JP4622970B2 - 電子部品実装システムおよび電子部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板に実装して実装基板を製造する電子部品実装システムおよび電子部品実装方法に関するものである。

電子部品を基板に半田接合により実装して実装基板を製造する電子部品実装システムは、半田印刷装置、電子部品搭載装置、リフロー装置など複数の電子部品実装用装置を連結して構成されている。このような電子部品実装システムにおいて、品質管理を高い信頼性で行うことを目的として、各装置の間に検査装置を配置した構成の検査機能付き電子部品実装ラインが導入されるようになっている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献に示す例においては、印刷装置と電子部品搭載装置との間に印刷検査装置を配置し、印刷検査装置において印刷装置による印刷状態に位置ずれなどの何らかの不正常事態があることが検出されたならば、それを是正するためのフィードバック情報を印刷装置に伝達するとともに、後工程の電子部品搭載装置には不正常事態の影響を是正した上で搭載動作を実行するためのフィードフォワード情報が伝達される。これにより、実装基板製造過程における高度な品質管理が実現される。

ところで近年電子機器の小型化により、実装される電子部品のサイズも微小化し、これら微小部品の実装に際しては、実装条件をより精細に設定して搭載ヘッドにより精緻な搭載動作を行わせることが求められるようになっている。すなわち微小部品を安定して高位置精度で実装するには、基板上における水平方向の実装位置精度に加えて、吸着ノズルによって電子部品を保持して基板の実装点に着地させる際のノズル下降動作における動作精度を高度に管理することが望ましく、特に反り変形を生じやすい薄型の基板を対象とするような場合には、電子部品を基板の実装点に適正に着地させることができず、部品位置ずれなどの実装不具合を生じる一因となっていた。

このような基板の反り変形などの高さ方向の誤差に起因する不具合を防止するため、部品実装に先だって対象となる基板の反り変形を測定することが行われるようになっている（特許文献２参照）。これにより、部品実装動作に際しては、吸着ノズルを下降させる際の下降量を反り変形による高さ誤差分だけ補正することができ、反り変形に起因する実装不具合を低減させることが可能となる。
特開２００２−１３４８９９号公報 特開２０００−２９９５９７号公報

しかしながら上述の特許文献２に示すように部品実装に先立って基板の反り変形を計測する方法には、電子部品実装システムの装置構成や基板搬送機構の機械誤差などに起因して、次のような課題がある。すなわち、実装システムにおける作業効率の向上のためには１作業ステージにおける動作タクトタイムを極力短縮する必要があり、前述の反り計測と後続する部品実装とを別作業ステージで行うように構成される場合が多い。

ところがこのような構成を採用する場合には、基板は反り計測と後続する部品実装に際して異なる作業ステージの基板搬送機構によって保持されることとなるため、部品実装時には基板は必ずしも反り計測時の保持姿勢における変形状態がそのまま再現されるとは限らない。このため反り計測によって取得された高さ誤差の補正量は必ずしも適正量とはな
らず、所期の実装精度を確保することが困難であった。このように、従来の電子部品実装システムにおいては、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を有効に防止することが困難であるという問題点があった。

そこで本発明は、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止して、実装品質を確保することができる電子部品実装システム及び電子部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の電子部品実装システムは、複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、少なくとも一方が幅方向に可動に構成されて搬送幅が可変な２条の搬送レールによって幅寸法の異なる複数種類の前記基板の両側端部を支持して搬送する第１の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置および前記搬送レールによって支持された状態の前記基板の上面の高さ位置を計測して計測結果をそれぞれ第１のレール高さデータおよび第１の基板高さデータとして出力する第１の高さ計測手段とを有する高さ計測装置と、前記第１の基板搬送機構と同様の構成を有し幅寸法の異なる複数種類の前記基板を搬送する第２の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置を計測して計測結果を第２のレール高さデータとして出力する第２の高さ計測手段と、搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する部品搭載手段とを有する電子部品搭載装置と、前記高さ計測装置および電子部品搭載装置においてそれぞれ搬送幅を変化させながら求められた複数の第１のレール高さデータおよび複数の第２のレール高さデータに基づいて、前記第１の基板搬送機構および第２の基板搬送機構のそれぞれについて搬送幅と搬送レールの上面の高さ位置との関係を示す第１のレール基準高さデータおよび第２のレール基準高さデータを求める演算を行う第１の演算部と、前記第１のレール基準高さデータ、第２のレール基準高さデータおよび対象となる基板に対応した搬送幅を示すデータに基づいて、前記基板がそれぞれの搬送レールに支持された状態においてこの基板を保持する仮想平面を特定するデータを、それぞれ第１の基板保持平面データ、第２の基板保持平面データとして導出する処理を行う第２の演算部と、前記第１の基板保持平面データおよび前記第１の基板高さデータに基づいて、当該基板自体の反り変形データを導出する演算を行う第３の演算部と、前記第２の基板保持平面データおよび前記当該基板自体の反り変形データに基づいて、当該基板が前記第２の基板搬送機構の搬送レールによって支持された状態における前記基板の上面の高さ位置を第２の基板高さデータとして求める演算を行う第４の演算部と、前記第２の基板高さデータに基づいて前記電子部品搭載装置にて搭載ヘッドによる部品搭載動作を実行するための部品実装高さを算出する演算を行う第５の演算部とを備えた。

本発明の電子部品実装方法は、少なくとも一方が幅方向に可動に構成されて搬送幅が可変な２条の搬送レールによって幅寸法の異なる複数種類の前記基板の両側端を支持して搬送する第１の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置および前記搬送レールによって支持された状態の前記基板の上面の高さ位置を計測して計測結果をそれぞれ第１のレール高さデータおよび第１の基板高さデータとして出力する第１の高さ計測手段とを有する高さ計測装置と、前記第１の基板搬送機構と同様の構成を有し幅寸法の異なる複数種類の前記基板を搬送する第２の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置を計測して計測結果を第２のレール高さデータとして出力する第２の高さ計測手段と、搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する部品搭載手段とを備えた電子部品搭載装置を連結して構成された電子部品実装システムによって基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装方法であって、前記高さ計測装置および電子部品搭載装置においてそれぞれ異なる搬送幅について求められた複数の第１のレール高さデータおよび複数の第２のレール高さデータに基づいて、前記第１の基板搬送機構および第２の基板搬送機構のそれぞれについて搬送幅と搬送レールの上面の高さ位置との関係を示す第
１のレール基準高さデータおよび第２のレール基準高さデータを求める演算を行う第１の演算工程と、前記第１のレール基準高さデータ、第２のレール基準高さデータおよび対象となる基板に対応した搬送幅を示すデータに基づいて、前記基板がそれぞれの搬送レールに支持された状態においてこの基板を保持する仮想平面を特定するデータを、それぞれ第１の基板保持平面データ、第２の基板保持平面データとして導出する処理を行う第２の演算工程と、前記高さ計測装置において前記第１の基板高さデータを求める基板高さ計測工程と、前記第１の基板保持平面データおよび前記第１の基板高さデータに基づいて、当該基板自体の反り変形データを導出する演算を行う第３の演算工程と、前記基板自体の反り変形データを前記高さ計測装置から前記電子部品搭載装置へ転送するデータ転送工程と、前記第２の基板保持平面データおよび前記当該基板自体の反り変形データに基づいて、当該基板が前記第２の基板搬送機構の搬送レールによって支持された状態における前記基板の上面の高さ位置を第２の基板高さデータとして求める演算を行う第４の演算工程と、前記第２の基板高さデータに基づいて前記電子部品搭載装置にて搭載ヘッドによる部品搭載動作を実行するための部品実装高さを算出する演算を行う第５の演算工程とを含む。

本発明によれば、基板搬送機構の搬送レールの高さと搬送幅との関係を示すレール基準高さデータを高さ計測装置および電子部品搭載装置のそれぞれについて求めておき、高さ計測装置によって計測された基板高さデータをレール基準高さデータに基づいて基板自体の反り変形データに換算した上で電子部品搭載装置に転送し、さらに電子部品搭載装置において基板自体の反り変形データをレール基準高さデータに基づいて当該装置の搬送レールに支持された状態における基板高さデータに換算する構成を採用することにより、各装置毎に基板搬送機構の機械誤差が存在する場合においても、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止して、実装品質を確保することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態の印刷検査装置の構成を示すブロック図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるレール基準高さデータ作成処理のフロー図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるレール基準高さデータ作成処理の説明図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるレール基準高さ曲面の説明図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける基板保持平面の説明図、図８は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける基板高さ計測処理の説明図、図９は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける部品実装高さ算出処理の説明図、図１０は本発明の一実施の形態電子部品実装方法の処理フロー図である。

まず図１を参照して電子部品実装システムについて説明する。図１において電子部品実装システムは、いずれも電子部品実装用装置である印刷装置Ｍ１、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３の各装置を連結して成る電子部品実装ライン１を通信ネットワーク２によって接続し、全体を管理コンピュータ３によって制御する構成となっている。これらの複数の電子部品実装用装置によって、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する。もちろん管理コンピュータを使用せずに、各電子部品実装用装置を通信ネットワークによって接続する構成でもよい。

印刷装置Ｍ１は、基板の電極に電子部品接合用の半田ペーストをスクリーン印刷する。印刷検査装置Ｍ２は、印刷された半田ペーストの印刷状態を検査するとともに、印刷後の基板の上面に設定された高さ計測点や、基板高さのキャリブレーションのために搬送レールを対象として行われる高さ計測の結果を、基板高さデータやレール高さデータとして出
力する機能を有している。電子部品搭載装置Ｍ３は、半田ペーストが印刷された基板に電子部品を搭載する。

次に印刷検査装置Ｍ２および電子部品搭載装置Ｍ３の構成について説明する。まず図２を参照して、印刷検査装置Ｍ２について説明する。図２において、基板搬送機構１０は可動レール１１ａ、固定レール１１ｂより成る２条の搬送レールを備えており、可動レール１１ａ、固定レール１１ｂによって対象となる基板４の両側端部を支持して搬送し、以下に説明する検査や計測のための位置に位置決めする。

２条の搬送レールのうち、可動レール１１ａはレール移動機構１２によって幅方向に可動となっており、可動レール１１ａを幅方向に移動させることにより、幅寸法が異なる複数種類の基板４に対応して搬送幅が可変となっている。したがって、印刷検査装置Ｍ２に備えられた基板搬送機構１０は、少なくとも一方が幅方向に可動に構成されて搬送幅が可変な２条の搬送レールによって幅寸法の異なる複数種類の基板の両側端部を支持して搬送する第１の基板搬送機構となっている。

基板搬送機構１０に保持された基板４の上方には、高さ計測器１３およびカメラ１５が配設されている。カメラ１５による撮像結果を検査部１８によって認識処理することにより、半田ペーストの印刷状態の検査が行われる。高さ計測器１３は計測対象までの距離を精密に計測する機能を有しており、可動レール１１ａ、固定レール１１ｂ、これらの搬送レールの保持された基板４に設定された高さ計測点を計測し、計測データを計測部１７によって処理することにより、それぞれの高さ計測点の高さ位置を求めることができる。高さ計測器１３および計測部１７は、第１の高さ計測手段を構成する。高さ計測器１３は移動機構１４によって水平面内で移動可能となっており、基板４の任意位置やレール移動機構１２によって幅方向に移動する可動レール１１ａに設定された複数の高さ計測点を高さ計測対象とすることができる（図５参照）。なお、高さ計測器１３とカメラ１５とを移動機構に一体的に配置する構成でもよい。

高さ計測によって取得した高さデータおよび印刷状態検査結果は、通信部２４、通信ネットワーク２を介して、管理コンピュータ３や他装置に転送される。通信部２４は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ３や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でデータ授受を行う。検査制御部２０は、基板搬送機構１０，高さ計測器１３，カメラ１５を制御することにより、検査・計測動作を制御する。基板４を対象とした計測データは第１の基板高さデータであり、可動レール１１ａ、固定レール１１ｂを対象とした計測データは第１のレール高さデータである。したがって、印刷検査装置Ｍ２は、搬送レールの高さ位置および搬送レールによって支持された状態の基板の上面の高さ位置を計測して、計測結果をそれぞれ第１のレール高さデータおよび第１の基板高さデータとして出力する第１の高さ計測手段とを有する高さ計測装置となっている。

次に図３を参照して電子部品搭載装置の構成について説明する。図３において基板搬送機構３０は、印刷検査装置Ｍ２における基板搬送機構１０と同様の構成を有する第２の基板搬送機構であり、可動レール３１ａ、固定レール３１ｂによって対象となる基板４の両側端部を支持して搬送し、基板４を部品搭載動作のための位置に位置決めする。可動レール３１ａはレール移動機構３２によって幅方向に可動となっており、可動レール３１ａを幅方向に移動させることにより、基板４に対応して搬送幅が可変となっている。

基板搬送機構３０に保持された基板４の上方には、移動機構３４によって移動する高さ計測器３３およびヘッド駆動機構（図示省略）によって移動する搭載ヘッド３５が配設されている。高さ計測器３３は高さ計測器１３と同様の計測機能を有しており、高さ計測器３３によって計測されたこれらの高さ計測点の計測データを計測部３７によって処理する
ことにより、可動レール３１ａ、固定レール３１ｂの高さ位置を計測して、計測結果を第２のレール高さデータとして出力する。高さ計測器３３および計測部３７は、第２の高さ計測手段を構成する。

搭載ヘッド３５は電子部品を吸着するノズル３５ａを備えており、部品供給部（図示省略）から電子部品をノズル３５ａによって吸着保持して取り出す。そして搭載ヘッド３５を基板４上に移動させて、基板４に対して下降させることにより、ノズル３５ａに保持した電子部品を基板４に搭載する。すなわち電子部品搭載装置Ｍ３は、搭載ヘッド３５によって部品供給部から電子部品をピックアップし基板４に搭載する部品搭載手段を備えている。

前記搭載動作において、記憶部３８に記憶された搭載データ、すなわち基板４上での電子部品の実装座標や部品実装高さなどの制御パラメータに基づいて、搭載制御部４０によって第２の基板搬送機構３０、駆動部３６を制御することにより、搭載ヘッド３５による基板４への電子部品搭載位置を制御することができる。通信部４４は通信ネットワーク２を介して管理コンピュータ２や電子部品実装ライン１を構成する他装置との間でデータ授受を行う。

次に、印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３にそれぞれ備えられた演算機能（第１の演算部）である基準高さ曲面作成部２１、４１について、図４，図５，図６を参照して説明する。基板４を基板搬送機構１０、３０によって搬送して位置決めする場合において、設計上では基板４は完全に水平な搬送平面内を移動して所定作業位置に位置決めされるように想定されているが、実装置においては基板搬送機構１０、３０の機械誤差などの要因によってによって基板４は必ずしも理想的な水平面内にはなく、基板４の高さ位置や水平姿勢はばらつく結果となる。

このばらつきの要因として、幅寸法の異なる複数種類の基板に対応するため可動側の搬送レールを移動させる搬送幅の変更がある。すなわち可動レール１１ａ、３１ａを移動させるレール移動機構１２、３２の取付誤差や、送りねじ機構などの動作上の誤差によって可動レール１１ａ、３１ａの高さ位置はばらついている。そしてこのばらつきは装置毎に異なっており、一般に装置固有の誤差パターンを示す。したがって、搬送幅を変更しながら可動レール１１ａ、３１ａを対象として高さ計測を行い、これらの高さ計測によって得られた複数のレール高さデータを、それぞれの装置において搬送幅と関連付けて搬送レールの高さ位置の誤差パターンを示すレール基準高さデータとして求める。このレール基準高さデータの取得は、可動側の搬送レールを移動させて搬送幅を変更しながら、高さ計測を反復することにより行われる。

すなわち図４に示すフローにおいて、最小搬送幅Ｂｍにて搬送レール上の計測点を対象としてレール高さ計測を実行する（ＳＴ１）。図５に示すように、可動レール１１ａを固定レール１１ｂ側に移動させて、レール間隔が最小搬送幅Ｂｍとなるようにし、高さ計測器１３によって可動レール１１ａ、固定レール１１ｂ上の複数の計測点Ａを対象として順次高さ位置Ｈを計測する。次いで、搬送幅を所定ピッチＰだけ変更して、再度可動レール１１ａを対象としてレール高さ計測を実行する（ＳＴ２）。そしてこの後、搬送幅Ｂが最大搬送幅ＢＭであるか否かを判断しながら（ＳＴ３）可動レール１１ａを対象としたレール高さ計測を反復実行し、最大搬送幅ＢＭに到達したならば、レール高さ計測を終了する。そして複数回のレール高さ計測によって求められた各計測点のレール高さデータを数値演算して、レール基準高さ曲面を作成する（ＳＴ４）。

図６はこのようにして作成されたレール基準高さ曲面ＣＳ１（ＣＳ２）を示している。なおレール基準高さ曲面ＣＳ１，ＣＳ２は、それぞれ印刷検査装置Ｍ２，電子部品搭載装
置Ｍ３において基板搬送機構１０、３０を対象として求められたものであることを意味する。前述の高さ計測はＹ方向については最小搬送幅Ｂｍ〜最大搬送幅ＢＭの範囲、Ｘ方向については対象となる基板の最大基板長さＬＭに対応する範囲について行われる。そしてこれらの高さ計測において求められた格子状の各計測点の高さ位置を空間的にプロットすることにより、これらの点群によって構成される曲面が得られれる。この曲面は可動レール１１ａの上面の長手方向（Ｘ方向）を示す直線を、幅方向（Ｙ方向）に移動させたときの移動軌跡に相当し、ここに示す例では幅方向に湾曲した形状となっている。

そして本実施の形態においては、レール基準高さ曲面ＣＳを特定する方法として、高さ計測によって得られた点群データを最小自乗法などによって曲面式に近似して、数式の形でそれぞれの記憶部１９，３８に記憶させるようにしている。このとき、搬送レールの長手方向の変形は無視することができるため、長さＬ方向には曲率を有しない形態の曲面式が用いられる。もちろん点群データそのものをレール基準高さデータとして用いてもよい。

なおこの湾曲形状は、可動レール１１ａ（３１ａ）の幅方向の移動における高さ位置の誤差に加えて、高さ計測器１３を水平面内で移動させる移動機構１４の高さ位置の誤差をも含むものとなっている。すなわち、高さ計測器１３の高さに誤差がある状態で高さ計測を実行すると、計測結果は高さ計測器１３の高さ誤差分だけ実際の高さ位置からずれたものとなるが、この高さ誤差は基板４を対象とした高さ計測においても同様の誤差パターンで発生するため、後述する基板自体の反り検出処理においてこの高さ誤差は相殺される。すなわち、ここに示すレール基準高さ曲面は、基板搬送機構の搬送幅変更に伴う高さ誤差に加えて、高さ計測器の移動に伴う高さ誤差を併せて補正するキャリブレーションデータとしての意味合いを有している。

これらのレール基準高さ曲面を作成する処理は、レール基準高さ曲面作成部２１、４１によって実行される。したがってレール基準高さ曲面作成部２１、４１は、高さ計測装置である印刷検査装置Ｍ２および電子部品搭載装置Ｍ３において、それぞれ搬送幅を変化させながら求められた複数の第１のレール高さデータおよび複数の第２のレール高さデータに基づいて、基板搬送機構１０、３０のそれぞれについて搬送幅と搬送レールの上面の高さ位置との関係を示す第１のレール基準高さデータおよび第２のレール基準高さデータを求める演算を行う第１の演算部となっている。

次に、このようにして求められたレール基準高さ曲面から導出される基板保持平面について、図７を参照して説明する。基板が搬送レールによって保持された状態では、基板はその両側端部を２つの搬送レールによって下方から支持される。上述のレール基準高さ曲面ＣＳは、搬送幅とレール高さとの関係を示すものであることから、対象とする基板の幅寸法に対応した搬送幅Ｂ１が与えられると、レール基準高さ曲面ＣＳ上でこの搬送幅Ｂ１の基板を保持する平面、すなわち基板保持平面を特定することができる。

すなわち、図７（ａ）に示すように、レール基準高さ曲面ＣＳ上で固定側の搬送レールに対応する位置の長手方向の直線Ｌｂ、この直線Ｌｂからレール基準高さ曲面ＣＳ上において搬送幅Ｂ１だけ隔てた位置にある長手方向の直線Ｌａの２つの直線を含む平面を、基板４を保持する仮想平面としてＸＹＺの一次式で表した平面式で特定することが可能である。これらの２つの直線は、２条の搬送レールによって支持された状態における基板４の両側端線に相当し、したがってこれらの直線Ｌａ，Ｌｂによって特定される平面ＰＬ（仮想平面）は、搬送レールに支持された状態における当該基板を保持する基板保持平面に相当する。

これらの演算処理は、基板保持平面作成部２２、４２によって実行され、導出された平
面式を示す数式データは、それぞれの記憶部１９，３８に記憶される。したがって基板保持平面作成部２２、４２は、第１のレール基準高さデータ、第２のレール基準高さデータおよび対象となる基板に対応した搬送幅を示すデータに基づいて、これらの基板が搬送レールに保持された状態において基板の両側端線を含む平面、すなわちこれらの基板を保持する仮想平面を特定する平面式のデータを、それぞれ第１の基板保持平面データ、第２の基板保持平面データとして導出する処理を行う第２の演算部となっている。

次に、印刷検査装置Ｍ２に備えられた演算機能（第３の演算部）である基板自体の反り算出部２３の機能について、図８を参照して説明する。前述のように、印刷検査装置Ｍ２においては実装対象の基板４の反り変形の状態をデータとして取得するための高さ計測が実行されるが、このとき計測対象の基板４は必ずしも正確な水平状態で保持されているとは限らず、搬送幅を変更することにより保持姿勢が変動する。したがって高さ計測で取得された基板高さデータは、搬送幅による高さ誤差を含んだ状態で取得される。基板自体の反り算出部２３は、この基板高さデータから、搬送幅に起因する高さ誤差を除去するための演算処理を実行する。

この処理においては、まず図８（ａ）に示すように、第１のレール基準高さ曲面ＣＳ１から、対象となる基板４に応じた搬送幅Ｂ１に対応する第１の基板保持平面ＰＬ１を導出する。図８（ｂ）は、印刷検査装置Ｍ２においてこの基板４を対象として高さ計測を行う状態を示しており、高さ計測器１３は可動レール１１ａ、固定レール１１ｂによって両側端部を支持された状態の基板４の上面の高さ位置を計測する。このとき、可動レール１１ａ、固定レール１１ｂは必ずしも同一水平面にはなく、第１の基板保持平面ＰＬ１は傾いた状態にあるため、高さ計測器１３による高さ位置の計測結果は、必ずしも基板４自体の反り変形状態を正しく与えるものではない。

このため、図８（ｃ）に示すように、基板４の上面の基板高さデータと第１の基板保持平面ＰＬ１の数式から、第１の基板保持平面ＰＬ１に対する基板４上面の変位データＤ（ｉ）を、基板自体の反り算出部２３により数値演算する。これにより、基板４の反り変形を正しく示すデータ、すなわち基板自体の反り変形データが求められる。したがって、基板自体の反り算出部２３は、第１の基板保持平面データおよび第１の基板高さデータに基づいて、当該基板自体の反り変形データを導出する演算を行う第３の演算部となっている。

次に、電子部品搭載装置Ｍ３に備えられた演算機能（第４の演算部）であるレール上の基板反り算出部４３の機能について、図９を参照して説明する。前述のように印刷検査装置Ｍ２においては、基板４を対象とした高さ計測結果から基板搬送機構１０の搬送レールの高さ誤差に起因する誤差を除去して基板４自体の反り変形状態を求めるようにしている。このように正しい反り変形状態を示すデータを電子部品搭載装置Ｍ３に送っても、電子部品搭載装置Ｍ３の基板搬送機構３０にも同様に固有の高さ誤差が存在することから、電子部品搭載装置Ｍ３では基板４の上面の高さ位置は必ずしもこの反り変形データ通りとはならない。レール上の基板反り算出部４３は、転送された基板自体の反り変形データにこのような固有の高さ誤差を加味して、基板４が実際に基板搬送機構３０に支持された状態における基板４の上面の高さ位置を示すデータを導出する機能を有している。

まず、図９（ａ）に示すように、基板搬送機構３０について求められた第２のレール基準高さ曲面ＣＳ２に基づき、搬送幅Ｂ１に対応する第２の基板保持平面ＰＬ２を求める。そして図９（ｂ）に示すように、印刷検査装置Ｍ２から転送された当該基板４の基板自体の反り変形を示す変位データＤ（ｉ）を第２の基板保持平面ＰＬ２上に重ね合わせる演算処理を行う。これにより、可動レール１１ａ、固定レール１１ｂによって両側端部を支持された状態における基板４の上面の高さ位置を示す第２の基板高さデータが算出される。

この演算処理は、レール上の基板反り算出部４３によって実行され、記憶部３８に記憶される。したがってレール上の基板反り算出部４３は、第２の基板保持平面データおよび当該基板自体の反り変形データに基づいて、当該基板が第２の基板搬送機構の搬送レールによって支持された状態における基板の上面の高さ位置を第２の基板高さデータとして求める演算を行う第４の演算部となっている。

そして電子部品搭載装置Ｍ３にて基板４を対象として部品実装動作を行う際には、このようにして算出された第２の基板高さデータに基づいて、部品実装高さが算出される。この部品実装高さの算出は搭載制御部４０によって実行される。したがって搭載制御部４０は、第２の基板高さデータに基づいて電子部品搭載装置Ｍ３にて搭載ヘッド３５による部品搭載動作を実行するための部品実装高さを算出する演算を行う第５の演算部となっている。

次に図１０を参照して、この電子部品実装システムによって実行される電子部品実装処理について説明する。まず実装動作の開始に先立って各装置毎にキャリブレーションデータ取得のための処理を実行する。すなわち印刷検査装置Ｍ２、電子部品搭載装置Ｍ３にて、それぞれ異なる搬送幅について求められた複数の第１のレール高さデータおよび複数の第２のレール高さデータに基づいて、基板搬送機構１０，３０のそれぞれについて、搬送幅と搬送レールの上面の高さ位置との関係を示す第１のレール基準高さデータおよび第２のレール基準高さデータを求める演算を、それぞれレール基準高さ曲面作成部２１、４１によって行う（ＳＴ２１）（第１の演算工程）。

次に、第１のレール基準高さデータ、第２のレール基準高さデータおよび対象となる基板に対応した搬送幅を示すデータに基づいて、基板４の両側単線を含む仮想平面を特定するデータを、それぞれ第１の基板保持平面データ、第２の基板保持平面データとして導出する処理を、それぞれ基板保持平面２２、４２によって行う（ＳＴ２２）（第２の演算工程）。

このようにして高さ誤差のキャリブレーションを可能とするためのデータが取得され、それぞれの装置の記憶部に記憶された後、部品実装作業が開始される。まず印刷装置Ｍ１にて半田印刷済みの基板４が印刷検査装置Ｍ２に搬入される。印刷検査装置Ｍ２では、半田印刷部位に対して所定の検査が実行されるともに、基板４に予め設定された高さ計測点を高さ計測器１３によって計測することにより、当該基板の基板搬送機構１０に保持された状態における高さ位置を示す第１の基板高さデータを求める（ＳＴ２３）（基板高さ計測工程）。

次に、基板自体の反り算出部２３によって、第１の基板保持平面データおよび第１の基板高さデータに基づいて、当該基板自体の反り変形データを導出する演算を行う（ＳＴ２４）（第３の演算工程）。そして導出された基板自体の反り変形データを、印刷検査装置Ｍ２から電子部品搭載装置Ｍ３へ転送する（ＳＴ２５）（データ転送工程）。そして、第２の基板保持平面データおよび当該基板自体の反り変形データに基づいて、当該基板が基板搬送機構３０の搬送レールによって支持された状態における基板の上面の高さ位置を、第２の基板高さデータとして求める演算を行う（ＳＴ２６）（第４の演算工程）。

この後、第２の基板高さデータに基づいて電子部品搭載装置Ｍ３にて搭載ヘッド３５による部品搭載動作を実行するための部品実装高さを算出する演算を行い（ＳＴ２７）（第５の演算工程）、搭載ヘッド３５によって電子部品を算出された部品実装高さで基板４に着地させて実装する（ＳＴ２８）。

このように本発明は、基板搬送機構の搬送レールの高さと搬送幅との関係を示すレール基準高さデータを、高さ計測装置および電子部品搭載装置のそれぞれについてキャリブレーションデータとして求めておくようにしている。そして高さ計測装置によって計測された基板高さデータを、レール基準高さデータに基づいて基板自体の反り変形データに換算した上で電子部品搭載装置に転送し、さらに電子部品搭載装置において基板自体の反り変形データを、レール基準高さデータに基づいて当該装置の搬送レールに支持された状態における基板高さデータに換算する構成を採用している。

これにより、基板に反り変形が存在しさらに各装置毎に基板搬送機構の機械誤差が存在する場合においても、基板の反り変形および機械誤差に応じた適正な部品実装高さを設定することができ、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止して、実装品質を確保することができる。

なお上記実施の形態においては、印刷検査装置Ｍ２の高さ計測機能を高さ計測装置して利用した例を示しているが、もちろん専用の高さ計測装置を用いてもよい。また上記実施の形態においては、第１の演算部、第２の演算部、第３の演算部、第４の演算部、第５の演算部の機能を印刷検査装置Ｍ２，電子部品搭載装置Ｍ３の制御機能によって行うようにしているが、これらの演算機能を管理コンピュータ３に持たせるように構成してもよい。

本発明の電子部品実装システムおよび電子部品実装方法は、基板の高さ方向の位置誤差に起因する実装不具合を防止して、実装品質を確保することができるという効果を有し、電子部品を基板に半田接合により実装して実装基板を製造する分野に利用可能である。

本発明の一実施の形態の電子部品実装システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の印刷検査装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるレール基準高さデータ作成処理のフロー図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるレール基準高さデータ作成処理の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおけるレール基準高さ曲面の説明図 図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける基板保持平面の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける基板高さ計測処理の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装システムにおける部品実装高さ算出処理の説明図 本発明の一実施の形態電子部品実装方法の処理フロー図

符号の説明

１ 電子部品実装ライン
４ 基板
１０、３０ 基板搬送機構
１１ａ、３１ａ 可動レール（搬送レール）
１１ｂ、３１ｂ 固定レール（搬送レール）
１３、３３ 高さ計測器
２１、４１ レール基準高さ曲面作成部（第１の演算部）
２２ ４２ 基板保持平面作成部（第２の演算部）
２３ 基板自体の反り算出部（第３の演算部）
３５ 搭載ヘッド
４０ 搭載制御部（第５の演算部）
４３ レール上の基板反り算出部（第４の演算部）
Ｍ１ 印刷装置
Ｍ２ 印刷検査装置
Ｍ３ 電子部品搭載装置
ＣＳ レール基準高さ曲面
ＰＬ 基板保持平面

Claims (2)

1. 複数の電子部品実装用装置を連結して構成され基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装システムであって、
   少なくとも一方が幅方向に可動に構成されて搬送幅が可変な２条の搬送レールによって幅寸法の異なる複数種類の前記基板の両側端部を支持して搬送する第１の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置および前記搬送レールによって支持された状態の前記基板の上面の高さ位置を計測して計測結果をそれぞれ第１のレール高さデータおよび第１の基板高さデータとして出力する第１の高さ計測手段とを有する高さ計測装置と、
   前記第１の基板搬送機構と同様の構成を有し幅寸法の異なる複数種類の前記基板を搬送する第２の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置を計測して計測結果を第２のレール高さデータとして出力する第２の高さ計測手段と、搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する部品搭載手段とを有する電子部品搭載装置と、
   前記高さ計測装置および電子部品搭載装置においてそれぞれ搬送幅を変化させながら求められた複数の第１のレール高さデータおよび複数の第２のレール高さデータに基づいて、前記第１の基板搬送機構および第２の基板搬送機構のそれぞれについて搬送幅と搬送レールの上面の高さ位置との関係を示す第１のレール基準高さデータおよび第２のレール基準高さデータを求める演算を行う第１の演算部と、
   前記第１のレール基準高さデータ、第２のレール基準高さデータおよび対象となる基板に対応した搬送幅を示すデータに基づいて、前記基板がそれぞれの搬送レールに支持された状態においてこの基板を保持する仮想平面を特定するデータを、それぞれ第１の基板保持平面データ、第２の基板保持平面データとして導出する処理を行う第２の演算部と、
   前記第１の基板保持平面データおよび前記第１の基板高さデータに基づいて、当該基板自体の反り変形データを導出する演算を行う第３の演算部と、
   前記第２の基板保持平面データおよび前記当該基板自体の反り変形データに基づいて、当該基板が前記第２の基板搬送機構の搬送レールによって支持された状態における前記基板の上面の高さ位置を第２の基板高さデータとして求める演算を行う第４の演算部と、
   前記第２の基板高さデータに基づいて前記電子部品搭載装置にて搭載ヘッドによる部品搭載動作を実行するための部品実装高さを算出する演算を行う第５の演算部とを備えたことを特徴とする電子部品実装システム。
2. 少なくとも一方が幅方向に可動に構成されて搬送幅が可変な２条の搬送レールによって幅寸法の異なる複数種類の前記基板の両側端を支持して搬送する第１の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置および前記搬送レールによって支持された状態の前記基板の上面の高さ位置を計測して計測結果をそれぞれ第１のレール高さデータおよび第１の基板高さデータとして出力する第１の高さ計測手段とを有する高さ計測装置と、
   前記第１の基板搬送機構と同様の構成を有し幅寸法の異なる複数種類の前記基板を搬送する第２の基板搬送機構と、前記搬送レールの高さ位置を計測して計測結果を第２のレール高さデータとして出力する第２の高さ計測手段と、搭載ヘッドによって部品供給部から電子部品をピックアップし前記基板に搭載する部品搭載手段とを備えた電子部品搭載装置を連結して構成された電子部品実装システムによって基板に電子部品を実装して実装基板を製造する電子部品実装方法であって、
   前記高さ計測装置および電子部品搭載装置においてそれぞれ異なる搬送幅について求められた複数の第１のレール高さデータおよび複数の第２のレール高さデータに基づいて、前記第１の基板搬送機構および第２の基板搬送機構のそれぞれについて搬送幅と搬送レールの上面の高さ位置との関係を示す第１のレール基準高さデータおよび第２のレール基準高さデータを求める演算を行う第１の演算工程と、
   前記第１のレール基準高さデータ、第２のレール基準高さデータおよび対象となる基板に対応した搬送幅を示すデータに基づいて、前記基板がそれぞれの搬送レールに支持され
   た状態においてこの基板を保持する仮想平面を特定するデータを、それぞれ第１の基板保持平面データ、第２の基板保持平面データとして導出する処理を行う第２の演算工程と、
   前記高さ計測装置において前記第１の基板高さデータを求める基板高さ計測工程と、
   前記第１の基板保持平面データおよび前記第１の基板高さデータに基づいて、当該基板自体の反り変形データを導出する演算を行う第３の演算工程と、
   前記基板自体の反り変形データを前記高さ計測装置から前記電子部品搭載装置へ転送するデータ転送工程と、
   前記第２の基板保持平面データおよび前記当該基板自体の反り変形データに基づいて、当該基板が前記第２の基板搬送機構の搬送レールによって支持された状態における前記基板の上面の高さ位置を第２の基板高さデータとして求める演算を行う第４の演算工程と、
   前記第２の基板高さデータに基づいて前記電子部品搭載装置にて搭載ヘッドによる部品搭載動作を実行するための部品実装高さを算出する演算を行う第５の演算工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
   

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