JP4156882B2 - マーク認識装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子部品実装機、印刷機、ディスペンサなどに搬送されてくる基板などの対象物上のマークを高速に、かつ高精度に位置認識し、電子部品を基板に実装する部品実装装置の実装タクト時間、実装精度を向上するためのマーク認識装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子回路基板は電子部品を正確に実装し、実装品質を向上する事、及び実装タクトの高速化の要求が日々叫ばれている。
図１には、部品実装機が図示されており、吸着ヘッド１の吸着ノズル１ａは、ＸＹ駆動機構（不図示）により駆動されて、フィーダ２の位置に移動し、フィーダから供給される部品３を吸着した後認識カメラ６上に移動する。そこで、部品が撮像され、その画像が処理されて部品の吸着位置ずれが補正され、搬送路１１を介して搬送されてくる基板１０上の所定位置に部品が実装される。部品の正確な実装には、基板１０が基準位置にあることが前提となるので、基板１０の所定位置に基板マーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃを形成し、これを吸着ヘッド１が取り付けてあるＸＹ駆動機構（不図示）により駆動されて、基板マーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置上に移動し、各々の位置に停止後吸着ヘッド１に取り付けたＣＣＤカメラ（画像読み取り手段）１２で撮影して画像認識し、基板の基準位置からのずれを求め、これを補正して部品搭載が行なわれている。
【０００３】
このような部品実装機では図２の流れに従って部品が実装される。まず基板１０は搬送路１１により実装位置に搬入され、ＸＹ駆動機構（不図示）はＣＣＤカメラ１２を基板１０上に移動し、停止した後基板上の基板マーク１０ａ〜１０ｃを計測し実装すべき基板位置を調べる（ステップＳ１）。次に、実装する部品データが読み出され（ステップＳ２）、ＸＹ駆動機構（不図示）は、その部品データに従って吸着ノズル１ａをフィーダ２上に移動させる。そこで、吸着ノズル１ａは電子部品３を吸着する（ステップＳ３）。続いてＸＹ駆動機構（不図示）は、吸着ノズル１ａを認識カメラ６上の位置に移動させ、吸着した部品の吸着姿勢が認識カメラ６により認識される（ステップＳ４）。続いて、ステップＳ５で吸着した部品がチップ部品などの部品であることが判断されたときは、ステップＳ６に進んで基板マーク１０ａ〜１０ｃのみで位置補正し、ステップＳ１で求められた基板マーク計測に基づく位置補正データと、ステップＳ４で求められた部品認識に基づく位置補正データにより部品の正確な実装位置データを演算し、ＸＹ駆動機構（不図示）をその位置に移動させて部品を実装する（ステップＳ８）。
【０００４】
一方、ステップＳ５で吸着した部品が高精度部品の時には、ＸＹ駆動機構（不図示）はＣＣＤカメラ１２を基板１０上に移動し、停止した後ＩＣマーク１０ｄ、１０ｅを各々計測し、ＩＣマーク計測による位置補正データと、部品認識に基づく位置補正データにより部品の正確な実装位置データを演算し（ステップＳ７）、ＸＹ駆動機構（不図示）をその位置に移動させて部品を実装する（ステップＳ８）。上記の過程は、実装すべきすべての部品が終了するまで繰り返される（ステップＳ９）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の部品実装機では、チップ部品などの電子部品は、基板マークのみの位置補正で部品実装できるが、ＱＦＰ部品などの高精度実装部品の場合には、上述したように、部品実装位置近傍にあるＩＣマーク１０ｄ、１０ｅを認識し、実装位置を求め部品実装するため、その部品毎にＩＣマークの計測が必要になる。特に基板マークやＩＣマーク認識時にマーク上でカメラを一旦停止させ撮像する方法のために、チップ部品、ＱＦＰ部品などの電子部品の実装に時間がかかるという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
電子部品を基板に実装する電子部品実装方法及び装置において、基板に形成された基板マークもしくはＩＣマークを認識してその位置データを求める場合、マーク上で一旦停止することなく撮像し位置認識するため、各種マーク認識に費やす計測時間の短縮が図れる。精度を確保するため、前もって決められたマークを定速移動（固定速度）及び決められた移動方向（０、９０、１８０、２７０度）により取得した認識位置データ（動的撮像位置データと呼ぶ）と、決められたマーク上で停止した状態で取得した認識位置データ（静的撮像位置データと呼ぶ）の差分を手法補正データとして格納する。（各々の装置により決まる）実装時基板に形成された基板マークもしくはＩＣマークを認識してその位置データを求める場合、該位置データと手法補正データ（移動方向成分を加味してあるデータ）から演算処理し、データ変換することにより、各々のマーク位置データをＣＣＤカメラを停止させること無く高精度に求めることが出来る。
よってこの構成によりマーク認識時にＣＣＤカメラが停止することなく部品搭載準備をすることが出来るため、多品種の部品を高速、かつ高精度に実装できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１〜図６を参照しながら説明する。
実施の形態に基づき本発明の動作を説明する。
本発明の部品実装機は、図１で示した従来使用している部品実装機と同じ機構で構成されており制御方法が異なる、基板１０は搬送路１１を介して、部品実装機に搬入、搬出される。部品実装機には、基板１０のＩＣマーク、基板マーク位置を認識する吸着ノズル１ａを含むＣＣＤカメラ１２を保有した吸着ヘッド１を搭載した任意の位置に位置決め可能なＸＹ駆動機構（不図示）が設けられている。
【０００８】
基板１０の所定位置に基板マーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃを形成し、これを吸着ヘッド１が取り付けてあるＸＹ駆動機構（不図示）により駆動されて、基板マーク１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置上を移動し、各々の位置に停止すること無しに吸着ヘッド１に取り付けたＣＣＤカメラ（画像読み取り手段）１２で撮影して画像認識し求めた各マークの位置データと、あらかじめ取得した各部品実装機固有な補正データ（手法補正データ）を演算処理し、基板の基準位置からのずれを求める。
【０００９】
次に、このＸＹ駆動機構（不図示）により吸着ヘッド１がフィーダ２に移動し、ここから供給される部品３が吸着ノズル１ａで吸着される。また、部品実装機には、吸着ノズル１ａで吸着された部品３の吸着姿勢を撮像計測する認識カメラ６が設けられている。そこで、部品３がこのＸＹ駆動機構（不図示）により認識カメラ６上に移動し撮像され、その画像が処理されて部品３の吸着位置ずれが求められ、概求められた基板の基準位置からのずれデータと吸着位置ずれデータからＸＹ駆動機構（不図示）の補正データを求め部品搭載が行われる。
各部品実装機でパラメータ取得時に行う手法補正データ取得について詳細に説明する。
【００１０】
図３ に示すように図１ で示した部品実装機にパラメータ取得用基板１ ９ を用い手法補正データの取得方法（ 図４ 参照） を示す。搬送路１ １ により部品実装機の実装位置に搬入され固定される（ ステップｓ １ １ ） 。Ｘ Ｙ 駆動機構（ 不図示） はＣ Ｃ Ｄ カメラ１ ２ を保有した吸着ヘッド（ 不図示） をパラメータ取得用基板１ ９ 上に移動させる。図５で示すようにパラメータ取得用基板１ ９ 上に形成された複数の基板マークＴ Ｍ ｎ （ ｎ ＝ １ 、２ 、３ ）上を、Ｃ Ｃ Ｄ カメラ１ ２ を保有した吸着ヘッド（ 不図示） は、この基板マークＴ Ｍ １〜 Ｔ Ｍ ３ の各所定位置に停止後、基板マークを撮像し画像処理装置２ ０ にてその位置を計測し、基板マーク３ 点の静的撮像位置データを画像処理装置２ ０ のメモリ２ ０ ｇ に格納する（ ステップｓ １ ２ ） 。
【００１１】
続いてＣＣＤカメラ１２を保有した吸着ヘッド（不図示）はこの基板マークＴＭ１〜ＴＭ３を各所定位置上を設定定速で決められた方向移動中にモータ等のエンコーダ（不図示）で監視し静的撮像位置データと同等な位置データに成ったとき、基板マークを撮像し画像処理装置２０にてその位置を計測し基板マーク３点の動的撮像位置データを画像処理装置２０のメモリ２０ｇに格納する（ステップＳ１３）。動的撮像位置データ計測は最低でも3個のマークで４方向移動（０、９０、１８０、２７０度）のデータを１回計測しメモリ２０ｇに格納、あるいは各マークで４方向移動データを計測し算術平均した結果を画像処理装置２０のメモリ２０ｇに格納する。
【００１２】
概求めたステップｓ１２，１３の結果から、各移動方向の動的撮像位置データと静的撮像位置データとの差分を手法補正データとして画像処理装置２０のメモリ２０ｇに格納し（ステップｓ１４）フォーマットとしては図６に示す手法補正データ変換テーブルである。
次に上記部品実装機は図３、図５の部品実装機であり、パラメータ取得用基板１９の代わりに図７の実装用基板１８と図８のフローチャートに従い部品実装動作の説明を始める。
【００１３】
実装用基板１８は搬送路１１により部品実装機の実装位置に搬入される（ステップｓ２０）。ＸＹ駆動機構（不図示）は基板マークを認識するため、ＣＣＤカメラ１２を保有した吸着ヘッド１を実装用基板１８上に移動させる。実装用基板１８上には、図７に示したように、複数の基板マークＰＭｎ（ｎ＝１、２、３）が形成されており、ＣＣＤカメラ１２を保有した吸着ヘッド１はこの基板マークＰＭ１〜ＰＭ３上を定速で決められた方向（例えばＰＭ１：右から、ＰＭ２：下から、ＰＭ３：左から）に移動しながらを撮像してその位置を計測した３点の基板マーク位置データ「ＰＭ１（ｘ１＋Δｘ１、ｙ１＋Δｙ１）、ＰＭ２（ｘ２＋Δｘ２、ｙ２＋Δｙ２）、ＰＭ３（ｘ３＋Δｘ３、ｙ３＋Δｙ３）」（ステップｓ２１）と、前もって取得した手法補正データを演算し、３点の基板マーク位置データ「ＰＭ１（ｘ１＋Δｘ１−０．４、ｙ１＋Δｙ１）右から移動時の基板マーク位置データ、ＰＭ２（ｘ２＋Δｘ２、ｙ２＋Δｙ２−０．３）下から移動時の基板マーク位置データ、ＰＭ３（ｘ３＋Δｘ３＋０．５、ｙ３＋Δｙ３）左から移動時の基板マーク位置データ」を取得し、基板マーク位置補正データを求める（ステップｓ２２）。
【００１４】
次に、図９の部品データテーブルの部品データを実装順序に従い読み出し、部品データによりＸＹ駆動機構（不図示）をフィーダ２へ移動開始させ、そして吸着ノズル１ａで目的の部品３を吸着する（ｓ２３）。部品吸着後ＸＹ駆動機構（不図示）はき認識カメラ６の計測位置に移動後、吸着ノズル１ａは部品３を認識カメラ６のフォーカス面まで下降する。この時点で認識カメラ６にて撮像され部品３の位置ずれデータ（Δｘ２１、Δｙ２１、ΔΘ２１）を求める（ｓ２４）。実装すべき部品３の位置ずれデータを求めた後、搭載精度をあまり要求しない部品（Ｃｈｉｐ部品等）などは前記求めた基板１０の３点の基板マーク位置データを基に演算した基板マーク位置補正データ（Δｘ１０、Δｙ１０、ΔΘ１０）と、吸着ノズル１ａで吸着した部品３の位置ずれデータ（Δｘ２ｎ、Δｙ２ｎ、ΔΘ２ｎ）とで、部品装着位置データ（ｘｎ、ｙｎ）を求め（ｓ２５）、ＸＹ駆動機構（不図示）を制御して所定位置に部品実装する（ｓ２６）。
【００１５】
搭載精度の要求が非常に高いＱＦＰ部品などは、基板マークによる基板マーク位置補正データを参照し、ＸＹ駆動機構（不図示）で吸着ヘッド１を基板１０上に移動させ、ＣＣＤカメラ１２が定速で一定方向移動中にＩＣマーク１０ａ・１０ｂを計測し、求めたＩＣマーク位置データを前記基板マーク位置データ取得と同様にＩＣマーク位置データを手法補正データを加味して演算した、基板１０上のＩＣマーク位置補正データ（Δｘ１１、Δｙ１１、ΔΘ１１）と、部品３の位置ずれデータ（Δｘ２、Δｙ２、ΔΘ２）とで、部品実装位置データ（ｘｎ、ｙｎ）を求め（ｓ２７）、ＸＹ駆動機構（不図示）を制御して基板１０上の所定位置に移動し部品実装する（ｓ２６）。
【００１６】
部品実装後、最終部品データかどうかの確認をする（ｓ２８）。最終部品データなら実装終了となり、基板１０は搬送路１１により排出位置に搬送される。
部品装着終了でないならば、読み出した部品データによりＸＹ駆動機構（不図示）はフィーダ２へ移動開始（ｓ２３）し対応するフィーダから部品を吸着する。この繰り返しを部品データが終了するまで行なう。以上のように基板マーク認識方法、手段およびＩＣマーク認識方法、手段以外は従来実施している技術である。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板マークやＩＣマークの撮像が今までのようにＣＣＤカメラが停止するまでの時間を待つ事なしにマーク撮像できるため、マーク認識のトータル時間の短縮が可能となりタクトタイムの向上に貢献できる、また認識精度は静的撮像位置データと動的撮像位置データから撮像法による補正データを持つため従来技術でマーク認識した結果と同等の精度を保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の部品実装機の概略構成を示した概略斜視図である。
【図２】従来の部品実装機の部品装着の流れを示したフローチャートである。
【図３】本発明のパラメータ取得時の構成を示した概略斜視図である。
【図４】本発明のパラメータ取得時の流れを示したフローチャートである。
【図５】本発明の部品実装機の概略構成を示した構成図である。
【図６】本発明の手法補正データ変換テーブルを示す表図である。
【図７】本発明の説明に使用する実装用基板図である。
【図８】本発明の部品実装機の部品装着の流れを示したフローチャートである。
【図９】本発明の説明に使用する部品データテーブルを示す表図である。
【符号の説明】
１ 吸着ヘッド
１ａ 吸着ノズル
２ フィーダ
３ 部品
６ 認識カメラ
１０ 基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 基板マーク
１０ｄ、１０ ＩＣマーク
１１ 搬送路
１２ ＣＣＤカメラ
１８ 実装用基板
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 実装用基板マーク
１９ パラメータ取得用基板
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ パラメータ取得用基板マーク
２０ 画像処理装置
２１ モニタ
２２ コントローラ

Claims (2)

1. 電子部品実装機、印刷機、ディスペンサなどに搬送されてくる基板などの対象物上のマークを認識するマーク位置認識方法において、
   前もってパラメータ取得用基板上に形成されたマーク上で、カメラを停止させて取得する静的撮像位置データとカメラを移動させながら取得する動的撮像位置データから撮像法による手法補正データを求め、
   部品搭載時に対象物上をカメラ移動しながら画像を読み取る動的撮像手段で得たマーク位置データに、
   前もって得た手法補正データを読み出して該マーク位置データと演算処理を行い、
   基板の位置補正データを求めることを特徴とするマーク位置認識方法。
2. 電子部品実装機、印刷機、ディスペンサなどに搬送されてくる基板などの対象物上のマークを認識するマーク位置認識装置において、
   前もってパラメータ取得用基板上に形成されたマーク上で、カメラを停止させて取得する静的撮像位置データとカメラを移動させながら取得する動的撮像位置データから撮像法による手法補正データを求める手段と、
   部品搭載時に対象物上をカメラ移動しながら画像を読み取る動的撮像手段で得た対象物のマーク位置データを求める手段と、
   前もって得た手法補正データを読み出して該マーク位置データと演算処理を行う演算手段とを有し、
   基板の位置補正データを求めることを特徴とするマーク位置認識装置

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