JP5830644B2 - 下受けピン配置判定装置および下受けピン配置判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品実装装置において基板を下受けする下受けピンの配置の正否を判定する下受けピン配置判定装置および下受けピン配置判定方法に関するものである。

基板に電子部品を実装する部品実装工程においては、基板は下面側を下受け部によって支持された状態で位置決め保持される。この基板の下受け方式として、複数の下受けピンを基板の下面に当接させて支持する下受けピン方式が広く用いられる。この下受けピン方式において、基板の下面側に前工程において実装された既実装部品がある場合には、これらの既実装部品との位置的な干渉を生じないよう、下受け可能な部位を選定して下受けピンを配置する必要がある。そしてピン配置作業が終了した後には、選定された正しい位置に実際に下受けピンが配置されているか否かを判定するための確認が行われる。このような下受けピンの位置確認の方法として、基板に当接する先端部をカメラで認識することにより、下受けピンの位置検出を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第４０１４２７０号公報

しかしながら、上述の先行技術例においては、位置検出のための認識対象面が下受けピンにおいて基板に当接する先端部であることに起因して、次に述べるような不都合が生じていた。すなわち、基板の下受け面には前工程作業においてフラックスなどのペースト状の異物が付着している場合が多く、複数の基板を対象とする下受け作業に使用された状態では、下受けピンの先端部にはこれらの異物が付着している。このため、下受けピンの先端部をカメラで撮像して位置認識を行う際の認識精度がこれら異物の存在によって低下し、安定した位置認識が困難で誤認識を招く虞れがあった。

そこで本発明は、下受けピンの位置を良好な認識精度で安定して認識することができる下受けピン配置判定装置および下受けピン配置判定方法を提供することを目的とする。

本発明の下受けピン配置判定装置は、基板保持部に保持された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置において前記基板を下受けする下受けピンの配置の正否を判定する下受けピン配置判定装置であって、前記下受けピンは、前記基板保持部に配設された支持プレートに支持される基部と、前記基部から上方に延出して設けられた軸部と、前記軸部の上部において軸部の外径が縮小する縮径部と、前記縮径部の頂部に形成され前記基板の下受け面に当接して下受けする当接面とを有する形状であり、前記下受けピンを上方から撮像してこの下受けピンを平面視した画像を取得する撮像手段と、前記画像を認識処理することにより、前記軸部の外周面が前記縮径部に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置における前記軸部の外形形状を検出する軸形状検出部と、検出された前記外形形状より求められた前記下受けピンの平面位置を予め定められたピン配置データと比較することにより、当該下受けピンの配置の正否を判定するピン位置判定部とを備えた。

本発明の下受けピン配置判定方法は、基板保持部に保持された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置において前記基板を下受けする下受けピンの配置の正否を判定する下受けピン配置判定方法であって、前記下受けピンは、前記基板保持部に配設された支持プレートに支持される基部と、前記基部から上方に延出して設けられた軸部と、前記軸部の上部において軸部の外径が縮小する縮径部と、前記縮径部の頂部に形成され前記基板の下受け面に当接して下受けする当接面とを有する形状であり、前記下受けピンを上方から撮像してこの下受けピンを平面視した画像を取得する撮像工程と、前記画像を認識処理することにより、前記軸部の外周面が前記縮径部に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置における前記軸部の外形形状を検出する軸形状検出工程と、検出された前記外形形状より求められた前記下受けピンの平面位置を予め定められたピン配置データと比較することにより、当該下受けピンの配置の正否を判定するピン位置判定工程とを含む。

本発明によれば、基板を下受けする下受けピンを、基部から上方に延出した軸部と、この軸部の上部において軸部の外径が減少する縮径部と、縮径部の頂部に形成され基板の下受け面に当接する当接面とを有する形状とし、ピン位置判定のためのピン位置検出に際し、下受けピンを上方から撮像してこの下受けピンを平面視した画像を認識処理し、軸部の外周面が縮径部に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置における軸部の外形形状を検出することにより、当接面に基板の下受け面に存在する異物が付着した状態にあっても、下受けピンの位置を良好な認識精度で安定して認識することができる。

本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の構成を示す平面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における基板搬送機構および基板保持部の構成説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の基板保持部に用いられる下受けピンモジュールの構成説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分断面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における下受けピン配置判定の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における下受けピン配置判定の説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１，図２を参照して、電子部品実装装置１の全体構成を説明する。電子部品実装装置１は基板保持部に保持された基板に電子部品を実装する機能を有している。図１において、基台１ａの中央部には、Ｘ方向（基板搬送方向）に基板搬送機構２が配設されている。基板搬送機構２は上流側から搬入された基板３を搬送し、以下に説明する部品実装機構による実装作業位置に位置決めする機能を備えるものであり、並行に配設された２条の搬送レール２ａを有している。基板搬送機構２の中央部には、搬入された基板３を下受けして保持するための基板保持部２ｃおよび基板保持部２ｃによって持ち上げられた基板３の相対向する２辺の側端部を上方から押さえてクランプする押さえ部材２ｂを備えている。

基板搬送機構２の両側には、実装対象の電子部品を供給する部品供給部４が配置されている。部品供給部４には複数のテープフィーダ５が並列に配置されており、テープフィーダ５はキャリアテープに保持された部品を以下に説明する部品実装機構による取出位置までピッチ送りする機能を有している。基台１ａ上面のＸ方向の１端部上にはＹ軸移動テーブル６が配設されており、Ｙ軸移動テーブル６には２台のＸ軸移動テーブル７がＹ方向にスライド自在に結合されている。Ｘ軸移動テーブル７には、それぞれ実装ヘッド８がＸ方向にスライド自在に装着されている。

実装ヘッド８は複数の単位保持ヘッド９より成る多連型ヘッドであり、単位保持ヘッド９の下端部のノズルホルダに装着された部品吸着用の吸着ノズル９ａ（図４参照）によってテープフィーダ５から実装対象の電子部品を真空吸着によって保持する。Ｙ軸移動テーブル６およびＸ軸移動テーブル７は実装ヘッド８を移動させるヘッド移動機構を構成する。ヘッド移動機構を駆動することにより、実装ヘッド８は部品供給部４と基板保持部２ｃに位置決め保持された基板３との間で移動し、基板３において実装ヘッド８が昇降することにより，保持した電子部品を基板３に実装する。実装ヘッド８および実装ヘッド８を移動させるヘッド移動機構は、部品供給部４から部品を取り出して基板３に実装する部品実装機構１４を構成する。

Ｘ軸移動テーブル７の下面には、それぞれ実装ヘッド８と一体的に移動する基板認識カメラ１０が装着されている。ヘッド移動機構を駆動して基板認識カメラ１０を基板搬送機構２に保持された基板３の上方へ移動させることにより、基板認識カメラ１０は基板３に形成された認識マークを撮像する。部品供給部４と基板搬送機構２との間の実装ヘッド８の移動経路には、部品認識カメラ１１，第１のノズル収納部１２，第２のノズル収納部１３が配設されている。部品供給部４から部品を取り出した実装ヘッド８が部品認識カメラ１１の上方を所定方向に通過する走査動作を行うことにより、部品認識カメラ１１は実装ヘッド８に保持された状態の部品を撮像する。

第１のノズル収納部１２には，単位保持ヘッド９のノズルホルダに装着される吸着ノズル９ａが部品種に対応して複数収納保持されており、第２のノズル収納部１３には同様に単位保持ヘッド９のノズルホルダに装着されて、後述する下受けピンモジュール２２の移載に用いられるピン移載用ノズル（図示省略）が収納保持されている。実装ヘッド８が第１のノズル収納部１２，第２のノズル収納部１３にアクセスしてノズル交換動作を行うことにより、単位保持ヘッド９に装着される吸着ノズルを目的および対象とする部品種に応じて交換することができる。

図２を参照して、基板搬送機構２の構成および機能について説明する。図２に示すように、基板搬送機構２は並行に配設された２条の搬送レール２ａより構成され、搬送レール２ａの内側にはコンベア機構２ｄが搬送方向に沿って設けられている。基板３の両側端部をコンベア機構２ｄの上面に当接させた状態でコンベア機構２ｄを駆動することにより、基板３は基板搬送方向に搬送される。さらに、コンベア機構２ｄの内側には、押さえ部材２ｂにより基板の側端部を上方から押さえてクランプする際、基板の側端部を下方から支持するクランプ部２ｅが支持プレート２１に当接することにより昇降自在に配設されている。基板搬送機構２の中央部には、部品実装機構１４による作業位置に対応して基板保持部２ｃが配設されている。

基板保持部２ｃは、水平な板状の支持プレート２１を昇降機構２０によって昇降（矢印ａ）させる構成となっており、支持プレート２１の上面には、基板３を下面側から支持する下受けピンモジュール２２（下受けピン）が立設されている。支持プレート２１は、アルミニウムなどの非磁性体より成る板部材２１ｂの上面に鋼板などの磁性体２１ａを被覆した構成となっており、磁性体２１ａ上の任意の位置には下受けピンモジュール２２が下受け対象となる基板３の下受け位置に応じて配置される。

この下受け配置状態において、下受けピンモジュール２２の基部２３に内蔵されたマグネット部材によって、下受けピンモジュール２２は磁性体２１ａとの間に作用する引磁力によって支持プレート２１に固定される。なお下受けピンモジュール２２の固定形態としては、必ずしもマグネット部材による印磁力を用いた方法には限定されない。例えば、基部２３の自重によって下受けピンモジュール２２を位置保持する方法や、支持プレート２１に下受けピンモジュール２２の位置保持用の装着孔を設け、下受けピンモジュール２２を挿入して固定するようにしてもよい。

この状態で、図２（ｂ）に示すように、昇降機構２０を駆動して支持プレート２１を上昇させる（矢印ｂ）ことにより、下受けピンモジュール２２の上端部及びクランプ部２ｅの上端部が基板３の下面に当接し、基板３は基板保持部２ｃによって下受け保持されるとともに、基板３の両端部が押さえ部材２ｂの下面に押し付けられて位置固定される。

次に図３を参照して、下受けピンモジュール２２の構成を説明する。下受けピンモジュール２２は、支持プレート２１の任意の位置に立設されて基板３を下面側から下受けして支持する機能を有する。下受けピンモジュール２２は、図３（ａ）に示すように、支持プレート２１に当接する基部２３から上方に下軸部２４Ａを延出させ、下軸部２４Ａの上端部に設けられた鍔状部２５からさらに上方に、下軸部２４Ａよりも小径の上軸部２４Ｂを延出させた構成となっている。鍔状部２５は、単位保持ヘッド９に着脱自在に装着されるピン移載用ノズルによって下受けピンモジュール２２を吸着保持する際に使用される。

下軸部２４Ａ、上軸部２４Ｂはいずれも円形断面で設けられており、上軸部２４Ｂの上部には、上軸部２４Ｂの外径が縮小する縮径部２６が設けられている。図３（ｂ）に示すように、縮径部２６の上面は基板３の下受け面３ａ（図６参照）に当接して支持する当接面２６ａとなっており、上軸部２４Ｂの外径Ｄ１よりも当接面２６ａの外径Ｄ２は小さく設定されている。すなわち、縮径部２６は、上軸部２４Ｂの外径Ｄ１よりも小さい外径Ｄ２を有し頂部に当接面２６ａが形成された小径部２６ｂと、この小径部２６ｂの外周２６ｃと上軸部２４Ｂの外周２４ａとを円錐テーパ面２６ｅで繋ぐテーパ部２６ｄよりなる。

縮径部２６は、支持プレート２１における下受けピンモジュール２２の配置の正否を判定する下受けピン配置判定において、基板認識カメラ１０による位置認識対象となる。すなわち下受けピン配置作業が完了した後には、図４に示すように、実装ヘッド８を移動させて基板認識カメラ１０を各下受けピンモジュール２２の上方に順次移動させ．撮像手段としての基板認識カメラ１０によって、下受けピンモジュール２２を上方から撮像してこの下受けピンモジュール２２を平面視した画像を取得する。そしてこの画像を認識処理することにより、後述するように撮像対象の下受けピンモジュール２２の位置が検出される。

次に図５を参照して、制御系の構成を説明する。制御部３０は演算装置であり、記憶部３１に記憶された各種のプログラムやデータに基づいて以下に説明する各部を制御する。記憶部３１には、基板３に電子部品を実装するための実装データ３１ａのほか、ピン配置データ３１ｂが記憶される。ピン配置データ３１ｂは、支持プレート２１において下受けピンモジュール２２を配置するための位置座標データであり、基板３の品種毎に記憶される。機構駆動部３２は、制御部３０に制御されて基板搬送機構２、基板保持部２ｃ、部品実装機構１４を駆動する。これにより、基板搬送機構２による基板３の搬送動作、基板保持部２ｃによる基板保持動作、部品実装機構１４による部品実装動作が実行される。

認識処理部３３は、基板認識カメラ１０、部品認識カメラ１１による撮像結果を認識処理する。これにより、基板３の位置が認識されるとともに、実装ヘッド８に保持された状態の電子部品の位置が検出される。部品実装機構１４によって電子部品を基板３に実装する際には、これらの認識結果に基づいて搭載位置の補正が行われる。軸形状検出部３４は、認識処理部３３による認識処理結果に基づいて、上軸部２４Ｂの外周２４ａが縮径部２６に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置２４ｂにおける上軸部２４Ｂの外形形状を検出する処理を行う。ピン位置判定部３５は、軸形状検出部３４によって検出された上軸部２４Ｂの外形形状より求められた下受けピンモジュール２２の平面位置を、予め定められたピン配置データ３１ｂと比較することにより、当該下受けピンモジュール２２の配置の正否を判定する。

表示部３６は液晶パネルなどの表示装置であり、基板認識カメラ１０によって取得された画像や、認識処理部３３および軸形状検出部３４によって処理される認識画像、ピン位置判定部３５による判定結果を表示する。操作・入力部３７はキーボードや表示部３６の表示画面に設けられたタッチパネルなどの入力装置であり、操作指示やデータ入力のための操作を行う。上記構成において、基板認識カメラ１０、認識処理部３３、軸形状検出部３４およびピン位置判定部３５は、基板保持部２ｃに保持された基板３に電子部品を実装する電子部品実装装置１において、基板３を下受けする下受けピンモジュール２２の配置の正否を判定する下受けピン配置判定装置を構成する。

次に図６，図７を参照して、上述構成の電子部品実装装置１において、支持プレート２１における下受けピンモジュール２２の配置の正否を判定する下受けピン配置判定方法について説明する。図６（ａ）は、複数の基板３を下受けピンモジュール２２によって連続して下受けする過程における下受け面３ａと縮径部２６の状態を示している。基板３の下受け面３ａには前工程作業においてフラックスなどのペースト状の異物２７が付着しており、複数の基板３を対象とする下受け作業に使用された状態では、縮径部２６の先端の当接面２６ａには異物２７が付着する。図６（ｂ）は、支持プレート２１を下降させて縮径部２６を下受け面３ａから離隔させた状態を示している。この状態では、小径部２６ｂには、異物２７が外周２６ｃから外側にはみ出した形態で付着している。

生産対象の基板品種切替に際して、下受けピンモジュール２２の配置替え作業後に実行される下受けピン配置判定処理においては、この状態の縮径部２６が基板認識カメラ１０による撮像の対象となる。すなわち、基板認識カメラ１０を実装ヘッド８と一体的に移動させて、図４に示すように、それぞれの下受けピンモジュール２２を上方から撮像して下受けピンモジュール２２を平面視した画像を取得する（撮像工程）。図７（ａ）は、このようにして取得され、表示部３６に認識画像３６ａとして表示された画面を示している。

この画像においては、明像の背景画像の中で円錐テーパ面２６ｅに相当する範囲が暗像で現れ、当接面２６ａのうち異物２７が付着していない範囲が明像部分として現れる。すなわち、この認識画像３６ａにおいて、円錐テーパ面２６ｅの背景画像中での認識基準位置２４ｂの輪郭は異物２７の付着の影響を受けないが、当接面２６ａの輪郭は付着した異物２７の影響により明瞭には現れない。このようにして取得された認識画像３６ａを軸形状検出部３４によって処理することにより、上軸部２４Ｂの外周２４ａが縮径部２６に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置２４ｂにおける上軸部２４Ｂの外形形状が検出される（軸形状検出工程）。

図７（ｂ）は、このようにして検出された認識基準位置２４ｂにおける上軸部２４Ｂの外形形状を示している。この外形形状の検出において、認識基準位置２４ｂの輪郭は異物２７の付着の影響を受けないことから、当接面２６ａを認識対象とする場合と比較して、より正確な認識精度を確保することが可能となっている。次いで認識基準位置２４ｂの輪郭線の中心点を求めることにより、下受けピンモジュール２２の平面位置を示すピン位置Ｐが検出される。そして検出されたピン位置Ｐを、予め定められたピン配置データ３１ｂと比較することにより、当該下受けピンモジュール２２の配置の正否を判定し（ピン位置判定工程）、判定結果を表示部３６に表示して報知する。

上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品実装装置１における下受けピン配置判定では、基板保持部２ｃに配置され基板３を下受けする下受けピンとしての下受けピンモジュール２２を、基部２３から上方に延出した下軸部２４Ａ、上軸部２４Ｂと、この上軸部２４Ｂの上部において外径が減少する縮径部２６と、縮径部２６の頂部に形成され基板３の下受け面３ａに当接する当接面２６ａとを有する形状としている。そしてピン配置判定のための位置認識に際し、下受けピンモジュール２２を上方から撮像して平面視した画像を認識処理し、上軸部２４Ｂの外周面が縮径部２６に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置２４ｂにおける上軸部２４Ｂの外形形状を検出するようにしている。これにより、当接面２６ａに基板３の下受け面３ａに存在する異物２７が付着した状態にあっても、下受けピンモジュール２２の位置を良好な認識精度で安定して認識することができる。

なお上記実施の形態においては、下受けピンとして、径寸法が異なる下軸部２４Ａ、上軸部２４Ｂを連結した構成の下受けピンモジュール２２を用いる例を示しているが、同一径寸法の軸部を基部２３から延出させた構成であってもよい。また縮径部２６として、小径部２６ｂとテーパ部２６ｄとを組み合わせた例を示しているが、当接面２６ａ外径Ｄ２が上軸部２４Ｂの外径Ｄ１よりも小さくなるような形態であれば、他の形状を採用してもよい。

本発明の下受けピン配置判定装置および下受けピン配置判定方法は、下受けピンの位置を良好な認識精度で安定して認識することができるという効果を有し、基板保持部に保持された基板に電子部品を実装する電子部品実装分野において有用である。

１ 電子部品実装装置
２ 基板搬送機構
２ｃ 基板保持部
３ 基板
８ 実装ヘッド
９ 単位保持ヘッド
９ａ 吸着ノズル
２１ 支持プレート
２４Ｂ 上軸部
２４ｂ 認識基準位置
２６ 縮径部
２６ａ 当接面
２６ｂ 小径部
２６ｄ テーパ部

Claims (4)

1. 基板保持部に保持された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置において前記基板を下受けする下受けピンの配置の正否を判定する下受けピン配置判定装置であって、
   前記下受けピンは、前記基板保持部に配設された支持プレートに支持される基部と、前記基部から上方に延出して設けられた軸部と、前記軸部の上部において軸部の外径が縮小する縮径部と、前記縮径部の頂部に形成され前記基板の下受け面に当接して下受けする当接面とを有する形状であり、
   前記下受けピンを上方から撮像してこの下受けピンを平面視した画像を取得する撮像手段と、
   前記画像を認識処理することにより、前記軸部の外周面が前記縮径部に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置における前記軸部の外形形状を検出する軸形状検出部と、
   検出された前記外形形状より求められた前記下受けピンの平面位置を予め定められたピン配置データと比較することにより、当該下受けピンの配置の正否を判定するピン位置判定部とを備えたことを特徴とする下受けピン配置判定装置。
2. 前記軸部は断面が円形であり、
   前記縮径部は、前記軸部の外径よりも小さい外径を有し頂部に前記当接面が形成された小径部と、この小径部の外周と前記軸部の外周とを円錐テーパ面で繋ぐテーパ部よりなることを特徴とする請求項１記載の下受けピン配置判定装置。
3. 基板保持部に保持された基板に電子部品を実装する電子部品実装装置において前記基板を下受けする下受けピンの配置の正否を判定する下受けピン配置判定方法であって、
   前記下受けピンは、前記基板保持部に配設された支持プレートに支持される基部と、前記基部から上方に延出して設けられた軸部と、前記軸部の上部において軸部の外径が縮小する縮径部と、前記縮径部の頂部に形成され前記基板の下受け面に当接して下受けする当接面とを有する形状であり、
   前記下受けピンを上方から撮像してこの下受けピンを平面視した画像を取得する撮像工程と、
   前記画像を認識処理することにより、前記軸部の外周面が前記縮径部に遷移する高さ位置に設定された認識基準位置における前記軸部の外形形状を検出する軸形状検出工程と、
   検出された前記外形形状より求められた前記下受けピンの平面位置を予め定められたピン配置データと比較することにより、当該下受けピンの配置の正否を判定するピン位置判定工程とを含むことを特徴とする下受けピン配置判定方法。
4. 前記軸部は断面が円形であり、
   前記縮径部は、前記軸部の外径よりも小さい外径を有し頂部に前記当接面が形成された小径部と、この小径部の外周と前記軸部の外周とを円錐テーパ面で繋ぐテーパ部よりなることを特徴とする請求項３記載の下受けピン配置判定方法。

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