(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に搭載すべき部品をヘッド部により吸着する工程と、
部品を吸着したヘッド部を、所定箇所に固定された撮像手段の撮像位置に移動させ停止させる工程と、
ヘッド部が前記撮像位置に移動し停止するまでのダンピング過程で部品を撮像する工程と、
部品撮像後ヘッド部を前記撮像位置から基板上へ移動させるとともに、撮像された部品の姿勢を認識して補正データを算出する工程と、
前記ヘッド部に認識可能に設けられた複数個の基準マークの２つを結ぶ直線のズレからダンピング中の撮像に伴う回転誤差を求め、前記算出した補正データにより基板に対する部品の姿勢を補正するとともに、前記ダンピング中の撮像に伴う回転誤差を補正して部品を基板上の所定位置に搭載する工程と、
からなることを特徴とする部品搭載方法。
【請求項２】
前記部品の撮像は、ヘッド部の振動が所定の許容範囲内に収まるまでのダンピング中に行われることを特徴とする請求項１に記載の部品搭載方法。
【請求項３】
前記ヘッド部が撮像位置に移動した直後に部品が撮像されることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品搭載方法。
【請求項４】
前記基準マークと前記部品の重心位置間の距離からヘッド部に対する部品の位置ズレを補正して部品を搭載することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の部品搭載方法。
【請求項５】
基板上に搭載すべき部品を吸着するヘッド部と、
吸着された部品を撮像する所定箇所に固定された撮像手段と、
部品を吸着したヘッド部を、前記撮像手段の撮像位置に移動させ停止させて部品を撮像、認識した後基板上の所定位置に移動させる移動手段と、
認識された部品の姿勢に応じた補正データにより基板に対する部品の姿勢を補正する補正手段とからなり、
ヘッド部が前記撮像位置に移動し停止するまでのダンピング過程で部品を撮像し、部品撮像後ヘッド部を該撮像位置から基板上へ移動させるとともに、撮像された部品の姿勢を認識し、また、前記ヘッド部に認識可能に設けられた複数個の基準マークの２つを結ぶ直線のズレからダンピング中の撮像に伴う回転誤差を求め、前記算出した補正データにより基板に対する部品の姿勢を補正するとともに、前記ダンピング中の撮像に伴う回転誤差を補正して部品の搭載位置の補正が行われることを特徴とする部品搭載装置。
【請求項６】
前記部品の撮像は、ヘッド部の振動が所定の許容範囲内に収まるまでのダンピング中に行われることを特徴とする請求項５に記載の部品搭載装置。
【請求項７】
前記ヘッド部が撮像位置に移動した直後に部品が撮像されることを特徴とする請求項５又は６に記載の部品搭載装置。
【請求項８】
前記基準マークと前記部品の重心位置間の距離からヘッド部に対する部品の位置ズレを補正して部品を搭載することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品搭載方法及び装置、特にＱＦＰなどの電子部品を基板上に搬送し装着するための部品搭載方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６、図７は、従来の部品搭載装置並びにそのヘッド部を示し、１は各構成部品を固定保持する筺体フレーム部、２は電子部品、３はこの電子部品２のフィーダ、４は電子部品２が搭載される基板、５は基板搬送部、６はヘッド部、７はこのヘッド部６のＸ方向移動部、８はＹ方向移動部、９は電子部品２を吸着するための吸着ノズル、１０は電子部品２の吸着された状態での角度及び位置を規制するための位置決め爪、１１は上記吸着ノズル９を回転させるためのモータ、１２は上記吸着ノズル９を上下させるためのモータである。
【０００３】
通常、フィーダ３上の電子部品２を吸着ノズル９により吸着した場合には、正常状態に対する電子部品の位置、角度のズレが大きく、基板４に搭載できなくなる。近年電子部品は小型、精密化が進み、搭載時には、±０．１ｍｍ以下の搭載精度が要求されつつある。上記のような従来の部品搭載装置においては、電子部品２の位置決め爪１０が吸着ノズル９に向かって移動し、吸着ノズル９で保持されている電子部品２の位置を調節してその中心が吸着ノズル９の中心にくるように電子部品２の位置を補正している。
【０００４】
従来の他の例においては、電子部品２の位置決めは、吸着ノズル９に吸着された状態の電子部品２を位置決め爪１０により位置決めする代りに図８、図９に示すように、ヘッド部６が完全に停止した後、吸着ノズル９に吸着された状態の電子部品２の位置と角度を上記筺体フレーム部１に固定したカメラ１３で読み取っている。ヘッド部６が完全に停止すると、振動がなく電子部品は高精度で撮像でき、取得された電子部品の画像を処理することにより電子部品の姿勢が認識され、位置ズレ、角度ズレが求められる。そして、位置のズレは、Ｘ，Ｙ方向移動部７、８でヘッド部６を移動して補正し、角度ズレについてはモータ１１で、吸着ノズル９を回転することにより補正している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図６、図７に示すように電子部品の位置決めとして位置規制爪１０を用いるものにおいては、次のような問題がある。
【０００６】
（１）位置決めの際機械的に電子部品を動かし、はさみつけるため、電子部品に衝撃を与え、品質の信頼性を低下させる恐れがある。
【０００７】
（２）位置決めの際電子部品が吸着ノズル先端を摩擦するため、吸着ノズルの先端が摩耗する。
【０００８】
（３）位置規制爪の４個の運動部品を同時に動かす必要があるため、ヘッド部の機構が複雑となりヘッド部の重量が増加し、故障率の増加を招く。
【０００９】
既述の通り、ヘッド部はＸＹ方向移動部により高速移動されるため、重量が増加すれば、駆動モータとして動力性能の高いものが必要となるばかりでなく、ヘッドの支持部の剛性増加等の考慮が必要となる。
【００１０】
（４）搭載電子部品が四角形状でないと位置決めできない。また、ＩＣ等大型部品の位置決めに限界が生じる。
【００１１】
一方、図８、図９のようにカメラを用いるものでは、上記問題点は解決されるが、ヘッド部はフィーダ部から電子部品搭載位置間までの最短移動軌跡から離れた固定のカメラ部に移動してそこで完全に停止し、電子部品を撮像した後、基板へと移動する。即ち、ヘッド部を必ず固定のカメラ部上で停止させ（ヘッド部の振動、すなわちダンピングが所定の許容範囲内に収まったあとで）、撮像しなければならず、停止動作がムダ時間となり、図６、図７のようなヘッド移動中に、部品位置決めができる方法に比べ移動時間がかかるという欠点がある。通常基板には、少ないものでも数１０点から、多いものでは数百点に及ぶ電子部品が搭載されるため、このような移動時間の増加は、基板の生産性を大きく低下させる。
【００１２】
しかし、搭載に高精度が要求される部品では、図７に示す方法では、要求位置決め精度で電子部品を搭載できないため、特に高精度搭載部品は、図９のようにカメラを用いて電子部品を撮像、認識し位置決めを行なっており、部品搭載までの時間を短縮する手段が必要になる、という問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたもので、部品を高速にしかも、高精度で信頼性よく基板上に搭載することができる部品搭載方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この課題を解決するために、部品搭載方法において、
基板上に搭載すべき部品をヘッド部により吸着する工程と、
部品を吸着したヘッド部を、所定箇所に固定された撮像手段の撮像位置に移動させ停止させる工程と、
ヘッド部が前記撮像位置に移動し停止するまでのダンピング過程で部品を撮像する工程と、
部品撮像後ヘッド部を前記撮像位置から基板上へ移動させるとともに、撮像された部品の姿勢を認識して補正データを算出する工程と、
前記ヘッド部に認識可能に設けられた複数個の基準マークの２つを結ぶ直線のズレからダンピング中の撮像に伴う回転誤差を求め、前記算出した補正データにより基板に対する部品の姿勢を補正するとともに、前記ダンピング中の撮像に伴う回転誤差を補正して部品を基板上の所定位置に搭載する工程とからなる構成を採用した。
【００１５】
また、本発明では、部品搭載装置において、
基板上に搭載すべき部品を吸着するヘッド部と、
吸着された部品を撮像する所定箇所に固定された撮像手段と、
部品を吸着したヘッド部を、前記撮像手段の撮像位置に移動させ停止させて部品を撮像、認識した後基板上の所定位置に移動させる移動手段と、
認識された部品の姿勢に応じた補正データにより基板に対する部品の姿勢を補正する補正手段とからなり、
ヘッド部が前記撮像位置に移動し停止するまでのダンピング過程で部品を撮像し、部品撮像後ヘッド部を該撮像位置から基板上へ移動させるとともに、撮像された部品の姿勢を認識し、また、前記ヘッド部に認識可能に設けられた複数個の基準マークの２つを結ぶ直線のズレからダンピング中の撮像に伴う回転誤差を求め、前記算出した補正データにより基板に対する部品の姿勢を補正するとともに、前記ダンピング中の撮像に伴う回転誤差を補正して部品の搭載位置の補正が行われる構成も採用している。
【００１６】
このような構成では、撮像手段（カメラ）は、所定位置、例えばフイーダと基板搬送部の間の位置に固定して配置される。ヘッド部がフイーダから供給される部品を吸着して基板上の部品搭載位置に移動するとき、ヘッド部は、撮像位置に移動してそこで部品が撮像される。本発明では、部品の撮像は、ヘッド部が撮像位置に移動して停止するまでのダンピング過程で行われ、部品の撮像後は、ヘッド部は基板上への移動を開始する。従って、部品の撮像は、ヘッド部が、完全に停止するのを待たず、あるいはヘッド部の振動が所定の許容範囲内に収まり停止したと判断されるのを待つことなく、行われ、撮像後は基板上へ移動を開始するので、高速な部品搭載が可能になる。
【００１７】
また、本発明では、ヘッド部に認識可能な複数個の基準マークが設けられ、前記基準マークと前記部品の重心位置間の距離からヘッド部に対する部品の位置ズレが補正され、また前記基準マークの２つを結ぶ直線のズレからダンピング中の撮影に伴う回転誤差を求めて部品の傾きが補正される。
【００１８】
このように、基準マークを複数設けることによりヘッド部がダンピング中に部品が撮像され、ヘッド部が完全に停止したときの状態に比較して部品がずれて撮像されても、これを補正することができるので、信頼性のある部品搭載が可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本発明の部品実装装置は、図８、図９に示した装置と同様な構成であり、同様な装置部分ないし部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２０】
本発明においては、図１および図２に示すように、ヘッド部６の吸着ノズル９によって吸着された電子部品２の吸着姿勢を認識するために、電子部品は撮像手段として機能するカメラ（ＣＣＤカメラ）１３により撮像される。このカメラ１３は、ヘッド部が電子部品２を保持してフイーダ３の部品移動開始位置と基板４間を移動する移動軌跡Ｐｌ〜Ｐ２上の所定箇所、例えばフイーダ３と基板搬送部５間で基板４の近傍に固定される。
【００２１】
ヘッド部６は、この移動軌跡１４に沿って移動するとき、カメラ１３上を通過し、ヘッド部の吸着ノズルの軸心位置が、カメラの撮像中心に移動し、ヘッド部６がカメラ１３の撮像位置に移動したことが検出されると、ヘッド部６は停止命令を受けて停止する。このときヘッド部６には慣性があるので、即座に停止せず振動しダンピングしながら停止する。本発明では、ヘッド部がこの撮像位置に移動しそこで停止するまでのダンピング過程で電子部品が撮像される。このように、ヘッド部の吸着ノズル９によって吸着された電子部品２は、ヘッド部が停止する前にカメラ１３によって撮像され、その撮像後は、ヘッド部が基板上へ移動を開始する。
【００２２】
図２は、基板４の両側に電子部品２のフイーダを配置した場合の実施形態を示し、この例では基板４と、その両側のフイーダ（図示せず）間に夫々カメラ１３、１３が配置される。図２において各カメラ１３は、基板搬送部５に固定された保持台１６に保持される。
【００２３】
図３は、ヘッド部６とこれをＸ軸，Ｙ軸方向に移動させる駆動装置を示し、２４はヘッド回転のためのベルト、２５はヘッド回転モータ、２６は、補正手段及び移動手段として機能するＣＰＵ、２７はメモリ、２８はヘッド回転モータドライバ、２９はＸ軸移動モータドライバ、２９’はＹ軸移動モータドライバである。
【００２４】
これら各ドライバ２８，２９、２９’にはメモリ２７に保持されているデータに基づいて上記ＣＰＵ２６から移動指令が出され、一方、ＣＰＵ２６にはヘッド回転モータ２５の指令パルスに対する実移動量の差分パルス数（たまりパルス数）がたまりパルスカウンタ３０を介してフイードバックされモータ２５を規定量回転させる。同様に、ＣＰＵ２６はＸ軸、Ｙ軸モータドライバ２９、２９’に移動指令を出力し、Ｘ、Ｙ方向移動部７、８を移動させる。Ｘ、Ｙ方向移動に関する差分パルス数の回路は図示していないが、同様に、各差分パルスがＣＰＵ２６にフイードバックされ、ヘッド部６を規定量Ｘ、Ｙ方向に移動させる。更にカメラ１３により撮像された電子部品２のビデオ信号がビデオ信号入、出力回路３１を介してＣＰＵ２６に入力される。ＣＰＵ２６は、撮像された電子部品の画像を解析してその姿勢を認識し、吸着位置ズレ、角度ズレを補正する補正データを演算し、この補正データに基づいてＸ、Ｙ方向移動部７、８の移動量並びにモータ２５の回転量を補正して部品搭載を行う。
【００２５】
本発明の部品搭載装置は、例えば図４のフローチャートに示すようなステップ１〜９に従って作動される。即ち先ず、ヘッド部６は、図１のＰ１点ヘ移動し、フイーダ３から供給される電子部品２を吸着する（ステップＳ１）。
【００２６】
次に、ＣＰＵ２６はヘッド部を図１に示す電子部品搭載点Ｐ２へ矢印Ａに示す方向に移動させるため、Ｘ、Ｙ方向移動部７、８にＸ軸、Ｙ軸モータドライバ２９、２９’を介して移動指令を出力する。このとき、まず電子部品の吸着姿勢を認識するために、ヘッド部６はカメラ１３の撮像位置に移動される（ステップＳ２）。
【００２７】
ヘッド部６の吸着ノズル９の軸心が、カメラ１３の撮像中心（撮像軸心）に移動し、電子部品がカメラ１３の撮像視野内に入り、電子部品の姿勢を認識させるための停止開始位置に達すると、ＣＰＵ２６は、ヘッド部６に対して停止指令を出力するので、ヘッド部６は停止動作に入る。本発明では、ヘッド部６が撮像位置において振動しながら停止するまでのダンピング過程、特に、ヘッド部の振動が所定の許容範囲内に収まり停止したと判断されるまでのダンピング中に電子部品が撮像される（ステップＳ３）。
【００２８】
続いて、ステップＳ４において、電子部品２の撮像後、ヘッド部６は基板上へ移動を開始する。そしてそのとき電子部品２の画像がＣＰＵ２６に取り込まれ、ＣＰＵ２６は、電子部品２の姿勢を認識して、電子部品２の重心位置（中心位置）並びに傾き角を演算し、吸着ノズル９の中心（あるいは図５に示す基準マーク３５からの位置）と電子部品の重心位置のズレから電子部品の吸着位置ズレを算出するとともに、このズレを補正する補正データをＸ、Ｙ軸モータドライバ２９、２９’に送る。また、このとき、ＣＰＵ２６は上記演算された傾き角に応じた角度ズレを算出し、これをヘッド回転モータ２５に与え、傾き角を補正する（ステップＳ５）。従って、ヘッド部６が基板上へ移動を開始するとき、ないしは移動中に、基板に対する電子部品２の姿勢が補正され、電子部品２は搭載位置Ｐ２において正しい姿勢で基板に搭載される（ステップＳ６）。
【００２９】
更に、基板上に搭載すべき電子部品があるか否かが判断され（ステップＳ７）、次の搭載電子部品のある場合は、次のフイーダへヘッド部６が移動し上記ステップＳ１〜ステップＳ７を繰り返す（ステップＳ８）。また、次の搭載する電子部品のないことがステップＳ７で判断された場合には、処理が終了する（ステップＳ９）。
【００３０】
本発明では、ヘッド部がダンピング中で停止する前に、電子部品が撮像され、その吸着姿勢が認識されるので、電子部品は撮像位置においてなお振動しており、撮像タイミング（時点）に応じて、演算された傾き角にダンピング中の撮像に伴うダンピング誤差が発生する。すなわち、図５の（Ｂ）に示すように、ヘッド部６が完全に停止して電子部品２が撮像される場合には、電子部品２は実線で示した位置で撮像されるが、ダンピング中では、一点鎖線で示したように、完全停止の位置からずれた位置で撮像され、電子部品の吸着角度に誤差θが発生する。
【００３１】
そこで、図５に示すように、ヘッド部６のディスク部３４に標識や光源等の基準マーク３５、３５’を複数個設け、この基準マーク３５、３５’を結ぶ線の水平線に対する傾きθ（ダンピング誤差）を算出し、ステップＳ５で演算された傾き角度分ヘッド部６を回転させるとき、このダンピング誤差θを相殺して回転させる。
【００３２】
また、ステップＳ４で電子部品の重心位置（部品中心）を計算し、位置ズレを求めるとき、吸着ノズル９の軸心とのズレを求めるのではなく、基準マーク３５（あるいは３５’）との位置ズレを求めて、Ｘ、Ｙ軸の移動量を補正するようにしてもよい。
【００３３】
このように、基準マーク３５、３５’と電子部品重心の位置関係と姿勢をカメラ１３で測定することにより、吸着ノズル９と電子部品２の重心位置ズレと角度ズレを同一条件（環境）で演算しているため、吸着ノズル９がダンピング中に電子部品をカメラで撮像しても正確に電子部品の姿勢を認識することが可能になる。また、このように、複数の基準マーク３５、３５’を設けることにより、吸着ノズル９を含むヘッド部６のヘッド交換時の取り付け誤差も補正することが可能になる。ヘッド交換時の取り付け誤差を補正するときは、交換時に２つのマーク３５、３５’を認識して平行度を求め、各種パラメータ作成時に使用したヘッド部のマーク平行度と比較して取り付け誤差を保存し、ステップＳ５でヘッド部を回転するとき、ダンピング誤差とともに、この取り付け誤差も補正するようにする。このように、ダンピング誤差や取り付け誤差を補正することができるので、高精度の部品実装が可能になる。
【００３４】
なお、基準マークは、図５に示したように、離間した２つの点状のマークでなく、２点を結ぶ直線状のマーク、あるいはその他回転ズレθを補正できる他の形状のマークであっても同様な効果を得ることができる。
【００３５】
また、電子部品の撮像は、ヘッド部の振動が所定の許容範囲内に収まるまでのダンピング中に行われるが、ヘッド部が撮像位置に移動した直後に電子部品を撮像するようにすることもできる。これは、ヘッド部６の吸着ノズル９の軸心が、カメラ１３の撮像中心に移動すると、ＣＰＵ２６は、ヘッド部６に対して停止指令を出力するので、この停止命令が出力されるとほぼ同時に撮像を開始することにより行われる。これにより、ヘッド部６の初期ダンピング中に撮像、認識を開始することができ、さらに高速な部品搭載が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ヘッド部が撮像位置に移動し停止するまでのダンピング過程で部品が撮像されるので、ヘッド部が完全に停止するのを待たずに、あるいはヘッド部の振動が所定の許容範囲内に収まり停止したと判断されるのを待つことなく、部品の撮像を行うことができ、また、撮像後はヘッド部は基板上へ移動を開始するので、高速な部品搭載が可能になる。
【００３７】
また、本発明では、ヘッド部がダンピング中に部品が撮像され、ヘッド部が完全に停止したときの状態に比較して部品がずれて撮像されても、これを補正することができるので、信頼性のある部品搭載が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部品搭載装置の構成を示す平面図である。
【図２】部品搭載装置のカメラ近傍の構成を示す斜視図である。
【図３】部品搭載装置のヘッド部とその駆動装置の構成を示す構成図である。
【図４】本発明の部品搭載時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】電子部品の姿勢のズレを検出する方法を説明する説明図である。
【図６】従来の部品搭載装置の構成を示す斜視図である。
【図７】そのヘッド部の斜視図である。
【図８】従来の他の部品搭載装置の構成を示す斜視図である。
【図９】そのヘッド部とカメラの斜視図である。
【符号の説明】
２  電子部品
３  フィーダ
４  基板
５  基板搬送部
６  ヘッド部
７  Ｘ方向移動部
８  Ｙ方向移動部
９  吸着ノズル
１３  カメラ
１４  軌跡
１６  保持台
２５  ヘッド回転モータ
２６  ＣＰＵ
２７  メモリ
２９  Ｘ，Ｙ軸モータドライバ
３５、３５’  基準マーク
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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