(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品吸着用のノズルが着脱自在に取り付けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに吸着された部品を撮像手段で撮像することによりノズルに対する部品の吸着ずれを認識し、この吸着ずれを加味した部品の実装を行うように構成された実装機において、認識用表示部を有するダミーノズルを上記ヘッドユニットに取り付た状態で、このヘッドユニットを上記撮像手段の撮像基準位置に移動させた後、この撮像手段によって上記認識用表示部を撮像し、この撮像データと、予め設定された部品認識基準位置データとに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出し、
実装機の作動中に、この実装機内に実装を行なうべき基板が存在しているか否かを検出する基板センサの検出信号に応じ、上記実装機が待機状態にあるか否かを判別する待機状態判別手段によって上記実装機が待機状態にあることが確認された場合に、上記部品認識基準の位置ずれの検出が行われることを特徴とする実装機における部品認識基準の位置ずれ検出方法。
【請求項２】
ダミーノズルが取り付けられたヘッドユニットを撮像手段の撮像基準位置に移動させた状態で、この撮像手段によってダミーノズルの認識用表示部を撮像した後、上記ダミーノズルを所定角度回転させて再度認識用表示部を撮像し、これらの撮像データに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出することを特徴とする請求項１記載の実装機における部品認識基準の位置ずれ検出方法。
【請求項３】
部品吸着用のノズルが着脱自在に取り付けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに吸着された部品を撮像手段で撮像することによりノズルに対する部品の吸着ずれを認識し、この吸着ずれを加味した部品の実装を行うように構成された実装機において、認識用表示部を有するダミーノズルと、このダミーノズルが取り付けられたヘッドユニットを上記撮像手段の撮像基準位置に移動させるように制御するヘッドユニット制御手段と、上記撮像基準位置に移動させられたダミーノズルの認識用表示部を撮像することにより得られた撮像データと予め設定された部品認識基準位置データとに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、実装機の作動中に、この実装機内に実装を行なうべき基板が存在しているか否かを検出する基板センサと、該基板センサの検出信号に応じ、上記実装機が待機状態にあるか否かを判別する待機状態判別手段とを備え、上記待機状態判別手段によって上記実装機が待機状態にあることが確認された場合に、上記部品認識基準の位置ずれの検出が行なわれることを特徴とする実装機における部品認識基準の位置ずれ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ部品吸着用のノズルを備えたヘッドユニットによりＩＣ等のチップ部品をプリント基板等からなる基板に実装する実装機において、部品認識用カメラによる部品認識基準位置と、ヘッドユニットの移動基準位置との間に生じた位置ずれを検出する部品認識基準の位置ずれ検出方法及び同検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基台の上方に移動可能に装備したヘッドユニットに、チップ部品吸着用のノズルを昇降可能に設け、上記ノズル部材により部品供給部からチップ部品を吸着した後、ヘッドユニットを基板上へ移動させて、チップ部品を基板上に装着するようにした実装機は一般に知られている。最近では、この実装機において、実装機本体に部品認識用カメラを設置し、この部品認識用カメラにより、上記ノズル部材に吸着された部品を撮像することにより、ノズル部材に対する部品の吸着ずれを認識し、この吸着ずれを加味した部品の実装を行うような装置が提案されている。
【０００３】
このような実装機においては、ヘッドユニットの移動基準や、部品認識用カメラと、ノズルとの位置関係等の部品認識基準に関係する各種のパラメータを精密に設定し、これらの初期調整（キャリプレーション）を適正に行うことが実装精度を高める上でも不可欠である。このため、従来から、実装機の操業前等に、試験的に基板に対して部品を実装して、その搭載状態を検査し、この検査結果に基づいて上記のような各種パラメータを調整することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の方法では、試験的に実際の基板に部品を搭載したときに、基板に対する適正な部品の搭載位置や、それに対する部品の位置ずれなどを目視で調べることが容易ではなく、搭載状態の検査に熟練を要する問題がある。また、上記の方法で初期調整を行った場合においても、その後の環境温度の変化または経時変化等により、部品認識用カメラからなる撮像手段による部品認識基準位置と、ヘッドユニットの移動基準位置との間に位置ずれが生じた場合に、これを容易に検出することができないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑み、撮像手段による部品認識基準位置と、ヘッドユニットの移動基準位置との間に位置ずれが生じた場合に、これを容易に検出することができる実装機における部品認識基準の位置ずれ検出方法及び同検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る部品認識基準の位置ずれ検出方法は、部品吸着用のノズルが着脱自在に取り付けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに吸着された部品を撮像手段で撮像することによりノズルに対する部品の吸着ずれを認識し、この吸着ずれを加味した部品の実装を行うように構成された実装機において、認識用表示部を有するダミーノズルを上記ヘッドユニットに取り付た状態で、このヘッドユニットを上記撮像手段の撮像基準位置に移動させた後、この撮像手段によって上記認識用表示部を撮像し、この撮像データと、予め設定された部品認識基準位置のデータとに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出するようにし、実装機の作動中に、この実装機内に実装を行なうべき基板が存在しているか否かを検出する基板センサの検出信号に応じ、上記実装機が待機状態にあるか否かを判別する待機状態判別手段によって上記実装機が待機状態にあることが確認された場合に、上記部品認識基準の位置ずれの検出が行われることを特徴としたものである（請求項１）。
【０００７】
上記の構成によると、認識用表示部を有するダミーノズルが取り付けられたヘッドユニットが上記撮像手段による撮像基準位置に移動させられた後、この撮像手段によって上記認識用表示部が撮像されることにより得られた撮像データと、予め設定された部品認識基準位置データとが比較されることにより、部品認識基準の位置ずれが容易かつ適正に検出される。また、実装機の待機時間が有効に利用されて上記部品認識基準の位置ずれが容易かつ適正に検出されることになる。
【００１０】
また、ダミーノズルが取り付けられたヘッドユニットを撮像手段の撮像基準位置に移動させた状態で、この撮像手段によってダミーノズルの認識用表示部を撮像した後、上記ダミーノズルを所定角度回転させて再度認識用表示部を撮像し、これらの撮像データに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出するようにしてもよい（請求項２）。
【００１１】
上記の構成によれば、ダミーノズルが傾斜状態で取り付けられること等に起因した検出誤差の発生が防止されることになる。
【００１２】
また、本発明に係る部品認識基準の位置ずれ検出装置は、部品吸着用のノズルが着脱自在に取り付けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに吸着された部品を撮像手段で撮像することによりノズルに対する部品の吸着ずれを認識し、この吸着ずれを加味した部品の実装を行うように構成された実装機において、認識用表示部を有するダミーノズルと、このダミーノズルが取り付けられたヘッドユニットを上記撮像手段の撮像基準位置に移動させるように制御するヘッドユニット制御手段と、上記撮像基準位置に移動させられたダミーノズルの認識用表示部を撮像することにより得られた撮像データと予め設定された部品認識基準位置データとに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、実装機の作動中に、この実装機内に実装を行なうべき基板が存在しているか否かを検出する基板センサと、該基板センサの検出信号に応じ、上記実装機が待機状態にあるか否かを判別する待機状態判別手段とを備え、上記待機状態判別手段によって上記実装機が待機状態にあることが確認された場合に、上記部品認識基準の位置ずれの検出が行なわれるものである（請求項３）。
【００１３】
上記の構成によれば、認識用表示部を有するダミーノズルが取り付けられたヘッドユニットがヘッドユニット制御手段により上記撮像手段の撮像基準位置に移動させられた後、この撮像手段によって上記認識用表示部が撮像されることにより得られた撮像データと、予め設定された部品認識基準位置データとが位置ずれ検出手段において比較されることにより、部品認識基準の位置ずれが容易かつ適正に検出されることになる。また、実装機の待機時間が有効に利用されて上記部品認識基準の位置ずれが容易かつ適正に検出されることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明が適用される実装機の全体構造を示している。これらの図において、基台１上には、基板搬送用のコンベア２が配置され、基板３が上記コンベア２上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。上記コンベア２の両側には部品供給部４が配置されている。また、基台１の上方には、ヘッドユニット５が装備されている。さらに基台１上の所定個所には、ノズル交換ステーション３０が設置されている。
【００１５】
上記部品供給部４は多数列のテープフィーダー４ａを備え、各テープフィーダー４ａはそれぞれ、リールから導出されるテープにＩＣ等の小片状のチップ部品を所定間隔置きに収納、保持し、上記ヘッドユニット５によるピックアップにつれてチップ部品を順次供給するようになっている。
【００１６】
また、上記ヘッドユニット５はＸ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。
【００１７】
そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転して、ヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。また、上記Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５には、それぞれロータリエンコーダが設けられ、これによって上記ヘッドユニット５の移動位置が検出されるようになっている。
【００１８】
上記ヘッドユニット５にはチップ部品吸着用のノズル部材２０が設けられ、図示の実施例では３つのノズル部材２０が設けられている。各ノズル部材２０は、それぞれ、ヘッドユニット５のフレームに対して昇降（Ｚ軸方向の移動）およびノズル中心軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とされ、Ｚ軸サーボモータ１７およびＲ軸サーボモータ１８により作動されるようになっている。また、上記サーボモータ１７，１８には、それぞれロータリエンコーダが設けられ、これによって各ノズル部材２０の作動位置が検出されるようになっている。
【００１９】
さらに、上記基台１には、ヘッドユニット５により吸着された部品の吸着状態を認識するための部品認識用カメラ３１からなる撮像手段が設けられ、ヘッドユニット５が部品を吸着した状態で、上記部品認識用カメラ３１の上方の撮像基準位置に移動させられた後、この部品認識用カメラ３１によって吸着部品が撮像されることにより、この吸着部品の撮像データが得られるようになっている。
【００２０】
上記ノズル部材２０の先端部には、図３に示すように、ノズル２５の上端フランジ部２６を着脱自在に保持する板ばね２８を有するノズルシャフト２４が設けられ、これによってノズル交換テーション３０に収容された多数のノズル２５が選択的に上記ノズルシャフト２４に取り付けられるようになっている。
【００２１】
上記ノズル交換ステーション３０には、部品吸着用のノズル２５の他に、図４及び図５に示すように構成されたダミーノズル３２が収容されている。このダミーノズル３２は、上記実装機における部品認識基準の位置ずれを検出するのに使用されるものであり、上記部品吸着用のノズル２５と同様に同一の外形を有し、上端部には上記板ばね２８により保持されるフランジ部２６が形成されている。そして上記ダミーノズル３２の先端面２７には、図５に示すように、金属光沢を有する正方形の反射板が縦横に所定間隔で配列される等により構成された模様３３からなる認識用表示部が設けられている。
【００２２】
上記ダミーノズル３２を使用した部品認識基準の位置ずれ検出装置の具体例を図６に示すブロック図に基づいて説明する。この位置ずれ検出装置は、実装機の作動中に、この実装機により実装を行うべき基板３が上記コンベア２上に存在しているか否かを検出する基板センサ３４の検出信号に応じ、上記実装機が待機状態にあるか否かを判別する待機状態判別手段３５と、この待機状態判別手段３５において実装機が待機状態にあることが確認された場合に、上記ヘッドユニット５にダミーノズル３２を取り付けた状態で上記部品認識用カメラ３１の撮像基準位置にヘッドユニット５を移動させるように制御するヘッドユニット制御手段３６と、部品認識基準位置のデータを記憶するデータ記憶手段３７と、部品認識基準の位置ずれを検出する位置ずれ検出手段３８とを有している。
【００２３】
上記データ記憶手段３７は、実装機の操業前等に、ダミーノズル３２が取り付けられたヘッドユニット５を上記部品認識用カメラ３１の撮像基準位置に移動させた状態で、上記部品認識用カメラ３１により上記ダミーノズル３２の模様３３からなる認識用表示部を撮像し、この撮像データに応じて上記認識用表示部の中心を部品認識用カメラ３１の撮像中心に一致させるようにヘッドユニット５を移動させた場合におけるヘッドユニット５の座標データを上記部品認識基準位置として記憶するものである。
【００２４】
また、上記位置ずれ検出手段３８は、待機状態判別手段３５において実装機が待機状態にあることが確認された場合に、ダミーノズル３２が取り付けられたヘッドユニット５を上記撮像基準位置に移動させた状態で、上記部品認識用カメラ３１により撮像された上記ダミーノズル３２の模様３３からなる認識用表示部の撮像データと、上記データ記憶手段３７から出力された部品認識基準位置のデータとを比較することにより、部品認識用カメラ３１による部品認識基準位置と、ヘッドユニット５を上記撮像基準位置に移動させた場合おける移動基準位置との間に、環境温度の変化等に起因して生じた位置ずれを検出するように構成されている。つまり上記ヘッドユニット５を上記撮像基準位置に移動させた場合における基準ヘッドの中心座標と、上記撮像手段の撮像中心座標との間にずれがある場合には、上記環境温度の変化等に起因して生じた位置ずれが生じたと判断され、上記中心座標のずれ量が部品認識基準の位置ずれとして検出されるようになっている。
【００２５】
そして、上記位置ずれ検出手段３８において、部品認識用カメラ３１による部品認識基準位置と、ヘッドユニット５の移動基準位置との間に位置ずれがあることが確認された場合には、この位置ずれの検出データに基づき、必要に応じて実装機各部の組付け等を調整したり、実装精度に関係するパラメータの校正データを求め、上記位置ずれを修正するヘッドユニット制御手段３６に制御信号を出力して、その後の実装時の制御に反映させたりするようになっている。
【００２６】
上記位置ずれ検出装置により部品認識基準の位置ずれを検出する際の制御動作を、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、待機状態判別手段３５において、上記実装機が待機状態にあるか否かを判定し（ステップＳ１）、ＮＯと判定された場合には、上記実装機による部品の実装制御を実行した後（ステップＳ２）、ステップＳ１にリターンする。
【００２７】
そして、上記ステップＳ１でＹＥＳと判定され、実装機が待機状態にあることが確認された場合には、ヘッドユニット５の基準ヘッド、例えばヘッドユニット５の中心部に位置するノズル部材２０のノズルシャフト２４に、部品吸着用のノズル２５が取り付けられているか否かを判定し（ステップＳ３）、ＹＥＳと判定された場合には、上記ノズル２５を取外してノズル交換ステーション３０の所定位置に格納する（ステップＳ４）。
【００２８】
次いで、上記ノズル交換ステーション３０に格納されたダミーノズル３２を上記ヘッドユニット５の基準ヘッドに取り付けた後（ステップＳ５）、このヘッドユニット５を上記部品認識用カメラ３１の撮像基準位置に移動させた状態で（ステップＳ６）、上記部品認識用カメラ３１によりダミーノズル３２の模様３３を撮像してその撮像データを入力する（ステップＳ７）。そして、この撮像データと、上記データ記憶手段３７に記憶された部品認識基準位置のデータとに基づき、上記位置ずれ検出手段３８において部品認識基準の位置ずれを検出した後（ステップＳ８）、制御動作を終了する。
【００２９】
このように部品吸着用のノズル２５が着脱自在に取り付けられるヘッドユニット５と、このヘッドユニット５に吸着された部品を上記部品認識用カメラ３１からなる撮像手段で撮像することによりノズル２５に対する部品の吸着ずれを認識し、この吸着ずれを加味した部品の実装を行うように構成された実装機において、模様３３からなる認識用表示部を有するダミーノズル３２を上記ヘッドユニット５に取り付た状態で、このヘッドユニット５を上記撮像手段の撮像基準位置に移動させた後、この撮像手段によって上記ダミーノズル３２の認識用表示部を撮像し、この撮像データと、予め設定された部品認識基準位置データとに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出するように構成したため、熟練度を要することなく、上記認識基準位置の初期設定を容易かつ適正に行うことができるとともに、その後の環境温度の変化等に起因した上記部品認識基準の位置ずれを容易かつ適正に検出することができる。
【００３０】
すなわち、実装機の操業前等に、試験的に実際の基板３に部品を搭載したときに、基板３に対する適正な部品の搭載位置や、それに対する部品の位置ずれなどを目視で調べる等の煩雑な作業を要することなく、上記ダミーノズル３２が取り付けられたヘッドユニット５を上記部品認識用カメラ３１の設置位置に移動させた状態で、上記部品認識用カメラ３１により上記ダミーノズル３２の模様３３からなる認識用表示部を撮像し、この撮像データに応じて上記認識用表示部の中心を部品認識用カメラ３１の撮像中心に一致させるようにヘッドユニット５を移動させた場合におけるヘッドユニット５の座標データを上記部品認識基準位置のデータとしてデータ記憶手段３７に記憶させることにより、自動的に上記認識基準位置の初期設定を行うことができる。
【００３１】
そして、上記初期設定を行った後、所定のタイミングで上記ダミーノズル３２が取り付けられたヘッドユニット５を上記部品認識用カメラ３１の撮像基準位置に移動させた状態で、上記部品認識用カメラ３１によりダミーノズル３２の模様３３からなる認識用表示部を撮像し、この撮像データと、予め設定された部品認識基準位置データとを比較することにより、上記部品認識基準の位置ずれを自動的に検出することができる。したがって、その後の部品の実装作業時に、上記位置ずれを修正するように上記ヘッドユニット制御手段３６に制御信号を出力することにより、環境変化または経時変化に起因した検出誤差を生じることなく、上記部品認識用カメラ３１の撮像データに基づき、部品吸着用のノズル２５に吸着された部品の吸着状態を適正に認識することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、実装機の作動中に、この実装機が待機状態にあることが確認された場合に、上記部品認識基準の位置ずれの検出を行うように構成したため、作業機を停止させることなく、上記待機時間を有効に利用して部品認識基準の位置ずれを検出することができるという利点がある。
【００３３】
なお、上記ヘッドユニット５の基準ヘッドに部品吸着用のノズル２５が取り付けられていない場合には、上記実装機による部品の実装作業を行う際に、上記基準ヘッドにダミーノズル３２を取り付けることにより、部品の実装作業と同時に、部品認識基準の位置ずれの検出を行うことが可能である。
【００３４】
また、上記部品認識基準の位置ずれの検出を行う場合に、ダミーノズル３２が取り付けられたヘッドユニット５を上記撮像手段の撮像基準位置に移動させた状態で、この撮像手段によって上記ダミーノズル３２の認識用表示部を撮像した後、上記ダミーノズル３１を所定角度回転させて再度認識用表示部を撮像し、これらの撮像データに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出するように構成してもよい。このように構成した場合には、例えば上記ダミーノズル３２がヘッドユニット５に傾斜状態で取り付けられている場合等においても、検出誤差を生じることなく、上記部品認識基準の位置ずれを適正に検出できるという利点がある。
【００３５】
すなわち、上記ダミーノズル３２がヘッドユニット５に傾斜状態で取り付けられている場合には、このダミーノズル３２の傾斜に起因した位置ずれが上記撮像手段の撮像データに取り込まれることになるため、一回の撮像データに基づいて上記部品認識基準の位置ずれを検出するように構成した場合には、上記ヘッドユニット５が適正な撮像基準位置に移動しているにも拘らず、上記位置ずれ検出手段３８において部品認識基準の位置ずれが生じていると誤検出されることが避けられない。
【００３６】
これに対して上記のように撮像手段によってダミーノズル３２の認識用表示部を撮像した後、このダミーノズル３１を例えば１８０度°回転させて再度認識用表示部を撮像し、これらの撮像データに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出するように構成した場合には、これらの検出データに基づいて上記ダミーノズル３２の傾斜に起因した位置ずれがあることを正確に検出することができるため、上記誤検出の発生を防止することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、部品吸着用のノズルが着脱自在に取り付けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに吸着された部品を撮像手段で撮像することによりノズルに対する部品の吸着ずれを認識し、この吸着ずれを加味した部品の実装を行うように構成された実装機において、認識用表示部を有するダミーノズルを上記ヘッドユニットに取り付た状態で、このヘッドユニットを上記撮像手段の撮像基準位置に移動させた後、この撮像手段によって上記認識用表示部を撮像し、この撮像データと、予め設定された部品認識基準位置データとに基づいて部品認識基準の位置ずれを検出するように構成したため、熟練度を要することなく、上記認識基準位置の初期設定を容易かつ適正に行うことができるとともに、その後の環境温度の変化等に起因した上記部品認識基準の位置ずれを容易かつ適正に検出できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される実装機を示す平面図である。
【図２】同実装機を示す正面図である。
【図３】部品吸着用のノズルの取付状態を示す断面図である。
【図４】ダミーノズルの構成を示す正面図である。
【図５】ダミーノズルの構成を示す底面図である。
【図６】本発明に係る位置ずれ検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る位置ずれ検出方法の実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
５  ヘッドユニット
３１  部品認識用カメラ（撮像手段）
３２  ダミーノズル
３３  模様（認識用表示部）
３６  ヘッドユニット制御手段
３８  位置ずれ検出手段
【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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【図７】
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