(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であって、
前記基板を基板搬送方向に搬送して位置決めする基板搬送機構と、
前記電子部品を吸着する複数の吸着ノズルを有し、前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を前記基板に実装する実装ヘッドと、
前記実装ヘッドにおいて前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を撮像する部品認識カメラと、
前記実装ヘッドに前記部品認識カメラによって撮像可能に設けられ、直進性を有する光を照射可能な複数の自己発光素子と、を備え、
前記複数の吸着ノズルは、いずれも複数の吸着ノズルを前記基板搬送方向に平行な方向に配列して成り、前記基板搬送方向に直交する方向に相互に所定間隔を隔てて配置された
第１の吸着ノズル列および第２の吸着ノズル列より構成され、
前記複数の自己発光素子は前記第１の吸着ノズル列と前記第２の吸着ノズル列との間に設けられる、電子部品実装装置。
【請求項２】
前記複数の自己発光素子のそれぞれは異なる位置に設けられ、
前記複数の自己発光素子の一つは、前記部品認識カメラにより前記複数の吸着ノズルのうちの一の部分を撮像する際の撮像視野範囲に収まるように配置され、
前記複数の自己発光素子の他の一つは、前記部品認識カメラにより前記複数の吸着ノズルのうちの他の部分を撮像する際の撮像視野範囲に収まるように配置される、請求項１に記載の電子部品実装装置。
【請求項３】
前記複数の自己発光素子のそれぞれは、前記基板搬送方向に直交する方向に対向して並んだ２個の前記吸着ノズルの間のそれぞれに設けられる、請求項１に記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に電子部品を実装する電子部品実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を基板に実装する電子部品実装装置においては、部品供給部から電子部品を実装ヘッドによって取り出して基板へ移送搭載する部品実装動作が反復して行われる。この部品実装動作においては、実装ヘッドや吸着ノズル、実装ヘッドを移動させる移動ビームなどの部品実装機構が経時的な熱変動等によって変形することに起因して、部品実装精度に誤差が生じる。このような部品実装機構の経時的な変形による実装精度の誤差を補正する方策として、部品供給部から取り出した電子部品を保持した状態の実装ヘッドを固定配置された部品認識カメラによって撮像して位置認識して経時的な変形状態を補正することが知られている（特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、実装ヘッドの一部に高さ位置が部品認識カメラの焦点深度内に収まるように配置された認識マークを実装ヘッドに保持された電子部品と同時に撮像して取得された画像を認識処理することにより検出された認識マークの位置ずれに基づいて、実装ヘッドの移動誤差や経時変形による誤差を部品実装動作毎に補正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０２４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の先行技術の実際的な適用には、実装ヘッドにおける認識マークの配置に起因して以下のような課題があった。すなわち近年部品実装効率の向上を目的として、複数の吸着ノズルが列状に装着されたノズル列を複数有する多連ノズル型の実装ヘッドが広く採用されるようになっている。このような多連ノズル型の実装ヘッドの場合では、全ての吸着ノズルに対応して認識マークを設けると、実装ヘッドの大幅なサイズ増大を招いて装置コンパクト化の要請に反することとなる。さらに認識マークを認識カメラの焦点深度内に配置する必要があることから、認識マークによって実装ヘッドの効率的な動作が阻害される虞が生じる。このように、従来技術における電子部品実装装置には、部品実装機構などの経時変形に起因する実装精度の誤差を、実装ヘッドのサイズの増大や部品実装動作上の不都合を招くことなく適正に抑制することが困難であるという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、部品実装機構などの経時変形に起因する実装精度の誤差を適正に抑制することができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電子部品実装装置は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置であって、前記基板を基板搬送方向に搬送して位置決めする基板搬送機構と、前記電子部品を吸着する複数の吸着ノズルを有し、前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を前記基板に実装する実装ヘッドと、前記実装ヘッドにおいて前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を撮像する部品認識カメラと、前記実装ヘッドに前記部品認識カメラによって撮像可能に設けられ、直進性を有する光を照射可能な複数の自己発光素子と、を備え、前記複数の吸着ノズルは、いずれも複数の吸着ノズルを前記基板搬送方向に平行な方向に配列して成り、前記基板搬送方向に直交する方向に相互に所定間隔を隔てて配置された第１の吸着ノズル列および第２の吸着ノズル列より構成され、前記複数の自己発光素子は前記第１の吸着ノズル列と前記第２の吸着ノズル列との間に設けられる。を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、部品実装機構などの経時変形に起因する実装精度の誤差を適正に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分断面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置に装着された実装ヘッドの構成説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における実装ヘッドによる部品撮像動作の説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における部品認識カメラによる部品位置認識の説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における部品認識カメラの撮像視野と実装ヘッドにおける自己発光素子の配置との関係を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１、図２を参照して、基板に電子部品を実装する電子部品実装装置１の構成を説明する。電子部品実装装置１は、基板に電子部品を実装する機能を有するものであり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面を部分的に示している。
【００１０】
図１において基台１ａの中央にはＸ方向（基板搬送方向）に基板搬送機構２が配設されている。基板搬送機構２は上流側から搬入された基板３を搬送し、部品実装作業を実行するために設定された実装ステージに位置決めして保持する。基板搬送機構２の両側方には、部品供給部４が配置されており、それぞれの部品供給部４には複数のテープフィーダ５が並列に装着されている。テープフィーダ５は、電子部品を収納したキャリアテープをテープ送り方向にピッチ送りすることにより、以下に説明する部品実装機構１０の実装ヘッド９による部品吸着位置に電子部品を供給する。
【００１１】
基台１ａ上面においてＸ方向の一方側の端部には、リニア駆動機構を備えたＹ軸移動ビーム７がＸ方向と直交するＹ方向に配設されており、Ｙ軸移動ビーム７には、同様にリニア駆動機構を備えた２基のＸ軸移動ビーム８が、Ｙ方向に移動自在に結合されている。２基のＸ軸移動ビーム８には、それぞれ実装ヘッド９がＸ方向に移動自在に装着されている。実装ヘッド９は複数のノズルユニットを備えた多連型ヘッドであり、それぞれのノズルユニットの下端部には、電子部品を吸着して保持し個別に昇降可能な吸着ノズル１９（図２、図３参照）が装着されている。
【００１２】
Ｙ軸移動ビーム７、Ｘ軸移動ビーム８を駆動することにより、実装ヘッド９はＸ方向、Ｙ方向に移動する。これにより２つの実装ヘッド９は、それぞれ対応した部品供給部４のテープフィーダ５の部品吸着位置から電子部品を吸着ノズル１９によって吸着保持して取り出して、基板搬送機構２に位置決めされた基板３の実装点に移送搭載する。すなわち実装ヘッド９は電子部品を吸着する複数の吸着ノズル１９を有し、吸着ノズル１９に吸着された電子部品を基板３に実装する。Ｙ軸移動ビーム７、Ｘ軸移動ビーム８および実装ヘッド９は、電子部品を保持した実装ヘッド９を移動させることにより、電子部品を基板３に実装する部品実装動作を実行する部品実装機構１０を構成する。
【００１３】
部品供給部４と基板搬送機構２との間には、部品認識カメラ６が配設されている。部品供給部４から電子部品を取り出した実装ヘッド９を部品認識カメラ６の上方に位置させることにより、部品認識カメラ６は実装ヘッド９において吸着ノズル１９に吸着された状態の電子部品を撮像して当該電子部品の３次元画像を取得する。実装ヘッド９にはＸ軸移動ビーム８の下面側に位置して、それぞれ実装ヘッド９と一体的に移動する基板認識カメラ１１が装着されている。実装ヘッド９が移動することにより、基板認識カメラ１１は基板搬送機構２に位置決めされた基板３の上方に移動する。そして基板３の位置認識マーク（図示せず）を撮像する。
【００１４】
図２に示すように、部品供給部４にはフィーダベース１２ａに予め複数のテープフィーダ５が装着された状態の台車１２がセットされる。部品供給部４に装着された台車１２には、電子部品を収納したキャリアテープ１４を巻回状態で収納する供給リール１３が保持されている。供給リール１３から引き出されたキャリアテープ１４は、テープフィーダ５によって吸着ノズル１９による部品吸着位置までピッチ送りされる。
【００１５】
次に図３を参照して、実装ヘッド９の構成を説明する。図３（ａ）（正面図）に示すように、実装ヘッド９は複数のノズルユニット９ａを有している。それぞれのノズルユニット９ａは、軸昇降機構やθ回転機構を内蔵した機構部１５から下方に延出したノズル軸部１６を備えており、各ノズル軸部１６は水平な配列ベース部１７に所定配列で保持されている。ノズル軸部１６の下端部には、ノズル保持部１８が連結されており、それぞれのノズル保持部１８には吸着ノズル１９が着脱自在に装着される。
【００１６】
さらに配列ベース部１７の下面には、レーザ光を下方に照射する複数のレーザ照射部２０が、平面位置における各吸着ノズル１９の中間に位置して配設されている。レーザ照射部２０は直進性を有するレーザ光の光束を下方に照射する機能を有する自己発光素子であり、本実施の形態においてはレーザ照射部２０からの照射光を部品認識カメラ６で撮像可能に設けられている。なお、自己発光素子としては、レーザ照射部２０以外であっても直進性を有し部品認識カメラ６によって撮像可能な性質の光を照射可能なものであればよい。
【００１７】
ここで実装ヘッド９における吸着ノズル１９およびレーザ照射部２０の配置について、図２（ｂ）を参照して説明する。図２（ｂ）は実装ヘッド９における配列ベース部１７の下面を示している。実装ヘッド９が有する複数の吸着ノズル１９は、複数（ここでは４個）の吸着ノズル１９をそれぞれ基板搬送方向に平行な方向（Ｘ方向）に直列に配列して成る第１の吸着ノズル列ＮＬ１および第２の吸着ノズル列ＮＬ２より構成される。第１の吸着ノズル列ＮＬ１および第２の吸着ノズル列ＮＬ２は、基板搬送方向に直交する方向（Ｙ方向）に所定間隔Ｄを隔てて配置されている。複数のレーザ照射部２０のそれぞれは、基板搬送方向に直交するＹ方向に対向して並んだ２個の吸着ノズル１９の間のそれぞれに位置して設けられる。
【００１８】
図４は、このようなレーザ照射部２０を備えた構成の実装ヘッド９によって、電子部品Ｐの位置認識を行う際の部品認識カメラ６による撮像の状態を示している。図４において、部品認識カメラ６は照明ユニット２１および撮像ユニット２２を備えている。照明ユニット２１は複数の発光部２１ａを備えており、発光部２１ａは斜め下方から撮像対象に対して照明光を照射する。撮像ユニット２２は部品認識カメラ６の上方の焦点範囲Ｆ内に位置する撮像対象の画像を取得する機能を有している。
【００１９】
実装ヘッド９に保持された電子部品Ｐの位置認識においては、吸着ノズル１９に吸着された電子部品Ｐが部品認識カメラ６の上方の所定の撮像位置に位置するように、実装ヘッド９を移動させる。このとき、吸着ノズル１９に吸着された電子部品Ｐが焦点範囲Ｆ内に位置するよう、撮像高さが設定されている。そして部品認識カメラ６による電子部品Ｐの撮像は、レーザ照射部２０を作動させてビーム線ＢＬを下方に照射した状態で行われる。このとき、撮像ユニット２２による画像取得時の焦点は焦点範囲Ｆ内に設定されていることから、認識対象の電子部品Ｐと同一の焦点高さレベルＦＬにおけるビーム線ＢＬの位置を撮像ユニット２２によって取得することができるようになっている。本実施の形態に示す電子部品実装装置における部品位置認識では、電子部品Ｐの撮像と同時に取得されたビーム線ＢＬの位置を基準として、電子部品Ｐの位置認識を行うようにしている。
【００２０】
次に図５を参照して、部品認識カメラ６による電子部品Ｐの位置認識に際して実行される処理について説明する。まず、電子部品Ｐの位置認識に先立って実行される較正処理について説明する。上述のように本実施の形態に示す電子部品実装装置においては、電子部品Ｐの撮像と同時に取得されたビーム線ＢＬの位置を基準として、電子部品Ｐの位置認識を行うことから、部品認識カメラ６によって取得されたビーム線ＢＬの位置が基準として適正であるか否かが重要となる。
【００２１】
レーザ照射部２０から照射されるビーム線ＢＬは、直進性は常に保証されるものの、レーザ照射部２０の取り付け状態によっては、図５（ａ）に示すように、ビーム線ＢＬはレーザ照射部２０から直下に延出する垂直基準線ＡＬとは必ずしも一致せず、垂直基準線ＡＬに対して幾分傾いている場合がある。このため、電子部品Ｐを撮像する焦点高さレベルＦＬにおいて、ビーム線ＢＬは垂直基準線ＡＬに対して偏差ｄだけ変位している。
【００２２】
すなわち図５（ｂ）に示すように、部品認識カメラ６による認識画像を所得する撮像視野６ａにおいて、光学座標系の原点を示す光学原点Ｃがビーム線ＢＬの位置に制御データ上で一致するように実装ヘッド９を位置合わせしても、撮像視野６ａにおいて検出されるビーム線ＢＬの位置は光学原点Ｃとは一致せず、上述の偏差ｄに対応した偏差成分ｄｘ、ｄｙだけ位置ずれした状態が検出される。
【００２３】
このため、撮像視野６ａにおいてレーザ照射部２０から照射されたビーム線ＢＬの位置を基準として電子部品Ｐの位置を正しく認識するには、基準となるビーム線ＢＬの位置を正確に把握しておくことが求められる。このため、予め各レーザ照射部２０を対象として検出された偏差成分ｄｘ、ｄｙを取得して、各レーザ照射部２０に固有の較正データとして記憶させておく。
【００２４】
そして実際に電子部品Ｐの位置認識を行う際には、図５（ｃ）に示すように、光学原点Ｃを原点とする光学座標系において取得された認識対象の電子部品Ｐ（１）、（２）の認識位置座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）に対して、図５（ｂ）に示す偏差成分ｄｘ、ｄｙだけずらす補正処理を行う。これにより、撮像視野６ａ上で検出されたビーム線ＢＬの位置を基準として用いながら、光学原点Ｃに対する電子部品Ｐ（１）、（２）の正しい位置を検出することができる。なお、ここでは電子部品Ｐ（１）、（２）のＸ方向、Ｙ方向の位置のみを認識対象としているが、それぞれの電子部品Ｐのθ方向の位置を認識対象とすることもできる。
【００２５】
次に図６を参照して、制御系の構成を説明する。図６において、制御部３０はＣＰＵ機能を備えた演算装置であり、記憶部３１に記憶された各種のプログラムやデータに基づいて以下の各部を制御する。記憶部３１に記憶されるデータには、実装データ３１ａ、部品認識較正データ３１ｂが含まれる。実装データ３１ａは実装対象の電子部品の部品データや実装位置座標など、部品実装動作を実行するために必要なデータである。部品認識較正データ３１ｂは、実装ヘッド９においてレーザ照射部２０から照射されるビーム線ＢＬの撮像視野６ａの光学原点Ｃに対する固有の偏差を予め計測して較正用に記憶させたキャリブレーションデータである。すなわち図５（ｂ）に示す偏差成分ｄｘ、ｄｙが、各レーザ照射部２０毎に較正用データとして記憶される。
【００２６】
機構駆動部３２は、記憶部３１に記憶されたデータに基づき制御部３０によって制御されることにより、基板搬送機構２および部品実装機構１０を駆動する。これにより、基板３に電子部品を実装する部品実装動作が実行される。この部品実装動作における部品認識に際しては、実装ヘッド９に備えられたレーザ照射部２０を作動させてビーム線ＢＬを照射させ、部品認識カメラ６による位置認識における基準位置として用いる。
【００２７】
認識処理部３３は、基板認識カメラ１１、部品認識カメラ６による撮像結果を認識処理することにより、基板３における認識マークの位置認識、実装ヘッド９に保持された電子部品Ｐの位置認識を行う。部品認識カメラ６による撮像結果の認識処理においては、記憶部３１に記憶された部品認識較正データ３１ｂが参照され、認識画像における各ビーム線ＢＬの位置の固有の偏差が補正される。
【００２８】
次に図７を参照して、部品認識カメラ６による撮像視野６ａと実装ヘッド９におけるレーザ照射部２０の配置との関係について説明する。図７（ａ）は、図３（ｃ）に示すレーザ照射部２０の配置における撮像視野６ａとの関係を示しており、ここでは複数の各吸着ノズル１９、レーザ照射部２０、撮像視野６ａに付番して個々を特定するようにしている。ここに示す例では、第１の吸着ノズル列ＮＬ１、第２の吸着ノズル列ＮＬ２を構成する複数（８個）の吸着ノズル１９（１）〜（８）を、４つの撮像視野６ａ（１）〜（４）に分割することによって認識する例を示している。
【００２９】
すなわち撮像視野６ａ（１）の範囲内に吸着ノズル１９（１）、（２）およびレーザ照射部２０（１）が収まるように、部品認識カメラ６に対して実装ヘッド９を位置合わせして第１回目の撮像を行う。次いで実装ヘッド９をＸ方向に水平移動させることにより、撮像視野６ａ（２）の範囲内に吸着ノズル１９（３）、（４）およびレーザ照射部２０（２）が収まるように、部品認識カメラ６に対して実装ヘッド９を位置合わせして第２回目の撮像を行い、これ以降同様に撮像視野６ａ（３）によって吸着ノズル１９（５）、（６）およびレーザ照射部２０（３）が撮像され、撮像視野６ａ（４）によって吸着ノズル１９（７）、（８）およびレーザ照射部２０（４）が撮像される。
【００３０】
すなわち本実施の形態に示す電子部品実装装置１の実装ヘッド９においては、複数の自己発光素子であるレーザ照射部２０のそれぞれは異なる位置に設けられており、吸着ノズル１９および撮像視野６ａとの関係においては、以下の条件に合致するように配置されている。すなわち、複数のレーザ照射部２０の一つは、部品認識カメラ６により複数の吸着ノズル１９のうちの一の部分を撮像する際の撮像視野６ａの範囲に収まるように配置されている。例えば、レーザ照射部２０（１）が複数のレーザ照射部２０の一つに該当する場合には、吸着ノズル１９（１）、（２）が複数の吸着ノズル１９のうちの一の部分となり、これらは同一の撮像視野６ａ（１）の範囲内に収まるようになっている。
【００３１】
そして複数のレーザ照射部２０の他の一つは、部品認識カメラ６により複数の吸着ノズル１９のうちの他の部分を撮像する際の撮像視野６ａの範囲に収まるように配置されている。例えば、レーザ照射部２０（２）が複数のレーザ照射部２０の他の一つに該当する場合には、吸着ノズル１９（３）、（４）が複数の吸着ノズル１９のうちの他の部分となり、これらは同一の撮像視野６ａ（２）の範囲内に収まるようになっている。
【００３２】
上述の構成において、レーザ照射部２０の個数と配置は、同一数の吸着ノズル１９を有する実装ヘッド９を対象とする場合であっても、使用する部品認識カメラ６の撮像視野６ａのサイズによっては、異なったものとなる。例えば、図７（ｂ）に示す実装ヘッド９Ａのように、使用する部品認識カメラ６の撮像視野６ａ＊が大きく４個の吸着ノズル１９を撮像視野６ａ＊の範囲内に納めることが可能であれば、２個のレーザ照射部２０（１）、（２）のみを配置することで足りる。
【００３３】
すなわち、この場合には、複数のレーザ照射部２０の一つであるレーザ照射部２０（１）は、部品認識カメラ６により複数の吸着ノズル１９のうちの一の部分である吸着ノズル１９（１）、（２）、（３）、（４）を撮像する際の撮像視野６ａ＊（１）の範囲に収まるように配置されている。そして複数のレーザ照射部２０の他の一つであるレーザ照射部２０（２）は、部品認識カメラ６により複数の吸着ノズル１９のうちの他の部分である吸着ノズル１９（５）、（６）、（７）、（８）を撮像する際の撮像視野６ａ＊（２）の範囲に収まるように配置されている。なお図７に示すレーザ照射部２０の配置は例示であり、吸着ノズル１９の個数、撮像視野６ａのサイズに応じて各種のバリエーションが可能である。
【００３４】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装装置１は、複数の吸着ノズル１９を基板搬送方向に平行な方向に配列した第１の吸着ノズル列ＮＬ１および第２の吸着ノズル列ＮＬ２を有する実装ヘッド９を備えた構成において、第１の吸着ノズル列ＮＬ１および第２の吸着ノズル列ＮＬ２の間に複数の自己発光素子であるレーザ照射部２０を備え、吸着ノズル１９に吸着された電子部品Ｐを部品認識のために部品認識カメラ６によって撮像してするに際し、レーザ照射部２０から下方に照射されたビーム線ＢＬを部品認識カメラ６によって撮像して位置認識の基準として用いるようにしたものである。
【００３５】
これにより、複数の吸着ノズル１９が列状に装着された吸着ノズル列を複数有する多連ノズル型の実装ヘッド９において、全ての吸着ノズルに対応して位置認識の基準となる認識マークを設けることなく、コンパクトな構成で位置認識の基準を設定することができる。これにより、部品実装機構などの経時変形に起因する実装精度の誤差を、実装ヘッドのサイズの増大や部品実装動作上の不都合を招くことなく適正に抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の電子部品実装装置は、部品実装機構などの経時変形に起因する実装精度の誤差を適正に抑制することができるという効果を有し、吸着ノズルを有する実装ヘッドによって電子部品を吸着して基板に実装する部品実装分野において有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１  電子部品実装装置
２  基板搬送機構
３  基板
６  部品認識カメラ
６ａ  撮像視野
９  実装ヘッド
１９  吸着ノズル
２０  レーザ照射部
Ｐ  電子部品
ＢＬ  ビーム線
【図１】
0006531278.tif 000002
【図２】
0006531278.tif 000003
【図３】
0006531278.tif 000004
【図４】
0006531278.tif 000005
【図５】
0006531278.tif 000006
【図６】
0006531278.tif 000007
【図７】
0006531278.tif 000008