JP3946502B2

JP3946502B2 - 部品実装方法

Info

Publication number: JP3946502B2
Application number: JP2001363547A
Authority: JP
Inventors: 直樹栗田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: JP2003163495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品実装方法、さらに詳細には、吸着部で吸着された部品の画像を所定の認識領域を有する認識装置で認識し、認識結果に基づいて部品を基板の定められた位置に実装する部品実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、部品実装装置（チップマウンタ）では、部品供給部（フィーダ）から供給される電子部品をヘッド部の吸着ノズルで吸着し、これを搬送されてくる基板の所定の位置に実装している。部品吸着時、必ずしも正しい姿勢で吸着されるわけではないので、部品吸着後ヘッド部を撮像装置の位置に移動させ、部品の吸着姿勢を認識して部品中心と吸着中心間の位置ずれ及び吸着角度ずれを求め、これを補正して基板の所定位置に正しい姿勢で搭載している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような部品実装装置で、部品を基板に搭載する場合、上述したように、位置ずれは補正されるが、部品に極性（方向性）がある場合には、その極性にあった向きで基板に実装しなければならない。フィーダから供給される部品に極性がある場合、その供給向きと極性の関係が一定となるように供給される場合には、それに沿って部品の向きが正規の向きになるように、向きを考慮すればよいが、供給向きと極性の関係が一定でない場合には、目視などで部品の向きを確認する必要があった。
【０００４】
しかしながら、部品の電極の配置が対称の場合には、その極性が所定の方向になっているかを確認するのは困難であり、部品の向きが正規ないし適正でなくても基板に実装されてしまうため、不良基板を発生させてしまう、という問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、部品の向きを確実に正規の向きにして部品を実装することが可能な部品実装方法を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、
吸着された部品の画像を認識装置で認識し、認識結果に基づいて部品を基板の定められた位置に実装する部品実装方法において、
部品が正規の向きで吸着されたときの部品に形成された特徴部の画像位置を予め求め、
部品認識時、前記予め求めた特徴部の画像位置に所定の大きさのウィンドウを設定し、
前記ウィンドウ内の明るさの平均値、最大値あるいは最小値を求め、求めた値をしきい値と比較してウィンドウ内に特徴部の画像が位置しているかどうかを判定し、
位置していない場合には、位置するまで部品画像中心を軸にして部品の画像とウィンドウを相対的に回転させ、
その回転量に応じて部品を正規の向きに変えて部品実装する構成を採用している。
【０００７】
このような構成では、前記回転量は、部品に形成された特徴部の画像の正規の位置に対するずれを示しており、そのずれが補正されて部品が搭載されるので、部品を確実に正規の向きにして基板上に搭載することが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に使用される部品実装装置（マウンタ）の概要図であり、図２はその制御構成を示すブロック図である。部品実装装置は、フィーダ（部品供給部）８より供給される電子部品（以下単に部品という）２０を吸着する吸着ノズル３ａを備えたヘッド部３を有しており、このヘッド部３はＣＰＵで構成される制御部１０により駆動されるＸ軸モータ１１によってＸ軸１に沿って移動し、またＸ軸１は、Ｙ軸モータ１２によりＹ軸２、２’に沿って移動できるようになっており、それによりヘッド部３は、ＸＹ軸方向に移動可能に構成される。またヘッド部３は、Ｚ軸モータ１３によってＺ軸方向に駆動されて昇降し、また吸着ノズル３ａはθ軸モータ１４によってノズル軸を中心に回転できるように構成されている。
【００１０】
さらに、部品実装装置には、部品２０を撮像するＣＣＤカメラのような撮像装置５が配置され（撮像装置５はヘッド部３に搭載することもできる）、ヘッド部３は、部品吸着後撮像装置５に移動して、部品２０が撮像装置５により撮像される。部品の撮像画像は画像認識装置７で認識され、部品の向き、部品中心と吸着中心の位置ずれ、また吸着角度ずれが補正され、搬送されてくる基板６に部品２０が搭載される。
【００１１】
また、部品実装装置には、キーボード２１、マウス２２などの入力装置が設けられ、部品データなど種々のデータが入力でき、また生成されたデータが記憶装置２３に格納できるようになっている。さらに、モニタ２４が設けられ、このモニタ２４には、入力したデータや、撮像装置５で撮像した部品画像が表示できるようになっている。
【００１２】
このような構成で、ヘッド部３はＺ軸モータ１３で下方に駆動されて、フィーダ８から供給された部品２０を吸着し、その後Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２により駆動されて撮像装置５の位置に移動され、そこで部品２０が撮像される。部品２０の画像は画像認識装置７で処理され、部品の吸着姿勢が認識されて部品中心と吸着中心間の位置ずれ及び吸着角度ずれが算出される。その後、ヘッド部３が基板６方向に移動し、前記ずれ量が補正されて部品２０が基板６の所定位置に正しい姿勢で実装される。
【００１３】
部品２０が、図３に示されたような複数のボール電極２０ａを有する正方形の部品（ＢＧＡ）の場合で、図面で右上端部を、例えば基板の搭載位置の右上端部に合わせ搭載しなければならないような極性のある部品の場合には、例えば部品が時計方向に９０°回転されて吸着されるときは、部品の左上端部が基板の搭載位置の右上端部に位置して搭載されるので、基板不良を発生させてしまう。部品２０には対称性があるので、この極性の誤りを目視で判定するのは困難である。
【００１４】
そこで、本発明は、部品２０に形成されている特徴部２０ｂを検出して部品の向きを判定し、部品の向きが正規の向きでない場合には、その向きを補正して部品を搭載するようにしている。以下にその方法を説明する。
【００１５】
まず、図４に示した流れで、部品の向きを判別するための特徴部をティーチングする。例えば、部品２０の裏面には、文字、記号あるいはその他濃淡を有するマーク、パターンなど任意の形状の特徴部２０ｂが最初から印刷ないし形成されているので、これらのマークなどを特徴部として利用する。
【００１６】
ティーチングの段階で、まず吸着ノズル３ａで部品２０を正規の（適正な）向きで吸着する（ステップＳ１）。ここで、正規の向きは、例えば、部品２０が、図３に示されたような正方形の部品（ＢＧＡ）である場合、図面で右上端部が、基板の搭載位置の右上端部に合ようような向きであるとする。
【００１７】
続いて、ヘッド部３を撮像装置５の位置に移動させて、部品を撮像し、画像認識装置７で認識し、公知の認識アルゴリズムを用いて部品の中心Ｃ(Ｘ、Ｙ)、吸着傾き(θ)を算出する（ステップＳ２）。
【００１８】
図５（Ａ）には、撮像装置５の撮像視野に応じて決まる認識領域７ａに部品の画像２０’が図示されており、吸着時の段階で発生する部品中心Ｃ(Ｘ、Ｙ)と吸着中心Ｃ’（ノズル中心で、認識領域の中心に対応）間の位置ずれ、並びに吸着傾き（θ）が図示されている。これらの認識領域７ａ、部品の画像などはモニタ２４に表示させることができる。
【００１９】
続いて、吸着ノズル３ａをＸ、Ｙ軸モータ１１、１２で移動させることにより、また吸着ノズル３ａをθ軸モータ１４で回転させることにより、部品中心Ｃを認識装置の中心（吸着中心Ｃ’）と一致させ、また傾き（θ）を補正する（ステップＳ３）。この状態が図５（Ｂ）に図示されており、部品の画像２０’は、部品２０が正規の向きで吸着され、かつ吸着時の位置ずれ、傾きずれがないときの画像に対応している。
【００２０】
次に、特徴部２０ｂの画像２０ｂ’をカバーできる所定の大きさのウィンドウをモニタ２４上に発生させ、キーボード２１、マウス２２等のデバイスで、部品の向きを判別するための特徴部の画像２０ｂ’を覆うようなウィンドウ３０を設定する（ステップＳ４）。ウィンドウが設定されると、そのウィンドウでの明るさをどのように定義するかの情報と部品中心に対するウィンドウ位置情報が取り込まれ、これらの情報が記憶装置２３に格納される。明るさは、ウィンドウ内の明るさの平均値（ＡＶＥ）、最大値（ＭＡＸ）、最小値（ＭＩＮ）として定義することができ、各値を所定のしきい値と比較して特徴部がウィンドウ内に位置しているかどうかが判定される。ウィンドウ内の明るさを、平均値（ＡＶＥ）、最大値（ＭＡＸ）、最小値（ＭＩＮ）のいずれとするかは選択可能であり（ステップＳ５）、通常は、平均値が選択される。これでティーチング動作が終了する（ステップＳ６）。尚、図示例では、特徴部は、１つであるが、複数指定でき、その場合、ウィンドウはこれら指定された特徴部がすべてカバーできるような大きさに設定される。
【００２１】
図６には、実際に部品を搭載して基板を生産するときの流れが図示されている。基板生産時には、部品２０が撮像装置５で撮像され、画像認識装置７で認識され（ステップＳ１１）、所定の認識アルゴリズムを用いて部品の中心Ｃ（Ｘ、Ｙ）、傾き（θ）が算出される。その後、ティーチングの段階で、部品中心に対するウィンドウ位置の情報並びにウィンドウ内の明るさの定義情報が記憶装置２３に格納されているので、これらの情報を取得して（ステップＳ１２）、モニタ２４上にウィンドウを設定し、そのウィンドウ内の明るさを判定する（ステップＳ１３）。このウィンドウが設定された状態が図７（Ａ）に図示されている。
【００２２】
例えば、明るさをウィンドウ３０内の明るさの平均値とする場合は、ウィンドウ３０内の明るさの平均値を求める。特徴部２０ｂに反射性があり、画像２０ｂ’が明るく見える場合には、ウィンドウ内の明るさがしきい値より大きくなるので、特徴部がウィンドウ内に位置していると判定できる。そこで、しきい値に所定のマージンを持たせて、平均値＞しきい値 − マージンと判定されたら、ウィンドウ３０内に特徴部２０ｂの画像２０ｂ’があると判定する。
【００２３】
図７（Ａ）に示したような吸着状態では、ステップＳ１４の判断が否定され、ウィンドウ３０内には特徴部２０ｂの画像２０ｂ’がないと判定されるので、部品中心Ｃを中心にウィンドウ３０を時計方向に９０°回転させる（ステップＳ１５）。この状態が図７（Ｂ）に図示されている。この状態では、特徴部の画像２０ｂ’がウィンドウ３０内に位置しており、平均値＞しきい値 − マージンの条件が満たされるので、ステップＳ１６で、部品の向きが判定される（ステップＳ１６）。例えば、ステップＳ１５の通過回数（ウィンドウの回転量に対応）で部品の向きを判定でき、通過がなければ、正規の向きに、またｎ回（ｎ＝１、２、３）通過すれば、それぞれ向きが９０度、１８０度、２７０度時計方向にずれていると判定する（ステップＳ１６）。
【００２４】
上記の判定に従い、ステップＳ１７で部品の向きを補正する（ステップＳ１７）。図７の例では、部品の向きが正規の向きに対して時計方向に９０度ずれているので、θ軸モータ１４を反時計方向に９０度回転して部品の向きを補正する。また部品中心Ｃと吸着中心Ｃ’の位置ずれ、吸着角度のずれ（θ）は、従来と同様に、部品が基板上に搭載されるまでに補正される。
【００２５】
このように、部品を、基板の搭載位置で正規な向きにしてしかも位置ずれ、角度ずれなく正確に基板の所定位置に実装することが可能になる。
【００２６】
なお、上述した実施形態では、特徴部の画像がウィンドウ内にない場合、部品中心を軸としてウィンドウを回転させたが、部品の画像を部品中心を軸として回転させるようにしてもよい。この場合には、ウィンドウに特徴部の画像が位置するまでの回転量だけその回転方向に部品をθ軸回転させ、部品の向きを補正する。
【００２７】
また、部品の向きの補正と、吸着傾き（θ）の補正は、個別に行なっても、また同時に行なってもよい。後者の場合で図７の場合には、部品は反時計方向に９０度＋θの角度回転されることになる。
【００２８】
また、上述した実施形態では、特徴部が背景に対して明るいことを前提にしているが、背景よりも暗い場合には、明るさの平均値＜しきい値＋マージンとなったときにウィンドウ内に特徴部が位置すると判定する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品認識時、予め求めた特徴部の画像位置に所定の大きさのウィンドウを設定し、このウィンドウ内の明るさの平均値、最大値あるいは最小値を求め、求めた値をしきい値と比較してウィンドウ内に特徴部の画像が位置しているかどうかを判定し、位置していない場合には、位置するまで部品画像中心を軸にして部品の画像とウィンドウを相対的に回転させ、その回転量に応じて部品を正規の向きに変えて部品を実装するようにしているので、部品を確実に正規の向きにして部品を搭載することができ、基板の生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用される部品実装装置の構成を示した上面図である。
【図２】部品実装装置の制御系の構成を示したブロック図である。
【図３】部品の底面を示す底面図である。
【図４】部品の特徴部の位置をティーチングするときの流れを示したフローチャートである。
【図５】部品の特徴部の位置をティーチングする状態を示した説明図である。
【図６】部品の向きを補正する流れを示したフローチャートである。
【図７】部品の向きを補正する状態を示した説明図である。
【符号の説明】
３ヘッド部
３ａ吸着ヘッド
５撮像装置
７画像認識装置
２０部品
２０ｂ特徴部
３０ウィンドウ

Claims

吸着された部品の画像を認識装置で認識し、認識結果に基づいて部品を基板の定められた位置に実装する部品実装方法において、
部品が正規の向きで吸着されたときの部品に形成された特徴部の画像位置を予め求め、
部品認識時、前記予め求めた特徴部の画像位置に所定の大きさのウィンドウを設定し、
前記ウィンドウ内の明るさの平均値、最大値あるいは最小値を求め、求めた値をしきい値と比較してウィンドウ内に特徴部の画像が位置しているかどうかを判定し、
位置していない場合には、位置するまで部品画像中心を軸にして部品の画像とウィンドウを相対的に回転させ、
その回転量に応じて部品を正規の向きに変えて部品実装することを特徴とする部品実装方法。
特徴点を複数指定し、その複数の特徴点の画像から部品の向きを判定することを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。