JP3846261B2 - Method for detecting height of substrate upper surface in electronic component mounting apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を実装する基板上面の実装高さ位置を求める電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法に間するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する実装動作においては、電子部品を保持した吸着ノズルを基板に対して下降させることにより、電子部品を基板上面に着地させて搭載する。この電子部品の着地を電子部品に対する衝撃や位置ずれを生じることなく良好に行うためには、電子部品を過不足なく基板上面に対して接近させるために、実装高さ位置、すなわち吸着ノズルの下降目標高さ位置を数値データとして正確に設定する必要がある。
【0003】
従来よりこの実装高さ位置を設定するに際しては、電子部品実装対象の基板の厚み寸法が基板種類によって異なることから、基板の種類が変わるたびに基板厚みデータを入力することにより、基板ごとの厚み差を補正するようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記方法では、部品データとして与えられる基板厚みデータがばらつきによって実物基板の厚みと正確に一致しない場合や、データ入力時のミスなど、実際の厚み寸法との誤差が生じる場合がある。このような場合には設定された実装高さ位置は当然のことながら正しくなく、実装不具合が生じる。
【0005】
たとえば設定される実装高さ位置が高すぎる場合には、吸着ノズルに保持された電子部品は基板上面に着地しないまま落下し位置ずれを生じる原因となる。また実装高さ位置が低すぎる場合には、電子部品が基板上面に当接した後にもなお吸着ノズルが下降する結果、電子部品を過大な押圧力で基板に押しつけることになる。このように、従来の電子部品実装方法においては、基板上面の実装高さ位置の設定に起因して実装不具合を生じる場合があるという問題点があった。
【0006】
そこで本発明は、基板上面高さを正確に検出して実装高さ位置の設定を自動的に行うことを可能とする電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法は、部品供給部から移載ヘッドの吸着ノズルによって電子部品を真空吸着によりピックアップして基板に実装する電子部品実装装置において、基板位置決め部に位置決めされた前記基板上面の高さ位置を検出する電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法であって、前記移載ヘッドを基板の上方に位置させた状態で真空吸引源を駆動して吸着ノズルから真空吸引しながら、吸着ノズルを昇降させる昇降手段を駆動して吸着ノズルを基板に対して下降させるとともに、吸着ノズルと真空吸引源とを接続する真空吸引回路に介設された流量センサによって前記吸着ノズルから吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測する工程と、流量計測結果が予め設定された前記吸着ノズルの下端部が基板に当接したタイミングにおける前記真空吸引回路内を通過する空気の流量になったタイミングを求めこのタイミングにおける前記昇降手段の高さ指示値を基板上面高さとして出力する工程とを含む。
【0008】
本発明によれば、吸着ノズルから真空吸引しながら吸着ノズルを基板に対して下降させるとともに、流量センサによって吸着ノズルから吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測し、流量計測結果が予め設定された前記吸着ノズルの下端部が基板に当接したタイミングにおける前記真空吸引回路内を通過する空気の流量になったタイミングを求めこのタイミングにおける前記昇降手段の高さ指示値を基板上面高さとして出力することにより、基板上面高さを正確に検出して実装高さ位置の設定を自動的に行うことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図2は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの断面図、図3は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の吸引・制御系の構成を示すブロック図、図4は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における真空吸引回路の流量データの説明図、図5、図6は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上面高さ検出処理の説明図、図7は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図である。
【0010】
まず図1を参照して電子部品実装装置について説明する。図1において、電子部品実装装置1は、X方向に配設された搬送路2を備えており、搬送路2は基板3を搬送し位置決めする基板位置決め部となっている。搬送路2の手前側には、電子部品の部品供給部4が配置されており、部品供給部4にはテーピングされた電子部品を供給するテープフィーダ5が多数並設されている。
【0011】
搬送路2および部品供給部4の上方には、移載ヘッド6が図示しない水平移動手段によって水平移動可能に装着されている。移載ヘッド6は複数の吸着ノズル18(図2、図3参照)を備えたマルチ型ヘッドであり、吸着ノズル18によりテープフィーダ5のピックアップ位置から電子部品をピックアップし、搬送路2上の基板3に移載する。
【0012】
搬送路2と部品供給部4の間の移載ヘッド6の移動経路上には、ラインカメラ7が配設されている。電子部品を保持した移載ヘッド6をラインカメラ7の上方を水平移動させながら、ラインカメラ7の光学系を介して入光する光を1次元のラインセンサで受光することにより、電子部品を撮像し認識する。
【0013】
次に図2を参照して移載ヘッド6について説明する。図2において、移載ヘッド6はZ軸テーブル10に装着されている。Z軸テーブル10は、モータ11によって回転駆動される送りねじ12と送りねじが螺合するナット部材12aを備えており、Z軸駆動部19によってモータ11を回転駆動することにより、移載ヘッド6は昇降する。
【0014】
モータ11はエンコーダ11aを備えており、エンコーダ11aのパルス信号を高さ検出部20が受信することにより、移載ヘッド6のZ軸方向位置、すなわち高さ位置が検出される。高さ位置検出結果は、制御部25に送られる。そしてこの高さ位置検出結果に基づいて、制御部25がZ軸駆動部19を制御することにより、移載ヘッド6を任意の高さ位置を目標として上昇、または下降させることができる。
【0015】
移載ヘッド6は箱型部材13に結合された昇降ブロック14を備えており、箱型部材13の上面には、円周上の等配位置に6本のエアシリンダ15が配設されている。エアシリンダ15は両ロッドタイプであり、上下両方向にロッド15aが突出している。下方に突出したロッド15aは、ノズル昇降ロッド16と回転自在に結合されており、ノズル昇降ロッド16は昇降ブロック14の下端部から下方に突出して設けられた装着部17に結合されている。装着部17には吸着ノズル18が着脱自在に装着される。吸着ノズル18には吸着孔18aが設けられており、吸着孔18aから真空吸引することにより、下端部の吸着面に電子部品を吸着保持する。
【0016】
上記構成において、エアシリンダ15を駆動することにより、吸着ノズル18は移載ヘッド6に対して個別に所定ストロークだけ上下動する。すなわち、Z軸テーブル10は吸着ノズル18を昇降させる昇降手段となっており、エアシリンダ15は個別上下動手段となっている。高さ検出部20は、Z軸テーブル10のエンコーダ11aからの高さ情報に基づき、図2に示すように、エアシリンダ15によって下降した状態の吸着ノズル18の下端部の高さ位置Zn(Z軸駆動部19の座標系におけるZ座標値)を、高さ指示値として出力する。
【0017】
ここで図3を参照して、吸着ノズル18から真空吸引する真空吸引・制御系の構成について説明する。図3に示すように、吸着ノズル18が装着される装着部17には真空バルブ21が接続されており、真空バルブ21は真空吸引源である真空ポンプ23に接続されている。装着部17に吸着ノズル18が装着された状態で真空ポンプ23を駆動し、真空バルブ21を開状態にすることにより、吸着ノズル18の下端部の吸着面に設けられた吸着孔18aより真空吸引する。
【0018】
吸着ノズル18から真空ポンプ23に至る回路は、真空吸引時に空気が通過する真空吸引回路となっている。装着部17には、フィルタ28が内蔵されており、吸着ノズル18から吸引された空気がフィルタ28を通過することにより、真空吸引時に空気とともに吸引された異物がフィルタ28によって捕集される。
【0019】
真空バルブ21と真空ポンプ23の間の真空吸引回路には、流量センサ22が介設されている。流量センサ22は、内部を流れる流体の温度差を検出することにより、真空吸引によって単位時間当たりに真空吸引回路内を流れる空気の量を連続的に計測する。流量センサ22の計測結果は、判定部24に送られる。
【0020】
判定部24は、流量センサ22の流量計測結果を記憶部26に記憶されている流量データと比較することにより、吸着ノズル18の下端部における電子部品の有無や吸着状態などの、真空吸引系の状態の判定を行う。また判定部24は連続的に計測される流量計測結果を監視し、流量計測値が所定値に到達したタイミングを検出する。判定結果や検出されたタイミングは制御部25に送られる。
【0021】
制御部25は判定結果に基づいて報知部27を制御することにより、ピックアップミスや持ち帰り部品検出などの報知を行うとともに、検出されたタイミングにおけるZ軸テーブル10の高さ指示値をノズル高さデータとして記憶部26に記憶する。
【0022】
次に図4を参照して、吸着ノズル18から真空ポンプ23によって真空吸引を行う真空吸引回路の流量データについて説明する。図4は、流量センサ22によって計測される流量と、真空吸引系の状態、すなわち電子部品実装装置の保守点検時や稼動状態において真空吸引系に発生しうる各種の状態と、真空吸引回路の流量との対応関係を示したものである。流量軸上に設定されたf0〜f5は、各状態を判定するしきい値として設定される流量データであり、各状態を実際に再現した上で流量センサ22で得られる実測データに基づいて設定される。
【0023】
ここで真空吸引系の状態として、[吸着ノズル無し]、[フィルタ目詰まり]、[吸着ノズル装着異常]、[部品無し]、[部品吸着状態異常]、[部品正常吸着]および[吸着面当接]の7つの状態が想定されている。以下、各状態と流量データとの対応について説明する。
【0024】
[吸着ノズル無し]は、装着部17に吸着ノズル18が装着されていない状態を示しており、この状態では装着部17内の内部孔が開放されたままとなることから、真空吸引回路内を流れる流量は最も大きくなる。ここでは、流量計測結果がノズル無し流量f0以上であれば、吸着ノズル無しと判定される。この[吸着ノズル無し]から、以下に説明する各状態の順に、真空吸引回路の開度は減少して閉状態の度合いが大きくなり、それぞれのしきい値の値も低下する。
【0025】
[フィルタ目詰まり]は、装着部17内のフィルタ28に捕集された異物量が増加し、真空吸引時の圧力損失がフィルタ28の交換もしくは清掃を必要とする程度まで増大したことを示している。ここでは装着部17に吸着ノズル18が装着されていない状態での流量計測結果がフィルタ目詰まり流量f1以下であれば、フィルタ目詰まりと判定される。
【0026】
[吸着ノズル装着異常]は、装着部17の吸着ノズル18が装着されているものの、装着孔周囲への異物の噛み込みなどの不具合によって、リークを生じている状態を示す。装着部17に吸着ノズル18が装着された状態での流量計測結果がノズル異常流量f2以上であれば、吸着ノズル装着異常と判定される。
【0027】
[部品無し]は、真空吸引回路が吸引状態にあるにもかかわらず吸着ノズル18の吸着面に電子部品が存在しない状態を示している。同様に装着部17に吸着ノズル18が装着された状態での流量計測結果が部品無し流量f3以上であれば、部品無しと判定される。
【0028】
[部品吸着状態異常]は、吸着ノズル18の吸着面に電子部品が存在するものの、吸着位置や姿勢が正常でなく吸着孔18aからの過度のリークが生じている状態を示している。吸着ノズル18が装着され部品吸着状態における流量計測結果が吸着異常流量f4以上であれば、部品吸着状態異常と判定される。
【0029】
[部品正常吸着]は、吸着ノズル18によって電子部品が正常に吸着保持されている状態を示しており、同様に部品吸着状態における流量計測結果が吸着異常流量f4に満たなければ、部品正常吸着と判定される。そして、[吸着面当接]は、移載ヘッド6を下降させ、吸着ノズル18の吸着面を基板上面や計測基準面などの平坦な固体面に当接させて押圧し、吸着面の吸着孔18aが塞がれている状態を示している。流量計測結果が吸着面当接流量f5以下であれば、吸着面当接であると判定する。この判定は、吸着ノズル18の吸着高さ検出や基板上面高さ検出に用いられる。そして、流量零は、真空吸引回路が完全閉塞されている状態に対応している。
【0030】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下電子部品搭載動作における基板上面高さ検出動作について図5,図6を参照して説明する。実装作業の開始に先立って、まず実装対象の基板3を搬送路2に位置決めし下面を下受けする。そして移載ヘッド6を基板3(基板厚み寸法T1)上に移動させ、6個の吸着ノズル18のうち基準となる吸着ノズル18をエアシリンダ15によって下降させた状態で、Z軸テーブル10によって、図5(a)に示すように吸着ノズル18を基板3に対して徐々に下降させる。
【0031】
そしてこの吸着ノズル18の下降時には、真空バルブ21を開にして吸着ノズル18の下端部の吸着孔18aから真空吸引する。このときの真空吸引回路を通過する流量は、流量センサ22によって計測され、判定部24に送られる。図6(a)は、この流量計測によって得られる流量の経時変化を示している。吸着ノズル18の下降開始当初は、吸着孔18aが完全に開放された状態であることから、部品無し流量f3を超える流量を示す。
【0032】
図6(b)は、この吸着ノズル18の下降動作時における高さ指示値Z(吸着ノズル18の下端部の高さ位置)の経時変化を示している。高さ指示値Zは吸着ノズル18の下降とともに低下する。この吸着ノズル18の下降において、吸着ノズル18の下端部が基板3の上面に接近して吸着孔18aからの真空吸引が妨げられるのに伴い、図6(a)に示すように流量は急速に減少し吸着面当接流量f5まで低下する。
【0033】
そして流量が吸着面当接流量f5に低下したタイミングt1、すなわち図5(b)に示すように吸着ノズル18の下端部が基板3の上面に当接したタイミングt1が判定部24によって検出され、タイミングt1は高さ指示値Zを監視している制御部25に送られる。これにより、制御部25は、当該タイミングt1における高さ指示値Zを、基板上面高さZn(B)として出力し、記憶部26に記憶させる。
【0034】
図7は、このようにして検出された基板上面高さZn(B)に基づいて、当該基板3に対して電子部品Pを実装する際の動作を示している。実装作業においては、まず移載ヘッド6は部品供給部4に移動し、ここで吸着ノズル18は電子部品Pをピックアップする。そしてこの後、移載ヘッド6が移動することにより、図7(a)に示すように、電子部品Pを保持した吸着ヘッド18は基板3上に位置する。このとき、電子部品Pの厚み寸法T2は、実装データ上で予め与えられている。
【0035】
図7(b)は、吸着ノズル18を下降させて電子部品Pを基板3に搭載する動作を示している。このとき、予め検出された基板上面高さZn(B)から電子部品Pの厚み寸法T2を差し引いた高さ位置(Zn(B)−T2)が、Z軸テーブル10による下降目標高さ位置、すなわち実装高さ位置として自動的に設定される。これにより、搭載動作においては、吸着ノズル18の下端部の吸着面は、基板3の上面から厚み寸法T2だけ上方の高さ位置で確実に停止する。
【0036】
したがって、電子部品Pは吸着ノズル18の下降停止高さが不適切なことに起因する不具合、すなわち電子部品Pの過度の押圧や、搭載時の位置ずれを生じることなく、良好な実装品質が確保される。また、この実装高さ位置の設定に際し、基板3の厚み寸法T1を全く考慮する必要がないため、従来必要とされた基板の厚み寸法のデータ入力や、下受け部材を基板の厚み寸法に応じて交換する段取り替え作業など、基板品種切り換えに伴う作業を減少させて、作業の効率化を図ることができる。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着ノズルから真空吸引しながら吸着ノズルを基板に対して下降させるとともに、流量センサによって吸着ノズルから吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測し、流量計測結果が予め設定された前記吸着ノズルの下端部が基板に当接したタイミングにおける前記真空吸引回路内を通過する空気の流量になったタイミングを求めこのタイミングにおける昇降手段の高さ指示値を基板上面高さとして出力することにより、基板上面高さを正確に検出して実装高さ位置の設定を自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの断面図
【図3】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の吸引・制御系の構成を示すブロック図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における真空吸引回路の流量データの説明図
【図5】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上面高さ検出処理の説明図
【図6】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上面高さ検出処理の説明図
【図7】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図
【符号の説明】
1 電子部品実装装置
3 基板
4 部品供給部
6 移載ヘッド
10 Z軸テーブル
18 吸着ノズル
20 高さ検出部
22 流量センサ
23 真空ポンプ
24 判定部
25 制御部
26 記憶部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for detecting the height of the upper surface of a substrate in an electronic component mounting apparatus that obtains the mounting height position of the upper surface of the substrate on which the electronic component is mounted.
[0002]
[Prior art]
In the mounting operation for mounting the electronic component on the substrate, the electronic component is landed and mounted on the upper surface of the substrate by lowering the suction nozzle holding the electronic component with respect to the substrate. In order to satisfactorily land the electronic component without causing an impact or displacement on the electronic component, the mounting height position, that is, the lowering of the suction nozzle is required in order to bring the electronic component close to the upper surface of the substrate without excess or deficiency. It is necessary to accurately set the target height position as numerical data.
[0003]
Conventionally, when setting the mounting height position, the thickness dimension of the board on which the electronic component is to be mounted differs depending on the board type. Therefore, by inputting the board thickness data every time the board type changes, the thickness of each board is changed. The difference was corrected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method, there is a case where the substrate thickness data given as the component data does not exactly match the thickness of the actual substrate due to variations, or an error from the actual thickness dimension such as a mistake at the time of data input may occur. In such a case, the set mounting height position is naturally not correct, and a mounting defect occurs.
[0005]
For example, when the mounting height position to be set is too high, the electronic component held by the suction nozzle falls without landing on the upper surface of the substrate, causing a positional deviation. When the mounting height position is too low, the suction nozzle is lowered even after the electronic component comes into contact with the upper surface of the substrate, and the electronic component is pressed against the substrate with an excessive pressing force. As described above, the conventional electronic component mounting method has a problem that a mounting defect may occur due to the setting of the mounting height position on the upper surface of the substrate.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for detecting a board top surface height in an electronic component mounting apparatus that can accurately detect a board top surface height and automatically set a mounting height position. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The electronic component mounting apparatus according to
[0008]
According to the present invention, the suction nozzle is lowered with respect to the substrate while performing vacuum suction from the suction nozzle, and the flow rate of the air sucked from the suction nozzle by the flow rate sensor and passing through the vacuum suction circuit is measured. Is determined in advance at the timing at which the lower end of the suction nozzle comes into contact with the substrate, and the flow rate of the air passing through the vacuum suction circuit is obtained. By outputting the height, it is possible to accurately detect the height of the upper surface of the substrate and automatically set the mounting height position.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a perspective view of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a transfer head of the electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of flow rate data of a vacuum suction circuit in the electronic component mounting apparatus according to the embodiment of the present invention, FIG. 5 and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram of a board top surface height detection process in the electronic component mounting apparatus of one embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the electronic component mounting apparatus of one embodiment of the present invention.
[0010]
First, an electronic component mounting apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the electronic
[0011]
A
[0012]
A line camera 7 is disposed on the movement path of the
[0013]
Next, the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
In the above configuration, by driving the
[0017]
Here, the configuration of a vacuum suction / control system that performs vacuum suction from the
[0018]
The circuit from the
[0019]
A
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
Next, flow rate data of a vacuum suction circuit that performs vacuum suction from the
[0023]
Here, the states of the vacuum suction system are [No suction nozzle], [Filter clogging], [Suction nozzle installation abnormal], [No parts], [Part suction status abnormal], [Part normal suction] and [Suction contact area]. 7 states are assumed. Hereinafter, the correspondence between each state and the flow rate data will be described.
[0024]
“No suction nozzle” indicates a state in which the
[0025]
[Filter clogging] indicates that the amount of foreign matter collected by the
[0026]
“Suction nozzle mounting abnormality” indicates a state in which the
[0027]
[No parts] indicates a state in which no electronic parts are present on the suction surface of the
[0028]
“Part suction state abnormality” indicates a state in which an electronic component is present on the suction surface of the
[0029]
“Part normal suction” indicates a state in which the electronic component is normally sucked and held by the
[0030]
The electronic component mounting apparatus is configured as described above, and the substrate top surface height detection operation in the electronic component mounting operation will be described below with reference to FIGS. Prior to the start of the mounting operation, first, the
[0031]
When the
[0032]
FIG. 6B shows the change with time of the height instruction value Z (the height position of the lower end portion of the suction nozzle 18) during the lowering operation of the
[0033]
The timing t1 when the flow rate is reduced to the suction surface contact flow rate f5, that is, the timing t1 when the lower end portion of the
[0034]
FIG. 7 shows an operation when the electronic component P is mounted on the
[0035]
FIG. 7B shows the operation of lowering the
[0036]
Therefore, the electronic component P is ensured to have good mounting quality without causing a malfunction due to an inappropriate lowering stop height of the
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, the suction nozzle is lowered with respect to the substrate while performing vacuum suction from the suction nozzle, and the flow rate of the air sucked from the suction nozzle by the flow rate sensor and passing through the vacuum suction circuit is measured. Is determined in advance at the timing when the lower end of the suction nozzle comes into contact with the substrate and the flow rate of the air passing through the vacuum suction circuit is obtained, and the height indication value of the lifting means at this timing is set as the height of the upper surface of the substrate. As a result, it is possible to accurately detect the height of the upper surface of the substrate and automatically set the mounting height position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of a transfer head of the electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the suction / control system of the electronic component mounting apparatus according to the embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram of flow rate data of the vacuum suction circuit in the electronic component mounting apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a substrate top surface height detection process in the electronic component mounting apparatus according to the embodiment of the invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a substrate top surface height detection process in the electronic component mounting apparatus according to the embodiment of the invention. Operation explanatory diagram of electronic component mounting apparatus according to one embodiment of the present invention
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