(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品実装装置に小割治具の実装される複数の部品実装位置が形成された基板治具を搬入し、
前記電子部品実装装置によって該基板治具のそれぞれの該部品実装位置に前記小割治具を実装し、
前記電子部品実装装置に搭載される認識カメラによって、前記基板治具に付された小割治具の位置を示す一対の個別マークを前記小割治具の一つの対角線上に設けられた一対の透孔から認識して前記一対の個別マークの中点を目標位置として取得し、
前記認識カメラによって、前記基板治具に実装された小割治具の他の対角線上に付されている一対の装着位置オフセット測定用マークを認識して前記一対の装着位置オフセット測定用マークの中点を実際に実装した位置として取得し、
実装された該小割治具ごとに、前記目標位置と該実際に実装した位置との差分を装着位置オフセットとして求めることを特徴とするオフセット測定方法。
【請求項２】
前記基板治具に基板マークを付し、
基板治具搬入位置における該基板マークの位置を予め登録しておき、
該基板マークを前記認識カメラによって認識し、
前記登録された基板マークの位置と、該認識した基板マークの位置との差を補正値として取得し、
該補正値によって、前記認識カメラで認識した個別マークの位置及び装着位置オフセット測定用マークの位置を補正することを特徴とする請求項１記載のオフセット測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を回路基板に自動的に実装する電子部品実装装置に好適に用いられるオフセット測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品実装装置の一構成例を図１０に示す。この電子部品実装装置１は、回路基板３を設備内に搬入するローダ５と、テーピングされたチップ状の電子部品を供給するリール７と、トレイ９にＳＯＰやＱＦＰ等の電子部品を収容して所要の電子部品を供給位置に配置するトレイフィーダを備えた部品供給部１１と、上記した部品供給リール７又は部品供給部１１から吸着ノズル１３によって電子部品を吸着して所定の実装位置に位置決めされた回路基板３に電子部品を装着する装着ヘッド１５と、この装着ヘッド１５をＸＹ平面上で自在移動させるＸＹロボット１７と、実装が終了した回路基板３を設備外に搬出するアンローダ１９とを備えて構成されている。
【０００３】
上記構成において、装着ヘッド１５はＸＹロボット１７によって自在に移動して、部品供給リール７又は部品供給部１１から所要の電子部品を吸着ノズル１３に吸着し、所定位置に位置決めされた回路基板３に電子部品を装着する。そして、吸着ノズル１３に吸着された電子部品は、部品認識カメラ２０により吸着姿勢が認識され、姿勢補正がなされることによって正確に所定実装位置に装着される。
【０００４】
このような電子部品実装装置１においては、電子部品実装前に装着位置オフセットが測定されていた。装着位置オフセットとは、電子部品を実装した場合における、目標位置と、実際に実装された電子部品の位置との差分をいう。従来、この装着位置オフセットの測定は、模擬的な電子部品の治具を基板上に実装し、専用の計測装置を使用することで測定を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のオフセット測定方法は、専用の計測装置を必要としていたため、例えば、装着ヘッドの改造や、部品認識カメラの取り替えなどハード的な変化があった場合、設備の幾何形状が変化してしまうため、装着位置オフセット量にも影響の及ぶ可能性があった。
また、専用の計測装置を必要としていたため、当該装置のあるところでしか装着位置オフセットの測定ができず、仮に当該装置をそれぞれの被計測対象である電子部品実装装置の設置場所に移送して計測を行っても、調整作業が困難であり、その調整誤差から正確な電子部品の実装ができなくなる場合があった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、専用の計測装置を必要とせずに、既存の電子部品実装装置の保有する機能を利用して、装着位置オフセットを自動で計測、登録できるオフセット測定方法を提供し、もって、高精度な装着位置オフセットを加味した実装の実現による電子部品実装品質の向上を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載のオフセット測定方法は、電子部品実装装置に小割治具の実装される複数の部品実装位置が形成された基板治具を搬入し、前記電子部品実装装置によって該基板治具のそれぞれの該部品実装位置に前記小割治具を実装し、前記電子部品実装装置に搭載される認識カメラによって、前記基板治具に付された小割治具の位置を示す一対の個別マークを前記小割治具の一つの対角線上に設けられた一対の透孔から認識して前記一対の個別マークの中点を目標位置として取得し、前記認識カメラによって、前記基板治具に実装された小割治具の他の対角線上に付されている一対の装着位置オフセット測定用マークを認識して前記一対の装着位置オフセット測定用マークの中点を実際に実装した位置として取得し、実装された該小割治具ごとに、前記目標位置と該実際に実装した位置との差分を装着位置オフセットとして求めることを特徴とする。
【０００８】
このオフセット測定方法では、電子部品実装装置に基板治具が搬入され、この基板治具に小割治具が実装され、基板治具に付された個別マークが目標位置として得られる一方、小割治具に付されている装着位置オフセット測定用マークが実際に実装した位置として得られる。これにより、この目標位置と実際に実装した位置との差分が装着位置オフセットとして得られる。従って、既存の電子部品実装装置の保有する機能を利用して、装着位置オフセットが自動で計測、登録可能になる。
【０００９】
請求項２記載のオフセット測定方法は、前記基板治具に基板マークを付し、基板治具搬入位置における該基板マークの位置を予め登録しておき、該基板マークを前記認識カメラによって認識し、前記登録された基板マークの位置と、該認識した基板マークの位置との差を補正値として取得し、該補正値によって、前記認識カメラで認識した個別マークの位置及び装着位置オフセット測定用マークの位置を補正することを特徴とする。
【００１０】
このオフセット測定方法では、基板治具に基板マークが付され、この基板マークが、基板治具搬入位置における基板マーク位置として予め登録される。従って、基板マークを認識カメラによって認識することにより、登録された基板マークの位置と、認識した基板マークの位置との差が補正値として得られるようになる。そして、この補正値を用いることによって、認識カメラで認識した個別マークの位置及び装着位置オフセット測定用マークの位置が高精度に補正可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るオフセット測定方法及びそれに用いる測定治具の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るオフセット測定方法を実施する測定治具の平面図、図２は本発明に係るオフセット測定方法を実施する電子部品実装装置の構成の概略を示した平面図、図３は図１の電子部品実装装置におけるステージ移動状態を説明する平面図である。
【００１８】
本発明に係るオフセット測定方法の実施に用いられる電子部品実装装置３１は、回路基板３３を設備内に搬入、規正、搬出するステージ３５，３７と、テーピングされたチップ状の電子部品を供給するリール３９と、トレイ４３にＳＯＰやＱＦＰ等の電子部品を収容して所要の電子部品を供給位置に配置するトレイフィーダを備えた部品供給部４１と、部品供給部４１からシャトルコンベア５７まで電子部品を配置する移載ヘッド５５と、前記部品供給リール３９又は部品供給部４１又はシャトルコンベア５７から吸着ノズル５３によって電子部品を吸着して所定の実装位置に位置決めされた回路基板３３に電子部品を装着する装着ヘッド４５と、この装着ヘッド４５をＸＹ平面上で自在移動させるＸＹロボット４７とを備えて構成されている。
【００１９】
上記構成において、装着ヘッド４５はＸＹロボット４７によってＸＹ平面上を自在に移動して部品供給リール３９又は部品供給部４１から所要の電子部品を吸着ノズル５３に吸着し、所定位置に位置決めされた回路基板３３に電子部品を装着する。吸着ノズル５３に吸着された電子部品は、部品認識カメラ４９，５１のいずれかに吸着姿勢が認識され、姿勢補正がなされることによって正確に所定実装位置に装着される。また、回路基板との位置合わせ用として装着ヘッド４５には認識カメラ５０が搭載されている。
【００２０】
電子部品実装装置３１は、回路基板３３に電子部品を実装するとき、図２中のステージ３５、３７が、図３に示すようにステージ３５とステージ３７とが別れてそれぞれの電子部品供給位置に近い位置に移動して、各装着ヘッド４５、４５がそれぞれ実装を行う。
【００２１】
次に、装着位置オフセット、測定治具について説明する。
図４は装着位置オフセットを説明する図、図５は小割治具の分解状態を（ａ）、組み立て状態を（ｂ）で示した説明図、図６は基板治具の平面図、図７は装着位置オフセットの算出例を示す説明図である。
【００２２】
装着位置オフセットとは、図４に示すｏｆｓであり、上記したように電子部品を実装した場合における目標位置と、実際に実装された電子部品の位置との差分をいう。本実施の形態によるオフセット測定方法は、このｏｆｓを電子部品実装装置３１によって計測、登録し、そのｏｆｓを加味して電子部品を回路基板上に実装することによって、電子部品を正確な位置に実装し、実装品質を向上させることを目的としている。
【００２３】
このオフセット測定方法で用いられる専用の測定治具７１は、図５に示す小割治具７３と、図６に示す基板治具７５によって構成される。小割治具７３は、図５（ａ）に示すようにカバープレート７３ａと、ベースプレート７３ｂからなる。カバープレート７３ａは電子部品を模擬して形成される。カバープレート７３ａの四隅には透孔７７ａ，７７ｂ，７７ｃ，７７ｄが穿設されている。一方、ベースプレート７３ｂには、一つの対角線上に一対の装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂが付されている。また、他の対角線上には一対の透孔８１ａ，８１ｂが穿設されている。このベースプレート７３ｂにも電子部品を模擬した規則的なパターンが付けられている。
【００２４】
これらカバープレート７３ａとベースプレート７３ｂとは、図５（ｂ）に示すように、重ね合わされて一つの治具として使用される。この際、一体に組み立てられた小割治具７３は、ベースプレート７３ｂに付された装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂが、カバープレート７３ａの透孔７７ｂ，７７ｄから視認可能となり、かつ双方の透孔７７ｄ，７７ｂと、透孔８１ａ，８１ｂとが一致している。このように、小割治具７３の装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂは、透孔７７ａ，７７ｃを介して視認されるようになっている。
【００２５】
一方、基板治具７５の上面には、図６に示すように、この基板治具７５自身の傾き、ズレ補正に使用する対角線上一対の基板マークｄｌ，ｄ２が付されている。また、基板治具７５の上面は複数の実装位置に区画されている。本実施の形態では、１５個の実装位置Ｐ１〜Ｐ１５に区画されているが、これらの実装位置は任意の数で区画できるものである。また、各実装位置Ｐ１〜Ｐ１５には、さらに治具を正確に装着するための個別マークｄ３、ｄ４がそれぞれに付けられている。
【００２６】
従って、基板治具７５上に小割治具７３を実装すると、図５（ｂ）に示した小割治具７３の透孔８１ａ，８１ｂから基板治具７５上の個別マークｄ３，ｄ４が視認できるようになる。この基板治具７５及び小割治具７３の実装は、電子部品実装装置３１において、通常の回路基板及び電子部品と同様にして行われる。
【００２７】
そして、電子部品実装装置３１は、装着位置オフセット測定時には、基板治具７５に小割治具７３をそれぞれ実装し、実装された小割治具７３の透孔８１ａ，８１ｂから個別マークｄ３，ｄ４の位置、及び装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂの位置を認識カメラ５０により撮像して認識する。これにより装着位置オフセットを求めている。この装着位置オフセットは、図６に示す各実装位置Ｐ１〜Ｐ１５にそれぞれ適用されることになる。
装着位置オフセットは、個別マークｄ３，ｄ４の位置を結ぶ線分の中点（図７のｅ１）を基準位置とし、また、装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂの位置を結ぶ線分の中点（図７のｅ２）を実装位置として、その位置の差に基づいて決定される。本実施の形態によるオフセット測定方法においては、このような基本動作を、実装した小割治具７３の個数分（本実施形態では１５個分）行なうことで装着位置オフセットの測定がなされる。
【００２８】
次に、本実施の形態によるオフセット測定方法の詳細な手順を図８、図９を参照しながら説明する。
図８、図９は本発明に係る実施形態によるオフセット測定方法の手順を示す説明図である。
装着位置オフセット測定を行う場合、電子部品実装装置３１には基板治具７５が搬入され、この基板治具７５の複数の区画位置に小割治具７３が順次実装される。従って、測定終了の後には基板治具７５の区画位置の全てに小割治具７３が実装された状態となる。
【００２９】
ここで、基板マークｄｌ，ｄ２の位置、各治具の個別マークｄ３の位置（Ｘ1-1 ，Ｙ1-1）・・・（Ｘ15-1 ，Ｙ15-1），ｄ４の位置（Ｘ1-2 ，Ｙ1-2）・・・（Ｘ15-2 ，Ｙ15-2）、各治具の装着位置オフセット測定用マーク７９ａの位置（Ｘs1-1 ，Ｙs1-1）・・・（Ｘs15-1 ，Ｙs15-1），７９ｂの位置（Ｘs1-2 ，Ｙs1-2）・・・（Ｘs15-2 ，Ｙs15-2）は、基板情報が保存される基板データ等に保存されている。
【００３０】
本実施形態における各マーク位置の認識は、全て図２に示した部品認識カメラ５０を用い、図２の装着ヘッド４５が基板データから得られる指定位置に移動して撮像することで行われる。
まず、図８に示すステップ１において、部品認識カメラ５０が基板マークｄｌ，ｄ２の位置を撮像して認識する。これにより、基板治具７５の位置ずれを測定する。基板マーク認識による位置ずれの補正値は（Ｘ0，Ｙ0，θ0）として表し、以降の位置決め処理に対して、基板治具７５の位置決め誤差による影響を吸収させる。
【００３１】
次に、基板治具７５上の個別マークｄ３の位置（Ｘ1-1 ，Ｙ1-1）・・・（Ｘ15-1 ，Ｙ15-1）、及び個別マークｄ４の位置（Ｘ1-2 ，Ｙ1-2）・・・（Ｘ15-2 ，Ｙ15-2）を電子部品実装装置３１に登録する（ステップ２）。そして、小割治具７３の装着位置オフセット測定用マーク７９ａの位置（Ｘs1-1 ，Ｙs1-1）・・・（Ｘs15-1 ，Ｙs15-1）と装着位置オフセット測定用マーク７９ｂの位置（Ｘs1-2 ，Ｙs1-2）・・・（Ｘs15-2 ，Ｙs15-2）を同様に登録する（ステップ３）。
【００３２】
上記の個別マークｄ３，ｄ４、及び装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂの位置に、基板マークｄ１，ｄ２の認識結果による補正値（Ｘ0，Ｙ0，θ0）を反映させる。そして、基板マークｄ１，ｄ２による補正値が反映された各実装位置Ｐ１〜Ｐ１５に、ＸＹロボット４７により装着ヘッド４５を順次移動させ、それぞれの実装位置に小割治具７３を実装する（ステップ４）。
【００３３】
次に、装着ヘッド４５を実装位置Ｐ１の小割治具７３の個別マークｄ３、ｄ４の位置に移動させる（ステップ５）。そして、実装位置Ｐ１の小割治具７３に対する個別マークｄ３，ｄ４の認識を行う（ステップ６）。即ち、図５（ｂ）に示す小割治具７３の透孔８１ａ，８１ｂを通して基板治具７５上の個別マークｄ３，ｄ４を撮像し、これら個別マークｄ３，ｄ４の位置を認識する。そして、得られた実装位置Ｐ１の小割治具７３に対する個別マークｄ３の認識位置（Ｘk1-1 ，Ｙk1-1）と、個別マークｄ４の認識位置（Ｘk1-2 ，Ｙk1-2）とを結ぶ線分の中点（ＸM1 ，ＹM1）を求める。この中点の位置を目標実装位置（図７のｅ１であり図４の目標位置）とする。
【００３４】
次に、実装位置Ｐ１の小割治具７３に対する装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂの位置に装着ヘッド４５を移動させる（ステップ７）。ここでは、前記同様に、装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂを撮像し、これらマーク７９ａ，７９ｂ位置の認識を行う（ステップ８）。そして、得られた実装位置Ｐ１の小割治具７３に対する装着位置オフセット測定用マーク７９ａの認識位置（Ｘu1-1 ，Ｙu1-1）と、７９ｂの認識位置（Ｘu1-2 ，Ｙu1-2）とを結ぶ線分の中点（ＸT1 ，ＹT1）を求める。この中点の位置が実際に実装された位置（図７のｅ２であり、図４の実際に実装した位置）となる。
以上の動作を、残りの実装位置Ｐ２からＰ１５までの小割治具７３に対して行い、測定動作を終了する。
【００３５】
そして、得られた目標実装位置と実際に実装された位置とから装着位置オフセット（Ｘofs1 ，Ｙofs1），…，（Ｘofs15 ，Ｙofs15）をそれぞれ計算する（ステップ９）。装着位置オフセットの算出式は以下の通りである。
0004798888.tif 000002
上式により実装位置Ｐ１〜Ｐ１５の小割治具７３それぞれに対する装着位置オフセットを全て算出することができる。
【００３６】
従って、上記の測定治具７１を用いたオフセット測定方法によれば、基板治具７５に付された個別マークｄ３、ｄ４を目標位置として取得し、小割治具７３に付されている装着位置オフセット測定用マーク７９ａ，７９ｂを実際に実装した位置として取得し、この目標位置と実際に実装した位置との差分を装着位置オフセットとして求めるので、装置に付加機能を追加することなく、既存の電子部品実装装置３１の保有する機能を利用して装着位置オフセットを自動で計測、登録することができる。
【００３７】
このようにして求めた装着位置オフセットを、実装される電子部品の実装位置が記録された実装データに反映することにより、回路基板上の任意の実装位置に電子部品を正確に実装することができる。この反映の方法としては、例えば各実装位置Ｐ１〜Ｐ１５の領域内に含まれる電子部品に対し、それぞれの実装位置Ｐ１〜Ｐ１５の装着位置オフセット値をその装着位置データに加算することで変更する方法、或いは、実装位置Ｐ１〜Ｐ１５の装着位置オフセットを基板面全体に補間処理することで連続的なオフセット値分布を求め、この補間処理されたオフセット値分布を用いて装着位置データを変更する方法等がある。前者の方法によれば、各実装位置Ｐ１〜Ｐ１５の領域毎に一括して装着位置が変更されるため、簡単な処理で電子部品の実装位置を補正でき処理時間の短縮化が可能となる。後者の方法によれば、電子部品を一層正確に所定の実装位置へ実装することが可能となる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、基板治具７５が１５個の領域に区画され、１５個の小割治具７３を各領域に実装した場合を例に説明したが、本発明に係るオフセット測定方法及びそれに使用される測定治具７１は、その区画数が、それより小さい又は大きい任意の数であってもよい。
また、本実施形態の電子部品実装装置３１には二つの装着ヘッド４５が備えられるが、上記の測定治具７１を、各装着ヘッド４５それぞれで使用することにより、装着ヘッドの数が増加しても本発明のオフセット測定方法を適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係るオフセット測定方法によれば、電子部品実装装置に基板治具を搬入し、この基板治具に小割治具を実装し、基板治具に付された個別マークを目標位置として取得し、小割治具に付されている装着位置オフセット測定用マークを実際に実装した位置として取得し、この目標位置と実際に実装した位置との差分を装着位置オフセットとして求めるので、既存の電子部品実装装置の保有する機能を利用して、装着位置オフセットを自動で計測、登録できる。この結果、専用の計測装置を用いることなく、容易に装着位置オフセットが得られるようになり、電子部品実装品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオフセット測定方法を実施する測定治具の平面図である。
【図２】本発明に係るオフセット測定方法を実施する電子部品実装装置の構成の概略を示した平面図である。
【図３】図１の電子部品実装装置におけるステージ移動状態を説明する平面図である。
【図４】装着位置オフセットを説明する図である。
【図５】小割治具の分解状態を（ａ）、組み立て状態を（ｂ）で示した説明図である。
【図６】基板治具の平面図である。
【図７】装着位置オフセットの算出例を示す説明図である。
【図８】本発明に係る実施の形態によるオフセット測定方法の手順を示す説明図である。
【図９】本発明に係る実施の形態によるオフセット測定方法の手順を示す説明図である。
【図１０】従来の電子部品実装装置の概略構成図である。
【符号の説明】
３１  電子部品実装装置
４９，５１  部品認識カメラ
７１  測定治具
７３  小割治具
７５  基板治具
７９ａ，７９ｂ  装着位置オフセット測定用マーク
８１ａ，８１ｂ  透孔
ｄ１，ｄ２  基板マーク
ｄ３，ｄ４  個別マーク
【図１】
0004798888.tif 000003
【図２】
0004798888.tif 000004
【図３】
0004798888.tif 000005
【図４】
0004798888.tif 000006
【図５】
0004798888.tif 000007
【図６】
0004798888.tif 000008
【図７】
0004798888.tif 000009
【図８】
0004798888.tif 000010
【図９】
0004798888.tif 000011
【図１０】
0004798888.tif 000012