JP6277423B2

JP6277423B2 - 部品実装方法および部品実装システム

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Publication number: JP6277423B2
Application number: JP2014184955A
Authority: JP
Inventors: 正宏木原; 谷口　昌弘; 昌弘谷口; 聖古市
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: JP2016058604A

Description

本発明は、基板に電子部品を実装する部品実装方法および部品実装システムに関するものである。

基板に電子部品を実装して実装基板を生産する部品実装システムでは、部品実装後の基板を対象として行われた実装状態検査によって検出された実装位置ずれを、部品実装装置にフィードバックして実装位置の補正に用いることが行われている（例えば特許文献１参照）。このようにフィードバック補正を行うことにより、各種の要因より生じる位置ずれ誤差を補正して、高い実装位置精度を確保することができる。

また部品実装システムにおける実装位置精度の向上を目的として、上述のフィードバック補正に加えて、稼働時間の経過に伴う経時変化、例えば部品実装機構において実装ヘッドを移動させるビームが経時的に熱変形することによる実装位置精度の変動を防止するため、部品実装動作を反復する過程における経時変化を検出して補正することも行われている。

特開２００８−２１８６７２号公報

しかしながら上述の補正方式のように、フィードバック補正と経時変化の補正を併せて行う構成においては、以下に述べるような不都合があった。すなわち、フィードバック補正では、部品実装後の基板が検査装置に送られて検査結果が取得された後に部品実装装置にフィードバックされることから、生産の立ち上がり時には１枚目の基板が検査装置に搬入されて検査結果が取得されるまでの間はフィードバック補正が機能しない。この結果、生産初期における実装位置精度を当初の期待通りに確保することが困難であった。

そこで本発明は、フィードバック補正と経時変化の補正を併せて行う構成において、生産初期における実装位置精度を確保することができる部品実装システムおよび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、部品実装機構によって部品供給部から取り出した部品を基板に移送搭載する部品実装工程を反復実行する部品実装方法であって、前記部品実装機構により部品を実装された基板における部品の実装状態を検査して正しい実装位置からの位置ずれ状態を検出する検査工程と、前記部品実装工程を反復して実行する過程において前記部品実装機構の経時変化を測定して経時変化情報を求める経時変化測定工程と、検出された前記位置ずれ状態および前記経時変化情報に基づいて、実装位置精度を改善するために部品実装工程にフィードバックすべきフィードバック補正値を算出するフィードバック補正値算出工程と、前記フィードバック補正値を前記経時変化情報に対応させた補正値対応データを記憶する記憶工程とを含み、前記部品実装工程において、前記経時変化情報に基づいて算出された経時補正値にさらに前記フィードバック補正値を加味して実装位置を補正し、前記検査工程に前記部品実装機構により部品が実装された基板が到達する前に部品実装作業の対象となる基板については、前記補正値対応データを参照することにより当該基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を求め、前記基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を前記部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値として用いる。

本発明の部品実装システムは、部品供給部から取り出した部品を基板に移送搭載する部品実装作業を反復実行する部品実装システムであって、部品実装機構によって前記部品実装作業を実行する部品実装装置と、前記部品実装装置により部品を実装された基板における部品の実装状態を検査して正しい実装位置からの位置ずれ状態を検出する検査装置と、前記部品実装作業を反復して実行する過程において前記部品実装機構の経時変化を測定して経時変化情報を求める経時変化測定部と、検出された前記位置ずれ状態および前記経時変化情報に基づいて、実装位置精度を改善するために前記部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値を算出するフィードバック補正値算出部と、前記フィードバック補正値を前記経時変化情報に対応させた補正値対応データを記憶する記憶部とを備え、前記部品実装装置は、前記経時変化情報に基づいて算出された経時補正値にさらに前記フィードバック補正値を加味して実装位置を補正し、前記検査装置に前記部品実装機構により部品が実装された基板が到達する前に部品実装作業の対象となる基板については、前記記憶部に記憶された補正値対応データを参照することにより当該基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を求め、前記基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を前記部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値として用いる。

本発明によれば、フィードバック補正と経時変化の補正を併せて行う構成において、生産初期における実装位置精度を確保することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装システムの構成説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装機構の経時変化の説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装機構の経時変化情報の説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装機構の経時変化情報および経時補正値の説明図本発明の一実施の形態の部品実装システムにおける検査装置の機能説明図本発明の一実施の形態の部品実装システム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部品実装システムにおいて経時変化に起因する位置ずれを補正するための補正計測値集計・解析データの説明図本発明の一実施の形態の部品実装システムにおいて経時変化に起因する位置ずれを補正するための補正計測値集計・解析データの説明図本発明の一実施の形態の部品実装システムによる部品実装作業における基板配置の説明図本発明の一実施の形態の部品実装方法による部品実装処理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よる部品実装処理を示すフロー図

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を参照して、本実施の形態が適用される部品実装システム１の構成を説明する。部品実装システム１は、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する機能を有するものであり、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３および検査装置Ｍ４を備えている。これら装置は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３に接続されている。

それぞれの部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、部品実装機構１２（図２参照）によって部品接合用の半田が印刷された基板に部品供給部から取り出した部品を移送搭載する部品実装作業を行う。すなわち本実施の形態では、部品実装システム１は前述の部品実装作業を反復実行する形態となっている。そしてこの部品実装作業を反復して実行する過程においては、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３において部品実装機構１２の経時変化を測定して経時変化情報を求めるようになっている。

検査装置Ｍ４は、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３により部品を実装された基板における部品の実装状態を検査して正しい実装位置からの位置ずれ状態を検出する。管理コンピュータ３はライン管理機能と併せて、検査装置Ｍ４によって検出された位置ずれ状態および各部品実装装置で経時変化を測定して求められた経時変化情報に基づいて、実装位置精度を改善するために各部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値を算出する機能を備えている。以下、部品実装システム１を構成する各装置の詳細構成について各図を参照して説明する。

まず図２を参照して、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の構成を説明する。図２において、基台４の上面の中央にはＸ方向（基板搬送方向）に基板搬送機構５が配設されており、基板搬送機構５は上流側装置から受け渡された基板６を搬送して、以下に説明する部品実装機構１２による実装作業位置に基板６を位置決め保持する。

基板搬送機構５の両側方には部品供給部７が配置されており、部品供給部７には複数のテープフィーダ８が並設されている。テープフィーダ８は実装対象の部品を保持したキャリアテープをピッチ送りすることにより、部品実装機構による部品吸着位置に部品を供給する。基台４の上面においてＸ方向の一方側の端部には、Ｘ方向と直交するＹ方向にＹ軸ビーム９が配設されており、Ｙ軸ビーム９には２基のＸ軸ビーム１０が、Ｙ方向に移動自在に結合されている。

２基のＸ軸ビーム１０には、それぞれ実装ヘッド１１がＸ方向に移動自在に装着されている。実装ヘッド１１は複数の保持ヘッドを備えた多連型ヘッドであり、それぞれの保持ヘッドの下端部には、図３に示すように、電子部品を吸着して保持し個別に昇降可能な吸着ノズル１１ａが装着されている。

Ｙ軸ビーム９、Ｘ軸ビーム１０を駆動することにより、実装ヘッド１１はＸ方向、Ｙ方向に移動する。これにより２つの実装ヘッド１１は、それぞれ対応した部品供給部７のテープフィーダ８の部品吸着位置から部品を吸着ノズル１１ａによって吸着保持して取り出して、基板搬送機構５に位置決めされた基板６の実装点に移送搭載する。Ｙ軸ビーム９、Ｘ軸ビーム１０および実装ヘッド１１は、電子部品を保持した実装ヘッド１１を移動させることにより、部品を基板６に移送搭載する部品実装機構１２を構成する。

部品供給部７と基板搬送機構５との間には、部品認識カメラ１４が配設されている。部品供給部７から部品を取り出した実装ヘッド１１が部品認識カメラ１４の上方を移動する際に、部品認識カメラ１４は実装ヘッド１１に保持された状態の部品を撮像して認識する。実装ヘッド１１にはＸ軸ビーム１０の下面側に位置して、それぞれ実装ヘッド１１と一体的に移動する基板認識カメラ１３が装着されている。実装ヘッド１１が移動することにより、基板認識カメラ１３は基板搬送機構５に位置決めされた基板６の上方に移動し、基板６を撮像して認識する。実装ヘッド１１による基板６への部品実装動作においては、部品認識カメラ１４による部品の認識結果と、基板認識カメラ１３による基板認識結果とを加味して搭載位置補正が行われる。

経時変化を検出するため、基台４の上面には、基板搬送機構５に位置決めされた状態の基板６を周囲から囲む配置で、４つの位置基準ポスト１５が立設されている。位置基準ポスト１５には、時計回りに（１）〜（４）の番号が付番されており、それぞれを個別に特定できるようになっている。すなわち実装ヘッド１１とともに移動する基板認識カメラ１３によって位置基準ポスト１５（１）〜１５（４）の位置を認識することにより、実装ヘッド１１が熱変形により正規状態から変位している経時変化を検出できるようになっている。

次に図３を参照して、上述の部品実装機構１２による部品実装作業を反復実行する過程において生じる経時変化および経時変化の検出方法について説明する。部品実装作業では、実装ヘッド１１を部品供給部７と基板６との間で反復して移動させる実装ターンが高頻度で実行されるため、実装ヘッド１１を構成するＹ軸ビーム９やＸ軸ビーム１０は、摺動部からの発熱によって温度が上昇し、昇温部分が熱膨張する熱変形を生じる。

この熱変形により、稼働開始前の冷却状態では本来の直線的な形状を維持していたＹ軸ビーム９やＸ軸ビーム１０は、発熱状況に応じて図３（ａ）に示すように、複雑な曲線形状に変形する。そしてこの変形は、稼働開始からの時間経過とともに変化し、ある時間経過後に熱変形が飽和状態となって一定形状に収束し、その後稼働停止により温度低下し徐々に熱変形が解消して初期形状に復帰する。

このような熱変形が生じている状態で部品実装作業を実行すると、Ｙ軸ビーム９やＸ軸ビーム１０の変形により、図３（ｂ）に示すように、実装ヘッド１１の水平方向の位置が安定しないまま、部品１６が基板６に搭載される結果となる。すなわち、図３（ｃ）に示すように、基板６における本来の実装点６ａ（部品１６の中心点１６ｃが目標とすべき実装位置）から中心点１６ｃが位置ずれした状態で、部品１６が基板６に搭載される。そしてこの中心点１６ｃの位置ずれ量は、時系列的に一定ではなく部品実装機構１２の熱変形状態によって異なっている。

このような部品実装機構１２の熱変形状態の経時変化に起因する実装位置ずれを抑制するため、本実施の形態では、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３において以下に説明するような実装位置の経時補正を実行するようにしている。まず図４（ａ）は、実装ヘッド１１を移動させて、基板認識カメラ１３を認識対象の位置基準ポスト１５の上方に位置させた状態を示している。基準位置としての位置基準ポスト１５の位置は固定されており、実装ヘッド１１を移動させる際には位置基準ポスト１５の正規位置データで示される位置を目標として実装ヘッド１１を移動させる。そして基板認識カメラ１３によって位置基準ポスト１５を撮像することにより、図４（ｂ）に示す認識画像が得られる。

すなわち基板認識カメラ１３の認識画面１３ａには、位置基準ポスト１５の上面を示す画像が、実装ヘッド１１の経時変化による変位状態に応じた位置ずれベクトルＰ（Ｘ方向成分ｐｘ、Ｙ方向成分ｐｙ）だけ、認識画面１３ａの光学座標原点から位置ずれした状態で現れる。すなわち、実装ヘッド１１が位置ずれしていない状態では、認識画面１３ａにおける位置基準ポスト１５の画像は光学座標系の原点に一致して現れ、実装ヘッド１１の位置ずれ量が大きいほど位置基準ポスト１５の位置ずれ状態を示す位置ずれベクトルＰは大きくなる。そしてこの位置基準ポスト１５を対象とした位置ずれ検出は、図４（ｃ）に示すように、基板６を囲んで配置された４つの位置基準ポスト１５（１）〜１５（４）について実行される。

これにより、図５（ａ）に示すように、４つの位置基準ポスト１５（１）〜１５（４）について、それぞれに対応する位置ずれベクトルＰｎ（１）〜Ｐｎ（４）が求められる。ここで添え字ｎは、複数枚の基板６を連続して実装対象とする場合におけるＮ枚目の基板６に対応する計測結果であることを示している。これらの位置ずれベクトルの組み合わせは、当該部品実装装置の部品実装機構１２の当該時点（Ｎ枚目の基板６の実装時点）における経時変化による熱変形状態を示す経時変化情報となっている。

この経時変化情報は、経時変化測定部３７（図７参照）が、部品実装機構１２を制御して基板認識カメラ１３を移動させて基板認識カメラ１３に位置基準ポスト１５を撮像させ、さらに撮像結果を認識処理部３６（図７）によって認識処理させることにより実行される。そしてこれらの経時変化情報に基づいて、実装ヘッド１１の位置ずれに起因する実装位置の位置ずれを補正するための経時補正値を求める演算処理が、経時補正処理部３８によって実行される。

このような目的の経時補正値の算出方法としては、所望の補正精度に応じて各種の方法を用いることができる。本実施の形態では、４つの位置ずれベクトルＰｎ（１）〜Ｐｎ（４）の平均を算出して当該経時変化状態を代表する平均位置ずれベクトルとし、この平均位置ずれベクトルを打ち消すようなＸ，Ｙ２方向の補正値を以て、経時補正値として用いている。すなわち図５（ｂ）に示すように、部品実装機構１２の経時変化による実装ヘッド１１の位置ずれを打ち消すために、基板６における実装データ上の実装点６ａを、平均位置ずれベクトルに相当するｄｘｎ，ｄｙｎだけ補正して，補正後の実装点６ａ＊とする。この方法では、当該部品実装装置において共通の経時補正値が基板６に適用される。

次に図６を参照して、検査装置Ｍ４によって実行される部品実装後の検査工程について説明する。検査装置Ｍ４に設けられた基板搬送機構１７には、上流側の部品実装装置Ｍ１，Ｍ２、Ｍ３によって部品１６が実装された基板６が搬入される。図６（ａ）に示すように、基板搬送機構１７の上方には検査用カメラ１８が、カメラ移動機構１９によって水平方向に移動自在に配設されている。検査用カメラ１８を検査対象の部品１６の上方に移動させて撮像した画像を認識処理部４４（図７）によって認識処理することにより、図６（ｂ）に示す実装位置ずれ量Δｘｎ，Δｙｎが取得される。

実装位置ずれ量Δｘｎ，Δｙｎは、実装データにおいて部品１６の中心点１６ｃが一致すべき実装点６ａと、実際に基板６に搭載された部品１６の中心点１６ｃとの位置ずれ状態を示すものである。なお、ここでは説明の便宜のため、検査対象の部品１６を１つのみ図示しているが、実際の部品実装作業では単一の基板６に対し、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２、Ｍ３によって順次実装された複数の部品１６が存在し、それぞれの部品１６について実装位置ずれ量Δｘｎ，Δｙｎが求められる。

次に図７を参照して、部品実装システム１の制御系の構成を説明する。図７において、部品実装装置Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３は、実装制御部３０、記憶部３１、機構駆動部３５、認識処理部３６、経時変化測定部３７、経時補正処理部３８を備えている。実装制御部３０は、記憶部３１に記憶された処理プログラムやデータに基づき、以下に説明する各部を制御する。これにより当該装置における各種の作業や演算処理が実行される。

記憶部３１には、実装データ３２、経時変化情報３３、経時補正値３４が記憶されている。実装データ３２は、作業対象の基板６における部品の実装座標データや部品データ、実装作業順序を示すシーケンスデータなどを含んでいる。経時変化情報３３は部品実装機構１２の経時変化の状態を示すデータであり、経時補正値３４は経時変化による実装位置の誤差を補正するために経時補正処理部３８により算出される補正値である（図５（ａ）、（ｂ）参照）。機構駆動部３５は、実装制御部３０に制御されて、基板搬送機構５や部品実装機構１２などの作業機構を制御する。これにより、基板搬送動作や部品実装動作が実行される。

認識処理部３６は、基板認識カメラ１３、部品認識カメラ１４による撮像結果を認識処理する。これにより、位置決めされた基板６や、実装ヘッド１１に保持された状態の部品１６の位置認識が行われる。これとともに、基板認識カメラ１３による位置基準ポスト１５の撮像結果を認識処理することにより、部品実装機構１２の経時変化を測定するための位置基準ポスト１５の認識結果が取得される。

経時変化測定部３７は、前述の認識結果に基づき、部品実装機構１２の経時変化の状態を示す経時変化情報を画像認識を用いた測定により求める（図５（ａ）参照）。測定結果は、記憶部３１に経時変化情報３３として記憶される。すなわち、経時変化測定部３７は、部品実装作業を反復して実行する過程において部品実装機構１２の経時変化を測定して経時変化情報３３を求める。経時補正処理部３８は、経時変化測定部３７による測定情報に基づき、図５（ｂ）に示す補正値を算出する。算出された補正値は、記憶部３１に当該時点における経時補正値３４として記憶される。

検査装置Ｍ４は、検査制御部４０、記憶部４１、認識処理部４４を備えている。検査制御部４０は、記憶部４１に記憶された検査用データ４２に基づいて各部を制御することにより、検査対象の基板６における部品１６の実装状態を検査するための作業を実行させる。検査用データ４２には、検査対象の基板６において検査対象とすべき部品１６の位置情報や、実装状態の正否判定に用いられる閾値データなどが含まれる。

これにより、検査用カメラ１８はカメラ移動機構１９（図６）によって検査対象の部品１６の上方に移動して撮像する。そして撮像結果を認識処理部４４によって認識処理することにより、実装状態検査が実行される。この実装状態の検査結果には、検査対象の部品１６の実装状態の合否判定結果とともに、正しい実装位置からの位置ずれの程度を示す実装位置ずれ量が含まれる。

管理コンピュータ３は、全体制御部２０、記憶部２１、データ集計・解析部２３、通信部２４を備えている。全体制御部２０は、部品実装システム１全体の管理のために以下の各部を制御する。記憶部２１には、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，検査装置Ｍ４から送信される計測値や検査結果を集計し解析するための補正計測値集計・解析データ２２が記憶される（図８，図９参照）。データ集計・解析部２３は、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３から送信される基板毎の経時変化情報３３、経時補正値３４および検査装置Ｍ４から送信される基板毎の検査結果４３を集計することにより、補正計測値集計・解析データ２２における経時変化情報２２ａ、経時補正値２２ｂ、フィードバック補正値２２ｃ、検査結果データ２２ｄ、補正値対応データ２２ｅを編集する。

さらにデータ集計・解析部２３はフィードバック補正値算出部２３ａを備えており、フィードバック補正値算出部２３ａは、検査装置Ｍ４にて検出された実装後の位置ずれ状態を示す検査結果データ２２ｄおよび経時変化情報２２ａに基づいて、実装位置精度を改善するために部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３にフィードバックすべき補正値を、フィードバック補正値２２ｃとして算出する演算処理を行う。通信部２４は通信インターフェイスであり、部品実装システム１を構成する部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，検査装置Ｍ４などの他装置との間で通信ネットワーク２を介してデータや制御信号の授受を行う。

次に図８，図９、図１０を参照して、補正計測値集計・解析データ２２のデータ構成を説明する。補正計測値集計・解析データ２２は、部品実装システム１を構成する部品実装装置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３毎に作成される設備固有のデータである。ここで、図８は、当該部品実装システム１にて新たな基板の種類を対象として生産を行う初回生産において適用されるデータ構成を示している。また図９は、当該部品実装システム１にて、所定時間を超えて稼働を停止した後に、同一の基板の種類を対象として生産を行う次回生産において適用されるデータ構成を示している。

図８，図９において、基板追番号５０は、部品実装システム１に上流側装置から供給される基板６の順序（生産順）を示す番号である。図１０は、前述構成の部品実装システム１にて複数の基板６を対象として部品実装作業を反復実行する過程における基板配置を示している。ここで基板６（１）〜６（１０）における（）番号は、図８，図９における基板追番号５０（１、２、・・・Ｎ）に対応している。

図１０に示すように、部品実装システム１に上流側から供給される基板６は、まず部品実装装置Ｍ１にて部品実装作業の対象となり、次に部品実装装置Ｍ２、Ｍ３にて順次同様に部品実装作業が行われた後、検査装置Ｍ４に到達してここで実装状態の検査が行われる。ここでは、最初に供給された、すなわち基板追番号５０が（１）の基板６（１）が検査装置Ｍ４による検査作業対象となる。

部品実装装置Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３にはそれぞれ３つの基板位置が設定されており、基板６（１）が検査装置Ｍ４にて滞留している間は、検査装置Ｍ４の上流側に隣接する部品実装装置Ｍ３には、搬出前待機中の基板６（２）、部品実装作業実行中の基板６（３）、搬入後待機中の基板６（４）の３枚が位置している。

同様に部品実装装置Ｍ２には、搬出前待機中の基板６（５）、部品実装作業実行中の基板６（６）、搬入後待機中の基板６（７）の３枚が位置しており、最上流の部品実装装置Ｍ１には、搬出前待機中の基板６（８）、部品実装作業実行中の基板６（９）が位置し、さらに上流側装置からは部品実装装置Ｍ１に搬入される基板６（１０）が準備されている。そして最初に部品実装システム１に供給された基板６（１）が検査装置Ｍ４に到達し、ここでの検査が終了して下流側へ搬出された後には、上流側装置において滞留中のそれぞれの基板６は、１つ下流側の基板位置に順次移動する。

すなわち図１０に示す構成の部品実装システム１では、生産初期においては最初の基板６（１）から、設備によって規定される基板位置の数（ここでは９）だけ上流へ遡及した基板６（９）まで、検査装置Ｍ４による検査結果から求められた位置ずれ状態のフィードバックの対象とすることができない。本実施の形態では、このような生産初期における実装位置ずれの位置補正精度を向上させることを目的として、後述するように前回生産時に取得された補正計測値集計・解析データ２２に基づいてフィードバック補正値２２ｃを導出して用いるようにしている。

図８，図９に示すように、経時変化情報２２ａは、基板追番号５０によって特定される基板６毎の情報、例えば位置基準ポスト１５（１）〜位置基準ポスト１５（４）を基板認識カメラ１３によって撮像して求めた基準ポスト位置の相対位置ずれを示す位置ずれベクトルＰ（１）〜Ｐ（４）を組み合わせたセット情報（図５（ａ）参照）を、含む構成となっている。

そして基板追番号５０毎のセット情報（基板追番号５０（１）に対応したＰ１（１）〜Ｐ１（４）、・・・基板追番号５０（Ｎ）に対応したＰｎ（１）〜Ｐｎ（４））を集計することにより、経時変化情報２２ａが構成される。経時補正値２２ｂは、上述の経時変化情報２２ａのセット情報毎に算出される補正値（図５（ｂ）参照）であり、経時変化による位置ずれを補正するために用いられる。

フィードバック補正値２２ｃは、実装位置精度を改善するために部品実装装置にフィードバックすべき補正値であり、検査装置Ｍ４による実装後検査の検査結果データ２２ｄとして検出された位置ずれ状態（実装位置ずれ量）および経時変化情報２２ａに基づいて算出される。ここで前述のように、最初の基板６（１）から基板６（９）まで、すなわち生産開始後の生産初期においては、検査装置Ｍ４には未だ基板６が到達していらず検査結果が存在しない。したがってフィードバックの対象となる補正値は存在せず、フィードバック補正値２２ｃは空欄となる。検査結果データ２２ｄは、検査装置Ｍ４から基板追番号５０毎に送信された検査結果４３であり、基板６において部品１６が実装される複数の実装点毎に作成される。

基板追番号５０が（１０）以降の基板６については、すなわち検査装置Ｍ４における最初の基板６（１）を対象とする実装後検査が終了した後には、この検査結果に基づいてフィードバック補正値２２ｃがフィードバック補正値算出部２３ａによって算出され、フィードバック補正値２２ｃとして記憶される。このとき、算出されたフィードバック補正値２２ｃを経時変化情報２２ａに対応させた補正値対応データ２２ｅが作成されて、記憶部２１に記憶される。

ここでフィードバック補正値２２ｃの技術的意義について説明する。本実施の形態においては、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２、Ｍ３の部品実装機構１２の経時変化に起因する実装位置ずれを、図４に示す経時変化情報２２ａに基づいて算出される経時補正値２２ｂ（図５（ｂ））により補正するようにしている。しかしながら経時変化情報２２ａは、制約された数の位置基準ポスト１５の位置認識結果に基づいて取得されるものであることから、熱変形により曲線形状に変形するＹ軸ビーム９、Ｘ軸ビーム１０などの複雑な熱変形を正確に表すことができない。このため、このようにして求められた経時補正値２２ｂを適用して実装位置補正を行っても、経時変化に起因する位置誤差は必ずしも厳密には補正されない。

フィードバック補正値２２ｃは、上述のような経時補正値２２ｂを用いてもなお補正されずに残留する補正残渣成分を極力減少させることを目的として採用される。本実施の形態においては、このフィードバック補正値２２ｃとして、検査結果データ２２ｄに示される実装位置ずれ量Δｘｎ、Δｙｎ、経時補正値２２ｂに示される経時補正値ｄｘｎ，ｄｙｎの差を用いる。すなわちＸ方向についてはΔｘｎ−ｄｘｎ，Ｙ方向についてはΔｙｎ−ｄｙｎを近似的に補正残渣成分と見なし、この補正残渣成分を加味して実装位置を補正するようにしている。

すなわち部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、経時変化情報３３に基づいて算出された経時補正値３４にさらにフィードバック補正値２２ｃを加味して実装位置を補正する。なお、フィードバック補正値２２ｃとしては、経時補正値２２ｂ、検査結果データ２２ｄに基づいて実装位置精度を改善するために用いられるものであれば、上述方法以外の方法で算出されるものであってもよい。

そして初回生産で求められた補正計測値集計・解析データ２２において、フィードバック補正値２２ｃの具体値が求められた破線枠５１にて示すデータ範囲（ここでは基板追番号５０が（１０）以降のデータ）は、次回生産の生産初期において未だフィードバック補正値２２ｃが求められていない場合において、代替値として使用可能なデータを含む範囲を示している。

すなわち、次回生産で求められる全体制御部２０を示す図９において、基板追番号５０が（１）〜（９）の間のデータ範囲については、上述の理由によりフィードバック補正値２２ｃにおいて破線枠５２にて示すデータ範囲には、経時補正値２２ｂ、検査結果データ２２ｄの実データに基づいて算出されたデータが存在しない。このような場合には、図８に示す初回生産で求められた補正計測値集計・解析データ２２に含まれるデータを流用して、不足するデータを補足するようにしている。

換言すれば、部品実装システム１は複数の部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を有し、生産初期には、フィードバック補正値算出部２３ａは、検査装置Ｍ４に部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３により部品を実装された基板６が到達した後に部品実装作業の対象となる基板６の部品実装作業に加味されるフィードバック補正値２２ｃの算出を実行し、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、検査装置Ｍ４に部品実装後の基板６が到達した後に部品実装作業の対象となる基板６について、部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３において経時補正値２２ｂにさらにフィードバック補正値２２ｃを加味して実装位置を補正する。

すなわち、次回生産の場合、部品実装システム１では、検査装置Ｍ４に各部品実装装置の部品実装機構１２により部品１６が実装された基板６が到達する前に部品実装作業の対象となる基板６については、記憶部２１に記憶された補正値対応データ２２ｅを参照することにより当該基板６の経時変化情報２２ａに対応するフィードバック補正値２２ｃを求める。基板６の経時変化情報２２ａに対応するフィードバック補正値２２ｃを部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値２２ｃとして用いるようにしている。すなわち全体制御部２０において経時変化情報２２ａに示される経時変化情報の特定パターンが指定されれば、指定された経時変化情報２２ａに対応した適切なフィードバック補正値２２ｃを、補正値対応データ２２ｅを参照して推定することができる。

次に、図１１，図１２を参照して、部品実装システム１において実行される部品実装方法の処理フローについて説明する。この部品実装方法では、複数の部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が備えた部品実装機構１２によって部品供給部７から取り出した部品１６を、基板６に移送搭載する部品実装工程を反復実行する形態となっている。

まず図１１は、部品実装システム１にて新たな基板６の種類を対象として生産を行う初回生産（図８参照）における処理を示している。ここで（ＳＴ１）に示す部品実装作業は、同一の基板６が複数の部品実装装置Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３を順次搬送される過程において、順次実行される単位作業（（ＳＴ１Ａ）、（ＳＴ１Ｂ）、（ＳＴ１Ｃ）、（ＳＴ１Ｄ）および（ＳＴ１Ｅ））より構成される。

部品実装作業の具体内容では、まず作業対象となる部品実装装置へ基板６が搬入される（ＳＴ１Ａ）。ここでは基板６は最初に部品実装装置Ｍ１に搬入され、次いで部品実装装置Ｍ２、Ｍ３に順次搬入される。次いで当該部品実装装置にて、図４に示す経時変化測定が経時変化測定部３７によって実行される（ＳＴ１Ｂ）。すなわち、部品実装工程を反復して実行する過程において、部品実装機構１２の経時変化を測定して経時変化情報２２ａを求める（経時変化測定工程）。そして求められた経時変化情報２２ａに基づき、図５（ｂ）に示す経時補正値２２ｂ（ｄｘｎ，ｄｙｎ）が算出される（ＳＴ１Ｃ）。そして算出された経時補正値２２ｂを加味して、部品実装作業が実行される（ＳＴ１Ｄ）。

このようにして１つの部品実装装置における部品実装作業を終えたならば、当該基板６について、予め規定された所定の部品実行過程が完了したか否か？を判断する（ＳＴ１Ｅ）。ここでまだ所定の部品実行過程が完了していないならば、すなわち下流側に未だ経由すべき部品実装装置があるならば、（ＳＴ１Ａ）に戻って，以下同様の作業処理が反復して実行される。これに対し、（ＳＴ１Ｅ）にて部品実装作業の完了が確認されたならば、基板６は下流側の検査装置Ｍ４に搬入され、実装後検査が実行される（ＳＴ２）（検査工程）。

すなわち部品実装機構１２により部品１６を実装された基板６における部品１６の実装状態を検査して合否判定を行うとともに、正しい実装位置からの位置ずれ状態を検出する（ＳＴ３）（位置ずれ状態検出）。そして検出された検査結果４３は、管理コンピュータ３へ送信され（ＳＴ４）、記憶部２１へ補正計測値集計・解析データ２２として記憶される。

次に管理コンピュータ３のフィードバック補正値算出部２３ａにより、検出された位置ずれ状態および経時変化情報に基づいて、実装位置精度を改善するために部品実装工程にフィードバックすべきフィードバック補正値２２ｃを算出する（フィードバック補正値算出工程）（ＳＴ５）。そして算出されたフィードバック補正値２２ｃを経時変化情報２２ａに対応させた補正値対応データ２２ｅを、記憶部２１に記憶する（ＳＴ６）（記憶工程）。

そしてフィードバック補正値２２ｃは、対応する部品実装装置へ送信される（ＳＴ７）。そして当該部品実装装置によって実行される部品実装工程においては、経時変化情報２２ａに基づいて算出された経時補正値２２ｂにさらにフィードバック補正値２２ｃを加味して実装位置を補正する。これにより、経時補正値２２ｂのみによる補正では不十分であった実装位置補正の精度を改善することができる。

すなわち、図１１に示す部品実装方法では、部品実装工程は複数の部品実装装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３のそれぞれによって実行される形態となっている。そして生産初期には、フィードバック補正値算出工程において、（ＳＴ２）にて示す検査工程に部品実装装置により部品１６が実装された基板６が到達した後に部品実装作業の対象となる基板６について、フィードバック補正値の算出を実行するようになっている。

そして部品実装工程において、検査工程に部品実装装置により部品１６が実装された基板６が到達した後に部品実装作業の対象となる基板６について、経時補正値２２ｂにさらにフィードバック補正値２２ｃを加味して実装位置を補正する。ここでフィードバック補正値２２ｃとして、位置ずれ状態から算出された位置ずれ量（検査結果データ２２ｄ参照）と経時補正値２２ｂとの差を近似的に用いる。このように、経時補正値２２ｂにフィードバック補正値２２ｃを加味して実装位置の補正を行うことにより、経時変化による位置誤差を対象として高精度な実装位置精度を実現することができる。

次に図１２を参照して、部品実装システム１にて所定時間を超えて稼働を停止した後に、同一の基板の種類を対象として生産を行う次回生産（図９参照）における処理を説明する。ここではまず、図１１の（ＳＴ６）にて管理コンピュータ３の記憶部２１に記憶された前回生産時の補正値対応データ２２ｅを読み込む（ＳＴ１１）。ここで前回生産時の補正値対応データ２２ｅを読み込むのは、既存のデータを流用してフィードバック補正値２２ｃを求めるためである。

すなわち図１０に示す例では、検査工程に部品実装装置により部品１６が実装された基板６が到達した後に部品実装作業の対象となる基板６についてのみ、フィードバック補正値２２ｃを加味した補正を行うようにしているのに対し、図１２に示す例では、前回生産時に記憶された補正値対応データ２２ｅを用いることにより、検査工程に部品１６が実装された基板６が到達する前の段階から、フィードバック補正値２２ｃ（図９に示す破線枠５２参照）を用いた補正を行うようにしている。

次いで、作業対象となる部品実装装置へ基板６が搬入される（ＳＴ１２）。ここでは基板６は最初に部品実装装置Ｍ１に搬入され、次いで部品実装装置Ｍ２、Ｍ３に順次搬入される。次いで図１１の（ＳＴ１Ｂ）と同様に、当該部品実装装置にて図４に示す経時変化測定が経時変化測定部３７によって実行される（ＳＴ１３）。すなわち、部品実装工程を反復して実行する過程において、部品実装機構１２の経時変化を測定して経時変化情報を求める（経時変化測定工程）。そして求められた経時変化情報に基づき、図５（ｂ）に示す経時補正値（ｄｘｎ，ｄｙｎ）が算出される（ＳＴ１４）。

次に、経時変化情報を補正値対応データ２２ｅと参照してフィードバック補正値を求める（ＳＴ１５）。すなわち検査工程に部品実装機構１２により部品１６が実装された基板６が到達する前に部品実装作業の対象となる基板６については、既に記憶済みの補正値対応データ２２ｅ，すなわち経時変化情報２２ａとフィードバック補正値２２ｃとを対応させたデータを参照することにより、当該基板６の経時変化情報２２ａに対応するフィードバック補正値２２ｃを求める。そして基板６の経時変化情報２２ａに対応するフィードバック補正値２２ｃを、作業対象となっている部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値２２ｃとして用いる。

そしてフィードバックされた部品実装装置では、当該部品実装装置に固有の経時補正値２２ｂに，送信されたフィードバック補正値２２ｃを加味して実装位置を補正し（ＳＴ１６）、補正された実装位置を目標として部品実装作業を実行する（ＳＴ１７）。これにより、最初の基板６が検査工程に未だ到達しない生産初期においても、フィードバック補正を適用することが可能となっている。

上記説明したように本実施の形態に示す部品実装においては、検査工程における実装状態の検査にて検出された位置ずれ状態および部品実装工程を反復して実行する過程において部品実装機構１２の経時変化を測定して求めた経時変化情報２２ａに基づいて、実装位置精度を改善するために部品実装工程にフィードバックすべきフィードバック補正値２２ｃを算出し、部品実装工程において、経時変化情報２２ａに基づいて算出された経時補正値２２ｂにさらにフィードバック補正値２２ｃを加味して実装位置を補正するようにしている。これにより、経時補正値２２ｂのみによる位置補正では達成できない高精度な実装位置精度を実現することができる。

さらに、フィードバック補正値２２ｃを経時変化情報２２ａに対応させた補正値対応データ２２ｅを記憶させておき、検査工程に部品実装機構１２により部品１６が実装された基板６が到達する前に部品実装作業の対象となる基板６については、補正値対応データ２２ｅを参照することにより当該基板６の経時変化情報２２ａに対応するフィードバック補正値２２ｃを求め、基板６の経時変化情報２２ａに対応するフィードバック補正値２２ｃを部品実装工程にフィードバックすべきフィードバック補正値２２ｃとして用いるようにしている。これにより、フィードバック補正と経時変化の補正を併せて行う構成において、生産初期における実装位置精度を確保することができる。

本発明の部品実装方法および部品実装システムは、フィードバック補正と経時変化の補正を併せて行う構成において、生産初期における実装位置精度を確保することができるという効果を有し、部品を基板に反復して実装する部品実装分野において有用である。

１部品実装システム
２通信ネットワーク
３管理コンピュータ
６基板
７部品供給部
１１実装ヘッド
１２部品実装機構
１３基板認識カメラ
１５位置基準ポスト
１６部品
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３部品実装装置
Ｍ４検査装置

Claims

部品実装機構によって部品供給部から取り出した部品を基板に移送搭載する部品実装工程を反復実行する部品実装方法であって、
前記部品実装機構により部品を実装された基板における部品の実装状態を検査して正しい実装位置からの位置ずれ状態を検出する検査工程と、
前記部品実装工程を反復して実行する過程において前記部品実装機構の経時変化を測定して経時変化情報を求める経時変化測定工程と、
検出された前記位置ずれ状態および前記経時変化情報に基づいて、実装位置精度を改善するために部品実装工程にフィードバックすべきフィードバック補正値を算出するフィードバック補正値算出工程と、
前記フィードバック補正値を前記経時変化情報に対応させた補正値対応データを記憶する記憶工程とを含み、
前記部品実装工程において、前記経時変化情報に基づいて算出された経時補正値にさらに前記フィードバック補正値を加味して実装位置を補正し、
前記検査工程に前記部品実装機構により部品が実装された基板が到達する前に部品実装作業の対象となる基板については、前記補正値対応データを参照することにより当該基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を求め、前記基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を前記部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値として用いることを特徴とする部品実装方法。
前記フィードバック補正値として、前記位置ずれ状態から算出された位置ずれ量と前記経時補正値との偏差を近似的に用いることを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
部品供給部から取り出した部品を基板に移送搭載する部品実装作業を反復実行する部品実装システムであって、
部品実装機構によって前記部品実装作業を実行する部品実装装置と、
前記部品実装装置により部品を実装された基板における部品の実装状態を検査して正しい実装位置からの位置ずれ状態を検出する検査装置と、
前記部品実装作業を反復して実行する過程において前記部品実装機構の経時変化を測定して経時変化情報を求める経時変化測定部と、
検出された前記位置ずれ状態および前記経時変化情報に基づいて、実装位置精度を改善するために前記部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値を算出するフィードバック補正値算出部と、
前記フィードバック補正値を前記経時変化情報に対応させた補正値対応データを記憶する記憶部とを備え、
前記部品実装装置は、前記経時変化情報に基づいて算出された経時補正値にさらに前記フィードバック補正値を加味して実装位置を補正し、
前記検査装置に前記部品実装機構により部品が実装された基板が到達する前に部品実装作業の対象となる基板については、前記記憶部に記憶された補正値対応データを参照することにより当該基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を求め、前記基板の経時変化情報に対応するフィードバック補正値を前記部品実装装置にフィードバックすべきフィードバック補正値として用いることを特徴とする部品実装システム。
前記フィードバック補正値として、前記位置ずれ状態から算出された位置ずれ量と前記経時補正値との偏差を近似的に用いることを特徴とする請求項３に記載の部品実装システム。