JP2521835B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸着ノズルに吸着した電子部品の位置や姿
勢を検出し、検出結果に基づいて電子部品の位置や姿勢
を修正して、基板上の装着位置、すなわち基板の接点に
搭載する電子部品装着装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電子部品装着装置において、吸着ノズルに吸着
された電子部品の位置、姿勢を測定し、或いは吸着異常
の有無を判定し、位置、姿勢を補正するための最も普及
した装置には、第１の従来技術として、電子部品吸着ノ
ズルを支持する装着ヘッドの移動領域内の下方で、基板
とほぼ同じレベルの面の一部に電子部品検出器を設置し
て、この検出器の直上に吸着ノズルが一致するように装
着ヘッドを移動し位置決めさせて電子部品を撮影するも
のがあった。

また、特開昭63−260280号公報に記載のように、第２
の従来技術として、装着ヘッドの移動領域内の下方にス
トロボと高速シャッタ付きカメラを設置し、装着ヘッド
がその上空を通過した時に電子部品を撮影する装置があ
った。

更に、電子部品の位置に加えてプリント基板変位も検
出する装置としては、特開昭61−63099号公報に記載の
ように、第３の従来技術として、吸着ノズルの上方に配
置した一個のカメラで電子部品及びプリント基板を撮影
するようにしたものがあった。

また、それ以前にも特開昭58−135403号公報に記載の
ように、第４の従来技術として、装着ヘッドの上方に設
置した複数のカメラで電子部品及びプリント基板をそれ
ぞれ撮影する装置があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記第１の従来技術においては、電子部品を吸着した
装着ヘッドを、下方に置いた検出器であるカメラの直上
で一旦位置決めして電子部品を撮影する必要があり、電
子部品装着の所要時間が長くなっていた。特に電子部品
の供給装置に多品種の電子部品が並んでいる場合や、大
形のプリント基板に装着する場合には装着ヘッドの移動
すべき領域は広く、個々の電子部品の搬送径路は長短多
様である。このような個々の電子部品の位置決めを一定
位置で行う関係上、部品の種類によっては実際の径路が
甚だしく遠回りになる場合があり、プリント基板１枚当
りの合計装着時間が伸びる原因となっていた。また、検
出器の直上に装着ヘッドを位置決めする際の停止精度
が、位置測定値に誤差として影響するという難点もあっ
た。

上記第２の従来技術によれば、装着ヘッドカメラの直
上に一旦停止する必要は解消されるものの、径路が遠回
りになることはやはり避けられない。また、撮影時の装
着ヘッドの軌跡（径路と速度）と、吸着ノズルの制振に
関して、カメラの分解能オーダーの高精度な制御や機構
が要求される。したがって、装着時間と装着精度の問題
点は依然残されていた。

そこで、装着ヘッドに検出器の受光装置としてTVカメ
ラを搭載し、装着ヘッドと共に移動させ、装着位置の真
上で電子部品を撮影することが考えられた。装着ヘッド
と共にTVカメラが移動するので、装着ヘッドは遠回りす
ることなく直接電子部品の装着位置へ移動でき、移動時
間を短縮できる。このように吸着ノズルの真下に電子部
品を検出するためのTVカメラを置くと、当然ながら吸着
及び装着動作の妨げとなるので何らかの退避動作が必要
である。上記第３の従来技術において、電子部品とプリ
ント基板の両者の画像を得るために、カメラを装着ヘッ
ドに搭載した例が述べられている。吸着ノズルの真下に
反射面を置き光路を曲げてTVカメラに導く構成を採って
も、やはり光路系が吸着及び装着動作の妨げとなるた
め、TVカメラを含めた光路系を移動可能に設けている
が、上記光路系の重量が大きいので退避動作に時間がか
かる。さらに、撮影するには停止する必要があるため、
電子部品の装着に関する時間はそれほど短縮できないと
いう問題があった。

一方、TVカメラを装着ヘッドに搭載する場合に上記第
４の従来技術を併用すれば、確かに電子部品とプリント
基板の両者の画像を得ることが原理的には可能となろ
う。しかし、この構成では電子部品の全体像が単一のカ
メラで得られないため、電子部品の撮影だけのために装
着ヘッドに２台のカメラを搭載する必要があり、更に例
えばフラットパッケージIC（FIC）やプラスチックリー
ドチップキャリヤ（PLCC）のような四方にリード又は凹
凸を有する電子部品を装着する際には４台ものカメラを
要し、装着ヘッドの重量、寸法が大きくなり、さらに電
子部品装着装置の原価が高くなることからも非実用的で
ある。

本発明の目的は、上記各従来技術の不都合を解消し
て、電子部品のプリント基板上への高速かつ高精度な装
着を実現するのに好適な電子部品装着装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するため手段〕

本発明は、前記課題を解決するために、電子部品を吸
着し基板上に装着する吸着ノズルと、吸着ノズルを支持
する装着ヘッドを基板面に対し平行に移動する手段と、
吸着ノズルをその軸線方向に移動する手段と、吸着ノズ
ルをその軸線の回りに回転する手段と、吸着ノズルに吸
着された電子部品の画像をとらえる撮像手段とを備えた
電子部品装着装置において、装着ヘッドが、撮像手段
と、吸着ノズルの軸線の延長上に移動可能な反射面を配
置し、吸着された電子部品から撮像手段に至る光路を形
成する光学部品と、反射面を移動させる駆動手段を支持
し、撮像手段による電子部品の吸着状態の検出に基づい
て、吸着ノズルの移動手段と回転手段とを制御して電子
部品の位置や姿勢を補正する制御手段と、装着ヘッドが
電子部品装着位置への移動を開始すると共に、吸着ノズ
ルの軸線の延長上に反射面を移動させ配置して、吸着さ
れた電子部品の撮像を行う制御手段とを設けたことを特
徴とする電子部品装着装置を提供するものである。

さらに、前記の反射面は、基板面と反射面とにほぼ平
行な軸線の回りに回転するように駆動され、またその回
転の駆動手段は、吸着ノズルの軸線方向の移動手段と機
械的に連動されるものである。

また、基板の接点から撮像手段に至る光路を、吸着ノ
ズルの軸線の延長上に反射面を配置して形成する第２の
光学部品と、第２の光学部品の反射面を移動させる駆動
手段とを、装着ヘッドがさらに支持し、光学部品及び撮
像手段が吸着された電子部品の画像をとらえた後、光学
部品を移動させ、第２の光学部品の反射面を吸着ノズル
の軸線の延長上に配置して基板の接点の画像をとらえ、
電子部品の画像と基板の接点の画像とを比較して電子部
品の位置や姿勢を補正するように吸着ノズルの移動手段
と回転手段を制御する手段を設けた電子部品装着装置を
提供するものである。

〔作用〕

次に、本発明の装置の動作を第１図及び第２図を用い
て説明する。

まず装着ヘッド１は電子部品供給装置15の真上に移動
し、吸着ノズル３が下降して一個の電子部品４を真空吸
着する。この時、反射面を持つ光学部品８は吸着ノズル
３の側方等の吸着動作の妨げとならない退避位置10に退
避している。吸着ノズル３が上昇し、装着ヘッド１はプ
リント基板５の表面上の装着目標位置11の上方まで直線
的に移動して電子部品４を搬送する。この搬送動作の間
に反射面を持つ光学部品８が撮像装置６に対して平行移
動又は回転移動等の動作を行って吸着ノズル３の軸線の
延長上に位置決めされ、電子部品４の画像を撮像装置６
に入射させる。

撮像装置の制御装置12からの指令により撮像装置６が
電子部品４の画像を撮影して、吸着異常の有無、装着ヘ
ッド１に対する電子部品４の位置（X,Y）及び姿勢
（θ）の偏避（ΔX,ΔY,Δθ）を測定する。

反射面を持つ光学部品８が再び退避位置10に退避する
とともに、画像認識結果に基づき演算された吸着ノズル
３の軸線まわりの回転角を補正し、同様に演算されたX,
Y方向位置補正量を当初の指令位置に加算した位置に装
着ヘッドが停止して吸着ノズル３が下降し、電子部品４
をプリント基板５上に載置して１個の電子部品の装着動
作を完了する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図、第４図を用いて詳
述する。

第３図は本発明を適用する電子部品装着装置の全体構
成を表した外観図である。電子部品供給装置15には各種
の電子部品４が並べられている。プリント基板５はコン
ベヤ13上に水平に固定されている。装着ヘッド１はこの
プリント基板５の表面と平行な面、即ち水平面内にＸ
軸、Ｙ軸をもつ天吊型２軸直交ロボット14により動作し
て、電子部品４を電子部品供給装置15上から吸着ノズル
３で真空吸着して、プリント基板５上へと搬送する。

本実施例の構成を第４図に示す。装着ヘッド１には吸
着ノズル３と、吸着ノズルの上下（Ｚ軸）動作の駆動装
置16、吸着ノズルの中心軸（θ軸）回りの自動動作の駆
動装置17、とともに、撮像装置６と、吸着ノズル３の軸
線延長上に保持される反射面７を持つ光学部品８と、伝
動装置18とが設けられている。更に、被写体である電子
部品４を照らす照明装置19を、光学部品８や吸着ノズル
３の移動範囲を除く吸着ノズル３の周辺に設ける。

但し、本実施例では、吸着ノズルの上下動作の駆動装
置16は光学部品８の駆動装置を兼ねている。本実施例で
は反射面を持つ光学部品８として、吸着ノズル３の軸線
に対して45度傾けた平面鏡を使用する。

電子部品４の画像を撮影する時は、電子部品装着装置
の制御装置（図示せず）の指令に基づき、伝動装置18の
カム20が回転し、ノズル３を上昇させるとともにリンク
機構21が揺動して光学部品８をスライドレール22に沿っ
てスライドさせ、反射面７を吸着ノズル３の軸線の延長
上に位置決めして、電子部品４の画像を反射面に持つ光
学部品23を経て撮像装置６に導く。

電子部品４を電子部品供給装置15上から吸着する時
と、プリント基板５上に装着する時は、同様に電子部品
装着装置の制御装置の指令に基づき駆動装置16が動作し
て反射面７を吸着ノズル３の軸線の延長上から離れた位
置へ、即ち水平方向に平行移動して退避させる。これと
同期して上記リンク機構21の揺動によって吸着ノズル３
が下降して、吸着又は装着動作を実行する。

本実施例によれば、吸着ノズル３の上下動作と光学部
品８の運動とを同一の駆動装置で連動させて行えるの
で、両運動が確実に同期し、吸着ノズル３と光学部品８
とが衝突する恐れがない。また、回避動作をする部分
は、撮像装置６を除く反射面７などの軽量な光学部品８
であり、動作のストロークも小さいので、敏速な往復動
作が可能となり、移動による振動も小さく、さらに、吸
着ノズル３と撮像装置６は共に装着ヘッド１に設けてあ
るので位置関係は一定であり、反射面７を位置決めする
だけで撮像が可能であるため装着ヘッド１の移動中に電
子部品４を検知できるので、本発明の主要な目的である
装着時間の短縮に関して大いに有効である。

次に、本発明の第２の実施例を第５図を用いて説明す
る。本実施例では、吸着ノズル３の上下動作の駆動装置
16と光学部品８の運動の駆動装置９とは別個に設けられ
ていて、一定のシーケンスに基づき電子部品装着装置の
制御装置が両駆動装置９と16とに指令を発して、同様の
上下動作と退避運動とを行うという構成になっている。
その他は第１の実施例と同一である。

本実施例によれば、カムや複雑な伝動機構が不要とな
るので、装着ヘッド１が一層コンパクトに構成できると
いう効果がある。

次に、本発明の第３の実施例を第６図を用いて説明す
る。本実施例では、やはり吸着ノズル３の上下動作の駆
動装置16と光学部品８の運動の駆動装置９とが別個に設
けられている。上記駆動装置９の直進動作が伝動装置18
を介して回転運動に変換されて光学部品８に伝達され、
反射面７の退避動作を実行する。

本実施例によれば、駆動装置９の短いストロークの往
復運動により光学部品８の退避動作を可能にするという
効果がある。また、第１の実施例のカム20と本実施例の
回転退避方式とを組み合わせることもできる。

次に、本発明の第４の実施例を第７図を用いて説明す
る。

本実施例では、第１の実施例で使用したリンク機構に
代えて、スチールベルト24を用いたものである。駆動装
置16には吸着ノズル３を上下動させるカム、リンクとは
別に、カム20aと連動するリンク21aと、光学部品８を水
平方向に移動させるカム20bを介してリンク21bが連結さ
れている。リンク21bの自由端部にはスチールベルト24
が結合され、装着ヘッド１に固定されたプーリー24aに
沿って曲げられたスチールベルト24の他端部には反射面
７を持つ光学部品８が連結されている。

本実施例によれば、第１の実施例で得られる効果に加
えて、カム20a,20b、リンク21a,21b、スチールベルト24
により、伝動装置18をコンパクトに構成できる効果があ
る。

次に、本発明の第５の実施例を第８図を用いて説明す
る。

装着ヘッド１には、電子部品４を吸着する吸着ノズル
３と、吸着ノズルの上下動作の駆動装置16、自転動作の
駆動装置17とを設ける。また、吸着ノズル３の軸線の延
長上に保持される第１の反射面７及び第２の反射面7Aを
それぞれ持つ可動式光学部品８及び25と、第１の光学部
品８の運動の駆動装置９と、第２の光学部品25の運動の
駆動装置26と、スライドレール22及び27と、装着ヘッド
１に対して固定した別の第３の反射面を持つ第３の光学
部品23と、装着ヘッド１に固定した撮像装置６とを付設
する。

２軸直交ロボット14の搬送動作中に、吸着ノズル３の
軸線の延長上に保持された第１の光学部品８と第３の光
学部品23とを介して撮像装置６へ電子部品４の画像を入
射させて撮像する。次に、第１の光学部品８を吸着ノズ
ル３の軸線の延長上から退避させ、新たに第２の光学部
品25を吸着ノズル３の軸線の延長上に移動させる。吸着
ノズル３が装着目標位置11の直上に位置決めされてか
ら、吸着ノズル３の軸線の延長上に保持された第２の光
学部品25を介して同一の撮像装置６で、プリント基板５
の表面の電子部品装着目標位置となるパターン又は上記
目標位置の近辺の所定の位置にあるマークを撮影する。

本実施例では、スライドレール22及び27による光学部
品８及び25のスライド方向は、水平面内で撮像装置６の
光路方向に垂直としている。駆動装置９と26とは同一の
装置を兼用しても良い。また、反射面を持つ光学部品８
と25とを別個に設けずに、第９図に示すように１個の反
射面を持つ光学部品８を駆動装置28により回転させて兼
用しても良い。

本実施例によれば、搬送動作中に電子部品４の画像が
得られ、撮像のために装着ヘッド１が一旦所定の位置に
停止する必要がなくなり、反射面を持つ光学部品８だけ
が退避動作を行うので短時間で退避でき、電子部品を装
着するための合計時間が短縮できる。さらに、電子部品
装着動作の直前に、あるいは事前に、装着目標位置11の
直上に停止している装着ヘッド１に固定された撮像装置
６により、プリント基板５の装着目標位置11周辺のパタ
ーンまたはマークの画像が得られるので、装着ヘッド１
とプリント基板５の目標位置11との補正すべき相対変位
が直接求まる。したがって、第10図の第１の従来技術の
ように、装着ヘッド１を他の位置に停止させて電子部品
を撮影したり、第３の従来技術のように、装着指令位置
11に撮像装置の光軸を合わせプリント基板５を撮影する
装置と異り、プリント基板撮影時の天吊型ロボット14の
絶対精度の良否に影響されることがないという効果があ
る。

また、１台の撮影装置６で電子部品４と基板のパター
ンまたはマークの画像とが得られるという効果もある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電子部品の搬送と変位検知とが同時
に実行できるので、装着ヘッドが撮像のために一旦所定
の位置に停止する必要がなく、最短経路を通って電子部
品を搬送できる。また撮像装置６等を含む光路系全体を
移動させる従来技術と比べて、反射面を持つ光学部品
は、軽量で位置決め整定時間も短いので、高速退避動作
が可能となる。これらにより、電子部品を装着するため
の合計時間が短縮されるという効果がある。

また、吸着された電子部品の、吸着ノズルに対する変
位を装着ヘッドに固定されたTVカメラにより直接測定す
るので、撮像時の装着ヘッドの位置誤差が測定結果に全
く影響せず、装着位置精度を向上できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の主要部の構成を模式的に表した
斜視外観図、第２図は本発明の方法及び装置の構成と動
作を表した模式図、第３図は本発明を適用する電子部品
装着装置の外観図、第４図は本発明の一実施例の方法及
び装置の構成を表した模式図、第５図は本発明の第２の
実施例を表した模式図、第６図は本発明の第３の実施例
を表した模式図、第７図は本発明の第４の実施例を表し
た模式図、第８図と第９図は本発明の第５の実施例を表
した模式図、第10図は従来の装置の構成を表した外観図
である。 １……装着ヘッド、２……検出器、３……吸着ノズル、
４……電子部品、５……プリント基板、６……撮像装
置、7,7A……反射面、８……反射面を持つ光学部品、９
……駆動装置、10……退避位置、11……装着目標位置、
12……撮像装置の制御装置、13……コンベヤ、14……天
吊型２軸直交ロボット、15……電子部品供給装置、16…
…上下動作の駆動装置、17……自転動作の駆動装置、18
……伝動装置、19……照明装置、20……カム、21……リ
ンク機構、22……スライドレール、23……光学部品、24
……スチールベルト、25……第２の光学部品、26……駆
動装置、27……スライドレール、28……駆動装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 忠明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 滝澤 竜 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 平本 外二 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 本間 誠 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 秦 清治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−63099（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−127052（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−274442（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品を吸着し基板上に装着する吸着ノ
   ズルと、該吸着ノズルを支持する装着ヘッドを基板面に
   対し平行に移動する手段と、前記吸着ノズルをその軸線
   方向に移動する手段と、前記吸着ノズルをその軸線回り
   に回転する手段と、前記吸着ノズルに吸着された電子部
   品の画像をとらえる撮像手段とを備えた電子部品装着装
   置において、 前記装着ヘッドが、前記撮像手段と、前記吸着ノズルの
   軸線の延長上に移動可能な反射面を配置し、吸着された
   電子部品から前記撮像手段に至る光路を形成する光学部
   品と、前記反射面を移動させる駆動手段を支持し、 前記撮像手段による電子部品の吸着状態の検出に基づい
   て、電子部品の位置や姿勢を補正するため前記吸着ノズ
   ルの移動手段と回転手段を制御する制御手段と、 前記装着ヘッドが電子部品装着位置への移動を開始する
   と共に、前記吸着ノズルの軸線の延長上に前記反射面を
   移動させ配置して、吸着された電子部品の撮像を行う制
   御手段とを設けたことを特徴とする電子部品装着装置。
2. 【請求項２】前記光学部品の駆動手段が、前記反射面
   を、基板面と反射面とにほぼ平行な軸線の回りに回転移
   動させる手段であることを特徴とする請求項１記載の電
   子部品装着装置。
3. 【請求項３】前記光学部品の駆動手段と前記吸着ノズル
   の軸線方向の移動手段とを、機械的に連動させる連動手
   段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電子部品装
   着装置。
4. 【請求項４】基板面における電子部品を装着する基板の
   接点から前記撮像手段に至る光路を、前記吸着ノズルの
   軸線の延長上に反射面を配置して形成する第２の光学部
   品と、前記装着ヘッドが支持する前記第２の光学部品の
   反射面を移動させる駆動手段と、前記光学部品及び前記
   撮像手段が吸着された電子部品の画像をとらえた後、前
   記光学部品を移動させ、前記第２の光学部品の反射面を
   前記吸着ノズルの軸線の延長上に配置して基板の接点の
   画像をとらえ、電子部品の画像と基板の接点の画像とを
   比較して電子部品の位置や姿勢を補正するように前記吸
   着ノズルの移動手段と回転手段を制御する手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の電子部品装着装置。