(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を供給する部品供給部と、プリント基板が設置される部品装着部と、回転可能な部品吸着用のノズル部材を有して上記部品供給部と部品装着部とにわたり移動可能とされたヘッドユニットとを備え、このヘッドユニットにより上記部品供給部から部品を吸着して上記部品装着部のプリント基板上に部品を装着するようにした部品実装方法において、部品吸着に先立って、部品供給部での部品配置方向に対する部品装着部での部品配置方向の角度変更分である装着角度を特定回転方向のノズル回転角で求め、上記ノズル部材を所定の基準回転角位置から上記特定回転方向とは逆方向に上記装着角度だけ回転させた状態とした後に、このノズル部材で部品供給部から部品を吸着し、次に、このノズル部材を上記基準回転角位置に戻る状態まで回転させ、その後に、このノズル部材に吸着された部品を認識して部品吸着位置のずれを検出する部品認識を行ない、この部品認識後に、上記部品吸着位置のずれに応じた補正を加味しつつ、部品装着部においてプリント基板上の所定部品装着位置に部品を装着することを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
部品を供給する部品供給部と、プリント基板が設置される部品装着部と、回転可能な部品吸着用のノズル部材を有して上記部品供給部と部品装着部とにわたり移動可能とされたヘッドユニットと、上記部品供給部から部品を吸着して上記部品装着部のプリント基板上に部品を装着するように上記ヘッドユニット及びノズル部材の作動を制御する制御部とを備えた実装装置において、上記ノズル部材を回転させる駆動手段と、上記部品供給部での部品配置方向に対する部品装着部での部品配置方向の角度変更分である装着角度を特定回転方向のノズル回転角で求めた値を記憶する装着角度記憶手段と、部品吸着前に上記ノズル部材を所定の基準回転角位置から上記特定回転方向とは逆方向に上記装着角度だけ回転させた状態とする一方、部品吸着後であって部品装着前にノズル部材を上記基準回転角位置に戻る状態まで回転させるように上記駆動手段を制御するノズル回転制御手段と、ノズル部材に吸着された部品を認識して部品吸着位置のずれを検出する部品認識手段を備えるとともに、上記ノズル回転制御手段が上記ノズル部材を上記基準回転角位置に戻る状態まで回転させる制御を部品吸着後であって部品認識前に行なうようになっていることを特徴とする部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転可能な部品吸着用のノズル部材を有するヘッドユニットにより部品供給部から吸着した部品を部品装着部のプリント基板上に装着する部品実装方法及び同装置である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、部品吸着用のノズル部材を有するヘッドユニットにより、ＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着した後、所定の部品装着部に位置決めされて置かれているプリント基板上にヘッドユニットを移動させて、プリント基板の所定位置に部品を装着するようにした実装装置は一般に知られている。この実装装置は、通常、上記ヘッドユニットがＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能とされるとともに、ノズル部材がＺ軸方向に移動可能かつ回転可能とされて、各方向の移動および回転のための駆動手段が設けられ、これらの駆動手段およびノズル部材に対する負圧供給手段が制御部によって制御されることにより、電子部品の吸・装着が自動的に行なわれるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の実装装置では、プリント基板上の所定装着位置に正確に部品を装着する必要がある。このため、例えばノズル部材による部品吸着位置のずれについては、部品吸着後にカメラによる撮像等に基づいて部品認識により位置ずれが検出され、それに応じて装着位置の補正が行われている。また、実装装置の使用開始前の初期調整時やノズル部材を交換したとき等に、テスト的に実装を行なうこと等で初期的な誤差要因による装着位置の誤差を調べ、それに応じた校正データを設定しておくといったことも従来から行われている。
【０００４】
ところで、上記ノズル部材に曲がり、偏心等が生じている場合に、これに起因して装着位置に誤差が生じる可能性があり、このような誤差要因についても従来では上記のような校正データの設定によって対処しているにすぎないが、これでは、装着角度が変わった場合に精度良く装着を行なうことが困難になる。
【０００５】
すなわち、一般にこの種の実装装置において、部品供給部では部品が一定方向に並べられているが、プリント基板の部品のレイアウトによって装着時の部品の方向は様々であるので、ノズル部材により吸着された部品は必ずしもそのままプリント基板に装着されるとはかぎらず、９０°回転されて装着されたり１８０°回転されて装着されたりする等、装着角度が種々変化する。そして、従来ではこの装着角度の変化に伴ってノズル部材の回転角が変わることにより、ノズル部材の曲がり等に起因した装着位置のずれの方向も変動するため、一定の校正データによるだけでは誤差が生じることが避けられない。
【０００６】
このような問題に対し、装着角度に応じてソフトウェア的処理で校正データを調整することが考えられるが、上記校正データには種々の要因による誤差分が含まれるため、ソフトウェア的処理でノズルの曲がり等による特定の誤差分だけを調整することは極めて困難である。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑み、装着角度が変わった場合でもノズル部材の状態に関する条件を装着時に一定に保つことにより、ノズル部材の曲がり等による影響を除去し、部品装着位置を精度良く調整することができる実装方法及び同装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、部品を供給する部品供給部と、プリント基板が設置される部品装着部と、回転可能な部品吸着用のノズル部材を有して上記部品供給部と部品装着部とにわたり移動可能とされたヘッドユニットとを備え、このヘッドユニットにより上記部品供給部から部品を吸着して上記部品装着部のプリント基板上に部品を装着するようにした部品実装方法において、部品吸着に先立って、部品供給部での部品配置方向に対する部品装着部での部品配置方向の角度変更分である装着角度を特定回転方向のノズル回転角で求め、上記ノズル部材を所定の基準回転角位置から上記特定回転方向とは逆方向に上記装着角度だけ回転させた状態とした後に、このノズル部材で部品供給部から部品を吸着し、次に、このノズル部材を上記基準回転角位置に戻る状態まで回転させ、その後に、このノズル部材に吸着された部品を認識して部品吸着位置のずれを検出する部品認識を行ない、この部品認識後に、上記部品吸着位置のずれに応じた補正を加味しつつ、部品装着部においてプリント基板上の所定部品装着位置に部品を装着するようにしたものである。
【０００９】
この方法によると、ノズル部材が部品吸着前に特定回転方向とは逆方向に装着角度だけ回転した状態とされ、部品吸着後に基準回転角位置に戻されることにより、ノズル部材に吸着された部品は上記装着角度だけ上記特定方向に回転した状態で装着され、一方、ノズル部材は、装着角度にかかわらず装着時には常に基準回転角位置にある状態とされる。従って、ノズル部材の曲がり等があった場合でも装着角度によって装着位置がばらつくようなことがなく、必要に応じて予め初期調整時等に一定条件下で装着位置の校正データを設定しておきさえすれば、装着角度が変わっても部品の装着の精度が良好に保たれる。
【００１１】
また、上記部品認識により部品吸着位置のずれに応じた補正が行われ、とくに、装着角度にかかわらずノズル部材が装着時と同様に基準回転角位置にある状態で部品認識が行われることにより、装着位置の補正が精度良く行われる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、部品を供給する部品供給部と、プリント基板が設置される部品装着部と、回転可能な部品吸着用のノズル部材を有して上記部品供給部と部品装着部とにわたり移動可能とされたヘッドユニットと、上記部品供給部から部品を吸着して上記部品装着部のプリント基板上に部品を装着するように上記ヘッドユニット及びノズル部材の作動を制御する制御部とを備えた実装装置において、上記ノズル部材を回転させる駆動手段と、上記部品供給部での部品配置方向に対する部品装着部での部品配置方向の角度変更分である装着角度を特定回転方向のノズル回転角で求めた値を記憶する装着角度記憶手段と、部品吸着前に上記ノズル部材を所定の基準回転角位置から上記特定回転方向とは逆方向に上記装着角度だけ回転させた状態とする一方、部品吸着後であって部品装着前にノズル部材を上記基準回転角位置に戻る状態まで回転させるように上記駆動手段を制御するノズル回転制御手段と、ノズル部材に吸着された部品を認識して部品吸着位置のずれを検出する部品認識手段を備えるとともに、上記ノズル回転制御手段が上記ノズル部材を上記基準回転角位置に戻る状態まで回転させる制御を部品吸着後であって部品認識前に行なうようになっているものである。
【００１４】
このような実装装置によると、上記の実装方法が有効に実行される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は本発明の一実施形態による部品装着装置の全体構造を示している。これらの図に示すように、基台１上には、プリント基板搬送用のコンベア２が配置され、プリント基板３がこのコンベア２上を搬送されて所定の装着作業位置（部品装着部）で停止されるようになっている。
【００１６】
上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は部品供給用のフィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダー４ａを備えている。このテープフィーダー４ａは、ＩＣ、トランジスタ等の電子部品を等間隔に収納、保持したテープを有し、このテープがリールから導出され、フィーダー前端部でこのテープからの部品の取出しが可能とされ、かつ、部品がピックアップされるにつれてラチェット式の送り機構によりテープが間欠的に繰り出されるようになっている。
【００１７】
また、上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、部品供給部４とプリント基板３が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、当実施例では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。
【００１８】
すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール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軸方向のガイド部材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。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動により上記支持部材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。
【００１９】
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からなる位置検出手段１０，１６が設けられており、これによって上記ヘッドユニット５の移動位置検出がなされるようになっている。
【００２０】
図３にも示すように、上記ヘッドユニット５には、部品２０を吸着するノズル部材２１が昇降および回転可能に設けられるとともに、ノズル部材昇降用の駆動手段であるＺ軸サーボモータ２３と、ノズル部材回転用の駆動手段であるＲ軸サーボモータ２５とが装備されている。上記各サーボモータ２３，２５は正逆回転可能となっている。サーボモータ２３，２５には、それぞれロータリエンコーダからなる位置検出手段２４，２６が設けられており、これらによりノズル部材２１の上下位置及び回転角が検出されるようになっている。
【００２１】
さらにヘッドユニット５には、基板認識用のカメラ２７が設けられるとともに、上記ノズル部材２１に部品吸着のための負圧を供給する配管（図示せず）等が具備されている。
【００２２】
一方、基台１上に、部品認識用のカメラ２８が設けられている。このカメラ２８は、ヘッドユニット５の可動範囲内の適宜個所、例えば部品供給部４の側方に配置されている。
【００２３】
図４は実装装置に設けられた制御系統の具体例を示している。この図において、Ｙ軸、Ｘ軸、ヘッドユニット５におけるＺ軸及びＲ軸の各サーボモータ９，１５，２３，２５と、それぞれに設けられた位置検出手段１０，１６，２４，２６は、制御部である主制御器３０の軸制御器（ドライバ）３１に電気的に接続されている。また、ヘッドユニット５に設けられた基板認識用のカメラ２７、及び基台１上に設けられた部品認識用のカメラ２８は、主制御器３０に設けられた画像処理部３２に接続されている。
【００２４】
この画像処理部３２は、吸着後の部品の認識が上記カメラ２８による撮像に基づいて行われるときに、カメラ２８により撮像された部品の画像を読み込み、所定の画像処理を行なうことにより、チップ部品の中心位置及び角度等を検出するようになっている。なお、この画像処理部３２は、基板３の位置を検出するための基板認識時には、基板認識用のカメラ２７から送られる画像を読み込み、所定の画像処理を行なうことにより基板３に付されたフィデューシャルマークの検出を行なうようになっている。
【００２５】
さらに主制御器３０には、装着角度記憶部３３が設けられている。この装着角度記憶部３３は、部品供給部４での部品配置方向に対する部品装着部での部品配置方向の角度変更分である装着角度を、実装すべきプリント基板における部品搭載位置等に対応させたデータとして記憶している。すなわち、実装すべきプリント基板によって部品搭載のレイアウトが定まり、そのレイアウトに従って部品搭載位置に応じた部品の種類及び装着角度が特定されるので、予めその情報が入力されることにより、実装すべきプリント基板と部品搭載位置等に応じた装着角度がテーブルとして記憶される。
【００２６】
上記軸制御器３１、画像処理部３２及び装着角度記憶部３３は主制御器３０内の主演算部３４に接続される。この主演算部３４は、ヘッドユニット５により部品供給部４から部品を吸着してから、カメラ２８による撮像に基づいた部品認識の後、プリント基板３に部品を装着するという一連の実装動作を行なわせるように、上記軸制御器３１を介して各サーボモータ９，１５，２３，２５を制御するとともに、部品認識時には、画像処理部３２での処理に基づいて部品装着位置補正量を求める。
【００２７】
さらに主演算部３４は、部品吸着前にノズル部材２１を所定の基準回転角位置から特定回転方向（上記装着角度を特定のノズル回転方向で定めた場合のその回転方向）とは逆方向に上記装着角度分だけ回転させる一方、部品吸着後であって部品装着前にノズル部材２１を上記基準回転角位置に戻る状態まで回転させるようにＲ軸サーボモータ２５を制御するようになっており、こうしてノズル回転制御手段を構成している。
【００２８】
この実装装置による実装方法を、図５のフローチャートによって説明する。
【００２９】
部品実装のための処理がスタートすると、先ずプリント基板の部品搭載位置等に応じ、装着角度αが装着角度記憶部３３から読み出される（ステップＳ１）。次に、ヘッドユニット５が部品供給部４へ移動させられるとともに、吸着ノズル２１が−αだけ回転させられる（ステップＳ２，Ｓ３）。それから、ノズル部材２１が下降させられ、部品供給部４から部品２０が吸着される（ステップＳ４，Ｓ５）。
【００３０】
部品吸着後は、ノズル部材５が上昇させられるとともに、ノズル部材が正方向に装着角度αだけ回転させられることにより、基準回転角位置に戻される（ステップＳ６，Ｓ７）。それから、部品認識用のカメラ２８に対応する位置にヘッドユニット５が移動させられる（ステップＳ８）。そして、上記カメラ２８で吸着部品２０が撮像されてそれに基づき部品認識が行なわれることにより、吸着部品２０の位置ずれが求められ、その位置ずれに応じた位置補正量が算出される（ステップＳ９）。
【００３１】
上記補正量と予め調べられてメモリに記憶されている校正データにより部品装着位置が補正され、その補正された装着位置へ部品が装着される（ステップＳ１０，Ｓ１１）。
【００３２】
以上のような方法による装着角度に応じたノズル部材の回転動作を、図６によって具体的に説明する。なお、この図において、円はノズル部材２１を表わしており、その中の扇型のマークはノズル部材２１の絶対角度を、また部品２０のコーナー部の三角のマークは部品角度をそれぞれ表わすものであり、これらのマークは図面で便宜的に付している。ノズル部材２１の絶対角度は、扇型のマークが図面上の右上にある状態を基準回転角（０°）として、半時計回り方向をプラス、時計回り方向をマイナスとしている。
【００３３】
この図のように、装着角度が０°の場合は、吸着、認識、装着の各段階にわたってノズル部材２１の絶対角度が０°に保たれ、部品２０は供給時の角度のままで装着されるが、装着角度が９０°の場合は、ノズル部材２１が吸着前に回転されることで吸着時に−９０°とされ、この状態で部品２０が吸着された後に、ノズル部材が０°に戻されてから、認識及び装着が行われる。装着角度が１８０°の場合や−９０°の場合も、ノズル部材２１が吸着前に回転されることで吸着時に−１８０°，９０°とされ、部品吸着後にノズル部材２１が０°に戻されてから認識及び装着が行われる。
【００３４】
このように、装着角度が９０°，１８０°，−９０°と種々変わっても、ノズル部材２１が吸着前に上記装着角度分だけ逆方向に回転されて吸着後に基に戻されることにより、部品は供給、吸着時に対して上記の角度だけ回転した状態で装着されながら、ノズル部材２１は認識時及び装着時に常に基準回転角（０°）の状態となる。これにより、ノズル部材２１の曲がりや偏心等がある場合において上記装着角度が変わっても、安定した装着精度が確保される。
【００３５】
すなわち、従来では吸着時及び認識時にノズル部材の絶対角度が０°とされ、装着に際して装着角度だけ回転させられるようになっているので、例えばノズル部材の曲がりによって装着角度が０°の場合の装着時にノズル部材先端がＸ軸正方向にずれる傾向があるとすると、装着角度が９０°，１８０°，−９０°の各場合に装着時のノズル部材先端のずれがＹ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸負方向というように変動し、このため、予め初期調整時等に一定条件（例えばノズル部材の絶対角度が０°）の下で装着位置ずれ分の校正データを求めておいても、装着角度が変わると装着位置がばらつき、誤差を生じる。
【００３６】
これに対し、当実施形態によると、装着角度にかかわらず装着時のノズル部材２１の絶対角度が一定であるため、ノズル部材２１の曲がり等の物理的条件が一定となり、装着角度によって装着位置にばらつきが生じるようなことがない。従って、予め一定条件下で校正データを求めておけば、これと部品認識に基づく補正量とで装着位置が適正に調整され、精度良く部品２０の装着が行われる。
【００３７】
また、吸着前に装着角度分だけ逆方向に回転されることにより、吸着時のノズル部材２１の絶対角度が変化し、ノズル部材２１の曲がり等がある場合に部品吸着位置に影響するが、吸着位置のずれは部品認識により補正され、特に部品認識時にノズル部材２１が装着時と同一の一定の絶対角度とされるため、装着位置の補正が適正に行われ、装着の精度が高められる。
【００３８】
なお、本発明の方法において、吸着前にノズル部材２１を基準回転角位置から特定回転方向とは逆方向に装着角度だけ回転させた状態とするというのは、結果的にそのような状態となるようにすればよいことを意味するもので、例えば図６中に示した装着角度が９０°の場合に、ノズル部材を負方向（時計方向）に９０°回転される変わりに、正方向（反時計方向）に２７０°回転させることで同じ状態としてもよい。また、部品吸着後にノズル部材２１を基準回転角位置に戻る状態まで回転させるというのも、結果的に基準回転角位置と同じ状態となるようにノズル部材２１を回転させればよいことを意味する。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、部品供給部での部品配置方向に対してプリント基板の部品レイアウト等に応じた装着角度だけ部品を特定回転方向に回転させた状態で装着する場合に、部品吸着前にノズル部材を基準回転角位置から上記特定回転方向とは逆方向に装着角度だけ回転させて、この状態で部品を吸着し、次にノズル部材を上記基準回転角位置に戻した後に部品を装着するようにしているため、部品を要求に応じた装着角度で装着するようにしつつ、ノズル部材の曲がり等があった場合でも、装着角度によって装着位置にばらつきが生じることがなく、安定した精度で部品の装着を行なうことができる。
【００４０】
そして、必要に応じて初期調整時等に校正データを求めておくとともに、部品吸着後にノズル部材を基準回転角位置に戻した状態で部品認識を行なって吸着位置のずれに応じた装着位置の補正を行なうようにすれば、装着角度にかかわらず、部品の装着を精度良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による実装装置全体の概略平面図である。
【図２】上記実装装置の概略正面図である。
【図３】実装装置に設けられたヘッドユニットの概略正面図である。
【図４】制御系統を示すブロック図である。
【図５】実装方法を示すフローチャートである。
【図６】上記実装方法による装着角度に応じたノズル部材の回転動作を示す説明図である。
【符号の説明】
３  プリント基板
４  部品供給部
５  ヘッドユニット
２０  部品
２１  ノズル部材
２５  Ｒ軸サーボモータ
２８  部品認識用のカメラ
３０  主制御器
３２  画像処理部
３３  装着角度記憶部
３４  主演算部
【図１】
0003774011.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003774011.tif 000006
【図６】
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