JPH04252100A - 電子部品装着装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子部品をプリント基板
上に装着する装置に係り、プリント基板及び電子部品の
位置と姿勢を検出するための検出装置を備えた電子部品
装着装置及びその装着方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子部品装着装置の装着ヘッドに
おいては、例えば特開平２−１２４４０４号公報に記載
のように、吸着された電子部品の吸着ノズルに対する位
置を測定する電子部品検出装置と、プリント基板面上の
装着目標位置となる装着パターンまたは複数個の位置決
めマークの位置を検出してプリント基板の位置と姿勢と
を演算するためのプリント基板検出装置とを備えたもの
があった。

【０００３】上記例を含む従来技術では一般に、電子部
品を供給装置の上から吸着ノズルにより真空吸着して取
り出した後、電子部品の吸着されている位置を検出する
ために、電子部品装着装置の本体部に固定された撮像装
置の上方まで装着ヘッドを一旦移動して、吸着ノズルに
吸着された電子部品の画像を撮影して、次にプリント基
板の上方付近に装着ヘッドを移動して、装着ヘッドに付
設されたプリント基板検出用の撮像装置により、装着パ
ターンまたは位置決めマークの画像を撮影して、電子部
品とプリント基板との間の相対的な位置と姿勢の偏差を
演算して、装着ヘッドまたはプリント基板のいずれかを
動かしてそれらの偏差を補正してから電子部品をプリン
ト基板の上に載せていた。またこれとは別に、一枚のプ
リント基板に対して複数個（実際的には２個）の代表的
位置決めマークの画像を予め撮影しておき、吸着後の電
子部品の画像を撮影して上記と同様の偏差演算と補正を
実行し装着動作を行うという順序の方法もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
実行されていた装着手順では、供給装置から当初の装着
指令位置へと向かう最短径路から、電子部品を撮影する
ために上述のように装着ヘッドを一旦本体部に固定され
た撮像装置の上方を迂回する径路に変えて電子部品を搬
送する必要があった。上記本体部に固定された撮像装置
はプリント基板の外側の位置にあり、特に大きな寸法の
プリント基板に装着する場合には大多数の電子部品につ
いて搬送径路が必要以上に長くなり、一個の電子部品の
装着に要する時間も長くなるという問題があった。

【０００５】また、従来技術においては撮像対象となる
全ての電子部品の画像とプリント基板の画像とをそれぞ
れ専用の撮像装置によって撮影していたため、多種多様
の電子部品を装着するためには多数の撮像装置が必要と
されていた。例えば、広い視野を要する電子部品と必要
視野は狭いが高倍率を要する電子部品とに対応して２台
の撮像装置を本体部に固定し、装着パターン及び位置決
めマークの撮影用に各々１台の撮像装置を装着ヘッドに
付設すると合計４台の撮像装置を要するという問題があ
った。

【０００６】本発明の目的は多様な対象電子部品をプリ
ント基板上に高速度に装着することが可能な電子部品装
着装置とその方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の電子部品装着装置は、　　電子部品を吸着し
基板上に装着させる吸着ノズルと、前記吸着ノズルに吸
着された電子部品を撮影する撮像装置とを備えた電子部
品装着装置において、前記吸着ノズルの周囲に取り付け
られ、内部において光を拡散する半透明の拡散板と、前
記吸着ノズル先端側に向けて発光する面発光素子と、前
記拡散板に向けて光を照射する複数個の光源と、前記撮
像装置に対して移動可能に保持された平面鏡とを備えて
いる。

【０００８】また、本発明の電子部品装着装置は電子部
品を吸着し基板上に装着させる吸着ノズルと、前記吸着
ノズルに吸着された電子部品を撮影する撮像装置とを備
えた電子部品装着装置において、比較的に広視野を有す
る第１のプリント基板撮像装置と、比較的に狭視野を有
する第２のプリント基板撮像装置とを備えている。

【０００９】さらに、本発明の電子部品装着装置は吸着
ノズルと、前記吸着ノズルの周囲に取り付けられ、内部
において光を拡散する半透明の拡散板と、前記吸着ノズ
ル先端側に向けて発光するエレクトロ・ルミネッセンス
素子と、上記拡散板に向けて光を照射する複数個の発光
ダイオードと、プリント基板の表面を照射する照明装置
と、キューブビームスプリッター及びシャッタで構成さ
れる光路選択装置と、前記光路選択装置により選択され
た電子部品またはプリント基板の画像を撮影する撮像装
置と、前記撮像装置に対して一定の径路上を移動可能に
保持されその径路上の一点に位置決めされた時に電子部
品の画像を前記撮像装置に入射させる光路を形成する平
面鏡とを備え、電子部品及びプリント基板の画像を順次
撮影して、両画像のデータにより位置と姿勢を補正して
電子部品をプリント基板上に装着している。

【００１０】さらに、本発明の電子部品装着方法は電子
部品を吸着し、前記電子部品を基板上に装着させる電子
部品装着方法において、比較的に大型の電子部品の場合
には吸着ノズルの先端側に向けて発光するエレクトロ・
ルミネッセンス素子の発光面を背景照明とし、比較的に
小型の電子部品の場合には前記拡散板に向けて光を照射
する複数個の発光ダイオードを背景位置に設置された半
透明の拡散板に向けて照射し、各々電子部品のシルエッ
ト画像を撮像装置により撮影するものである。

【００１１】さらに、本発明の電子部品装着方法は電子
部品を吸着し、前記電子部品を基板上に装着させる電子
部品装着方法において、前記電子部品の種類に応じて前
記電子部品の装着ヘッドに備えられた比較的に広視野を
有する第１のプリント基板撮像装置により電子部品の装
着パターンを撮影するかあるいは前記装着ヘッドに備え
られた比較的に狭視野を有する第２のプリント基板撮像
装置により位置決めマークを撮影するものである。

【００１２】

【作用】大小各種の電子部品とプリント基板とを撮影す
るための光路系と、照明装置を設置することによって、
また対象となる電子部品の寸法、形状に応じて交換可能
な吸着ノズルを選択的に装填する装着ヘッドと吸着ノズ
ルに吸着された電子部品を撮影する撮像装置によって、
多様な対象電子部品をプリント基板上に高速度に装着す
ることが可能なる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例の装置を示して
いる。図１において、電子部品装着機のロボット１に装
着ヘッド２が搭載され、基板６の面に対して垂直なノズ
ル軸線方向に可動な吸着ノズル３が装着ヘッド２に支持
されている。吸着ノズル３は電子部品５を真空吸着して
いる。装着ヘッド２には、吸着ノズル３をノズル軸線方
向に移動させて電子部品５の吸着及び装着を行わせる駆
動装置１３と、吸着ノズル３をノズル軸の周りに自転さ
せることにより吸着された電子部品５の姿勢を変更させ
る駆動装置１４とが設けられている。さらに装着ヘッド
２には、吸着された電子部品５の画像と基板面上の位置
決めマーク１５の画像とを選択的に取り込む撮像装置９
と、キューブビームスプリッター１６とシャッタ１７と
から成る光路選択装置と、基板面上の装着パターン７の
画像を取り込む撮像装置１０が固定されている。

【００１５】図２により、本発明の装置を組み込んだ電
子部品装着機の一連の動作を説明する。

【００１６】まず、吸着ノズル３を付けた装着ヘッド２
が電子部品供給装置４の上方に停止し、吸着ノズル３が
下降して電子部品５を真空吸着する。次に上記吸着ノズ
ル３が上昇するとともに、電子部品装着機のヘッド移動
装置（ロボット）１によって装着ヘッド２がプリント基
板６上の装着指令位置、即ち装着パターン（ランドパタ
ーン）７の中心位置に向けて移動して電子部品５を搬送
する。上記移動作業前、作業中、作業後、または電子部
品５を吸着したまま移動作業を一旦中断して停止した時
、のうちいずれかの時点で、必要に応じて電子部品５の
画像を、電子部品装着機の本体部に固定された撮像装置
８または装着ヘッドに搭載された撮像装置９により撮影
して、電子部品５の吸着ノズル３に対する変位を測定す
る。必要に応じプリント基板６上の位置決めマークの画
像を撮像装置９で撮影する。装着ヘッド２が装着パター
ン７付近の上空まで移動した後、必要に応じ装着ヘッド
２に搭載された別の撮像装置１０により装着パターン７
の画像を撮影する。

【００１７】撮影された電子部品５と装着パターン７の
両画像から、画像処理装置１１が電子部品５の装着パタ
ーン７に対する位置偏差と角度偏差とを検出し、電子部
品装着機の制御装置１２が検出値に基づいて装着ヘッド
２の位置及び吸着ノズル３の姿勢角を補正し、吸着ノズ
ル３が下降して電子部品５を装着パターン７上に置く。 　　図３は、本実施例の装置の光路選択装置の動作及び
照明装置の機能を示している。図１及び図３により光路
の詳細な構造を述べる。吸着ノズル３の真下に位置決め
された時に電子部品５の画像の光路を形成する、装着ヘ
ッド２に対して移動可能な平面鏡１８と、平面鏡１８を
水平な径路に添って移動させ、径路上の所定の動作位置
に位置決めさせる駆動装置１９と、装着ヘッド２に固定
されて上記平面鏡１８により反射された電子部品５の画
像を撮像装置９へ導く平面鏡２０とが装着ヘッド２に設
けられている。この構成により、平面鏡１８が吸着ノズ
ル３の真下に位置決めされた時に、電子部品５からの光
線は平面鏡１８と平面鏡２０とで反射されて、シャッタ
１７の開口部３０を通過して、キューブビームスプリッ
ター１６内を直進して撮像装置９へと達する。電子部品
５を電子部品供給装置４の上から吸着するとき、及びプ
リント基板６の上に装着するときは、吸着ノズル３が下
降するが、このとき駆動装置１９によって平面鏡１８は
径路上の他の位置に退避する。

【００１８】電子部品５を撮影するための照明装置は、
以下のような構成となっている。吸着ノズル３を包んで
電子部品５の上方にある半透明拡散板２１を複数個の発
光ダイオード２２が取り囲んでいる。半透明拡散板２１
のさらに上方、即ち電子部品５から離れた側には、吸着
ノズル３を保持するシャフト２３の周囲にエレクトロ・
ルミネッセンス素子２４が装着ヘッド２に固定して設け
られている。

【００１９】位置決めマーク１５を撮影するための光路
は、キューブビームスプリッター１６の側方に直角プリ
ズム２５が設けられており、位置決めマーク１５からの
光線は上記と同一のシャッタ１７の開口部３０を通過し
て、直角プリズム２５の斜面により直角に反射し、更に
キューブビームスプリッター１６の反射面で上方に反射
して撮像装置９へと達する。位置決めマーク１５を撮影
するための照明装置は、複数個の発光ダイオード２６を
上記光路の周囲に配置している。

【００２０】一方、撮像装置１０は下方の装着パターン
７に向けて装着ヘッド２に固定されているが、撮像装置
１０の下端部を取り囲んでリング状の照明光源２７が設
けられ、中心穴を有する半透明拡散板２８と、照明光源
２７から上方へ照射された光を下方へと反射するランプ
ハウス２９がプリント基板６の視野内にほぼ一様の照度
を与えている。

【００２１】電子部品装着装置には、上記ロボット１や
各駆動装置１３、１４、１９、照明装置一式、及び基板
搬送装置等の図示しないその他の構成部品を統括的に制
御する制御装置１２が備わっている。また、撮像装置８
、９及び１０を制御するとともに、撮影された画像から
被写体の位置偏差と角度偏差の検出、補正距離の演算、
並びに吸着異常の有無判定等を実行する画像処理装置１
１が備わっている。

【００２２】次に、本実施例の装置の動作を説明する。

【００２３】まず、基板搬送装置によりプリント基板６
が位置決めされると、ロボット１の動作により装着ヘッ
ド２がプリント基板６の上方に移動し、発光ダイオード
２６が発光し、撮像装置９がプリント基板６の表面にあ
る複数個の位置決めマーク１５を順次撮影する。画像処
理装置１１と制御装置１２は、撮影した画像からプリン
ト基板６の位置と姿勢を演算して、個々の装着パターン
の位置検出対象外である、主にリードを有しないコンデ
ンサや固定抵抗器等の受動電子部品の装着目標位置のデ
ータ補正に使用する。なお、発光ダイオード２６は位置
決めマーク１５撮影時以外は消灯していても良いし、常
時点灯していても差し支えない。このことは、他の被写
体を照射する発光ダイオード２２や、エレクトロ・ルミ
ネッセンス素子２４、照明光源２７の点灯時期について
も同様である。

【００２４】次に、ロボット１の動作により装着ヘッド
２が電子部品供給装置４の上方に移動し、吸着ノズル３
が駆動装置１３の動作により下降して、電子部品供給装
置４の上に置かれた電子部品５を真空吸着する。次に、
吸着ノズル３が電子部品５を吸着したまま駆動装置１３
の動作により、所定の位置まで上昇するとともに、再び
ロボット１の動作により装着ヘッド２が移動を開始する
。比較的小さな形状の電子部品５を吸着した際には、平
面鏡１８は上記動作位置に位置決めされ、装着ヘッド２
が移動している間に、複数個の発光ダイオード２２から
光が半透明拡散板２１に照射され、撮像装置９が上記半
透明拡散板２１を背景として電子部品５のシルエット画
像を撮影する。上記半透明拡散板２１は電子部品５の寸
法、形状に応じて交換可能に設けられた複数個の吸着ノ
ズル３にそれぞれ組み込まれている。

【００２５】シャッタ１７は単一の開口部３０を有する
黒色の遮光板であり、電子部品５を撮影するときは開口
部３０がキューブビームスプリッター１６の下方に位置
し、位置決めマーク１５を撮影するときは開口部３０が
直角プリズム２５の下方に位置する。シャッタ１７は図
示しないシャッタ駆動装置によって水平移動する。シャ
ッタ駆動装置は制御装置１２の指令によって動作する。

【００２６】画像処理装置１１は、撮影された電子部品
５の画像から吸着異常の有無判定をし、撮影された電子
部品５と位置決めマーク１５との２つの画像から演算し
て得た電子部品５の装着パターン７に対する相対位置偏
差と角度偏差を用いて、補正ベクトルを演算する。制御
装置１２は当初の装着指令位置座標に補正ベクトルを加
算して補正装着指令位置座標を求める。吸着ノズル３が
下降するとともに、ロボット１が上記補正装着指令位置
まで位置修正動作をして電子部品５を装着パターン７上
に装着する。

【００２７】一方、ＦＩＣ（フラット・インテグレーテ
ィッド・サーキット）等の比較的大きな形状の電子部品
５を吸着した際には、装着ヘッド２は吸着ノズル３が撮
像装置８の真上となる位置まで移動して一旦停止し、撮
像装置８がエレクトロ・ルミネッセンス素子２４の発光
面を背景として電子部品５のシルエット画像を撮影して
、画像処理装置１１が電子部品５の吸着ノズル３に対す
る変位を演算する。装着ヘッド２が装着パターン７の付
近まで到着すると、装着パターン７の想定位置の真上に
撮像装置１０が来るように装着ヘッド２を位置決めし、
撮像装置１０が装着パターン７の画像を撮影する。

【００２８】画像処理装置１１は、撮影された電子部品
５の画像から吸着異常の有無判定をし、撮影された電子
部品５と装着パターン７との２つの画像から電子部品５
の装着パターン７に対する相対位置偏差と角度偏差を検
出し、補正ベクトルを演算する。制御装置１２は当初の
装着指令位置座標に補正ベクトルを加算して補正装着指
令位置座標を求める。吸着ノズル３が下降するとともに
、ロボット１が上記補正装着指令位置まで位置修正動作
をして電子部品５を装着パターン７上に装着する。

【００２９】本実施例によれば、特に高速装着が必要と
される比較的小さな形状の電子部品５に対しては、装着
ヘッド２が移動している間に一旦停止すること無く電子
部品５の画像を撮影できるので従来よりも装着速度が向
上するとともに、電子部品５の吸着ノズル３に対する相
対位置偏差と角度偏差を直接測定できるので装着精度を
向上できるという効果がある。

【００３０】また、特に高精度の装着と広い撮影視野が
必要とされるが装着速度に対する要求は小さい、比較的
大きな形状の電子部品５に対しては、電子部品装着機の
本体部に固定された電子部品撮像装置８と、装着ヘッド
２に搭載された装着パターン撮像装置１０とにより、位
置偏差と角度偏差を測定できるので、従来構造と同様の
装着精度を保てる上に、装着ヘッド２を必要以上に大型
化せずに済むため、比較的小さな形状の電子部品５の撮
像装置９を装着ヘッド２に同架することによるロボット
１の速度低下を防ぎ、総合的な電子部品装着速度の低下
を防止できるという効果がある。

【００３１】また、比較的小さな形状の電子部品５と位
置決めマーク１５とを同一の撮像装置９により撮影でき
、合計３台の撮像装置により各種電子部品５とプリント
基板とを撮影できるので、装置を安価に構成できるとい
う効果がある。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、特に高速装着が必要と
される比較的小さな形状の電子部品に対しては、装着ヘ
ッドが移動している間に一旦停止すること無く電子部品
の画像を撮影できるので従来よりも装着速度が向上する
とともに、電子部品の吸着ノズルに対する相対位置偏差
と角度偏差を直接測定できるので装着速度が向上すると
いう効果がある。

【００３３】また、大小様々の寸法と形状を有する電子
部品に対して、複数個の吸着ノズルを選択的に装填する
単一の装着ヘッドと３台の撮像装置という最低限の構成
によって、プリント基板上への装着が可能となるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成及び動作を示す外観図
である。

【図２】本発明の装置を組み込んだ電子部品装着機の構
成及び動作を示す外観図である。

【図３】本発明の一実施例の装置の動作を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１……ロボット、２……装着ヘッド、３……吸着ノズル
、４……電子部品供給装置、５……電子部品、６……プ
リント基板、７……装着パターン、８……撮像装置、９
……撮像装置、１０……撮像装置、１１……画像処理装
置、１２……制御装置、１３……駆動装置、１４……駆
動装置、１５……位置決めマーク、１６……キューブビ
ームスプリッター、１７……シャッタ、１８……平面鏡
、１９……駆動装置、２０……平面鏡、２１……半透明
拡散板、２２……発光ダイオード、２３……シャフト、
２４……エレクトロ・ルミネッセンス素子、２５……直
角プリズム、２６……発光ダイオード、２７……照明光
源、２８……半透明拡散板、２９……ランプハウス、３
０……開口部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品を吸着し基板上に装着させる吸着
   ノズルと、前記吸着ノズルに吸着された電子部品を撮影
   する撮像装置とを備えた電子部品装着装置において、前
   記吸着ノズルの周囲に取り付けられ、内部において光を
   拡散する半透明の拡散板と、前記吸着ノズル先端側に向
   けて発光する面発光素子と、前記拡散板に向けて光を照
   射する複数個の光源と、前記撮像装置に対して移動可能
   に保持された平面鏡とを備えたことを特徴とする電子部
   品装着装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電子部品装着装置において
   、前記面発光素子はエレクトロ・ルミネッセンス素子で
   あり、前記光源は発光ダイオードであることを特徴とす
   る電子部品装着装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の電子部品装着装置において
   、前記撮像装置が電子部品の画像及びプリント基板の画
   像を選択的に撮影可能に構成された光路選択装置を備え
   ことを特徴とする電子部品装着装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の電子部品装着装置において
   、前記光路選択装置はキューブビームスプリッター及び
   シャッタで構成されていることを特徴とする電子部品装
   着装置。
5. 【請求項５】電子部品を吸着し基板上に装着させる吸着
   ノズルと、前記吸着ノズルに吸着された電子部品を撮影
   する撮像装置とを備えた電子部品装着装置において、比
   較的に広視野を有する第１のプリント基板撮像装置と、
   比較的に狭視野を有する第２のプリント基板撮像装置と
   を備えたことを特徴とする電子部品装着装置。
6. 【請求項６】吸着ノズルと、前記吸着ノズルの周囲に取
   り付けられ、内部において光を拡散する半透明の拡散板
   と、前記吸着ノズル先端側に向けて発光するエレクトロ
   ・ルミネッセンス素子と、上記拡散板に向けて光を照射
   する複数個の発光ダイオードと、プリント基板の表面を
   照射する照明装置と、キューブビームスプリッター及び
   シャッタで構成される光路選択装置と、前記光路選択装
   置により選択された電子部品またはプリント基板の画像
   を撮影する撮像装置と、前記撮像装置に対して一定の径
   路上を移動可能に保持されその径路上の一点に位置決め
   された時に電子部品の画像を前記撮像装置に入射させる
   光路を形成する平面鏡とを備え、電子部品及びプリント
   基板の画像を順次撮影して、両画像のデータにより位置
   と姿勢を補正して電子部品をプリント基板上に装着する
   ことを特徴とする電子部品装着装置。
7. 【請求項７】電子部品を吸着し、前記電子部品を基板上
   に装着させる電子部品装着方法において、比較的に大型
   の電子部品の場合には吸着ノズルの先端側に向けて発光
   するエレクトロ・ルミネッセンス素子の発光面を背景照
   明とし、比較的に小型の電子部品の場合には前記拡散板
   に向けて光を照射する複数個の発光ダイオードを背景位
   置に設置された半透明の拡散板に向けて照射し、各々電
   子部品のシルエット画像を撮像装置により撮影すること
   を特徴とする電子部品装着方法。
8. 【請求項８】電子部品を吸着し、前記電子部品を基板上
   に装着させる電子部品装着方法において、前記電子部品
   の種類に応じて前記電子部品の装着ヘッドに備えられた
   比較的に広視野を有する第１のプリント基板撮像装置に
   より電子部品の装着パターンを撮影するかあるいは前記
   装着ヘッドに備えられた比較的に狭視野を有する第２の
   プリント基板撮像装置により位置決めマークを撮影する
   ことを特徴とする電子部品装着方法。