(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸回りに回動自在とされたノズルと、
該ノズルを回動するためのθ軸モータと、
該θ軸モータの駆動力を前記ノズルに伝えるためのベルトとを有し、
電子部品供給部でノズルにより保持した電子部品を、基板に実装するための電子部品実装装置において、
前記ベルトに付されたベルトマークと、
該ベルトマークを検出するためのベルトマーク検出センサと、
該ベルトマーク検出センサの出力を基準としてノズルとθ軸モータの回転位置ずれを補正する手段と、
を備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
前記ベルトが歯付きベルトとされ、前記ノズル及びθ軸モータにそれぞれ装着されたプーリの歯数が同数とされていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品実装装置に係り、特に、電子部品（以下、単に部品とも称する）を保持するノズルの軸回りの回転位置精度を向上して、実装精度を向上させ、安定した実装を確立することが可能な電子部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品実装装置では、特許文献１に例示される如く、移動自在な装着ヘッドへ着脱が自在な吸着ノズルを装着し、部品供給部の部品供給位置へ移動し、装着ヘッドを部品まで下降させ、吸着孔内を真空にして、部品を吸着し、部品をピックアップして、搬送されてくる回路基板上に移動し、吸着部品を回路基板の所定位置に搭載している。
【０００３】
このような電子部品実装装置では、吸着ノズルによる部品の吸着に位置ずれや傾きずれがあると、部品が正確な基板位置に搭載されないので、装着ヘッドに取り付けたレーザアライン装置や装置側に固定配置された部品認識カメラによる部品画像に基づき、吸着部品の吸着姿勢（部品中心並びに部品の傾き）を演算し、部品中心と吸着中心のずれ並びに吸着傾きを補正して、部品を回路基板に搭載している。
【０００４】
ここで、図１に底面図を例示する如く、レーザアライン装置３３では、例えばレーザダイオードを含むレーザ発光部３３ａから発光したレーザＲを、部品Ｐの側面より照射し、レーザＲが部品Ｐに当たる場所に影ができ、部品が無い場所では、そのままレーザ受光部３３ｂに照射されることを利用し、レーザ受光素子を含むレーザ受光部３３ｂで部品Ｐのピックアップ位置を認識している。
【０００５】
このレーザアライン装置は、部品を供給部よりピックアップする装着ヘッドに搭載され、このレーザアライン装置により部品のピックアップ位置を認識し、位置ずれを補正し、規定の実装方向へ回転させて、部品の実装を行なっていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１８３４１２号公報（図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら従来の電子部品実装装置では、構造上の制約から、図２に例示する如く、装着ヘッドのθ軸回転機構１９は、θ軸モータ１９ａと吸着ノズル１７ａの実駆動軸１７ｂに、それぞれプーリ１９ｃ、１９ｄを装着させ、ベルト１９ｅを用いて動力を伝える際に、θ軸モータ１９ａに内蔵されたエンコーダ（モータエンコーダと称する）１９ｂの出力により回転位置を制御するセミクローズドループ制御を行なっていた。ここで、モータエンコーダ１９ｂとしては、通常は、絶対位置が検出可能であるが高価なＡＢＳエンコーダではなく、変位量のみが検出可能で安価なインクリメンタルエンコーダが用いられる。
【０００８】
このとき、プーリとベルトの減速比の違いにより、プーリが数回転しなければ、ベルトが１周し、同一の歯に同一の位置で噛み合うことが無い。従って、通常、プラスチック製のベルトの歯の場所による形状の違い等により、通常、金属製のプーリの歯との噛み合わせや、ベルトのバックラッシュ等を要因として、実駆動軸１７ｄの回転位置とモータエンコーダ１９ｂの出力とに差異が生じ、実装する精度に影響を与える可能性があり、実装精度向上には、この問題を解決することが不可欠であった。
【０００９】
このような問題点を解決するべく、実駆動軸にエンコーダを設けて、フルクローズドループ制御を行なうことも考えられるが、別体のエンコーダをノズル側に設ける必要があるだけでなく、コスト的にも高額となってしまうという問題点を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、フルクローズドループ制御用のエンコーダをノズル側に設けることなく、高精度なθ軸の回転位置制御を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、軸回りに回動自在とされたノズルと、該ノズルを回動するためのθ軸モータと、該θ軸モータの駆動力を前記ノズルに伝えるためのベルトとを有し、電子部品供給部でノズルにより保持した電子部品を、基板に実装するための電子部品実装装置において、前記ベルトに付されたベルトマークと、該ベルトマークを検出するためのベルトマーク検出センサと、該ベルトマーク検出センサの出力を基準としてノズルとθ軸モータの回転位置ずれを補正する手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
ここで、前記ベルトを歯付きベルトとし、前記ノズル及びθ軸モータにそれぞれ装着されたプーリの歯数を同数とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、θ軸のセミクローズドループ制御の動作を全て補正することが可能となり、θ軸の実動作精度が向上し、フルクローズドループ制御用のエンコーダをノズル側に設けることなく、フルクローズドループ制御と同等の制御が可能となる。従って、電子回路基板製作における、微小部品や精度が必要な部品（ＢＧＡやフリップチップ）の実装で、実動作精度が向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
図３は、電子部品実装装置の概略図であり、同図に示すように、電子部品実装装置１は
、中央部から少し後方で左右方向に延在する基板搬送路１５と、装置１の前部（図示の下側）に配設され、回路基板１０に実装される部品を供給する部品供給装置（フィーダ）１１と、装置１の前部に配設されたＸ軸移動機構１２とＹ軸移動機構１３を備えている。Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する複数の吸着ノズル１７ａを備えた装着ヘッド１７をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構１３は、Ｘ軸移動機構１２並びに装着ヘッド１７をＹ軸方向に移動させる。
【００１６】
装着ヘッド１７は、図４に詳細に図示されているように、吸着ノズル１７ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構１８、並びに吸着ノズルとノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構１９を、吸着ノズルの数（図示例では３個）だけ備えている。また、装着ヘッド１７には、レーザ光を部品供給装置に当て、その反射光を受光して部品高さあるいは部品位置（部品中心）を決定する高さセンサ３０が取り付けられ、また、部品供給装置の吸着位置にある部品を撮像する部品認識カメラ３２が取り付けられる。この部品認識カメラ３２と同様な部品認識カメラが符号は付してないが左側にも設けられる。
【００１７】
更に、装着ヘッド１７には、レーザアライン装置（レーザ認識装置）３３が吸着ノズルの数だけ取り付けられる。このレーザアライン装置３３は、図１に詳細に示したように、レーザを発光するレーザ発光部３３ａと、レーザ発光部３３ａからのレーザを受光するレーザ受光部３３ｂからなり、吸着ノズル１７ａが部品供給装置１１から吸着位置にある部品を吸着したあと、吸着ノズルがレーザアライン装置３３の開口部３３ｃに向けて下降し、θ軸回転機構１９によりレーザ発光部３３ａからのレーザ光束中で吸着部品をθ軸回転させてレーザ光の影をレーザ受光部３３ｂで受光する。後述する制御部の演算装置（ＣＰＵ）は、レーザ受光部３３ｂが受光した部品の影の最大値、最小値を求めることにより部品位置（部品中心並びに部品の傾き）を演算し、部品中心と吸着中心のずれ、並びに吸着傾きを求める。
【００１８】
また、部品実装装置１には、図３に示したように、部品認識カメラ１６が固定して設けられ、吸着部品を下方から撮像する。撮像された部品の画像は、後述の画像処理部で処理され、部品位置（部品中心並びに部品の傾き）が演算され、部品中心と吸着中心のずれ、並びに吸着傾きが求められる。この部品認識カメラ１６は、主にＩＣ部品など高い搭載精度が要求される部品を認識するために用いられ、チップ部品などの小型の部品は、上述したレーザアライン装置３３によりその位置が認識される。
【００１９】
また、部品実装装置１には、図３に示したように、部品認識カメラ１６、３２で撮像された部品の画像や入力データ、演算データを表示するＣＲＴモニタ２、操作画面を表示する液晶モニタ３、コマンド、データなどを入力するキーボード４が設けられる。
【００２０】
図５は、部品実装装置１の制御系の構成を示す。部品実装装置１は、全体の部品実装を制御するＣＰＵ２１ａ、各種制御プログラムやデータを格納したＲＯＭ２１ｃ、制御データ、処理データを格納し作業領域を提供するＲＡＭ２１ｂから構成される制御部（制御手段）２１を有している。また、部品実装装置１には、ホストコンピュータ（不図示）との間でデータ送受信が可能なデータ送受信部２６が設けられており、ホストコンピュータから送信されてくる生産プログラムは、このデータ送受信部２６を介して受信され、データ記憶部２５に格納される。制御部２１は、ホストコンピュータから送信される生産プログラムのデータ並びにデータ入力部２７（キーボート４など）を介して入力されるデータに従って、Ｘ／Ｙ駆動部２２によりＸ軸移動機構１２とＹ軸移動機構１３を制御し、装着ヘッド１７をＸ、Ｙ方向に移動させる。また、制御部２１は、他の駆動部２３によりＺ軸移動機構１８並びにθ軸回転機構１９を制御し、吸着ノズルをＺ軸方向（高さ方向）並びに吸着軸（θ）を中心に回転させる。
【００２１】
また、制御部２１は、装着ヘッド１７を部品供給装置上でＸ、Ｙ方向に移動させることにより高さセンサ３０からのレーザ光で吸着位置の部品をクロススキャンし、ＣＰＵ（演算手段）２１ａは、その信号を取り込んで部品の高さや部品中心位置を演算する。また、制御部２１のＣＰＵ２１ａは、レーザアライン装置３３のレーザ受光部３３ｂが受光した部品の影の最大値、最小値を求めることにより吸着位置で吸着した部品の位置（部品中心）を演算し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、並びに吸着傾きを求める。
【００２２】
一方、画像処理部２４は、部品認識カメラ３２が撮像した部品供給装置の吸着位置にある部品の画像を取り込んで該部品の位置（部品中心）を演算する。また、画像処理部２４は部品認識カメラ１６からの画像を処理して吸着ノズルにより吸着された部品位置を演算し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、並びに吸着傾きを求める。部品認識カメラ１６により求められる位置ずれ並びに吸着傾きは、装着ヘッド１７が回路基板に移動する間にＸ軸移動機構１２とＹ軸移動機構１３、並びにθ軸回転機構１９により補正され、部品が正しい姿勢で回路基板１０に搭載される。
【００２３】
図６に、装着ヘッド１７の本発明に係る部分の要部構成を示す。図６において、１９ａは、モータエンコーダ１９ｂが内蔵されたθ軸モータ、１９ｃは、該θ軸モータ１９ａの駆動軸に装着された駆動側プーリ、１９ｄは、吸着ノズル１７ａの実駆動軸１７ｂに装着された被動側プーリ、１９ｅは、前記駆動側プーリ１９ｃと被動側プーリ１９ｄ間に掛け渡された歯付きベルトである。
【００２４】
前記歯付きベルト１９ｅ上の一点に、ベルトマーク１９ｆが設けられている。このベルトマーク１９ｆは、例えば濃色の歯付きベルト１９ｅ上に描かれた白いマークとされ、例えば実駆動軸１７ｂの近傍に配設されたベルトマーク検出センサ１９ｇで検出可能とされている。このベルトマーク検出センサ１９ｇとしては、例えば、前記ベルトマーク１９ｆを検出可能な、光反射型のセンサを用いることができる。
【００２５】
ここで、歯付きベルト１９ｅの歯数は、駆動側プーリ１９ｃ及び被動側プーリ１９ｄの歯数の整数倍とする必要がある。又、駆動側プーリ１９ｃと被動側プーリ１９ｄのサイズは同一で、歯数も同一であることが望ましい。このようにして、θ軸モータ１９ａが何回転かすると、ベルトマーク１９ｆが１周するように予め決められている。
【００２６】
以上の構成において、補正は、図５の制御部２１内で、図７に示すような手順により行なわれる。
【００２７】
即ち、θ軸モータ１９ａが回転すると（ステップ１００）、ベルトマーク１９ｆが移動し、図８（ａ）に例示する如く、ベルトマーク検出センサ１９ｇの位置で検出される（ステップ１１０）。ここで、θ軸モータ１９ａの回転方向は、正・負どちらでも良いが、この補正手順において、同一方向である必要がある。
【００２８】
その位置より、更にθ軸モータ１９ａを同じ方向に回転させ（ステップ１２０）、図８（ｂ）に例示する如く、モータエンコーダ１９ｂの１回転に出力される、その基準位置（Ｚ相と称する）を検出する（ステップ１３０）。このステップ１３０により検出された、ベルトマーク検出直後のＺ相を基準として、治具やレーザアライン装置等を用いて、ベルト１９ｅ自体の１周分に関して、装着ヘッド１７の動作角度を認識する。具体的には、モータエンコーダ１９ｂに合わせて吸着ノズル１７ａの実駆動軸１７ｂを回転し、角度毎に補正値を取得して、メモリ（例えば、図５のＲＡＭ２１ｂ）に記憶し（ステップ１５０）、次の基準点までベルト１周分の補正値の取得を完了して（ステップ１６０）、補正手順を終了する。
【００２９】
このようにして、例えば１５°毎に認識した補正値ａ、ｂ、ｃ…と、θ軸モータ１９ａのモータエンコーダ１９ｂの値（角度）との関係を表した、図９に例示するような補正テーブル等を照合することによって、プーリ１９ｃ、１９ｄとベルト１９ｅとの噛み合わせ等の要因による実動作の誤差を補正する。なお、補正テーブル等に無い中間の値は、補間計算により求めることができる。図９は、図８のように、θ軸モータ４回転でベルトが１周し、１５°毎に補正値を得る例で示したが、ベルト１周に必要なθ軸モータの回転数や、補正値を得る角度は、図９の例に限定されない。
【００３０】
次に、実装開始する際には、まず、図５に示す制御部２１の指令により、図１１に示すような手順で、原点復帰を行なう。
【００３１】
即ち、θ軸モータ１９ａを所定方向に回転（例えば正回転）すると（ステップ２００）、ベルトマーク１９ｆが移動し、ベルトマーク検出センサ１９ｇの検出範囲で、図１１（ａ）に例示する如く、ベルトマーク１９ｆが検出される（ステップ２１０）。図１１に矢印Ａで示す如く、その位置より更にθ軸モータ１９ａを同じ方向に回転（例えば正回転）し（ステップ２２０）、図１１（ｂ）に例示する如く、モータエンコーダ１９ｂでＺ相を検出する（ステップ２３０）。
【００３２】
次いで、図１１に矢印Ｂで示す如く、θ軸モータ１９ａを少し逆回転させ、Ｚ相の手前まで戻す（ステップ２４０）。
【００３３】
そして、図１１に矢印Ｃで示す如く、θ軸モータ１９ａを再び低速で正回転させ（ステップ２５０）、Ｚ相を検出した時点（ステップ２６０）で原点復帰を終了する。
【００３４】
このようにして、Ｚ相を一旦抜けた後、再びゆっくり正回転させることによって、基準点のＺ相を迅速且つ正確に検出することができ、補正テーブル等により正確な補正を行うことができる。
【００３５】
なお、前記実施形態においては、ベルトマークをベルト上に白く描き、光反射式のベルトマーク検出センサで、これを検出するようにしていたので、構成が簡略であるが、ベルトマークやその検出センサの構成は、これに限定されない。
【００３６】
又、前記実施形態においては、ベルトとして歯付きベルトを用いているので、高精度の回転制御が可能であるが、歯が付いていないベルトを用いることも可能である。
【００３７】
更に、前記実施形態においては、θ軸モータの回転を検出する手段として、θ軸モータに内蔵されたインクリメタルエンコーダを用いていたので、構成が簡略で安価であるが、ＡＢＳエンコーダを用いたり、θ軸モータ側に設けた別体のエンコーダを用いても良い。
【００３８】
又、部品をピックアップするノズルも、吸着ノズルに限定されず、例えば部品を両側から把持する方式であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】レーザ認識装置の測定原理を示す図
【図２】θ軸駆動機構の要部構成を示す斜視図
【図３】本発明が適用される電子部品実装装置の全体構成を示す、一部を切り欠いて示す斜視図
【図４】同じく装着ヘッド部の構成を示す斜視図
【図５】同じく制御系を示すブロック図
【図６】前記実施形態の本発明に係る部分の詳細構成を示す正面図
【図７】同じく補正手順を示す流れ図
【図８】同じくベルトマークとモータエンコーダＺ相の関係の例を示すタイムチャート
【図９】同じく補正テーブルの例を示す図
【図１０】同じく原点復帰手順を示す流れ図
【図１１】同じく原点復帰時の動作を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００４０】
１…電子部品実装装置
Ｐ…電子部品
１０…回路基板
１１…部品供給装置（フィーダ）
１２…Ｘ軸移動機構
１３…Ｙ軸移動機構
１７…装着ヘッド
１７ａ…吸着ノズル
１７ｂ…実駆動軸
１９…Ｚ軸駆動機構
１９ａ…θ軸モータ
１９ｂ…モータエンコーダ
１９ｃ…駆動側プーリ
１９ｄ…被動側プーリ
１９ｅ…歯付きベルト
１９ｆ…ベルトマーク
１９ｇ…ベルトマーク検出センサ
２１…制御部
２１ａ…ＣＰＵ
２１ｂ…ＲＡＭ
３３…レーザアライン装置（レーザ認識装置）
【図１】
0004931772.tif 000002
【図２】
0004931772.tif 000003
【図３】
0004931772.tif 000004
【図４】
0004931772.tif 000005
【図５】
0004931772.tif 000006
【図６】
0004931772.tif 000007
【図７】
0004931772.tif 000008
【図８】
0004931772.tif 000009
【図９】
0004931772.tif 000010
【図１０】
0004931772.tif 000011
【図１１】
0004931772.tif 000012