JP2010182794A

JP2010182794A - 電子部品実装装置

Info

Publication number: JP2010182794A
Application number: JP2009023694A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Sugita; 誠一杉田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: JP5227824B2

Abstract

【課題】ヘッドユニット移動中の加減速に拘わらず、ノズルに保持された部品の保持位置及び保持角度を正確に検出して、タクトを向上する。
【解決手段】ヘッドユニット２０が備えるノズル２８によりピックアップ位置にて部品６を保持し、ヘッドユニットの移動に伴わせて部品を搭載位置に移動させ、該搭載位置にて部品を離して搭載する電子部品実装装置１０において、ノズルに保持された部品の保持位置及び保持角度を、ヘッドユニットの移動中にノズルを回転させながら、ヘッドシャフト２７に垂直な方向に生じる部品の影の長さの変化をとらえて検出する際に、ヘッドユニット移動中に保持角度を検出し、ヘッドユニット停止後に保持位置を検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、電子部品実装装置に係り、特に、ヘッドユニットの加減速を含む移動中にも高精度で部品認識を行なって、タクトを向上可能な電子部品実装装置に関する。

図１（全体図）及び図２（要部構成図）に例示する如く、Ｘ軸方向に基板８を搬送するための基板搬送部１２により搬送され、所定の搭載位置に固定された基板８に対して、例えば、基板搬送部１２の両側に設けられた部品供給部１４のテープフィーダ等の部品供給装置１６から電子部品をピックアップして搭載する電子部品実装装置（表面実装機あるいはマウンタとも称する）１０が知られている。図において、２０は、部品供給装置１６から基板８に部品を移載するためのヘッドユニット、２２は、該ヘッドユニット２０をＸ軸方向に移動して位置決めするためのＸ方向移動装置、２４は、該Ｘ方向移動装置２２ごとヘッドユニット２０をＹ軸方向に移動して位置決めするためのＹ方向移動装置、２６は、電子部品を例えば吸着してピックアップするための、ヘッドユニット２０に例えば複数配設される、先端（下端）にノズル２８を備えたヘッド、３０は、基板８のマーク等を上方から撮影するための、ヘッドユニット２０に装着される基板認識カメラ、３２は、ノズル２８に吸着された電子部品等を下方から撮影するための部品認識カメラである。

ここで、ノズル２８に吸着（保持）された部品の、ノズル２８に対する吸着（保持）位置（以下、ノズル中心に対する部品位置のずれ量を吸着ずれ量と称する）は、吸着・搭載を行なう毎に毎回少しずつ異なる。これは、ピックアップ位置に配された部品供給容器内の部品の向き及び位置が、それぞれ少しずつ異なることに起因する。このように、吸着ずれ量が毎回少しずつ異なるため、部品を搭載位置に適切に搭載するためには、部品を吸着してから搭載するまでのヘッドユニット２０の移動量を、吸着ずれ量に応じて調節する必要がある。

このような移動量の調節を行なうため、従来は、例えば、図３（Ａ）（横から見た断面図）及び（Ｂ）（下から見た底面図）に示すような、レーザ光４３の帯に生じた影により部品６の有無や幅を検出するためのレーザ認識部４０を、ヘッドユニット２０の下方に設けて吸着ずれ量を認識し、この認識した吸着ずれ量分だけヘッドユニット２０の移動量（又は搭載時の停止位置）を補正し、この補正の結果得られた移動量だけヘッドユニット２０を移動させて吸着部品６を搭載するようにしている。

図３において、２７はヘッドシャフト、４２はレーザ発光部、４４はレーザ受光部である。

ここで、吸着ずれ量の測定は、ノズル２８により部品６を吸着してから搭載位置に移動させる過程で行なうようにしている。これは、作業能率の向上のためである。より具体的な従来の自動部品搭載方法については、例えば特許文献１乃至３に記載されている。

しかしながら、ヘッドシャフト２７は完全な剛体ではないため、移動に伴う加減速中に、図４に誇張して例示するような、しなりを生じてしまう。他方、搭載位置にて部品６を搭載するときには、ヘッドユニット２０が停止状態であるため、この時点では、加減速中に生じた、しなりも解消されている。このため、従来のように、ヘッドユニットの加減速中に認識した吸着ずれ量に基づきヘッドユニット２０の移動量を演算し、この演算値に基づきヘッドユニット２０を移動させて部品６を搭載すると、部品６の搭載位置がずれてしまうという問題がある。そこで、特許文献４には、ヘッドユニット２０に加わる加減速度に起因する部品の認識位置の誤差を補正することが提案されている。

特開平６−５５４１７号公報特開平６−２５２５９８号公報特開平１０−２９００９７号公報特開２００２−２６１４９４号公報

しかしながら、従来の加速度補正方法では、軸の位置偏差、速度偏差や制御の遅延等により、部品認識時のＸＹ軸によるヘッドユニットの移動加速度及び減速度を正確に捉えることは困難であった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ヘッドユニット移動中の加減速に拘わらず、ノズルに保持された部品の保持位置及び保持角度を正確に検出できるようにすることを課題とする。

本発明は、ヘッドユニットが備えるノズルによりピックアップ位置にて部品を保持し、ヘッドユニットの移動に伴わせて部品を搭載位置に移動させ、該搭載位置にて部品を離して搭載する電子部品実装装置において、ノズルに保持された部品の保持位置及び保持角度を、ヘッドユニットの移動中にノズルを回転させながら、ヘッドシャフトに垂直な方向に生じる部品の影の長さの変化をとらえて検出する際に、ヘッドユニット移動中に保持角度を検出し、ヘッドユニット停止後に保持位置を検出するようにして、前記課題を解決したものである。

ここで、同一ロットの基板で基板毎の部品搭載動作が同じである場合、生産開始による１枚目の基板で検出したヘッドユニット移動中のヘッドシャフトのしなりによる位置ずれを２枚目以降の基板に用いて、ヘッドユニット移動中に検出した保持位置を修正することで、２枚目以降の基板のヘッドユニット停止後の保持位置検出を省略することができる。

本発明によれば、ヘッドユニットのＸＹ方向の加減速を含む移動中にも、時間のかかる部品認識を行なえるため、高精度のままタクトを向上できる。

特に、同一ロットの基板で基板毎の部品搭載動作が同じである場合は、生産開始による１枚目の基板で検出したヘッドユニット移動中のヘッドシャフトのしなりによる位置ずれを２枚目以降の基板に用いて、ヘッドユニット移動中に検出した保持位置を修正することで、２枚目以降の基板のヘッドユニット停止後の保持位置検出を省略することができる。

電子部品実装装置の一般的な構成を示す、一部を切り欠いて示す斜視図電子部品実装装置の要部構成を示す斜視図同じくヘッドユニット上のレーザ認識部を（Ａ）横から見た断面図及び（Ｂ）下から見た底面図加減速中のしなりによる位置ずれを示す側面図本発明の実施形態の要部構成を示す斜視図及びブロック図同じくレーザ認識部で検出されるヘッドシャフトの回転角度と影の長さの関係の例を示す図同じく移動中の加減速による部品の変位を示す平面図同じく吸着動作制御部の動作の手順を示す流れ図停止時の部品中心位置を計測する他の方法を説明するためのレーザ認識部の平面図

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図５に、本発明に係る電子部品実装装置の実施形態の主要部を示す。ここで、５０は、装置全体を制御する主制御装置の要部であり、５２は、装置全体の動作、ヘッド認識管理テーブル（以下、単に管理テーブルとも称する）６０の作成、及び、該管理テーブル６０のデータを使用し、部品位置の補正を行ない搭載制御する吸着搭載制御部、５４は、現在時点を示す管理ポインタ、５６は、管理テーブル６０のデータから加速度補正を行なう加速度補正演算部、６０は、ＸＹの動作履歴（ＸＹの移動座標と停止が時間順に並ぶ）と、現在時点の管理ポインタ５６、ヘッド毎にどこで認識を開始し、終了したかと、その時のずれ量の記録を管理するヘッド認識管理テーブル、７０は、Ｘ方向移動装置２２を駆動するためのＸ軸ドライバ、７２は、Ｙ方向移動装置２４を駆動するためのＹ軸ドライバ、７４は、軸毎に設けられたＺ軸ドライバ、７６は、同じく軸毎に設けられたθ軸ドライバ、７８は、レーザ認識部４０用のレーザ認識ドライバである。

以上の構成において、ヘッドユニット２０のノズル２８に吸着された部品６は、部品供給装置１６から基板８まで、Ｘ方向移動装置２２及びＹ方向移動装置２４により加減速移動を行なう。

又、部品供給装置１６から吸着した部品６を高速で搭載するために、Ｘ方向移動装置２２及びＹ方向移動装置２４によるＸＹ動作中に、レーザ認識部４０によるレーザ認識を行なう。しかしその際、加減速動作中のヘッドユニット２０上にある部品６は、加減速によりノズル２８を支えているヘッドシャフト２７に力が加わり、図４に誇張して例示したように、微小に部品６の位置が変位することになる。

レーザ認識部４０では、ヘッドシャフト２７を回転するためのθ軸モータ（図示省略）により部品６を回転させて、レーザ光４３による部品６の影の位置と幅、及び、θ軸モータの回転角度を示すエンコーダからのヘッドシャフト２７の回転角度により、部品の中心位置、角度と長辺、短辺のサイズを得るが、部品６の加減速による部品の変位が発生すると、図６に例示する部品の長辺、短辺を示す最小幅とヘッドシャフト２７の回転角度との関係は変わらないが、図７に例示する如く、部品６の中心座標にずれを生じる。又、部品６のずれはＸ方向移動装置２２及びＹ方向移動装置２４による加減速により生じるため、部品６が、そのＸＹ動作軌跡の延長線上（加速時は後方、減速時は前方）に変位する。

従って、部品の縦、横の測定に拘わらず、レーザ光４３では、部品測定時の加減速方向のＸ軸方向成分（図３のようにレーザ光４３の走査方向がＸ軸方向の場合）の部品変位量と部品のノズル中心からの変位量を合算した分だけずれて読める。なお、部品の吸着角度は加減速時にも変わらないから、加減速時に取得した部品の吸着角度は、そのまま使用できる。そこで、レーザ認識後の部品が吸着角度ずれの無い０度方向になるように回転させ、ＸＹ停止後、部品の位置を単発（瞬時）のレーザ光で読むことにより、ヘッドシャフト２７が、しなりにより歪んでいない状態での部品６のノズル２８中心からの正確なＸ方向の吸着ずれ量を読むことができる。更に、部品６を９０度回転させ、レーザ光４３によりノズル中心からのＹ軸方向のずれを測定する。

このように、吸着した部品をＸ方向移動装置２２及びＹ方向移動装置２４によるＸＹ移動及びレーザ認識した後に、現在の各部品の位置ずれ量を読むことにより、移動中に取得したずれと現在のＸＹずれとにより、加減速により、どの程度のＸＹ座標ずれが発生したかが判る。

更に、同一ロットの基板の場合は、生産開始により１枚目の基板に搭載し、この管理テーブル６０はＸＹの動作履歴を基板１枚分持つことにより、２枚目以降の基板への搭載は、通常、全く同じ動作となるため、２枚目以降の基板の管理テーブル６０を省略することができる。

前記吸着搭載制御部５２の具体的な処理手順を図８に示す。

まずステップＳ１で生産開始か否かを判定する。生産開始である場合には、ステップＳ２に進み、管理テーブル６０の内容を全てクリアする。次いでステップＳ３に進み、基板の１枚目か否かを判定する。基板の１枚目である場合には、ステップＳ４に進み、管理ポインタ５４を管理テーブル６０の先頭に設定する。

次いで、図８に例示する同時吸着の場合、全ヘッドについて、以下の動作を同時に開始する。即ち、例えばヘッド１について示すステップＳ５で、このときのヘッド１のＸＹ座標を管理テーブル６０の当該段のヘッド１と比較する。次いでステップＳ６に進み、座標が同じか否かを判定する。座標が同じでない場合、即ち、初めての座標（１枚目の基板）と判定されるときには、ステップＳ７に進み、該当段の変更に有りと設定する。次いでステップＳ８に進み、管理テーブル６０の該当ＸＹ座標を更新する。ステップＳ８終了後、又は、ステップＳ６の判定結果が正で前と同じ座標である場合には、ステップＳ９に進み、部品を吸着し、ステップＳ１０で部品認識を行なう。

次いで、全指示ヘッドの吸着完了待ちで同期した後、ステップＳ１１で、搭載位置か否かを判定する。判定結果が正で搭載座標であると判定されるときには、ステップＳ１２に進み、座標が同じか否かを判定する。判定結果が否であり、初めての座標（１枚目の基板）と判定されるときには、ステップＳ１３に進み、該当段の変更に有りと設定する。次いでステップＳ１４に進み、管理テーブル６０の該当ＸＹ座標を更新する。ステップＳ１４終了後、又はステップＳ１２の判定結果が正で前と同じ座標と判定されるときには、ステップＳ１５に進み、変更有りか否かを判定する。判定結果が正である場合には、ステップＳ１６に進み、ＸＹ移動中に認識した角度により部品を吸着角度ずれの無い０度に回転し、部品位置サイズを単発測定する。次いでステップＳ１７に進み、９０度回転して部品位置サイズを単発測定する。次いでステップＳ１８に進み、次式で示される停止時と移動時の認識結果の差（ヘッドシャフトの歪み）を管理テーブル６０に記録する。

ここで、加減速によるヘッドシャフト２７の歪みは、図７に示した如く、次式で表わされる。
加減速によるヘッドシャフトの歪み（ΔＸｈｍ，ΔＹｈｍ）
＝ｈノズル部品移動中のずれ（ΔＸ’，ΔＹ’）
−ｈノズル部品停止時のずれ（ΔＸ，ΔＹ） …（１）

ステップＳ１８終了後、又はステップＳ１５の判定結果が否であり前と同じと判定されるときには、ステップＳ１９に進み、移動時の認識結果に対し管理テーブル６０の認識結果の差で補正し、搭載位置を修正する。次いでステップＳ２０に進み、部品を搭載する。

次いで全ヘッドの搭載完了待ちで同期した後、ステップＳ２１に進み、全ヘッドが１部品の搭載を終ったら、管理ポインタ５４を＋１して、管理テーブル６０の次の段に移行する。

なお図８は同時吸着の例を示したが、同時吸着でなくても本発明は適用できる。

又、例えばチップ部品でなくリード付き部品の場合、ヘッド移動時の軸ずれがＸ軸とＹ軸で同じであると仮定できれば、吸着ずれ角度θ分回転させた位置での測定のみで、搭載補正データを求めることもできる。

次に、停止時の部品中心位置を計測する方法の他の例を説明する。

搭載補正データを求めるためのアルゴリズムでは、ＸＹ移動中にレーザ認識部４０で部品６の吸着ずれ角度θを求める。

次いで、部品計測後にヘッドシャフトが停止した位置で、図９に示すＡ（ｘ₂，ｙ₂）、Ｃ（ｘ₃，ｙ₃）を求める。

次いで、吸着ずれ角度θ分回転させ、部品がレーザ光４３と平行になり停止した位置でａ（ｘ₁，ｙ₁）、ｄ（ｘ₄，ｙ₁）を求める。

次いで、上記のデータを基に、次式を用いて、ヘッドシャフト中心Ｗｃ（ｘｃ，ｙｃ）を求める。
ｘｃ＝（ｘ₁＋ｘ₄）／２ …（２）
ｙｃ＝（ｙ₁＋ｙ₄）／２ …（３）
ここで、ｙ₁＝（ｘ₂−ｘ₁ cosθ）／sinθ …（４）
ｙ₄＝（ｘ₃−ｘ₄ cosθ）／sinθ …（５）

求めたＷｃは、部品とレーザ光が平行になり停止させたときの部品の中心位置である。従って、Ｗｃ（ｘｃ，ｙｃ）とレーザオフセットデータを演算処理することにより、ＸＹ移動に影響されない部品搭載のための高精度の搭載補正データを、移動停止後にヘッドシャフトを９０°回転することなく求めることができる。

更に、各吸着搭載動作において、全ヘッドの吸着が完了し、ＸＹ動作開始と同時に全ヘッドでのレーザ認識を開始し、全ヘッドの１点目の搭載点までに全ヘッドのレーザ認識が完了する等のように、レーザの認識がある特定のタイミングに行なわれることが明確な場合には、簡易的に予め取得した開始座標（最後の吸着座標）から終了座標（最初の搭載のための停止座標）までの距離、方向、経路、速度、加減速度等に応じて分類した補正量を使用することも可能である。

ここで、予めずれを測定する際に、擬似的にヘッドに装着されたノズル先端を部品と見做して、ＸＹ加減速時の部品位置（加減速によるずれを含んだ部品位置）のレーザ認識及び停止時の部品位置（加減速によるずれの無い部品位置）のレーザ認識をすることも可能である。

又、前記のようなＹ方向に照射するレーザでの計測の場合、レーザ認識時の加減速のＸ方向成分により部品の位置ずれが発生するため、吸着、搭載移動の間の部品レーザ認識時の移動量のＸ方向成分が小さく、ずれの範囲が電子部品実装装置の搭載精度に対して極めて小さい範囲においては、無視することも可能である。なお、レーザの照射方向はＹ方向に限定されない。ヘッド数も複数に限定されず、単一ヘッドであっても良い。

６…部品
８…基板
１０…電子部品実装装置
１６…部品供給装置
２０…ヘッドユニット
２２…Ｘ方向移動装置
２４…Ｙ方向移動装置
２６…ヘッド
２７…ヘッドシャフト
２８…ノズル
４０…レーザ認識部
４２…レーザ発光部
４３…レーザ光
４４…レーザ受光部
５０…主制御装置
５２…吸着搭載制御部
５４…管理ポインタ
５６…加速度補正演算部
６０…ヘッド認識管理テーブル

Claims

ヘッドユニットが備えるノズルによりピックアップ位置にて部品を保持し、ヘッドユニットの移動に伴わせて部品を搭載位置に移動させ、該搭載位置にて部品を離して搭載する電子部品実装装置において、
ノズルに保持された部品の保持位置及び保持角度を、ヘッドユニットの移動中にノズルを回転させながら、ヘッドシャフトに垂直な方向に生じる部品の影の長さの変化をとらえて検出する際に、
ヘッドユニット移動中に保持角度を検出し、ヘッドユニット停止後に保持位置を検出するようにしたことを特徴とする電子部品実装装置。
同一ロットの基板で基板毎の部品搭載動作が同じである場合、生産開始による１枚目の基板で検出したヘッドユニット移動中のヘッドシャフトのしなりによる位置ずれを２枚目以降の基板に用いて、ヘッドユニット移動中に検出した保持位置を修正することで、２枚目以降の基板のヘッドユニット停止後の保持位置検出を省略することを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。