JPH03112200A - 電子部品塔載装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボット機構を利用し、回路基板に電子部品
を自動的に搭載して行く、マウンタなどと呼ばれている
電子部品搭載装置に係り、特に高密度の回路パターンを
有する回路基板にリード数の多いＩＣなどの面付電子部
品を搭載する場合に好適な電子部品搭載装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＩＣなどの電子部品（以下、単に部品という）で
は、そのリード数の増加とリード配列の高密度化が著し
く、ロボット機能を用いた電子部品搭載装置の搭載位置
決め精度の向上についても厳しい要求が与えられるよう
になっている。

そこで、このような背景を反映して、回路基板（プリン
ト回路基板のこと、以下、単に基板という）に予め設け
られている位置合わせ用のマークやフットマーク（部品
のリードが半田付けされる部分のパターン）と、ロボッ
トの可動部材に吸着などにより保持した部品のリード位
置とを画像データとして取り込み、これらのデータに基
づいて回路基板やその回路パターンの位置と、部品の保
持位置を認識し、この認識結果により搭載位置を補正す
ることにより、必要とする搭載位置決め精度が確保され
るようにした装置が従来から知られており、その例を特
開昭６０−１９００号公報に見ることが出来る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、回路基板に部品を搭載した後での状態
を１部品搭載時での位置決め補正に反映させる点につい
て配慮がされておらず、充分な位置決め精度向上の面で
間屈があった。

つまり、従来技術では、画像データによる補正は回路基
板の位置と部品の保持状態の位置について、それぞれ単
独に補正がなされるだけなので、実際に得られる搭載位
置精度は、これらの補正によるデータに基づいてはいる
が、その後は、搭載装置が有する位置決め動作の精度の
もとで、それに与えられている調整位置に、そのまま繰
返し搭載されて行くだけであり、従って、搭載位置精度
確保のためには、上記した補正後での搭載精度の分散を
必要以上に抑えることによるしかないため、高精度の保
持が困難なのである。

これを図により説明すると、第７図（ａ）に示すように
、搭載精度のバラツキの中心にずれがあると、バラツキ
の分散が広いときに搭載ずれ領域が現われ、目標仕様搭
載精度が保てなくなる。そこで、このような場合には、
同図（ｂ）に示すように、バラツキ範囲の分散を抑える
ことにより、精度外れが生じないようにする必要がある
が、これは機器の機構精度や制御の精度の向上に加えて
、種々の条件、すなわち、基板状態、半田付は条件、撮
像条件、部品の条件など千差万別な条件について確認し
なければならず、実際にはほとんど不可能に近く、従っ
て、従来技術では高精度を得るのが困難なのである。

また、この結果、従来技術では、機器を配置換えしたと
きや、外部衝撃により撮像装置などの取付けにずれを生
じた場合には、そのままでは使用不能になり、所定の調
整作業が完了するまで、例えば自動ラインを長時間停止
しなければならないなどの事態を招く虞れもあった。

本発明の目的は、搭載精度のバラツキの中心が最良の位
置に自動的に収束され、常に高精度の部品搭載が得られ
、容易に作業効率の改善が図れるようにした電子部品搭
載装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、基板に部品を搭載
後、この搭載状態を画像データにより判定し、部品搭載
位置決めのための制御データに補正が与えられるように
したものである。

これを、本発明の実施側に即して説明すると、本発明の
成る実施例によれば、部品が基板に搭載された後、基板
に施されているマークやパターンと、搭載されている部
品を撮像し、その画像データを解析して部品の中心位置
と基板の中心位置との差や、傾きのずれ量を搭載変位量
として記憶し、この変位量を用いて、以後の搭載位置に
修正を与えるようにして、上記目的が達成されるように
しているのである。

〔作用〕

基板に部品が搭載された後、その搭載状態を検出して次
の部品の搭載位置の修正が行われるので、位置精度のバ
ラツキの中心は自動的に所定位置に収束されて行き、精
度外れの発生は抑えられ、高精度を保持することが出来
る。

つまり、上記した部品の搭載位置の修正の結果、第１３
図（Ｃ）に示すように、バラツキの中心位置の収束が得
られるので、バラツキの分散を必要以上に抑えること無
く、充分に所定の精度を保持することができるのである
。

〔実施例〕

以ド、本発明による電子部品搭載装置について、図示の
実施例により詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例で、図において、１は電子部
品搭載装置（マウンタ）全体を表わし、２は部品搭載用
の直交ロボット機構、３は基板搬送部、４は部品供給部
、５．６はＴＶ右カメラテレビジョンカメラ）、７は画
像データ解析部、８は制御部、そして９はマウンタ操作
部である。

直交ロボット機構２は、ＸＹ力方向移動可能な可動部を
有し、この可動部のヘッドに、図示してないが、部品を
吸着する吸着ノズルと、吸着した部品を把持するメカ求
心爪とが設けてあり、これにより部品の移動と搭載とを
行う。

基板搬送部３は、部品が未搭載の基板を搭載位置に移動
させて位置決めし、部品搭載後、その基板を搭載済み基
板として所定の場所に排出させる働きをする。

部品供給部４は、これから搭載すべき部品を、直交ロボ
ット機構２のヘッドにより吸着しやすいように、逐次、
部品を準備する働きをする。

ＴＶカメラ５は、直交ロボット機構２の可動部に取付け
られ、基板搬送部３により所定の位置に位置決めされた
、部品搭載前の基板を撮像して、その部品搭載面の回路
パターン（フットパターン）の１１７ｆｆ像データを取
り込むと共に、部品搭載後、再度、基板を撮像し、基板
の回路パターンと部品のリードパターンの双方の画像デ
ータを取り込む働きをする。

一方、゛ｒ■カメラ６は、装置の上面に上向きに取付け
られ、これから基板に搭載するため、直交ロボット機構
２のヘッドにより吸着された部品を、所定の位置で下方
から撮像し、そのヘッドに対する吸着位置の確認に役立
つ画像データを取り込む働きをする。

画像データ解析部７は、ＴＶカメラ５．６がらの画像デ
ータを解析し、所定のデータ処理を実行するものである
が、その動作の詳細は後述する。

制御部８は、上記した直交ロボット機構２や基板搬送部
３の動作も含め、部品搭載に必要な装置全体の制御を実
行する。

マウンタ操作部９は、装置の動作開始、停止などの操作
に必要なスイッチ類や、動作監視に必要な表示器などを
備えたものである。

次に、この実施例の動作について、第１図の処理手順を
表わすフローチャートと、第３図、第４図の模式図によ
り説明する。ここで、第１図の８１乃至５１２は処理ス
テップを表オ〕す。そして、第３図は各部の位置関係を
表わし、第４図は動作状態を逐次、模式的に分解して表
わしたものである。

− まず、第４図の（イ）に示すように、基板搬送部３によ
り基板Ａが所定の位置に固定された状態で（Ｓｌ）、直
交ロボット機構２のヘッドＢを移動させ（Ｓ２）、ＴＶ
カメラ５により基板Ｃの回路パターンを撮像し１画像デ
ータ解析部７により基板Ａの所定のパターンの正確な位
置を検出する（Ｓ３）。

℃α 第４図の（ロ）に示すように、ヘッドＢを部品供給部４
の上に移動させ（Ｓ４）、吸着ノズルＤ（第３図）によ
りＩＣなどの部品Ｃを吸着して保持する（Ｓ５）。

珈− 第４図の（ハ）に示すように、ヘッドＢに部品Ｃを保持
したままＴＶカメラ６の上に移動させ（Ｓ６）、部品Ｃ
を撮像し、画像データ解析部７で部品Ｃのリードパター
ンの位置を認識し、ヘッドＢと部品Ｃとの位置ずれを正
確に検出する（Ｓ７）。

仁Σ 上記のようにして１画像データ解析部７により、基板搬
送部３によって位置決めされた状態での基板Ａの位置情
報と、ヘッドＢに対する部品Ｃの正確な保持位置情報と
が求められたら、これらの情報は制御部８に送られ、直
交ロボット機構２による搭載位置データに修正が加えら
れる。そして、この修正された搭載位置データにより直
交ロボット機構２が移動制御され、第４図の（ニ）に示
すように、基板への正確な位置に部品Ｃが搭載される（
Ｓ８）。

ところで、以上の（イ）〜（ニ）で説明した動作は、従
来技術と同じであり、以下の部分が本発明において付加
された動作となる。

そこで、ここに処理Ｓ９として、以下の本発明において
付加された処理を実行するか否かの判断処理を設け、任
意に選択できるようにしである。

従って１例えば、装置に設定しであるプログラムなかで
の指定により、或いはマウンタ操作部９からの入力によ
番ハこの８９での結果が、位置ずれレベ検出を“実行せ
ず”となったときには、ここで次の部品搭載処理、つま
りＳｌの処理に戻ることになる。

しかして、この８９での結果が、位置ずれ検出を“実行
する”となったときには、続いて以下の処理の実行に進
む。

Ωα 第４図の（ホ）に示すように、直交ロボット機構２を働
かせ、ＴＶ右カメラが、部品Ｃが搭載された基板Ａの、
部品Ｃの上に位置するように移動させる（５１０）。

囚− このときのＴＶ右カメラの撮像視野は、第４図の（ホ）
に示すようになるので、この撮像データにより、画像デ
ータ解析部７は、基板Ａの回路パターンと、これに搭載
されている部品Ｃのリードパターンを認識しく５ｌｉ）
、これらの相対的な位置のずれ量を検出する。

そして、このずれ量から位置データの補正量を計算しく
５１２）、それを制御部８に与える。

従って、制御部８は、次の部品搭載時には、この補正量
により位置データを修正し、正確な位置データによる制
御を行うことにより、常に誤差が最小値に収束する動作
が得られ、高精度の部品搭載結果を得ることができる。

なお、こうして求められた位置データの補正量は、制御
部８で以後の搭載制御に使用されるだけではなく、図示
してないが、外部のホストコンピュータなどにも伝送さ
れ、記憶管理されたり、統計処理されて機器の管理や不
具合の判定に利用したりすることができる。

次に、上記した第４図（ホ）に示すようにして、ＴＶ右
カメラにより撮像された、同図（へ）に示すような画像
データの解析による部品と基板の認識処理の一実施例に
ついて、以下に説明する。

第５図に示すようにして、基板Ａ上に装着された部品Ｃ
（例えば面付用の平型ＩＣなど）をＴＶ右カメラで撮像
したときの視野は、図のＦに示すようになり、部品Ｃの
リードの肩の部分とフットの部分だけがＨで示すように
明るく見える。

一方、実際には、このような搭載部分には、クリーム状
の半田（ハンダ）が塗布してあり、第６図に示すように
、このハンダＳがかぶさって見えることが多い。なお、
この第６図で、上側の図は上側、から見た図、下側は横
から見た図であり、基板のフットパターンをＦＰで表わ
している。

そこで、第７図に示すように、部品のリード肩部Ｈ３に
リードパターン位置検出用の測定線Ｌ１を、そして基板
のフットパターンＦＰには測定線り、をそれぞれ設定し
、これらにより、後述するようにして部品Ｃの中心位置
を検出するようにする。

なお、このとき、基板の設計時には、リード肩部の下に
まで基板のフットパターンが延びてこないように注意す
る必要がある。

また、このとき、クリームハンダの色や光沢に工夫を凝
らし、これによりハンダそのものを暗部として認識させ
るようにもできるが、この場合には、ハンダの下側のフ
ットパターンが測定線内に現われないようにする必要が
ある。

このようにして設定した測定線に沿って画像データをみ
ると、明るい部分は背景に対して所定のコントラストを
もつので、第８図に示すように、測定線上での明るさの
分布は周期的になり、櫛歯状の波形を呈する。

従って、この櫛歯状の波形により各リードのエツジ部位
置を算出することが出来る。

まず、各エツジの画素データは第９図の（１）式により
求められる。

また、部品Ｃの各辺における中心位置は、同じく第９図
の（２）式によって求められる。

こうして、部品の周囲４辺のそれぞれの中心位置が求ま
ったら、これらから 部品の中心座標（ｘ、　ｙ）と、 角度（θ）が求められる。

そこで、ＴＶカメラの座標系（画素データ）から求めら
れる基板上のフットパターンの中心座標と、部品のリー
ドパターンの中心座標は、第９図の（３）、（４）式で
表わされる。

次に、このようにして求められた中心位置情報は、制御
部８により、変換マトリクスを用いてＴＶカメラの座標
系から直交ロボット機構２の座標系に変換される。この
変換処理を式で表わすと第１０図の（５）、（６）式の
ようになる。

部品搭載用の直交ロボット機構２は、予め教示されてい
る搭載位置に、所定の補正量による修正を施して実際の
搭載位置を求め、これにより動作するようになっている
。この修正処理を式で表わすと第１０図の（７）式の通
りになる。ここで、２種のオフセットマトリクスは、第
１０図の（８）、（９）式で表わされるものである。

次に、（９）式で表わされる修正オフセットマトリクス
であるが、これは、以下のようにして算出される。

まず、ロボット機構が教示されたままの状態では、（９
）式のマトリクスにはゼロマトリクスが設定されている
が、これが部品搭載後の位置ずれ量により逐次書き換え
られて行く。

一方、部品搭載後の検出結果による基板上のフットパタ
ーンの中心座標と、部品のリードパターンの中心座標に
対する搭載位置ずれ量は、第１１図の（１０）式で求め
られる。

そこで、この搭載位置ずれ量を、上記した変換マトリク
スを用いて、第１１図の（１１）式に示すようにして、
ロボット座標系における搭載位置ずれ量に変換する。

このようにして、第に番目の搭載位置ずれ量が求められ
たら、第１１図の（１２）式により、ｎ回の平均搭載位
置ずれ量を求める。

そして、この平均搭載位置ずれ量が、予め設定されてい
る基準値を超えた場合、すなわち、第１２図の（１３）
式が成立したとき、同じく第１２図の（１４）式に示す
ように、上記（９）式に示した修正オフセットマトリク
スの書き替えを実行するのである。

従って、この書き替えが行われた後は、第１２図の（１
５）式に示すように、この書き替えられた修正オフセッ
トマトリクスを使用し、上記（７）式で表わされる位置
に代えて、この（１５）式で表わされる位置に部品が搭
載されて行くことになるのである。

しかして、上記のようにして算出した平均搭載位置ずれ
量が小さい場合、すなわち、上記の（１３）式が成立し
なかったときには、修正オフセットマトリクスの書き替
えは行われない。従って、このときには、上記（７）式
で表わされる位置に部品が搭載されて行くことになる。

そして、このときには、以後の、部品搭載後での計測は
行わなくても良い。

本発明の他の実施例としては、部品搭載回数が所定数、
例えば１０００回に達する毎に搭載位置ずれの検出を実
行するようにしたり、或いは作業開始での初期位置ずれ
に重点をおき、始め、１０回程度で位置ずれの検出をお
こなって修正オフセットマトリクスの書き替えを行い、
その後は１００００回毎での計測にするなど、任意のパ
ターンで処理を行うようにプログラムしても良い。

ところで、上記の（１１）式、（１２）式で表わされる
ロボット座標系での搭載位置ずれ量や平均搭載位置ずれ
量などのデータについては、搭載装置の制御部８や、図
示してないが、搭載装置が接続されているホストコンピ
ュータに記憶させておき、必要に応じて表示させたり、
これらのデータの分析により、機械的なオフセットとし
て与えられている各種のオフセットマトリクスなどを書
き直すようにしても良い。なお、この動作は、マニュア
ル操作により処理されるように構成しても良いが、所定
のプログラムの設定により自動的に実行されるようにし
ても良い。

従って、上記実施例によれば、部品搭載動作中、不慮の
原因により搭載位置ずれを生じても、装置自体による自
己診断機能により、自己修正が自動的に実行され、位置
誤差が収斂されてゆくので。

常に最良の位置精度が保たれ、高い信頼性を容易に得る
ことが出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、部品搭載動作中、不慮の原因により搭
載位置ずれを生じても、装置自体による自己診断機能に
より、自己修正が自動的に実行され、位置誤差が収斂さ
れてゆくので、常に最良の位置精度が保たれ、高い信頼
性と作業効率を容易に得ることが出来る。

また、本発明によれば、電子部品搭載装置を複数連結し
、一方で計測したデータを他方にも与えて搭載位置のイ
シ正を図ったり、別の測定装置で検出したデータを本発
明による電子部品搭載装置に供給して位置修正に利用し
たりできるので、搭載タクト向上のための充分な拡張性
を備えるようにすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子部品搭載装置の一実施例の動
作を示すフローチャート、第２図は本発明による電子部
品搭載装置の一実施例を示す斜視図、第３図は動作説明
用の位置関係を示す模式図、第４図は搭載動作の説明図
、第５図はＴＶカメラによる撮像視野の説明図、第６図
は部品搭載部分の説明図、第７図は測定線の説明図、第
８図は測定線に沿った画像データの説明図、第９図、第
１０図、第１１図、それに第１２図はそれぞれデータ処
理演算式の説明図、第１３図は搭載誤差の特性図である
。 ｌ・・・・・・電子部品搭載装置、２・・・・・・直交
ロボット機構、３・・・・・・基板搬送部、４・・・・
・・部品供給部、５．６・・・・・・ＴＶカメラ、７・
・・・・・画像データ解析部、８・・・・・・制御部、
９・・・・・・マウンタ操作部。 第 σ 図 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図 １ｉ９図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．ロボット機構の可動部材により、電子部品を回路基
   板の所定の位置に自動的に位置決め搭載する電子部品搭
   載装置において、上記回路基板に対する上記電子部品搭
   載後の該電子部品のリード部と上記回路基板の部品搭載
   面の所定の部分を画像データとして取り込む撮像手段と
   、該画像データを解析して上記回路基板の所定の位置に
   対する電子部品の実搭載位置の相対的な変位量を検出す
   る画像データ解析手段とを設け、該変位量に基づいて上
   記ロボット機構の可動部材による電子部品の搭載位置を
   補正するように構成したことを特徴とする電子部品搭載
   装置。
2. ２．請求項１の発明において、上記回路基板の部品搭載
   面の所定の部分が、該回路基板の部品搭載面に設けてあ
   る位置決め用のマーク及びフットパターンの少なくとも
   一方が存在する部分となるように構成したことを特徴と
   する電子部品搭載装置。
3. ３．請求項１の発明において、所定のデータ表示装置を
   設け、上記変位量が所定の表示形式で表示されるように
   構成したことを特徴とする電子部品搭載装置。