JP4757693B2 - 表面実装部品装着機 - Google Patents

Description

本発明は、基板マークや部品の認識精度を向上させ、高精度な部品装着を行う表面実装部品装着機に関する。

図１を参照して、従来の表面実装部品装着機１０の構成の一例について説明する。表面実装部品装着機１０は、電子部品を吸着する吸着ノズル１２を有し、吸着した電子部品を基板１４に装着する装着ヘッド部１６と、装着ヘッド部１６をＸ軸方向に位置決めする装着ヘッドＸ軸位置決め部１８と、装着ヘッド部１６をＹ軸方向に位置決めする装着ヘッドＹ軸位置決め部２０と、基板１４上の基板マークｍや電子部品を認識する、装着ヘッド部１６に配設された画像認識部２２と、吸着ノズル１２に吸着された電子部品の認識を行うピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂと、基板１４の搬送を行なう搬送部２６と、テープフィーダを有する部品供給装置３０を並設するフロント側部品供給部２８Ａ及びリア側部品供給部２８Ｂとから主に構成されている。装着ヘッド部１６は、ピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂの結果を基に、左右上下方向（図１におけるＸ軸及びＹ軸方向）、回転方向の位置決めをする。

次に、図２を参照して、基板マークｍを認識する際、画像認識部２２の移動軌跡及びマーク認識の動作の一例を説明する。

表面実装部品装着機１０においては、搬送部２６により基板１４を搬入し、表面実装部品装着機１０上で基板１４がクランプされた後、基板１４上のマークｍ１、ｍ２、ｍ３の位置に画像認識部２２を順次移動させ、順次マーク認識を行っていた。具体的には、画像認識部２２の待機位置からマークｍ１の位置へ移動Ｄ１を行ない、そこでマークｍ１のマーク認識を行なう。次に、画像認識部２２はマークｍ１の位置からマークｍ２の位置へＸ軸方向に移動Ｄ２を行ない、マークｍ２のマーク認識を行なう。そして、画像認識部２２はマークｍ２の位置からマークｍ３の位置へＹ軸方向に移動Ｄ３を行ない、マークｍ３のマーク認識を行なう。これらのマークｍ１、ｍ２、ｍ３の認識結果から、基板１４のクランプ時に生じた基板１４のずれ量の補正を行なっていた。

又、吸着ノズル１２を用いて吸着した電子部品をピックアップ部品認識部２４Ａ又は２４Ｂ上へ移動し、画像認識を行い、認識結果から吸着時のずれ量の補正を行なっていた。

なお、画像認識部２２によって基板１４の基板マークｍを画像認識する際における画像処理の失敗に伴うエラー停止を防止する方法として、特許文献１には、ワーク認識カメラ（画像認識部）の視野内においてワーク認識カメラを回路基板に対して相対的に位置をオフセットさせながら複数回画像の取り込みを行うようにして、これによって基板マークの画像認識の失敗に伴うエラーを回避する方法が記載されている。

特開２００２−２８８６３２号公報

製品の小型化高性能化の下、基板の小型化や、搭載する電子部品の小型化、部品の搭載密度が増加して来ているため、位置決めに際し、マイクロメータオーダーの精度が要求されている。しかしながら、従来のマーク認識方法では、上記のような要求に対して十分に対処できなくなってきた。

本発明者は、研究及び検討した結果、以下のような装着ヘッドＸ軸位置決め部１８及び装着ヘッドＹ軸位置決め部２０による位置決めにおいて生じる誤差の問題点を見出した。

従来のマーク認識処理では、装着ヘッドＸ軸位置決め部１８及び装着ヘッドＹ軸位置決め部２０により目標座標に移動した際、指令された目標座標と、実際の位置とに数マイクロメータの誤差（ロストモーション）生じることや、同じ目標座標でもその目標座標に移動して来た進入方向により認識結果に誤差（ヒステリシス）が生じるなどといった問題のため高精度なマーク認識を行えないということを見出し、又、吸着した部品の画像認識処理においてもフロント側部品供給部２８Ａから部品を認識する場合と、リア側部品供給部２８Ｂから部品と認識する場合とでは、ピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂによる認識結果に誤差が発生し高精度な画像認識を行えないことも見出した。

しかし、特許文献１では、画像認識する際における画像処理の失敗に伴うエラー停止を防止するためのものであり、上記のような位置決め部に由来する誤差を直接軽減するものではない。

本発明は、表面実装部品装着機において、位置決め部による移動に由来する誤差を軽減し、高精度な部品装着を行うことを課題とする。

本発明は、部品を基板に装着する装着ヘッド部と、該装着ヘッド部を第１軸方向に位置決めする装着ヘッド第１軸位置決め部と、該第１軸方向と平行でない第２軸方向に位置決めする装着ヘッド第２軸位置決め部と、前記装着ヘッド部に配設された画像認識部とを有し、表面実装部品装着機上の特定の認識対象を該画像認識部により画像認識するため、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記画像認識部が前記認識対象上に移動される表面実装部品装着機において、前記画像認識部が前記認識対象上に移動された後、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記画像認識部を前記認識対象上から第１軸成分及び第２軸成分を有する一方の方向に直線移動させ、前記認識対象上に直線移動で再び戻させる往復移動後に前記認識対象の画像認識を行い第１の認識結果を得る手段と、該画像認識後に前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により画像認識部が前記認識対象上から前記往復移動に対向する他方の方向に直線移動させ、前記認識対象上に直線移動で再び戻させる対向往復移動後に前記認識対象の画像認識を行い第２の認識結果を得る手段と、前記第１の認識結果と該第２の認識結果とを平均し、前記認識対象の画像認識結果を求める手段と、を備えたことで、前記課題を解決したものである。

又、本発明は、前記認識対象が、前記基板上のマークであるようにしてもよい。

又、本発明は、前記認識対象が、前記基板上に装着済みの部品であるようにしてもよい。

又、本発明は、部品をピックアップし、ピックアップした部品を基板に装着する装着ヘッド部と、該装着ヘッド部を第１軸方向に位置決めする装着ヘッド第１軸位置決め部と、該第１軸方向と平行でない第２軸方向に位置決めする装着ヘッド第２軸位置決め部と、ピックアップされた部品を認識するピックアップ部品認識部とを有し、ピックアップされた前記部品を該ピックアップ部品認識部により画像認識するため、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記部品が前記ピックアップ部品認識部上に移動される表面実装部品装着機において、前記部品が前記ピックアップ部品認識部上に移動された後、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記部品を該ピックアップ部品認識部上から第１軸成分及び第２軸成分を有する一方の方向に直線移動させ、前記ピックアップ部品認識部上に直線移動で再び戻させる往復移動後に前記部品の画像認識を行い第１の認識結果を得る手段と、該画像認識後に前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記部品を前記ピックアップ部品認識部上から前記往復移動に対向する他方の方向に直線移動させ、該ピックアップ部品認識部上に直線移動で再び戻させる対向往復移動後に前記部品の画像認識を行い第２の認識結果を得る手段と、前記第１の認識結果と該第２の認識結果とを平均し、前記部品の画像認識結果を求める手段と、を備えたことで、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、画像認識部が認識対象上で往復移動をし、認識対象の画像認識を行い第１の認識結果を得て、次に、この往復移動に対する対向往復移動をし、認識対象の画像認識を行い第２の認識結果を得て、これら第１の認識結果と第２の認識結果とを平均し、認識対象の画像認識結果を求めることで、位置決め部による移動に由来する誤差をキャンセルすることができ、認識対象を認識する順番、ロストモーション、ヒステリシス等の影響による認識対象の認識誤差を最小限に抑えることができるため、高精度な認識対象の認識結果を得ることができ、高精度な部品装着を行うことができる。

又、同様に、ピックアップ部品認識部により、吸着した部品を認識する際にも、位置決め部による移動に由来する誤差をキャンセルすることができ、部品をどこから吸着してピックアップ部品認識部上に移動させて来たかにより生じる画像認識誤差を最小限に抑えることができるため、高精度に部品を認識でき、高精度な部品装着を行うことができる。

更に、第１軸成分及び第２軸成分を有する斜め方向に往復移動することで、同時に第１軸及び第２軸方向の誤差の成分をキャンセルでき、往復移動及び対向往復移動という最小２回の動作で、高精度なマーク認識結果又は部品認識結果を得ることができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明に係る第１の実施形態について説明する。

本実施形態における表面実装部品装着機の基本構成は、図１に示された従来のものと同じであるが、基板１２上の基板マークｍを認識する際の手順が異なる。ここで、図１における従来のものと同一のものは同一符号を用いて説明を省略する。

又、本実施の形態に係るマーク認識動作の大きな流れは、図２に示される従来のものと同じであるが、一例として、マークｍ２上でのマーク認識動作について図３に示される如く、各マークｍ１、ｍ２、ｍ３上での各々のマーク認識動作が従来のものと異なる。

以下、具体的にマークｍ２について本発明に係るマーク認識動作を図４のフローチャートをもとに説明する。

i）マーク位置へ移動（ステップＳ１）
画像認識部２２は、認識対象であるマーク位置へ移動する。具体的には、図３に示される如く、マークｍ２上へ移動Ｄ２を行う。

ii）−Ｘ、−Ｙ方向へ移動（ステップＳ２）
Ｘ軸成分およびＹ軸成分を有する一方の方向である−Ｘ、−Ｙ方向に直線移動させる。具体的には、図３に示される如く、微小直線移動Ｄ１０を行なう。Ｘ軸方向への移動とＹ軸方向への移動は同じ距離であり、角度は４５°となる。

iii）＋Ｘ、＋Ｙ方向へ移動（ステップＳ３）
次に、ステップＳ２とは逆向きである＋Ｘ、＋Ｙ方向へ直線移動し、認識対象上に再び戻る。具体的には、微小直線移動Ｄ１１をしてマークｍ２上に戻る。

iv）１回目マーク認識（ステップＳ４）
上記のステップＳ２及びステップＳ３の往復移動を行なった後に、認識対象の画像認識を行ない、第１の認識結果を得る。具体的には、往復微小移動Ｄ１０、Ｄ１１を行なった後に、マークｍ２の第１回目の画像データを撮像し、マーク座標を算出し、そのマーク認識結果をメモリに保持する。

v）＋Ｘ、＋Ｙ方向へ移動（ステップＳ５）
ステップＳ４の１回目のマーク認識の後、認識対象上から＋Ｘ、＋Ｙ方向へ微小直線移動する。具体的には、マークｍ２上から微小直線移動Ｄ１２を行う。

vi）−Ｘ、−Ｙ方向へ移動（ステップＳ６）
次に、ステップＳ５とは逆向きである−Ｘ、−Ｙ方向へ直線移動し、認識対象上に再び戻る。具体的には、微小直線移動Ｄ１３をしてマークｍ２上に戻る。

vii）２回目マーク認識（ステップＳ７）
上記ステップＳ５及びステップＳ６の対向往復移動、即ち、往復移動（Ｓ２、Ｓ３）とは正反対の方向で往復移動した後に、認識対象の画像認識を行ない、第２の認識結果を得る。具体的には、マークｍ２の第２回目の画像データを撮像し、マーク座標を検出し、そのマーク認識結果を、メモリに保持される。

viii）１回目及び２回目のマーク認識結果の平均値を算出し、認識結果とする（ステップＳ８）
ステップＳ４の第１の認識結果と、ステップＳ７の第２の認識結果とを平均し、認識対象の画像認識結果を求める。具体的には、マークｍ２の１回目及び２回目のマーク認識結果の平均値を算出し、マークｍ２の認識結果とする。

これらの手順を基板１４上の３つの基準マークｍ１、ｍ２、ｍ３に関して夫々行ない、基板１４のマーク認識を行なう。

以上の手順を実行することで、ステップＳ４のマーク認識結果において、＋Ｘ、＋Ｙ方向の移動による影響が発生し、ステップＳ７のマーク認識結果において、−Ｘ、−Ｙ方向の移動による影響が発生しているが、これらをステップＳ８で平均化することで、影響をキャンセルすることができる。

従って、マークを認識する順番、ロストモーション、ヒステリシス等の影響によるマーク認識誤差を最小限に抑えることができるため、高精度なマーク認識結果を得ることができ、高精度な部品装着を行うことができる。

又、認識対象上でＸ軸成分とＹ軸成分を有する斜め方向に往復移動することで、認識対象上にどの方向から入ってきても、常にその影響をキャンセルできる。

更に、Ｘ軸成分及びＹ軸成分を有する斜め方向に往復移動することで、同時にＸ軸及びＹ軸方向の誤差の成分をキャンセルでき、往復移動及び対向往復移動という最小２回の動作で、高精度なマーク認識結果を得ることができる。

又、Ｘ軸位置決め部２６、Ｙ軸位置決め部２８は、画像認識部１６等の重さで撓みを生じるため、曲り補正をしても、なお数マイクロメータの誤差が生じるが、このような誤差も軽減させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態として、ピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂにおける部品認識の高精度化について説明する。

基本的にマーク認識の場合と同じ手順であるが、ステップＳ１は、吸着された電子部品をピックアップ部品認識部上に移動させる等、可動である画像認識部に対応するピックアップ部品認識部が固定されており、反対に基板上のマークに対応する吸着された部品が動くようになっており、相対的に異なるだけであり、基本原理は同じである。

具体的には、部品をピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂ上に移動した後（ステップＳ１に対応）、装着ヘッド軸位置決め部１８及び装着ヘッドＹ位置決め部２０により部品をピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂ上から−Ｘ、−Ｙ方向に直線移動させ（ステップＳ２に対応）、ピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂ上に＋Ｘ、＋Ｙ方向に直線移動で再び戻させる往復移動を行う（ステップＳ３に対応）。この往復移動後に部品の画像認識を行い第１の認識結果を得る（ステップＳ４に対応）。

次に、この画像認識後に装着ヘッドＸ軸位置決め部及び装着ヘッドＹ軸位置決め部により部品をピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂ上から往復移動に対向する＋Ｘ、＋Ｙ方向に直線移動させ（ステップＳ５に対応）、ピックアップ部品認識部２４Ａ、２４Ｂ上に−Ｘ、−Ｙ方向に直線移動で再び戻させる対向往復移動を行う（ステップＳ６に対応）。この対向往復移動後に部品の画像認識を行い第２の認識結果を得る（ステップＳ７に対応）。これら第１の認識結果と２の認識結果とを平均し、部品の画像認識結果を求める（ステップＳ８に対応）。

以上の手順により、フロント側部品供給部２８Ａ、リア側部品供給部２８Ｂからの吸着による画像認識誤差を最小限に抑えることができるため、高精度な画像認識結果を得ることができ、高精度な部品装着を行うことができる。

なお、前記第１及び第２実施形態では、いずれも第１軸方向としてＸ軸、第２軸方向としてＹ軸としたが、本発明の各軸の方向は、これに限定されず第１軸方向と平行でない第２軸方向であるならばよい。

又、往復移動及び対向往復移動は、第１及び第２実施形態では、Ｘ軸又はＹ軸に対して４５°の方向であるが、Ｘ軸成分及びＹ軸成分を有する方向であるならば、Ｘ軸及びＹ軸方向の誤差成分を同時にキャンセルできるので、本実施形態の角度４５°の方向に限られるものではない。ただし、Ｘ軸又はＹ軸に対する角度４５°がＸ軸方向の移動とＹ軸方向の移動距離が同じであるため、Ｘ軸方向とＹ軸方向での誤差へ生じ方が同じであるならば、Ｘ軸又はＹ軸に対して４５°が最も好ましい。

又、本発明は、位置決め部による移動に由来する誤差をキャンセルするものであり、マークは、第１実施形態における基板マーク以外に、原点マークや部品供給装置などの位置決めマークにも適用できる。又、基板上に装着済みの部品を認識することにより、装着された部品の搭載精度を確認する場合にも、適用可能である。

又、本発明は、高精度な部品装着を図るものであり、ある基板（平面とは限らない）に一般の部品を装着する場合にも応用できるため、電子回路基板に限られるものではなく、又、部品は、前記実施形態で用いた電子部品に限られるものでなく、ネジなどでもよい。

表面実装部品装置機の全体構成を示す平面図 基板上のマーク認識の順序を示す平面図 本発明の第１実施形態に係るマーク認識動作を示す平面図 本発明に係るマーク認識を示すフローチャート

符号の説明

１０…表面実装部品装着機
１４…基板
１６…装着ヘッド部
１８…装着ヘッドＸ軸位置決め部
２０…装着ヘッドＹ軸位置決め部
２２…画像認識部
ｍ…基板マーク

Claims (4)

1. 部品を基板に装着する装着ヘッド部と、該装着ヘッド部を第１軸方向に位置決めする装着ヘッド第１軸位置決め部と、該第１軸方向と平行でない第２軸方向に位置決めする装着ヘッド第２軸位置決め部と、前記装着ヘッド部に配設された画像認識部とを有し、表面実装部品装着機上の特定の認識対象を該画像認識部により画像認識するため、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記画像認識部が前記認識対象上に移動される表面実装部品装着機において、
   前記画像認識部が前記認識対象上に移動された後、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記画像認識部を前記認識対象上から第１軸成分及び第２軸成分を有する一方の方向に直線移動させ、前記認識対象上に直線移動で再び戻させる往復移動後に前記認識対象の画像認識を行い第１の認識結果を得る手段と、
   該画像認識後に前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により画像認識部を前記認識対象上から前記往復移動に対向する他方の方向に直線移動させ、前記認識対象上に直線移動で再び戻させる対向往復移動後に前記認識対象の画像認識を行い第２の認識結果を得る手段と、
   前記第１の認識結果と該第２の認識結果とを平均し、前記認識対象の画像認識結果を求める手段と、
   を備えたことを特徴とする表面実装部品装着機。
2. 前記認識対象が、前記基板上のマークであることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品装着機。
3. 前記認識対象が、前記基板上に装着済みの部品であることを特徴とする請求項１に記載の表面実装部品装着機。
4. 部品をピックアップし、ピックアップした部品を基板に装着する装着ヘッド部と、該装着ヘッド部を第１軸方向に位置決めする装着ヘッド第１軸位置決め部と、該第１軸方向と平行でない第２軸方向に位置決めする装着ヘッド第２軸位置決め部と、ピックアップされた部品を認識するピックアップ部品認識部とを有し、ピックアップされた前記部品を該ピックアップ部品認識部により画像認識するため、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記部品が前記ピックアップ部品認識部上に移動される表面実装部品装着機において、
   前記部品が前記ピックアップ部品認識部上に移動された後、前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記部品を該ピックアップ部品認識部上から第１軸成分及び第２軸成分を有する一方の方向に直線移動させ、前記ピックアップ部品認識部上に直線移動で再び戻させる往復移動後に前記部品の画像認識を行い第１の認識結果を得る手段と、
   該画像認識後に前記装着ヘッド第１軸位置決め部及び前記装着ヘッド第２軸位置決め部により前記部品を前記ピックアップ部品認識部上から前記往復移動に対向する他方の方向に直線移動させ、該ピックアップ部品認識部上に直線移動で再び戻させる対向往復移動後に前記部品の画像認識を行い第２の認識結果を得る手段と、
   前記第１の認識結果と該第２の認識結果とを平均し、前記部品の画像認識結果を求める手段と、
   を備えたことを特徴とする表面実装部品装着機。

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