(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルにより電子部品を吸着して該電子部品をプリント基板に搭載する部品搭載装置における前記ノズルの高さティーチング方法であって、
前記部品搭載装置の内部にＹ軸方向の底辺が所定の長さＹ及びＺ軸方向の垂線が所定の高さＺの直角三角形の斜線を形成しＸ軸方向に並行な光軸を形成する透過型ライン光学センサを備え、
前記ノズルを装着した搭載ヘッドにより前記ノズルの高さを適宜の高さに維持しながら前記透過型ライン光学センサの走査領域をＹ軸方向に移動する工程と、
前記透過型ライン光学センサにより前記ノズルの先端が前記光軸に接する点を検出する工程と、
該検出された点のＹ軸方向の位置ｙに基づいて前記検出された点のＺ軸方向の高さｚを算出する工程と、
該算出したＺ軸方向の高さｚを前記搭載ヘッドの適宜の高さでＹ軸方向への移動時における前記ノズルの先端部の高さであると決定する工程と、
を含むことを特徴とするノズル高さティーチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品搭載装置におけるノズルの高さティーチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、本体装置内に搬入されるプリント回路基板（以下、単に基板という）に電子部品（以下、単に部品という）を搭載して基板ユニットを生産する部品搭載装置がある。
部品搭載装置は、ＸＹ軸方向（左右及び前後方向）に移動自在な作業ヘッドと、この作業ヘッドに保持されてＺ軸方向（上下方向）に昇降自在で且つθ軸方向（３６０度方向）に回転可能な搭載ヘッドを備えている。
【０００３】
部品搭載装置は、所望の部品供給装置から供給される部品を、搭載ヘッドの先端に着脱自在に装着される吸着ノズル（以下、単にノズルという）により吸着し、その吸着した部品を部品カメラで画像認識して吸着姿勢を確認し、位置の補正を行って、その部品を基板上に搭載する、ということを繰り返して基板ユニットを生産する。
【０００４】
ところで、部品供給装置から供給される部品をノズルによって適正な状態で吸着し、基板の搭載位置に適正な状態で搭載するためには、搭載処理を行う制御部に対して、予めノズルの先端の高さ位置を正確に認識させるいわゆる「ノズル高さティーチング」を行う必要がある。
【０００５】
このようなノズルの高さティーチングでは、マルチノズルヘッドのノズル高さティーチング方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
また、部品を吸着するノズルではないが、基板面に半田ペーストを塗布するノズルのノズル高さティーチング方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献１】特開平１１−３４６０９６号公報（要約、段落００１５、図２、図４）
【特許文献２】特開２００３−１７９３９１号公報（要約、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１及び２に記載のノズル高さティーチング方法は、いずれもノズルを上下移動させて、その上下移動量とノズルの先端位置との関係を調べる方法を採っている。
【０００７】
しかしながら、このように本体装置内に治具を導入し、ノズルの高さを物理的に移動させて、ノズルの先端位置を検出する方法は、検出に要する時間を大きくとられて作業能率の向上を阻害する要因となって問題が残る。
【０００８】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、本体装置内への治具の導入・除去を行うことなく、通常の生産動作の中でノズル高さティーチングを行って、高い信頼性で部品を基板に搭載することができるノズル高さティーチング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のノズル高さティーチング方法は、ノズルにより電子部品を吸着して該電子部品をプリント基板に搭載する部品搭載装置における上記ノズルの高さティーチング方法であって、上前記部品搭載装置の内部にＹ軸方向の底辺が所定の長さＹ及びＺ軸方向の垂線が所定の高さＺの直角三角形の斜線を形成しＸ軸方向に並行な光軸を形成する透過型ライン光学センサを備え、上記ノズルを装着した搭載ヘッドにより上記ノズルの高さを適宜の高さに維持しながら上記透過型ライン光学センサの走査領域をＹ軸方向に移動する工程と、上記透過型ライン光学センサにより上記ノズルの先端が上記光軸に接する点を検出する工程と、該検出された点のＹ軸方向の位置ｙに基づいて上記検出された点のＺ軸方向の高さｚを算出する工程と、該算出したＺ軸方向の高さｚを上記搭載ヘッドの適宜の高さでＹ軸方向への移動時における上記ノズルの先端部の高さであると決定する工程と、を含んで構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、本体装置内に配置された透過型ライン光学センサの光軸内をＹ方向にノズルを移動させるだけでノズル高さを検出するので、本体装置内への治具の導入・除去を行うことなく通常の生産動作の中でノズル高さティーチングを行うことができ、これにより、基板ユニット生産の作業能率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１(a) は、一実施の形態における部品搭載装置を透視的に示す斜視図であり、同図(b) はその基台上に直接配置される諸装置のみを示す平面図である。また、同図(b) はその基台上に直接配置される諸装置のみを示す平面図であり、それらの上方に配置される同図(a) に示す各部の構成を取り除いて示している。
【００１３】
同図(a) に示すように、部品搭載装置１は回りを下保護カバー２に囲まれ、上方を上保護カバー３（図では透視的に示している）に覆われた基台４を備え、基台４の内部及び上部には各種の装置が配設されている。
【００１４】
基台４の内部には、特に図示しないが、各部を制御する中央制御部やライン前段の装置から搬入されてくる基板を下から支持する支持プレート装置等を備えている。
上保護カバー３の前面には液晶ディスプレイとタッチパネルからなる入力装置５が配設されており、外部操作により各種の指示を入力することができる。また、ここには外部装置とケーブル接続するコネクタ等も配設されている。
【００１５】
基台４の上には、中央に、固定と可動の１対の平行する基板案内レール６ａ及び６ｂが基板の搬送方向（Ｘ軸方向、図１(a) の斜め右下から斜め左上方向）に水平に延在して配設される。
【００１６】
これらの基板案内レール６ａ及び６ｂの下部に接して図では定かに見えないがループ状の複数のコンベアベルトが走行可能に配設される。コンベアベルトは、それぞれ数ミリ幅のベルト脇部を基板案内レール６ａ又は６ｂの下から基板搬送路に覗かせて、ベルト駆動モータにより駆動され、基板搬送方向に走行し、基板の裏面両側を下から支持しながら同図(b) に示すように基板７を搬送する。
【００１７】
上記１対の基板案内レール６ａ及び６ｂを跨いで基板搬送方向と直角の方向（Ｙ軸方向）に平行に延在する左右一対の固定レール（Ｙ軸レール）８ａ及び８ｂが配設されている。
【００１８】
これらＹ軸レール８ａ及び８ｂに長尺の移動レール（Ｘ軸レール）９が滑動自在に係合し、このＸ軸レール９には、基板７に部品を搭載する作業を行う作業ヘッド１１が滑動自在に懸架されている。
【００１９】
上記のＸ軸レール９には、その長手方向（Ｘ軸方向）に作業ヘッド１１を進退移動させるＸ軸方向駆動サーボモータが配設され、基台２上には、Ｘ軸レール９をＹ軸レール８ａ及び８ｂに沿って前後（Ｙ軸方向）に進退させるＹ軸方向駆動サーボモータが配設されている。
【００２０】
これらのＸ軸方向駆動サーボモータ及びＹ軸方向駆動サーボモータが制御回路からの指示により正逆両方向に自在に回転することにより、作業ヘッド１１が、ボールねじ、歯付きベルト等の駆動伝達系を介して駆動され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に自在に進退する。
【００２１】
また、作業ヘッド１１には詳しくは後述する搭載ヘッドが配設されている。搭載ヘッドは先端にノズルを装着し上下に移動自在、且つ３６０度方向に回転自在に構成されている。そして、基台２上の前部と後部に夫々部品供給台１２ａ及び１２ｂが配設されている。
【００２２】
そして、同図(b) に示すように、手前の部品供給台１２ａと固定の基板案内レール６ａとの間に３個の部品認識用カメラ１３及びノズル交換器１４が配設され、基台４の後方の部品供給台１２ｂと移動式の基板案内レール６ｂとの間にも３個の部品認識用カメラ１５及びノズル交換器１６が配設されている。
【００２３】
基板案内レール６ａと６ｂの間の基板搬送路内には、基板案内レール６ａ及び６ｂとコンベアベルトによって搬入されてくる基板７の下方に基板支持プレート（図１(b) では基板７の陰になって見えない）が配置されている。基板支持プレートは、基板７を下から上昇して支持すると共に、位置決めピンを基板の位置決め孔に差し込んで基板を位置決めする。
【００２４】
上記の部品供給台１２ａ及び１２ｂには基板７に搭載すべき複数種類の部品毎に対応する部品供給装置が着脱自在に予め設置される。作業ヘッド１１は、搭載ヘッドにより、それらの部品供給装置から所望の部品を吸着して基板に搭載する。
【００２５】
また、上記のノズル交換器１４及び１６は複数の（図では６個示している）ノズル１７を保持している。
部品認識用カメラ１３及び１５は、作業ヘッド１１が、搭載ヘッドの先端に装着されたノズル１７によって部品供給台１２ａ又は１２ｂ上の部品供給装置から部品を吸着して基板７の上方へ移動する途上に待機し、ノズル１７が吸着している部品を下方から撮像して、位置補正のための保持位置偏差を検出する。
【００２６】
上記の作業ヘッド１１は、屈曲自在で内部が空洞な帯状のチェーン体１８に保護・収容された複数本の不図示の信号コードを介して装置本体１の基台４内部の電装部マザーボード上に配設されている後述する中央制御部と連結されている。
【００２７】
作業ヘッド１１は、これらの信号コードを介して中央制御部からは電力及び制御信号を供給され、中央制御部へは基板の位置決め用マークや部品の搭載位置の情報を示す画像データやノズル高さティーチング時におけるノズル先端位置情報を送信する。
【００２８】
図２は、上記作業ヘッド１１の内部の構成を示す斜視図である。同図に示すように、作業ヘッド１１は、上述したように屈曲自在な帯状のチェーン体１８によって本体装置の中央制御部と連結されており、支持部１９により支持された搭載ヘッド２１と、基板認識用カメラ２２を備えている。
【００２９】
搭載ヘッド２１は、Ｚ軸方向（上下方向）に昇降可能であり且つθ軸方向（３６０°方向）に回転可能である。搭載ヘッド２１の先端には、ノズル１７が装着されている。
このような構成において、上記の作業ヘッド１１は、上述したＹ軸レール８ａ、８ｂとＸ軸レール９とにより前後左右に自在に移動し、ノズル１７により部品を吸着し、部品認識用カメラ１３（又は１５）で保持位置偏差を検出し、その部品を自動搬入されて所定の位置に位置決めされている基板上に搭載する。
【００３０】
このとき、作業ヘッド１１の搭載ヘッド２１に着脱自在に装着されるノズル１７の先端位置（高さ位置）は必ずしも一定ではない。そして、ノズル１７の高さ位置が基準よりも高いと部品の吸着ミスが発生し、逆にノズル１７の高さ位置が基準よりも低いと、部品搭載時に基板面に部品が基板に衝突して部品や基板が破損する。
【００３１】
このような不具合を避けるため、従来、本体装置内に導入した治具によりノズル高さ位置のティーチングを行っていたが、この従来のノズル高さ位置のティーチングは多大な時間を要することは前述した。
【００３２】
本実施の形態においては、本体装置内への治具の導入・除去を行うことなく、通常の生産動作の中でノズル高さティーチングを行うようにして、ノズル高さティーチングの時間を短縮し、作業能率を向上させている。以下、これについて説明する。
【００３３】
図３は、基台４の内部に配設され、上記構成の部品搭載装置を制御して、部品搭載処理やノズル高さティーチングを自動的に行う中央制御部の構成ブロック図である。
同図において、中央制御部は、装置全体を制御するＣＰＵ(central processing unit）２３を有しており、そのＣＰＵ２３には、バス２４を介してＲＯＭ(Read-Only-Memory)２５、ＲＡＭ(random access memory)２６、画像処理部２７、キー入力部２８、及びｉ／ｏ制御部２９が接続されている。
【００３４】
ＲＯＭ２５は、制御や処理のプログラム、各種の処理データ等を記憶しておりこれらのプログラムやデータが、ＣＰＵ２３により読み出されて、部品の位置補正や後述するノズル高さティーチングの処理が行われる。
【００３５】
ＲＡＭ２６は、各種の基準位置データや補正値データ等を記憶する複数の領域と、演算処理の中間データを一時的に記憶するワーク領域を備えている。これらのデータは、ＣＰＵ２３により参照され、或は更新される。
【００３６】
画像処理部２７は、図１(b) に示した部品認識用カメラ１３、１５や図２に示した基板認識用カメラ２２を駆動し、その撮像のアナログ信号をデジタル信号に変換し、内蔵のメモリにドットイメージで展開して、これをＣＰＵ２３に転送する。
【００３７】
キー入力部２８は、図１(a) に示した入力装置５の入力キーに接続されており、入力キーの外部からの操作信号をＣＰＵ２３に出力する。
ｉ／ｏ制御部２９には、ノズル高さ位置の検出位置データを取得する後述する透過型ライン光学センサとしてのエリアセンサを駆動するドライバ、コンベアベルトを駆動するベルト駆動モータのドライバ、Ｘ軸レールやＹ軸レールを駆動するサーボモータのドライバ、不図示の基板センサを駆動するドライバ、支持プレートとその位置決めピンを昇降させるシリンダのドライバ、入力装置５の異常表示ランプ（警報ランプ）を駆動するドライバ、入力装置５の液晶ディスプレイを表示駆動するドライバ等、各種のドライバが接続されている。
【００３８】
図４は、部品搭載装置１の内部に配置されるエリアセンサを、搭載ヘッド２１及びノズル１７と共に示す図である。図４に示すエリアセンサ３０は、Ｘ軸方向に並行な光軸を形成する透過型ライン光学センサである。
【００３９】
同図に示すように、このエリアセンサ３０は、水平面に対して斜めに配置されて、直角三角形の斜線を形成している。この直角三角形のＹ軸方向に形成される底辺は所定の長さＹに予め設定されており、Ｚ軸方向に形成される垂線は所定の高さＺに予め設定されている。
【００４０】
これらの値Ｙ及びＺ並びにエリアセンサ３０の配設位置のデータは、ＲＡＭ２６の所定のデータ領域に記憶されている。
尚、図に示すエリアセンサ３０は、真横から見た図を示しており、図の手前側の一本しか見えないが、実際には図の手前側と向う側の二箇所に二本一対となって配置されている。
【００４１】
二本一対の一方は、ライン状に並ぶ発光素子アレイからなるライン発光部を備えており、二本一対の他方は、これもライン状に並ぶ受光素子アレイからなるライン受光部を備えている。
【００４２】
受光部の各受光素子は、発光部からの照射光を受光している間は出力がオフであり、その受光を遮断されことにより出力がオンとなるように設定されている。
本例では、上記の構成において、ノズル１７の先端の高さ位置が上記の高さＺの範囲内に収まるように搭載ヘッド２１の上下位置を適宜に設定して、ノズル１７の高さを適宜の高さに維持しながら、作業ヘッド１１（図２参照）を図４の矢印ａで示すＹ軸方向に水平移動させる。これにより、ノズル１７の先端が、エリアセンサ３０の走査領域をＹ移動する。
【００４３】
図５は、上記の構成において、中央制御装置のＣＰＵ２３によって行われるノズル高さティーチング処理のフローチャートである。図５により、ノズル高さティーチング処理を以下に説明する。
【００４４】
先ず、ＣＰＵ２３は、エリアセンサによる監視を開始する（Ｓ１）。この処理は、図３のｉ／ｏ制御部２９を介して図４に示すエリアセンサ３０を発光駆動し、受光部からの検知出力を待機する処理である。
【００４５】
続いて、ＣＰＵ２３は、Ｙ軸移動を行う（Ｓ２）。この処理は、図４に示したように、ノズル１７の高さを適宜の高さに維持しながら、作業ヘッド１１を矢印ａで示すＹ軸方向に水平移動させる処理である。
【００４６】
そして、ＣＰＵ２３は、エリアセンサ３０がオンとなったか否かを判別する（Ｓ３）。この処理では、エリアセンサ３０の受光部の受光素子のいずれかの出力がオンとなったか否かを監視する処理である。
【００４７】
そして、ＣＰＵ２３は、エリアセンサ３０がオンとならないうちは（Ｓ３がＮ）、上記判別を繰り返す。
やがて、図４に示したノズル１７が矢印ａ方向に逐次移動して、ノズル１７の先端がエリアセンサ３０の並行な光軸に点ｂで交わる（接する）ことにより、その点ｂの位置の受光素子の受光が遮断される。これにより当該受光素子からオン信号が出力される。
【００４８】
このようにして、エリアセンサ３０がオンになると（Ｓ３がＹ）、ＣＰＵ２３は、予めＲＡＭ２６に記憶されているエリアセンサ３０の配設位置データから、出力がオンとなった受光素子（点ｂ）の位置ｙを認識し、この認識した点ｂのＹ軸方向の位置ｙの位置データをＲＡＭ２６の所定のデータ領域に格納する（Ｓ４）。
【００４９】
続いて、ＣＰＵ２３は、上記ＲＡＭ２６の所定のデータ領域に格納した点ｂのＹ軸方向の位置ｙの位置データに基づいて、その点ｂのＺ軸方向の高さｚを算出する（Ｓ５）。
この処理では、予めＲＡＭ２６に記憶されているエリアセンサ３０の配設位置データの中の図４に示す直角三角形の垂線Ｚの対向角αの値が知られており、この対向角αにより「ｚ＝ｙ・ｓｉｎα」が算出される。
【００５０】
そして、ＣＰＵ２３は、ノズル高さを取得する（Ｓ６）。この処理は、上記のようにして算出された点ｂの高さｚを、搭載ヘッド２１の適宜の高さで図４の矢印ａで示すようにＹ軸方向への移動時におけるノズル１７の先端部の高さであると決定する処理である。
【００５１】
これにより、搭載ヘッド２１の基準位置と上記適宜の高さとの差δを算出することにより、搭載ヘッド２１が基準位置にあるときのノズル１７の先端部の高さｚ０が「ｚ０＝ｚ＋δ」であるとしてティーチングされる。
【００５２】
このように本発明によれば、その都度、本体装置１内への治具の導入・除去を行うことなく、また、ノズル１７による部品の吸着、画像認識、基板への部品搭載、という一連の通常の生産動作の中で、搭載処理動作を停止させることなく、ノズル高さティーチングによりノズル高さの補正を行って、高い信頼性で部品を基板に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】(a) は一実施の形態における部品搭載装置を透視的に示す斜視図、(b) はその基台上に直接配置される諸装置のみを示す平面図である。
【図２】部品搭載装置の作業ヘッドの内部構成を示す斜視図である。
【図３】部品搭載装置の基台内部に配設されている中央制御部の構成ブロック図である。
【図４】部品搭載装置の内部に配置されるエリアセンサを搭載ヘッド及びノズルと共に示す図である。
【図５】部品搭載装置の中央制御装置のＣＰＵによって行われるノズル高さティーチング処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１      部品搭載装置
２      下保護カバー
３      上保護カバー
４      基台
５      入力装置
６ａ、６ｂ  基板案内レール
７      基板
８ａ、８ｂ  固定レール（Ｙ軸レール）
９      移動レール（Ｘ軸レール）
１１    作業ヘッド
１２（１２ａ、１２ｂ）  部品供給台
１３、１５  部品認識用カメラ
１４、１６  ノズル交換器
１７    ノズル
１８    通信ケーブル
１９    支持部
２１    搭載ヘッド
２２    基板認識用カメラ
２３    ＣＰＵ(central processing unit）
２４    バス
２５    ＲＯＭ(Read-Only-Memory)
２６    ＲＡＭ(random access memory)
２７    画像処理部
２８    キー入力部
２９    ｉ／ｏ制御部
３０    エリアセンサ
【図１】
0004588574.tif 000002
【図２】
0004588574.tif 000003
【図３】
0004588574.tif 000004
【図４】
0004588574.tif 000005
【図５】
0004588574.tif 000006