元件安装方法
【专利摘要】本发明提供一种元件安装方法，能够在元件的旋转定位中通过更简单的控制抑制因齿隙产生的误差。在从下方对吸附保持有电子元件（P）的状态的吸嘴（25）进行拍摄并识别被吸附保持的电子元件（P）的元件识别之前，先使吸嘴（25）绕吸嘴轴向逆时针方向（第一旋转方向）旋转预先设定的规定角度Δθ，使电子元件（P）的中心方向线（CL）位于比方向基准线（BL）偏向逆时针方向的位置，并基于在该状态下通过元件识别检测出的元件的旋转位置偏移检测结果，使吸嘴（25）总是绕吸嘴轴向顺时针方向（第二旋转方向）旋转，将电子元件（P）的旋转位置定位在预先规定的安装角度。
【专利说明】元件安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将元件安装于基板的元件安装方法。
【背景技术】
[0002]在将电子元件安装于基板的元件安装装置的元件安装动作中，在将自元件供给部取出的元件移送搭载于基板的安装点时，相对于安装点将元件定位在X、Y方向上，并且，需要将元件在平面内的旋转位置正确定位并与对每个安装点指定的安装角度一致。该旋转定位通过使吸附保持有元件的吸嘴绕吸嘴轴旋转的Θ旋转动作进行。在该Θ旋转动作中，为了尽量减小所需的旋转量直至与正确的安装角度一致，吸嘴的旋转方向根据Θ旋转前的元件的旋转位置和安装角度的关系而选择正负2方向的任意一个。
[0003]由于经由使用齿轮或齿形带等的旋转传递机构进行吸嘴的Θ旋转驱动，因此，很难避免由旋转传递机构的机械游隙、即所谓的齿隙引起的旋转传递误差。为了尽量防止该齿隙产生的误差，目前，无论Θ旋转前的元件的旋转位置如何，都将上述的Θ旋转动作中的定位结束前的最终的旋转方向总是设定为同一方向(例如参照专利文献1、2)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平10 - 190294号公报
[0007]专利文献2:日本特开2002 - 141700号公报
[0008]但是，包含上述的专利文献例在内，将最终的旋转方向总是设定为同一方向的结构的现有技术中，因Θ旋转动作的控制的复杂性，存在如下的难点。例如，在吸附于吸嘴上的元件相对于最终的安装角度向顺时针方向侧偏移，且定位结束前的最终的旋转方向为顺时针方向的情况下，需要进行如下的旋转控制。即，在该情况下，需要进行如下的复杂的控制:首先，暂时旋转直至比最终的安装角度向逆时针方向侧越程了的旋转位置，然后重新以最终的安装角度为目标向顺时针方向进行旋转定位。因此，对于各元件的旋转定位的控制处理变得复杂化而控制负荷增大，并且，成为总是进行向正负两方向的往复旋转动作造成的动作时间的延迟及元件吸附状态的偏移等不良情况的原因。
【发明内容】
[0009]因此，本发明提供一种元件安装方法，能够在元件的旋转定位中通过更加简单的控制来抑制因齿隙产生的误差。
[0010]本发明提供一种元件安装方法，通过吸嘴从元件供给位置取出元件并移送搭载至基板，包括:元件吸附步骤，通过所述吸嘴吸附保持位于所述元件供给位置的所述元件；吸嘴旋转步骤，使所述元件吸附步骤后的所述吸嘴绕吸嘴轴向第一旋转方向旋转规定角度；元件识别步骤，通过拍摄构件从下方对所述吸嘴旋转步骤后的所述吸嘴进行拍摄并识别被吸附保持的所述元件；及旋转定位步骤，基于在所述元件识别步骤中检测出的所述元件的旋转位置偏移检测结果，使所述吸嘴绕所述吸嘴轴向与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转，将所述元件的旋转位置定位在预先规定的安装角度。
[0011]发明效果
[0012]根据本发明，在通过拍摄构件从下方对通过吸嘴吸附保持了元件的状态的吸嘴进行拍摄并识别被吸附保持的元件的元件识别之前，先使吸嘴绕吸嘴轴向第一旋转方向旋转预先设定的规定角度，并基于通过该状态下的元件识别而检测出的元件的旋转位置偏移检测结果，使吸嘴绕吸嘴轴向与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转，将元件的旋转位置定位在预先规定的安装角度，由此，不进行复杂的控制处理及无用的吸嘴旋转动作就能够总是在同一方向进行旋转定位，能够在元件的旋转定位中通过更简单的控制来抑制因齿隙产生的误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明一实施方式的元件安装装置的俯视图；
[0014]图2是本发明一实施方式的元件安装装置的安装头的立体图；
[0015]图3是本发明一实施方式的元件安装装置的安装头的局部立体图；
[0016]图4是表示本发明一实施方式的元件安装装置的控制系统的结构的框图；
[0017]图5是本发明一实施方式的元件安装方法的工序说明图；
[0018]图6是本发明一实施方式的元件安装方法的工序说明图。
[0019]标号说明
[0020]I电子元件安装装置
[0021]3 基板
[0022]4A，4B元件供给部
[0023]5a元件料盘
[0024]10安装头
[0025]14单位保持头
[0026]25 吸嘴
[0027]P电子元件
[0028]CL中心方向线
[0029]BL方向基准线
【具体实施方式】
[0030]接着，参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先，参照图1、图2对电子元件安装装置的构造进行说明。在图1中，在电子元件安装装置I的基台Ia上，沿X方向(基板搬送方向)配置有基板搬送机构2。基板搬送机构2搬送作为元件安装作业的对象的基板
3。在基板搬送机构2的两侧配置有供给电子元件的元件供给部，在一侧的元件供给部4A上，供给被保持在带上的电子元件的多个带式供料器6及用于通过转印将焊剂等膏剂转印到电子元件上的膏剂转印单元7与带式供料器6并排而拆装自如地安装。在另一侧的元件供给部4B上，设置有供给收容有电子元件的元件料盘5a的料盘供料器5。
[0031]在基台Ia的X方向的一端部，沿与基板搬送机构2正交的Y方向配置有Y轴工作台8。在Y轴工作台8上沿Y方向移动自如地结合有两台X轴工作台9A、9B，在X轴工作台9A、9B上分别安装有安装头10。安装头10为具备多个单位保持头14的多工位式头，在各单位保持头14的下部安装有吸嘴25 (参照图2)。
[0032]通过驱动X轴工作台9B、Y轴工作台8，安装头10通过吸嘴25从被保持在元件供给部4B的料盘供料器5上的元件料盘5a拾取电子元件P，并移送搭载至定位保持在基板搬送机构2的基板3。另外，通过驱动X轴工作台9A、Y轴工作台8，安装头10通过吸嘴25从元件供给部4A的带式供料器6拾取电子元件P，为进行膏剂转印而接近膏剂转印单元7，并且将膏剂转印后的电子元件P移送搭载至定位保持在基板搬送机构2的基板3。X轴工作台9A、9B及Y轴工作台8构成使安装头10移动的头移动机构32 (参照图4)。
[0033]在X轴工作台9A、9B装备有与安装头10 —体移动的基板识别摄像机11，通过安装头10向基板3的上方移动，基板识别摄像机11也一同移动，对基板3进行拍摄。在基台Ia上，在元件供给部4A、4B与基板搬送机构2之间配置有元件识别摄像机12及吸嘴储存器
13。吸嘴储存器13针对多个元件种类收容安装于安装头10的吸嘴25，通过使安装头10接近吸嘴储存器13并执行规定的吸嘴交换动作，能够根据元件种类交换安装头10中的吸嘴25。
[0034]通过使保持有电子元件P的安装头10在元件识别摄像机12的上方沿X方向相对移动，元件识别摄像机12从下方读取电子元件P的图像，由此识别处于保持在安装头10的状态下的电子元件P的种类及形状。在安装头10对电子元件P的搭载动作中，考虑到基板识别摄像机11的基板识别结果和元件识别摄像机12的元件识别结果而进行基板3的搭载位置的校正。
[0035]如图2所示，构成安装头10的单位保持头14为将吸嘴25与吸嘴驱动机构及吸引机构一同一体化的构造，在共有的垂直的基体部1a并排设置有多个。在本实施方式所示的例子中，为将在X方向直列排列4个单位保持头14而成的吸嘴列L1、L2 (参照图3 (a))在Y方向并排设置2列的配置。在吸嘴列L1、L2上分别安装有4个吸嘴25。
[0036]在基体部1a的侧面固定设置有箱形状的上部框架1b及变截面形状的下部框架
18。在下部框架18固定设置有吸嘴旋转电机20。在上部框架1b的上表面垂直配置有构成单位保持头14的吸嘴升降电机15。吸嘴升降电机15的旋转被向设置在上部框架1b的下方的升降机构16传递，在此，将吸嘴升降电机15的旋转运动变换为升降轴部件17的上下运动。通过分开控制这些吸嘴升降电机15，能够使安装头10的多个吸嘴独立且行程可变地升降。吸嘴升降电机15及升降机构16构成设置在安装头10并使多个吸嘴独立升降的吸嘴升降机构33 (参照图4)。
[0037]在升降轴部件17上设有轴旋转部19，通过固定设置在下部框架18的吸嘴旋转电机20，并经由被以上下2级的方式搭接的环状齿形带21a、21b向轴旋转部19传递旋转。如图3 (a)所示，轴旋转部19为在属于吸嘴列LI的升降轴部件17上结合有被齿形带21a驱动的从动带轮26a及惰轮27a，并在属于吸嘴列L2的升降轴部件17上结合有被齿形带21b驱动的从动带轮26b及惰轮27b的结构。从动带轮26a、26b与升降轴部件17 —体旋转，惰轮27a、27b相对于升降轴部件17相对旋转自如。
[0038]齿形带21a、21b均被与吸嘴旋转电机20的旋转轴结合的驱动带轮28驱动，并分别向从动带轮26a、26b传递旋转。在该带驱动中，惰轮27a、27b分别使齿形带2la、2Ib与驱动对称轴的配置一致而旋转，并与导轮29共同导向。通过驱动吸嘴旋转电机20，属于吸嘴列LI的多个升降轴部件17及属于吸嘴列L2的多个升降轴部件17分别经由齿形带21a、21b被驱动旋转,进行同步旋转。
[0039]S卩，通过上述机构，以吸嘴旋转电机20为驱动源，属于吸嘴列L1、吸嘴列L2的多个吸嘴25 —并被驱动旋转。因此，吸嘴旋转电机20、轴旋转部19、齿形带21a、21b成为通过单一驱动源即吸嘴旋转电机20使多个吸嘴25绕各自的吸嘴轴旋转的吸嘴旋转机构34(参照图4)。
[0040]在构成该旋转驱动机构的齿形带2la、2Ib和从动带轮26a、26b的啮合中，齿形带21a、21b的齿21c和从动带轮26a、26b的齿26c不一定在完全紧贴的状态下啮合，而在齿21c和齿26c之间存在因齿隙(机械游隙)产生的少许的间隙C。
[0041]该间隙c根据齿形带21a、21b和从动带轮26a、26b的相对移动方向以不同的方式产生，例如如图3 (b)所示，在向箭头a方向(顺时针方向)驱动从动带轮26a、26b旋转时，图中在齿21c的左侧产生间隙C，若旋转驱动方向反转为箭头b方向，则间隙c的产生方向反转，在齿21c的右侧产生间隙C。
[0042]从动带轮26a、26b的旋转驱动中的这种间隙c的存在成为对保持于吸嘴25的元件进行旋转定位时的定位误差的主要原因。为了使因这种齿隙产生的定位误差的影响最小化，在本实施方式中，将吸嘴25的绕轴的旋转方向预先规定为一个方向而能够忽略因齿隙c产生的位置误差，并将该一个方向规定为能够忽略定位误差的标准方向。
[0043]即，在旋转方向仅为预先设定的规定方向的情况下，间隙c产生的方向也被固定，因此，间隙c不影响定位精度。与之相对，在上述规定方向的旋转动作的中途存在旋转方向的反转而混有向与规定方向相反的方向的旋转动作的情况下，在反转时产生间隙c程度的旋转定位误差。因此，在本实施方式所示的元件安装方法中，如后所述，在元件识别摄像机12进行元件识别之前，预先使吸嘴25向规定方向的反方向旋转规定角度而对每个电子元件P给予向该方向的偏置角度即偏角，在旋转动作的最后总是成为规定方向的旋转，对因旋转传递机构的齿隙产生的定位误差进行校正。
[0044]升降轴部件17的下端部插通接合部22并与吸嘴座23结合，在吸嘴座23上拆装自如地安装有具备反射板24的吸嘴25。接合部22与真空吸引装置(图示省略)连接，通过从接合部22进行真空吸引，一边允许吸嘴座23绕吸嘴轴旋转一边从吸嘴25的下端部进行真空吸引。而且，通过在下端部抵接有元件的状态下进行真空吸引，吸嘴25吸附保持元件。反射板24在元件识别摄像机12进行拍摄时对从下方照射的照明光进行反射，对保持于吸嘴25的元件进行透射照明。
[0045]接着，参照图4，对控制系统的构造进行说明。控制部30为具有运算处理功能的CPU,通过基于存储在存储部31的安装数据31a及旋转偏角数据31b执行控制程序，控制以下所示的头移动机构32、吸嘴升降机构33、吸嘴旋转机构34、识别处理部35各部分并执行元件安装动作。安装数据31a为表示安装于基板3的元件种类及安装坐标的数据，对每个基板种类存储。旋转偏角数据31b是规定为了在元件识别摄像机12进行元件识别之前对电子元件P给予上述偏角而使吸嘴25旋转的规定角度的数据。
[0046]在本实施方式中，通过利用基板识别摄像机11对位于载置在元件供给部4B的元件料盘5a的元件供给位置的电子元件P进行拍摄，来决定该旋转偏角数据31b。即，通过进行拍摄，观察电子元件P的平面姿势下的旋转方向的位置偏移状态，求出位置偏移的变动范围，在元件安装动作开始之前决定包含该变动范围在内的大小的规定角度△ Θ (参照图5)。当然，在预先已知元件供给位置的电子元件P的旋转位置偏移状态的情况下，也可以基于已知数据固定性地决定规定角度Δ Θ。
[0047]头移动机构32为图1所示的X轴工作台9A、9B、Y轴工作台8，通过控制部30对头移动机构32及安装头10进行控制，而执行通过安装于安装头10的吸嘴25从元件供给部4A、4B的元件供给位置取出电子元件P并移送搭载至基板3的元件安装作业。
[0048]在该元件安装作业中，通过控制部30基于存储于存储部31的旋转偏角数据31b控制吸嘴升降机构33及吸嘴旋转机构34，如上所述，在元件识别之前执行预先使吸嘴25旋转规定角度Λ Θ的偏角给予动作。通过识别处理部35对由基板识别摄像机11、元件识别摄像机12获得的图像数据进行识别处理，进行对定位保持于基板搬送机构2的基板3的位置识别、及处于吸附保持于安装头10的吸嘴25的状态下的电子元件P的X方向、Y方向及Θ方向的位置识别。
[0049]另外，通过使基板识别摄像机11位于元件供给部4Α、4Β的元件供给位置的上方并对载置有电子元件P的元件供给位置进行拍摄，能够观察元件供给位置的电子元件P的平面姿势下的状态。在本实施方式中，旋转偏角数据31b基于通过基板识别摄像机11对位于元件供给位置的电子元件P的平面姿势下的旋转方向的位置偏移状态进行拍摄的结果来决定。
[0050]接着，参照图5、图6，对在电子元件安装装置I中通过安装于安装头10的吸嘴25从元件供给部4A、4B的元件供给位置取出电子元件P并移送搭载至基板3的元件安装方法进行说明。首先，在元件安装作业开始之前，观察位于元件供给部4B的元件供给位置的电子元件P的平面姿势下的旋转方向的位置偏移状态。该作业以用于设定在元件识别之前执行的偏角给予中的规定角度△ Θ的基础数据获取为目的而进行。
[0051]即，首先，如图5 (a)所示，通过使安装头10移动(箭头a)，使基板识别摄像机11位于设置于元件供给部4B的元件料盘5a上。而且，此处通过基板识别摄像机11对多个电子元件P进行拍摄，并通过识别处理部35对拍摄结果进行识别处理。由此，如图5 (b)所示，对于多个电子元件P (此处为电子元件P (I)、(2)这两个)，相对于元件料盘5a的方向基准线BL测量该电子元件P的中心方向线CL的偏移角度α。
[0052]在此，电子元件P (I)的中心方向线CL (I)相对于方向基准线BL向顺时针方向以偏移角度α I发生位置偏移，电子元件P (2)的中心方向线CL (2)相对于方向基准线BL向逆时针方向以偏移角度α 2发生位置偏移。在这种情况下，考虑偏移角度α的变动，设定比顺时针方向的偏移角度a (i)的最大值大的角度作为规定角度△ Θ，并将该规定角度Δ Θ作为旋转偏角数据31b存储。即，规定角度Λ Θ基于位于元件供给位置的电子元件P的平面姿势下的旋转方向的位置偏移状态来决定。
[0053]之后，开始元件安装动作。即，使安装头10向元件供给部4Β移动，如图5 (C)所示，通过单位保持头14的吸嘴25吸附保持位于元件料盘5a的元件供给位置的电子元件P(元件吸附步骤)。接着，使元件吸附步骤后的吸嘴25绕吸嘴轴向逆时针方向(第一旋转方向)旋转规定角度Λ Θ (箭头b)(吸嘴旋转步骤)。由此，如图5 (d)所示，电子元件P (I)、电子元件P (2)均绕吸嘴25的吸嘴轴旋转规定角度Λ Θ (箭头Cl、c2)，电子元件P (I)的中心方向线CL (I)、电子元件P (2)的中心方向线CL (2)均成为相对于方向基准线BL向逆时针方向发生了位置偏移的状态。
[0054]接着，进行用于检测电子元件P的位置偏移的元件识别，如图6 Ca)所示，通过拍摄构件即元件识别摄像机12从下方对吸嘴旋转步骤后的吸嘴25进行拍摄，并对吸附保持于吸嘴25的电子元件P进行识别(元件识别步骤)。在该元件识别中，通过识别处理部35对由元件识别摄像机12获得的图像进行识别处理，由此，除检测电子元件P的X方向、Y方向的位置偏移之外，还检测吸嘴25的绕吸嘴轴的旋转位置偏移。
[0055]即，如图6 (b)所示，检测出如下内容:对于电子元件P (1)，处于中心方向线CL
(I)相对于方向基准线BL向逆时针方向以偏移角度Θ I发生旋转位置偏移的状态，另外，对于电子兀件P (2),处于中心方向线CL (2)相对于方向基准线BL向逆时针方向以偏移角度Θ2发生旋转位置偏移的状态。
[0056]之后，基于在元件识别步骤检测出的电子元件P的位置偏移检测结果对电子元件P的位置进行校正，同时，将电子元件P移送搭载至基板3。即，基于X方向、Y方向的正交位置偏移的检测结果，控制头移动机构32，由此校正正交位置偏移。与此同时，通过基于检测出的偏移角度Θ 1、Θ 2控制吸嘴旋转机构34，基于吸嘴25的绕吸嘴轴的Θ方向的旋转位置偏移检测结果，如图6 (c)所示，使吸嘴25绕吸嘴轴向顺时针方向(第二旋转方向)旋转(箭头dl、d2)，将电子元件P的旋转位置定位在预先规定的安装角度(旋转定位步骤)。此处所示的例子中，使中心方向线CL (I)、中心方向线CL (2)与方向基准线BL的方向一致的角度作为规定的安装角度。
[0057]而且，之后，如图6 (d)所示，使通过吸嘴25保持有电子元件P的状态的单位保持头14下降(箭头e)，并使电子元件P着地于基板3的上表面，由此，电子元件P向基板3的安装结束。需要说明的是，此处将逆时针方向定义为第一旋转方向，将顺时针方向定义为第二旋转方向，但在通过逆时针方向的旋转动作进行最终的旋转定位的情况下，顺时针方向成为第一旋转方向，逆时针方向成为第二旋转方向。
[0058]如上述说明，在本实施方式所示的元件安装方法中，在从下方对吸附保持有电子元件P的状态的吸嘴25进行拍摄并对被吸附保持的电子元件P进行识别的元件识别之前，先使吸嘴25绕吸嘴轴向逆时针方向(第一旋转方向)旋转预先设定的规定角度△ Θ，使电子元件P的中心方向线CL位于比方向基准线BL偏向逆时针方向的位置，在该状态下，基于通过元件识别检测出的元件的旋转位置偏移检测结果，使吸嘴绕吸嘴轴向顺时针方向(第二旋转方向)旋转，将电子元件P的旋转位置定位在预先规定的安装角度。
[0059]由此，无需进行复杂的控制处理及无用的吸嘴旋转动作，就能够总是在同一方向进行旋转定位，能够在电子元件P的旋转定位中通过更简单的控制抑制因齿隙产生的误差。
[0060]工业上的可利用性
[0061]本发明的元件安装装置及元件安装方法以及元件安装程序具有能够兼顾确保旋转定位精度和提高定位动作效率的效果，在通过移载头从元件供给部取出元件并移送搭载至基板的元件安装领域有用。
【权利要求】
1.一种元件安装方法，通过吸嘴从元件供给位置取出元件并移送搭载至基板，其特征在于，包括: 元件吸附步骤，通过所述吸嘴吸附保持位于所述元件供给位置的所述元件； 吸嘴旋转步骤，使所述元件吸附步骤后的所述吸嘴绕吸嘴轴向第一旋转方向旋转规定角度； 元件识别步骤，通过拍摄构件从下方对所述吸嘴旋转步骤后的所述吸嘴进行拍摄并识别被吸附保持的所述元件；及 旋转定位步骤，基于在所述元件识别步骤中检测出的所述元件的旋转位置偏移检测结果，使所述吸嘴绕所述吸嘴轴向与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转，将所述元件的旋转位置定位在预先规定的安装角度。
2.如权利要求1所述的元件安装方法，其特征在于， 基于位于所述元件供给位置的所述元件的平面姿势下的旋转方向的位置偏移状态来决定所述规定角度。
【文档编号】H05K13/04GK104080324SQ201310532554
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年3月27日
【发明者】东雅之 申请人:松下电器产业株式会社