JP5052302B2

JP5052302B2 - 部品実装方法及び装置

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Publication number: JP5052302B2
Application number: JP2007302160A
Authority: JP
Inventors: 達矢松井
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: JP2009130058A; CN101442899B; CN101442899A

Description

本発明は、部品供給装置より供給される部品を、移動自在な搭載ヘッドに装着された、交換可能なノズルにより吸着して、基板上に搭載する部品実装方法及び装置に係り、特に、板金を加工したノイズ対策用シールド部品等の異型部品においても、部品実装装置の生産プロフラム（ファイル）作成時や実装時に、部品吸着部の形状や部品寸法に応じた適切なノズルを自動的に設定することが可能な部品実装方法及び装置に関する。

部品実装装置では、特許文献１に例示される如く、移動自在な搭載ヘッドに着脱が自在な吸着ノズルを装着し、部品供給装置の部品供給位置へ移動し、搭載ヘッドを部品まで下降させ、吸着孔内を真空にして、部品を吸着し、部品をピックアップして、搬送されてくる基板上に移動し、吸着部品を基板の所定位置に搭載している。

このような部品実装装置では、部品に合わせて最適なノズルを選択する必要がある。そこで、特許文献２では、搭載する部品の外形寸法から、十分な面積で安定した吸着面が得られるノズルを最適ノズルとして設定していた。

又、特許文献３では、選択したノズルをモニタ上に表示し、撮影した画像を移動させて、ノズルと吸着位置を合わせる方法を採っている。

特開２００５−１８３４１２号公報（図１〜図３）特開平１０−３２９０７３号公報特開２００４−１４６６６１号公報

しかしながら、近年実装業界で多用される、図１や図２に例示する如く、板金を加工した、ノイズ対策用シールド部品等において、軽量化のために肉抜きされたもの、表面の切削処理の精度が低いもの、あるいは、表面にバンプのあるもの等、様々な要因によって、吸着位置や吸着面積が制限される傾向にある。その結果、特許文献２のように部品外形寸法から判別されるノズルが、必ずしも最適ではなくなっており、部品の吸着位置の形状を考慮したノズルに再設定する必要があった。そのため、従来は、オペレータがノギス等の計測機具を用いて、実際に部品吸着部の寸法を測定したり、あるいは、図面から部品寸法を読取って最適なノズルを選定していた。しかしながら、これらの方法では、寸法を測定したり、図面から読取ったりするための作業時間が発生し、又、選定ミスが発生した場合に、安定して部品を吸着することができないという問題を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、板金を加工したノイズ対策用シールド部品等の異型部品においても、部品吸着部の形状に適したノズルを的確に選択可能とすることを課題とする。

本発明は、部品供給装置より供給される部品を、移動自在な搭載ヘッドに装着された、交換可能なノズルにより吸着して、基板上に搭載する部品実装方法において、部品供給装置の部品供給位置で部品吸着部の形状を検出し、検出結果から、部品吸着部の形状に適したノズルを選択するようにして、前記課題を解決したものである。

ここで、選択されたノズルの吸着孔の画像を、部品吸着部の画像に重ねて表示することができる。

本発明は、又、部品供給装置より供給される部品を、移動自在な搭載ヘッドに装着された、交換可能なノズルにより吸着して、基板上に搭載する部品実装装置において、部品供給装置の部品供給位置で部品吸着部の形状を検出する手段と、検出結果から、部品吸着部の形状に適したノズルを選択する手段と、を備えたことを特徴とする部品実装装置を提供するものである。

本発明によれば、部品供給装置の部品吸着位置で部品吸着部の形状を検出し、検出した形状に適したノズルを選択するようにしたので、板金を加工したノイズ対策用シールド部品等の異型部品においても、短時間で安定した生産を可能にする生産プログラムの作成や、短時間で安定した生産が可能になる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図３は、部品実装装置の概略図であり、同図に示すように、部品実装装置１は、中央部から少し後方で左右方向に延在する基板搬送路１５と、装置１の前部（図示の下側）に配設され、回路基板（単に基板と称する）１０に実装される部品を供給する部品供給装置（フィーダ）１１と、装置１の前部に配設されたＸ軸移動機構１２とＹ軸移動機構１３を備えている。Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する複数の吸着ノズル１７ａを備えた搭載ヘッド１７をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構１３は、Ｘ軸移動機構１２並びに搭載ヘッド１７をＹ軸方向に移動させる。

搭載ヘッド１７は、図４に詳細に図示されているように、吸着ノズル１７ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構１８、並びに吸着ノズルとノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構１９を、吸着ノズルの数（図示例では３個）だけ備えている。また、搭載ヘッド１７には、レーザ光を部品供給装置に当て、その反射光を受光して部品高さあるいは部品位置（部品中心）を決定する高さセンサ３０が取り付けられ、また、部品供給装置の吸着位置にある部品を撮像する部品認識カメラ３２が取り付けられる。この部品認識カメラ３２と同様な部品認識カメラが符号は付してないが右側にも設けられる。

更に、搭載ヘッド１７には、レーザアライン装置（レーザ認識装置）３３が吸着ノズルの数だけ取り付けられる。このレーザアライン装置３３は、レーザを発光するレーザ発光部３３ａと、レーザ発光部３３ａからのレーザを受光するレーザ受光部３３ｂからなり、吸着ノズル１７ａが部品供給装置１１から吸着位置にある部品を吸着したあと、吸着ノズルがレーザアライン装置３３の開口部３３ｃに向けて下降し、θ軸回転機構１９によりレーザ発光部３３ａからのレーザ光束中で吸着部品をθ軸回転させてレーザ光の影をレーザ受光部３３ｂで受光する。後述する制御部の演算装置（ＣＰＵ）は、レーザ受光部が受光した部品の影の最大値、最小値を求めることにより部品位置（部品中心並びに部品の傾き）を演算し、部品中心と吸着中心のずれ、並びに吸着傾きを求める。

また、部品実装装置１には、図３に示したように、部品認識カメラ１６が固定して設けられ、吸着部品を下方から撮像する。撮像された部品の画像は、後述の画像処理部で処理され、部品位置（部品中心並びに部品の傾き）が演算され、部品中心と吸着中心のずれ、並びに吸着傾きが求められる。この部品認識カメラ１６は、主にＩＣ部品など高い搭載精度が要求される部品を認識するために用いられ、チップ部品などの小型の部品は、上述したレーザアライン装置３３によりその位置が認識される。

また、部品実装装置には、図３に示したように、部品認識カメラ１６、３２で撮像された部品の画像や入力データ、演算データを表示するＣＲＴモニタ２、操作画面を表示する液晶モニタ３、コマンド、データなどを入力するキーボード４が設けられる。

図５は、部品実装装置１の制御系の構成を示す。部品実装装置１は、全体の部品実装を制御するＣＰＵ２１ａ、各種制御プログラムやデータを格納したＲＯＭ２１ｃ、制御データ、処理データを格納し作業領域を提供するＲＡＭ２１ｂから構成される制御部（制御手段）２１を有している。また、部品実装装置１には、ホストコンピュータ（不図示）との間でデータ送受信が可能なデータ送受信部２６が設けられており、ホストコンピュータから送信されてくる生産プログラムは、このデータ送受信部２６を介して受信され、データ記憶部２５に格納される。制御部２１は、ホストコンピュータから送信される生産プログラムのデータ並びにデータ入力部２７（キーボート４など）を介して入力されるデータに従って、Ｘ／Ｙ駆動部２２によりＸ軸移動機構１２とＹ軸移動機構１３を制御し、搭載ヘッド１７をＸ、Ｙ方向に移動させる。また、制御部２１は、他の駆動部２３によりＺ軸移動機構１８並びにθ軸回転機構１９を制御し、吸着ノズルをＺ軸方向（高さ方向）並びに吸着軸（θ）を中心に回転させる。

また、制御部２１は、搭載ヘッド１７を部品供給装置上でＸ、Ｙ方向に移動させることにより高さセンサ３０からのレーザ光で吸着位置の部品をクロススキャンし、ＣＰＵ（演算手段）２１ａは、その信号を取り込んで部品の高さや部品中心位置を演算する。また、制御部２１のＣＰＵ２１ａは、レーザアライン装置３３のレーザ受光部が受光した部品の影の最大値、最小値を求めることにより吸着位置で吸着した部品の位置（部品中心）を演算し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、並びに吸着傾きを求める。

一方、画像処理部２４は、部品認識カメラ３２が撮像した部品供給装置の吸着位置にある部品の画像を取り込んで該部品の位置（部品中心）を演算する。また、画像処理部２４は部品認識カメラ１６からの画像を処理して吸着ノズルにより吸着された部品位置を演算し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、並びに吸着傾きを求める。部品認識カメラ１６により求められる位置ずれ並びに吸着傾きは、搭載ヘッド１７が回路基板に移動する間にＸ軸移動機構１２とＹ軸移動機構１３、並びにθ軸回転機構１９により補正され、部品が正しい姿勢で基板１０に搭載される。

以下、図６を参照して、第１実施形態の処理手順を詳細に説明する。

部品実装装置１は、部品供給装置１１の所定の位置より部品を吸着し、基板１０上の搭載指定位置に実装する。通常、部品実装装置１内の部品供給装置装着部１１ａには、複数の部品供給装置１１が装着されており、各々の部品供給装置１１から供給される部品の吸着位置を登録する（ステップ１００）。

撮像装置である部品認識カメラ３２の中心を上記作業で設定した吸着位置と合うように移動して（ステップ１１０）、撮像し（ステップ１２０）、得られた画像をモニタ２に表示する。図１に示した部品の吸着部のモニタ表示例を図７（ａ）に、図２に示した部品の吸着部のモニタ表示例を図８（ａ）に示す。

そして、図７（ｂ）、図８（ｂ）に例示する如く、丸や矩形といった、ノズル吸着孔に対応する形状の所定のウィンドウＷが部品吸着部内に収まるように調整し、調整したウィンドウＷから縦と横の長さｘ、ｙを計測すると共に、ウィンドウＷ内の面積Ｓを求める（ステップ１３０）。ここで、撮像した画像の部品部分は、通常、照明を反射して明るく写るため、部品吸着部の面積を、明るい画素の合計から求めることができる。

以上で求まった寸法ｘ、ｙ及び面積Ｓを基に、使用する部品実装装置１が持つ、例えばテーブル化されたノズル情報データと照合し、吸着位置ずれマージンを確保した上で、面積が最も大きいノズルを選択する（ステップ１４０）。ここで、最適ノズルを検出できない場合には（ステップ１５０）、その旨をメッセージで表示する（ステップ１６０）。又、当該部品実装装置（マウンタとも称する）１が、マウンタ内に設けられたノズル交換台に標準で持つノズルの中に一致するものが無い場合には（ステップ１７０）、その旨をメッセージで表示する（ステップ１８０）。

最適ノズルが当該マウンタに存在する場合は、部品外形寸法と吸着部寸法より、最適な搭載制御パラメータを選択する（ステップ１９０）。具体的には、前記のようにして選択されたノズルの吸着孔の寸法と部品全体の寸法が大きく違う場合には、搭載ヘッド１７の移動速度を変更する。即ち、例えばある大型部品の吸着部の寸法から選択したノズルが、部品寸法に最適なノズルより小さい時は、高速移動させると、加速度の影響を受けて部品の吸着位置が滑ったり、部品が落下する等の影響を受ける恐れがある。そこで、このような場合には、搭載ヘッドの移動速度及びノズルを持つ軸の昇降速度と回転速度を低速に設定する。

そして、オペレータへの情報提示のため、検出した最適ノズルの情報と、決定した搭載制御パラメータをモニタ２に表示する（ステップ２００）。又、ノズルを目視で確認するために、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示す如く、ノズルのオーバーレイ画像Ｎを、吸着位置である画像中心に表示する。

ここで、設定ボタンが押下され（ステップ２１０）、ノズル情報の更新が実行された場合は、吸着ノズルの再設定を行なう（ステップ２２０）。

本実施形態においては、部品外形寸法と吸着部寸法から、部品を吸着して搭載位置まで移動する搭載ヘッドの移動速度や、ノズルを持つ軸の昇降速度と回転速度を制御するパラメータを自動的に設定でき、安全性が高い。

なお、前記第１実施形態においては、図７（ｂ）、図８（ｂ）に示すウィンドウＷを部品吸着部に設定していたが、図７（ｄ）や図８（ｄ）に示す第２実施形態の如く、設定済みの吸着位置を中心として外へ向かって放射状に画素を検査し、吸着部外周の形状を検出することで、吸着部の寸法を自動的に検出することも可能である。このようにして測定した寸法を利用し、最適ノズルを選択することができる。

又、認識処理時に部品の材質によって照明を反射しない場合は、以下に説明する第３実施形態の如く、図９に構成を例示するような、例えば投光部３０ａと受光部３０ｂを有する三角測量方式の高さセンサ３０を用いて、図１０に例示する如く、吸着位置を挟む例えば８本の走査線３０Ｓに沿って高さを測定し、部品部分と部品以外の値の差で部品の形状を判別し、寸法を求めることができる。例えば図１０のような部品の横方向の吸着部寸法を高さ測定によって求める場合、図１１（ａ）に示すように高さセンサ３０を移動して連続して値を測定する。得られた値は、図１１（ｂ）に示すように、部品Ｐを収容したテープＴの底と部品Ｐの表面で差が得られるので、高さが得られた部分の長さを吸着部の寸法とすることができる。

前記実施形態においては、いずれも、部品認識カメラ３２又は高さセンサ３０により部品に接触せずに吸着部の寸法を測定しているので、誤って部品を破損することが無い。なお、部品吸着部の形状を検出する方法は、これらに限定されない。

部品の形状の一例を示す平面図部品の形状の他の例を示す平面図本発明が適用される部品実装装置の全体構成を示す、一部を切り欠いて示す斜視図同じく搭載ヘッド部分を示す斜視図同じく制御部の構成を示すブロック図本発明の第１実施形態における処理手順を示す流れ図図１に示した部品のモニタ表示の例を示す図図２に示した部品のモニタ表示の例を示す図本発明の第３実施形態で用いる高さセンサの原理を示す図第３実施形態により高さを測定している様子を示す平面図同じく（ａ）正面図及び（ｂ）高さセンサの出力の例を示す図

符号の説明

１…部品実装装置
２…モニタ
１０…（回路）基板
１１…部品供給装置
１７…搭載ヘッド
１７ａ…吸着ノズル
２１…制御部
３０…高さセンサ
３２…部品認識カメラ
Ｐ…部品
Ｔ…テープ

Claims

部品供給装置より供給される部品を、移動自在な搭載ヘッドに装着された、交換可能なノズルにより吸着して、基板上に搭載する部品実装方法において、
部品供給装置の部品供給位置で部品吸着部の形状を検出し、
検出結果から、部品吸着部の形状に適したノズルを選択することを特徴とする部品実装方法。
選択されたノズルの吸着孔の画像を、部品吸着部の画像に重ねて表示することを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
部品供給装置より供給される部品を、移動自在な搭載ヘッドに装着された、交換可能なノズルにより吸着して、基板上に搭載する部品実装装置において、
部品供給装置の部品供給位置で部品吸着部の形状を検出する手段と、
検出結果から、部品吸着部の形状に適したノズルを選択する手段と、
を備えたことを特徴とする部品実装装置。