部件安裝方法和裝置的製作方法
2023-06-04 19:56:41
專利名稱：部件安裝方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種部件安裝方法和裝置，具體是講涉及利用吸附嘴吸附IC等電子部件並安裝在印刷線路板上的規定位置上的部件安裝方法和裝置。
背景技術：
以往公知的安裝機器(部件安裝裝置)，具有相互正交的X軸、Y軸，使X軸構成部件沿著Y軸移動自如地放置在由導軌等構成的Y軸上，使具有吸附嘴部件的安裝頭沿著X軸在該X軸構成部件上自由移動，從而使安裝頭在XY平面上移動。
在這種裝置中，吸附嘴部件具有吸附電子部件用的吸附嘴，並將吸附嘴部件整體可旋轉地設置在安裝頭上，同時使吸附嘴能夠沿著吸附嘴部件的旋轉軸升降自如。
在利用這種安裝機器在基板上的規定位置上進行IC等電子部件的安裝時，首先使安裝頭移動到部件供給單元上，使吸附嘴在此處下降並吸附所需的電子部件。然後，在吸附了電子部件的狀態下使吸附嘴上升，同時通過安裝頭的移動把電子部件移動到部件識別攝像機的上方，在此處通過部件識別攝像機識別電子部件。此處，根據通過部件識別攝像機攝入的圖像，求出電子部件相對吸附嘴部件的旋轉軸的吸附偏移量(部件中心和吸附中心的位置偏移量以及吸附角度偏移量)，根據該偏移量設定安裝時的安裝目標位置、即安裝頭的位置以及吸附嘴部件的旋轉角度，同時求出從該目標位置相對各驅動單元的校正量(專利文獻1)。
當如上所述地求出校正量後，以該校正後的校正量驅動安裝頭及吸附嘴部件，當吸附嘴部件到達上述目標位置時，吸附嘴下降，將電子部件安裝在基板上。
專利文獻1特開平5-10746號公報(圖1)可是，在上述的安裝機器中，通常吸附嘴的中心軸和吸附嘴部件的旋轉軸應該保持一致，但因部件精度或裝配精度等，如圖8(a)所示，吸附嘴51的中心軸S相對垂直方向的吸附嘴部件50的旋轉軸P呈現稍微傾斜的狀態。這種情況時，在吸附嘴51的前端部51a，由於吸附嘴51的中心軸S相對吸附嘴部件50的旋轉軸P而偏心，所以當旋轉吸附嘴部件50時，吸附嘴51的前端部51a則形成以旋轉軸P為中心的如該圖中的軌跡Sa所示的擺動。
而且，吸附嘴51的前端部51a的中心軸S和吸附嘴部件50的旋轉軸P的距離，所謂間隔量隨著吸附嘴51的下降而增大，因此在使吸附嘴部件50旋轉時，吸附嘴51的擺動也按圖8(b)的軌跡Sa所示呈現擴大趨勢。在使吸附嘴51上升的狀態下，即使其前端部51a與吸附嘴部件50的旋轉軸P一致(不偏心)，吸附嘴51的中心軸S處於上述傾斜狀態，即使不使吸附嘴部件50旋轉的情況下，吸附嘴51的前端位置也隨著吸附嘴51的下降而偏離旋轉軸P。
另外，上述的吸附嘴51的偏心有包含扭曲要素的情況。即，具有吸附嘴51的中心軸S以相對吸附嘴部件50的旋轉軸P扭曲的位置關係而傾斜的情況，在這種情況下，伴隨吸附嘴51的下降，不僅在吸附嘴51的前端部51a的偏心量增大，而且在下降位置的吸附嘴51的前端部51a相對上升位置的吸附嘴51的前端部51a在圓周方向偏離角度θ。
因此，以吸附嘴的中心軸和吸附嘴部件的旋轉軸處於同軸狀態為前提，在吸附嘴上升的狀態下進行與電子部件的偏移量相適應的校正處理或偏移校正的現有安裝方法，如果吸附嘴的前端中心相對吸附嘴部件的旋轉軸偏心或吸附嘴傾斜，在把電子部件實際安裝到基板上時，隨著吸附嘴的旋轉或下降，在吸附嘴前端位置產生偏移，導致電子部件不能被安裝到基板上的規定安裝位置上的不良情況。
所以，在安裝機器中，如圖8(a)、(b)所示，假定由於吸附嘴中心軸相對吸附嘴部件旋轉軸偏心或傾斜，或者也考慮吸附嘴升降時的吸附嘴前端的平面位置偏移，需要設定安裝時的目標位置，按上述專利文獻1(第0004段)所述，把夾具部件安裝在夾具基板上，利用二維測量裝置求出安裝誤差。該方法的優點是取得也能獲得驅動系統相對目標位置的誤差量校正用數據的綜合校正數據。但是，該方法具有在產品出廠時可以做到，而在購買後的安裝設置時非常困難的缺點。
發明內容
本發明就是為了解決上述問題而提出的，其目的是提供一種能夠更加提高電子部件在基板上的安裝性能，減少部件安裝誤差，將部件安裝在正確位置的部件安裝方法和裝置。
為了解決上述的問題，本發明提供一種利用被安裝在能夠在水平面上移動的安裝頭上的可旋轉並可升降的吸附嘴，吸附起部件，對根據其吸附姿勢求出的吸附偏移量進行校正，然後把該部件安裝在基板上的規定位置的部件安裝方法，在該方法中，根據所述部件的吸附姿勢求出位置偏移量和角度偏移量，在所述角度偏移量小於等於規定值時，以和識別部件時的吸附角度相同的角度安裝部件。
另外，本發明提供一種利用被安裝在能夠在水平面上移動的安裝頭上的可旋轉並可升降的吸附嘴，吸附起部件，對根據其吸附姿勢求出的吸附偏移量進行校正，然後把該部件安裝在基板上的規定位置的部件安裝裝置，該裝置採用下述結構，具有對所述吸附部件進行攝像的部件識別攝像機；和根據所述部件的圖像來識別部件的吸附姿勢，運算吸附時的位置偏移量和角度偏移量的單元，在所述角度偏移量小於等於規定值時，以和識別部件時的吸附角度相同的角度安裝部件。
在這種結構中，當吸附角度偏移量小時，為了進行角度校正使吸附嘴不旋轉，所以因噴嘴旋轉時的噴嘴中心位置的偏心而產生的誤差影響消除，因此能夠提高部件安裝精度。並且，通過把部件識別攝像機的聚焦點設定在與安裝部件的基板表面大致相同的平面上，可以吸收因噴嘴上升下降造成的水平面變化量，提高安裝精度。
圖1是表示部件安裝裝置的結構的俯視圖。
圖2是表示部件安裝裝置的結構的主視圖。
圖3是表示部件安裝裝置的控制系統的結構的方框圖。
圖4是在平面上表示相對吸附嘴部件的旋轉軸P的吸附嘴下降位置的吸附嘴前端的中心軸S的在各個角度時的中心軸的說明圖。
圖5是表示格狀地設置有標記的夾具基板的俯視圖。
圖6是表示部件安裝流程的流程圖。
圖7(a)是表示電子部件吸附時的說明圖，(b)表示通過前端的中心軸S使電子部件旋轉移動時的各坐標位置的說明圖，(c)是將電子部件移動到最終目標位置時的概略圖。
圖8(a)是表示產生偏心時的吸附嘴的上升時的狀態的說明圖，(b)是表示(a)的吸附嘴下降時的狀態的說明圖。
圖中3-基板；4-部件供給部；5-安裝頭單元；9-Y軸伺服電機；15-X軸伺服電機；17-Z軸伺服電機；18-R軸伺服電機；19-基板識別攝像機；25-部件識別攝像機；37-圖像識別裝置。
具體實施例方式
以下，參照附圖所示的實施方式詳細說明本發明。
圖1表示把電子部件安裝在基板上的部件安裝裝置1，圖2表示以安裝頭單元5為中心的部分，圖3表示控制系統結構的方框圖。部件安裝裝置1設有具有位置檢測器16的X軸伺服電機15，和具有位置檢測器10的Y軸伺服電機9。根據由CPU、RAM、ROM等構成的控制裝置60的指示驅動X軸伺服電機15，使絲槓軸13旋轉，由支撐體14支撐的安裝頭單元5在X軸方向移動，並且驅動Y軸伺服電機9，使絲槓軸8旋轉，安裝頭單元5的支撐體14沿著導軌7移動，由此可以使安裝頭單元5在XY方向上移動。
另外，安裝頭單元5還具有3個吸附嘴部件。以下說明一個吸附嘴部件20，其他吸附嘴部件的結構也相同(圖3隻示出一個吸附嘴部件)。吸附嘴部件20具有位於其中心軸上的吸附嘴21和其周圍的噴嘴保持部件20a，吸附嘴部件整體通過R軸伺服電機18相對安裝頭單元5的框架可以沿中心軸(R軸)周圍旋轉，同時通過Z軸伺服電機17可以使吸附嘴21相對噴嘴保持部件20a升降(Z軸方向的移動)。在該情況下，吸附嘴21的Z軸、R軸的移動位置可以通過設在各伺服電機17、18上的位置檢測器22、23進行檢測，其X軸、Y軸的移動位置可以通過位置檢測器16、10進行檢測。
另外，部件安裝裝置1還設有多個並列設置的收容電子部件的傳送帶機構等的部件供給裝置4a的部件供給單元4，安裝頭單元5在這些部件供給裝置4a的位置上移動，通過吸附嘴21拾取電子部件，並安裝在沿著傳送帶2傳送過來的基板3上。該情況時，存在以移動軸等為起因的機構誤差，使得來自向各軸輸出移動指令的控制裝置60的移動指令值和實際移動到達位置未必一致，在基板上的各位置存在固有位置偏移，所以為了校正該固有位置偏移，在安裝裝置的安裝頭單元5上裝有基板識別攝像機19，用於預先求出基板上的各個位置的固有偏移量，如下面說明的那樣，進行校準作業。該基板識別攝像機19對形成於基板3上的基板標記進行攝像，通過其圖像處理識別標記位置，在安裝電子部件時校正基板的位置偏移。
另一方面，在傳送帶2(圖1中上側)和部件供給單元4之間設有部件識別用部件識別攝像機25，通過該部件識別攝像機25對電子部件進行攝像，其圖像在由CPU37a、存儲器37b、A/D變換器37c等構成的圖像識別裝置37(圖3)進行處理，從而可以識別電子部件62的位置(吸附姿勢)。在該情況下，部件識別攝像機25(圖2)的聚焦點位置25a被設定在基板安裝面上。具體而言，利用吸附嘴21吸附從部件供給單元4供給的電子部件後，在使吸附嘴21上升的同時移動安裝頭單元5，使所吸附的電子部件保持在部件識別攝像機25上方的規定聚焦點位置25a(校正位置)，由此電子部件通過部件識別攝像機25作為焦點相吻合的圖像被攝像。
通過部件識別攝像機25攝取的電子部件圖像在圖像識別裝置37被進行圖像處理，從而求出電子部件相對吸附嘴部件20的中心軸S的吸附偏移量(位置偏移量和角度偏移量)，根據該吸附偏移量，決定安裝時的吸附嘴部件20的旋轉軸P的移動位置，即吸附嘴部件20的目標位置。
另外，如圖3所示，在部件安裝裝置中設有用於輸入基板數據和部件數據的鍵盤31、滑鼠32等輸入裝置，所生成的基板數據和部件數據可以存儲在由硬碟、快閃記憶體等構成的存儲裝置33。另外，還設有監視器34，可以在其畫面中顯示部件數據、運算數據和用基板識別攝像機19、部件識別攝像機25攝像的圖像等。
另外，在部件安裝裝置的控制裝置60中設有存儲單元(RAM)，用於存儲因吸附嘴21的旋轉姿勢造成的噴嘴中心位置偏心量，因各吸附嘴21的旋轉姿勢(0、90、180、270度)造成的噴嘴中心位置偏心量被預先數據化並存儲。即，在上述部件安裝裝置的結構中，吸附嘴21的前端在聚焦點位置25a，進行識別時的部件高度在和基板3的表面大致相同的高度位置，並且在吸附嘴部件20位於基準角度(例如旋轉角0°)時，如圖4的點劃線所示，雖然吸附嘴21的中心軸S和吸附嘴部件20的旋轉中心P本來應該一致，但由於部件製造誤差和裝配誤差，吸附嘴21的中心軸S處於相對吸附嘴部件20的旋轉軸P傾斜的狀態時，如該圖的實線所示，吸附嘴21的中心軸S位於相對吸附嘴部件20的旋轉軸P僅偏心距離Nax、Nay(第4象限)的位置。因此，為了校正因該偏心造成的誤差，預先求出在360度內所述高度位置的偏心量，將其存儲在存儲單元。
在本實施方式中，如圖5所示在裝置起動時或維修時，利用基板識別攝像機19對具有被設置成多個格狀的校準用校準用測量點(標記)42的夾具基板41進行攝像，把通過該攝像檢測到的各測量點42的位置和CAD數據指定的位置數據進行比較，求出各安裝位置的固有位置偏移，存儲在控制裝置60的存儲單元(RAM)中。關於測量點的位置識別方法，是利用以往的公知技術中用的方法。
如上所述，根據電子部件相對吸附嘴部件20的中心軸S的吸附偏移量，決定安裝時的吸附嘴部件20的旋轉軸P的目標位置，控制裝置60根據所決定的最終目標位置，計算相對各伺服電機9、15、17、18的固有位置偏移量，同時加上校正基板的位置偏移、吸附偏移的校正量，驅動控制各伺服電機9、15、17、18，把電子部件62安裝在規定的基板位置上。
下面，參照圖7並根據圖6的流程圖說明上述安裝機器的電子部件的吸附、安裝動作和安裝電子部件時的位置校正。
首先，開始安裝動作，控制裝置60從存儲裝置33讀出與基板相適應的例如應安裝電子部件的種類或安裝位置等預先設定的數據(步驟S1)，開始與該基板相適應的安裝動作。此時，控制裝置60將每次安裝電子部件時被累加計數的計數器復位(步驟S2)，同時開始驅動用於傳送基板的傳送帶2，由此，被安裝基板3被搬入並定位在規定的作業位置，使安裝頭單元5在XY方向上移動，把基板識別攝像機19定位在規定的基板標記上，進行標記位置識別及基板位置識別(步驟S3)。
然後，使安裝頭單元5在XY方向移動，同時將吸附嘴21定位在部件供給單元4的所期望的電子部件供給位置，之後，使吸附嘴21下降，從部件供給單元4吸附電子部件62(步驟S4、S5)。然後，吸附嘴21在吸附了電子部件的狀態下上升，安裝頭單元5在部件識別攝像機25上方移動，電子部件62被配置在部件識別攝像機25的識別位置(聚焦點位置)25a，電子部件保持在基板上安裝時的姿勢，並在聚焦點位置被部件識別攝像機25攝像。所攝像的電子部件的圖像在圖像識別裝置37被實施圖像處理，求出吸附偏移量，即，部件中心和吸附中心的位置偏移量及相對基準角度的角度偏移量(步驟S6)。
另外，控制裝置60以吸附嘴部件20的旋轉軸P為基準設定電子部件相對基板3的安裝位置。即，在吸附電子部件時，以吸附嘴部件20被保持在基準角度，並且吸附嘴部件20的旋轉軸P和中心軸S和電子部件的中心一致的狀態下被吸附為前提，根據安裝時的吸附嘴部件20的旋轉軸P和旋轉角度設定安裝位置。
因此，在吸附電子部件時，在吸附嘴部件20的旋轉軸P和噴嘴21的中心軸S和電子部件的中心Q一致、並且以基準角度吸附電子部件的情況下，上述安裝位置和安裝時的吸附嘴部件20的移動位置(包括吸附嘴部件20的旋轉角度的意義上的移動位置)達到一致。但是，例如圖7(a)所示，在吸附嘴部件20的旋轉軸P和噴嘴中心軸S和電子部件62的中心Q不一致，並且向旋轉方向傾斜的狀態下被吸附的情況下，為了校正在步驟S6求出的角度偏移量θ，使吸附嘴以旋轉軸P為中心旋轉進行角度校正，由於吸附嘴的旋轉軸P和中心軸S的偏心，使得旋轉中心P和部件中心Q間的位置與在步驟S6識別時求出的結果產生偏移。
即，在部件識別攝像機原點和吸附中心(S)相同的情況下，如果設從部件中心(Q)到吸附中心(S)的向量為A＝(Ax、Ay)，設從旋轉中心(P)到吸附中心(S)的向量為B＝(Bx、By)，設從旋轉中心(P)到部件中心(Q)的向量為C＝(Cx、Cy)，因為A是部件識別結果，B是已知項，所以當以旋轉中心(P)為中心，使吸附嘴旋轉以校正吸附角度偏移(-θ)時，從校正後的旋轉中心(P)到部件中心(Q)的向量為C』為C』＝[cos(-θ)·(Ax+Bx)-sin(-θ)·(Ay+By)、sin(-θ)·(Ax+Bx)+cos(-θ)·(Ay+By)]另外，在部件識別攝像機原點和旋轉中心(P)相同的情況下，C是部件識別結果，C＝(Cx、Cy)，則C』＝[cos(-θ)·Cx-sin(-θ)·Cy、sin(-θ)·Cx+cos(-θ)·Cy]校正角度後，使旋轉中心P移動到偏置C』的位置。
可以考慮如果吸附角度偏移量小，校正角度θ是充分小的值，則通過校正角度，吸附中心S相對旋轉中心P的偏移量充分小。因此，在步驟S7判斷角度偏移量θ是否小於規定值。在小於等於規定值的情況下，為了避免因上述的角度校正造成的位置偏移量的變動，對在步驟S6求出的角度偏移量不進行校正，僅校正位置偏移量，進行最終目標位置設定(步驟S8)。在該情況下，為了校正角度，不使吸附嘴旋轉，所以部件以部件識別時的部件吸附角度，即，和相對基準角度的傾斜角度相同的角度被安裝，能夠消除因噴嘴旋轉位置造成的噴嘴中心位置的偏心產生的誤差的影響。另外，在識別部件時，吸附嘴21的前端位於部件識別攝像機25的聚焦點位置25a，部件高度位於和基板3的表面大致相同的高度位置，所以也能夠吸收因噴嘴上升下降造成的水平面變化量。
另一方面，在角度偏移量大於規定值的情況下，在校正角度偏移量θ後，校正上述C』的位置偏移量，設定最終目標位置(步驟S9)。由此，決定吸附嘴部件20的旋轉軸P的最終目標位置，校正驅動系統的固有位置偏移量(步驟S10)。圖7(b)、(c)分別表示校正角度後的各坐標值、以及旋轉中心的最終目標坐標(位置)，校正固有位置偏移後的目標坐標、邏輯目標坐標。
如果這樣設定目標位置，通過控制裝置60驅動各驅動單元，安裝頭單元5在XY方向移動，同時在進行角度校正的情況下，吸附嘴部件20一邊旋轉一邊移動到最終目標位置。在到達該最終目標位置時，吸附嘴21在該位置下降，把電子部件安裝在基板上，在安裝電子部件後，在規定的時刻，控制裝置的電子部件用計數器被累加計數(步驟S11、S12)。
在部件安裝沒有全部完成的情況下，返回步驟S4，進行相同的處理(步驟S13)，另一方面，在部件全部安裝完成後，驅動傳送帶2，將被定位在規定作業位置的基板搬出，例如運到後面工序(步驟S14)，結束本流程。
發明效果如上所述，根據本發明，在吸附角度偏移量小時，為了校正角度，不使吸附嘴旋轉，所以因噴嘴旋轉時的噴嘴中心位置的偏心而產生的誤差的影響消除，因此能夠提高部件安裝精度。另外，通過把部件識別攝像機的聚焦點設定在與安裝部件的基板表面相同的表面上，可以吸收因噴嘴上升下降造成的水平面變化量，提高安裝精度。
權利要求
1.一種部件安裝方法，利用被安裝在能夠在水平面上移動的安裝頭上的可旋轉並可升降的吸附嘴，吸附起部件，對根據其吸附姿勢求出的吸附偏移量進行校正，然後把該部件安裝在基板上的規定位置，其特徵在於，根據所述部件的吸附姿勢求出位置偏移量和角度偏移量，在所述角度偏移量小於等於規定值時，以和識別部件時的吸附角度相同的角度安裝部件。
2.根據權利要求1所述的部件安裝方法，其特徵在於，識別部件的吸附姿勢時的部件高度為和基板表面大致相同的高度。
3.一種部件安裝裝置，利用被安裝在能夠在水平面上移動的安裝頭上的可旋轉並可升降的吸附嘴，吸附起部件，對根據其吸附姿勢求出的吸附偏移量進行校正，然後把該部件安裝在基板上的規定位置，其特徵在於，具有對所述吸附部件進行攝像的部件識別攝像機；和根據所述部件的圖像來識別部件的吸附姿勢，運算吸附時的位置偏移量和角度偏移量的單元，在所述角度偏移量小於等於規定值時，以和識別部件時的吸附角度相同的角度安裝部件。
4.根據權利要求2所述的部件安裝裝置，其特徵在於，識別部件的吸附姿勢時的部件高度為和基板表面大致相同的高度。
全文摘要
一種部件安裝方法和裝置。利用安裝成可以旋轉並升降的吸附嘴來吸附部件，校正根據其吸附姿勢求出的吸附偏移量，把部件安裝在基板的規定位置。識別部件的吸附姿勢，求出位置偏移量和角度偏移量(步驟S6)，在角度偏移量小於等於規定值時，僅校正位置偏移量(步驟S8)，進行部件的安裝。在這種結構中，當吸附角度偏移量小時，為了進行角度校正而使吸附嘴不旋轉，所以因噴嘴旋轉造成的噴嘴中心位置的偏心誤差的影響消除，因此能夠提高部件安裝精度。並且能夠更加提高電子部件在基板上的安裝性能，減少部件的安裝誤差。
文檔編號H05K7/12GK1533233SQ200410029518
公開日2004年9月29日 申請日期2004年3月18日 優先權日2003年3月19日
發明者師岡博明 申請人:重機公司