(57)【要約】      （修正有）【課題】ヘッド部が目標地点に到達するまでの移動方向によらず、ヘッド部を目標地点に精度よく制御する方法を提供する。【解決手段】制御部がＸＹ駆動部に指令するヘッド１０２の移動指令地点と、実際にヘッド１０２が到達する地点との誤差量を、ヘッド１０２の移動方向ごとに測定して得たデータベースを用いて、制御部がＸＹ駆動部に指令するヘッド１０２の移動指令地点を修正し、ヘッド１０２の移動目標地点への到達精度を向上させる。【選択図】図１１
2008205051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を認識できるカメラ部および部品を基板上に搭載する部品搭載部を有するヘッドと、該ヘッドを平面方向に駆動するＸＹ駆動部と、該ＸＹ駆動部を介して前記ヘッドの平面方向の位置を制御する制御部とが備えられた部品実装装置におけるヘッド位置制御方法であって、
前記制御部が前記ＸＹ駆動部に指令する前記ヘッドの移動指令地点と、実際に前記ヘッドが到達する地点との誤差量を、前記ヘッドの移動方向ごとに測定して得たデータベースを用いて、前記制御部が前記ＸＹ駆動部に指令する前記ヘッドの移動指令地点を修正し、前記ヘッドの移動目標地点への到達精度を向上させることを特徴とするヘッド位置制御方法。
【請求項２】
前記データベースに無い移動方向についての誤差量を、前記データベースにある移動方向についての誤差量を用いて算出し、算出した誤差量を用いて前記制御部が前記ヘッドに指令する移動指令地点を修正し、前記ヘッドの移動目標地点への到達精度を向上させることを特徴とする請求項１に記載のヘッド位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品等を電子回路基板に搭載する部品実装装置のヘッド位置制御方法に関し、さらに詳しくは、目標地点に近づくヘッドの移動方向に関わらず、ヘッド位置を目標地点に高精度に制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、現状の部品実装装置の一例の概略構成を示す平面図である。
【０００３】
この部品実装装置１００は、部品を吸着するノズルが装着可能なヘッド部１０２と、ヘッド部１０２を平面方向（ＸＹ方向）に移動可能なＸＹ駆動部１０４と、部品１０５（図４参照）を供給する部品供給部１０６と、電子回路基板１０８Ａを搬入、搬出する基板搬送部１０８と、ノズル交換部１１０とを有してなり、それらの位置、軸動作は、基準マーク１１２を基準点とする座標系で定められている。
【０００４】
図２は、ヘッド部１０２を示す斜視図である。ヘッド部１０２は、カメラ部１１４と部品搭載部１１６とからなる。ヘッド部１０２は、ＸＹ駆動部１０４に連結固定されており、ＸＹ駆動部１０４により平面方向（ＸＹ方向）に移動することができる。
【０００５】
カメラ部１１４は、基準マーク１１２を撮像して座標系の設定を行うとともに、電子回路基板１０８Ａ、部品供給部１０６を撮像して搭載位置、吸着位置を確認してティーチングを行い、搭載及び吸着のための位置決めを行う。
【０００６】
図３は、部品搭載部１１６の概要を示す図である。
【０００７】
部品搭載部１１６は、上下方向に移動可能なノズル１１８を有する。ノズル１１８はその軸回りに回転可能である。部品搭載部１１６は、このノズル１１８により部品を吸着し、電子回路基板１０８Ａ上に部品１０５を搭載する。
【０００８】
シャフト１２０は、一端が真空発生装置（図示せず）に接続され、他端にノズル１１８が装着される。Ｚ軸モータ１２２によりシャフト１２０を上下方向に移動させることができ、θ軸回転モータ１２４によりシャフト１２０をその軸回りに回転させることができる。また、部品搭載部１１６には、水平方向にレーザ光を発してノズル１１８に吸着された部品１０５の位置を検出する部品認識装置１２６が備えられている。
【０００９】
部品実装装置１００の動作について説明する。まず、ヘッド部１０２に含まれるカメラ部１１４で基準マーク１１２を認識することで、座標系を設定する。設定された座標系を用い、ＸＹ駆動部１０４によりヘッド部１０２は部品供給部１０６上に位置決めされる。その後、部品搭載部１１６のシャフト１２０を下降させ、ノズル１１８の下端が所定位置まで下降した後、真空発生装置を作動させ、ノズル１１８で部品１０５を吸着する。
【００１０】
ノズル１１８に吸着された部品は、部品認識装置１２６により位置計測がなされ、その結果に基づき、制御部１２８（図６参照）がθ軸回転モータ１２４を駆動し、ノズル１１８に吸着された部品１０５の姿勢の補正を行う。
【００１１】
その後、ＸＹ駆動部１０４によりヘッド部１０２を電子回路基板１０８Ａ上に位置決めする。そして、部品搭載部１１６のシャフト１２０をＺ軸モータ１２２により下降させ、ノズル１１８の下端が所定位置まで下降した後、真空発生装置を停止させ、吸着を解除することでノズル１１８から部品１０５を解放し、電子回路基板１０８Ａ上に部品１０５を装着する。
【００１２】
しかしながら、図４に示すように、ＸＹ駆動部１０４によりヘッド部１０２を電子回路基板１０８Ａ上の同一の目標地点１５２に移動させて部品１０５の搭載を行った場合でも、目標地点１５２へのヘッド部１０２の移動方向が異なると、部品１０５の搭載地点１５４、１５６が一致せず、わずかに異なることがあり、必ずしも目標地点１５２に正確に移動しているわけではなかった。
【００１３】
また、通常、新たに座標系を設定する際には、ヘッド部１０２に搭載されたカメラ部１１４を座標系の基準を定める基準マーク１１２上へ移動させ、カメラ部１１４に基準マーク１１２を認識させ、この認識結果に基づき、新たに座標系を設定するが、基準マーク１１２上への移動方向の違いによりカメラ部１１４の位置がわずかに異なり、その結果、認識される基準マーク１１２の位置もわずかに異なり、新たに設定する座標系もわずかに異なるものとなってしまっていた。
【００１４】
ヘッド部１０２の目標地点への移動方向の違いにより、ヘッド部１０２が実際に到達する位置が異なるものとなる上記の現象は、ＸＹ駆動部１０４の駆動機構のバックラッシや該駆動機構に加わる負荷等が原因と考えられる。
【００１５】
そこで、上記の現象に対処するため、ヘッド部１０２の目標地点への移動において、ヘッド部１０２が目標地点から所定距離以内に近づいてからは、移動方向を一定方向とする発明が提案されている。なお、この発明は先願（特願２００６−１０８１６０）ではあるが、現時点では公開されておらず、公知ではない。
【００１６】
しかし、この発明では、ヘッド部１０２が目標地点から所定距離以内に近づいてからは、移動方向を一定方向とする必要があるため、図５に示すように、目標地点１６２、１６４に到達するための最短経路を移動することができず、大回りした移動経路１６２Ａ、１６４Ａをとる必要があり、移動距離が大きくなり、目標地点へ移動するまでの時間が長くなるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ヘッド部が目標地点に到達するまでの移動方向によらず、ヘッド部を目標地点に精度よく制御する方法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】
【００１８】
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究した結果、ヘッド部１０２の目標地点への移動方向ごとに、制御部１２８がＸＹ駆動部１０４に指令するヘッド部１０２の移動指令地点と実際に到達する地点との誤差量を計測しておき、移動方向ごとにこの誤差量を考慮してＸＹ駆動部１０４に指令する移動指令地点を調整することで、ヘッド部１０２が目標地点に到達するまでの移動方向によらず、ヘッド部１０２の実際の目標地点への移動を高精度に制御できることを見出し、本発明をするに至った。
【００１９】
即ち、本発明に係るヘッド位置制御方法は、対象物を認識できるカメラ部および部品を基板上に搭載する部品搭載部を有するヘッドと、該ヘッドを平面方向に駆動するＸＹ駆動部と、該ＸＹ駆動部を介して前記ヘッドの平面方向の位置を制御する制御部とが備えられた部品実装装置におけるヘッド位置制御方法であって、前記制御部が前記ＸＹ駆動部に指令する前記ヘッドの移動指令地点と、実際に前記ヘッドが到達する地点との誤差量を、前記ヘッドの移動方向ごとに測定して得たデータベースを用いて、前記制御部が前記ＸＹ駆動部に指令する前記ヘッドの移動指令地点を修正し、前記ヘッドの移動目標地点への到達精度を向上させることを特徴とする。
【００２０】
前記データベースに無い移動方向の誤差量については、前記データベースにある移動方向についての誤差量を用いて算出してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のヘッド位置制御方法によれば、制御部がＸＹ駆動部に指令するヘッドの移動指令地点と、実際にヘッドが到達する地点との誤差量を、ヘッドの移動方向ごとに測定して得たデータベースを用いて、指令するヘッドの移動指令地点を修正するので、ヘッド部が目標地点に到達するまでの移動方向によらず、ヘッド部の実際の目標地点への移動を高精度に制御できる。
【００２２】
したがって、ヘッド部の実際の目標地点への移動を高精度に制御しつつ、ヘッド部の移動経路を最短にすることも可能となり、ヘッド部の移動時間を短縮することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
図６は、本発明に係るヘッド位置制御方法の実施形態の一例を実施する際のブロック図である。
【００２５】
制御部１２８は、ＣＰＵ１２８Ａとメモリ１２８Ｂを内蔵している。データ入力手段１３２により部品１０５や電子回路基板１０８Ａに関するデータを制御部１２８に入力でき、また、制御部１２８は、記憶装置１３４とデータのやり取りをすることができるようになっている。
【００２６】
また、制御部１２８は、エンコーダ１３６Ａを内蔵したＸ軸モータ１３６及びエンコーダ１３８Ａを内蔵したＹ軸モータ１３８によりＸＹ駆動部１０４を制御し、ヘッド部１０２（カメラ部１１４及び部品搭載部１１６）を平面方向（ＸＹ方向）に移動させる。さらに、エンコーダ１２２Ａを内蔵したＺ軸モータ１２２により、ノズル１１８の上下方向（Ｚ方向）の位置を制御し、エンコーダ１２４Ａを内蔵したθ軸モータ１２４により、ノズル１１８の軸回りの回転方向の位置を制御する。
【００２７】
カメラ部１１４により撮像された画像データは、画像処理装置１４０に送られ、データ処理がなされる。画像処理装置１４０には、Ａ／Ｄコンバータ１４０Ａ、ＣＰＵ１４０Ｂ、メモリ１４０Ｃが内蔵されている。画像データは、表示装置１４２に表示させることができる。
【００２８】
次に、ヘッド部１０２の移動を制御する手順を図７、８のフローチャートで説明する。
【００２９】
図７は、ヘッド位置を制御する手順を示すフローチャートである。まず、ヘッド部１０２の移動方向ごとに、制御部１２８がＸＹ駆動部１０４に指令するヘッド部１０２の移動指令地点と、実際にヘッド部１０２が到達する地点との誤差量を取得し、記憶装置１３４に保存して、前記誤差量についてのデータベースを構築する（ステップＳ１）。次に、ヘッド部１０２の現在位置をエンコーダ１３６Ａ及びエンコーダ１３８Ａから取得するとともに（ステップＳ２）、データ入力手段１３２により制御部１２８にヘッド部１０２の移動目標地点を入力し（ステップＳ３）、移動目標地点への移動角度を算出する（ステップＳ４）。
【００３０】
ステップＳ１で構築したデータベースから、移動角度に対応する誤差量を取得し（ステップＳ５）、移動目標地点の座標に誤差量を加算又は減算して（ステップＳ６）、制御部１２８がＸＹ駆動部１０４に指令するヘッド部１０２の移動指令地点を算出する（ステップＳ７）。そして、ヘッド部１０２を移動指令地点に移動させる指令を、制御部１２８がＸＹ駆動部１０４に発し、ヘッド部１０２を移動させる（ステップＳ８）。
【００３１】
ヘッド部１０２を移動指令地点に移動させる指令を、制御部１２８がＸＹ駆動部１０４に発しても、実際には移動方向に応じた誤差量があるため、ヘッド部１０２は移動指令地点には到達せず、移動目標地点へ到達することとなる。
【００３２】
図８は、ステップＳ１における前記誤差量についてのデータベースの構築についての手順を詳細に示すフローチャートである。
【００３３】
まず、カウンタを０に設定する（Ｃｎｔ＝０）（ステップＳ１１）。次に、ヘッド部１０２の基準マーク１１２への移動角度を何度ごとに振ってデータベースの構築を行うか設定する（ステップＳ１２）。ここでは、Ａ°ごとに移動角度を振るものとする。ヘッド部１０２が基準マーク１１２を認識する回数Ｎを、Ｎ＝３６０／Ａにより求める（ステップＳ１３）。この結果、ヘッド部１０２が基準マーク１１２を認識する動作は、図９に示すように、０°〜３６０°の全ての方向から行うこととなる。図９はＡ＝４５の場合であり、図９中の矢印はヘッド部１０２の移動方向を示す。ヘッド部１０２が基準マーク１１２を認識する動作は、図９において、例えばＸ方向とのなす角が０°となる方向から行う。
【００３４】
ヘッド部１０２のカメラ部１１４の画像中心が基準マーク１１２の中心に位置するように、ヘッド部１０２を基準マーク１１２の直上の位置に移動させた後（ステップＳ１４）、所定の角度方向（Ａ×Ｃｎｔ度方向）に一定距離移動させる（ステップＳ１５）。その後、制御部１２８が、基準マーク１１２の直上の位置にヘッド部１０２を位置させるようにＸＹ駆動部１０４に指令を発し、ヘッド部１０２を移動させる（ステップＳ１６）。移動後の地点で、カメラ部１１４により基準マーク１１２を認識し、カメラ部１１４の画像中心と基準マーク１１２の中心との誤差量を取得して、記憶装置１３４に保存する（ステップＳ１７）。そして、カウント数に１を加え（Ｃｎｔ＋＋）（ステップＳ１８）、そのカウント数が認識回数Ｎに達しているかどうか判断し、達していればデータの取得を終了し、達していなければ、ステップＳ１４にもどり、データの取得を続ける（ステップＳ１９）。
【００３５】
以上のようにして、ヘッド部１０２の基準マーク１１２への移動方向を０°〜３６０°の範囲で片寄りなく振って、０°〜３６０°の範囲の角度について誤差量を取得して、誤差量についてのデータベースを構築する。構築されたデータベースの一例の一部を図１０に示す。
【００３６】
また、ヘッド部１０２の基準マーク１１２への移動方向を０°〜３６０°の範囲で片寄りなく振って得た、各移動方向の誤差量について平均値を算出し、この平均値を、制御部１２８が基準マーク位置と当初認識していた座標に加算又は減算して、基準マーク位置を補正し、補正された基準マーク位置に基づき、座標系を形成する。
【００３７】
移動方向ごとの誤差量についてのデータベースが得られたら、移動目標地点へ移動する時の移動方向の誤差量を移動目標地点の座標に加算又は減算して移動指令地点を算出し、この移動指令地点に移動するように制御部１２８がＸＹ駆動部１０４に指令することにより、ヘッド部１０２は移動目標地点に高精度に制御される。
【００３８】
図１１は、ヘッド部１０２の現在位置が（１００，０）であり、移動目標地点が（０，０）であり、移動方向が０°となる場合の移動指令地点が（−０．０５，０）である場合を模式的に示す図である。ヘッド部１０２を移動指令地点（−０．０５，０）に移動させるように制御部１２８がＸＹ駆動部１０４に指令することにより、ヘッド部１０２は移動目標地点（０，０）に高精度に制御される。
【００３９】
以上説明したように、ヘッド部１０２の基準マーク１１２への移動方向を０°〜３６０°の範囲で片寄りなく振って、０°〜３６０°の範囲の角度について誤差量を取得して、誤差量についてのデータベースを構築し、このデータベースを用いてヘッド部１０２の移動を行い、ヘッド部１０２の位置を制御することが望ましいが、第一象限（移動角度０°〜９０°）と第三象限（移動角度１８０°〜２７０°）、又は第二象限（移動角度９０°〜１８０°）と第四象限（移動角度２７０°〜３６０°）における誤差量についてのデータベースを構築するだけでもよい。
【００４０】
例えば、図１２に示すように、移動方向が４５°の場合の誤差量が（Ａx1，Ｂy1）で、移動方向が２２５°の場合の誤差量が（Ａx3，Ｂy3）であるとすると、移動方向が０°の場合の誤差量の予測値は（Ａx1／ｃｏｓ４５°，０）、移動方向が９０°の場合の誤差量の予測値は（０，Ｂy1／ｓｉｎ４５°）、移動方向が１８０°の場合の誤差量の予測値は（Ａx3／ｃｏｓ４５°，０）、移動方向が２７０°の場合の誤差量の予測値は（０，Ｂy3／ｓｉｎ４５°）となる。
【００４１】
よって、例えば移動方向が１２０°の場合の誤差量の予測値は、（（Ａx3／ｃｏｓ４５°）×ｃｏｓ６０°，（Ｂy1／ｓｉｎ４５°）×ｓｉｎ６０°）となり、（０．７１Ａx3，１．２２Ｂy1）と予測することができる。また、例えば移動方向が３３０°の場合の誤差量の予測値は、（（Ａx1／ｃｏｓ４５°）×ｃｏｓ３０°，（Ｂy1／ｓｉｎ４５°）×ｓｉｎ３０°）となり、（１．２２Ａx3，０．７１Ｂy1）と予測することができる。
【００４２】
このように、第一象限（移動角度０°〜９０°）と第三象限（移動角度１８０°〜２７０°）における誤差量から、第二象限（移動角度９０°〜１８０°）と第四象限（移動角度２７０°〜３６０°）における誤差量を予測することが可能である。
【００４３】
以上説明した実施形態では、移動方向に対する誤差量のデータベースを用いて、ヘッド部１０２の移動位置の精度向上を図っているが、さらに、各移動方向ごとに移動速度や移動距離を振って誤差量を測定して得たデータベースを用いることにより、さらに高精度な移動位置の制御を可能とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】現状の部品実装装置の一例の概略構成を示す平面図
【図２】前記部品実装装置のヘッド部を示す斜視図
【図３】前記ヘッド部の部品搭載部の概要を示す図
【図４】異なる移動方向から同一の目標地点にヘッド部を移動させて部品の搭載を行った場合の模式図
【図５】先願（特願２００６−１０８１６０）に係る技術の問題点を示す模式図
【図６】本発明に係るヘッド位置制御方法の実施形態の一例を実施する際のブロック図
【図７】ヘッド位置を制御する手順を示すフローチャート
【図８】誤差量についてのデータベースの構築についての手順を詳細に示すフローチャート
【図９】ヘッド部が基準マークを認識する動作を行う際のヘッド部の移動方向
【図１０】構築されたデータベースの一例の一部を示す図
【図１１】ヘッド部の現在位置が（１００，０）であり、移動目標地点が（０，０）であり、移動方向が０°となる場合の移動指令地点が（−０．０５，０）である場合を模式的に示す図
【図１２】ヘッド部の移動方向が４５°の場合の誤差量と、移動方向が２２５°の場合の誤差量を模式的に示す図
【符号の説明】
【００４５】
１００…部品実装装置
１０２…ヘッド部
１０４…ＸＹ駆動部
１０５…部品
１０６…部品供給部
１０８…基板搬送部
１１０…ノズル交換部
１１２…基準マーク
１１４…カメラ部
１１６…部品搭載部
１１８…ノズル
１２０…シャフト
１２２…Ｚ軸モータ
１２４…θ軸モータ
１２６…部品認識装置
１２８…制御部
１２８Ａ…ＣＰＵ
１２８Ｂ…メモリ
１３２…データ入力手段
１３４…記憶装置
１３６…Ｘ軸モータ
１３８…Ｙ軸モータ
１２２Ａ、１２４Ａ、１３６Ａ、１３８Ａ…エンコーダ
１４０…画像処理装置
１４０Ａ…Ａ／Ｄコンバータ
１４０Ｂ…ＣＰＵ
１４０Ｃ…メモリ
１４２…表示装置
１５２…目標地点
１５４、１５６…搭載地点
１６２、１６４…目標地点
１６２Ａ、１６４Ａ…移動経路
【図１】
2008205051.tif 000003
【図２】
2008205051.tif 000004
【図３】
2008205051.tif 000005
【図４】
2008205051.tif 000006
【図５】
2008205051.tif 000007
【図６】
2008205051.tif 000008
【図７】
2008205051.tif 000009
【図８】
2008205051.tif 000010
【図９】
2008205051.tif 000011
【図１０】
2008205051.tif 000012
【図１１】
2008205051.tif 000013
【図１２】
2008205051.tif 000014