JP2633147B2 - 部品実装方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板への部品
実装において、認識手段による基板上の所定の実装位置
に対する部品の正確な位置決め、および前記位置決めの
良否を判定する部品実装装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、部品を基板に自動的に実装する
際には、部品を供給するフィーダから部品移載ヘッドに
よって部品を吸着して取り出し、その部品を基板に予め
設定された部品実装位置まで運んで実装する。

【０００３】そして、特に部品としてリードの本数が非
常に多い表面実装用の部品等を用いる場合には、隣接す
るリード間のピッチが小さく、僅かに位置がずれても誤
配線が生ずる。

【０００４】そこで、誤配線を生じないように、部品の
位置とこれを実装する基板の位置とを検出し、両者の位
置合わせを行う事により、部品を基板の所定位置に精度
よく実装させる事が要望されている。

【０００５】このような部品の実装方法としては、特開
昭６０−１９００号に示されるように、部品のリードの
画像から部品のセンター位置および回転角を判定し、基
板の画像から実装パターンと同時に形成された２つのＩ
Ｃマークにより、実装パターンのセンター位置および回
転角を判定し、得られた部品と実装パターンの位置関係
により、部品移載ヘッドが移動・回転し部品を基板の所
定位置に実装する事が提案されている（以下、従来例１
という）。

【０００６】また、部品と実装パターンとの位置関係が
正確に精度よく規定され、部品を実装パターン上に精度
よく実装出来ても、部品と実装ランドとを仮付けする接
着剤やクリーム半田などの印刷不良などにより、実装直
後に位置ズレを生じる可能性があり、これらの位置ズレ
を検出し、次工程（リフロー炉など）に実装不良の存在
する基板を流さないようにすることが考えられている。

【０００７】このような部品実装の良否を判定する方法
としては、例えば特開昭６３−９０７０７号に示されて
いるが、この方法は実装前後のランド画像の位置関係か
らの判定であり、また特開平１−３０９１９０号には、
実装前後のランド画像の重なり量からの判定を行う技術
が示されている（以下、従来例２という）。

【０００８】更に、従来、部品の基板への実装は部品実
装機が行い、この実装部品の良否の判定は、基板全体の
部品実装を終えた後に次工程で実装部品検査機が行った
り、又は、目視による検査を行っていた（以下、従来例
３という）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例１で
は、得られた部品と実装パターンの位置関係より、部品
の装着位置の補正を行う場合、実装パターンとＩＣマー
クとの位置関係、および部品と基板間の撮像手段の位置
関係が正確に精度よく規定されていなければ、部品を実
装パターン上に精度よく実装できない。

【００１０】さらに、実装の精度を要する微細なチップ
部品や狭リードピッチのリード付き部品は、部品個々に
対して２つのＩＣマークを必要とする為、高密度の実装
は行えない。

【００１１】また、従来例２では、いずれも実装後の検
査機として実現するための手法であり、比較の基準はテ
ィーチングされたものや基準基板のため、実際に実装さ
れる基板を使用していない。このため、実装される基板
そのもののばらつきは、許容範囲として固定値を持つ必
要がある。

【００１２】更に、従来例３では、目視による実装部品
の良否の判定を行う場合、微細なチップ部品や狭リード
ピッチのリード付き部品に対して、十分な検査精度を望
む事が出来ず、又、均一さも個人差や疲れなどから望む
事ができない。

【００１３】そこで、実装部品検査機を部品実装機の次
工程に据え付ける事になるが、両者に部品実装位置およ
び部品検査位置などのデータ入力、およびその入力デー
タの調整を必要とし、実装基板に関するデータ作成時聞
が増え、オペレータの負担を大きくし、又、実装基板の
多品種対応が困難となる。

【００１４】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、部品と実装
ランドとの位置関係を規定することで部品の実装を精度
よく行い、部品及び実装ランドの少なくとも一方と、認
識手段とが直交するように規定し、又、基準位置をどの
カメラからも映るように生成することで、補正量抽出の
ための画像処理演算及び画像合成を簡単に行える部品実
装方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、部品供給装置から矩形状の実装部品を
取り出し、この実装部品を基板上の所定の部品実装位置
まで移載して実装ランドに実装する部品実装方法におい
て、前記実装部品を移載する部品移載ヘッドに備えられ
互いに対称な位置関係にある少なくとも２台のカメラで
構成された認識手段で前記実装部品または実装ランドの
少なくともいずれか一方の端縁に対して略直角の方向か
ら前記実装部品及び実装ランドの認識を行い、実装部品
及び実装ランドの対応する特徴点を部品移載ヘッドを基
準とした位置関係に規定することを特徴とする。

【００１６】

【作用】前記構成により、本発明においては、部品供給
装置から矩形状の実装部品を取り出し、この実装部品を
基板上の所定の部品実装位置まで移載して実装ランドに
実装するものであり、実装に際して、互いに対称な位置
関係にある少なくとも２台のカメラで構成された認識手
段で、実装部品または実装ランドの少なくともいずれか
一方の端縁に対して略直角の方向から実装部品または実
装ランドを認識することにより、撮り込み画像と各カメ
ラの画素の関係が平行又は直角の関係となるため、画像
処理や画像合成が簡単になる。また、この基準位置をカ
メラの視野に含むようにすることで、複数の画像を合成
する合成演算が簡単に行える。上記認識手段は、例え
ば、具体的には、部品移載ヘッドの周囲に４台のカメラ
を略９０゜づつズラして配置したり、或いは２台のカメ
ラを略１８０゜ズラして配置されるものである。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好ましい実施例
を説明する。図１において、部品移載ヘッド１とカメラ
２−１，２−２，２−３，２−４は同じベース上に取付
けてあり、ＸＹ方向に移載できるものである。また、部
品移載ヘッド１は上下方向および、回転方向に移載でき
る機構となっている。カメラは部品移載ヘッド１を中心
として４台（又は２台）配置してあり、また、各カメラ
の撮像（または認識）方向は、部品に対し直交してい
て、斜め方向から移載ヘッド１の可動方向へ視野を有し
ている。

【００１８】このように、カメラを複数台用いて視野を
合成することで、カメラの視野分解能が高められ、部品
移載ヘッド１の影になる部分が認識でき、被認識物の高
さ情報が得やすく、部品移載ヘッド１の視野への写りこ
みを抑えることができる（以下、部品移載ヘッド１と認
識カメラのユニットを「移載認識ユニット」と呼ぶ）。

【００１９】移載認識ユニットは、ＸＹ方向に移動する
がカメラは上下に移動しないため、移載認識ユニットの
移動に対して一定の面でカメラのピントが合うことにな
る（図１にカメラのピント面８を示す）。このため、部
品および実装される基板５のパターンはこの面上になけ
ればならない。しかし、逆に言えば、撮像したくない背
景などはこの面になければ、カメラのピントがあってい
ないために結像せず、背景の影響をおさえることができ
る。

【００２０】このような構成を用いて、部品を認識実装
するまでの工程を次に述べる。図２（ａ）（ｂ）に部品
認識時の状態を示す。部品移載ヘッド１によりフィーダ
４から実装部品３を吸着し、カメラのピント面８まで持
ち上げてカメラ２−１，２−２，２−３，２−４で撮像
し、フレームメモリに蓄える。このとき得られる合成画
像を図２（ｃ）に示す。

【００２１】その後、部品移載ヘッド１は通過可能な高
さまで上昇して、図１の基板認識ポイント７まで移動す
る。その動作と平衡して、部品移載ヘッド１を基準にし
て部品の位置認識処理を行う。

【００２２】次に基板認識ポイント７での状態を図３
（ａ）（ｂ）に示す。部品移載ヘッド１は上方に位置し
ているため、カメラ２−１，２−２，２−３，２−４の
ピントは基板面の実装ランド９に合っている。この状態
で撮像し、得られる合成画像を図３（ｃ）に示す。この
画像も図２（ｃ）と同じカメラで得られるため、部品移
載ヘッド１を基準として実装ランドの位置を認識するこ
とができる。

【００２３】そして、図２（ｃ）によって得られる部品
の位置情報と、図３（ｃ）によって得られる実装ランド
９の基板の位置情報は、部品移載ヘッド１を基準として
認識されているため、装置全体の絶対精度は必要でな
く、部品とランドを合わせるようにして補正することに
なり、結果的に高精度な実装が可能となる。

【００２４】つまり、同じカメラで部品とランドを認識
し、かつ移載の中心であるヘッドも同じカメラで認識で
きる構造のため、誤差成分を少なくおさえることがで
き、高精度実装が可能となる（図４に部品実装状態を示
す）。

【００２５】なお、ヘッドを図７（ａ）（ｂ）のよう
に、カメラのピント面（以下、認識面という）８まで下
降させ、各カメラでその画像を撮り込み、図７（ｃ）〜
（ｆ）の如く、各々のカメラで撮像されたヘッドの先端
部分を基準位置としてカメラごとに記憶しておく。これ
は、基準位置を認識時毎に演算するのでは、タクトの増
大につながるからである。各カメラの視野中に前記基準
位置を含ませることにより、その基準位置を用いて各カ
メラの画像を合成し、合成演算を簡単に行うことができ
る。

【００２６】次に実装後の検査を行うが、前記の方法に
より高精度な位置合わせを行っても、実装時のクリーム
半田の状態や移載ヘッドのエア圧の切れ状態、更に実装
時の振動により部品が動いたり、部品が立ってしまうこ
とがある。このため、実装後に検査を行う。

【００２７】実装後、部品移載ヘッド１を上方に持ち上
げた状態を図５（ａ）（ｂ）に示し、この時得られる合
成画像を図５（ｃ）に示す。この合成画像はフレームメ
モリに蓄えられるため、移載認識ユニットは次回実装の
部品を取りに行くことができる。

【００２８】続いて、図６に画像抽出のイメージを示
す。すなわち、実装前の実装ランド９の画像（図３
（ｃ））と実装後の画像（図５（ｃ））の画像比較処理
を行い、実装後の部品イメージを得る。この画像より、
実装後の部品の位置を部品移載ヘッド１を基準として認
識する事ができる。この位置情報と、図２（ｃ）より得
られている実装前の部品の位置情報を、部品移載ヘッド
１を基準として比較することで、実装後の部品の実装状
態を認識することができる。

【００２９】これにより、実装された部品が正常に実装
されたか否かを装置が判断することができ、作業者に異
常を教示したり、位置ズレ情報を次回実装のデータに還
元することもできる。

【００３０】本実施例では、認識機能を有する実装装置
として、この機能を位置合わせのみに用いるのではな
く、実装後の実装状態の検査機能としても利用してい
る。しかも、実装直後に認識しているため、検査による
時間ロスはほとんどなく、かつ、従来のように後工程に
検査装置を必要としない。このため、検査機に必要であ
った位置のティーチングが不要で硬化前の工程が少なく
なり、不用意に部品がズレてしまうおそれもない。つま
り、ライン全体として小型化することができ、ティーチ
ング時間や品種切換え時間を短くすることができ、かつ
不良発生要素も少なくすることができる。

【００３１】このようにして、同じカメラで部品と実装
ランドを認識することで高精度実装を行い、実装後に検
査を行うことで実装検査機を導入する必要がなく、ティ
ーチングその他を考慮してそれ以上の能力を発揮するこ
とができる。

【００３２】次に、実装から検査までの一連の流れを図
８〜図１０により説明する。図８において、ステップ１
０１で実装位置のラフ・ティーチング及び付随する実装
データの入力を行い、続いて実装データの最適化工程に
移行する。この工程では、ステップ１０２において、部
品供給位置データに基づく部品供給位置への移動および
部品の取り出しを行い、ステップ１０３で部品画像情報
の撮り込み、および移載ヘッドを基準とした部品位置情
報の算出を行う。

【００３３】この時、図１１（ｃ）はカメラ２−１の撮
り込み画像を示すが、図１１（ａ）（ｂ）のように、矩
形の実装部品に対し各カメラは直交しているため、撮り
込み画像と各カメラの画素の関係は図１１（ｄ）のよう
に平行、直角の関係となり、画像処理（特徴位置の抽出
演算）及び画像合成が簡単になる。部品に対応する実装
位置についても同様である。

【００３４】ステップ１０４では、ティーチングデータ
に基づく部品実装位置への移動を行う。ステップ１０５
では、基板画像情報の撮り込みと、部品情報の抽出結果
に基づく実装部品に対する実装ランドの検索および抽
出、さらに移載ヘッドを基準とした実装ランド位置情報
の算出を行う。

【００３５】ステップ１０６では、移載ヘッドに対する
部品位置、実装ランド位置の対応する特徴点の位置関係
の差を最小とする実装位置を算出する。ステップ１０７
では、実装位置データの更新を行い、ステップ１０８に
おいて、最適実装位置への移動および部品実装を行う。

【００３６】ステップ１０９では、実装精度を要する部
品か否かを判断し、ＹＥＳの場合はステップ１１０の実
運転工程（図９）に進み、ＮＯの場合はステップ１１９
の実運転工程（図１０）へ進む。

【００３７】こうして、図９のステップ１１０におい
て、部品供給位置データに基づく部品供給位置への移動
および部品の取り出しを行い、ステップ１１１におい
て、部品画像情報の撮り込みと、移載ヘッドを基準とし
た部品位置情報の算出を行う。ここで算出された部品位
置の情報は、ステップ１１７におけるデータの更新に用
いられ、この更新されたデータが前記のステップ１１０
に入力されるようになっている。

【００３８】ステップ１１２では、部品実装データに基
づく部品実装位置への移動を行い、ステップ１１３で
は、基板画像情報の撮り込みと、部品情報の抽出結果に
基づく実装部品に対する実装ランドの検索および抽出、
移載ヘッドを基準とした実装ランド位置情報の算出を行
う。

【００３９】ここで算出された実装ランド位置情報は、
ステップ１１８におけるデータの更新に用いられ、この
更新されたデータは前記のステップ１１２に入力される
ようになっている。続いて、ステップ１１４において、
移載ヘッドに対する部品位置や実装ランド位置の対応す
る特徴点の位置関係の差を最小とする実装位置を算出
し、ステップ１１５において最適実装位置への移動およ
び部品実装を行い、ステップ１１６において、基板画像
情報を撮り込んで実装部品の位置情報を抽出すると共
に、移載ヘッドを基準とした部品実装情報の算出、なら
びに移載ヘッドを基準としたその部品の実装の良否を判
定する。

【００４０】次に、実装精度を要しない場合は、図１０
のステップ１１９において、部品供給位置データに基づ
く部品供給位置の移動および部品の取り出しを行い、ス
テップ１２０において部品画像情報の撮り込みと、移載
ヘッドを基準とした部品位置情報の算出を行う。ここで
算出された部品位置情報は、ステップ１２６におけるデ
ータの更新に用いられ、この更新されたデータが前記の
ステップ１１９に入力されるようになっている。

【００４１】続いてステップ１２１では、移載ヘッドを
基準とした部品位置情報による部品実装位置データの補
正を行い、ステップ１２２ないし１２４において補正さ
れた部品実装位置への移動と、基板画像情報の撮り込
み、および部品実装を行い、ステップ１２５では基板画
像情報を撮り込んで、実装部品の位置情報を抽出すると
共に、移載ヘッドを基準とした部品実装位置情報の算出
と、移載ヘッドを基準とした情報の比較によりその部品
の実装の良否を判定する。

【００４２】なお、ステップ１２３における基板画像情
報、ならびにステップ１２５において算出された部品実
装位置情報は、それぞれステップ１２７におけるデータ
の更新に用いられ、この更新されたデータは前のステッ
プ１２１に入力されるようになっている。

【００４３】ところで、図１〜図６に示したような４方
向に伸びるリードを対応する実装位置に実装する場合、
Ｘ，Ｙ方向を規定する精度が必要なため、４方向からの
リードと、それに対応する実装位置を認識する必要があ
るが、図１２〜図１７（図１〜図６に対応する）に示し
たような２方向に伸びるリードと対応する実装位置を認
識する場合、Ｙ方向を規定する精度のみが必要なため、
Ｘ方向は高精度を必要としない。従って、この場合は図
１３（ａ）〜（ｃ），図１４（ａ）〜（ｃ）のように、
対称な位置の２つのリード若しくはそれに対応するラン
ドが直線的に見える２つのカメラのみの認識で補正量を
演算する。

【００４４】図１８（ａ）〜（ｆ）に部品認識方法の詳
細を示す。図１８（ａ）（ｂ）において、各カメラ２−
１，２−２，２−３，２−４ごとに視野は異なるため、
それらの撮り込み画像も異なり、これら図１８（ｃ）〜
（ｆ）の画像を合成して認識画像が得られる。

【００４５】図１９（ａ）〜（ｆ）に基板認識方法の詳
細を示す。図１９（ａ）（ｂ）において、各カメラ２−
１，２−２，２−３，２−４ごとに視野は異なるため、
それらの撮り込み画像も異なり、これら図１９（ｃ）〜
（ｆ）の画像を合成して認識画像が得られる。

【００４６】図２０〜図２５はリード足のない実装部品
の実装方法を示し、これらは既に説明した図１〜図６に
対応する。

【００４７】図２６は二方向に伸びるリードを持つ部品
の実装に際し、カメラを用いないでの認識カメラの切り
換えのフローチャートを示す。すなわち、実装ランドの
方向を記憶しておき、このランド方向と部品の端子方向
を比較し、一致するときは端子と同方向のカメラで部品
を認識し、不一致のときは端子の方向と垂直な方向のカ
メラで部品を認識する。

【００４８】図２７（ａ）はカメラを用いての切り換え
であり、リードの有無で判断する。すなわち、４台のカ
メラで部品を撮像し、画像処理をしてリードの存在する
方向のカメラを選択し、選択されたカメラで部品を認識
する。図２７（ｂ）はカメラを用いての切り換えである
が、部品の外形寸法に長短ある場合はその長辺の存在す
る方向で判断する。例えば、４台のカメラで部品を撮像
し、画像処理をして長辺の存在する方向のカメラを選択
し、選択されたカメラで部品を認識する。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果を奏
する。 （１）同じカメラで実装部品と実装ランドを部品移載ヘ
ッドを基準として認識できるため、装置全体の精度を必
要とせず、実装部品と実装ランドを合わせるようにして
補正することとなり、高精度な位置合わせが可能であ
る。又、実装後の画像と実装のために得た画像より、位
置比較を行うことで部品の実装状態を検査することがで
き、後工程に検査機を必要としなくてよい。この為、検
査機のティーチング、品種切換え、検査機による不良発
生などの要素がなくなり本実装装置の直後に不良判定ラ
インを接続することができる。更に、実装ズレデータを
蓄積し、以後の実装データに還元することができ、より
高精度な実装が可能となる。 （２）さらに本発明では、実装部品または実装ランドの
少なくともいずれか一方の端縁に対して略直角の方向か
ら実装部品及び実装ランドの認識を行うので、それらの
撮り込み画像が画像に対して平行、直角の関係となり、
画像処理演算及び画像合成が簡単になる。 （３）さらに本発明では、実装部品及び実装ランドの対
応する特徴点を部品移載ヘッドを基準とした位置関係に
規定するので、例えば、部品移載ヘッドの先端部分を基
準位置としてカメラごとに記憶しておき、この基準位置
をカメラの視野に含むようにすることにより、認識演算
の増大が防止され、複数の画像を合成する演算が簡単に
行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】認識実装動作を示す図である。

【図２】（ａ）は部品認識時の状態を示す正面図、
（ｂ）はその平面図、（ｃ）は部品の合成画像を示す図
である。

【図３】（ａ）は基板認識ポイントでの認識時の状態を
示す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は基板の合成
画像を示す図である。

【図４】部品実装状態を示す正面図である。

【図５】（ａ）は部品実装後の検査状態を示す正面図、
（ｂ）はその平面図、（ｃ）は部品実装状態の合成画像
を示す図である。

【図６】画像抽出のイメージを示す図である。

【図７】（ａ）は基準位置生成時の正面図、（ｂ）はそ
の平面図、（ｃ）〜（ｆ）はカメラの撮り込み画像を示
す図である。

【図８】部品実装から検査までのフローチャートを示す
図である。

【図９】部品実装から検査までのフローチャートを示す
図である。

【図１０】部品実装から検査までのフローチャートを示
す図である。

【図１１】（ａ）は実装部品とカメラとの位置関係を示
す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はカメラの撮り
込み画像を示す図、（ｄ）は撮り込み画像と各カメラの
画素の関係を示す図である。

【図１２】２方向リード付き部品の認識実装動作を示す
図である。

【図１３】（ａ）は部品認識時の状態を示す正面図、
（ｂ）はその平面図、（ｃ）は部品の合成画像を示す図
である。

【図１４】（ａ）は基板認識ポイントでの認識時の状態
を示す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は基板の合
成画像を示す図である。

【図１５】部品実装状態を示す正面図である。

【図１６】（ａ）は部品実装後の検査状態を示す正面
図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は部品実装状態の合成
画像を示す図である。

【図１７】画像抽出のイメージを示す図である。

【図１８】（ａ）は部品認識時の正面図、（ｂ）はその
平面図、（ｃ）〜（ｆ）はカメラの撮り込み画像を示す
図である。

【図１９】（ａ）は基板認識時の正面図、（ｂ）はその
平面図、（ｃ）〜（ｆ）はカメラの撮り込み画像を示す
図である。

【図２０】リード足のない実装部品の認識実装動作を示
す図である。

【図２１】（ａ）は部品認識時の状態を示す正面図、
（ｂ）はその平面図、（ｃ）は部品の合成画像を示す図
である。

【図２２】（ａ）は基板認識ポイントでの認識時の状態
を示す正面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は基板の合
成画像を示す図である。

【図２３】部品実装状態を示す正面図である。

【図２４】（ａ）は部品実装後の検査状態を示す正面
図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）は部品実装状態の合成
画像を示す図である。

【図２５】画像抽出のイメージを示す図である。

【図２６】カメラを用いないでの認識カメラの切り換え
のフローチャートを示す図である。

【図２７】カメラを用いての認識カメラの切り換えのフ
ローチャートを示す図である。

【符号の説明】 １ 部品移載ヘッド ２−１，２−２，２−３，２−４ カメラ ３ 部品 ５ 基板 ６ 部品認識ポイント ７ 基板認識ポイント ８ カメラのピント面 ９ ランド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品供給装置から矩形状の実装部品を取
   り出し、この実装部品を基板上の所定の部品実装位置ま
   で移載して実装ランドに実装する部品実装方法におい
   て、 前記実装部品を移載する部品移載ヘッドに備えられ互い
   に対称な位置関係にある少なくとも２台のカメラで構成
   された認識手段で前記実装部品または実装ランドの少な
   くともいずれか一方の端縁に対して略直角の方向から前
   記実装部品及び実装ランドの認識を行い、 実装部品及び実装ランドの対応する特徴点を部品移載ヘ
   ッドを基準とした位置関係に規定することを特徴とする
   部品実装方法。