JP4986760B2

JP4986760B2 - 表面実装装置

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Publication number: JP4986760B2
Application number: JP2007200812A
Authority: JP
Inventors: 淳石川
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-08-01
Also published as: JP2009038194A; CN101360415B; CN101360415A

Description

本発明は、表面実装装置に関し、詳しくは、複数の搭載ヘッドを備える表面実装装置において、搭載位置補正の手間を低減した表面実装装置に関する。

図１は、２つの搭載ヘッドを有する従来の表面実装装置１０を示す平面図である。この表面実装装置１０は、平面的に移動可能な電子部品搭載用の搭載ヘッド１２、１４が、それぞれＸ軸支持部材１６、１８に１機ずつ組み付くデュアルガントリ構成となっている。搭載ヘッド１２、１４には、それぞれ認識カメラ１２Ｃ、１４Ｃが備えられている。

前記搭載ヘッド１２は、本体部１２Ａ、吸着ノズルを備える吸着搭載部１２Ｂ及びカメラ１２Ｃを有してなり、本体部１２Ａに吸着搭載部１２Ｂ及びカメラ１２Ｃが取り付けられている。本体部１２ＡはＸ軸支持部材１６により支持されており、本体部１２Ａを有する搭載ヘッド１２は、Ｘ軸サーボモータ１６Ｂにより駆動されるボールねじ１６ＡでＸ軸方向に移動できるようになっている。Ｘ軸支持部材１６は、その両端を基台２０上に設置されたＹ軸支持部材２２で支持されており、Ｙ軸サーボモータ２２Ｂにより駆動されるＹ軸ボールねじ２２ＡでＹ軸方向に移動できるようになっている。そのため、搭載ヘッド１２は、ＸＹ平面内を移動できるようになっている。

前記搭載ヘッド１４は、本体部１４Ａ、吸着ノズルを備える吸着搭載部１４Ｂ及びカメラ１４Ｃを有してなり、本体部１４Ａに吸着搭載部１４Ｂ及びカメラ１４Ｃが取り付けられている。本体部１４ＡはＸ軸支持部材１８により支持されており、本体部１４Ａを有する搭載ヘッド１４は、Ｘ軸サーボモータ１８Ｂにより駆動されるボールねじ１８ＡでＸ軸方向に移動できるようになっている。Ｘ軸支持部材１８は、その両端を基台２０上に設置されたＹ軸支持部材２２で支持されており、Ｙ軸サーボモータ２２Ｄにより駆動されるＹ軸ボールねじ２２ＣでＹ軸方向に移動できるようになっている。そのため、搭載ヘッド１４は、ＸＹ平面内を移動できるようになっている。

この表面実装装置１０において、プリント基板２４はコンベヤ２６により搬送され、表面実装装置１０内に固定される。このプリント基板２４に対して、搭載ヘッド１２、１４が、同時あるいは交互に部品を装着することができるようになっている。

従来、表面実装装置において、プリント基板２４に電子部品を搭載する場合、搭載ヘッドの数が単数であるか複数であるかに関わらず、プリント基板２４への搭載精度を高めるために、部品搭載前に、プリント基板２４に設けられた複数の基準マーク２４Ａを、搭載ヘッドに備えられた認識カメラによって認識してプリント基板２４の固定位置を認識し、搭載位置を補正して電子部品をプリント基板２４に装着するようにしている。

説明してきた表面実装装置１０は、前述のように、デュアルガントリ構成となっており、２つの搭載ヘッド１２、１４を備えている。このため、搭載ヘッド１２、１４に備えられた認識カメラ１２Ｃ、１４Ｃで、それぞれプリント基板２４に設けられた複数の基準マーク２４Ａを認識して、搭載ヘッド１２、１４それぞれにおいて、搭載位置を補正して電子部品をプリント基板２４に装着していた。

また、搭載位置の補正方法には、特許文献１に記載されているように、プリント基板２４に設けた基準マーク２４Ａ以外に装置内に複数の認識マークを設け、該複数の認識マークを読み取って、駆動軸の熱膨張による膨張率を計算して、搭載位置を補正する方法もある。

特開平８−１８２８９号公報

しかしながら、従来のデュアルガントリ構成の表面実装装置１０においては、２つの搭載ヘッド１２、１４の認識カメラ１２Ｃ、１４Ｃがそれぞれプリント基板２４の基準マーク２４Ａを読み取る方式であり、プリント基板２４の変更毎に２つの搭載ヘッド１２、１４の認識カメラ１２Ｃ、１４Ｃでそれぞれプリント基板２４の基準マーク２４Ａを認識する必要があり、このために多くの時間が取られ、部品搭載以外の時間が長くなり、電子部品をプリント基板２４上に搭載する際の生産性を高める上で障害となっていた。

また、特許文献１に記載の搭載位置の補正方法は、駆動軸の熱膨張による膨張率を計算して、得られた膨張率に基づき搭載位置の補正を行う方法であり、搭載位置の補正精度を向上させることには効果があるが、デュアルガントリ構成の表面実装装置において電子部品をプリント基板上に搭載する際の生産性を高めることには寄与しない。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、電子部品を基板上に搭載する際の生産性を向上させた、複数の搭載ヘッドを備えるマルチガントリの表面実装装置を提供することを課題とする。なお、当然のことながら、マルチガントリの表面実装装置は、２つの搭載ヘッドを備えるデュアルガントリの表面実装装置を含む。

本発明者は、下記手段により前記課題を解決できることを見出し、本発明をするに至った。

即ち、本発明に係るマルチガントリの表面実装装置は、それぞれカメラを備える複数の搭載ヘッドを備え、該複数の搭載ヘッドそれぞれにより、基準マークが印されたプリント基板に電子部品を搭載するマルチガントリの表面実装装置において、電子部品搭載時に保持されるプリント基板の高さ位置と同程度の高さ位置に設けられ、前記複数の搭載ヘッドにそれぞれ備えられた前記カメラによって認識され、該カメラそれぞれの認識結果同士の差を求めるのに用いられる、複数の共通認識マークと、該複数の共通認識マークおよび前記基準マークを前記カメラにより認識した結果に基づき演算を行う演算部と、該演算の結果を保持する記憶部と、該演算の結果に基づき、前記プリント基板への電子部品搭載位置の補正を行う制御部とを設け、前記基準マークの認識を１台の前記カメラによって行うことにより、その他の前記カメラによって前記基準マークを認識することなく、その他の前記カメラは前記複数の共通認識マークを認識するのみで、前記複数の搭載ヘッドの全てにおいて前記プリント基板への電子部品搭載位置の補正を行うことを特徴とする。

本発明によれば、電子部品搭載時に保持されるプリント基板の高さ位置と同程度の高さ位置に複数の共通認識マークを設けたので、プリント基板の基準マークの認識を複数の搭載ヘッドのうちの１つの搭載ヘッドに備えられた１台のカメラによって行うことにより、その他の搭載ヘッドのカメラによって前記基準マークを認識することなく、複数の搭載ヘッドの全てにおいてプリント基板への電子部品搭載位置の補正を行うことができる。

そのため、マルチガントリの表面実装装置による実装作業において、部品搭載以外の時間を短くすることができ、電子部品を基板上に搭載する際の生産性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について詳細に説明する。ただし、従来の表面実装装置１０と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。

図２は、本発明の実施形態に係る表面実装装置５０を示す平面図である。この表面実装装置５０は、従来の表面実装装置１０に２つの共通認識マーク部５２、５４を設けた点が外観上異なる。２つの共通認識マーク部５２、５４は、基台２０上で搬送コンベヤ２６の近傍であって、かつ、搬送コンベヤ２６上を搬送されてくるプリント基板２４の移動を妨げない位置に設けられている。

共通認識マーク部５２、５４は、杭状部５２Ａ、５４Ａの上面に共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂが印されたものである。杭状部５２Ａ、５４Ａの形状は、水平断面が２０ｍｍ×２０ｍｍ程度で、高さが２００ｍｍ程度の杭状の形状で、材質は鋼鉄製であり、黒色に表面処理されている。共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂは、直径１〜２ｍｍ程度の円であり、白いセラミックが杭状部５２Ａ、５４Ａの上面に埋め込まれて形成されている。杭状部５２Ａ、５４Ａの高さが２００ｍｍ程度であるのは、共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの高さ位置を、電子部品搭載時に保持されるプリント基板２４の高さ位置と合わせるためである。なお、共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの形状は円でなくともよく、中心座標（例えば重心位置）が認識可能な形状（例えば正三角形、正方形）であればよい。

搭載ヘッド１２、１４がＸＹ平面内を移動できるようになっている仕組みは、従来の表面実装装置１０と同様であるので、説明は省略する。

次に、搭載ヘッド１２、１４に搭載されたカメラ１２Ｃ、１４Ｃによって共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂを認識し、その認識結果に基づいて表面実装装置５０を制御する構成について、図３に示す制御ブロック図を用いて説明する。

表面実装装置５０は、搭載ヘッド１２、１４、Ｘ軸サーボモータ１６Ｂ、１８ＢおよびＹ軸サーボモータ２２Ｂ、２２Ｄを制御する制御装置６０を備えている。この制御装置６０は、制御部６２と、演算部６４と、画像処理部６６と、記憶部６８とを有してなる。

前記画像処理部６６は、カメラ１２Ｃ、１４Ｃによって認識された共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの画像データに所定の画像処理を施し、演算部６４に出力する。演算部６４は、入力された画像処理結果に基づき所定の演算を行い、その演算結果を制御部６２に出力する。制御部６２は、入力された演算結果に基づき、サーボモータ１６Ｂ、１８Ｂ、２２Ｂ、２２Ｄに指示を行い、搭載位置の補正を行わせた後、吸着搭載部１２Ｂ、１４Ｂに指示を行い、電子部品をプリント基板２４に搭載させる。記憶部６８は、演算部６２による演算結果を保存する。

次に、搭載ヘッド１２、１４に搭載されたカメラ１２Ｃ、１４Ｃによって共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂを認識し、その認識結果に基づいて表面実装装置５０を制御する動作について、図４、図５に示すフローチャートを用いて実際の搭載作業に即して詳細に説明する。

ここで、図４、図５に示すフローチャートに係る動作に入る前の段階において、まず、表面実装装置５０が工場で組み立てられ、出荷される前に、搭載ヘッド１２、１４に搭載されたカメラ１２Ｃ、１４Ｃによって共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂが認識され、画像処理部６６で所定の画像処理がされ、演算部６４で所定の演算がされて、その演算結果が装置本体の制御装置６０の記憶部６８に規定値（初期値）として保存されている。

保存されている演算結果（規定値（初期値））は、搭載ヘッド１２によって認識された共通認識マーク５２Ｂの座標（Ｘ_1252-0，Ｙ_1252-0）と、５４Ｂの座標（Ｘ_1254-0，Ｙ_1254-0）と、認識された共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの座標位置を結ぶ直線とＸ軸とのなす角度θ_12-0、および搭載ヘッド１４によって認識された共通認識マーク５２Ｂの座標（Ｘ_1452-0，Ｙ_1452-0）と、５４Ｂの座標（Ｘ_1454-0，Ｙ_1454-0）と、認識された共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの座標位置を結ぶ直線とＸ軸とのなす角度θ_14-0である。前記角度θ_12-0は、θ_12-0＝tan^-1((Ｙ_1254-0−Ｙ_1252-0)／(Ｘ_1254-0−Ｘ_1252-0))により計算でき、前記角度θ_14-0は、θ_14-0＝tan^-1((Ｙ_1454-0−Ｙ_1452-0)／(Ｘ_1454-0−Ｘ_1452-0))により計算できる。

表面実装装置５０が電子部品の搭載を行う工場に出荷されて、実際に電子部品の搭載を行う前に、まず、図４のステップＳ１〜Ｓ５を行い、出荷後の運搬や経時変化等によって表面実装装置５０の座標系に関わる部分（例えば、Ｘ軸、Ｙ軸支持部材、Ｘ軸、Ｙ軸ボールネジ等）に異常が生じていないかどうかを確認する。

具体的には、搭載ヘッド１２により共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂを認識し、共通認識マーク５２Ｂの座標位置（Ｘ_1252-1，Ｙ_1252-1）および共通認識マーク５４Ｂの座標位置（Ｘ_1254-1，Ｙ_1254-1）を制御装置６０の記憶部６８に保存し（ステップＳ１）、また、搭載ヘッド１４により共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂを認識し、共通認識マーク５２Ｂの座標位置（Ｘ_1452-1，Ｙ_1452-1）および共通認識マーク５４Ｂの座標位置（Ｘ_1454-1，Ｙ_1454-1）を記憶部６８に保存する（ステップＳ２）。

そして、搭載ヘッド１２による認識結果に基づく共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの座標位置を結ぶ直線とＸ軸とのなす角度θ_12-1を演算部６４により計算するとともに、搭載ヘッド１４による認識結果に基づく共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの座標位置を結ぶ直線とＸ軸とのなす角度θ_14-1を演算部６４により計算する（ステップＳ３）。前記角度θ_12-1、θ_14-1を算出するための計算式は、出荷される前に角度θ_12-0、θ_14-0を算出した計算式と同様である。

次に、搭載ヘッド１２による認識結果に基づく共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの座標位置（Ｘ_1252-1，Ｙ_1252-1）、（Ｘ_1254-1，Ｙ_1254-1）を規定値（初期値）（Ｘ_1252-0，Ｙ_1252-0）、（Ｘ_1254-0，Ｙ_1254-0）と比較し、角度θ_12-1を規定値（初期値）θ_12-0と比較するとともに、搭載ヘッド１４による認識結果に基づく共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの座標位置（Ｘ_1452-1，Ｙ_1452-1）、（Ｘ_1454-1，Ｙ_1454-1）を規定値（初期値）（Ｘ_1452-0，Ｙ_1452-0）、（Ｘ_1254-0，Ｙ_1254-0）と比較し、角度θ_14-1を規定値（初期値）θ_14-0と比較して、規格値内に入っているかどうかを制御部６２が判断する（ステップＳ４）。

規格値内に入っていない場合は、異常値を示すメッセージを装置本体の表示部に表示して装置の運転を停止し（ステップＳ５）、組み立て工場に返品して修理するか、技術者が納品先の部品搭載工場へ出向いて修理を行う。規格値内に入っている場合は、引き続き電子部品の搭載作業（図５のステップＳ６〜Ｓ１３）を行うことができる。

従来はこのチェックを行っておらず、プリント基板２４を認識した結果がおかしくても、プリント基板２４の固定状態が悪いのか、表面実装装置５０の座標系に関わる部分に異常が生じているのかを判断することができなかった。

次に、電子部品の搭載作業においては、まず、搭載ヘッド１２による共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの認識結果と、搭載ヘッド１４による共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの認識結果との差を装置本体の演算部６４により計算する（ステップＳ６）。具体的には、共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの座標位置について、搭載ヘッド１２による認識結果と、搭載ヘッド１４による認識結果との差（相対誤差）を求める。また、角度θ_12-1と角度θ_14-1との差（相対誤差）を求める。

次に、プリント基板２４を搬送コンベヤ２６により搭載位置に搬送して、固定する（ステップＳ７）。そして、搭載位置で固定されたプリント基板２４の基準マーク２４Ａを搭載ヘッド１２のみで認識する（ステップＳ８）。

搭載ヘッド１２によるプリント基板２４の基準マーク２４Ａの認識結果と、搭載ヘッド１２、１４による共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの認識結果（ステップＳ６で算出した相対誤差）とから、演算部６４が演算を行い、その演算結果に基づき制御部６２が、搭載ヘッド１２、１４のそれぞれにおいて、プリント基板２４に対する搭載座標位置を補正する（ステップＳ９）。ステップＳ８でプリント基板２４の基準マーク２４Ａを認識した搭載ヘッドは搭載ヘッド１２のみであり、搭載ヘッド１４では認識を行っていないが、搭載ヘッド１２、１４による共通認識マーク５２Ｂ、５４Ｂの認識結果（ステップＳ６で算出した相対誤差）が得られているので、プリント基板２４の基準マーク２４Ａを搭載ヘッド１２のみで認識することにより、搭載ヘッド１４においても、プリント基板２４に対する搭載座標位置を補正することができる。

ステップＳ９で、搭載ヘッド１２、１４のそれぞれにおいて、プリント基板２４に対する搭載座標位置が補正された後、制御部６２からの指示により、搭載ヘッド１２、１４によって、プリント基板２４に電子部品の搭載がなされる（ステップＳ１０）。

１枚のプリント基板２４への電子部品の搭載が終了したかどうかを判断し（ステップＳ１１）、該プリント基板２４への電子部品の搭載が終了したら、該プリント基板２４を搬送コンベヤ２６により表面実装装置５０の外部へ搬出する（ステップＳ１２）。該プリント基板２４への電子部品の搭載が終了していない場合、ステップＳ１０にもどり、搭載ヘッド１２、１４によるプリント基板２４への電子部品の搭載を続行する。

ステップＳ１２で電子部品搭載終了後のプリント基板２４が表面実装装置５０の外部へ搬出された後、電子部品を搭載する予定の全てのプリント基板２４への電子部品の搭載が終了したかどうかを判断し（ステップＳ１３）、全てのプリント基板２４への電子部品の搭載が終了したら、一連の搭載作業を終了する。全てのプリント基板２４への電子部品の搭載が終了していない場合は、ステップＳ７にもどって、新たなプリント基板２４への電子部品の搭載を開始する。

なお、以上説明した実施形態は、搭載ヘッドを２つ備えたデュアルガントリの表面実装装置であるが、搭載ヘッドの数は複数であればよく、搭載ヘッドを３つ以上備えたマルチガントリの表面実装装置としてもよい。

２つの搭載ヘッドを有する従来の表面実装装置を示す平面図本発明の実施形態に係る表面実装装置を示す平面図前記表面実装装置の制御ブロック図前記表面実装装置の動作を示すフローチャートの前半部前記表面実装装置の動作を示すフローチャートの後半部

符号の説明

１０、５０…表面実装装置
１２、１４…搭載ヘッド
１２Ａ、１４Ａ…本体部
１２Ｂ、１４Ｂ…吸着搭載部
１２Ｃ、１４Ｃ…カメラ
１６、１８…Ｘ軸支持部材
１６Ａ、１８Ａ…Ｘ軸ボールネジ
１６Ｂ、１８Ｂ…Ｘ軸サーボモータ
２０…基台
２２…Ｙ軸支持部材
２２Ａ、２２Ｃ…Ｙ軸ボールネジ
２２Ｂ、２２Ｄ…Ｙ軸サーボモータ
２４…プリント基板
２４Ａ…基準マーク
２６…搬送コンベヤ
５２、５４…共通認識マーク部
５２Ａ、５４Ａ…杭状部
５２Ｂ、５４Ｂ…共通認識マーク
６０…制御装置
６２…制御部
６４…演算部
６６…画像処理部
６８…記憶部

Claims

それぞれカメラを備える複数の搭載ヘッドを備え、該複数の搭載ヘッドそれぞれにより、基準マークが印されたプリント基板に電子部品を搭載するマルチガントリの表面実装装置において、
電子部品搭載時に保持されるプリント基板の高さ位置と同程度の高さ位置に設けられ、前記複数の搭載ヘッドにそれぞれ備えられた前記カメラによって認識され、該カメラそれぞれの認識結果同士の差を求めるのに用いられる、複数の共通認識マークと、
該複数の共通認識マークおよび前記基準マークを前記カメラにより認識した結果に基づき演算を行う演算部と、
該演算の結果を保持する記憶部と、
該演算の結果に基づき、前記プリント基板への電子部品搭載位置の補正を行う制御部とを設け、
前記基準マークの認識を１台の前記カメラによって行うことにより、その他の前記カメラによって前記基準マークを認識することなく、その他の前記カメラは前記複数の共通認識マークを認識するのみで、前記複数の搭載ヘッドの全てにおいて前記プリント基板への電子部品搭載位置の補正を行うことを特徴とするマルチガントリの表面実装装置。