JP3784935B2 - 電子部品の装着方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品をプリント基板等に装着する際の電子部品装着方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板に装着する電子部品の中で最も多いのが、いわゆるチップ部品である。このチップ部品をプリント基板に装着する態様として、当該部品を吸着ノズルにより真空吸着し、吸着ノズルの位置及び回転制御を行うことにより当該部品を適正な配置状態でプリント基板上の所定の箇所に搬送し装着する手法が従来より公知となっている。例えば、特開平６−１８２１５号公報には、水平面に沿うＸ，Ｙ方向の部品装着位置補正量のうちの何れか一方は演算によってソフト的に求め、実測のための余分な時間を省き、部品の位置決めに要する時間を短縮して部品装着効率を高めるようにした方法及び装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来技術においては、如何なる部品に対しても同様の吸着ノズルの位置及び回転制御を行うようにしているので、被装着部品によっては無駄な動作を伴うものであった。
本発明の課題は、被装着部品に適合した吸着ノズルの位置及び回転制御を行って部品装着に要する時間をさらに削減することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による方法は、電子部品を吸着する吸着ノズルを用い、吸着ノズルの位置及び回転制御を行って電子部品を基板の所定箇所に装着させる電子部品の装着方法であって、吸着ノズルに吸着させた前記電子部品の極性の有無をあらかじめ登録された電子部品一覧により判断し、吸着ノズルに吸着させた電子部品を所定方向に回転させて電子部品の基準角度を検出し、当該電子部品の極性に応じて装着に至るまでの当該電子部品の回転方向を決定することを特徴とする。
【０００５】
本発明による装置は、電子部品を吸着する吸着ノズルを有し、吸着ノズルの位置及び回転制御を行って前記電子部品を基板の所定箇所に装着させる電子部品の装着装置であって、あらかじめ前記電子部品の一覧情報を登録している記憶手段と、この記憶手段により電子部品を基板に装着する電子部品が有極性であるか又は無極性であるかを判断する極性判断手段と、吸着ノズルに吸着させた電子部品を所定方向に回転させて電子部品の基準角度を検出する検出手段と、極性判断手段の判断結果に応じて電子部品を装着に至るまでの電子部品の回転方向を決定する回転方向決定手段と、を有することを特徴とする。
【０００６】
これらの発明によれば、吸着ノズルに吸着させた電子部品を所定方向に回転させて電子部品の基準角度を検出し、電子部品の極性に応じて装着に至るまでの電子部品の回転方向を決定する。したがって、被装着部品に適合した吸着ノズルの位置及び回転制御を行って部品装着に要する時間を削減できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明による一実施形態の部品装着装置の内部構造を示している。装置内には、プリント基板を搬送して位置決めする基板搬送部１が設けられており、搬送されたプリント基板（図示せず）に装着するチップ部品（以下、単に部品という）が収納された部品供給部２が供給部取付台３に固定されている。図では１個の部品供給部２が示されているが、実際には実装する部品の種類に対応する数の部品供給部が取り付けられる。部品は吸着ヘッド４の下部に設けられた吸着ノズル５によって真空吸着される。このため、吸着ヘッド４を水平方向に移動させるＸＹロボットが設けられており、図には示していないが吸着ヘッド４を垂直方向に移動させる垂直移動手段が設けられている。
【０００８】
図２は、図１に示した電子部品の装着装置のシステム構成を示すブロック図である。制御部７は、吸着コントローラ８、Ｘ軸コントローラ９、Ｙ軸コントローラ１０、Ｚ軸コントローラ１１、θ軸コントローラ１２を制御して、吸着ヘッド駆動部１３を駆動して吸着ノズル５の位置及び回転制御を行う。そして、部品供給部２の部品１４を搬送してプリント基板搬送部１によって所定位置に搬送されたプリント基板１５に部品１４を装着する。制御部７はまた、ＲＳ４２２インタフェース１６により接続されたレーザーアラインセンサコントローラ１７を制御して、レーザユニット１８を駆動する。レーザユニット１８は、並行な帯状のレーザ光線を放射する発光部１８ａ及びこのレーザ光線を受光する受光部１８ｂで構成されている。したがって、吸着した部品１４がレーザ光線の通過位置にあるときは、受光部１８ｂにおいて部品１４の投影画像を得ることができる。
【０００９】
制御部７は、本実施例の主要な特徴の１つである内部メモリ７０を有しており、この内部メモリ７０に被装着部品の極性の有無を表す極性データ等の部品一覧情報を格納し、当該極性データに基づいて被装着部品に適合した吸着ノズル５の回転制御を行う。
図３は、吸着ノズル５によって吸着した部品１４を、Ｚ軸コントローラによってレーザユニット１８のレーザ光線が通る箇所へ上昇させ、Ｚ軸の回りのθ軸に沿って回転する様子を示す図である。この回転によって、部品１４の投影画像の所定方向（水平方向）における長さの極小値を検出して、そのときの位置及び回転角を計測することにより、部品１４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθ軸方向のずれを検出する。
【００１０】
次に、実施形態の電子部品装着方法について、制御部７の処理手順を図４及び図５に示されるフローチャートを参照して説明する。なお、本実施形態における部品１４の装着角度は０°とする。
図４において、制御部７は、吸着ノズル５の部品吸着制御処理を行う（ステップＳ１）。詳述すると、先ずＺ軸コントローラ１１に対して吸着ヘッド４をホームポジションからＺ軸に沿って下降させる指示を行い、吸着ノズル５の先端が吸着位置に達するとＺ軸下降を停止させ、吸着コントローラ８に対して部品１４を吸着させる指示を行う。
【００１１】
部品吸着後は、Ｚ軸コントローラ１１に対してＺ軸上昇を指示し（ステップＳ２）、次いで、吸着した部品１４のＺ軸方向の位置がレーザユニット１８のレーザ光線による検出エリアに達したか否かを判別する（ステップＳ３）。検出エリアに達していないときは吸着ヘッド４の上昇を継続させ、検出エリアに達したときはＺ軸コントローラ１１に対してＺ軸上昇を停止させる指示を行う（ステップＳ４）。
【００１２】
次に、制御部７は、吸着ノズル５の回転角の値を格納するレジスタ（θ）をリセットし（ステップＳ５）、θ軸コントローラ１２に対して吸着ノズル５がθ軸回りに回転するよう指示する（ステップＳ６）。かかるθの値は、吸着ノズル５の回転角に応じて変化するよう制御される。ステップＳ６における回転は、逆回転に相当する方向すなわちθの値が負になる方向になされ、θの値が−３０゜に達するまで継続される（ステップＳ７）。θ＝−３０゜となると、制御部７は、θ軸コントローラ１２に対して吸着ノズル５のθ軸回りの回転が停止するよう指示する（ステップＳ８）。
【００１３】
その後、制御部７は、レーザユニット１８による部品１４の幅ｗの検出を開始させ（ステップＳ９）、今度は、θ軸コントローラ１２に対して吸着ヘッド５がθ軸回りの正回転すなわちθの値が正になる方向の回転をなすよう指示する（ステップＳ１０）。そして図５において、制御部７は、吸着ノズル５のθ軸回りの正回転を行いつつ、当該検出幅ｗの第１極小値及び第２極小値を判別し（ステップＳ１１，Ｓ１２）、θの値が１２０゜となるまで吸着ノズル５のθ軸回りの正回転を継続する（ステップＳ１３）。θの値が１２０゜となると、当該回転を停止させ（ステップＳ１４）、検出幅ｗの検出を終了し（ステップＳ１５）、基準方向に対する吸着されたときの部品１４の偏椅角度（角度ずれ）、すなわち補正すべき部品１４の角度（以下、補正量αとする）を最終的に求める（ステップＳ１６）。
【００１４】
ここで、かかる第１極小値及び第２極小値の判別態様並びに補正量αの算出態様を図６並びに図７及び図８を参照して詳しく説明する。
先ず、補正量αが０゜の場合、すなわち部品１４が吸着ノズル５によって基準角度に合致した状態で吸着された場合は、図６（Ａ）に部品１４が実線にて示されるように、レーザ光線ｂｍに対して平行な状態で部品１４が検出エリアに配される。なお、本例においてはレーザ光線の通過方向を基準角度方向とし、図６上時計回り方向を正回転、反時計回り方向を逆回転としている。この状態から部品１４は、上記ステップＳ６ないしＳ８によって矢印の如く−３０゜逆回転されて図６（Ｂ）に実線で示されるようになる。
【００１５】
そして上記ステップＳ８による幅ｗの検出開始後は、上記ステップＳ９ないしＳ１３によって、図６（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の矢印の如く部品１４が正回転していき、θの値が１２０゜に達して図６（Ｆ）に示されるような状態となる。
これら図６（Ａ）〜（Ｆ）の部品１４の各状態に対応づけて受光部１８ｂにおいて得られる部品１４の幅ｗとθとの関係を示したのが図７であり、補正量α＝０゜のこの場合は、先ず上記ステップＳ５においてθがリセットされる図６（Ａ）の状態（θ＝０゜）でｗは第１の極小値ｗa となる。そして図６（Ｂ）の状態（θ＝−３０゜）でｗは極小値ｗa より大きくなり、図６（Ｃ）の状態になるとｗは再び第１の極小値ｗa となる。さらに図６（Ｄ）の状態になるとｗは最大値近傍に達し、図６（Ｅ）の状態でｗは第２の極小値ｗb となる。そして図６（Ｆ）の状態でｗは極小値ｗb より大きくなる。
【００１６】
以上のことから分かるように、部品１４が吸着ノズル５によって基準方向に合致した状態で吸着された場合は、部品１４の正回転中において第１極小値ｗa が検出されたときにθは０゜を呈する筈である。従ってステップＳ１１において第１極小値を検出した時点のθの値が補正量α（すなわちこの場合０゜）として算出することができる。またこの場合、第２極小値に対応するθの値は９０゜である筈であり、ステップＳ１２において第２極小値を検出した時点のθの値が９０゜であることをもって補正量αが０゜に相当することを再確認することもできる。
【００１７】
これに対し、補正量αが０゜以外の値である場合、例えば部品１４が吸着ノズル５によって基準方向から反時計回りの方向に所定角度だけ偏倚した状態で吸着された場合は、図６（Ａ）に部品１４が一点鎖線にて示されるように、レーザ光線に対して傾いた状態で部品１４がレーザユニット１８の検出エリアに配される。この状態から部品１４は、上記ステップＳ６ないしＳ８によって矢印の如く−３０゜逆回転されて図６（Ｂ）に一点鎖線で示されるようになる。そして同様に上記ステップＳ９ないしＳ１３によって、図６（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の矢印の如く部品１４が正回転していき、θの値が１２０゜に達して図６（Ｆ）に示されるような状態となる。
この場合の図６（Ａ）〜（Ｆ）の部品１４の各状態に対応づけて受光部１８ｂにおいて得られる部品１４の幅ｗとθとの関係を示したのが図８であり、補正量α≠０゜（α＜０゜）のこの場合は、先ず上記ステップＳ５においてθがリセットされる図６（Ａ）の状態（θ＝０゜）でｗは第１の極小値ｗa よりも部品１４の偏倚角度分だけ大なる値となる。そしてこの値から図６（Ｂ）の状態（θ＝−３０゜）でｗはさらに大きな値になり、正回転によってｗが次第に減少し、図６（Ｃ）の状態になるとｗは再び第１の極小値ｗa となる。さらに図６（Ｄ）の状態になるとｗは最大値近傍に達し、図６（Ｅ）の状態でｗは第２の極小値ｗb となる。そして図６（Ｆ）の状態でｗは極小値ｗb より大きな値になる。
【００１８】
以上のことから分かるように、部品１４が吸着ノズル５によって基準方向から傾いた状態で吸着された場合は、第１極小値ｗa が検出されたときにθは０゜を呈さず当該部品の傾斜角度に対応する値を呈する筈である。従ってステップＳ１１において第１極小値を検出した時点のθの値が補正量αとして算出することができる。またこの場合、第２極小値に対応するθの値はα＋９０゜である筈であり、ステップＳ１２において第２極小値を検出した時点のθの値から９０゜を差し引いて補正量αを再確認することもできる。
この第１及び第２極小値を検出した時点のθを基準角度とすると、この基準角度を検出することにより、吸着した時の部品１４のずれを計測することができる。
【００１９】
α＞０゜の場合も、図８に基づいて説明した原理と同様にαの値を求めることができる。
【００２０】
なお、第１及び第２極小値は、受光部１８ｂの受光出力のサンプル値の変化を見ることによって判別できる。第１及び第２極小値の検出前後において、部品１４をθ＝−３０゜となるまで回転させたり、θ＝１２０゜となるまで回転させたりしているのは、部品１４の偏椅角度の範囲が±３０°未満であることが経験則により分かっているので、−３０°〜１２０°の角度範囲の回転により、第１及び第２極小値を確実に検出できるからである。
【００２１】
再び図５のフローチャートに戻り、上述の如く補正量αが求まると、制御部７は、内部メモリ７０の部品データを参照して（ステップＳ１７）、現時点で吸着ノズル５が吸着している部品１４の極性を判別する（ステップＳ１８）。
【００２２】
部品には、抵抗やセラミックコンデンサのように極性をもたないものと、トランジスタやダイオードのように極性をもっているものがある。制御部７は、ステップＳ１８において部品１４が上述した極性を有するものと判別した場合は、θ＝１２０゜の図６（Ｆ）の状態から、θ軸コントローラ１２に対して吸着ノズル５をθ軸回りに逆回転するよう指示し（ステップＳ１９）、部品１４をステップＳ１６において求められた補正量αに応じて、装着角度（この場合は０°）にすべく、θ＝−１２０゜＋αとなるまで当該逆回転を継続し（ステップＳ２０）、θ＝−１２０゜＋αに達するとその回転を停止させる（ステップＳ２１）。
【００２３】
一方、制御部７は、ステップＳ１８において部品１４が上述した極性を有しないものと判別した場合は、θ＝１２０゜の図６（Ｆ）の状態から、θ軸コントローラ１２に対して吸着ノズル５をθ軸回りに正回転するよう指示し（ステップＳ２２）、部品１４をステップＳ１６において求められた補正量αに応じて、装着角度にすべく、θ＝６０゜−αとなるまで当該正回転を継続し（ステップＳ２３）、θ＝６０゜−αに達するとその回転を停止させる（ステップＳ２１）。
【００２４】
ステップＳ２１の後は、フローには示さないが、制御部７は、Ｚ軸コントローラ１１に対してＺ軸下降を指示し、部品１４が所定の装着位置に達すると当該Ｚ軸下降を停止させ部品の装着を完了させる。
【００２５】
このように、制御部７は、部品１４に極性がないと判断すると、部品１４を逆回転させずに正回転させることによって部品１４を最初の吸着時の方向に戻すようにしている。これは、先述したように、極性のない部品は、元の状態から１８０゜回転させても全く同じようにしてプリント基板に配置装着させることができるからであり、本実施例は、θ＝１２０゜の状態から、１２０゜逆回転させて元の状態に戻さずに、さらに６０゜正回転させて元の状態と等価な状態にしている。よって本実施形態は、部品１４をプリント基板に装着する状態に回転させるのに、小さな回転角だけで済ませることができる。
【００２６】
かくして本実施形態においては、制御部７が、プリント基板１５に装着する部品１４が有極性であるか又は無極性であるかを判断する極性判断手段、吸着ノズル５に吸着させた部品１４を所定方向に回転させて部品１４の基準角度を検出する検出手段、及び、この極性判断手段の判断結果に応じて部品１４を装着に至るまでの部品１４の回転方向を決定する回転方向決定手段を構成し、部品１４の極性に応じて吸着ノズルの適切な回転制御を行うようにしているので、無駄な動作を省くことができ、もって部品１４の装着効率が向上しかつプリント基板１５への実装時間に要する時間を可及的に削減することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態においては、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、ダイオード等の部品を例に採って説明したが、フラットパッケージＩＣタイプの部品を装着する場合にも本発明を適用できる。
図９には、２種類の部品の例が示されており、そのうちの１つの部品１４１は、各アノードが当該部品パッケージの同じ一方の側に並べられ各カソードが当該部品パッケージの同じ他方の側に並べられ、それぞれ当該部品パッケージの外部に導出された４つのダイオードを埋設している。もう片方の種類の部品１４２も、４つのダイオードを埋設するが、当該部品パッケージの中央を境にしてその配列形態がチップ部品１４１と異なる。平面図上、パッケージの上半分に位置する２つのダイオードは、各アノードが当該パッケージの右側に各カソードが左側に配されるのに対し、パッケージの下半分に位置する２つのダイオードは、各アノードが当該パッケージの左側に各カソードが右側に配される。
【００２８】
このように、チップ部品１４２は、等価な外部接続端子（各アノード端子Ａと各カソード端子Ｋ）の配列に当該部品パッケージ中央に関しての点対称性があるのに対し、チップ部品１４１は、かかる等価な外部接続端子の配列に当該部品パッケージ中央に関しての点対称性がない。つまりこの例の場合、部品１４２では、ピン番号１，２の外部接続端子は、ピン番号５，６の外部接続端子と同じカソードとして等価にして使うことができ、また、ピン番号３，４の外部接続端子は、ピン番号７，８の外部接続端子と同じアノードとして等価にして使うことができ、ピン番号１，２の外部接続端子とピン番号５，６の外部接続端子との配置関係及びピン番号３，４の外部接続端子とピン番号７，８の外部接続端子との配置関係が当該パッケージにおいて点対称となっている。そしてこのような点対称の配置関係が部品１４１にはないのである。したがって、部品１４２のような種類の部品は、そのピン番号１，２の外部接続端子をピン番号５，６の外部接続端子に代えて、また、ピン番号３，４の外部接続端子をピン番号７，８の外部接続端子に代えてプリント基板上に配置させ装着させることができる。換言すれば、部品１４２は１８０゜回転させて実装しても元の状態と同じに使用することができるのに対し、部品１４２は１８０゜回転させて実装すると元の状態と同じに使用することができない。
【００２９】
このように、かかる点対称性の無い部品１４１は、プリント基板に装着する際の配置上では極性が有るとみなし、点対称性の有る部品１４２は、プリント基板に装着する際の配置上では極性が無いとみなせる。したがって、点対称性の有る部品１４２は抵抗やコンデンサと同じように無極性部品としてこの発明を適用することにより、無駄な動作を省くことができ、もって部品の装着効率が向上しかつプリント基板への実装時間に要する時間を可及的に削減することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、被装着部品に適合した吸着ノズルの位置及び回転制御を行って部品装着に要する時間をさらに削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施形態の部品装着装置の内部構造を示す斜視図。
【図２】図１に示した装着装置のシステム構成を示すブロック図。
【図３】部品を吸着した吸着ノズル及びレーザユニットの拡大斜視図。
【図４】本発明による一実施形態の電子部品装着方法についての、図１に示した装着装置の制御部による処理手順を示す前半フローチャート。
【図５】本発明による一実施形態の電子部品装着方法についての、図１に示した装着装置の制御部による処理手順を示す後半フローチャート。
【図６】被装着部品の検出エリア内における回転態様を示す平面図。
【図７】補正量α＝０゜の場合に受光部において得られる被装着部品の幅ｗと回転角θ
との関係を示すグラフ。
【図８】補正量α≠０゜の場合に受光部において得られる被装着部品の幅ｗと回転角θ
との関係を示すグラフ。
【図９】極性を有する部品と極性を有しない部品の外部接続端子の配列態様を模式的に
示す平面図。
【符号の説明】
１ 基板搬送部
２ 部品供給部
３ 供給部取付台
４ 吸着ヘッド４
５ 吸着ノズル５
６ ＸＹロボット
７ 制御部
８ 吸着コントローラ
９ Ｘ軸コントローラ
１０ Ｙ軸コントローラ
１１ Ｚ軸コントローラ
１２ θ軸コントローラ
１３ 吸着ヘッド駆動部
１４ 部品
１５ プリント基板
１６ ＲＳ４２２インタフェース
１７ レーザーアラインセンサコントローラ
１８ レーザユニット
１８ａ 発光部
１８ｂ 受光部

Claims (4)

1. 電子部品を吸着する吸着ノズルを用い、前記吸着ノズルの位置及び回転制御を行って前記電子部品を基板の所定箇所に装着させる電子部品の装着方法であって、
   前記吸着ノズルに吸着させた前記電子部品の極性の有無をあらかじめ登録された前記電子部品一覧より判断し、
   前記吸着ノズルに吸着させた前記電子部品を所定方向に回転させて当該電子部品の基準角度を検出し、当該電子部品の極性に応じて装着に至るまでの当該電子部品の回転方向を決定することを特徴とする電子部品の装着方法。
2. 前記回転方向は、前記電子部品が有極性であるときは前記所定方向とは逆方向であり、前記電子部品が無極性であるときは前記所定方向と同一方向であることを特徴とする請求項１記載の電子部品の装着方法。
3. 電子部品を吸着する吸着ノズルを有し、前記吸着ノズルの位置及び回転制御を行って前記電子部品を基板の所定箇所に装着させる電子部品の装着装置であって、
   あらかじめ前記電子部品の一覧情報を登録している記憶手段と、
   この記憶手段により前記電子部品を前記基板に装着する電子部品が有極性であるか又は無極性であるかを判断する極性判断手段と、
   前記吸着ノズルに吸着させた前記電子部品を所定方向に回転させて当該電子部品の基準角度を検出する検出手段と、
   前記極性判断手段の判断結果に応じて前記電子部品を装着に至るまでの当該電子部品の回転方向を決定する回転方向決定手段と、
   を有することを特徴とする電子部品の装着装置。
4. 前記回転方向決定手段は、前記電子部品が有極性であるときは前記所定方向とは逆方向を前記回転方向に決定し、前記電子部品が無極性であるときは前記所定方向と同一方向を前記回転方向に決定することを特徴とする請求項３記載の電子部品の装着装置。

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