JPH056912A

JPH056912A - 電子部品装着装置

Info

Publication number: JPH056912A
Application number: JP15071591A
Authority: JP
Inventors: Akira Koike; 明小池
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】電子部品をプリント基板に高速で装着でき、画
像処理の信頼性の高い部品実装装置を提供することにあ
る。【構成】チップ部品２…を供給するテ−プフィ−ダ２３
と、プリント基板７を搬送して所定位置に供給するコン
ベア２４と、テ−プフィ−ダ２３と所定位置に供給され
たプリント基板７との間に位置する照明部３０と、この
照明部３０の上を通過しながらテ−プフィ−ダ２３とプ
リント基板７との間で移動する装着ヘッド２９と、吸着
ノズルとレンズとを備え、対象となるチップ部品の種類
に応じ選択され、装着ヘッド２９に取付けられてチップ
部品を吸着ノズル２９の先端に吸着する複数種のノズル
ユニット４９、６２、６３と、装着ヘッド２９の上方に
配置され、装着ヘッド２９と一体に移動しながら、チッ
プ部品２…をノズルユニットのレンズを通して下向きに
撮像するＣＣＤカメラ３４とを具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、チップ状の電
子部品を装着ヘッドに保持して搬送するとともに、保持
された電子部品の位置認識を画像処理により行う電子部
品装着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図５に示すような電子部品装着
装置（以下、装着装置と称する）１が知られている。こ
の装着装置１は、電子部品としてのチップ部品２…をテ
−プ３上に並べてコンベア式に供給する部品供給部とし
てのテ−プフィ−ダ４と、所定位置に供給されたチップ
部品２ａを吸着ノズル５の先端に吸着する装着ヘッド６
とを備えている。

【０００３】さらに、配線パタ−ンを形成されたプリン
ト基板７が所定位置に配置されている。そして、テ−プ
フィ−ダ４のチップ部品２…が装着ヘッド６により取出
されて吸着されたままプリント基板７へ搬送され、取出
されたチップ部品２ａがプリント基板７の所定位置に装
着される。ここで、図中の矢印Ａ…は、チップ部品２ａ
の搬送経路を示している。また、チップ部品２…がテ−
プフィ−ダ４からプリント基板７へ搬送される間に、チ
ップ部品２ａの位置認識が行われ、チップ部品２ａが位
置補正される。

【０００４】つまり、装着装置１にはＣＣＤカメラ８が
設けられており、このＣＣＤカメラ８は一定の位置に固
定されるとともに上向きに設置されている。また、装着
ヘッド６には照明９が設けられており、この照明９は吸
着ノズル５に吸着されたチップ部品２ａを上方から照ら
している。

【０００５】そして、装着ヘッド６が、チップ部品２ａ
を吸着したのち、ＣＣＤカメラ８へ向って移動し、ＣＣ
Ｄカメラ８の上方で停止する。そして、ＣＣＤカメラ８
が、照明９により照らされたチップ部品２ａを撮像し、
チップ部品２ａの画像がＣＣＤカメラ８に取込まれる。
さらに、ＣＣＤカメラ８の出力を基にして、チップ部品
２ａの、理論的な中心に対するＸ−Ｙ−θ方向の位置ず
れ量が計算され、装着時の補正値が求められる。

【０００６】上述のような技術は、例えば特開昭６０−
１３２３９９号公報に記載されている。また同公報に
は、図６に示すように、吸着ノズル５に吸着されたチッ
プ部品２ａを斜め上方から照明し、チップ部品２ａの画
像をＣＣＤカメラ８に取込む技術が記載されている。

【０００７】また、実開昭６１−１１７２９９号公報に
は、図７に示すように、チップ状電子部品１０に接する
先端吸着部１１を吸着ピン本体１２に対し着脱自在に設
けたチップ状電子部品吸着ピンが記載されている。

【０００８】さらに、特開昭６２−１４５８９９号公報
には、図８に示すように移載ヘッド１３にノズル１４を
係合保持する板ばね１５、１５を設けたノズル交換装置
が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８に示す
ような従来の装着装置１においては、チップ部品２ａの
位置認識を行うために、装着ヘッド６をＣＣＤカメラ８
の上で停止させたり、或いは、装着ヘッド６の移動速度
を低下させたりする必要があった。そして、チップ部品
２ａの搬送に費やす時間に加えて、位置認識のための時
間が必要だった。このため、電子部品装着のサイクルタ
イムが長かった。

【００１０】また、ＣＣＤカメラ８が上向きに設置され
ていたため、ＣＣＤラメラ８のレンズにごみが付き易
く、ＣＣＤカメラ８のメンテナンスが面倒だった。さら
に、照明光とは別の外乱光がＣＣＤカメラ８に入込み易
かった。そして、これらのことから、画像処理の信頼性
が低かった。本発明の目的とするところは、電子部品を
プリント基板に高速で装着でき、画像処理の信頼性の高
い部品実装装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、電子部品を供給する部品供給部
と、プリント基板を搬送して所定位置に供給する基板搬
送部と、部品供給部と所定位置に供給されたプリント基
板との間に位置する照明部と、この照明部の上を通過し
ながら部品供給部とプリント基板との間で移動する装着
ヘッドと、吸着ノズルとレンズとを備え、対象となる電
子部品の種類に応じ選択され、装着ヘッドに取付けられ
て電子部品を吸着ノズルの先端に吸着する複数種のノズ
ルユニットと、装着ヘッドの上方に配置され、装着ヘッ
ドと一体に移動しながら、電子部品をノズルユニットの
レンズを通して下向きに撮像する撮像装置とを具備した
ことにある。

【００１２】そして、本発明は、装着ヘッドを停止させ
たり減速させたりすることなく電子部品を位置認識で
き、電子部品を高速で装着できるとともに、撮像装置へ
のごみの付着や外乱光の入射を防止し、画像処理の信頼
性を向上できるようにしたことにある。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図４に基づ
いて説明する。なお、従来の技術の項で説明したものと
重複するものについては同一番号を付し、その説明は省
略する。

【００１４】図１〜図４は本発明の一実施例を示してお
り、図１中の符号２１は電子部品装着装置（以下、装着
装置と称する）である。この装着装置２１は架台２２上
に、部品供給部としてのテ−プフィ−ダ２３、基板搬送
部としてのコンベア２４、および、ＸＹロボット２５を
有している。

【００１５】これらのうち、テ−プフィ−ダ２３には、
複数の部品装着テ−プ２６…（２つのみ図示）が保持さ
れている。各テ−プ２６…は供給リ−ル２７…の回転に
伴って走行し、巻取リ−ル２８…によって巻取られる。

【００１６】上記コンベア２４は、ガイド２４ａ、２４
ａにより案内しながら、プリント基板（以下、基板と称
する）７を架台２２の外側から中央部に搬送する。そし
て、コンベア２４は基板７を架台２３の上面の中央部で
保持する。上記ＸＹロボット２５は装着ヘッド２９を保
持しており、この装着ヘッド２９をテ−プフィ−ダ２３
とコンベア２４との間で、ＸＹ方向に任意に移動させ
る。

【００１７】テ−プフィ−ダ２３とコンベア２４との間
には、照明部３０が設けられている。この照明部３０
は、直管状の発光体３１と矩形板状の拡散板３２とによ
り構成されている。さらに、照明部３０は拡散板３２を
発光体３１の上方に位置させており、発光体３１を拡散
板３２によって覆い隠している。また、発光体３１はそ
の軸方向をコンベア２４の搬送方向に沿わせており、拡
散板３２はその長手方向を発光体３１の軸方向に略一致
させている。図２中に示すように、テ−プフィ−ダ２
３、コンベア２４、および、照明部３０は略同程度の高
さに配置されている。前記装着ヘッド２９の構成が図２
に示されている。

【００１８】装着ヘッド２９は、軸心を上下に向けた中
空で円形な鏡筒３３と、この鏡筒３３の上方に配置され
その光軸を鏡筒３３の光軸に略一致させた撮像装置とし
てのＣＣＤカメラ３４、および、鏡筒３３の下端部に設
けられて下向きに突出した中空な吸着ノズル３５を有し
ている。そして、鏡筒３３とＣＣＤカメラ３４とは、Ｘ
Ｙロボット２５に固定されたヘッドボデ−３６によって
保持されている。

【００１９】つまり、ヘッドボデ−３６にはＺモ−タ３
７と、このＺモ−タ３７に連結されたボ−ルねじ３８と
が取付けられている。さらに、ボ−ルねじ３８はスライ
ドブロック３９を連結されており、このスライドブロッ
ク３９は鏡筒３３を保持している。そして、Ｚモ−タ３
７の駆動力がボ−ルねじ３８を介してスライドブロック
３９および鏡筒３３に伝達され、鏡筒３３がスライドブ
ロック３９と一体に上下方向、即ちＺ方向に位置決めさ
れる。

【００２０】鏡筒３３は、上端部に透明ガラス４０を取
付けられており、透明ガラス４０によって上端部を気密
的に塞がれている。そして、鏡筒３３は下端部を開放し
ている。

【００２１】また、ＣＣＤカメラ３４はステ−４１を介
してヘッドボデ−３６に固定されている。そして、ＣＣ
Ｄカメラ３４は装着ヘッド２９と一体にＸＹ方向へ移動
する。さらに、ＣＣＤカメラ３４と鏡筒３３との距離
は、鏡筒３３のＺ方向への変位に伴って変化する。ここ
で、ＣＣＤカメラ３４を変位可能に取付けて鏡筒３３の
変位に追従させてもよい。

【００２２】上記スライドブロック３９にはθモ−タ４
２が取付けられており、このθモ−タ４２の回転力は駆
動側ギヤ４３から、鏡筒３３に同軸的に外装された従動
側ギヤ４４へ伝達される。そして、鏡筒３３が従動側ギ
ヤ４４と一体に回動変位し、θ方向に位置決めされる。
また、鏡筒３３とスライドブロック３９との間には環状
のブッシュ４５、４５が介在しており、鏡筒３３はスラ
イドブロック３９に対して回動変位する。

【００２３】さらに、前記ＣＣＤカメラ３４の向きは下
方に設定されており、ＣＣＤカメラ３４の光学系の焦点
は、透明ガラス４０を通して鏡筒３３の下方にを合せら
れる。また、図３に示すように画像処理部４６がＣＣＤ
カメラ３４と接続されており、この画像処理部４６にモ
ニタ４７が接続されている。また、画像処理部４６はメ
インコントロ−ラ４８に接続されている。

【００２４】図２中に符号４９で示すのはノズルユニッ
トであり、符号５０で示すのはこのノズルユニット４９
を鏡筒３３に保持するノズルユニット保持機構部（以
下、保持機構部と称する）である。

【００２５】ノズルユニット４９は鏡筒３３に対して別
体に形成されたもので、鏡筒３３と同様な形状の筒体か
らなる本体５１、レンズとしての凸レンズ５２、およ
び、筒状の吸着ノズル５３により構成されている。本体
５１は外周部に凹陥部５４を形成されるとともに、上端
部を鏡筒３３の下端に形成された段差部５５に係合させ
ている。

【００２６】また、凸レンズ５２は本体５１の内側に収
納されるとともに、その外周部を本体５１の内周部に形
成された凹陥部に気密的に係止させている。そして、凸
レンズ５２は鏡筒３３の上端部に位置する透明ガラス４
０と同軸的に並んでいる。

【００２７】さらに、吸着ノズル５３は、凸レンズ５２
の中央部に差込まれており、凸レンズ５２から下方に略
垂直に突出している。また、吸着ノズル５３は、基端側
にフランジ部５６を形成されており、このフランジ部５
６を凸レンズ５２に係止させている。さらに、吸着ノズ
ル５３は、先端部を先端側へいくほど細くなるテ−パ状
に成形されており、先端側の外径寸法を基端側の外径寸
法より小としている。

【００２８】そして、吸着ノズル５３、ノズルユニット
４９の本体５１、および、鏡筒３３のそれぞれの内部空
間は互いに連通している。また、ノズルユニット４９を
取付けられた鏡筒３３の内部空間は、図示しないバキュ
−ムホ−スを介して、図中に矢印Ｂで示すように真空吸
引される。ここで、透明ガラス４０と凸レンズ５２との
間に、これら以外の光学素子等を配置してもよい。

【００２９】前記保持機構５０は、鏡筒３３の下端部に
配置されており、複数の鋼球５７、５７を有している。
さらに、鋼球５７、５７は、鏡筒３３の下端部に外装さ
れた鋼球ホルダ５８によって緩かに保持されている。ま
た、保持機構５０には板ばね５９、５９が設けられてお
り、この板ばね５９、５９は、鋼球ホルダ５８を鏡筒３
３に固定する固定ねじ６０、６０を介して、その上端部
を鋼球ホルダ５８に固定されている。

【００３０】そして、保持機構５０は、板ばね５９、５
９の先端部を鋼球５７、５７に外側から圧接させてお
り、鋼球５７、５７をノズルユニット４９の本体５１に
形成された凹陥部５４に係合させている。そして、保持
機構５０はノズルユニット４９を、板ばね５９、５９に
より鋼球５７、５７を付勢しながら、保持している。鏡
筒３３の外周部には段差が形成されており、保持機構５
０が設けられた部分の肉厚は、例えば上端側の部分の肉
厚よりも小さく設定されている。前記ノズルユニット４
９は、図中に符号６１で示すノズルチェンジャから選択
されて鏡筒３３に取付けられる。

【００３１】つまり、ノズルチェンジャ６１には、第１
〜第３の３つのノズルユニット６２、６３、４９が用意
されている（以下では前記ノズルユニット４９を第３の
ノズルユニット４９と称する）。

【００３２】上記第３のノズルユニット４９が凸レンズ
５２を備えているのに対し、第１のノズルユニット６２
は、平レンズ（平ガラス）６４を備えており、第２のノ
ズルユニット６３は凹レンズ６５を備えている。そし
て、第１及び第２のノズルユニット６２、６３は、第３
のノズルユニット４９と同様に、保持機構５０によって
鏡筒３３に保持される。

【００３３】さらに、第１〜第３のノズルユニット６
２、６３、４９は、装着の対象となるチップ部品２ａの
大きさや形状に応じて選択される。そして、各ノズルユ
ニットの選択指示は、画像処理部４６と接続されたメイ
ンコントロ−ラ４８からノズルチェンジャ６１へ出力さ
れ、選択されたノズルユニットの搬送および取付けは例
えば自動的に行われる。つぎに、上述の装着装置２１の
作用を説明する。

【００３４】図３に示すように、メインコントロ−ラ４
８が対象となるチップ部品の大きさや形状を基にして、
チップ部品の画像認識に適したレンズを備えたノズルユ
ニットを決定し、ノズル選択指示をノズルチェンジャ６
１へ出力する。

【００３５】この一方で、メインコントロ−ラ４８は部
品情報、即ち対象となるチップ部品の形状や大きさ等の
情報と、レンズ情報、即ち対象となるチップ部品の撮像
に適した倍率等の情報とを画像処理部５３に送る。

【００３６】ノズルチャンジャ６１が、メインコントロ
−ラ４８の選択指示に基づき、ストックされた各ノズル
ユニット６２、６３、４９のうちから例えば第３のノズ
ルユニット４９を取出す。そして、第３のノズルユニッ
ト４９が図中に矢印Ｃで示すように搬送され、鏡筒３３
に取付けられる。

【００３７】ここで、対象となるチップ部品が小型であ
る場合には、凸レンズ５２を備えた第３のノズルユニッ
ト４９が画像認識に適しており、大型である場合には凹
レンズ６５を備えた第２のノズルユニット６２が適して
いる。また、対象となるチップ部品が中型である場合に
は、平レンズ（平ガラス）６４を備えた第１のノズルユ
ニット６２が画像認識に適している。

【００３８】そして、ＸＹロボット２５が駆動され、装
着ヘッド２９がテ−プフィ−ダ２３に達し、図２に示す
ように、所定の部品装着テ−プ２６から電子部品として
のチップ部品２ａが、吸着ノズル５３の先端に吸着され
る。そして、吸着ノズル５３が負圧を利用してチップ部
品２ａを保持したまま、装着ヘッド２９が移動する。

【００３９】装着ヘッド２９は部品装着テ−プ２６の側
から基板７の側に向って移動する。そして、装着ヘッド
２９は、基板７に向う途中で、照明部３０の上方を通過
する。照明部３０においては、発光体３０から発せられ
た光が拡散板３２で拡散し、拡散板３２の上方に均一な
照明光が形成される。

【００４０】装着ヘッド２９の移動の途中でチップ部品
２ａが照明部３０の上を通過し、この際に、凸レンズ５
２によって拡大されたチップ部品２ａの像がＣＣＤカメ
ラ３４に取込まれる。ＣＣＤカメラ３４は、鏡筒３３に
取付けられた透明ガラス４０と、第３のノズルユニット
４９の凸レンズ５２を通して、吸着ノズル５３とチップ
部品２ａとを撮像する。そして、ＣＣＤカメラ３４に
は、凸レンズ５２によって拡大された像が取込まれる。
ここで、例えば第２のノズルユニット６３が選択された
場合には、チップ部品の像は縮小される。ＣＣＤカメラ
３４に取込まれた画像は、図３に示すように画像処理部
４６へ送られ、チップ部品２ａの画像がモニタ４７に表
示される。

【００４１】また、画像処理部４６においてはチップ部
品２ａの位置認識が行われる。この際、画像処理部４６
は、メインコントロ−ラ４８から送られた部品情報とレ
ンズ情報とに基づいて演算を行う。さらに、画像処理部
４６はｘ−ｙ−θ方向についての位置補正デ−タをメイ
ンコントロ−ラ４８へ送り、メインコントロ−ラ４８が
ＸＹロボット２５や装着ヘッド２９へ位置補正指示を出
力する。

【００４２】位置認識が行われている間において、装着
ヘッド２９は連続して移動し、停止或いは減速を行うこ
となく基板７の側に達する。装着ヘッド２９が目的の基
板座標位置に達する前に、メインコントロ−ラ４８の位
置補正指示に従って、補正量の演算及びチップ部品２ａ
の位置補正が完了している。そして、装着ヘッド２９が
目的の基板座標位置で停止して下降し、チップ部品２ａ
が基板７の所定位置に装着される。ここで、画像処理を
利用した位置補正方法として従来の種々の方法を利用す
ることが可能である。また、吸着ノズル５３とＣＣＤカ
メラ３４との間には、チップ部品２ａの像を遮ることの
ないよう、透明な部材が配設されている。また、図２に
おいて、チップ部品２ａの搬送経路が矢印Ｄ…によって
表されている。

【００４３】すなわち、上述のような装着装置２１にお
いては、ＣＣＤカメラ３４が装着ヘッド２６と一体に且
つ下向きに設けられており、照明部３０が装着ヘッド２
９の下側に位置している。さらに、照明部３０はテ−プ
フィ−ダ２３とコンベア２４との間に配置されており、
装着ヘッド２９は部品装着テ−プ２６から基板７へ向う
途中で照明部３０の上方を通過する。

【００４４】したがって、装着ヘッド２９を停止或いは
減速させることなくチップ部品２ａの位置認識を行うこ
とができる。そして、部品装着のサイクルタイムが短く
なり、生産能率が向上する。

【００４５】また、ＣＣＤカメラ３４が下向きに配設さ
れているので、ＣＣＤカメラ３４のレンズ等にごみが付
着しにくい。このため、装着装置２１のメンテナンスが
簡単になる。さらに、外乱光がＣＣＤカメラ３４に入射
することを防止でき、画像処理の信頼性が向上する。

【００４６】なお、装着ヘッド２９の移動経路を一定と
し、テ−プフィ−ダ２３の位置を目的の基板座標位置に
合せて変化させる装置が在るが、本実施例の装着装置２
１においては可動部分が小さく軽量であるため、チップ
部品２ａの搬送および位置決めを素速く行うことができ
る。

【００４７】また、図４中の矢印Ｅ、Ｅで示すように装
着ヘッド２９を各部品装着テ−プ２６…から目的の基板
座標位置へ直接移動させてもよく、また、矢印Ｆで示す
ように装着ヘッド２９の移動方向を例えば照明部３０の
上で変化させてもよい。

【００４８】さらに、装着装置２１においては、対象と
なるチップ部品の大きさや形状に応じてノズルユニット
６２、６３、４９が選択される。そして、チップ部品の
像が、ノズルユニット６２、６３、４９に備えられたレ
ンズ６４、７６、５２により適当な大きさに調整されて
ＣＣＤカメラ３４に取込まれる。そして、調整された像
が画像処理部４６により処理される。

【００４９】したがって、チップ部品が吸着ノズル５３
の基端部の外形に比べて小さい場合であっても、吸着ノ
ズル５３により遮られることなく、チップ部品の像をＣ
ＣＤカメラ３４に取込むことができる。また、チップ部
品が吸着ノズル５３の基端部の外形に比べてはるかに大
きい場合あっても、チップ部品の全体像をＣＣＤカメラ
３４に取込むことができる。そして、１台のＣＣＤカメ
ラ３４によって様々な大きさのチップ部品を撮像するこ
とができる。

【００５０】さらに、画像処理部４８に、選択されたノ
ズルユニットのレンズの倍率を画像処理に先立って知ら
せることが可能であり、ＣＣＤカメラ３４に取込まれた
像を基にしてチップ部品の実寸を計算することができ
る。このため、ｘ−ｙ−θの各方向についての補正量計
算、および、補正後の装着を高精度に行うことができ
る。なお、本発明は、要旨を逸脱しない範囲で種々に変
形することが可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、電子部品
を供給する部品供給部と、プリント基板を搬送して所定
位置に供給する基板搬送部と、部品供給部と所定位置に
供給されたプリント基板との間に位置する照明部と、こ
の照明部の上を通過しながら部品供給部とプリント基板
との間で移動する装着ヘッドと、吸着ノズルとレンズと
を備え、対象となる電子部品の種類に応じ選択され、装
着ヘッドに取付けられて電子部品を吸着ノズルの先端に
吸着する複数種のノズルユニットと、装着ヘッドの上方
に配置され、装着ヘッドと一体に移動しながら、電子部
品をノズルユニットのレンズを通して下向きに撮像する
撮像装置とを具備したものである。

【００５２】したがって本発明は、装着ヘッドを停止さ
せたり減速させたりすることなく電子部品を位置認識で
き、電子部品を高速で装着できるとともに、撮像装置へ
のごみの付着や外乱光の入射を防止し、画像処理の信頼
性を向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を概略的に示す斜視図。

【図２】本発明の一実施例の要部を示す側断面図。

【図３】本発明の一実施例の要部を示す概略構成図。

【図４】装着ヘッドの移動経路を示す説明図。

【図５】従来例を示す説明図。

【図６】従来例を示す説明図。

【図７】他の従来例を示す断面図。

【図８】他の従来例を示す断面図。

【符号の説明】

２…チップ部品（電子部品）、２１…電子部品装着装
置、２３…テ−プフィ−ダ（部品供給部）、２４…コン
ベア（基板搬送部）、２９…装着ヘッド、３０…照明
部、３４…ＣＣＤカメラ（撮像装置）、４９、６２、６
３…ノズルユニット、５２、６４、７５…レンズ、５３
…吸着ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】電子部品を供給する部品供給部と、プリ
ント基板を搬送して所定位置に供給する基板搬送部と、
上記部品供給部と所定位置に供給された上記プリント基
板との間に位置する照明部と、この照明部の上を通過し
ながら上記部品供給部と上記プリント基板との間で移動
する装着ヘッドと、吸着ノズルとレンズとを備え、対象
となる電子部品の種類に応じ選択され、上記装着ヘッド
に取付けられて上記電子部品を上記吸着ノズルの先端に
吸着する複数種のノズルユニットと、上記装着ヘッドの
上方に配置され、上記装着ヘッドと一体に移動しなが
ら、上記電子部品を上記ノズルユニットの上記レンズを
通して下向きに撮像する撮像装置とを具備した電子部品
装着装置。