(57)【要約】【課題】吸着ヘッドをＸ・Ｙ方向に駆動すると共に、基板をＹ方向に駆動する部品実装装置において、部品実装精度の向上を図る。【解決手段】所定位置に基準マークが形成されている基板を、Ｙ方向初期位置に位置決めされた基板ステージに支持すると共に、吸着ヘッドを、該ヘッドに付設されているカメラにより基準マークを撮像できる、Ｘ方向初期位置に位置決めし、該位置で基準マークを撮像して画面上の位置を求めた後、基板ステージと吸着ヘッドをＹ方向に同一ピッチずつ移動させ、各位置で基準マークをカメラで撮像して画面上の位置を求め、各位置における画面上の基準マークの位置と、前記Ｙ方向初期位置における基準マークの画面上の位置との誤差をそれぞれ算出し、更に、Ｙ方向初期位置で前記基板をＸ方向に所定ピッチずつ順次移動させ、Ｘ方向の各位置について、前記Ｙ方向の各処理を実行し、Ｘ方向及びＹ方向の各ピッチで規定される点についての誤差を補正値とする、ＸＹ平面上の補正マップを作成し、該補正マップを用いて部品の実装位置を補正する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｙ方向に進退移動可能な基板ステージに支持されている基板に、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ進退移動可能な吸着ヘッドにより部品を位置決めして実装する際の実装位置の補正方法であって、
所定位置に基準マークが形成されている基板を、Ｙ方向初期位置に位置決めされた前記基板ステージに支持すると共に、前記吸着ヘッドを、該ヘッドに付設されているカメラにより前記基準マークを撮像できる、Ｘ方向初期位置に位置決めし、該位置で基準マークを撮像して画面上の位置を求めた後、
基板ステージと吸着ヘッドをＹ方向に同一ピッチずつ移動させ、各位置で基準マークをカメラで撮像して画面上の位置を求め、各位置における画面上の基準マークの位置と、前記Ｙ方向初期位置における基準マークの画面上の位置との誤差をそれぞれ算出し、
更に、Ｙ方向初期位置で前記基板をＸ方向に所定ピッチずつ順次移動させ、Ｘ方向の各位置について、前記Ｙ方向の各処理を実行し、
Ｘ方向及びＹ方向の各ピッチで規定される点についての誤差を補正値とする、ＸＹ平面上の補正マップを作成し、該補正マップを用いて部品を実装する際の実装位置を補正することを特徴とする部品実装位置補正方法。
【請求項２】
前記基板に２つの基準マークがＸ方向に間隔をおいて形成され、各マークがＸ方向に離間された２つの吸着ヘッドに付設された各カメラにより撮像可能になっていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装位置補正方法。
【請求項３】
Ｙ方向に進退移動可能な基板ステージに支持されている基板に、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ進退移動可能な吸着ヘッドにより部品を位置決めして実装する際の実装位置の補正方法であって、
同一ピッチで複数の基準マークが１列に形成されている基板を、列方向をＸ方向に一致させて、Ｙ方向初期位置に位置決めされた前記基板ステージに支持すると共に、前記吸着ヘッドを、該ヘッドに付設されているカメラにより前記列末端の基準マークを撮像できる、Ｘ方向初期位置に位置決めし、該位置で基準マークを撮像して画面上の位置を求め、
次いで、前記吸着ヘッドを前記同一ピッチずつＸ方向に順次移動させ、Ｘ方向各位置で該当する基準マークを撮像して画面上の位置を求めた後、
基板ステージと吸着ヘッドをＹ方向に同一ピッチずつ順次移動させ、Ｙ方向の各位置について、前記Ｘ方向の各処理を実行し、Ｙ方向各位置におけるＸ方向各位置の基準マークの画面上の位置と、前記Ｙ方向初期位置におけるＸ方向各位置の基準マークの画面上の位置との誤差をそれぞれ算出し、
Ｘ方向及びＹ方向の各ピッチで規定される点についての誤差を補正値とする、ＸＹ平面上の補正マップを作成し、該補正マップを用いて部品を実装する際の実装位置を補正することを特徴とする部品実装位置補正方法。
【請求項４】
Ｙ方向に進退移動可能な基板ステージに支持されている基板に、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ進退移動可能な吸着ヘッドにより部品を位置決めして実装する部品実装装置において、
前記請求項１又は２に記載した補正方法において作成された補正マップがメモリに格納され、該補正マップに基づいて部品実装時に実装位置を補正する制御手段を備えたことを特徴とする部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装位置補正方法及び部品実装装置、特に部品実装装置により電子部品等を回路基板等に実装する際に適用して好適な部品実装装置補正方法及び部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を配線基板に実装する際に使用する部品実装装置としては、例えば特許文献１に開示されているものが知られている。
【０００３】
このような部品実装装置１０は、図１１に概要を示すように、電子部品を実装する基板Ｓを支持する基板ステージ１２と、図中両方向矢印で示すように該基板ステージ１２をＹ方向に進退移動させ、図示されている基板ステージ１２の位置に対応する実装領域において、支持されている基板Ｓを位置決めすることが可能なガイドレール等からなる基板位置決め部１４とを備えている。又、この基板位置決め部１４の両側にそれぞれ配設された第１〜第４部品供給部１６Ａ〜１６Ｄと、各部品供給部１６Ａ〜１６Ｄから部品を吸着して取り出し、基板Ｓ上の実装位置に実装する第１、第２吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂと、各吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂを独立にＸ方向に進退移動させ、同方向の位置決めを行なうことが可能なＸ方向位置決めガイド２０と、該位置決めガイド２０をＹ方向に進退移動させ、両吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂを同方向に位置決めすることが可能な１対のＹ方向位置決めガイド２２Ａ、２２Ｂとを備えている。
【０００４】
上記部品実装装置では、又、基板Ｓを前工程からＸ方向に沿って前記基板位置決め部１４へ搬送する上流側基板搬送部２４Ａと、部品の実装が終了した基板Ｓを次工程へ搬送する下流側基板搬送部２４Ｂとが、前記部品供給部１６Ａ〜１６Ｄに沿って配設されている。なお、図中２６は、装置全体を支持しているベースである。
【０００５】
このような部品実装装置では、２つの吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂが、図示しない吸着ノズルにより、例えば前記第１、第２部品供給部１６Ａ、１６Ｂ上のＸ方向に並設された複数の狭幅矩形で示すテープフィーダ（部品供給装置）の所定位置から部品を吸着した後、Ｘ方向の所定位置に移動し、上下（Ｚ）方向及び回転（θ）方向の位置決めを行なって基板Ｓの所定位置に実装する。通常の生産時には、この実装動作が２つの吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂにより交互に実行される。
【０００６】
この部品実装装置は、電子部品を基板Ｓに実装する際、吸着ヘッド１８Ａ、１８ＢをＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動させるだけでなく、基板Ｓ自体をＹ方向に移動させるようになっているため、部品の実装サイクルを短縮できることから生産効率を向上できるという利点がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の部品実装装置には、吸着ヘッドで吸着した部品を基板に実装する際、該吸着ヘッドのＸ・Ｙ方向の駆動機構による誤差に加えて、該基板のＹ方向駆動機構による誤差も含まれることになるので、目標位置への実装精度が一段と低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、基板をＹ方向に移動させて位置決めすると共に、吸着ヘッドをＸ・Ｙ方向に移動させて位置決めして部品を基板に実装する際、部品の実装精度を向上することができる部品実装位置補正方法及び部品実装装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、Ｙ方向に進退移動可能な基板ステージに支持されている基板に、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ進退移動可能な吸着ヘッドにより部品を位置決めして実装する際の実装位置の補正方法であって、所定位置に基準マークが形成されている基板を、Ｙ方向初期位置に位置決めされた前記基板ステージに支持すると共に、前記吸着ヘッドを、該ヘッドに付設されているカメラにより前記基準マークを撮像できる、Ｘ方向初期位置に位置決めし、該位置で基準マークを撮像して画面上の位置を求めた後、基板ステージと吸着ヘッドをＹ方向に同一ピッチずつ移動させ、各位置で基準マークをカメラで撮像して画面上の位置を求め、各位置における画面上の基準マークの位置と、前記Ｙ方向初期位置における基準マークの画面上の位置との誤差をそれぞれ算出し、更に、Ｙ方向初期位置で前記基板をＸ方向に所定ピッチずつ順次移動させ、Ｘ方向の各位置について、前記Ｙ方向の各処理を実行し、Ｘ方向及びＹ方向の各ピッチで規定される点についての誤差を補正値とする、ＸＹ平面上の補正マップを作成し、該補正マップを用いて部品を実装する際の実装位置を補正することにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
この場合、前記基板に２つの基準マークがＸ方向に間隔をおいて形成され、各マークがＸ方向に離間された２つの吸着ヘッドに付設された各カメラにより撮像可能になっているようにしてもよい。
【００１２】
本発明は、又、Ｙ方向に進退移動可能な基板ステージに支持されている基板に、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ進退移動可能な吸着ヘッドにより部品を位置決めして実装する際の実装位置の補正方法であって、同一ピッチで複数の基準マークが１列に形成されている基板を、列方向をＸ方向に一致させて、Ｙ方向初期位置に位置決めされた前記基板ステージに支持すると共に、前記吸着ヘッドを、該ヘッドに付設されているカメラにより前記列末端の基準マークを撮像できる、Ｘ方向初期位置に位置決めし、該位置で基準マークを撮像して画面上の位置を求め、次いで、前記吸着ヘッドを前記同一ピッチずつＸ方向に順次移動させ、Ｘ方向各位置で該当する基準マークを撮像して画面上の位置を求めた後、基板ステージと吸着ヘッドをＹ方向に同一ピッチずつ順次移動させ、Ｙ方向の各位置について、前記Ｘ方向の各処理を実行し、Ｙ方向各位置におけるＸ方向各位置の基準マークの画面上の位置と、前記Ｙ方向初期位置におけるＸ方向各位置の基準マークの画面上の位置との誤差をそれぞれ算出し、Ｘ方向及びＹ方向の各ピッチで規定される点についての誤差を補正値とする、ＸＹ平面上の補正マップを作成し、該補正マップを用いて部品を実装する際の実装位置を補正することにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１３】
本発明は、又、Ｙ方向に進退移動可能な基板ステージに支持されている基板に、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ進退移動可能な吸着ヘッドにより部品を位置決めして実装する部品実装装置において、前記請求項１又は２に記載した補正方法において作成された補正マップがメモリに格納され、該補正マップに基づいて部品実装時に実装位置を補正する制御手段を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｘ・Ｙ方向にそれぞれ所定ピッチで規定されるＸＹ平面上の点についての誤差を算出するようにしたので、該誤差を補正値とする補正マップを作成することができる。この補正マップを使用することにより、基板をＹ方向に移動させ、且つ吸着ヘッドをＸ・Ｙ方向に移動させて部品を実装する際、実装精度を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る第１実施形態に適用される部品実装装置の概要を示す斜視図であり、図２はその制御系の概要を示すブロック図である。
【００１７】
図１には、要部のみを抽出して示してあるが、この部品実装装置の基本構成は、前記図１０に示したものと実質的に同一であるので、同一の符号を用いて説明し、詳細な説明は省略する。
【００１８】
この部品実装装置では、基板ステージ１２により支持されている基板Ｓは、Ｙ方向に進退移動され、任意に位置決め可能であり、又、Ｘ方向位置決めガイド２０に支持されている第１、第２吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂは、Ｘ方向に独立に進退移動され、任意に位置決め可能であると共に、各吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂの所定位置には、基板Ｓの表面を撮像可能なカメラ３０Ａ、３０Ｂが付設されている。
【００１９】
この部品実装装置の制御系は、図２に示されるように、第１、第２吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂに対応するＸ軸駆動軸１、２と、Ｘ方向位置決めガイド２０をＹ方向に移動させるＹ方向位置決めガイド２２に対応するＹ軸駆動軸と、基板位置決め部１４に該当する基板駆動軸と、基板ステージ１２に該当する基板クランプと、基板ステージ１２に基板を搭載するための図示しない基板ロードが、ＣＰＵ（制御手段）に制御される各ドライバによりそれぞれ駆動されるようになっており、該ＣＰＵにはメモリが接続され、データの授受が可能になっている。
【００２０】
本実施形態においては、基板Ｓに部品を実装する前に、部品実装時に実装位置を補正するための補正データを、以下のように作成する。ここで使用する基板Ｓとしては、実装用の基板をそのまま利用することができる。
【００２１】
まず、図１に示したように、所定位置に２つの基準マークが設けられている基板Ｓを基板ロード機構（図示せず）により、Ｙ方向基準位置に位置決めされている基板ステージ１２に搭載し、該基板ステージ１２によりクランプ・支持すると共に、第１、第２吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂを、カメラ３０Ａ、３０Ｂで各マークＭ1、Ｍ2を撮像可能な位置に移動し、位置決めする。
【００２２】
具体的には、第１吸着ヘッド１８Ａに付設されたカメラ３０Ａの視野画像におけるＸ座標とＹ座標の各中心が、基板Ｓに印刷されている基準マークＭ1と一致するように移動させた後、第２吸着ヘッド１８Ｂに付設されているカメラ３０Ｂの視野画像におけるＸ座標中心が、基板Ｓに印刷されている基準マークＭ2と一致するように移動させ、Ｘ方向初期位置とする。
【００２３】
図３には、装置上の初期位置（Ｘ1，Ｙ）、(Ｘ2，Ｙ)において、マークＭ1、Ｍ2をそれぞれカメラ３０Ａ、３０Ｂで撮像している状態を模式的に示す。この状態で、２つのカメラ３０Ａ、３０Ｂが基板Ｓの基準マークＭ1、Ｍ2を撮像して画像認識し、それぞれの重心（画面上の位置）を前記ＣＰＵからなる画像処理部で演算する。
【００２４】
次いで、第１、第２吸着ヘッド１８Ａ、１８ＢのＸ方向の位置は固定したまま、Ｘ方向位置決めガイド２０をＹ方向位置決めガイド２２により駆動し、カメラ３０Ａ、３０Ｂを所定ピッチΔＹ（例えば、５ｍｍ）移動させると共に、基板ステージ１２も同ピッチΔＹ移動させ、図４に示すように、Ｙ＋ΔＹの位置でカメラ３０Ａ、３０ＢによりマークＭ1、Ｍ2をそれぞれ撮像できるようにする。この状態で、再びカメラ３０Ａ、３０Ｂにより基準マークＭ1、Ｍ2を画像認識し、マーク画像の重心を演算すると共に、前記図３に示した初期位置（Ｘ1，Ｙ）、（Ｘ2，Ｙ）で撮像した重心との誤差（Δｘ，Δｙ）をそれぞれ算出する。駆動系によるずれがなければ誤差はゼロである。
【００２５】
その後、基板ステージ１２と第１、第２吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂをそれぞれ所定ピッチΔＹだけ移動させ、その都度カメラ３０Ａ、３０Ｂにより基準マークＭ1、Ｍ2を画像認識してマーク画像の重心を求め、前記初期位置の重心位置との誤差（Δｘ，Δｙ）を算出する処理を、任意ステップ繰り返す。
【００２６】
Ｙ方向について所望のステップの処理が終了した後、前記図３と同様のＹ方向初期位置で基板ステージ１２による基板クランプを解除し、図示しない基板ロード機構により基板ＳをＸ方向に所定ピッチΔＸ（例えば、５ｍｍ）だけ移動させ、図５に模式的に示すようにＸ方向の第２の位置に位置決めする。
【００２７】
その後、前記図３の初期位置の場合と同様に、Ｙ方向にΔＹずつ移動させながら、カメラ３０Ａ、３０Ｂにより基準マークＭ1、Ｍ2を画像認識し、各マーク画像の重心を演算する処理を任意回数繰り返す。図６には、ｎ回繰り返した状態のカメラ３０Ａ、３０Ｂと基準マークＭ1、Ｍ2の関係を示す。
【００２８】
以上のように、基板ＳをＸ方向にΔＸだけ移動させて行なう同様の処理を、任意の回数繰り返すことにより、ΔＸとΔＹのピッチの整数倍で表される装置上のＸＹ座標で規定される点（格子点）に対する誤差を算出することができ、図７に示すような各格子点に対するマトリックス状の補正マップを作成することができる。
【００２９】
以上の処理手順を図８に示すフローチャートを用いて説明する。まず、基板搬送部２４Ａより基板Ｓが基板ステージ１２に搬送された状態からスタートする。基板ステージ１２上の基板Ｓをクランプして基板ステージ１２をＹ方向に移動させてＹ方向初期位置にセットする（ステップＳ１）。
【００３０】
次に、ｘとＸの比較を行なう（ステップＳ２）。ここで、ｘは前記移動ピッチΔＸと移動回数の積であり、Ｘは目標移動量である。このステップＳ２は、Ｘ方向への移動に関するが、スタート時でありＸ方向へのピッチ送りはなされていないから次のステップに進む。
【００３１】
更に、ｙとＹの比較を行なう（ステップＳ３）。ここで、ｙは前記の移動ピッチΔＹと移動回数の積であり、Ｙは目標移動量である。このステップ３は、Ｙ方向への移動に関するが、スタート時でありＹ方向へのピッチ送りはなされていないから次のステップに進む。そして、基準マークＭ1、Ｍ2を撮像して（ステップＳ４）、メモリに画像を格納して画像認識により基準マークＭ1、Ｍ2の重心を演算する（ステップＳ５）。
【００３２】
次いで、基板ステージ１２をＹ方向に移動ピッチΔＹで移動させる（ステップＳ６）。なお、吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂは、基板が移動する毎にカメラ３０Ａ、３０Ｂの視野の中心付近に基準マークＭ1、Ｍ2が位置するようにＸＹ移動させる。
【００３３】
Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の各ステップを繰り返すが、Ｙ方向へのピッチ送りを繰り返してｙ＝ＹとなるとステップＳ７へ進む。基板ステージ１２の基板Ｓのクランプを解除する（ステップＳ８）。そして、基板ＳをＸ方向に移動ピッチΔＸで移動させる（ステップＳ９）。
【００３４】
その後、次のステップに進み、基板ステージ１２上の基板Ｓをクランプして基板ステージ１２をＹ方向に移動させてＹ方向初期位置にセットする（ステップＳ１）。そして、ステップＳ２を経て、ステップＳ３からステップＳ６の処理を繰り返し、更には、ステップＳ７を経てステップＳ１へ戻る処理を繰り返すが、Ｘ方向へのピッチ送りを繰り返してｘ＝ＸとなるとステップＳ１０へ進み終了となる。
【００３５】
以上のようにして作成した補正マップのデータを、予め前記図２に示したメモリに保存しておくことにより、基板Ｓに部品を実装する際に、目標位置が任意の格子点に一致しているときは、該格子点で得られている誤差（Δｘ，Δｙ）により目標位置を補正し、格子点から外れているときには近傍の格子点における誤差で補間した補正値を用いて補正し、実装を行なう。
【００３６】
なお、本実施形態のように、左右両端に基準マークＭ1、Ｍ2がある基板を使用する場合には、図９に模式的に示すように、基板ステージ１２のＸ方向の幅Ｌに対してほぼ１／２の基板を使用することが望ましい。この基板を使用することにより、同図（Ａ）のＸ方向初期位置：Ｘから、同図（Ｂ）の最終位置：Ｘ＋ｍΔＸまでのイメージを示したように、上述したＹ方向への一連の処理をＸ方向にＬ／２の範囲だけ実行するだけで、実質上Ｌの全範囲について補正マップを作成することができる。従って、基準マークが１つの基板を使用し、１つのカメラで撮像する場合に比べて作業量を半分にすることができる。
【００３７】
図１０は、本発明に係る第２実施形態に適用される補正用の基板Ｓ’である。
【００３８】
この基板Ｓ’には、Ｓ方向に所定ピッチΔＸ（例えば、５ｍｍ）で配列された複数の基準マークＭ1〜Ｍmが一列に形成されている。
【００３９】
本実施形態では、前記第１実施形態の場合と同様に、上記基板Ｓ’を、Ｙ方向初期位置で基板ステージ１２によりクランプ・支持する。そして、この状態で、１つのカメラで基準マークＭ1を画像認識して重心を算出した後、該カメラをΔＸずつ移動させながら基準マークＭmまで同様に重心を算出することにより、Ｘ方向初期位置から第ｍ位置までの各基準マークについてマーク画像の重心（画面上の位置）を求める。
【００４０】
その後、基板Ｓ’と吸着ヘッドとをＹ方向にΔＹずつ移動させ、各移動位置でＭ1からＭmまでの各基準マークの画像認識による重心の算出を繰り返すと共に、前記Ｙ方向初期位置で算出したＸ方向各位置での重心からの誤差を算出することにより、前記図７に示したと同様の補正マップを作成することができる。
【００４１】
このように作成した補正マップを予めメモリに保存しておくことにより、前記第１実施形態と同様に部品を実装する際の補正を正確に行なうことが可能となる。
【００４２】
なお、第２実施形態では、第１、第２吸着ヘッド１８Ａ、１８Ｂにそれぞれ付設されているカメラ３０Ａ、３０Ｂの両方について行なってもよいが、いずれか一方で行なってもよい。従って、この場合の部品実装装置は、吸着ヘッドが１つのものであってもよい。
【００４３】
又、基準マークが２つある場合に、１つの吸着ヘッドのカメラを使って交互に撮像してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の部品実装装置を示す概略斜視図
【図２】本実施形態の部品実装装置の制御系の概要を示すブロック図
【図３】本実施形態による初期位置の状態を模式的に示す要部平面図
【図４】図３の状態から、Ｙ方向へ１ピッチ移動した状態を模式的に示す要部平面図
【図５】図３の状態からＸ方向に１ピッチ移動した状態を模式的に示す要部平面図
【図６】図５の状態からＹ方向にｎピッチ移動した状態を模式的に示す要部平面図
【図７】本実施形態で作成された補正マップのイメージを示す線図
【図８】本発明の基本処理の流れを示すフローチャート
【図９】本実施形態に適用される好適な基板の幅を説明する模式図
【図１０】本実施形態に係る第２実施形態に適用される補正用基板の特徴を示す概略平面図
【図１１】従来の部品実装装置を示す概略斜視図
【符号の説明】
【００４５】
Ｓ…基板
Ｍ１、Ｍ２・・・Ｍｍ…基準マーク
１０…部品実装装置
１２…基板ステージ
１４…基板位置決め部
１６…部品供給部
１８Ａ、１８Ｂ…吸着ヘッド
２０…Ｘ方向位置決めガイド
２２…Ｙ方向位置決めガイド
２４…基板搬送部
２６…ベース
３０…カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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