JPH098497A - 部品実装機の高速位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子部品が実装位置の角度位置に対して、よ
り高精度に且つ高速で位置決めされるようにした、部品
実装機の高速位置決め方法を提供すること。 【構成】 部品供給部１３から順次に供給される電子部
品を移動機構１２により取り上げて、位置決め部１４に
移動し、位置決め部にて撮像手段により上記電子部品の
画像信号を取出して、この画像信号に基づいて、電子部
品の角度補正を行ない、角度補正された電子部品を、プ
リント基板上の所定の実装位置に移動して装着する。こ
の場合、電子部品を位置決め部１４に移動す際に、当該
電子部品のプリント基板への実装位置から比較的大きな
所定のオフセット角度を有するように、θ補正ユニット
１６によりオフセット移動を行ない、オフセット移動さ
れた電子部品に対して、Δθ補正ユニット１８により、
角度補正を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部品実装機において実
装すべき電子部品を画像処理により移動量補正して、プ
リント基板の所定の実装位置に位置決めするための高速
位置決め方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、部品実装機は、電子部品を順次に
供給する部品供給部と、この部品供給部から電子部品を
取り上げて位置決め部に移動する移動機構と、位置決め
部に移動された電子部品の画像信号を生成する撮像手段
と、撮像手段からの画像信号に基づいて、電子部品の角
度補正を行ない、角度補正された電子部品をプリント基
板上の所定の実装位置に移動して装着するように移動機
構を制御する制御装置と、から構成されている。

【０００３】ここで、上述した移動機構は、一般にロー
タリヘッドが使用されている。このようなロータリヘッ
ドは、例えば図３に示すように構成されている。図３に
おいて、ロータリヘッド１は、円筒内に真空吸着式等の
ノズルが５本づつ付いた１２個のノズルブロック２が等
角度間隔に環状に配設されることにより、構成されてい
る。これにより、ノズルブロック２の各ノズルが、電子
部品を吸着した状態で、ロータリヘッド１が中心軸の周
りに図１にて矢印Ａ方向に間欠回動することにより、各
ノズルブロック２は、それぞれ停止位置１から１２にて
順次に停止するようになっている。これにより、各電子
部品は、部品供給部による部品供給位置から部品装着位
置まで移動される。図示の場合には、停止位置１にて、
電子部品のノズルへの吸着が行なわれ、停止位置７で、
電子部品のプリント基板（図示せず）への装着が行なわ
れるようになっている。

【０００４】各ノズルブロック自体には駆動機構は備え
られておらず、ロータリヘッド１の周辺に配設されたス
テーション（図示せず）が、所定のタイミングでノズル
ブロックに接触することにより、各ノズルブロックが回
転されるようになっている。さらに、ロータリヘッド１
は、１タクトの時間の半分で、１ノズル分の角度だけ
（図示の場合には、３０度）回動され、残りの半分の時
間で、各ノズルブロック２は、それぞれ停止位置１から
１２にて、ノズルの回転，画像処理，ノズル選択，ノズ
ル戻し等を行なうようになっている。

【０００５】また、図３においては、停止位置３に、θ
補正ユニット３が、停止位置５には、Δθ補正ユニット
４が配設されている。θ補正ユニット３は、ノズルブロ
ック２により移動された電子部品を、プリント基板上へ
の実装位置の角度位置付近まで、粗い精度で角度補正
し、またΔθ補正ユニット４は、実装位置の角度位置付
近まで、高精度で角度補正するようになっている。ここ
で、停止位置４では、撮像手段により電子部品の画像信
号が生成され、この画像信号に基づいて、停止位置５に
て、Δθ補正ユニット４による高精度の角度補正が行な
われる。

【０００６】これにより、図４に示すように、停止位置
１でノズルに吸着された電子部品５は、停止位置３に
て、θ補正ユニット３によって、ほぼ実装位置の角度位
置付近まで角度補正され、停止位置４で撮像手段により
電子部品の画像信号に基づいて、角度誤差Δθ，ｘ軸方
向の誤差Δｘ，ｙ軸方向の誤差Δｙが検出され、これら
の誤差に基づいて、停止位置５にてΔθ補正ユニット４
により、実装位置の角度位置に角度補正されることとな
る。

【０００７】かくして、所定の角度位置即ち目標位置に
対する移動は、図５に示すように、行なわれるが、その
際、サーボ機構の特性により、図６及び図７に示すよう
に、目標位置に近づくにつれて、移動速度が低下すると
共に、目標位置に対して、収束することになる。その
際、一定の収束幅内に角度位置が収まるようになった時
点までが、位置決めの応答時間となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
構成のロータリヘッド１を備えた部品実装機において
は、電子部品の装着を高速化するためには、ロータリヘ
ッド１の回転速度を高くすることになり、これに伴っ
て、各停止位置におけるθ補正ユニット３，Δθ補正ユ
ニット４等の各ユニットの動作時間も、短縮する必要が
ある。これに対して、各ユニットの動作時間は、それぞ
れカムやリンク機構等により機械的に決まるものと、サ
ーボ機構や制御ソフトウェアにより決まるものがある。
従って、高速化に際しては、サーボ機構の応答時間が短
縮される必要がある。

【０００９】一般に、サーボモータは、その最高速度と
加速度が決まっているので、図８にて鎖線Ｂで示すよう
に、起動した場合には、最高速度に達するまでには、一
定の時間が必要であると共に、停止の場合には、最高速
度から停止するまでに、同様に一定の時間が必要であ
る。このため、移動距離が比較的長い場合には、サーボ
モータの速度変化特性は、台形波状（台形波移動）とな
り、また移動距離が比較的短い場合には、図８にて実線
で示すように、最高速度に達する前に減速されることに
なるため、サーボモータの速度変化特性は、三角波状
（三角波移動）となる。

【００１０】さらに、機構等による非線形要因（摩擦，
捩れ剛性等）を加味すると、移動距離と、移動時間との
関係は、図９に示すように、三角波移動の領域よりも移
動距離が小さい領域にて、非線形領域が生ずることにな
る。即ち、図９において、移動時間は、一般的には、移
動距離に比例して増大することになり、移動形式即ち速
度変化が台形波か三角波かによって、求められ得る。

【００１１】ここで、例えば、サーボモータの捩れ剛性
は、以下のように発生する。即ち、図１０において、サ
ーボモータの駆動軸６は、駆動側６ａにて、駆動トルク
Ｔを受けて、θ１だけ回転駆動されたとき、被駆動側６
ｂは、駆動側６ａと被駆動側６ｂとを連結する駆動系６
ｃの捩れ剛性によって、θ２だけ回動する。かくして、
入力角度θ１と出力角度θ２とは、

【数１】 で表わされる捩れ分Δθだけ異なることになる。ここ
で、Δθは、捩れ剛性をＫとしたとき、

【数２】 で表わされるので、この捩れ剛性Ｋにより駆動軸６が伝
達し得る最高周波数ωは、

【数３】 となる。

【００１２】ここで、駆動軸６の移動角度が小さい場合
には、その応答の周波数が高くなり、図１１に示すよう
に、移動速度指令が出力されると、速度指令値の周波数
が高くなる。しかしながら、応答周波数は、上記式数３
から、最高周波数ωに限定されてしまうため、移動時間
は、ある一定の時間より小さくすることが不可能であ
り、図１２に示すように、位相遅れが比較的大きくなっ
てしまい、収束時間も長くなるという問題があった。し
かしながら、移動距離が著しく小さい場合には、上記の
速度変化特性が成立し得なくなり、図９にて、周波数応
答限界以下の移動距離である場合には、移動距離と移動
時間の線形関係が崩れてしまう。

【００１３】かくして、前記Δθ補正ユニット４による
補正量即ちΔθは、微小角度であることから、例えば三
角関数等による演算方法において、桁落ち等によって、
精度が低下することになるため、画像信号による微小角
度の検出は、分解能が比較的低くなってしまうことによ
り、検出精度が低下すると共に、微小角度の角度補正
は、サーボ機構の応答性等により、高速移動が困難にな
ってしまうという問題があった。

【００１４】本発明は、以上の点に鑑み、電子部品が実
装位置に対して、より高精度に且つ高速で位置決めされ
るようにした、部品実装機の高速位置決め方法を提供す
ることを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、部品供給部から順次に供給される電子部品を移動
機構により取り上げて、位置決め部に移動し、位置決め
部にて撮像手段により上記電子部品の画像信号を取出し
て、この画像信号に基づいて、電子部品の移動量補正を
行ない、移動量補正された電子部品を、プリント基板上
の所定の実装位置に移動して装着するようにした部品実
装機の位置決め方法において、前記電子部品を位置決め
部に移動す際に、当該電子部品のプリント基板への実装
位置から所定の移動量より大きく設定したオフセット移
動量を有するように、移動機構によりオフセット移動を
行ない、オフセット移動された電子部品に対して移動量
補正を行なうようにした、部品実装機の高速位置決め方
法により、達成される。

【００１６】

【作用】上記構成によれば、実装すべき電子部品が、オ
フセット移動によって、実装位置から所定の移動量より
大きく設定したオフセット移動量を有するように、移動
量調整された後、当該電子部品の画像信号に基づいて、
電子部品が実装位置に移動量補正される。これにより、
移動量補正の際の移動量は、従来のような微小移動量で
はなく、オフセット移動量を含む比較的大きな移動量に
なるので、移動量補正が高精度で且つ高速で行われるこ
とになる。すなわち、オフセット移動量を移動距離と移
動時間の線形関係が崩れてしまわない程度に大きく設定
して、正しい移動量補正を行うものである。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図１乃至図
２を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる
実施例は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に
好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲
は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載
がない限り、これらの態様に限られるものではない。

【００１８】図１は、本発明による高速位置決め方法を
実施するための部品実装機の一実施例を示している。図
１において、部品実装機１０は、ＸＹテーブル１１と、
ＸＹテーブル１１によりＸＹ方向に移動可能に支持され
たロータリヘッド１２と、部品供給部１３と、位置決め
部１４と、上記ＸＹテーブル１１，ロータリヘッド１
２，部品供給部１３及び位置決め部１４を制御する制御
ユニット１５とを備えている。

【００１９】上記ＸＹテーブル１１は、Ｘ方向及びＹ方
向に対して移動可能に支持されていると共に、それぞれ
ＡＣサーボモータ１１ａ，１１ｂにより、Ｘ方向及びＹ
方向に移動されるように構成されている。

【００２０】ロータリヘッド１２は、ヘッド軸１２ａの
周りに回動可能に支持されていると共に、円環状に等角
度間隔に配設された１２個のノズルブロック１２ｂを備
えている。各ノズルブロック１２ｂは、図１では１から
１２の符号が付されており、例えば５個の真空吸着式ノ
ズルを有している。この各ノズルブロック１２ｂは、Ａ
Ｃサーボモータによるノズル選択ユニット１２ｃによ
り、所望のノズルが選択されるように構成されている。
さらに、ロータリヘッド１２は、ＡＣサーボモータ１２
ｄにより、図１にて矢印Ａ方向に間欠回動される。これ
により、各ノズルブロック１２ｂは、それぞれ停止位置
１から１２にて順次に停止するようになっており、停止
位置１にて、一つのノズルブロック１２ｂの選択された
ノズルが、部品供給部１３上の一つの電子部品を真空吸
着し、ロータリヘッド１２の間欠回動に従って、停止位
置７まで移動し、停止位置７で、ＸＹテーブル１１上に
載置されたプリント基板（図示せず）への電子部品の装
着を行なうようになっている。

【００２１】上記部品供給部１３は、ＡＣサーボモータ
１３ａによりＺ軸方向に移動可能に構成されていると共
に、その上には、複数個の実装すべき電子部品（図示せ
ず）がＺ軸方向に重ねて載置されている。これにより、
ロータリヘッド１２の停止位置１にあるノズルブロック
１２ｂの選択されたノズルが、部品供給部１３上の電子
部品を吸着し、次の停止位置２に移動すると、部品供給
部１３のＡＣサーボモータ１３ａが作動して、部品供給
部１３をＺ軸方向に押し上げ、次の電子部品が所定位置
に移動されるようになっている。

【００２２】上記位置決め部１４は、ロータリヘッド１
２の停止位置２に対するθ補正ユニット１６と、停止位
置３に対する部品認識ユニット１７と、停止位置５に対
するΔθ補正ユニット１８とを含んでいる。θ補正ユニ
ット１６は、ノズルブロック１２ａにより停止位置２に
移動された電子部品を、第一の角度調整により、移動さ
せる。

【００２３】部品認識ユニット１７は、固定配置された
撮像手段を備えており、これにより、ロータリヘッド１
２の回動により停止位置３に移動されたノズルブロック
１２ｂのノズルに吸着された電子部品を撮像するように
なっている。ここで、撮像手段により撮像された電子部
品１７の画像信号は、制御ユニット１５に送出される。
Δθ補正ユニット１８は、θ補正ユニット１６により移
動され、部品認識ユニット１７により角度位置が検出さ
れた電子部品に対して、ロータリヘッド１２の停止位置
５にて、第二の角度補正を行ない、プリント基板上への
実装位置に高精度に移動させる。

【００２４】上記制御ユニット１５は、マイクロプロセ
ッサユニット（ＭＰＵ）１５ａと、このＭＰＵ１５ａに
対してバス１５ｂを介して接続されたメモリボード１５
ｃ，Ｉ／Ｏ制御ユニット１５ｄ，サーボユニット１５ｅ
及び画像処理ユニット１５ｆとを含んでいる。ＭＰＵ１
５ａは、Ｉ／Ｏ制御ユニット１５ｄにより、メモリボー
ド１５ｃに対してデータの読み書きを行なうと共に、画
像処理ユニット１５ｆからの画像信号に基づいて、電子
部品の角度位置を検出し、角度補正に必要な移動量を演
算し、この移動量に基づいて、サーボユニット１５ｅに
制御信号を出力する。

【００２５】サーボユニット１５ｅは、ＭＰＵ１５ａか
らの制御信号に基づいて、ＸＹテーブル１１及びそのＡ
Ｃサーボモータ１１ａ，１１ｂと、ロータリヘッド１２
のノズル選択ユニット１２ｃ，ＡＣサーボモータ１２
ｄ、そして部品供給部１３のＡＣサーボモータ１３ａ，
位置決め部１４のθ補正ユニット１６，Δθ補正ユニッ
ト１８をサーボ制御し得るように構成されている。画像
処理ユニット１５ｆは、部品認識ユニット１７の撮像手
段から入力される画像信号に基づいて、停止位置３にお
ける電子部品のオフセット移動による角度位置を検出す
る。

【００２６】上記θ補正ユニット１６及びΔθ補正ユニ
ット１８は、制御ユニット１５によって、以下のように
制御されるようになっている。即ち、θ補正ユニット１
６は、ノズルブロック１２ａにより停止位置２に移動さ
れた電子部品を、第一の角度調整により、プリント基板
の実装位置より所定のオフセット角度だけずれた位置
に、オフセット移動させる。また、Δθ補正ユニット１
８は、θ補正ユニット１６によりオフセット移動され、
部品認識ユニット１７により角度位置が検出された電子
部品を、ロータリヘッド１２の停止位置５にて、第二の
角度補正によって、プリント基板上への実装位置に高精
度に移動させる。

【００２７】これにより、停止位置１でノズルに吸着さ
れた電子部品５は、図２に示すように、停止位置３に
て、θ補正ユニット１６によるオフセット移動により、
実装位置から所定のオフセット移動量、即ちにより、Ｘ
方向に関してＸ０，Ｙ方向に関してＹ０そして角度に関
してθ０だけずれた位置付近まで移動される。そして、
電子部品１９は、停止位置２で部品認識ユニット１７の
撮像手段により撮像され、その画像信号に基づいて、制
御ユニット１５は、ＭＰＵ１５ａにより、角度誤差Δθ
＋θ０，ｘ軸方向の誤差Δｘ＋Ｘ０，ｙ軸方向の誤差Δ
ｙ＋Ｙ０を検出する。これらの誤差に基づいて、電子部
品１９は、停止位置５にてΔθ補正ユニット１８によ
り、実装位置の角度位置に角度補正されることとなる。

【００２８】以上の動作により、一つの電子部品１９の
プリント基板への実装が行なわれ、その後、ロータリヘ
ッド１２が回動することにより、その１２個のノズルブ
ロック１２ａが、順次に、停止位置１にて部品供給部１
３から電子部品１９を吸着し、停止位置２にてθ補正ユ
ニット１６により電子部品１９をオフセット移動して、
停止位置３にて部品認識ユニット１７により電子部品１
９の補正角度を検出し、停止位置５にてΔθ補正ユニッ
ト１８により角度補正を行なって、実装位置に高精度で
移動させることにより、電子部品１９の実装が繰返し行
なわれることになる。

【００２９】この場合、Δθ補正ユニット１８による角
度補正は、従来のΔθなる角度に比較して、オフセット
移動によるθ０なる角度が加えられるので、角度補正に
よる移動角度は、比較的大きくなる。ここで、オフセッ
ト移動によるθ０なる角度は、補正移動を行なう移動機
構、この場合にはΔθ補正ユニット１８のサーボ機構
が、最も高速且つ高精度になるように、選定される。従
って、例えば図９における移動距離と移動時間との関係
においては、非線形領域ではなく、三角波移動または台
形波移動による線形領域にて、角度調整が行なわれるの
で、補正角度の演算は、高精度に行われることになり、
高精度の角度調整が行われることになる。さらに、電子
部品１９の高速移動のために、ロータリヘッド１２のタ
クト時間を短縮した場合、角度補正の移動角度が比較的
大きいことから、速度指令値の周波数が比較的低くなる
ので、位相遅れによる収束時間の増大が発生するような
ことはなく、短時間で位置決めが行なわれることにな
る。

【００３０】尚、上記実施例においては、電子部品１９
は、角度補正のみが行なわれるようになっているが、角
度と共に、Ｘ方向及びＹ方向の調整が行なわれてもよ
く、角度補正及びＸ方向及びＹ方向の調整により、二次
元空間における任意の移動量調整が行われることにな
る。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
子部品が実装位置の移動量位置に対して、より高精度に
且つ高速で位置決めされるようにした、部品実装機の高
速位置決め方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を実施するための部品実装機
の構成を示す概略図である。

【図２】図１の装置による電子部品の角度補正の状態を
順次に示す概略図である。

【図３】従来の部品実装機の要部を示す概略図である。

【図４】図３の装置による電子部品の角度調整の状態を
順次に示す概略図である。

【図５】図３の装置による電子部品の角度調整における
目標位置までの移動状態を示すグラフである。

【図６】図５のグラフにおける移動最終段階を拡大して
示すグラフである。

【図７】図３の装置による電子部品の角度調整における
移動速度の変化を示すグラフである。

【図８】サーボモータの駆動時の速度変化特性を示すグ
ラフである。

【図９】サーボモータによる移動距離と移動時間との関
係を示すグラフである。

【図１０】サーボモータの駆動軸の捩れ剛性を説明する
概略斜視図である。

【図１１】移動距離と速度指令値との関係を示すグラフ
である。

【図１２】移動の際のサーボモータの応答周波数とゲイ
ン及び位相との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 部品実装機 １１ ＸＹテーブル １２ ロータリヘッド １２ａ ノズルブロック １３ 部品供給部 １４ 位置決め部 １５ 制御ユニット １６ θ補正ユニット １７ 部品認識ユニット １８ Δθ補正ユニット １９ 電子部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 隆弘 愛知県額田郡幸田町大字坂崎字雀ケ入１番 地 ソニー幸田株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品供給部から順次に供給される電子部
   品を移動機構により取り上げて、位置決め部に移動し、 位置決め部にて撮像手段により上記電子部品の画像信号
   を取出して、この画像信号に基づいて、電子部品の移動
   量補正を行ない、 移動量補正された電子部品を、プリント基板上の所定の
   実装位置に移動して装着するようにした部品実装機の位
   置決め方法において、 前記電子部品を位置決め部に移動す際に、当該電子部品
   のプリント基板への実装位置から所定の移動量より大き
   く設定したオフセット移動量を有するように、移動機構
   によりオフセット移動を行ない、 オフセット移動された電子部品に対して、移動量補正を
   行なうようにした、ことを特徴とする部品実装機の高速
   位置決め方法。
2. 【請求項２】 前記オフセット移動による電子部品の所
   定のオフセット移動量が、移動量補正に対応した移動量
   であることを特徴とする請求項１に記載の部品実装機の
   高速位置決め方法。