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【発明の名称】 電子部品実装装置および電子部品実装方法
【発明者】 【氏名】井上 雅文

【氏名】山本 祐介

【氏名】鬼崎 光

【氏名】梁井 陽一

【氏名】盛満 康弘
【要約】 【課題】微小部品の狭ピッチ実装においても実装不具合を生じない電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。

【解決手段】ロータリヘッドに備えられた複数の移載ヘッドの吸着ノズル６によって電子部品Ｐをピックアップし基板に実装する電子部品実装方法において、各吸着ノズル６のノズル位置ずれΔｘ、Δｙを部品認識用のカメラで検出して記憶させておき、吸着ノズル６に保持された電子部品Ｐを認識する際には、光学座標系の原点Ｏを記憶されたノズル位置ずれΔｘ、Δｙに基づいて当該吸着ノズル６のノズル位置に位置合わせする。これにより、吸着ノズル６に対する電子部品Ｐの位置ずれを的確に検出し、電子部品ピックアップ時の吸着位置補正量の学習値を正しく算出して電子部品Ｐの吸着時の吸着ノズル６に対する位置ずれを防止することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし、基板に実装する電子部品実装装置であって、前記吸着ノズルの水平方向の位置を示すノズル位置を検出するノズル位置検出手段と、前記検出されたノズル位置を各吸着ノズルについて記憶するノズル位置記憶手段と、前記吸着ノズルに保持された状態の電子部品を認識する部品認識手段と、この部品認識手段の光学座標系の原点を前記ノズル位置記憶手段に記憶されたノズル位置に基づいて当該吸着ノズルのノズル位置に合わせる原点位置合わせ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】前記部品認識手段による部品認識結果から前記吸着ノズルによる電子部品ピックアップ時の吸着ノズルに対する電子部品の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて前記吸着ノズルによる電子部品ピックアップ時の吸着位置補正量の学習値を算出する学習値計算部と、この学習値を記憶する学習値記憶部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項３】前記部品認識手段は、ノズル位置検出手段を兼ねることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
【請求項４】吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし、基板に実装する電子部品実装方法であって、前記吸着ノズルの水平方向の位置を示すノズル位置をノズル位置検出手段によって検出する工程と、検出されたノズル位置を各吸着ノズルについてノズル位置記憶手段に記憶させる工程と、吸着ノズルに保持された状態の電子部品を認識する部品認識手段の光学座標系の原点を、前記記憶されたノズル位置に基づいて当該吸着ノズルのノズル位置に位置合わせする工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項５】前記部品認識手段による部品認識結果から前記吸着ノズルによる電子部品ピックアップ時の吸着ノズルに対する電子部品の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて前記吸着ノズルによる電子部品のピックアップ時の吸着位置補正量の学習値を算出して記憶させておき、電子部品のピックアップ時にはこの学習値に基づいて吸着ノズルによる吸着位置補正を行うことを特徴とする請求項４記載の電子部品実装方法。
【請求項６】前記ノズル位置検出を、前記部品認識手段によって行うことを特徴とする請求項４記載の電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子部品実装装置の種類として、複数の吸着ノズルが装着された多数の移載ヘッドをインデックス回転させて連続的に実装を行うロータリ式の実装装置が知られている。このロータリ式では、多数の移載ヘッドを備え、順次実装を行うため高速実装が行えるという利点を有している。このロータリ式の実装装置では、ピックアップ位置にて電子部品をピックアップした移載ヘッドが実装位置まで回転して移動する途中に部品認識ステーションが設けられ、ここで電子部品を保持した状態の吸着ノズルを認識して電子部品の位置ずれが検出される。そしてこの位置ずれ検出結果に基づいて実装時の位置補正や、電子部品をピックアップする際の吸着位置補正量を学習値として求める処理が行われる。この学習値による吸着位置補正は、多数の電子部品について得られたピックアップ状態での位置ずれ検出結果から位置ずれ傾向を判断し、適切な位置補正量を学習値として求めておくことにより、電子部品吸着時の位置ずれを極力少なくするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電子部品の少サイズ化・実装高密度化に伴い、実装位置精度の高度化とともに、搭載動作時における隣接部品との干渉を考慮に入れた搭載動作制御が求められるようになっている。例えば、既にサイズが０．６ｍｍ程度のものが実用化されており、このような微小部品を多数狭ピッチで実装するような場合には、電子部品を実装位置に正しく位置合わせするとともに、電位部品を保持している吸着ノズルが電子部品からはみ出さないように、吸着ノズルによる電子部品の吸着位置を高精度で制御しなければならない。
【０００４】ところが、ロータリ式の実装装置は多数の移載ヘッドが順次移動して吸着動作や搭載動作を行う構成であり、これらの移載ヘッドに備えられた吸着ノズルの機械原点に対する相対位置はばらついている。このばらつきに起因して、従来の電子部品実装装置では次のような不具合が生じている。以下図面を参照して説明する。図５は、従来の電子部品実装方法の説明図である。
【０００５】図５（ａ）は部品認識用のカメラによって吸着ノズルを下方から撮像した画像図であり、十字線の交点Ｏは光学座標系の原点を示している。画像図中のＮは、認識カメラによって認識された吸着ノズルを示しており、吸着ノズルＮの中心位置は原点Ｏから外れた位置にある。前述のように各移載ヘッドの位置のばらつきのため、カメラの光学座標の原点Ｏに対する各吸着ノズルの位置は移載ヘッドごとにばらついて必ずしも原点Ｏとは一致しない。このため、従来は多数の移載ヘッドの吸着ノズルを認識して平均的なノズル位置を求め、この平均的なノズル位置に光学座標の原点を合わせるよう撮像位置が設定されていた。
【０００６】そして、ピックアップされた電子部品を認識する際には、吸着ノズルのノズル位置とは無関係に光学座標の原点Ｏに対する電子部品の位置が検出される。このとき、図５（ｂ）に示すように電子部品Ｐが吸着ノズルＮの中心から位置ずれした状態で保持された場合にあっても、電子部品が光学座標系の原点Ｏに対して位置ずれしていない状態では、部品位置ずれ無しと判断される。そしてこの結果、前述の吸着位置補正のための学習機能が働かないこととなっていた。
【０００７】すなわち、このように吸着ノズルＮと電子部品Ｐが位置ずれした傾向のまま多数の電子部品のピックアップが行われても吸着位置補正は行われず、位置ずれ状態のまま電子部品の搭載動作が行われていた。そして、この位置ずれ状態で既実装部品の隣接位置に電子部品を実装すると、図５（ｃ）に示すように電子部品Ｐ自体は正しい実装位置に搭載されても電子部品Ｐからはみ出した吸着ノズルＮの下端部が隣接部品Ｐ’と干渉し、隣接部品Ｐ’の位置ずれなどの実装不具合を生じることとなっていた。
【０００８】そこで本発明は、微小部品の狭ピッチ実装においても実装不具合を生じない電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子部品実装装置は、吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし、基板に実装する電子部品実装装置であって、前記吸着ノズルの水平方向の位置を示すノズル位置を検出するノズル位置検出手段と、前記検出されたノズル位置を各吸着ノズルについて記憶するノズル位置記憶手段と、前記吸着ノズルに保持された状態の電子部品を認識する部品認識手段と、この部品認識手段の光学座標系の原点を前記ノズル位置記憶手段に記憶されたノズル位置に基づいて当該吸着ノズルのノズル位置に合わせる原点位置合わせ手段とを備えた。
【００１０】請求項２記載の電子部品実装装置は、請求項１記載の電子部品実装装置であって、前記部品認識手段による部品認識結果から前記吸着ノズルによる電子部品ピックアップ時の吸着ノズルに対する電子部品の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて前記吸着ノズルによる電子部品ピックアップ時の吸着位置補正量の学習値を算出する学習値計算部と、この学習値を記憶する学習値記憶部とを備えた。
【００１１】請求項３記載の電子部品実装装置は、請求項１記載の電子部品実装装置であって、前記部品認識手段は、ノズル位置検出手段を兼ねる。
【００１２】請求項４記載の電子部品実装方法は、吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし、基板に実装する電子部品実装方法であって、前記吸着ノズルの水平方向の位置を示すノズル位置をノズル位置検出手段によって検出する工程と、検出されたノズル位置を各吸着ノズルについてノズル位置記憶手段に記憶させる工程と、吸着ノズルに保持された状態の電子部品を認識する部品認識手段の光学座標系の原点を、前記記憶されたノズル位置に基づいて当該吸着ノズルのノズル位置に位置合わせする工程とを含む。
【００１３】請求項５記載の電子部品の実装方法は、請求項４記載の電子部品の実装方法であって、前記部品認識手段による部品認識結果から前記吸着ノズルによる電子部品ピックアップ時の吸着ノズルに対する電子部品の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて前記吸着ノズルによる電子部品のピックアップ時の吸着位置補正量の学習値を算出して記憶させておき、電子部品のピックアップ時にはこの学習値に基づいて吸着ノズルによる吸着位置補正を行う。
【００１４】請求項６記載の電子部品の実装方法は、請求項４記載の電子部品の実装方法であって、前記ノズル位置検出を、前記部品認識手段によって行う。
【００１５】本発明によれば、吸着ノズルのノズル位置を各吸着ノズルについて求めて記憶させておき、電子部品を認識する部品認識手段の光学座標系の原点位置を当該吸着ノズルのノズル位置に位置合わせすることにより、電子部品の吸着ノズルに対する位置ずれ状態を的確に検出することができ、さらにこの位置ずれ検出結果に基づいて吸着位置補正量の学習値を求めることにより、吸着ノズルに対する電子部品の位置ずれを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のロータリヘッドの平面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の説明図である。
【００１７】まず図１を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図１において、電子部品の供給部１には電子部品を供給するパーツフィーダ２が多数個並設されている。パーツフィーダ２は図外のフィーダベースに装着され、送りねじ３を回転駆動することにより横方向へ移動する。
【００１８】供給部１の手前側にはロータリヘッド４が配設されている。ロータリヘッド４は主軸Ｓの廻りでインデックス回転し、その円周上には複数基の移載ヘッド５が備えられている。移載ヘッド５は複数の吸着ノズル６（図２参照）を備えており、電子部品のピックアップ位置Ｔに位置している状態で移載ヘッド５が昇降動作を行うことにより、パーツフィーダ２から吸着ノズル６により電子部品を吸着してピックアップする。
【００１９】この電子部品のピックアップ動作においては、モータＭ３によって送りねじ３を回転駆動することにより所望の電子部品を収納したパーツフィーダ２を横移動させてピックアップ位置Ｔに移動させるようになっている。そして、モータＭ３によってパーツフィーダ２のピックアップ位置Ｔに対する相対位置を調整することにより、後述するように移載ヘッド５によって電子部品をピックアップする際の吸着位置を補正することができるようになっている。
【００２０】次に図２を参照してロータリヘッド４および移載ヘッド５について説明する。図２に示すように、移載ヘッド５はロータリヘッド４の主軸Ｓを中心とする半径Ｒの円周上に配設されている。移載ヘッド５はモータ１１によってその軸心（ヘッド回転中心）を中心として回転し、円周上に設けられた複数（本例では４本）の吸着ノズル６の選択や、吸着ノズル６の下端部に真空吸着された電子部品の水平回転方向の角度設定などを行う。
【００２１】ピックアップ位置Ｔでピックアップされた電子部品は、ロータリヘッド４のインデックス回転により矢印ａ方向に移動し、認識ステーション７に到達する。図２（ｂ）に示すように認識ステーション７は、撮像面を上方に向けて配設された部品認識用のカメラ７ａをカメラ移動テーブル８上に載置して構成されている。カメラ移動テーブル８を駆動することによりカメラ７ａは水平移動し、これによりカメラ７ａの光学座標系の原点を、任意位置に合わせることが可能となっている。
【００２２】認識ステーション７のカメラ７ａの上方に吸着ノズル６を位置させてカメラ７ａによって撮像し、得られた画像データを後述する画像認識部２５によって認識することにより、吸着ノズル６の水平方向の位置（ノズル位置）が検出される。また電子部品を吸着保持した状態の吸着ノズル６をカメラ７ａの上方に位置させ、電子部品を下方から撮像して得られた画像データを画像認識部２５によって画像処理することにより、電子部品が認識され位置ずれが検出される。したがってカメラ７ａおよび画像認識部２５は、吸着ノズル６の位置を検出するノズル位置検出手段となっているとともに、電子部品の認識を行う部品認識手段となっている。
【００２３】ロータリヘッド４の手前側には基板９を位置決めする可動テーブル１０が配設されており、認識ステーション７から移動した移載ヘッド５が基板９上の実装位置Ｍに到達し、そこで昇降動作を行うことにより、吸着ノズル６に保持された電子部品を基板９に実装する。
【００２４】次に図３を参照して制御系について説明する。図３において、ＣＰＵ２０は全体制御部であり、プログラム記憶部２１に記憶された各種のプログラムに従って以下に説明する各部の動作制御や演算を行う。プログラム記憶部２１は各種動作や処理に必要なプログラムを記憶する。実装データ記憶部２２は、実装対象の基板９上に実装される電子部品の種類や実装座標データなどの実装データを記憶する。学習値記憶部２３は、各パーツフィーダ２から電子部品をピックアップする際に発生する位置ずれを補正する吸着位置補正量の学習値を各パーツフィーダごとに記憶する。
【００２５】画像認識部２５はカメラ７ａによって撮像された画像データを画像処理することにより、移載ヘッド５の吸着ノズル６の位置を検出するとともに、吸着ノズル６に保持された状態の電子部品の認識を行う。検出された吸着ノズル６の位置は、ノズル位置記憶部２４（ノズル位置記憶手段）に記憶される。学習値計算部２６は、各パーツフィーダ２からピックアップした状態の電子部品をカメラ７ａにより撮像して画像認識することにより得られた位置ずれ量のデータに基づいて、ピックアップ位置Ｔにおける各テープフィーダ固有の吸着位置補正量の学習値を計算する。ここで求められた学習値は各パーツフィーダ２ごとのデータとして学習値記憶部２３に格納される。機構駆動部２７は、パーツフィーダ２を横移動させるモータＭ３や基板９を保持する可動テーブル１０、カメラ７ａを移動させるカメラ移動テーブル８を駆動する。
【００２６】この電子部品の実装装置は上記の様に構成されており、以下動作について図４を参照して説明する。まず、実装動作の開始に先立って、各移載ヘッド５の吸着ノズル６のノズル位置の検出が行われる。すなわちロータリヘッド４をインデックス回転させることにより、移載ヘッド５の吸着ノズル６を認識ステーション７のカメラ７ａ上に位置させる。そして吸着ノズル６をカメラ７ａにより撮像して、図４（ａ）に示すように吸着ノズル６の水平位置を検出し、位置ずれ量Δｘ、Δｙを検出する。このノズル位置検出は各移載ヘッド５について行われ、検出されたノズル位置はノズル位置記憶部２４に記憶される。
【００２７】この後、電子部品実装動作が開始される。まず供給部１のパーツフィーダ２から電子部品Ｐがピックアップされる。次いでロータリヘッド４のインデックス回転により、移載ヘッド５の吸着ノズル６に保持された電子部品Ｐは認識ステーション７に移動し、ここでカメラ７ａにより下方から撮像される。この撮像動作においては、ノズル位置記憶部２４から、当該吸着ノズル６のノズル位置が読み出され、前述の位置ずれ量Δｘ、Δｙに相当する移動量だけカメラ移動テーブル８を駆動して、吸着ノズル６の中心（ノズル位置）をカメラ７ａの光学座標系の原点Ｏに一致させる。カメラ移動テーブル８は、カメラ７ａの光学座標系の原点を、記憶されたノズル位置に基づいて吸着ノズル６のノズル位置に合わせる原点位置合わせ手段となっている。
【００２８】なお、原点位置合わせ手段として上記例のようにカメラ７ａ自体を移動させる代わりに、画像認識部２５における画像処理時に、前述の位置ずれ量Δｘ、Δｙだけ光学座標系をオフセットさせる方法や、位置ずれ量Δｘ、Δｙだけ数値データを変換する方法など、認識処理上のデータ変換によって光学座標系の原点をノズル位置に合わせるようにしてもよい。この場合には、画像認識部２５が原点位置合わせ手段となる。
【００２９】これにより、カメラ７ａによって電子部品Ｐを認識する際には、図４（ｂ）に示すように、ノズル位置が常に光学座標系の原点Ｏに一致した状態の画像を得ることができる。そしてこの画像から電子部品Ｐの吸着ノズル６に対する相対的な位置ずれ量が求められる。吸着ノズル６の位置ずれは前述のノズル位置検出によって既に求められていることから、この認識ステーション７における部品認識によって、電子部品Ｐの位置ずれ補正に必要な位置ずれ情報がより完全な形で取得される。
【００３０】すなわち、ここで求められた位置ずれは、実装位置Ｍにおいて基板９に電子部品を実装する際の位置ずれ補正に用いられるとともに、ピックアップ位置Ｔにおける吸着ノズル６による吸着位置補正量の学習値算出のためのデータとして用いられる。これにより、図４（ｂ）に示す位置ずれ量は、複数回のピックアップ動作における位置ずれ計測によって位置ずれ傾向が学習されることにより、次第に許容範囲内に収束する。そしてこれ以降吸着ノズル６によってピックアップされる電子部品Ｐは、図４（ｃ）に示すように吸着ノズル６に対して許容範囲外の位置ずれを生じることなく正しく吸着保持される。
【００３１】そして、このように吸着ノズル６に対して位置ずれなく保持された電子部品Ｐを基板９に搭載することにより、図４（ｄ）に示すように既実装部品Ｐ’に隣接する位置に狭ピッチで搭載する場合においても、既実装部品Ｐ’と吸着ノズル６との干渉を生じることなく、既実装部品Ｐ’の位置ずれなどの不具合がない良好な実装を行うことができる。
【００３２】なお上記実施の形態では、電子部品実装装置として複数の吸着ノズルが装着された移載ヘッドをロータリヘッドによって移動させるロータリ式の電子部品実装装置の例を示しているが、本発明はこれに限定されず、複数の吸着ノズルに保持された状態の電子部品を共通の部品認識手段で認識する方式の実装装置、例えば直動テーブルによって移載ヘッドを駆動する方式の実装装置に対しても本発明を適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、吸着ノズルのノズル位置を各吸着ノズルについて求めて記憶させておき、電子部品を認識する部品認識手段の光学座標系の原点位置を当該吸着ノズルのノズル位置に位置合わせするようにしたので、電子部品の吸着ノズルに対する位置ずれ状態を的確に検出することができ、さらにこの位置ずれ検出結果に基づいて吸着位置補正量の学習値を求めることにより、吸着ノズルに対する電子部品の位置ずれを防止することができる。
【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１２年１０月６日（２０００．１０．６）
【代理人】 【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−１１８３９６（Ｐ２００２−１１８３９６Ａ）
【公開日】 平成１４年４月１９日（２００２．４．１９）
【出願番号】 特願２０００−３０７２８１（Ｐ２０００−３０７２８１）