部品搭載装置及び基板マーク認識方法
【課題】親基板上の全子基板の基板マークを複数軸の作業ヘッドが迅速に認識することができる部品搭載装置を提供する。
【解決手段】先ず基準作業ヘッドが親基板上の全ての子基板の子基板マークを認識し認識結果を保存する（ステップＳ１〜Ｓ５）。それが終了したら基準以外の作業ヘッドが親基板上の最外側の２点の子基板マークのみを認識して（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）、基準作業ヘッドによる最外側の２点の子基板マークの認識結果と比較して補正値を設定し、その補正値に基づいて、残る子基板の全ての認識を演算によって行う（ステップ１０６〜Ｓ１０９）。
【解決手段】先ず基準作業ヘッドが親基板上の全ての子基板の子基板マークを認識し認識結果を保存する（ステップＳ１〜Ｓ５）。それが終了したら基準以外の作業ヘッドが親基板上の最外側の２点の子基板マークのみを認識して（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）、基準作業ヘッドによる最外側の２点の子基板マークの認識結果と比較して補正値を設定し、その補正値に基づいて、残る子基板の全ての認識を演算によって行う（ステップ１０６〜Ｓ１０９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数軸の作業ヘッドを有する部品搭載装置に関し、さらに詳しくは、親基板上の全子基板の基板マークを複数軸の作業ヘッドが迅速に認識することができる部品搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、基板供給装置、ディスペンサ、部品搭載装置、リフロー炉、基板収納装置等で構築される基板ユニット製造ラインが知られている。このような基板ユニット製造ラインの中でも、プリント基板上にＩＣ、抵抗、コンデンサなど多数の電子部品を自動搭載する部品搭載装置は、精密な作業を行う装置としてよく知られている。
【０００３】
この部品搭載装置は、平面をたてよこ２次元にわたって自在に移動可能に支持された複数軸の作業ヘッドを備え、この作業ヘッドに上下に昇降自在で且つ３６０度方向に回転が可能な搭載ヘッドを備えている。
【０００４】
搭載ヘッドは、前段装置のディスペンサにより接着剤又は半田が塗布された後搬入されてくるプリント基板（以下単に、基板と言う）の所定位置に所定の電子部品（以下単に、部品と言う）を迅速に搭載する。
【０００５】
基板に部品を搭載するときは、その搭載処理に先立って部品搭載装置側で基板の位置を正しく認識する必要がある。この基板位置の認識には、通常、基板の２隅に印刷等で標記されている基板マーク（基準マーク、フィデュシャルマークともいう）をカメラで認識し、カメラ視野とのズレ量を算出し、そのズレ量に基づいて部品搭載位置を補正しながら、部品を基板上に搭載する。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００５−０３９０７６号公報（要約、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、部品の製造技術が向上し、部品の設計寸法が微細化されてきているため、部品サイズで小さいものでは０．５ｍｍ×１ｍｍのものがあり、また、サイズが例えば２０ｍｍ角と大きな場合でも、その部品チップから出ている多数のリード線相互間の間隔は百ミクロン単位となっていて極めて微細である。
【０００７】
また、基板そのものも小型化されている。特に、携帯用電子機器には小型のフレキシブル基板が用いられる場合が多い。フレキシブル基板は、その名の通り屈曲性に富んだ柔軟な基板であり、そのままでは部品搭載装置で部品の搭載処理を行うことは出来ない。
【０００８】
したがって、従来同様の大型基板（親基板という）もしくは大型基板と同様サイズの治具（これも通常、親基板と呼んでいる）にフレキシブル基板（子基板という）を粘着テープ等で手作業で貼り付けて、その屈曲性と柔軟性を抑え、その親基板を部品搭載装置に搬入して、子基板上に部品を搭載するようにしている。
【０００９】
ところで、通常の親基板と子基板の関係では、子基板は将来切り離す連設部で親基板と一体化されているので、部品搭載装置側としては、親基板の基板マークさえ認識すれば、子基板ごとの配置位置は正確にわかるので、子基板ごとにその基板マークを認識する必要はない。
【００１０】
ところが、フレキシブル子基板と親基板の関係では、ぺらぺらの薄膜状のフレキシブル子基板を粘着テープなどで親基板上に貼っているのであるから、親基板とフレキシブル子基板の位置関係が一定しない。つまり、フレキシブル子基板の位置の精度が極めて悪い。したがって、各フレキシブル子基板ごとに、基板マークを認識しなければならない。
【００１１】
ところが、親基板上には、多い場合では４０枚ものフレキシブル子基板が貼り付けられる。他方、ワン・バイ・ワン型の多軸の部品搭載装置では、一般に２軸又は４軸の作業ヘッドを装備している場合がある。
【００１２】
例えば、フロントとリアの２軸の作業ヘッドを有する部品搭載装置であると、子基板が４０枚であるとすると基板マークは基板１枚につき最低でも２個のマークが標記されているから、１つの作業ヘッドで親基板１枚につき全部で８０個の基板マークを認識する必要がある。
【００１３】
また、フロントとリアの作業ヘッドでは、Ｘ及びＹ軸方向の基準点や移動量が微妙に異なるから、フロントの作業ヘッドで認識したデータを、そのままリアの作業ヘッドの認識データに変換することができない。フロントとリアの両方の作業ヘッドで、それぞれ基板マークを認識する必要がある。
【００１４】
そして、フロント側の作業ヘッドが基板マークを認識しているときは、リア側の作業ヘッドは、フロント側の作業ヘッドと作業領域が干渉するので、フロント側の作業ヘッドの基板マーク認識の終了まで待機してから、基板マークの認識を開始することになる。
【００１５】
すなわち、フロントとリアの２軸の作業ヘッドでも、８０×２＝１６０回分の基板マーク認識処理の時間が必要である。これが４軸の作業ヘッドの場合であれば、実に、８０×４＝３２０回分の基板マーク認識処理の時間が必要になってくる。いずれの場合であっても、作業能率の低下が避けられない。
【００１６】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、親基板上の全子基板の基板マークを複数軸の作業ヘッドが迅速に認識することができる部品搭載装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
先ず、第１の発明の部品搭載装置は、複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置において、基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込む基準軸の作業ヘッドと、該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記基板マークの画像の中心と上記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算する演算手段と、該演算手段により演算された全てのズレ量を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された上記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正する補正手段と、上記複数の子基板の全ての上記基板マークうちの上記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込む上記基準軸以外の作業ヘッドと、該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像と上記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出する算出手段と、を備え、上記基準軸以外の作業ヘッドは、上記算出手段により算出されれたズレ量と上記記憶手段に記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の上記基板マークの位置を演算により認識するように構成される。
【００１８】
次に、第２の発明の基板マーク認識方法は、複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置における基板マークの認識方法であって、基準軸の作業ヘッドの基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込み、該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記基板マークの画像の中心と上記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算し、該演算された全てのズレ量を記憶し、該記憶された上記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正し、上記基準軸以外の作業ヘッドにより上記複数の子基板の全ての上記基板マークうちの上記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込み、該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像と上記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出し、上記基準軸以外の作業ヘッドは、上記算出されれたズレ量と上記記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の上記基板マークの位置を演算により認識するように構成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基準軸の作業ヘッドが全子基板の基板マークを認識すれば、残る基準軸以外の作業ヘッドは親基板の最外側にある二点の基板マークを認識するだけで後は演算により全ての子基板の基板マークを認識するので、子基板の基板マークの認識処理の時間が格段に短縮されて作業能率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１(a) は、実施例１における部品搭載装置の外観斜視図であり、同図(b) は、その上下の保護カバーを取り除いて内部の構成を模式的に示す斜視図である。
同図(a),(b) に示すように、部品搭載装置１は、天井カバー上の前後に、それぞれＣＲＴディスプレイからなるモニタ装置２と、同じく天井カバー上の左右に、それぞれ稼動状態を報知する警報ランプ３を備えている。また、上部保護カバー４の前部と後部の面には操作入力用表示装置５が配設されている。
【００２２】
下部の基台６の上には、中央に固定と可動の１対の平行する基板案内レール７が同図(b) に示す基板８の搬送方向（Ｘ軸方向、図の斜め右下から斜め左上方向）に水平に延在して配設される。
【００２３】
これらの基板案内レール７の下部に接して図には見えないループ状の搬送ベルト（コンベアベルト）が走行可能に配設されている。搬送ベルトは、装置内に新たな基板（本例では親基板）８を搬入し、子基板に部品搭載中は停止させ、部品搭載終了後はライン下流に搬出する。
【００２４】
基台６の前後には、それぞれ部品供給ステージ９が形成されている（同図(a) では図の右斜め上方向になる後部の部品供給ステージ９は陰になって見えない。また、同図(b) では、後部の部品供給ステージ９は図示を省略している）。
【００２５】
部品供給ステージ９には、テープ式部品供給装置１０が、５０個〜７０個と多数配置される。テープ式部品供給装置１０には、その後端部に、部品を収容したテープを捲着したテープリール１１が着脱自在に装着されている。
【００２６】
また、基台６の上方には本体フレームの左右（Ｘ軸方向）に分かれて本体フレームに固定された天釣り型の二本のＹ軸レール１２とこれら二本のＹ軸レール１２に差し渡されてそれぞれ摺動自在に支持される二本のＸ軸レール１３が配置されている。
【００２７】
Ｘ軸レール１３にはそれぞれ１台の作業ヘッド１４（フロント側作業ヘッド１４ｆ又はリア側作業ヘッド１４ｒ）がＸ軸レール１３に沿ってＸ軸方向に摺動自在に懸架され、これらの各作業ヘッド１４には２個の搭載ヘッド１５が配設されている。
【００２８】
搭載ヘッド１５の先端には、それぞれ吸着ノズル１６が着脱自在に装着されている。また、作業ヘッド１４は、２個の搭載ヘッド１５に隣接して配置された基板認識用カメラ１７を保持している。
【００２９】
上記の作業ヘッド１４は、屈曲自在で内部が空洞な帯状のチェーン体１９に保護・収容された複数本の不図示の信号コードを介して装置本体１の基台６内部の電装部マザーボード上に配設されている中央制御部と連結されている。
【００３０】
作業ヘッド１４は、これらの信号コードを介して中央制御部からは電力及び制御信号を供給され、中央制御部へは基板の位置決め用基板マークや部品の搭載位置の情報を示す画像データを送信する。
【００３１】
また、基板案内レール７と部品供給ステージ９との間には、搭載ヘッド１５の吸着ノズル１６に吸着された部品を画像認識するための複数種類の部品認識用カメラ１８が、２個の作業ヘッド１４に対応して２箇所にそれぞれ配置されており、その近傍には同図では図示を省略しているが、搭載ヘッド１５に対して交換自在に装着するための複数種類の吸着ノズル１６を収容したノズルチェンジャーが配置されている。
【００３２】
また、基台６の内部には、上述した中央制御部のほかに、特には図示しないが、基板の位置決め装置、基板を２本の基板案内レール７間に固定する基板固定機構等が備えられている。
【００３３】
上記の作業ヘッド１４は、上述したＹ軸レール１２とＸ軸レール１３とにより前後左右に自在に移動する。これらの作業ヘッド１４に支持される各２個の搭載ヘッド１５は、それぞれＺ方向（上下方向）に昇降可能であり且つθ方向（３６０°方向）に回転可能である。
【００３４】
これにより、搭載ヘッド１５の先端に装着されている吸着ノズル１６は、作業ヘッド１４と搭載ヘッド１５を介して、各作業領域において、前後と左右に移動自在であり、上下に昇降自在であり、且つ３６０°方向に回転自在である。
【００３５】
作業ヘッド１４の搭載ヘッド１５は、テープ式部品供給装置１０から供給される部品を吸着ノズル１６で吸着し、部品認識用カメラ１８で画像認識して位置補正した後、基板認識用カメラ１７で基板８の所定の搭載位置を確認し、その所定の搭載位置に上記の部品を搭載する。
【００３６】
図２は、上記のように構成される部品搭載装置１のシステム構成を示すブロック図である。同図に示すように、部品搭載装置１のシステムは、ＣＰＵ２０と、このＣＰＵ２０にバス２１で接続されたｉ／ｏ（入出力）制御ユニット２２及び画像処理ユニット２３からなる制御部を備えている。また、ＣＰＵ２０にはメモリ２４が接続されている。メモリ２４は特には図示しないがプログラム領域とデータ領域を備えている。
【００３７】
また、ｉ／ｏ制御ユニット２２には、親基板１７（図１(b) 参照）の部品搭載位置を照明するための照明装置２５や搭載ヘッド１５の吸着ノズル１６（図１(b) 参照）に吸着されている部品２６を下から照明するための照明装置２７が接続されている。
【００３８】
更に、ｉ／ｏ制御ユニット２２には、それぞれのアンプ（ＡＭＰ）を介して２個のＸ軸モータ２８、２個のＹ軸モータ２９、４個のＺ軸モータ３１、及び４個のθ軸モータ３２が接続されている。
【００３９】
Ｘ軸モータ２８は、Ｘ軸レール１３を介してＸ方向に作業ヘッド１４を駆動し、Ｙ軸モータ２９は、Ｙ軸レール１２を介してＹ方向にＸ軸レールすなわち作業ヘッド１４を駆動する。
【００４０】
Ｚ軸モータ３１は作業ヘッド１４の搭載ヘッド１５を上下に駆動し、そしてθ軸モータ３２は搭載ヘッド１５つまり吸着ノズル１６を３６０度回転させる。
上記の各アンプには、特には図示しないが、それぞれエンコーダが配設されており、これらのエンコーダにより各モータ（Ｘ軸モータ２８、Ｙ軸モータ２９、Ｚ軸モータ３１、θ軸モータ３２）の回転に応じたエンコーダ値がｉ／ｏ制御ユニット２２を介してＣＰＵ２０に入力する。これにより、ＣＰＵ２０は、各搭載ヘッド１５の前後、左右、上下の現在位置、及び回転角を認識することができる。
【００４１】
更に、上記のｉ／ｏ制御ユニット２２には、バキュームユニット３３が接続されている。バキュームユニット３３はバキュームチューブ３４を介して搭載ヘッド１５の吸着ノズル１６に空気的に接続されている。
【００４２】
このバキュームチューブ３４には空圧センサ３５が配設されている。バキュームユニット３３は、吸着ノズル１６に対しバキュームによって部品２６を吸着させ、又はバキューム解除とエアブローとバキュームブレイク（真空破壊）によって吸着を解除させる。
【００４３】
このとき、空圧センサ３５からバキュームチューブ３４内の空気圧データが電気信号としてｉ／ｏ制御ユニット２２を介しＣＰＵ２０に出力される。これにより、ＣＰＵ２０は、バキュームチューブ３４内の空気圧の状態を知って、吸着ノズル１６によって部品２６を吸着する準備が出来ているか否かを認識することができると共に、吸着された部品２６が正常に吸着されているかを認識することができる。
【００４４】
更に、上記のｉ／ｏ制御ユニット２２には、位置決め装置、ベルト駆動モータ、基板センサ、異常表示ランプ等が、それぞれのドライバを介して接続されている。位置決め装置は、前述したように部品搭載装置１の基台６内部において基板案内レール７の下方に配置され、装置内に案内されてくる親基板８の位置決めを行う。
【００４５】
ベルト駆動モータは案内レール７に一体的に配設されている搬送ベルトを循環駆動する。基板センサは親基板８の搬入と搬出を検知する。異常表示ランプ（図１(a) に示した警告ランプ３参照）は部品搭載装置１の動作異常や作業領域内の異物進入等の異常時に点灯又は点滅して異常発生を現場作業者に報知する。また、点滅又は点灯によって部品補充時期の接近したことを警告報知する。
【００４６】
また、ｉ／ｏ制御ユニット２２には、通信ｉ／ｏインターフェース３６、図１(a) に示した操作入力用表示装置５、記録装置３７が接続されている。通信ｉ／ｏインターフェース３６は、例えばティーチング処理などをパーソナルコンピュータ等の他の処理装置で行う場合などに、これらの処理装置と有線又は無線で接続してＣＰＵ２０との通信が可能であるようにする。
【００４７】
記録装置３７は、例えばＨＤ（hard disk）、ＭＯ（Magneto Optical disk）、ＦＤ（floppy disk：フロッピー（登録商標）ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ／ＲＷ（compact disc read only memory/read and write）、フラッシュメモリ装置等の各種の記録媒体を装着可能に構成されている。
【００４８】
この記録装置３７は、部品搭載装置１の部品搭載処理、その事前に行なわれる部品マスター作成処理、子基板データ編集処理、座標データ編集処理、ＮＣプログラム編集処理、部品搭載座標ティーチング処理、部品搭載処理中における部品補充タイミングの監視処理等のプログラムや、部品ライブラリのデータ、ＣＡＤからのＮＣデータ、部品補充の予告リスト等の各種のデータを記録して保持している。
【００４９】
上記のプログラムはＣＰＵ２０によりメモリ２４のプログラム領域にロードされて各部の制御の処理に使用される。また、データもメモリ２４のデータ領域に読み出されて、所定の処理がなされ、処理されて更新されたデータは、所定の記録媒体の所定のデータ領域に格納されて保存される。
【００５０】
また、画像処理ユニット２３には、作業ヘッド１４に配設されて照明装置２７により照明される親基板８の部品搭載位置を撮像する基板認識用カメラ１７と、照明装置２５と一体型の図１(b) に示した部品認識用カメラ１８が接続されている。
【００５１】
また、操作入力用表示装置５は、部品搭載作業の実行時には、画像処理ユニット２３が作業ヘッド１４側の基板認識用カメラ１７で撮像した親基板８の基板マークや子基板の部品搭載位置の画像や、同じく画像処理ユニット２３が本体装置側の部品認識用カメラ１８で撮像した部品２６の画像を表示画面に表示する。
【００５２】
図３は、治具基板（以下、親基板８という）と、その親基板に貼られたフレキシブル子基板を示す図である。尚、同図には、ｎ枚のフレキシブル子基板３８（３８−１、３８−２、３８−３、・・・、３８−ｎ−１、３８−ｎ）が親基板８に貼付されている状態を示している。
【００５３】
同図に示すｎ枚のフレキシブル子基板３８には、それぞれ対向角２箇所に子基板マーク３９（３９ａ、３９ｂ）が印刷その他の方法で標記されている。
尚、同図に示すフレキシブル子基板３８には、各種形状の部品２６が、いずれも同様な状態で載置されているが、親基板８に貼付されるフレキシブル子基板３８は、必ずしも同一機種用の基板と限る必要はなく、それぞれ異なる機種用の基板であってもよい。
【００５４】
このような構成の親基板８上のフレキシブル子基板３８それぞれに、作業ヘッド１４により部品２６を搭載するには、部品搭載装置１の制御部（ＣＰＵ２０）は、フロントとリアの各作業ヘッド１４ごとに、全てのフレキシブル子基板３８の子基板マーク３９を認識させる必要がある。
【００５５】
その認識とは、２箇所の子基板マーク３９の撮像画像を取得し、その画像と基板認識用カメラ１７の基準位置との間に位置ずれがあれば、その位置ずれを補正して、当該フレキシブル子基板３８の所望の位置が基準位置から見てどこにあるかを常に正しく認識できるようにすることである。
【００５６】
ところで、前述したように、たとえフロントとリアの２台の作業ヘッド１４の場合であっても、ｎ枚のフレキシブル子基板３８の子基板マーク３９（３９ａ、３９ｂ）を全て認識するためには、相当な時間を要する。しかし、本例では、その時間を以下に述べる手順で大幅に短縮することができる。
【００５７】
図４(a),(b) は、ｎ枚のフレキシブル子基板３８の子基板マーク３９をフロントとリアの各作業ヘッド１４ごとに認識する処理のフローチャートである。尚、この処理は、ＣＰＵ２０と各作業ヘッド１４との連携のもとに行われる。
【００５８】
先ず、同図(a) において、基準作業ヘッド（通常はフロント側の作業ヘッド１４ｆ）により、子基板マーク３９の認識を行う。先ず、カウンタＮに「１」を設定する初期化を行う（ステップＳ１）。これにより、１番目のフレキシブル子基板３８−１から子基板マーク３９ａ及び３９ｂを認識するための準備が整う。
【００５９】
続いて、カウンタＮの値がフレキシブル子基板（以下単に、子基板という）３８の総数ｎを超えているかを判断する（ステップＳ２）。処理の最初では、超えていないので（Ｓ２がＮＯ）、この場合は、子基板３８−ｉ（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ）の１点目のマーク（子基板マーク３９ａ）を認識する（ステップＳ３）。
【００６０】
この認識処理は、上述したように、基板認識用カメラ１７で２箇所の子基板マーク３９の撮像画像を取得して位置ずれを補正する処理である。
続いて、子基板３８−ｉの２点目のマーク（子基板マーク３９ｂ）を認識する（ステップＳ４）。この認識と先の１点目のマーク認識とによって、子基板３８−ｉ全体の、並行移動と回転の位置ずれが判明する。そして判明した位置ずれが補正される。
【００６１】
上記に続いて、カウンタＮを「１」インクリメントし（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。これにより、子基板３８−ｉに対する２点の子基板マーク３９ａ及び３９ｂに対する認識が順次進行する。
【００６２】
そして、やがてカウンタＮの値がｎを超えたときは（ステップＳ２がＹＥＳ）、ｎ枚全ての子基板３８に対する２点の子基板マーク３９ａ及び３９ｂの認識が終了したので、この子基板マーク認識処理を終了する。
【００６３】
尚、上記の認識結果（基準作業ヘッド１４ｆから見た場合の各子基板３８−ｉの基板マーク３９ａ及び３９ｂの位置データ）は、メモリ２４又は記録装置３７の所定の記憶領域に格納される。
【００６４】
続いて、同図(b) に示す他の作業ヘッド（本例の場合はリア側の作業ヘッド１４ｒ）による子基板マークの認識処理を説明する。
先ず、一番外側の基板マーク２点を抽出する（ステップＳ１０１）。この処理は、図３に示す親基板８上に第１番目の子基板３８−１の外側の子基板マーク３９ａと１番最後の子基板３８−ｎの外側の子基板マーク３９ｂを、基板認識用カメラ１７で撮像してその２個の撮像画像を取得する処理である。
【００６５】
次に、その取得した１点目の子基板マーク３９ａについて認識を行う（Ｓ１０２）。この処理は、他の作業ヘッドの基準位置から見た子基板マーク３９ａの論理位置に対して、取得した撮像画像の中心がＸＹ軸で並行方向にどのくらいずれているか、またＸＹ軸に対してどのくらい回転しているか、画像の大きさはどのくらいかを認識する処理である。
【００６６】
続いて、取得した２点目の子基板マーク３９ｂについても上記と同様の認識を行う（Ｓ１０３）。
そして、基準作業ヘッド１４ｆによる図４(a) に示す処理が終了しているかを調べる（ステップＳ１０４）。もし、図４(a) に示す処理が終了していないときは（Ｓ１０４がＮＯ）、処理が終了するまで待機する。
【００６７】
そして、図４(a) に示す処理が終了したことが判明したときは（Ｓ１０４がＹＥＳ）、演算による全ての子基板マーク３９の認識を行う。
この演算による認識では、先ず、カウンタＮに「１」を設定する初期化を行う（ステップＳ１０５）。これにより、１番目の子基板３８−１から子基板マーク３９ａ及び３９ｂを演算により認識するための準備が整う。
【００６８】
続いて、カウンタＮの値が子基板３８の総数ｎを超えているかを判断する（ステップＳ１０６）。処理の最初では、超えていないので（Ｓ１０６がＮＯ）、この場合は、子基板３８−ｉ（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ）の１点目のマーク（子基板マーク３９ａ）について演算を行う（ステップＳ１０７）。
【００６９】
この処理では、先ず、ステップＳ１０２及びＳ１０３における一番外側の２点の子基板マークの認識結果と、同図(a) に示す基準作業ヘッド１４ｆによる同じく一番外側の２点の子基板マークの認識結果とにより、基準作業ヘッド１４ｆの認識結果に対する他の作業ヘッド（この場合はリア側作業ヘッド１４ｒ）の認識結果との偏差を算出する。
【００７０】
この偏差の算出では、ＸＹ軸に対する並行方向のずれとθ方向のずれ（回転量）のほかに、それぞれの基板認識用カメラ１７の焦点深度の違いからくる基準作業ヘッド１４ｆと他の作業ヘッド１４ｒの認識画像の大きさ違い（拡大又は縮小の程度）も算出される。
【００７１】
この第１番目の子基板３８−１の基板マーク３９ａと第ｎ番目の子基板３８−ｎの基板マーク３９ｂとによる基準作業ヘッド１４ｆの認識結果と他の作業ヘッド１４ｒの認識結果との偏差の算出値は、第１番目の子基板３８−１の基板マーク３９ｂ以下第ｎ番目の子基板３８−ｎの基板マーク３９ａまで、残りの子基板全ての基板マークに対する演算に用いられる。
【００７２】
すなわち、上記のステップＳ１０７をはじめ、Ｓ１０８、Ｓ１０９、及びＳ１０６における繰り返しにより、メモリ２４又は記録装置３７の所定の記憶領域に格納されている基準作業ヘッド１４ｆから見た場合の各子基板３８−ｉの基板マーク３９ａ及び３９ｂの位置データが順次読み出され、上記偏差の算出値による補正の演算が行われる。
【００７３】
この演算には、例えばアフィン変換などが使用される。例えばＣＧ（コンピュータグラフィック）では、図形の変形は平行移動、拡大・縮小、回転を基本としているが、アフィン変換は、この３種類の変形を組み合わせた図形変換のことである。
【００７４】
上記に続いて、ステップＳ１０９におけるカウンタＮの「１」インクリメントと、ステップＳ１０６における処理進行の判断が繰りかえされ、最終の子基板３８−ｎの子基板マーク３９ｂまでの認識が演算に順次進行して認識処理が終了する。
【００７５】
このように、本例では、最初に基準作業ヘッドによって全ての子基板の基板マークを実際に認識するだけで、残りの作業ヘッドは、最外側の２点の基板マークを読み取って他の作業ヘッドと基準作業ヘッドとの偏差を知って、残り全ての子基板の基板マークを演算により正しく認識することができる。
【００７６】
尚、上記実施の形態では、基準作業ヘッド１４ｆの認識結果と他の作業ヘッド１４ｒの認識結果との偏差の算出に、親基板８上の子基板３８の最外側の２点の子基板マーク３９ａ及び３９ｂの撮像画像を取得するようにしているが、これに限ることなく、例えば、親基板８の対向角の２箇所に親基板マークを設けて、この２点の親基板マークによって両作業ヘッドの認識偏差を求めるようにしてもよい。
【００７７】
図５は、そのような親基板８の対向角の２箇所に親基板マーク４１ａ及び４１ｂを設けた例を示す図である。この場合は、基準ヘッド１４ｆは、図４(a) において、先ず親基板８の２箇所の親基板マーク４１ａ及び４１ｂの画像認識を行ってから、ステップＳ１以下の処理を行うようにする。
【００７８】
また、他の作業ヘッドにおいては、図４(b) において、ステップＳ１０１で親基板８の２箇所の親基板マーク４１ａ及び４１ｂの画像を取得し、ステップＳ１０２で親基板マーク４１ａの認識を行い、ステップＳ１０３で親基板マーク４１ｂの認識を行ったのち、ステップＳ１０４以下の処理を行うようにする。
【００７９】
また、上記実施の形態では、２軸の作業ヘッド（１４ｆと１４ｒ）を備えた部品搭載装置を例にとって説明したが、４軸の作業ヘッド（フロント側２台、リア側２台）を備えた部品搭載装置にも適用できる。この場合は、例えばフロント側の１台の作業ヘッドを基準ヘッドとし、残るフロント側１台とリア側２台の作業ヘッドを他の作業ヘッドとして、全ての子基板マークを認識するようにするとよい。
【００８０】
また、１台の部品搭載装置での基板マーク認識処理としてではなく、複数台の部品搭載装置間における基板マーク認識処理にも適用できる。
図６は、１本の基板ユニット生産ラインに複数（同図の例では３台）の部品搭載装置が連設されている例を示す図である。これは、基板に搭載する部品の種類が極めて多いときや、多量の基板ユニットを短期間に生産するときなどに、使用される生産ラインの構成を示している。
【００８１】
この場合は、矢印ａで示す基板搬送方向最上流の部品搭載装置１の１台の作業ヘッドを基準作業ヘッドとし、下流の部品搭載装置１を含む残りの作業ヘッドを全て他の作業ヘッドとして、全ての子基板マークを認識するようにすると、極めて作業能率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】(a) は実施例１における部品搭載装置の外観斜視図、(b) はその上下の保護カバーを取り除いて内部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施例１における部品搭載装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】実施例１における部品搭載装置で使用される治具基板（親基板）とその親基板に貼られたフレキシブル子基板を示す図である。
【図４】(a),(b) はｎ枚のフレキシブル子基板の子基板マークをフロントとリアの各作業ヘッドごとに認識する処理のフローチャートである。
【図５】最外側の子基板の２点の子基板マークに代えて親基板の対向角の２箇所に親基板マークを設けた例を示す図である。
【図６】１本の基板ユニット生産ラインに複数の部品搭載装置が連設されている例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 部品搭載装置
２ モニタ装置
３ 警報ランプ
４ 上部保護カバー
５ 操作入力用表示装置
６ 基台
７ 基板案内レール
８ 親基板
９ 供給ステージ
１０ テープ式部品供給装置
１１ テープリール
１２ Ｙ軸レール
１３ Ｘ軸レール
１４ 作業ヘッド
１５ 搭載ヘッド
１６ 吸着ノズル
１７ 基板認識用カメラ
１８ 部品認識用カメラ
１９ チェーン体
２０ ＣＰＵ
２１ バス
２２ ｉ／ｏ制御ユニット
２３ 画像処理ユニット
２４ メモリ
２５ 照明装置
２６ 部品
２７ 照明装置
２８ Ｘ軸モータ
２９ Ｙ軸モータ
３１ Ｚモータ
３２ θ軸モータ
３３ バキュームユニット
３４ バキュームチューブ
３５ 空圧センサ
３６ 通信ｉ／ｏインターフェース
３７ 記録装置
３８ フレキシブル子基板
３９（３９ａ、３９ｂ） 子基板マーク
４１ 親基板マーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数軸の作業ヘッドを有する部品搭載装置に関し、さらに詳しくは、親基板上の全子基板の基板マークを複数軸の作業ヘッドが迅速に認識することができる部品搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、基板供給装置、ディスペンサ、部品搭載装置、リフロー炉、基板収納装置等で構築される基板ユニット製造ラインが知られている。このような基板ユニット製造ラインの中でも、プリント基板上にＩＣ、抵抗、コンデンサなど多数の電子部品を自動搭載する部品搭載装置は、精密な作業を行う装置としてよく知られている。
【０００３】
この部品搭載装置は、平面をたてよこ２次元にわたって自在に移動可能に支持された複数軸の作業ヘッドを備え、この作業ヘッドに上下に昇降自在で且つ３６０度方向に回転が可能な搭載ヘッドを備えている。
【０００４】
搭載ヘッドは、前段装置のディスペンサにより接着剤又は半田が塗布された後搬入されてくるプリント基板（以下単に、基板と言う）の所定位置に所定の電子部品（以下単に、部品と言う）を迅速に搭載する。
【０００５】
基板に部品を搭載するときは、その搭載処理に先立って部品搭載装置側で基板の位置を正しく認識する必要がある。この基板位置の認識には、通常、基板の２隅に印刷等で標記されている基板マーク（基準マーク、フィデュシャルマークともいう）をカメラで認識し、カメラ視野とのズレ量を算出し、そのズレ量に基づいて部品搭載位置を補正しながら、部品を基板上に搭載する。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００５−０３９０７６号公報（要約、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、部品の製造技術が向上し、部品の設計寸法が微細化されてきているため、部品サイズで小さいものでは０．５ｍｍ×１ｍｍのものがあり、また、サイズが例えば２０ｍｍ角と大きな場合でも、その部品チップから出ている多数のリード線相互間の間隔は百ミクロン単位となっていて極めて微細である。
【０００７】
また、基板そのものも小型化されている。特に、携帯用電子機器には小型のフレキシブル基板が用いられる場合が多い。フレキシブル基板は、その名の通り屈曲性に富んだ柔軟な基板であり、そのままでは部品搭載装置で部品の搭載処理を行うことは出来ない。
【０００８】
したがって、従来同様の大型基板（親基板という）もしくは大型基板と同様サイズの治具（これも通常、親基板と呼んでいる）にフレキシブル基板（子基板という）を粘着テープ等で手作業で貼り付けて、その屈曲性と柔軟性を抑え、その親基板を部品搭載装置に搬入して、子基板上に部品を搭載するようにしている。
【０００９】
ところで、通常の親基板と子基板の関係では、子基板は将来切り離す連設部で親基板と一体化されているので、部品搭載装置側としては、親基板の基板マークさえ認識すれば、子基板ごとの配置位置は正確にわかるので、子基板ごとにその基板マークを認識する必要はない。
【００１０】
ところが、フレキシブル子基板と親基板の関係では、ぺらぺらの薄膜状のフレキシブル子基板を粘着テープなどで親基板上に貼っているのであるから、親基板とフレキシブル子基板の位置関係が一定しない。つまり、フレキシブル子基板の位置の精度が極めて悪い。したがって、各フレキシブル子基板ごとに、基板マークを認識しなければならない。
【００１１】
ところが、親基板上には、多い場合では４０枚ものフレキシブル子基板が貼り付けられる。他方、ワン・バイ・ワン型の多軸の部品搭載装置では、一般に２軸又は４軸の作業ヘッドを装備している場合がある。
【００１２】
例えば、フロントとリアの２軸の作業ヘッドを有する部品搭載装置であると、子基板が４０枚であるとすると基板マークは基板１枚につき最低でも２個のマークが標記されているから、１つの作業ヘッドで親基板１枚につき全部で８０個の基板マークを認識する必要がある。
【００１３】
また、フロントとリアの作業ヘッドでは、Ｘ及びＹ軸方向の基準点や移動量が微妙に異なるから、フロントの作業ヘッドで認識したデータを、そのままリアの作業ヘッドの認識データに変換することができない。フロントとリアの両方の作業ヘッドで、それぞれ基板マークを認識する必要がある。
【００１４】
そして、フロント側の作業ヘッドが基板マークを認識しているときは、リア側の作業ヘッドは、フロント側の作業ヘッドと作業領域が干渉するので、フロント側の作業ヘッドの基板マーク認識の終了まで待機してから、基板マークの認識を開始することになる。
【００１５】
すなわち、フロントとリアの２軸の作業ヘッドでも、８０×２＝１６０回分の基板マーク認識処理の時間が必要である。これが４軸の作業ヘッドの場合であれば、実に、８０×４＝３２０回分の基板マーク認識処理の時間が必要になってくる。いずれの場合であっても、作業能率の低下が避けられない。
【００１６】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、親基板上の全子基板の基板マークを複数軸の作業ヘッドが迅速に認識することができる部品搭載装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
先ず、第１の発明の部品搭載装置は、複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置において、基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込む基準軸の作業ヘッドと、該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記基板マークの画像の中心と上記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算する演算手段と、該演算手段により演算された全てのズレ量を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された上記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正する補正手段と、上記複数の子基板の全ての上記基板マークうちの上記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込む上記基準軸以外の作業ヘッドと、該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像と上記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出する算出手段と、を備え、上記基準軸以外の作業ヘッドは、上記算出手段により算出されれたズレ量と上記記憶手段に記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の上記基板マークの位置を演算により認識するように構成される。
【００１８】
次に、第２の発明の基板マーク認識方法は、複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置における基板マークの認識方法であって、基準軸の作業ヘッドの基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込み、該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記基板マークの画像の中心と上記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算し、該演算された全てのズレ量を記憶し、該記憶された上記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正し、上記基準軸以外の作業ヘッドにより上記複数の子基板の全ての上記基板マークうちの上記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込み、該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像と上記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた上記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出し、上記基準軸以外の作業ヘッドは、上記算出されれたズレ量と上記記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の上記基板マークの位置を演算により認識するように構成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基準軸の作業ヘッドが全子基板の基板マークを認識すれば、残る基準軸以外の作業ヘッドは親基板の最外側にある二点の基板マークを認識するだけで後は演算により全ての子基板の基板マークを認識するので、子基板の基板マークの認識処理の時間が格段に短縮されて作業能率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１(a) は、実施例１における部品搭載装置の外観斜視図であり、同図(b) は、その上下の保護カバーを取り除いて内部の構成を模式的に示す斜視図である。
同図(a),(b) に示すように、部品搭載装置１は、天井カバー上の前後に、それぞれＣＲＴディスプレイからなるモニタ装置２と、同じく天井カバー上の左右に、それぞれ稼動状態を報知する警報ランプ３を備えている。また、上部保護カバー４の前部と後部の面には操作入力用表示装置５が配設されている。
【００２２】
下部の基台６の上には、中央に固定と可動の１対の平行する基板案内レール７が同図(b) に示す基板８の搬送方向（Ｘ軸方向、図の斜め右下から斜め左上方向）に水平に延在して配設される。
【００２３】
これらの基板案内レール７の下部に接して図には見えないループ状の搬送ベルト（コンベアベルト）が走行可能に配設されている。搬送ベルトは、装置内に新たな基板（本例では親基板）８を搬入し、子基板に部品搭載中は停止させ、部品搭載終了後はライン下流に搬出する。
【００２４】
基台６の前後には、それぞれ部品供給ステージ９が形成されている（同図(a) では図の右斜め上方向になる後部の部品供給ステージ９は陰になって見えない。また、同図(b) では、後部の部品供給ステージ９は図示を省略している）。
【００２５】
部品供給ステージ９には、テープ式部品供給装置１０が、５０個〜７０個と多数配置される。テープ式部品供給装置１０には、その後端部に、部品を収容したテープを捲着したテープリール１１が着脱自在に装着されている。
【００２６】
また、基台６の上方には本体フレームの左右（Ｘ軸方向）に分かれて本体フレームに固定された天釣り型の二本のＹ軸レール１２とこれら二本のＹ軸レール１２に差し渡されてそれぞれ摺動自在に支持される二本のＸ軸レール１３が配置されている。
【００２７】
Ｘ軸レール１３にはそれぞれ１台の作業ヘッド１４（フロント側作業ヘッド１４ｆ又はリア側作業ヘッド１４ｒ）がＸ軸レール１３に沿ってＸ軸方向に摺動自在に懸架され、これらの各作業ヘッド１４には２個の搭載ヘッド１５が配設されている。
【００２８】
搭載ヘッド１５の先端には、それぞれ吸着ノズル１６が着脱自在に装着されている。また、作業ヘッド１４は、２個の搭載ヘッド１５に隣接して配置された基板認識用カメラ１７を保持している。
【００２９】
上記の作業ヘッド１４は、屈曲自在で内部が空洞な帯状のチェーン体１９に保護・収容された複数本の不図示の信号コードを介して装置本体１の基台６内部の電装部マザーボード上に配設されている中央制御部と連結されている。
【００３０】
作業ヘッド１４は、これらの信号コードを介して中央制御部からは電力及び制御信号を供給され、中央制御部へは基板の位置決め用基板マークや部品の搭載位置の情報を示す画像データを送信する。
【００３１】
また、基板案内レール７と部品供給ステージ９との間には、搭載ヘッド１５の吸着ノズル１６に吸着された部品を画像認識するための複数種類の部品認識用カメラ１８が、２個の作業ヘッド１４に対応して２箇所にそれぞれ配置されており、その近傍には同図では図示を省略しているが、搭載ヘッド１５に対して交換自在に装着するための複数種類の吸着ノズル１６を収容したノズルチェンジャーが配置されている。
【００３２】
また、基台６の内部には、上述した中央制御部のほかに、特には図示しないが、基板の位置決め装置、基板を２本の基板案内レール７間に固定する基板固定機構等が備えられている。
【００３３】
上記の作業ヘッド１４は、上述したＹ軸レール１２とＸ軸レール１３とにより前後左右に自在に移動する。これらの作業ヘッド１４に支持される各２個の搭載ヘッド１５は、それぞれＺ方向（上下方向）に昇降可能であり且つθ方向（３６０°方向）に回転可能である。
【００３４】
これにより、搭載ヘッド１５の先端に装着されている吸着ノズル１６は、作業ヘッド１４と搭載ヘッド１５を介して、各作業領域において、前後と左右に移動自在であり、上下に昇降自在であり、且つ３６０°方向に回転自在である。
【００３５】
作業ヘッド１４の搭載ヘッド１５は、テープ式部品供給装置１０から供給される部品を吸着ノズル１６で吸着し、部品認識用カメラ１８で画像認識して位置補正した後、基板認識用カメラ１７で基板８の所定の搭載位置を確認し、その所定の搭載位置に上記の部品を搭載する。
【００３６】
図２は、上記のように構成される部品搭載装置１のシステム構成を示すブロック図である。同図に示すように、部品搭載装置１のシステムは、ＣＰＵ２０と、このＣＰＵ２０にバス２１で接続されたｉ／ｏ（入出力）制御ユニット２２及び画像処理ユニット２３からなる制御部を備えている。また、ＣＰＵ２０にはメモリ２４が接続されている。メモリ２４は特には図示しないがプログラム領域とデータ領域を備えている。
【００３７】
また、ｉ／ｏ制御ユニット２２には、親基板１７（図１(b) 参照）の部品搭載位置を照明するための照明装置２５や搭載ヘッド１５の吸着ノズル１６（図１(b) 参照）に吸着されている部品２６を下から照明するための照明装置２７が接続されている。
【００３８】
更に、ｉ／ｏ制御ユニット２２には、それぞれのアンプ（ＡＭＰ）を介して２個のＸ軸モータ２８、２個のＹ軸モータ２９、４個のＺ軸モータ３１、及び４個のθ軸モータ３２が接続されている。
【００３９】
Ｘ軸モータ２８は、Ｘ軸レール１３を介してＸ方向に作業ヘッド１４を駆動し、Ｙ軸モータ２９は、Ｙ軸レール１２を介してＹ方向にＸ軸レールすなわち作業ヘッド１４を駆動する。
【００４０】
Ｚ軸モータ３１は作業ヘッド１４の搭載ヘッド１５を上下に駆動し、そしてθ軸モータ３２は搭載ヘッド１５つまり吸着ノズル１６を３６０度回転させる。
上記の各アンプには、特には図示しないが、それぞれエンコーダが配設されており、これらのエンコーダにより各モータ（Ｘ軸モータ２８、Ｙ軸モータ２９、Ｚ軸モータ３１、θ軸モータ３２）の回転に応じたエンコーダ値がｉ／ｏ制御ユニット２２を介してＣＰＵ２０に入力する。これにより、ＣＰＵ２０は、各搭載ヘッド１５の前後、左右、上下の現在位置、及び回転角を認識することができる。
【００４１】
更に、上記のｉ／ｏ制御ユニット２２には、バキュームユニット３３が接続されている。バキュームユニット３３はバキュームチューブ３４を介して搭載ヘッド１５の吸着ノズル１６に空気的に接続されている。
【００４２】
このバキュームチューブ３４には空圧センサ３５が配設されている。バキュームユニット３３は、吸着ノズル１６に対しバキュームによって部品２６を吸着させ、又はバキューム解除とエアブローとバキュームブレイク（真空破壊）によって吸着を解除させる。
【００４３】
このとき、空圧センサ３５からバキュームチューブ３４内の空気圧データが電気信号としてｉ／ｏ制御ユニット２２を介しＣＰＵ２０に出力される。これにより、ＣＰＵ２０は、バキュームチューブ３４内の空気圧の状態を知って、吸着ノズル１６によって部品２６を吸着する準備が出来ているか否かを認識することができると共に、吸着された部品２６が正常に吸着されているかを認識することができる。
【００４４】
更に、上記のｉ／ｏ制御ユニット２２には、位置決め装置、ベルト駆動モータ、基板センサ、異常表示ランプ等が、それぞれのドライバを介して接続されている。位置決め装置は、前述したように部品搭載装置１の基台６内部において基板案内レール７の下方に配置され、装置内に案内されてくる親基板８の位置決めを行う。
【００４５】
ベルト駆動モータは案内レール７に一体的に配設されている搬送ベルトを循環駆動する。基板センサは親基板８の搬入と搬出を検知する。異常表示ランプ（図１(a) に示した警告ランプ３参照）は部品搭載装置１の動作異常や作業領域内の異物進入等の異常時に点灯又は点滅して異常発生を現場作業者に報知する。また、点滅又は点灯によって部品補充時期の接近したことを警告報知する。
【００４６】
また、ｉ／ｏ制御ユニット２２には、通信ｉ／ｏインターフェース３６、図１(a) に示した操作入力用表示装置５、記録装置３７が接続されている。通信ｉ／ｏインターフェース３６は、例えばティーチング処理などをパーソナルコンピュータ等の他の処理装置で行う場合などに、これらの処理装置と有線又は無線で接続してＣＰＵ２０との通信が可能であるようにする。
【００４７】
記録装置３７は、例えばＨＤ（hard disk）、ＭＯ（Magneto Optical disk）、ＦＤ（floppy disk：フロッピー（登録商標）ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ／ＲＷ（compact disc read only memory/read and write）、フラッシュメモリ装置等の各種の記録媒体を装着可能に構成されている。
【００４８】
この記録装置３７は、部品搭載装置１の部品搭載処理、その事前に行なわれる部品マスター作成処理、子基板データ編集処理、座標データ編集処理、ＮＣプログラム編集処理、部品搭載座標ティーチング処理、部品搭載処理中における部品補充タイミングの監視処理等のプログラムや、部品ライブラリのデータ、ＣＡＤからのＮＣデータ、部品補充の予告リスト等の各種のデータを記録して保持している。
【００４９】
上記のプログラムはＣＰＵ２０によりメモリ２４のプログラム領域にロードされて各部の制御の処理に使用される。また、データもメモリ２４のデータ領域に読み出されて、所定の処理がなされ、処理されて更新されたデータは、所定の記録媒体の所定のデータ領域に格納されて保存される。
【００５０】
また、画像処理ユニット２３には、作業ヘッド１４に配設されて照明装置２７により照明される親基板８の部品搭載位置を撮像する基板認識用カメラ１７と、照明装置２５と一体型の図１(b) に示した部品認識用カメラ１８が接続されている。
【００５１】
また、操作入力用表示装置５は、部品搭載作業の実行時には、画像処理ユニット２３が作業ヘッド１４側の基板認識用カメラ１７で撮像した親基板８の基板マークや子基板の部品搭載位置の画像や、同じく画像処理ユニット２３が本体装置側の部品認識用カメラ１８で撮像した部品２６の画像を表示画面に表示する。
【００５２】
図３は、治具基板（以下、親基板８という）と、その親基板に貼られたフレキシブル子基板を示す図である。尚、同図には、ｎ枚のフレキシブル子基板３８（３８−１、３８−２、３８−３、・・・、３８−ｎ−１、３８−ｎ）が親基板８に貼付されている状態を示している。
【００５３】
同図に示すｎ枚のフレキシブル子基板３８には、それぞれ対向角２箇所に子基板マーク３９（３９ａ、３９ｂ）が印刷その他の方法で標記されている。
尚、同図に示すフレキシブル子基板３８には、各種形状の部品２６が、いずれも同様な状態で載置されているが、親基板８に貼付されるフレキシブル子基板３８は、必ずしも同一機種用の基板と限る必要はなく、それぞれ異なる機種用の基板であってもよい。
【００５４】
このような構成の親基板８上のフレキシブル子基板３８それぞれに、作業ヘッド１４により部品２６を搭載するには、部品搭載装置１の制御部（ＣＰＵ２０）は、フロントとリアの各作業ヘッド１４ごとに、全てのフレキシブル子基板３８の子基板マーク３９を認識させる必要がある。
【００５５】
その認識とは、２箇所の子基板マーク３９の撮像画像を取得し、その画像と基板認識用カメラ１７の基準位置との間に位置ずれがあれば、その位置ずれを補正して、当該フレキシブル子基板３８の所望の位置が基準位置から見てどこにあるかを常に正しく認識できるようにすることである。
【００５６】
ところで、前述したように、たとえフロントとリアの２台の作業ヘッド１４の場合であっても、ｎ枚のフレキシブル子基板３８の子基板マーク３９（３９ａ、３９ｂ）を全て認識するためには、相当な時間を要する。しかし、本例では、その時間を以下に述べる手順で大幅に短縮することができる。
【００５７】
図４(a),(b) は、ｎ枚のフレキシブル子基板３８の子基板マーク３９をフロントとリアの各作業ヘッド１４ごとに認識する処理のフローチャートである。尚、この処理は、ＣＰＵ２０と各作業ヘッド１４との連携のもとに行われる。
【００５８】
先ず、同図(a) において、基準作業ヘッド（通常はフロント側の作業ヘッド１４ｆ）により、子基板マーク３９の認識を行う。先ず、カウンタＮに「１」を設定する初期化を行う（ステップＳ１）。これにより、１番目のフレキシブル子基板３８−１から子基板マーク３９ａ及び３９ｂを認識するための準備が整う。
【００５９】
続いて、カウンタＮの値がフレキシブル子基板（以下単に、子基板という）３８の総数ｎを超えているかを判断する（ステップＳ２）。処理の最初では、超えていないので（Ｓ２がＮＯ）、この場合は、子基板３８−ｉ（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ）の１点目のマーク（子基板マーク３９ａ）を認識する（ステップＳ３）。
【００６０】
この認識処理は、上述したように、基板認識用カメラ１７で２箇所の子基板マーク３９の撮像画像を取得して位置ずれを補正する処理である。
続いて、子基板３８−ｉの２点目のマーク（子基板マーク３９ｂ）を認識する（ステップＳ４）。この認識と先の１点目のマーク認識とによって、子基板３８−ｉ全体の、並行移動と回転の位置ずれが判明する。そして判明した位置ずれが補正される。
【００６１】
上記に続いて、カウンタＮを「１」インクリメントし（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。これにより、子基板３８−ｉに対する２点の子基板マーク３９ａ及び３９ｂに対する認識が順次進行する。
【００６２】
そして、やがてカウンタＮの値がｎを超えたときは（ステップＳ２がＹＥＳ）、ｎ枚全ての子基板３８に対する２点の子基板マーク３９ａ及び３９ｂの認識が終了したので、この子基板マーク認識処理を終了する。
【００６３】
尚、上記の認識結果（基準作業ヘッド１４ｆから見た場合の各子基板３８−ｉの基板マーク３９ａ及び３９ｂの位置データ）は、メモリ２４又は記録装置３７の所定の記憶領域に格納される。
【００６４】
続いて、同図(b) に示す他の作業ヘッド（本例の場合はリア側の作業ヘッド１４ｒ）による子基板マークの認識処理を説明する。
先ず、一番外側の基板マーク２点を抽出する（ステップＳ１０１）。この処理は、図３に示す親基板８上に第１番目の子基板３８−１の外側の子基板マーク３９ａと１番最後の子基板３８−ｎの外側の子基板マーク３９ｂを、基板認識用カメラ１７で撮像してその２個の撮像画像を取得する処理である。
【００６５】
次に、その取得した１点目の子基板マーク３９ａについて認識を行う（Ｓ１０２）。この処理は、他の作業ヘッドの基準位置から見た子基板マーク３９ａの論理位置に対して、取得した撮像画像の中心がＸＹ軸で並行方向にどのくらいずれているか、またＸＹ軸に対してどのくらい回転しているか、画像の大きさはどのくらいかを認識する処理である。
【００６６】
続いて、取得した２点目の子基板マーク３９ｂについても上記と同様の認識を行う（Ｓ１０３）。
そして、基準作業ヘッド１４ｆによる図４(a) に示す処理が終了しているかを調べる（ステップＳ１０４）。もし、図４(a) に示す処理が終了していないときは（Ｓ１０４がＮＯ）、処理が終了するまで待機する。
【００６７】
そして、図４(a) に示す処理が終了したことが判明したときは（Ｓ１０４がＹＥＳ）、演算による全ての子基板マーク３９の認識を行う。
この演算による認識では、先ず、カウンタＮに「１」を設定する初期化を行う（ステップＳ１０５）。これにより、１番目の子基板３８−１から子基板マーク３９ａ及び３９ｂを演算により認識するための準備が整う。
【００６８】
続いて、カウンタＮの値が子基板３８の総数ｎを超えているかを判断する（ステップＳ１０６）。処理の最初では、超えていないので（Ｓ１０６がＮＯ）、この場合は、子基板３８−ｉ（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ）の１点目のマーク（子基板マーク３９ａ）について演算を行う（ステップＳ１０７）。
【００６９】
この処理では、先ず、ステップＳ１０２及びＳ１０３における一番外側の２点の子基板マークの認識結果と、同図(a) に示す基準作業ヘッド１４ｆによる同じく一番外側の２点の子基板マークの認識結果とにより、基準作業ヘッド１４ｆの認識結果に対する他の作業ヘッド（この場合はリア側作業ヘッド１４ｒ）の認識結果との偏差を算出する。
【００７０】
この偏差の算出では、ＸＹ軸に対する並行方向のずれとθ方向のずれ（回転量）のほかに、それぞれの基板認識用カメラ１７の焦点深度の違いからくる基準作業ヘッド１４ｆと他の作業ヘッド１４ｒの認識画像の大きさ違い（拡大又は縮小の程度）も算出される。
【００７１】
この第１番目の子基板３８−１の基板マーク３９ａと第ｎ番目の子基板３８−ｎの基板マーク３９ｂとによる基準作業ヘッド１４ｆの認識結果と他の作業ヘッド１４ｒの認識結果との偏差の算出値は、第１番目の子基板３８−１の基板マーク３９ｂ以下第ｎ番目の子基板３８−ｎの基板マーク３９ａまで、残りの子基板全ての基板マークに対する演算に用いられる。
【００７２】
すなわち、上記のステップＳ１０７をはじめ、Ｓ１０８、Ｓ１０９、及びＳ１０６における繰り返しにより、メモリ２４又は記録装置３７の所定の記憶領域に格納されている基準作業ヘッド１４ｆから見た場合の各子基板３８−ｉの基板マーク３９ａ及び３９ｂの位置データが順次読み出され、上記偏差の算出値による補正の演算が行われる。
【００７３】
この演算には、例えばアフィン変換などが使用される。例えばＣＧ（コンピュータグラフィック）では、図形の変形は平行移動、拡大・縮小、回転を基本としているが、アフィン変換は、この３種類の変形を組み合わせた図形変換のことである。
【００７４】
上記に続いて、ステップＳ１０９におけるカウンタＮの「１」インクリメントと、ステップＳ１０６における処理進行の判断が繰りかえされ、最終の子基板３８−ｎの子基板マーク３９ｂまでの認識が演算に順次進行して認識処理が終了する。
【００７５】
このように、本例では、最初に基準作業ヘッドによって全ての子基板の基板マークを実際に認識するだけで、残りの作業ヘッドは、最外側の２点の基板マークを読み取って他の作業ヘッドと基準作業ヘッドとの偏差を知って、残り全ての子基板の基板マークを演算により正しく認識することができる。
【００７６】
尚、上記実施の形態では、基準作業ヘッド１４ｆの認識結果と他の作業ヘッド１４ｒの認識結果との偏差の算出に、親基板８上の子基板３８の最外側の２点の子基板マーク３９ａ及び３９ｂの撮像画像を取得するようにしているが、これに限ることなく、例えば、親基板８の対向角の２箇所に親基板マークを設けて、この２点の親基板マークによって両作業ヘッドの認識偏差を求めるようにしてもよい。
【００７７】
図５は、そのような親基板８の対向角の２箇所に親基板マーク４１ａ及び４１ｂを設けた例を示す図である。この場合は、基準ヘッド１４ｆは、図４(a) において、先ず親基板８の２箇所の親基板マーク４１ａ及び４１ｂの画像認識を行ってから、ステップＳ１以下の処理を行うようにする。
【００７８】
また、他の作業ヘッドにおいては、図４(b) において、ステップＳ１０１で親基板８の２箇所の親基板マーク４１ａ及び４１ｂの画像を取得し、ステップＳ１０２で親基板マーク４１ａの認識を行い、ステップＳ１０３で親基板マーク４１ｂの認識を行ったのち、ステップＳ１０４以下の処理を行うようにする。
【００７９】
また、上記実施の形態では、２軸の作業ヘッド（１４ｆと１４ｒ）を備えた部品搭載装置を例にとって説明したが、４軸の作業ヘッド（フロント側２台、リア側２台）を備えた部品搭載装置にも適用できる。この場合は、例えばフロント側の１台の作業ヘッドを基準ヘッドとし、残るフロント側１台とリア側２台の作業ヘッドを他の作業ヘッドとして、全ての子基板マークを認識するようにするとよい。
【００８０】
また、１台の部品搭載装置での基板マーク認識処理としてではなく、複数台の部品搭載装置間における基板マーク認識処理にも適用できる。
図６は、１本の基板ユニット生産ラインに複数（同図の例では３台）の部品搭載装置が連設されている例を示す図である。これは、基板に搭載する部品の種類が極めて多いときや、多量の基板ユニットを短期間に生産するときなどに、使用される生産ラインの構成を示している。
【００８１】
この場合は、矢印ａで示す基板搬送方向最上流の部品搭載装置１の１台の作業ヘッドを基準作業ヘッドとし、下流の部品搭載装置１を含む残りの作業ヘッドを全て他の作業ヘッドとして、全ての子基板マークを認識するようにすると、極めて作業能率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】(a) は実施例１における部品搭載装置の外観斜視図、(b) はその上下の保護カバーを取り除いて内部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施例１における部品搭載装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】実施例１における部品搭載装置で使用される治具基板（親基板）とその親基板に貼られたフレキシブル子基板を示す図である。
【図４】(a),(b) はｎ枚のフレキシブル子基板の子基板マークをフロントとリアの各作業ヘッドごとに認識する処理のフローチャートである。
【図５】最外側の子基板の２点の子基板マークに代えて親基板の対向角の２箇所に親基板マークを設けた例を示す図である。
【図６】１本の基板ユニット生産ラインに複数の部品搭載装置が連設されている例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 部品搭載装置
２ モニタ装置
３ 警報ランプ
４ 上部保護カバー
５ 操作入力用表示装置
６ 基台
７ 基板案内レール
８ 親基板
９ 供給ステージ
１０ テープ式部品供給装置
１１ テープリール
１２ Ｙ軸レール
１３ Ｘ軸レール
１４ 作業ヘッド
１５ 搭載ヘッド
１６ 吸着ノズル
１７ 基板認識用カメラ
１８ 部品認識用カメラ
１９ チェーン体
２０ ＣＰＵ
２１ バス
２２ ｉ／ｏ制御ユニット
２３ 画像処理ユニット
２４ メモリ
２５ 照明装置
２６ 部品
２７ 照明装置
２８ Ｘ軸モータ
２９ Ｙ軸モータ
３１ Ｚモータ
３２ θ軸モータ
３３ バキュームユニット
３４ バキュームチューブ
３５ 空圧センサ
３６ 通信ｉ／ｏインターフェース
３７ 記録装置
３８ フレキシブル子基板
３９（３９ａ、３９ｂ） 子基板マーク
４１ 親基板マーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置において、
基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込む基準軸の作業ヘッドと、
該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記基板マークの画像の中心と前記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算する演算手段と、
該演算手段により演算された全てのズレ量を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された前記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正する補正手段と、
前記複数の子基板の全ての前記基板マークうちの前記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込む前記基準軸以外の作業ヘッドと、
該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像と前記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出する算出手段と、
を備え、
前記基準軸以外の作業ヘッドは、前記算出手段により算出されれたズレ量と前記記憶手段に記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の前記基板マークの位置を演算により認識することを特徴とする部品搭載装置。
【請求項２】
複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置における基板マークの認識方法であって、
基準軸の作業ヘッドの基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込み、
該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記基板マークの画像の中心と前記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算し、
該演算された全てのズレ量を記憶し、
該記憶された前記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正し、
前記基準軸以外の作業ヘッドにより前記複数の子基板の全ての前記基板マークうちの前記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込み、
該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像と前記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出し、
前記基準軸以外の作業ヘッドは、前記算出されたズレ量と前記記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の前記基板マークの位置を演算により認識する
ことを特徴とする基板マーク認識方法。
【請求項１】
複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置において、
基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込む基準軸の作業ヘッドと、
該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記基板マークの画像の中心と前記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算する演算手段と、
該演算手段により演算された全てのズレ量を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された前記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正する補正手段と、
前記複数の子基板の全ての前記基板マークうちの前記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込む前記基準軸以外の作業ヘッドと、
該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像と前記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出する算出手段と、
を備え、
前記基準軸以外の作業ヘッドは、前記算出手段により算出されれたズレ量と前記記憶手段に記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の前記基板マークの位置を演算により認識することを特徴とする部品搭載装置。
【請求項２】
複数軸の作業ヘッドにより電子部品を回路基板に搭載する部品搭載装置における基板マークの認識方法であって、
基準軸の作業ヘッドの基板認識用カメラにて親基板上にある複数の子基板の全ての基板マークの画像を取り込み、
該基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記基板マークの画像の中心と前記基板認識用カメラの視野の中心とのズレ量をそれぞれ演算し、
該演算された全てのズレ量を記憶し、
該記憶された前記ズレ量に基づいて当該基板マークの論理位置を、並行移動、拡大・縮小、回転を組み合わせた図形変換により補正し、
前記基準軸以外の作業ヘッドにより前記複数の子基板の全ての前記基板マークうちの前記親基板上における最外側の２点の基板マークの画像を基板認識用カメラにて取り込み、
該基準軸以外の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像と前記基準軸の作業ヘッドにより取り込まれた前記２点の基板マークの画像とのズレ量を算出し、
前記基準軸以外の作業ヘッドは、前記算出されたズレ量と前記記憶されたズレ量とに基づいて残る全子基板の前記基板マークの位置を演算により認識する
ことを特徴とする基板マーク認識方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２４２７５６（Ｐ２００７−２４２７５６Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６０６５８（Ｐ２００６−６０６５８）
【出願日】平成１８年３月７日（２００６．３．７）
【出願人】（０００１７８０２２）山形カシオ株式会社 (65)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月７日（２００６．３．７）
【出願人】（０００１７８０２２）山形カシオ株式会社 (65)
【Ｆターム（参考）】
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