JP5946343B2

JP5946343B2 - 電子部品実装装置

Info

Publication number: JP5946343B2
Application number: JP2012154565A
Authority: JP
Inventors: 真樹黒野; 勇介山蔭
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: JP2014017396A

Description

本発明は、電子部品を吸着ノズルにより吸着して基板に実装する電子部品実装装置に関し、特に、吸着ノズルに吸着された電子部品と基準マークを部品認識用カメラにより同時に撮像して部品位置を認識できるようにした電子部品実装装置に関するものである。

一般に電子部品実装装置においては、部品供給位置から電子部品を吸着ノズルにより吸着し、吸着ノズルで吸着した電子部品を回路基板に搬送する途中で、部品認識用カメラによって吸着ノズルの中心に対する電子部品の芯ずれおよび角度ずれを認識することにより、電子部品を回路基板の定められた座標位置に正確に実装できるようにしている。

ところで、タクトタイムを短縮するために、吸着ノズルを部品認識用カメラ上で停止させずに電子部品を撮像する手法として基準マークを使用しており、電子部品と基準マークを同時に撮像することにより、基準マークを基準として電子部品の位置を認識できるようしている。この種の電子部品実装装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００５−１１９５０号公報

ところで、タクトタイムを短縮するためには、電子部品を移載するロボットについても高速化することが必要であるが、ロボットの高速化に伴って撮像の露光時間も短縮を余儀なくされ、その結果、被写界深度が狭くなる。このために、比較的狭い範囲の被写界深度にて電子部品と基準マークを撮像する必要がある。また、撮像後のＺ軸動作を減らすためには、部品認識用カメラのピント位置を、電子部品の装着高さに近づけることが望ましい。

このようなことから、部品認識用カメラのピント高さを電子部品の装着高さに近づけ、また、被写界深度が狭いために、基準マークもある程度低い位置に配置する必要があるが、回路基板に実装済みの先付け部品の厚み（高さ）が高い場合、先付け部品と基準マークとの干渉を回避するために、基準マークを配置する高さ位置が制限されてしまう制約が生ずる。

また、基準マークは画像処理に影響するため、電子部品と重ならないように配置する必要があり、このために、部品認識用カメラの視野に対して十分に大きな電子部品を画像処理する場合には、基準マークを配置する場所が制限されることになる。

上記した理由により、特に大型の電子部品、あるいは厚み（高さ）のある電子部品を対象とする電子部品実装装置においては、基準マークの設置位置が制限され、基準マークを基準にして部品位置を認識することが難しくなる問題がある。

本発明は、上記した問題点を解決するためになされたもので、基準マークの設置位置が制限されることがなく、基準マークを部品認識用カメラの被写界深度内に容易に配置できる電子部品実装装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、基板の搬入、搬出および位置決め保持を行う基板搬送装置と、前記基板に実装する電子部品を供給する部品供給装置と、移動台に取付けられ前記部品供給装置によって供給された電子部品を吸着する吸着ノズルを有し前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を前記基板搬送装置に位置決め保持された前記基板上に実装する部品実装ヘッドと、前記吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像する部品認識用カメラとを備えた電子部品実装装置において、前記部品実装ヘッドに設けられ、レーザー光を照射するレーザー光照射装置と、該レーザー光照射装置から照射されたレーザー光を受けて、前記部品認識用カメラによって撮像可能な基準マークを形成するマーク形成部材とを備えたことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記マーク形成部材を、拡散板あるいはすりガラスによって形成したことである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記部品認識用カメラ側から前記吸着ノズルに吸着された電子部品に向けて発光する光源を備え、該光源の発光と前記レーザー光照射装置の照射を同期させる同期装置を備えたことである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記レーザー光照射装置に対して前記マーク形成部材の位置を変更する位置変更機構を備えたことである。

上記した構成によれば、部品実装ヘッドに設けられ、レーザー光を照射するレーザー光照射装置と、レーザー光照射装置から照射されたレーザー光を受けて、部品認識用カメラによって撮像可能な基準マークを形成するマーク形成部材とを備えたことにより、基準マークの配置位置が制約される各種状況下にあっても、基準マークを容易に形成することが可能となる。これにより、吸着ノズルで吸着した電子部品を部品認識用カメラ上で停止させなくても、部品位置の認識を正確に行うことができるので、タクトタイムを短縮することができる。また、基準マークを用いない部品位置の認識においては、レーザー光照射装置からレーザー光の照射を止めることで容易に対応することができる。

本発明の実施の形態に係る電子部品実装装置の全体を示す概略平面図である。電子部品実装装置の実装ヘッド部を示す図である。すりガラスに形成された基準マークを示す図である。電子部品実装装置を制御する制御装置を示す制御ブロック図である。電子部品実装装置の動作を示すフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、電子部品実装装置１０は、部品供給装置２０、基板搬送装置３０および部品移載装置４０を備えている。

部品供給装置２０は、一例として、基台１１上に複数のカセット式のフィーダ２１をＸ軸方向に並設して構成したものからなる。フィーダ２１は、基台１１に設置されたデバイス台２２に着脱可能に装着され、多数の電子部品を間隔を有して一列に収容したテープを巻回した供給リール２３を有している。フィーダ２１の内部には、図示してないが、テープをピッチ送りする駆動源となるモータが内蔵され、モータによってテープが１ピッチずつ送り出されることにより、テープに収容された電子部品がフィーダ２１の先端部に設けられた部品供給位置Ｐ１に順次供給される。

基板搬送装置３０は、回路基板ＢをＸ軸方向に搬送するとともに、所定位置に位置決め保持するもので、一例として、搬送手段３１、３２を２列並設したダブルコンベアタイプのもので構成されている。各搬送手段３１、３２は、基台１１上にそれぞれ一対のガイドレール３３、３４を互いに平行に対向させてそれぞれ水平に並設している。搬送手段３１，３２には、ガイドレール３３、３４によって案内される回路基板Ｂを支持して搬送する一対のコンベアベルト（図示せず）が並設されている。

部品移載装置４０はＸＹロボットからなり、ＸＹロボットは、基台１１上に装架されて部品供給装置２０および基板搬送装置３０の上方に配設され、ガイドレール４１に沿ってＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸移動台４３を備えている。Ｙ軸移動台４３のＹ軸方向移動は、ボールねじを介してＹ軸サーボモータ４４により制御される。Ｙ軸移動台４３には、Ｘ軸移動台４５がＸ軸方向に移動可能に案内支持され、Ｘ軸移動台４５のＸ軸方向移動は、ボールねじを介してＸ軸サーボモータ４６により制御される。

なお、ＸＹロボットとしては、図１に示す直交座標形ロボットの他に、円筒座標形ロボットあるいは間接形ロボット等を用いることができ、後述する吸着ノズルを部品供給位置と部品実装位置との間で移動できるものであれば、どのような形態のものであってもよい。

Ｘ軸移動台４５には、部品実装ヘッド４７が取付けられ、この部品実装ヘッド４７に、図２に示すように、昇降軸４８がＸ軸およびＹ軸方向と直交するＺ軸方向（上下方向）に昇降可能に、かつＺ軸線Ｏ１の回りに回転可能に支持されている。昇降軸４８は、Ｚ軸サーボモータ４９およびθ軸サーボモータ５０（図４参照）により、Ｚ軸方向への移動および回転角度が制御されるようになっている。昇降軸４８の下端には、吸着ヘッド５４が設けられ、この吸着ヘッド５４に電子部品Ｐを吸着する吸着ノズル５５が、昇降軸４８の回転軸線Ｏ１上に保持されている。

基台１１上には、吸着ノズル５５によって吸着された電子部品Ｐを下方より撮像する部品認識装置６０が、部品供給装置２０と基板搬送装置３０との間に設けられている。部品認識装置６０は、Ｚ軸方向と平行な光軸Ｏ２を有する部品認識用カメラ（ＣＣＤカメラ）６１を含んでおり、部品認識用カメラ６１の上方には、図２に示すように、レンズ６２を介して光源カバー６３が設けられている。光源カバー６３の上部には、位置調整体６６が、光源カバー６３に対してＺ軸方向（上下方向）に位置調整可能に支持され、位置変更機構６７によってＺ軸方向位置が変更可能となっている。位置調整体６６上には、マーク形成部材としてのすりガラス６５が支持されている。

マーク形成部材（すりガラス）６５は、部品認識用カメラ６１の被写界深度内に位置されており、部品認識用カメラ６１等の変更により被写界深度が変更された場合には、位置調整体６６の位置調整によってマーク形成部材（すりガラス）６５の位置が変更され、常に被写界深度内に保持されるようになっている。

光源カバー６３内には、上側が開いた椀状の面に、多数の光源（ＬＥＤ）を配設した部品用光源６４が内蔵され、部品用光源６４によって吸着ノズル５５に吸着された電子部品Ｐに下方より光を照らすようになっている。部品認識用カメラ６１で撮像された画像は、画像処理装置７７（図４参照）に取り込まれ、画像処理される。

Ｘ軸移動台４５には、回路基板Ｂに設けられた基準マーク（図示せず）を撮像する基板認識用カメラ６８（図１参照）が取付けられている。基板認識用カメラ６８は、基板搬送装置３０によって部品実装位置に搬入された回路基板Ｂ上に設けられた図略の基板マーク（フィデューシャルマーク）の位置を認識し、認識された基板マークの位置に基づいてＸ軸およびＹ軸移動台４５、４３を位置補正して、電子部品Ｐを回路基板Ｂ上の定められた座標位置に正確に実装できるようにしている。

一方、部品実装ヘッド４７には、すりガラス６５に向けてＺ軸方向と平行な方向にレーザー光を照射するレーザー光照射装置６９が取付けられている。レーザー光照射装置６９より照射されたレーザー光は、すりガラス６５上で結像され、その結果、図３に示すように、すりガラス６５の下面（背面）にポイント状の基準マークＭ１が一定の位置に形成されるようになっている。この基準マークＭ１は部品認識用カメラ６１によって、吸着ノズル５５に吸着された電子部品Ｐと同じ視野内で撮像されるようになっている。

このように、すりガラス６５は、部品認識用カメラ６１で撮像可能な基準マークＭ１を形成するためのマーク形成部材を構成している。なお、マーク形成部材６５は、すりガラスの他、拡散板等を用いることもでき、レーザー光を受けて基準マークＭ１を形成できるものであれば、どのようなものであってもよい。

電子部品実装装置１０は、図４に示すように、制御装置７０を有している。制御装置７０は、ＣＰＵ７１，ＲＯＭ７２，ＲＡＭ７３およびそれらを接続するバス７４を備え、バス７４には入出力インターフェース７５が接続されている。入出力インターフェース７５には、部品実装ヘッド４７をＸ軸およびＹ軸方向に移動するＸ軸およびＹ軸サーボモータ４６、４４、および昇降軸４８をＺ軸方向に移動するＺ軸サーボモータ４９、ならびに昇降軸４８をＺ軸線の回りに回動するθ軸サーボモータ５０を制御するモータ制御ユニット７６が接続されている。

また、入出力インターフェース７５には、部品認識用カメラ６１および基板認識用カメラ６８によって撮像された画像データを画像処理する画像処理装置７７と、吸着ノズル５５で吸着する電子部品Ｐに応じて部品認識処理を、基準マークＭ１を用いて部品位置を認識する第１部品認識処理あるいは基準マークＭ１を用いずに部品位置を認識する第２部品認識処理に切り替える切替装置７８が接続されている。

さらに、入出力インターフェース７５には、部品用光源６４の点灯とレーザー光照射装置６９の照射を同期して制御する同期装置７９が接続されている。かかる同期装置７９は、吸着ノズル５５に吸着された電子部品Ｐの種類に応じて、レーザー光照射装置６９からのレーザー光の照射を許容したり、禁止するようになっている。

例えば、比較的小型の部品種Ａの電子部品Ｐについては、部品認識用カメラ６１上で停止させずに部品位置を認識するために、部品用光源６４の点灯に同期してレーザー光照射装置６９からレーザー光を照射させるように制御し、比較的大型の部品種Ｂの電子部品Ｐについては、部品認識用カメラ６１上で停止させて部品位置を認識するために、部品用光源６４の点灯時にレーザー光照射装置６９からレーザー光の照射を禁止するように制御する。

次に、上記した実施の形態における電子部品実装装置１０の動作を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下においては、比較的小型の部品種Ａの電子部品Ｐについては、基準マークＭ１を用いて、部品認識用カメラ６１上で停止させずに部品位置を認識することにより、タクトタイムの短縮を図り、比較的大型の部品種Ｂの電子部品Ｐについては、電子部品Ｐが基準マークＭ１と重なる恐れがあるため、基準マークＭ１を用いずに、部品認識用カメラ６１上で停止させて部品位置を認識することにより、基準マークＭ１が部品認識の障害となるようにした例について説明する。

制御装置７０からの指令に基づいて、基板搬送装置３０のコンベアベルトが駆動され、回路基板Ｂがガイドレール３３（３４）に案内されて所定の位置まで搬送され、位置決めクランプされる。次いで、Ｘ軸サーボモータ４６およびＹ軸サーボモータ４４が駆動されることにより、Ｘ軸移動台４５およびＹ軸移動台４３がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動され、部品実装ヘッド４７が部品供給装置２０の部品供給位置Ｐ１（図１参照）まで移動される。

部品実装ヘッド４７が部品供給位置Ｐ１まで移動された状態で、昇降軸４８とともに吸着ヘッド５４がＺ軸サーボモータ４９によってＺ軸方向に下降され、吸着ヘッド５４に設けた吸着ノズル５５により、部品供給位置Ｐ１に供給された電子部品Ｐを吸着する。

続いて、Ｘ軸移動台４５およびＹ軸移動台４３の移動により、部品実装ヘッド４７が回路基板Ｂ上の定められた座標位置まで移動されるが、その途中の部品認識用カメラ６１の上方を通過する際に、部品認識用カメラ６１によって吸着ノズル５５で吸着された電子部品Ｐを撮像することにより、吸着ノズル５５に対する電子部品Ｐのずれ量や、電子部品Ｐの吸着姿勢を認識する。そして、電子部品Ｐのずれ量や、電子部品Ｐの吸着姿勢を補正した上で、電子部品Ｐを回路基板Ｂの所定位置に実装する。

この場合、吸着ノズル５５で吸着された電子部品Ｐの部品種がＡかＢかを、ステップ１００で判別し、第１部品認識処理を実行するか、第２部品認識処理を実行するかが切替装置７８によって切替えられる。すなわち、部品種がＡであると判別された場合には、第１部品認識処理が選択され、ステップ１０２以降が実行される。これに対して、部品種がＢであると判別された場合には、第２部品認識処理が選択され、ステップ１１２以降が実行される。

ステップ１０２においては、部品実装ヘッド４７が部品認識用カメラ６１の上方で停止されずに通過するように移動制御される。部品実装ヘッド４７が部品認識用カメラ６１の上方位置まで達すると、ステップ１０４において、部品認識用カメラ６１が露光状態で、同期装置７９によって、部品用光源６４およびレーザー光照射装置６９に対し発光および照射信号が発せられる。

これによって、部品用光源６４が瞬間的に発光されるともに、これに同期してレーザー光照射装置６９よりレーザー光が瞬間的に照射される。この結果、照射されたレーザー光がすりガラス６５上で結像され、すりガラス６５の背面側に基準マークＭ１が形成される。この基準マークＭ１が、部品認識用カメラ６１によって吸着ノズル５５で吸着された電子部品Ｐと同一の視野内で撮像される。

この場合、部品用光源６４およびレーザー光照射装置６９は、ストロボのように瞬間的に発光および照射されるだけであるので、部品認識用カメラ６１が露光状態であっても、部品認識用カメラ６１によって撮像された電子部品Ｐおよび基準マークＭ１の像が流れることなく、鮮明に撮像することが可能となる。

なお、部品認識用カメラ６１による基準マークＭ１と電子部品Ｐの撮像時には、吸着ノズル５５に吸着された電子部品Ｐは、部品認識用カメラ６１の被写界深度内に位置される。

次いで、ステップ１０６において、画像処理装置７７により、基準マークＭ１を基準にして電子部品Ｐの位置を認識することにより、吸着ノズル５５に吸着した電子部品Ｐを、部品認識用カメラ６１上で停止させずに認識する場合においても、吸着ノズル５５の中心に対する電子部品Ｐの芯ずれおよび角度ずれを正確に認識できるようになる。

一方、ステップ１００において、吸着ノズル５５で吸着した電子部品Ｐが部品種Ｂであると判別された場合には、ステップ１１２において、部品実装ヘッド４７を部品認識用カメラ６１の上方で停止させ、続くステップ１１４において、部品用光源６４が点灯され、吸着ノズル５５で吸着された電子部品Ｐを部品認識用カメラ６１によって撮像する。

すなわち、この場合には、レーザー光照射装置６９からレーザー光は照射されないので、すりガラス６５に基準マークＭ１は形成されず、部品認識用カメラ６１によって部品種Ｂの電子部品Ｐが撮像される際に、部品認識の妨げとなる基準マークＭ１は撮像されない。

次いで、ステップ１１６において、画像処理装置７７により、電子部品Ｐの位置が認識され、吸着ノズル５５の中心に対する電子部品Ｐの芯ずれおよび角度ずれを正確に認識できるが、この場合においては、基準マークＭ１によって電子部品Ｐの画像処理に影響を及ぼすことがないので、電子部品Ｐの位置認識処理を迅速に行うことができるようになる。

上記した実施の形態によれば、部品実装ヘッド４７にレーザー光を照射するレーザー光照射装置６９を設け、基台１１にレーザー光照射装置６９から照射されたレーザー光を受けて部品認識用カメラ６１によって撮像可能な基準マークＭ１を形成するマーク形成部材６５を備えた。

これにより、被写界深度が狭くても、また、実装済みの先付け部品の高さが高い場合であっても、基準マークＭ１を任意の位置に容易に形成することが可能となるので、吸着ノズル５５で吸着した電子部品Ｐを部品認識用カメラ６１上で停止させなくても、部品位置の認識を正確に行い得、タクトタイムを短縮することができる。また、基準マークＭ１を用いない部品位置の認識においては、レーザー光照射装置６９からレーザー光の照射を止めることで容易に対応することができる。

上記した実施の形態によれば、マーク形成部材６５を、拡散板あるいはすりガラスによって形成したので、レーザー光照射装置６９よりレーザー光を照射させることで、基準マークＭ１を拡散板あるいはすりガラス上に容易に形成することができる。

上記した実施の形態によれば、部品認識用カメラ６１側から吸着ノズル５５に吸着された電子部品Ｐに向けて発光する部品用光源６４を備え、部品用光源６４の発光とレーザー光照射装置６９の照射を同期させる同期装置７９を備えたので、部品認識用カメラ６１が露光状態であっても、部品認識用カメラ６１によって撮像された電子部品Ｐおよび基準マークＭ１の像が流れることなく、鮮明に撮像することが可能となる。

上記した実施の形態によれば、レーザー光照射装置６９に対してマーク形成部材６５の位置を変更する位置変更機構６７を備えたので、部品認識用カメラ６１等の変更により被写界深度が変更された場合にも、それに合わせてマーク形成部材６５の位置を変更することにより、マーク形成部材６５を常に被写界深度内に保持することができる。

上記した実施の形態においては、フィーダ式の部品供給装置２０を備えた電子部品実装装置１０について説明したが、本発明は、トレイ式の部品供給装置２０を備えたものにも適用可能であり、基板搬送装置３０および部品移載装置４０についても、実施の形態のものに限定されるものではない。

斯様に、本発明は、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明に係る電子部品実装装置は、吸着ノズルに吸着された電子部品の種類に応じて、基準マークを用いて電子部品の位置を認識したり、基準マークを用いずに電子部品の位置を認識するものに利用するのに適している。

１０…電子部品実装装置、２０…部品供給装置、３０…基板搬送装置、４０…部品移載装置、４７…部品実装ヘッド、５４…吸着ヘッド、５５…吸着ノズル、６１…部品認識用カメラ、６４…部品用光源、６５…マーク形成部材、６７…位置変更機構、６９…レーザー光照射装置、７０…制御装置、７７…画像処理装置、７９…同期装置、Ｍ１…基準マーク、Ｂ…回路基板、Ｐ…電子部品。

Claims

基板の搬入、搬出および位置決め保持を行う基板搬送装置と、前記基板に実装する電子部品を供給する部品供給装置と、移動台に取付けられ前記部品供給装置によって供給された電子部品を吸着する吸着ノズルを有し前記吸着ノズルに吸着された前記電子部品を前記基板搬送装置に位置決め保持された前記基板上に実装する部品実装ヘッドと、前記吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像する部品認識用カメラとを備えた電子部品実装装置において、
前記部品実装ヘッドに設けられ、レーザー光を照射するレーザー光照射装置と、
該レーザー光照射装置から照射されたレーザー光を受けて、前記部品認識用カメラによって撮像可能な基準マークを形成するマーク形成部材と、
を備えたことを特徴とする電子部品実装装置。
請求項１において、前記マーク形成部材を、拡散板あるいはすりガラスによって形成した電子部品実装装置。
請求項１または請求項２において、前記部品認識用カメラ側から前記吸着ノズルに吸着された電子部品に向けて発光する光源を備え、該光源の発光と前記レーザー光照射装置の照射を同期させる同期装置を備えた電子部品実装装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記レーザー光照射装置に対して前記マーク形成部材の位置を変更する位置変更機構を備えた電子部品実装装置。