JPH0645786A - 高さ調整手段を備えた部品実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 表面実装部品の厚さないし高さが変化した場
合においても部品の平面的な姿勢の認識を正確に行える
ようにし、且つ部品の実装時間の短縮と正確な高さ位置
での実装を可能にする。 【構成】 装着ヘッド１１に保持されている部品４２が
光学認識手段５１で認識される位置に来るまでの間に、
あらかじめ入力されている該部品に関するデータに基づ
き、光学認識位置における部品の撮像基準面から光学的
認識手段の撮像面までの距離が該光学的認識手段の焦点
距離に一致するように、該部品の保持高さを制御する手
段を具備している高さ調整手段を備えた部品実装装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面実装式の電子部品
を装着ヘッドにより保持した後、プリント基板上に移載
する間に、この部品の平面的な位置ないし姿勢を光学的
に認識して、その位置を制御するようにした実装装置に
関する。更に詳しくは、本発明は、複数の表面実装部品
を配列し且つ収容している部品供給部と、この部品供給
部に収容されている所定の部品をピックアップし且つ該
部品をプリント基板上の所定位置まで移動させて該プリ
ント基板上に実装する装着ヘッドと、該装着ヘッドが前
記部品をピックアップしてからプリント基板上の実装位
置まで移動する間に、該装着ヘッドに保持されている部
品を光学的に認識する手段と、該認識手段で認識した結
果に基づき、プリント基板に対する部品の実装位置を制
御する手段とを含む表面実装部品の実装装置において、
部品の高さを調整する手段を備えたものである。

【０００２】

【従来の技術】特公平３−２２７２０号公報には、部品
供給部より供給された電子部品を装着ヘッドにより吸着
し、位置決めされたプリント基板上に実装する装置が開
示され、この装置は、装着ヘッドに保持された電子部品
を認識し装着ヘッドに対する電子部品の位置及び水平面
内の回転角に関するデータを得る第１の認識部と、位置
決めされたプリント基板上の実装部品のパターンを認識
してその位置及び水平面内の回転角に関するデータを得
る第２の認識部と、装着ヘッドとプリント基板とを相対
的に移転・回転させる駆動部とを備え、前記第１及び第
２の認識部で得られたデータに基づいて前記駆動部を駆
動するように構成された認識付電子部品実装装置が開示
されている。

【０００３】この装置によると、プリント基板での電子
部品のパターンのズレ、装着ヘッドに保持された電子部
品のズレ等があったとしても、プリント基板上への電子
部品の正確な位置決め実装が可能となり、正確でしかも
高密度に電子部品を実装することができる。また、特開
平１−２６１８９９号公報に開示された電子部品の実装
装置によると、電子部品を基板に搭載するに先立ち、吸
着ノズル下端部の高さを検出し、その検出信号により装
着ヘッドの昇降ストロークを修正して、適性なストロー
クで電子部品を基板に搭載することが開示され、そのた
めにコンピュータに、あらかじめ、基板に搭載される各
電子部品の厚さのデータを入力しておき、前記の検出信
号をこのデータを補正するようにしている。この装置に
よると、各電子部品の厚さに応じて適性な高さ位置にて
電子部品を基板上に搭載することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特公平３−２２７２０号公報に記載された電子部品実装
装置では、電子部品毎に装着ヘッドの高さを調整する手
段を備えていなかった。従来は撮像面に対して焦点距離
が固定、カメラに対する吸着ノズル高さも一定であるた
め、部品の厚さが異なれば、焦点距離と合わなくなって
しまう。その結果、カメラによる認識の精度が低下する
反面、最近は部品の厚さが変化することが多くなった。
また、カメラの側で自動的に焦点を合わせるオートフォ
ーカス（ＡＦ）システムを採用すると、認識する画像の
縮尺の基準が変わってしまいその補正が困難である。カ
メラ自体を上下移動させると、倍率は変化しないが、カ
メラ移動のための機構が複雑となり、結果的にコスト高
となる。

【０００５】そこで、本発明では、装着ヘッドが表面実
装部品を保持してからプリント基板上の所定位置に実装
するまでの間に、これらの部品の平面位置（プリント基
板の面に関する位置）ないし姿勢を光学的に認識し、該
姿勢を制御する機構を具備する実装装置において、表面
実装部品の厚さないし高さが変化した場合においても部
品の平面的な姿勢の認識を正確に行えるようにし、且つ
部品の実装時間の短縮と正確な高さ位置での実装を可能
にした、高さ調整手段を備えた部品実装装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明によれば、複数の表面実装部品を配列
し且つ収容している部品供給部と、この部品供給部に収
容されている所定の部品をピックアップし且つ該部品を
プリント基板上の所定位置まで移動させて該プリント基
板上に実装する装着ヘッドと、該装着ヘッドが前記部品
をピックアップしてからプリント基板上の実装位置まで
移動する間に、該装着ヘッドに保持されている表面実装
部品を光学的に認識する手段と、該認識手段で認識した
結果に基づきプリント基板に対する部品の実装位置を制
御する手段とを含むものにおいて、装着ヘッドに保持さ
れている部品が前記光学認識手段で認識される位置に来
るまでの間に、あらかじめ入力されている該部品に関す
るデータに基づき、光学認識位置における部品の基板接
触面から光学的認識手段の撮像面までの距離が該光学的
認識手段の焦点距離に一致するように、該部品の保持高
さを制御する手段を具備していることを特徴とする、高
さ調整手段を備えた部品実装装置が提供される。

【０００７】

【作用】本発明によれば、各表面実装部品について高さ
に関するデータがあらかじめ入力されている。したがっ
て、装着ヘッドに保持されている部品が前記光学認識手
段（カメラ）で認識される位置に来るまでの間に、該部
品の保持高さを制御し、光学認識位置における部品の基
板接触面からカメラの撮像面までの距離が該カメラの焦
点距離に一致するようにされるので、各電子部品の基板
接触面を常に鮮明に観察することができる。これによ
り、表面実装部品の厚さないし高さが変化した場合にお
いても部品の平面的な姿勢を正確に認識でき、基板に搭
載される部品の最大高さを考慮して出来る限り基板に近
い位置で装着ヘッドを移動することができ、実装時間の
短縮と正確な高さ位置での実装が可能となる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の高さ調整手段を備えた表面実
装部品の実装装置の概略平面図である。図において、Ｘ
方向テーブル１０は吸着ヘッドないし吸着ノズル１１を
搭載したブロック１２より成り、このブロックは平行な
２本の案内レール１３，１４にＸ方向に案内され、これ
らの案内レールと平行なボールねじ軸１５により同方向
に駆動される。２本の案内レール１３，１４の両端はブ
ロック１６，１７に固定されており、一方のブロック１
７にはボールねじ軸１５を回転させるサーボモータ１８
が搭載されている。

【０００９】ブロック１６，１７はＹ方向に設置された
２つのボールねじ軸１９，２０にそれぞれ案内され、サ
ーボモータ２１によりＹ方向テーブルを構成するこれら
のブロック１６，１７がＹ方向に駆動される。図１にお
いて、符号３０は位置決めされたプリント基板であり、
吸着ヘッド１１を搭載したブロック１２はプリント板３
０の上側にあり、プリント板３０の面に対して平行な面
上をＸ方向及びＹ方向に移動する。図１では、直前の工
程において、表面実装部品（図示せず）が吸着ヘッド１
１によりプリント基板３０に実装され、その実装が終わ
った状態を示している。

【００１０】部品供給部４０は多数の表面実装部品４２
を規則的に配列・収容したトレイ４１から成る。この実
施例では表面実装部品４２を規則的に配列するための碁
盤目の枠４３の内部に個々の部品４２が収容される。こ
こで、表面実装部品とは、ＩＣ，ＬＳＩ等のいわゆるチ
ップ部品を含むあらゆる電子部品で直接プリント基板の
表面に半田付け等によって搭載される電子部品である。
トレイ４１内の表面実装部品４２は、吸着ヘッド１１の
ＸＹ移動平面に対して平行な面上に配列されている。

【００１１】次の工程で、どのトレイ４１内のどの表面
実装部品４２をプリント板３０上のどの位置に実装する
かはあらかじめ分かっており、これらのデータはあらか
じめ図示しないコンピュータに入力されている。それら
のデータの中には、各々の部品の高さないし厚さに関す
るデータも含まれる。ここで、表面実装部品４２の高さ
とは、部品の上面、即ち吸着ヘッド（ノズル）と接触す
る面から、実装の際に該部品がプリント基板に接触する
基板接触面までの距離である。

【００１２】サーボモータ１８，２１は所定のスタート
信号を受けて駆動が開始され、吸着ヘッド１１がＡの位
置からＢの位置へ移動する。この場合において、図示の
ようにＡ位置からＢ位置まで略直線に沿って吸着ヘッド
１１を移動させることが、吸着ヘッド１１（即ちブロッ
ク１２）にとって最も距離が短く、迅速な移動が可能と
なる。従って、図示しない制御機構においてＡ位置とＢ
位置との情報により吸着ヘッド１１がほぼ直線に沿って
移動するようにサーボモータ１８，２１の回転駆動がパ
ルス制御される。これにより、ブロック１２はＸ方向に
所定速度で移動し、ブロック１６，１７はＹ方向に所定
速度で移動して、結果的に吸着ヘッド１１がほぼ直線に
沿って短時間にＡ位置からＢ位置への移動を完了する。

【００１３】吸着ヘッドがＢ位置（部品供給位置）まで
来た時点では、吸着ヘッド１１はトレイ４１の上側にあ
る。この位置において後述するように吸着ヘッド１１が
表面実装部品４２を真空吸着しノズル先端に保持する。
吸着ヘッド１１が表面実装部品４２を吸着保持した後、
プリント板３０上の実装位置（例えばＣ位置）へ移動す
る場合、前述と同様に、Ｂ位置からＣ位置まで略直線に
沿って吸着ヘッド１１を移動させることが、吸着ヘッド
１１（即ちブロック１２）にとって最も距離が短く、迅
速な移動が可能となる。従って、前述と同様、図示しな
い制御機構においてＢ位置とＣ位置との情報により吸着
ヘッド１１がほぼ直線Ｍに沿って移動するようにサーボ
モータ１８，２１の回転駆動がパルス制御される。これ
により、ブロック１２はＸ方向に移動し、ブロック１
６，１７はＹ方向に移動して吸着ヘッド１１がほぼ直線
に沿って短時間にＢ位置からＣ位置への移動を完了す
る。しかしながら、本発明では、吸着ヘッド１１がＢ位
置からＣ位置へほぼ直線に沿って移動する間に、画像認
識位置（図３）にて一旦停止し、ここで表面実装部品の
姿勢が認識され、制御される。

【００１４】それに先立って本発明では、吸着ヘッド１
１に保持されている表面実装部品４２がこの画像認識位
置（図３）に来るまでの間に、前述のようなあらかじめ
入力されている該部品に関するデータに基づき、画像認
識位置における表面実装部品４２の基板接触面からカメ
ラの撮像面までの距離が該光学的認識手段の焦点距離に
一致するように、該部品の保持高さを制御する手段を具
備していることを特徴とする、高さ調整手段を備えた部
品実装装置が提供される。

【００１５】画像認識装置５０は、部品供給部４０（ト
レイ４１）と位置決めされたプリント板３０との間に配
置され、カメラ５１を搭載したブロック５２が、サーボ
モータ５４（図１）により駆動されるボールねじ軸５３
によりＸ方向に移動される。ブロック５２の案内機構は
図示省略している。カメラ５１は所定の直線（即ち、ボ
ールねじ軸）上をＸ方向に移動することから、吸着ヘッ
ド１１の移動直線とこのカメラ５１の移動軌跡との交
点、即ち画像認識位置はあらかじめ分かっている。従っ
て、図示しない制御機構において画像認識位置を計算
し、その位置情報に基づいてサーボモータ５４を制御す
る。従って、少なくとも吸着ヘッド１１が直線上を移動
して画像認識位置（図３）を通過する以前に、カメラ５
１を図１に示す位置から画像認識位置まで移動させてお
くことができる。これにより、後述のように、画像認識
位置において表面実装部品４２の平面的な姿勢をカメラ
画像により認識することができる。この画像認識位置に
おいてはカメラ５１は吸着ヘッド１１に保持された表面
実装部品４２の下側に位置し、表面実装部品の姿勢を下
側よりカメラ画像により認識することができる。

【００１６】吸着ヘッド１１が実装位置Ｃに到達する
と、後述のようにプリント板３０上への表面実装部品４
２の実装が行われる。しかし、表面実装部品４２が実装
される前に表面実装部品の平面的な姿勢ないし位置が所
定の位置になるように位置制御される。図２は、吸着ヘ
ッド１１がトレイ４１の中の所定の表面実装部品４２を
吸着保持する状態を示す。即ち、詳しくは図示していな
いが、ブロック１２に対して吸着ヘッド１１を上下方向
に移動する機構と、吸着ヘッド１１を回転させるサーボ
モータ２３が設けられている。従って、吸着ヘッド１１
がトレイ４１の中の所定の表面実装部品４２の上に来た
時、吸着ヘッド１１はブロック１２から下降し、真空吸
着動作が開始され、該当の表面実装部品４２を吸着保持
した後、吸着ヘッド１１がブロック１２から上昇する。

【００１７】図３は、吸着ヘッド１１に保持された所定
の表面実装部品４２をカメラ５１で撮像し、当該表面実
装部品４２の平面的な姿勢ないし位置、即ち所定位置か
らのズレを画像認識している状態を示す。本発明によれ
ば、前述のように各表面実装部品４２について高さに関
するデータがあらかじめコンピュータ（図示せず）に入
力されている。したがって、装着ヘッドに保持されてい
る部品４２が光学認識手段（カメラ）で認識される位置
に来るまでの間に、前記の高さに関するデータに基づい
て該表面実装部品４２の保持高さを制御し、光学認識位
置における部品４２の基板接触面Ｈからカメラの撮像面
Ｌまでの距離が該カメラの焦点距離ｌに一致するように
される。表面実装部品４２の保持高さを制御する場合に
おいて、装着ヘッド全体を上下移動させてもよく、部品
に接触するノズルの部分だけを上下移動させるように構
成してもよい。これにより、各表面実装部品４２の基板
接触面を常に鮮明に観察することができ、したがって表
面実装部品４２の厚さないし高さが変化した場合におい
ても部品の平面的な姿勢を正確に認識できる。

【００１８】図４は認識した表面実装部品４２が所定の
平面上の位置４２’（破線で示す）からズレている状態
を示す。吸着ヘッド１１で保持されている表面実装部品
４２は、画像認識装置の画面の中に設定された基準位置
Ｏ’に対してＸ方向にΔｘ、Ｙ方向にΔｙ変位してお
り、また回転方向にθ変位している。回転角θの修正
は、ブロック１２に搭載しているサーボモータ２３によ
り吸着ヘッド１１を回転させることにより修正される。
また、Δｘ及びΔｙ変位は、吸着ヘッド１１を搭載して
いるブロック１２のＸ，Ｙテーブルにより、即ち、即ち
画像認識位置Ｄから実装位置Ｃまでの間のサーボモータ
１８によるＸ方向の移動及びサーボモータ２１によるＹ
方向の移動の中で修正される。

【００１９】図５は、吸着ヘッド１１がプリント基板３
０の所定の実装位置に当該表面実装部品４２を実装して
いる状態を示す。即ち、表面実装部品４２が平面的な姿
勢が制御された後、吸着ヘッド（又は吸着ノズル）１１
はブロック１２から下降し、プリント板１１上への実装
作業が行われ、実装完了後、吸着ヘッド１１がブロック
１２から上昇する。この場合において、前述のように、
実装高さは各部品について予め一定とされている（画像
認識位置においてカメラの焦点距離ｌの高さになってい
る）ので、吸着ヘッド１１が所定の実装位置に来た時に
は、吸着ヘッド１１は、カメラ５１の所定撮像面Ｌとあ
らかじめ分かっているプリント基板３０の表面の高さと
の差を勘案してあらかじめ計算された所定の距離だけ下
降すればよいこととなる。

【００２０】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明を適用できる表面実装部品４２としては、前述の
ようにリード線付部品、チップ部品等種々のものがあ
り、またＩＣ，ＬＳＩ等各種の電子部品や半導体部品に
適用出来る。また部品供給部はトレイによる装置に限ら
ず、テープフィーダー、スティックフィーダー、バルク
フィーダー、あるいは特開平３−１４４８７に開示され
る部品収納ケースを用いる供給装置の供給手段に替える
ことあるいは混合して構成することも可能である。

【００２１】また、装着ヘッドを移動させずに、基板側
あるいは部品供給部を移動させる、カメラを移動させ
る、これらを組み合わせて移動させる等の変形も可能で
ある。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、カメラによる部品の平
面上の姿勢が認識された後は、プリント基板とカメラと
の位置関係から割り出される所定の距離だけ装着ヘッド
又はノズルが上下移動すればよいので、実装時間の短縮
と正確な高さ位置での実装が可能となる。従って、吸着
ヘッドが下降するに要する時間が実質的に短縮され、迅
速な且つ的確な実装を可能となる。また、表面実装部品
の平面的な姿勢をカメラで画像認識する場合に、常に該
部品の位置がカメラの焦点距離と一致するので、部品の
姿勢を鮮明に認識でき、部品実装位置を正確に規制でき
るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高さ調節手段を備えた部品実装装置の
平面図である。

【図２】吸着ヘッドがトレイの中の表面実装部品をピッ
クアップする状態を示す。

【図３】吸着ヘッドに保持された表面実装部品の平面的
な姿勢を認識する画像認識状態を示す。

【図４】認識した表面実装部品が所定の位置からズレて
いる状態を示す。

【図５】吸着ヘッドがプリント板上に表面実装部品を実
装する状態を示す。

【符号の説明】

１１…吸着ヘッド ３０…プリント基板 ４０…部品供給部 ４１…トレイ ４２…表面実装部品 ５１…光学的認識手段（カメラ） １８，２１，２３，５４…サーボモータ Ｈ…表面実装部品がプリント基板と接触する部分 Ｌ…カメラの撮像面 ｌ…カメラの焦点距離

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の表面実装部品（４２）を配列し且
   つ収容している部品供給部（４０）と、この部品供給部
   に収容されている所定の部品をピックアップし且つ該部
   品をプリント基板（３０）上の所定位置にて該プリント
   基板上に実装する装着ヘッド（１１）と、該装着ヘッド
   が前記部品をピックアップしてからプリント基板上の実
   装位置まで移動する間に、該装着ヘッドに保持されてい
   る表面実装部品を光学的に認識する手段（５１）と、該
   認識手段で認識した結果に基づきプリント基板に対する
   部品の実装位置を制御する手段（１８，２１，２３）と
   を含むものにおいて、装着ヘッド（１１）に保持されて
   いる部品（４２）が前記光学認識手段（５１）で認識さ
   れる位置に来るまでの間に、あらかじめ入力されている
   該部品に関するデータに基づき、光学認識位置における
   部品（４２）の撮像基準面（Ｈ）から光学的認識手段の
   撮像面（Ｌ）までの距離が該光学的認識手段（５１）の
   焦点距離（ｌ）に一致するように、該部品の保持高さを
   制御する手段を具備していることを特徴とする、高さ調
   整手段を備えた部品実装装置。
2. 【請求項２】 光学的認識手段（５１）は固定案内軸
   （５３）に沿って移動するように構成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の、高さ調整手段を備えた部
   品実装装置。
3. 【請求項３】 表面実装部品（４２）をピックアップす
   る前記装着ヘッド（１１）は、前記部品を吸着保持する
   ように構成された吸着ノズルを具備し、部品の高さに関
   するデータに基づき該吸着ノズルが上下動されることに
   より部品の高さ調整が行われることを特徴とする請求項
   １に記載の、高さ調整手段を備えた部品実装装置。
4. 【請求項４】 表面実装部品（４２）をピックアップす
   る前記装着ヘッド（１１）は、前記部品を吸着保持する
   ように構成された吸着ノズルを具備し、部品の高さに関
   するデータに基づき装着ヘッド自体が上下動されること
   により部品の高さ調整が行われることを特徴とする請求
   項１に記載の、高さ調整手段を備えた部品実装装置。
5. 【請求項５】 複数の表面実装部品（４２）を配列し且
   つ収容している部品供給部（４０）と、この部品供給部
   に収容されている所定の部品をピックアップし且つ該部
   品をプリント基板（３０）上の所定位置にし実装する装
   着ヘッド（１１）と、該装着ヘッドに保持されている部
   品を光学的に識別する手段（５１）と、該認識結果に基
   づき部品実装位置を制御する手段（１８，２１，２３）
   を含むものにおいて、あらかじめ入力されている部品に
   関するデータに基づき、光学認識位置における部品の撮
   像基準面（Ｈ）からの距離を焦点距離（ｌ）に一致する
   ように部品高さを制御する実装装置。