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【発明の名称】 電子部品実装方法及び装置
【発明者】 【氏名】味村 好裕

【氏名】吉田 典晃

【氏名】奥田 修
【要約】 【課題】吸着ノズルを先端に装填して上下動作及び回転動作するシャフトの曲がりを要因とするノズル先端の位置ずれを補正し、高い実装精度を実現する。

【解決手段】生産開始前に吸着ノズルの上下動作及び回転動作時のノズル先端の挙動を治具を用いて測定し（ステップ＃１０〜＃１３）、得られた測定結果からノズル先端の位置ずれを部品厚と実装角度をパラメータとして定式化しておき（ステップ＃１４〜＃１７）、生産時に実装する電子部品の部品厚と最終実装角度に応じて補正することにより精度良く実装する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電子部品を実装する回路基板を所定位置に位置決めし、ヘッド部に装着した上下動作及び回転可能な吸着ノズルにて部品供給手段から所望の電子部品を吸着し、吸着ノズルによって吸着した電子部品を撮像手段にて撮像し、取り込んだ画像を認識制御手段で解析して電子部品の吸着状態を検査し、検査結果に応じて実装位置を補正して電子部品を回路基板上の所定位置に実装する電子部品実装方法において、回路基板の生産前に吸着ノズル先端面の状態を撮像手段にて取り込む第１工程と、認識制御手段にてその画像を解析し、吸着ノズルの上下動作及び回転動作時の吸着ノズル先端面の挙動を検査する第２工程と、吸着ノズル先端面の挙動に応じて生産時に電子部品の実装位置を補正する第３工程とを有することを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】 複数の部品供給ユニットを有する部品供給手段と、電子部品を実装する回路基板を所定位置に位置決めする回路基板位置決め手段と、所望の吸着ノズルを装填できかつ装填した吸着ノズルを上下動作及び回転させる機能を有するヘッド部を備えて部品供給手段から所望の電子部品を吸着ノズルにて吸着して回路基板上の所定位置に実装する実装手段と、生産前に吸着ノズルの先端面及び生産時に吸着した電子部品の画像を撮像する撮像手段と、撮像した画像の解析を行う認識制御手段とを備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子部品を回路基板上に自動的に実装する電子部品実装方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の一般的な電子部品実装装置の構成例を図７に、その動作制御シーケンスのフローチャートを図８に示す。これら図７、図８を参照して従来例における電子部品の実装方法を説明する。
【０００３】回路基板１には、図９に示すように、複数の実装パターン２（２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・）及びターゲットマーク３（３ａ、３ｂ、３ｃ、・・・）が形成されており、回路基板の生産は実装パターン２に所望の電子部品を実装することによって行う。ここで、ターゲットマーク３は、回路基板１に実装パターン２が焼成される際に発生する回路基板の収縮と、回路基板位置決め手段４による回路基板１の支持状態によって、回路基板１毎に微妙に異なる実装位置を補正するために使用される。
【０００４】電子部品実装装置による回路基板の生産は、まず生産する回路基板１の実装パターンから実装データを作成する（ステップ＃１）。図１０に実装データの一例を示す。併せて、基準となる回路基板における実装パターンとターゲットマークの位置関係を検出し、マークデータを作成する（ステップ＃２）。図１１にマークデータの一例を示す。
【０００５】これらの各種データに従って所定枚数の回路基板を生産する。その手順は、まず回路基板１が基板搬送部５から回路基板位置決め手段４に搬入される（ステップ＃３）。次いで、基板撮像装置６を当該回路基板１の所望のターゲットマーク３上に位置合わせすることでターゲットマーク３を撮像し、当該回路基板１のターゲットマーク位置を検出する。この撮像結果に応じて実装位置及び角度の補正を行う（ステップ＃４）。
【０００６】その後、電子部品実装手段７を部品供給手段８（８ａ又は８ｂ）上に移動させ、吸着ノズル９を部品供給位置に位置決めし、実装データに応じた所望の電子部品を吸着する（ステップ＃５）。ここで、電子部品実装手段７における吸着ノズル９の上下動作及び回転動作は、図１２に示すようなメカニズムによって実現されており、吸着ノズル９はシャフト１０に連動して上下動作し、その上下動作はアクチュエータ１１を駆動源にして行われる。その際、ナットＡ１２及びナットＢ１３によってシャフト１０の上下動作時の軌跡が規正される。さらに、吸着ノズル９はシャフト１０に連動して回転動作し、その回転動作はベルト１４を介してアクチュエータ１５を駆動源にして行われる。
【０００７】次いで、吸着した電子部品が部品撮像装置１６上に位置するように電子部品実装手段７を移動し、吸着ノズル９による電子部品の吸着姿勢を部品撮像装置１６にて検出する。この撮像結果を元に当該電子部品の最終実装位置及び角度を決定する（ステップ＃６）。
【０００８】最後に、得られた回路基板上の実装位置に当該電子部品が位置するように電子部品実装手段７を位置決めし、吸着ノズル９を下降させることで電子部品の実装を行う（ステップ＃７）。
【０００９】このような一連の吸着・装着動作を予め作成した実装データに従って繰り返し行うことで１枚の回路基板を生産するわけであるが、この時点で当該回路基板の生産が完了したか否かを調べる（ステップ＃８）。生産完了であれば、回路基板を回路基板位置決め手段４から基板搬送部５へ搬出し（ステップ＃９）、生産完了でなければ、次の電子部品の吸着・装着動作（ステップ＃５〜＃７）を行うことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シャフト１０には、図１３に示すように、加工精度を要因とする曲がりがあるため、アクチュエータ１１によるシャフト１０の上下動作時にナットＢ１３を基準としてノズル先端に広がるような位置ずれが発生する。したがって、部品撮像装置１６による電子部品の吸着姿勢を検出後に、その撮像結果を反映した実装位置に同電子部品を実装するために吸着ノズル９を下降させた場合にノズル先端に位置ずれが発生し、所望の実装位置へ電子部品を実装できないという問題が発生する。
【００１１】ここで、ノズル先端の位置ずれを防ぐために、部品認識高さと実装高さを等しくすることが考えられるが、その場合は部品認識後に一度吸着ノズル９を上昇させた後に下降させて実装しなければならず、吸着ノズル９の無駄な上下動作が発生し、生産性が低下するという問題が発生する。そこで、一般的には吸着ノズル９の無駄な上下動作を避けるために、部品認識後はその認識高さから直接実装高さへ吸着ノズル９を下降させて電子部品を実装できるように、部品認識高さより下方に実装高さが設定されている。
【００１２】さらに、部品撮像装置１６による電子部品の吸着姿勢の検出で回転ずれが発生していれば、その補正のためにアクチュエータ１５によるシャフト１０の回転動作を行うことになり、その際に図１４に示すようにシャフト１０の曲がりを要因とする回転位置ずれが吸着ノズル先端に発生するため、さらに位置ずれが発生する。
【００１３】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、吸着ノズルが連動して上下動作及び回転動作するシャフトに曲がりが存在しても、生産性を低下することなく高い実装精度を実現できる電子部品実装方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の電子部品実装方法は、回路基板の生産前に吸着ノズル先端面の状態を撮像手段にて取り込む第１工程と、認識制御手段にてその画像を解析し、吸着ノズルの上下動作及び回転動作時の吸着ノズル先端面の挙動を検査する第２工程と、吸着ノズル先端面の挙動に応じて生産時に電子部品の実装位置を補正する第３工程とを有するものである。
【００１５】このような構成によると、回路基板の生産前に予め吸着ノズルの上下動作時及び回転動作時のシャフトの曲がりに応じた吸着ノズル先端の位置ずれを測定し、回路基板の生産時にその測定結果を反映することで、実装高さと同一高さでの認識による余分な昇降動作のために生産性が低下することなく、実装精度を向上することができる。
【００１６】また、本発明の電子部品実装装置は、部品供給手段と、回路基板位置決め手段と、所望の吸着ノズルを装填できかつ装填した吸着ノズルを上下動作及び回転させる機能を有するヘッド部を備えて部品供給手段から所望の電子部品を吸着ノズルにて吸着して回路基板上の所定位置に実装する実装手段と、吸着ノズルの先端面及び吸着した電子部品の画像を撮像する撮像手段と、撮像した画像の解析を行う認識制御手段とを備えたものであり、上記実装方法を実施して高い実装精度を実現することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態の電子部品実装方法及び装置について、図１〜図６を参照して説明する。なお、電子部品実装装置の全体構成及び部品実装手段は従来例において図７、図１２を参照して説明したものと同一であり、その説明を援用して説明を省略する。
【００１８】本実施形態では、回路基板の生産に先立って、図１に示すように、生産開始前に吸着ノズルの上下動作及び回転動作時のシャフトの曲がりに応じたノズル先端の位置ずれを測定し、その後図２に示すように回路基板の生産を行う。
【００１９】図３に示すように、実装する電子部品の部品厚に応じて吸着ノズルを下降させる高さが異なるため、実装可能な電子部品の部品厚毎にノズル先端の位置ずれを検出することが必要となる。そこで、本実施形態では制御の簡単化のために、実装可能な最大部品厚Ｔmax と部品非吸着時つまり部品厚０のＴmin の場合のノズル先端の位置ずれを測定し、所望の部品厚Ｔの電子部品については部品厚Ｔmax及びＴmin の場合のノズル先端の位置ずれから線形近似した値を適用する。
【００２０】さらに、図４に示すように、吸着ノズル９の回転角度毎に同位置ずれを検出することが必要となるが、本実施形態では制御方法の簡単化のために、吸着ノズル９の回転角度０ deg 、９０ deg 、１８０ deg 、２７０ deg の場合のノズル先端の位置ずれを測定し、その測定結果を平均することで平滑化した回転角度０ deg での位置ずれを導出し、所望の回転角度の場合は導出した０ deg の場合の位置ずれを回転変換した値を適用する。
【００２１】測定には、図５に示すように、吸着ノズル９に部品厚Ｔmax の電子部品を吸着した場合のノズル高さに相当する治具Ａと部品厚Ｔmin の電子部品を吸着した場合のノズル高さに相当する治具Ｂを使用する。部品認識高さでの吸着ノズルのノズル先端位置は部品撮像装置１６にて測定し、実装高さ位置でのノズル先端位置は実装高さに撮像焦点がある撮像装置１７にて測定する。
【００２２】その手順は、まず所望のヘッド部に治具Ａを装着し、治具先端を部品認識高さに位置決めする。部品撮像装置１６にて回転角度０ deg 、９０ deg 、１８０deg 、２７０ deg の各角度での治具Ａの先端位置（ＸArec (θ) ，ＹArec (θ) ）を測定する（ステップ＃１０）。次いで、治具先端を実装高さに位置決めし、撮像装置１７にて回転角度０ deg 、９０ deg 、１８０ deg 、２７０ deg の各角度での治具Ａの先端位置（ＸAmou (θ) ，ＹAmou (θ) ）を測定する（ステップ＃１１）。同様に、同ヘッド部に治具Ｂを装着し、部品撮像装置１６にて回転角度０ deg 、９０ deg 、１８０ deg 、２７０ deg の各角度での治具Ｂの先端位置（ＸBrec (θ) ，ＹBrec (θ) ）を測定し（ステップ＃１２）、次いで治具先端を実装高さに位置決めし、撮像装置１７にて回転角度０ deg、９０ deg 、１８０ deg 、２７０ deg の各角度での治具Ｂの先端位置（ＸBmou (θ) ，ＹBmou (θ) ）を測定する（ステップ＃１３）。
【００２３】次いで、得られた測定結果から、部品厚Ｔmax （治具Ａ）及び部品厚Ｔmin （治具Ｂ）のそれぞれについて回転角度０ deg 、９０ deg 、１８０ deg 、２７０ deg において、部品認識高さから実装高さへ吸着ノズルを下降させた場合のノズル先端の位置ずれ（ΔＸA(θ) ，ΔＹA(θ))及び（ΔＸB(θ) ，ΔＹB(θ))を次式のように導出する（ステップ＃１４）。ここで、部品認識高さと実装高さで異なる撮像装置を使用して測定していることから、それぞれの高さにおける測定結果の座標系を一致させるために、吸着ノズルの回転動作時の中心位置、つまり部品認識高さでは（ΣΔＸArec (θ) ／４，ΣΔＹArec (θ) ／４）及び（ΣΔＸBrec (θ) ／４，ΣΔＹBrec (θ) ／４）を、実装高さ位置では（ΣΔＸAmou (θ) ／４，ΣΔＹAmou (θ) ／４）及び（ΣΔＸBmou (θ) ／４，ΣΔＹBmou (θ) ／４）を基準に考える。
【００２４】〔部品厚Ｔmax （治具Ａ）の場合〕
ΔＸA(θ）＝（ＸAmou (θ) −（ΣＸAmou (θ) ／４））
−（ＸArec (θ) −（ΣＸArec (θ) ／４））・・・（１）
ΔＹA(θ）＝（ＹAmou (θ) −（ΣＹAmou (θ) ／４））
−（ＹArec (θ) −（ΣＹArec (θ) ／４））・・・（２）
〔部品厚Ｔmin （治具Ｂ）の場合〕
ΔＸB(θ）＝（ＸBmou (θ) −（ΣＸBmou (θ) ／４））
−（ＸBrec (θ) −（ΣＸBrec (θ) ／４））・・・（３）
ΔＹB(θ）＝（ＹBmou (θ) −（ΣＹBmou (θ) ／４））
−（ＹBrec (θ) −（ΣＹBrec (θ) ／４））・・・（４）
さらに、式（１）〜（４）から、部品厚Ｔmax （治具Ａ）及び部品厚Ｔmin （治具Ｂ）のそれぞれについて、回転角度０ deg において部品認識高さから実装高さへ吸着ノズルを下降させた場合の平滑化した位置ずれ（ΔＸ'A(0) ，ΔＹ'A(0))及び（ΔＸ'B(0) ，ΔＹ'B(0))を次式のように導出する（ステップ＃１５）。なお、前述の式より得た（ΔＸA(０) ，ΔＹA(０))及び（ΔＸB(０) ，ΔＹB(０))の値を使用することも可能であるが、ここでは吸着ノズルの回転によってノズル先端が真円を描かない場合を考慮し、測定した全回転角度におけるノズル先端の位置ずれを平滑化した値を使用する。
【００２５】〔部品厚Ｔmax （治具Ａ）の場合〕
ΔＸ'A(0) ＝ΔＸA(０) ＋（ΣΔＸA(θ) ／４） ・・・（５）
ΔＹ'A(0) ＝ΔＹA(０) ＋（ΣΔＹA(θ) ／４） ・・・（６）
〔部品厚Ｔmin （治具Ｂ）の場合〕
ΔＸ'B(0) ＝ΔＸB(０) ＋（ΣΔＸB(θ) ／４） ・・・（７）
ΔＹ'B(0) ＝ΔＹB(０) ＋（ΣΔＹB(θ) ／４） ・・・（８）
最後に、式（５）〜（８）から図６が得られ、吸着ノズルの回転角度０ degにおける部品厚Ｔとノズル先端の位置ずれ（ΔＸ’，ΔＹ’）の関係を次式のように導出する（ステップ＃１６）。
【００２６】
ΔＸ’＝ΔＸ'B(0) ＋ ｛（ΔＸ'A(0) −ΔＸ'B(0)）/(Ｔmax −Ｔmin ) ｝×（Ｔ−Ｔmin ) ・・・（９）
ΔＹ’＝ΔＹ'B(0) ＋ ｛（ΔＹ'A(0) −ΔＹ'B(0)）/(Ｔmax −Ｔmin ) ｝×（Ｔ−Ｔmin ) ・・・（１０）
したがって、吸着ノズルの回転角度θでのノズル先端の位置ずれは、回転角度０ deg 時の位置ずれを回転変換することで次式のように導出できる（ステップ＃１７）。
【００２７】
ΔＸ＝ΔＸ’cos θ−ΔＹ’sin θ ・・・（１１）
ΔＹ＝ΔＸ’sin θ−ΔＹ’cos θ ・・・（１２）
この値はヘッド毎に異なるため、同処理を全ヘッドに対して行い、ヘッドｉに対するノズル先端の位置ずれ（ΔＸｉ，ΔＹｉ）を導出する。
【００２８】次いで、回路基板の生産に以降するが、まず従来と同様に生産開始前に生産する回路基板の実装パターンから実装データを作成し（ステップ＃１）、併せて基準となる回路基板における実装パターンとターゲットマークの位置関係を検出し、マークデータを作成する（ステップ＃２）。
【００２９】以後の生産時の処理は従来と同様であり、図２を参照して説明する。まず、生産する回路基板１が回路基板位置決め手段４に搬入される（ステップ＃３）。次いで基板撮像手段６を当該回路基板の所望のターゲットマーク３上に位置合わせすることでターゲットマークを撮像し、当該回路基板のターゲットマーク位置を検出する。この撮像結果に応じて実装位置及び角度の補正を行う（ステップ＃４）。
【００３０】その後、予め作成されている実装データに従って、部品供給手段８にて所望の電子部品を吸着後（ステップ＃５）、吸着した電子部品の吸着姿勢を部品撮像装置１６にて撮像し、この撮像結果をもとに当該電子部品の実装位置及び角度を補正する（ステップ＃６）。
【００３１】ここで、ステップ＃６で得られた実装角度θに吸着ノズルを回転後、吸着ノズルを下降させて部品厚Ｔの電子部品を回路基板上に実装するわけであるが、その際に当該ヘッドｉのノズル先端の位置ずれ（ΔＸｉ，ΔＹｉ）を前述の式（１１）、（１２）から導出し、最終実装位置を決定する（ステップ＃１８）。それによって得られた回路基板１上の実装位置及び角度に電子部品を実装する（ステップ＃７）。
【００３２】この時点で、当該回路基板１の生産が完了したか否かを調べ（ステップ＃８）、生産完了であれば回路基板１を回路基板位置決め手段４から搬出し（ステップ＃９）、生産完了でなければ次の電子部品の吸着・装着処理（ステップ＃５〜＃７、＃１８）を行う。
【００３３】なお、以上の実施形態の説明では、実装可能な最大部品厚と部品非吸着時つまり部品厚０の場合のノズル先端の位置ずれから、所望の部品厚Ｔの電子部品の場合を線形近似しているが、線形近似ではなく、より厳密な近似方法を適用すれば、あるいはさらに細分化した部品厚のノズル先端の位置ずれを測定すれば、より実装精度を高くすることができる。
【００３４】さらに、吸着ノズルの角度０ deg 、９０ deg 、１８０ deg 、２７０ degの場合のノズル先端の位置ずれを平均することで平滑化した回転角度０ degでの位置ずれを導出し、所望の回転角度の場合は導出した０ deg の場合の位置ずれを回転変換した値を適用しているが、さらに細分化した吸着ノズルの回転角度でのノズル先端の位置ずれを測定すれば、あるいは所望の回転角度毎に位置ずれのデータを保持しておけば、より実装精度を高くすることができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の電子部品実装方法及び装置によれば、以上の説明から明らかなように、吸着ノズルの上下動作時及び回転動作時のノズル先端の位置ずれを、生産開始前に予め部品厚及び実装角度をパラメータとして導出し、生産時に当該電子部品の部品厚及び実装角度に応じた吸着ノズルの上下動作時及び回転動作時の位置ずれを実装位置に反映することで、実装精度を向上させることができ、より実装精度の高い回路基板を生産することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）６月１６日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】石原 勝
【公開番号】 特開平１１−８４９７
【公開日】 平成１１年（１９９９）１月１２日
【出願番号】 特願平９−１５８９３６