JP6432043B2

JP6432043B2 - 部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法及び部品実装装置

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Publication number: JP6432043B2
Application number: JP2015100780A
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Inventors: 泰行石谷; 秀夫工藤
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Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2018-12-05
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Description

本発明は、部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法及び部品実装装置に関するものである。

実装分野においては、部品を基板に実装する際の部品の実装高さを正確に管理することが、実装品質の観点から重要となる。何故ならば、反り変形が生じた基板に対して、部品を保持した吸着ノズルを予め設定した高さ位置まで下降させると、部品が基板に押し付けられて損傷し、また、部品の実装位置がずれるおそれがあるためである。そこで、従来、基板の反り変形に基づいて部品の実装高さを補正する方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１には、実装ヘッドに高さセンサを取り付け、基板上に設定された複数の測定点に向けて高さセンサからレーザ光を投射し、その反射光を高さセンサが受光することによって各測定点の高さを測定する部品実装装置が開示されている。部品実装装置は、測定結果に基づいて基板の上面の形状を近似する近似曲面を算出し、この近似曲面に合わせて実装高さをコントロールする。

国際公開第２００７／０６３７６３号

近年では、更なる実装品質の向上が要求されているため、近似曲面についても更なる精度向上が要求されている。そのため、近似曲面の精度に影響を及ぼす高さセンサの測定位置の精度向上が望まれていた。しかしながら、高さセンサから投射されるレーザ光の光軸の径が小さくなるにつれて、実装ヘッドに取り付けられた高さセンサから投射されるレーザ光が基板の測定点に精度よく入射されるよう測定位置を位置合わせする作業が困難になってきた。

そこで本発明は、高さセンサの測定位置を簡単に位置合わせすることができる部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法及び部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法は、基板を搬送して所定の作業位置に位置決めする基板搬送位置決め機構と、部品供給部から取り出した部品を前記作業位置に位置決めされた基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを水平方向に移動させる実装ヘッド移動機構と、前記実装ヘッドに取り付けられ、所定の測定位置から基板に設定された測定点にレーザ光を投射してその反射光を受光することにより前記測定点の高さを測定する高さセンサとを備えた部品実装装置において、前記高さセンサの前記測定位置を補正する部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法であって、ターゲットが形成された治具基板を基板の搬送経路上における前記作業位置に位置決めする治具基板位置決め工程と、前記高さセンサを基準測定位置に位置合わせした状態において、前記ターゲットに向けて前記高さセンサからレーザ光を投射し、反射光の受光状態に応じて、前記高さセンサの水平方向における位置を調整する調整工程と、前記高さセンサの位置を調整することによって前記高さセンサから投射されたレーザ光が前記ターゲットに入射したときの前記高さセンサの位置と前記基準測定位置とのずれ量に基づいて前記高さセンサの水平方向における補正値を算出する算出工程と、前記算出工程にて算出された補正値に基づいて前記高さセンサの水平方向における前記測定位置を補正する補正工程と、を含む。

本発明における部品実装装置は、基板を搬送して所定の作業位置に位置決めする基板搬送位置決め機構と、部品供給部から取り出した部品を前記作業位置に位置決めされた基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを水平方向に移動させる実装ヘッド移動機構と、前記実装ヘッドに取り付けられ、所定の測定位置から基板に設定された測定点にレーザ光を投射してその反射光を受光することにより前記測定点の高さを測定する高さセンサと、前記高さセンサを基準測定位置に位置合わせした状態において、基板の搬送経路上における前記作業位置に位置決めされた治具基板に形成されたターゲットに向けて前記高さセンサからレーザ光を投射し、反射光の受光状態に応じて、前記高さセンサの水平方向における位置を調整する位置調整手段と、前記高さセンサの位置を調整することによって前記高さセンサから投射されたレーザ光が前記ターゲットに入射したときの前記高さセンサの位置と前記基準測定位置とのずれ量に基づいて前記高さセンサの水平方向における補正値を算出する算出部と、を備え、前記算出部にて算出された補正値に基づいて前記高さセンサの水平方向における前記測定位置を補正する。

本発明によれば、高さセンサの測定位置を簡単に位置合わせすることができる。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の構成を示す平面図（ａ）本発明の一実施の形態における実装ヘッドの構造説明図（ｂ）本発明の一実施の形態における基板の平面図（ａ）本発明の一実施の形態における治具基板の平面図（ｂ）本発明の一実施の形態における治具基板の断面図本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える制御系の構成を示すブロック図（ａ）本発明の一実施の形態における高さセンサにより基板に設定された測定点の高さを測定する動作の説明図（ｂ）本発明の一実施の形態における近似曲面の説明図本発明の一実施の形態における高さセンサの測定位置補正方法のフローチャート（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における高さセンサから投射されるレーザ光の治具基板の上面における入射位置を示す図本発明の一実施の形態における治具基板に形成された複数のターゲットをそれぞれの中心が一致するように重ね合わせたイメージ図本発明の一実施の形態における部品実装方法のフローチャート（ａ）本発明のその他の実施の形態における治具基板の平面図（ｂ）本発明のその他の実施の形態における治具基板の断面図

まず図１を参照して、本発明の一実施の形態における部品実装装置を説明する。部品実装装置１は基板２に部品３（図２）を実装する機能を有し、通信ネットワーク４を介して接続される他装置（図示せず）やホストコンピュータ５とともに部品実装システムを構成する。以下、基板２の搬送方向をＸ方向、Ｘ方向と水平面内において直交する方向をＹ方向、ＸＹ平面に対して直交する方向をＺ方向と定義する。

基台６の略中央には、Ｘ方向に延びた１対の搬送コンベアを備えた基板搬送機構７が設けられている。基板搬送機構７は、基板２を搬送して所定の作業位置に位置決めする。作業位置は、基板２の搬送経路上に設定される。基板搬送機構７のＹ方向における両側には、部品供給部８が配置されている。部品供給部８には、複数のテープフィーダ９がＸ方向に並列して配置されている。テープフィーダ９は、キャリアテープに保持された部品３を間欠送りして、後述する実装ヘッド１２による部品取り出し位置まで供給する。

基台６のＸ方向における一端部にはＹ軸ビーム１０が設けられており、Ｙ軸ビーム１０には２基のＸ軸ビーム１１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１１には、実装ヘッド１２がＸ方向へ移動自在に装着されている。Ｙ軸ビーム１０とＸ軸ビーム１１は、実装ヘッド１２を水平方向に移動させる実装ヘッド移動機構となっている。

図２（ａ）において、実装ヘッド１２は複数の単位実装ヘッド１２ａを備えている。単位実装ヘッド１２ａの下端部には、部品３を吸着可能な吸着ノズル１３が装着されている。吸着ノズル１３は、その上方に設けられたノズル昇降機構１４の駆動によって昇降する。吸着ノズル１３は、テープフィーダ９から供給された部品３を吸着によって保持する。また、吸着ノズル１３は作業位置に位置決めされた基板２に対して下降することで、基板２に設定された実装点に部品３を実装する。このように、実装ヘッド１２は、部品供給部８から取り出した部品３を作業位置に位置決めされた基板２に実装する。

図１において、Ｘ軸ビーム１１の下面には、実装ヘッド１２と一体となって移動する基板認識カメラ１５が設けられている。基板認識カメラ１５は、作業位置に位置決めされた基板２のマーク（図示せず）を撮像する。基板搬送機構７と部品供給部８の間には部品認識カメラ１６が配設されている。部品供給部８から部品３を取り出した実装ヘッド１２が部品認識カメラ１６の上方に移動することで、部品認識カメラ１６は吸着ノズル１３に吸着された部品３を下方から撮像する。

図１及び図２（ａ）において、実装ヘッド１２には高さセンサ１７が取り付けられている。高さセンサ１７は、レーザ変位系など計測軸方向の変位を非接触で測定可能な計測器であり、実装ヘッド１２と一体となって水平移動することができる。高さセンサ１７は、作業位置に位置決めされた基板２の上面に対して垂直な線（垂線Ｌ）から傾斜した方向からレーザ光を投射する投光部１７ａと、投光部１７ａから投射されて基板２の上面で反射したレーザ光（反射光）を受光する受光部１７ｂを有している。レーザ光の光径は約０．０６ｍｍである。

図２（ｂ）において、基板２には、基板２の上面の反りを算出するための複数の測定点Ｓｎ（ｎ＝１，２・・・９）が設定されている。また、図２（ａ）において、高さセンサ１７には測定点Ｓｎにレーザ光を投射させるための測定位置［Ｐｎ（ｎ＝１，２・・・９）］が基台６に対するＸＹ座標系で予め設定されている。高さセンサ１７を測定点Ｓｎに対応した測定位置［Ｐｎ］に位置合わせした状態で、投光部１７ａからレーザ光を投射し、その反射光（図２（ａ）に示す矢印ａ）を受光部１７ｂが受光することで、高さセンサ１７はレーザ光が入射した測定点Ｓｎの高さ（Ｚ方向における位置）を測定する。すなわち、高さセンサ１７は、所定の測定位置［Ｐｎ］から基板２に設定された測定点Ｓｎにレーザ光を投射してその反射光を受光することにより測定点Ｓｎの高さを測定する。測定点Ｓｎの高さの測定結果は、基板２の上面の反りを算出する際に用いられる。

図２（ａ）において、投光部１７ａから投射されるレーザ光の進行方向と垂線Ｌとのなす入射角α１と、基板２の上面で反射したレーザ光の進行方向と垂線Ｌとのなす反射角α２は等しい。すなわち、本実施の形態における高さセンサ１７は、いわゆる正反射式のものを採用している。なお、高さセンサとしては、レーザ光を鉛直方向に投射して基板２の上面で拡散した反射光の一部を受光することで、基板２の高さを測定するいわゆる拡散反射式のものもある。しかしながら、拡散反射式の高さセンサは反射光の一部しか受光しないため、受光部１７ｂが一定量以上の反射光を受光するためには、投光量を正反射式のものに比べて増やす必要がある。投光量を増やすとレーザ光の光軸の径は大きくなるため、拡散反射式の高さセンサは、測定点Ｓｎの近傍に電極部が高密度に形成された高密度実装基板の高さ測定に適さない。これに対し、正反射式の高さセンサはレーザ光の光軸の径を小さくすることができるので、高密度実装基板の高さ測定に適する。

次に図３を参照して、高さセンサ１７の測定位置［Ｐｎ］を補正する際に用いられる治具基板１８について説明する。図３（ｂ）は、図３（ａ）における治具基板１８のＡ―Ａ断面を示す。治具基板１８は、ステンレス鋼板等で成形された矩形板状の部材であり、その上面は反射率を高くすることでレーザ光が反射され易くなるような加工（例えば、鏡面加工）が施されている。

治具基板１８には、厚み方向に貫通する円形の穴である複数のターゲット（第１のターゲットＴ１、第２のターゲットＴ２、第３のターゲットＴ３）が形成されている。第１のターゲットＴ１の径は第２のターゲットＴ２の径よりも大きく、第２のターゲットＴ２の径は第３のターゲットの径よりも大きい（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）。すなわち、ターゲットの径は、第１のターゲットＴ１、第２のターゲットＴ２、第３のターゲットの順に小さくなる。第１のターゲットＴ１、第２のターゲットＴ２、第３のターゲットＴ３は、それぞれの中心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がＸ方向と平行なラインＣＬ上に位置するように並んでいる。以下、第１のターゲットＴ１、第２のターゲットＴ２、第３のターゲットＴ３を区別する必要がない場合は、「ターゲットＴｎ（ｎ＝１，２，３）」と称する。このように、治具基板１８には大きさの異なる複数のターゲットＴｎが形成されている。

図３（ｂ）において、高さセンサ１７にはターゲットＴｎごとに基準測定位置［Ｑｎ（ｎ＝１，２，３）］が基台６に対するＸＹ座標系で予め設定されている。基準測定位置［Ｑｎ］とは、高さセンサ１７から投射されるレーザ光が治具基板１８の上面１８ａの高さ位置において対応するターゲットＴｎの中心Ｃｎ（ｎ＝１，２，３）に入射するときの高さセンサ１７の位置である。高さセンサ１７が基準測定位置［Ｑｎ］に位置した状態では、レーザ光は治具基板１８の上面で反射しないので、受光部１７ｂは反射光を検出しない。

ターゲットＴｎの径が小さい程、レーザ光をターゲットＴｎに入射させる難易度は高くなる。そのため、最も径の小さい第３のターゲットＴ３にレーザ光を入射させるためには、高さセンサ１７を治具基板１８に対してより正確に位置合わせする必要がある。

次に図４を参照して、制御系の構成について説明する。部品実装装置１が備える制御部２０は、記憶部２１、機構駆動部２２、認識処理部２３、反り算出部２４、位置調整部２５、補正値算出部２６を含んで構成され、基板搬送機構７、Ｙ軸ビーム１０、Ｘ軸ビーム１１、実装ヘッド１２、ノズル昇降機構１４、基板認識カメラ１５、部品認識カメラ１６、高さセンサ１７と接続されている。

記憶部２１は実装データ２１ａ、部品データ２１ｂ、治具基板データ２１ｃ、高さ測定データ２１ｄ等を記憶する。実装データ２１ａは基板２に部品３を実装するためのデータであり、例えば、部品３の実装点や実装角度の情報を含む。部品データ２１ｂは部品３に関するデータであり、例えば、部品３のサイズ、形状に加え、吸着ノズル１３が下降して基板２に部品３を搭載する際の下降量、すなわち部品３の実装高さに関する情報を含む。治具基板データ２１ｃは治具基板１８に関するデータであり、ターゲットＴｎの数及び径、ターゲットＴｎの中心ＣｎのＸＹ座標の情報を含む。高さ測定データ２１ｄは、基板２や治具基板１８にレーザ光を投射して上面の高さを測定するためのデータであり、測定点Ｓｎ、測定位置［Ｐｎ］、基準測定位置［Ｑｎ］のＸＹ座標の情報を含む。

機構駆動部２２は制御部２０によって制御され、基板搬送機構７、Ｙ軸ビーム１０、Ｘ軸ビーム１１、実装ヘッド１２、ノズル昇降機構１４等を駆動する。これにより、基板搬送作業、部品実装作業等が実行される。認識処理部２３は、基板認識カメラ１５によって撮像した基板２のマークの画像や、部品認識カメラ１６によって撮像した吸着ノズル１３に保持された部品３の画像を認識処理する。これにより、基板２や部品３の位置が検出される。基板２のマークと部品３の検出結果は、基板２に対して実装ヘッド１２を位置合わせする際に用いられる。

反り算出部２４は、測定点Ｓｎの高さの測定結果に基づいて基板２の上面の反りを算出する。すなわち、図５（ａ）に示すように、反り算出部２４は高さセンサ１７によって測定された測定点Ｓｎの基板２の高さを演算処理することで、個々の測定点Ｓｎにおける基準面２ａからのＺ方向における変位量ｈを求める。基準面２ａとは、反りや変形のない平坦な基板２が作業位置に位置決めされた状態における基板２の上面をさす。そして、反り算出部２４はそれぞれの測定点Ｓｎにおける変位量ｈに基づいて、基板２の上面の形状を近似する近似曲面２７を算出する（図５（ｂ））。

図５（ｂ）において、近似曲面２７は、測定点Ｓｎにおける基準面２ａからの変位量ｈに基づいて、基板２の上面の全体の反りや変形の傾向を解析して算出したものである。近似曲面２７は、ＸＹＺ座標系により表される。実装点ｍを例に挙げると、制御部２０は実装点ｍに対応するＸＹ座標（ｘｍ，ｙｍ）から、近似曲面２７のＸＹ座標における変位量ｈであるＺ座標（ｚｍ）を算出する。このＺ座標（ｚｍ）が、実装点ｍに実装される部品３の実装高さの補正量となる。基板２に部品３を実装する際、制御部２０は算出した補正量に基づいてノズル昇降機構１４の駆動を制御する。なお、近似曲面２７の精度は、高さセンサ１７による測定点Ｓｎの測定精度に左右される。すなわち、レーザ光を測定点Ｓｎに正確に入射させることで、実際の基板２の上面の形状をより正確に表した近似曲面２７を算出することができる。一方、レーザ光の入射位置が測定点Ｓｎからずれると、測定点Ｓｎの近傍にランド等が形成されている場合、基板２ではなく、ランド等の高さを測定してしまうことが生じ、算出される近似曲面２７と実際の基板２の上面の形状に誤差が生じる。

位置調整部２５は、ターゲットＴｎにレーザ光を入射させるために高さセンサ１７の位置を調整するものであり、判定部２５ａを含んで構成される。判定部２５ａは、治具基板１８に投射されたレーザ光（反射光）の受光部１７ｂによる受光状態、すなわち受光部１７ｂがレーザ光を受光したか否かに基づき、投光部１７ａから投射されたレーザ光がターゲットＴｎに入射したか否かを判定する。本実施の形態では、受光部１７ｂがレーザ光を受光しなかった場合、判定部２５ａはターゲットＴｎにレーザ光が入射したと判定する。受光部１７ｂがレーザ光を受光した場合、判定部２５ａはターゲットＴｎにレーザ光が入射しなかったと判定する。このとき、位置調整部２５はＹ軸ビーム１０とＸ軸ビーム１１の駆動を制御して高さセンサ１７を水平方向に所定量だけ移動させる。これにより、高さセンサ１７の位置が調整される。

補正値算出部２６は、基準測定位置［Ｑｎ］と、ターゲットＴｎにレーザ光を入射させるために高さセンサ１７が基準測定位置［Ｑｎ］から移動した位置とのずれ量に基づいて、高さセンサ１７の水平方向における測定位置［Ｐｎ］の補正値を算出する。基板２上の測定点Ｓｎの高さを測定する際、高さセンサ１７は補正値を加味した測定位置［Ｐｎ］に位置合わせされる。

本実施の形態における部品実装装置１は以上のように構成される。次に図６を参照して、部品実装装置１における高さセンサ１７の測定位置［Ｐｎ］の補正方法について説明する。まず、基板搬送機構７は治具基板１８を搬送して所定の位置に位置決めする（ＳＴ１：治具基板位置決め工程）。この工程では、基板２の位置の補正も併せて行われる。すなわち、治具基板１８が位置決めされた状態で、基板認識カメラ１５は治具基板１８に形成されたマークを撮像する。認識処理部２３は、取得した画像の認識結果に基づいてマークを検出する。制御部２０は、マークの検出結果に基づいて治具基板１８の位置ずれ量を算出し、位置ずれ量に基づいて基板搬送機構７を制御して治具基板１８の位置を補正する。これにより、治具基板１８はデータ上で規定される所定の位置に正確に位置決めされる。

治具基板１８の位置決めは次のようにして行ってもよい。すなわち、オペレータは治具基板１８を所定の位置にセットする。基板認識カメラ１５は、オペレータによってセットされた治具基板１８に形成されたマークを撮像する。認識処理部２３は、取得した画像の認識結果に基づいてマークを検出する。制御部２０は、マークの検出結果に基づいて治具基板１８の位置ずれ量を算出し、位置ずれ量に基づいて基板搬送機構７を制御して治具基板１８の位置を補正する。

次いで、制御部２０は、記憶部２１に記憶された基準測定位置［Ｑｎ］に基づいてＹ軸ビーム１０とＸ軸ビーム１１を制御することにより、高さセンサ１７を所望のターゲットＴｎに対応した基準測定位置［Ｑｎ］に位置合わせする（ＳＴ２：第１の位置合わせ工程）。本例では、径が最も大きい第１のターゲットＴ１に対応した基準測定位置［Ｑ１］に高さセンサ１７を位置合わせする。

次いで、高さセンサ１７は制御部２０からの指令を承け、レーザ光を第１のターゲットＴ１に向けて投射する（ＳＴ３：投射工程）。図７（ａ）（１），（２）は、基準測定位置［Ｑ１］に位置合わせされた高さセンサ１７からレーザ光を投射したときの治具基板１８の上面１８ａの高さ位置におけるレーザ光の入射位置Ｒ１を示している。入射位置Ｒ１は第１のターゲットＴ１の中心Ｃ１から所定量（ｄｘ，ｄｙ）だけずれているが、第１のターゲットＴ１の範囲内にある。このような入射位置Ｒ１のずれは、実装ヘッド１２に対する高さセンサ１７の取り付け位置のずれ等が要因として挙げられる。

次いで、判定部２５ａは高さセンサ１７によるレーザ光（反射光）の受光状態に応じて、レーザ光が第１のターゲットＴ１に入射したか否かを判定する（ＳＴ４：入射有無判定工程）。（ＳＴ４）でターゲットＴ１に入射しなかったと判定された場合（図６で示す「Ｎｏ」の場合）、位置調整部２５はＹ軸ビーム１０とＸ軸ビーム１１を制御して、高さセンサ１７を所望の水平方向に所定量だけ移動させる（ＳＴ５：高さセンサ移動工程）。このとき、高さセンサ１７はレーザ光を投射した状態のまま移動される。これにより、高さセンサ１７の水平方向における位置が変更されるとともに、治具基板１８の上面１８ａにおけるレーザ光の入射位置も変更される。その後、レーザ光が第１のターゲットＴ１に入射するまで（ＳＴ４），（ＳＴ５）が繰り返される。

このように、（ＳＴ４），（ＳＴ５）は、高さセンサ１７を基準測定位置［Ｑｎ］に位置合わせした状態において、ターゲットＴｎに向けて高さセンサ１７からレーザ光を投射し、反射光の受光状態に応じて、高さセンサ１７の水平方向における位置を調整する調整工程となっている。また、Ｙ軸ビーム１０、Ｘ軸ビーム１１、位置調整部２５は、高さセンサ１７を基準測定位置［Ｑｎ］に位置合わせした状態において、基板２の搬送経路上における所定の位置に位置決めされた治具基板１８に形成されたターゲットＴｎに向けて高さセンサ１７からレーザ光を投射し、反射光の受光状態に応じて、高さセンサ１７の水平方向における位置を調整する位置調整手段となっている。

（ＳＴ４）で第１のターゲットＴ１にレーザ光が入射したと判定された場合（図６で示す「Ｙｅｓ」の場合）、補正値算出部２６は高さセンサ１７の水平方向における補正値を算出する（ＳＴ６：算出工程）。具体的に述べると、補正値算出部２６は、レーザ光を第１のターゲットＴ１に入射させるために高さセンサ１７が基準測定位置［Ｑ１］から移動した量を、高さセンサ１７の水平方向における補正値として算出する。このように、この工程（ＳＴ６）では、高さセンサ１７の位置を調整することによって高さセンサ１７から投射されたレーザ光がターゲットＴｎに入射したときの高さセンサ１７の実際の位置と、当該ターゲットＴｎに対応する基準測定位置［Ｑｎ］とのずれ量に基づいて、高さセンサの水平方向における補正値を算出する。

次いで、制御部２０は算出工程（ＳＴ６）にて算出された補正値に基づいて、記憶部２１に記憶された高さセンサ１７の水平方向における測定位置［Ｐｎ］を補正する（ＳＴ７：補正工程）。これより、実装ヘッド１２に対する高さセンサ１７の取り付け位置がずれている場合でも、高さセンサ１７から投射されるレーザ光を測定点Ｓｎに正確に入射させることができる。次いで、制御部２０は補正値を記憶部２１に記憶する（ＳＴ８：記憶工程）。

次いで、制御部２０は、算出工程（ＳＴ６）において補正値の算出対象となったターゲットＴｎよりも小さい他のターゲットＴｎがあるか否かを判定する（ＳＴ９：ターゲット有無判定工程）。本実施の形態において、ターゲットＴｎの大小を決定する基準は径の大きさである。他のターゲットＴｎがないと判定された場合は（図６で示す「Ｎｏ」の場合）、高さセンサ１７の測定位置補正方法を終了する。

また、（ＳＴ９）で他にターゲットＴｎがあると判定された場合（図６で示す「Ｙｅｓ」の場合）、制御部２０はＹ軸ビーム１０とＸ軸ビーム１１を制御することにより、高さセンサ１７を当該他のターゲットＴｎに対応した基準測定位置［Ｑｎ］に位置合わせする（ＳＴ１０：第２の位置合わせ工程）。このとき、制御部２０は（ＳＴ６）で算出した補正値を加味してＹ軸ビーム１０とＸ軸ビーム１１の駆動を制御する。他のターゲットＴｎが複数ある場合、他のターゲットＴｎのうち最も径の大きいターゲットＴｎに高さセンサ１７を位置合わせする。本例では、第３のターゲットＴ３よりも径の大きい第２のターゲットＴ２に対応した基準測定位置［Ｑ２］に高さセンサ１７を位置合わせする。その後、（ＳＴ３）に戻り、以後、前述した工程を実行する。

以下、その後の工程について説明する。図７（ｂ）（１），（２）は、基準測定位置［Ｑ２］に位置合わせされた高さセンサ１７からレーザ光を投射したときの治具基板１８の上面１８ａにおけるレーザ光の入射位置Ｒ２を示す。本例では、高さセンサ１７の位置を調整せずに第１のターゲットＴ１にレーザ光が入射したので、高さセンサ１７を基準測定位置［Ｑ２］に位置合わせする際の補正値はゼロである。

図７（ｂ）（１），（２）に示すように、治具基板１８の上面１８ａにおけるレーザ光の入射位置Ｒ２は第２のターゲットＴ２から外れている。このような場合、レーザ光は治具基板１８の上面１８ａで反射して受光部１７ｂに入射する。したがって、判定部２５ａは受光部１７ｂがレーザ光（反射光）を受光したと判定し（ＳＴ４）、この判定を承けて高さセンサ１７は水平方向に移動する（ＳＴ５）。そして、高さセンサ１７から投射されるレーザ光が第２のターゲットＴ２に入射するまで、高さセンサ１７の水平方向における位置が調整される。この調整工程が実行されることにより、治具基板１８の上面１８ａにおけるレーザ光の入射位置は第２のターゲットＴ２の中心Ｃ２に近づく。

図７（ｃ）（１），（２）は、高さセンサ１７の水平方向における位置が調整されたことで、第２のターゲットＴ２にレーザ光が入射するようになった状態、言い換えれば、治具基板１８の上面１８ａにおけるレーザ光の入射位置Ｒ３が第２のターゲットＴ２の範囲内に含まれるようになった状態を示している。この場合、判定部２５ａは治具基板１８に投射されたレーザ光を受光部１７ｂが受光しなかったと判定する（ＳＴ４）。また、高さセンサ１７の位置の調整後におけるレーザ光の入射位置Ｒ３と、調整前におけるレーザ光の入射位置Ｒ２のずれ（ｄｘ１，ｄｙ１）は、基準測定位置［Ｑ２］に対する高さセンサ１７の移動量と等しい。判定部２５ａによる前述の判定（レーザ光を受光部１７ｂが受光しなかったとの判定）を承けて、補正値算出部２６は基準測定位置［Ｑ２］に対する高さセンサ１７の移動量を高さセンサ１７の測定位置［Ｐｎ］の補正値として算出する（ＳＴ５）。すなわち、算出工程（ＳＴ５）は、判定工程（ＳＴ４）において他のターゲットがあると判定した場合、高さセンサ１７から投射されたレーザ光が当該他のターゲットＴｎに入射したときの高さセンサ１７の実際の位置と他のターゲットＴｎの基準測定位置［Ｑｎ］とのずれ量に基づいて高さセンサ１７の水平方向における補正値を算出する。次いで、制御部２０は補正値に基づいて記憶部２１に記憶された測定位置［Ｐｎ］を補正し（ＳＴ８）、補正値を記憶部２１に記憶する（ＳＴ９）。その後、本例では第３のターゲットＴ３を対象として同様の工程が繰り返し実行される。

図８は、第１のターゲットＴ１、第２のターゲットＴ２、第３のターゲットＴ３を、それぞれの中心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が一致するように重ね合わせたイメージ図である。図８に示すように、第３のターゲットＴ３を対象として高さセンサ１７の水平方向における位置を調整した後のレーザ光の入射位置Ｒ４は、第３のターゲットＴ３の中心Ｃ３に近づく。このように、治具基板１８の上面１８ａにおけるレーザ光の入射位置をターゲットＴｎの中心Ｃｎに近づけることで、実装ヘッド１２に対する高さセンサ１７の取り付け位置の誤差を補正して、高さセンサ１７から投射されるレーザ光を測定点Ｓｎに正確に入射させることができる。また、レーザ光が入射し易いターゲットＴｎから順に高さセンサ１７の位置調整を行うことで、ターゲットＴｎにレーザ光を効率的に入射させて作業タクトを向上させることができる。

次に、図９のフローチャートを参照して、部品実装方法について説明する。まず、基板搬送機構７は上流側から搬入された基板２をＸ方向に搬送して所定の作業位置に位置決めする（ＳＴ１１：基板位置決め工程）。次いで、高さセンサ１７は基板２に設定された測定点Ｓｎに対応する測定位置［Ｐｎ］まで移動する（ＳＴ１２：高さセンサ移動工程）。このとき、制御部２０は記憶部２１に記憶された補正値に基づいてＹ軸ビーム１０とＸ軸ビーム１１の駆動を制御する。次いで、高さセンサ１７は測定点Ｓｎに向けてレーザ光を投射し、その反射光を受光することで基板２の高さを測定する（ＳＴ１３：高さ測定工程）。次いで、制御部２０は未測定の測定点Ｓｎがあるか否かを判定する（ＳＴ１４：未測定箇所有無判定工程）。未測定の測定点Ｓｎがある場合は（図９で示す「Ｙｅｓ」の場合）、（ＳＴ１２）に戻る。

（ＳＴ１４）において未測定の測定点Ｓｎがないと判定された場合（図９で示す「Ｎｏ」の場合）、反り算出部２４は全ての測定点Ｓｎの高さの測定結果に基づいて変位量ｈを演算する。そして、反り算出部２４は演算した変位量ｈに基づいて近似曲面２７を算出し、これにより基板２の上面の反りを算出する（ＳＴ１５：反り算出工程）。なお、測定位置［Ｐｎ］が補正されることで、高さセンサ１７は測定点Ｓｎにレーザ光を正確に入射することができるので、算出される近似曲面２７の精度は向上する。

次いで、実装ヘッド１２による部品３の実装動作が実行される（ＳＴ１６：実装工程）。すなわち、実装ヘッド１２はテープフィーダ９から部品３を取り出した後、基板２の上方まで移動する。次いで、吸着ノズル１３は基板２に対して下降し、基板２の上面に部品３を実装する。このとき、制御部２０は近似曲面２７から部品３の実装高さの補正量を算出し、その補正量に基づいてノズル昇降機構１４の駆動を制御する。

以上説明したように、本実施の形態における部品実装装置１によれば、近似曲面２７の精度に影響を及ぼす高さセンサ１７の測定位置［Ｐｎ］の精度を向上させることができる。そして、近似曲面２７の精度を向上させることにより、基板２の上面の反りに応じて部品３の実装高さを適切に補正して実装品質を向上させることができる。特に、基板２の高さを測定する高さセンサ１７として、レーザ光の光軸の径が小さい正反射式のものを採用する場合に顕著な効果を奏する。

本発明はこれまで説明した実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、治具基板はターゲットが設けられた領域とそれ以外の領域との間で反射率が一定以上異なるものであればよい。図１０は、その他の実施の形態における治具基板１８Ａを示す。治具基板１８Ａの上面には、ターゲットとして径の異なる複数の円形部材３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設けられている。治具基板１８Ａの上面は、円形部材３０ａ〜３０ｃの上面よりも反射率の高い材料が用いられる。なお、円形部材３０ａ〜３０ｃの上面の反射率を治具基板１８Ａの上面の反射率よりも高く設定してもよい。反射率をこのように設定した場合、判定部２５ａは高さセンサ１７が一定量のレーザ光を受光したときに、ターゲットにレーザ光が入射したと判定する。また、ターゲットＴｎは円形である必要はなく、例えば矩形であってもよい。

本発明によれば、実装品質を向上させることができるという効果を有し、電子部品実装分野において有用である。

１部品実装装置
２基板
３部品
７基板搬送機構
８部品供給部
１０Ｙ軸ビーム
１１Ｘ軸ビーム
１２実装ヘッド
１７高さセンサ
１８，１８Ａ治具基板
２５位置調整部
２６補正値算出部
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ円形部材
Ｐｎ測定位置
Ｑｎ基準測定位置
Ｓｎ測定点
Ｔｎ（ｎ＝１，２，３）ターゲット

Claims

基板を搬送して所定の作業位置に位置決めする基板搬送位置決め機構と、
部品供給部から取り出した部品を前記作業位置に位置決めされた基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドを水平方向に移動させる実装ヘッド移動機構と、前記実装ヘッドに取り付けられ、所定の測定位置から基板に設定された測定点にレーザ光を投射してその反射光を受光することにより前記測定点の高さを測定する高さセンサとを備えた部品実装装置において、
前記高さセンサの前記測定位置を補正する部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法であって、
ターゲットが形成された治具基板を基板の搬送経路上における前記作業位置に位置決めする治具基板位置決め工程と、
前記高さセンサを基準測定位置に位置合わせした状態において、前記ターゲットに向けて前記高さセンサからレーザ光を投射し、反射光の受光状態に応じて、前記高さセンサの水平方向における位置を調整する調整工程と、
前記高さセンサの位置を調整することによって前記高さセンサから投射されたレーザ光が前記ターゲットに入射したときの前記高さセンサの位置と前記基準測定位置とのずれ量に基づいて前記高さセンサの水平方向における補正値を算出する算出工程と、
前記算出工程にて算出された補正値に基づいて前記高さセンサの水平方向における前記測定位置を補正する補正工程と、
を含む部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法。
前記治具基板には大きさの異なる複数の前記ターゲットが形成されており、
前記算出工程において前記補正値の算出対象となったターゲットよりも小さい他のターゲットがあるか否かを判定する判定工程と、をさらに含み、
前記算出工程は、前記判定工程において他のターゲットがあると判定した場合、前記高さセンサから投射されたレーザ光が当該他のターゲットに入射したときの前記高さセンサの位置と前記他のターゲットの基準測定位置とのずれ量に基づいて前記高さセンサの水平方向における補正値を算出する、請求項１に記載の部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法。
前記高さセンサは、正反射式である、請求項１又は２に記載の部品実装装置における高さセンサの測定位置補正方法。
基板を搬送して所定の作業位置に位置決めする基板搬送位置決め機構と、
部品供給部から取り出した部品を前記作業位置に位置決めされた基板に実装する実装ヘッドと、
前記実装ヘッドを水平方向に移動させる実装ヘッド移動機構と、
前記実装ヘッドに取り付けられ、所定の測定位置から基板に設定された測定点にレーザ光を投射してその反射光を受光することにより前記測定点の高さを測定する高さセンサと、
前記高さセンサを基準測定位置に位置合わせした状態において、基板の搬送経路上における前記作業位置に位置決めされた治具基板に形成されたターゲットに向けて前記高さセンサからレーザ光を投射し、反射光の受光状態に応じて、前記高さセンサの水平方向における位置を調整する位置調整手段と、
前記高さセンサの位置を調整することによって前記高さセンサから投射されたレーザ光が前記ターゲットに入射したときの前記高さセンサの位置と前記基準測定位置とのずれ量に基づいて前記高さセンサの水平方向における補正値を算出する算出部と、を備え、
前記算出部にて算出された補正値に基づいて前記高さセンサの水平方向における前記測定位置を補正する、部品実装装置。
前記治具基板には大きさの異なる複数の前記ターゲットが形成されており、
前記算出部において前記補正値の算出対象となったターゲットよりも小さい他のターゲットがあるか否かを判定する判定部をさらに含み、
前記算出部は、前記判定部において他のターゲットがあると判定した場合、前記高さセンサから投射されたレーザ光が当該他のターゲットに入射したときの前記高さセンサの位置と前記他のターゲットの基準測定位置とのずれ量に基づいて前記高さセンサの水平方向における補正値を算出する、請求項４に記載の部品実装装置。