JP5638978B2 - Pressure control head of mounter - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品を基板に搭載するマウンタ装置の加圧制御ヘッドに関する。   The present invention relates to a pressure control head of a mounter device that mounts electronic components on a substrate.

電子部品のマウンタ装置として、例えば特許文献1により、部品を吸着保持して移送するノズルを基板面へ降下させるZ軸モータと、部品を基板面に向けて加圧するVCM(ボイスコイルモータ)と、ノズルを水平方向に回転し部品の搭載角度を調整するθモータとを備える搭載ヘッドが知られる。
特許文献1のように、搭載荷重を制御することのできる搭載ヘッドでは、XY機構上に載置されたマウンタヘッドのノズル先端が、XY動作によって、搭載する基板上の部品や、その他、基板周辺のマウンタ機構部に接触する可能性のない第1のZ軸高さと、ノズルの吸着している部品が基板面に接触を開始する直前の第2のZ軸高さと、部品が基板面に接触し、VCMなどによって加圧する第3のZ軸高さとを持っている。
特許文献1によれば、第1の高さから第2の高さへの移動はZ軸モータによりなされ、第2の高さから第3の高さへの移動はVCMによって実行される。
As a mounter device for an electronic component, for example, according to Patent Document 1, a Z-axis motor that lowers a nozzle that sucks and holds a component to a substrate surface and a VCM (voice coil motor) that pressurizes the component toward the substrate surface, There is known a mounting head including a θ motor that rotates a nozzle in a horizontal direction to adjust a mounting angle of components.
As in Patent Document 1, in the mounting head that can control the mounting load, the nozzle tip of the mounter head placed on the XY mechanism is moved to the parts on the board to be mounted by the XY operation, and other parts around the board. The first Z-axis height that has no possibility of contact with the mounter mechanism part, the second Z-axis height immediately before the component adsorbed by the nozzle starts to contact the substrate surface, and the component contacts the substrate surface And a third Z-axis height that is pressurized by a VCM or the like.
According to Patent Document 1, the movement from the first height to the second height is performed by the Z-axis motor, and the movement from the second height to the third height is executed by the VCM.

また、このようなVCMの他、加圧手段として、例えば特許文献2のような流体による加圧方式、例えば特許文献3のような圧縮ばねによる加圧方式などが知られている。   In addition to such a VCM, as a pressurizing means, for example, a pressurizing method using a fluid as in Patent Document 2, for example, a pressurizing method using a compression spring as in Patent Document 3, and the like are known.

特開2006−147640号公報JP 2006-147640 A 特開平10−27996号公報JP-A-10-27996 特開2007−27408号公報JP 2007-27408 A

しかしながら、従来の方式では、ヘッドの昇降手段に加え、特許文献1・2のような加圧手段を必要とするため、コストが高く構造の複雑化が避けられない。
すなわち、特許文献1では、VCMを加圧手段とした場合は、ロードセルなどの荷重検出手段によってノズルへの印加荷重を計測し、目標荷重になるようVCMの出力をフィードバック制御する。
このようなVCM方式は比較的高精度であるが、高荷重を実現する場合にはVCMの大型化が避けられない。
また、特許文献2のように、電空レギュレータなどによって圧力制御された空気圧によって加圧力を得る方式においては、電空レギュレータやエアープランジャーなどのコストが高く、またヘッドサイズも比較的大きくなるため、広い荷重範囲を高精度に制御する場合に適用される。
However, in the conventional system, in addition to the head lifting / lowering means, the pressure means as described in Patent Documents 1 and 2 are required, so that the cost is high and the structure is inevitable.
That is, in Patent Document 1, when the VCM is a pressurizing unit, the load applied to the nozzle is measured by a load detecting unit such as a load cell, and the output of the VCM is feedback-controlled so as to be a target load.
Such a VCM method has a relatively high accuracy, but an increase in the size of the VCM is inevitable when a high load is realized.
In addition, as in Patent Document 2, in the method of obtaining pressure by the air pressure controlled by an electropneumatic regulator or the like, the cost of an electropneumatic regulator or an air plunger is high, and the head size is relatively large. It is applied when controlling a wide load range with high accuracy.

また、特許文献3のばね力を加圧源とする方式では、低コストではあっても、広い荷重範囲をカバーする高精度なばねの実現が困難であった。
すなわち、特許文献3のように、ばねの圧縮力/引張り力によって加圧力を得る方式においては、安価でコンパクトな構成を実現できる反面、1N〜50Nのように広い荷重範囲を持ったばねを用いる場合、高い精度を実現することが困難であるため、比較的に荷重範囲の狭い用途にしか適用できない。
Further, in the method using the spring force of Patent Document 3 as a pressure source, it is difficult to realize a highly accurate spring that covers a wide load range even at a low cost.
That is, as in Patent Document 3, in the method of obtaining the applied pressure by the compression force / tensile force of the spring, an inexpensive and compact configuration can be realized, but a spring having a wide load range such as 1N to 50N is used. Since it is difficult to achieve high accuracy, it can be applied only to applications with a relatively narrow load range.

本発明の課題は、マウンタ装置において、加圧制御ヘッドをシンプルな構成で低コストに提供することである。   An object of the present invention is to provide a pressure control head with a simple configuration at a low cost in a mounter apparatus.

以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
部品を吸着するノズルの高さを位置決めするサーボモータと、ノズルが吸着した部品を基板に押し付ける荷重を制御できる加圧制御ヘッドとを備えるマウンタ装置であって、
前記サーボモータを、前記ノズルが部品を基板に加圧する加圧源としても利用し、
前記サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標の差によって生じる当該サーボモータの発生出力トルクにより加圧圧力を可変とし、
前記発生出力トルクを、前記サーボモータの設定荷重に対応したゲインを設定することで調節することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1
A mounter device comprising a servo motor that positions the height of a nozzle that sucks a component, and a pressure control head that can control a load pressing the component sucked by the nozzle against a substrate,
The servo motor is also used as a pressurizing source for the nozzle to press the component against the substrate,
The pressurization pressure is variable by the generated output torque of the servo motor generated by the difference between the command level logical coordinate and the actual coordinate of the servo motor ,
The generated output torque is adjusted by setting a gain corresponding to a set load of the servo motor .

請求項に記載の発明は、
部品を吸着するノズルの高さを位置決めするサーボモータと、ノズルが吸着した部品を基板に押し付ける荷重を制御できる加圧制御ヘッドとを備えるマウンタ装置であって、
前記サーボモータを、前記ノズルが部品を基板に加圧する加圧源としても利用し、
前記サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標の差によって生じる当該サーボモータの発生出力トルクにより加圧圧力を可変とし、
前記発生出力トルクを、前記サーボモータの位置フィードバックゲインを含む制御パラメータに基づいて可変とするようにしたことを特徴とする。
The invention described in claim 2
A mounter device comprising a servo motor that positions the height of a nozzle that sucks a component, and a pressure control head that can control a load pressing the component sucked by the nozzle against a substrate,
The servo motor is also used as a pressurizing source for the nozzle to press the component against the substrate,
The pressurization pressure is variable by the generated output torque of the servo motor generated by the difference between the command level logical coordinate and the actual coordinate of the servo motor,
The generated output torque is variable based on a control parameter including a position feedback gain of the servo motor.

請求項に記載の発明は、
請求項に記載のマウンタ装置の加圧制御ヘッドであって、
前記制御パラメータは、積分補償型ゲインパラメータの有効性を低く設定したものであることを特徴とする。
The invention according to claim 3
A pressure control head of the mounter device according to claim 2 ,
The control parameter is characterized in that the effectiveness of the integral compensation gain parameter is set low.

本発明によれば、ヘッドの高さを位置決めするサーボモータを、ノズルの加圧を行う加圧源としても利用するため、加圧制御ヘッドをシンプルな構成で低コストに提供することができる。   According to the present invention, since the servo motor for positioning the height of the head is also used as a pressurizing source for pressurizing the nozzle, the pressurizing control head can be provided at a low cost with a simple configuration.

本発明を適用したマウンタ装置の一実施形態の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of one Embodiment of the mounter apparatus to which this invention is applied. マウンタ装置の制御系の構成図である。It is a block diagram of the control system of a mounter apparatus. 搭載ヘッド部の機構系の構成図である。It is a block diagram of the mechanism system of a mounting head part. ひずみゲージの出力電圧と荷重値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the output voltage of a strain gauge, and a load value. 部品と基板の位置関係に対するZ軸モータ速度、検出荷重、目標荷重、Z軸目標座標を示したグラフである。It is the graph which showed the Z-axis motor speed with respect to the positional relationship of a component and a board | substrate, a detected load, a target load, and a Z-axis target coordinate. モータ軸変移角度(モータ軸の目標座標と実座標の差)と発生トルクの関係を実測したグラフである。It is the graph which measured the relationship between a motor shaft transition angle (the difference of the target coordinate of a motor shaft, and a real coordinate) and generated torque. ノズル先端に吸着された部品が基板面に当接した後の基板面が受ける荷重の変化を実測したグラフである。It is the graph which measured the change of the load which the board | substrate surface receives after the components adsorbed | sucked to the nozzle front-end | tip contact | abutted to the board | substrate surface. 搭載ヘッド部の機構系の構成図である。It is a block diagram of the mechanism system of a mounting head part. 加圧搭載動作について説明するグラフである。It is a graph explaining pressurization mounting operation. 実際に荷重制御した際のモータの電流波形を示すもので、送り量が小さい時のグラフである。The graph shows the current waveform of the motor when the load is actually controlled, and is a graph when the feed amount is small. 実際に荷重制御した際のモータの電流波形を示すもので、送り量が大きい時のグラフである。The graph shows the current waveform of the motor when the load is actually controlled, and is a graph when the feed amount is large. 本発明の一実施例として電子部品搭載装置の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electronic component mounting apparatus as one Example of this invention. 搭載ヘッド部の機構系の構成図である。It is a block diagram of the mechanism system of a mounting head part. 部品搭載時を示した図である。It is the figure which showed the time of component mounting. 吸着ノズルの構成を示すもので、通常時(接触時)を示した図(a)と、リジット時を示した図(b)である。The figure shows the configuration of the suction nozzle, and is a diagram (a) showing a normal time (contact time) and a diagram (b) showing a rigid time. 加圧波形を示したグラフである。It is the graph which showed a pressurization waveform. 圧力検出部の出力波形を示したグラフである。It is the graph which showed the output waveform of a pressure detection part. 実施において必要な機械的構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the mechanical structure required in implementation. 制御に関する構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure regarding control. 加圧力を制御する準備の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the preparation which controls a pressurizing force. モータ駆動電流に対する加圧値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the pressurization value with respect to a motor drive current. 搭載の低加圧域制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows mounting low pressure area control. 搭載の高加圧域制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows mounting high pressurization area control. 荷重制御用のモータゲインを示すグラフである。It is a graph which shows the motor gain for load control. エラー判定処理シーケンスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an error determination processing sequence. 加圧搭載時と同じ条件でZ軸を一定速度で下降させたときの電流値波形を示すグラフである。It is a graph which shows an electric current value waveform when lowering a Z-axis at a fixed speed on the same conditions as the time of pressure mounting. コギングトルク値の取得シーケンスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the acquisition sequence of a cogging torque value. 軸の動作ゲインを変更して同じ電流波形を取得した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having changed the operation gain of an axis and acquiring the same current waveform. 軸の状態変化による電流値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the electric current value by the state change of an axis | shaft. 計算式の取得を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows acquisition of a calculation formula.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
<発明の概要1>
本発明では、Z軸を昇降駆動するZ軸モータを唯一の駆動源として、Z軸の昇降駆動と加圧制御を実現するものである。
このような目標を実現する構造としては、特許文献3に示されたように、加圧用のばねを設け、ばねの圧縮に応じた圧力をノズルに伝えるようにするのが一般的であるが、加圧用ばねを用いない工夫として、Z軸の目標高さ位置(=サーボモータの指令レベル論理座標)と実際の高さ位置(=サーボモータの実際座標)の差に応じて、サーボモータ(駆動回路に組み込まれた電流増幅回路が位置偏差と位置制御ゲインに応じた電流をモータ巻き線に通じる)の発生出力トルクが発生することを原理とした。
このため、ノズル先端を加圧すると、サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標に差が生じ、モータの発生出力トルクが増加する現象を生じる。ノズルの圧力値が増減すると、前記「サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標の差」が変化し、ばねを用いた加圧構造と同様な効果を生じる。
即ち、位置制御において目標位置と実際位置との偏差を検知した場合に、フィードバックゲインを高くした場合にはその偏差をゼロにするように高トルクで駆動されるが、ゲインが低い場合には低トルクで駆動されるため、この発生出力トルクを適宜の値になるようにゲインを選択することでばねの強さを任意に設定できる。
従って、後述するようにノズルに吸着した電子部品を降下して基板に当接する瞬間を検出するときのゲイン、及び基板面に電子部品を所定の圧力で所定時間押し圧する時のゲインを適宜に選択することで所望の荷重制御を行うことができる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Summary 1>
In the present invention, the Z-axis raising / lowering drive and pressurization control are realized by using a Z-axis motor that moves the Z-axis up and down as the sole drive source.
As a structure for realizing such a goal, as shown in Patent Document 3, it is common to provide a pressure spring and transmit a pressure corresponding to the compression of the spring to the nozzle. As a device that does not use a pressurizing spring, the servo motor (drive) is selected according to the difference between the Z-axis target height position (= servo motor command level logical coordinates) and the actual height position (= servo motor actual coordinates). The principle is that a generated output torque of a current amplification circuit incorporated in the circuit passes a current according to the position deviation and the position control gain to the motor winding is generated.
For this reason, when the nozzle tip is pressurized, there is a difference between the command level logical coordinates of the servo motor and the actual coordinates, and a phenomenon occurs in which the generated output torque of the motor increases. When the pressure value of the nozzle increases or decreases, the “difference between the servo motor command level logical coordinates and the actual coordinates” changes, and the same effect as the pressurizing structure using a spring is produced.
In other words, when a deviation between the target position and the actual position is detected in the position control, when the feedback gain is increased, the torque is driven so as to make the deviation zero, but when the gain is low, the deviation is low. Since it is driven by torque, the strength of the spring can be arbitrarily set by selecting the gain so that the generated output torque becomes an appropriate value.
Therefore, as will be described later, the gain for detecting the moment when the electronic component adsorbed to the nozzle is lowered and contacts the substrate, and the gain for pressing the electronic component on the substrate surface for a predetermined time with a predetermined pressure are appropriately selected. By doing so, desired load control can be performed.

このように、前記ばね効果は設定された位置制御ゲインにも比例する特徴を持つため、前記サーボモータの発生出力トルクを、設定荷重に対応して前記サーボモータの位置制御のフィードバックゲインを適宜に設定することで任意に調節することができるため、低荷重から高荷重まで広範囲に同一構造で対応することが可能である。   Thus, since the spring effect is proportional to the set position control gain, the generated output torque of the servo motor is appropriately set to the feedback gain of the servo motor position control corresponding to the set load. Since it can be arbitrarily adjusted by setting, it is possible to cope with a wide range from a low load to a high load with the same structure.

また、本発明では、特許文献1に示されたように「部品が基板面に当接したことを検知してZ軸駆動モータを位置制御からトルク制御に切り替える」必要がない。
すなわち、XY機構上に載置されたマウンタヘッドのノズル先端が、XY動作によって、搭載する基板上の部品や、その他、基板周辺のマウンタ機構部に接触する可能性のない第1の高さから、ノズルの吸着している部品が基板面に接触を開始する直前の第2のZ軸高さまでは、搭載処理性能改善のためにZ軸を高速で移動させる。
そして、第2の高さから部品の加圧処理を含む部品搭載完了までは、Z軸モータを位置制御状態のまま低速度(4mm/秒程度)で下降(ノズルを基板面に向けて進める)させ、ロードセルの計測結果が設定された荷重に達したときにモータの駆動を停止する。
また、モータの実座標が目標座標に達するまでは、ロードセルの計測値が設定値を超えない限り下降を繰り返すよう制御される。
Further, in the present invention, as disclosed in Patent Document 1, there is no need to “detect that a component has contacted the board surface and switch the Z-axis drive motor from position control to torque control”.
That is, from the first height where the nozzle tip of the mounter head placed on the XY mechanism does not come into contact with components on the board to be mounted or other mounter mechanism around the board by the XY operation. In the second Z-axis height immediately before the component adsorbed by the nozzle starts to contact the substrate surface, the Z-axis is moved at a high speed in order to improve the mounting processing performance.
From the second height to the completion of component mounting including component pressure processing, the Z-axis motor is lowered at a low speed (about 4 mm / second) with the position controlled (the nozzle is advanced toward the substrate surface). When the load cell measurement result reaches the set load, the driving of the motor is stopped.
Further, until the actual coordinate of the motor reaches the target coordinate, the control is performed so as to repeat the descent unless the measured value of the load cell exceeds the set value.

以上述べたように、部品が基板面に当接してからモータをトルク制御に切り替える必要が無く、常に位置制御モードでZ軸モータが運転されることにより、部品を搭載する高さ座標を管理しつつ、ロードセルの計測結果を参照した確実な加圧搭載を実現することができる。   As described above, there is no need to switch the motor to torque control after the component comes into contact with the board surface, and the Z-axis motor is always operated in the position control mode, thereby managing the height coordinate for mounting the component. On the other hand, reliable pressure mounting with reference to the measurement result of the load cell can be realized.

(実施形態1)
<マウンタの構造>
図1は電子部品実装装置(マウンタ装置)の概略構成図である。
図示のように、電子部品実装装置1は、中央部から少し後方で左右方向に延在する回路基板搬送路15と、装置1の前部(図示の下側)に配設され、回路基板10に実装される部品を供給する部品供給部11と、当該装置1の前部に配設されたX軸移動機構12とY軸移動機構14を備えている。
(Embodiment 1)
<Mounter structure>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electronic component mounting apparatus (mounter apparatus).
As shown in the figure, the electronic component mounting apparatus 1 is disposed on the circuit board transport path 15 extending in the left-right direction slightly rearward from the central part, and on the front part (lower side in the figure) of the apparatus 1. A component supply unit 11 that supplies components to be mounted on the apparatus 1, and an X-axis movement mechanism 12 and a Y-axis movement mechanism 14 that are disposed at the front of the apparatus 1 are provided.

部品供給部11の側部には、吸着ノズル131に吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ(撮像手段)16が配置されている。
X軸移動機構12は、部品を吸着する吸着ノズル131を備えた搭載ヘッド部13(加圧制御ヘッド)をX軸方向に移動させる。
搭載ヘッド部13は、X軸移動機構12と接続されている。
Y軸移動機構14は、X軸移動機構12、並びに搭載ヘッド部13をY軸方向に移動させる。
搭載ヘッド部13は、吸着ノズル131を垂直方向(Z軸方向)に昇降可能に移動させるZ軸移動機構を備え、また、吸着ノズル131を、ノズル軸(吸着軸)を中心に回転させるθ軸移動機構を備えている。
また、搭載ヘッド部13には、支持部材に取付けるようにして、回路基板10上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ17が搭載されている。
A component recognition camera (imaging unit) 16 that images the component sucked by the suction nozzle 131 from below is disposed on the side of the component supply unit 11.
The X-axis moving mechanism 12 moves a mounting head unit 13 (pressure control head) including a suction nozzle 131 that sucks components in the X-axis direction.
The mounting head unit 13 is connected to the X-axis moving mechanism 12.
The Y-axis moving mechanism 14 moves the X-axis moving mechanism 12 and the mounting head unit 13 in the Y-axis direction.
The mounting head unit 13 includes a Z-axis moving mechanism that moves the suction nozzle 131 up and down in the vertical direction (Z-axis direction), and also rotates the suction nozzle 131 about the nozzle axis (suction axis). A moving mechanism is provided.
The mounting head unit 13 is mounted with a substrate recognition camera 17 that images a substrate mark formed on the circuit substrate 10 so as to be attached to the support member.

図2は電子部品実装装置の制御系の構成を示している。図中、20は装置全体を制御するマイクロコンピュータ(CPU)、並びにRAM、ROMなどからなるコントローラ(制御手段)であり、このコントローラ20に、X軸モータ21から表示装置(モニタ)31が接続され、それぞれを制御している。   FIG. 2 shows the configuration of the control system of the electronic component mounting apparatus. In the figure, reference numeral 20 denotes a microcomputer (CPU) for controlling the entire apparatus, and a controller (control means) comprising RAM, ROM, etc. A display device (monitor) 31 is connected to the controller 20 from an X-axis motor 21. Each has control.

X軸モータ21は、X軸移動機構12の駆動源で、搭載ヘッド部13をX軸方向に移動させる。
また、Y軸モータ22は、Y軸移動機構14の駆動源で、X軸移動機構12をY軸方向に駆動し、それにより搭載ヘッド部13はX軸方向とY軸方向に移動可能となる。
The X-axis motor 21 is a drive source for the X-axis moving mechanism 12 and moves the mounting head unit 13 in the X-axis direction.
The Y-axis motor 22 is a drive source for the Y-axis moving mechanism 14 and drives the X-axis moving mechanism 12 in the Y-axis direction, so that the mounting head unit 13 can move in the X-axis direction and the Y-axis direction. .

Z軸モータ23は、吸着ノズル131を昇降させるZ軸駆動機構(不図示)の駆動源で、吸着ノズル131をZ軸方向(高さ方向)に昇降させる。
また、θ軸モータ24は、吸着ノズル131のθ軸回転機構(不図示)の駆動源で、吸着ノズル131をそのノズル中心軸(吸着軸)を中心にして回転させる。
The Z-axis motor 23 is a drive source of a Z-axis drive mechanism (not shown) that moves the suction nozzle 131 up and down, and moves the suction nozzle 131 up and down in the Z-axis direction (height direction).
The θ-axis motor 24 is a drive source for a θ-axis rotation mechanism (not shown) of the suction nozzle 131, and rotates the suction nozzle 131 about its nozzle central axis (suction axis).

画像認識装置27は、吸着ノズル131に吸着された部品18の画像認識を行なうもので、A/D変換器271、メモリ272及びCPU273から構成される。
そして、吸着された部品18を撮像した部品認識カメラ16から出力されるアナログの画像信号をA/D変換器271によりデジタル信号に変換してメモリ272に格納し、CPU273がその画像データに基づいて吸着された部品の認識を行なう。
すなわち、画像認識装置27は、部品中心と吸着角度を演算し、部品の吸着姿勢を認識する。
また、画像認識装置27は、基板認識カメラ17で撮像された基板マークの画像を処理して基板マーク位置を演算する。
また、画像認識装置27は、部品認識カメラ16で撮像された部品18の画像データと基板認識カメラ17で撮像された基板マークデータを処理して、両方の補正データを制御手段20へ転送する。
The image recognition device 27 performs image recognition of the component 18 sucked by the suction nozzle 131, and includes an A / D converter 271, a memory 272, and a CPU 273.
The analog image signal output from the component recognition camera 16 that images the picked-up component 18 is converted into a digital signal by the A / D converter 271 and stored in the memory 272, and the CPU 273 is based on the image data. Recognize the sucked parts.
That is, the image recognition device 27 calculates the component center and the suction angle, and recognizes the suction posture of the component.
In addition, the image recognition device 27 calculates the substrate mark position by processing the image of the substrate mark captured by the substrate recognition camera 17.
Further, the image recognition device 27 processes the image data of the component 18 imaged by the component recognition camera 16 and the board mark data imaged by the board recognition camera 17, and transfers both correction data to the control means 20.

キーボード28とマウス29は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。
記憶装置30は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード28とマウス29により入力された部品データ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データなどを格納するのに用いられる。
表示装置(モニタ)31は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ16で撮像した部品18の画像などをその表示面311に表示する。
The keyboard 28 and mouse 29 are used for inputting data such as component data.
The storage device 30 is configured by a flash memory or the like, and is used to store component data input by the keyboard 28 and the mouse 29, component data supplied from a host computer (not shown), and the like.
The display device (monitor) 31 displays component data, calculation data, an image of the component 18 captured by the component recognition camera 16, and the like on the display surface 311.

実際に、基板の生産を開始し、部品を回路基板に搭載する段階では、予め基板認識カメラ17で撮像された基板マークによる回路基板10の基板補正データ(Δx、Δy、Δθ)は記憶装置30に格納されている。
そして、部品供給装置11から供給される部品を吸着ノズル131で吸着し、搭載ヘッド部13を部品認識カメラ16上部に移動させて、部品を同カメラで撮像する。
撮像された部品の画像は、画像認識装置27で画像処理され、補正データを制御手段20へ転送する。
制御手段20は、記憶装置30から基板補正データと当該部品の部品データを読み出して、この部品データと前記転送された画像認識装置27で演算された部品中心と部品の傾きをもとに、部品の搭載位置と吸着姿勢を認識する。
続いて、部品搭載位置と部品中心と吸着中心間に位置ずれがあり、また、角度ずれが検出されると、これらの総合位置ずれと角度ずれがX軸モータ21、Y軸モータ22、θ軸モータ24を駆動することにより補正され、部品が所定の回路基板位置に正しい姿勢(基準角度)で搭載される。
Actually, at the stage where the production of the board is started and the components are mounted on the circuit board, the board correction data (Δx, Δy, Δθ) of the circuit board 10 based on the board mark imaged in advance by the board recognition camera 17 is stored in the storage device 30. Stored in
Then, the component supplied from the component supply apparatus 11 is sucked by the suction nozzle 131, the mounting head unit 13 is moved to the upper part of the component recognition camera 16, and the component is imaged by the camera.
The captured image of the part is subjected to image processing by the image recognition device 27 and the correction data is transferred to the control means 20.
The control means 20 reads the board correction data and the component data of the component from the storage device 30, and based on the component data and the component center and component inclination calculated by the transferred image recognition device 27, the component Recognize the mounting position and suction posture of the.
Subsequently, there is a positional shift between the component mounting position, the component center, and the suction center, and when an angular shift is detected, these total positional shift and angular shift are the X-axis motor 21, Y-axis motor 22, and θ-axis. The correction is made by driving the motor 24, and the component is mounted in a correct posture (reference angle) at a predetermined circuit board position.

次に、搭載ヘッド部13について図3を使用して説明を行う。   Next, the mounting head unit 13 will be described with reference to FIG.

図示のように、搭載ヘッド部13のベースフレーム100にリニアガイド101が設置され、垂直Z駆動部102が垂直Z軸方向に移動可能な構造となっている。
搭載ヘッド部13上部には、垂直Z駆動部102を垂直上下動させるためのZ軸モータ23がベースフレーム100に固定され、このZ軸モータ23にカップリング110を介してボールねじのねじ部111が接続されている。
As shown in the figure, a linear guide 101 is installed on the base frame 100 of the mounting head unit 13 so that the vertical Z driving unit 102 can move in the vertical Z-axis direction.
A Z-axis motor 23 for moving the vertical Z drive unit 102 vertically up and down is fixed to the base frame 100 at the top of the mounting head unit 13, and a screw part 111 of a ball screw is coupled to the Z-axis motor 23 via a coupling 110. Is connected.

また、部品を回転動作させるためのθ軸モータ24は、スプライン軸受107と回転ベアリング106で構成されて外周部にベルトプーリが取付けられた垂直回転駆動部軸受105と、θモータプーリ108とタイミングベルト109を介して接続されている。
垂直回転駆動部軸受105は、内部にスプライン軸受107があり、スプライン軸であるノズルシャフト104と接続されている。
垂直回転駆動部軸受105の外周部には、回転ベアリング106が取付けられている。この回転ベアリング106の外周がベースフレーム100に固定されていて、ノズルシャフト104は、垂直回転駆動部軸受105によって回転動作と上下動作ができるように固定されている。
A θ-axis motor 24 for rotating the components includes a vertical rotation drive unit bearing 105 that includes a spline bearing 107 and a rotation bearing 106 and has a belt pulley attached to the outer periphery, a θ motor pulley 108, and a timing belt 109. Connected through.
The vertical rotation drive unit bearing 105 has a spline bearing 107 therein and is connected to a nozzle shaft 104 which is a spline shaft.
A rotation bearing 106 is attached to the outer periphery of the vertical rotation drive unit bearing 105. The outer periphery of the rotary bearing 106 is fixed to the base frame 100, and the nozzle shaft 104 is fixed by the vertical rotation drive unit bearing 105 so that the rotary operation and the vertical operation can be performed.

垂直Z駆動部102の一端には、ボールねじのねじ部111に噛み合うナット部118が固定されている。
従って、Z軸モータ23を回転動作させることにより、ボールねじのナット部118によって垂直Z駆動部102が上下に駆動される構造となっていて、ノズルシャフト104及び吸着ノズル131を上下駆動動作できる。
At one end of the vertical Z driving portion 102, a nut portion 118 that meshes with the screw portion 111 of the ball screw is fixed.
Therefore, by rotating the Z-axis motor 23, the vertical Z driving unit 102 is driven up and down by the nut portion 118 of the ball screw, and the nozzle shaft 104 and the suction nozzle 131 can be driven up and down.

また、垂直Z駆動部102には、ノズルシャフト104を回転支持するために、下側回転ベアリング141、上側回転ベアリング142が設置されている。
垂直Z駆動部102のノズルシャフト104とボールねじのナット部109の間に円形の穴形状である変形部112が設けられている。この変形部112に、ひずみゲージ113が取付けられている。
ひずみゲージ113は、ひずみゲージ113の出力電圧と荷重値の関係は、予め校正をとって図4のような関係をとり、コントローラ20に保存してある。
なお、ひずみゲージ113は、適切な構造変更を伴ってロードセルに置き換えることができる。
In addition, the vertical Z drive unit 102 is provided with a lower rotary bearing 141 and an upper rotary bearing 142 for rotationally supporting the nozzle shaft 104.
A deforming portion 112 having a circular hole shape is provided between the nozzle shaft 104 of the vertical Z driving portion 102 and the nut portion 109 of the ball screw. A strain gauge 113 is attached to the deformed portion 112.
In the strain gauge 113, the relationship between the output voltage of the strain gauge 113 and the load value is preliminarily calibrated and takes the relationship as shown in FIG. 4 and stored in the controller 20.
The strain gauge 113 can be replaced with a load cell with an appropriate structural change.

また、ベースフレーム100には、垂直Z駆動部102のリニアガイド101側の固定部付近を検出するように原点センサ114が固定されている。   In addition, an origin sensor 114 is fixed to the base frame 100 so as to detect the vicinity of the fixed portion of the vertical Z driving unit 102 on the linear guide 101 side.

次に、電子部品の加圧搭載動作の流れを説明する。   Next, the flow of the pressure mounting operation of the electronic component will be described.

図1の搭載ヘッド13をX軸移動機構12、Y軸移動機構14を動作させて電子部品供給装置11の上方に搭載ヘッド部13を移動し、電子部品18を吸着する。
電子部品18を吸着した搭載ヘッド部13を部品認識カメラ16の上方へ移動し、電子部品18を認識する。
認識を完了した後に搭載ヘッド部13を移動し、回路基板10上の電子部品18の搭載予定部に搭載ヘッド部13にて電子部品18を吸着して部品認識カメラ16上に移動し、電子部品18を部品認識カメラ16上で認識し、回路基板10上の搭載位置へ移動して搭載を行う。
The X-axis moving mechanism 12 and the Y-axis moving mechanism 14 of the mounting head 13 shown in FIG. 1 are operated to move the mounting head unit 13 above the electronic component supply device 11 and suck the electronic component 18.
The mounting head portion 13 that has attracted the electronic component 18 is moved above the component recognition camera 16 to recognize the electronic component 18.
After the recognition is completed, the mounting head unit 13 is moved, and the electronic component 18 is adsorbed by the mounting head unit 13 to the portion where the electronic component 18 is to be mounted on the circuit board 10 and moved onto the component recognition camera 16. 18 is recognized on the component recognition camera 16 and moved to the mounting position on the circuit board 10 for mounting.

次に、荷重制御による部品搭載動作について説明する。   Next, a component mounting operation by load control will be described.

搭載ヘッド部13を回路基板10上の部品搭載位置でZ軸モータ23を駆動させて、垂直Z駆動部102及び吸着ノズル131を下降させる。
吸着ノズル131に吸着された部品18を、搭載する回路基板10への搭載高さ直前位置(Z1)まで高速で降下させる。
その後、Z軸モータ23を駆動して、吸着ノズル131に吸着された部品18を4mm/秒程度の低速度で下降させて衝撃荷重を押さえつつ、目標搭載高さまで下降させる。
電子部品18の下面が回路基板10に接触(0)すると検出部112が変形し、ひずみゲージ113の出力に変化(L0→L1)が生じる。
さらに、ひずみゲージ113の出力が目標の加圧量になるようにZ軸モータ23を駆動させる。
ひずみゲージ113の出力が目標荷重値に対応する出力(L2)となった時にZ軸モータ23を停止させる。
電子部品18を加圧搭載した後にバキュームエアをOFFし、Z軸モータ23を動作させて垂直Z軸駆動部102及び吸着ノズル131を上昇させる。
その後、次の電子部品の吸着位置へ移動が行なわれる。
The Z-axis motor 23 is driven at the mounting position of the mounting head unit 13 on the circuit board 10, and the vertical Z driving unit 102 and the suction nozzle 131 are lowered.
The component 18 sucked by the suction nozzle 131 is lowered at a high speed to the position (Z1) immediately before the mounting height on the circuit board 10 to be mounted.
Thereafter, the Z-axis motor 23 is driven to lower the component 18 sucked by the suction nozzle 131 at a low speed of about 4 mm / second to lower the target load height while suppressing the impact load.
When the lower surface of the electronic component 18 comes into contact (0) with the circuit board 10, the detection unit 112 is deformed, and a change (L0 → L1) occurs in the output of the strain gauge 113.
Further, the Z-axis motor 23 is driven so that the output of the strain gauge 113 becomes a target pressurization amount.
When the output of the strain gauge 113 reaches an output (L2) corresponding to the target load value, the Z-axis motor 23 is stopped.
After the electronic component 18 is pressure-mounted, the vacuum air is turned off, the Z-axis motor 23 is operated, and the vertical Z-axis drive unit 102 and the suction nozzle 131 are raised.
Thereafter, the next electronic component is moved to the suction position.

次に原点復帰動作について説明する。   Next, the origin return operation will be described.

Z軸駆動部102を原点センサ114の検出範囲から離れる位置(例えば2mm)下降移動させる。
その後、原点復帰速度10mm/秒にて、上昇をさせる。
原点センサ114の検出ONの高さ(A0)をZ軸モータのエンコーダ値から読取り、CPU27Cに記憶しておく。
Z軸駆動部102が原点センサ114を検出した直後に検出されるZ軸モータ23のエンコーダ原点の位置を、Z軸駆動部102の原点とすることで、電源オフ/オンを繰り返してもZ軸原点の高精度な再現性が得られる。
The Z-axis drive unit 102 is moved downward (for example, 2 mm) away from the detection range of the origin sensor 114.
Then, it is raised at the origin return speed of 10 mm / second.
The detection ON height (A0) of the origin sensor 114 is read from the encoder value of the Z-axis motor and stored in the CPU 27C.
By setting the encoder origin position of the Z-axis motor 23 detected immediately after the Z-axis drive unit 102 detects the origin sensor 114 as the origin of the Z-axis drive unit 102, the Z-axis can be repeatedly turned off and on. High reproducibility of the origin can be obtained.

<動作の説明>
図5において、「1」はXY機構上に載置されたマウンタヘッドのノズル先端が、XY動作によって、搭載する基板上の部品や、その他基板周辺のマウンタ機構部に接触する可能性のない第1の高さであり、「2」はノズルの吸着している部品が基板面に接触を開始する直前の第2のZ軸高さである。
<Description of operation>
In FIG. 5, “1” indicates that there is no possibility that the tip of the nozzle of the mounter head placed on the XY mechanism will come into contact with components on the board to be mounted or other mounter mechanism around the board by the XY operation. 1 is a second Z-axis height immediately before the component adsorbed by the nozzle starts to contact the substrate surface.

第1の高さ「1」から第2の高さ「2」までは、搭載性能の低下を最小化するため高速に降下する(900mm/秒程度)。このとき、ノズルの下降位置制御を高精度で実現するため通常の位置制御を行うためゲインを高く設定している。   From the first height “1” to the second height “2”, the vehicle descends at a high speed (about 900 mm / second) in order to minimize the reduction in mounting performance. At this time, the gain is set high in order to perform normal position control in order to realize the lowered position control of the nozzle with high accuracy.

第2の高さ「2」では、モータ軸を一端停止させ、ゲインを低く設定した後、軸降下を再開する。
ここで、モータ速度を低速(4mm/秒)として、モータ位置制御モードにおいて発生トルクを生成するゲインを、必要とする設定荷重に応じて設定する。前記発生出力トルクを、前記サーボモータの位置フィードバックゲインを含む制御パラメータに基づいて可変する。
その他、ゲインの制御パラメータとしての設定特性を、積分補償型ゲインパラメータを少なく設定したゲインに変更する。
サーボモータの発生トルクは位置フィードバックゲインと位置偏差に応じて決まるが、位置偏差量とその状態の継続時間に応じても発生トルクのフィードバック調整が機能するため、積分補償型ゲインなどの時間軸を要素とするフィードバック機能を小さく設定し、安定な加圧力を得ようとするものである。
At the second height “2”, the motor shaft is stopped once, the gain is set low, and then the shaft lowering is resumed.
Here, the motor speed is set to a low speed (4 mm / second), and the gain for generating the generated torque in the motor position control mode is set according to the required set load. The generated output torque is varied based on a control parameter including a position feedback gain of the servo motor.
In addition, the setting characteristic as a gain control parameter is changed to a gain with a small number of integral compensation gain parameters.
The generated torque of the servo motor is determined according to the position feedback gain and the position deviation, but since the feedback adjustment of the generated torque functions according to the position deviation amount and the duration of the state, the time axis such as the integral compensation gain is set. The feedback function as an element is set to be small and a stable pressure is obtained.

図5において、「3」は部品下面と基板面の当接点である。   In FIG. 5, “3” is a contact point between the lower surface of the component and the substrate surface.

ロードセルの計測結果が指定荷重値に達しない限り、継続してZ軸を降下させるため、ノズル先端に吸着された部品が基板面に当接して、降下を妨げられると、モータ軸の目標座標と実座標の乖離が進むため、前記のゲイン設定の結果サーボモータの発生トルクが増加し、ロードセルの計測結果も、モータ軸の目標座標が進むにつれて暫増する。   As long as the load cell measurement result does not reach the specified load value, the Z-axis is continuously lowered, so if the component adsorbed on the tip of the nozzle comes into contact with the board surface and is prevented from descending, the target coordinate of the motor axis Since the deviation of the actual coordinates advances, the torque generated by the servo motor increases as a result of the gain setting described above, and the measurement result of the load cell also increases temporarily as the target coordinates of the motor axis advance.

図6はモータ軸変移角度(モータ軸の目標座標と実座標の差)と発生トルクの関係を実測したグラフである。横軸は、前記座標の差をモータ軸の回転角度(10度〜60度)で示している。
発生トルクは、設定ゲイン10〜設定ゲイン100を数値10ごとに評価している。
このように、モータ軸変移角度とゲインとモータ出力トルクはおおむね比例関係にある。従って、前記のように設定荷重 (部品の種別により異なる部品の基板面への押圧力) 対応して、発生出力トルクを前記サーボモータのフィードバックゲインを選択することにより調節することができる。
FIG. 6 is a graph obtained by actually measuring the relationship between the motor shaft transition angle (the difference between the target coordinate and the actual coordinate of the motor shaft) and the generated torque. The horizontal axis indicates the difference in the coordinates as a rotation angle (10 degrees to 60 degrees) of the motor shaft.
For the generated torque, the set gain 10 to the set gain 100 are evaluated for each numerical value 10.
As described above, the motor shaft shift angle, the gain, and the motor output torque are generally in a proportional relationship. Therefore, as described above, the generated output torque can be adjusted by selecting the feedback gain of the servo motor in response to the set load (the pressing force of the component on the board surface that varies depending on the component type).

図7はノズル先端に吸着された部品が基板面に当接した後の、基板面が受ける荷重の変化を実測したものである(Z軸速度=10mm/秒、ヘッド部質量=250g)。
前記部品が基板面に当接した直後に縦軸に示す荷重は急峻に立ち上がり、以降時間の推移に比例して荷重が増加する。
この急峻に立ち上がる荷重部分は、主にヘッド可動部の持つ質量による衝撃荷重が計測されたものである。
FIG. 7 shows actual changes in the load applied to the substrate surface after the component adsorbed on the nozzle tip contacts the substrate surface (Z-axis speed = 10 mm / second, head mass = 250 g).
Immediately after the component comes into contact with the board surface, the load shown on the vertical axis rises steeply, and thereafter the load increases in proportion to the transition of time.
The load portion that rises steeply is obtained by measuring the impact load due to the mass of the head movable portion.

図5において、「4−1」に示すとおり、ロードセルの計測結果が設定荷重を上回ると、Z軸モータの駆動が停止される。
実装機の操作設定により、最低加圧継続時間が設定されている場合は、「5」まで指定圧力を維持するために、ロードセルの計測結果に応じてZ軸モータの降下/上昇を繰り返すことが可能となっている。
ロードセルの計測結果が設定荷重を上回ったことにより、Z軸モータの降下を瞬時に停止することが望ましい。
この反応に遅延が有ると、その分モータの目標座標が進みモータ軸の発生トルクが過大となってしまう。
In FIG. 5, as indicated by “4-1”, when the measurement result of the load cell exceeds the set load, the driving of the Z-axis motor is stopped.
If the minimum pressurization duration is set by the operation setting of the mounting machine, the Z-axis motor may be repeatedly lowered and raised according to the measurement result of the load cell in order to maintain the specified pressure up to “5”. It is possible.
It is desirable to stop the descent of the Z-axis motor instantaneously when the load cell measurement result exceeds the set load.
If there is a delay in this reaction, the target coordinates of the motor will advance and the generated torque of the motor shaft will be excessive.

本発明では、モータ軸変移角度とゲイン値とモータ出力トルクの関係を利用して、ゲインを低めに設定することによって、モータの目標座標と実座標の差が生じても極端に大きな荷重変化が生じないようにしているため、モータの目標座標が進み過ぎても目標荷重に沿った圧力制御が実現できるようになっている。   In the present invention, by using the relationship between the motor shaft transition angle, the gain value, and the motor output torque, the gain is set to be low, so that even if a difference between the target coordinate of the motor and the actual coordinate occurs, an extremely large load change occurs. Since it does not occur, pressure control along the target load can be realized even if the target coordinate of the motor advances too much.

ここで、設定荷重において、ノズル先端の目標座標に対する最大遅れ量が0.75mmとなるように適切にゲインが設定されている場合、目標荷重に対する制御誤差を3%、Z軸モータの速度を5mm/秒とすると、反応遅れ許容時間=(最大遅れ量×制御精度)÷モータ軸速度より=0.0045秒となる。
このため、本発明の荷重方式では、通常のサーボアンプを直接マウンタ制御部からコントロールして荷重制御を実現させることができる。
従って、荷重制御のためにロードセルの計測結果を参照して、モータ軸やVCMまたは電空レギュレータを高速にフィードバック制御するような特別な制御系を設ける必要がない。
Here, when the gain is appropriately set so that the maximum delay with respect to the target coordinate at the nozzle tip at the set load is 0.75 mm, the control error for the target load is 3% and the speed of the Z-axis motor is 5 mm. Assuming / second, the reaction delay allowable time = (maximum delay amount × control accuracy) ÷ motor shaft speed = 0.0045 seconds.
For this reason, in the load system of the present invention, it is possible to realize load control by controlling a normal servo amplifier directly from the mounter control unit.
Therefore, it is not necessary to provide a special control system that performs high-speed feedback control on the motor shaft, VCM, or electropneumatic regulator by referring to the measurement result of the load cell for load control.

以上のとおり、実施形態のマウンタ装置の加圧制御ヘッドによれば、以下に列挙する効果を発揮できる。   As described above, according to the pressure control head of the mounter apparatus of the embodiment, the effects listed below can be exhibited.

1)ヘッドを第1の高さ位置から第2の高さ位置に移動する手段として設けたZ軸モータにより第2の高さ位置から第3の高さ位置へ移動し、ノズルの加圧を行う加圧源としても同じZ軸モータが用いられるため、加圧制御ヘッドをシンプルな構成で低コストに提供することができる。 1) The head is moved from the second height position to the third height position by a Z-axis motor provided as means for moving the head from the first height position to the second height position, and the nozzle is pressurized. Since the same Z-axis motor is used as a pressurizing source, the pressurizing control head can be provided at a low cost with a simple configuration.

2)加圧を行なうために必要となる広い荷重範囲を持ったばねに代わって、モータ軸の発生トルクで加圧することができるため、構造がシンプルであることに加え、より広範囲な荷重範囲に精度良く対応することができる。 2) Instead of a spring with a wide load range required for pressurization, it can be pressurized with the torque generated by the motor shaft, so the structure is simple and the accuracy over a wider load range Can cope well.

3)Z軸モータを常に位置制御モードで利用するため、モータの軸座標管理に誤差が生じない。 3) Since the Z-axis motor is always used in the position control mode, no error occurs in the motor axis coordinate management.

4)Z軸モータの発生トルクを用いた加圧であるため、モータの目標座標と実座標の最大ずれ量を制限することができる。
すなわち、ばね加圧式の構造では、コネクタ挿入処理のように負荷荷重のピーク(抜け防止の返し部の通過が最大負荷となるため)を通過した直後、急激に負荷が小さくなってしまうような特性を持った負荷であると、ばねのたわみ量に相当する軸のオーバーシュートが発生し、衝撃荷重によって部品にダメージを与える恐れがある。
これに対し、本方式では、前記最大ずれ量が制限されているため、負荷変動に対する位置のオーバーシュートが小さく、衝撃荷重を小さく抑えることができる。
4) Since the pressurization is performed using the torque generated by the Z-axis motor, the maximum deviation amount between the target coordinates and the actual coordinates of the motor can be limited.
In other words, the spring-pressurized structure has characteristics such that the load decreases suddenly immediately after passing through the load load peak (passage through the return prevention part becomes the maximum load) as in the connector insertion process. If the load has a load, an overshoot of the shaft corresponding to the amount of deflection of the spring occurs, and there is a risk of damage to the parts due to the impact load.
On the other hand, in this method, since the maximum deviation amount is limited, the position overshoot with respect to the load fluctuation is small, and the impact load can be kept small.

5)荷重制御機能を持った専用のサーボアンプを必要としない。 5) A dedicated servo amplifier with a load control function is not required.

<発明の概要2>
本発明は、部品供給部から部品を取出して基板上に荷重制御しながら装着する搭載ヘッドにおいて、目標の加圧量を維持する動作維持の際に、軸の移動量を軸が動作する最小変位量を移動単位として、微小に動作させながら荷重制御するものである。
<Outline of Invention 2>
The present invention provides a minimum displacement that the shaft moves when the operation of maintaining the target pressurization amount is maintained in the mounting head that is mounted while taking out the component from the component supply unit and controlling the load on the substrate. The load is controlled while moving minutely with the amount as a unit of movement.

特開平06−177179号公報において、基体のマウント部にチップ部品をマウントするチップ部品マウント装置であって、前記チップ部品を保持するチャック手段と、このチャック手段を上下動させるリニアモータと、前記チャック手段に保持されたチップ部品を前記基体のマウント部に載置して加圧する際、前記リニアモータのトルクを徐々に増加し、チップ部品に対する荷重を徐々に増加する制御手段とを具備するチップ部品マウント装置が提案される。
このチップ部品マウント装置は、チャック手段に保持されたチップ部品を基体のマウント部に載置して加圧する際、前記チャック手段を駆動するリニアモータのトルクを徐々に増加し、チップ部品に対する荷重を徐々に増加する。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-177179 discloses a chip component mounting apparatus for mounting a chip component on a mount portion of a base, a chuck means for holding the chip component, a linear motor for moving the chuck means up and down, and the chuck And a control means for gradually increasing the torque of the linear motor and gradually increasing the load on the chip part when the chip part held by the means is placed on the mounting portion of the base and pressed. A mounting device is proposed.
This chip component mounting apparatus gradually increases the torque of the linear motor that drives the chuck means when the chip part held by the chuck means is placed on the mounting portion of the base and pressurizes it, and the load on the chip part is increased. Increase gradually.

しかし、前記特開平06−177179号公報のものは、モータトルクが微小の場合、ほとんど軸が動作せず、押圧の変化が見られない問題がある。
すなわち、荷重制御時に荷重の変動が小さく、出力するモータトルクが微小だった場合、機械的な摺動抵抗やバックラッシなどの影響もあり、軸がほとんど動作せず、加圧部先端にまで動作の変化が見られずに、荷重の変化が見られないということになり、そのため、荷重値のズレやばらつきの増加などにつながる問題があった。
However, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 06-177179 has a problem that when the motor torque is very small, the shaft hardly operates and no change in pressure is observed.
In other words, when the load fluctuation is small during load control and the output motor torque is very small, there is an effect of mechanical sliding resistance, backlash, etc. This means that no change is seen, and no change in load is seen. For this reason, there is a problem that leads to a shift in load value or an increase in variation.

(実施形態2)
図8において、前述した実施形態1と同様、13は搭載ヘッド部、23はZ軸モータ、24はθ軸モータ、100はベースフレーム、101はリニアガイド、102は垂直Z駆動部、104はノズルシャフト、109はタイミングベルト、110はカップリング、111はボールねじのねじ部、118はボールねじのナット部、131は吸着ノズルである。
(Embodiment 2)
In FIG. 8, as in the first embodiment described above, 13 is a mounting head unit, 23 is a Z-axis motor, 24 is a θ-axis motor, 100 is a base frame, 101 is a linear guide, 102 is a vertical Z drive unit, and 104 is a nozzle. A shaft, 109 is a timing belt, 110 is a coupling, 111 is a thread portion of a ball screw, 118 is a nut portion of the ball screw, and 131 is a suction nozzle.

次に、加圧搭載動作について図9を用いて説明を行う。   Next, the pressure mounting operation will be described with reference to FIG.

<加圧開始高さへの移動>
「1」1段階目下降:目標位置まで指定速度(デフォルト:最高速)で下降する。
<Move to pressurization start height>
“1” First stage descent: Descent to a target position at a specified speed (default: maximum speed).

<加圧+押込み>
「2」ゲイン切替え:荷重制御切替え高さに到達したら(この場合接触時)、軸のゲインを荷重制御用ゲインに切替え、軸速度を第一速度に切替える。
<Pressurizing + pushing>
“2” gain switching: When the load control switching height is reached (in this case, contact), the shaft gain is switched to the load control gain, and the shaft speed is switched to the first speed.

「3」送り量切替え:所定荷重に達したら、軸の動作を間欠動作に切替えて下降を開始(ロードセル値読込み1[msec]間隔)し、 軸の送り量を20[μm]の微小送りに切替える。
ここで言う間欠動作とは、20[μm]移動→停止し、ロードセル値読込み→20[μm]移動の繰返し動作のことを言う。
“3” Feed amount switching: When the specified load is reached, the shaft operation is switched to intermittent operation and the descent starts (load cell value reading 1 [msec] interval), and the shaft feed amount is changed to a minute feed of 20 [μm]. Switch.
The intermittent operation referred to here is a repeated operation of 20 [μm] movement → stop and load cell value reading → 20 [μm] movement.

「4」停止:ロードセル値が指定荷重に到達したら、間欠動作を停止する。 “4” Stop: When the load cell value reaches the specified load, the intermittent operation is stopped.

<加圧+時間>
「5」維持:指定加圧時間中モータ電流値監視&指定荷重維持する。
<Pressurization + time>
“5” maintenance: Monitors the motor current value and maintains the specified load during the specified pressurization time.

<搭載完了>
「6」完了:ゲインを通常動作用のゲインに切替え、上昇動作する。
<Installation completed>
“6” Completion: The gain is switched to the gain for normal operation, and the ascending operation is performed.

図10及び図11は、実際に荷重制御した際のモータの電流波形である。
送り量が小さい時は、図10のような波形となり、同荷重を繰返し荷重した時のばらつき(3σ)=±1.34[N]であった。
図16のように、送り量を大きくすることで、同荷重を繰返し荷重した時のばらつき(3σ)=±0.15[N]と約1/10にすることが可能である。
10 and 11 show current waveforms of the motor when the load is actually controlled.
When the feed amount is small, the waveform is as shown in FIG. 10, and the variation (3σ) when the same load is repeatedly applied is ± 1.34 [N].
As shown in FIG. 16, by increasing the feed amount, the variation (3σ) when the same load is repeatedly applied (3σ) = ± 0.15 [N] can be reduced to about 1/10.

以上説明したように、本発明によれば、荷重値のズレやばらつきを抑えることができる。
すなわち、モータ軸が必ず動作する最小の送り量としているので、モータの目標座標のみが変化し、ノズル先端が動かないということが起きないので、確実に荷重制御をすることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress deviations and variations in load values.
That is, since the minimum feed amount at which the motor shaft always operates is used, only the target coordinates of the motor change and the nozzle tip does not move, so that load control can be performed reliably.

(他の実施例)
実施形態3では、1[msec]間隔で20[μm]送りをしたが、時間間隔をもっと小さくし、高周波で送ることにより、実際のノズル先端の荷重の変化を更に小さくすることができる。
なお、送り量と時間間隔は、装置の構成によって決まり、実施形態の値に決まるものではない。
(Other examples)
In the third embodiment, 20 [μm] feeding is performed at 1 [msec] intervals, but the actual change in the load at the nozzle tip can be further reduced by further reducing the time interval and feeding at high frequency.
The feed amount and the time interval are determined by the configuration of the apparatus, and are not determined by the values in the embodiment.

また、実施形態3では、ロードセルの検出に基づく荷重制御と電流制御が混在する制御としたが、荷重検出装置より下流に摺動要素の多い機構で荷重制御を有効なものとして、高荷重では電流制御でのみ有効なものとしてもよい。   In the third embodiment, the load control based on the detection of the load cell and the current control are mixed. However, the load control is effective with a mechanism having many sliding elements downstream from the load detection device. It may be effective only by control.

<発明の概要3>
本発明は、部品吸着ノズル内で上下移動するノズルスライダー部の動きを規制するストッパー部を有し、ノズルとノズルスライダーの間に弾性体を有し、前記弾性体は、部品吸着ノズルの押込み量に応じて荷重が変化するように構成された、電子部品を基板上に搭載する電子部品搭載装置において、低い加圧量のときは、弾性体により加圧を行い、高い加圧量のときは、ノズルは、ストッパーに当接し剛体の状態で加圧するものである。
<Summary 3>
The present invention has a stopper portion that regulates the movement of the nozzle slider portion that moves up and down within the component suction nozzle, and has an elastic body between the nozzle and the nozzle slider, and the elastic body has a pushing amount of the component suction nozzle. In an electronic component mounting apparatus that mounts an electronic component on a substrate that is configured so that the load changes according to the pressure, when the amount of pressurization is low, pressure is applied by an elastic body, and when the amount of pressurization is high The nozzle is in contact with the stopper and pressurizes in a rigid state.

特開2009−277850号公報において、電子部品の実装装置および実装方法が提案される。
この装置では、駆動源の回転力をボールねじに伝えることで、スライダー部の上下方向の微小な動作を行う。電子部品を加圧搭載するときは、スライダー部上部に配置された加圧用駆動源(サーボモータ)の回転力を加圧ツールへリニアガイドを通じて伝達し、スライダー部を基板方向へ押し出すことで加圧を行う。スライダー部は圧縮ばねにより上方向へ常時引き上げられており、またスライダー部は上下方向の駆動源と加圧用駆動源と切り離されているので、上下方向の微小動作と加圧動作を切り離して動作することができる。
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-277850 proposes an electronic component mounting apparatus and mounting method.
In this apparatus, the rotational force of the drive source is transmitted to the ball screw, thereby performing a minute operation in the vertical direction of the slider portion. When electronic parts are mounted under pressure, the rotational force of the pressurizing drive source (servo motor) placed at the top of the slider is transmitted to the pressurizing tool through a linear guide, and the slider is pressed by pushing it toward the board. I do. The slider part is always pulled upward by a compression spring, and the slider part is separated from the vertical drive source and the pressurizing drive source, so that it operates by separating the fine movement in the vertical direction from the pressurizing action. be able to.

しかしながら、前記特開2009−277850号公報のものでは、以下3点の問題があった。
1)衝撃荷重が大きくなる
加圧するためのユニットが完全にリジット(剛体)の場合、加圧を行う際に基板との接触時の衝撃緩和のために、ユニットの下降速度を極力抑える必要があり、搭載時間が長くなる。
2)目標荷重までの到達時間が長くなる
前記衝撃荷重を抑えるために下降速度を抑えるため、目標荷重までの到達時間が長くなる。
3)微小荷重の制御が難しい
加圧するためのユニットが完全にリジット(剛体)の場合、押込み量(変位量)に対する加圧量が大きいため、微小な荷重制御が難しく、目標荷重値とのズレが発生したり、バラツキが大きくなる。
However, the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-277850 has the following three problems.
1) Impact load increases When the unit for pressurization is completely rigid (rigid body), it is necessary to suppress the descending speed of the unit as much as possible in order to alleviate the impact at the time of contact with the substrate. , Mounting time will be longer.
2) The arrival time to the target load becomes long. In order to suppress the impact load, the lowering speed is suppressed, so that the arrival time to the target load becomes long.
3) Difficult to control minute load When the unit for pressurization is completely rigid (rigid body), the pressurization amount (displacement amount) is large, so the minute load control is difficult, and the deviation from the target load value. Occurs or the variation becomes large.

(実施形態3)
図12は本発明の一実施例として電子部品搭載装置の構成を示すもので、部品搭載ヘッド201、ボールネジやベルトと組み合わせたモータ、もしくはリニアモータ等で駆動されるX軸フレーム202、Yフレーム軸203、基板搬送部204、部品供給部205からなる電子部品搭載装置を示したものである。
(Embodiment 3)
FIG. 12 shows the configuration of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention. The component mounting head 201, an X-axis frame 202 driven by a motor combined with a ball screw or belt, a linear motor or the like, a Y-frame axis 1 shows an electronic component mounting apparatus that includes a substrate transfer unit 204, a substrate transfer unit 204, and a component supply unit 205.

X軸フレーム202は左右のY軸、YL,YR軸に装着されたモータで駆動される。
また、X軸フレーム202上に設置された部品搭載ヘッド201は、X軸フレーム202に沿って移動し、X軸フレーム202は直交したY軸フレーム3に沿って移動するXYユニットである。
部品搭載ヘッド201には上下方向に移動可能な搭載部品を吸着するノズルが装着されており、基板搬送部204によって搬送され固定された基板に対して、部品供給部205で供給された部品をノズルで真空吸着してからその部品を基板に搭載することができる。
The X-axis frame 202 is driven by motors attached to the left and right Y-axes, YL and YR axes.
The component mounting head 201 installed on the X-axis frame 202 is an XY unit that moves along the X-axis frame 202, and the X-axis frame 202 moves along the orthogonal Y-axis frame 3.
The component mounting head 201 is equipped with a nozzle for sucking a mounted component that can move in the vertical direction. The component supply unit 205 supplies the nozzle to the substrate that is transported and fixed by the substrate transport unit 204. The component can be mounted on the substrate after vacuum suction.

次に、加圧ヘッドの構成を図13及び図14に示す。   Next, the configuration of the pressure head is shown in FIGS.

電子部品15の吸着・搭載かつ加圧動作は以下のように行う。   The electronic component 15 is sucked, mounted, and pressurized as follows.

固定ブラケット207に取り付けられた、Zモータ216が回転することで、カップリング217によって直結されているボールねじ221が回転し、ボールねじ221によって支持しているスライダー部223が上下動を行う。
スライダー部223にはガイドナット210aがあり、固定ブラケット207に取り付けられたリニアガイドレール210bと連結することでスムーズに上下動を行うことができる。
また、スライダー部223の中空ロードセル222内の軸受によってスプラインシャフト206、カップリング209、ノズルシャフト212、ノズル214の上下方向を保持しており、スライダー部223と一緒に上下動することで電子部品215を吸着・搭載する。
なお、213はボールブッシュ、219はスラスト軸受である。
When the Z motor 216 attached to the fixed bracket 207 rotates, the ball screw 221 directly connected by the coupling 217 rotates, and the slider portion 223 supported by the ball screw 221 moves up and down.
The slider portion 223 has a guide nut 210a, and can be smoothly moved up and down by being connected to a linear guide rail 210b attached to the fixed bracket 207.
Further, the vertical direction of the spline shaft 206, the coupling 209, the nozzle shaft 212, and the nozzle 214 is held by the bearing in the hollow load cell 222 of the slider portion 223, and the electronic component 215 is moved up and down together with the slider portion 223. Adsorption and mounting.
Reference numeral 213 denotes a ball bush, and 219 denotes a thrust bearing.

次に、電子部品215の回転動作は以下のように行う。   Next, the rotation operation of the electronic component 215 is performed as follows.

固定ブラケット207に取り付けられた、回転動を行うためのθモータ220が回転することで、タイミングベルト218によって連結されたスプラインナット208が回転し、スプラインシャフト206を回転させる。
スプラインシャフト206とノズルシャフト212はカップリング209によって直結されているので、スプラインシャフト206が回転するとノズルシャフト212が回転し、電子部品15を回転させる。
When the θ motor 220 attached to the fixed bracket 207 for rotating is rotated, the spline nut 208 connected by the timing belt 218 is rotated, and the spline shaft 206 is rotated.
Since the spline shaft 206 and the nozzle shaft 212 are directly connected by the coupling 209, when the spline shaft 206 rotates, the nozzle shaft 212 rotates and the electronic component 15 rotates.

次に、部品吸着ノズル214を図15に示す。   Next, the component suction nozzle 214 is shown in FIG.

図15(a)は電子部品215と基板224が接触した瞬間のノズル214を示し、図15(b)はノズル214が下方向に押込むことで、ノズルばね228が圧縮され、ノズルアウター226下端とノズルスライダーストッパー225bが接触し、リジットになったときのノズル214を示す。
ノズルが通常状態からリジット状態になるまでのストローク229を極力小さくすることで、ノズルばね228圧以上の目標荷重までの到達時間を早くすることができる。
FIG. 15A shows the nozzle 214 at the moment when the electronic component 215 and the substrate 224 come into contact with each other. FIG. 15B shows that the nozzle spring 228 is compressed by pushing the nozzle 214 downward, and the lower end of the nozzle outer 226 is compressed. And the nozzle slider stopper 225b are in contact with each other, and the nozzle 214 is shown in a rigid state.
By shortening the stroke 229 until the nozzle changes from the normal state to the rigid state as much as possible, the arrival time to the target load of the nozzle spring 228 pressure or more can be shortened.

以上の構成において、電子部品215搭載時の荷重検出動作について、図13から図15を用いて説明する。   With the above configuration, the load detection operation when the electronic component 215 is mounted will be described with reference to FIGS.

電子部品215を保持したノズル214が基板224に接触することで受けた力は、ノズルシャフト212を通り、ノズルシャフト212の段部を介して中空ロードセル222へ伝達され、加圧量を検出する。   The force received when the nozzle 214 holding the electronic component 215 comes into contact with the substrate 224 passes through the nozzle shaft 212 and is transmitted to the hollow load cell 222 via the stepped portion of the nozzle shaft 212 to detect the amount of pressurization.

図15(a)において、この図の状態の時に基板に加わる加圧量は、ノズルばね228の初期圧F0である(図16参照)。その状態からノズル214が下方向へ押込むことで加圧量はノズルばね228のばね定数に比例して増加する。
つまり、ノズルばね228を用いた加圧量は最大でF1であり、これは図15(b)に示すノズルストローク229がゼロになり、ノズル214がリジットになる加圧量である。図16における加圧量F2は、ノズルばね228の圧縮途中が目標荷重値であることを示す。
In FIG. 15A, the amount of pressure applied to the substrate in the state of this figure is the initial pressure F0 of the nozzle spring 228 (see FIG. 16). When the nozzle 214 is pushed downward from that state, the amount of pressurization increases in proportion to the spring constant of the nozzle spring 228.
That is, the amount of pressurization using the nozzle spring 228 is F1 at the maximum, and this is the amount of pressurization at which the nozzle stroke 229 shown in FIG. The pressurization amount F2 in FIG. 16 indicates that the target load value is during the compression of the nozzle spring 228.

図15(b)の状態はノズル214先端からノズルシャフト212、中空ロードセル222、ボールねじ221、Zモータ216まで直結となり、Zモータ216のトルクが1:1で基板に伝達される。
図16の加圧量F3はノズル214がリジットになる加圧量F1より大きい加圧量であり、加圧量F3へ達するまでは加圧波形の傾きが二つ存在することとなる。
In the state of FIG. 15B, the nozzle 214 is directly connected to the nozzle shaft 212, the hollow load cell 222, the ball screw 221, and the Z motor 216, and the torque of the Z motor 216 is transmitted to the substrate at 1: 1.
The pressurization amount F3 in FIG. 16 is a pressurization amount larger than the pressurization amount F1 at which the nozzle 214 is rigid, and there are two inclinations of the pressurization waveform until the pressurization amount F3 is reached.

ノズルばね228の圧縮時の加圧量の波形の傾きは図16のθ1で表され、ノズル214がリジット時の加圧量の傾きはθ2で表され、θ1<θ2が成立し、これはノズル214がリジット状態での押込みは、ノズルばね228のような緩衝材がないために、前記の通り、Zモータ216のトルクを1:1の力で基板に伝達するためである。   The inclination of the waveform of the pressurization amount when the nozzle spring 228 is compressed is represented by θ1 in FIG. 16, the inclination of the pressurization amount when the nozzle 214 is rigid is represented by θ2, and θ1 <θ2 is established. The pushing operation in the rigid state 214 is to transmit the torque of the Z motor 216 to the substrate with a force of 1: 1 as described above because there is no buffer material such as the nozzle spring 228.

以上説明したように、本発明によれば以下の効果が得られる。
1)衝撃を緩和することができる
ノズルばねの初期荷重を低くすることで、基板に接触した時の衝撃荷重を小さくすることができ、下降速度を抑える必要が無く、早い時間で目標荷重に到達することができる。
2)高速に目標荷重まで加圧できる
低い加圧量の時は、ノズルばねが圧縮されストッパーに当たる前に目標加圧量になるので、目標加圧への到達時間が短い。
また、ノズルばねのストロークを極力小さくすることで、ノズルがリジットになり、高荷重領域までの到達時間を早めることができる。
3)低い加圧量の時に高精度に制御ができる
加圧量が低い時は、ノズルばねにより、変位量に対する加圧量の変化が小さいので、精度良く、制御することができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
1) Mitigating the impact By reducing the initial load of the nozzle spring, it is possible to reduce the impact load when contacting the substrate, and it is not necessary to suppress the descending speed, and the target load is reached in an early time. can do.
2) Can pressurize to the target load at high speed When the pressure is low, the nozzle spring is compressed and reaches the target pressure before it hits the stopper, so the time to reach the target pressure is short.
Further, by making the stroke of the nozzle spring as small as possible, the nozzle becomes rigid, and the arrival time to the high load region can be shortened.
3) Highly accurate control is possible when the amount of pressure is low. When the amount of pressure is low, the change in the amount of pressurization with respect to the amount of displacement is small by the nozzle spring.

また、実施形態のように、高荷重ノズルは、加圧用に広い台座を設けるとともに、ノズルばねの効果により高速な(荷重制御を用いない)吸着ができる。   Further, as in the embodiment, the high-load nozzle is provided with a wide pedestal for pressurization, and can perform high-speed suction (without using load control) due to the effect of the nozzle spring.

(他の実施例)
実施形態3では、Zスライダー部に荷重検出用のロードセルを組み込んだ方式を用いたが、荷重検出をZモータの負荷トルクで検出するトルク制御においても同様の効果が認められる。
(Other examples)
In the third embodiment, a method in which a load cell for load detection is incorporated in the Z slider portion is used. However, the same effect can be recognized in torque control in which load detection is detected by the load torque of the Z motor.

また、実施形態3では、ロードセルによる検出に基づく制御としたが、電流制御でも可能である。   In the third embodiment, the control is based on the detection by the load cell, but current control is also possible.

<発明の概要4>
本発明は、電子部品を吸着ノズルにより、部品供給部より基板上へ移動搭載するマウンタ装置であり、吸着ノズルが部品を基板面に押し付ける圧力を検出するセンサを有すると共に、ノズルの押し付け力が、専用の加圧モータ、または、ノズルの昇降手段の推力より得られる構造であって、加圧力の設定範囲の50%未満の範囲で、前記圧力センサの出力を参照して、加圧制御し、前記加圧範囲を超える部分はモータの電流値を参照して加圧制御する方式である。
さらに、その加圧力の設定範囲の50%未満の範囲で得た圧力センサの出力値と、モータの電流値とが比例関係にあることを利用し、前記加圧範囲を超える部分はモータの電流値から加圧力を推測して加圧制御する。
<Summary 4>
The present invention is a mounter device that moves and mounts an electronic component onto a substrate from a component supply unit using a suction nozzle, and has a sensor that detects the pressure with which the suction nozzle presses the component against the substrate surface, and the pressing force of the nozzle is It is a structure obtained from the thrust of a dedicated pressurizing motor or nozzle raising / lowering means, and controls the pressurization with reference to the output of the pressure sensor within a range of less than 50% of the set pressure range, The portion exceeding the pressurizing range is a system in which pressurization is controlled with reference to the current value of the motor.
Furthermore, utilizing the fact that the output value of the pressure sensor obtained in a range of less than 50% of the set pressure range and the current value of the motor are in a proportional relationship, the portion exceeding the pressurizing range is the current of the motor. The pressure is controlled by estimating the pressure from the value.

特許第2877120号公報において、電子部品を搭載する際の圧力を、圧力検出部で検出した加圧値によって制御するような電子部品搭載装置の圧力検出部に、低加圧用と高加圧用を用意し、設定した加圧値を超えると、低加圧用の圧力検出部から、高加圧用の圧力検出部へ切り替える技術が開示される。
そのメリットは、高加圧用の圧力検出部は、低加圧の時、ノイズなどの影響で上手く読み取れないという問題を解決できることである。
In Japanese Patent No. 2877120, low pressure and high pressure are prepared for the pressure detection unit of the electronic component mounting apparatus that controls the pressure when mounting the electronic component by the pressure value detected by the pressure detection unit. When the set pressure value is exceeded, a technique for switching from a low pressure detection unit to a high pressure detection unit is disclosed.
The merit is that the pressure detection unit for high pressurization can solve the problem that it cannot be read well due to the influence of noise or the like at low pressurization.

次に、そのメリットを補足する。
図17に圧力検出部の電気的に良い環境における無負荷時の出力の一例を示した。
Next, the merit is supplemented.
FIG. 17 shows an example of an output when there is no load in an electrically good environment of the pressure detector.

この加圧検出部は、加圧力の定格が100Nで、その時10Vを出力するように設定した。この時のノイズ成分は、±10mVであった。   This pressurization detection unit was set so that the rating of the applied pressure was 100 N and 10 V was output at that time. The noise component at this time was ± 10 mV.

このように、加圧検出部の出力にはノイズが乗ってしまう事が一般的であるため、もし、±10mVのノイズが乗ってしまうと、例えば10Nの時、加圧検出部の出力が10N/100N×10V=1Vであるため、±1%の誤差が検出されることになる。1Nの時は±10%の誤差が検出されることになる。   Thus, since it is common for noise to be added to the output of the pressure detection unit, if a noise of ± 10 mV is applied, the output of the pressure detection unit is 10 N at 10 N, for example. Since / 100N × 10V = 1V, an error of ± 1% is detected. At 1N, an error of ± 10% is detected.

しかし、加圧力の定格が10Nで10Vを出力する低加圧用の加圧検出部と、加圧力の定格が100Nで10Vを出力する高加圧用の加圧検出部を使った、前記特許第2877120号公報の方法を用いれば、1Nの低加圧時でもノイズによる誤差は±10%となり、問題を緩和できるのである。
しかし、加圧検出部は一般的に高価であり、前記特許第2877120号公報の方法では、これを二個以上使わなくてはならないというデメリットがあった。
However, the above-mentioned Japanese Patent No. 2877120 uses a pressurization detection unit for low pressurization that outputs 10 V at a pressurization rating of 10 N and a pressurization detection unit for high pressurization that outputs 10 V at a pressurization rating of 100 N. By using the method of No. 1, the error due to noise becomes ± 10% even at a low pressure of 1N, and the problem can be alleviated.
However, the pressure detection unit is generally expensive, and the method disclosed in Japanese Patent No. 2877120 has a demerit that two or more must be used.

(実施形態4)
図18に実施において必要な機械的構成を示す。図中、前述した実施形態1と同様、13は搭載ヘッド部、18は電子部品、23はZ軸モータ、24はθ軸モータ、100はベースフレーム、101はリニアガイド、102は垂直Z駆動部、104はノズルシャフト、105は垂直回転駆動部軸受、106は回転ベアリング、107はスプライン軸受、108はθモータプーリ、109はタイミングベルト、110はカップリング、111はボールねじのねじ部、118はボールねじのナット部、131は吸着ノズルであって、143はロータリブッシュベアリング、144は加圧検出部、150は加圧用の台である。
(Embodiment 4)
FIG. 18 shows a mechanical configuration necessary for implementation. In the figure, as in the first embodiment, 13 is a mounting head unit, 18 is an electronic component, 23 is a Z-axis motor, 24 is a θ-axis motor, 100 is a base frame, 101 is a linear guide, and 102 is a vertical Z drive unit. , 104 is a nozzle shaft, 105 is a vertical rotation drive unit bearing, 106 is a rotation bearing, 107 is a spline bearing, 108 is a θ motor pulley, 109 is a timing belt, 110 is a coupling, 111 is a thread portion of a ball screw, and 118 is a ball A nut portion of the screw, 131 is a suction nozzle, 143 is a rotary bush bearing, 144 is a pressure detection unit, and 150 is a pressurizing base.

本実施例では、電子部品にかける加圧力の制御域が0〜100Nであるような場合について述べる。   In this embodiment, a case where the control range of the pressure applied to the electronic component is 0 to 100 N will be described.

図18は、摺動などによる加圧力の検出誤差を減らすため、電子部品へかかる加圧力ができるだけ損失なく圧力検出部へ伝わる構成となっていることを示している。
この構成では、吸着ノズル131が鉛直上方へ押される力を、ノズル軸104に設けられた圧力検出部144で検出する。
また、本実施例で使用するZ軸モータ23はサーボモータである。
FIG. 18 shows that the pressure applied to the electronic component is transmitted to the pressure detection unit with as little loss as possible in order to reduce the pressure detection error due to sliding or the like.
In this configuration, the force that pushes the suction nozzle 131 vertically upward is detected by the pressure detection unit 144 provided on the nozzle shaft 104.
The Z-axis motor 23 used in this embodiment is a servo motor.

次に、図19に本発明で必要な制御に関するブロック構成を示した。図中、123はモータエンコーダ、124はサーボドライバ、125はCPUである。   Next, FIG. 19 shows a block configuration relating to the control required in the present invention. In the figure, 123 is a motor encoder, 124 is a servo driver, and 125 is a CPU.

図示のように、CPU125は、圧力検出部144からの加圧情報(加圧値)と、サーボドライバ124からのモータ電流情報(モータ電流値)に基づいて、サーボドライバ124に位置指令と加圧指令(指令値)を出す。
その指令に基づいて、サーボドライバ124はモータ駆動電流をZ軸モータ(サーボモータ)23に出す。なお、モータエンコーダ123からモータ位置情報がサーボドライバ124に取り入れられる。
As shown in the figure, the CPU 125 sends a position command and pressurization to the servo driver 124 based on pressurization information (pressurization value) from the pressure detection unit 144 and motor current information (motor current value) from the servo driver 124. Issue a command (command value).
Based on the command, the servo driver 124 outputs a motor drive current to the Z-axis motor (servo motor) 23. Motor position information is taken into the servo driver 124 from the motor encoder 123.

さらに、本実施例では、前記特許第2877120号公報でいうところの低加圧域が0N〜10N、高加圧域が10N〜100Nと仮定しておく。   Furthermore, in the present embodiment, it is assumed that the low pressurization region referred to in the above-mentioned Japanese Patent No. 2877120 is 0N to 10N, and the high pressurization region is 10N to 100N.

次に、図19の制御ブロックを用いて加圧力を制御する準備の手順を図20に示す。   Next, FIG. 20 shows a preparation procedure for controlling the applied pressure using the control block of FIG.

図20のフローにおいて、まず、圧力検出部のキャリブレーションによって、ノズル131が加圧されていない状態の加圧値を0Nとし、この時のモータ駆動電流Iを記憶しておく(ステップS21)。
次に、図18の加圧用の台150へ、ノズル131を押し当て、モータ23を駆動してZ軸を徐々に下降させ(ステップS22)、圧力検出部144が10Nを検出(ステップS23)した時のモータ駆動電流I10を記憶しておく(ステップS24)。
一般的に、サーボモータの電流と加圧力は、モータの回転数が変わらなければ比例することから、10Nから100Nまでの加圧力は、0N時と10N時の電流値から推測が可能なので、これをCPU125にて演算し、記憶しておく。
この関係を図21に示した。
In the flow of FIG. 20, first, the pressure value when the nozzle 131 is not pressurized is set to 0N by calibration of the pressure detection unit, and the motor drive current I 0 at this time is stored (step S21). .
Next, the nozzle 131 is pressed against the pressurization table 150 of FIG. 18, the motor 23 is driven to gradually lower the Z-axis (step S22), and the pressure detection unit 144 detects 10N (step S23). The motor driving current I 10 at the time is stored (step S24).
In general, the servo motor current and the applied pressure are proportional to each other unless the motor speed changes, so the applied pressure from 10N to 100N can be estimated from the current values at 0N and 10N. Is calculated by the CPU 125 and stored.
This relationship is shown in FIG.

また、電子部品18を搭載する際、加圧指令が0Nから10Nの低加圧領域の場合は、圧力検出部144からの加圧値を使用する。
そして、加圧指令が10Nを超える高加圧領域では、圧力検出部144を使用せず、図21の特性とモータ駆動電流から推測した加圧値を使用する。
この時の手順を図22に示す。
Further, when the electronic component 18 is mounted, if the pressurization command is in a low pressurization region of 0N to 10N, the pressurization value from the pressure detection unit 144 is used.
And in the high pressurization area | region where a pressurization command exceeds 10N, the pressure detection part 144 is not used, but the pressurization value estimated from the characteristic and motor drive current of FIG. 21 is used.
The procedure at this time is shown in FIG.

図示のように、搭載開始により、指令値を設定し、その値を記憶する(ステップS31)。
続いて、記憶した指令値は低加圧領域か?を判別し(ステップS32)、低加圧領域であれば次のステップS33に進み、低加圧領域でなければ図23のステップS36に進む。
ステップS33では、電子部品をノズルへ吸着し、搭載位置までヘッドをXY方向へ移動させる。
続いて、電子部品を搭載する基板へ向けて低速で下降させる(ステップS34)。
次に、加圧値が指令値を超えたか?を判別し(ステップS35)、指令値を超えていれば処理を終了し、指令値を超えていなければステップS34に戻って以降の処理を繰り返す。
As shown in the figure, the command value is set and the value is stored when the mounting is started (step S31).
Next, is the stored command value in the low pressure range? (Step S32), if it is a low pressure region, the process proceeds to the next step S33, and if it is not a low pressure region, the process proceeds to step S36 in FIG.
In step S33, the electronic component is attracted to the nozzle, and the head is moved in the XY directions to the mounting position.
Subsequently, the electronic component is lowered at a low speed toward the board on which the electronic component is mounted (step S34).
Next, did the pressurization value exceed the command value? (Step S35), if the command value is exceeded, the process is terminated. If the command value is not exceeded, the process returns to step S34 and the subsequent processing is repeated.

また、図23に示すように、ステップS36では、図21の特性を用いて指令値の単位を圧力から電流へ変換し、記憶する。
続いて、電子部品をノズルへ吸着し、搭載位置までヘッドをXY方向へ移動させる(ステップS37)。
続いて、電子部品を搭載する基板へ向けて低速で下降させる(ステップS38)。
次に、モータ電流値が指令値を超えたか?を判別し(ステップS39)、指令値を超えていれば処理を終了し、指令値を超えていなければステップS38に戻って以降の処理を繰り返す。
As shown in FIG. 23, in step S36, the unit of the command value is converted from pressure to current using the characteristics shown in FIG. 21, and stored.
Subsequently, the electronic component is attracted to the nozzle, and the head is moved in the XY direction to the mounting position (step S37).
Subsequently, the electronic component is lowered at a low speed toward the board on which the electronic component is mounted (step S38).
Next, did the motor current value exceed the command value? (Step S39), if the command value is exceeded, the process is terminated. If the command value is not exceeded, the process returns to step S38 and the subsequent processing is repeated.

以上説明したように、本発明によれば、前記特許第2877120号公報の効果を圧力検出部一個で達成できる。   As described above, according to the present invention, the effect of the Japanese Patent No. 2877120 can be achieved with a single pressure detection unit.

<発明の概要5>
本発明は、前述した発明の概要1の加圧制御システムにおいて、加圧制御時の異常状態判定結果に加えて、ノズルの先端座標、ロードセルでの計測荷重値、部品種に基づき異常検知時の対応動作を切り分けるものである。
さらに、部品が基板から受ける衝撃荷重を許容範囲内に抑制する手段として、部品種ごとに規定された衝撃時間、部品搭載時のZ軸方向移動速度に基づいて算出された衝撃荷重計算結果が部品の許容衝撃荷重を超過しない範囲で、最大のZ方向移動速度を算出する。
<Outline of Invention 5>
In the pressurization control system according to the first aspect of the invention described above, the present invention is based on the nozzle tip coordinates, the load value measured at the load cell, and the type of part in addition to the abnormal state determination result during pressurization control. The corresponding actions are separated.
Furthermore, as a means to suppress the impact load that the component receives from the board within the allowable range, the impact load calculation result calculated based on the impact time specified for each component type and the moving speed in the Z-axis direction when the component is mounted is The maximum movement speed in the Z direction is calculated within a range not exceeding the allowable impact load.

(実施形態5)
本実施例では、前述した実施形態1の図7において、加圧時間経過後、バキュームエアをOFFし、荷重制御用に変更されたモータゲインを元に戻すため、目標座標と実座標の乖離が無くなる座標にZ軸を移動させた後、ゲインを元に戻し高速で上昇動作を行い、次部品の吸着動作に移行する。
(Embodiment 5)
In this example, in FIG. 7 of the above-described first embodiment, after the pressurization time has elapsed, the vacuum air is turned off and the motor gain changed for load control is returned to the original value. After the Z-axis is moved to the coordinates where there is no more, the gain is restored, the ascending operation is performed at a high speed, and the operation moves to the next component suction operation.

<荷重制御用のモータゲインについて>
前述の様に、荷重動作時は、ノズル先端の目標座標に対する最大遅れ量が0.75mmとなるようなゲインが設定されている。これは、図24で示すとおり、指定荷重ごとの最大遅れ量が一定となるゲインを設定することにより、荷重制御時のノズル先端座標を高精度に制御するためのものである。
荷重制御用ゲインは、指定された荷重を元に、比例要素・微分要素・積分要素等のパラメータ値を計算により求める方法と、予め規定されたテーブルから取得する方法がある。
<Motor gain for load control>
As described above, during the load operation, the gain is set such that the maximum delay amount with respect to the target coordinates of the nozzle tip is 0.75 mm. This is for controlling the nozzle tip coordinates at the time of load control with high accuracy by setting a gain that makes the maximum delay amount for each designated load constant as shown in FIG.
The load control gain includes a method of obtaining parameter values such as a proportional element, a differential element, and an integral element by calculation based on a designated load, and a method of obtaining from a predetermined table.

<荷重動作速度について>
上記実施例では、荷重制御動作時の軸動作速度は低速(4mm/s程度)としているが、軸の動作速度を遅くする事は搭載タクトに影響を与えるため、性能改善の点からなるべく高速の動作が望ましい。
荷重制御時の動作決定条件としては以下の二点が挙げられる。
1)衝突(基板接触)荷重が指定荷重以下であること。
2)反応遅れ許容時間の荷重変化量が制御精度を上回らないこと。
そこで、荷重制御の予備動作として、実際に搭載する部品を吸着し、基板上で荷重動作を行い、接触荷重を測定することで上記二点を満足する最適な下降速度を求める。
<About load operation speed>
In the above embodiment, the shaft operation speed during the load control operation is low (about 4 mm / s). However, since slowing the shaft operation speed affects the mounting tact, it is as fast as possible in terms of performance improvement. Operation is desirable.
The following two points can be cited as conditions for determining the operation during load control.
1) The impact (substrate contact) load must be below the specified load.
2) The load change amount of the reaction delay allowable time must not exceed the control accuracy.
Therefore, as a preliminary operation of load control, an actually mounted component is sucked, a load operation is performed on the substrate, and a contact load is measured to obtain an optimal descending speed satisfying the above two points.

また、接触荷重は力積の計算から   The contact load is calculated from impulse calculation.

Figure 0005638978
Figure 0005638978

で求める事ができるため、予備動作を行わなくても計算により下降速度は算出可能となる。
この場合、接触後の下降速度は接触荷重を最大値で計算するため0mm/s(一瞬停止)に近似し、衝突時間は予め部品種や部品形状、基板厚等のデータに対する時間を内部テーブルで持ち、生産プログラムの情報から最適な衝突時間を採用し、接触荷重を計算する。
下降速度を計算により算出した場合は、実際との部品の誤差を修正するため、生産動作時の接触荷重をフィードバックし、下降速度を微調整する。
Therefore, the descent speed can be calculated by calculation without performing preliminary operation.
In this case, the descending speed after contact approximates to 0 mm / s (stop for a moment) in order to calculate the contact load with the maximum value, and the collision time is the time for the data such as component type, component shape, board thickness, etc. The optimum collision time is adopted from the production program information and the contact load is calculated.
When the descending speed is calculated, the contact load during the production operation is fed back and the descending speed is finely adjusted in order to correct the actual error of the parts.

<荷重動作時のエラー判定について>
搭載荷重を制御する目的は搭載部品によって様々であり、そのため広い加圧範囲と加圧精度が要求されている。
<Error judgment during load operation>
The purpose of controlling the mounting load varies depending on the mounted component, and therefore, a wide pressing range and pressing accuracy are required.

搭載荷重の制御目的としては以下のような場合がある。
1)ウェハダイなど薄弱な部品であり、過大な負荷を掛けると部品が破損してしまうため、部品に掛かる荷重値を一定値以下で制御したい。
2)バンプ部品にて、バンプの大きさ(高さ)が均一でなく、搭載時に全てのバンプが正確に接地しない可能性があるため、一定の力で加圧してバンプの高さを均一にしたい。
3)コネクタ部品の圧入を行いたい。
このような目的が異なる動作では、異常動作の判定条件や、異常動作時の対応を切替えることが望ましい。
There are the following cases for the purpose of controlling the load.
1) Since it is a weak part such as a wafer die and the part is damaged when an excessive load is applied, the load value applied to the part is desired to be controlled to a certain value or less.
2) In bump parts, the bump size (height) is not uniform, and all the bumps may not be grounded correctly when mounted, so press with a constant force to make the bump height uniform. Want to.
3) I want to press fit connector parts.
In such an operation with different purposes, it is desirable to switch the determination condition of the abnormal operation and the response at the time of the abnormal operation.

そこで、搭載部品の部品種や部品外形等からエラー判定条件を切替える制御を実施する。   Therefore, control is performed to switch the error determination condition from the component type of the mounted component, the component outer shape, and the like.

エラー判定処理シーケンスを図25に示す。   An error determination processing sequence is shown in FIG.

1)第2高さまでZ軸下降開始
実施形態1の図5の「2」基板面に接触を開始する直前の第2Z高さまで下降する(ステップS41)。
2)荷重値取得
第2Z高さでモータ速度やゲインを切替える前にロードセルの荷重値を取得する(ステップS42)。
3)荷重値判定
第2Z高さでロードセルに荷重が掛かっている場合は正しい部品が既に接触しているか、正しい荷重値が取得できていないためエラーとする(ステップS43)。
4)荷重動作開始
モータ速度やゲインの変更を行い、下降動作を開始する(ステップS44)。
リアルタイムでロードセルの荷重値を監視する荷重監視タスクを起動し、荷重値の監視を開始する(ステップS51)。
5)イベント受信
荷重監視タスクから、ロードセルの荷重値が0から変化した時(ステップS52)や、指定荷重を大幅にオーバした荷重を検知した時(ステップS53)など、エラー判定を行う時にイベント通知を受信する(ステップS45)。
6)Z軸高さ取得
エラー判定を行うため、イベント受信時のZ軸高さを取得する(ステップS46)。
7)エラー判定
部品種や部品外形寸法等を使用し、エラー判定を行う(ステップS47)。
エラー判定条件の詳細は表1に示す。
8)加圧時間経過
指定荷重時間の加圧動作が完了するまで上記1)〜8)の処理を繰り返す(ステップS48)。
9)荷重監視終了イベント発行
指定荷重時間の加圧動作が完了したら荷重監視タスクに終了イベントを発行し、荷重動作を終了する(ステップS49)。
10)エラー処理
荷重エラー時のエラー処理を実行する(ステップS50)。
1) Start of lowering the Z-axis to the second height Lowers to the second Z-height immediately before starting to contact the “2” substrate surface in FIG. 5 of Embodiment 1 (step S41).
2) Load value acquisition The load value of the load cell is acquired before switching the motor speed and gain at the second Z height (step S42).
3) Load value determination When a load is applied to the load cell at the second Z height, an error occurs because a correct part is already in contact or a correct load value cannot be acquired (step S43).
4) Load operation start The motor speed and gain are changed, and the descent operation is started (step S44).
A load monitoring task for monitoring the load value of the load cell in real time is started, and monitoring of the load value is started (step S51).
5) Event reception When a load monitoring task detects an error such as when the load cell load value has changed from 0 (step S52) or when a load significantly exceeding the specified load is detected (step S53). Is received (step S45).
6) Acquisition of Z-axis height In order to perform error determination, the Z-axis height at the time of event reception is acquired (step S46).
7) Error determination Error determination is performed using the component type, component outer dimensions, and the like (step S47).
Details of the error determination conditions are shown in Table 1.
8) Pressurization time elapses The above processes 1) to 8) are repeated until the pressurization operation for the specified load time is completed (step S48).
9) Issuance of load monitoring end event When the pressurizing operation for the specified load time is completed, an end event is issued to the load monitoring task, and the load operation is ended (step S49).
10) Error processing Error processing at the time of load error is executed (step S50).

Figure 0005638978
Figure 0005638978

本発明によれば、実施形態1により得られる効果に加えて、モータの軸座標管理に誤差が生じないことにより、部品種や外形寸法などから用途にあったエラー判定が可能になるという効果を発揮できる。   According to the present invention, in addition to the effect obtained by the first embodiment, since no error occurs in the motor axis coordinate management, an error determination suitable for the application can be made based on the component type, outer dimensions, and the like. Can demonstrate.

<発明の概要6>
本発明は、Z軸モータの電流値から印加荷重を検出し、Z軸モータを制御することにより部品を基板に押し付けることで印加荷重を制御する加圧制御ヘッドにおいて、予め記憶していたZ軸座標に対するコギングトルクを加圧動作時に補正値として使用することにより、加圧搭載時の加圧精度を向上させることを可能としたものである。
さらに、コギングトルクの大きさをZ軸座標に応じて記憶する。
また、Z軸モータの電流値をZ軸座標またはZ軸モータの回転角度に応じて補正し、コギングトルクの影響を低減することで、加圧搭載時の加圧精度を向上させることを可能とする。
また、加圧動作時にコギングトルクの補正値として使用する補正値を、軸ゲインや動作速度を加圧搭載時と同じ状態にして取得することにより、補正値の精度を向上させ加圧搭載時の加圧精度を向上させることを可能とする。
また、加圧搭載時の動作ゲインや動作方法の違いによるコギングトルクの変化を、記憶領域に保存されたコギングトルクデータを使用し、補正式による変換を行うことで、動作状態の変化によるコギングトルクの変化を吸収し、高精度での加圧搭載を維持することを可能とする。
<Summary 6>
The present invention detects a load applied from a current value of a Z-axis motor, and controls a Z-axis motor to control the applied load by pressing a component against a board to control the Z-axis stored in advance. By using the cogging torque with respect to the coordinates as a correction value during the pressurizing operation, it is possible to improve the pressurization accuracy when the pressurization is mounted.
Furthermore, the magnitude of the cogging torque is stored according to the Z-axis coordinates.
In addition, by correcting the current value of the Z-axis motor according to the Z-axis coordinates or the rotation angle of the Z-axis motor and reducing the influence of cogging torque, it is possible to improve the pressurization accuracy during pressurization mounting. To do.
In addition, the correction value used as the correction value for cogging torque during the pressurization operation is acquired with the shaft gain and operating speed in the same state as when the pressurization is mounted, so that the accuracy of the correction value is improved and The pressurization accuracy can be improved.
In addition, the cogging torque change due to the difference in operating gain and operating method during pressure mounting is converted by the correction formula using the cogging torque data stored in the storage area, so that the cogging torque due to the change in operating state This makes it possible to maintain the pressure mounting with high accuracy.

(課題)
前述した実施形態1の荷重検出手段を用いずに加圧搭載を行うヘッド構成例において、Z軸可動部とZ軸モータをボールねじを介して直結にすることで、電子部品への印加荷重がモータにダイレクトに伝わるようにしている。
これにより、部品とモータ間の印加荷重の誤差発生部はボールねじとクロスローラガイドに限定され、これらの摺動抵抗を低減することにより、部品とモータ間の誤差が小さくなり、低荷重領域での加圧搭載が実現可能となる。
また、サーボモータはモータ動作時の内部抵抗となるコギングトルクを持っており、一般的には定格トルクの5%〜10%程度とされている。
Z軸可動部は高速で動作することを前提とした設計がされているため、通常の高速動作時の動作トルクが100%になるようなモータ選定がされている。
上記構造の加圧ヘッドでは、低荷重の加圧を行う場合に、モータの動作トルクを10%以下に低下させることがある。このように低出力領域で使用するとコギングトルクの影響を受け、正しい加圧動作が行えない問題が発生する。
(Task)
In the head configuration example in which pressure mounting is performed without using the load detection unit of the first embodiment described above, the load applied to the electronic component can be reduced by directly connecting the Z-axis movable part and the Z-axis motor via a ball screw. It is transmitted directly to the motor.
As a result, the error generating part of the applied load between the component and the motor is limited to the ball screw and the cross roller guide, and by reducing these sliding resistances, the error between the component and the motor is reduced, and in the low load region. It becomes possible to implement the pressure mounting.
Further, the servo motor has a cogging torque that becomes an internal resistance during motor operation, and is generally about 5% to 10% of the rated torque.
Since the Z-axis movable part is designed on the assumption that it operates at high speed, the motor is selected such that the operating torque during normal high-speed operation is 100%.
In the pressure head having the above structure, the operating torque of the motor may be reduced to 10% or less when a low load is applied. As described above, when used in a low output region, there is a problem that correct pressurizing operation cannot be performed due to the influence of cogging torque.

本発明では、モータのトルク値を参照し、加圧搭載を行う制御においてモータのコギングトルクの影響を排除し、低荷重領域での加圧搭載動作の実現と、全ての荷重領域においてコギングトルクを加圧精度を向上するための手段を提案する。   In the present invention, referring to the torque value of the motor, the influence of the cogging torque of the motor is eliminated in the control for performing the pressure mounting, the pressure mounting operation in the low load region is realized, and the cogging torque is applied in all the load regions. A means for improving the pressurization accuracy is proposed.

(実施形態6)
前述したヘッド構成において、加圧搭載時と同じ条件でZ軸を一定速度で下降させたときの電流値波形を図26に示す。
Z軸を一定速度で下降させているため、電流値は一定値となるはずのものがコギングトルクによる影響で周期的に電流値に変動が起きている事がわかる。図26の波形は2回分の測定結果を示すものであるが、1回目と2回目の測定結果には差異が無く安定している。
なお、コギングトルクが経時変化しない特性である事は周知である。
図26で使用したモータの場合、電流値の変動幅は定格トルクの−2%〜+1%となっており、この変動幅を荷重値に換算するとおおよそ3N程度の幅で電流値が振動していることになる。
これは、加圧搭載時には3N程度の誤差を伴うことになることを示している。
(Embodiment 6)
FIG. 26 shows a current value waveform when the Z-axis is lowered at a constant speed under the same conditions as in the pressure mounting in the head configuration described above.
Since the Z-axis is lowered at a constant speed, it can be seen that the current value that is supposed to be a constant value periodically varies in the current value due to the influence of the cogging torque. The waveform in FIG. 26 shows the measurement results for the second time, but the first and second measurement results are stable with no difference.
It is well known that the cogging torque does not change with time.
In the case of the motor used in FIG. 26, the fluctuation range of the current value is -2% to + 1% of the rated torque. When this fluctuation range is converted into a load value, the current value vibrates with a width of about 3N. Will be.
This indicates that an error of about 3N is involved when pressure is loaded.

本発明では、これらのコギングトルク値を予め取得し、加圧搭載時のZ軸高さに応じてコギングトルクの影響を補正することで、高精度な加圧搭載を実現する。   In the present invention, these cogging torque values are acquired in advance and the influence of the cogging torque is corrected according to the Z-axis height at the time of pressure mounting, thereby realizing high-precision pressure mounting.

<対象モータのコギングトルク取得処理>
ヘッド部の組付け調整段階で、モータのコギングトルク値の取得を行う。コギングトルク値の取得は、加圧動作時により近いゲイン設定、動作状態で行う。
<Cogging torque acquisition process for the target motor>
The cogging torque value of the motor is acquired at the head assembly adjustment stage. The cogging torque value is acquired at a gain setting and operating state that is closer to that during the pressurizing operation.

コギングトルク値の取得シーケンスは図27のようになる。   The cogging torque value acquisition sequence is as shown in FIG.

1)荷重ノズルを装着する(ステップS61、ステップS62)。
2)加圧搭載範囲の上限高さへ移動し、軸ゲインを加圧搭載用ゲインに変更する(ステップS63、ステップS64)。
加圧搭載範囲内のデータを取得するため、加圧搭載範囲の上限高さを測定開始高さとする(ステップS65)。
3)Z軸を任意の移動量(10μm)下降させ、軸移動完了後、電流値の整定を待って現在座標値とその時の電流値を取得する(ステップS66)。
軸座標は、摺動抵抗を考慮し指令座標ではなく実座標とする。
4)取得した現在座標と電流値を内部テーブルに保存する(ステップS67)。
5)前述した3)、4)を加圧搭載範囲の下限高さまで繰り返す(ステップS68)。
6)前述した2)〜5)を複数回(5回)行う(ステップS69)。
7)内部テーブルの平均値を、各Z軸座標に対するコギングトルク値として採用し、記憶領域に保存する(ステップS70)。
1) A load nozzle is mounted (step S61, step S62).
2) Move to the upper limit height of the pressure mounting range and change the shaft gain to the pressure mounting gain (step S63, step S64).
In order to acquire data within the pressure mounting range, the upper limit height of the pressure mounting range is set as the measurement start height (step S65).
3) Lower the Z-axis by an arbitrary movement amount (10 μm), and after completion of the axis movement, wait for the current value to settle, and obtain the current coordinate value and the current value at that time (step S66).
The axis coordinates are not actual coordinates but actual coordinates in consideration of sliding resistance.
4) The acquired current coordinates and current value are stored in the internal table (step S67).
5) The above-mentioned 3) and 4) are repeated until the lower limit height of the pressure mounting range (step S68).
6) The above-described 2) to 5) are performed a plurality of times (5 times) (step S69).
7) The average value of the internal table is adopted as the cogging torque value for each Z-axis coordinate and stored in the storage area (step S70).

以後、記憶領域に保存された、上限高さから下限高さまでのZ軸座標とコギングトルク値のデータ郡をコギングトルクテーブルと呼ぶ。   Hereinafter, the data group of the Z-axis coordinates from the upper limit height to the lower limit height and the cogging torque value stored in the storage area is referred to as a cogging torque table.

<加圧搭載動作時処理>
加圧搭載動作時は、加圧搭載範囲上限高さまで高速でZ軸を下降させ、ゲインの切り替えを行う。その後、加圧搭載用の動作プロファイルで下降を行い、基板への当接検知や目標荷重での加圧動作を行う。
一定周期でモータ電流値とZ軸座標をサンプリングし、サンプリングしたZ軸座標に応じたコギングトルク値を記憶領域に保存されているコギングトルクテーブルより選択し、取得した電流値からコギングトルクの影響分を除外した物を実印加荷重とする。
補正するコギングトルク値はコギングトルクテーブルのZ軸座標と加圧搭載時の実座標から近似座標の直線補完により算出する。
このことにより、全ての加圧領域においてコギングトルクの影響が除外できるため、加圧精度が向上できる。
<Processing during pressure loading operation>
During the pressure mounting operation, the Z axis is lowered at high speed to the upper limit height of the pressure mounting range, and the gain is switched. After that, the pressure is lowered with an operation profile for pressure mounting, and contact with the substrate is detected and a pressure operation with a target load is performed.
The motor current value and the Z-axis coordinate are sampled at a fixed period, the cogging torque value corresponding to the sampled Z-axis coordinate is selected from the cogging torque table stored in the storage area, and the influence of the cogging torque is determined from the acquired current value. The thing excluding is used as the actual applied load.
The cogging torque value to be corrected is calculated by linear interpolation of approximate coordinates from the Z-axis coordinates of the cogging torque table and the actual coordinates when mounted with pressure.
As a result, the influence of cogging torque can be excluded in all the pressurizing regions, so that pressurization accuracy can be improved.

<軸状態による補正処理>
加圧搭載動作は、低荷重領域から高荷重領域までの加圧搭載を対象としている。
そのため、低荷重領域時と、高荷重領域時では、ゲイン設定や動作プロファイル、動作シーケンスが異なってくる。
<Correction process according to axis condition>
The pressure mounting operation is intended for pressure mounting from a low load region to a high load region.
Therefore, the gain setting, the operation profile, and the operation sequence differ between the low load region and the high load region.

図28に軸の動作ゲインを変更して同じ電流波形を取得した結果を示す。
波形の周期は変化していないが、荷重ゲイン時と比較すると、通常ゲイン時の波形は振幅が大きくなっている。
FIG. 28 shows the result of obtaining the same current waveform by changing the operating gain of the shaft.
Although the period of the waveform does not change, the amplitude of the waveform at the normal gain is larger than that at the load gain.

同様に、図29は軸の状態変化による電流値の変化を示している。   Similarly, FIG. 29 shows a change in current value due to a change in the state of the shaft.

「1」部は軸ゲインを高速動作時の設定から加圧搭載時のゲインに切り替えた際の電流値変化である。
ゲイン切り替えは軸を停止状態(サーボロック状態)で行っている。
「2」部は加圧搭載時のゲインで軸動作を開始した時の電流値変化である。
停止時の電流値から駆動電流分変化があり、定速状態になるとコギングの影響が出ていることを示している。
“1” indicates a change in the current value when the shaft gain is switched from the setting at the time of high speed operation to the gain at the time of pressure mounting.
Gain switching is performed while the axis is stopped (servo locked).
“2” indicates a change in the current value when the shaft operation is started with the gain at the time of pressure mounting.
There is a change corresponding to the drive current from the current value at the time of stoppage, and it is shown that the influence of cogging appears when the constant speed state is reached.

このように、動作時のゲインや、電流時の取得タイミングによって取得されるコギングトルク値は変化する。
これらの変化の影響を排除するために、軸状態別のコギングトルク算出パラメータを使用する。
Thus, the cogging torque value acquired by the gain at the time of operation and the acquisition timing at the time of current changes.
In order to eliminate the influence of these changes, a cogging torque calculation parameter for each shaft state is used.

算出パラメータの例を表2に示す。   Examples of calculation parameters are shown in Table 2.

Figure 0005638978
Figure 0005638978

算出パラメータは、コギングトルク波形の伸縮係数(A)と、シフト量(B)からなり、調整工程で取得したコギングトルクテーブル値に対して一次式Y=AX+Bの形で算出する。
この算出パラメータを使用することにより、コギングトルクテーブルの取得方法を変更したり、コギングテーブルを状態別に複数記憶することなく、動作ゲインや動作シーケンスの変更に対応することが可能となる。
The calculation parameter includes a cogging torque waveform expansion / contraction coefficient (A) and a shift amount (B), and is calculated in the form of a primary expression Y = AX + B with respect to the cogging torque table value acquired in the adjustment process.
By using this calculation parameter, it is possible to cope with changes in the operation gain and operation sequence without changing the method for obtaining the cogging torque table or storing a plurality of cogging tables for each state.

<計算式によるコギングトルク補正処理>
上記実施例では、全ての加圧搭載範囲に対してコギングトルク値を取得し、コギングトルクテーブルから近似値を取得する方法で行ってきたが、計算による取得方法も可能である。
<Cogging torque correction process using calculation formula>
In the above embodiment, the cogging torque value is acquired for all the pressure mounting ranges, and the approximate value is acquired from the cogging torque table. However, an acquisition method by calculation is also possible.

前述の通り、コギングトルクは摺動抵抗が少ない場合、モータの内部構造がそのままコギングトルクの周期として出てくるため、モータ1回転分のデータと、Z軸高さに対するモータの位置情報(回転角度情報)を保持するだけで適切なコギングトルク値の算出が可能となり、保持するデータ数を減らしコギングトルク値の検索時間の短縮が図れる。   As described above, when the cogging torque has a small sliding resistance, the internal structure of the motor comes out as it is as the period of the cogging torque, so the data for one rotation of the motor and the position information (rotation angle of the motor with respect to the Z-axis height). It is possible to calculate an appropriate cogging torque value simply by holding (information), reducing the number of data to be held and shortening the search time for the cogging torque value.

図26のモータが1回転したときにコギングトルクが4周期となるモータの場合の計算による取得方法は、各周期のコギングトルク値をテーブル[4][データ数]、基点となる周期の頂点が取得されたZ軸座標をZ1、コギング周期をT、コギングトルクを取得したZ座標をZ0とすると、
オフセット値A =(Z1÷(T×4)の余り値)−(T×4)
適用周期番号(テーブル番号)=(Z0−A)÷Tの解
データ番号 = (Z0−A)÷Tの余り値をテーブルデータの刻み幅で割った値
となり、テーブル[テーブル番号][データ番号]のデータが補正するコギングトルク値となる。
The acquisition method by calculation in the case of a motor in which the cogging torque becomes four cycles when the motor of FIG. 26 makes one rotation is as follows. The cogging torque value of each cycle is represented by table [4] [number of data], and the apex of the cycle serving as the base point is If the acquired Z-axis coordinate is Z1, the cogging cycle is T, and the Z-coordinate from which the cogging torque is acquired is Z0,
Offset value A = (Remainder value of Z1 ÷ (T × 4)) − (T × 4)
Applicable cycle number (table number) = (Z0-A) ÷ T solution Data number = (Z0-A) ÷ the remainder of T divided by the step size of table data, table [table number] [data number ] Is the cogging torque value to be corrected.

上記計算式の取得フローを図30に示す。   The acquisition flow of the above calculation formula is shown in FIG.

すなわち、テーブルを用意してから(ステップS81)、コギングトルクテーブルを周期ごとに分割し(ステップS82)、その分割したデータを順番にテーブルに保存する(ステップS83)。
そして、周期(テーブル)ごとに平均値を算出して(ステップS84)、適用テーブル検索式を算出する(ステップS85)。
That is, after preparing the table (step S81), the cogging torque table is divided for each period (step S82), and the divided data are stored in the table in order (step S83).
Then, an average value is calculated for each period (table) (step S84), and an application table search formula is calculated (step S85).

例)
コギングトルク周期を1.5mm、データの刻みが10μm、Z1の値が33mmの時、2mm時のコギングトルク値は
A=33mm÷(1.5mm×4)= 5…3−(1.5mm×4)
よってA=−3mm
テーブル番号=((2mm−(−3mm)) ÷ 1.5 = 3…1
よってテーブル番号=3
データ番号=1mm÷10μm =100
よってテーブル[3][100]に保存されているトルク値を補正値として使用する。
また、データの刻み幅が大きい場合は前後のデータで直線補完することも可能である。
さらに、精度的には劣るがコギングトルク値をY値、Z軸座標をX値とした多次元式に変換して記憶することも可能である。
Example)
When the cogging torque cycle is 1.5 mm, the data increment is 10 μm, and the value of Z1 is 33 mm, the cogging torque value at 2 mm is A = 33 mm ÷ (1.5 mm × 4) = 5... 3- (1.5 mm × 4)
Therefore A = -3mm
Table number = ((2mm-(-3mm)) ÷ 1.5 = 3 ... 1
So table number = 3
Data number = 1mm ÷ 10μm = 100
Therefore, the torque values stored in the tables [3] and [100] are used as correction values.
Further, when the data step size is large, it is possible to complement the line with the preceding and succeeding data.
Furthermore, although it is inferior in accuracy, it can be converted into a multidimensional expression having a cogging torque value as a Y value and a Z-axis coordinate as an X value and stored.

以上述べたように、本発明によれば、以下に列挙する効果が得られる。
1)コギングトルクの大きさに関わらず、低荷重領域での加圧搭載動作が実現可能となる。
2)コギングトルクの影響を排除し、高精度な加圧搭載動作が実現可能となる。
3)動作ゲインや動作状態の切り替えによって、発生するコギングトルク値に変化があっても動的にコギングトルク値を計算することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the effects listed below can be obtained.
1) A pressure mounting operation in a low load region can be realized regardless of the magnitude of the cogging torque.
2) The influence of the cogging torque is eliminated, and a highly accurate pressure mounting operation can be realized.
3) The cogging torque value can be dynamically calculated even if there is a change in the generated cogging torque value by switching the operation gain or the operation state.

1 マウンタ装置
10 基板
13 搭載ヘッド部(加圧制御ヘッド)
131 吸着ノズル
132 衝撃緩衝ばね
18 電子部品
23 サーボモータ
1 Mounter Device 10 Substrate 13 Mounting Head (Pressure Control Head)
131 Adsorption nozzle 132 Impact buffer spring 18 Electronic component 23 Servo motor

Claims (3)

部品を吸着するノズルの高さを位置決めするサーボモータと、ノズルが吸着した部品を基板に押し付ける荷重を制御できる加圧制御ヘッドとを備えるマウンタ装置であって、
前記サーボモータを、前記ノズルが部品を基板に加圧する加圧源としても利用し、
前記サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標の差によって生じる当該サーボモータの発生出力トルクにより加圧圧力を可変とし、
前記発生出力トルクを、前記サーボモータの設定荷重に対応したゲインを設定することで調節することを特徴とするマウンタ装置の加圧制御ヘッド。
A mounter device comprising a servo motor that positions the height of a nozzle that sucks a component, and a pressure control head that can control a load pressing the component sucked by the nozzle against a substrate,
The servo motor is also used as a pressurizing source for the nozzle to press the component against the substrate,
The pressurization pressure is variable by the generated output torque of the servo motor generated by the difference between the command level logical coordinate and the actual coordinate of the servo motor ,
The pressure control head of a mounter apparatus, wherein the generated output torque is adjusted by setting a gain corresponding to a set load of the servo motor .
部品を吸着するノズルの高さを位置決めするサーボモータと、ノズルが吸着した部品を基板に押し付ける荷重を制御できる加圧制御ヘッドとを備えるマウンタ装置であって、
前記サーボモータを、前記ノズルが部品を基板に加圧する加圧源としても利用し、
前記サーボモータの指令レベル論理座標と実際座標の差によって生じる当該サーボモータの発生出力トルクにより加圧圧力を可変とし、
前記発生出力トルクを、前記サーボモータの位置フィードバックゲインを含む制御パラメータに基づいて可変とするようにしたことを特徴とするマウンタ装置の加圧制御ヘッド。
A mounter device comprising a servo motor that positions the height of a nozzle that sucks a component, and a pressure control head that can control a load pressing the component sucked by the nozzle against a substrate,
The servo motor is also used as a pressurizing source for the nozzle to press the component against the substrate,
The pressurization pressure is variable by the generated output torque of the servo motor generated by the difference between the command level logical coordinate and the actual coordinate of the servo motor,
The pressure control head of a mounter apparatus, wherein the generated output torque is variable based on a control parameter including a position feedback gain of the servo motor .
前記制御パラメータは、積分補償型ゲインパラメータの有効性を低く設定したものであることを特徴とする請求項に記載のマウンタ装置の加圧制御ヘッド。 The pressure control head of the mounter apparatus according to claim 2 , wherein the control parameter is obtained by setting the effectiveness of the integral compensation gain parameter to be low .
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