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発明の名称 実装機の位置補正方法及びその装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−293700
公開日 平成8年(1996)11月5日
出願番号 特願平7−101437
出願日 平成7年(1995)4月25日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 (外3名)
発明者 小野寺 仁 / 太田 裕之
要約 目的
実装作業を中断することなく必要に応じてノズル部材の移動量補正のための処理を行い、これにより実装精度を高める。

構成
ヘッドユニット5のノズル部材22により部品を吸着し、この部品を部品認識カメラ29により撮像、認識して装着するようにした。また、吸着した部品を部品認識カメラ29の所定の撮像位置に配置すべくヘッドユニット5を作動させるとともに、角度の異なる2種類の部品像を撮像すべくノズル部材22を作動させる軸制御部31と、撮像された各部品画像における部品の中心位置に基づいてノズル中心を求め、このノズル中心と部品認識カメラ29による認識中心とのずれ量を演算するとともに、このずれ量に基づいて校正データを演算する校正データ演算部34と、ノズル部材22に対する部品の吸着ずれデータ及び上記校正データに基づいてヘッドユニット5を制御する主演算部32とを設けた。
特許請求の範囲
【請求項1】 実装機本体に対して移動可能に設けられたヘッドユニットに回転可能なノズル部材を具備し、このノズル部材により部品供給側から部品を吸着し、実装機本体に配設された撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づきノズル部材による部品吸着位置のずれを求め、それに応じた装着位置の補正を行って部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機において、部品供給側から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、ノズル部材を第1の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第2の回転角度とした状態とにおいてそれぞれ上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行い、上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求めて、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を演算し、このずれ量を加味して部品の装着位置の補正を行うことを特徴とする実装機の位置補正方法。
【請求項2】 実装機本体に対して移動可能に設けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに具備された回転可能なノズル部材と、上記実装機本体に設けられた部品認識用の撮像手段とを備え、上記ノズル部材により部品供給側から部品を吸着して上記撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づき装着位置の補正を行なって部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機において、部品供給側から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置すべくヘッドユニットを作動させるとともに、上記撮像手段による部品認識の際にノズル部材を第1の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第2の回転角度とした状態とにそれぞれノズル部材を作動させる駆動手段と、上記撮像手段による部品認識により上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求めて、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を演算する演算手段と、このずれ量を加味して部品の装着を行うべく上記駆動手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする実装機の位置補正装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、IC等の部品をプリント基板に装着する実装機において、特に、吸着した部品の吸着ずれを部品認識カメラの撮像に基づいて検知し、この吸着ずれを加味してプリント基板へ部品を装着するようにした実装機の位置補正方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ノズル部材を有する部品装着用のヘッドユニットにより、電子部品、例えば、IC等の小片状のチップ部品を部品供給部から吸着し、このチップ部品を部品認識カメラによって撮像、認識して、チップ部品の吸着ずれを検知し、このずれ量を考慮して、プリント基板上にチップ部品を移送して装着するように構成された実装機が知られている。
【0003】このような実装機では、部品撮像の際にノズル部材を部品認識カメラの基準位置に対応する所定の撮像位置に配置し、例えば、部品認識カメラの視野中心にノズル部材を配置して部品の撮像を行う必要があり、撮像位置までノズル部材の移動量が予め設定されている。しかし、ノズル部材の駆動機構を構成する部材の駆動誤差、熱膨張、あるいは経年劣化等により、ノズル部材が所定の撮像位置にセットされない場合があり、このような場合には、ノズル部材と部品認識カメラとの相対位置がずれ、このずれがノズル部材に対する部品の吸着ずれの検出値の誤差として含まれることになり、その結果、実装精度の低下を招くことになる。
【0004】そこで、このような不都合を回避すべく、部品の実装前に、ノズル部材の移動量の誤差を予め検出する処理を行うような装置が提案されている(特開平2−243232号公報,特開平2−243233号公報)。この装置では、実装機の稼働開始前に、部品代用治具がノズル部材によって吸着され、部品認識用カメラにより異なる複数の角度で治具の撮像が行われる。そして、これらの撮像画像に基づいてノズル部材の位置が求められ、このノズル部材の位置と部品認識用カメラの基準位置とのずれ量が演算されて記憶部に記憶される。そして、実装時には、このずれ量が加味されて部品の装着が行われるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装置では、ノズル部材の移動量の誤差を求めるための上述の処理が、専用の治具を用いて実際の実装動作とは別の処理として行われるため、この誤差を求めるための処理を実装動作中に行うことができない。そのため、実装機の稼働前、あるいは機種の切換え時等に誤差を求める処理を行う必要があり、この処理を行うに際して時期的な制限を受けることになる。また、実装作業中に温度変化に伴う熱膨張の変化等によってノズル部材の移動量が変化する場合があるが、記憶された一定のずれ量に基づいて一律に部品の装着位置の補正が行われる上記従来の装置では、上述の移動量の変化により現実のずれ量と記憶されたずれ量との間に無視できない程度の誤差が生じる場合もあり、実装精度を確保する上で必ずしも充分とはいえない。
【0006】なお、上記の熱膨張等による移動量の変化等に応じて上記ずれ量を修正すべく実装動作とは別の上述の処理を頻繁に行おうとすると、その都度実装作業を中断しなければならず、作業効率面で極めて不都合である。
【0007】本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、実装作業を中断することなく必要に応じてノズル部材の移動量補正のための処理を行い、これにより実装精度を高めることができる実装機の位置補正方法およ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に係る実装機の位置補正方法は、実装機本体に対して移動可能に設けられたヘッドユニットに回転可能なノズル部材を具備し、このノズル部材により部品供給側から部品を吸着し、実装機本体に配設された撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づきノズル部材による部品吸着位置のずれを求め、それに応じた装着位置の補正を行って部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機において、部品供給側から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置し、ノズル部材を第1の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第2の回転角度とした状態とにおいてそれぞれ上記撮像手段により部品を撮像して部品の認識を行い、上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求めて、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を演算し、このずれ量を加味して部品の装着位置の補正を行うようにしたものである。
【0009】また、請求項2に係る実装機の位置補正装置は、実装機本体に対して移動可能に設けられるヘッドユニットと、このヘッドユニットに具備された回転可能なノズル部材と、上記実装機本体に設けられた部品認識用の撮像手段とを備え、上記ノズル部材により部品供給側から部品を吸着して上記撮像手段により部品認識を行った後、この部品認識に基づき装着位置の補正を行なって部品装着側へ部品を装着するように構成された実装機において、部品供給側から部品を吸着した上記ノズル部材を所定の撮像位置に配置すべくヘッドユニットを作動させるとともに、上記撮像手段による部品認識の際にノズル部材を第1の回転角度とした状態と、これより所定角度だけ回転させた第2の回転角度とした状態とにそれぞれノズル部材を作動させる駆動手段と、上記撮像手段による部品認識により上記各状態での部品の中心位置を求めるとともに、その各状態での部品の中心位置に基づきノズル部材の位置を求めて、撮像手段の基準位置に対するノズル部材の位置の相対的なずれ量を演算する演算手段と、このずれ量を加味して部品の装着を行うべく上記駆動手段を制御する制御手段とを設けたものである。
【0010】
【作用】上記請求項1記載の位置補正方法によれば、ノズル部材により部品を吸着した後の部品認識時に、回転角度の異なる2種類の状態での部品像を撮像するだけでノズル部材の移動量の誤差等によるノズル部材の位置のずれ量を求める処理が行われるため、実装作業を中断することなく、実装動作中に必要に応じて上述の処理を行うことが可能となる。そのため、この処理を任意の時期に行うことができ、例えば、部品の実装毎にこの処理を行うことも可能であり、熱膨張によるノズル部材の移動量の変化が生じた場合でも、これにより高い実装精度を得ることが可能となる。
【0011】上記請求項2記載の位置補正装置によると、ノズル部材の移動量の誤差を求めるための上述の処理が自動的に行なわれ、この処理によって求められたデータが実装のための制御に反映される。
【0012】
【実施例】本発明について図面を用いて説明する。
【0013】図1及び図2は、本発明にかかる位置補正装置が適用される実装機の全体的な構造を示している。これらの図に示すように、実装機の基台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実装作業位置で停止されるようになっている。
【0014】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、多数列のテープフィーダ4aを備えており、各テープフィーダ4aはそれぞれ、IC、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後述のヘッドユニット5により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。なお、当実装機の部品供給部4には、上記テープフィーダ4aに代えて、QFP等の大型部品を供給し得るように、多数の部品を並べて載置したトレー型のフィーダを装着することもできるようになっている。
【0015】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、X軸方向(コンベア2の方向)及びY軸方向(水平面上でX軸と直交する方向)に移動可能になっている。
【0016】すなわち、上記基台1上には、Y軸方向に延びる一対の固定レール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軸方向に延びるガイド部材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の作動によりボールねじ軸8が回転して上記支持部材11がY軸方向に移動するとともに、X軸サーボモータ15の作動によりボールねじ軸14が回転して、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。
【0017】また、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、これによってヘッドユニット5の作動位置検出が行われるようになっている。
【0018】上記ヘッドユニット5には、部品を吸着するノズル部材22が設けられている。このノズル部材22は、ヘッドユニット5のフレームに対してZ軸方向(上下方向)の移動及びR軸(ノズル中心軸)回りの回転が可能とされ、Z軸サーボモータ17及びR軸サーボモータ19により作動されるようになっている。これらの各サーボモータ17,19には、エンコーダからなる位置検出手段23,25がそれぞれ設けられており、これらによってノズル部材22の作動位置検出が行われるようになっている。また、ノズル部材22は、バルブ等を介して図外の負圧供給手段に接続され、必要時に部品吸着用の負圧がノズル部材22に供給されるようになっている。
【0019】さらに、上記ヘッドユニット5の側方前部には基板認識カメラ27が取付けられている。この基板認識カメラ27は、実装時にプリント基板3の表面に付されたフィデューシャルマークを撮像するもので、このマークの検出に基づいてヘッドユニット5とプリント基板3の相対位置が検知されるようになっている。
【0020】また、上記基台1には、上記ヘッドユニット5により吸着された部品の吸着状態を認識するための部品認識カメラ29が設けられている。この部品認識カメラ29は、片側の部品供給部4の側方に配設されており、部品供給部4から部品を吸着した後、上記ヘッドユニット5が部品認識カメラ29の上方の所定位置に移動させられることにより吸着部品を撮像するようになっている。
【0021】次に、上記実装機の制御系について図3のブロック図を用いて説明する。
【0022】上記実装機には、図3に示すような制御装置30が搭載されており、上記Y軸及びX軸サーボモータ9,15、ヘッドユニット5のノズル部材22に対するZ軸サーボモータ17,R軸サーボモータ19及び各サーボモータに対する位置検出手段10,16,23,25等はすべてこの制御装置30に電気的に接続され、この制御装置30によって統括制御されるようになっている。また、実装機の動作を統括制御するための所定の情報を備えた主演算部32と、この主演算部32により制御される軸制御部31とが制御装置30に設けられ、上記サーボモータ等がこの軸制御部31に接続されている。
【0023】上記軸制御部31及び主演算部32は、実装時に所定の実装動作を行わせる制御を行うとともに、部品認識カメラ29による部品認識において、後述の校正データを求めるための処理を行う際には、1つの部品について異なる角度で2種類の部品像を撮像すべく上記ヘッドユニット5及びノズル部材22を移動させる駆動手段として機能するようになっている。
【0024】また、上記主演算部32には、画像処理部33が接続されており、この画像処理部33に上記基板認識カメラ27及び部品認識カメラ29が接続されている。すなわち、基板認識カメラ27及び部品認識カメラ29によって取り込まれた画像データに所定の画像処理が施されて主演算部32に出力されることにより、主演算部32においてプリント基板3のフィデューシャルマーク及び部品の認識が行われるようになっている。
【0025】上記制御装置30には、さらに校正データ演算部(演算手段)34が設けられており、この校正データ演算部34が主演算部32及び記憶部35に接続され、さらに記憶部35が上記主演算部32に接続されている。
【0026】校正データ演算部34は、後述の校正データを求めるための処理で部品認識カメラ29により部品が撮像された場合に、各部品画像における部品の中心位置を求めるとともに、各部品の中心位置からノズル部材22の位置を求め、さらに、求められたノズル部材22の位置と部品認識カメラ29の認識中心位置のずれ量を演算し、このずれ量から校正データを求めるもので、この校正データを上記記憶部35に記憶するようになっている。
【0027】次に、上記実装機における位置補正方法について説明する。
【0028】上記実装機においては、実装機の稼働中に、例えば、オペレータの選択操作によって図4に示すフローチャートに基づいて実装位置補正のための校正データを求める処理が行われる。
【0029】先ず、ステップS1で、上記ヘッドユニット5が部品供給部4の上方に移動させられ、上記ノズル部材22よって部品供給部4から実装すべき部品がピックアップされる。部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット5が部品認識カメラ29上に移動し、ノズル部材22に吸着された部品が部品認識カメラ29による所定の部品認識位置に配置される(ステップS2〜ステップS3)。この際、理論上はノズル部材22の中心と部品認識カメラ29による撮像中心が一致するようにヘッドユニット5が作動させられる。
【0030】そして、ノズル部材22が所定の第1の回転角度とされた状態で部品が撮像されて、その画像(以下、第1画像という)による部品認識が行われ(ステップS3)、次に、ノズル部材22が所定の角度、本実施例では180°回転させられ、こうして第2の回転角度とされた状態で、再度部品認識カメラ29によって部品が撮像されてその画像(以下、第2画像という)による部品認識が行われる(ステップS4)。
【0031】当該部品の第1及び第2画像が得られると、上記校正データ演算部34において、これらの画像に基づいてノズル部材22の中心位置が求められるとともに、ノズル部材22の中心と部品認識カメラ29による撮像中心とのずれ量が演算される(ステップS5)。
【0032】具体的には、図5に示すように、第1画像40に基づく部品中心Pa、第2画像42に基づく部品中心Pbがそれぞれ求められ、これらを結んだ線分の中点Pが求められ、さらにこの中点と部品認識カメラ29の画像中心との差が演算される。すなわち、ノズル部材22により部品の中心以外の位置が吸着されている場合には、部品を180°回転させると、ノズル部材22を中心として部品の中心が対称位置に存することになるので、上述のようにして各画像に基づく部品中心Paと部品中心Pbの中点を求めることで、容易にノズル中心Pが求められる。なお、ノズル部材22により部品の中心が吸着されている場合には、部品中心Paとノズル中心Pbとが当然一致するので、部品中心Pa,Pbがノズル中心Pとされる。
【0033】上記ノズル中心Pと部品認識カメラ29の撮像中心のずれ量は、校正データとして上記記憶部35に記憶される。
【0034】さらに、上記ノズル中心ずれ量と撮像画面上の部品中心位置とに基づいて吸着ずれ量が算出される(ステップS6)。この際には、例えば、図6に示すように、上記第1画像40に基づいて部品認識カメラ29の撮像中心Oに対する部品のずれ(X,Y,R)が求められ、このずれ(X,Y,R)と、上記ノズル中心Pのずれ量とに基づいて吸着位置ずれ量、つまりノズル中心Pに対する部品中心のすれが求められる。そして、ステップS7において、上記吸着位置ずれ量を加味して当該部品のプリント基板3への装着が行われる。
【0035】こうして本フローチャートが終了する。そして、以後の実装動作においては、部品認識カメラ29による部品認識において求められる部品の吸着ずれデータと、上記記憶部35に記憶された校正データとに基づいて部品の装着位置の補正、つまりヘッドユニット5やノズル部材22の移動量の補正が行われてプリント基板3への部品装着が行われ、これにより部品の装着が精度良く行われる。
【0036】このように、上記実施例の位置補正方法では、ノズル部材22に吸着されている部品を角度を変えて撮像し、これによって得られる2種類の部品画像に基づいて上記校正データを得るようにしたので、従来のこの種の装置のように校正データを求める処理を行う時期的制限がなく、また、実装作業中に実装動作を中断することなく校正データを求める処理を行うことができる。
【0037】しかも、ノズル部材22によって、現実に実装すべき部品の部品像を撮像して校正データを求めるので信頼性が高く、実装精度を高めることが可能となる。
【0038】なお、上記実施例では、求めた校正データを記憶部35に記憶し、当該処理後の実装動作では、画像認識により得られる部品の吸着ずれデータと、記憶部35から読みだされる校正データとに基づいてヘッドユニット5やノズル部材22の作動を制御するのであるが、例えば、QFP等、高い実装精度が要求されるような部品については、実装時毎に校正データを求める上述の処理を行いながら実装を行うようにすれば、駆動系の熱膨張の変化によってノズル部材22の移動量が変化した場合等にも、高い精度で部品を装着することができる。
【0039】なお、以上説明した上記実装機は、本発明の位置補正装置が適用される実装機の一実施例であって、その具体的な方法や構造は適宜変更可能である。例えば、上記実施例では、オペレータの選定操作により校正データを求める処理が行われるようになっているが、勿論、実装基板の種類の切換え時や、所定の仕上がり基板数等に応じて自動的に行うようにしてもよい。また、実装動作の所定回数おき等に定期的に上記処理を行ってもよい。
【0040】また、上記実装機では、部品を180°回転させることにより、1つの部品に対して角度の異なる2種類の部品画像を得るようにしているが、この角度もノズル中心Pを適切に求められれば、必ずしも180°である必要はない。但し、180°の場合には、上述のように部品中心Pa,Pbを結んだ線分の中点がノズル中心Pとなるので、極めて容易にノズル中心Pを求めることができるという利点がある。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、部品認識カメラによる部品撮像時に、角度の異なる2種類の部品像を連続して撮像するだけで、ノズル部材の移動量の誤差等に起因したノズル部材のずれを求める処理が行われるため、実装作業を中断することなく、実装動作中に必要に応じて上述の処理を行うことができる。とくに、この処理を部品の実装毎に行ったり、定期的に行ったりすることも容易に可能となり、これにより高い実装精度を得ることができる。




 

 


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