(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルを下降させて部品を吸着し、吸着された部品を吸着ヘッドに搭載された撮像装置により画像認識して部品を実装する部品実装方法において、
吸着ノズルを吸着ノズルの部品吸着部から所定距離オフセットした軸を中心に回転可能にし、
吸着ノズルが部品吸着後、吸着ノズルを前記軸を中心に所定角度回転させ、部品吸着部を撮像装置の光軸上に移動させることを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
吸着ノズルを前記軸を中心に回転させることにより吸着ノズルに吸着された部品の傾きを補正することを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項３】
部品を吸着する吸着ノズルを備えた吸着ヘッドと、
吸着ノズルの部品吸着部から所定距離オフセットした軸を中心に吸着ノズルを回転させる手段と、
部品吸着のため吸着ノズルを上下動させる手段と、
吸着ヘッドに取り付けられ、吸着ノズルに吸着された部品を撮像する撮像装置とを備え、
吸着ノズルが部品吸着後、吸着ノズルを前記軸を中心に所定角度回転させ部品吸着部を撮像装置の光軸上に移動させることを特徴とする部品実装装置。
【請求項４】
吸着ノズルを前記軸を中心に回転させることにより吸着ノズルに吸着された部品の傾きを補正することを特徴とする請求項３に記載の部品実装装置。
【請求項５】
部品を吸着する吸着ノズルを備えた吸着ヘッドと、
部品吸着のため吸着ノズルを上下動させる手段と、
吸着ヘッドに取り付けられ、吸着ノズルに吸着された部品を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置による部品の撮像結果に基づいて吸着ノズルに吸着された部品の傾きを補正するため、吸着ノズルを吸着ノズルの部品吸着部から所定距離オフセットした回転軸を中心に回転させる回転手段とを備え、
吸着ノズルが部品吸着後、前記回転手段により吸着ノズルを所定角度回転させることにより部品吸着部を撮像装置の光軸上に移動させることを特徴とする部品実装装置。
【請求項６】
吸着ノズルをクランク型に屈曲させ、吸着ノズルの部品吸着部と回転軸をオフセットさせることを特徴とする請求項３から５までのいずれか１項に記載の部品実装装置。
【請求項７】
吸着ノズルの部品吸着部と回転軸を別体にし、部品吸着部を前記回転軸と独立して軸回転できるようにすることを特徴とする請求項３から６までのいずれか１項に記載の部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品実装方法および装置、特に回路基板上にＩＣチップ部品等の電子部品を搭載するために用いられる部品実装方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、このような部品実装装置では、ＩＣチップ部品等の電子部品（以下単に部品という）を吸着する吸着ノズルを備えた吸着ヘッドが設けられており、フィーダから供給される部品を吸着した吸着ノズルは、ＣＣＤカメラ等の撮像装置を備えた部品認識部へ移動し、この部品認識部において、部品はＣＣＤカメラにより撮像され、部品の画像データが取り込まれ、部品の画像認識が行なわれている。この部品の画像認識に基づき部品の吸着ノズルの中心位置からのずれ並びに傾き量が演算され、これらのずれ量が補正された後部品が回路基板上に搭載されている。
【０００３】
また例えば、特開昭６１ー６３０９９号公報に記載された部品実装装置では、電子部品が下降してくる上下軸により吸着され、その後上下軸により上方に持ち上げられる。このとき、光学鏡筒とそれに接続されたカメラからなる撮像装置が吸着された電子部品の下方位置へ移動して電子部品を撮像し、その吸着姿勢を認識してずれ量が演算される。その後、演算結果に従って上下軸を移動あるいは回転することによりずれ量が補正された後、撮像装置が元の位置に移動し、上下軸が再び下降し、吸着姿勢が補正された電子部品が回路基板上に搭載される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最初に説明した吸着ノズルが部品認識部へ移動するような実装装置の場合には、吸着ノズルが部品を吸着後、部品認識位置へ移動し、部品を認識するステップが必要となり、部品実装のサイクルタイムが長くなるという問題点があった。
【０００５】
また、特開昭６１ー６３０９９号公報に記載のような実装装置の場合には、部品を撮像するために、カメラ、光学鏡筒からなる撮像装置を移動するために、モータ等の駆動源が必要となり吸着ヘッドの負荷が増大し、コストアップとなる、という問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、部品実装サイクルを短縮することができ、かつ製造コストの安価な部品実装方法および装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この課題は、吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルを下降させて部品を吸着し、吸着された部品を吸着ヘッドに搭載された撮像装置により画像認識して部品を実装する部品実装方法において、吸着ノズルを吸着ノズルの部品吸着部から所定距離オフセットした軸を中心に回転可能にし、吸着ノズルが部品吸着後、吸着ノズルを前記軸を中心に所定角度回転させ、部品吸着部を撮像装置の光軸上に移動させることを特徴とする部品実装方法により解決される。
【０００８】
また、本発明によれば、この課題は、部品を吸着する吸着ノズルを備えた吸着ヘッドと、吸着ノズルの部品吸着部から所定距離オフセットした軸を中心に吸着ノズルを回転させる手段と、部品吸着のため吸着ノズルを上下動させる手段と、吸着ヘッドに取り付けられ、吸着ノズルに吸着された部品を撮像する撮像装置とを備え、吸着ノズルが部品吸着後、吸着ノズルを前記軸を中心に所定角度回転させ部品吸着部を撮像装置の光軸上に移動させることを特徴とする部品実装装置によって解決される。
【０００９】
また、本発明によれば、この課題は、部品を吸着する吸着ノズルを備えた吸着ヘッドと、部品吸着のため吸着ノズルを上下動させる手段と、吸着ヘッドに取り付けられ、吸着ノズルに吸着された部品を撮像する撮像装置と、前記撮像装置による部品の撮像結果に基づいて吸着ノズルに吸着された部品の傾きを補正するため、吸着ノズルを吸着ノズルの部品吸着部から所定距離オフセットした回転軸を中心に回転させる回転手段とを備え、吸着ノズルが部品吸着後、前記回転手段により吸着ノズルを所定角度回転させることにより部品吸着部を撮像装置の光軸上に移動させることを特徴とする部品実装装置によっても解決される。
【００１０】
このような構成では、部品を撮像する撮像装置が吸着ヘッドに取り付けられるので、部品撮像のために、吸着ヘッドを撮像位置へ移動する必要がなくなり、全体のタクトが向上する。
【００１１】
また、本発明では、部品吸着後撮像のために撮像装置を吸着ノズル位置に移動させる機構あるいは逆に吸着ノズルを撮像装置に移動させる機構は、部品吸着の傾きを補正するための吸着ノズル回転機構によって実現することができるので、そのための更に特別な機構を付加する必要がなく吸着ヘッドの負荷が軽減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態を示す部品実装装置の主要部である。図１において、符号１で示すものはＸＹ軸であり、このＸＹ軸に吸着ヘッド２が取り付けられる。ＸＹ軸１は、図２に図示したように、不図示の駆動装置によりＸ、Ｙ方向に移動可能であり、部品供給部２０からその部品が搭載される回路基板２１の位置へ移動することができる。
【００１４】
吸着ヘッド２には、レンズ３を備えた撮像装置（例えばＣＣＤ）４が取り付け治具５を介して取り付けられる。また、吸着ヘッド２には、ラック６を案内摺動させるスライド板７が固定されており、このラック６は装置固定のモータ８のピニオン８ａと噛み合い結合する。その結果、モータ８が回転すると、ラック６は吸着ヘッド２に対して直線的に上下に移動する。
【００１５】
ラック６にはハウジング９が取り付けられ、このハウジングに吸着ノズル１０を介して部品１１を吸着する機構が収納されている。吸着ノズル１０は、モータ１２を介してノズル軸を中心に回転できるように取り付けられる。図から明らかなように、吸着ノズル１０はクランク型に屈曲しており、吸着ノズル１０の部品吸着部１０ａは、吸着ノズルのモータ１２による回転軸１０ｂと所定距離オフセットされている。
【００１６】
また、吸着ヘッド２には、ミラー１３ａ、１３ｂを内蔵し、その表面に光源（発光ダイオード）を配置した光学鏡筒１３が治具１４を介して取り付けられる。ミラー１３ａは、光源１３ｃで照明された部品１１の像をミラー１３ｂを介して撮像装置４のレンズ３に入射できるように配置されている。また、モータ８の回転により吸着ノズル１０が上方位置と下方位置間、またはＸ、Ｙ方向間を移動するとき、同時にモータ１２により吸着ノズル１０を回転軸１０ｂを中心に回転させる。吸着ノズル１０が部品吸着のために上方から下方位置に移動する時あるいはその前に、モータ１２は例えばＡ方向に１８０°回転し、その結果部品吸着部１０ａはＡ’方向に回転し撮像装置４の光軸からずれた位置に移動される。一方、部品吸着後吸着ノズル１０が上方位置に移動するときには、モータ１２はＢ方向に１８０°回転し、それにより部品吸着部１０ａはＢ’方向に回転し、部品１１を吸着した部品吸着部１０ａが撮像装置４の撮像光軸上にくるようになる。所定位置で撮像装置４の撮像光軸が吸着ノズルの部品吸着部１０ａと一致するように、撮像装置４並びに光学鏡筒１３が吸着ヘッド２に取り付けられる。
【００１７】
次に、このような構成の部品実装装置の動作を説明する。
【００１８】
ＸＹ軸１上の吸着ヘッド２は、不図示の駆動装置により図２の部品供給部２０上へ移動すると、一体となっている吸着ノズル１０、ハウジング９、ラック６、モータ１２（以下吸着ユニットという）は、モータ８のピニオン８ａとラック６の噛み合いを介して、モータ８の回転により下方方向に移動される。このとき、吸着ノズル１０は前もってモータ１２をＡ方向に回転させ、図３（ａ）の位置に回転移動される。吸着ノズル１０の回転軸１０ｂを中心とする回転角度は、例えば１８０°であり、部品吸着部１０ａの下方に吸着すべき部品が位置するようにする。また吸着ノズルの回転移動速度は部品の大きさ、精度により最適値に選ぶことができる。
【００１９】
続いて、図３（ｂ）に図示したように、吸着ユニットは、部品供給部２０上に下降し、そこに供給されている部品１１が吸着ノズルの部品吸着部１０ａにより吸着される。この吸着が終ると、モータ８は逆回転するので、図３（ｃ）に示したように、吸着ユニットは今度は上方に移動する。
【００２０】
吸着された部品１１は、この吸着ユニットの上方移動中にモータ１２がＢ方向に回転されることにより吸着ノズル１０が軸１０ｂを中心に回転して部品吸着部１０ａが光学鏡筒１３のミラー１３ａ上の光軸位置に移動する（図３（ｄ））。
【００２１】
吸着ノズルの部品吸着部１０ａが撮像装置４の撮像光軸にほぼ一致するときに、光源１３ｃが点灯され、部品１１の画像がミラー１３ａ、１３ｂを介し、レンズ３に入射し、撮像装置４により撮像される。撮像された画像データは画像処理装置（図示を省略）により処理され、部品１１の中心位置と傾きが演算される。
【００２２】
次に、図３（ｅ）に示したように、モータ１２をＡ方向に回転させることにより吸着ノズル１０を回転軸１０ｂを中心に基準位置まで回転させる。このとき、部品吸着時に傾きがある場合には、モータ１２を回転させることによりこの傾きを補正する。また、部品１１の吸着位置が部品の中心とずれている場合には、以下に述べる方法に求められる補正データをＸＹ軸の駆動を制御する制御部に送出し、そのずれを補正する。
【００２３】
これらの補正動作はＸＹ軸１上の吸着ヘッド２が、図２の回路基板２１上へ移動（最短距離Ｌ）する間に実行される。吸着ヘッド２が搭載位置に到達した時に、吸着ユニットは部品吸着時と同様に下方に移動し、回路基板２１の所定位置に部品１１を搭載する（図３（ｆ））。吸着に傾きがある場合あるいは部品吸着位置が部品中心位置からずれている場合には、これらに対して補正が行なわれるので、部品１１は、正しい姿勢で回路基板の所定位置に正確に実装することができる。
【００２４】
図４には、上述した補正データを求める方法が示されている。同図は、部品撮像後吸着ノズル１０を回転軸１０ｂを中心に１８０°回転させた場合（図３（ｅ）に対応）の軸回転中心を原点にしたときの座標を示すもので、（０、０）は、吸着ノズル１０の回転中心で、吸着ノズル１０の回転軸１０ｂの中心位置に対応する。（ｘ1、ｙ1）は、部品吸着中心座標でノズル吸着部１０ａの座標値に対応し、吸着ノズルの部品吸着部１０ａと回転軸１０ｂのオフセット距離により決定される。（Ｘ、Ｙ）は、部品吸着中心と部品１１の中心（重心）の誤差、θ1は部品１１の吸着傾きで、いずれも撮像結果により求められる。
【００２５】
（ｘ0、ｙ0）は、ノズル回転中心（０、０）からの部品中心位置を示し、
【００２６】
【数１】
0003773989.tif 000002
【００２７】
であることから、θ1補正後の部品中心（ｘ0、ｙ0）の新たな座標値（ｘ3、ｙ3）は、以下のようになる。
【００２８】
【数２】
0003773989.tif 000003
【００２９】
同様に、θ1補正後の吸着中心（ｘ1、ｙ1）の新たな座標値（ｘ2、ｙ2）は、以下のようになる。
【００３０】
【数３】
0003773989.tif 000004
【００３１】
上述の式から、Ｘ軸に対してはｘ3−ｘ1、Ｙ軸に対してはｙ3−ｙ1の補正データを制御部に送出することにより部品吸着中心と部品中心のずれを補正することができる。
【００３２】
図５には、本発明の第２の実施形態が図示されている。この例では、撮像装置４を光学鏡筒１３内に入れることにより、図１の一つのミラー１３ｂを削除でき、しかも同一の動作で同一の効果が得られる。
【００３３】
また、図６には、本発明の第３の実施形態が図示されている。この例では、撮像装置４がミラーなしで直接部品の像を撮像できるように、吸着ヘッド２に取り付けられる。この例でも、図１と同一の動作で同一の効果が得られる。
【００３４】
図７には、本発明の第４の実施形態が図示されている。この実施形態では、吸着ノズルの部品吸着部１０ａと回転軸１０ｂを分離し所定距離オフセットして結合板１６を介し結合するようにしたもので、部品吸着部１０ａには、ハウジング９から吸着用の負圧が供給されるとともに、微調整モータ１７により吸着部１０ａを中心に回転できるように構成されている。このような構成では、部品吸着時の傾き補正をモータ１２により固定し、その後微調整モータ１７により更に高精度で補正することが可能になる。
【００３５】
以上説明した実施形態では、部品吸着並びに吸着部品の撮像のために、モータ１２を１８０°正逆に回転させたが、回転軸１０ｂを中心とする回転角はこれに限定されることなく、吸着ヘッド２の構造、撮像装置４の光軸位置、吸着ヘッドと部品供給部２０の相対位置等できまる任意の角度に設定することができる。必要なことは、吸着ノズルの部品吸着部と回転軸が所定距離オフセットされることにより、部品吸着時には、吸着ノズルが何等障害なく、部品供給部に下降でき、一方、部品吸着後吸着ノズルが上方に移動するときには、吸着ノズルを回転軸を中心に所定角度回転させることより部品吸着部を撮像装置の光軸上に移動させることができることである。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品を撮像する撮像装置が吸着ヘッドに取り付けられるので、部品撮像のために、吸着ヘッドを撮像位置へ移動する必要がなくなり、全体のタクトが向上する。
【００３７】
また、吸着ノズルは、その部品吸着中心と回転中心がオフセットされていることから、吸着ノズルが部品吸着後上方に移動するとき、吸着ノズルを回転軸を中心に所定角度回転させ、部品吸着部を撮像装置上に移動させることができるので、撮像のために撮像装置を移動する機構あるいは逆に吸着ヘッドを撮像位置に移動する機構が不要となり、吸着ヘッドの負荷が減り、コストダウンとなる、等種々の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】部品実装装置の吸着ヘッドの機構を示した斜視図である。
【図２】吸着ヘッドが部品供給部から搭載位置に移動する状態を示した上面図である。
【図３】吸着ヘッドによる部品吸着動作および部品搭載動作を説明する動作図である。
【図４】部品の実装時の補正データの求める方法を示した説明図である。
【図５】部品供給装置の他の実施形態を示した斜視図である。
【図６】部品供給装置の更に他の実施形態を示した斜視図である。
【図７】部品供給装置の更に他の実施形態を示した斜視図である。
【符号の説明】
１  ＸＹ軸
２  吸着ヘッド
４  撮像装置
６  ラック
８  １２  モータ
１０  吸着ノズル
１０ａ  部品吸着部
１０ｂ  吸着ノズルの回転軸
１１  部品
１３  光学鏡筒
【図１】
0003773989.tif 000005
【図２】
0003773989.tif 000006
【図３】
0003773989.tif 000007
【図４】
0003773989.tif 000008
【図５】
0003773989.tif 000009
【図６】
0003773989.tif 000010
【図７】
0003773989.tif 000011