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技術 電子部品の実装方法

出願人 パナソニック株式会社
発明者 森田健堀米直行
出願日 1999年6月11日 (21年6ヶ月経過) 出願番号 1999-164909
公開日 2000年12月19日 (20年0ヶ月経過) 公開番号 2000-353899
状態 特許登録済
技術分野 電気部品の供給・取り付け 電気部品の組立体の配線および製造の監視
主要キーワード プレート治具 重畳範囲 直線度 大型プレート 治具プレート 機械誤差 機構誤差 各認識マーク
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年12月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

実装コストの削減および効率向上を図ることができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。

解決手段

電子部品が実装される基板カメラで認識し、この認識結果に基づいて搭載ヘッドを前記基板に対して相対的に位置決めして前記電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法において、搭載エリアAに載置された計測用プレート治具3’を撮像してカメラの光学座標系位置ずれ量を検出する位置ずれ検出時に、搭載エリアAよりも小さいサイズのプレート治具3’を用いる。プレート治具3’を順次移動して撮像する際には撮像範囲を部分的に重畳させ、重畳範囲LZについては移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差補正する。

概要

背景

電子部品実装装置では、電子部品供給部から電子部品をピックアップした搭載ヘッド実装対象基板上まで移動させて搭載を行う。電子部品の実装装置は一般に基板認識用カメラを備えており、このカメラによって基板を撮像することにより基板の位置を検出し、位置検出結果に基づいて電子部品実装時の位置合わせが行われる。すなわち、実装時の位置合わせはカメラの光学座標系を基準として行われる。

ところが、この基板認識用のカメラの光学系座標の位置は必ずしも制御データ上で示される位置にあるとは限らず、種々の要因により位置ずれを生じる。そしてこの位置ずれはカメラを移動させる移動テーブルの機構誤差によって必ずしも一様ではなく、搭載エリア内の各位置で固有の位置ずれ量を示す。このため、実装装置の立ち上げ時にはこれらの位置ずれ量を搭載エリアの各位置毎に求めるキャリブレーションを行う必要がある。

このキャリブレーションの方法として、測定用プレート治具を用いる方法が知られている。このプレート治具は、位置決め誤差を生じないよう形状寸法基準値通りに製作されたプレート表面に所定精度基準マーク格子状に設けたものであり、これらの基準マークをカメラで撮像することにより、搭載エリア内の各格子点における位置ずれ量、すなわち制御データ上の前記カメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量を求めるものである。

概要

実装コストの削減および効率向上を図ることができる電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

電子部品が実装される基板をカメラで認識し、この認識結果に基づいて搭載ヘッドを前記基板に対して相対的に位置決めして前記電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法において、搭載エリアAに載置された計測用のプレート治具3’を撮像してカメラの光学座標系の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出時に、搭載エリアAよりも小さいサイズのプレート治具3’を用いる。プレート治具3’を順次移動して撮像する際には撮像範囲を部分的に重畳させ、重畳範囲LZについては移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差補正する。

目的

そこで本発明は、実装コストの削減および効率向上を図ることができる電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

電子部品実装される基板基板認識用カメラで認識し、電子部品をピックアップした搭載ヘッドをこの認識結果に基づいて前記基板に対して相対的に位置決めして前記電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法であって、前記搭載ヘッドによる搭載エリアに載置された計測用プレート治具撮像して、所定格子点毎に制御データ上の前記カメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量を検出する位置ずれ検出工程と、前記位置ずれ量を補正して電子部品を基板に搭載する工程とを含み、前記位置ずれ検出工程において、前記搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を搭載エリア内で順次移動させて撮像する際に撮像範囲を部分的に重畳させ、この重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正することを特徴とする電子部品の実装方法。

技術分野

0001

本発明は、電子部品基板実装する電子部品の実装方法に関するものである。

背景技術

0002

電子部品の実装装置では、電子部品供給部から電子部品をピックアップした搭載ヘッド実装対象の基板上まで移動させて搭載を行う。電子部品の実装装置は一般に基板認識用カメラを備えており、このカメラによって基板を撮像することにより基板の位置を検出し、位置検出結果に基づいて電子部品実装時の位置合わせが行われる。すなわち、実装時の位置合わせはカメラの光学座標系を基準として行われる。

0003

ところが、この基板認識用のカメラの光学系座標の位置は必ずしも制御データ上で示される位置にあるとは限らず、種々の要因により位置ずれを生じる。そしてこの位置ずれはカメラを移動させる移動テーブルの機構誤差によって必ずしも一様ではなく、搭載エリア内の各位置で固有の位置ずれ量を示す。このため、実装装置の立ち上げ時にはこれらの位置ずれ量を搭載エリアの各位置毎に求めるキャリブレーションを行う必要がある。

0004

このキャリブレーションの方法として、測定用プレート治具を用いる方法が知られている。このプレート治具は、位置決め誤差を生じないよう形状寸法基準値通りに製作されたプレート表面に所定精度基準マーク格子状に設けたものであり、これらの基準マークをカメラで撮像することにより、搭載エリア内の各格子点における位置ずれ量、すなわち制御データ上の前記カメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量を求めるものである。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記方法では、従来は対象とする基板のサイズが大きくなると、すなわち実装装置の搭載エリアが広くなるとこの広さに応じたプレート治具を準備しなければならなかった。このプレート治具は高精度を必要とする治具であるため大型になるほどコストが上昇する。さらに、大型のプレート治具は作業時のハンドリングが難しく、キャリブレーション作業時に時間を要し、作業者への負担は大きいものであった。このように従来の電子部品実装には、大型基板を対象とする場合にキャリブレーション作業に手間と高コストを要し、実装コストの削減、効率向上が阻害されるという問題点があった。

0006

そこで本発明は、実装コストの削減および効率向上を図ることができる電子部品の実装方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

請求項1記載の電子部品の実装方法は、電子部品が実装される基板を基板認識用のカメラで認識し、電子部品をピックアップした搭載ヘッドをこの認識結果に基づいて前記基板に対して相対的に位置決めして前記電子部品を基板に実装する電子部品の実装方法であって、前記搭載ヘッドによる搭載エリアに載置された計測用のプレート治具を撮像して、所定格子点毎に制御データ上の前記カメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量を検出する位置ずれ検出工程と、前記位置ずれ量を補正して電子部品を基板に搭載する工程とを含み、前記位置ずれ検出工程において、前記搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を搭載エリア内で順次移動させて撮像する際に撮像範囲を部分的に重畳させ、この重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正するようにした。

0008

本発明によれば、搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を移動させて撮像する際に、撮像範囲を部分的に重畳させてこの重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正することにより、搭載エリアよりも小さいプレート治具によって搭載エリア内の全範囲カバーすることができる。

発明を実施するための最良の形態

0009

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1図2(a)は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図2(b)は同電子部品実装装置の基板認識用画像図、図3(a),(b)は同電子部品実装装置の搭載エリアの平面図、図4は同XYテーブル位置ずれ測定のフロー図、図5(a),(b),(c)は同電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図である。

0010

まず図1を参照して電子部品実装装置の構造を説明する。図1において、基台1上には搬送路2が設けられており、搬送路2は前工程より搬入される基板3を搬送し電子部品実装位置に位置決めする。搬送路2の側方には移動テーブル4が配設されている。移動テーブル4はYテーブル5とXテーブル6とを組合せて構成されており、Xテーブル6には移動プレート6aを介して搭載ヘッド7が装着されている。移動テーブル4を駆動することにより、搭載ヘッド7は水平移動し、図外の電子部品供給部から電子部品をピックアップし基板3上に搭載して実装する。

0011

移動プレート6aにはカメラ8が装着されており、カメラ8は搭載ヘッド7と一体的に移動する。移動テーブル4を駆動してカメラ8を基板3上に移動させ、基板3の各対角位置に設けられた認識マーク3aをカメラ8によって撮像することにより、基板3の位置が認識される。そしてこの位置認識結果に基づいて基板3の位置ずれが検出され、電子部品の搭載時にはこの位置ずれを補正して移動テーブル4を駆動する。

0012

次に図2を参照して、電子部品実装装置のカメラの光学座標系の位置ずれ量を検出するために行われるキャリブレーションについて説明する。このキャリブレーションは、電子部品実装装置の立ち上げ時や保守作業時などに行われるものである。図2(a)に示すように、移動テーブル4は固有の直交座標系X−Yを有している。ところがXテーブル6とYテーブル5の結合状態における機構誤差により、XY軸の交角θは完全な直角とはならない。またXテーブル6、Yテーブル5もボールねじピッチ誤差ガイド部の直線度のばらつきを有している。

0013

このため、制御データ上で指示される位置と、実際にカメラが移動テーブル4によって駆動されて移動する位置とは必ずしも一致せず、電子部品搭載に際して行われる基板認識時の実際のカメラ8の位置と制御データ上でのカメラ8の位置との間に位置ずれを生じる。そしてこの位置ずれは一定でなく、移動テーブル4の移動範囲内、すなわち搭載ヘッド7の搭載エリアの各位置によって異なったものとなる。

0014

そこでこれらの位置ずれを補正するためのキャリブレーション、すなわち制御データ上のカメラの光学座標系と実際のカメラの光学座標系との位置ずれ量の検出を行う。このキャリブレーションには、位置決め誤差を生じないように形状寸法が基準値通りに製作され、図2(a)に示すように表面に基準マークとしての認識マーク3bが所定位置・所定精度で格子状に設けられた計測用のプレート治具3’を用いる。

0015

まず移動テーブル4を駆動して、カメラ8を所定位置に位置決めされたプレート治具3’上に移動させ、認識マーク3bを順次撮像して認識マーク3bの位置を認識する。この時、カメラ8Aの移動は制御データ上では光学座標系の原点0が認識マーク3bの中心に一致するように制御されるが、カメラによる位置認識結果では、移動テーブル4の機械誤差のため、原点0は必ずしも認識マーク3bの中心とは一致しない。図2(b)は、プレート治具3’の認識マーク3bnを対象として位置認識を行った場合の画像図を示している。ここでは位置認識により認識マーク3bn(機械座標系での中心座標(Xn,Yn))について、光学座標系の原点0に対してΔxn,Δynの位置ずれが検出されている。

0016

すなわち、機械座標系での座標(Xn,Yn)の近傍に電子部品を搭載する場合には、カメラ8によって認識された基板位置に対して更にΔxn,Δynの補正を加えなければならない。したがって、電子部品実装装置の組立完了の立ち上げ時において、前記位置ずれ量(Δxn,Δyn)を全ての認識マーク3bについて求めておくことにより、移動テーブル4の座標系X−Yに固有の位置ずれを補正するための位置補正量データを得ることができる。

0017

図3は、対象とする搭載エリアAが大きい場合のキャリブレーションに用いられるプレート治具3’を示している。この場合は図3(a)に示すように、搭載エリアAの幅B、長さLはプレート治具3’の幅b、長さlよりも大きく、プレート治具3’によって搭載エリアAの全範囲をカバーすることが出来ない。そこで、図3(b)に示すように、搭載エリアAをプレート治具3’のサイズに応じて複数のエリアに分割し、プレート治具3’を片側から各エリアごとに順次移動させながらキャリブレーション作業を行う。以下、このキャリブレーション作業について、図4のフローに沿って説明する。

0018

まず、プレート治具3’を搭載エリアAの所定位置にセットする(ST1)。ここでは、まず図3(b)に示す第1エリアA1にセットする。次いで、プレート治具3’の認識マーク3bを順次撮像して位置を検出する(ST2)。そして検出された各認識マークの位置に基づいて各認識マーク3bの位置におけるカメラの光学座標系の位置ずれ量(前述の(Δxn,Δyn))を示す位置ずれデータが求められる。この位置ずれデータは記憶部に記憶される(ST3)。次に、搭載エリアAの全範囲について位置測定が完了したか否かが判断され(ST4)、測定未完であれば治具プレート3’を次の測定位置に移動させる(ST5)。そしてST1に戻って同様の撮像、位置認識が繰り返される。

0019

ここで、プレート治具3’を搭載エリアA内で順次移動させて撮像する際には、第2のエリアA2は第1のエリアA1と部分的に所定の重畳範囲LZだけ重畳するように移動位置が設定される。すなわち、撮像範囲を部分的に重畳させることにより、重畳範囲LZについては第1のエリアA1から第2のエリアA2への移動前と移動後の2回撮像される。

0020

ST4にて搭載エリアAの全範囲について測定が完了していれば、すなわち、第1のエリアA1、第2のエリアA2および第3のエリアA3の測定がすべて完了したならば、各測定位置における位置ずれデータを合成して搭載エリアAの全範囲についての位置ずれ量を求める(ST6)。

0021

この位置ずれデータの合成処理について、図5を参照して説明する。図5(a)は、プレート治具3’の移動前と移動後の重畳範囲LZを示したものである。移動前の状態では、プレート治具3’の基準マークのうち、最右列の認識マーク列L1に属する認識マーク3b(実線で示す)が重畳範囲LZ内に位置しており、この状態でカメラ8により認識される。そしてプレート治具3’の移動後には、重畳範囲LZには基準マークのうち、最左列の認識マーク列L2に属する認識マーク(破線で示す)3bが重畳範囲LZ内に位置しており、同様にこの状態でカメラにより撮像される。

0022

プレート治具3’の移動に際しては、移動後の最左列の認識マーク列L2に属する認識マーク3bが移動前の最右列の認識マーク列L1に属する認識マーク3bに一致するように移動が行われるとは限らず、図5(a)に示すように一般に認識マーク列L1と認識マーク列L2とは一致しない。すなわち、この状態で求められた重畳範囲LZ内の認識マーク3bの位置認識結果は、第1のエリアA1から第2のエリアA2への移動前と移動後の2つの異なる位置ずれデータとして与えられる。

0023

そしてこの2つの位置ずれデータ間の差異が、プレート治具3’の移動に起因する位置ずれ検出誤差となる。言い換えれば、同一のプレート治具3’を第1のエリアA1にセットした状態で得られた各認識マークについての位置ずれデータと、第2のエリアA2にセットした状態で得られた各認識マークについての位置ずれデータとの間には、すべての個別の位置ずれ量について前述の差異が存在する。

0024

ところが、キャリブレーションの目的は搭載エリアA内の全範囲について各位置に固有の位置ずれ量を求めるものであるため、搭載エリアAを分割してプレート治具3’を移動させて得られた位置ずれデータ群相互の間の差異を除去する必要がある。この目的で行われるデータ変換処理について説明する。このデータ変換処理は、図5(a)に示す認識マーク列L1に属する認識マークについてプレート治具3’の移動前に求められた位置ずれデータと、認識マーク列L2について移動後に求められた位置ずれデータが、数値データ上で同一値となるように重ね合わせるデータ変換処理を行うものである。

0025

図5(b)はこのデータ変換処理を図式的に表したものである。図5(b)において、認識マーク列L1上の黒点および認識マーク列L2上の白点はそれぞれ各位置における位置ずれを示すデータ点であり、各データ点には当該位置の認識マーク3bの位置を検出することにより求められた位置ずれ量(Δxn,Δyn)が対応している。データ変換に際して、まず図5(b)に示すように、認識マーク列L1に属する最下位置の認識マークの位置ずれを示すデータ点P1と、認識マーク列L2に属する最下位置の認識マークの位置ずれを示すデータ点P2との差異を示す誤差データlx,lyを求める。

0026

次いで、第2のエリアA2において求められたすべての位置ずれ量(Δxn,Δyn)のデータについて、前記誤差データlx,lyだけ補正する。すなわち、図5(b)の(イ)に示すように、データ点P2がデータ点P1に重なるように数値データの平行移動を行う。なお、ここでは、それぞれの認識マーク列L1、L2の最下位置のデータ点P1,P2との差異を誤差データとして用いているが、認識マーク列L1,L2のすべての対応するデータ点についてそれぞれ差異を求め、その平均値を誤差データとして用いるようにしてもよい。

0027

これにより、図5(b)の(ロ)に示すように、データ点P2はデータ点P1に重ね合わされる。次いで、認識マーク列L1と認識マーク列に属するすべてのデータ点を重ね合わせるためのデータ変換処理を行う。ここでは、図5(b)の(ロ)に示すように、認識マーク列L1,L2の交角θを求め、第2のエリアA2において求められたすべての位置ずれ量(Δxn,Δyn)のデータについて、点P1を中心にしてθだけ回転させるデータ変換を行う。

0028

このデータ変換処理により、図5(C)に示すように、プレート治具3’の最右列L1に属する認識マークについてプレート治具3’の移動前に求められた位置ずれデータと、最左列L2について移動後に求められた位置ずれデータが、数値データ上で同一値となるように重ね合わせられ、プレート治具3’の移動前と移動後に別個に求められた各認識マークについての2つの位置ずれデータを、1つのプレート治具を用いて求めた場合と同様の位置ずれデータに合成することが出来る。すなわち、移動前および移動後にそれぞれ求められた複数の位置ずれデータに基づいて、移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正して、1つの位置ずれデータを得る。

0029

なお本実施の形態では、重畳範囲LZに認識マーク列LがL1又はL2の1列のみ含まれている例について説明したが、重畳範囲LZに複数の認識マーク列が含まれるように範囲設定を行ってもよい。この場合には、対応する各認識マーク列間の差異の平均値を求め、この平均値によって上述のデータ変換を行う。

0030

そして、第2のエリアA2について得られた位置ずれデータと第3のエリアについて得られた位置ずれデータについても、同様のデータ変換処理を行う。この結果、搭載エリアAの全範囲にわたって、プレート治具3’の各認識マーク3bに対応する位置におけるカメラ8の光学座標系の位置ずれ量を示す位置ずれデータが得られたことになる。

0031

再び図4戻り、上記により求められた位置ずれデータを実装時の位置補正量として記憶させる(ST7)。そして電子部品の実装動作において搭載ヘッド7によって電子部品を基板に搭載する際には、この位置補正量を加味して移動テーブル4の駆動軸が制御される。

0032

上記説明したように、本発明によれば移動テーブル4の位置ずれ測定を目的としたキャリブレーションにおいて、必要とする搭載エリアAの約3分の1のサイズのプレート治具3’を用いて、十分な精度を有するキャリブレーションを行うことができる。すなわち、大型サイズの基板に対応した搭載エリアAを対象とする場合においても、プレート治具3’はその都度準備する必要がなく、基準サイズのプレート治具を順次移動させることにより、汎用的に使用することができる。したがって、高価格の大型のプレート治具を準備する必要がなく、コスト削減を図ることができるとともに、小サイズのプレート治具はハンドリングが容易であるため、キャリブレーション作業を作業性よく効率的に行うことができる。

発明の効果

0033

本発明によれば、搭載エリアよりも小さいサイズのプレート治具を移動させて撮像する際に、撮像範囲を部分的に重畳させてこの重畳範囲については前記移動前と移動後の複数回認識して複数の位置ずれデータを求め、この複数の位置ずれデータに基づいて前記移動により発生する位置ずれデータ相互間の誤差を補正するようにしたので、搭載エリアよりも小さいプレート治具によって搭載エリア内の全範囲をカバーすることができ、高価格の大型プレート治具を準備する必要がなくコスト低減が図れるとともに、作業時のハンドリングを容易にして作業を効率化することが出来る。

図面の簡単な説明

0034

図1本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
図2(a)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の基板認識用画像図
図3(a)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の搭載エリアの平面図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の搭載エリアの平面図
図4本発明の一実施の形態のXYテーブル位置ずれ測定のフロー図
図5(a)本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図(c)本発明の一実施の形態の電子部品実装方法における位置ずれ検出の工程説明図

--

0035

3基板
3’プレート治具
3b認識マーク
4 移動テーブル
7搭載ヘッド
8カメラ
A搭載エリア
L1、L2 認識マーク列

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