JP6964652B2

JP6964652B2 - ３次元実装装置及び３次元実装方法

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Description

本明細書で開示する発明である本開示は、３次元実装装置及び３次元実装方法に関する。

従来、３次元実装装置としては、例えば、ディスペンサーをワークの目標点における接平面の法線に沿う向きに指向させ、法線に沿ってディスペンサーを目標点に向けて移動させて導電性ペーストを塗布し、ワークを鉛直軸周りに回転させて目標点を吸着ノズルに対向させ、吸着ノズルを法線に沿って移動させ、チップ部品を目標点に実装するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、様々な形状のワークに対して立体的にチップ部品を実装することができるとしている。

特開２０１６−１２７１８７号公報

この特許文献１に記載の実装装置では、ワークの各実装面上に基準マークを配設し、この基準マークに基づいて、ワークの傾きのずれなどを補正するとしている。しかしながら、ワークの実装面が多数あるなど、立体物の形状がより複雑になればなるほど、基準マークを設けることができない場合が生じるという問題があった。

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することができる３次元実装装置及び３次元実装方法を提供することを主目的とする。

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本明細書で開示する３次元実装装置は、
回路パターンが形成された複数の形成面を有する立体の処理対象物に対して粘性液体の塗布及び部品の配置を行う３次元実装装置であって、
処理対象物を固定する動作が可能である支持部と、
粘性流体を前記処理対象物に塗布する塗布部と、
前記処理対象物に前記部品を配置する実装部と、
前記処理対象物の画像を撮像する撮像部と、
前記支持部と前記塗布部と前記実装部と前記撮像部とを含む処理部を制御する制御部と、を備え、
前記支持部と前記塗布部と前記実装部と前記撮像部とのうち１以上は、複数のチルト軸を有し処理対象物及び／又は前記処理部を複数の方向へ傾ける動作が可能であり、
前記制御部は、前記処理対象物を前記支持部に支持させ、前記支持部に支持された処理対象物の未塗布状態の１つの形成面が撮像面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像部に該形成面を撮像させる撮像処理と、前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が塗布面となるよう該処理対象物を固定させ前記塗布部に該形成面上へ前記粘性流体を塗布させる塗布処理と、前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が実装面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像した画像の該形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い前記粘性流体が塗布された該形成面の回路パターン上の配置位置へ前記部品を前記実装部に配置させる実装処理と、を実行させるものである。

この装置では、支持部に支持された処理対象物の未塗布状態の１つの形成面が撮像面となるよう処理対象物を固定させこの形成面を撮像させる撮像処理を実行する。また、同様に、この装置では、１つの形成面が塗布面となるよう固定させ粘性流体を塗布させる塗布処理を実行する。また、この装置では、１つの形成面が実装面となるよう固定させ撮像画像のこの形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い粘性流体が塗布されたあとの配置位置へ部品を配置させる実装処理を実行する。粘性流体が塗布されたあとでは回路パターンを認識できなくなるが、この装置では、塗布処理と実装処理とを行うことができるため、粘性流体の塗布前に回路パターンを撮像し、粘性流体の塗布後の部品配置にこの画像を用いることができる。そして、この装置では、形成面上の回路パターンを基準位置とするから、特別な基準マークを配設することなく、部品の配置位置の座標補正を行うことができる。したがって、この装置では、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することができる。ここで、「粘性流体」としては、例えば、はんだペーストや導電性ペースト、部品を固定する接着剤、グリスなどが挙げられる。

実装システム１０の概略説明図。ロボット側取付部２７及び搬送パレット４０の構成を表す説明図。３次元実装装置１１の構成の概略を表すブロック図。処理対象物としての立体基板５０の一例を表す説明図。処理対象物としての立体基板５５の一例を表す説明図。記憶部１７に記憶された処理対象物の３次元データ１９の説明図。塗布実装処理ルーチンの一例を示すフローチャート。導入位置で搬送パレット４０を装着する支持搬送部２０の説明図。処理位置で搬送パレット４０を固定する支持搬送部２０の説明図。立体基板５０の姿勢（傾き）を矯正して部品Ｐを実装する説明図。回路パターン５７を用いた位置補正の説明図。排出位置で搬送パレット４０を装着解除する支持搬送部２０の説明図。

本実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本開示の一例である実装システム１０の概略説明図である。図２は、多関節ロボット２４のロボット側取付部２７及び搬送パレット４０の構成を表す説明図である。図３は、３次元実装装置１１の構成の概略を表すブロック図である。図４、５は、処理対象物としての一例である立体基板５０，５５を表す説明図である。図６は、記憶部１７に記憶された処理対象物の３次元データ１９の説明図である。実装システム１０は、図１に示すように、３次元実装装置１１と、図示しないリフロー装置と、管理コンピュータ（ＰＣ）６０とを備えている。３次元実装装置１１は、立体の処理対象物としての立体基板５０，５５（図４、５参照）などに対して粘性液体の塗布及び部品Ｐなどの部材の配置を行う装置である。なお、粘性流体には、はんだペーストや導電性ペースト、接着剤、グリスなどが含まれる。リフロー装置は、粘性流体上に部品が配置された立体基板を加熱するリフロー処理を行う装置である。管理ＰＣ６０は、立体基板の生産を管理する装置である。この管理ＰＣ６０には、実装条件情報が記憶されている。実装条件情報には、どの部品をどの順番で立体基板へ実装するか、また、そのような立体基板の生産必要数などが定められている。この実装条件情報には、３次元実装装置１１で処理する粘性流体の塗布位置や部品の配置位置として用いられる回路パターンの形状や位置などの３次元データが含まれる。なお、本実施形態において、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１に示した通りとする。

処理対象物としての立体基板５０は、図４に示すように、回路パターン５２が形成された形成面５１ａや形成面５１ｂなどを複数含む形成面５１を有する立体物である。立体基板５０は、階段状の形成面５１ａ、形成面５１ｂなどを有し、それらの面には、部品Ｐが配置される実装位置（配置位置）が定められている。この立体基板５０は、水平面に載置されると形成面５１ａや形成面５１ｂが水平面に対して傾斜する形状を有している。また、この立体基板５０は、水平面に載置された状態では、形成面５１ａの実装位置と、形成面５１ｂの実装位置などの高さが異なる。立体基板５５は、図５に示すように、回路パターン５７が形成された形成面５６ａ，５６ｂ，５６ｃなどを複数含む形成面５６を有する立体物である。なお、立体基板５０，５５などは立体基板と総称し、形成面５１，５６などは形成面と総称し、回路パターン５２，５７などは回路パターンと総称する。また、回路パターン５７が形成された曲面の形成面５６では、同一曲面上であっても、高さや角度の違いにより立体基板５５の傾きを変更して塗布及び実装しなければならない場合は、複数の形成面５６として取り扱うものとする。また、処理対象物は、形成面が曲面であってもよいし平面であってもよいし、実装位置は上面側、側面側、底面側のいずれにあるものとしてもよい。

３次元実装装置１１は、３次元の実装面を有する立体基板５０，５５などに、粘性流体を塗布する処理及び部品Ｐを実装する処理を行う装置である。この３次元実装装置１１は、部品供給部１２、パーツカメラ１３、撮像部１４、制御部１５、支持搬送部２０、塗布部３０及び実装部３５などを備える。

部品供給部１２は、実装部３５へ部品Ｐを供給するユニットである。この部品供給部１２は、例えば、部品Ｐが保持されたテープを装着したフィーダや部品Ｐが配列載置されたトレイなどを備えている。パーツカメラ１３は、実装部３５の実装ヘッド３７に採取された１以上の部品Ｐを下方から撮像するものである。パーツカメラ１３は、その上方が撮像範囲である。撮像部１４は、処理対象物である立体基板の画像を撮像するものである。この撮像部１４は、例えば、塗布ヘッド３２や実装ヘッド３７のうちいずれかの下面側に配設されており、これらの移動に伴って装置内部をＸＹ方向に移動する。この撮像部１４は、その下方が撮像範囲である。

制御部１５は、ＣＰＵ１６を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、各種データを記憶する記憶部１７などを備えている。この制御部１５は、部品供給部１２、パーツカメラ１３、撮像部１４、支持搬送部２０、塗布部３０、実装部３５などと情報のやりとりを行い、これらを制御する。この３次元実装装置１１では、制御部１５は、立体基板の形成面を撮像部１４に撮像させる撮像処理と、塗布部３０により立体基板の形成面に粘性流体を塗布させる塗布処理と、実装部３５により立体基板の形成面に部品Ｐを配置させる実装処理とを実行させる。また、制御部１５は、１つの形成面に対して撮像処理と塗布処理と実装処理とを行う処理を複数の形成面に対して順番に実行させる面一括モードと、複数の形成面に対して撮像処理を行ったあと複数の形成面に対して塗布処理を行いその後複数の形成面に対して実装処理を行う処理一括モードと、面一括モードと処理一括モードとを混合して行う複合モードとのうちいずれかのモードを実行するよう設定されている。

記憶部１７には、図６に示すように、３次元形状データ１９を含む実装条件情報が記憶されている。３次元実装装置１１は、この実装条件情報を管理ＰＣ６０から通信で取得し、記憶部１７に記憶する。３次元データ１９は、例えばＣＡＤなどで作成された、立体基板５０，５５などの立体物の３次元構造の情報を含むデータである。この３次元データ１９には、例えば、所定の原点を基準とした３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や、その座標における外表面の方向（例えば法線ベクトルなど）に関する情報などが含まれている。また、３次元データ１９には、処理対象物の識別情報（ＩＤ）と、その処理対象物の実装位置ＩＤ、実装座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、その実装位置が含まれる形成面の識別情報（ＩＤ）、その実装位置が含まれる形成面のＸ軸方向を中心軸とする回転による傾きＲＸとＹ軸方向を中心軸とする回転による傾きＲＹを含む位置傾き情報などが含まれている。

支持搬送部２０は、立体基板を搬送すると共に立体基板の傾斜角を調整して固定することができるユニットである。この支持搬送部２０は、図１に示すように、第１搬送部２１と、第２搬送部２２と、多関節ロボット２４と、駆動部２８とを備える。第１搬送部２１は、立体基板を固定した搬送パレット４０を装置入口から導入位置へ搬入するコンベアである。第１搬送部２１は、図１の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に架け渡された１対のコンベアベルトを有している。搬送パレット４０はこのコンベアベルトにより搬送される。第２搬送部２２は、立体基板を保持した搬送パレット４０（台座）を排出位置から装置出口へ排出するコンベアである。第２搬送部２２は、第１搬送部２１と同様の構成を有している。この支持搬送部２０では、塗布ヘッド３２及び実装ヘッド３７の移動領域の下方且つ、第１搬送部２１と第２搬送部２２との間に多関節ロボット２４が配設され動作する可動空間２９が形成されている。

搬送パレット４０は、図１〜３に示すように、立体基板を固定する固定部４１と、アーム部２６により保持されるパレット側取付部４２とを備えている。固定部４１は、立体基板を固定するものであればよく、例えば、ばね力により立体基板を挟持するクランプ機構としてもよいし、立体基板をねじ止めする機構としてもよい。パレット側取付部４２は、取り外し可能に搬送パレット４０に固定されるクランププレートとしてもよい。このクランププレートには、ロボット側取付部２７に把持される溝や凹部が形成されている。

多関節ロボット２４は、立体基板を固定する動作が可能な支持部である。この多関節ロボット２４は、立体基板を固定した搬送パレット４０を把持し、この搬送パレット４０を導入位置、処理位置及び排出位置へ移動させるものである。多関節ロボット２４は、複数のチルト軸を有し立体基板を複数の方向へ傾ける動作が可能であり、塗布ヘッド３２や実装ヘッド３７に対して立体基板の姿勢を変更可能に保持する。このチルト軸は、より多い方が立体基板の姿勢を変更しやすく、４軸以上であることが好ましい。この多関節ロボット２４ではチルト軸を６軸有する。この多関節ロボット２４は、基部２５と、アーム部２６と、ロボット側取付部２７とを有している。基部２５は、アーム部２６を支持した状態で装置筐体へ固定されるものである。多関節ロボット２４は、垂直多関節ロボットであり、その基部２５の軸方向が水平方向に沿った方向、例えば、立体基板の移動方向に沿った方向（Ｘ軸）に固定されている。即ち、支持搬送部２０は、横置きの垂直多関節ロボットを備えている。このように多関節ロボット２４を配設することにより、限られた可動空間２９の中で立体基板を傾けたり、第１搬送部２１や第２搬送部２２の搬送高さよりも低い位置へ立体基板を下げることが可能である。

アーム部２６は、第１アーム２６ａ、第２アーム２６ｂ、第３アーム２６ｃ、第４アーム２６ｄ及び第５アーム２６ｅを有している。第１アーム２６ａは、Ｘ軸を中心として軸回転可能に基部２５に配設されている。第２アーム２６ｂは、主として上下方向に揺動可能に第１アーム２６ａに軸支されている。第３アーム２６ｃは、主として左右方向に揺動可能に第２アーム２６ｂに軸支されている。第４アーム２６ｄは、第３アーム２６ｃの主軸を中心として軸回転可能に第３アーム２６ｃ配設されている。第５アーム２６ｅは、主として左右方向に揺動可能に第４アーム２６ｄに軸支されている。第５アーム２６ｅは、その主軸を中心として軸回転可能にロボット側取付部２７を配設している。ロボット側取付部２７は、アーム部２６の先端に配設され、パレット側取付部４２（クランププレート）を把持して固定するメカニカルチャックである。このロボット側取付部２７は、本体から供給される圧力により開閉動作する。駆動部２８は、例えば、第１搬送部２１や第２搬送部２２のコンベアベルトを駆動するモータやアーム部２６の各部材を軸回転や揺動させるモータなどを含む。この多関節ロボット２４は、搬送パレット４０を装着した状態で立体基板を導入位置、処理位置及び排出位置の間で搬送する。このとき、この多関節ロボット２４は、第１搬送部２１で搬送パレット４０のパレット側取付部４２を装着して搬送パレット４０を移動させ、第２搬送部２２パレット側取付部４２を装着解除する。

塗布部３０は、支持搬送部２０に固定された立体基板へ粘性流体を塗布する塗布ユニットである。この塗布部３０は、ヘッド移動部３１と、塗布ヘッド３２と、塗布ノズル３３とを備えている。ヘッド移動部３１は、ガイドレールに導かれてＸＹ方向へ移動するスライダと、スライダを駆動するモータとを備えている。この塗布部３０は、塗布ヘッド３２をＸＹ平面方向に移動させるＸＹロボットとして構成されている。塗布ノズル３３は、塗布ヘッド３２の下面側に取り外し可能に装着されている。この塗布ノズル３３は、粘性流体を収容した収容部に圧力を加えて塗布ノズル３３の先端から粘性流体を所定量供給するノズルである。

実装部３５は、部品Ｐを部品供給部１２から採取し、支持搬送部２０に固定された立体基板へ配置する実装ユニットである。この実装部３５は、ヘッド移動部３６と、実装ヘッド３７と、採取部３８とを備えている。ヘッド移動部３６は、ガイドレールに導かれてＸＹ方向へ移動するスライダと、スライダを駆動するモータとを備えている。この実装部３５は、実装ヘッド３７をＸＹ平面方向に移動させるＸＹロボットとして構成されている。採取部３８は、実装ヘッド３７の下面側に取り外し可能に装着され、部品Ｐを採取する部材である。この採取部３８は、負圧を利用して部品Ｐを採取する吸着ノズルとしてもよいし、部品Ｐを機械的に把持するメカニカルチャックとしてもよい。この実装ヘッド３７では、１以上の採取部３８を装着可能に構成されている。なお、ヘッド移動部３６は、スライダの一部をヘッド移動部３１と共用してもよい。また、塗布ヘッド３２と実装ヘッド３７は、同様の構造を有するものとしてもよく、ツールとしての塗布ノズル３３や採取部３８を自由に取り付け可能としてもよい。

次に、こうして構成された本実施形態の実装システム１０の動作、特に、３次元実装装置１１が実行する塗布処理、実装処理について説明する。図７は、制御部１５のＣＰＵ１６により実行される塗布実装処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、記憶部１７に記憶され、作業者の実装開始入力に基づいて実行される。ここでは、説明の簡略化のため、面一括モードと処理一括モードとを択一的に行うものとして説明するが、複合モードを加えて実行するものとしてもよい。

このルーチンが開始されると、ＣＰＵ１６は、まず、処理対象物である立体基板の３次元データを含む実装条件情報を管理ＰＣ６０から取得し（Ｓ１００）、立体基板を固定した搬送パレット４０を搬入させ、搬送パレット４０を装着させて処理位置へ移動させる（Ｓ１１０）。図８は、導入位置で搬送パレット４０を装着する支持搬送部２０の説明図である。図９は、処理位置で搬送パレット４０を固定する支持搬送部２０の説明図である。ＣＰＵ１６は、搬送パレット４０を導入位置へ移動させるよう第１搬送部２１を制御し、搬送パレット４０の下方のパレット側取付部４２をロボット側取付部２７が把持するよう多関節ロボット２４を制御する（図８）。次に、ＣＰＵ１６は、可動空間２９の中央である処理位置へ搬送パレット４０を移動するよう多関節ロボット２４を制御する（図９）。

次に、ＣＰＵ１６は、動作モードがいずれに設定されているかを判定する（Ｓ１２０）。設定されているのが面一括モードであるときには、ＣＰＵ１６は、粘性流体を塗布し部品Ｐを配置する処理対象の形成面を設定する（Ｓ１３０）。ＣＰＵ１６は、例えば、実装順番を含む、処理対象物の３次元データ１９に基づいて処理対象の形成面を設定することができる。次に、ＣＰＵ１６は、粘性流体が未塗布状態である処理対象の形成面が水平な撮像面、塗布面及び実装面になるよう、必要に応じて立体基板の傾きを矯正して、固定させる（Ｓ１４０）。ＣＰＵ１６は、処理対象物の３次元データ１９に含まれる形成面の傾きに基づいてこの形成面が水平面になるよう多関節ロボット２４に処理対象物を固定させる。このとき、ＣＰＵ１６は、処理対象の形成面が所定の実装可能高さになるよう多関節ロボット２４を制御する。図１０は、立体基板５０の姿勢（傾き）を矯正して部品Ｐを実装する説明図である。図１０に示すように、形成面５１が傾いている際には、この形成面５１が水平になるよう搬送パレット４０の角度を矯正する。なお、「水平な面になるよう」とは、部品Ｐを配置する位置が水平になるよう立体基板の姿勢を変更するものとし、形成面が曲面の場合は、その中央部分や部品Ｐの配置密度が高い部分などが水平面になるよう立体基板の姿勢を変更するものとしてもよい。

次に、ＣＰＵ１６は、処理対象の形成面を撮像部１４に撮像させ（Ｓ１５０）、撮像した画像に含まれる形成面の回路パターンを基準位置として回路パターンの位置ずれを算出し、記憶させる（Ｓ１６０）。このとき、ＣＰＵ１６は、部品の配置位置に形成された電極パッドを基準位置として位置ずれ量の算出を行う。また、ＣＰＵ１６は、１つの形成面の複数箇所に粘性流体を塗布するときには、各々の塗布位置の回路パターン（電極パッド）を各々の基準位置とし、各々の位置ずれ量を算出する。次に、ＣＰＵ１６は、回路パターンを基準位置として算出した位置ずれ量を用いて位置補正（座標補正）を行い、塗布部３０に粘性流体を塗布させる（Ｓ１７０）。図１１は、回路パターン５７を用いた位置補正の説明図であり、図１１（ａ）が撮像処理、図１１（ｂ）が塗布処理、図１１（ｃ）が実装処理の説明図である。図１１（ａ）に示すように、電極パッド５８などを含む実際の回路パターン５７は、設計位置（点線参照）からずれた位置に形成されることがある。また、ずれ補正は、平板状の基板では、基準マークを基準として行われることが一般的である。しかしながら、立体物では、全ての形成面に基準マークを設ける領域を確保できない場合がある。塗布処理では、ＣＰＵ１６は、基準マークの代わりに、撮像して得られた電極パッドの位置を基準位置として塗布位置の座標補正を行い、粘性流体５９を塗布するのである（図１１（ｂ））。また、立体物上への回路パターンの形成は、レーザーなどにより一筆書きで行い複数の形成面を経由することもあり、例えば、隣り合う電極であっても、高い位置精度を望めない場合がある。ここでは、ＣＰＵ１６は、実際に検出された各々の電極パッドの位置を用いて塗布位置の座標補正を行うのである。

次に、ＣＰＵ１６は、回路パターンを基準位置として算出した位置ずれ量を用いて位置補正（座標補正）を行い、実装部３５により部品Ｐを立体基板上に配置させる（Ｓ１８０）。実装処理では、ＣＰＵ１６は、塗布処理と同様に、基準マークの代わりに、粘性流体が未塗布状態である形成面を撮像して得られた電極パッドの位置を基準位置として実装位置の座標補正を行い、粘性流体５９の上に部品Ｐを配置させる（図１１（ｃ））。また、ＣＰＵ１６は、１つの形成面の複数箇所に部品Ｐを配置するときには、各々の配置位置の回路パターン（電極パッド）を各々の基準位置とし、実装位置の座標補正を行う。続いて、ＣＰＵ１６は、未処理である次の形成面があるか否かを判定し（Ｓ１９０）、次の形成面があるときには、Ｓ１３０以降の処理を実行する。このように、面一括モードでは、１つの形成面を固定した状態で撮像処理、塗布処理及び実装処理を行うため、位置精度を確保しやすい。

一方、Ｓ１２０で、処理一括モードが設定されているときには、ＣＰＵ１６は、全ての形成面に対して撮像処理を行い、全ての位置ずれを検出したのち、全ての形成面に対して塗布処理を行い、全ての形成面に対して実装処理を行う処理一括モードを実行する（Ｓ２００〜Ｓ３２０）。処理一括モードでは、各処理については面一括モードと同様の処理を行うものとしてその詳細な説明を省略する。処理一括モードを開始すると、ＣＰＵ１６は、撮像処理を行う処理対象の形成面を設定し（Ｓ２００）、その形成面が水平な撮像面になるよう立体基板の傾きを矯正して固定させ（Ｓ２１０）、撮像部１４に撮像処理を実行させる（Ｓ２２０）。次に、ＣＰＵ１６は、形成面の回路パターンを基準位置として回路パターンの位置ずれを算出し、記憶させ（Ｓ２３０）、未撮像である次の形成面があるか否かを判定する（Ｓ２４０）。次の形成面があるときには、ＣＰＵ１６は、Ｓ２００以降の処理を実行する。一方、次の形成面がないとき、即ち全ての形成面を撮像したときには、ＣＰＵ１６は、塗布処理を行う処理対象の形成面を設定し（Ｓ２５０）、その形成面が水平な塗布面になるよう立体基板の傾きを矯正して固定させる（Ｓ２６０）。続いて、ＣＰＵ１６は、先に算出、記憶させたこの形成面の位置ずれ量を用いて位置補正（座標補正）を行い、塗布部３０に粘性流体を塗布させる（Ｓ２７０）。

次に、ＣＰＵ１６は、未塗布である次の形成面があるか否かを判定し（Ｓ２８０）、次の形成面があるときには、Ｓ２５０以降の処理を実行する。一方、次の形成面がないとき、即ち全ての形成面を塗布したときには、ＣＰＵ１６は、実装処理を行う処理対象の形成面を設定し（Ｓ２９０）、その形成面が水平な塗布面になるよう立体基板の傾きを矯正して固定させる（Ｓ３００）。続いて、ＣＰＵ１６は、先に算出、記憶させたこの形成面の位置ずれ量を用いて位置補正（座標補正）を行い、実装部３５に部品Ｐを配置させる（Ｓ３１０）。そして、ＣＰＵ１６は、未実装である次の形成面があるか否かを判定し（Ｓ３２０）、次の形成面があるときには、Ｓ２９０以降の処理を実行する。一方、Ｓ３２０、あるいはＳ１９０で次の形成面がないとき、即ち全ての形成面を実装したときには、ＣＰＵ１６は、搬送パレット４０を排出させる（Ｓ３３０）。

図１２は、排出位置で搬送パレット４０を装着解除する支持搬送部２０の説明図である。ＣＰＵ１６は、搬送パレット４０を処理位置から排出位置へ移動させるよう多関節ロボット２４を制御し、搬送パレット４０を第２搬送部２２へ載置させたのち、ロボット側取付部２７を開放してパレット側取付部４２の把持を解除させる。次に、ＣＰＵ１６は、装置出口へ搬送パレット４０を移動するよう第２搬送部２２を制御する。そして、ＣＰＵ１６は、次に処理すべき立体基板があるか否かを判定し（Ｓ３４０）、次の立体基板があるときには、Ｓ１１０以降の処理を実行する。一方、次の立体基板がないとき、即ち、全ての立体基板に対して実装処理を終了したときには、そのままこのルーチンを終了する。このように、３次元実装装置１１では、未塗布状態の形成面の回路パターンを基準位置に用いて塗布位置の補正及び実装位置の補正を行うのである。

ここで、本実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の多関節ロボット２４が支持部に相当し、塗布部３０が塗布部に相当し、実装部３５が実装部に相当し、撮像部１４が撮像部に相当し、撮像部１４、塗布部３０および実装部３５が処理部に相当し、制御部１５が制御部に相当する。なお、本実施形態では、３次元実装装置１１の動作を説明することにより本開示の３次元実装方法の一例も明らかにしている。

以上説明した本実施形態の３次元実装装置１１は、多関節ロボット２４に支持された処理対象物である立体基板の未塗布状態の１つの形成面が撮像面となるよう立体基板を固定させ、この形成面を撮像させる撮像処理を実行する。また、同様に、この装置では、１つの形成面が塗布面となるよう固定させ、撮像画像のこの形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い、粘性流体を塗布させる塗布処理を実行する。また、この装置では、１つの形成面が実装面となるよう固定させ、撮像画像のこの形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い粘性流体が塗布されたあとの配置位置へ部品を配置させる実装処理を実行する。粘性流体が塗布されたあとでは回路パターンを認識できなくなるが、この装置では、塗布処理と実装処理とを行うことができるため、粘性流体の塗布前に回路パターンを撮像し、粘性流体の塗布、及びそのあとの部品配置にこの画像を用いることができる。そして、この装置では、形成面上の回路パターンを基準位置とするから、特別な基準マークを配設することなく、粘性流体の塗布位置や、部品Ｐの配置位置の座標補正を行うことができる。したがって、この装置では、立体物の表面へ粘性流体をより高い精度で塗布することができ、立体物の表面へ部品Ｐをより高い精度で配置することができる。また、この装置では、撮像画像を塗布処理の座標補正と実装処理の座標処理とに併用するため、効率がよい。

また、制御部１５は、１つの形成面に複数の部品Ｐを配置するときには、各々の部品Ｐの配置位置の回路パターンを各々の基準位置とし、各々の部品Ｐの座標補正を行う。立体物の回路パターンは、他の面と連続して一筆書きで形成することがあり、例えば、同一の形成面であっても、ある部品と他の部品との位置関係に高い精度が望めない場合がある。この装置では、同一形成面に配置する複数の部品Ｐの配置位置を各々座標補正するため、立体物の表面へ部品Ｐをより高い精度で配置することができる。また、制御部１５は、１つの形成面に複数箇所で粘性流体を塗布するときには、各々の塗布位置の回路パターンを各々の基準位置とし、各々の塗布位置の座標補正を行う。この装置では、実装処理と同様の効果を塗布処理でも得ることができる。

また、制御部１５は、部品Ｐの配置位置に形成された電極（電極パッド）を基準位置として座標補正を行う。電極は、部品Ｐを配置するべき位置を表すため、この装置では、部品Ｐを配置すべき位置へ、より高い精度で粘性流体の塗布及び部品Ｐの配置を行うことができる。更に、制御部１５は、１つの形成面に対して撮像処理と塗布処理と実装処理とを行う処理を複数の形成面に対して順番に実行させる面一括モードと、複数の形成面に対して撮像処理を行ったあと複数の形成面に対して塗布処理を行いその後複数の形成面に対して実装処理を行う処理一括モードと、これらを混合して行う複合モードとのうちいずれか１以上を実行する。面一括モードでは、形成面の変更無しに各処理を実行するため、配置位置の精度をより高めやすい。処理一括モードでは、同じ装置構成を続けて使用するため、処理時間を短縮しやすい。また、これらの複合モードでは、配置位置の精度と処理時間の短縮とをバランスよく行うことができる。

また、制御部１５は、立体基板の３次元データ１９に基づいて処理対象の形成面を設定し、３次元データ１９に含まれる形成面の傾きに基づいて形成面が水平面になるよう多関節ロボット２４に立体基板を固定させる。この装置では、水平な形成面に部品Ｐを配置するため、粘性流体を塗布しやすいし、部品Ｐを配置しやすい。更に、３次元実装装置１１は、処理対象物である立体基板を固定した搬送パレット４０（台座）を把持し、搬送パレット４０を導入位置、処理位置及び排出位置へ移動させる多関節ロボットを備える。この装置では、多関節ロボットを用いて立体物である処理対象物の移動や固定を行うことができる。

なお、本開示の３次元実装装置は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、多関節ロボット２４により処理対象物である立体基板の姿勢を変更するものとしたが、立体基板の姿勢を変更可能にこれを支持固定するものであれば、特にこれに限定されない。なお、高さ方向に長い立体基板を用いる場合など、上述した多関節ロボット２４を採用すれば、装置のコンパクト化を図ることができ、好ましい。

上述した実施形態では、処理対象物である立体基板の姿勢を変更することにより、立体物に対して粘性流体の塗布及び部品Ｐの配置を行うものとしたが、処理対象物を固定し、塗布部と実装部と撮像部とのうち１以上に複数のチルト軸を設け、これらを処理対象物に向けて複数の方向へ傾ける動作が可能であるようにしてもよい。例えば、塗布ヘッド３２が塗布ノズル３３の角度を変更可能に装着する可動機構を有するものとしてもよいし、実装ヘッド３７が採取部３８の角度を変更可能に装着する可動機構を有するものとしてもよいし、撮像部１４の角度を変更可能な可動部を有するものとしてもよい。この装置においても、形成面上の回路パターンを基準位置とすることにより、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することができる。

上述した実施形態では、１つの形成面に複数の部品を配置するときには、各々の部品の配置位置の回路パターンを各々の基準位置とするものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、１つの形成面では１つの回路パターンを基準位置として用いるものとしてもよい。この装置でも、各形成面に基準マークを設けるものと同様に、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することができる。

上述した実施形態では、部品の配置位置に形成された電極パッドを基準位置として説明したが、形成面に配設された回路パターンであれば特にこれに限定されず、例えば、回路配線を用いるものとしてもよい。

上述した実施形態では、面一括モード、処理一括モード及び複合モードを切り替えて実行するものとして説明したが、特にこれに限定されず、このモードのうち１つのみを実行するものとしてもよいし、このモードのうち１以上を省略してもよい。この装置においても、形成面上の回路パターンを基準位置とすることにより、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することはできる。

上述した実施形態では、未塗布状態の形成面の撮像画像を用いて、粘性流体の塗布位置の座標補正も実行するものとしたが、これを省略してもよい。この装置においても、実装処理での位置ずれ補正は行うため、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することはできる。

上述した実施形態では、３次元データ１９を用いて処理対象の形成面を設定し、形成面の傾きを矯正するものとしたが、特に３次元データ１９以外のデータを用いてもよい。また、制御部１５は、３次元データ１９に含まれる配置位置に基づいて、撮像画像に含まれる電極の位置を自動認識するものとしたが、特にこれに限定されず、制御部１５は、電極を基準に作業者の入力により設定された配置位置を取得し、取得した配置位置を用いて、その後の位置ずれ補正を行うものとしてもよい。

上述した実施形態では、実装システム１０は、３次元実装装置１１と管理ＰＣ６０とを備えるものとしたが、特にこれに限定されず、３次元実装装置１１が管理ＰＣ６０の機能を有するものとしてもよい。また、上述した実施形態では、本開示を３次元実装装置１１として説明したが、３次元実装方法としてもよい。

ここで、本開示の３次元実装装置において、前記制御部は、前記１つの形成面に複数の部品を配置するときには、各々の部品の配置位置の前記回路パターンを各々の基準位置とし、各々の部品の座標補正を行うものとしてもよい。立体物の回路パターンは、他の面と連続して一筆書きで形成することがあり、例えば、同一の形成面であっても、ある部品と他の部品との位置関係に高い精度が望めない場合がある。この装置では、同一形成面に配置する複数の部品の配置位置を各々座標補正するため、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することができる。

この３次元実装装置において、前記制御部は、前記部品の配置位置に形成された電極を前記基準位置として前記座標補正を行うものとしてもよい。電極は、部品を配置するべき位置を表すため、この装置では、部品を配置すべき位置へより高い精度で配置することができる。このとき、前記制御部は、前記撮像画像に含まれる電極を自動認識して配置位置を設定するものとしてもよいし、前記制御部は、電極を基準に作業者の入力により設定された配置位置を取得するものとしてもよい。

この３次元実装装置において、前記制御部は、１つの形成面に対して前記撮像処理と前記塗布処理と前記実装処理とを行う処理を複数の形成面に対して順番に実行させる面一括モードと、複数の形成面に対して前記撮像処理を行ったあと複数の形成面に対して前記塗布処理を行いその後複数の形成面に対して前記実装処理を行う処理一括モードと、前記面一括モードと前記処理一括モードとを混合して行う複合モードと、のうちいずれか１以上を実行させるものとしてもよい。面一括モードでは、形成面の変更無しに各処理を実行するため、配置位置の精度をより高めやすい。処理一括モードでは、同じ装置構成を続けて使用するため、処理時間を短縮しやすい。また、これらの複合モードでは、配置位置の精度と処理時間の短縮とをバランスよく行うことができる。

この３次元実装装置において、前記制御部は、前記塗布処理において、前記撮像した画像の前記形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い前記塗布部に前記粘性流体を塗布させるものとしてもよい。この装置では、撮像画像を塗布処理の座標補正と実装処理の座標処理とに併用するため、効率がよい。

この３次元実装装置において、前記制御部は、前記処理対象物の３次元形状データに基づいて処理対象の形成面を設定し、該３次元形状データに含まれる該形成面の傾きに基づいて該形成面が水平面になるよう前記支持部に前記処理対象物を固定させるものとしてもよい。この装置では、水平な形成面に部品を配置するため、粘性流体を塗布しやすいし、部品を配置しやすい。なお、部品を配置する形成面が曲面であるときには、配置位置の接平面を水平面とするものとしてもよい。

この３次元実装装置において、前記支持部は、前記処理対象物を固定した台座を把持し、該台座を導入位置、処理位置及び排出位置へ移動させる多関節ロボットであるものとしてもよい。この装置では、多関節ロボットを用いて立体物である処理対象物の移動や固定を行うことができる。なお、多関節ロボットは、垂直多関節ロボットであるものとしてもよい。

本明細書で開示する３次元実装方法は、
処理対象物を固定する動作が可能である支持部と、粘性流体を前記処理対象物に塗布する塗布部と、前記処理対象物に前記部品を配置する実装部と、前記処理対象物の画像を撮像する撮像部とを含む処理部を備え、前記支持部と前記塗布部と前記実装部と前記撮像部とのうち１以上は、複数のチルト軸を有し処理対象物及び／又は前記処理部を複数の方向へ傾ける動作が可能であり、回路パターンが形成された複数の形成面を有する立体の前記処理対象物に対して粘性液体の塗布及び部品の配置を行う３次元実装方法であって、
前記処理対象物を前記支持部に支持させる支持処理と、
前記支持部に支持された処理対象物の未塗布状態の１つの形成面が撮像面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像部に該形成面を撮像させる撮像処理と、
前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が塗布面となるよう該処理対象物を固定させ前記塗布部に該形成面上へ前記粘性流体を塗布させる塗布処理と、
前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が実装面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像した画像の該形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い前記粘性流体が塗布された該形成面の回路パターン上の配置位置へ前記部品を前記実装部に配置させる実装処理と、
を含むものである。

この３次元実装方法は、上述した３次元実装装置と同様に、形成面上の回路パターンを基準位置とするから、特別な基準マークを配設することなく、部品の配置位置の座標補正を行うことができる。したがって、この方法では、立体物の表面へ部品をより高い精度で配置することができる。なお、この３次元実装方法において、上述した３次元実装装置の種々の態様を採用してもよいし、また、上述した３次元実装装置の各機能を実現するような構成を追加してもよい。

本開示の３次元実装装置及び３次元実装方法は、立体物である処理対象物を採取、配置などの処理を行う装置の技術分野に利用可能である。

１０実装システム、１１３次元実装装置、１２部品供給部、１３パーツカメラ、１４撮像部、１５制御部、１６ＣＰＵ、１７記憶部、１９３次元データ、２０支持搬送部、２１第１搬送部、２２第２搬送部、２４多関節ロボット、２５基部、２６アーム部、２６ａ第１アーム、２６ｂ第２アーム、２６ｃ第３アーム、２６ｄ第４アーム、２６ｅ第５アーム、２７ロボット側取付部、２８駆動部、２９可動空間、３０塗布部、３１ヘッド移動部、３２塗布ヘッド、３３塗布ノズル、３５実装部、３６ヘッド移動部、３７実装ヘッド、３８採取部、４０搬送パレット、４１固定部、４２パレット側取付部、５０立体基板、５１，５１ａ，５１ｂ形成面、５２回路パターン、５５立体基板、５６，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ形成面、５７回路パターン、５８電極パッド、５９粘性流体、６０管理ＰＣ、Ｐ部品。

Claims

回路パターンが形成された複数の形成面を有する立体の処理対象物に対して粘性液体の塗布及び部品の配置を行う３次元実装装置であって、
処理対象物を固定する動作が可能である支持部と、
粘性流体を前記処理対象物に塗布する塗布部と、
前記処理対象物に前記部品を配置する実装部と、
前記処理対象物の画像を撮像する撮像部と、
前記支持部と前記塗布部と前記実装部と前記撮像部とを含む処理部を制御する制御部と、を備え、
前記支持部と前記塗布部と前記実装部と前記撮像部とのうち１以上は、複数のチルト軸を有し処理対象物及び／又は前記処理部を複数の方向へ傾ける動作が可能であり、
前記制御部は、前記処理対象物を前記支持部に支持させ、前記支持部に支持された処理対象物の未塗布状態の１つの形成面が撮像面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像部に該形成面を撮像させる撮像処理と、前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が塗布面となるよう該処理対象物を固定させ前記塗布部に該形成面上へ前記粘性流体を塗布させる塗布処理と、前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が実装面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像した画像の該形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い前記粘性流体が塗布された該形成面の回路パターン上の配置位置へ前記部品を前記実装部に配置させる実装処理と、を実行させ、
前記支持部は、前記処理対象物を固定した台座を把持し、該台座を導入位置、処理位置及び排出位置へ移動させる多関節ロボットである、
３次元実装装置。
前記制御部は、前記１つの形成面に複数の部品を配置するときには、各々の部品の配置位置の前記回路パターンを各々の基準位置とし、各々の部品の座標補正を行う、請求項１に記載の３次元実装装置。
前記制御部は、前記部品の配置位置に形成された電極を前記基準位置として前記座標補正を行う、請求項１又は２に記載の３次元実装装置。
前記制御部は、１つの形成面に対して前記撮像処理と前記塗布処理と前記実装処理とを行う処理を複数の形成面に対して順番に実行させる面一括モードと、複数の形成面に対して前記撮像処理を行ったあと複数の形成面に対して前記塗布処理を行いその後複数の形成面に対して前記実装処理を行う処理一括モードと、前記面一括モードと前記処理一括モードとを混合して行う複合モードと、のうちいずれか１以上を実行させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の３次元実装装置。
前記制御部は、前記塗布処理において、前記撮像した画像の前記形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い前記塗布部に前記粘性流体を塗布させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の３次元実装装置。
前記制御部は、前記処理対象物の３次元形状データに基づいて処理対象の形成面を設定し、該３次元形状データに含まれる該形成面の傾きに基づいて該形成面が水平面になるよう前記支持部に前記処理対象物を固定させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の３次元実装装置。
処理対象物を固定する動作が可能である支持部と、粘性流体を前記処理対象物に塗布する塗布部と、前記処理対象物に部品を配置する実装部と、前記処理対象物の画像を撮像する撮像部とを含む処理部を備え、前記支持部と前記塗布部と前記実装部と前記撮像部とのうち１以上は、複数のチルト軸を有し処理対象物及び／又は前記処理部を複数の方向へ傾ける動作が可能であり、回路パターンが形成された複数の形成面を有する立体の前記処理対象物に対して粘性液体の塗布及び部品の配置を行う３次元実装方法であって、
前記処理対象物を前記支持部に支持させる支持処理と、
前記支持部に支持された処理対象物の未塗布状態の１つの形成面が撮像面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像部に該形成面を撮像させる撮像処理と、
前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が塗布面となるよう該処理対象物を固定させ前記塗布部に該形成面上へ前記粘性流体を塗布させる塗布処理と、
前記支持部に支持された処理対象物の１つの形成面が実装面となるよう該処理対象物を固定させ前記撮像した画像の該形成面の回路パターンを基準位置として座標補正を行い前記粘性流体が塗布された該形成面の回路パターン上の配置位置へ前記部品を前記実装部に配置させる実装処理と、を含み、
前記支持部は、前記処理対象物を固定した台座を把持し、該台座を導入位置、処理位置及び排出位置へ移動させる多関節ロボットである、３次元実装方法。