(57)【要約】【課題】  実装ヘッドを高速で移動させることができるとともに、実装ヘッドにて保持した部品を短時間で高精度に位置決めできる部品実装装置を提供する。【解決手段】  部品を保持するツール８を備えた実装ヘッド１と、実装ヘッド１と被実装物２の少なくとも何れか一方を移動させることにより実装ヘッド１を被実装物２の実装位置に対して相対的に移動及び位置決めする移動手段と、実装ヘッド１のツール８に保持された部品の位置の精認識を行う認識カメラ３と、実装ヘッド１におけるツール８の位置を補正するピエゾ素子９〜１１とを備え、ピエゾ素子９〜１１にてツール８を精位置補正するようにした。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を保持するツールを備えた実装ヘッドと、前記実装ヘッドと被実装物の少なくとも何れか一方を移動させることにより前記実装ヘッドを前記被実装物の実装位置に対して相対的に移動及び位置決めする移動手段と、実装ヘッドのツールに保持された部品の位置の精認識を行う認識手段と、前記精認識結果に基づき実装ヘッドにおけるツールの位置を補正するピエゾ素子とを備えたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
ツールを実装ヘッドに水平な互いに直交するＸＹ方向と垂直軸芯回りのθ方向の３軸方向に位置補正可能に装着し、かつツールを前記３軸方向に位置補正するように複数のピエゾ素子を配設したことを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
【請求項３】
ツールを装着したツール装着体を支持枠内で水平移動自在に配設し、ツール装着体の周囲の３方向に放射状にピエゾ素子を配設し、各ピエゾ素子の一端をツール装着体に他端を支持枠に連結したことを特徴とする請求項２記載の部品実装装置。
【請求項４】
部品を保持した実装ヘッドを被実装物の実装位置に向けて相対的に移動させる工程と、部品位置を粗認識する工程と、粗認識結果に基づいて実装ヘッドの位置を位置補正する粗位置補正工程と、部品位置を精認識する工程と、精認識結果に基づいて部品を保持しているツールの位置をピエゾ素子にて位置補正する精位置補正工程とを有することを特徴とする部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装ヘッドにて部品を保持して回路基板や液晶パネルなどの被実装物に実装する部品実装装置とそれを用いた部品実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の部品実装装置としては、実装ヘッドを装着した可動体をＸ方向テーブルとＹ方向テーブルにて水平な互いに直交するＸＹ方向に移動及び位置決め可能に構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５、図６を参照して説明すると、一対のＹ方向テーブル２１を間隔をあけて平行に配設し、これらＹ方向テーブル２１にてＸ方向テーブル２２の両端部を支持してＹ方向に移動及び位置決め可能に構成し、Ｘ方向テーブル２２にて可動体２３をＸ方向に移動及び位置決め可能に支持し、この可動体２３に実装ヘッド２４や基板認識用のカメラ２５などを装着している。
【０００４】
Ｙ方向テーブル２１は、図６に示すように、直進ガイド２６にて移動体２７を移動自在に支持し、直進ガイド２６と平行にボールねじなどの送りねじ２８を配設するとともに、その一端をＡＣサーボモータなどから成る駆動モータ２９に連結し、移動体２７には送りねじ２８に螺合するナット部材３０を配設して成り、駆動モータ２９にて送りねじ２８を回転駆動することで移動体２７を移動及び位置決め可能に構成されている。そして、このＹ軸テーブル２１の移動体２７上にＸ軸テーブル２２の端部が支持されている。また、Ｘ軸テーブル２２も同様の構成である。
【特許文献１】特開平５−２５３８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年は例えば液晶パネルや回路基板にベアＩＣ部品を実装する場合のように、実装位置精度として数μｍ以下の高精度の部品実装が求められることが多くなってきている。このような高精度の部品実装に際しては、部品位置を認識カメラで粗認識し、その粗認識結果に基づいて位置補正を行った後、認識カメラの認識精度を高精度に切り換えて部品位置の精認識を行い、その精認識結果に応じて実装ヘッドの高精度の位置補正を行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の部品実装装置においては、ボールねじとＡＣサーボモータの組み合わせなどから成る送りねじ機構で可動体や実装ヘッドの移動及び位置決めを行うようにしているので、上記のような高精度の位置決めを行おうとすると、位置決め時に発振し易く、位置決め状態で静止するまで時間がかかり、適切なゲインに調整するのが困難であるという問題があり、またこのような問題を解消するためＡＣサーボモータを高分解能にすると可動体の移動時の最高速度が低下し、部品実装の生産性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、実装ヘッドを高速で移動させることができるとともに、実装ヘッドにて保持した部品を短時間で高精度に位置決めすることができる部品実装装置と実装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】
【０００８】
本発明の部品実装装置は、部品を保持するツールを備えた実装ヘッドと、前記実装ヘッドと被実装物の少なくとも何れか一方を移動させることにより前記実装ヘッドを前記被実装物の実装位置に対して相対的に移動及び位置決めする移動手段と、実装ヘッドのツールに保持された部品の位置の精認識を行う認識手段と、前記精認識結果に基づき実装ヘッドにおけるツールの位置を補正するピエゾ素子とを備えたものである。
【０００９】
この構成によると、移動手段にて実装ヘッドと被実装物の少なくとも何れか一方を高速で移動させて部品実装の生産性を確保しつつ、実装ヘッドを位置決めした後、部品位置を精認識し、その精認識結果に応じて実装ヘッドは固定したまま部品を保持しているツールを、ナノオーダの高い精度を有し、応答速度が高く、調整も極めて容易なピエゾ素子にて精位置補正することにより、部品を短時間で高精度に位置決めすることができる。また、ピエゾ素子は軽量でコンパクトであるので、ツールをピエゾ素子にて位置調整できるように構成しても実装ヘッドが大きくなったり、重量が大きくなったりすることもない。
【００１０】
また、ツールを実装ヘッドに水平な互いに直交するＸＹ方向と垂直軸芯回りのθ方向の３軸方向に位置補正可能に装着し、かつツールを前記３軸方向に位置補正するように複数のピエゾ素子を配設すると、ツールに保持された部品をＸＹ方向とθ方向の３軸方向に位置補正することができる。
【００１１】
また、ツールを装着したツール装着体を支持枠内で水平移動自在に配設し、ツール装着体の周囲の３方向に放射状にピエゾ素子を配設し、各ピエゾ素子の一端をツール装着体に他端を支持枠に連結すると、ツール装着体と支持枠と３つのピエゾ素子から成る簡単な構成にてツールに保持された部品をＸＹ方向とθ方向の３軸方向に高精度に位置補正することができる。
【００１２】
また、本発明の部品実装方法は、部品を保持した実装ヘッドをねじ送り機構にて実装位置に向けて移動させる工程と、部品位置を粗認識する工程と、粗認識結果に基づいて実装ヘッドの位置をねじ送り機構にて位置補正する粗位置補正工程と、部品位置を精認識する工程と、精認識結果に基づいて部品を保持しているツールの位置をピエゾ素子にて位置補正する精位置補正工程とを有するものである。なお、上記粗認識と精認識工程の認識手段としては、粗認識を行う認識カメラと精認識を行う認識カメラを用いても、粗認識と精認識に切り換え可能な単一の認識カメラを用いても良い。
【００１３】
この構成によると、上記のように実装ヘッドを高速で移動させて部品実装の生産性を確保しつつ、ピエゾ素子にて部品位置の精位置補正を行うことで、部品を短時間で高精度に位置決めすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の部品実装装置と実装方法によれば、移動手段にて実装ヘッドを高速で移動させて部品実装の生産性を確保しつつ、実装ヘッド位置決め後部品位置を精認識し、その精認識結果に応じて実装ヘッドを固定したまま部品を保持しているツールをピエゾ素子にて精位置補正することにより、部品を短時間で高精度に位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の部品実装装置と実装方法の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１６】
図１において、１は実装ヘッドであり、図示は省略しているが、図５、図６を参照して説明した従来例と同様に、ＡＣサーボモータとボールねじの組み合わせから成る送りねじ機構を有するＹ方向テーブル２１とＸ方向テーブル２２にてＸ軸方向とＹ軸方向に移動及び位置決めされる可動体２３に装着されている。２は、液晶パネルなどの被実装物であり、その一側部にベアＩＣなどの部品を実装するように構成され、基板搬送位置決め手段（図示せず）にて所定の実装位置に位置決めされる。３は、実装位置の下部に配設された部品の認識手段としての認識カメラであり、被実装物２の部品実装位置を通して実装ヘッド１に保持されている部品の位置を、粗認識と精認識に切り換えて認識可能に構成されている。
【００１７】
実装ヘッド１の下端部の支持枠４内には、図２に示すように、Ｙ軸移動体５とＸ軸移動体６とθ軸回転体７が上から順に積層状態で配設され、θ軸回転体７の下面にその回転軸芯Ｏと同心上に部品を保持するツール８が装着されている。
【００１８】
Ｙ軸移動体５の下面中央部にはＸ方向に適当な幅の突部５ａが突設されるとともにＸ軸移動体６の上面には突部５ａがＸ軸方向にのみ所定範囲相対移動可能に係合する係合溝６ａが形成され、これら突部５ａと係合溝６ａの係合によってＹ軸移動体５のＹ軸方向の移動がＸ軸移動体６に伝達されるように構成されている。また、Ｘ軸移動体６の下面の中央には連結軸６ｂが垂下され、θ軸回転体７の上面中央部に突設されたボス部７ａに連結軸６ｂが嵌合する係合穴７ｂが形成され、Ｙ軸移動体５とＸ軸移動体６のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動がθ軸回転体７に伝達されるとともにθ軸回転体７が連結軸６ｂ回りに回転できるように構成されている。
【００１９】
Ｙ軸移動体５は、両側の直進ガイド部５ｂにてＹ軸方向に所定範囲内で移動自在に支持されるとともに、その移動方向の両端面と支持枠４の間に配設された一対のＹ軸駆動ピエジ素子９にて移動及び位置決め可能に構成されている。同様に、Ｘ軸移動体６も、両側の直進ガイド部６ｃにてＸ軸方向に所定範囲内で移動自在に支持されるとともに、その移動方向の両端面と支持枠４の間に配設された一対のＸ軸駆動ピエゾ素子１０にて移動及び位置決め可能に構成されている。
【００２０】
また、Ｘ軸移動体６の一側部下面から垂下された突部（図示せず）とθ軸回転体７のボス部７ａの外周から突設された突部７ｃとの間にθ軸駆動ピエゾ素子１１が介装され、θ軸回転体７をその回転軸芯Ｏ回りに回転及び位置決め可能に構成されている。
【００２１】
次に、以上の構成の部品実装装置における部品実装動作について、図３を参照して説明する。まず、部品を保持した実装ヘッド１をねじ送り機構を有するＹ方向テーブル２１、Ｘ方向テーブル２２にて実装位置に向けて移動させる（ステップＳ１）。次に、実装ヘッド１のツール８に保持された部品位置を認識カメラ３にて粗認識し（ステップＳ２）、次いでその粗認識結果に基づいてＹ方向テーブル２１、Ｘ方向テーブル２２にて実装ヘッド１を数ｍｍ〜数１０μｍ程度の粗い精度で位置補正を行う（ステップＳ３）。次に、認識カメラ３を精認識に切り換えて部品位置を精認識し（ステップＳ４）、その精認識結果に基づいてＹ軸駆動ピエゾ素子９、Ｘ軸駆動ピエゾ素子１０及びθ軸駆動ピエゾ素子１１を必要に応じてそれぞれ駆動制御することにより、数１０μｍ〜１／１０μｍの高精度でツール８の位置補正を行うことによって、ツール８に保持された部品を高精度に位置決めする（ステップ５）。次に、その状態で実装ヘッド１にて被実装物２に対して部品を実装することで１つの部品の実装動作が終了する（ステップＳ６）。
【００２２】
本実施形態によれば、以上のように送りねじ機構を有するＹ方向テーブル２１、Ｘ方向テーブル２２にて実装ヘッド１を高速で移動させることができるので、部品実装の生産性を確保することができる。しかも、実装ヘッド１を位置決めした後の部品位置を認識カメラ３で粗認識し、その粗認識結果に応じてＹ方向テーブル２１、Ｘ方向テーブル２２にて実装ヘッド１の粗位置補正を行った後、認識カメラ３を切り換えて部品位置を精認識し、その精認識結果に応じて実装ヘッド１は固定したまま部品を保持しているツール８を、ピエゾ素子９〜１１にて精位置補正するようにしているので、部品を短時間で高精度に位置決めすることができる。また、ピエゾ素子９〜１１は軽量でコンパクトであるので、ツール８をピエゾ素子９〜１１にて位置調整できるように構成しても実装ヘッド１が大きくなったり、重量が大きくなったりすることもなく、実装ヘッド１の軽量・省スペース化を図ることができる。
【００２３】
以上の実施形態の部品実装装置の実装ヘッド１においては、Ｙ軸移動体５とＸ軸移動体６とθ軸回転体７を積層配置してＹ軸方向とＸ軸方向とθ軸回りに位置補正できるように構成した例を示したが、図４に示すように、ツール１２を装着したツール装着体１３を支持枠１４内で水平移動自在に配設し、ツール装着体１３の周囲の３方向に放射状にピエゾ素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃを配設し、各ピエゾ素子１５ａ、１５ｂ、１５ｃの一端をツール装着体１３に他端を支持枠１４に連結した構成とすることもできる。
【００２４】
このような構成によれば、ツール装着体１３と支持枠１４と３つのピエゾ素子１５ａ〜１５ｃから成る簡単な構成によって、ツール１２に保持された部品をＸＹ方向とθ方向の３軸方向に高精度に位置補正することができる。
【００２５】
以上の実施形態の説明では、実装ヘッド１を被実装物２の実装位置に位置決めするのに、実装ヘッド１を移動させるように構成した例を示したが、実装ヘッド１に対して被実装物２側を移動させて位置決めしても、実装ヘッド１と被実装物２の両者を移動させて位置決めするようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の部品実装装置と実装方法は、実装ヘッドを高速で移動させ、実装ヘッドにおいて部品を保持するツールをピエゾ素子にて精位置補正するようにしているので、部品実装の生産性を確保しつつ、部品を短時間で高精度に位置決めすることができ、液晶パネルや回路基板にベアＩＣ部品を実装する場合など、各種部品を高精度に実装する各種実装装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の部品実装装置の要部の斜視図である。
【図２】同実施形態における実装ヘッドの要部構成を示す断面図である。
【図３】同実施形態の部品実装装置における部品実装工程の動作フロー図である。
【図４】本発明の他の実施形態の部品実装装置における実装ヘッドの要部の概略構成を示す平面図である。
【図５】従来例の部品実装装置の全体概略構成を示す斜視図である。
【図６】同従来例の部品実装装置におけるＹ方向テーブル内の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  実装ヘッド
２  被実装物
３  認識カメラ（認識手段）
８  ツール
９  Ｙ軸駆動ピエゾ素子
１０  Ｘ軸駆動ピエゾ素子
１１  θ軸駆動ピエゾ素子
１２  ツール
１３  ツール装着体
１４  支持枠
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  ピエゾ素子
２１  Ｙ方向テーブル（実装ヘッド移動手段）
２２  Ｘ方向テーブル（実装ヘッド移動手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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