JP4490772B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents

Description

この発明は、装着ヘッドに設けた吸着ノズルで電子部品を吸着して、基板に実装する電子部品実装装置に関するものであり、特に、基準マークが印刷された測定治具を用いて、部品実装時や部品認識時の補正量を算出する装置に関するものである。

従来より、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置が提案されている。これらの装置では、基準マークが印刷されたガラス製の測定治具を用いて、部品実装時や部品認識時の補正量を算出している。

また、特開平８−１６７８７（特許文献１）の電子部品実装装置では、複数の基準マークを付した測定用ボードを実装作業位置に配置し、各基準マークをカメラで撮像する。そして、目標装着位置を囲む、複数の基準マークに対応する誤差データに基づいて、電子部品の目標装着位置の補正を行うものである。

特開平８−１６７８７

しかしながら、上記特許文献１の電子部品実装装置等は、測定用ボードの温度管理をしてないため、実装機内部の温度が変化すると、測定用ボードも熱膨張し、微小な誤差が生じていた。
最近では、部品の小型化がさらに進み、従来見逃されていた測定用ボードの微小な誤差も無視できなくなっていた。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、実装機内部の温度変化による測定用ボードとしての測定治具の微小な誤差を防止し、より高精度な部品実装や部品認識を行うことができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
基板に実装する電子部品を吸着する吸着ノズル（１１１）と、
前記吸着ノズルを保持して、水平方向に沿って移動する装着ヘッド（１１０）と、
表面に複数の基準マークが付されたガラス製の測定治具（１３０、１４０）と、
前記測定治具に対向するように配置され、前記基準マークを撮像する撮像手段（１１１、１１２、１２５）と、を備え、
前記撮像手段により前記各基準マークを撮像し、撮像された前記基準マークの画像位置と、予め設定された基準マークの適正撮像位置とのズレ量から所定の補正量を算出する電子部品実装装置において、
前記測定治具の温度を検出する検出手段（１３３、１４６）と、
前記測定治具の温度を調節する温度調節器（１３２、１４７）と、
前記検出手段からの検出信号に基づき、前記温度調節器を制御する制御手段（１０）と、を備え、前記電子部品実装装置内の温度が所定の温度に上昇するごとに前記撮像手段が前記基準マークを撮像する際、前記制御手段により前記測定治具を所定の温度に保持するように制御するようにした。所定の補正量とは、部品実装時や部品認識時の補正量を意味する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子部品実装装置において、
前記検出手段と前記温度調節器とを、前記測定治具に一体化して設けるようにした。
一体化して設けるとは、前記検出手段と温度調節器を前記測定治具に付設させたり、前記温度調節器を構成するヒータ線を測定治具に内蔵させたりすることである。

請求項１記載の発明によれば、前記撮像手段が前記基準マークを撮像する際、前記測定治具を所定の温度にするように制御するので、測定治具は熱膨張による影響を受けないので、部品装着や部品認識時の補正量の算出をより高精度に行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、検出手段と温度調節器を測定治具に一体化して設けたので、測定治具の移動が自在となり、作業時間が短縮される。

（実施形態の全体構成）
本発明の実施形態について、図１乃至図１５に基づいて説明する。図１は、本実施形態たる電子部品実装装置１００の斜視図である。

電子部品実装装置１００は、基板に各種の電子部品の実装を行うものであって、図１に示すように、後述する各構成を支持する機枠１０４と、実装される電子部品を供給する複数の電子部品フィーダー１０１（図１では一つのみ図示しているが、実際には後述するＸ軸方向沿って複数並んで配置される）と、電子部品フィーダー１０１を複数並べて保持するフィーダーバンク１０２と、一定方向に基板を搬送する基板搬送手段１０３と、当該基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中に設けられた基板に対する電子部品実装作業を行うための基板実装位置と、着脱自在の複数の吸着ノズル１１１を保持して電子部品の保持を行う装着ヘッド１１０と、装着ヘッド１１０を所定範囲内の任意の位置に駆動搬送する装着ヘッド移動手段としてのＸ−Ｙガントリ１２０と、上記各構成の動作制御を行う制御手段１０とを備えている。

なお、以下の説明において、水平面に沿って互いに直交する一の方向をＸ軸方向とし、他の方向をＹ軸方向とし、垂直上下方向をＺ軸方向と称することとする。
（基板搬送手段）
基板搬送手段１０３は、図示しない搬送ベルトを備えており、その搬送ベルトにより基板をＸ軸方向に沿って搬送する。
また、前述したように、基板搬送手段１０３による基板搬送経路の途中には、電子部品を基板へ実装する基板実装位置が設けられている。基板搬送手段１０３は、基板実装位置まで基板を搬送すると共に停止して、図示しない保持機構により基板の保持を行う。つまり、基板は保持機構により保持された状態で安定した電子部品の実装作業が行われる。

なお、本実施形態では、基板に対して電子部品を実装するための吸着ノズル１１１の位置補正に関する技術について主に説明するので、図１では、当該位置補正に使用する測定治具１３０を基板実装位置で保持機構により保持した状態を図示している。
（電子部品フィーダー）
フィーダーバンク１０２は、複数のＸ−Ｙ平面に沿った平坦部を備え、当該平坦部に複数の電子部品フィーダー１０１がＸ軸方向に沿って羅列して載置装備される。
また、フィーダーバンク１０２は、各電子部品フィーダー１０１の先端部を当接させるＸ−Ｚ平面に沿った当接部を備え、当該当接部には、電子部品フィーダー１０１の先端部に設けられた係合突起が挿入される位置決め穴が電子部品フィーダー１０１の羅列方向に沿って複数設けられている（図示略）。

さらに、各電子部品フィーダー１０１には弾性力で挟持を行うラッチ機構を備えており、フィーダーバンク１０２の平坦部における外側端部をラッチ機構に噛ませることで、前述した係合突起が位置決め穴に挿入された状態が維持されて、当該電子部品フィーダー１０１をフィーダーバンク１０２に対して所望の姿勢で固定することを可能としている。

電子部品フィーダー１０１は、後端部側に電子部品が均一間隔で無数に封入されたテープを巻回したテープリールを保持すると共に、先端部近傍には装着ヘッド１１０への電子部品の受け渡し部が形成されている。そして、フィーダーバンク１０２に取り付けられた状態では、電子部品の受け渡し部までテープの搬送が行われて、当該受け渡し部に位置決めされた装着ヘッド１１０に対して電子部品の供給が行われるようになっている。
（Ｘ−Ｙガントリ）
図２はＸ−Ｙガントリ１２０の平面図である。図２に示すように、その上面がＸ−Ｙ平面に平行である機枠１０４の当該上面に平行に載置装備されたＹ軸ガイドとしての二本のＹ軸ガイドレール１２２と、これら二本のＹ軸ガイドレール１２２に架け渡された状態で支持されたＸ軸ガイドとしてのＸ軸ガイドレール１２１と、このＸ軸ガイドレール１２１と共に装着ヘッド１１０をＹ軸方向に案内するＸ軸方向に沿って装着ヘッド１１０を移動させる駆動源であるＸ軸モータ１２３と、Ｘ軸ガイドレール１２１を介して装着ヘッド１１０をＹ軸方向に移動させる駆動源であるＹ軸モータ１２４とを備えている。そして、各モータ１２３、１２４の駆動により、装着ヘッド１１０を二本のＹ軸ガイドレール１２２の間となる領域のほぼ全体に搬送することを可能としている。

また、電子部品実装作業の必要上、前記したフィーダーバンク１０２、基板実装位置１０４とはいずれもＸ−Ｙガントリ１２０による装着ヘッド１１０の搬送可能領域内に配置されている。

上記Ｙ軸ガイドレール１２２は、いずれもＹ軸方向に沿って配設されており、Ｘ軸ガイドレール１２１の両端部をそれぞれリニアガイドを介して支持している。これにより、Ｘ軸ガイドレール１２１をＹ軸方向に沿って滑動可能としている。
また、Ｙ軸モータ１２４は、周知の伝達機構（ベルト機構、ボールネジ機構等）を介してＸ軸ガイドレール１２１をＹ軸方向に沿って移動位置決めすることができる。
上記Ｘ軸ガイドレール１２１は、Ｘ軸方向に沿って配設されており、リニアガイドを介して装着ヘッド１１０を支持している。これにより、装着ヘッド１１０をＸ軸方向に沿って滑動可能としている。

また、Ｘ軸モータ１２３は、周知の伝達機構（ベルト機構、ボールネジ機構等）を介してＸ軸ガイドレール１２１をＸ軸方向に沿って移動位置決めすることができる。
なお、各モータ１２３、１２４は、ぞれぞれ、その回転量が図示しない検出手段により検出されて制御手段１０に出力され、所望の回転量となるように制御されることにより、装着ヘッド１１０を介して吸着ノズル１１１や後述する第一及び第二のカメラ１１２、１１３の位置決めを行っている。

また、各モータ１２３、１２４は、回転駆動式ではなくリニアモータを使用しても良い。
（装着ヘッド）
装着ヘッド１１０は、図２に示すように、その先端部で空気吸引により電子部品を保持する四本の吸着ノズル１１１と、これらの吸着ノズル１１１をＺ軸方向に駆動する駆動源であるＺ軸モータ１１４（図４参照）と、吸着ノズル１１１を介して保持された電子部品を、Ｚ軸方向を中心として回転駆動させる回転駆動源である回転モータ１１５（図４参照）とが設けられている。

各吸着ノズル１１１は、Ｘ軸方向沿って並んで装着ヘッド１１０に支持され、各々がその長手方向をＺ軸方向に沿わせた状態で支持されている。
また、各吸着ノズル１１１は負圧発生源に接続され、当該吸着ノズル１１１の先端部において吸気吸引を行うことにより電子部品の吸着及び保持が行われる。

つまりこれらの構造により、実装作業時には、吸着ノズル１１１の先端部で所定の電子部品フィーダー１０１から電子部品を吸着し、装着ヘッド１１０の移動により所定位置で基板に向かって吸着ノズル１１１を下降させると共に吸着ノズル１１１を回転させて電子部品の向きの調整を行いつつ実装作業が行われる。

第一及び第二のカメラ１１２、１１３は、各吸着ノズル１１１を挟んで装着ヘッド１１０におけるＸ軸方向両端部にそれぞれ配置されている。そして、各カメラ１１２、１１３は、その光軸をＺ軸方向に向けた状態で装着ヘッド１１０に実装されており、Ｘ−Ｙガントリ１２０により所定位置に位置決めされた状態で、基板の原点合わせを行うための位置決めマークの撮像を行う。また、各吸着ノズル１１１を位置決めするために装着ヘッド１１０の下方の状態を認識するための各種の撮像に使用される。さらに、後述する吸着ノズル１１１の位置補正のための測定治具１３０の撮像にも使用される。

機枠１０４には、撮像手段としての部品認識カメラ１２５が固定されている。部品認識カメラ１２５は、光軸がＺ軸方向に沿って配置され、上方の物体を撮像可能である。そして、吸着ノズル１１１が電子部品を吸着した後、装着ヘッド１１０が部品認識カメラ１２５上を移動する際、撮像して、部品形状の認識を行う。また、部品認識カメラ１２５は、吸着ノズル１１１が図１５に示す測定治具１４０を吸着した後に、その測定治具を撮像し認識する。
（測定治具）
図３はマーク表示部としての測定治具１３０の平面図である。かかる測定治具１３０は、吸着ノズル１１１の位置補正の準備作業時（詳細は後述する）にのみ基板搬送手段１０３の基板実装位置に装着され、電子部品の実装作業時には除去される。
測定治具１３０は、その中央部に直線に沿って均一間隔で基準マークＭ１〜Ｍｎが表示されている。かかる各基準マークＭ１〜Ｍｎは、より精度良く直線に沿っていることが望ましいが、その形成精度に応じて厳密には若干のズレを生じている。従って、各基準マークＭ１〜Ｍｎは、予め三次元測定装置により精密に各位置の測定を行い、相対的な位置関係が予め取得されている。即ち、一番端の基準マークＭ１を原点とし、両端となる基準マークＭ１、Ｍｎを結ぶ直線を直交座標系の一方の座標軸とする座標データが前記測定により求められ、制御手段１０の処理に用いることが可能な状態のデータとして用意されている。ただし、この基準マークＭ１〜Ｍｎは、特定の温度であれば、最も精度が出るように印刷されている。例えば、摂氏３５度の時、基準マーク間隔が５．０００ｍｍに一番近くなるように作成されている。

また、測定治具１３０の下部には、発熱マット１３１が測定治具下面に密着するように接着されて、配置されている。この発熱マット１３１には、温度調節器１３２と、検出手段としてのガラス治具温度センサ１３３が内蔵されている。ガラス治具温度センサ１３３の検出端は、ガラス製の測定治具１３０に接触している。このように、温度調節器１３２とガラス治具温度センサ１３３は、測定治具１３０に一体化されて配置されている。

また、発熱マット１３１が黒色の場合、基準マークを銀色に印刷すると、基準マークの輪郭が鮮明になり、認識しやすい。

なお、測定治具１３０は、その使用時には、各基準マークＭ１〜Ｍｎの列がほぼＸ軸方向に沿うように、基板搬送手段１０３の基板実装位置に装着される。また、装着の際には、Ｘ軸方向における各基準マークＭ１〜Ｍｎの列の長さが、基板に対する電子部品の実装を行う範囲と、各電子部品フィーダー１０１から電子部品の受け取りを行う範囲と、部品認識カメラ１２５とをいずれもＸ軸方向について網羅することが可能な長さに設定されている。つまり、測定治具１３０は、各吸着ノズル１１１の位置決め位置の補正を行うために用いられることから、吸着ノズル１１１が位置決めされ得る全ての位置についてＸ軸方向について網羅する必要があるからである。
（制御手段）
図４は電子部品実装装置１００の制御系を示すブロック図である。図４に示すように、制御手段１０は、主に、Ｘ−Ｙガントリ１２０のＸ軸モータ１２３、Ｙ軸モータ１２４、装着ヘッド１１０において各吸着ノズル１１１の昇降を行うＺ軸モータ１１４（実際には各吸着ノズル１１１に個別に設けられているが図４では一つのみ図示する）、吸着ノズル１１１の回転を行う回転モータ１１５（実際には各吸着ノズル１１１に個別に設けられているが図４では一つのみ図示する）、測定治具１３０の温度調節を行うヒータ式温度調節器１３２が接続されている。また、制御手段１０には、ガラス製の測定治具の温度を測定するガラス治具温度センサ１３３が接続されている。このガラス治具温度センサ１３３からの検出信号に基づき、制御手段１０は、温度調節器１３２の出力を制御する。

また、制御手段１０は、装着ヘッド１１０に設けられた第一のカメラ１１２及び第二のカメラ１１３の動作制御を行うと共に、Ｘ−Ｙガントリ１２０に設けられた温度センサ１０６によりＸ−Ｙガントリ１２０の作動環境温度の検出を行う。

そして、制御手段１０は、所定の制御プログラムに従って各種の処理及び制御を実行するＣＰＵ１１と、各種の処理及び制御を実行するためのプログラムが格納されたシステムＲＯＭ１２と、各種のデータを格納することで各種の処理の作業領域となるＲＡＭ１３と、ＣＰＵ１１と各種の機器との接続を図るＩ／Ｆ（インターフェース）１４と、各種の設定や操作に要するデータの入力を行うための操作パネル１５と、各種の処理及び制御を実行するためのデータが格納された例えばＥＥＰＲＯＭ等からなる不揮発性の記憶装置１７と、各種設定の内容や後述する検査の結果等を表示する表示モニタ１８とを有している。また、前述した各モータ１１４、１１５、１２３、１２４と温度調節器１３２、ガラス治具温度センサ１３３は、図示しないモータドライバを介してＩ／Ｆ１４と接続されている。

上記記憶装置１７には、基板に対する各電子部品の実装位置を示す実装位置座標データと、実装すべき電子部品の受け取り位置を示す位置座標データとが記憶されている。
そして、ＣＰＵ１１は、所定の実装プログラムにより、基板搬送手段１０３の基板実装位置に基板が保持されると、装着ヘッド１１０を予め設定された位置に移動し、いずれかのカメラ１１２、１１３で基板の基準値マークを撮像する動作制御を行う。さらに、ＣＰＵ１１は、撮像画像から、基板の原点位置を算出し、電子部品実装装置１００の座標系における当該原点位置の位置座標を取得すると共に、記憶装置１７に記憶された実装位置の各位置座標データを電子部品実装装置１００の座標系に変換する。そして、ＣＰＵ１１は、Ｘ軸モータ１２３とＹ軸モータ１２４とを所定の駆動量で駆動して装着ヘッド１１０上の吸着ノズル１１１を各実装位置に位置決めして、順次、電子部品の実装作業を実行する。
また、ＣＰＵ１１は、電子部品の受け取りと実装の際には、Ｚ軸モータ１１４の動作制御を行い、吸着ノズル１１１の先端部を適正な高さに調整する制御を行う。

さらに、図１では図示していないが、機枠１０４の上面であって装着ヘッド１１０の可動範囲内の所定位置には、上方に向けられて各吸着ノズル１１１に保持された電子部品を下方から撮像する部品認識カメラ１２５が設けられている。この部品認識カメラ１２５は、下方から吸着ノズル１１１に保持された電子部品を撮像し、制御手段１０に出力する。

これに対して、ＣＰＵ１１は、電子部品の受け取り後であって実装前に、吸着ノズル１１１を部品認識カメラ１２５の真上に位置決めし、部品認識カメラ１２５により電子部品の撮像を行い、撮像画像から電子部品の向きを求めると共に、適正な向きとなるように、回転モータ１１５の駆動制御を実行する。
（吸着ノズルの位置ズレの原因）
ここで、吸着ノズル１１１の位置決め誤差の発生原因について、図５と図６に基づいて説明する。
まず、Ｘ−Ｙガントリ１２０の問題点について説明する。図５はＸーＹガントリ１２０を上方（Ｚ軸方向）から見た説明図、図６はＸーＹガントリ１２０を前方（Ｙ軸方向）から見た説明図である。

Ｘ軸ガイドレール１２１は、Ｙ軸方向への移動が行われることから、その材質軽量化のためにアルミニウム合金が使用される。一方、機枠１０４やＹ軸ガイドレール１２２は、鉄やその合金が使用されることから、電子部品実装装置１００の周囲の環境温度の上昇により、各部の膨張率の差から、Ｘ軸ガイドレール１２１には、図５に示すようにＹ軸方向への曲がりを生じる場合がある。
このような曲がりを生じたＸ軸ガイドレール１２１に沿って装着ヘッド１１０が移動すると、図５に示すΔＹのように、Ｘ軸方向の各位置においてノズル位置がＹ軸方向について位置ズレを生じてしまうこととなる。

また、上述と同じ理由や装着ヘッド１１０の重量により、Ｘ軸ガイドレール１２１には、図６に示すようにＺ軸方向への曲がりを生じる場合がある。このような曲がりを生じたＸ軸ガイドレール１２１に沿って装着ヘッド１１０が移動すると、図６に示すθ１、θ２のように、Ｘ軸方向の各位置においてノズル位置が垂直方向から角度ズレを生じ、その結果、吸着ノズル１１１の先端位置がＸ軸方向について位置ズレを生じてしまうこととなる。

また、Ｘ軸ガイドレール１２１の曲がり具合は電子部品実装装置１００の使用環境温度によって変化するため、予めズレ量を求めて実装を開始する前段階で補正を完了させてしまうことは困難であった。さらに、装着ヘッド１１０が温度変化によりＸ軸方向に膨張して、位置ズレを生じる場合があった。

このような各種のズレを抑制するために以下に示す各種の手法が行われる。
（測定治具の温度管理）
最初に、装置電源を入力した後、測定治具１３０を基板実装位置にセットする。
制御手段１０は、測定治具１３０の温度を検知し、その検出信号に基づいて、温度調節器１３２を制御する。
例えば、設定温度が摂氏３５度であれば、後述する補正量（補正テーブル）算出前に、発熱体としての発熱マットの電源を入れ、設定温度になるまで上昇させ、温度調節器でその温度を保持させる。この状態で、補正量の算出を行う。
（各種の補正に用いられる補正テーブルの作成）
図７乃至図９に基づいて、各種の補正に用いられる補正テーブルＴの作成処理について説明する。図７は測定治具１３０の各基準マークＭ１〜Ｍｎに対して展開される座標系を示す説明図、図８は撮像時におけるカメラ中心位置から撮像された基準マークＭ１〜Ｍｎのズレ量を示す説明図、図９は各種の補正に用いられる補正テーブルＴを示す説明図である。かかる処理は、電子部品の実装作業前に先行して行われる。
〔１〕まず、基板搬送手段１０３の基板実装位置に測定治具１３０が装着されると、ＣＰＵ１１は、所定の補正処理プログラムにより、おおよその位置に装着ヘッド１１０の第一のカメラ１１２を位置決めして両端に位置する基準マークＭ１とＭｎとを撮像する動作制御を行う。
〔２〕そして、ＣＰＵ１１は、カメラ中心位置から各基準マークＭ１、Ｍｎのズレ量によりそれらの正確な位置を認識し、基準マークＭ１を原点とし、基準マークＭ１とＭｎとを結ぶ直線をＸ軸とするＸ−Ｙ座標系を形成する。
〔３〕さらに、ＣＰＵ１１は、予め記憶装置１７に記憶された各基準マークＭ１〜Ｍｎの相対位置関係を示す座標データを上記Ｘ−Ｙ座標系に変換し、補正テーブルＴにおける（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、（Ｘ３、Ｙ３）、・・・（Ｘｎ、Ｙｎ）としてＲＡＭ１３に記憶する。なお、基準マークＭ１を原点とし、基準マークＭ１とＭｎとがＸ軸上に位置するので、Ｘ１＝０、Ｙ１＝０、Ｙｎ＝０となる。
〔４〕次いで、ＣＰＵ１１は、上記各基準マークＭ１〜Ｍｎの位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、（Ｘ３、Ｙ３）、・・・（Ｘｎ、Ｙｎ）に基づいて第一のカメラ１１２を各基準マークＭ１〜Ｍｎに位置決めして撮像を行う動作制御を行う。
〔５〕さらに、ＣＰＵ１１は、各基準マークＭ１〜Ｍｎの撮像画像からカメラ中心位置Ｃから各基準マークＭ１〜Ｍｎのズレ量をＸ成分とＹ成分とでそれぞれ算出し（図８参照）、補正テーブルＴにおける（ＸＬ１、ＹＬ１）、（ＸＬ２、ＹＬ２）、（ＸＬ３、ＹＬ３）、・・・（ＸＬｎ、ＹＬｎ）としてＲＡＭ１３に記憶する。

つまり、Ｘ軸ガイドレール１２１に撓みが生じていない理想的な状態であれば、（ＸＬ１、ＹＬ１）、（ＸＬ２、ＹＬ２）、（ＸＬ３、ＹＬ３）、・・・（ＸＬｎ、ＹＬｎ）はいずれも（０、０）となるが、Ｘ軸ガイドレール１２１の撓み、装着ヘッド１１０の膨張等を原因として、装着ヘッド１１０における第一のカメラ１１２に生じる位置ズレ量が（ＸＬ１、ＹＬ１）、・・・（ＸＬｎ、ＹＬｎ）に表れることとなる。
〔６〕次いで、ＣＰＵ１１は、上記各基準マークＭ１〜Ｍｎの位置座標データ（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）、（Ｘ３、Ｙ３）、・・・（Ｘｎ、Ｙｎ）に基づいて第二のカメラ１１３を各基準マークＭ１〜Ｍｎに位置決めして撮像を行う動作制御を行う。
〔７〕さらに、第一のカメラ１１２の場合と同様にして、ＣＰＵ１１は、第二のカメラ１１３の場合にも、各基準マークＭ１〜ＭｎのＸ−Ｙのズレ量を算出し、補正テーブルＴにおける（ＸＲ１、ＹＲ１）、（ＸＲ２、ＹＲ２）、（ＸＲ３、ＹＲ３）、・・・（ＸＲｎ、ＹＲｎ）としてＲＡＭ１３に記憶する。

これにより、装着ヘッド１１０における第二のカメラ１１３に生じる位置ズレ量が（ＸＲ１、ＹＲ１）、・・・（ＸＲｎ、ＹＲｎ）に表れることとなる。
〔８〕さらに、ＣＰＵ１１は、上記〔１〕〜〔７〕の処理を所定の温度ごと（例えば摂氏１度ごと）に行い、各温度ごとに補正テーブルＴを取得する。各温度ごと補正テーブルＴを取得するために、装置内に温度調節手段を設けても良いが、本実施形態では、主電源の投入開始から、ＣＰＵ１１が、Ｘ−Ｙガントリ１２０の暖機運転を行う動作制御を行い、温度センサ１０６の検出温度を見張って、温度が１度上昇するたびに、〔１〕〜〔７〕の処理を実行する。
（装着ヘッドの伸縮に対する補正処理）
各温度ごとに取得された補正テーブルＴを用いて、温度変化による装着ヘッド１１０における伸縮を原因とする第一カメラ１１２と第二のカメラ１１３とのカメラ中心間距離Ｄ０、第一のカメラ１１２のカメラ中心から一つ目の吸着ノズル１１１ａのノズル中心までの距離Ｄ１、第一のカメラ１１２のカメラ中心から二つ目の吸着ノズル１１１ｂのノズル中心までの距離Ｄ２、第一のカメラ１１２のカメラ中心から三つ目の吸着ノズル１１１ｃのノズル中心までの距離Ｄ３、第一のカメラ１１２のカメラ中心から四つ目の吸着ノズル１１１ｄのノズル中心までの距離Ｄ４のそれぞれに生じる変化量△Ｄ０〜△Ｄ４を算出する処理について、図１０に基づいて説明する。図１０は装着ヘッド１１０における各カメラ１１２、１１３及び各吸着ノズル１１１ａ〜１１１ｄの配置並びに各々の距離Ｄ０〜Ｄ４の関係を示す説明図である。
〔１〕まず、記憶装置１７に各距離Ｄ０〜Ｄ４の初期値が予め精密測定されて記憶されていることを前提とする。また、各距離Ｄ０〜Ｄ４の測定は、測定治具１３０における各基準マークＭ１〜Ｍｎの測定と同じ環境下で同様の手法で求められることが望ましい。

そして、ある温度下での上記各距離Ｄ０〜Ｄ４の変化量を求める場合において、ＣＰＵ１１は、所定の補正処理プログラムにより、距離Ｄ０に等しい（或いは距離Ｄ０に最も近い）距離の二つの基準マークの組｛Ｍ１、Ｍ（α＋１）｝、｛Ｍ２、Ｍ（α＋２）｝｛Ｍ３、Ｍ（α＋３）｝・・・を選出する処理を行う（但し、α＝Ｄ０／各基準マークの間隔）。

なお、選出する基準マークの組の数は任意であり、予め設定された個数に従う。最少で一組でも良い。
〔２〕そして、ＣＰＵ１１は、目的温度の補正テーブルＴから、組の一方の基準マークＭ（α＋１）における第二のカメラ１１３のＸ成分のズレ量ＸＲ（α＋１）と組のもう一方の基準マークＭ１における第一のカメラ１１２のＸ成分のズレ量ＸＬ１とが読み出されて、これらの差が算出される。即ち、図１１の図表における右成分から左成分が減じされる演算が行われる。

なお、上記演算が選出された全ての基準マークの組について行われる。各組ごとに算出された差の値は、いずれも各カメラ１１２、１１３の中心間距離の変化量△Ｄ０に相当する。
〔３〕そして、ＣＰＵ１１は、算出された各カメラ１１２、１１３の中心間距離の複数の変化量△Ｄ０について、平均化する演算を行う。さらに得られた平均化された変化量△Ｄ０に対して間隔の比率Ｄ１／Ｄ０を乗じて△Ｄ１を算出する。また同様にして、他の変化量△Ｄ２、△Ｄ３、△Ｄ４についても算出する（各カメラ１１２、１１３と各ノズル１１１ａ〜１１１ｄとの相対位置関係から各ノズル１１１ａ〜１１１ｄのＸ軸方向のズレ量を算出する）。

このようにしてある温度下での変化量△Ｄ０〜△Ｄ４が求められ、さらに、同じ温度下での距離Ｄ０’〜Ｄ４’を算出する必要がある場合には、Ｄ０〜Ｄ４から△Ｄ０〜△Ｄ４を減ずる演算が行われる。

なお、変化量△Ｄ０〜△Ｄ４については、各温度下での補正テーブルＴが取得された時点で各温度について算出し、各温度下での変化量△Ｄ０〜△Ｄ４を示す変化量テーブルとして記憶装置１７に記憶されておいても良いし、必要が生じたときに、必要な温度についてのみ変化量△Ｄ０〜△Ｄ４をその都度算出する処理を行っても良い。
（Ｘ軸ガイドレールのＹ軸方向撓みに対する補正処理）
図１２及び図１３に基づいて、Ｘ軸ガイドレール１２１のＹ軸方向撓みに起因する吸着ノズル１１１の位置決めにおけるＹ成分の補正処理について説明する。図１２は各カメラ１１２、１１３及び各吸着ノズル１１１と基準マークＭ１〜Ｍｎの対応関係を示す説明図、図１３は二つのカメラ１１２、１１３の位置から吸着ノズル１１１ａに生じる位置ズレ量を求めるための説明図である。

かかる補正処理は、実際の電子部品の実装作業時において、各吸着ノズル１１１を電子部品の受け取り位置、実装位置、部品認識カメラ１２５等に対して位置決めする際に実行される。
〔１〕まず、いずれかの吸着ノズル（ここでは１１１ａを例とする）を位置座標（Ｘａ、Ｙａ）に位置決めする場合において、ＣＰＵ１１は所定の処理プログラムにより、現在温度を検出する。
〔２〕次に、ＣＰＵ１１は、吸着ノズル１１１ａを位置座標（Ｘａ、Ｙａ）に位置決めしたとする場合の各カメラ１１２、１１３のＸ座標を算出する。

即ち、第一のカメラ１１２については、Ｘａ−Ｄ１が算出され、さらに、現在温度における補正値△Ｄ１の補正が行われて、第一のカメラ１１２の中心位置のＸ成分が算出される。

同様に、第二のカメラ１１３についても、Ｘａ＋Ｄ０−Ｄ１に対して現在温度における補正値△Ｄ１、△Ｄ０の補正が行われて、第二カメラ１１２の中心位置のＸ成分が算出される。
〔３〕次に、ＣＰＵ１１は、上記〔２〕で求めた第一のカメラ１１２のＸ成分に最も近い基準マークＭｉを検出温度における補正テーブルＴから選出し、当該基準マークＭｉにおけるズレ量のＹ成分ＹＬｉをテーブルＴから読み出す。かかるＹＬｉの値が、吸着ノズル１１１ａを目標位置に位置決めした場合に、装着ヘッド１１０における第一のカメラ１１２の位置に発生するであろうＹ軸方向のズレ量となる。

同様にして、ＣＰＵ１１は、上記〔２〕で求めた第二のカメラ１１３のＸ成分に最も近い基準マークＭ（α＋ｉ）を検出温度における補正テーブルＴから選出し、当該基準マークＭ（α＋ｉ）におけるズレ量のＹ成分ＹＲ（α＋ｉ）をテーブルＴから読み出す。かかるＹＲ（α＋ｉ）の値が、吸着ノズル１１１ａを目標位置に位置決めした場合に、装着ヘッド１１０における第二のカメラ１１３の位置に発生するであろうＹ軸方向のズレ量となる。
〔４〕次に、ＣＰＵ１１は、上記〔３〕で求めた装着ヘッド１１０における第一のカメラ１１２と第二のカメラ１１３の各中心位置におけるＹ軸方向のズレ量から、各カメラ１１２、１１３と吸着ノズル１１１ａの相対的位置関係に基づいて吸着ノズル１１１ａに生じるＹ軸方向ズレ量ΔＹを算出する。

即ち、図１３に示すように、その配置比率から吸着ノズル１１１ａのＹ軸方向ズレ量ΔＹを次式により算出できる。

ΔＹ＝｛ＹＲ（α＋ｉ）−ＹＬｉ｝＊｛（Ｄ１＋△Ｄ１）／（Ｄ０＋△Ｄ０）｝
〔５〕そして、ＣＰＵ１１は、吸着ノズル１１１ａの目標位置座標のＹ成分であるＹａに、上記〔４〕で求めた△Ｙを加算して、目標位置座標のＹ成分がＹａ＋△Ｙとなるように、Ｙ軸モータ１２４の駆動量を制御する。

なお、他の吸着ノズル１１１ｂ〜１１１ｄについても、距離Ｄ２〜Ｄ４と変化量△Ｄ２〜△Ｄ４を用いることで同様に、ズレ量△Ｙを求めることが可能である。
（Ｘ軸ガイドレールのＺ軸方向撓みに対する補正処理）
図１４基づいて、Ｘ軸ガイドレール１２１のＺ軸方向撓みに起因する吸着ノズル１１１の位置決めにおけるＸ成分の補正処理について説明する。図１４は第一のカメラ１１２及び各吸着ノズル１１１と基準マークＭ１〜Ｍｎの対応関係を示す説明図である。

かかる補正処理は、実際の電子部品の実装作業時において、各吸着ノズル１１１を電子部品の受け取り位置、実装位置、部品認識カメラ１２５等に対して位置決めする際に実行される。つまり、前述したＹ成分の補正処理に前後して或いは同時に平行して実行される。
〔１〕まず、いずれかの吸着ノズル（ここでは１１１ａを例とする）を位置座標（Ｘａ、Ｙａ）に位置決めする場合において、ＣＰＵ１１は所定の処理プログラムにより、現在温度を検出する。
〔２〕次に、ＣＰＵ１１は、吸着ノズル１１１ａを位置座標（Ｘａ、Ｙａ）に位置決めしたとする場合の第一のカメラ１１２のＸ座標を算出する。

即ち、第一のカメラ１１２については、Ｘａ−Ｄ１が算出され、さらに、現在温度における補正値△Ｄ１の補正が行われて、第一のカメラ１１２の中心位置のＸ成分が算出される。

なお、ここまでの処理は前述したＹ成分の補正処理と同じであるため、処理の共通化を図り、これ以降の処理をＹ成分の補正処理とＸ成分の補正処理とで別に行わせても良い。
〔３〕次に、ＣＰＵ１１は、上記〔２〕で求めた第一のカメラ１１２のＸ成分に最も近い基準マークＭｉを検出温度における補正テーブルＴから選出し、当該基準マークＭｉにおけるズレ量のＸ成分ＸＬｉをテーブルＴから読み出す。かかるＸＬｉの値が、吸着ノズル１１１ａを目標位置に位置決めした場合に、装着ヘッド１１０における第一のカメラ１１２の中心位置に発生するであろうＸ軸方向のズレ量となる。

かかる第一のカメラ１１２のＸ軸方向のズレ量ＸＬｉは、吸着ノズル１１１ａに生じるＸ軸方向ズレ量△Ｘに近似することができる。
〔４〕従って、ＣＰＵ１１は、吸着ノズル１１１ａの目標位置座標のＸ成分であるＸａに、上記〔３〕で求めた△Ｘ（＝ＸＬｉ）を加算して、目標位置座標のＸ成分がＸａ＋△Ｘとなるように加算する処理を実行する。そして、ＣＰＵ１１は、前述した装着ヘッドの伸縮による吸着ノズル１１１ａのＸ軸方向のズレ量△Ｄ１をも反映して、Ｘａ＋△Ｘ＋△Ｄ１となるように、Ｘ軸モータ１２３の駆動量を制御する。

なお、他の吸着ノズル１１１ｂ〜１１１ｄについても、ズレ量△Ｘと△Ｄ２〜△Ｄ４を反映してＸ軸モータ１２３の駆動量が制御される。

また、用いるカメラは第一のカメラ１１２に限らず、第二のカメラ１１３であっても良い。
（電子部品実装装置の効果）
上記電子部品実装装置１００では、各位置座標が既知であるＸ軸方向に沿って並んだ複数の基準マークＭ１〜Ｍｎを二つのカメラ１１２、１１３で撮像することで、Ｘ軸方向に沿った任意の二つのカメラ１１２、１１３の各位置において生じるＹ軸方向ズレ量を近似的に取得することができる。さらに、装着ヘッド１１０の二点に生じるＹ軸方向ズレ量からノズル１１１におけるＹ軸方向ズレ量を求めることから、装着ヘッド１１０の姿勢や向き変動による位置誤差をより正確に求めることができ、これを補正することで電子部品の実装をより精度良く行うことが可能となる。

さらに、上記複数の基準マークＭ１〜Ｍｎをノズル１１１と同じ装着ヘッド１１０上に設けられた第一のカメラ１１２で撮像することで、Ｘ軸方向に沿った任意のカメラ位置において生じるＸ軸方向ズレ量を近似的に取得することができる。さらに、Ｘ軸方向のズレ量がＸ軸ガイドレール１２１のＺ軸方向への撓みに起因するものである場合、Ｘ軸方向の撮像位置ズレ量をノズル１１１の先端部に生じるＸ軸方向のズレ量と近似的に見なすことができ、装着ヘッド１１０の姿勢や向き変動による位置誤差をより正確に求めることができ、これを補正することで電子部品の実装をより精度良く行うことが可能となる。

さらに、二つのカメラ１１２、１１３に等しい距離離れた二つの基準マークＭｉ、Ｍ（α＋ｉ）において、それぞれのカメラ１１２、１１３に生じる撮像位置ズレ量から二つのカメラ間に生じる装着ヘッド１１０のＸ軸方向伸縮量を求めると共に、同様にして複数の基準マークＭｉ、Ｍ（α＋ｉ）の組から伸縮量をいくつも求めて平均化するので、Ｘ軸方向における装着ヘッド１１０の伸縮量をより精密に求めることが可能となる。

また、各温度下での撮像を行うことで補正テーブルＴを各温度ごとに取得し、当該各温度で生じる撮像位置ズレ量をＹ軸ズレ量の算出、Ｘ軸ズレ量の算出又は装着ヘッド１１０におけるカメラ間距離の算出に反映させることができ、温度による影響を考慮した各種のズレ量補正を行うことが可能となり、各温度下で電子部品の実装をより精度良く行うことが可能となる。

また、撮像手段が基準マークを撮像する際、測定治具を所定の温度にするように制御するので、測定治具は熱膨張による影響を受けないので、部品装着や部品認識時の補正量の算出をより高精度に行うことができる。

また、検出手段と温度調節器を測定治具に一体化して設けたので、測定治具の移動が自在となり、作業時間が短縮される。

この発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、装着ヘッドの２つのカメラを用いて、ズレ量を算出した。これに代えて、１個のカメラで、部品装着や部品認識時の補正量の算出を行うこともできる。例えば、装着ヘッドに搭載された一個のカメラにより、測定治具の面上に点在する基準マークを撮像し、各基準マークの撮像位置誤差を取得する。そして、電子部品の実装の際には、実装目標の位置座標に近接する基準マークの撮像位置誤差が、ノズルの位置決めにおける誤差に近似するとみなして、撮像位置誤差分の補正をおこなう。

また、測定治具１３０に代えて、図１５に示す測定治具１４０を用いることも容易に考えられる。
測定治具１４０は、正方形状のガラス板である。外表面の中央部を除いた位置に基準マークが４個印刷されている。マーク１４１、１４２は、Ｘ方向、Ｙ方向のズレ量を算出するためのマークであり、マーク１４３、１４４は、吸着ノズル１１１の回転方向のズレ量を算出するマークである。

測定治具１４０には、中心から放射状にヒータ線１４５が配置されている。ヒータ線１４５は、ガラス製の測定治具内部に埋め込まれている。また、測定治具１４０の側部には、温度センサ１４６、温度調節器１４７が付設されている。そして、温度調節器１４７から導線１４５に向けて、接続部１４９が配線されている。
温度センサ１４６で測定治具の温度を検出し、その検出結果に基づいて、制御手段１０が温度調節器１４７を制御して、設定温度になるようにする。
上記の構成によれば、温度センサ１４６と温度調節器１４７は、測定治具１４０に一体化されているので、より装置を小型化することができる。

さらに、上記実施形態では、温度調節器１４７は、測定治具１４０に一体化されていたが、これに代えて、機枠の部品認識カメラの近くに、温度調節器１５０を設置する。そして、吸着ヘッド１１０に保持された測定治具１４０がその温度調節器１５０に接触して、測定治具温度を一定にしたのち、補正量の算出を行うようにすることも容易に考えられる。

発明の実施形態たる電子部品実装装置の斜視図である。 図１に開示されたＸ−Ｙガントリの平面図である。 図１に開示されたマーク表示部としての測定治具の平面図である。 電子部品実装装置の制御系を示すブロック図である。 ＸーＹガントリを上方（Ｚ軸方向）から見た説明図である。 ＸーＹガントリを前方（Ｙ軸方向）から見た説明図である。 測定治具の各基準マークに対して展開される座標系を示す説明図である。 撮像時におけるカメラ中心位置から撮像された基準マークのズレ量を示す説明図である。 各種の補正に用いられる補正テーブルＴを示す説明図である。 装着ヘッドにおける各カメラ及び各吸着ノズルの配置並びに各々の距離の関係を示す説明図である。 二つのカメラにそれぞれ対応する各基準マークと当該基準マークにおいて生じるＸ軸方向の撮像位置ズレ量との関係を示す図表である。 各カメラ及び各吸着ノズルと基準マークの対応関係を示す説明図である。 二つのカメラの位置から吸着ノズルに生じる位置ズレ量を求めるための説明図である。 第一のカメラ及び各吸着ノズルと基準マークの対応関係を示す説明図である。 他の測定治具の正面図である。

符号の説明

１１１ 吸着ノズル
１１０ 装着ヘッド
１３０ 測定治具
１４０ 測定治具
１１２ 第一のカメラ（撮像手段）
１１３ 第二のカメラ（撮像手段）
１２５ 部品認識カメラ（撮像手段）
１３３ ガラス治具温度センサ（検出手段）
１４６ ガラス治具温度センサ（検出手段）
１３２ 温度調節器
１４７ 温度調節器
１０ 制御手段

Claims (2)

1. 基板に実装する電子部品を吸着する吸着ノズルと、
   前記吸着ノズルを保持して、水平方向に沿って移動する装着ヘッドと、
   表面に複数の基準マークが付されたガラス製の測定治具と、
   前記測定治具に対向するように配置され、前記基準マークを撮像する撮像手段と、を備え、
   前記撮像手段により前記各基準マークを撮像し、撮像された前記基準マークの画像位置と、予め設定された基準マークの適正撮像位置とのズレ量から所定の補正量を算出する電子部品実装装置において、
   前記測定治具の温度を検出する検出手段と、
   前記測定治具の温度を調節する温度調節器と、
   前記検出手段からの検出信号に基づき、前記温度調節器を制御する制御手段と、を備え、
   前記電子部品実装装置内の温度が所定の温度に上昇するごとに前記撮像手段が前記基準マークを撮像する際、前記制御手段により前記測定治具を所定の温度に保持するように制御することを特徴とする電子部品実装装置。
2. 請求項１記載の電子部品実装装置において、
   前記検出手段と前記温度調節器とを、前記測定治具に一体化して設けたことを特徴とする電子部品実装装置。

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