专利名称：部件安装方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种部件安装方法和装置，具体是讲涉及利用吸附嘴吸附IC等电子部件并安装在印刷线路板上的规定位置上的部件安装方法和装置。
背景技术：
以往公知的安装机器(部件安装装置)，具有相互正交的X轴、Y轴，使X轴构成部件沿着Y轴移动自如地放置在由导轨等构成的Y轴上，使具有吸附嘴部件的安装头沿着X轴在该X轴构成部件上自由移动，从而使安装头在XY平面上移动。
在这种装置中，吸附嘴部件具有吸附电子部件用的吸附嘴，并将吸附嘴部件整体可旋转地设置在安装头上，同时使吸附嘴能够沿着吸附嘴部件的旋转轴升降自如。
在利用这种安装机器在基板上的规定位置上进行IC等电子部件的安装时，首先使安装头移动到部件供给单元上，使吸附嘴在此处下降并吸附所需的电子部件。然后，在吸附了电子部件的状态下使吸附嘴上升，同时通过安装头的移动把电子部件移动到部件识别摄像机的上方，在此处通过部件识别摄像机识别电子部件。此处，根据通过部件识别摄像机摄入的图像，求出电子部件相对吸附嘴部件的旋转轴的吸附偏移量(部件中心和吸附中心的位置偏移量以及吸附角度偏移量)，根据该偏移量设定安装时的安装目标位置、即安装头的位置以及吸附嘴部件的旋转角度，同时求出从该目标位置相对各驱动单元的校正量(专利文献1)。
当如上所述地求出校正量后，以该校正后的校正量驱动安装头及吸附嘴部件，当吸附嘴部件到达上述目标位置时，吸附嘴下降，将电子部件安装在基板上。
专利文献1特开平5-10746号公报(图1)可是，在上述的安装机器中，通常吸附嘴的中心轴和吸附嘴部件的旋转轴应该保持一致，但因部件精度或装配精度等，如图8(a)所示，吸附嘴51的中心轴S相对垂直方向的吸附嘴部件50的旋转轴P呈现稍微倾斜的状态。这种情况时，在吸附嘴51的前端部51a，由于吸附嘴51的中心轴S相对吸附嘴部件50的旋转轴P而偏心，所以当旋转吸附嘴部件50时，吸附嘴51的前端部51a则形成以旋转轴P为中心的如该图中的轨迹Sa所示的摆动。
而且，吸附嘴51的前端部51a的中心轴S和吸附嘴部件50的旋转轴P的距离，所谓间隔量随着吸附嘴51的下降而增大，因此在使吸附嘴部件50旋转时，吸附嘴51的摆动也按图8(b)的轨迹Sa所示呈现扩大趋势。在使吸附嘴51上升的状态下，即使其前端部51a与吸附嘴部件50的旋转轴P一致(不偏心)，吸附嘴51的中心轴S处于上述倾斜状态，即使不使吸附嘴部件50旋转的情况下，吸附嘴51的前端位置也随着吸附嘴51的下降而偏离旋转轴P。
另外，上述的吸附嘴51的偏心有包含扭曲要素的情况。即，具有吸附嘴51的中心轴S以相对吸附嘴部件50的旋转轴P扭曲的位置关系而倾斜的情况，在这种情况下，伴随吸附嘴51的下降，不仅在吸附嘴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相对上升位置的吸附嘴51的前端部51a在圆周方向偏离角度θ。
因此，以吸附嘴的中心轴和吸附嘴部件的旋转轴处于同轴状态为前提，在吸附嘴上升的状态下进行与电子部件的偏移量相适应的校正处理或偏移校正的现有安装方法，如果吸附嘴的前端中心相对吸附嘴部件的旋转轴偏心或吸附嘴倾斜，在把电子部件实际安装到基板上时，随着吸附嘴的旋转或下降，在吸附嘴前端位置产生偏移，导致电子部件不能被安装到基板上的规定安装位置上的不良情况。
所以，在安装机器中，如图8(a)、(b)所示，假定由于吸附嘴中心轴相对吸附嘴部件旋转轴偏心或倾斜，或者也考虑吸附嘴升降时的吸附嘴前端的平面位置偏移，需要设定安装时的目标位置，按上述专利文献1(第0004段)所述，把夹具部件安装在夹具基板上，利用二维测量装置求出安装误差。该方法的优点是取得也能获得驱动系统相对目标位置的误差量校正用数据的综合校正数据。但是，该方法具有在产品出厂时可以做到，而在购买后的安装设置时非常困难的缺点。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的是提供一种能够更加提高电子部件在基板上的安装性能，减少部件安装误差，将部件安装在正确位置的部件安装方法和装置。
为了解决上述的问题，本发明提供一种利用被安装在能够在水平面上移动的安装头上的可旋转并可升降的吸附嘴，吸附起部件，对根据其吸附姿势求出的吸附偏移量进行校正，然后把该部件安装在基板上的规定位置的部件安装方法，在该方法中，根据所述部件的吸附姿势求出位置偏移量和角度偏移量，在所述角度偏移量小于等于规定值时，以和识别部件时的吸附角度相同的角度安装部件。
另外，本发明提供一种利用被安装在能够在水平面上移动的安装头上的可旋转并可升降的吸附嘴，吸附起部件，对根据其吸附姿势求出的吸附偏移量进行校正，然后把该部件安装在基板上的规定位置的部件安装装置，该装置采用下述结构，具有对所述吸附部件进行摄像的部件识别摄像机；和根据所述部件的图像来识别部件的吸附姿势，运算吸附时的位置偏移量和角度偏移量的单元，在所述角度偏移量小于等于规定值时，以和识别部件时的吸附角度相同的角度安装部件。
在这种结构中，当吸附角度偏移量小时，为了进行角度校正使吸附嘴不旋转，所以因喷嘴旋转时的喷嘴中心位置的偏心而产生的误差影响消除，因此能够提高部件安装精度。并且，通过把部件识别摄像机的聚焦点设定在与安装部件的基板表面大致相同的平面上，可以吸收因喷嘴上升下降造成的水平面变化量，提高安装精度。
图1是表示部件安装装置的结构的俯视图。
图2是表示部件安装装置的结构的主视图。
图3是表示部件安装装置的控制系统的结构的方框图。
图4是在平面上表示相对吸附嘴部件的旋转轴P的吸附嘴下降位置的吸附嘴前端的中心轴S的在各个角度时的中心轴的说明图。
图5是表示格状地设置有标记的夹具基板的俯视图。
图6是表示部件安装流程的流程图。
图7(a)是表示电子部件吸附时的说明图，(b)表示通过前端的中心轴S使电子部件旋转移动时的各坐标位置的说明图，(c)是将电子部件移动到最终目标位置时的概略图。
图8(a)是表示产生偏心时的吸附嘴的上升时的状态的说明图，(b)是表示(a)的吸附嘴下降时的状态的说明图。
图中3-基板；4-部件供给部；5-安装头单元；9-Y轴伺服电机；15-X轴伺服电机；17-Z轴伺服电机；18-R轴伺服电机；19-基板识别摄像机；25-部件识别摄像机；37-图像识别装置。
具体实施例方式
以下，参照附图所示的实施方式详细说明本发明。
图1表示把电子部件安装在基板上的部件安装装置1，图2表示以安装头单元5为中心的部分，图3表示控制系统结构的方框图。部件安装装置1设有具有位置检测器16的X轴伺服电机15，和具有位置检测器10的Y轴伺服电机9。根据由CPU、RAM、ROM等构成的控制装置60的指示驱动X轴伺服电机15，使丝杠轴13旋转，由支撑体14支撑的安装头单元5在X轴方向移动，并且驱动Y轴伺服电机9，使丝杠轴8旋转，安装头单元5的支撑体14沿着导轨7移动，由此可以使安装头单元5在XY方向上移动。
另外，安装头单元5还具有3个吸附嘴部件。以下说明一个吸附嘴部件20，其他吸附嘴部件的结构也相同(图3只示出一个吸附嘴部件)。吸附嘴部件20具有位于其中心轴上的吸附嘴21和其周围的喷嘴保持部件20a，吸附嘴部件整体通过R轴伺服电机18相对安装头单元5的框架可以沿中心轴(R轴)周围旋转，同时通过Z轴伺服电机17可以使吸附嘴21相对喷嘴保持部件20a升降(Z轴方向的移动)。在该情况下，吸附嘴21的Z轴、R轴的移动位置可以通过设在各伺服电机17、18上的位置检测器22、23进行检测，其X轴、Y轴的移动位置可以通过位置检测器16、10进行检测。
另外，部件安装装置1还设有多个并列设置的收容电子部件的传送带机构等的部件供给装置4a的部件供给单元4，安装头单元5在这些部件供给装置4a的位置上移动，通过吸附嘴21拾取电子部件，并安装在沿着传送带2传送过来的基板3上。该情况时，存在以移动轴等为起因的机构误差，使得来自向各轴输出移动指令的控制装置60的移动指令值和实际移动到达位置未必一致，在基板上的各位置存在固有位置偏移，所以为了校正该固有位置偏移，在安装装置的安装头单元5上装有基板识别摄像机19，用于预先求出基板上的各个位置的固有偏移量，如下面说明的那样，进行校准作业。该基板识别摄像机19对形成于基板3上的基板标记进行摄像，通过其图像处理识别标记位置，在安装电子部件时校正基板的位置偏移。
另一方面，在传送带2(图1中上侧)和部件供给单元4之间设有部件识别用部件识别摄像机25，通过该部件识别摄像机25对电子部件进行摄像，其图像在由CPU37a、存储器37b、A/D变换器37c等构成的图像识别装置37(图3)进行处理，从而可以识别电子部件62的位置(吸附姿势)。在该情况下，部件识别摄像机25(图2)的聚焦点位置25a被设定在基板安装面上。具体而言，利用吸附嘴21吸附从部件供给单元4供给的电子部件后，在使吸附嘴21上升的同时移动安装头单元5，使所吸附的电子部件保持在部件识别摄像机25上方的规定聚焦点位置25a(校正位置)，由此电子部件通过部件识别摄像机25作为焦点相吻合的图像被摄像。
通过部件识别摄像机25摄取的电子部件图像在图像识别装置37被进行图像处理，从而求出电子部件相对吸附嘴部件20的中心轴S的吸附偏移量(位置偏移量和角度偏移量)，根据该吸附偏移量，决定安装时的吸附嘴部件20的旋转轴P的移动位置，即吸附嘴部件20的目标位置。
另外，如图3所示，在部件安装装置中设有用于输入基板数据和部件数据的键盘31、鼠标32等输入装置，所生成的基板数据和部件数据可以存储在由硬盘、闪存等构成的存储装置33。另外，还设有监视器34，可以在其画面中显示部件数据、运算数据和用基板识别摄像机19、部件识别摄像机25摄像的图像等。
另外，在部件安装装置的控制装置60中设有存储单元(RAM)，用于存储因吸附嘴21的旋转姿势造成的喷嘴中心位置偏心量，因各吸附嘴21的旋转姿势(0、90、180、270度)造成的喷嘴中心位置偏心量被预先数据化并存储。即，在上述部件安装装置的结构中，吸附嘴21的前端在聚焦点位置25a，进行识别时的部件高度在和基板3的表面大致相同的高度位置，并且在吸附嘴部件20位于基准角度(例如旋转角0°)时，如图4的点划线所示，虽然吸附嘴21的中心轴S和吸附嘴部件20的旋转中心P本来应该一致，但由于部件制造误差和装配误差，吸附嘴21的中心轴S处于相对吸附嘴部件20的旋转轴P倾斜的状态时，如该图的实线所示，吸附嘴21的中心轴S位于相对吸附嘴部件20的旋转轴P仅偏心距离Nax、Nay(第4象限)的位置。因此，为了校正因该偏心造成的误差，预先求出在360度内所述高度位置的偏心量，将其存储在存储单元。
在本实施方式中，如图5所示在装置起动时或维修时，利用基板识别摄像机19对具有被设置成多个格状的校准用校准用测量点(标记)42的夹具基板41进行摄像，把通过该摄像检测到的各测量点42的位置和CAD数据指定的位置数据进行比较，求出各安装位置的固有位置偏移，存储在控制装置60的存储单元(RAM)中。关于测量点的位置识别方法，是利用以往的公知技术中用的方法。
如上所述，根据电子部件相对吸附嘴部件20的中心轴S的吸附偏移量，决定安装时的吸附嘴部件20的旋转轴P的目标位置，控制装置60根据所决定的最终目标位置，计算相对各伺服电机9、15、17、18的固有位置偏移量，同时加上校正基板的位置偏移、吸附偏移的校正量，驱动控制各伺服电机9、15、17、18，把电子部件62安装在规定的基板位置上。
下面，参照图7并根据图6的流程图说明上述安装机器的电子部件的吸附、安装动作和安装电子部件时的位置校正。
首先，开始安装动作，控制装置60从存储装置33读出与基板相适应的例如应安装电子部件的种类或安装位置等预先设定的数据(步骤S1)，开始与该基板相适应的安装动作。此时，控制装置60将每次安装电子部件时被累加计数的计数器复位(步骤S2)，同时开始驱动用于传送基板的传送带2，由此，被安装基板3被搬入并定位在规定的作业位置，使安装头单元5在XY方向上移动，把基板识别摄像机19定位在规定的基板标记上，进行标记位置识别及基板位置识别(步骤S3)。
然后，使安装头单元5在XY方向移动，同时将吸附嘴21定位在部件供给单元4的所期望的电子部件供给位置，之后，使吸附嘴21下降，从部件供给单元4吸附电子部件62(步骤S4、S5)。然后，吸附嘴21在吸附了电子部件的状态下上升，安装头单元5在部件识别摄像机25上方移动，电子部件62被配置在部件识别摄像机25的识别位置(聚焦点位置)25a，电子部件保持在基板上安装时的姿势，并在聚焦点位置被部件识别摄像机25摄像。所摄像的电子部件的图像在图像识别装置37被实施图像处理，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对基准角度的角度偏移量(步骤S6)。
另外，控制装置60以吸附嘴部件20的旋转轴P为基准设定电子部件相对基板3的安装位置。即，在吸附电子部件时，以吸附嘴部件20被保持在基准角度，并且吸附嘴部件20的旋转轴P和中心轴S和电子部件的中心一致的状态下被吸附为前提，根据安装时的吸附嘴部件20的旋转轴P和旋转角度设定安装位置。
因此，在吸附电子部件时，在吸附嘴部件20的旋转轴P和喷嘴21的中心轴S和电子部件的中心Q一致、并且以基准角度吸附电子部件的情况下，上述安装位置和安装时的吸附嘴部件20的移动位置(包括吸附嘴部件20的旋转角度的意义上的移动位置)达到一致。但是，例如图7(a)所示，在吸附嘴部件20的旋转轴P和喷嘴中心轴S和电子部件62的中心Q不一致，并且向旋转方向倾斜的状态下被吸附的情况下，为了校正在步骤S6求出的角度偏移量θ，使吸附嘴以旋转轴P为中心旋转进行角度校正，由于吸附嘴的旋转轴P和中心轴S的偏心，使得旋转中心P和部件中心Q间的位置与在步骤S6识别时求出的结果产生偏移。
即，在部件识别摄像机原点和吸附中心(S)相同的情况下，如果设从部件中心(Q)到吸附中心(S)的向量为A＝(Ax、Ay)，设从旋转中心(P)到吸附中心(S)的向量为B＝(Bx、By)，设从旋转中心(P)到部件中心(Q)的向量为C＝(Cx、Cy)，因为A是部件识别结果，B是已知项，所以当以旋转中心(P)为中心，使吸附嘴旋转以校正吸附角度偏移(-θ)时，从校正后的旋转中心(P)到部件中心(Q)的向量为C’为C’＝[cos(-θ)·(Ax+Bx)-sin(-θ)·(Ay+By)、sin(-θ)·(Ax+Bx)+cos(-θ)·(Ay+By)]另外，在部件识别摄像机原点和旋转中心(P)相同的情况下，C是部件识别结果，C＝(Cx、Cy)，则C’＝[cos(-θ)·Cx-sin(-θ)·Cy、sin(-θ)·Cx+cos(-θ)·Cy]校正角度后，使旋转中心P移动到偏置C’的位置。
可以考虑如果吸附角度偏移量小，校正角度θ是充分小的值，则通过校正角度，吸附中心S相对旋转中心P的偏移量充分小。因此，在步骤S7判断角度偏移量θ是否小于规定值。在小于等于规定值的情况下，为了避免因上述的角度校正造成的位置偏移量的变动，对在步骤S6求出的角度偏移量不进行校正，仅校正位置偏移量，进行最终目标位置设定(步骤S8)。在该情况下，为了校正角度，不使吸附嘴旋转，所以部件以部件识别时的部件吸附角度，即，和相对基准角度的倾斜角度相同的角度被安装，能够消除因喷嘴旋转位置造成的喷嘴中心位置的偏心产生的误差的影响。另外，在识别部件时，吸附嘴21的前端位于部件识别摄像机25的聚焦点位置25a，部件高度位于和基板3的表面大致相同的高度位置，所以也能够吸收因喷嘴上升下降造成的水平面变化量。
另一方面，在角度偏移量大于规定值的情况下，在校正角度偏移量θ后，校正上述C’的位置偏移量，设定最终目标位置(步骤S9)。由此，决定吸附嘴部件20的旋转轴P的最终目标位置，校正驱动系统的固有位置偏移量(步骤S10)。图7(b)、(c)分别表示校正角度后的各坐标值、以及旋转中心的最终目标坐标(位置)，校正固有位置偏移后的目标坐标、逻辑目标坐标。
如果这样设定目标位置，通过控制装置60驱动各驱动单元，安装头单元5在XY方向移动，同时在进行角度校正的情况下，吸附嘴部件20一边旋转一边移动到最终目标位置。在到达该最终目标位置时，吸附嘴21在该位置下降，把电子部件安装在基板上，在安装电子部件后，在规定的时刻，控制装置的电子部件用计数器被累加计数(步骤S11、S12)。
在部件安装没有全部完成的情况下，返回步骤S4，进行相同的处理(步骤S13)，另一方面，在部件全部安装完成后，驱动传送带2，将被定位在规定作业位置的基板搬出，例如运到后面工序(步骤S14)，结束本流程。
发明效果如上所述，根据本发明，在吸附角度偏移量小时，为了校正角度，不使吸附嘴旋转，所以因喷嘴旋转时的喷嘴中心位置的偏心而产生的误差的影响消除，因此能够提高部件安装精度。另外，通过把部件识别摄像机的聚焦点设定在与安装部件的基板表面相同的表面上，可以吸收因喷嘴上升下降造成的水平面变化量，提高安装精度。
权利要求
1.一种部件安装方法，利用被安装在能够在水平面上移动的安装头上的可旋转并可升降的吸附嘴，吸附起部件，对根据其吸附姿势求出的吸附偏移量进行校正，然后把该部件安装在基板上的规定位置，其特征在于，根据所述部件的吸附姿势求出位置偏移量和角度偏移量，在所述角度偏移量小于等于规定值时，以和识别部件时的吸附角度相同的角度安装部件。
2.根据权利要求1所述的部件安装方法，其特征在于，识别部件的吸附姿势时的部件高度为和基板表面大致相同的高度。
3.一种部件安装装置，利用被安装在能够在水平面上移动的安装头上的可旋转并可升降的吸附嘴，吸附起部件，对根据其吸附姿势求出的吸附偏移量进行校正，然后把该部件安装在基板上的规定位置，其特征在于，具有对所述吸附部件进行摄像的部件识别摄像机；和根据所述部件的图像来识别部件的吸附姿势，运算吸附时的位置偏移量和角度偏移量的单元，在所述角度偏移量小于等于规定值时，以和识别部件时的吸附角度相同的角度安装部件。
4.根据权利要求2所述的部件安装装置，其特征在于，识别部件的吸附姿势时的部件高度为和基板表面大致相同的高度。
全文摘要
一种部件安装方法和装置。利用安装成可以旋转并升降的吸附嘴来吸附部件，校正根据其吸附姿势求出的吸附偏移量，把部件安装在基板的规定位置。识别部件的吸附姿势，求出位置偏移量和角度偏移量(步骤S6)，在角度偏移量小于等于规定值时，仅校正位置偏移量(步骤S8)，进行部件的安装。在这种结构中，当吸附角度偏移量小时，为了进行角度校正而使吸附嘴不旋转，所以因喷嘴旋转造成的喷嘴中心位置的偏心误差的影响消除，因此能够提高部件安装精度。并且能够更加提高电子部件在基板上的安装性能，减少部件的安装误差。
文档编号H05K7/12GK1533233SQ200410029518
公开日2004年9月29日 申请日期2004年3月18日 优先权日2003年3月19日
发明者师冈博明 申请人:重机公司