JP2017157765A - 制御データのキャリブレーション方法及び部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御データを正確に校正することができる制御データのキャリブレーション方法及び部品実装装置を提供する。【解決手段】複数の校正用マークが格子状に設けられた校正用基板を基板搬送機構によって位置決めする。次いで、校正用基板上の複数の校正用マークを撮像手段によって順次撮像することで、個々の校正用マークに対応する実装ヘッドの位置の実測値のデータを取得する。次いで、実測値のデータに基づいて、第１のビームの形状を直線で近似したときの第１のビームの傾きを第２のビームに対する第１のビームの位置ごとに算出し、さらに第１のビームの形状を導出する。次いで、第１のビームの傾きと形状に基づいて、校正用基板の面内において校正用マークが設けられた領域である面内領域と、面内領域よりも外方に設定された領域である面外領域を含めた領域における実装ヘッドの制御データの校正値を演算する。【選択図】図６

Description

本発明は、制御データのキャリブレーション方法及び部品実装装置に関するものである。

実装分野においては、部品を保持した実装ヘッドを水平方向に移動させて基板に実装する部品実装装置が広く知られている。実装ヘッドの移動手段として、水平なＸ軸方向に延びたＸ軸ビームと、Ｘ軸方向と水平面内において直交するＹ軸方向に延びたＹ軸ビームから構成される移動機構が多くの部品実装装置で採用されている。実装ヘッドはＸ軸ビームに対してＸ軸方向に移動自在に設けられ、Ｘ軸ビームはＹ軸ビームに対してＹ軸方向に移動自在に設けられている。

上述した部品実装装置では、各ビームの歪みや組み付け誤差等に起因して、実装ヘッドの実際の位置と制御データ上で規定する位置との間でずれが生じる場合がある。このようなずれをキャンセルして実装ヘッドの移動制御を適切に行うため、制御データを校正するためのいわゆるキャリブレーションが設備の製造時、据付時、もしくはメンテナンス時等に実行される。具体的に説明すると、基板搬送機構を用いて複数の校正用マークが設けられた校正用基板を搬送・位置決めし、実装ヘッドと一体となって移動するカメラ（撮像手段）によって複数の校正用マークを順次撮像する。部品実装装置の制御部は、撮像画像を認識処理することによって校正用マークの実際の位置と制御データ上でのカメラの位置とのずれ量を求め、このずれ量に基づいて制御データを校正する。

上述した制御データの校正方法では、校正用マークが存在する校正用基板の面内の領域における制御データしか校正することができず、校正用基板の面外の領域における制御データは校正することができなかった。そこで従来、部品実装装置が複数のＸ軸ビームを備え、Ｘ軸ビームごとに実装ヘッドとカメラが装着されたいわゆるデュアルタイプのものである場合、これらの実装ヘッドを用いて校正用基板の面外の領域における制御データを校正する方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１には、校正用マークを有するプレート型ゲージが取り付けられた一方の実装ヘッドを校正用基板の面外の領域に移動させ、他方の実装ヘッドに対応して設けられたカメラで校正用マークを撮像することによって制御データを校正する部品実装装置が開示されている。この方法によれば、校正用基板の面外の領域に校正用マークを位置合わせすることができるので、当該領域における実装ヘッドの制御データを校正することが可能となる。

特許第５３３８８７６７号公報

しかしながら、特許文献１を含む従来技術では、プレート型ゲージが取り付けられた一方の実装ヘッドを移動させるＸ軸ビームに歪み等が生じている場合、プレート型ゲージ上の校正用マークが校正用基板の面外の領域において位置合わせされるべき正規位置からずれてしまう。したがって、他方の実装ヘッドに対応するカメラでプレート型ゲージの校正用マークを撮像し、取得した撮像画像に基づいて制御データを校正しても、制御データは正確性を著しく欠くことになる。このように、実装ヘッド及びカメラを移動させるビームを複数用いた制御データの校正は正確性を欠き、実装ヘッドの移動制御を精度良く行うことができず、ひいては部品の実装精度が低下するという課題があった。

そこで本発明は、制御データを正確に校正することができる制御データのキャリブレーション方法及び部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の制御データのキャリブレーション方法は、作業位置に位置決めされた基板に部品を実装する実装ヘッドと、基板の搬送方向と平行な第１の方向に延び前記実装ヘッドを前記第１の方向に移動させる第１のビームと、前記第１の方向と水平面内で直交する第２の方向に延び前記第１のビームを前記第２の方向に移動させる第２のビームと、前記作業位置に位置決めされた基板を撮像し前記実装ヘッドとともに移動する撮像手段と、を備えた部品実装装置において、前記第１のビームに沿った前記実装ヘッドの移動制御と前記第２のビームに沿った前記第１のビームの移動制御を組み合わせた制御データを校正する制御データのキャリブレーション方法であって、校正用基板の前記第１の方向及び第２の方向に沿って設けられた複数の校正用マークを順次撮像して得られる実測値に基づいて、校正用マークの中心と実測値とに生じる誤差である変位量を算出する第１の算出工程と、前記第１の算出工程で算出した変位量に基づいて、前記校正用基板の面内の領域である面内領域と、前記面内領域よりも外方に設定された領域である面外領域における傾きと切片を算出する第２の算出工程と、前記第１の算出工程で算出した算出した変位量から形成される形状と前記第２の算出工程で算出した傾きと切片で形成される前記変位量の近似直線とに基づいて、前記第１のビームの形状を導出するビーム形状導出工程と、前記ビーム形状導出工程において導出した前記第１のビームの形状に基づいて、前記面内領域と、前記面外領域を含めた領域における前記実装ヘッドの制御データの校正値を演算する校正値演算工程と、を含む。

本発明の部品実装装置は、作業位置に位置決めされた基板に部品を実装する実装ヘッドと、基板の搬送方向と平行な第１の方向に延び前記実装ヘッドを前記第１の方向に移動させる第１のビームと、前記第１の方向と水平面内で直交する第２の方向に延び前記第１のビームを前記第２の方向に移動させる第２のビームと、前記作業位置に位置決めされた基板側に撮像視野を向け前記実装ヘッドとともに移動自在な撮像手段と、を備え、前記第１のビームに沿った前記実装ヘッドの移動制御と前記第２のビームに沿った前記第１のビームの移動制御を組み合わせた制御データに基づいて前記実装ヘッドを移動させることで、前記実装ヘッドが保持した部品を基板に実装する部品実装装置であって、校正用基板の前記第１の方向及び第２の方向に沿って設けられた複数の校正用マークを順次撮像して得られる実測値に基づいて、校正用マークの中心と実測値とに生じる誤差である変位量を算出する第１の算出部と、前記第１の算出部で算出した変位量に基づいて、前記校正用基板の面内の領域である面内領域と、前記面内領域よりも外方に設定された領域である面外領域における傾きと切片を算出する第２の算出部と、前記第１の算出部で算出した変位量から形成される形状と前記第２の算出部で算出した傾きと切片で形成される前記変位量の近似直線に基づいて、前記第１のビームの形状を導出するビーム形状導出部と、前記ビーム形状導出部において導出した前記第１のビームの形状に基づいて、前記面内領域と、前記面外領域を含む領域における前記実装ヘッドの制御データの校正値を演算する校正値演算部と、を備えた。

本発明によれば、制御データを正確に校正することができる。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の側面図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における所定のｙ座標ごとに実装ヘッド１２をＸ軸方向に移動させたときの軌跡（曲線Ｒ）とその軌跡（直線Ｌ）を一次近似した直線Ｌのイメージ図 本発明の一実施の形態における校正用基板の平面図 本発明の一実施の形態におけるキャリブレーション方法のフローチャート （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態におけるキャリブレーション方法の動作説明図 本発明の一実施の形態における校正用基板の平面図 本発明の一実施の形態における部品実装装置が備える基板認識カメラの撮像視野を示す図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態における校正用基板の平面図 （ａ）本発明の一実施の形態における行ごとに求めた傾きｍの分布を示す図（ｂ）本発明の一実施の形態における行ごとに求めた切片ｂの分布を示す図 （ａ）所定行における変位量Δｘと各列の値との関係を示す図（ｂ）所定行における算出した差分量と各列の値との関係を示す図 本発明の一実施の形態における部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態における変位量Δｘ（平均値）の分布を示す図 本発明の一実施の形態における校正用基板の平面図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置が備えるＸ軸ビームの形状を表すイメージ図

まず図１及び図２を参照して、本発明の一実施の形態における部品実装装置について説明する。部品実装装置１は基板２に部品３（図２）を実装する機能を有し、図示しない通信ネットワークを介して接続される他装置やホストコンピュータとともに部品実装システムを構成する。以下、基板２の搬送方向と平行な方向をＸ軸方向（第１の方向）、Ｘ軸方向と水平面内において直交する方向をＹ軸方向（第２の方向）、ＸＹ平面に対して直交する方向をＺ軸方向と定義する。

基台４のＹ軸方向の略中央には、基板搬送機構５が配置されている。基板搬送機構５はＸ軸方向に並行して延びた一対の搬送レールを備えており、基板２をＸ軸方向に搬送して所定の作業位置に位置決めする。基板搬送機構５のＹ軸方向における両側には、それぞれ部品供給部６が配置されている。部品供給部６には、複数のテープフィーダ７がＸ軸方向に並列して配置されている。テープフィーダ７は、キャリアテープに保持された部品３を間欠送りして、後述する実装ヘッド１２による部品取り出し位置まで供給する。

基台４のＸ軸方向における両端部には、Ｙ軸方向に延びた長尺のＹ軸ビーム（第２のビーム）８がそれぞれ設けられている。このＹ軸ビーム８には、Ｘ軸方向に延びた２基のＸ軸ビーム（第１のビーム）９がＹ軸方向に移動自在に架設されている。２基のＸ軸ビーム９にはＸ方向に移動自在なＬ字状のヘッド取り付け部材１１がそれぞれ装着されており、ヘッド取り付け部材１１には実装ヘッド１２が取り付けられている。Ｙ軸ビーム８はＸ軸ビーム９をＹ方向に移動させ、また、Ｘ軸ビーム９は実装ヘッド１２をヘッド取り付け部材１１とともにＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸ビーム８とＸ軸ビーム９は、実装ヘッド１２を水平方向に移動させるヘッド移動機構１０を構成する。

実装ヘッド１２は複数の単位実装ヘッドから構成される。図２において、単位実装ヘッドの下端部には部品３を吸着可能な吸着ノズル１３が装着されている。吸着ノズル１３は、実装ヘッド１２に内蔵されたノズル昇降機構１４（図３）の駆動によってＺ軸方向に移動、すなわち昇降する。ヘッド移動機構１０とノズル昇降機構１４を駆動させることにより、実装ヘッド１２はテープフィーダ７により供給される部品３を吸着ノズル１３によって吸着して取り出し、所定の作業位置に位置決めされた基板２に部品３を実装する。

図１及び図２において、ヘッド取り付け部材１１の下面には、作業位置に位置決めされた基板２側である下方に撮像視野を向けた基板認識カメラ（撮像手段）１５が設けられている。基板認識カメラ１５は、Ｘ軸ビーム９の駆動によって、実装ヘッド１２とともに移動自在となっている。基板認識カメラ１５は、作業位置に位置決めされた基板２に形成された一対の基板マーク２ａ（図１）等を撮像する。基板搬送機構５とテープフィーダ７の間には部品認識カメラ１６が配設されている。テープフィーダ７により供給された部品３を取り出した実装ヘッド１２が部品認識カメラ１６の上方に移動することで、部品認識カメラ１６は吸着ノズル１３に吸着された部品３を下方から撮像する。基板２と部品３の撮像データは、部品実装時に実装ヘッド１２の位置を補正する際に用いられる。

次に図３を参照して、制御系の構成について説明する。部品実装装置１が備える制御部２０は、記憶部２１、機構駆動部２２、認識処理部２３、キャリブレーション実行部２４を含んで構成される。また、制御部２０は、基板搬送機構５、テープフィーダ７、ヘッド移動機構１０、実装ヘッド１２、ノズル昇降機構１４、基板認識カメラ１５、部品認識カメラ１６等と接続されている。

記憶部２１は、部品３が実装された基板２の生産に必要な生産データ等を記憶する。この生産データには、実装ヘッド１２の移動制御に必要な制御データ（制御パラメータ）２１ａが含まれている。制御データ２１ａは、Ｘ軸ビーム９に沿った実装ヘッド１２の移動制御と、Ｙ軸ビーム８に沿ったＸ軸ビーム９の移動制御を組み合わせたデータである。

機構駆動部２２は、制御部２０によって制御されて、基板搬送機構５、テープフィーダ７、ヘッド移動機構１０、実装ヘッド１２、ノズル昇降機構１４を駆動する。これにより、基板２の搬送動作、部品３の実装動作が実行される。なお、ヘッド移動機構１０は、制御データ２１ａに基づいて駆動され、実装ヘッド１２を水平方向に移動させる。これにより、実装ヘッド１２はテープフィーダ７から部品３を取り出して、所定の作業位置に位置決めされた基板２に実装する。このように部品実装装置１は、制御データ２１ａに基づいて実装ヘッド１２を移動させることで、実装ヘッド１２が保持した部品３を基板２に実装する。

認識処理部２３は、基板認識カメラ１５、部品認識カメラ１６によって取得した撮像データを認識処理することで、作業位置に位置決めされた基板２や実装ヘッド１２に保持された部品３を検出する。基板２と部品３の検出結果は、部品３の実装時に実装ヘッド１２を基板２に対して位置合わせする際に用いられる。

キャリブレーション実行部２４は、部品実装装置１を構成する各種部材に応じたキャリブレーションを実行し、内部処理機構として実測値取得部２４ａ、第１の算出部２４ｂ、第２の算出部２４ｃ、ビーム形状導出部２４ｄ、校正値演算部２４ｅを含んで構成されている。キャリブレーションとは、部品実装装置１を構成する各種部材の固有のばらつきや取り付け誤差等を是正するための校正作業を指し、設備の製造時、据付時、もしくはメンテナンス時等で実施される。

例えば、Ｙ軸ビーム８とＸ軸ビーム９は長尺の部材であるため、加工精度や各種部品の組み付けによって、歪みが生じる場合がある。ここで、制御部２０が実装ヘッド１２を制御する際に把握している実装ヘッド１２の位置は、制御データ２１ａ上で規定する位置である。したがって、Ｙ軸ビーム８やＸ軸ビーム９が歪んでいる場合、制御データ２１ａ上での実装ヘッド１２の位置と、機械座標系で示される実装ヘッド１２の実際の位置との間で誤差が生じる。そのため部品３の実装を正確に行うためには、当該誤差がキャンセルされるように、制御データ２１ａの校正（キャリブレーション）を行う必要がある。キャリブレーション実行部２４は、Ｙ軸ビーム８やＸ軸ビーム９の形状に基づいて、制御データ２１ａの校正値を取得するために必要な演算を行う。

次に図４を参照して、Ｘ軸ビーム９の形状と傾きについて詳しく説明する。図４は、所定のｙ座標ごとに実装ヘッド１２をＸ軸方向に移動させたときの軌跡（曲線Ｒ）とその軌跡（曲線Ｒ）を一次近似した直線Ｌのイメージ図である。曲線ＲはＸ軸ビーム９とＹ軸ビーム８との歪みの影響を受けた形状であり、直線Ｌは曲線Ｒを一次近似（直線に）しているためＹ軸ビーム８の歪みのみの影響を受けた形状である。ここで、図４の各曲線Ｒを直線Ｌにあわせて重ね合わせると各曲線Ｒの形状は略一致する。すなわち、Ｘ軸ビーム９の形状はＹ軸ビーム８の歪みの影響を受けていなければ、形状が変化しない傾向にあり、Ｘ軸ビーム９の形状はＹ軸ビーム８の歪みのみの影響を受けた形状（直線Ｌ）とＸ軸ビーム９の歪みのみの影響を受けた形状（各曲線Ｒを直線Ｌにあわせて重ね合わせた曲線Ｒ）に分離することが出来る。なお、破線で示す直線Ｌは、対応するＸ軸ビーム９が作業位置に位置決めされた基板２の上方から外れた位置にあることを示している。ここで、上述した課題を解決するために当該Ｘ軸ビーム９を移動する基板認識カメラ１５のみを用いて制御データ２１ａの校正を行う場合、以下の問題点が生じる。Ｘ軸ビーム９を移動する実装ヘッド１２が基板２に部品３を実装する領域の中には、当該Ｘ軸ビーム９を移動する基板認識カメラ１５では撮像できない領域が存在し、そのような領域においてはＸ軸ビーム９の形状を取得することができない。そこで、発明者はこうした状況下、上述した曲線Ｒと直線Ｌとの関係性に基づき、Ｘ軸ビーム９を移動する基板認識カメラ１５で撮像できない領域も含めて制御データ２１ａのキャリブレーションを行う方法に思い至った。

キャリブレーションを実行して制御データ２１ａの校正値を取得する際には、図５に示す校正用基板１７が用いられる。校正用基板１７は、基板搬送機構５によって搬送可能であって、基板２と同様の外径形状を有する板状部材である。校正用基板１７の上面には、複数の校正用マークＭがＸ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれピッチｐｘ，ｐｙの格子配列で設けられている。便宜上、基板２の搬送方向（Ｘ軸方向）と平行な方向を列方向、列方向と水平面内において直交する方向（Ｙ軸方向）を行方向と定義する。また、図５において紙面左側から順に第１列、第２列・・・第１２列と定義し、図５において紙面下側から順に第１行、第２行・・・第６行と定義する。キャリブレーション実行時には、校正用基板１７は基板搬送機構５によって所定の位置に搬送し、位置決めされ、その後、基板認識カメラ１５によって個々の校正用マークＭが順次撮像される。なお、校正用基板１７は作業者によって所定の位置に設置されてもよい。また、校正用基板１７のサイズは基板搬送機構５で位置決めできる最大サイズが好ましいが、最大サイズでなくても本発明のキャリブレーションを行うことで校正用基板１７の外方領域もキャリブレーションすることができる。

実測値取得部２４ａは、基板認識カメラ１５によって撮像した校正用マークＭの画像を取得する。第１の算出部２４ｂは、実測値取得部２４ａが取得した実測値に基づいて、校正用マークＭの中心の値と実測値とに生じる誤差である変位量（Δｘ，Δｙ）を求める。第２の算出部２４ｃは、第１の算出部２４ｂが算出した変位量Δｘと各列の値から行ごとのＸ軸ビーム９の近似直線の傾きとその切片（以下、傾きｍ、切片ｂとする）を算出する。ビーム形状導出部２４ｄは、第１の算出部２４ｂが算出した変位量Δｘと各列の値とから行ごとのＸ軸ビーム９の平均形状を導出する。校正値演算部２４ｅは、変位量Δｘの近似直線とＸ軸ビーム９の平均形状とに基づいて、実装ヘッド１２の制御データ２１ａの校正値を演算する。これら各部の詳細は後述する。

本実施の形態における部品実装装置１は以上のように構成される。次に図６のフローチャートに従って、制御データ２１ａの校正値を取得するための部品実装装置１のキャリブレーション方法について説明する。オペレータによりキャリブレーションの実行が指示されると、キャリブレーション実行部２４は当該操作を検知して、基板搬送機構５を制御する。これにより図７（ａ）に示すように、基板搬送機構５は校正用基板１７を搬送し（矢印ａ）、所定の作業位置に位置決めする（ＳＴ１：校正用基板位置決め工程）。すなわち（ＳＴ１）では、複数の校正用マークＭが第１の方向（Ｘ軸方向）及び第２の方向（Ｙ軸方向）に沿って格子状に設けられた校正用基板１７を基板搬送機構５によって位置決めする。

次いで、校正用マークＭの位置における実装ヘッド１２の実測値を取得するための処理が実行される（ＳＴ２：実測値取得工程）。すなわち図７（ｂ）に示すように、実装ヘッド１２は制御データ２１ａに基づいて、所定の作業位置（行と列）に位置決めされた校正用基板１７の上方を移動する。このとき、実装ヘッド１２は、一体となって移動する基板認識カメラ１５の撮像視野の中心が個々の校正用マークＭの中心αに移動制御される。これにより、基板認識カメラ１５は、複数の校正用マークＭを個別に順次撮像する。実測値取得部２４ａは個々の校正用マークＭの中心αを取得する。校正用マークＭの撮像順序は任意である。本実施の形態では、図８に示すように、基板認識カメラ１５は行ごとにＸ軸方向に沿って移動しながら（矢印ｂ）、校正用マークＭを順次撮像する。

図９は、基板認識カメラ１５が所定の校正用マークＭの上方まで移動したときの撮像視野１５ａを例示したものである。Ｙ軸ビーム８やＸ軸ビーム９に歪みが生じているとき、撮像視野１５ａの中心βと校正用マークＭの中心αとには誤差が生じる。第１の算出部２４ｂは、この誤差を変位量（Δｘ，Δｙ）として算出する（ＳＴ３：第１の算出工程）。

次いで、第２の算出部２４ｃは、第１の算出部２４ｂが算出した行ごとの変位量Δｘと各列の値とで形成される曲線を一時近似することで得られる近似直線から傾きｍと切片ｂを算出する（ＳＴ４：第２の算出工程）。傾きｍと切片ｂは、図１０に示すように、校正用基板１７の面内において校正用マークＭが設けられた領域である面内領域Ｅ１を対象として算出される。また、面内領域Ｅ１よりも外方（Ｘ軸ビーム９の長手方向と直交するＹ軸方向）に設定された領域である面外領域Ｅ２を含む領域での傾きｍと切片ｂは推定値が算出される。なお、複数の基板を並列に搬送する構成の場合は、一対の搬送レーンごとに校正用基板１７を用いて傾きｍと切片ｂが算出される。すなわち、この場合における面外領域Ｅ２は複数の校正用基板１７の間にも存在する。

ここで、第２の算出部２４ｃが算出する近似直線の算出方法の一例を示す。まず図１１に示すように、第２の算出部２４ｃは、第１の算出部２４ｂが算出した所定の行（同図では第１行）の個々の撮像視野１５ａの中心β（β１，β２，・・・β１２）と個々の校正用マークＭの中心α（α１，α２・・・α１２）との誤差である各変位量Δｘ１，Δｘ２・・・Δｘ１２と各列の値を用いて近似直線を算出する。算出方法としては、全ての変位量を用いて近似直線を算出してもよいし、簡易な算出方法としてΔｘ１とΔｘ１２の左右両端だけで近似直線を算出してもよい。そして、第２の算出部２４ｃは、当該近似直線から傾きｍと切片ｂを算出する。第２の算出部２４ｃは、第２行、第３行・・・第６行に対応する近似直線の傾きｍと切片ｂも同様の方法で算出する。

第２の算出部２４ｃは、さらに行ごとに算出した傾きｍと切片ｂに基づいて、面外領域Ｅ２における傾きｍと切片ｂの推定値を算出する。先ず、面内領域Ｅ１における傾きｍのｎ次近似式と切片ｂのｎ次近似式を算出する。図１２（ａ）は、行ごとに求めた傾きｍの分布を示す図であり、横軸に各行の値、縦軸に傾きｍをとっている。第２の算出部２４ｃは、傾きｍの分布からいわゆる内挿法（補間法）により面内領域Ｅ１における行と傾きｍの相関を表すｎ次近似式を求める（図１２（ａ）で示す実線の曲線を参照）。また、図１２（ｂ）は、行ごとに求めた切片ｂの分布を示す図であり、横軸に各行の値、縦軸に切片ｂをとっている。第２の算出部２４ｃは、切片ｂの分布から同じく内挿法により面内領域Ｅ１における行と切片ｂの相関を表すｎ次近似式を求める（図１２（ｂ）で示す実線の曲線を参照）。

次いで、面外領域Ｅ２における傾きｍと切片ｂの推定値を算出する。すなわち、第２の算出部２４ｃは、図１２（ａ）で示す面内領域Ｅ１における行と傾きｍの相関を表すｎ次近似式に基づいて、いわゆる外挿法（補間法）により面外領域Ｅ２の行における傾きｍを求める（図１２（ａ）で示す破線の曲線を参照）。また、第２の算出部２４ｃは、図１２（ｂ）で示す面内領域Ｅ１における各行の値と切片ｂの相関を表すｎ次近似式に基づいて、外挿法により面外領域Ｅ２の行における切片ｂを求める（図１２（ｂ）で示す破線の曲線を参照）。第２の算出部２４ｃは、面内領域Ｅ１における行と傾きｍの相関を表すｎ次近似式から面外領域Ｅ２の行における傾きｍを推定し、面内領域Ｅ１における行と切片ｂの相関を表すｎ次近似式から面外領域Ｅ２の行における切片ｂを推定する。これにより、第２の算出部２４ｃからは面外領域Ｅ２の行における傾きｍと切片ｂから形成される直線、すなわち、面外領域Ｅ２を含めたＹ軸ビーム８の歪みのみの影響を受けたＸ軸ビーム９の形状が得られる。このように（ＳＴ４）において、第２の算出部２４ｃは変位量Δｘとその行の値に基づいて、Ｘ軸ビーム９の形状を一次近似した近似直線の傾きｍと切片ｂを、面外領域Ｅ２を含めて各行（Ｙ軸ビーム８に対するＸ軸ビーム９の位置）ごとに算出する。なお、上述の面外領域Ｅ２における傾きｍと切片ｂの推定値の算出方法は例示であって、その他にも例えば面外領域Ｅ２に隣接する面内領域Ｅ１の複数の値の変化量から推定値を算出してもよい。

次いで、ビーム形状導出部２４ｄは面外領域Ｅ２を含めたＸ軸ビーム９の形状を導出する（ＳＴ５：ビーム形状導出工程）。面外領域Ｅ２を含めたＸ軸ビーム９の形状は、第１の算出部２４ｂが算出した行ごとの変位量Δｘと各列の値で形成される曲線から第２の算出部２４ｃで算出した近似直線を差し引くことで導出することができる。図１３（ａ）は、所定行における変位量Δｘと各列の値との関係を示す図である。図１３（ｂ）は、所定行における算出した差分量と各列の値との関係を示す図である。まず、所定の行（ここでは第１行）における変位量Δｘと各列の値で形成される曲線の形状を導出する。図１３（ａ）において、ビーム形状導出部２４ｄは、第２の算出部２４ｃで算出した近似直線における各列の変位量Δｘと、第１の算出部２４ｂで算出した第１行の各列の変位量Δｘとの差分量を算出する。算出した差分量と列の値との関係を図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）に示すように、算出した差分量と列の値との関係は、第２の算出部２４ｃで算出した近似直線の傾きｍと切片ｂの影響が取り除かれた状態になっており、この差分量で形成される形状は面内領域Ｅ１の第１行におけるＹ軸ビーム８の歪みのみの影響を受けていないＸ軸ビーム９の形状である。言い換えれば、Ｘ軸ビーム９の歪みの影響のみを受けたＸ軸ビーム９の形状である。次に同様の算出を他の行に対しても導出し、全ての行に対してＸ軸ビーム９の形状を導出した後、列ごとに算出した差分量の平均値を算出する。これが、面内領域Ｅ１のＸ軸ビーム９の歪みの影響を受けたＸ軸ビーム９の形状の基準となる。さらに、この基準のＸ軸ビーム９の形状はＹ軸ビーム８の歪みの影響を受けていないため、面外領域Ｅ２においても同じ形状が適用できる。

次いで、ビーム形状導出部２４ｄは、第２の算出工程（ＳＴ４）で算出された面外領域Ｅ２の傾きｍと切片ｂの一次直線の変位量Δｘとビーム形状導出工程（ＳＴ５）で導出されたＸ軸ビーム９の基準の形状の変位量Δｘとを列ごとに合成することで、面外領域Ｅ２の行ごとの変位量Δｘが算出される。校正値演算部２４ｅはこの変位量を各座標点において相殺する値を演算し、その演算した値が校正値となる（ＳＴ６：校正値演算工程）。以上の工程（ＳＴ１）〜（ＳＴ５）は、変位量Δｙでも実行され、さらに個々のＸ軸ビーム９ごとに実行される。

制御データ２１ａの校正値を演算したならば、その後、基板２に部品３を実装する実装動作が実行される。すなわち、実装ヘッド１２は、テープフィーダ７によって供給された部品３を取り出し、所定の作業位置に位置決めされた基板２に実装する。この実装動作においては、制御データ２１ａの校正値に基づいて実装ヘッド１２の移動制御がなされる。これにより、Ｙ軸ビーム８やＸ軸ビーム９に歪み等が生じている場合でも、基板２に実装されるべき位置に部品３を精度良く実装することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、校正用基板１７の校正用マークＭが設けられた面内領域Ｅ１のみならず、面内領域Ｅ１の外方に設定された面外領域Ｅ２に対応する実装ヘッド１２の制御データ２１ａを正確に校正することができる。また、複数のＸ軸ビーム９にそれぞれ設けられた基板認識カメラ１５を使用する必要がないため、信頼性の高い校正値を取得することができる。

上述したキャリブレーション方法によって取得可能な実装ヘッド１２の制御データ２１ａの校正値は、図１０に示すように、Ｘ軸ビーム９の形状が導出される面内領域Ｅ１及び面外領域Ｅ２の幅Ｗに限られる。以下に説明するその他のキャリブレーション方法は、図１４に示すように、面内領域Ｅ１及び面外領域Ｅ２の幅ＷからさらにＸ軸ビーム９の長手方向（Ｘ軸方向）に拡張した領域に設定された面外領域Ｅ３における実装ヘッド１２の制御データ２１ａの校正値を取得することができる。

以下、その他のキャリブレーション方法について説明するが、既に説明した工程と重複する工程については簡略する。まず、基板搬送機構５は校正用基板１７を搬送し、所定の作業位置に位置決めする（ＳＴ１１：基板搬送工程）。次いで、実測値取得部２４ａは基板認識カメラ１５によって撮像した校正用マークＭの撮像を取得する（ＳＴ１２：実測値取得工程）。そして、第１の算出部２４ｂは、実測値取得部２４ａが取得した実測値に基づいて、変位量（Δｘ，Δｙ）を算出する（ＳＴ１３：第１の算出工程）。第２の算出部２４ｃは、第１の算出部２４ｂが算出した所定行の各変位量Δｘを用いて算出された近似直線の傾きｍと切片ｂを所定行ごとに算出する（ＳＴ１４：第２の算出工程）。

次いで、ビーム形状導出部２４ｄはＸ軸ビーム９の形状を導出する（ＳＴ１５）。ここでは、面内領域Ｅ１のみならず、面外領域Ｅ３におけるＸ軸ビーム９の形状も導出される。面内領域Ｅ１においてＸ軸ビーム９の形状を導出する具体的な方法は前述のとおりであるため説明を省略する。

面外領域Ｅ３に対応するＸ軸ビーム９の形状を導出する方法について説明する。ここでは、図１４で示す紙面左側の面外領域Ｅ３に対応するＸ軸ビーム９の形状を導出する場合について説明する。面外領域Ｅ３に対応するＸ軸ビーム９の形状は、面内領域Ｅ１において導出したＹ軸ビーム８の歪みのみの影響を受けていないＸ軸ビーム９の形状から推定する。図１５（ａ）は、変位量Δｘ（平均値）の分布をｘ座標ごとに示す図であり、横軸にｘ座標、縦軸に変位量Δｘをとっている。ビーム形状導出部２４ｄは当該図から、第１列の変位量Δｘ（平均値）を示すデータ点Ｐ１と、第１列に隣接する第２列の変位量Δｘ（平均値）を示すデータ点Ｐ２との間の変化量（Ｐ１−Ｐ２）を求める。そして、ビーム形状導出部２４ｄはデータ点Ｐ１が示す変位量Δｘに変化量を加算することで、データ点Ｐ１に隣接し、面外領域Ｅ３に位置するデータ点Ｐ０を求める（ＰＯ＝Ｐ１＋（Ｐ１−Ｐ２））。

図１４で示す紙面右側の面外領域Ｅ３におけるデータ点も同様の方法で導出する。そして、ビーム形状導出部２４ｄは、第２の算出工程（ＳＴ１４）で算出された近似直線の変位量Δｘとビーム形状導出工程（ＳＴ１５）で導出された面外領域Ｅ３を含んだＸ軸ビーム９の平均形状の変位量Δｘとを列ごとに合成することで、面外領域Ｅ３を含んだ行ごとの変位量Δｘが算出される。以上のとおり、ビーム形状導出部２４ｄは、面内領域Ｅ１の幅ＷからさらにＸ軸ビーム９の長手方向に延びて設定された面外領域Ｅ３を含めたＸ軸ビーム９の形状を導出することができる。

校正値演算部２４ｅは、この変位量Δｘを各座標点において相殺する値を演算し、その演算した値が校正値となる。

本発明の部品実装装置のキャリブレーション方法及び部品実装装置は本実施の形態に限定されず、発明の趣旨を変更しない範囲で変更することができる。例えば、Ｘ軸ビーム９の形状は、一つの行に属する実測値のみに基づいて導出してもよい。Ｘ軸ビーム９の形状は、Ｙ軸方向に移動しても殆ど変わらないと考えられるためである。なお、行ごとにおけるＸ軸ビーム９の傾きｍ、切片ｂは、校正用基板１７上の両端に位置する校正用マークＭに対する実装ヘッド１２の機械座標系の位置βｎに基づいて求める。

図１６を例示して説明すると、基板認識カメラ１５は第１行に属する全ての校正用マークＭ１，Ｍ２・・・Ｍ１２を順次撮像し、その一方で第２行、第３行・・・第６行については、基板認識カメラ１５は両端に位置する校正用マークＭ１３，Ｍ２４，Ｍ２５，Ｍ３６，Ｍ３７，Ｍ４８，Ｍ４９，Ｍ６０，Ｍ６１，Ｍ７２のみを撮像する。Ｘ軸ビーム９の形状は、校正用マークＭ１，Ｍ２・・・Ｍ１２の実測値、すなわち機械座標系の位置β１，β２・・・β１２から導出する。また、Ｘ軸ビーム９の傾きｍと切片ｂは、各行の両端に位置する校正用マークＭに対応する実測値（機械座標系の位置β１３，β２４，β２５，β３６，β３７，β４８，β４９，β６０，β６１，β７２）に基づいて算出する。

すなわち、実測値取得工程（ＳＴ２（１２））において、Ｙ軸方向（第２の方向）における少なくとも一つのｙ座標が共通する複数の校正用マークＭを基板認識カメラ１５によって順次撮像することで、実装ヘッド１２の位置の実測値を取得し、ビーム形状導出工程（ＳＴ５（１５））において、一つのｙ座標が共通する複数の校正用マークＭを撮像して取得した実測値に基づいて、第１のビームの形状を導出するようにしてもよい。これによれば、校正用マークＭの撮像数を減らしてキャリブレーションに要する時間を短縮させることができる。

また、実測値のデータを取得した後、以下に示す工程を新たに加えてもよい。すなわち図１７（ａ）に示すように、制御部２０は、個々の校正用マークＭに対応する実装ヘッド１２の機械座標系の位置βｎに基づいてｎ次近似式を求めることにより、Ｘ軸ビーム９の形状を行ごとに導出する。図１７（ａ）では、Ｘ軸ビーム９の形状を行ごとに曲線Ｒ１，Ｒ２・・・Ｒ６で表している。そして、制御部２０は、Ｘ軸ビーム９の傾きｍがキャンセルされるようにｎ次近似式から求められる実装ヘッド１２の機械座標系の位置βｎを座標変換したうえで、図１７（ｂ）に示すように、複数のＸ軸ビーム９の形状（曲線Ｒ１〜Ｒ６）を重ね合わせる。そして、制御部２０は、Ｘ軸ビーム９の形状を重ね合わせた状態において、一定値以上離れた実装ヘッド１２の機械座標系の位置Ｓｎ＊があるか否かを判断する。このような実装ヘッド１２の機械座標系の位置Ｓｎ＊が発生する要因としては、校正用基板１７上に付着した埃を校正用マークＭと誤って制御部２０が認識したような場合が挙げられる。この場合、制御部２０は当該位置Ｓｎ＊に対応する校正用マークＭの撮像をやり直す等の措置をとる。若しくは、制御部２０は、当該位置Ｓｎ＊に対応する校正用マークＭに属する列の変位量Δｘ，Δｙの平均値に基づいて、実装ヘッド１２の位置の実測値のデータを修正する。これにより、制御データ２１ａの校正値をより正確に演算して、実装精度を向上させることができる。

本発明によれば、制御データを正確に校正することができ、部品実装分野において特に有用である。

１ 部品実装装置
２ 基板
３ 部品
５ 基板搬送機構
８ Ｙ軸ビーム（第２のビーム）
９ Ｘ軸ビーム（第１のビーム）
１２ 実装ヘッド
１５ 基板認識カメラ
２４ａ 実測値取得部
２４ｂ 第１の算出部
２４ｃ 第２の算出部
２４ｄ ビーム形状導出部
２４ｅ 校正値演算部

Claims (6)

1. 作業位置に位置決めされた基板に部品を実装する実装ヘッドと、基板の搬送方向と平行な第１の方向に延び前記実装ヘッドを前記第１の方向に移動させる第１のビームと、前記第１の方向と水平面内で直交する第２の方向に延び前記第１のビームを前記第２の方向に移動させる第２のビームと、前記作業位置に位置決めされた基板を撮像し前記実装ヘッドとともに移動する撮像手段と、を備えた部品実装装置において、
   前記第１のビームに沿った前記実装ヘッドの移動制御と前記第２のビームに沿った前記第１のビームの移動制御を組み合わせた制御データを校正する制御データのキャリブレーション方法であって、
   校正用基板の前記第１の方向及び第２の方向に沿って設けられた複数の校正用マークを順次撮像して得られる実測値に基づいて、校正用マークの中心と実測値とに生じる誤差である変位量を算出する第１の算出工程と、
   前記第１の算出工程で算出した変位量に基づいて、前記校正用基板の面内の領域である面内領域と、前記面内領域よりも外方に設定された領域である面外領域における傾きと切片を算出する第２の算出工程と、
   前記第１の算出工程で算出した算出した変位量から形成される形状と前記第２の算出工程で算出した傾きと切片で形成される前記変位量の近似直線とに基づいて、前記第１のビームの形状を導出するビーム形状導出工程と、
   前記ビーム形状導出工程において導出した前記第１のビームの形状に基づいて、前記面内領域と、前記面外領域を含めた領域における前記実装ヘッドの制御データの校正値を演算する校正値演算工程と、を含む制御データのキャリブレーション方法。
2. 前記ビーム形状導出工程において、前記面内領域に対応する範囲における前記第１のビームの形状に加え、前記面外領域に対応する範囲における前記第１のビームの形状を前記実測値に基づいて導出する、請求項１に記載の制御データのキャリブレーション方法。
3. 前記第１の算出工程において、前記第２の方向における少なくとも一つの座標が共通する複数の前記校正用マークを前記撮像手段によって順次撮像することで、前記実装ヘッドの位置の実測値を取得し、
   前記ビーム形状導出工程において、前記一つの座標が共通する複数の前記校正用マークを撮像して取得した前記実測値に基づいて、前記第１のビームの形状を導出する、請求項１又は２に記載の制御データのキャリブレーション方法。
4. 作業位置に位置決めされた基板に部品を実装する実装ヘッドと、基板の搬送方向と平行な第１の方向に延び前記実装ヘッドを前記第１の方向に移動させる第１のビームと、前記第１の方向と水平面内で直交する第２の方向に延び前記第１のビームを前記第２の方向に移動させる第２のビームと、前記作業位置に位置決めされた基板側に撮像視野を向け前記実装ヘッドとともに移動自在な撮像手段と、を備え、前記第１のビームに沿った前記実装ヘッドの移動制御と前記第２のビームに沿った前記第１のビームの移動制御を組み合わせた制御データに基づいて前記実装ヘッドを移動させることで、前記実装ヘッドが保持した部品を基板に実装する部品実装装置であって、
   校正用基板の前記第１の方向及び第２の方向に沿って設けられた複数の校正用マークを順次撮像して得られる実測値に基づいて、校正用マークの中心と実測値とに生じる誤差である変位量を算出する第１の算出部と、
   前記第１の算出部で算出した変位量に基づいて、前記校正用基板の面内の領域である面内領域と、前記面内領域よりも外方に設定された領域である面外領域における傾きと切片を算出する第２の算出部と、
   前記第１の算出部で算出した変位量から形成される形状と前記第２の算出部で算出した傾きと切片で形成される前記変位量の近似直線に基づいて、前記第１のビームの形状を導出するビーム形状導出部と、
   前記ビーム形状導出部において導出した前記第１のビームの形状に基づいて、前記面内領域と、前記面外領域を含む領域における前記実装ヘッドの制御データの校正値を演算する校正値演算部と、を備えた部品実装装置。
5. 前記ビーム形状導出部において、前記面内領域に対応する範囲における前記第１のビームの形状に加え、前記面外領域に対応する範囲における前記第１のビームの形状を前記実測値に基づいて導出する、請求項４に記載の部品実装装置。
6. 前記第１の算出部において、前記第２の方向における少なくとも一つの座標が共通する複数の校正用マークを前記撮像手段によって順次撮像することで、前記実装ヘッドの位置の実測値を取得し、
   前記ビーム形状導出部において、前記一つの座標が共通する複数の前記校正用マークを撮像して取得した前記実測値に基づいて、前記第１のビームの形状を導出する、請求項４又は５に記載の部品実装装置。

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