JPWO2016135915A1

JPWO2016135915A1 - 部品実装機

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Publication number: JPWO2016135915A1
Application number: JP2017501765A
Authority: JP
Inventors: 正樹村井; 敏彦山崎; 利律清水
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: CN107409489B; EP3264880A4; JP6522735B2; US20180035582A1; WO2016135915A1; CN107409489A; EP3264880B1; EP3264880A1; US10743447B2

Abstract

上面に位置合わせ用の部品マークを有する部品を回路基板に実装する部品実装機である。部品実装機は、部品を吸着する第１吸着ノズルと、部品を回路基板に実装する移載ヘッドと、吸着面よりも上方に配置され、部品の上面からの光の光路を側方に変換する光路変換手段と、光路が変更された光を受光可能な第１カメラと、第１カメラを移動させるカメラ移動装置と、移載ヘッドとカメラ移動装置の動作を制御する制御装置を有している。カメラ移動装置は、第１カメラの光軸に対して直交する少なくとも第１の方向に第１カメラを移動させ、第１カメラの撮像領域は、第１カメラが第１の方向に移動すると、部品の中心に対して第２の方向に移動する。制御装置は、部品マークの位置情報をあらかじめ記憶する記憶部を備えており、第１吸着ノズルに部品を吸着し、記憶部内の位置情報に基づいてカメラ移動装置を移動させる。

Description

本明細書に開示する技術は、回路基板に電子部品を実装する部品実装機の位置合わせの技術に関する。

特許文献１（国際公開２００３／０４１４７８号公報）に、位置合わせ用認識マークが付されたチップと位置合わせ用認識マークが付された基板を位置合わせする実装装置が開示されている。特許文献１の実装装置は、チップを吸着するツールと、ツール内に各位置合わせ用認識マークからの光の光路をツールの側方に変換するプリズムと、プリズムにより光路が変換された光を受光する認識手段を備えている。チップの位置合わせ用の認識マークと基板の位置合わせ用認識マークを認識手段で認識することで、チップと基板の位置合わせを実行している。

部品実装機では、複数種類の電子部品が回路基板に実装される。電子部品の種類が異なると、電子部品の大きさや形状が異なるため、電子部品に付与される位置合わせ用認識マークの位置も異なる場合がある。特許文献１の実装装置では、電子部品に付与された位置合わせ用認識マークの位置が異なる場合について想定しておらず、カメラで撮像された画像内に電子部品に付与された位置合わせ用認識マークが存在しないときは、電子部品に付与された位置合わせ用認識マークがカメラの撮像領域内に位置するように、カメラの位置を調整する必要がある。カメラの位置を調整すると、そのための時間が必要となるため、電子部品の実装効率が低下するという問題が生じる。

本明細書に開示する部品実装機は、上面に位置合わせ用の部品マークを有する部品を回路基板に実装する。部品実装機は、部品の上面を吸着する吸着面を備える第１吸着ノズルと、第１吸着ノズルを支持し、回路基板に対して第１吸着ノズルを相対移動させることで、第１吸着ノズルに吸着した部品を回路基板に実装する移載ヘッドと、吸着面よりも上方に配置され、部品の上面からの光の光路を側方に変換する光路変換手段と、光路変換手段により光路が変更された部品の上面からの光を受光可能な位置に配置される第１カメラと、第１吸着ノズルに対して第１カメラを相対移動させるカメラ移動装置と、移載ヘッドとカメラ移動装置の動作を制御する制御装置と、を有している。カメラ移動装置は、第１カメラの光軸に対して直交する少なくとも第１の方向に第１カメラを移動させ、第１カメラの撮像領域は、第１カメラが第１の方向に移動すると、部品の中心に対して第２の方向に移動する。制御装置は、部品マークの位置情報をあらかじめ記憶する記憶部を備えており、第１吸着ノズルに部品を吸着し、記憶部内の位置情報に基づいてカメラ移動装置により第１カメラを移動させる。

上記の部品実装機では、記憶部に部品マークの位置情報を記憶しているため、制御装置は、部品マークの位置情報に基づいて第１カメラを移動させることができる。このような構成によると、部品の種類毎に部品マークの位置が異なっている場合でも、部品マークをカメラの撮像領域に収めるのに要する時間を短くすることができる。

第１実施例の部品実装機の構成を模式的に示す側面図第１実施例のヘッドユニットおよび撮像ユニットの構成を示す斜視図第１実施例のヘッドユニットおよび撮像ユニットの構成を示す側面図。第１実施例の部品実装機の制御系の構成を示すブロック図。部品実装機の位置合わせ処理を示すフローチャート。第１カメラを、記憶部内の位置情報に基づいて位置合わせした場合に、第１カメラの撮像領域に部品マークが収まった状態の一例を示す図。第１カメラを記憶部内の位置情報に基づいて位置合わせした場合に、第１カメラの撮像領域に部品マークが収まっていない状態の一例を示す図。第１カメラを部品マークが第１カメラの撮像領域に収まるように位置合わせした状態の一例を示す図。第１カメラを基板マークが第１カメラの撮像領域に収まるように位置合わせした状態の一例を示す図。第１カメラを部品マークと基板マークの中点と第１カメラの撮像領域の中心点が重なるように位置合わせした状態の一例を示す図。第２実施例のヘッドユニットおよび撮像ユニットの構成を示す斜視図。第２実施例の構成を模式的に表す上面図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）制御装置は、第１吸着ノズルに部品を吸着し、記憶部内の位置情報に基づいてカメラ移動装置により第１カメラを移動させた場合であって、第１カメラの撮像領域内に部品マークが位置していないときに、カメラ移動装置により第１カメラをさらに移動させることで、部品マークを第１カメラの撮像領域内に位置合わせしてもよい。このような構成によると、記憶部内の位置情報に基づいて第１カメラを移動させた場合に、第１カメラの撮像領域内に部品マークが位置していないときでも、部品マークを第１カメラの撮像領域内に位置合わせすることができる。

（特徴２）第１カメラは、光路変換手段により変更された光路上に配置されており、カメラ移動装置は、第１吸着ノズルに対して少なくとも上下方向に第１カメラを移動させ、第１カメラの撮像領域は、第１カメラが上下方向に移動すると、部品の中心に対して、光路変換手段により変更された光路と平行となる方向に移動してもよい。制御装置は、第１吸着ノズルに部品を吸着し、記憶部内の位置情報に基づいてカメラ移動装置により第１カメラを上下方向に移動させてもよい。このような構成によると、光路変換手段により光路が変更された光を第１カメラで撮影するため、第１カメラを上下方向に移動させることで、第１カメラの撮像領域を調整することができる。

（特徴３）制御装置は、第１吸着ノズルに部品を吸着し、記憶部内の位置情報に基づいてカメラ移動装置により第１カメラを移動させた場合であって、第１カメラの撮像領域内に部品マークが位置していないときに、カメラ移動装置により第１カメラを上下方向にさらに移動させることで、部品マークを第１カメラの撮像領域内に位置合わせしてもよい。このような構成によると、第１カメラの撮像領域内に部品マークが位置していない場合でも、部品マークを第１カメラの撮像領域内に位置合わせすることができる。

（特徴４）回路基板は、位置合わせ用の基板マークを有しており、光路変換手段は、回路基板の上面からの光の光路を側方に変換し、第１カメラは、光路変換手段により光路が変換された回路基板の上面からの光を受光可能な位置に配置されていてもよい。制御装置は、第１カメラで撮像される部品マークと基板マークの相対位置に基づいて、部品の回路基板への実装位置を決定してもよい。このような構成によると、第１カメラで撮像した部品マークと基板マークの相対位置に基づいて、部品の回路基板への実装位置を決定することができる。このため、部品と回路基板の位置合わせの精度を向上することができる。

（特徴５）制御装置は、カメラ移動装置により第１カメラを移動させることで、部品マークと基板マークの両方を、第１カメラの撮像領域内に位置合わせしてもよい。このような構成によると、第１カメラで部品マークと基板マークを撮像している状態で、部品と回路基板の位置合わせをすることができる。このため、部品と回路基板の位置合わせの精度を向上することができる。

（特徴６）制御装置は、カメラ移動装置により第１カメラを移動させることで、第１カメラの撮像領域の中心点と、部品マークと基板マークの中点とが重なるように、第１カメラの撮像領域を位置合わせしてもよい。このような構成によると、部品もしくは回路基板を実装位置に移動するときに、基板マークもしくは部品マークが第１カメラの撮像領域から外れることを抑制することができる。このため、第１カメラで部品マークと基板マークを撮像している状態で、部品もしくは回路基板を実装位置に位置合わせできる可能性が高くなる。この結果、部品の回路基板への実装精度を向上することができる。

（特徴７）部品実装機は、部品の上面を吸着する吸着面と、吸着面よりも上方に配置され、部品の上面からの光の光路を側方に変換する光路変換手段と、を備える第２吸着ノズルと、第２吸着ノズルの光路変換手段により光路が変更された第２吸着ノズルに吸着された部品の上面からの光を受光可能な位置に配置される第２カメラと、をさらに有していてもよい。移載ヘッドは、第１吸着ノズル及び第２吸着ノズルを支持し、回路基板に対して第１吸着ノズル及び第２吸着ノズルを相対移動させることで、第１吸着ノズル及び第２吸着ノズルに吸着した部品を回路基板に実装し、第１カメラと第２カメラは、第１カメラの光軸と第２カメラの光軸が平行となるように配置されており、カメラ移動装置は、第１吸着ノズルと第２吸着ノズルに対して、第１カメラ及び第２カメラのそれぞれを光軸に対して直交する方向に相対移動させてもよい。制御装置は、第１カメラの撮像データ及び第２カメラの撮像データに基づいて、移載ヘッドとカメラ移動装置の動作を制御してもよい。このような構成によると、２つの部品を同時に吸着し、撮像することができる。これにより、部品の回路基板への実装に要する時間を短縮することができる。

（特徴８）第１カメラと第２カメラとカメラ移動装置は、移載ヘッドに取付けられ、移載ヘッドと一体となって回路基板に対して相対移動してもよい。制御装置は、第１吸着ノズルと第２吸着ノズルのそれぞれに部品を吸着して回路基板に実装する場合において、第１吸着ノズルと第２吸着ノズルのそれぞれに部品を吸着してから回路基板に実装するまでの間に、第１吸着ノズル及び第２吸着ノズルに吸着されている各部品の表面状態を、第１カメラの撮像データと第２カメラの撮像データを用いて検査してもよい。このような構成によると、第１吸着ノズルと第２吸着ノズルのそれぞれに部品を吸着したら、第１カメラと第２カメラで第１吸着ノズルと第２吸着ノズルのそれぞれが吸着している部品を撮像することができる。これにより、それぞれの部品の回路基板への実装前に、第１カメラと第２カメラの撮像データを用いて、それぞれの部品の表面状態を検査することができる。この結果、表面状態に異常がある部品の回路基板への実装を抑制することができる。

（第１実施例）以下、第１実施例に係る部品実装機１０について説明する。部品実装機１０は、回路基板２に電子部品４を実装する装置である。部品実装機１０は、表面実装機やチップマウンタ等とも称される。部品実装機１０は、はんだ印刷機、他の部品実装機および基板検査機とともに併設され、一連の実装ラインを構成する。

図１に示すように、部品実装機１０は、トレイフィーダ２４と、ヘッドユニット１２と、ヘッドユニット１２を移動させる移動装置１４と、ヘッドユニット１２に取り付けられた撮像ユニット４０と、基板コンベア２８と、制御装置５０を備える。トレイフィーダ２４は、ハウジング２３と、複数の電子部品４を格納するトレイ２２と、トレイ２２をハウジング２３から出し入れするトレイ搬送機構２６を備えている。ハウジング２３は、トレイ２２を複数収容する。トレイ搬送機構２６は、ハウジング２３に収容された複数のトレイ２２の一つを、ハウジング２３から引出した位置（吸着可能位置）と、ハウジング２３に格納された位置（吸着不能位置）とに移動させる。吸着可能位置に搬送されたトレイ２２の電子部品４は、ヘッドユニット１２によって吸着される。電子部品４を供給する機構としては、複数の電子部品４をテープに収容するテープフィーダ等でもよい。

移動装置１４は、ヘッドユニット１２をＸ方向及びＹ方向に移動させる。移動装置１４は、ヘッドユニット１２を案内するガイドレールや、ヘッドユニット１２をガイドレールに沿って移動させる移動機構や、その移動機構を駆動するモータ等によって構成されている。移動装置１４は、トレイ２２及び回路基板２の上方に配置されている。ヘッドユニット１２は、移動装置１４によってトレイ２２の上方及び回路基板２の上方の空間を移動する。

基板コンベア２８は、回路基板２の部品実装機１０への搬入、部品実装位置への位置決め、及び部品実装機１０からの搬出を行う装置である。基板コンベア２８は、例えば、一対のベルトコンベアと、ベルトコンベアに取付けられると共に回路基板２を下方から支持する基板保持部（図示省略）と、ベルトコンベアを駆動する駆動装置により構成することができる。

図１，２に示すように、ヘッドユニット１２は、移載ヘッド１６と、移載ヘッド１６に取り付けられた第１吸着ノズル２０及び第２吸着ノズル１２０を備えている。第１吸着ノズル２０は、第２吸着ノズル１２０に対してＸ方向に間隔を空けて配置されている。第１吸着ノズル２０と第２吸着ノズル１２０は同一構成であるため、ここでは、第１吸着ノズル２０について詳細に説明する。第１吸着ノズル２０は、上下方向（図面Ｚ方向）に移動可能に移載ヘッド１６に取付けられている。第１吸着ノズル２０は、移載ヘッド１６に収容されたアクチュエータ（図示省略）によって上下方向に昇降すると共に、また、電子部品４を吸着可能に構成されている。移載ヘッド１６により電子部品４を回路基板２に実装するには、まず、トレイ２２に格納された電子部品４に第１吸着ノズル２０の下面（吸着面）が当接するまで、第１吸着ノズル２０を下方に移動させる。次いで、第１吸着ノズル２０に電子部品を吸着し、第１吸着ノズル２０を上方に移動させる。次いで、移動装置１４により移載ヘッド１６を回路基板２に対して位置決めする。次いで、第１吸着ノズルを回路基板２に向かって下降させることで、回路基板２に電子部品４を実装する。

撮像ユニット４０は、ヘッドユニット１２に取り付けられている。このため、ヘッドユニット１２が移動すると、撮像ユニット４０もヘッドユニット１２と一体となって移動する。撮像ユニット４０は、カメラ移動装置４４と、第１カメラ４２と、第２カメラ１４２を備えている。カメラ移動装置４４には、第１カメラ４２と第２カメラ１４２が取付けられている。カメラ移動装置４４は、ヘッドユニット１２に取り付けられており、ヘッドユニット１２に対して第１カメラ４２と第２カメラ１４２をＹ方向及びＺ方向に相対移動させる。第１カメラ４２と第２カメラ１４２は、Ｘ方向に並んで配置されている。第１カメラ４２は、第１吸着ノズル２０の側方（図面Ｙ方向）に配置されており、第２カメラ１４２は、第２吸着ノズル１２０の側方（図面Ｙ方向）に配置されている。第１カメラ４２のＹ方向及びＺ方向の位置が、第２カメラ１４２のＹ方向及びＺ方向の位置のそれぞれと同一となるように、第１カメラ４２と第２カメラ１４２がカメラ移動装置４４に取付けられている。

ここで、図３を用いて、ヘッドユニット１２及び撮像ユニット４０を用いた撮像方法について説明する。図３に示すように、第１吸着ノズル２０は、電子部品吸着面２０ａよりも上方に第１ミラー３２を備えている。第１ミラー３２は、電子部品４の上面から反射される光の光路Ｌ１を第１吸着ノズル２０の側方（図面Ｙ方向）の光路Ｌ１‘に変換する。また、第１ミラー３２は、回路基板２の上面からの光の光路Ｌ２を第１吸着ノズル２０の側方（図面Ｙ方向）の光路Ｌ２‘に変換する。電子部品４の上面から反射される光の光路を変換する手段としては、ミラーの代わりに、プリズムなどを用いてもよい。上述のように、第１カメラ４２は、第１吸着ノズル２０の側方に配置されている。このため、第１カメラ４２は、電子部品４の上面からの光と回路基板２の上面からの光を受光することができる。即ち、電子部品４の上面と回路基板２の上面を撮像することができる。なお、第２吸着ノズル１２０は、第１吸着ノズル２０と同様に第２ミラー１３２を備えており、第２ミラー１３２により光路が変換された電子部品４の上面からの光と回路基板２の上面からの光を受光することができる。

図３から明らかなように、第１カメラ４２が上下方向（Ｚ方向）に移動すると、電子部品４及び回路基板２に対する第１カメラ４２の撮像領域は水平方向（Ｙ方向）に移動する。したがって、第１カメラ４２を上下方向（Ｚ方向）に移動させることで、第１カメラ４２で撮影される画像内の電子部品４及び回路基板２の位置を調整することができる。また、第１カメラ４２が水平方向（Ｙ方向）に移動すると、第１カメラ４２から電子部品４及び回路基板２までの光路長が変化する。したがって、第１カメラ４２を水平方向（Ｙ方向）に移動させることで、第１カメラ４２のピントを電子部品４や回路基板２に合わせることができる。なお、図６，７に示すように、電子部品４の種類によっては、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１のＹ方向の幅は、電子部品４の上面のＹ方向の幅よりも小さい場合がある。このような場合は、第１カメラ４２を適切な位置に位置決めしないと、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１内に部品マーク４ａが位置しないこととなる。第１カメラ４２を上下方向に移動させることで撮像領域Ｒ１の全領域を撮像することができる。このため、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１のＹ方向の幅が電子部品４の上面のＹ方向の幅よりも小さい場合でも、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１内に部品マーク４ａを位置合わせすることができる。

制御装置５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたコンピュータを用いて構成されている。図４に示すように、制御装置５０には、移動装置１４と移載ヘッド１６とカメラ移動装置４４と第１カメラ４２と第２カメラ１４２が通信可能に接続されている。制御装置５０は、これら各部（１４，１６，４４，４２，１４２等）の動作を制御すると共に、撮像ユニット４０により取得された撮像データを用いて、電子部品４の回路基板２への実装を行う。

また、制御装置５０には、記憶装置５２が通信可能に接続されている。記憶装置５２は、部品実装機１０の動作を制御するためのプログラムを記憶するプログラム記憶部６２と、電子部品４の部品マーク４ａの位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）と回路基板２の基板マーク２ａの位置情報ｑ_１（ｘ_２、ｙ_２）を記憶する位置情報記憶部６４を記憶する。制御装置５０は、プログラム記憶部６２に記憶されるプログラムに基づいて、部品実装機１０の各部（１４，１６，４４，４２，１４２等）の動作を制御する。本実施例の部品実装機１０では、複数種類の電子部品４が回路基板２に実装される。電子部品４は、種類毎に形状及び大きさが異なり、部品マーク４ａが付与される位置も異なる。このため、位置情報記憶部６４には、電子部品の種類毎に、その電子部品４の部品マーク４ａの位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）が記憶されている。ここで、部品マーク４ａの位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）とは、例えば、吸着ノズル２０，１２０が電子部品４を適切に吸着したときの部品マーク４ａの座標情報（吸着ノズルの電子部品吸着面に設定した基準座標における位置情報）である。適切に吸着とは、例えば、吸着ノズル２０が電子部品４を吸着したときに、電子部品吸着面２０ａの中心点と電子部品４の中心点が重なっている状態をいう。また、なお、位置情報記憶部６４の位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）は、撮像ユニット４０により取得された撮像データを画像処理することで取得してもよいし、電子部品４の設計データから予め取得してもよい。また、位置情報記憶部６４には、回路基板２の基板マーク２ａの位置情報ｑ_１（ｘ_２、ｙ_２）が予め記憶されている。

次に、図５〜図９を用いて制御装置５０で実施される電子部品４の部品マーク４ａと、回路基板２の基板マーク２ａの位置合わせ処理について説明する。なお、第１吸着ノズル２０を用いて電子部品４を回路基板２に実装する処理と、第２吸着ノズル１２０を用いて電子部品４を回路基板２に実装する処理とは、同一の処理であるため、ここでは、第１吸着ノズル２０を用いて電子部品４を回路基板２に実装する処理について説明する。

図５に示すように、まず、ステップＳ１２において、制御装置５０は、第１吸着ノズル２０に吸着する電子部品４の種類に応じて、電子部品４の部品マーク４ａに関する位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）を記憶装置５２から受信する。すなわち、複数のトレイ２２のそれぞれに格納されている電子部品４の種類は既知である。このため、制御装置５０は、まず、トレイフィーダ２４によって引き出されているトレイ２２に応じて、第１吸着ノズル２０に吸着する電子部品４の種類を特定する。次いで、制御装置５０は、その特定した種類の電子部品４の位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）を記憶装置５２から読み取る。なお、位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）は、第１吸着ノズル２０が電子部品４を適切に吸着したときの部品マーク４ａの座標情報である。

次いで、ステップＳ１４において、制御装置５０は、第１吸着ノズル２０によりトレイ２２上の電子部品４を吸着する。次いで、ステップＳ１６において、制御装置５０は、移動装置１４の駆動を開始してヘッドユニット１２を移動させ、電子部品４を吸着している第１吸着ノズル２０を、回路基板２の上方に向かって移動させる。

次いで、ステップＳ１８において、制御装置５０は、ステップＳ１２で受信した位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）に基づいてカメラ移動装置４４を駆動して、第１カメラ４２を上下方向に移動させる。なお、制御装置５０は、Ｓ１８〜Ｓ２２の処理を、Ｓ１６の処理によってヘッドユニット１２が移動を開始して、ヘッドユニット１２が回路基板２の上方に向かって移動している間に実行する。制御装置５０は、電子部品４の上面のうち位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）で指定される点が第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に収まるように、第１カメラ４２を上下方向（Ｚ方向）に移動させる。既に説明したように、第１カメラ４２を上下方向（Ｚ方向）に移動させると、第１カメラ４２の電子部品４に対する撮像領域Ｒ１は水平方向（Ｙ方向）に移動する。第１カメラ４２を位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）に基づいて上下方向（Ｚ方向）に移動させることで、電子部品４の部品マーク４ａは、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に収まる状態（図６に示す状態）か、もしくは第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１の周辺に位置する状態（図７（Ａ）に示す状態）となる。すなわち、位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）は、第１吸着ノズル２０に電子部品４が適切に吸着されたときの部品マーク４ａの位置を示している。このため、第１吸着ノズル２０への電子部品４の吸着状態に応じて、撮像領域Ｒ１内における部品マーク４ａの位置は変化する。その一方、第１吸着ノズル２０に対する電子部品４の吸着位置のずれは、それほど大きくはずれることはない。その結果、電子部品４の部品マーク４ａは、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に収まる状態か、もしくは第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１の周辺に位置する状態となる。本実施例では、位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）を用いて第１カメラ４２を移動させることで、位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）を用いることなく第１カメラ４２を移動させる場合よりも、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１内に部品マーク４ａを短時間で位置させることができる。

次いで、ステップＳ２０において、制御装置５０は、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に電子部品４の部品マーク４ａが存在するか否かを判定する。制御装置５０は、撮像領域Ｒ１に部品マーク４ａが存在する場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、ステップＳ２２をスキップしてステップＳ２４に進む。図６に示すように、撮像領域Ｒ１に部品マーク４ａが存在する場合（Ｓ２０でＹＥＳ）とは、部品マーク４ａの位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）と部品マーク４ａの実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）が略一致している場合である。制御装置５０は、記憶装置５２に部品マーク４ａの実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）を記憶させる。制御装置５０は、撮像領域Ｒ１に部品マーク４ａが存在しない場合（Ｓ２０でＮＯ）、ステップＳ２２に進む。撮像領域Ｒ１に部品マーク４ａが存在しない場合とは、例えば、第１吸着ノズル２０で電子部品４を吸着しているときに、位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）と実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）が大きくずれている場合である。位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）と実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）のＹ方向のずれ幅が撮像領域Ｒ１のＹ方向の幅よりも大きい場合、位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）に基づいて第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１を位置合わせしても、部品マーク４ａは、撮像領域Ｒ１の領域外に存在する。

次いで、ステップＳ２２において、制御装置５０は、電子部品４の部品マーク４ａを第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に位置合わせする。具体的には、制御装置５０は、第１カメラ４２を上下方向（Ｚ方向）に移動させ、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１を電子部品４に対して水平方向（Ｙ方向）に移動させることで、部品マーク４ａを探索し、部品マーク４ａを第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に位置合わせする。（例えば、図７（Ｂ）に示す状態）。これにより、記憶装置５２から受信した部品マーク４ａの位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）と部品マーク４ａの実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）が異なっている場合でも、部品マーク４ａを撮像領域Ｒ１内に確実に位置合わせすることができる。また、第１吸着ノズル２０やカメラ移動装置４４が正常な場合、位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）と実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）の差は、微小であることが多い。このため、Ｓ２２の処理は短時間で終了することができる。制御装置５０は、記憶装置５２に部品マーク４ａの実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）を記憶させる。また、制御装置５０は、ヘッドユニット１２が回路基板２に向かって移動している間（Ｓ１６〜Ｓ２２の間）に、第１カメラ４２の撮像データを用いて、電子部品４の表面状態を検査する。この結果、表面に異常がある電子部品４を回路基板２に実装することを抑制することができる。

次いで、ステップＳ２４において、制御装置５０は、部品マーク４ａの実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）と基板マーク２ａの位置情報ｑ_１（ｘ_２、ｙ_２）に基づいて、部品マーク４ａと基板マーク２ａのＸ方向の位置の差分ＷとＹ方向の位置の差分Ｈを算出する。差分Ｗはｘ_３とｘ_２の差分であり、差分Ｗはｙ_３とｙ_２の差分である。次いで、ステップＳ２６において、制御装置５０は、部品マーク４ａと基板マーク２ａの両方を第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に位置合わせすることが可能か否かを判定する。部品マーク４ａと基板マーク２ａの両方を撮像領域Ｒ１に位置合わせすることが可能である（Ｓ２６でＹＥＳ）場合、制御装置５０は、ステップＳ２８に進む。部品マーク４ａと基板マーク２ａの両方を撮像領域Ｒ１に位置合わせすることが可能でない（Ｓ２６でＮＯ）場合、制御装置５０は、ステップＳ３２に進む。部品マーク４ａと基板マーク２ａの両方を撮像領域Ｒ１に位置合わせすることが可能でない場合とは、差分Ｗが撮像領域Ｒ１のＸ方向の幅よりも大きい、もしくは、差分Ｈが撮像領域Ｒ１のＹ方向の幅よりも大きい場合である。

次いで、ステップＳ２８において、制御装置５０は、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１の中心点の位置と部品マーク４ａ及び基板マーク２ａの中点の位置が重なるように、第１カメラ４２を上下方向（Ｚ方向）及び／又はヘッドユニット１２を水平面内（Ｘ方向及び／又はＹ方向）に移動させる（図７（Ｄ）に示す状態）。このような構成によると、ステップＳ２８後に行われる電子部品４の回路基板２への実装時に、部品マーク４ａもしくは基板マーク２ａが撮像領域Ｒ１から外れることを抑制できる。例えば、図７（Ｃ）の状態から、電子部品４に対して回路基板２を右方向に移動させる場合よりも、図７（Ｄ）の状態から、電子部品４に対して回路基板２を右方向に移動させる場合の方が、基板マーク２ａは、撮像領域Ｒ１から外れにくい。

次いで、ステップＳ３０において、制御装置５０は、電子部品４を回路基板２に実装する。具体的には、まず、制御装置５０は、撮像領域Ｒ１に位置合わされている部品マーク４ａと基板マーク２ａの相対位置から電子部品４の実装位置を決定する。次いで、制御装置５０は、決定した実装位置に基づいて、第１吸着ノズル２０をＸ方向及びＹ方向へ微調整する。制御装置５０は、第１吸着ノズル２０を実装位置に移動させたら、移載ヘッド１６により第１吸着ノズル２０を下降させて、回路基板２に電子部品４を実装する。

一方、Ｓ２６でＮＯの場合、ステップＳ３２において、制御装置５０は、電子部品４の部品マーク４ａを第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に再度位置合わせする。制御装置５０は、第１カメラ４２を上下方向（Ｚ方向）に移動させることで、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１を回路基板２に対して水平方向（Ｙ方向）に移動させ、部品マーク４ａが撮像領域Ｒ１内に位置するように調整する。部品マーク４ａの実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）は、移載ヘッド１６が移動している間に取得されている。移載ヘッド１６が停止している状態で部品マーク４ａの実位置ｐ_３（ｘ_４，ｙ_４）を取得することで、部品マーク４ａの実位置の精度を向上させることができる。これにより、部品マーク４ａの実位置の精度が向上することで、電子部品４の回路基板２への実装精度を向上することができる。なお、実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）と実位置ｐ_３（ｘ_４，ｙ_４）の差は、微小であることが多い。このため、Ｓ２６の処理は短時間で終了することができる。制御装置５０は、部品マーク４ａの記憶装置５２に記憶されている実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）を実位置ｐ_３（ｘ_４，ｙ_４）に更新する。

次いで、ステップＳ３４において、制御装置５０は、回路基板２の基板マーク２ａを第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１に位置合わせする。制御装置５０は、第１カメラ４２を上下方向（Ｚ方向）に移動させることで、第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１を回路基板２に対して水平方向（Ｙ方向）に移動させ、基板マーク２ａが撮像領域Ｒ１内に位置するように調整する。制御装置５０は、基板マーク２ａの実位置ｑ_２（ｘ_５，ｙ_５）を記憶装置５２に記憶する。

次いで、ステップＳ３６において、制御装置５０は、電子部品４を回路基板２に実装する。具体的には、制御装置５０は、記憶装置５２に記憶されている部品マーク４ａの実位置ｐ_３（ｘ_４，ｙ_４）と基板マーク２ａの実位置ｑ_２（ｘ_５，ｙ_５）に基づいて、電子部品４の実装位置を決定する。制御装置５０は、第１吸着ノズル２０を実装位置に移動させたら、移載ヘッド１６により第１吸着ノズル２０を下降させて、回路基板２に電子部品４を実装する。制御装置５０は、電子部品４の回路基板２への実装に要する時間を短縮するために、Ｓ３２の処理を省略することも可能である。この場合、制御装置５０は、部品マーク４ａの実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）と基板マーク２ａの実位置ｑ_２（ｘ_５，ｙ_５）に基づいて、電子部品４の実装位置を決定する。なお、上記の説明は、第１吸着ノズル２０と第１カメラ４２を用いた位置合わせ処理だけに関するものであったが、第２吸着ノズル１２０と第２カメラ１４２についても同様の処理が実行される。

上記の説明から明らかなように、本実施例の部品実装機１０では、位置情報記憶部６４に記憶される電子部品４の部品マーク４ａの位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）に基づいて、第１カメラ４２の位置を移動させることができる。第１カメラ４２の撮像領域Ｒ１内に部品マーク４ａが位置していないときに、第１カメラ４２をさらに移動させることで、部品マーク４ａを撮像領域Ｒ１に位置合わせすることができる。このような構成によると、部品マーク４ａを撮像領域Ｒ１に位置合わせするのに要する時間を短くすることができるとともに、部品マーク４ａを撮像領域Ｒ１に確実に位置合わせすることができる。

（第２実施例）
図８、図９を用いて、第１実施例と異なる点を説明する。なお、第１実施例と共通する構成については、説明を省略する。第２実施例では、ヘッドユニット２１２の構成及び撮像ユニット２４０の構成が第１実施例と異なる。

図８に示すように、ヘッドユニット２１２は、移載ヘッド１６と、移載ヘッド１６に取り付けられた４本の吸着ノズル２２０、２２２、２２４、２２６を備えている。吸着ノズル２２２は、吸着ノズル２２０に対してＹ方向に間隔を空けて配置されている。吸着ノズル２２６は、吸着ノズル２２０に対してＸ方向に間隔を空けて配置されている。吸着ノズル２２４は、吸着ノズル２２０に対してＸ方向及びＹ方向に間隔を空けて配置されている。吸着ノズル２２４のＹ方向の位置は、吸着ノズル２２２のＹ方向の位置と同一になるように、移載ヘッド１６に取り付けられている。また、吸着ノズル２２４のＸ方向の位置は、吸着ノズル２２６のＸ方向の位置と同一になるように、移載ヘッド１６に取り付けられている。なお、吸着ノズル２２０と吸着ノズル２２６は、同一の構成である。また、吸着ノズル２２２と吸着ノズル２２４は、同一の構成である。各吸着ノズルは、上下方向（図面Ｚ方向）に移動可能に移載ヘッド１６に取り付けられている。各吸着ノズルは、独立して上下方向に移動可能である。

吸着ノズル２２０は、吸着面２２０ａよりも上方にミラー２３０を備えている。ミラー２３０は、吸着面２２０ａに吸着した電子部品４の上面からの光をＹ方向に変換する。吸着ノズル２２２は、吸着面２２２ａよりも上方にミラー２３２を備えている。ミラー２３２は、吸着面２２２ａに吸着した電子部品４の上面からの光の光路をＸ方向に変換する。

図９に示すように、撮像ユニット２４０は、撮像ユニット保持部２５０に取り付らけれている。撮像ユニット保持部２５０はトレイフィーダ２４にＸ方向に隣接して配置されている。また、撮像ユニット保持部２５０は基板コンベア２８にＹ方向に隣接して配置されている。撮像ユニット２４０は、第１カメラ２４２と第２カメラ２４４を備えている。なお、移動装置１４は、撮像ユニット２４０に対してヘッドユニット１２を相対移動させることができる。第１カメラ２４２は、吸着ノズル２２２に対してＸ方向に間隔を空けて、トレイフィーダ２４と撮像ユニット保持部２５０とが並ぶ方向の撮像ユニット保持部２５０側に配置されている。このため、第１カメラ２４２は、ミラー２３２及び２３４によって光路が変換された光を受光することができる。第２カメラ２４４は、吸着ノズル２２６に対してＹ方向に間隔を空けて、基板保持部２００と撮像ユニット保持部２５０とが並ぶ方向の撮像ユニット保持部２５０側に配置されている。このため、第２カメラ２４４は、ミラー２３０及び２３６によって光路が変換された光を受光することができる。このような構成によると、第１カメラ２４２と第２カメラ２４４を用いて、同時に吸着ノズルを撮像することができる。

第２実施例での撮像方法について説明する。まず、制御装置５０は、移動装置１４を駆動してヘッドユニット１２を水平面内（Ｘ方向及び／又はＹ方向）に移動させることで、吸着ノズル２２４のＹ方向の位置が第１カメラ２４２のＹ方向の位置と同一になるようにし、吸着ノズル２２６のＸ方向の位置が第２カメラ２４４のＸ方向の位置と同一になるように調整する。このとき、移載ヘッド１６は、吸着ノズル２２２をＺ方向に移動させ、吸着ノズル２２２がミラー２３４により光路が変換された光の光路を妨害しない位置に調整する。このような構成によると、第１カメラ２４２は、ミラー２３４により光路が変換された光を受光し、第２カメラ２４４は、ミラー２３６により光路が変換された光を受光することができる。即ち、第１カメラ２４２は吸着ノズル２２４に吸着された電子部品４及び回路基板２を撮像し、第２カメラ２４４は吸着ノズル２２６に吸着された電子部品４および回路基板２を撮像する。次に、制御装置５０は、移動装置１４を駆動してヘッドユニット１２を水平面内（Ｘ方向及び／又はＹ方向）に移動させることで、吸着ノズル２２０のＸ方向の位置が第２カメラ２４４のＸ方向の位置と同一になるように調整する。移載ヘッド１６は、吸着ノズル２２２をＺ方向に移動させ、吸着ノズル２２２のＺ方向の位置が第１カメラ２４２のＺ方向の位置と同一になるように調整する。このような構成によると、第１カメラ２４２は、ミラー２３２により光路が変換された光を受光し、第２カメラ２４４は、ミラー２３０により光路が変換された光を受光することができる。即ち、第１カメラ２４２は吸着ノズル２２２に吸着された電子部品４及び回路基板２を撮像し、第２カメラ２４４は吸着ノズル２２４に吸着された電子部品４及び回路基板２を撮像する。その後、移載ヘッド１６を水平面内に移動させ、吸着ノズルを回路基板２上の実装位置へ移動し、吸着ノズルに吸着された電子部品４を実装する。この結果、２回の撮像で吸着ノズル２２０，２２２，２２４，２２６を撮像することができる。また、撮像ユニット２４０がトレイフィーダ２４及び基板保持部２００に隣接して設けられているため、吸着ノズルによる電子部品４の吸着から回路基板２への実装までの移載ヘッド１６の移動距離を短縮することが出来る。さらに、撮像ユニット２４０の第１カメラ２４２と第２カメラ２４４は、撮像ユニット保持部２５０の反対側に設置されているため、移載ヘッド１６は、カメラ２４２，２４４の撮像領域へ侵入／退出するときにカメラ２４２，２４４と干渉しない。したがって、移載ヘッド１６は、カメラ２４２，２４４の撮像領域へ侵入／退出するときに、上下方向へ退避する必要がなく、水平移動するだけでよい。

以上、本明細書に開示の技術に係る実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

上記の各実施例では、記憶装置５２には、電子部品４の部品マーク４ａの位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）があらかじめ記憶されている。しかしながら、記憶装置５２に記憶される位置情報ｐ_１（ｘ_１、ｙ_１）は、実位置ｐ_２（ｘ_３，ｙ_３）もしくは実位置ｐ_３（ｘ_４，ｙ_４）を用いて補正されてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

上面に位置合わせ用の部品マークを有する部品を回路基板に実装する部品実装機であって、
前記部品の上面を吸着する吸着面を備える第１吸着ノズルと、
前記第１吸着ノズルを支持し、前記回路基板に対して前記第１吸着ノズルを相対移動させることで、前記第１吸着ノズルに吸着した前記部品を前記回路基板に実装する移載ヘッドと、
前記吸着面よりも上方に配置され、前記部品の上面からの光の光路を側方に変換する光路変換手段と、
前記光路変換手段により光路が変更された前記部品の上面からの光を受光可能な位置に配置される第１カメラと、
前記第１吸着ノズルに対して前記第１カメラを相対移動させるカメラ移動装置と、
前記移載ヘッドと前記カメラ移動装置の動作を制御する制御装置と、を有しており、
前記カメラ移動装置は、前記第１カメラの光軸に対して直交する少なくとも第１の方向に前記第１カメラを移動させ、
前記第１カメラの撮像領域は、前記第１カメラが前記第１の方向に移動すると、前記部品の中心に対して第２の方向に移動し、
前記制御装置は、前記部品マークの位置情報をあらかじめ記憶する記憶部を備えており、前記第１吸着ノズルに前記部品を吸着し、前記記憶部内の前記位置情報に基づいて前記カメラ移動装置により前記第１カメラを移動させる、部品実装機。
前記制御装置は、前記第１吸着ノズルに前記部品を吸着し、前記記憶部内の前記位置情報に基づいて前記カメラ移動装置により前記第１カメラを移動させた場合であって、前記第１カメラの撮像領域内に前記部品マークが位置していないときに、前記カメラ移動装置により前記第１カメラをさらに移動させることで、前記部品マークを前記第１カメラの撮像領域内に位置合わせする、請求項１に記載の部品実装機。
前記第１カメラは、前記光路変換手段により変更された光路上に配置されており、
前記カメラ移動装置は、前記第１吸着ノズルに対して少なくとも上下方向に前記第１カメラを移動させ、
前記第１カメラの撮像領域は、前記第１カメラが上下方向に移動すると、前記部品の中心に対して、前記光路変換手段により変更された光路と平行となる方向に移動し、
前記制御装置は、前記第１吸着ノズルに前記部品を吸着し、前記記憶部内の前記位置情報に基づいて前記カメラ移動装置により前記第１カメラを上下方向に移動させる、請求項１に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記第１吸着ノズルに前記部品を吸着し、前記記憶部内の前記位置情報に基づいて前記カメラ移動装置により前記第１カメラを移動させた場合であって、前記第１カメラの撮像領域内に前記部品マークが位置していないときに、前記カメラ移動装置により前記第１カメラを上下方向にさらに移動させることで、前記部品マークを前記第１カメラの撮像領域内に位置合わせする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品実装機。
前記回路基板は、位置合わせ用の基板マークを有しており、
前記光路変換手段は、前記回路基板の上面からの光の光路を側方に変換し、
前記第１カメラは、前記光路変換手段により光路が変換された前記回路基板の上面からの光を受光可能な位置に配置され、
前記制御装置は、前記第１カメラで撮像される前記部品マークと前記基板マークの相対位置に基づいて、前記部品の前記回路基板への実装位置を決定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記カメラ移動装置により前記第１カメラを移動させることで、前記部品マークと前記基板マークの両方を、前記第１カメラの撮像領域内に位置合わせする、請求項５に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記カメラ移動装置により前記第１カメラを移動させることで、前記第１カメラの撮像領域の中心点と、前記部品マークと前記基板マークの中点とが重なるように、前記第１カメラの撮像領域を位置合わせする、請求項６に記載の部品実装機。
前記部品の上面を吸着する吸着面と、前記吸着面よりも上方に配置され、前記部品の上面からの光の光路を側方に変換する光路変換手段と、を備える第２吸着ノズルと、
前記第２吸着ノズルの光路変換手段により光路が変更された前記第２吸着ノズルに吸着された部品の上面からの光を受光可能な位置に配置される第２カメラと、をさらに有しており、
前記移載ヘッドは、前記第１吸着ノズル及び前記第２吸着ノズルを支持し、前記回路基板に対して前記第１吸着ノズル及び前記第２吸着ノズルを相対移動させることで、前記第１吸着ノズル及び前記第２吸着ノズルに吸着した部品を前記回路基板に実装し、
前記第１カメラと前記第２カメラは、前記第１カメラの光軸と前記第２カメラの光軸が平行となるように配置されており、
前記カメラ移動装置は、前記第１吸着ノズルと前記第２吸着ノズルに対して、前記第１カメラ及び前記第２カメラのそれぞれを前記光軸に対して直交する方向に相対移動させ、
前記制御装置は、前記第１カメラの撮像データ及び前記第２カメラの撮像データに基づいて、前記移載ヘッドと前記カメラ移動装置の動作を制御する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の部品実装機。
前記第１カメラと前記第２カメラと前記カメラ移動装置は、前記移載ヘッドに取付けられ、前記移載ヘッドと一体となって前記回路基板に対して相対移動し、
前記制御装置は、前記第１吸着ノズルと前記第２吸着ノズルのそれぞれに部品を吸着して前記回路基板に実装する場合において、前記第１吸着ノズルと前記第２吸着ノズルのそれぞれに部品を吸着してから前記回路基板に実装するまでの間に、前記第１吸着ノズル及び前記第２吸着ノズルに吸着されている各部品の表面状態を、前記第１カメラの撮像データと前記第２カメラの撮像データを用いて検査する、請求項８に記載の部品実装機。