸着ノズルに吸着した部品が斜め吸着でも基板に正常に実装でき、実装不良防止と生産性向上とを両立させることができる部品実装機を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、部品供給装置により供給される部品を吸着ノズルに吸着して基板に実装する部品実装機において、前記吸着ノズルを傾動可能に保持し且つ該吸着ノズルの傾き角度を調整する吸着ノズル傾き角度調整手段と、前記吸着ノズルに吸着した部品の傾き角度を計測する部品傾き角度計測手段と、前記部品傾き角度計測手段で計測した部品の傾き角度に基づいて該部品の傾きを修正するように前記吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて前記吸着ノズルの傾き角度を調整する制御手段と、前記吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて前記吸着ノズルの傾き角度を調整した後に該吸着ノズルに吸着した部品をその下方からカメラで撮像して画像処理により該部品の位置を認識する画像処理手段とを備え、前記制御手段は、前記画像処理手段による前記部品の位置の認識結果に基づいて該部品を前記基板の所定の実装位置に実装するように前記吸着ノズルを保持する装着ヘッドを移動させることを特徴とするものである。

この構成では、吸着ノズルに吸着した部品の傾き角度を部品傾き角度計測手段で計測して、該部品の傾きを修正するように吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて吸着ノズルの傾き角度を調整できるため、吸着ノズルに吸着した部品が斜め吸着であっても、その部品の傾きを修正して基板に正常に実装でき、実装不良防止と生産性向上とを両立させることができる。

一般的には、基板の反り等による基板の上面（実装面）の傾きは、吸着ノズルに吸着した部品の傾きと比較して小さく、影響が少ない場合が多いため、基板の上面は水平面と見なして本発明を実施してもほとんど問題ないが、基板の傾きを考慮して、より高精度の実装が必要となる場合は、請求項２のように、部品を実装する基板の傾き角度を計測する基板傾き角度計測手段を備え、前記部品傾き角度計測手段で計測した部品の傾き角度と前記基板傾き角度計測手段で計測した基板の傾き角度とに基づいて該基板の上面に対して該部品の下面が平行となるように前記吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて前記吸着ノズルの傾き角度を調整するようにしても良い。このようにすれば、部品傾き角度計測手段で計測した部品の傾き角度と基板傾き角度計測手段で計測した基板の傾き角度とに基づいて該基板の上面に対して該部品の下面が平行となるように吸着ノズルの傾き角度を調整できるため、基板の反り等によって基板の上面が傾いていても、該基板の上面に対して部品の下面が平行となるように吸着ノズルの傾き角度を調整することが可能となり、部品と基板の両方が傾いた状態になっていても、部品を精度良く実装することができる。

ところで、吸着ノズルの傾き角度を調整すると、その前後で吸着ノズルに吸着されている部品の位置（ＸＹ座標）がずれる。

この点を考慮して、請求項１に係る発明では、吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて吸着ノズルの傾き角度を調整した後に該吸着ノズルに吸着した部品をその下方からカメラで撮像して画像処理により該部品の位置（ＸＹ座標）を認識する画像処理手段を備え、前記画像処理手段による前記部品の位置の認識結果に基づいて該部品を基板の所定の実装位置に実装するように前記吸着ノズルを保持する装着ヘッドを移動させるようにしている。このようにすれば、吸着ノズルの傾き角度の調整によりずれた部品の位置（ＸＹ座標）を画像認識して、該部品を基板の所定の実装位置に精度良く実装することができる。

また、吸着ノズルに吸着した部品の傾き角度が大きくなり過ぎると、吸着ノズル傾き角度調整手段によって調整可能な角度範囲を越えてしまったり、或は、吸着ノズルに対する部品の吸着状態が不安定で、実装不良になる原因となる。

このような事情を考慮して、請求項３のように、部品傾き角度計測手段で計測した部品の傾き角度が所定角度以上であるときには、調整可能な角度範囲を越えていると判断してエラー処理を行うようにしても良い。ここで、エラー処理は、例えば、吸着ノズルに吸着した部品を所定の廃棄場所に廃棄して、再度、新たな部品を吸着する動作を繰り返すようにしたり、或は、エラー停止して、作業者に部品の吸着状態を確認させるようにしても良い。このようにすれば、吸着ノズルに吸着した部品の傾き角度が大きくなり過ぎることによる実装不良の発生を未然に防止することができる。

図１は本発明の一実施例を示す部品実装機の主要部の構成を説明する図である。図２は部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。図３は吸着ノズルに吸着した部品の傾き角度と基板の傾き角度を計測する動作を説明する図である。図４は吸着ノズルに吸着した部品の傾き角度を修正する動作を説明する図である。図５は吸着ノズルに吸着した部品を基板に実装する動作を説明する図である。図６は部品実装動作制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図２を用いて部品実装機のシステム構成を説明する。

部品実装機は、コンピュータにより構成された制御装置１１（制御手段）と、キーボード、マウス等の入力装置１２と、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ等の表示装置１３と、後述する図６の部品実装動作制御プログラム等の各種プログラムやデータを記憶する記憶装置１４（記憶手段）と、装着ヘッド１６（図１参照）をＸＹＺ方向に移動させる装着ヘッド移動装置１７と、部品２８を実装する基板１８（図３〜図５参照）を搬送する基板搬送装置１９と、この基板搬送装置１９によって実装位置まで搬入された基板１８をクランプするクランプ装置２０と、部品２８を供給するテープフィーダ、トレイ型フィーダ、バルク型フィーダ、スティック型フィーダ等の部品供給装置２１と、吸着ノズル２６に吸着した部品２８を下方から撮像するパーツカメラ２２と、基板１８上面の基準マークを上方から撮像するマークカメラ２３等を備えた構成となっている。マークカメラ２３で撮像した基準マークの位置を基準にして基板１８上面の実装位置が決定される。

図１に示すように、装着ヘッド１６の下部には、吸着ノズル傾き角度調整装置２５（吸着ノズル傾き角度調整手段）が設けられ、この吸着ノズル傾き角度調整装置２５に吸着ノズル２６が交換可能に保持されている。吸着ノズル傾き角度調整装置２５は、例えば、２軸回動機構、圧電素子（圧電アクチュエータ）等を用いて、吸着ノズル２６の傾き角度を３６０°いずれの方向にも調整できるように構成されている。

部品実装機には、吸着ノズル２６の移動領域の下方の所定位置（例えば部品吸着位置と実装位置との間の移動経路の途中）に高さ計測用のラインレーザセンサ２７（ラインレーザスキャナ）が上向きに設けられている。このラインレーザセンサ２７は、吸着ノズル２６に吸着した部品２８の傾き角度θ1 （部品２８の下面と水平面との角度）を計測する部品傾き角度計測手段として機能する。部品実装機の稼働中に、部品供給装置２１により供給される部品２８を吸着ノズル２６に吸着して該部品２８をラインレーザセンサ２７の上方を通過させることで、ラインレーザセンサ２７から部品２８の下面の複数箇所に順番にラインレーザ光を照射して、その反射光を検出することで、部品２８の下面の複数箇所のレーザ光照射ラインに沿って、それぞれ各レーザ光照射ライン上の複数の計測対象点の高さを計測し、各計測対象点間の高低差／距離と各計測対象点の位置（ＸＹ座標）とに基づいて部品２８の傾き角度θ1 と傾き方向を検出する。部品２８の傾き角度θ1 は、各計測対象点間の高低差／距離の平均値や中央値等を算出するようにすれば良い。

装着ヘッド１６には、高さ計測用レーザセンサ３１が下向きに設けられている。この高さ計測用レーザセンサ３１は、部品２８を実装する基板１８の傾き角度θ2 （基板１８の上面と水平面との角度）を計測する基板傾き角度計測手段として機能する。部品実装機の稼働中に、クランプ装置２０でクランプされた基板１８の上方に高さ計測用レーザセンサ３１を移動させて、基板１８の上面（実装面）の３箇所以上の計測対象点に順番にレーザスポット光を照射して各計測対象点の高さを計測し、各計測対象点間の高低差／距離と各計測対象点の位置（ＸＹ座標）とに基づいて基板１８の傾き角度θ2 と傾き方向を検出する。基板１８が反っていたり、湾曲している場合は、基板１８上の実装位置によって傾き角度θ2 が異なる場合があるため、実装位置毎（又は所定間隔毎）に、その周囲の計測対象点間の高低差／距離を算出して傾き角度θ2 を求めるようにしても良い。

部品実装機の稼働中は、上述した方法で、吸着ノズル２６に吸着した部品２８の傾き角度θ1 と基板１８の傾き角度θ2 を計測した後、図４に示すように、部品２８の傾き角度θ1 を基板１８の傾き角度θ2 と一致させるように吸着ノズル傾き角度調整装置２５を作動させて吸着ノズル２６の傾き角度を調整することで、部品２８の下面が基板１８の上面と平行となるように部品２８の傾き角度θ1 を修正する。

部品２８の傾き角度θ1 修正後に、吸着ノズル２６を保持する装着ヘッド１６を装着ヘッド移動装置１７により所定の部品撮像位置へ移動させて、吸着ノズル２６に吸着した部品２８をその下方からパーツカメラ２２で撮像して、制御装置１１の画像処理機能（画像処理手段）で画像処理して、傾き角度θ1 修正後の部品２８の位置（ＸＹ座標）を認識する。

この後、部品２８の位置の認識結果に基づいて該部品２８を基板１８の所定の実装位置に実装するように装着ヘッド１６を装着ヘッド移動装置１７により移動させて、図５に示すように、該部品２８を基板１８の所定の実装位置に実装する。実装前に部品２８の下面が基板１８の上面と平行となるように部品２８の傾き角度θ1 が修正されているため、部品２８を基板１８に実装するときに、部品２８の下面全体が基板１８の上面に同時に当接する。これにより、基板１８に部品２８が傾いた状態で実装されることを防止できると共に、実装時に部品２８の下面の一部が先に基板１８に当接することによる部品２８の位置ずれを防止でき、実装不良の発生を防止できる。

上述した本実施例の部品実装動作は、部品実装機の制御装置１１（制御手段，画像処理手段）によって図６の部品実装動作制御プログラムに従って実行される。図６の部品実装動作制御プログラムは、部品実装機の稼働中に周期的に繰り返して実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、部品供給装置２１で供給される部品２８を吸着ノズル２６に吸着する。この後、ステップ１０２に進み、吸着ノズル２６に吸着した部品２８をラインレーザセンサ２７の上方を通過させることで、ラインレーザセンサ２７から部品２８の下面の複数箇所に順番にラインレーザ光を照射して、その反射光を検出することで、部品２８の下面の複数の計測対象点の高さを計測し、各計測対象点間の高低差／距離と各計測対象点の位置（ＸＹ座標）とに基づいて部品２８の傾き角度θ1 と傾き方向を検出する。

この後、ステップ１０３に進み、クランプ装置２０でクランプされた基板１８の上方に高さ計測用レーザセンサ３１を移動させて、基板１８の上面の３箇所以上の計測対象点に順番にレーザスポット光を照射して各計測対象点の高さを計測し、各計測対象点間の高低差／距離と各計測対象点の位置（ＸＹ座標）とに基づいて基板１８の傾き角度θ2 と傾き方向を検出する。

この後、ステップ１０４に進み、部品２８の傾き角度θ1 が所定値Ｋ１より小さく、且つ、基板１８の傾き角度θ2 が所定値Ｋ2 より小さいか否かを判定する。このステップ１０４の判定結果が「Ｎｏ」の場合、つまり、部品２８の傾き角度θ1 が所定値Ｋ１以上と判定された場合、及び／又は、基板１８の傾き角度θ2 が所定値Ｋ2 以上と判定された場合には、傾き角度θ1 及び／又はθ2 が調整可能な角度範囲を越えていると判断して、ステップ１０８に進み、エラー処理を実行する。

ここで、エラー処理は、例えば、部品２８の傾き角度θ1 が所定値Ｋ１以上と判定された場合には、吸着ノズル２６に吸着した部品２８を所定の廃棄場所に廃棄して、再度、新たな部品２８を吸着する動作を繰り返すようにしたり、或は、エラー停止して表示装置１３に警告表示し、作業者に部品２８の吸着状態を確認させるようにしても良い。また、基板１８の傾き角度θ2 が所定値Ｋ2 以上と判定された場合には、エラー停止して表示装置１３に警告表示し、作業者に基板１８の傾き状態を確認させるようにすれば良い。このエラー処理により、実装不良の発生を未然に防止することができる。尚、部品２８の傾き角度θ1 と基板１８の傾き角度θ2 との差分値の絶対値｜θ1 −θ2 ｜が所定値以上である場合にエラー処理を行うようにしても良い。

これに対し、上記ステップ１０４で、部品２８の傾き角度θ1 が所定値Ｋ１より小さく、且つ、基板１８の傾き角度θ2 が所定値Ｋ2 より小さいと判定された場合には、傾き角度θ1 及びθ2 が調整可能な角度範囲内であると判断して、ステップ１０５に進み、部品２８の傾き角度θ1 を基板１８の傾き角度θ2 と一致させるように吸着ノズル傾き角度調整装置２５を作動させて吸着ノズル２６の傾き角度を調整することで、部品２８の下面が基板１８の上面と平行となるように部品２８の傾き角度θ1 を修正する。

この後、ステップ１０６に進み、吸着ノズル２６を保持する装着ヘッド１６を装着ヘッド移動装置１７により所定の部品撮像位置へ移動させて、吸着ノズル２６に吸着した部品２８をその下方からパーツカメラ２２で撮像して、制御装置１１の画像処理機能（画像処理手段）で画像処理して、傾き角度θ1 修正後の部品２８の位置（ＸＹ座標）を認識する。

この後、ステップ１０７に進み、傾き角度θ1 修正後の部品２８の位置の認識結果に基づいて該部品２８を基板１８の所定の実装位置に実装するように装着ヘッド１６を装着ヘッド移動装置１７により移動させて、該部品２８を基板１８の所定の実装位置に実装する。以後、上述した処理を繰り返し実行する。

以上説明した本実施例によれば、吸着ノズル２６に吸着した部品２８の傾き角度θ1 と該部品２８を実装する基板１８の傾き角度θ2 を計測し、部品２８の傾き角度θ1 を基板１８の傾き角度θ2 と一致させるように吸着ノズル傾き角度調整装置２５を作動させて吸着ノズル２６の傾き角度を調整することで、部品２８の下面が基板１８の上面と平行となるように部品２８の傾き角度θ1 を修正するようにしたので、吸着ノズル２６に吸着した部品２８が斜め吸着であっても、その部品２８の傾きを修正して基板１８に正常に実装でき、実装不良を防止できると共に、斜め吸着と判定された部品２８を全てエラー処理する必要がなくなり、生産性を向上できる。

一般的には、基板１８の反り等による基板１８の上面の傾きは、吸着ノズル２６に吸着した部品２８の傾きと比較して小さく、影響が少ない場合が多いため、基板１８の上面は水平面と見なしてもほとんど問題ない場合が多い。この点を考慮して、基板１８の傾き角度θ2 を計測する機能を省略して、部品２８の傾き角度θ1 を計測する機能のみを搭載して、基板１８の上面を水平面と見なして、部品２８の下面が水平となるように部品２８の傾き角度θ1 を修正するようにしても良い。

また、本実施例では、吸着ノズル２６の傾き角度を調整すると、その前後で吸着ノズル２６に吸着されている部品２８の位置（ＸＹ座標）がずれることを考慮して、部品２８の傾き角度θ1 修正後に、装着ヘッド１６を所定の部品撮像位置へ移動させて、吸着ノズル２６に吸着した部品２８をその下方からパーツカメラ２２で撮像して、傾き角度θ1 修正後の部品２８の位置を認識するようにしたが、吸着ノズル２６の傾き角度の調整による部品２８の位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）は、幾何学的に計算できるため、部品傾き角度計測手段（ラインレーザセンサ２７）によって吸着ノズル２６に吸着した部品２８の傾き角度を計測する際に、該部品２８の位置（ＸＹ座標）も計測し、部品傾き角度計測手段（ラインレーザセンサ２７）で計測した部品２８の傾き角度θ1 に基づいて吸着ノズル２６の傾き角度の調整による該部品２８の位置ずれ量（ΔＸ，ΔＹ）を算出して該部品２８の位置を該位置ずれ量分だけ補正し、補正後の該部品２８の位置に基づいて該部品２８を基板１８の所定の実装位置に実装するように吸着ノズル２６を保持する装着ヘッド１６を移動させるようにしても良い。この場合、部品傾き角度計測手段（ラインレーザセンサ２７）が部品２８の傾き角度θ1 の他に部品２８の位置も計測するようになっているため、部品２８の位置を計測するための専用のカメラ（パーツカメラ２２）が不要となり、その分、製造コストを低減できる。

尚、部品傾き角度計測手段は、ラインレーザセンサ２７に代えて、レーザセンサを用いても良く、同様に、基板傾き角度計測手段も、高さ計測用レーザセンサ３１に代えて、ラインレーザセンサを用いても良い。また、部品傾き角度計測手段と基板傾き角度計測手段は、レーザセンサに限定されず、３Ｄ計測用カメラや３次元計測機を用いて構成しても良い。また、１台の傾き角度計測手段を上下反転させて移動させる機構を設け、１台の傾き角度計測手段を上下反転させて移動させることで、部品２８の傾き角度θ1 と基板１８の傾き角度θ2 の両方を計測するようにしても良い。

また、装着ヘッド１６に複数本の吸着ノズル２６が保持されている場合は、装着ヘッド１６に保持された複数本の吸着ノズル２６にそれぞれ部品２８を吸着した後、各部品２８の傾き角度θ1 を計測し、各吸着ノズル２６の傾き角度を修正するようにすれば良い。

その他、本発明は、上記実施例に限定されず、例えば、部品２８の傾き角度θ1 と基板１８の傾き角度θ2 との差｜θ1 −θ2 ｜が部品実装精度にほとんど影響を与えない程度に小さい場合は、吸着ノズル２６の傾き角度の修正を行わずに該部品２８を基板１８に実装するようにしても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…制御装置（制御手段，画像処理手段）、１６…装着ヘッド、１７…装着ヘッド移動装置、１８…基板、１９…基板搬送装置、２０…クランプ装置、２１…部品供給装置、２２…パーツカメラ、２３…マークカメラ、２５…吸着ノズル傾き角度調整装置（吸着ノズル傾き角度調整手段）、２６…吸着ノズル、２７…ラインレーザセンサ（部品傾き角度計測手段）、２８…部品、３１…高さ計測用レーザセンサ（基板傾き角度計測手段）

Claims

部品供給装置により供給される部品を吸着ノズルに吸着して基板に実装する部品実装機において、
前記吸着ノズルを傾動可能に保持し且つ該吸着ノズルの傾き角度を調整する吸着ノズル傾き角度調整手段と、
前記吸着ノズルに吸着した部品の傾き角度を計測する部品傾き角度計測手段と、
前記部品傾き角度計測手段で計測した部品の傾き角度に基づいて該部品の傾きを修正するように前記吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて前記吸着ノズルの傾き角度を調整する制御手段と、
前記吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて前記吸着ノズルの傾き角度を調整した後に該吸着ノズルに吸着した部品をその下方からカメラで撮像して画像処理により該部品の位置を認識する画像処理手段とを備え、
前記制御手段は、前記画像処理手段による前記部品の位置の認識結果に基づいて該部品を前記基板の所定の実装位置に実装するように前記吸着ノズルを保持する装着ヘッドを移動させることを特徴とする部品実装機。
部品を実装する基板の傾き角度を計測する基板傾き角度計測手段を備え、
前記制御手段は、前記部品傾き角度計測手段で計測した部品の傾き角度と前記基板傾き角度計測手段で計測した基板の傾き角度とに基づいて該基板の上面に対して該部品の下面が平行となるように前記吸着ノズル傾き角度調整手段を作動させて前記吸着ノズルの傾き角度を調整することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
前記制御手段は、前記部品傾き角度計測手段で計測した部品の傾き角度が所定角度以上であるときには、調整可能な角度範囲を越えていると判断してエラー処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装機。