(57)【要約】【課題】ノズルホルダの組み誤差等の影響低減と位置ズレに対する迅速な対処【解決手段】吸着ノズル１７を介して電子部品の保持を行うヘッド１３と、ヘッドを所定範囲内で駆動搬送するヘッド移動手段１４と、ヘッド１３に搭載された撮像手段１５と、複数の吸着ノズル収容部２１が設けられたノズルホルダ２０と、撮像データに基づいてヘッド移動手段１４の動作制御を行う動作制御手段３０とを備え、動作制御手段３０が、ノズルホルダ２０のヘッド対向面を撮像手段により撮像する撮像動作制御部と、撮像データからノズルホルダ２０のヘッド対向面上に設定される少なくとも二つの基準点の位置を特定する基準点抽出部と、各基準点により作成される座標系に基づく各収容部の位置座標データを記憶可能なノズル位置記憶部とを備えている。【選択図】    図２
2004200295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品供給部から電子部品を搭載すべき基板に電子部品の搬送及び搭載を行う電子部品搭載装置であって、
着脱自在の吸着ノズルを介して電子部品の保持を行うヘッドと、
前記ヘッドを所定範囲内の任意の位置に駆動搬送するヘッド移動手段と、
前記ヘッドに搭載された撮像手段と、
前記ヘッドとの対向面上に複数の吸着ノズル収容部が設けられたノズルホルダと、
前記撮像手段による撮像データに基づいて前記ヘッド移動手段の動作制御を行う動作制御手段とを備え、
前記動作制御手段が、前記ノズルホルダのヘッド対向面を前記撮像手段により撮像する撮像動作制御部と、前記撮像手段による撮像データから前記ノズルホルダのヘッド対向面上に設定される少なくとも二つの基準点の位置を特定する基準点抽出部と、前記各基準点により作成される座標系に基づく前記各収容部の位置座標データを記憶可能なノズル位置記憶部とを備えることを特徴とする電子部品搭載装置。
【請求項２】
前記動作制御手段は、前記撮像手段による撮像データから前記各収容部の位置座標データを算出し前記ノズル位置記憶部に記憶する位置算出部を備えることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載装置。
【請求項３】
前記ノズルホルダのヘッド対向面上に前記撮像手段の撮像により前記各基準点を認識させるマーキングを付したことを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品搭載装置に係り、特に、電子部品の吸着を行う吸着ノズルを交換可能な電子部品搭載装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の吸着を行う吸着ノズルを交換可能な電子部品搭載装置は、吸着ノズルを保持するヘッドと、ヘッドに搭載された光学式のセンサと、ヘッドをＸ−Ｙ平面に沿って搬送するヘッド移動手段とを備え、複数の吸着ノズル収容部が設けられたノズルホルダに対してヘッドを位置決めして必要な吸着ノズルの装着を行っている（例えば、特許文献１参照）。
かかる吸着ノズルの装着を行う際には、ノズルホルダに付された識別マークを光学式センサによりセンシングし、ノズルホルダの種類を特定すると共に特定された種類のノズルホルダの固有データから各ノズル収容部の位置データを取得し、これに基づいてヘッドの位置決めを行っていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９１２８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は、ノズルホルダの種類に応じた既存の固有データに基づいてノズルホルダのノズル収容部に対してヘッドの位置決めを行う構成のため、例えば、ノズルホルダを装置に組み付けた際に誤差を生じたり、ノズルホルダの各ノズル収容部の加工誤差がある場合に対処することができなかった。このような場合、極端な場合には吸着ノズルの装着を行うことができなかったり、或いは装着しても、ヘッドにおける吸着ノズルの位置ズレを生じ、装着不良による脱落や電子部品の受け取りや搭載時に誤差を生じたりする可能性を生じ、装置の信頼性を損ない得るという不都合があった。
【０００５】
また、既存のデータを使用せず、設置後のノズルホルダに対して各ノズル収容部の位置検出を行い、記憶することで設置時の誤差や加工誤差に対処することは可能である。しかしながら、このような場合であっても、例えば外部からの衝撃や振動によりノズルホルダの位置ズレが生じた場合には、再度全てのノズル収容部ごとに位置検出を行う必要があり、復帰作業に多大な時間を要するという不都合があった。
【０００６】
本発明は、ノズルホルダの組み付け誤差或いは加工誤差の影響を解消することを、その目的とする。
また、本発明は、ノズルホルダの組み付け後の位置ズレに迅速に対処を図ることを、他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電子部品供給部から電子部品を搭載すべき基板に電子部品の搬送及び搭載を行う電子部品搭載装置であって、着脱自在の吸着ノズルを介して電子部品の保持を行うヘッドと、ヘッドを所定範囲内の任意の位置に駆動搬送するヘッド移動手段と、ヘッドに搭載された撮像手段と、ヘッドとの対向面上に複数の吸着ノズル収容部が設けられたノズルホルダと、撮像手段による撮像データに基づいてヘッド移動手段の動作制御を行う動作制御手段とを備え、動作制御手段が、ノズルホルダのヘッド対向面を撮像手段により撮像する撮像動作制御部と、撮像手段による撮像データからノズルホルダのヘッド対向面上に設定される少なくとも二つの基準点の位置を特定する基準点抽出部と、各基準点により作成される座標系に基づく各収容部の位置座標データを記憶可能なノズル位置記憶部とを備える、という構成を採っている。
また、請求項２記載の発明は、上記構成に加えて、動作制御手段が、撮像手段による撮像データから各収容部の位置座標データを算出しノズル位置記憶部に記憶する位置算出部を備える、という構成を採っている。
さらに、請求項３記載の発明は、上記いずれかの構成に加えて、ノズルホルダのヘッド対向面上に撮像手段の撮像により各基準点を認識させるマーキングを付する、という構成を採っている。
【０００８】
上記各構成では、ヘッドによる電子部品の受け取り，電子部品の搭載対象物（例えば基板）への搬送，搭載という動作を行う前提として、ヘッドに吸着ノズルを装着する動作が行われる。
吸着ノズルの装着に際しては、まず、撮像手段によりノズルホルダの撮像が行われ、ノズルホルダのヘッド対向面内で少なくとも二つの基準点が抽出され特定される。かかる基準点は予め撮像データから認識することができる状態でノズルホルダのヘッド対向面上に付されている。例えば、請求項３記載の発明のようにヘッド対向面上の他の部分と比較して輝度が異なるようなペイントや凹凸によるマーキングを施しても良いし、或いは、いずれかのノズル収容部自体を撮像し、そこから基準点を特定しても良い。
【０００９】
そして、二つ以上の基準点位置が特定されると、これらから座標系を作成することが可能となる。一例としては、一方の基準点を原点として、二つの基準点を結ぶ直線を一の座標軸とするが如くであるが、各ノズル収容部の位置を座標値として示すことができれば、原点からの距離と方向で示される極座標系等のいかなる座標系でも良い。
【００１０】
次に、上記座標系に基づく各ノズル収容部の位置座標データについては、ノズルホルダの加工の際の設計値から求めたものを予めノズル位置記憶部に記憶させていても良いし、請求項２記載の発明の構成のように、ノズルホルダの組み付け後において、撮像手段から各ノズル収容部ごとに抽出し、位置の特定を行い、算出したものをノズル位置記憶部に記憶しても良い。
これらの位置データが取得されることにより、ノズルホルダの組み付け誤差が生じている場合、或いは後の外乱によりノズルホルダに位置ズレを生じた場合であっても、各基準点位置のみ特定を行えば、ノズル位置記憶部を参照することで各ノズル収容部の位置は相対的に認識することが可能となり、組み付け誤差の影響は防止され、また位置ズレの際の復帰処理は迅速に完了する。
また、ノズルホルダの各ノズル収容部について生じる加工誤差については、請求項２記載の発明の構成のように、組み付け後、個別にノズル収容部位置を測定することにより、その影響を解消することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（発明の実施形態の全体構成）
以下、本発明の実施の形態を図１から図３に基づいて説明する。図１は、本実施の形態たる電子部品搭載装置１０の斜視図である。電子部品搭載装置１０は、搭載される電子部品を供給する複数の電子部品フィーダー（図示略）を配置するフィーダーバンク１１と、電子部品を搭載すべき基板の搭載作業を行う搭載作業部１２と、着脱自在の吸着ノズル１７を複数保持して電子部品の保持を行うヘッド１３と、ヘッド１３を所定範囲内の任意の位置に駆動搬送するヘッド移動手段としてのＸ−Ｙガントリ１４と、電子部品の吸着保持の為の負圧発生源とヘッド１３とを接続する吸気経路１６と、ヘッド１３に搭載された撮像手段としてのＣＣＤカメラ１５と、ヘッド１３との対向面であるその上面に複数の吸着ノズル収容部２１が設けられたノズルホルダ２０と、ＣＣＤカメラ１５による撮像データに基づいてヘッド移動手段の動作制御を行う動作制御手段３０とを備えている。
【００１２】
（電子部品搭載装置の各構成説明）
上記ヘッド１３は複数のノズル保持部を有し、各保時部ごとに上下方向に駆動する駆動手段が設けられている。各ノズル保持部には吸着ノズルを吸引吸着，磁力吸着或いは把持機構等により保持する保持手段が設けられており、ヘッド１３の下端部において各吸着ノズル１７を着脱自在に保持することができる。そして、保持された吸着ノズル１７の内部は、ヘッド１３を介して吸気経路１６が接続され、吸着ノズル先端部で電子部品の吸引保持を行うことを可能としている。
また、ヘッド１３にはＣＣＤカメラ１５が搭載されており、ヘッド１３の下方の所定範囲の撮像を行い、撮像データを動作制御手段３０に出力する。
【００１３】
Ｘ−Ｙガントリ１４は、Ｘ軸方向にヘッド１３の移動を案内するＸ軸ガイドレール１４ａと、このＸ軸ガイドレール１４ａと共にヘッド１３をＹ軸方向に案内する二本のＹ軸ガイドレール１４ｂと、各方向への駆動機構とを備えている。そして、ヘッド１３を二本のＹ軸ガイドレール１４ｂの間となる領域のほぼ全体に搬送することを可能としている。前記したフィーダーバンク１１，搭載作業部１２と後述するノズルホルダ２０はいずれもＸ−Ｙガントリ１４によるヘッド１３の搬送可能領域内に配置されている。
【００１４】
（ノズルホルダ）
図２はノズルホルダ２０の斜視図である。図２に示されているのは、ノズルホルダ２０のヘッド対向面である上面である。かかるノズルホルダ２０は、大小二種類の吸着ノズル１７がそれぞれ収容されるノズル収容部２１が四列に並んで配設されている。かかるノズル収容部２１は、吸着ノズル１７の形状に応じた凹部からなり、上方から見た形状は円形或いは円形の上下部分を平坦に切り欠いた形状に形成されている。
なお、吸着ノズル１７は吸着する電子部品に応じて多種の外径のものが存在する。従って、ノズルホルダ２０についても各径の吸着ノズル１７を収容できるように、各ノズル収容部２１の内径が種々に設定されると共に各径のノズル収容部２１の個体数が異なっていたり、各径の組み合わせた異なるものが多種に渡って存在する。このため、搭載する電子部品に応じてノズルホルダ２０もその種類が異なるものに交換し、装置に取り付けることが可能となっている。
【００１５】
そして、このノズルホルダ２０の一端側には二つの基準点を特定するマーキング２２が付されている。各マーキング２２は、撮像時において輝度の差からその周囲と識別可能となるように、例えば、マーキング２２を白色，それ以外の部分は黒色の色彩が付されていたり、又はその逆の色彩が付されていたりする。また、マーキング２２のみを反射率が異なる素材としたり、蛍光塗料を付したり、凹状又は凸状としても良い。
【００１６】
（動作制御手段）
次ぎに、動作制御手段３０について図３に基づいて説明する。図３は電子部品搭載装置１０の制御系を示すブロック図である。かかる動作制御手段３０は、詳細には図示しないが、各種演算処理を行うＣＰＵと、制御、判断等各種処理用の各種プログラムが記憶、格納されたＲＯＭと、各種処理におけるワークメモリとして使用されるＲＡＭとで概略構成されている。そして、動作制御手段３０にはシステムバス及び駆動回路等を介してＸ−Ｙガントリ１４のＸ軸モータ、Ｙ軸モータ、ヘッド１３に搭載されたノズル保持部の昇降を行うノズル昇降モータ、ノズル保持部の回転を行うノズル回転モータ、吸着ノズル１７に接続された負圧回路を開き吸引状態とする吸気バルブ、ＣＣＤカメラ１５が接続されている。
また、動作制御手段３０には、電子部品搭載作業に関する各種設定条件、例えば、使用吸着ノズルの選択、搭載対象となる電子部品フィーダーの選択、基板における搭載位置等の入力を行う操作入力手段が併設されている。
【００１７】
そして、上記設定条件と操作プログラムに従い、電子部品搭載装置１０は、ヘッド１３をフィーダーバンク１１の所定位置に搬送して、ＣＣＤカメラ１５の撮像データから電子部品フィーダーの受け取り位置にヘッド１３の吸着ノズル１７を位置決めすると共に吸着ノズル１７の昇降動作と吸引により電子部品の受け取りを行う。その際、電子部品の向きが不適当である場合にはノズル回転モータの駆動により回転修正が行われる。その後、搭載作業部１２にヘッド１３が搬送され、その際にも撮像によりヘッド１３の吸着ノズル１７が位置決めされ、保持する電子部品の搭載作業が行われる。
【００１８】
動作制御手段３０は、上述のような電子部品搭載のための動作を実行させる動作プログラムの他に、電子部品搭載動作の前提として吸着ノズルのヘッド１３への搭載動作プログラムがＲＯＭに記憶されている。そして、この吸着ノズル搭載動作プログラムにより、動作制御手段３０は、ノズルホルダ２０の上面をＣＣＤカメラ１５により撮像する撮像動作制御部としての制御と、ＣＣＤカメラ１５による撮像データからノズルホルダ２０の上面上に設定される二つのマーキング２２の位置を特定する基準点抽出部としての制御と、各マーキング位置により作成される座標系に基づく各ノズル収容部２１の位置座標データを記憶可能なノズル位置記憶部としてのＲＡＭに記憶する位置記憶制御部としての制御と、ＣＣＤカメラ１５による撮像データから各ノズル収容部２１の位置座標データを算出しＲＡＭに記憶する位置算出部としての制御を行う。
【００１９】
上記撮像動作制御部としての制御は、Ｘ−Ｙガントリ１４によりヘッド１３を予め決められたノズルホルダ２０の上方となる撮像位置に搬送し、かかる撮像位置においてＣＣＤカメラ１５による撮像を行わせる。
上記基準点抽出部としての制御は、ノズルホルダ２０に対する撮像データに対して例えば輝度の違いから各マーキング２１の配置を特定する。さらに、各マーキング２１に対してその形状から基準点位置をさらに高精度に絞り込みを行う。例えば、マーキング２１が円形であればその中心位置を算出し、四角形であれば二つの対角線の交差位置を算出する。
【００２０】
上記位置記憶制御部としての制御は、基準点抽出部の制御により算出された二つの基準点位置から一方の基準点を原点とし双方の基準点を結ぶ直線をＸ軸又はＹ軸とするＸ−Ｙ座標系を形成する。そして、位置算出部としての制御により上記Ｘ−Ｙ座標系で示した各ノズル収容部２１の位置座標データがＲＡＭに記憶される。
【００２１】
上記位置算出部としての制御は、撮像動作制御部としての制御により取得した撮像データから各ノズル収容部２１の位置を特定する。かかるノズル収容部２１の特定は凹形状であることによる輝度の低い領域を求め特定することも可能であるが、マーキング２２と同じように特定しやすい処理が施された治具を使用することが望ましい。かかる治具は、各ノズル収容部２１に対してほぼ隙間を生じない精度で加工された挿入部を有すると共にその上面中心位置に、マーキング２２と同様なマーキングが付されている。そして、ＣＣＤカメラ１５による撮像の際には各吸着ノズル１７に替えてノズルホルダ２０の各ノズル収容部２１に装着される。撮像後には、マーキング２２と同様に絞り込みにより高精度に各ノズル収容部の位置を算出する。これにより求められた各ノズル収容部２１ごとの位置データを前述したＸ−Ｙ座標データに変換し、ＲＡＭに対する記憶が行われる。
【００２２】
（作用と効果の説明）
電子部品搭載装置１０は上述のように構成され機能するので、ヘッド１３に対する吸着ノズルの装着を行う際に、例えば、ノズルホルダ２０が装置に対して適正な配置から位置ズレ（組み付け誤差）を生じていたとしても、動作制御手段３０は、ノズルホルダ２０上の各マーキング２２に対する各ノズル収容部２１の相対的な位置関係を示す位置座標データが記憶されているので、これに基づいて吸着ノズル２１の装着時のヘッド位置決めが行われる限り、組み付け誤差の影響を受けることなく適正に装着が行われる。
また、予めノズル収容部２１について撮像データにより個別に位置特定が行われるので、ノズルホルダ２０において各ノズル収容部２１が加工誤差を生じていた場合であっても、誤差を含んだ実際上の各マーキング２２と各ノズル収容部２１との相対的な位置関係を認識可能であるため、加工誤差の影響を受けることなく適正に各吸着ノズルの装着が行われる。
【００２３】
また、各ノズル収容部２１の位置座標データが取得された後に、ノズルホルダ２０の装着位置について振動、衝撃等により位置ズレが発生した場合であっても、再度、二つのマーキング２２のみについて位置認識を行えば、既に取得され他各ノズル収容部２１の位置座標データを参照するのみで各吸着ノズルの装着を再開することが可能である。従って、各ノズル収容部２１ごとに全て位置認識作業をやり直す必要がなく、復帰処理が迅速に行うことが可能となる。
【００２４】
（その他）
なお、ノズルホルダ２０の各ノズル収容部２１の加工精度が十分に高精度である場合には、位置算出部としての制御を行わず、各マーキング２２と各ノズル収容部２１の相対的な位置関係を設計値から求めてノズル位置記憶部に入力記憶させても良い。
【００２５】
また、ノズルホルダ２０に付したマーキング２２に替えて予め決められたノズル収容部２１から二つの基準点を特定するように構成しても良い。即ち、いずれのノズル収容部２１でも良いが予め決められた二つのノズル収容部２１を撮像データから特定し、これにより基準点位置を算出しても良い。なおかかる撮像を行う場合もまた前述の治具を使用することが望ましい。さらに、基準点を特定する治具については、他の治具と区別して認識可能な処理が施されていることがより望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、少なくとも二つの基準点に基づく相対的な位置関係を位置座標データとしてノズル位置記憶部に記憶するので、基準点位置の特定とノズル位置記憶部の参照とにより、ノズルホルダの組み付け誤差による影響を排除することが可能となる。また、後発的にノズルホルダに位置ズレを生じた場合であっても、基準点位置の特定のみを行えばノズル位置記憶部を参照することにより各ノズル収容部の位置を認識することができ、従来の如く各ノズル収容部全てについて位置の特定を行う必要がないので、迅速に復帰処理を完了することが可能となる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、ノズル位置記憶部に記憶される各ノズル収容部の位置座標データを撮像手段による撮像データから個別に特定するので、各ノズル収容部ごとの加工誤差が生じていた場合であっても、誤差が生じているノズル収容部の位置を特定することができ、その結果、ノズルホルダの各ノズル収容部の加工誤差の影響をも排除することが可能となる。
【００２８】
請求項３記載の発明によれば、基準点をマーキングから特定するので、誤認識を低減し、且つ、より高精度で基準点位置を特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態たる電子部品搭載装置の斜視図である。
【図２】図１に開示されたノズルホルダの平面図である。
【図３】電子部品搭載装置の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  電子部品搭載装置
１２  フィーダーバンク（電子部品供給部）
１３  ヘッド
１４  Ｘ−Ｙガントリ（ヘッド移動手段）
１５  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１７  吸着ノズル
２０  ノズルホルダ
２１  ノズル収容部
２２  マーキング
３０  動作制御手段
【図１】
2004200295.tif 000003
【図２】
2004200295.tif 000004
【図３】
2004200295.tif 000005