JP5501696B2 - 実装装置および実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、実装装置および実装方法に関するものである。

基板に対する部品の実装精度を向上させる実装装置として、例えば、特開平２００２−２６１４９１の技術が示されている。基板と部品との位置合わせ時、同一のカメラ視野内で基板と部品とを位置合わせする実装装置において、反射鏡を用いることにより１つの光源で基板および部品を照射し、その位置情報を、カメラを介して取り出し、実装している。

特開２００２−２６１４９１号公報

しかしながら、従来の技術では、基板および部品の位置検出を行う際、それぞれに画像認識に最適な光量を供給することが考慮されていない。特に、部品がプリズムのように斜面をもつ形状であった場合、撮像に適した光量を照射するためには、反射鏡の形状や照明光量の切り替え制御が複雑となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品がプリズムのように斜面をもつ形状であっても、簡易に精度よく位置検出を行い、実装精度の高い実装装置及び実装方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板に対して、該基板の面とは平行な位置関係にない斜面を有する部品を実装する実装装置であって、基板の面に直交する第１の光路を有し、基板の面を照明する第１の光源と、第１の光路と交差する第２の光路を有し、部品の斜面を照明する第２の光源と、第１の光源および第２の光源で照明された基板の面と部品の斜面とを撮像して観察像を作成する撮像部と、第１の光源の光量を増加させる前と増加させた後との２枚の観察像に基いて基板の位置を算出する第１の演算部と、第２の光源の光量を増加させる前と増加させた後との２枚の観察像に基いて部品の位置を算出する第２の演算部と、第１の演算部および第２の演算部の演算結果に基づき、部品と基板の少なくとも一方を、基板の面に平行な面内で相対移動させる移動手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、基板に対して、該基板の面とは平行な位置関係にない斜面を有する部品を実装する実装方法であって、基板の面に直交する第１の光路で、基板の面を照明する第１の照明工程と、第１の光路と交差する第２の光路で、部品の斜面を照明する第２の照明工程と、第１の照明工程の光量を増加させる前と増加させた後とで撮像し、この撮像した２枚の観察像に基いて基板の位置を算出する第１の演算工程と、第２の照明工程の光量を増加させる前と増加させた後とで撮像し、この撮像した２枚の観察像に基いて部品の位置を算出する第２の演算工程と、第１の演算工程および第２の演算工程で求めた演算結果に基づき、部品と基板の少なくとも一方を、基板の面に平行な面内で相対移動させる移動工程を有することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の演算工程は、第１の照明工程で照明された基板の面のみの観察像に基いて基板の位置を算出し、第２の演算工程は、第２の照明工程で照明された部品の斜面のみの観察像に基いて部品の位置を算出することが望ましい。

本発明にかかる実装装置および実装方法は、斜面をもつ部品、例えばプリズムの斜面に光を照射する光源を、該斜面からの反射光が部品と基板とを撮像するカメラに入射する位置に配置した。これにより、部品がプリズムのように斜面をもつ形状であっても、部品の形状に適した光量を照射できる。この結果、簡易に精度よく位置検出を行い、実装精度が高いという効果を奏する。

本発明の実施例に係る実装装置の概略構成を示す図である。 実装方法の流れを説明するフローチャートである。 第１の光源と基板の関係を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）は光量変化による観察像を示す図である。 第２の光源と部品の関係を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）は光量変化による観察像を示す他の図である。

以下に、本発明にかかる実装装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例にかかる実装装置の概略構成を示す図である。
実装装置にはマニピュレータ１０、カメラ８０、光源６０および７０、ステージ２０、演算部９１および９２を有する制御部９０が組み込まれている。マニピュレータ１０は、部品４０を把持・ハンドリングすることが可能である。そして、マニピュレータ１０は、基板３０へ部品４０を載置することで実装する。

カメラ８０（撮像部）は、部品４０および基板３０を撮像する。演算部９１および９２はカメラ８０で撮像された情報をもとに、部品４０および基板３０の位置を算出する。算出する手順は後述する。

光源６０（第１の光源）から出射された照明光Ｌ１は、基板３０の少なくとも一部、すなわち基板３０と部品４０との接触面Ｓ１に直交する光路で基板３０に入射する。そして、照明光Ｌ１は基板３０で反射され、反射光Ｌ２としてカメラ８０に入射・撮像される構成となっている。光源７０（第２の光源）から出射された光は、部品４０の少なくとも一部、すなわち接触面Ｓ１と鋭角に交差する面Ｓ２で反射され、カメラ８０に入射・撮像される構成となっている。

光源６０の光量を変化させたとき、基板３０で反射し、カメラ８０に入射する光量は変化する。これに対して、部品４０で反射し、カメラ８０に入射する光量の変化は、基板３０からの反射の光量変化に比較して小さい構成となっている。以下、このことを具体的に説明する。

図３は、光源６０からの照明光Ｌ１と基板３０と反射光Ｌ２との関係を説明する図である。ここで、図４（ａ）、図４（ｂ）は、カメラ８０で、基板３０と部品４０とアライメントマーク４５を観察した像を示している。

基板３０上には、位置決めのためのアライメントマーク４５が蒸着等で形成されている。光源６０の光量を増加するように変化させると、基板３０および基板３０上のアライメントマーク４５からの反射光の光量が変化する。

図４（ａ）は、光源６０の光量を増加させる前の観察像を示す。図４（ｂ）は、光源６０の光量を増加させた後の観察像を示す。光量を増加させると、図４（ｂ）に示すように、カメラ８０で撮像される基板３０および基板３０上のアライメントマーク４５は明るい像となる。

これに対して、光源６０の光量を増加させても、部品４０からの反射光の光量変化は小さい。このため、カメラ８０で撮像される部品４０の像の明暗変化は小さい。
演算部９１は、基板３０で反射し、カメラ８０に入射する光（基板アライメント像）に基づいて、画像処理により基板３０の位置を算出する。

次に、図５、図６（ａ）、図６（ｂ）を参照して、光源７０からの照明による観察像について説明する。
図５は、光源７０からの照明光Ｌ１１と部品４０と反射光Ｌ１２との関係を説明する図である。ここで、図６（ａ）、図６（ｂ）は、カメラ８０で基板３０と部品４０とアライメントマーク４５とを観察した像を示している。

光源７０から出射された光は、部品４０の少なくとも一部で反射され、カメラ８０に入射・撮像される構成となっている。具体的には、光源７０からの照明光Ｌ１１は、基板３０と部品４０との接触面Ｓ１と鋭角に交差する面Ｓ２、すなわち部品４０であるプリズムの斜面で反射された後、カメラ８０の方向へ反射される光Ｌ１２となる。

図６（ａ）は、光源７０の光量を増加させる前の観察像を示す。図６（ｂ）は、光源７０の光量を増加させた後の観察像を示す。光源７０の光量を増加させたとき、部品４０の斜面Ｓ２で反射し、カメラ８０に入射する光量は、明るくなるように変化する。これに対して、基板３０で反射し、カメラ８０に入射する光量の変化は小さい。

このように、光源７０の光量を増加させると、部品４０からの反射光の光量が大きくなり、カメラ８０で撮像される部品４０は明るい像となる。このとき、基板３０および基板３０上のアライメントマーク４５からの反射光の光量変化は小さい。このため、カメラ８０で撮像される基板３０および基板３０上のアライメントマーク４５の像の明暗変化は小さい。

演算部９２は、部品４０で反射し、カメラ８０に入射する光（部品像）に基づいて、画像処理により部品４０の位置を算出する。
光源７０の光量を増加させると、図６（ｂ）に示すように、基板３０と部品４０とのコントラスト比が高くなる。このため、部品４０の画像認識が正確に行える。

ここで、カメラ８０で撮像される接触面Ｓ１と鋭角に交差する面Ｓ２の像と、カメラ８０で撮像される基板３０の像との境界部分の輝度差が、画像認識可能であるように構成されている。

本実施例では、上述したように、部品４０として、プリズムのように斜面を持ち、撮像面が斜面Ｓ２となる配置の場合を図示している。従来であれば、斜面への適切な光量の照射は制御が複雑で、所望のコントラストが得られなかった。

本実施例によれば、部品４０専用の光源７０を設けたことで、基板３０と部品４０のそれぞれに、画像認識に適切な光量を照射できる。この結果、正確な画像認識、位置情報の検出が可能となっている。

また、制御部９０は、演算部９１および９２の演算結果をもとに、マニピュレータ１０およびステージ２０を制御する。そして、基板３０と平行な面内方向において、基板３０と部品４０との位置合わせが行われる。最後に、部品４０を基板３０へマウントし、ＵＶ光により接着剤硬化が行われる。この結果、基板３０に部品４０を実装できる。

次に、図２に戻って、実装方法の流れを説明する。
ステップＳ１において、マニピュレータ１０で把持した部品４０を、ステージ２０のＸＹθ軸動作により、予め記憶している基板３０上の実装目標位置上方へ配置する。
ステップＳ２において、基板３０に光源６０を照射する。

ステップＳ３において、基板３０上のアライメントマーク４５の像を画像認識し、演算部９１により実装目標位置を算出する。
ステップＳ４において、部品４０に光源７０を照射する。
ステップＳ５において、部品４０の斜面Ｓ２の外形を画像認識し、演算部９２により部品４０の位置、例えば重心位置を算出する。
また、カメラ８０で撮像される斜面Ｓ２の像において、像の大きさで部品４０の傾きを検出することもできる。

ステップＳ６において、ステップＳ３およびステップＳ５で算出した基板３０と部品４０との位置の差が規定値内にはいっているか否かを判定する。
判定結果が真（Ｙｅｓ）のとき、すなわち、規定値内のときには、ステップＳ８に進む。

一方、判定結果が偽（Ｎｏ）のとき、すなわち、規定値外のときには、ステップＳ７へ進み、ステージ２０のＸＹθ軸動作により基板３０を接触面Ｓ１と平行な面内において移動し、その後、ステップＳ２に戻ってステップＳ２〜Ｓ６を繰り返す。

ステップＳ８において、基板３０と部品４０の位置合わせが終了し、部品４０を把持しているマニピュレータ１０が降下し、部品４０を基板３０上へマウントする。
ステップＳ９において、ＵＶ照射による接着硬化を行い終了する。
なお、実装目標位置を算出するステップ２、３と、部品４０の位置を算出するステップ４、５とは、順番を入れ替えて行うことも可能である。

このようにして、実施例に拠れば、基板３０と部品４０とのコントラスト差が明確になる。このため、画像認識が容易になり、プリズムのように斜面をもつ形状の部品４０であっても、基板３０と部品４０との正確な位置合わせが可能になる。また、複雑な制御がなくなるので、安価・簡易でより実装精度の高い実装が可能になる。

以上のように、本発明にかかる実装装置および実装方法は、実装精度の高い実装装置に有用であり、特に、部品がプリズムのように斜面をもつ形状であった場合に適している。

１０ マニピュレータ
２０ ステージ（移動手段）
３０ 基板
４０ 部品
６０、７０ 光源
８０ カメラ（撮像部）
９０ 制御部
９１、９２ 演算部
Ｓ１ 接触面
Ｓ２ 斜面

Claims (3)

1. 基板に対して、該基板の面とは平行な位置関係にない斜面を有する部品を実装する実装装置であって、
   前記基板の面に直交する第１の光路を有し、前記基板の面を照明する第１の光源と、
   前記第１の光路と交差する第２の光路を有し、前記部品の斜面を照明する第２の光源と、
   前記第１の光源および前記第２の光源で照明された前記基板の面と前記部品の斜面とを撮像して観察像を作成する撮像部と、
   前記第１の光源の光量を増加させる前と増加させた後との前記２枚の観察像に基いて前記基板の位置を算出する第１の演算部と、
   前記第２の光源の光量を増加させる前と増加させた後との前記２枚の観察像に基いて前記部品の位置を算出する第２の演算部と、
   前記第１の演算部および前記第２の演算部の演算結果に基づき、前記部品と前記基板の少なくとも一方を、前記基板の面に平行な面内で相対移動させる移動手段を有することを特徴とする実装装置。
2. 基板に対して、該基板の面とは平行な位置関係にない斜面を有する部品を実装する実装方法であって、
   前記基板の面に直交する第１の光路で、前記基板の面を照明する第１の照明工程と、
   前記第１の光路と交差する第２の光路で、前記部品の斜面を照明する第２の照明工程と、
   前記第１の照明工程の光量を増加させる前と増加させた後とで撮像し、この撮像した２枚の観察像に基いて前記基板の位置を算出する第１の演算工程と、
   前記第２の照明工程の光量を増加させる前と増加させた後とで撮像し、この撮像した２枚の観察像に基いて前記部品の位置を算出する第２の演算工程と、
   前記第１の演算工程および前記第２の演算工程で求めた演算結果に基づき、前記部品と前記基板の少なくとも一方を、前記基板の面に平行な面内で相対移動させる移動工程を有することを特徴とする実装方法。
3. 前記第１の演算工程は、前記第１の照明工程で照明された前記基板の面のみの観察像に基いて前記基板の位置を算出し、
   前記第２の演算工程は、前記第２の照明工程で照明された前記部品の斜面のみの観察像に基いて前記部品の位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の実装方法。

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