JP4989199B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板上に装着する電子部品装着装置に関する。詳述すれば、電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板の高さレベルを高さレベル検出装置により測定し、この高さレベル検出装置の測定結果に基づいて前記プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置に関する。

一般的な電子部品装着装置は、例えば、特許文献１などに開示されている。そして、極小電子部品においては、装着動作の際にプリント基板の反りによって、装着されずに持ち帰りや、電子部品の割れや半田の飛散が発生することがある。このため、レーザ変位計などの基板の高さレベル検出装置を用いて、この測定結果に基づいて、装着の際に吸着ノズルの下降制御を行っている。
特開２００６−２８６７０７号公報

しかし、電子部品装着装置の設置環境温度の変化に伴って高さレベル検出装置の測定結果が変動したり、高さレベル検出装置が配設された構造物の伸縮などにより高さレベル検出装置の測定値が変化する。

そこで本発明は、プリント基板の高さレベル検出装置の測定結果が電子部品装着装置の設置環境温度の変化に影響を受けないようにして、プリント基板の反りに対応できるようにすることを目的とする。

このため第１の発明は、電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板の高さレベルを高さレベル検出装置により測定し、この高さレベル検出装置の測定結果に基づいて前記プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、基板高さ測定用マスター治具と、このマスター治具を撮像する認識カメラと、この認識カメラの撮像結果に基づいて認識処理して前記マスター治具の中心を測定する測定装置と、格納された設定中心値と前記測定装置の測定結果とのズレ量を算出する算出装置とを設け、前記算出装置により算出されたズレ量に基づいて補正された前記マスター治具の中心位置の高さレベルを前記高さレベル検出装置が測定し、前記高さレベル検出装置により測定した結果に基づいて、前記プリント基板の高さレベルを前記高さレベル検出装置により測定した測定結果を補正して、前記吸着ノズルの下降を制御するようにしたことを特徴とする。

第２の発明は、電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板の高さレベルを高さレベル検出装置により測定し、この高さレベル検出装置の測定結果に基づいて前記プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、本体から上方へ突出した検出面を有する基板高さ測定用マスター治具と、このマスター治具の中心座標が中心となるマトリックス状の複数の位置で前記マスター治具の高さを前記高さレベル検出装置で測定した測定結果に基づいて前記マスター治具の中心を測定する測定装置と、格納された設定中心値と前記測定装置の測定結果とのズレ量を算出する算出装置とを設け、前記算出装置により算出されたズレ量に基づいて補正された前記マスター治具の中心位置の高さレベルを前記高さレベル検出装置が測定し、前記高さレベル検出装置により測定した結果に基づいて、前記プリント基板の高さレベルを前記高さレベル検出装置により測定した測定結果を補正して、前記吸着ノズルの下降を制御するようにしたことを特徴とする。

第３の発明は、電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板の高さレベルを高さレベル検出装置により測定し、この高さレベル検出装置の測定結果に基づいて前記プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、基板高さ測定用マスター治具を備え、このマスター治具の高さを前記高さレベル検出装置により測定した結果に基づいて、位置決めされたプリント基板上に電子部品を装着する前に前記プリント基板の高さレベルを前記高さレベル検出装置により測定した測定結果を補正して、前記吸着ノズルの下降を制御するようにしたことを特徴とする。

本発明は、プリント基板の高さレベル検出装置の測定結果が電子部品装着装置の設置環境温度の変化に影響を受けないようにして、プリント基板の反りに対応できるようにすることができる。

以下図に基づき、プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置について、実施の形態を説明する。図１は電子部品装着装置１の平面図で、該装置１の基台２上には種々の電子部品を夫々その部品取出し部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向する部品供給ユニット３群の間には、供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。供給コンベア４は上流側装置より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に搬送し、位置決め部５で図示しない位置決め機構により位置決め固定された該基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送される。

８Ａ、８ＢはＸ方向に長い一対のビームであり、夫々Ｙ軸モータ９の駆動によりネジ軸１０を回転させ、左右一対のガイド１１に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出し部（部品吸着位置）上方を個別にＹ方向に移動する。

各ビーム８Ａ、８Ｂにはその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸モータ１２によりガイド(図示せず)に沿って移動する装着ヘッド７Ａ、７Ｂが夫々設けられている。各装着ヘッド７Ａ又は７Ｂには２本の吸着ノズル１７Ａ、１７Ｂ又は１７Ｃ、１７Ｄを上下動させるための上下軸モータ１３が２個搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸モータ１４が２個搭載されている。したがって、２個の装着ヘッド７Ａ、７Ｂの各吸着ノズルはＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

１５は基板認識カメラで、プリント基板Ｐに付された複数の基板認識マークを撮像し、１６は部品認識カメラで、吸着ノズル１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄに吸着保持された電子部品を撮像する。１８は前記装着ヘッド７Ａ、７Ｂに設けられたレーザ変位計などの高さレベル検出装置で、前記位置決め部で位置決めされたプリント基板Ｐの高さレベルを測定する。

１９は前記基台２に固定された基板高さ測定用の鋼鉄製のマスター治具で、図３に示すように、直方体形状の本体１９Ａの天面に段差を存して上方へ突出した平面視四角形状の測定面１９Ｂを備えている。この測定面１９Ｂは極力平らに形成されている。

次に、図２の制御ブロック図において、電子部品装着装置１の各要素はＣＰＵ３０が統括制御しており、この制御に係るプログラムを格納するＲＯＭ３１及び各種データを格納するＲＡＭ３２がバスライン３３を介して接続されている。また、ＣＰＵ３０には操作画面等を表示するモニタ３４及び該モニタ３４の表示画面に形成された入力手段としてのタッチパネルスイッチ３５がインターフェース３６を介して接続されている。また、前記Ｙ軸モータ９等が駆動回路３８、インターフェース３６を介して前記ＣＰＵ３０に接続されている。

前記ＲＡＭ３２には、部品装着に係るプリント基板Ｐの種類毎に装着データが記憶されており、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板Ｐ内での各電子部品の装着座標のＸ方向、Ｙ方向及び角度情報や、各部品供給ユニット３の配置番号情報等が格納されている。また前記ＲＡＭ３２には、前記各部品供給ユニット３の部品供給ユニット配置番号に対応した各電子部品の種類の情報、即ち部品配置データが格納されており、更にはこの部品ＩＤ毎に電子部品のＸ方向、Ｙ方向の長さ、厚さ情報及び使用吸着ノズルのノズルＩＤ等に関する部品ライブラリデータが格納されている。

３７はインターフェース３６を介して前記ＣＰＵ３０に接続される認識処理装置で、前記基板認識カメラ１５や部品認識カメラ１６により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置３７にて行われ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ３０は基板認識カメラ１５や部品認識カメラ１６により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理装置３７に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置３７から受取るものである。

次に、図４のフローチャートに基づいて、マスター治具１９のＸＹ方向（平面方向）のオフセット値の算出及び保存について説明する。例えば、電子部品装着装置の工場への設置後に、先ず、作業者はモニタ３４に表示されたタッチパネルスイッチ３５を押圧操作して、ＣＰＵ３０により基板認識カメラ１５を前記マスター治具１９上方にＸＹ移動させるように制御して、前記マスター治具１９を基板認識カメラ１５で撮像する。

そして、基板認識カメラ１５で撮像された画像を認識処理装置３７が認識処理し、ＣＰＵ３０がマスター治具１９の測定面１９Ｂの中心のＸＹ座標を算出すると共にこの算出されたＸＹ座標をＲＡＭ３２に格納する。この場合、測定面１９Ｂは周囲のこれより低い面１９Ｃとは色違いであり、測定面１９Ｂを認識処理する。

この後、ＣＰＵ３０はＲＡＭ３２に格納されている測定面１９Ｂの理論上の中心座標である設計値とのズレ量を算出し、マスター治具１９のＸＹ方向のオフセット値としてＲＡＭ３２に格納する。即ち、基板認識カメラ１５の撮像された画像を示す図5に示すように、測定面１９Ｂの前記設計値である基板認識カメラ１５の中心ＣＯ座標と撮像されたマスター治具１９の測定面１９Ｂの中心ＪＯ座標とのズレ量を算出して、マスター治具１９のＸＹ方向のオフセット値としてＲＡＭ３２に格納する。

次に、図６のフローチャートに基づいて、高さレベル検出装置１８のＸＹ方向（平面方向）のオフセット値の算出及び保存について説明する。マスター治具１９のＸＹ方向のオフセット値の算出及び保存と同様に、例えば、電子部品装着装置の工場への設置後に、先ず、作業者はモニタ３４に表示されたタッチパネルスイッチ３５を押圧操作して、ＣＰＵ３０により高さレベル検出装置１８を前記マスター治具１９上方にＸＹ移動させるように制御して、前記マスター治具１９の高さレベルを高さレベル検出装置１８で測定する。

この場合、マスター治具１９（測定面１９Ｂ）の中心座標が中心となるマトリックス状の複数の位置において、高さレベル検出装置１８によりマスター治具１９の高さレベルを測定する。具体的には、図７に示すように、高さレベル検出装置１８を前記マスター治具１９上方にＸＹ移動させて、マスター治具１９上の６列６行の計３６点において、高さレベルを測定し、ＣＰＵ３０は高さレベル検出装置１８の測定値をＲＡＭ３２に格納させる。

次に、ＣＰＵ３０はこれらの測定値と予めＲＡＭ３２に格納された所定の値とを比較して、低い測定値はマスター治具１９の本体１９Ａの上面であって高い測定値は測定面１９Ｂであるはずであり、ある高さ以上の測定値を測定した測定位置をマスター治具１９上面部分、即ち測定面１９Ｂとして認識処理する。

そして、ＣＰＵ３０は前記高さレベル検出装置１８で測定したマスター治具１９の上面部分（高い測定値で測定面１９Ｂであるはずの部分）の中心座標を算出して、その算出値をＲＡＭ３２に格納する。

そして、このように算出されたマスター治具１９の上面部分（高い測定値で測定面１９Ｂであるはずの部分）の中心座標と予めＲＡＭ３２に格納されたマスター治具１９の中心座標とのズレ量を算出して、そのズレ量をセンサオフセット値としてＲＡＭ３２に格納する。

最後に、作業者はモニタ３４に表示されたタッチパネルスイッチ３５を押圧操作して、ＣＰＵ３０により高さレベル検出装置１８を前記マスター治具１９の中心位置、即ち前述したようなＲＡＭ３２に格納されたマスター治具１９のＸＹ方向のオフセット値及び高さレベル検出装置１８のＸＹ方向のオフセット値に基づいて補正されたマスター治具１９の中心位置の直上方に高さレベル検出装置１８が位置するように、ＣＰＵ３０がＸ軸モータ１２及びＹ軸モータ９を制御して、前記マスター治具１９の高さレベルを高さレベル検出装置１８で測定し、この測定結果をＲＡＭ３２に格納させる。

以上の構成により、以下図８に示す生産運転に係るフローチャートに基づき説明する。先ず、プリント基板Ｐが上流側装置（図示せず）より受継がれて供給コンベア４上に存在すると、供給コンベア４上のプリント基板Ｐを位置決め部５へ移動させて搬入する。

このとき、基板搬送方向における基準としての位置規制装置の位置決めピン（図示せず）に当該プリント基板Ｐが係止して停止することとなる。そして、Ｚクランプ機構（図示せず）が作動して、プリント基板Ｐの高さ方向のレベルを一定として、プリント基板Ｐの上下方向の位置決めをすることができると共に３次元方向の位置決めをして固定することができる。

更に、バックアップベース（図示せず）の複数の凹溝に生産すべきプリント基板Ｐに必要なバックアップピンが挿入されており、該バックアップベースの上昇により、このバックアップピンがプリント基板Ｐの裏面に当接し、該基板Ｐを水平に保持するように押し上げ支持する。

このようにして、プリント基板Ｐの位置決め動作が終了するが、この位置決めされたことがＣＰＵ３０により判断されると、Ｘ軸モータ１２及びＹ軸モータ９を制御して装着ヘッド７Ａ又は７Ｂ、及び高さレベル検出装置１８を移動させ、マスター治具１９上方に高さレベル検出装置１８を位置させる。

この場合、前述したように、ＲＡＭ３２に格納されたマスター治具１９のＸＹ方向のオフセット値及び高さレベル検出装置１８のＸＹ方向のオフセット値に基づいて補正されたマスター治具１９の中心位置の直上方に高さレベル検出装置１８が位置するように、ＣＰＵ３０がＸ軸モータ１２及びＹ軸モータ９を制御し、補正されたマスター治具１９の中心位置における高さレベルを高さレベル検出装置１８が測定する。

そして、生産運転開始前又は生産運転開始直後の基板搬入毎、或いは所定枚数の基板搬入毎に、マスター治具１９の中心位置の高さレベルを測定して、予めＲＡＭ３２に格納した高さレベル、即ち教示時の値と高さレベル検出装置１８の測定値とが異なり、その差が一定範囲内に無い場合には差である変化分を測定値のドリフト量（変動量）として、ＣＰＵ３０はＲＡＭ３２に格納させる。

そして、前記教示時の値と高さレベル検出装置１８の測定値とが同じ場合や差が一定範囲内にあると判断されたときはそのすぐ後に、また前記ドリフト量（変動量）の格納後に、前記位置決め部５で位置決めされたプリント基板Ｐの高さレベルを高さレベル検出装置１８が測定（通常測定）し、前記ＣＰＵ３０はＲＡＭ３２にこの測定値を格納させる。

その後、ＣＰＵ３０は前記ドリフト量が格納されている場合には前記通常測定の測定結果に前記ドリフト量を加味して、前記プリント基板上に電子部品を装着するように前記吸着ノズル１７Ａ、１７Ｂ又は１７Ｃ、１７Ｄの上下軸モータ１３の駆動制御を行うことにより下降量の制御がなされる。また、前記ドリフト量が格納されていない場合にはドリフト量を加味することなく、前記通常測定の測定結果に基づいて前記プリント基板Ｐ上に電子部品を装着するように、前記吸着ノズル１７Ａ、１７Ｂ又は１７Ｃ、１７Ｄの上下軸モータ１３の駆動制御を行うことにより下降量の制御がなされる。

従来、極小電子部品においては、電子部品装着装置の設置環境温度の変化に伴って高さレベル検出装置の測定結果が変動したり、運転中の高さレベル検出装置が配設された構造物の伸縮などにより高さレベル検出装置の測定値が変化することにより、高さレベル検出装置の測定結果に基づいて吸着ノズルの下降量に係る補正制御をしても、装着動作の際にプリント基板の反りによって、装着されずに持ち帰りや、電子部品の割れや半田の飛散が発生することがあったが、本発明によれば、電子部品装着装置の設置環境温度の変化が発生しても、プリント基板の反りに対応することができる。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

電子部品自動装着装置の平面図である。 制御ブロック図である。 マスター治具の斜視図である。 マスター治具のＸＹ方向のオフセット値を求めるフローチャート図である。 マスター治具の撮像画面を示す図である。 高さレベル検出装置のＸＹ方向のオフセット値を求めるフローチャート図である。 マスター治具の中心座標を中心としたマトリックスとマスター治具の上面との関係を示す図である。 生産運転に係るフローチャートを示す図である。

符号の説明

１ 電子部品装着装置
５ 位置決め部
７Ａ、７Ｂ 装着ヘッド
１７Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 吸着ノズル
１８ 高さレベル検出装置
１９ マスター治具
３０ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３４ モニタ
３５ タッチパネルスイッチ
Ｐ プリント基板

Claims (3)

1. 電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板の高さレベルを高さレベル検出装置により測定し、この高さレベル検出装置の測定結果に基づいて前記プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、基板高さ測定用マスター治具と、このマスター治具を撮像する認識カメラと、この認識カメラの撮像結果に基づいて認識処理して前記マスター治具の中心を測定する測定装置と、格納された設定中心値と前記測定装置の測定結果とのズレ量を算出する算出装置とを設け、前記算出装置により算出されたズレ量に基づいて補正された前記マスター治具の中心位置の高さレベルを前記高さレベル検出装置が測定し、前記高さレベル検出装置により測定した結果に基づいて、前記プリント基板の高さレベルを前記高さレベル検出装置により測定した測定結果を補正して、前記吸着ノズルの下降を制御するようにしたことを特徴とする電子部品装着装置。
2. 電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板の高さレベルを高さレベル検出装置により測定し、この高さレベル検出装置の測定結果に基づいて前記プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、本体から上方へ突出した検出面を有する基板高さ測定用マスター治具と、このマスター治具の中心座標が中心となるマトリックス状の複数の位置で前記マスター治具の高さを前記高さレベル検出装置で測定した測定結果に基づいて前記マスター治具の中心を測定する測定装置と、格納された設定中心値と前記測定装置の測定結果とのズレ量を算出する算出装置とを設け、前記算出装置により算出されたズレ量に基づいて補正された前記マスター治具の中心位置の高さレベルを前記高さレベル検出装置が測定し、前記高さレベル検出装置により測定した結果に基づいて、前記プリント基板の高さレベルを前記高さレベル検出装置により測定した測定結果を補正して、前記吸着ノズルの下降を制御するようにしたことを特徴とする電子部品装着装置。
3. 電子部品を部品供給装置より吸着ノズルにより吸着して取出し、位置決めされたプリント基板の高さレベルを高さレベル検出装置により測定し、この高さレベル検出装置の測定結果に基づいて前記プリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置において、基板高さ測定用マスター治具を備え、このマスター治具の高さを前記高さレベル検出装置により測定した結果に基づいて、位置決めされたプリント基板上に電子部品を装着する前に前記プリント基板の高さレベルを前記高さレベル検出装置により測定した測定結果を補正して、前記吸着ノズルの下降を制御するようにしたことを特徴とする電子部品装着装置。

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