JP6088838B2 - 電子部品実装装置および電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関する。

基板上に電子部品を搭載する電子部品実装装置は、ノズルを備えるヘッドを有し、当該ノズルで電子部品を保持して基板上に搭載する。電子部品実装装置は、ヘッドのノズルを基板の表面に直交する方向に移動させることで、電子部品供給装置にある部品を吸着し、その後、ヘッドを基板の表面に平行な方向に相対的に移動させ、吸着している部品の搭載位置に到着したらヘッドのノズルを基板の表面に直交する方向に移動させ基板に近づけることで吸着した電子部品を基板上に搭載する。

ここで、基板に実装する電子部品としては、基板に搭載する搭載型電子部品以外にも、本体および本体に連結したリードを備え、挿入穴にリードを挿入することで実装する挿入型電子部品がある。挿入型電子部品を基板に実装する電子部品実装装置としては、例えば、特許文献１に記載されている装置がある。

また、特許文献１には、部品挿入時に所定の部品挿入力を挿入ヘッドに付与すると共に、挿入ヘッドの移動量と移動時間を検知して、部品の挿入状態を検出する挿入状態検出手段を設け、所定時間内に所定の挿入量に達したか否かにより、部品の挿入の良否を検出することが記載されている。

特公平２−２６７９９号公報

ところで、基板に電子部品を実装する場合、電子部品が正しい方向で実装されないと電極の接触不良等が生じるため、搭載不良となることがある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノズルが保持している電子部品の方向を高い精度で判定することができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明は、電子部品を基板に実装することによって製品を生産する電子部品実装装置であって、前記電子部品を前記基板に実装するために保持するノズルと、前記ノズルに保持されている前記電子部品の基準位置から前記電子部品の所定部分までのオフセットを測定する形状認識部と、前記形状認識部によって測定された前記オフセットと閾値との比較に基づいて前記電子部品の方向を判定する制御部とを備える。

ここで、前記制御部は、前記製品の生産中に、前記形状認識部によって測定される前記オフセットに基づいて、前記電子部品の方向を判定するための閾値を更新することが好ましい。

また、前記制御部は、前記形状認識部によって測定される前記オフセットを前記閾値に基づいて２つのグループに分け、それぞれのグループ毎に算出した平均の中間の値を新しい閾値とすることが好ましい。

本発明は、基板に電子部品を実装する電子部品実装方法であって、前記基板に実装するためにノズルによって前記電子部品を保持するステップと、前記ノズルに保持されている前記電子部品の基準位置から前記電子部品の所定部分までのオフセットを測定するステップと、前記オフセットと閾値との比較に基づいて前記電子部品の方向を判定するステップとを備える。

本発明は、ノズルが保持している電子部品の方向を高い精度で判定し、電子部品の搭載不良を防止することができる。

図１は、電子部品実装装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、部品供給ユニットの一例の概略構成を示す模式図である。 図３は、電子部品実装装置のヘッドの概略構成を示す模式図である。 図４は、電子部品実装装置のヘッドの概略構成を示す模式図である。 図５は、ノズルの一例を示す説明図である。 図６は、把持ノズルが電子部品を正方向で保持している例を示す図である。 図７は、把持ノズルが電子部品を逆方向で保持している例を示す図である。 図８は、閾値の例を示す図である。 図９は、電子部品が正しい姿勢で保持されている例を示す図である。 図１０は、電子部品が傾いて保持されている例を示す図である。 図１１は、電子部品が傾いて保持されている例を示す図である。 図１２は、電子部品実装装置が電子部品を実装するときの制御の例を示すフローチャートである。 図１３は、キャリブレーション処理の詳細を示すフローチャートである。 図１４は、キャリブレーション処理の具体例を示す図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

以下に、本発明にかかる電子部品実装装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。本発明の電子部品実装装置は、リードを有し、当該リードが、基板の基板孔（挿入穴、穴）に挿入されることで、基板に実装される電子部品、いわゆる挿入型電子部品を実装する電子部品実装装置である。電子部品実装装置は、挿入型電子部品（リード型電子部品）を実装する機能を備えている。ここで、挿入型電子部品は、リードが基板に形成された穴に挿入されることで実装されるものである。また、挿入穴（基板孔）に挿入されずに基板上に搭載される電子部品、例えばＳＯＰ、ＱＦＰ等は、搭載型電子部品とする。なお、電子部品実装装置は、基板上に搭載される搭載型電子部品を実装する機能を備えていてもよい。以下の実施形態の電子部品実装装置１０は、搭載型電子部品と挿入型電子部品の両方を実装する機能を備える。

次に、図１から図５を用いて、本実施形態の搭載型電子部品と挿入型電子部品の両方を実装することができる電子部品実装装置１０について説明する。電子部品実装装置１０は、基板上に載せることで実装される搭載型電子部品とリードを基板の挿入穴に差し込んで実装するリード型電子部品（挿入型電子部品）との両方を実装することができる装置である。電子部品実装装置１０は、１台で搭載型電子部品とリード型電子部品の両方を実装することも、いずれか一方のみを実装することもできる。つまり電子部品実装装置１０は、搭載型電子部品とリード型電子部品の両方を実装することが可能で、製造する基板や他の電子部品実装装置のレイアウトに応じて、種々の用途で使用することができる。

図１は、電子部品実装装置の概略構成を示す模式図である。図１に示す電子部品実装装置１０は、基板８の上に電子部品を搭載する装置である。電子部品実装装置１０は、筐体１１と、基板搬送部１２と、部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒと、ヘッド１５と、ＸＹ移動機構１６と、ＶＣＳユニット１７と、交換ノズル保持機構１８と、部品貯留部１９と、制御装置２０と、操作部４０と、表示部４２と、を有する。なお、ＸＹ移動機構１６は、Ｘ軸駆動部２２と、Ｙ軸駆動部２４と、を備える。ここで、本実施形態の電子部品実装装置１０は、図１に示すように、基板搬送部１２を中心にしてフロント側とリア側に部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒを備える。電子部品実装装置１０は、部品供給ユニット１４ｆが電子部品実装装置１０のフロント側に配置され、部品供給ユニット１４ｒが電子部品実装装置１０のリア側に配置される。また、以下では、２つの部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒを特に区別しない場合、部品供給ユニット１４とする。

基板８は、電子部品を搭載する部材であればよく、その構成は特に限定されない。本実施形態の基板８は、板状部材であり、表面に配線パターンが設けられている。基板８に設けられた配線パターンの表面には、リフローによって板状部材の配線パターンと電子部品とを接合する接合部材であるはんだが付着している。また、基板８には、電子部品が挿入されるスルーホール（挿入穴、基板孔）も形成されている。

基板搬送部１２は、基板８を図中Ｘ軸方向に搬送する搬送機構である。基板搬送部１２は、Ｘ軸方向に延在するレールと、基板８を支持し、基板８をレールに沿って移動させる搬送機構とを有する。基板搬送部１２は、基板８の搭載対象面がヘッド１５と対面する向きで、基板８を搬送機構によりレールに沿って移動させることで基板８をＸ軸方向に搬送する。基板搬送部１２は、電子部品実装装置１０に供給する機器から供給された基板８を、レール上の所定位置まで搬送する。ヘッド１５は、所定位置で、電子部品を基板８の表面に搭載する。基板搬送部１２は、前記所定位置まで搬送した基板８上に電子部品が搭載されたら、基板８を、次の工程を行う装置に搬送する。なお、基板搬送部１２の搬送機構としては、種々の構成を用いることができる。例えば、基板８の搬送方向に沿って配置されたレールと前記レールに沿って回転するエンドレスベルトとを組合せ、前記エンドレスベルトに基板８を搭載した状態で搬送する、搬送機構を一体としたベルト方式の搬送機構を用いることができる。

電子部品実装装置１０は、フロント側に部品供給ユニット１４ｆが配置され、リア側に部品供給ユニット１４ｒが配置されている。フロント側の部品供給ユニット１４ｆと、リア側の部品供給ユニット１４ｒは、それぞれ基板８上に搭載する電子部品を多数保持し、ヘッド１５に供給可能、つまり、ヘッド１５で保持（吸着または把持）可能な状態で保持位置に供給する電子部品供給装置を備える。本実施形態の部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒはともに、本体と、本体に連結されたリードとを有するリード型電子部品を供給する。

図２は、部品供給ユニットの一例の概略構成を示す模式図である。部品供給ユニット１４は、図２に示すように、複数の電子部品供給装置（以下、単に「部品供給装置」ともいう。）９０、９０ａを有する。

具体的には、部品供給ユニット１４は、複数のラジアルリード型電子部品（ラジアルリード部品）をテープ本体に固定した電子部品保持テープ（ラジアル部品テープ）を装着し、当該電子部品保持テープで保持したリード型電子部品のリードを保持位置（第２保持位置）で切断し、当該保持位置にあるリード型電子部品をヘッドに備えた吸着ノズルまたは把持ノズルで保持可能とする電子部品供給装置９０を複数装着することに加え、複数の搭載型電子部品をテープ本体に固定した電子部品保持テープ（チップ部品テープ）を装着し、当該電子部品保持テープで保持した搭載型電子部品の保持位置（第１保持位置）でテープ本体から剥がし、当該保持位置にある搭載型電子部品をヘッドに備えた吸着ノズルまたは把持ノズルで保持可能とする電子部品供給装置９０ａを備えていてもよい。部品供給ユニット１４は、その他電子部品供給装置９０ａとしてスティックフィーダやトレイフィーダを設置してもよい。図２に示す複数の部品供給装置９０、９０ａは、支持台（バンク）９６に保持される。また、支持台９６は、部品供給装置９０、９０ａの他の装置（例えば、計測装置やカメラ等）を搭載することができる。

部品供給ユニット１４は、支持台９６に保持されている複数の電子部品供給装置９０、９０ａが、搭載する電子部品の種類、電子部品を保持する機構または供給機構が異なる複数種類の電子部品供給装置９０、９０ａで構成される。また、部品供給ユニット１４は、同一種類の電子部品供給装置９０、９０ａを複数備えていてもよい。また、部品供給ユニット１４は、装置本体に対して着脱可能な構成とすることが好ましい。

部品供給装置９０は、テープに複数のラジアルリード型電子部品のリードを貼り付けて構成される電子部品保持テープを使用してヘッド１５にラジアルリード型電子部品を供給する。部品供給装置９０は、電子部品保持テープを保持し、保持している電子部品保持テープを送り、保持しているラジアルリード型電子部品をヘッド１５のノズルにより電子部品が保持できる保持領域（吸着位置、把持位置、保持位置）まで移動するテープフィーダである。部品供給装置９０は、保持領域まで移動させたラジアルリード型電子部品のリードを切断して分離することで、当該テープでリードが固定されたラジアルリード型電子部品を所定位置に保持可能な状態とすることができ、当該ラジアルリード型電子部品をヘッド１５のノズルにより保持（吸着、把持）することができる。部品供給装置９０については後述する。なお、複数の部品供給装置９０は、それぞれ異なる品種の電子部品を供給しても、別々の電子部品を供給してもよい。また、部品供給装置９０は、テープに複数のラジアルリード型電子部品に限定されず、ボウルフィーダや、アキシャルフィーダ、スティックフィーダ、トレイフィーダ等を用いることもできる。

電子部品供給装置９０ａは、テープに基板に搭載するチップ型の電子部品を貼り付けて構成される電子部品保持テープを使用してヘッド１５に電子部品を供給する。なお、電子部品保持テープは、テープに複数の格納室が形成されており、当該格納室に電子部品が格納されている。電子部品供給装置９０ａは、電子部品保持テープを保持し、保持している電子部品保持テープを送り、格納室をヘッド１５のノズルにより電子部品が吸着できる保持領域まで移動させるテープフィーダである。なお、格納室を保持領域に移動させることで、当該格納室に収容されている電子部品を所定位置に露出した状態とすることができ、当該電子部品をヘッド１５のノズルにより吸着、把持することができる。電子部品供給装置９０ａは、テープフィーダに限定されず、チップ型電子部品を供給する種々のチップ部品フィーダとすることができる。チップ部品フィーダとしては、例えば、スティックフィーダ、テープフィーダ、バルクフィーダを用いることができる。

ヘッド１５は、部品供給ユニット１４ｆに保持された電子部品または部品供給ユニット１４ｒに保持された電子部品、をノズルで保持（吸着または把持）し、保持した電子部品を基板搬送部１２によって所定位置に移動された基板８上に実装する機構である。また、ヘッド１５は、部品供給ユニット１４ｒが電子部品供給装置９０ａを備えている場合、電子部品供給装置９０ａに保持されたチップ型電子部品（搭載型電子部品）を基板８上に搭載（実装）する機構である。なお、ヘッド１５の構成については、後述する。なお、チップ型電子部品（搭載型電子部品）とは、基板に形成された挿入穴（スルーホール）に挿入するリードを備えないリードなし電子部品である。搭載型電子部品としては、上述したようにＳＯＰ、ＱＦＰ等が例示される。チップ型電子部品は、リードを挿入穴に挿入せずに、基板に実装される。

ＸＹ移動機構１６は、ヘッド１５を図１中Ｘ軸方向及びＹ軸方向、つまり、基板８の表面と平行な面上で移動させる移動機構でありＸ軸駆動部２２とＹ軸駆動部２４とを有する。Ｘ軸駆動部２２は、ヘッド１５と連結しており、ヘッド１５をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸駆動部２４は、Ｘ軸駆動部２２を介してヘッド１５と連結しており、Ｘ軸駆動部２２をＹ軸方向に移動させることで、ヘッド１５をＹ軸方向に移動させる。ＸＹ移動機構１６は、ヘッド１５をＸＹ軸方向に移動させることで、ヘッド１５を基板８と対面する位置、または、部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒと対面する位置に移動させることができる。また、ＸＹ移動機構１６は、ヘッド１５を移動させることで、ヘッド１５と基板８との相対位置を調整する。これにより、ヘッド１５が保持した電子部品を基板８の表面の任意の位置に移動させることができ、電子部品を基板８の表面の任意の位置に搭載することが可能となる。つまり、ＸＹ移動機構１６は、ヘッド１５を水平面（ＸＹ平面）上で移動させて、部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒの電子部品供給装置にある電子部品を基板８の所定位置（搭載位置、実装位置）に移送する移送手段となる。なお、Ｘ軸駆動部２２としては、ヘッド１５を所定の方向に移動させる種々の機構を用いることができる。Ｙ軸駆動部２４としては、Ｘ軸駆動部２２を所定の方向に移動させる種々の機構を用いることができる。対象物を所定の方向に移動させる機構としては、例えば、リニアモータ、ラックアンドピニオン、ボールねじを用いた搬送機構、ベルトを利用した搬送機構等を用いることができる。

ＶＣＳユニット１７と、交換ノズル保持機構１８と、部品貯留部１９とは、ＸＹ平面において、ヘッド１５の可動領域と重なる位置で、かつ、Ｚ方向における位置がヘッド１５よりも鉛直方向下側となる位置に配置されている。本実施形態では、ＶＣＳユニット１７と、交換ノズル保持機構１８と、部品貯留部１９とは、基板搬送部１２と部品供給ユニット１４ｒとの間に、隣接して配置される。

ＶＣＳユニット（部品状態検出部、状態検出部）１７は、画像認識装置であり、ヘッド１５のノズル近傍を撮影するカメラや、撮影領域を照明する照明ユニットを有する。ＶＣＳユニット１７は、ヘッド１５のノズルで吸着された電子部品の形状や、ノズルによる電子部品の保持状態を認識する。より具体的には、ＶＣＳユニット１７は、対面する位置にヘッド１５が移動されると、ヘッド１５のノズルを鉛直方向下側から撮影し、撮影した画像を解析することで、ノズルで吸着された電子部品の形状や、ノズルによる電子部品の保持状態を認識する。ＶＣＳユニット１７は、取得した情報を制御装置２０に送る。

交換ノズル保持機構１８は、複数種類のノズルを保持する機構である。交換ノズル保持機構１８は、複数種類のノズルをヘッド１５が着脱交換可能な状態で保持する。ここで、本実施形態の交換ノズル保持機構１８は、電子部品を吸引することで保持する吸着ノズルと、電子部品を把持することで保持する把持ノズルと、を保持している。ヘッド１５は、交換ノズル保持機構１８で装着するノズルを変更し、装着されたノズルに対して空気圧を供給して駆動することで、保持する電子部品を適切な条件（吸着または把持）で保持することができる。

部品貯留部１９は、ヘッド１５がノズルで保持し、基板８に実装しない電子部品を貯留する箱である。つまり、電子部品実装装置１０では、基板８に実装しない電子部品を廃棄する廃棄ボックスとなる。電子部品実装装置１０は、ヘッド１５が保持している電子部品の中に基板８に実装しない電子部品がある場合、ヘッド１５を部品貯留部１９と対面する位置に移動させ、保持している電子部品を解放することで、電子部品を部品貯留部１９に投入する。

制御装置２０は、電子部品実装装置１０の各部を制御する。制御装置２０は、各種制御部の集合体である。操作部４０は、作業者が操作を入力する入力デバイスである。操作部４０としては、キーボード、マウス、タッチパネル等が例示される。操作部４０は検出した各種入力を制御装置２０に送る。表示部４２は、作業者に各種情報を表示する画面である。表示部４２としては、タッチパネル、ビジョンモニタ等がある。表示部４２は、制御装置２０から入力される画像信号に基づいて各種画像を表示させる。

なお、本実施形態の電子部品実装装置１０は、ヘッドを１つとしたが部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒのそれぞれに対応して２つのヘッドを設けてもよい。この場合、Ｘ軸駆動部を２つ設け、２つのヘッドをそれぞれＸＹ方向に移動させることで、２つのヘッドを独立して移動させることができる。さらに、電子部品実装装置１０は、基板搬送部１２を平行に２つ配置することも好ましい。電子部品実装装置１０は、２つの基板搬送部１２で２つの基板を交互に電子部品搭載位置に移動させ、前記２つのヘッド１５で交互に部品搭載すれば、さらに効率よく基板に電子部品を搭載することができる。

次に、図３及び図４を用いて、ヘッド１５の構成について説明する。図３は、電子部品実装装置のヘッドの概略構成を示す模式図である。図４は、電子部品実装装置のヘッドの概略構成を示す模式図である。なお、図３には、電子部品実装装置１０を制御する各種制御部と部品供給ユニット１４ｒの１つの部品供給装置９０もあわせて示す。ヘッド１５は、図３及び図４に示すように、ヘッド本体３０と撮影装置（基板状態検出部）３６と高さセンサ（基板状態検出部）３７とレーザ認識装置（部品状態検出部、形状認識部）３８と、を有する。

電子部品実装装置１０は、図３に示すように、制御部６０と、ヘッド制御部６２と、部品供給制御部６４と、を有する。制御部６０と、ヘッド制御部６２と、部品供給制御部６４とは、上述した制御装置２０の一部である。また、電子部品実装装置１０は、電源と接続されており電源から供給される電力を制御部６０、ヘッド制御部６２、部品供給制御部６４及び各種回路を用いて、各部に供給する。制御部６０と、ヘッド制御部６２と、部品供給制御部６４とについては後述する。

電子部品供給装置９０は、電子部品８０を供給する機構である。ここで、電子部品８０は、電子部品本体（以下単に「本体」という。）８２と、本体８２のラジアル方向に配置された２本のリード８４と、を有する。なお、本実施形態の電子部品８０は、リード８４を２本としたが、リード８４の本数は特に限定されない。電子部品８０としては、アルミ電解コンデンサが例示される。なお、電子部品８０として、アルミ電解コンデンサの他にも、リードを有する各種電子部品を用いることができる。電子部品供給装置９０は、電子部品保持テープ（ラジアル部品テープ）にリード８４が保持された電子部品８０の本体８２が上方に露出している。電子部品供給装置９０は、電子部品保持テープを引き出し、移動させることで、電子部品保持テープに保持された電子部品８０を保持領域（吸着領域、把持領域）に移動させる。本実施形態では、部品供給装置９０のＹ軸方向の先端近傍が、電子部品保持テープに保持された電子部品８０をヘッド１５のノズルが保持する保持領域となる。また、電子部品供給装置９０ａの場合も同様に、所定の位置が、ヘッド１５のノズルが電子部品保持テープに保持された電子部品８０を保持する保持領域となる。

ヘッド本体３０は、各部を支持するヘッド支持体３１と、複数のノズル３２と、ノズル駆動部３４と、を有する。本実施形態のヘッド本体３０には、図４に示すように、６本のノズル３２が一列に配置されている。６本のノズル３２は、Ｘ軸に平行な方向に並んでいる。なお、図４に示すノズル３２は、いずれも電子部品８０を吸着して保持する吸着ノズルが配置されている。

ヘッド支持体３１は、Ｘ軸駆動部２２と連結している支持部材であり、ノズル３２及びノズル駆動部３４を支持する。なお、ヘッド支持体３１は、レーザ認識装置３８も支持している。

ノズル３２は、電子部品８０を吸着し、保持する吸着機構である。ノズル３２は、先端に開口３２ａを有する。開口３２ａは、内部の空洞及びノズル保持部３３の空洞を介してノズル駆動部３４に連結されている。ノズル３２は、この開口３２ａから空気を吸引することで、先端に電子部品８０を吸着し、保持する。ノズル３２は、ノズル保持部３３に対して着脱可能であり、ノズル保持部３３に装着されていない場合、交換ノズル保持機構１８に保管（格納）される。また、ノズル３２は、開口３２ａの形状や、大きさが種々のものがある。また、本実施形態では、電子部品を吸着するための開口を備える吸着型のノズルを示したが、空気圧により稼動するアームを用い、電子部品を挟み込むことで保持するは把持型のノズルも用いることができる。

ノズル保持部３３は、鉛直方向下側の端部（先端）でノズル３２を保持する機構であり、例えば、ノズル駆動部３４にとってヘッド支持体３１に対して移動されるシャフトと、ノズル３２と連結するソケットと、を有する。シャフトは、棒状の部材であり、Ｚ軸方向に延在して配置されている。シャフトは、鉛直方向下側の端部に配置されたソケットを支持する。シャフトは、ソケットに連結する部分がＺ軸方向に移動可能な状態及びθ方向に回転可能な状態でヘッド支持体３１に対して支持されている。ここで、Ｚ軸は、ＸＹ平面に対して直交する軸であり、基板８の表面に対して直交する方向となる。θ方向とは、すなわち、ノズル駆動部３４がノズル３２を移動させる方向と平行な軸であるＺ軸を中心とした円の円周方向と平行な方向である。θ方向は、ノズル３２の回動方向となる。シャフトは、ソケットに連結する部分がノズル駆動部３４によってＺ軸方向及びθ方向に移動、回転される。

ノズル駆動部３４は、ノズル保持部３３をＺ軸方向に移動させることでノズル３２をＺ軸方向に移動させ、ノズル３２の開口３２ａで電子部品８０を吸着させる。また、ノズル駆動部３４は、電子部品８０の実装時等にノズル保持部３３をθ方向に回転させることでノズル３２をθ方向に回転させる。

ノズル駆動部３４は、ノズル３２をＺ軸方向に移動させる機構として、Ｚ軸モータ３４ａ、具体的には、Ｚ軸方向が駆動方向となる直動リニアモータを有する機構がある。ノズル駆動部３４は、Ｚ軸モータ３４ａでノズル保持部３３とともにノズル３２をＺ軸方向に移動させることで、ノズル３２の先端部の開口３２ａのシャフトをＺ軸方向に移動させる。また、ノズル駆動部３４は、ノズル３２をθ方向に回転させる機構として、例えばモータとノズル保持部３３のシャフトに連結された伝達要素とで構成された機構がある。ノズル駆動部３４は、モータから出力された駆動力を伝達要素でノズル保持部３３のシャフトに伝達し、シャフトをθ方向に回転させることで、ノズル３２の先端部もθ方向に回転させる。

ノズル駆動部３４は、ノズル３２の開口３２ａで電子部品８０を吸着させる機構、つまり吸引機構としては、例えば、ノズル３２の開口３２ａと連結された空気管と、当該空気管と接続されたポンプと、空気管の管路の開閉を切り換える電磁弁と、を有する機構がある。ノズル駆動部３４は、ポンプで空気管の空気を吸引し、電磁弁の開閉を切り換えることで開口３２ａから空気を吸引するか否かを切り換える。ノズル駆動部３４は、電磁弁を開き開口３２ａから空気を吸引することで開口３２ａに電子部品８０を吸着（保持）させ、電磁弁を閉じ開口３２ａから空気を吸引しないことで開口３２ａに吸着していた電子部品８０を解放する、つまり開口３２ａで電子部品８０を吸着しない状態（保持しない状態）とする。

また、本実施形態のヘッド１５は、電子部品の本体を保持するときに本体上面がノズル（吸着ノズル）３２で吸着できない形状である場合には、後述する把持ノズルを用いる。把持ノズルは、吸着ノズルと同様に空気を吸引解放することで固定片に対して可動片が開閉することで電子部品の本体を上方から把持解放することができる。また、ヘッド１５は、ノズル駆動部３４でノズル３２を移動させ、交換動作を実行することで、ノズル駆動部３４が駆動させるノズルを換えることができる。

撮影装置３６は、ヘッド本体３０のヘッド支持体３１に固定されており、ヘッド１５と対面する領域、例えば、基板８や電子部品８０が搭載された基板８等を撮影する。撮影装置３６は、カメラと、照明装置と、を有し、照明装置で視野を照明しつつ、カメラで画像を取得する。これにより、ヘッド本体３０に対面する位置の画像、例えば、基板８や、部品供給ユニット１４の各種画像を撮影することができる。例えば、撮影装置３６は、基板８の表面に形成された基準マークとしてのＢＯＣマーク（以下単にＢＯＣともいう）やスルーホール（挿入穴）の画像を撮影する。ここで、ＢＯＣマーク以外の基準マークを用いる場合、当該基準マークの画像を撮影する。

高さセンサ３７は、ヘッド本体３０のヘッド支持体３１に固定されており、ヘッド１５と対面する領域、例えば、基板８や電子部品８０が搭載された基板８との距離を計測する。高さセンサ３７としては、レーザ光を照射する発光素子と、対面する位置で反射して戻ってくるレーザ光を受光する受光素子とを有し、レーザ光を発光してから受光するまでの時間で対面する部分との距離を計測するレーザセンサを用いることができる。また、高さセンサ３７は、測定時の自身の位置及び基板の位置を用いて、対面する部分との距離を処理することで、対面する部分、具体的には電子部品の高さを検出する。なお、電子部品との距離の測定結果に基づいて電子部品の高さを検出する処理は制御部６０で行ってもよい。

レーザ認識装置３８は、光源３８ａと、受光素子３８ｂと、を有する。レーザ認識装置３８は、ブラケット５０に内蔵されている。ブラケット５０は、図３に示すように、ヘッド支持体３１の下側、基板８及び部品供給装置９０側に連結されている。レーザ認識装置３８は、ヘッド本体３０のノズル３２で吸着した電子部品８０に対して、レーザ光を照射することで、電子部品８０の状態を検出する装置である。ここで、電子部品８０の状態とは、電子部品８０の形状、ノズル３２で電子部品８０を正しい姿勢で吸着しているか等である。光源３８ａは、レーザ光を出力する発光素子である。受光素子３８ｂは、Ｚ軸方向における位置、つまり高さが同じ位置であり、光源３８ａに対向する位置に配置されている。

次に、電子部品実装装置１０の装置構成の制御機能について説明する。電子部品実装装置１０は、図３に示すように、制御装置２０として、制御部６０と、ヘッド制御部６２と、部品供給制御部６４と、を有する。各種制御部は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の演算処理機能と記憶機能とを備える部材で構成される。また、本実施形態では、説明の都合で複数の制御部としたが、１つの制御部としてもよい。また、電子部品実装装置１０の制御機能を１つの制御部とした場合、１つの演算装置で実現しても複数の演算装置で実現してもよい。

制御部６０は、電子部品実装装置１０の各部と接続されており、入力された操作信号や、電子部品実装装置１０の各部で検出された情報に基づいて、記憶されているプログラムを実行し、各部の動作を制御する。制御部６０は、例えば、基板８の搬送動作、ＸＹ移動機構１６によるヘッド１５の駆動動作、レーザ認識装置３８による形状の検出動作等を制御する。また、制御部６０は、上述したようにヘッド制御部６２に各種指示を送り、ヘッド制御部６２による制御動作も制御する。制御部６０は、部品供給制御部６４による制御動作も制御する。

ヘッド制御部６２は、ノズル駆動部３４、ヘッド支持体３１に配置された各種センサ及び制御部６０に接続されており、ノズル駆動部３４を制御し、ノズル３２の動作を制御する。ヘッド制御部６２は、制御部６０から供給される操作指示及び各種センサ（例えば、距離センサ）の検出結果に基づいて、ノズル３２の電子部品の吸着（保持）／解放動作、各ノズル３２の回動動作、Ｚ軸方向の移動動作を制御する。

部品供給制御部６４は、部品供給ユニット１４ｆ、１４ｒによる電子部品８０の供給動作を制御する。部品供給制御部６４は、電子部品供給装置９０、９０ａ毎に設けても、１つですべての電子部品供給装置９０、９０ａを制御してもよい。例えば、部品供給制御部６４は、電子部品供給装置９０による電子部品保持テープの引き出し動作（移動動作）、リードの切断動作及びラジアルリード型電子部品の保持動作を制御する。また、部品供給制御部６４は、部品供給ユニット１４が電子部品供給装置９０ａを備えている場合、電子部品供給装置９０ａによる電子部品保持テープの引き出し動作（移動動作）等を制御する。部品供給制御部６４は、制御部６０による指示に基づいて各種動作を実行する。部品供給制御部６４は、電子部品保持テープまたは電子部品保持テープの引き出し動作を制御することで、電子部品保持テープまたは電子部品保持テープの移動を制御する。

ここで、上記実施形態では、ヘッドに装着するノズルに吸着ノズルを用いる場合として説明したがこれに限定されない。図５は、ノズルの一例を示す説明図である。図５は、把持ノズル（グリッパーノズル）の一例を示す図である。図５に示すノズル２０１は、固定アーム２０２と、可動アーム２０４とを有する。ノズル２０１は、可動アーム２０４の支点２０５がノズル２０１の本体に回動可能な状態で固定されており、可動アーム２０４は、支点２０５を軸として固定アーム２０２と対面する部分が固定アーム２０２に近づく方向から遠ざかる方向に及び逆方向移動することができる。可動アーム２０４は、ノズル２０１の本体の部分、固定アーム２０２に近づいたり遠ざかったりする部分とは、支点２０５を介して反対側に駆動部２０６が連結されている。駆動部２０６はノズル本体に内蔵され、把持ノズルを駆動する駆動源（空気圧）により長手方向に出没移動される。可動アーム２０４は、駆動部２０６が移動することで、図５に示す開放位置から固定アーム２０２と対面する部分が固定アーム２０２に遠ざかる方向から近づく方向に移動することで把持位置に移動する。

ノズル２０１は、固定アーム２０２と可動アーム２０４との間に電子部品８０がある状態で、固定アーム２０２と可動アーム２０４との距離を縮めることで、電子部品８０を把持することができる。

把持ノズルは、ノズル２０１に限定されず、種々の形状とすることができる。把持ノズルは、それぞれ固定アームと可動アームとの間隔や、可動範囲を種々の値とすることができる。このように把持ノズルは、ノズルの形状毎に把持できる電子部品の形状が異なる。

電子部品実装装置１０は、保持する電子部品の種類に応じて、当該電子部品を保持するノズルの種類を選択することで、電子部品を適切に保持することができる。具体的には、保持する電子部品に応じて、吸着ノズルを用いるか把持ノズルを用いるかを選択し、さらにそれぞれの種類のノズル中でもどのノズルを用いるかを切り換えることで、１台の電子部品実装装置でより多くの種類の電子部品を実装することができる。

次に、図６から図１１を用いて、電子部品実装装置１０による電子部品の方向（向き）の判定について説明する。電子部品実装装置１０は、電子部品を実装する前に、ノズルが電子部品を正しい方向で保持しているかを、レーザ認識装置３８を用いて判定する。特に、部品供給装置９０がボウルフィーダである場合には、部品供給装置９０が供給する電子部品の方向がランダムに異なるため、電子部品の方向が正しいかの判定は重要である。

図６は、把持ノズルが電子部品を正方向で保持している例を示す図である。図６に示す例において、電子部品８０の２本のリード８４は、レーザ認識装置３８から見て重なるように位置している。電子部品実装装置１０は、ノズル２０１に把持されている電子部品８０の形状認識において、基準位置から電子部品８０の所定部分までのオフセット（距離）を、レーザ認識装置３８を用いて測定する。図６に示す例では、基準位置は、ノズル２０１の中心２０１Ｃである。本実施形態において、オフセットは、基準位置から一方向側に離れるほどより大きな正の値となり、基準位置から逆方向側に離れるほどより小さい負の値となる。

電子部品８０の所定部分は、電子部品８０が正方向にある場合と電子部品８０が逆方向にある場合とで、レーザ認識装置３８から見た位置が異なる部分である。電子部品８０の所定部分は、認識が容易な部分であることが好ましい。図６に示す例では、電子部品８０の所定部分は、リード８４である。ノズル２０１が電子部品８０を正しい姿勢かつ正方向で保持している場合、電子部品実装装置１０は、ノズル２０１の中心２０１Ｃから、リード８４の中心までのオフセットとして、５００μｍという値を得る。

図７は、把持ノズルが電子部品を逆方向で保持している例を示す図である。ノズル２０１が電子部品８０を正しい姿勢かつ逆方向で保持している場合、電子部品実装装置１０は、ノズル２０１の中心２０１Ｃから、リード８４の中心までのオフセットとして、−４５００μｍという値を得る。

ところで、図６のように固定アームが可動アームから離間する距離が長い把持ノズルの場合には、電子部品によっては正方向に把持しても逆方向に把持してもリード８４は基準位置よりも左方のマイナス側に位置することがあり、基準位置に対してリード位置が右か左かによって電子部品を正方向又は逆方向に判別できないことがある。そこで次のように閾値を採用する。

電子部品実装装置１０は、基準位置から電子部品８０の所定部分までのオフセットを、閾値と比較することにより、ノズルが電子部品８０を正方向で保持しているかを判定する。図８は、判定に用いられる閾値の例を示す図である。閾値は、電子部品８０が正方向で保持されているときの所定部分までのオフセットと、電子部品８０が逆方向で保持されているときの所定部分までのオフセットとの中間に設定される。

図８に示す例では、ノズル２０１が電子部品８０を正方向で保持しているかを判定するための閾値ＴＨは、基準位置から−２０００μｍ（（５００μｍ−４５００μｍ）÷２）に設定されている。電子部品実装装置１０は、ノズル２０１の中心２０１Ｃからリード８４の中心までのオフセットが−２０００μｍ以上の場合は、ノズル２０１が電子部品８０を正方向で保持していると判定する。一方、ノズル２０１の中心２０１Ｃからリード８４の中心までのオフセットが−２０００μｍより小さい場合は、ノズル２０１が電子部品８０を逆方向で保持していると判定する。

ところで、電子部品８０は、必ずしも図９に示すようにノズル２０１によって正しい姿勢で保持される訳ではなく、図１０および図１１に示すようにノズル２０１によって傾いて保持されることがある。このような傾きは、例えば、電子部品８０のロットの違い等によって生じる。電子部品８０が傾いて保持されると、基準位置から電子部品８０の所定部分までのオフセットが変動する。オフセットの変動は、電子部品実装装置１０による電子部品の方向の判定の精度に影響を与える。特に、正方向と逆方向でのオフセットの差が小さい電子部品では、オフセットの変動が電子部品の方向の判定に与える影響が大きい。

そこで、電子部品実装装置１０は、生産の実施中にキャリブレーション処理を実行し、電子部品の方向の判定のための閾値を更新する。このように生産の実施中にキャリブレーション処理によって閾値を更新することにより、オフセットの変動が電子部品の方向の判定に与える影響を低減することができる。

次に、図１２から図１４を用いて、電子部品実装装置１０が電子部品を実装するときの制御の例について説明する。図１２は、電子部品実装装置１０が電子部品を実装するときの制御の例を示すフローチャートである。図１２に示す制御は、基板に実装される電子部品毎に実行される。図１２に示す制御は、制御装置２０等の制御部によって実現される。

電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０１として、閾値に初期値を設定する。初期値は、例えば、ノズルが電子部品を正方向で保持しているときのオフセットと、ノズルが電子部品を逆方向で保持しているときのオフセットとを事前に測定した結果に基づいて設定される。初期値は、同じ部品が実装される製品の前回の生産時にキャリブレーション処理で得た値であってもよい。電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０２として、カウンタを０に初期化する。

続いて、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０３として、電子部品をノズルで保持し、ステップＳ１０４として、レーザ認識装置を用いた形状認識によって、ノズルに保持されている電子部品の寸法を測定する。このとき、電子部品実装装置１０は、基準位置から電子部品の所定部分までのオフセット（方向判別用のオフセット）を得る。そして、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０５として、オフセットと閾値との比較に基づいて、電子部品が正方向で保持されているかを判定する。

電子部品が正方向で保持されていない場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０７に進む。電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０７として、ノズルを回転させて電子部品の方向を正方向へ変更する。電子部品が正方向で保持されている場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０７を実行しない。

続いて、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０８として、ステップＳ１０４で得た方向判別用のオフセットを記憶部に保管する。そして、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０９として、電子部品を基板に実装し、ステップＳ１１０として、カウンタに１を加算する。

続いて、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１１１として、カウンタがＮであるかを判定する。Ｎは、キャリブレーション処理が実行される頻度を調整する値である。Ｎは、１以上の整数である。Ｎが大きいほど、キャリブレーション処理が実行される頻度は低くなる。キャリブレーション処理によって得られる閾値の精度を向上させるため、Ｎは、ノズルによって保持される電子部品の傾き（姿勢）の傾向が変化する周期に合わせて設定してもよい。例えば、電子部品の傾き（姿勢）の傾向が変化する周期に合わせるために、Ｎに電子部品のロット数を設定してもよい。

カウンタがＮの場合（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１１２に進む。電子部品実装装置１０は、ステップＳ１１２として、キャリブレーション処理を実行する。キャリブレーション処理において、電子部品実装装置１０は、記憶部に保管しているオフセットに基づいて、閾値を更新する。電子部品実装装置１０は、その後、ステップＳ１１３として、カウンタを０に初期化し、ステップＳ１１４に進む。

カウンタがＮでない場合（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１１２およびステップＳ１１３を実行せずに、ステップＳ１１４に進む。

電子部品実装装置１０は、ステップＳ１１４として、生産を終了するかを判定する。生産を終了しない場合（ステップＳ１１４，Ｎｏ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ１０３に戻り、次の電子部品を実装する。生産を終了する場合（ステップＳ１１４，Ｙｅｓ）、電子部品実装装置１０は、図１２に示す制御を終了する。

図１３は、図１２のステップＳ１１２で実行されるキャリブレーション処理の詳細を示すフローチャートである。キャリブレーション処理において、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０１として、記憶部に保管しているオフセットを１つ取得する。そして、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０２として、閾値がオフセットよりも大きいかを判定する。

閾値がオフセットよりも大きい場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０３に進む。電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０３として、オフセットを第１グループに振り分ける。閾値がオフセットよりも大きくない場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０４に進む。電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０４として、オフセットを第２グループに振り分ける。電子部品実装装置１０は、オフセットを記憶部に保管する際に、オフセットを第１グループまたは第２グループに振り分けてもよい。

続いて、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０５として、記憶部に保管しているオフセットのうち、キャリブレーション処理で用いられていない全てのオフセットを第１グループまたは第２グループに振り分けたかを判定する。全てのオフセットを振り分けていない場合（ステップＳ２０５，Ｎｏ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０１に戻る。

全てのオフセットを振り分けている場合（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０６に進む。電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０６として、第１グループに振り分けられたオフセットの平均を算出する。さらに、電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０７として、第２グループに振り分けられたオフセットの平均を算出する。

電子部品実装装置１０は、ステップＳ２０８として、こうして得た２つの平均を足して２で割ることによって、平均の中間の値を算出し、平均の中間の値を閾値に設定する。そして、電子部品実装装置１０は、キャリブレーション処理を終了する。キャリブレーション処理を終了するときに、電子部品実装装置１０は、記憶部に保管しているオフセットをクリアしてもよい。

図１４は、キャリブレーション処理の具体例を示す図である。Ｎが１０の場合、キャリブレーション処理の開始時に、記憶部には、１０個のオフセット（Ｖ０）が保管される。閾値に基づく振り分けにより、６個のオフセット（Ｖ１ａ）が第１グループに振り分けられ、４個のオフセット（Ｖ２ａ）が第２グループに振り分けられる。第１グループに振り分けられたオフセットの平均である７９８３（Ｖ１ｂ）と第２グループに振り分けられたオフセットの平均である３２５０（Ｖ２ｂ）とを足して２で割ることにより、５６１６．５（Ｖ３）が得られる。５６１６．５（Ｖ３）は、新たな閾値に設定される。

このように、生産の実施中にキャリブレーション処理によって閾値を更新することによって、ノズルが保持している電子部品の方向判別の精度が向上する。

上記の実施形態では、把持型のノズルによって保持される挿入型電子部品が正方向であるかを判定する例ついて説明したが、ノズルおよび電子部品の種類はこれに限定されない。上記の技術は、吸着型のノズルによって保持される電子部品が正方向であるかを判定するために用いることができる。上記の技術は、ノズルによって保持される搭載型電子部品が正方向であるかを判定するために用いることができる。

上記の実施形態では、電子部品のオフセットを測定するための基準位置としてノズル本体の中心を用いる例を説明したが、基準位置はこれに限定されない。基準位置は、例えば、電子部品の中心、または電子部品本体の側面、またはノズルの固定アーム、その他の部分であってもよい。

上記の実施形態では、電子部品のリードがレーザ認識装置３８から見て重なるように位置している例について説明したが、上記の技術は、このような場合以外でも適用可能である。例えば、電子部品のリードがレーザ認識装置３８から見て複数本ある場合、予め決められた位置のリードを所定部分としてもよい。予め決められた位置のリードは、例えば、一番左側に位置しているリード、または一番右側に位置しているリードである。

上記の実施形態では、電子部品のオフセットを測定するための所定部分として電子部品のリードを用いる例を説明したが、所定部分はこれに限定されない。所定部分は、電子部品本体の凸形状部分または凹形状部分であってもよい。

８ 基板、１０ 電子部品実装装置、１１ 筐体、１２ 基板搬送部、１４、１４ｆ、１４ｒ 部品供給ユニット、１５ ヘッド、１６ ＸＹ移動機構、１７ ＶＣＳユニット、１８ 交換ノズル保持機構、１９ 部品貯留部、２０ 制御装置、２２ Ｘ軸駆動部、２４ Ｙ軸駆動部、３０ ヘッド本体、３１ ヘッド支持体、３２ ノズル、３４ ノズル駆動部、３４ａ Ｚ軸モータ、３８ レーザ認識装置、４０ 操作部、４２ 表示部、６０ 制御部、６２ ヘッド制御部、６４ 部品供給制御部、８０ 電子部品、８２ 本体（電子部品本体）、８４ リード、９０、９０ａ 電子部品供給装置、９６ 支持台

Claims (3)

1. 電子部品を基板に実装することによって製品を生産する電子部品実装装置であって、
   前記電子部品を前記基板に実装するために保持するノズルと、
   前記ノズルに保持されている前記電子部品の基準位置から前記電子部品の所定部分までのオフセットを測定する形状認識部と、
   前記形状認識部によって測定された前記オフセットと閾値との比較に基づいて前記電子部品の方向を判定する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記形状認識部によって測定される前記オフセットを前記閾値に基づいて２つのグループに分け、それぞれのグループ毎に算出した平均の中間の値を新しい閾値とする電子部品実装装置。
2. 前記制御部は、前記製品の生産中に、前記形状認識部によって測定される前記オフセットに基づいて、前記電子部品の方向を判定するための閾値を更新する請求項１に記載の電子部品実装装置。
3. 基板に電子部品を実装する電子部品実装方法であって、
   前記基板に実装するためにノズルによって前記電子部品を保持するステップと、
   前記ノズルに保持されている前記電子部品の基準位置から前記電子部品の所定部分までのオフセットを測定するステップと、
   前記オフセットと閾値との比較に基づいて前記電子部品の方向を判定するステップと、
   測定される前記オフセットを前記閾値に基づいて２つのグループに分け、それぞれのグループ毎に算出した平均の中間の値を新しい閾値とするステップと
   を備える電子部品実装方法。

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