(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上の異物確認精度を向上させる。【解決手段】この表面実装機は、基板に対して相対的に移動可能なヘッドを備えており、このヘッドにより部品を保持して当該部品を基板上の所定の実装位置に実装するように構成されている。そして、表面実装機は、部品の実装直前に、基板上の実装位置に対する異物確認を行う制御装置２０を有している。また、制御装置２０は、基板上の各種マークを撮像するための基板認識用カメラ１７と、部品実装に先立って予め撮像しておいた基準画像と、部品実装直前に撮像した画像とを比較することにより、部品の実装位置に対する異物有無の判別を行う主制御手段２１とを含んでいる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して相対的に移動可能なヘッドにより部品を保持して当該部品を基板上の所定の実装位置に実装する部品実装方法であって、
前記部品の実装直前に、基板上の前記実装位置に対して異物確認を行うことを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
予め指定された部品の実装位置に対してのみ異物確認を行うことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項３】
基板上の各種マークを撮像するための基板認識用カメラを用いて部品の実装直前に基板上の実装位置を撮像し、その画像に基づいて異物有無の判別を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の部品実装方法。
【請求項４】
部品の実装に先立って予め撮像しておいた基準画像と、部品の実装直前に撮像した画像とを比較することにより、前記部品の実装位置に対する異物有無の判別を行うことを特徴とする請求項３に記載の部品実装方法。
【請求項５】
部品の実装直前に撮像した画像を処理して得られる前記部品の実装位置を含む所定領域の画像データを、予め記憶させておいた基準データに照らし合わせることにより、前記部品の実装位置に対する異物有無の判別を行うことを特徴とする請求項３に記載の部品実装方法。
【請求項６】
基板に対して相対的に移動可能なヘッドを備え、このヘッドにより部品を保持して当該部品を基板上の所定の実装位置に実装するように構成された表面実装機において、
前記部品の実装直前に、基板上の前記実装位置に対して異物確認を行う確認手段を有することを特徴とする表面実装機。
【請求項７】
前記確認手段は、予め指定された部品の実装位置に対してのみ異物確認を行うことを特徴とする請求項６に記載の表面実装機。
【請求項８】
前記確認手段は、
基板上の各種マークを撮像するための撮像手段と、
部品の実装に先立って前記撮像手段を用いて予め撮像しておいた基準画像と、部品の実装直前に前記撮像手段により撮像した画像とを比較することにより、前記部品の実装位置に対する異物有無の判別を行う判別手段とを含むことを特徴とする請求項６または７に記載の表面実装機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装用のヘッドを搭載した移動可能なヘッドユニットにより部品供給部から電子部品を取り出して被実装用の基板上に実装するように構成された表面実装機の部品実装方法および表面実装機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着し、この部品を所定の作業位置に位置決めされているプリント基板上に搬送して搭載（実装）するようにした表面実装機が一般に知られている。
【０００３】
この種の表面実装機を含む部品実装システムにおいては、例えば印刷装置による基板への半田等の印刷作業終了後に検査装置等を用いて基板の検査を行っている（例えば特許文献１）。この検査により、基板上に異物が付着している場合にこれが確認される。
【特許文献１】特開平８−２９２０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような手法では、表面実装機での実装順序が後ろの部品になるにつれて、異物確認を行ってから部品の実装を開始するまでの間隔が長くなるため、例えば手前の部品が基板上に落下する等して基板上の当該部品の実装位置に異物が配され易くなる。そして、上記落下物等の異物が認識されることなく部品実装が行われることにより、実装状態で基板と部品との間に異物が介在し、部品の接続不良が発生する場合がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、異物による部品の接続不良を防ぐことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１に記載の部品実装方法は、基板に対して相対的に移動可能なヘッドにより部品を保持して当該部品を基板上の所定の実装位置に実装する部品実装方法であって、前記部品の実装直前に、基板上の前記実装位置に対して異物確認を行うことを特徴とする。
【０００７】
この請求項１に記載の部品実装方法では、上記のように、部品の実装直前にその部品の実装位置に対する異物確認を行うことによって、異物確認を行ってから部品の実装を開始するまでの間隔を短くすることができるので、実装状態で基板と部品との間に異物が介在するのを防ぐことができる。これにより、異物による部品と基板の回路との接続不良の発生を抑制することができる。
【０００８】
なお、部品の実装直前とは、当該部品の１つ前の部品が基板に実装されてから当該部品が実装されるまでのいずれかの時点を指すものとする。
【０００９】
上記請求項１に記載の部品実装方法において、予め指定された部品の実装位置に対してのみ異物確認を行うのが好ましい（請求項２）。このような方法によると、異物確認に要する時間を短縮することができる。なお、上記指定部品として、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の比較的面積の大きい部品を選択すれば、実装後に異物を完全に覆い隠して該異物の発見を困難にするような部品についてのみ実装前の異物確認を行うことができるので、効率が良い。
【００１０】
上記請求項１または２に記載の部品実装方法において、基板上の各種マークを撮像するための基板認識用カメラを用いて部品の実装直前に基板上の実装位置を撮像し、その画像に基づいて異物有無の判別を行うのが好ましい（請求項３）。このような方法によると、当該部品実装方法を実行する装置に備えられている基板認識用カメラを用いて異物有無の判別を行うことができるので、異物有無の判別を行うための機構を別途必要としない。
【００１１】
この場合、部品の実装に先立って予め撮像しておいた基準画像と、部品の実装直前に撮像した画像とを比較することにより、前記部品の実装位置に対する異物有無の判別を行うようにしてもよい（請求項４）。このようにすれば、基準画像と実装直前の画像との差分を求めるだけで、容易にかつ正確に異物有無の判別を行うことができる。
【００１２】
また、この場合、部品の実装直前に撮像した画像を処理して得られる前記部品の実装位置を含む所定領域の画像データを、予め記憶させておいた基準データに照らし合わせることにより、前記部品の実装位置に対する異物有無の判別を行うようにしてもよい（請求項５）。
【００１３】
また、この発明の請求項６に記載の表面実装機は、基板に対して相対的に移動可能なヘッドを備え、このヘッドにより部品を保持して当該部品を基板上の所定の実装位置に実装するように構成された表面実装機において、前記部品の実装直前に、基板上の前記実装位置に対して異物確認を行う確認手段を有することを特徴とする。
【００１４】
この請求項６に記載の表面実装機では、上記のように、確認手段により、部品の実装直前にその部品の実装位置に対する異物確認を行うように構成することによって、異物確認を行ってから部品の実装を開始するまでの間隔を短くすることができるので、実装状態で基板と部品との間に異物が介在するのを防ぐことができる。これにより、異物による部品と基板の回路との接続不良の発生を抑制することができる。
【００１５】
上記請求項６に記載の表面実装機において、好ましくは、前記確認手段は、予め指定された部品の実装位置に対してのみ異物確認を行うように構成されている（請求項７）。このように構成すれば、異物確認に要する時間を短縮することができる。
【００１６】
上記請求項６または７に記載の表面実装機において、前記確認手段は、基板上の各種マークを撮像するための撮像手段と、部品の実装に先立って前記撮像手段を用いて予め撮像しておいた基準画像と、部品の実装直前に前記撮像手段により撮像した画像とを比較することにより、前記部品の実装位置に対する異物有無の判別を行う判別手段とを含む構成とするのが好ましい（請求項８）。このように構成すれば、当該装置に備えられている基板認識用カメラ等の撮像手段を用いて異物有無の判別を行うことができるので、異物有無の判別を行うための機構を別途必要としない。また、上記構成によれば、基準画像と実装直前の画像との差分を求めるだけで、容易にかつ正確に異物有無の判別を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の部品実装方法および表面実装機によれば、部品の実装直前にその部品の実装位置に対する異物確認を行うことによって、異物確認を行ってから部品の実装を開始するまでの間隔を短くすることができるので、実装状態で基板と部品との間に異物が介在するのを防ぐことができる。その結果、異物による部品と基板の回路との接続不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
図１および図２は、表面実装機を概略的に示しており、図１はカバーを取外した状態の平面図で、図２は同正面図でそれぞれ表面実装機を示している。
【００２０】
同図に示すように表面実装機の基台１上には、Ｘ軸方向に延びるコンベア２が配置され、基板Ｐがこのコンベア２に搬送されて所定の実装作業位置（図示の位置）で停止されるようになっている。実装作業位置には、図示を省略するが基板Ｐの位置決め機構が設けられており、基板Ｐがコンベア２に沿って搬入されると、この位置決め機構が作動して基板Ｐを前記実装作業位置に位置決め固定するように構成されている。
【００２１】
コンベア２の両側には、部品供給部４が配置されており、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を供給可能な多数列のテープフィーダ４ａがこれら部品供給部４に配置されている。
【００２２】
また、上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット６が装備されている。このヘッドユニット６は、部品供給部４と実装作業位置の基板Ｐとにわたって移動可能とされ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動することができるようになっている。
【００２３】
すなわち、基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット６の支持部材１１が配置され、この支持部材１１に設けられたナット部分１２がボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向のガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット６が移動可能に保持され、このヘッドユニット６に設けられたナット部分（図示せず）がボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動により上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりヘッドユニット６が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。
【００２４】
ヘッドユニット６には部品装着用の複数の実装用のヘッド１６が搭載されており、当実施形態では６本の実装用ヘッド１６がＸ軸方向に等間隔で一列に並んだ状態で搭載されている。各実装用ヘッド１６は、ヘッドユニット６のフレームに対してＺ軸方向の移動及びＲ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされ、図外の昇降駆動機構および回転駆動機構により駆動されるようになっている。また、各実装用のヘッド１６には、その先端（下端）にノズル１６ａが装着されており、図外の負圧供給手段からノズル１６ａ先端に負圧が供給されることにより部品を吸着保持するようになっている。
【００２５】
ヘッドユニット６には、さらに基板認識用カメラ１７が搭載されている。この基板認識用カメラ１７は、照明装置を備えたＣＣＤカメラ等から構成されており、ヘッドユニット６の移動に伴い実装作業位置に位置決めされた基板Ｐ上の各種マーク（フィデューシャルマークやバッドマーク等）を撮像するようになっている。当実施形態では、この基板認識用カメラ１７が本発明に係る「撮像手段」として機能する。
【００２６】
また、基台１上には、部品認識用カメラ１８が配設されている。この部品認識用カメラ１８も基板認識用カメラ１７と同様に、照明装置を備えたＣＣＤカメラ等から構成されており、ヘッドユニット６の各実装用ヘッド１６に吸着された部品をその下側から撮像するようになっている。
【００２７】
以上のような構成により、この表面実装機では、ヘッドユニット６が部品供給部４と実装作業位置に位置決めされた基板Ｐとの間を移動しながら、各実装用ヘッド１６により部品供給部４から部品を吸着し、この吸着部品を基板Ｐ上に搬送して実装するようになっている。なお、詳しい実装動作については後述することにする。
【００２８】
次に、表面実装機の制御系について図３を用いて説明する。
【００２９】
この図は表面実装機の制御装置２０の機能構成のうち本発明に関連する機能構成部分だけをブロック図で示している。
【００３０】
同図に示す制御装置２０は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭ、塗布動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ、各種データやソフトを記憶するＨＤＤ等から構成されており、その機能構成として、主制御手段２１、プログラム記憶手段２２、各種データ記憶手段２３、画像処理手段２４およびアクチュエータ制御手段２５を含んでいる。当実施形態では、この制御装置２０が本発明に係る「確認手段」に相当する。
【００３１】
主制御手段２１は、プログラム記憶手段２２に記憶されているプログラムに従って一連の部品の実装作業を進めるべく装置の駆動を統括的に制御するとともに、その作業に伴う各種演算処理を行うものである。
【００３２】
この主制御手段２１は、基板認識用カメラ１７の画像データに基づいて基板Ｐに形成される各種マークを認識するのに加え、基板認識用カメラ１７による部品実装位置の実装直前の画像と各種データ記憶手段２３に予め記憶されている基準画像とを比較して異物の有無を判別するものであり、当実施形態では、この主制御手段２１が本発明に係る「判別手段」として機能する。なお、上記の基準画像は、部品実装位置に想定外の異物等が存在していない正常な状態での画像を指しており、一例として、部品実装システムにおける表面実装機の上流側に配される印刷装置による印刷作業終了後に撮像された画像を挙げることができる。
【００３３】
プログラム記憶手段２２は、上記の通り実装作業に関する各種プログラムを記憶するものである。
【００３４】
各種データ記憶手段２３は、表面実装機での作業に必要な各種データを記憶するものである。この各種データ記憶手段２３には、例えば、部品関連データ（部品の種類、形状、寸法等のデータ）および基板関連データ（基板の種類、部品の実装位置データ、基板に形成される各種マークの座標位置データ、同形状データ等）が記憶されており、本実施形態では、さらに部品の実装位置を含む所定領域の基準画像が記憶されている。
【００３５】
画像処理手段２４は、各カメラ１７，１８から出力される画像データに所定の画像処理を施すもので、主制御手段２１は、この画像データに基づいて対象物である基板に形成される各種マークや基板上の異物の認識、およびその認識に基づく各種の判別および演算等を行う。
【００３６】
アクチュエータ制御手段２５は、コンベア２、ヘッドユニット６および各ヘッド１６等を駆動するサーボモータ等のアクチュエータを駆動制御するものである。
【００３７】
次に、制御装置２０による表面実装機の実装動作制御についてフローチャートを用いて説明する。
【００３８】
図４は、制御装置２０による表面実装機の実装動作制御をフローチャートで示している。この表面実装機において生産が開始されると、まず、コンベア２を駆動し、半田等の印刷処理が施された基板Ｐを装置内に搬入するとともに上記実装作業位置に位置決めする。そして、ヘッドユニット６を駆動し、基板認識用カメラ１７により基板Ｐ上の図略のフィデューシャルマークを撮像、認識することにより、基板Ｐの位置ずれを求めるとともにその補正データを主制御手段２１により演算する。
【００３９】
そして、この認識結果に基づいて以下の部品の実装処理を実行する。すなわち、基板Ｐに部品を実装（搭載）すべく主制御手段２１によりヘッドユニット６等を駆動制御する。
【００４０】
まず、ヘッドユニット６を部品供給部４に移動させて各実装用ヘッド１６により部品の取り出しを行わせる（ステップＳ１）。具体的には、ヘッドユニット６を部品供給部４の上方に移動させ、部品を吸着すべき所定の実装用ヘッド１６を昇降させることによりテープフィーダ４ａから部品を吸着した状態でピックアップさせる。この際、可能な場合には、複数の実装用ヘッド１６により同時に部品吸着を行わせる。
【００４１】
全ての実装用ヘッド１６による部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット６を部品認識用カメラ１８の上方に移動させて各実装用ヘッド１６による吸着部品の撮像を行い、その撮像結果に基づき各部品の吸着状態を認識する（ステップＳ２）。
【００４２】
次いで、今から実装されるべき部品が指定された部品（例えばＢＧＡやＱＦＰ）であるか否かが判断される（ステップＳ３）。そして、実装される部品が指定部品ではないと判断された場合には、ヘッドユニット６を基板Ｐ上に移動させて当該部品の実装位置の上方に配置した後、実装用ヘッド１６を昇降させることにより吸着部品を基板Ｐ上に実装する（ステップＳ８）。
【００４３】
一方、実装される部品が指定部品であると判断された場合には、部品を実装する前（部品の実装直前）に以下の異物検査を実行する。すなわち、ヘッドユニット６を基板Ｐ上に移動させて基板認識用カメラ１７を異物検査が行われるべき指定部品の実装位置の上方に配置させ（ステップＳ４，Ｓ５）、部品実装位置を含む所定領域を撮像する。
【００４４】
そして、得られた所定領域の実装直前の画像を画像処理手段２４で処理し、主制御手段２１において所定領域の実装直前の画像と予め各種データ記憶手段２３に記憶させておいた所定領域Ｓの基準画像とを比較する（ステップＳ６）。具体的には、２つの撮像画像の２値化された明暗データの差分を求める処理が行われる。
【００４５】
次に、これら２画像の比較の結果、部品実装位置に異物が存在するか否かが判断される（ステップＳ７）。そして、部品実装位置に異物が存在しないと判断された場合には、ヘッドユニット６を基板Ｐ上の部品実装位置の上方に配置した後、実装用ヘッド１６を昇降させることにより吸着部品を基板Ｐ上に実装する（ステップＳ８）。
【００４６】
一方、画像比較の結果、部品実装位置に異物が存在すると判断された場合、すなわち、主制御手段２１において部品実装直前の所定領域Ｓの画像（図５（ａ）参照）と予め取得しておいた所定領域Ｓの基準画像（図５（ｂ）参照）とを比較した結果、２つの撮像画像の明暗データに異物Ｔによる差が認められた場合に、その部品の実装処理が保留されるとともに、パトライトやブザー等による警告がなされる（ステップＳ９）。
【００４７】
そして、上記実装処理が保留された部品（保留部品）の実装位置を含む所定領域内に異物が存在するとのエラー情報を各種データ記憶手段２３に保存するとともに（ステップＳ１０）、異物が写し出されたＮＧ画像を各種データ記憶手段２３に保存する（ステップＳ１１）。
【００４８】
また、現在実装処理が施されている基板Ｐの１つ手前の基板Ｐ（あるいは直前までの複数の基板）における上記ＮＧ画像に相当する箇所の画像を制御装置２０のＲＡＭから各種データ記憶手段２３に転送して保存する（ステップＳ１２）。これにより、表面実装機による実装作業終了後に、上記ＮＧ画像とその前後の基板Ｐの画像とを互いに比較することによって、異物が基板Ｐ上に配された原因を追求し易くなるといった効果を奏する。なお、ＮＧ画像に相当する箇所については次の基板の処理時にも該当箇所の画像を記憶させるようにしてもよい。
【００４９】
このように最初の部品に対する処理が終了したら、次に実装される部品があるか否かが判断される（ステップＳ１３）。そして、実装予定部品がある場合には、ステップＳ２に戻り、次の部品の吸着状態が認識され、その部品が指定部品であるか否かが判断される（ステップＳ３）。
【００５０】
こうして各実装用ヘッド１６による吸着部品の実装が終わると、フローチャートには示していないが全部品の実装が完了したか、つまり基板Ｐに対して全ての部品を実装したか否かが判断され、ここでＮＯと判断された場合には、ステップＳ１に戻り、ヘッドユニット６を部品供給部４に移動させて部品吸着等の各処理を繰り返し実行する。
【００５１】
これに対して、全部品の実装が完了したと判断された場合には、異物検査で部品実装位置に異物有りと判別された部品がなかったか否かが判断され（ステップＳ１４）、部品実装位置に異物有りと判別された部品がない場合には、コンベア２を駆動して基板Ｐを装置外に搬出し、これにより基板Ｐに対する一連の実装処理を終了する。
【００５２】
一方、異物検査で部品実装位置に異物有りと判別された部品（すなわち、実装動作が保留された部品）があった場合には、その部品に関するエラー情報を図略の表示パネル等に表示する（ステップＳ１５）。そして、コンベア２を駆動してその基板Ｐを装置外に搬出し、基板Ｐ上の異物を取り除いた後、再び表面実装機により上記保留部品の基板Ｐへの実装処理が行われる。
【００５３】
以上説明したように、この表面実装機では、部品の実装直前にその部品の実装位置に対する異物確認を行うことによって、異物確認を行ってから部品の実装を開始するまでの間隔を短くすることができるので、実装状態で基板Ｐと部品との間に異物が介在するのを防ぐことができる。これにより、異物による部品と基板Ｐの回路との接続不良の発生を抑制することができる。なお、部品の実装直前とは、当該部品の１つ前の部品が基板Ｐに実装されてから当該部品が実装されるまでのいずれかの時点を指すものとする。
【００５４】
また、予め指定された部品の実装位置に対してのみ異物確認を行うようにしたので、異物確認に要する時間を短縮することができる。なお、上記指定部品として、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の比較的面積の大きい部品を選択すれば、実装後に異物を完全に覆い隠して該異物の発見を困難にするような部品についてのみ実装前の異物確認を行うことができるので、効率が良い。
【００５５】
また、基板Ｐ上の各種マークを撮像するための基板認識用カメラ１７を用いて部品の実装直前に基板Ｐ上の実装位置を撮像し、その画像に基づいて異物有無の判別を行うようにしたので、異物有無の判別を行うための機構を別途必要とせず、装置が複雑化するのを抑制することができる。
【００５６】
また、部品の実装に先立って予め撮像しておいた基準画像と、部品の実装直前に撮像した画像とを比較することにより、当該部品の実装位置に対する異物有無の判別を行うようにしたので、基準画像と実装直前の画像との差分を求めるだけで、容易にかつ正確に異物有無の判別を行うことができる。
【００５７】
なお、以上説明した表面実装機は、本発明に係る表面実装機（本発明に係る部品実装方法が適用される表面実装機）の好ましい実施形態の一例であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、部品実装直前の画像と予め撮像しておいた基準画像とを比較することによって、部品の実装位置に対する異物有無の判別を行う例について示したが、これに限らず、部品実装直前の画像を処理して得られた画像データのうちの半田の面積および位置データを、各種データ記憶手段２３に予め記憶させておいた基準となる半田の面積および位置データに照らし合わせることによって、部品の実装位置に対する異物有無の判別を行うようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、指定された部品の実装位置についてのみ異物検査を行うようにしたが、実装予定の全部品の実装位置について異物検査を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る表面実装機（本発明に係る部品実装方法が適用される表面実装機）の一例を示す平面図である。
【図２】表面実装機を示す正面図である。
【図３】表面実装機の制御系を示すブロック図である。
【図４】表面実装機における実装動作制御の一例を示すフローチャート図である。
【図５】異物検査で比較される部品実装位置を含む画像であり、（ａ）は部品実装直前の画像であり、（ｂ）は予め撮像された基準画像である。
【符号の説明】
【００６１】
１６  ヘッド
１７  基板認識用カメラ（撮像手段）
２０  制御装置（確認手段）
２１  主制御手段（判別手段）
Ｐ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008060249.tif 000005
【図４】
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【図５】
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