JP6745170B2

JP6745170B2 - 実装装置、キャリブレーション方法及びキャリブレーションプログラム

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Publication number: JP6745170B2
Application number: JP2016167269A
Authority: JP
Inventors: 智仁松井
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: JP2018037464A

Description

本発明は、ノズルのキャリブレーションを実施する実装装置、キャリブレーション方法及びキャリブレーションプログラムに関する。

実装装置では、ノズルに持ち上げられた部品がセンサユニット等で形状認識された後に、センサユニットの認識高さから基板上の実装高さまでノズルを降ろすことで、基板に対して部品が実装されている。しかしながら、実装装置のノズルシャフトは加工精度または組立て精度の問題に起因して部品の実装位置にズレが生じている。このため、実装装置ではノズルシャフトの曲げ等に起因したズレを補正するために、基板の実生産が開始される前にキャリブレーションが実施されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−００２２３０号公報

ところで、通常のキャリブレーションでは、基板上に部品を実際に実装して、基板上の部品を上方から撮像することで部品の装着位置の補正値を割り出している。しかしながら、このキャリブレーションでは、基板上の部品の撮像画像によって二次的に補正値を割り出しており、部品外形のバラツキ等の多くの測定誤差を含んでしまっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ノズルの実装動作のキャリブレーションを精度よく実施することができる実装装置、キャリブレーション方法及びキャリブレーションプログラムを提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の実装装置は、ノズルによってセンサユニットの認識高さに部品を持ち上げて認識し、前記ノズルを実装高さまで降ろして基板に実装する実装装置であって、前記センサユニットは、キャリブレーション時に、前記実装装置に対して前記認識高さから前記実装高さまで昇降可能に設置され、前記キャリブレーション時に、前記センサユニットを前記認識高さから前記実装高さまで、昇降させる昇降機構と、前記センサユニットが前記認識高さにある際の前記認識高さでの前記ノズルの先端形状と、前記センサユニットが前記実装高さにある際の前記実装高さでの前記ノズルの先端形状とを、前記センサユニットに認識させて前記ノズルの先端位置を測定する測定部と、前記センサユニットが前記認識高さで測定した前記ノズルの先端位置と前記センサユニットが前記実装高さで測定した前記ノズルの先端位置との水平方向のズレから補正値を算出する算出部とを備え、前記補正値に基づいて、前記認識高さから前記実装高さへの移動に伴う前記ノズルの水平方向のズレを補正することを特徴とする。

本発明の一態様のキャリブレーション方法は、ノズルによってセンサユニットの認識高さに部品を持ち上げて認識し、前記ノズルを実装高さまで降ろして基板に実装する実装装置のキャリブレーション方法であって、実装高さ位置にある際、前記センサユニットに、前記認識高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて前記ノズルの先端位置を測定するステップと、前記センサユニットが前記実装高さに降りた際、前記センサユニットに、前記実装高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて前記ノズルの先端位置を測定するステップと、前記認識高さでの前記ノズルの先端位置と前記実装高さでの前記ノズルの先端位置との水平方向のズレから補正値を算出するステップとを有し、前記補正値に基づいて、前記認識高さから前記実装高さへの移動に伴う前記ノズルのズレを補正することを特徴とする。

これらの構成によれば、部品認識用のセンサユニットによって認識高さでノズルの先端位置が直に測定されると共に、基板上面に相当する実装高さでノズルの先端位置が直に測定される。このため、認識高さ及び実装高さでのノズルの先端位置の測定誤差が低減され、ノズルが認識高さから実装高さまで下降したときのノズルの水平方向のズレから補正値が精度よく算出される。このように、センサユニットを用いることで、簡易な構成で精度よくキャリブレーションを実施することができる。

上記の実装装置において、前記センサユニットが光を照射する照射部と部品を認識する認識部とを水平方向で対向させて配置されている。この構成によれば、認識基準面と基板上面でのノズルの先端位置を測定することができる。

上記の実装装置において、部品が高さ寸法毎にカテゴリ分けされており、前記昇降機構が、基板に実装される部品のカテゴリに応じて前記センサユニットの認識高さを可変する。この構成によれば、センサユニットの認識高さを部品の高さ寸法に応じて適切に調節することで、実生産時のノズルのストロークを最小限に抑えて基板の生産効率を向上させることができる。

上記の実装装置において、前記ノズルが実生産用のノズルである。この構成によれば、実生産用のノズルをキャリブレーションに使用することでノズルの交換が発生せず、ノズルの着脱等によるズレを無くすことができる。特に微小チップ部品はノズルの着脱に起因した僅かなズレであっても強く影響を受けるため、実生産用のノズルは微小チップ部品を実装する際のキャリブレーションに有効である。

上記の実装装置において、前記ノズルがキャリブレーション用の治具ノズルである。この構成によれば、キャリブレーション用の治具ノズルを使用することで、複数種類のノズルの先端位置の平均的なズレを算出することができる。よって、ノズル毎にキャリブレーションを実施する必要がなく、作業効率を向上させることができる。

上記の実装装置において、前記算出部が、前記ノズルを実装エリアまで水平移動させた状態で前記ノズルの先端位置の水平方向の動的なズレから補正値を算出しており、前記認識高さから前記実装高さへの移動及び前記実装エリアへの水平移動に伴う前記ノズルの水平方向のズレを補正する。この構成によれば、ノズルを実装動作させたときの慣性力を考慮した動的なズレに基づいて、ノズルの水平方向のズレを精度よく補正することができる。

上記の実装装置において、前記実装エリアで基板上の基準マークを上方から撮像する基板撮像部を備え、前記実装エリアには基板を下方から支えるバックアップピンが設けられ、前記バックアップピンの上端面には基準マークが付されており、前記実装エリアに基板が無い状態で、前記測定部が前記センサユニットに前記バックアップピンのピン形状を認識させて前記バックアップピンの位置を測定させ、前記基板撮像部に前記バックアップピンの基準マークを撮像させることで、前記センサユニットに設定された座標系と前記基準マークに基づいて基板に設定される座標系とが関連付けられる。この構成によれば、センサユニットに設定された座標系と基板に設定された座標系が関連付けられ、センサユニットで測定したノズルの先端位置の水平方向のズレが、基準マークに基づいて基板に設定される座標系のズレに変換される。

上記の実装装置において、生産停止中に自動的にキャリブレーションを実施する。この構成によれば、メンテナンス時等の稼働していない時間に自動的にノズルが補正されるため、作業者によるキャリブレーション作業の負担を軽減することができる。

本発明の一態様のキャリブレーションプログラムは、ノズルによってセンサユニットの認識高さに部品を持ち上げて認識し、前記ノズルを実装高さまで降ろして基板に実装する実装装置のキャリブレーションプログラムであって、前記センサユニットが前記認識高さにある際、前記センサユニットに、前記認識高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて前記ノズルの先端位置を測定するステップと、前記センサユニットが前記実装高さに降りた際、前記センサユニットに、前記実装高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて前記ノズルの先端位置を測定するステップと、前記認識高さでの前記ノズルの先端位置と前記実装高さでの前記ノズルの先端位置との水平方向のズレから補正値を算出するステップとを前記実装装置に実行させ、前記補正値に基づいて、前記認識高さから前記実装高さへの移動に伴う前記ノズルのズレを補正することを特徴とする。この構成によれば、実装装置にプログラムをインストールすることで、簡易かつ精度がよいキャリブレーション機能を実装装置に追加することができる。

本発明によれば、認識高さでのノズルの先端位置と実装高さでのノズルの先端位置がセンサユニットによって直に測定されることで、簡易かつ精度よくノズルの実装動作のキャリブレーションを実施することができる。

本実施の形態の実装装置全体を示す模式図である。比較例のキャリブレーションの説明図である。本実施の形態の実装ヘッドの斜視図である。本実施の形態のヘッド本体を取り外した実装ヘッドの斜視図である。本実施の形態のセンサユニットの斜視図である。本実施の形態の実装装置の制御ブロック図である。本実施の形態の認識高さとノズルとの位置関係を示す図である。本実施の形態のキャリブレーション方法を示すフローチャートである。本実施の形態の動的キャリブレーションの説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態の実装装置について説明する。図１は、本実施の形態の実装装置全体を示す模式図である。図２は、比較例のキャリブレーションの説明図である。なお、本実施の形態の実装装置は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

図１に示すように、実装装置１は、フィーダ１０によって供給された各種部品を、実装ヘッド４０によって基板Ｗの所定位置に実装するように構成されている。実装装置１の基台２０の略中央には、Ｘ軸方向に基板Ｗを搬送する基板搬送部２１が配設されている。基板搬送部２１は、Ｘ軸方向の一端側から部品実装前の基板Ｗを実装ヘッド４０の下方に搬入して位置決めし、部品実装後の基板ＷをＸ軸方向の他端側から装置外に搬出している。また、基台２０上には、基板搬送部２１を挟んだ両側に多数のフィーダ１０がＸ軸方向に横並びに配置されている。

フィーダ１０にはテープリール１１が着脱自在に装着され、テープリール１１には各種部品をパッケージングしたキャリアテープが巻回されている。各フィーダ１０は、装置内に設けられたスプロケットホイールの回転によって実装ヘッド４０にピックアップされる受け渡し位置に向けて順番に部品を繰り出している。実装ヘッド４０の受け渡し位置では、キャリアテープから表面のカバーテープが剥離され、キャリアテープのポケット内の部品が外部に露出される。なお、部品は基板Ｗに対して実装可能であれば、特に電子部品等に限定されない。

基台２０上には、実装ヘッド４０をＸ軸方向及びＹ軸方向に水平移動させる水平移動機構３０が設けられている。水平移動機構３０は、Ｙ軸方向に延びる一対のＹ軸駆動部３１と、Ｘ軸方向に延びるＸ軸駆動部３２とを有している。一対のＹ軸駆動部３１は基台２０の四隅に立設した支持部（不図示）に支持されており、Ｘ軸駆動部３２は一対のＹ軸駆動部３１にＹ軸方向に移動可能に設置されている。また、Ｘ軸駆動部３２上には実装ヘッド４０がＸ軸方向に移動可能に設置されており、Ｘ軸駆動部３２とＹ軸駆動部３１とによって、実装ヘッド４０がフィーダ１０と基板Ｗとの間を往復移動される。

実装ヘッド４０には、横並びのフィーダ１０から複数の部品を同時吸着する複数のノズル４１が設けられている。実装ヘッド４０には、基板Ｗからの高さを検出する高さセンサ４２と、ノズル４１による部品の吸着状態を認識するセンサユニット４３（図３参照）とが設けられている。高さセンサ４２では、基板Ｗからノズル４１までの高さが検出されてノズル４１の上下方向の移動量が制御される。センサユニット４３では、部品に対して水平方向から照射された光（ＬＥＤ光、レーザー光）によって部品の吸着状態が認識されて、ノズル４１の吸着位置や吸着向きが補正される。

また、実装ヘッド４０には、基板Ｗ上の基準マークとしてのＢＯＣマークを真上から撮像する基板撮像部４４と、ノズル４１による部品の搭載動作を斜め上方から撮像するノズル撮像部４５とが設けられている。基板撮像部４４では、ＢＯＣマークの撮像画像に基づいて基板Ｗに座標系が設定されると共に、基板Ｗの位置や反り等が認識される。ノズル撮像部４５では、フィーダ１０に対する部品の吸着前後が撮像される他、基板Ｗの載置面に対する部品の実装前後が撮像されて、ノズル４１による部品の吸着有無、基板Ｗにおける部品の実装有無が検査される。

実装装置１の基台２０上には、部品の種類毎にノズル４１を用意した自動交換機（ATC: Automatic Tool Changer）１３が設けられている。自動交換機１３には、実生産で使用されるノズル４１の他、キャリブレーションで使用可能な治具ノズル（不図示）が用意されている。治具ノズルは、リジッドな先端を有しており、実生産用のノズル４１と比較して高精度に形成されている。実装ヘッド４０が自動交換機１３まで移動することで、装着中のノズル４１を取り外して別のノズル４１に着け替えることが可能になっている。なお、実装ヘッド４０及びキャリブレーションの詳細については後述する。

また、実装装置１には、装置各部を統括制御する制御部８０が設けられている。制御部８０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等によって構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成されている。また、メモリには、実装装置１全体の制御プログラムの他、後述するキャリブレーション方法を実装装置１に実行させるキャリブレーションプログラムが記憶されている。このように構成された実装装置１では、基板Ｗに対して部品を実装する実生産前に、ノズルの実装動作のキャリブレーションが実施される。

ところで、図２Ａの比較例に示すように、ノズルシャフトには加工精度に起因した曲げが生じているため、ノズル９０が上下に移動する間に部品Ｐの実装位置にズレが生じている。この場合、部品Ｐの実装高さにおける実装位置（ＸＹ座標）を検出するために、検査用の基板（不図示）に部品Ｐを実際に実装して、上方から部品Ｐの実装位置を撮像することでキャリブレーションが実施される。しかしながら、このキャリブレーションでは、検査用の基板と部品Ｐを用意して実装動作を実施しなければならず、キャリブレーション後の基板や部品Ｐが無駄になっていた。

一方、図２Ｂの他の比較例に示すように、基板Ｗから外れた位置でノズル９０に吸着された部品Ｐを実装高さに位置付けて、部品Ｐを下方から撮像することでキャリブレーションを実施する方法も考えられる。しかしながら、ノズル９０によって実装高さに位置付けられた部品Ｐを下方から撮像するためには、撮像装置９１を低い位置に配置して十分な焦点距離を確保しなければならない。このように、撮像装置９１によって実装高さで部品Ｐの実装位置を検出することができるものの、撮像装置９１の配置高さの制約によって実装装置の装置構成が複雑になるという問題があった。

そこで、本実施の形態の実装装置１では、センサユニット４３を用いてキャリブレーションを実施している。この場合、センサユニット４３を昇降可能にして認識高さ及び実装高さに位置付けられたノズル４１の先端位置を直に測定し、ノズル４１の先端を認識高さから実装高に降ろされたときの水平方向のズレを検出している。これにより、キャリブレーション時に検査用の基板や部品Ｐを用意する必要がなく、さらに焦点距離の制約によって装置構成が複雑になることがない。

以下、図３から図５を参照して、本実施の形態の実装ヘッドの構成について説明する。図３は、本実施の形態の実装ヘッドの斜視図である。図４は、本実施の形態のヘッド本体を取り外した実装ヘッドの斜視図である。図５は、本実施の形態のセンサユニットの斜視図である。

図３及び図４に示すように、実装ヘッド４０は、ベース５１を介してレール状のＸ軸駆動部３２にスライド可能に設置され、ベース５１の前面にヘッド本体５２とセンサユニット４３を取り付けて構成されている。ヘッド本体５２には、複数のノズル４１（図１参照）が横一列に並んで設けられている。各ノズル４１にはＺ軸モータ５３及びθモータ（不図示）が連結されており、Ｚ軸モータ５３によってノズル４１が上下に昇降されると共に、θモータによってノズル４１が軸回りに回転される。また、ヘッド本体５２には、各ノズル４１を吸引源に連ねる管路や継手が形成されている。

センサユニット４３は、ベース５１の前面に昇降機構７０を介して昇降可能に取り付けられており、昇降機構７０に連結された支持部材５６の下部で照射部５７と認識部５８とを支持している。照射部５７及び認識部５８は水平方向で対向しており、照射部５７から光（ＬＥＤ光、レーザー光等）が照射される。照射部５７は水平一方向（Ｘ方向）に沿ってＬＥＤが配置されている。また、認識部５８にはカメラが配置されており撮像を行い、その画像を解析して、測定対象としての部品の形状や、ノズル４１の形状等を認識する。昇降機構７０によってセンサユニット４３が昇降されることで、センサユニット４３の認識高さが可変される。実生産時にはノズル４１に持ち上げられた部品がセンサユニット４３に認識され、キャリブレーション時にはノズル４１の先端形状がセンサユニット４３に認識される。

図４及び図５に示すように、支持部材５６は、ベース５１の前方側で照射部５７を支持する前方板６１と、ベース５１の後方側で認識部５８を支持する後方板６２とが左右両端の側板６３で連結されている。前方板６１と後方板６２の下面には光の反射を抑えるディフューザー６４が取り付けられている。前方板６１と後方板６２の間にはノズル４１が入り込む開口６５が形成されており、開口６５から露出したディフューザー６４にはノズル４１が挿通される円形穴６６が形成されている。後方板６２の上面には一対の柱部を介して連結台６７が設けられており、センサユニット４３が連結台６７を介してベース５１の前面の昇降機構７０に連結されている。

連結台６７の中央には、昇降機構７０のボールネジ７３に螺合されるナット部６８が形成されている。連結台６７の左右両側は一対の復帰バネ７５を介してベース５１の前面に接続されており、復帰バネ７５のバネ力によって連結台６７を介してセンサユニット４３が支持されている。左右一対の側板６３には上方に延びるレール６９が設けられており、各レール６９はベース５１の前面に固定された一対のガイド７６に挟み込まれている。各レール６９が一対のガイド７６に挟み込まれた状態で摺動することで、一対のガイド７６によってセンサユニット４３の昇降がガイドされる。

昇降機構７０の駆動モータ７１（サーボモータ）にはカップリング７２を介してボールネジ７３が接続されており、ボールネジ７３がナット部６８に螺合されることで昇降機構７０がセンサユニット４３に接続されている。この昇降機構７０では、駆動モータ７１によってボールネジ７３が回転されることで、復帰バネ７５のバネ力に抗してセンサユニット４３が一対のガイド７６に沿って降ろされる。また、昇降機構７０では、駆動モータ７１によってボールネジ７３が逆回転されることで、センサユニット４３が一対のガイド７６に沿って持ち上げられる。センサユニット４３の昇降時には、復帰バネ７５によってセンサユニット４３の移動時の微振動が抑えられている。

駆動モータ７１を駆動させる際には復帰バネ７５のバネ力に抗してセンサユニット４３を降ろさなければならないため、駆動モータ７１の駆動時の消費電力が大きくなる。しかしながら、センサユニット４３はキャリブレーション時に一時的に動かされるだけであり、通常はセンサユニット４３が一定の高さで停止されている。センサユニット４３を落ちないように停止させ続けるためには駆動モータ７１に電力を供給する必要があるが、一対の復帰バネ７５でセンサユニット４３が支えられているため消費電力が低減される。よって、全体として駆動モータ７１の消費電力が低減されている。

また、実装ヘッド４０は、通常モードではソフト制御によって移動範囲が制限されて、トレイ等の突起物がある箇所には移動されない。しかしながら、非常停止時には実装ヘッド４０（図３参照）を手動で動かすことができるため、低い位置に降ろされた実装ヘッド４０を水平に動かすと、センサユニット４３が障害物に衝突する恐れがある。このため、昇降機構７０は、実装ヘッド４０の非常停止時にセンサユニット４３を上昇させて障害物との干渉を抑えるようにしている。この場合、駆動モータ７１の駆動が停止されて、駆動モータ７１のパワーが無くなることで、復帰バネ７５のバネ力によってセンサユニット４３が引き上げられる。

図６及び図７を参照して、実装装置の制御構成について説明する。図６は、本実施の形態の実装装置の制御ブロック図である。図７は、本実施の形態の認識高さとノズルとの位置関係を示す図である。なお、図６に示す実装装置の制御ブロック図は、本発明を説明するために簡略化したものであり、実装装置が通常備える構成については備えているものとする。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、実装装置１は、ノズル４１によって部品をセンサユニット４３の認識高さＨ１に持ち上げて認識し、ノズル４１を実装高さＨ２まで降ろすことで基板Ｗに部品を実装するように構成されている。この実装装置１は、基板Ｗに対して部品を実装する実生産前に、基板Ｗが存在しない位置、すなわち実装高さまで下降可能な位置で昇降機構７０によってセンサユニット４３を昇降させ、認識高さＨ１と実装高さＨ２でセンサユニット４３にノズル４１の先端位置を測定させてキャリブレーションを実施している。実装装置１の制御部８０には、キャリブレーションを実現する構成として、測定部８１と、算出部８２と、補正部８３とが設けられている。

測定部８１は、センサユニット４３に認識高さＨ１及び実装高さＨ２でノズル４１の先端形状を認識させてノズル４１の先端位置を測定している。この場合、昇降機構７０によってセンサユニット４３の照射部５７の光（可視光（ＬＥＤ光）、レーザ光）が認識高さＨ１及び実装高さＨ２に位置付けられ、照射された光によって認識高さＨ１に認識基準面、実装高さＨ２に基板上面がそれぞれ仮想的に形成される。そして、仮想的な認識基準面及び基板上面に対してノズル４１の先端を降ろすことで、認識高さＨ１及び実装高さＨ２でのノズル４１の先端形状が認識される。

測定部８１は、認識高さＨ１でのノズル４１の先端形状に基づいてノズル４１の先端位置を測定し、実装高さＨ２でのノズル４１の先端形状に基づいてノズル４１の先端位置を測定する。なお、本実施の形態では、ノズル４１の先端位置として回転中心（ＸＹ座標）が測定されるが、ノズル４１の先端位置は水平面内でノズル４１の先端を特定できる位置であればノズル４１の回転中心に限定されない。このように、基板Ｗが存在しない位置で、照射された光によって仮想的に基板上面を作り出すことで、実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置を直に測定することが可能になっている。

算出部８２は、認識高さＨ１でのノズル４１の先端位置と実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置との水平方向のズレから補正値を算出する。この場合、実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置のＸＹ座標から認識高さＨ１でのノズル４１の先端位置のＸＹ座標を差し引くことで、認識高さＨ１から実装高さＨ２にノズル４１を降ろしたときのノズル４１のズレが補正値として求められる。補正部８３は、このＸＹ座標のズレ分だけ認識高さＨ１でのノズル４１の水平位置を動かすことで、認識高さＨ１から実装高さＨ２への移動に伴うノズル４１の水平方向のズレを補正する。

なお、キャリブレーションは、キャリブレーション用の治具ノズル（不図示）を使用して実施されてもよいし、実生産用のノズル４１を使用して実施されてもよい。治具ノズルを使用してキャリブレーションすることで、複数種類のノズル４１の先端位置の平均的なズレを算出して、ノズル４１の水平方向のズレを補正することができる。よって、複数種類のノズル４１毎にキャリブレーションを実施する必要がなく、作業効率を向上させることができる。ただし、治具ノズルを使用する場合にはノズル４１の交換作業が発生するため、ノズル４１の着脱に起因したズレが生じる可能性がある。

この点、実生産用のノズル４１を使用してキャリブレーションすることで、ノズル４１の交換作業が発生せず、ノズル４１の着脱等によるズレを無くすことができる。特に微小チップ部品はノズル４１の着脱に起因した僅かなズレであっても強く影響を受けるため、実生産用のノズル４１は微小チップ部品を実装する際のキャリブレーションに有効である。また、生産停止中に自動的にキャリブレーションが実施されてもよい。これにより、メンテナンス時等の稼働していない時間に自動的にノズル４１が補正されるため、作業者によるキャリブレーション作業の負担を軽減することができる。

また、キャリブレーション時にはセンサユニット４３が実装高さＨ２まで降りるため、センサユニット４３の下降位置に気を付けなければ、基板Ｗやその他の装置部分にセンサユニット４３が衝突する恐れがある。このため、キャリブレーションに実行権限が設定され、実行権限が付与された作業者のみがキャリブレーションを実施するようにしてもよい。この場合、通常時はストッパ（不図示）によってセンサユニット４３の下降が規制され、実行権限が持った作業者がキャリブレーションを実施する場合のみセンサユニット４３の規制が解除されるようにする。

また、図７に示すように、部品Ｐは高さ寸法毎にカテゴリ分けされており、昇降機構７０（図５参照）によってセンサユニット４３が昇降されることで部品Ｐのカテゴリに応じた認識高さＨ１に可変されている。例えば、高さ寸法が小さな部品Ｐａ−Ｐｃと高さ寸法が大きな部品Ｐｄ−Ｐｆにカテゴリ分けされており、部品Ｐａ−Ｐｃと部品Ｐｄ−Ｐｆとでセンサユニット４３の認識高さＨ１が可変されている。このように、部品Ｐのカテゴリ毎にセンサユニット４３の認識高さＨ１が可変されることで、センサユニット４３が部品Ｐ等に干渉しない高さで基板Ｗに近づけられている。

部品Ｐａ−Ｐｃの実装時には、部品Ｐｄ−Ｐｆの高さ寸法よりも低く、部品Ｐａ−Ｐｃに干渉しないようにセンサユニット４３の認識高さＨ１が調節される。部品Ｐｄ−Ｐｆの実装時には、部品Ｐｄ−Ｐｆに干渉しないようにセンサユニット４３の認識高さＨ１が高く調節される。高さ寸法が大きな部品Ｐｄ−Ｐｆに合わせて、高さ寸法が小さな部品Ｐａ−Ｐｃの認識高さＨ１を基板Ｗから遠ざける必要がない。このため、高さ寸法が小さな部品Ｐの実装時のノズル４１のストロークを短くすることができ、実装動作に要するタクトタイムが短縮される。

図８を参照して、実装装置によるキャリブレーション方法について説明する。図８は、本実施の形態のキャリブレーション方法を示すフローチャートである。なお、以下に示すキャリブレーション方法は一例を示すものであり、適宜変更が可能である。また、実装装置には基板が搬入されていないものとする。また、ここでは説明の便宜上、図６の符号を適宜使用しながら説明する。

図８に示すように、キャリブレーションが実施されると、実装ヘッド４０（図１参照）が基板搬送部２１の一対のレール間の真上に移動される（ステップＳ０１）。基板搬送部２１の一対のレール間には基板Ｗが搬送されておらず、センサユニット４３が実装高さＨ２まで降ろされても基板Ｗに衝突することはない。次に、実生産で基板Ｗに実装される部品に応じて、センサユニット４３の認識高さＨ１が設定される（ステップＳ０２）。この場合、事前に用意された複数（例えば、４つ）の認識高さから、部品の高さ寸法のカテゴリに対応した認識高さＨ１が選択される。

次に、センサユニット４３の認識高さＨ１にノズル４１の先端が位置付けられることで、センサユニット４３によってノズル４１の先端形状が認識される（ステップＳ０３）。この場合、センサユニット４３の照明部５７からの光がノズル４１の先端に遮られ、認識高さＨ１でノズル４１が軸回りに１回転することでノズル４１の先端形状が認識される。次に、ノズル４１の先端形状の認識結果に基づいて、認識高さＨ１でのノズル４１の先端位置としてノズル４１の回転中心が測定される（ステップＳ０４）。

次に、昇降機構７０によってセンサユニット４３が実装高さＨ２に降ろされて、ノズル４１の先端が実装高さＨ２に位置付けられることで、センサユニット４３によってノズル４１の先端形状が認識される（ステップＳ０５）。この場合、センサユニット４３の投光部５７からの光がノズル４１の先端に遮られ、実装高さＨ２でノズル４１が軸回りに１回転することでノズル４１の先端形状が認識される。次に、ノズル４１の先端形状の認識結果に基づいて、実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置としてノズル４１の回転中心が測定される（ステップＳ０６）。

次に、認識高さＨ１でのノズル４１の先端位置と実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置との水平方向のズレから補正値が算出される（ステップＳ０７）。これにより、ノズル４１が認識高さＨ１から実装高さＨ２まで降ろされたときの水平方向の補正値が求められる。そして、実生産時に補正値に基づいてノズル４１の認識高さＨ１から実装高さＨ２への移動が補正される（ステップＳ０８）。このように、基板Ｗが存在しない位置で、光によって仮想的に基板上面を作り出すことで、ノズル４１の実装動作のキャリブレーションを精度よく実施することが可能になっている。

ところで、上記した静的なキャリブレーションでは、実装ヘッド（ノズル）の実装動作時に作用する慣性力が考慮されていない。実装ヘッドは重量物であるため、実装ヘッドが水平方向に高速移動することでノズルやノズルシャフトが傾いてしまう。そこで、本実施の形態では、ノズルに作用する慣性力を考慮した動的なキャリブレーションが実施されてもよい。図９は、本実施の形態の動的キャリブレーションの説明図である。

図９Ａに示すように、動的なキャリブレーションでは、実装ヘッド４０を実装エリアまで水平移動させた状態で、認識高さＨ１のノズル４１の先端位置と実装高さＨ２のノズル４１の先端位置のズレが求められる。すなわち、実際の実装動作と同様にノズル４１を認識エリアから実装エリアまで移動させ、ノズル４１を認識高さＨ１から実装高さＨ２まで降ろしたときのノズル４１の先端の水平方向の動的なズレから補正値が算出される。そして、この慣性力を考慮した補正値に基づいて、認識高さＨ１から実装高さＨ２への移動及び実装エリアへの水平移動に伴うノズル４１の水平方向のズレが補正される。

図９Ｂに示すように、ノズル４１の水平方向のズレは、センサユニット４３で設定された座標系で求められており、実際の基板Ｗ上ではノズル４１の水平方向のズレを特定することができない。このため、実装エリアで基板Ｗを下方から支えるバックアップピン１５の上端面にＢＯＣマークと同様な基準マークＭを付すことで、バックアップピン１５を介してセンサユニット４３で設定された座標系と基板Ｗに設定された座標系とを関連付けている。この場合、実装エリアに基板Ｗが存在しない状態でセンサユニット４３にバックアップピン１５の形状を認識させると共に、上記の基板撮像部４４（図１参照）にバックアップピン１５の基準マークＭを撮像させる。

そして、バックアップピン１５のピン形状からバックアップピン１５の位置を測定し、基準マークＭの撮像画像からバックアップピン１５の位置を測定することで、センサユニットユニット４３に設定された座標系と基板Ｗに設定された座標系が関連付けられる。このようにして、センサユニット４３で測定したノズル４１の先端位置の水平方向のズレが、基準マークＭに基づいて基板Ｗに設定される座標系のズレに変換される。そして、基板Ｗに設定される座標系でノズル４１の動的なズレを補正することで、より高精度なキャリブレーションを実施することが可能になっている。

以上のように、本実施の形態の実装装置１では、部品認識用のセンサユニット４３によって、認識高さＨ１でノズル４１の先端位置が直に測定されると共に、基板上面に相当する実装高さＨ２でノズル４１の先端位置が直に測定される。このため、認識高さＨ１及び実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置の測定誤差が低減され、ノズル４１が認識高さＨ１から実装高さＨ２まで下降したときのノズル４１の水平方向のズレから補正値が精度よく算出される。このように、センサユニット４３を用いることで、簡易な構成で精度よくキャリブレーションを実施することができる。また、キャリブレーション用の基板や部品Ｐを用意する必要がなく、さらに撮像装置等の焦点距離の制約によって装置構成が複雑になることがない。

なお、本実施の形態において、昇降機構７０がボールねじ式の移動機構で構成されたが、この構成に限定されない。昇降機構は、センサユニットを認識高さと実装高さに位置付けることが可能であればよく、例えば、リニアモータ式の移動機構やラックアンドピニオン式の移動機構で構成されてもよい。

また、本実施の形態において、ノズル４１が部品を吸着していない状態で、センサユニット４３によってノズル４１の先端位置が測定される構成にしたが、この構成に限定されない。ノズル４１に部品が吸着された状態でノズル４１の先端位置が測定されてもよい。

また、本実施の形態において、センサユニット４３の認識高さＨ１が可変される構成にしたが、この構成に限定されない。センサユニット４３の認識高さＨ１は固定されていてもよい。

また、本実施の形態において、基板Ｗは、各種部品が搭載可能なものであればよく、プリント基板に限定されず、治具基板上に載せられたフレキシブル基板であってもよい。

また、本実施の形態において、実装装置１に基板Ｗが搬入される前にキャリブレーションが実施される構成にしたが、この構成に限定されない。実装装置１に基板Ｗが搬入された状態で、基板Ｗを避けた位置でキャリブレーションが実施されてもよい。

また、本実施の形態において、キャリブレーションプログラムは記憶媒体に記憶されてもよい。記録媒体は、特に限定されないが、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリの非一過性の記録媒体であってもよい。

また、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明を実装装置に適用した構成について説明したが、ノズルのキャリブレーションを実施する装置に適用することが可能である。
また、本実施の形態での実装高さまで下降可能な位置とは、基板搬送部２１で基板が存在しない位置を含み、実装装置上でノズル４１が実装高さまで衝突することなく、下降可能な位置である。

さらに、上記実施形態では、ノズル４１によって部品Ｐをセンサユニット４３の認識高さＨ１に持ち上げて認識し、ノズル４１を実装高さＨ２まで降ろして基板Ｗに実装する実装装置１であって、キャリブレーション時に基板Ｗが存在しない位置でセンサユニット４３を昇降させる昇降機構７０と、センサユニット４３に認識高さＨ１及び実装高さＨ２でノズル４１の先端形状を認識させてノズル４１の先端位置を測定する測定部８１と、認識高さＨ１でのノズル４１の先端位置と実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置との水平方向のズレから補正値を算出する算出部８２とを備え、認識高さＨ１から実装高さＨ２への移動に伴うノズル４１の水平方向のズレを補正することを特徴とする。この構成によれば、認識高さＨ１でのノズルの先端位置と実装高さＨ２でのノズル４１の先端位置がセンサユニット４３によって直に測定されることで、簡易かつ精度よくノズル４１の実装動作のキャリブレーションを実施することができる。

以上説明したように、本発明は、ノズルの実装動作のキャリブレーションを精度よく実施することができるという効果を有し、特に、基板に多数の電子部品を実装する実装装置、キャリブレーション方法及びキャリブレーションプログラムに有用である。

１実装装置
１５バックアップピン
４０実装ヘッド
４１ノズル
４３センサユニット
４４基板撮像部
５７照射部
５８認識部
７０昇降機構
８１測定部
８２算出部
８３補正部
Ｍ基準マーク
Ｐ部品
Ｗ基板

Claims

ノズルによってセンサユニットの認識高さに部品を持ち上げて認識し、前記ノズルを実装高さまで降ろして基板に実装する実装装置であって、
前記センサユニットは、キャリブレーション時に、前記実装装置に対して前記認識高さから前記実装高さまで昇降可能に設置され、
前記キャリブレーション時に、前記センサユニットを前記認識高さから前記実装高さまで、昇降させる昇降機構と、
前記センサユニットが前記認識高さにある際の前記認識高さでの前記ノズルの先端形状と、前記センサユニットが前記実装高さにある際の前記実装高さでの前記ノズルの先端形状とを、前記センサユニットに認識させて、前記ノズルの先端位置を測定する測定部と、
前記センサユニットが前記認識高さで測定した前記ノズルの先端位置と、前記センサユニットが前記実装高さで測定した前記ノズルの先端位置との水平方向のズレから補正値を算出する算出部とを備え、
前記補正値に基づいて、前記認識高さから前記実装高さへの昇降に伴う前記ノズルの水平方向のズレを補正することを特徴とする実装装置。
前記センサユニットが光を照射する照射部と部品を認識する認識部とを水平方向で対向させており、
照射される光が前記認識高さ及び前記実装高さに位置付けられることを特徴とする請求項１に記載の実装装置。
部品が高さ寸法毎にカテゴリ分けされており、
前記昇降機構が、基板に実装される部品のカテゴリに応じて前記センサユニットの認識高さを可変することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の実装装置。
前記ノズルが実生産用のノズルであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の実装装置。
前記ノズルがキャリブレーション用の治具ノズルであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の実装装置。
前記算出部が、前記ノズルを実装エリアまで水平移動させた状態で前記ノズルの先端位置の水平方向の動的なズレから補正値を算出しており、
前記認識高さから前記実装高さへの移動及び前記実装エリアへの水平移動に伴う前記ノズルの水平方向のズレを補正することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の実装装置。
前記実装エリアで基板上の基準マークを上方から撮像する基板撮像部を備え、
前記実装エリアには基板を下方から支えるバックアップピンが設けられ、
前記バックアップピンの上端面には基準マークが付されており、
前記実装エリアに基板が無い状態で、前記測定部が前記センサユニットに前記バックアップピンのピン形状を認識させて前記バックアップピンの位置を測定させ、前記基板撮像部に前記バックアップピンの基準マークを撮像させることで、前記センサユニットに設定された座標系と前記基準マークに基づいて基板に設定される座標系とが関連付けられることを特徴とする請求項６に記載の実装装置。
生産停止中に自動的にキャリブレーションを実施することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の実装装置。
ノズルによってセンサユニットの認識高さに部品を持ち上げて認識し、前記ノズルを実装高さまで降ろして基板に実装する実装装置のキャリブレーション方法であって、
前記センサユニットが前記認識高さにある際、前記センサユニットに、前記認識高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて、前記ノズルの先端位置を測定するステップと、
前記センサユニットが前記実装高さに降りた際、前記センサユニットに、前記実装高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて前記ノズルの先端位置を測定するステップと、
前記認識高さでの前記ノズルの先端位置と前記実装高さでの前記ノズルの先端位置との水平方向のズレから補正値を算出するステップとを有し、
前記補正値に基づいて、前記認識高さから前記実装高さへの移動に伴う前記ノズルのズレを補正することを特徴とするキャリブレーション方法。
ノズルによってセンサユニットの認識高さに部品を持ち上げて認識し、前記ノズルを実装高さまで降ろして基板に実装する実装装置のキャリブレーションプログラムであって、
前記センサユニットが前記認識高さにある際、前記センサユニットに、前記認識高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて、前記ノズルの先端位置を測定するステップと、
前記センサユニットが前記実装高さに降りた際、前記センサユニットに、前記実装高さでの前記ノズルの先端形状を認識させて前記ノズルの先端位置を測定するステップと、
前記認識高さでの前記ノズルの先端位置と前記実装高さでの前記ノズルの先端位置との水平方向のズレから補正値を算出するステップとを前記実装装置に実行させ、前記補正値に基づいて、前記認識高さから前記実装高さへの移動に伴う前記ノズルのズレを補正することを特徴とするキャリブレーションプログラム。