JPH10290097A

JPH10290097A - 部品装着方法

Info

Publication number: JPH10290097A
Application number: JP9032184A
Authority: JP
Inventors: Genichi Tagata; 源一田形; Yasuyuki Shimizu; 保行清水
Original assignee: TENRYU TECHNIC KK
Current assignee: TENRYU TECHNIC KK
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】姿勢をいくつか変えた部品にレーザ光を当て
てその影の計測に基づく演算により装着姿勢のずれの補
正角度を求めて、部品装着時間を短縮化する。【解決手段】長さを角度で一階微分又は二階以上の高
階微分することに基づいて、影の長さが増加するときは
微分値は正、減少のときは負となるので、回転角と微分
値は一対一で対応し、いずれか一方に極小角だけ回転さ
せることにより、補正すべき回転方向が把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明（各請求項に係る発
明）は、例えばＩＣ、抵抗器、コンデンサ等の部品をプ
リント基板上の所定の位置に正確な姿勢で装着するため
の部品装着方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】部品供給機から吸着ノズルで部品を吸着
したときには、ノズルの中心位置と吸着した部品の中心
位置との間に不可避的にずれが生ずる。このため、部品
の姿勢を複数変えて、そこにレーザ光を当てたときに生
ずる影を計測することにより、装着姿勢のずれを求めて
いる。そして、求めたずれをノズルに施せば、プリント
基板に部品を正確に装着することができる。

【０００３】例えば、部品を長方形として取り扱うと
き、図１（ａ）に示すように、レーザ発光部とレーザ受
光部との間に位置する長方形ＡＢＣＤの部品Ｗを、ノズ
ル中心Ｎ_C を中心に時計針の回る方向に９０度回転させ
る。レーザ受光部における影の長さは、回転するにつれ
て、辺ＡＤ又は辺ＢＣ（いずれも短辺）の長さである図
１（ｂ）中のａから順次増加していき、やがて極大値で
あるｂ（点ＡＣの長さ）になる。さらに回転させていく
と、今度は減少に転じ、影の長さｃ（辺ＡＢ又は辺ＣＤ
の長さ）は極小となる。

【０００４】なお、影の長さがａのときに時計針と逆の
方向に回転させると、ａからｂ’さらにｃ’と変化して
いくが、影の長さはまったく同じであり、ｂ’はｂと、
また、ｃ’はｃと等しいものである。

【０００５】ここで、横長部品では、図１（ｂ）に示し
たように、ｂからｃまで又はｂ’からｃ’までの区間に
おける影の変化量は少なく、角度と影との関係は、図１
（ｂ）のａからｂまで又はａからｂ’までの区間に比較
しても精度が低い。

【０００６】また、縦長部品では、図１（ｂ）に示すよ
うに、例えば影の長さがｈ₂ （ｂ＞ｈ₂ ＞ｃ）である場
合としては、同じ影の長さとなる角度が４か所存在し、
影の長さと角度が一対一で対応しないので、影の長さか
ら角度を指定するのはあまり適さない。一方、変化量の
大きなａ近傍では、影の長さがｈ₁ （ｃ＞ｈ₁ ＞ａ）で
ある場合には、同じ値は反対方向にあるので、横長部品
よりは精度が良い。

【０００７】しかしながら、従来の方式では、影の長さ
が極小となる角度を示すａ、ｃとｃ’の近傍では、図１
（ｂ）から明らかなように、部品の姿勢を左右に少し回
転させてもその変化量は小さいので、影が極小となる角
度をいかに探すのが課題であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような課題を解決
しようとした先行技術はいくつか存在する。例えば、特
願平４−２９９０３１号（特開平６−１５２１９４号）
に記載された技術は、部品を数回回転させて、その都度
影の位置を計測し、補正値を算出している。しかしなが
ら、この技術では、回転させる回数が多く、しかもその
際の角度も大きいため、補正値を得るための処理時間が
かかり過ぎるという欠点があった。

【０００９】また、特願平４−１７３５７１号（特開平
６−１８２１５号）に記載された技術は、吸着した部品
を時計針の回る方向に予備回転させて、部品の回転方向
を定め、予備回転させた位置の影の長さと部品の影の長
さが極小になる影の長さから、補正量を幾何学的手法か
ら算出している。したがって、位置補正の大きさは判明
するものの、正負の方向は依然として不明である。

【００１０】予備回転の大きさによっては、回転方向が
反対のときには、極小の影にするのに大きく部品を回転
させることになる。一定の予備回転角を与えるだけで
は、部品の大きさや部品の回転角状態によって必要な回
転角は異なるので、これに対応できないのは、回転角の
予測がまったく行われていないためである。

【００１１】回転予測がなされていないので、回転が不
要な装着が確認できず、回転不要の場合でも予備回転が
行われる。影と角度による影の極小値の探索であるか
ら、角度の変化が大きいのにもかかわらず、影の変化が
小さいところを探すのに、影が極小値になる角度の精度
が悪くなる。また、図１（ｂ）に示すような影の極大値
であるｂとｂ’を認識できない。

【００１２】特表平６−５０４８４７号に記載された技
術では、部品供給機を予備回転に相当する角度だけ回転
させて、影が極小になる回転方向を定めているが、部品
供給機を予め斜めに設定している。このような設定は、
従来の部品装着機には誤った設定であり、汎用性に欠
け、作業上問題がある。

【００１３】その他、特願平５−３３１２２２号（特開
平７−１９３３９７号）に記載された技術は、平均操作
が装着位置補正に限定され、予測回転角度と実測回転角
度の平均までには至っていない。

【００１４】本発明は、かかる先行技術では解決に不十
分であった課題を解決するためになされたものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めになされた発明は、ノズルに吸着され外形寸法が既知
の部品について姿勢規正の補正を行った後に、位置決め
されたプリント基板の所定位置に前記部品を装着する部
品装着方法において、前記補正の角度は、前記ノズルを
挟んで設けられたレーザ発光部とレーザ受光部とにより
計測された前記部品の投影長さと、予測回転とを基にし
て、前記ノズルで吸着された部品姿勢と前記投影長さが
極小になる部品姿勢との角度の差として検出し、Ｘ軸方
向とＹ軸方向の部品装着位置補正量は、測定される部品
の座標値を基にして、前記ノズルの位置に対して、Ｘ軸
方向、Ｙ軸方向それぞれに演算によって正負の値で求め
られることを特徴とする部品装着方法である（請求項
１）。

【００１６】前記補正の角度は、前記部品の投影長さに
基づき、予め定められた演算式を用い、該演算式を角度
で一階微分又は二階以上の高階微分した微分式を用いて
行うことを特徴とする（請求項２）方式により検出でき
る。

【００１７】前記補正の際の回転方向は、投影長さの変
化が計測できる極小角度を一方向へ回転させて投影長さ
の変化を計測することにより決定され、投影長さが減少
したときにはその方向、増加したときには逆の方向とす
る（請求項３）方式がとれる。なお、投影長さが対角長
と同じときはまれであるが、その場合は除かれる。

【００１８】前記演算式により求めた補正の角度の近傍
から予め定められたきざみ角度で一方向へ連続的に複数
回回転させてそれぞれの投影長さを計測する収束操作を
続け、計測値の極性が変化する位置を検出して、前記演
算による補正の角度を修正すること（請求項４）を特徴
とする方式を用いる。

【００１９】すなわち、３点法又は５点法を応用したも
のであり、きざみ角度は分解能を考慮して決定する。

【００２０】前記演算による補正の角度と前記収束操作
による修正値の平均を部品供給機ごとに算出することを
特徴とする（請求項５）方式を用いる。

【００２１】すなわち、ゆらぎを算出するものであり、
部品供給機ごとの特徴を把握することができる。なお、
標準偏差を求めることも考えられる。

【００２２】ここで、前記計測した部品の投影長さが予
め定めた許容範囲内のときは、投影長さを長方形短辺の
長さに置き換えることを特徴とする（請求項６）方式を
用いる。また、前記演算で求めた補正の角度が予め定め
た許容範囲内のときは、補正の角度を零とすることを特
徴とする（請求項７）方式を用いる。

【００２３】このようにすると、回転操作を省略できる
場合もあり、装着時間の短縮化を図ることができる。

【００２４】その他、発光手段から照明されたヘッドユ
ニットのノズルで吸着された部品の射影を受光手段によ
り、部品のかどの座標を測定しノズルで部品が吸着され
た姿勢と予測回転を基にして影が極小となる部品姿勢角
度を検出し、測定される座標値を基に、Ｘ軸方向とＹ軸
方向の部品装着位置補正量を演算によって求める過程
で、ノズルの回転操作で部品の影を極小とする部品姿勢
角度の検出が、回転予測方式、微分方式、収束方式、微
分方式と収束方式の併用及び実測の平均操作方式の中で
いずれか、又はそれらの組み合わせによって行うことを
特徴とする（請求項８）方式で部品装着装置の補正機能
が向上する。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態のうち最良と
思われるものについて、図面を参照しつつ説明する。な
お、以下説明する実施形態の部品の形状は、長方形であ
る。

【００２６】図２において、補正値の算出を容易にする
ために、部品に対する原点をノズル中心とする。部品が
レーザ受光部またはレーザ発光部に対してθ傾いた状態
の部品中心点ｗ_G の座標を（ｘ_G,ｙ _G）とする。部品を
θ回転させて長方形の短い辺がレーザ受光部又はレーザ
発光部と平行になる状態の部品中心点ｗ_C の座標を、
（ｘ_C ，ｙ_C ）とする。部品が吸着された状態を長方形
ＡＢＣＤで表す。そして、レーザ発光部からレーザが発
せられ、レーザ受光部で受ける部品の影の長さが極小に
なる位置までノズルを回転させると、長方形ａｂｃｄの
状態となる。

【００２７】部品が吸着されたとき、θ回転したときの
２か所の部品姿勢、すなわち部品姿勢１のＡ・Ｃ及び部
品姿勢２のａ・ｃの各点の座標を、点Ａ（ｘ₂,ｙ ₂）、
点ａ（ｘ₁,ｙ ₁）、点Ｃ（ｘ₃,ｙ ₃）及び点ｃ（ｘ₄,ｙ
₄）とする。このとき、点ｂの座標は（ｘ₁ ，ｙ₄ ）、
点ｄの座標は（ｘ₄ ，ｙ₁ ）になる。ｘ₁ 、ｘ₂ 、ｘ₃~
ｘ ₄はいずれも実測可能である。点ａの座標（ｘ₁~ｙ
₁）は、点Ａの座標（ｘ₂ ，ｙ₂ ）をθ回転した座標で
あるので、

【００２８】

【数１】となる。同様に、点ｃの座標（ｘ₄,ｙ ₄）は、
点Ｃの座標（ｘ₃,ｙ ₃）をθ回転した座標であるので、

【００２９】

【数２】となる。よって、式１と式３とから、ｓｉｎθ
が零でないとき、

【００３０】

【数３】が得られる。これらの式５と式６を利用して、
次に示すように吸着状態の部品中心点ｗ_c の座標（ｘ_c,
ｙ _c）と、部品がレーザ受光部又はレーザ発光部に対し
てθ傾いた状態の部品中心点ｗ_G の座標（ｘ_G,ｙ _G）
は、実測可能なｘ₁,ｘ ₂，ｘ₃ ，ｘ₄~び回転角θで表す
ことができる。すなわち、部品の中心点ｗ _Gは、

【００３１】

【数４】で与えられる。ｗ_c のｘ_c は、

【００３２】

【数５】である。式２に式５を、また、式４に式６をそ
れぞれ代入して、

【００３３】

【数６】が得られる。

【００３４】ｓｉｎθが零でないとき、

【００３５】

【数７】で表され、式９と式１２からノズルの位置に対
して正負の位置補正量が求まる。図１（ａ）に示すよう
に左右に回転させても、影と回転角の関係は、偶関数で
あるから、回転方向を把握しておけばそのまま使用でき
る。

【００３６】次に、回転角θの値を求める。部品の縦と
横の寸法をそれぞれＬ₁ とＬ₂ とすると、図２から、

【００３７】

【数８】となり、これをθについて解くと、

【００３８】

【数９】となる。なお、図３に示すように、ψ＝ｔａｎ
^-1（Ｌ₂ ／Ｌ₁ ）とする。影の長さの差（ｘ₂ −ｘ₃ ）
は計測可能であるので、部品の縦と横の長さが既知であ
れば、式１６から回転角θを予測できる。

【００３９】影の長さは図１（ｂ）に示すように、点Ｏ
を中心に左右対称に変化していくので、回転量を少なく
させて影の長さが極小となる角度を定めるために、予め
回転方向を定めておき、左右に少し回転させて影の長さ
が減少する方向を正しい方向と定める。

【００４０】ここで、Ｌ₁ とＬ₂ を常数として、式１５
を、ｘ₂~ｘ ₃＝ｘとして角度で微分すると、

【００４１】

【数１０】となり、

【００４２】

【数１１】になる。式１５の微分は、同式の右辺が三角
関数であるので、高階微分すると、ｓｉｎとｃｏｓが微
分ごとに現れるので、微分から生ずる符号及びｓｉｎの
曲線が、ｃｏｓの曲線と角度に対して９０度位相がずれ
ているので、これに注意すれば、高階微分（二階以上の
微分）も式１６、式１７や式１８から導かれ、本発明の
特性は生かされる。

【００４３】式１５及び式１７に、具体的数値を代入し
てグラフに表したものを図４〜７に示す。図４及び図５
では、Ｌ₁ ＝１．０，Ｌ₂~０．５、図６では、Ｌ ₁＝
０．９，Ｌ₂ ＝０．４、図７では、Ｌ₁~０．５，Ｌ ₂＝
１．０の値をそれぞれ用いている。

【００４４】これらの図面から明らかなように、影の長
さが増加するときは微分値は正で、逆に、減少のときは
負となる。そして、微分の影の長さと回転角との関係は
線形に近いものであり、また、微分の係数はほぼ一定で
あるから、微分係数を算出する過程を監視検定できる。
さらに、角度に対する影の長さよりも微分の方が影の長
さが極小となる所では正負の極性が大きく変化するの
で、影が極小となる角度は検出し易い。その上、縦と横
の両辺が等しい部品では、影の長さが極小となる近傍に
おける長さの変化は小さいものの、微分の大きさははる
かに大きく、微分の正負の極性も大きく変化するので、
長さの変化と微分の変化の差は顕著である。

【００４５】次に、部品の寸法誤差の影響を検討するた
め、部品の縦の長さＬ₁ と横の長さＬ₂ が、Ｌ₁~１．
０，Ｌ ₂＝０．５、及びＬ₁~０．９，Ｌ ₂＝０．４の場
合について、式１５の傾き角度と影の大きさ、並びに式
１７の微分値を図８に示す。

【００４６】図８中の矢印に部品を回転させたとき、Ｌ
₁ ＝１．０，Ｌ₂ ＝０．５の微分値Ａ_d と、Ｌ₁ ＝０．
９，Ｌ₂~０．４の微分値Ｂ _dの差は、前者の影の大きさ
の変化Ａ_sと後者の影の大きさの変化Ｂ _sに比較して非
常に小さい。したがって、部品の寸法誤差を考慮する
と、微分値をθ傾いた値として採用するとよい。

【００４７】停止状態では微分値の大きさは不明である
が、部品の回転方向を調べるとき、左右いずれかに回転
させるので、微分値が判明し、加えて、吸着状態での微
分値からの影の長さが極小となる位置への回転角が式１
７から判明する。その際、微分をとると、図４〜７の比
較から、部品に０．１mmの誤差があったとしても、影の
大きさと回転角の大きさの差は少ない。

【００４８】図４〜７でも同様であるが、図６の横長の
場合も影の長さのピークは２か所存在するので、同一影
の長さに対して４つの角度が存在するが、微分をとると
余分なピークは存在せず、回転角と微分の大きさは一対
一で対応する。

【００４９】ここで、式１５の右辺をｆ（ｘ）、式１７
の右辺をｆ’（ｘ）とすると、ｘ₀での微分は、

【００５０】

【数１２】で近似される。例えば、ｈは回転角のステッ
プきざみで、Ａ_i とＫは表１で与えられる。

【００５１】いま、式１６の目標角度θを求めるため
に、回転過程で目標角度θの近傍から分解能を考慮した
一定のきざみ角度で、例えば、式１９の微分の大きさを
表３の係数で計算し、影が極小になる位置では、図４〜
図７に示すように極性が大きく変化するので、この変化
を検出する。

【００５２】具体的には、図１０の方法で微分を計算す
ると、３点法では、「−２・−１・０」のデータでは図
４〜７に示すように極性が大きな負であり、「−１・０
・１」で零に近くなり、「０・１・２」では大きな正に
なる。よって、「−２」と「２」との中間で影が極小に
なる角度であることが明確に確認できるので、「２」の
角度から２ステップ戻れば良い。

【００５３】また、５点法では、「−４・−３・−２・
−１・０」が大きな負の極性とすれば順に計算すると、
負の値が減少して正の値に反転する。「０・１・２・３
・４」で正が極大になり、極性の反転が明確に判定でき
る。すなわち、「−４」と「４」の中間で目標の影が極
小になる角度である。このように、極性が明確に反対で
ある位置の中間を採って、影の長さが極小となる目標角
度に精度良く到達することができる。

【００５４】ここで、影の分解能と角度の分解能との関
係を近似的に考える。これは、ステップきざみが重要な
要素となるからである。

【００５５】いま、Ｌを部品の縦の長さ（単位：mm）、
δＬを部品の縦の長さ誤差（単位mm）、δθを微少回転
角（単位：ラシ゛アン）、δψを微少回転角（単位：度）、
δｘを影の長さの微少変化（単位：mm）とし、図１１の
ように部品の情報を与えると、分解能の限界から極小角
度が概略的に、

【００５６】

【数１３】で示される。これを基に数値計算すると、表
２及び表３のような結果を得る。

【００５７】式１４を得るための回転は、式２０及び式
２１の１乃至２単位くらいであり、図４〜７のように影
が減少する方向（影が極小になる方向）は簡単に判明す
る。ほぼこのような単位を目安にして、予測回転角を基
に影の長さが極小になる角度を探索する。

【００５８】図２における部品姿勢２が装着姿勢である
とする。例えば表２で、部品の横の長さが規定よりも誤
差範囲で小さい場合には、吸着した部品は、式１８から
数度以内に回転すれば良いことが判明する。このよう
に、寸法が規定よりも小さい部品でも回転の目安が算出
できる。

【００５９】同一部品で式１８で予測した角度と実際の
角度との平均と揺らぎを算出し、影の極小値は微分方式
で検出できるので、式１８での予測角度のばらつきが定
量的に把握でき、部品供給機の部品姿勢の特徴を予測に
より把握できる。装着上、回転角の許容度が予測と実際
の平均操作から回転不要な吸着が判明するので、不要な
操作が削除でき、装着の効率が向上する。

【００６０】図１（ｂ）のｃ，ｃ’とｂ，ｂ’は、影が
極小となる部品が回転した角度に相当する位置にある。
この影が極小となる角度を正確に速く探索することは、
部品をプリント基板に正確に速く装着するために使用す
る補正角度と位置補正値を求めるのに非常に重要であ
る。

【００６１】図４に示すように、影の極小値の近傍で影
と角度との変化状態が著しいときには、影と角度との関
係を微分方式と収束方式とを併用することも可能であ
り、影の長さが極小になる部品姿勢の精度が上がる。

【００６２】影と角度との関係から極小値となる角度を
検索する方法として、急速に目標値に漸近的に収束する
手法がある。例えば、図９（ａ）に示すように、θ₁ か
ら始まって矢印Ａに部品を回転させて、影の長さが極小
になる角度Ｏよりも少し行き過ぎた角度θ₂ になったと
する。

【００６３】

【数１４】になるように、矢印Ｂの方向に回転させ、

【００６４】

【数１５】のように、この手順を順次実行させていく
と、

【００６５】

【数１６】となる。ｎが大きくなると、同図（ｂ）に示
すように、影が極小になる部品姿勢に急速に収束する。
なお、この方法で、急速に収束するので、分解能を十分
に考慮して行う必要がある。

【００６６】式１７の角度微分値を観察することによ
り、極小値の通過を微分値の極性反転として捉えること
ができる。

【００６７】図１２に示すように、センサ内にレーザ発
光部とレーザ受光部をそれぞれ同一面内で平行に設置す
る。Ｘ軸又はＹ軸の一方で吸着された状態の部品姿勢に
レーザ光を照射すると、Ｓ_X1又はＳ_Y1に影ができる。影
の端となるａ、ｂ又はｃ、ｄの座標をノズルの中心を原
点にして計測し、部品姿勢を算出する。図１３におい
て、レーザ発光部からレーザ光を照射して、レーザ受光
部でレーザ光を受けると、吸着された部品姿勢の影とな
る端の座標から、式１５が適用できるので、式１６から
部品の傾き予測角が算出される。

【００６８】部品の傾き方向を決めるために、一次元で
ある図２のように予め方向を定めておき、部品を少し回
転させて影の長さが減少する方向を定めて、影の長さが
極小になる角度を探索するのに回転操作が少なくて済
む。

【００６９】式２０及び式２１の部品の大きさから分解
能を考慮して、式１７の微分方式又は、式２２と式２３
の収束方式でＸ軸とＹ軸における影の長さが極小となる
角度θを求め、部品をθだけ回転させると部品姿勢２に
なる。影の長さが極小となる２つの角度をｘ軸とｙ軸の
両方で独立に同時に探索計測できるので、影の長さが極
小となる点の探索精度が図２の場合のように１つをそれ
ぞれ独立に探索する場合よりも向上し、探索時間も速く
なる。部品姿勢２のとき、Ｘ軸上の影の端の値をｘ_H1，
ｘ_H2、そして、Ｙ軸上の影の端の値をｙ_H1，ｙ_H2とす
る。そこで、図１３からＸ軸方向の部品中心は、（ｘ_H1
＋ｘ_H2）／２になり、Ｙ軸方向の部品中心は、（ｙ_H1＋
ｙ_H2）／２になる。

【００７０】ノズルの中心を原点としているので、部品
の補正値が簡単な式で求まるので、処理時間が大幅に短
縮できる。

【００７１】

【発明の効果】本発明には以下の効果がある。すなわ
ち、影の長さが極小になる角度の検索は、収束の速い手
法によって速やかに角度検索ができる。

【００７２】また、極小値の検出は、角度と影の大きさ
の微分も採用しているので、影と角度の曲線の変化が小
さくても、微分を取れば微分値は大きくなり、部品の寸
法誤差による影響が少なく、影が極小となる所では微分
の正負極性が大きく変化するので、精度良く影の極小値
が検出できることになる。加えて、影の長さと角度につ
いて微分をとると、影との微分と角度の関係は直線に近
く、ピーク値はなくなり、微分の大きさで角度が判明す
る。

【００７３】このように、部品の傾き角度と部品の大き
さは、部品の寸法誤差による影響は、部品の傾き角度と
影の大きさに比較して、非常に小さいので、微分方式は
部品の傾き角度を推定するには有効な方法である。

【００７４】また、影の座標を基にしているので、ノズ
ルの吸着中心からＸＹ軸で正負の位置補正量が算出でき
る。

【００７５】さらに、影の長さが予測できれば、その長
さになる回転角が予測できるので、部品の装着姿勢であ
る影の長さが極小になる回転角の予測ができ、不明の場
合に比較して装着の効率が向上する。

【００７６】部品の影の長さが極小値の検出を角度と影
の大きさの微分を採用しているので、影と距離の曲線の
勾配が小さくても、微分を取れば微分は大きくなり、影
が極小になる所では、微分の極性が大きく変化するの
で、精度良く影の極小値が検出できることになる。

【００７７】回転予測と実測の平均操作で、装着におけ
る回転許容値を含めた部品寸法誤差も考慮に入れた回転
予測角度が判明し、予測回転精度が向上する。

【００７８】回転予測と実測の平均操作で、装着におけ
る回転許容値を含めた回転予測が可能になり、回転が不
要な装着に際しては、回転予測を基に不要な回転を省略
して装着が実行できる。

【００７９】影と角度の検索で、収束する方法を用いて
速い収束により極小となる角度が定まる。

【００８０】微分をとると、部品に誤差があってたとし
ても、影の大きさと回転角の大きさの差は少ない。

【００８１】図６から影の長さのピークは２個存在する
ので、同一影の長さに対して４個の角度が存在するが、
微分をとると、余分なピークはなく、回転角と微分の大
きさは一対一で対応する。

【００８２】２対のレーザ発光部とレーザ受光部を設置
することにより、部品の回転角と位置補正量が簡単にし
かも高速に得られ、部品の高速装着が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に用いる装
置において、部品を吸着した状態を示した図面であり、
同図（ｂ）は、レーザ受光部で計測された部品の影の長
さと回転角度との関係を示したグラフである。

【図２】図２は、吸着状態で、部品を回転させて姿勢規
正を行う過程を示した図面である。

【図３】図３は、部品の寸法や角度を示した説明図であ
る。

【図４】図４は、縦長部品（Ｌ₁ ＝１．０、Ｌ₂ ＝０．
５）の回転角度と微分式の演算結果との関係を示したグ
ラフである。

【図５】図５は、図４の回転方向と逆方向に回転させた
場合のグラフである。

【図６】図６は、横長部品（Ｌ₁ ＝０．５、Ｌ₂ ＝１．
０）の回転角度と微分式の演算結果との関係を示したグ
ラフである。

【図７】図７は、縦長部品（Ｌ₁ ＝０．９、Ｌ₂ ＝０．
４）の回転角度と微分式の演算結果との関係を示したグ
ラフである。

【図８】図８は、寸法がわずかに異なる２つの部品（Ｌ
₁ ＝１．０、Ｌ₂ ＝０．５とＬ₁＝０．９、Ｌ₂ ＝０．
４）の回転角度と微分式の演算結果との関係をまとめて
示したグラフである。

【図９】図９は、収束法で補正角度を求めた場合を表し
た説明図であり、（ａ）は、縦軸に影の長さ、横軸に回
転角度をとったグラフであり、（ｂ）は縦軸に回転角
度、横軸に回数をとったグラフである。

【図１０】図１０は、３点法及び５点法を示した図面で
ある。

【図１１】図１１は、影の分解能と角度の分解能との関
係を示した図面である。

【図１２】図１２は、センサ内にレーザ発光部とレーザ
受光部とをそれぞれ同一面内で平行に設置した状態を示
す図面である。

【図１３】図１３は、図１２において、部品を回転させ
て姿勢規正を行う過程を示した図面である。

【符号の説明】

Ｗ部品Ｎ_C ノズル中心Ｗ_C 、ｗ_C 部品中心点Ｌ₁ 部品の縦寸法Ｌ₂ 部品の横寸法１、２部品姿勢

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年３月３１日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】部品装着方法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００８】

【００１５】

【００１６】前記補正の角度は、前記部品の投影長さに
基づき、予め定められた演算式を用い、該演算式を角度
で一階微分又は二階以上の高階微分した微分式を用いて
求められることを特徴とする（請求項２）方式により検
出できる。

【００２５】

【００２８】

【数１】

【００２９】となる。同様に、点ｃの座標（ｘ₄,ｙ ₄）
は、点Ｃの座標（ｘ₃,ｙ ₃）をθ回転した座標であるの
で、

【００３０】

【数２】

【００３１】となる。よって、式１と式３とから、ｓｉ
ｎθが零でないとき、

【００３２】

【数３】

【００３３】が得られる。これらの式５と式６を利用し
て、次に示すように吸着状態の部品中心点ｗ_c の座標
（ｘ_c,ｙ _c）と、部品がレーザ受光部又はレーザ発光部
に対してθ傾いた状態の部品中心点ｗ_G の座標（ｘ_G,ｙ
_G）は、実測可能なｘ₁,ｘ ₂，ｘ₃ ，ｘ₄~び回転角θで
表すことができる。すなわち、部品の中心点ｗ _Gは、

【００３４】

【数４】

【００３５】で与えられる。ｗ_c のｘ_c は、

【００３６】

【数５】

【００３７】である。式２に式５を、また、式４に式６
をそれぞれ代入して、

【００３８】

【数６】

【００３９】が得られる。

【００４０】ｓｉｎθが零でないとき、

【００４１】

【数７】

【００４２】で表され、式９と式１２からノズルの位置
に対して正負の位置補正量が求まる。図１（ａ）に示す
ように左右に回転させても、影と回転角の関係は、偶関
数であるから、回転方向を把握しておけばそのまま使用
できる。

【００４３】次に、回転角θの値を求める。部品の縦と
横の寸法をそれぞれＬ₁ とＬ₂ とすると、図２から、

【００４４】

【数８】

【００４５】となり、これをθについて解くと、

【００４６】

【数９】

【００４７】となる。なお、図３に示すように、ψ＝ｔ
ａｎ^-1（Ｌ₂ ／Ｌ₁ ）とする。影の長さの差（ｘ₂ −ｘ
₃ ）は計測可能であるので、部品の縦と横の長さが既知
であれば、式１６から回転角θを予測できる。

【００４８】影の長さは図１（ｂ）に示すように、点Ｏ
を中心に左右対称に変化していくので、回転量を少なく
させて影の長さが極小となる角度を定めるために、予め
回転方向を定めておき、左右に少し回転させて影の長さ
が減少する方向を正しい方向と定める。

【００４９】ここで、Ｌ₁ とＬ₂ を常数として、式１５
を、ｘ₂~ｘ ₃＝ｘとして角度で微分すると、

【００５０】

【数１０】

【００５１】となり、

【００５２】

【数１１】

【００５３】になる。式１５の微分は、同式の右辺が三
角関数であるので、高階微分すると、ｓｉｎとｃｏｓが
微分ごとに現れるので、微分から生ずる符号及びｓｉｎ
の曲線が、ｃｏｓの曲線と角度に対して９０度位相がず
れているので、これに注意すれば、高階微分（二階以上
の微分）も式１６、式１７や式１８から導かれ、本発明
の特性は生かされる。

【００５４】式１５及び式１７に、具体的数値を代入し
てグラフに表したものを図４〜７に示す。図４及び図５
では、Ｌ₁ ＝１．０，Ｌ₂~０．５、図６では、Ｌ ₁＝
０．９，Ｌ₂ ＝０．４、図７では、Ｌ₁~０．５，Ｌ ₂＝
１．０の値をそれぞれ用いている。

【００５５】これらの図面から明らかなように、影の長
さが増加するときは微分値は正で、逆に、減少のときは
負となる。そして、微分の影の長さと回転角との関係は
線形に近いものであり、また、微分の係数はほぼ一定で
あるから、微分係数を算出する過程を監視検定できる。
さらに、角度に対する影の長さよりも微分の方が影の長
さが極小となる所では正負の極性が大きく変化するの
で、影が極小となる角度は検出し易い。その上、縦と横
の両辺が等しい部品では、影の長さが極小となる近傍に
おける長さの変化は小さいものの、微分の大きさははる
かに大きく、微分の正負の極性も大きく変化するので、
長さの変化と微分の変化の差は顕著である。

【００５６】次に、部品の寸法誤差の影響を検討するた
め、部品の縦の長さＬ₁ と横の長さＬ₂ が、Ｌ₁~１．
０，Ｌ ₂＝０．５、及びＬ₁~０．９，Ｌ ₂＝０．４の場
合について、式１５の傾き角度と影の大きさ、並びに式
１７の微分値を図８に示す。

【００５７】図８中の矢印に部品を回転させたとき、Ｌ
₁ ＝１．０，Ｌ₂ ＝０．５の微分値Ａ_d と、Ｌ₁ ＝０．
９，Ｌ₂~０．４の微分値Ｂ _dの差は、前者の影の大きさ
の変化Ａ_sと後者の影の大きさの変化Ｂ _sに比較して非
常に小さい。したがって、部品の寸法誤差を考慮する
と、微分値をθ傾いた値として採用するとよい。

【００５８】停止状態では微分値の大きさは不明である
が、部品の回転方向を調べるとき、左右いずれかに回転
させるので、微分値が判明し、加えて、吸着状態での微
分値からの影の長さが極小となる位置への回転角が式１
７から判明する。その際、微分をとると、図４〜７の比
較から、部品に０．１mmの誤差があったとしても、影の
大きさと回転角の大きさの差は少ない。

【００５９】図４〜７でも同様であるが、図６の横長の
場合も影の長さのピークは２か所存在するので、同一影
の長さに対して４つの角度が存在するが、微分をとると
余分なピークは存在せず、回転角と微分の大きさは一対
一で対応する。

【００６０】ここで、式１５の右辺をｆ（ｘ）、式１７
の右辺をｆ’（ｘ）とすると、ｘ₀での微分は、

【００６１】

【数１２】

【００６２】で近似される。例えば、ｈは回転角のステ
ップきざみで、Ａ_i とＫは表１で与えられる。

【００６３】

【表１】

【００６４】いま、式１６の目標角度θを求めるため
に、回転過程で目標角度θの近傍から分解能を考慮した
一定のきざみ角度で、例えば、式１９の微分の大きさを
表３の係数で計算し、影が極小になる位置では、図４〜
図７に示すように極性が大きく変化するので、この変化
を検出する。

【００６５】具体的には、図１０の方法で微分を計算す
ると、３点法では、「−２・−１・０」のデータでは図
４〜７に示すように極性が大きな負であり、「−１・０
・１」で零に近くなり、「０・１・２」では大きな正に
なる。よって、「−２」と「２」との中間で影が極小に
なる角度であることが明確に確認できるので、「２」の
角度から２ステップ戻れば良い。

【００６６】また、５点法では、「−４・−３・−２・
−１・０」が大きな負の極性とすれば順に計算すると、
負の値が減少して正の値に反転する。「０・１・２・３
・４」で正が極大になり、極性の反転が明確に判定でき
る。すなわち、「−４」と「４」の中間で目標の影が極
小になる角度である。このように、極性が明確に反対で
ある位置の中間を採って、影の長さが極小となる目標角
度に精度良く到達することができる。

【００６７】ここで、影の分解能と角度の分解能との関
係を近似的に考える。これは、ステップきざみが重要な
要素となるからである。

【００６８】いま、Ｌを部品の縦の長さ（単位：mm）、
δＬを部品の縦の長さ誤差（単位mm）、δθを微少回転
角（単位：ラシ゛アン）、δψを微少回転角（単位：度）、
δｘを影の長さの微少変化（単位：mm）とし、図１１の
ように部品の情報を与えると、分解能の限界から極小角
度が概略的に、

【００６９】

【数１３】

【００７０】で示される。これを基に数値計算すると、
表２及び表３のような結果を得る。

【００７１】

【表２】

【００７２】

【表３】

【００７３】式１４を得るための回転は、式２０及び式
２１の１乃至２単位くらいであり、図４〜７のように影
が減少する方向（影が極小になる方向）は簡単に判明す
る。ほぼこのような単位を目安にして、予測回転角を基
に影の長さが極小になる角度を探索する。

【００７４】図２における部品姿勢２が装着姿勢である
とする。例えば表２で、部品の横の長さが規定よりも誤
差範囲で小さい場合には、吸着した部品は、式１８から
数度以内に回転すれば良いことが判明する。このよう
に、寸法が規定よりも小さい部品でも回転の目安が算出
できる。

【００７５】同一部品で式１８で予測した角度と実際の
角度との平均と揺らぎを算出し、影の極小値は微分方式
で検出できるので、式１８での予測角度のばらつきが定
量的に把握でき、部品供給機の部品姿勢の特徴を予測に
より把握できる。装着上、回転角の許容度が予測と実際
の平均操作から回転不要な吸着が判明するので、不要な
操作が削除でき、装着の効率が向上する。

【００７６】図１（ｂ）のｃ，ｃ’とｂ，ｂ’は、影が
極小となる部品が回転した角度に相当する位置にある。
この影が極小となる角度を正確に速く探索することは、
部品をプリント基板に正確に速く装着するために使用す
る補正角度と位置補正値を求めるのに非常に重要であ
る。

【００７７】図４に示すように、影の極小値の近傍で影
と角度との変化状態が著しいときには、影と角度との関
係を微分方式と収束方式とを併用することも可能であ
り、影の長さが極小になる部品姿勢の精度が上がる。

【００７８】影と角度との関係から極小値となる角度を
検索する方法として、急速に目標値に漸近的に収束する
手法がある。例えば、図９（ａ）に示すように、θ₁ か
ら始まって矢印Ａに部品を回転させて、影の長さが極小
になる角度Ｏよりも少し行き過ぎた角度θ₂ になったと
する。

【００７９】

【数１４】

【００８０】になるように、矢印Ｂの方向に回転させ、

【００８１】

【数１５】

【００８２】のように、この手順を順次実行させていく
と、

【００８３】

【数１６】

【００８４】となる。ｎが大きくなると、同図（ｂ）に
示すように、影が極小になる部品姿勢に急速に収束す
る。なお、この方法で、急速に収束するので、分解能を
十分に考慮して行う必要がある。

【００８５】式１７の角度微分値を観察することによ
り、極小値の通過を微分値の極性反転として捉えること
ができる。

【００８６】図１２に示すように、センサ内にレーザ発
光部とレーザ受光部をそれぞれ同一面内で平行に設置す
る。Ｘ軸又はＹ軸の一方で吸着された状態の部品姿勢に
レーザ光を照射すると、Ｓ_X1又はＳ_Y1に影ができる。影
の端となるａ、ｂ又はｃ、ｄの座標をノズルの中心を原
点にして計測し、部品姿勢を算出する。図１３におい
て、レーザ発光部からレーザ光を照射して、レーザ受光
部でレーザ光を受けると、吸着された部品姿勢の影とな
る端の座標から、式１５が適用できるので、式１６から
部品の傾き予測角が算出される。

【００８７】部品の傾き方向を決めるために、一次元で
ある図２のように予め方向を定めておき、部品を少し回
転させて影の長さが減少する方向を定めて、影の長さが
極小になる角度を探索するのに回転操作が少なくて済
む。

【００８８】式２０及び式２１の部品の大きさから分解
能を考慮して、式１７の微分方式又は、式２２と式２３
の収束方式でＸ軸とＹ軸における影の長さが極小となる
角度θを求め、部品をθだけ回転させると部品姿勢２に
なる。影の長さが極小となる２つの角度をｘ軸とｙ軸の
両方で独立に同時に探索計測できるので、影の長さが極
小となる点の探索精度が図２の場合のように１つをそれ
ぞれ独立に探索する場合よりも向上し、探索時間も速く
なる。部品姿勢２のとき、Ｘ軸上の影の端の値をｘ_H1，
ｘ_H2、そして、Ｙ軸上の影の端の値をｙ_H1，ｙ_H2とす
る。そこで、図１３からＸ軸方向の部品中心は、（ｘ_H1
＋ｘ_H2）／２になり、Ｙ軸方向の部品中心は、（ｙ_H1＋
ｙ_H2）／２になる。

【００８９】ノズルの中心を原点としているので、部品
の補正値が簡単な式で求まるので、処理時間が大幅に短
縮できる。

【００９０】

【００９１】また、極小値の検出は、角度と影の大きさ
の微分も採用しているので、影と角度の曲線の変化が小
さくても、微分を取れば微分値は大きくなり、部品の寸
法誤差による影響が少なく、影が極小となる所では微分
の正負極性が大きく変化するので、精度良く影の極小値
が検出できることになる。加えて、影の長さと角度につ
いて微分をとると、影との微分と角度の関係は直線に近
く、ピーク値はなくなり、微分の大きさで角度が判明す
る。

【００９２】このように、部品の傾き角度と部品の大き
さは、部品の寸法誤差による影響は、部品の傾き角度と
影の大きさに比較して、非常に小さいので、微分方式は
部品の傾き角度を推定するには有効な方法である。

【００９３】また、影の座標を基にしているので、ノズ
ルの吸着中心からＸＹ軸で正負の位置補正量が算出でき
る。

【００９４】さらに、影の長さが予測できれば、その長
さになる回転角が予測できるので、部品の装着姿勢であ
る影の長さが極小になる回転角の予測ができ、不明の場
合に比較して装着の効率が向上する。

【００９５】部品の影の長さが極小値の検出を角度と影
の大きさの微分を採用しているので、影と距離の曲線の
勾配が小さくても、微分を取れば微分は大きくなり、影
が極小になる所では、微分の極性が大きく変化するの
で、精度良く影の極小値が検出できることになる。

【００９６】回転予測と実測の平均操作で、装着におけ
る回転許容値を含めた部品寸法誤差も考慮に入れた回転
予測角度が判明し、予測回転精度が向上する。

【００９７】回転予測と実測の平均操作で、装着におけ
る回転許容値を含めた回転予測が可能になり、回転が不
要な装着に際しては、回転予測を基に不要な回転を省略
して装着が実行できる。

【００９８】影と角度の検索で、収束する方法を用いて
速い収束により極小となる角度が定まる。

【００９９】微分をとると、部品に誤差があってたとし
ても、影の大きさと回転角の大きさの差は少ない。

【０１００】図６から影の長さのピークは２個存在する
ので、同一影の長さに対して４個の角度が存在するが、
微分をとると、余分なピークはなく、回転角と微分の大
きさは一対一で対応する。

【０１０１】２対のレーザ発光部とレーザ受光部を設置
することにより、部品の回転角と位置補正量が簡単にし
かも高速に得られ、部品の高速装着が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【符号の説明】Ｗ部品Ｎ_C ノズル中心Ｗ_C 、ｗ_C 部品中心点Ｌ₁ 部品の縦寸法Ｌ₂ 部品の横寸法１、２部品姿勢

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルに吸着され外形寸法が既知の部品
について姿勢規正の補正を行った後に、位置決めされた
プリント基板の所定位置に前記部品を装着する部品装着
方法において、前記補正の角度は、前記ノズルを挟んで設けられたレー
ザ発光部とレーザ受光部とにより計測された前記部品の
投影長さと、予測回転とを基にして、前記ノズルで吸着
された部品姿勢と前記投影長さが極小になる部品姿勢と
の角度の差として検出し、Ｘ軸方向とＹ軸方向の部品装着位置補正量は、測定され
る部品の座標値を基にして、前記ノズルの位置に対し
て、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向それぞれに演算によって正負の
値で求められることを特徴とする部品装着方法。
【請求項２】前記補正の角度は、前記部品の投影長さ
に基づき、予め定められた演算式を用い、該演算式を角
度で一階微分又は二階以上の高階微分した微分式を用い
て行うことを特徴とする請求項１記載の部品装着方法。
【請求項３】前記補正の際の回転方向は、投影長さの
変化が計測できる極小角度を一方向へ回転させて投影長
さの変化を計測することにより決定され、投影長さが減
少したときにはその方向、増加したときには逆の方向と
することを特徴とする請求項１又は２に記載の部品装着
方法。
【請求項４】前記演算式により求めた補正の角度の近
傍から予め定められたきざみ角度で一方向へ連続的に複
数回回転させてそれぞれの投影長さを計測する収束操作
を続け、計測値の極性が変化する位置を検出して、前記
演算による補正の角度を修正することを特徴とする請求
項３に記載の部品装着方法。
【請求項５】前記演算による補正の角度と前記収束操
作による修正値の平均を部品供給機ごとに算出すること
を特徴とする請求項４記載の部品装着方法。
【請求項６】前記計測した部品の投影長さが予め定め
た許容範囲内のときは、投影長さを長方形短辺の長さに
置き換えることを特徴とする請求項１記載の部品装着方
法。
【請求項７】前記演算で求めた補正の角度が予め定め
た許容範囲内のときは、補正の角度を零とすることを特
徴とする請求項１記載の部品装着方法。
【請求項８】発光手段から照明されたヘッドユニット
のノズルで吸着された部品の射影を受光手段により、部
品のかどの座標を測定しノズルで部品が吸着された姿勢
と予測回転を基にして影が極小となる部品姿勢角度を検
出し、測定される座標値を基に、Ｘ軸方向とＹ軸方向の
部品装着位置補正量を演算によって求める過程で、ノズ
ルの回転操作で部品の影を極小とする部品姿勢角度の検
出が、回転予測方式、微分方式、収束方式、微分方式と
収束方式の併用及び実測の平均操作方式の中でいずれ
か、又はそれらの組み合わせによって行うことを特徴と
する部品装着方法。