WO2014188564A1 - 部品実装装置 - Google Patents

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WO2014188564A1
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mounting
nozzle
substrate
component mounting
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恵利衣 高野
小田井 正樹
功 高平
潔人 伊藤
博紀 小川
井上 智博
豊和 高木
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H05K13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0408Incorporating a pick-up tool
    • H05K13/0409Sucking devices
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0408Incorporating a pick-up tool
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    • H05K13/081Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines
    • H05K13/0812Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines the monitoring devices being integrated in the mounting machine, e.g. for monitoring components, leads, component placement
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    • H05K13/08Monitoring manufacture of assemblages
    • H05K13/089Calibration, teaching or correction of mechanical systems, e.g. of the mounting head

Definitions

  • the present invention relates to a component mounting apparatus for mounting a component using a camera, and more particularly to a component mounting apparatus characterized by a component position correction method.
  • a large number of electronic components are mounted on a printed circuit board used for electronic equipment.
  • the mounting operation of these electronic components is automated by a component mounting apparatus (chip mounter).
  • chip mounter chip mounter
  • the miniaturization of electronic components is rapidly progressing, and high-speed and high-precision component mounting work is required.
  • Patent Document 1 relates to an electronic component mounting apparatus that mounts an electronic component on a substrate. “An electronic component is picked up from a component supply unit by a suction nozzle, and the suction nozzle moves in the XYZ directions and the ⁇ direction around the nozzle axis.
  • an electronic component mounting apparatus for transporting and mounting an electronic component held by performing a rotating mounting operation on a substrate
  • the pickup nozzle is moved up and down with respect to the component supply unit to take out the electronic component
  • the suction nozzle is mounted on the substrate
  • the target is picked up, and the transfer head performs normal mounting operation to mount the target on the substrate,
  • An image of the mounted target is imaged by a camera that moves integrally with the transfer head and the position is recognized, whereby the amount of displacement in the X and Y directions between the normal mounting position and the actual mounting position is obtained and stored as a position correction parameter.
  • a moving position correction step of correcting the movement amount of the suction nozzle in the XY direction by the position correction parameter in the pickup operation and / or mounting operation.
  • the ⁇ direction of the suction nozzle In each of the plurality of specific rotation positions, the position correction parameter for each angle is acquired individually, and the position correction parameter for each angle corresponding to the rotation position of the suction nozzle in the ⁇ direction during the pickup operation or mounting operation in the moving position correction step.
  • the position of the suction nozzle in the electronic component mounting apparatus characterized by using Correcting method. "Describes the invention (claim 1).
  • the present invention provides a target component mounting position using an image sensor that is fixed to a component mounting head actuator and images a component mounting position, and an image of the component mounting position captured by the image sensor. And a data processing unit that detects a difference (mounting error) between the imaged component mounting position and calculates a nozzle correction amount.
  • the present invention it is possible to provide a component mounting apparatus that always positions a component with high accuracy with respect to a target mounting position even when the component mounting apparatus is operated for a long time.
  • FIG. 2 is an arrow view of the component mounting apparatus according to the first embodiment of the present invention when an arrow AA cross section shown in FIG. 1 is observed in the direction of the arrow.
  • FIG. 3 is a perspective view of a substrate 107 and a head actuator 103 positioned above the substrate 107. It is a flowchart which shows the position correction process by the component mounting apparatus which concerns on Example 1 of this invention. It is explanatory drawing of a template matching process, (a) is the image
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for raster scanning a substrate image 502 with a template image 501; It is a flowchart of a template matching process. It is a template image of the mounting position of various kinds of components used for a template matching process. It is explanatory drawing which showed the mounting error by xy coordinate. It is explanatory drawing which showed the mounting error by the polar coordinate (r, (theta)). It is explanatory drawing which shows the mode of the head actuator at the time of component mounting. It is a figure which shows the transition of the mounting position by the thermal expansion of a mechanism.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the relationship of the correction parameter of the nozzle accompanying rotation of the rotor 301, Comprising: (a) is a perspective view, (b) is a top view. It is a perspective view of the head actuator 1301 and the board
  • FIG. 1 is a top view of the entire component mounting apparatus.
  • FIG. 2 is an arrow view when the component mounting apparatus shown in FIG. 1 is observed in the direction of the arrow along the section AA.
  • the substrate 107 on the gantry 203 in FIG. 2 is transported and placed by the substrate guide 106 in the direction of the arrow 110 from the left side in FIG.
  • Each Y beam 101 is provided with an actuator 202 such as a linear motor shown in FIG.
  • a total of four X beams 102 are arranged on the Y beam 101.
  • the X beam 102 is moved in the direction of the arrow 120 by the actuator 202 shown in FIG.
  • Each X beam 102 is provided with an actuator 201 such as a linear motor.
  • the actuator 201 is provided with a head actuator 103 that mounts electronic components on the substrate 107.
  • the head actuator 103 is driven in the direction of the arrow 121 by the actuator 201.
  • the component supply device 104 that supplies electronic components to the head actuator 103 is disposed at both ends of the Y beam 101.
  • the head actuator is moved directly above the component supply device 104 by the X-beam actuator 201 and the Y-beam actuator 202, and the electronic component is transferred from the component supply device 104. Get replenished.
  • a total of four component orientation confirmation cameras 105 for confirming the orientation of the electronic components supplied to the nozzles from below the nozzles are arranged between the three Y beams 101. Further, the control unit 108 performs processing and control of the various operations described above and processing and control of various operations described later.
  • FIG. 3 is a perspective view of the substrate 107 and the head actuator 103 positioned thereabove.
  • the upper end of the nozzle 303 is fixed to the rotor 301 so that the front end faces downward.
  • the nozzle 303 moves up and down in the Z-axis direction (the direction of the arrow 308) to supply and mount components.
  • the rotor 301 can be rotated in the direction of an arrow 307 by a predetermined angle with the rotation center axis 350 of the rotor 301 as the center axis.
  • the camera 304 is fixed on the rotation center 350 of the rotor 301 and has a structure that does not rotate.
  • the nozzle 303 vacuum-sucks the component 305 at its tip.
  • the postures of the sucked electronic components are respectively confirmed by the component posture confirmation camera 105. If a tilt is detected in the posture of the electronic component, the rotor 301 rotates to adjust the tilt of the electronic component.
  • the camera 304 mounted on the head actuator is fixed to the rotor 301 so that the imaging surface faces downward, and images the substrate 107 and the mounted component 360.
  • the imaging range 306 of the camera 304 at this time is as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a position correction process performed by the component mounting apparatus according to the first embodiment.
  • step 401 a component mounting test is performed using a test board before starting a component mounting operation, and an initial nozzle correction value is acquired and stored in the control unit.
  • step 402 the nozzle 303 holds the component 305 in the component supply unit 104.
  • step 403 the head actuator 103 moves to the component mounting position by the actuators 201 and 202 while holding the component 305.
  • step 404 the board 107 is imaged by the camera 304 to acquire a component mounting location, and the initial nozzle correction value obtained in step 401 or the nozzle correction value obtained in step 408 described later is added to obtain the target component mounting. Position.
  • step 405 the component 305 is mounted at the target component mounting position obtained in step 404.
  • step 406 the mounted component 360 is imaged by the camera 304 to acquire a component mounting location.
  • step 407 the control unit 108 detects the nozzle position coordinates at the time of mounting and the ideal nozzle position coordinates from the image obtained in step 406, and calculates a mounting error.
  • step 408 the control unit 108 obtains a nozzle correction value for the next mounting by calculating an average value of the mounting error calculated in step 407 and the mounting error for the last fixed time, for example, the past one hour, The nozzle correction value stored in the control unit 108 is updated.
  • step 409 if the number N of components 305 held by the head actuator 103 is N ⁇ 1, the process proceeds to step 403 and moves to the next component mounting position.
  • N 0, the head actuator 103 moves to the component supply unit 104 to receive the supply of the component 305.
  • step 411 it is determined whether or not all the boards to be mounted have been mounted. If all the boards to be mounted have been mounted, the mounting operation is terminated. If not, the process proceeds to step 402. Thereafter, step 402 to step 411 are repeated to perform component mounting.
  • the template matching process is a technique for detecting the position of the target object by searching for a position that matches the template image from a certain image using the template image.
  • the mounting position is detected from the board image 502 of FIG. 5A obtained by photographing the range 306 of the board 107 with the camera 304 of FIG.
  • the solders 506a, 506b, and 506c on the board 107 are photographed.
  • the rectangles 503a, 503b, and 503c surrounding the solders 506a, 506b, and 506c are portions where the template images in FIG.
  • FIG. 5B is a diagram showing the positional relationship between the solder 505 on the substrate 107 and the electronic component 360 at the time of mounting.
  • FIG. 5C shows a template image 501 of the component mounting position when the electronic component is mounted in the positional relationship between the solder 505 and the electronic component 360 in FIG.
  • step 601 the board image 502 is converted into a gray scale, and the luminance value of each pixel is calculated.
  • the luminance value is defined as a degree indicating the brightness of a pixel indicated by a value from 0 (black) to 255 (white).
  • step 602 as shown in FIG. 6, the template image 501 at the mounting position (image in which the solder 505 is arranged) is scanned along the arrow 511 of the board image 502, and the board image 502 and the template at each position are scanned.
  • the degree of difference between the images 501 is calculated.
  • the image dissimilarity is calculated by obtaining the sum of absolute values of differences between the luminance values of the pixels of the template image 501 and the substrate image 502. The lower the difference, the more similar the template image 501 and the substrate image 502 in the range where the template image 501 overlaps.
  • the arrow 511 is shifted by one pixel in the Y-axis direction, and the dissimilarity is calculated while sequentially scanning along the arrows 512, 513, and 514.
  • step 603 when the scanning of the template image 501 is completed to the lower right of the substrate image 502, the process proceeds to step 604.
  • step 604 coordinates whose difference is equal to or less than the threshold are specified.
  • step 605 the identified coordinates are recognized as mounting positions 503 a, 503 b, and 503 c and stored in the control unit 108.
  • step 401 a process for detecting a mounting error from a target component mounting position and a component mounting position and obtaining a nozzle correction value performed in step 401, step 407, and step 408 will be described.
  • acquisition of a mounting error will be described.
  • An image 703 in FIG. 9 is an image after component mounting that is captured by the camera 304 in step 406.
  • step 408 an image is captured in the image 703.
  • the target component mounting position 701 (x, y) and the actual component mounting position 702 (x ′, y ′) are substituted into Expression 1-1 and Expression 1-2, and the actual component mounting position 702 is set as the origin.
  • the mounting error ( ⁇ x, ⁇ y) is acquired.
  • FIG. 10 shows the mounting error using polar coordinates (r, ⁇ 1 ). In addition to xy coordinates, polar coordinates can also be used.
  • FIG. 11 shows the state of the head actuator during component mounting. As shown by the nozzle 303 in FIG. 11, immediately after the operation of the component mounting apparatus, the tip of the nozzle 303 descends toward the target mounting position 1201, and ideally the component 305 is mounted at the position of the component 704.
  • the nozzle 303 ′ is subjected to thermal deformation of the head and the beam, causing an inclination of the axis, and the nozzle tip is directed toward the mounting position 1202 that is separated from the target mounting position 1201 by the mounting error d.
  • the component 305 is lowered and the component 305 is mounted at the position of the component 360 even in an ideal case.
  • FIG. 12 shows the target mounting position 1201 and the mounting position 1202 in a plane.
  • vibration occurs at the tip of the nozzle, resulting in blurring at the mounting location.
  • Circular ranges 1203 and 1204 indicate the range of blur at the mounting location where the component 305 is actually mounted when the component 305 is mounted toward the target mounting position 1201 and the mounting position 1202. In other words, even if there is no mounting error d, if the component 305 is mounted toward the target mounting position 1201, it is actually mounted somewhere within the circular range 1203.
  • the initial nozzle correction value obtained in step 401 can be used to fall within the allowable error range 1205.
  • the range 1204 after thermal deformation does not always fall within the allowable error range 1205, it is necessary to update the nozzle correction value so that the range 1204 after thermal deformation overlaps the range 1203 immediately after the start of mounting. is there. Therefore, it is necessary to calculate the difference d between the target mounting position 1201 and the mounting position 1202 after thermal deformation, and add this to the nozzle correction value.
  • the mounting position 1202 after thermal deformation is calculated as the average coordinates of the range 1204. Specifically, the average coordinate 1202 is calculated by taking the average of the mounting locations within the past one hour from the time of mounting. Then, a difference between the calculated average coordinates 1202 and the target mounting position 1201 is calculated and set as a new correction parameter.
  • FIG. 13 illustrates the relationship between the correction parameters of the nozzles accompanying the rotation of the rotor 301.
  • FIG. 13A is a perspective view of the head actuator 103 in which eight nozzles 303P 1 to P 8 are arranged as an example.
  • (b) show how the eight nozzles 303P 1 ⁇ P 8 is moving on a circle 1001 about the rotation center axis 350 with the rotation of the rotor 301.
  • the nozzle 303 needs to supply and mount the component 305 at any position of P 1 to P 8 on the circle 1001.
  • the nozzle is positioned using the nozzle correction value.
  • the nozzle correction value ( ⁇ x p1 , ⁇ y p1 ) at the position P 1 before the rotation is set to the same angle as the angle at which the nozzle 303 is rotated in the direction of the arrow 1002. Convert using Equation 2.
  • step 401 an initial nozzle correction value is obtained by the same method.
  • a nozzle correction value is obtained for each of the nozzles 303 arranged in the head actuator 103.
  • the correction parameter ( ⁇ x pn , ⁇ y pn ) calculated here is used as a target mounting position in addition to the component mounting location acquired in step 404 at the next mounting, thereby correcting the nozzle position.
  • the first embodiment by reflecting the previous mounting error as a correction value at the next mounting, it is possible to cope with a change in mounting position due to a long-time operation and to achieve high-accuracy mounting.
  • Example 2 is an example of a component mounting apparatus when the head actuator 1301 shown in FIG. 14 is used, and this will be described below.
  • nozzles 303 that move up and down in the Z-axis direction are mounted in a line.
  • An actuator 1303 such as a linear motor is disposed on the camera beam 1302 disposed on the side surface of the head actuator 1301. This actuator 1303 moves the camera support 1304 that supports the camera 1305.
  • the camera 1305 images the range 1306 on the substrate 107.
  • FIG. 15 shows a flowchart of the second embodiment.
  • step 1401 a component mounting test is performed using a test board before starting a component mounting operation, and an initial nozzle correction value is acquired and stored in the control unit 108.
  • step 1402 the nozzle 303 holds the component 305 in the component supply unit 104.
  • step 1403 the head actuator 1301 moves to the component mounting position.
  • step 1404 the camera 1305 moves to a position where the nozzle 303 that performs the component mounting operation next can be observed, and images the mounted component 360.
  • step 1405 the board 107 is imaged by the camera 1305, the component mounting position is acquired, and the initial nozzle correction value obtained in the process 1401 or the nozzle correction value obtained in the process 1409 is added to obtain the target component mounting position.
  • step 1406 the component 305 is mounted at the target component mounting position acquired in step 1405.
  • step 1407 the mounted component 360 is imaged by the camera 1305.
  • step 1408 the control unit 108 detects the nozzle position coordinates at the time of mounting and the ideal nozzle position coordinates from the image obtained in step 1407, and calculates a mounting error.
  • step 1409 the control unit 108 obtains the nozzle correction value at the next mounting by calculating the average value of the mounting error calculated in step 1408 and the mounting error for the most recent one hour, and sends it to the control unit 108.
  • the stored nozzle correction value is updated.
  • step 1412 it is determined whether or not all the boards to be mounted have been mounted. If all the boards to be mounted have been mounted, the mounting operation is terminated. If not, the process proceeds to step 1402. Thereafter, step 1402 to step 1412 are repeated to perform component mounting.
  • the present invention can be applied to a head actuator in which nozzles are arranged in a line by making the camera 1305 movable.
  • Example 3 is an example of a component mounting apparatus that can detect a nozzle lowering position before mounting a component.
  • FIG. 16 is a perspective view of the head actuator 103 according to the third embodiment.
  • FIG. 17 is a perspective view showing the state of the nozzle 303 and the substrate 107 immediately before mounting, taken by the camera 304 shown in FIG. 16.
  • the nozzle 303 is provided with a mark 1502 that can be easily detected by the camera 304. ing.
  • the mark 1502 attached to the nozzle is preferably a quadrangular shape or a material that reflects light so that it can be easily detected.
  • the nozzle lowering position can be acquired before actual mounting, and therefore the nozzle lowering position is determined based on the nozzle lowering position acquired before the mounting operation. It is possible to adjust the target position.

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Abstract

本発明は、電子部品の実装装置に関するものであり、基板に部品を実装するノズルと前記基板の面を撮像する画像センサとを備えて、前記基板に対して移動可能であるヘッドアクチュエータと、制御部とを備えて、前記制御部は、前記基板に部品を実装する目標位置と、前記画像センサが撮像した前記基板画像から得られた前記部品の実装箇所との誤差を取得し、前記誤差に基づいて前記ノズルの位置を補正するノズル補正値を更新するものであるので、長時間の稼働により部品実装装置の機構に熱変形が生じて、部品実装作業中に実装箇所が変化することがあっても、常に部品を目標位置に高精度に実装することができる。

Description

部品実装装置
 本発明は、カメラを用いて部品を実装する部品実装装置、特に部品位置の補正方法に特徴のある部品実装装置に関する。
 電子機器に使用されるプリント基板には、多数の電子部品が実装されている。これらの電子部品の実装作業は、部品実装装置(チップマウンタ)によって自動化されている。近年、電子部品の微小化が急速に進んでおり、部品実装作業の高速化・高精度化が求められている。
 例えば、特許文献1は、基板に電子部品を実装する電子部品実装装置に関して、「吸着ノズルによって部品供給部から電子部品をピックアップし、この吸着ノズルがXYZ方向に移動するとともにノズル軸廻りにθ方向に回転する実装動作を行うことにより保持した電子部品を基板に移送搭載する電子部品実装装置において、前記吸着ノズルを部品供給部に対して上下動させて電子部品を取り出すピックアップ動作および吸着ノズルを基板に対して上下動させて電子部品を搭載する搭載動作における吸着ノズルのXY方向の位置補正を行う電子部品実装装置における吸着ノズルの位置補正方法であって、前記移載ヘッドの吸着ノズルによって計測用の標体をピックアップし、移載ヘッドに正規搭載動作を行わせて前記標体を基板に搭載し、搭載された標体を前記移載ヘッドと一体的に移動するカメラによって撮像して位置を認識することにより正規搭載位置と実搭載位置とのXY方向の位置ずれ量を求めて位置補正パラメータとして記憶するパラメータ取得工程と、前記ピックアップ動作およびまたは搭載動作において、吸着ノズルのXY方向の移動量を前記位置補正パラメータによって補正する移動位置補正工程とを含み、前記パラメータ取得工程において、吸着ノズルのθ方向の複数の特定回転位置においてそれぞれ個別に角度別位置補正パラメータを取得し、前記移動位置補正工程において、当該ピックアップ動作もしくは搭載動作時の吸着ノズルのθ方向の回転位置に対応した角度別位置補正パラメータを用いることを特徴とする電子部品実装装置における吸着ノズルの位置補正方法。」(請求項1)の発明を記載している。
特開2004-103893号公報
 部品実装装置を長時間稼働すると、その機構に熱変形が生じるために、実装位置が変化する。そのため、特許文献1が記載する実装位置の補正方法では、部品実装作業中の実装位置の変化に対応できないという課題がある。
 上記課題を解決するために、本発明は、部品実装ヘッドアクチュエータに固定され、部品実装位置を撮像する画像センサと、前記画像センサによって撮像される部品実装位置の画像を用いて、目標部品実装位置と前記撮像された部品実装位置との差(実装誤差)を検出し、ノズル補正量を算出するデータ処理部、を備えることを特徴とする。
 本発明によれば、部品実装装置を長時間稼働する場合でも、目標実装位置に対し、部品を常に高精度に位置決めする部品実装装置を提供することができる。
本発明の実施例1に係る部品実装装置の上面図である。 本発明の実施例1に係る部品実装装置について、図1に示す矢印A―A断面を、その矢印の向きで観察した場合の矢視図である。 基板107及びその上方に位置したヘッドアクチェエータ103の斜視図である。 本発明の実施例1に係る部品実装装置による位置補正処理を示すフローチャートである。 テンプレートマッチング処理の説明図であり、(a)は撮影した基板画像を、(b)は基板107上のはんだ505と実装時の電子部品360の位置関係を、図(c)は、部品実装位置のテンプレート画像501を示す。 基板画像502をテンプレート画像501によりラスタースキャンする説明図である。 テンプレートマッチング処理のフローチャートである。 テンプレートマッチング処理に用いる様々な種類の部品の実装位置のテンプレート画像である。 実装誤差をxy座標で示した説明図である。 実装誤差を極座標(r,θ)で示した説明図である。 部品実装時のヘッドアクチュエータの様子を説明図である。 機構の熱膨張による実装位置の変移を示す図である。 ロータ301の回転に伴うノズルの補正パラメータの関係を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は平面図である。 本発明の実施例2に係るヘッドアクチュエータ1301と基板107の斜視図である。 本発明の実施例2に係る部品実装装置の位置補正処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例3に係るヘッドアクチュエータの詳細図である。 図16に示すカメラ304で撮像した、実装直前のノズル303と基板107の様子を示す斜視図である。
 以下、本発明を実施するための形態である実施例について、図面を参照して説明する。
 図1から図14を参照して実施例1を説明する。図1は、部品実装装置全体の上面図である。図2は、図1に示す部品実装装置について、矢印A-A断面でその矢印の向きに観察した場合の矢視図である。図2の架台203上の基板107は、図1における左側から基板ガイド106によって矢印110の方向に搬送されて載置される。
 基板107の搬送方向110に直交する方向にYビーム101が3本配置されている。各Yビーム101には、図2に示すリニアモータ等のアクチュエータ202が配置されている。Yビーム101上にはXビーム102が、合計4つ配置されている。Xビーム102は、図2に示すアクチュエータ202によって、矢印120の方向に移動する。Xビーム102には、それぞれリニアモータ等のアクチュエータ201が配置されている。
 アクチュエータ201には、それぞれ電子部品を基板107に搭載するヘッドアクチュエータ103が配置されている。ヘッドアクチュエータ103は、それぞれアクチュエータ201によって矢印121の方向に駆動される。
 電子部品をヘッドアクチュエータ103に供給する部品供給装置104は、Yビーム101の両端に配置されている。ヘッドアクチュエータ103が保持している電子部品がなくなった場合、ヘッドアクチュエータは、Xビームのアクチュエータ201及びYビームのアクチュエータ202によって部品供給装置104の真上に移動し、部品供給装置104から電子部品の補給を受ける。
 そして、この部品実装装置には、ノズルに供給された電子部品の姿勢をノズル下方から確認する部品姿勢確認用カメラ105が、3つのYビーム101の間に合計4つ配置されている。また、制御部108は、上述した様々な動作の処理、制御及び後述する様々な動作の処理及び制御を行う。
 図3は、基板107及びその上方に位置したヘッドアクチュエータ103の斜視図である。ノズル303は、先端が下方を向くように、上端がロータ301に固定されている。ノズル303は、Z軸方向(矢印308の方向)に上下動作を行い、部品の供給及び実装を行う。また、ロータ301の回転中心軸350を中心軸として所定角度だけ、矢印307の方向に回転可能となっている。また、カメラ304は、ロータ301の回転中心350上に固定され、回転しない構造となっている。
 また、ノズル303は、その先端に部品305を真空吸着する。吸着した電子部品の姿勢は、部品姿勢確認用カメラ105によってそれぞれ確認される。もし、電子部品の姿勢に傾きが検出された場合は、ロータ301が回転することで、電子部品の傾きを調整する。
 ヘッドアクチュエータに搭載されたカメラ304は、撮像面を下方に向けるように、ロータ301に固定され、基板107と実装後の部品360を撮像する。この際のカメラ304の撮像範囲306は、図3に示すとおりである。
 図4は、実施例1に係る部品実装装置による位置補正処理を示すフローチャートである。
 ステップ401では、部品実装作業開始前に、テスト基板を用いて部品実装テストを行い、初期ノズル補正値を取得して制御部108に記憶する。
 ステップ402では、ノズル303が部品供給部104で部品305を保持する。
 ステップ403では、ヘッドアクチュエータ103が、部品305を保持したままアクチュエータ201、202によって部品実装位置へ移動する。
 ステップ404では、カメラ304によって基板107を撮像して部品実装箇所を取得し、さらにステップ401で得られた初期ノズル補正値又は後述するステップ408で得られたノズル補正値を加えて、目標部品実装位置とする。
 ステップ405では、ステップ404で得た目標部品実装位置に部品305を実装する。
 ステップ406では、実装後の部品360をカメラ304で撮像して部品実装箇所を取得する。
 ステップ407では、制御部108において、ステップ406で得られた画像から、実装時のノズル位置座標と理想的なノズル位置座標を検出し、実装誤差を算出する。
 ステップ408では、制御部108において、ステップ407で算出した実装誤差と直近の一定時間、例えば過去1時間分の実装誤差の平均値を算出することで、次回実装時のノズル補正値を取得し、制御部108に記憶するノズル補正値を更新する。
 部品実装後、ステップ409では、ヘッドアクチュエータ103が保持している部品305の数NがN≧1の場合、ステップ403に移行し、次の部品実装位置へ移動する。また、N=0の場合、ヘッドアクチュエータ103は、部品305の供給を受けるために部品供給部104に移動する。
 ステップ411では、実装予定の基板を全て実装したかどうかを判断し、実装予定の基板の全ての実装を完了していたら、実装作業を終了し、そうでなければステップ402に移行する。以降、ステップ402~ステップ411を繰り返して部品実装を行う。
 次に、図5から図8を参照して。テンプレートマッチング処理による部品実装位置取得方法の詳細について述べる。テンプレートマッチング処理は、テンプレート画像を用いて、ある画像の中からテンプレート画像と一致する位置を探索することで、目的の対象物の位置を検出する手法である。
 本発明では、図3のカメラ304で基板107の範囲306を撮影した図5(a)の基板画像502から実装位置を検出する。基板画像502には、基板107上のはんだ506a、506b、506cが撮影されている。はんだ506a、506b、506cを囲んだ矩形503a、503b、503cは、図5(c)のテンプレート画像が一致する箇所である。
 図5(b)は、基板107上のはんだ505と実装時の電子部品360の位置関係を示した図である。図5(c)は、図5(b)のはんだ505と電子部品360の位置関係で電子部品を実装する際の、部品実装位置のテンプレート画像501である。基板画像502に、テンプレート画像501を用いてテンプレートマッチング処理を施すことによって、基板画像502から実装位置503a、503b、503cの3箇所を検出する。
 ここで、図7のフローチャートに沿って、テンプレートマッチング処理について述べる。まず、ステップ601において、基板画像502をグレースケール化し、各画素の輝度値を算出する。ここで輝度値を0(黒)~255(白)の値で示される画素の明るさを示す度合いと定義する。
 ステップ602では、図6に示すように、基板画像502の矢印511に沿って、実装位置(はんだ505が並んだ画像)のテンプレート画像501を走査させていき、各位置での基板画像502とテンプレート画像501の相違度を算出する。画像の相違度は、テンプレート画像501と基板画像502の各画素の輝度値の差の絶対値の和を求めることによって算出される。相違度が低ければ低いほど、テンプレート画像501と、テンプレート画像501が重なっている範囲の基板画像502が似ていることになる。
 矢印511に沿って相違度の算出が終了したら、矢印511をY軸方向に1画素ずらし、順次、矢印512、矢印513、矢印514に沿って走査をしながら相違度の算出を行う。
 ステップ603では、基板画像502の右下までテンプレート画像501の走査が終了したらステップ604に移行し、ステップ604では、相違度が閾値以下の座標を特定する。特定された座標をステップ605にて、実装位置503a、503b、503cとして認識し、制御部108に記憶する。
 また、図8(a)~(e)に示すように、様々な種類の部品の実装位置のテンプレート画像を用意することによって、様々な部品に対応する。
 次に、図9から図12を参照して、ステップ401、ステップ407、ステップ408で行う、目標部品実装位置と部品実装箇所から実装誤差を検出し、ノズル補正値を求める処理について説明する。まず、実装誤差の取得について説明する。
 図9の画像703は、ステップ406にてカメラ304によって撮像された部品実装後の画像である。目標部品実装位置701に実装された際の部品位置704と、実装後に前述したテンプレートマッチング法で検出した実際の部品実装箇所360との位置誤差を取得するにあたり、ステップ408では、画像703内に撮像されている目標部品実装位置701(x、y)と実際の部品実装位置702(x’、y’)を式1-1及び式1-2に代入し、実際の部品実装箇所702を原点とした、実装誤差(Δx,Δy)を取得する。
[式1-1]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
[式1-2]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 また、図10は、実装誤差を極座標(r,θ)を用いて表したものである。xy座標だけでなく、極座標を用いることもできる。
 次に、取得した実装誤差からノズル補正値を求める方法について説明する。図11は、部品実装時のヘッドアクチュエータの様子を示す。図11のノズル303が示すとおり、部品実装装置の稼動直後では、ノズル303の先端が目標実装位置1201に向けて降下し、理想的には部品704の位置に部品305を実装する。
 ところが、部品実装装置を長時間稼動すると、ノズル303’は、ヘッドやビームが熱変形して軸の傾きが生じ、ノズル先端が目標実装位置1201から実装誤差dだけ離れた実装位置1202に向けて降下し、理想的な場合でも部品360の位置に部品305を実装するようになってしまう。
 図12は、上記の目標実装位置1201と実装位置1202を平面に示した。部品実装時、例えばノズル先端の振動により、実装箇所にブレが生じる。円形の範囲1203及び1204は、目標実装位置1201及び実装位置1202に向けて部品305を実装したとき、実際に実装される実装箇所のブレの範囲を示す。つまり、実装誤差dがない場合でも、目標実装位置1201に向けて部品305を実装しようとすると、実際には円形の範囲1203内のどこかに実装されることになる。
 実装開始直後は、ステップ401で得た初期ノズル補正値を用いるによって、許容誤差範囲1205内に収めることができる。しかし、熱変形後の範囲1204は、許容誤差範囲1205内に収まるとは限らないので、ノズル補正値を更新し、熱変形後の範囲1204を実装開始直後の範囲1203に重ねるようにする必要がある。そのために、目標実装位置1201と熱変形後の実装位置1202の差dを算出し、これをノズル補正値に加える必要がある。
 熱変形後の実装位置1202を範囲1204の平均座標として算出する。具体的には、実装時から過去直近1時間以内の実装箇所の平均をとることによって、平均座標1202を算出する。そして、算出した平均座標1202と目標実装位置1201の差を算出し、新たな補正パラメータとする。
 図13は、ロータ301の回転に伴うノズルの補正パラメータの関係を説明するもので、(a)は、一例として8本のノズル303P~Pが配置されたヘッドアクチュエータ103の斜視図を示し、(b)は、8本のノズル303P~Pがロータ301の回転に伴って回転中心軸350を中心とした円1001上を移動する様子を示す。
 ノズル303は、円1001上のP~Pのどの位置でも、部品305の補給や実装をする必要がある。部品の実装や補給の際、ノズル補正値を用いてノズルの位置決めを行う。ノズル補正値を(x,y)パラメータで扱う場合、回転前の位置Pでのノズル補正値(Δxp1,Δyp1)を、矢印1002の方向にノズル303が回転した角度と同じ角度だけ、式2を用いて変換する。なお、θは、360゜/n(ノズルの本数)で求められる。(b)に示す一例では、ノズルの数が8本なのでθ=360゜/8(本)=45゜として計算している。
[式2]
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 ステップ401においても同様の方法で初期ノズル補正値を求める。ノズル補正値は、ヘッドアクチュエータ103に配置されているノズル303の各々について求める。ここで算出した補正パラメータ(Δxpn,Δypn)を、次回実装時にステップ404において取得した部品実装箇所に加えて目標実装位置とすることで、ノズル位置の補正をする。
 実施例1によれば、前回の実装誤差を次回の実装時に補正値として反映することで、長時間の稼動による実装位置の変化に対応し、高精度実装が可能となる、という効果を奏する。
 実施例2は、図14に示すヘッドアクチュエータ1301を用いた場合の部品実装装置の一例であり、以下、これを説明する。
 ヘッドアクチュエータ1301には、Z軸方向に上下動作するノズル303が一列に並んで搭載されている。ヘッドアクチュエータ1301の側面に配置されたカメラビーム1302には、リニアモータ等のアクチュエータ1303が配置されている。このアクチュエータ1303によって、カメラ1305を支持するカメラ支持部1304が移動する。カメラ1305は、基板107上の範囲1306を撮像する。
 図15は、実施例2のフローチャートを示す。ステップ1401では、部品実装作業開始前に、テスト基板を用いて部品実装テストを行い、初期ノズル補正値を取得して制御部108に記憶する。
 ステップ1402では、ノズル303が部品供給部104で部品305を保持する。
 ステップ1403では、ヘッドアクチュエ-タ1301が部品実装位置に移動する。
 上記移動後、ステップ1404において、カメラ1305が、部品実装動作を次に行うノズル303を観察できる位置に移動し、実装後の部品360を撮像する。
 ステップ1405では、カメラ1305によって、基板107を撮像し、部品実装位置を取得し、さらに処理1401で得られた初期ノズル補正値又は処理1409で得られたノズル補正値を加えて、目標部品実装位置とする。
 ステップ1406では、ステップ1405で取得した目標部品実装位置に、部品305を実装する。
 ステップ1407では、実装後の部品360をカメラ1305で撮像する。
 ステップ1408では、制御部108において、ステップ1407で得られた画像から、実装時のノズル位置座標と理想的なノズル位置座標を検出し、実装誤差を算出する。
 ステップ1409では、制御部108において、ステップ1408で算出した実装誤差と直近の過去1時間分の実装誤差の平均値を算出することで、次回実装時のノズル補正値を取得し、制御部108に記憶するノズル補正値を更新する。
 部品実装後、ステップ1410では、ヘッドアクチュエータ103が保持している部品305の数NがN≧1の場合、ステップ1403に移行し、次の部品実装位置へ移動する。また、N=0の場合、ヘッドアクチュエータ103は部品供給部104に移動する。
 ステップ1412では、実装予定の基板を全て実装したかどうかを判断し、実装予定の基板の全ての実装を完了していたら、実装作業を終了し、そうでなければステップ1402に移行する。以降、ステップ1402~ステップ1412を繰り返して部品実装を行う。
 以上の実施例2によれば、カメラ1305を可動にすることにより、ノズルが1列に並ぶヘッドアクチュエータにも、本発明を適用することができる。
 実施例3は、部品を実装する前にノズル降下位置を検出できる部品実装装置の一例である。
 図16は、実施例3におけるヘッドアクチェエータ103の斜視図である。図17は、図16に示すカメラ304で撮像した、実装直前のノズル303と基板107の様子を示す斜視図であり、ここでノズル303には、カメラ304によって検出が容易な印1502が付けられている。
 カメラ304で撮影した基板107の画像1501の上に、印の目標位置を示すテンプレート画像を走査して、各位置において算出した輝度値を用いて、前記印の箇所を取得することにより、ノズル降下位置を取得する。ノズルに付ける印1502は、検出しやすいように、形状が四角形のもの、光を反射する素材のものであることが好ましい。
 以上の実施例3によれば、ノズル降下位置を、実際に実装される前に取得することが可能となるので、実装作業を行う前に取得したノズルの降下位置に基づいてノズルの降下位置を目標位置となるように調節することが可能となる。
101 Yビーム
102 Xビーム
103 ヘッドアクチュエータ
104 部品供給装置
105 部品姿勢確認用カメラ
106 基板ガイド
107 基板
108 制御部
201 Xビームアクチュエータ
202 Yビームアクチュエータ
203 架台
301 ロータ
303 ノズル
303’ 機構の熱変形によって傾いたノズル
304 ヘッドアクチュエータ103に搭載されたカメラ
305 部品
306 カメラ304の撮像範囲
350 ロータ301の回転中心軸
360 実装後の部品
501 実装位置のテンプレート画像
502 図3のカメラ304で撮像した基板画像
503a,b,c 実装位置
505 テンプレート画像501内のはんだ
506a,b,c 基板画像502内のはんだ
701 目標部品実装位置
702 実際の部品実装位置
703 部品実装後の基板107の画像
704 目標部品実装位置に実装された部品位置
1001 ノズル303の移動軌道
1201 部品実装装置稼動直後の目標部品実装位置
1202 熱変形後の部品実装位置
1203 部品実装装置稼働直後の部品実装範囲
1204 熱変形後の部品実装範囲
1205 許容誤差範囲
1301 実施例2に係るヘッドアクチュエータ
1302 カメラビーム
1303 アクチュエータ
1304 カメラ1305支持部
1305 ヘッドアクチュエータ1301に配置されたカメラ
1306 カメラ1305の撮像範囲
1501 図18のカメラ304で撮影した基板画像
1502 ノズル位置認識のための印
 本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。

Claims (3)

  1.  基板に部品を実装するノズルと前記基板の面を撮像する画像センサとを備えて、前記基板に対して移動可能であるヘッドアクチュエータと、制御部とを備えて、
     前記制御部は、前記基板に部品を実装する目標位置と、前記画像センサが撮像した前記基板画像から得られた前記部品の実装箇所との誤差を取得し、前記誤差に基づいて前記ノズルの位置を補正するノズル補正値を更新することを特徴とする部品実装装置。
  2.  請求項1に記載のヘッドアクチュエータにおいて、
     前記画像センサを前記ノズルに対して移動させる移動システムを有し、前記移動システムを用いて前記画像センサを、部品を実装するノズルの位置に移動させることを特徴とする部品実装装置。
  3.  基板に部品を実装するノズルと前記基板の面を撮像する画像センサとを備えて、前記基板に対して移動可能であるヘッドアクチュエータと、制御部とを備えて、
     前記ノズルは前記画像センサが認識できる印を備え、
     前記制御部は、前記ノズルが実装するより前に、前記画像センサが撮像した基板画像から前記印の位置を取得することにより、前記ノズルの位置を取得することを特徴とする部品実装装置。
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