JP2000269692A

JP2000269692A - 基板の反り検出方法とこれを用いた部品装着方法および装置

Info

Publication number: JP2000269692A
Application number: JP11069870A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takeda; 健武田; Kazuyuki Nakano; 和幸中野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】部品を高速に装着する設備および機構だけ
で、部品を装着する基板の反りを検出でき、それに対応
した適正な部品の装着ができるようにする。【解決手段】部品取り扱いツール３を装備した装着ヘ
ッド４の移動によって、部品取り扱いツールの上下動を
伴い部品供給位置５で供給される部品１を保持してピッ
クアップし、部品装着位置６で保持している部品をそこ
に位置決めされている基板上の所定位置に装着する動作
を利用して、部品取り扱いツールを前記位置決めされた
基板２上の所定位置に押し当てたときの下動位置によっ
て、基板上の押し当て位置の高さを検出し、検出した高
さから基板の反りを判定し、部品の装着は前記判定した
各装着位置での基板の反り量に応じて装着高さを補正し
て行なうようにして、上記の目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種の部品を基板に
装着して中間製品や最終製品を作り上げる場合の基板の
反り検出方法とそれを用いた部品の装着方法および装置
に関し、例えば、電子部品類を回路基板に実装し、また
は実装のために仮装着して電子回路基板を製造するのに
利用される。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を回路基板に装着するのに従
来、図１２の（ａ）に示すような部品実装装置が用いら
れ、電子部品ａを保持して取り扱う吸着ノズルｂ１やチ
ャックなどの部品取り扱いツールｂを、部品取り扱い手
段ｄの装着ヘッドｃに上下動機構ｉを介して上下動でき
るように装備し、装着ヘッドｃの部品取り扱い手段ｄに
よる移動で、部品取り扱いツールｂの上下動を伴い部品
供給位置ｅでは供給される電子部品ａを保持してピック
アップし、部品装着位置ｆでは保持している電子部品ａ
をそこに基板取り扱い手段ｇによって搬入され位置決め
されている回路基板ｋ上の所定位置に装着することを順
次に繰り返して行い、必要な電子部品ａを装着した電子
回路基板を製造している。

【０００３】部品取り扱い手段ｄと基板取り扱い手段ｇ
とは、互いに同一の高さ基準を持つように設計され、ま
たは設置され、あるいは調整される。従って、回路基板
ｋの位置決め状態での基準高さと、吸着ノズルｂ１の下
端に吸着保持した電子部品ａの厚み寸法とのデータによ
って、部品取り扱いツールｂのその時々に装着すべき電
子部品ａの種類に応じた下動位置、つまり電子部品ａを
回路基板ｋに装着するときの最適な装着高さが決まる。
これに基づく部品取り扱いツールｂの高さ制御により、
電子部品ａの装着不良、例えば挿入部品の挿入量不足、
回路基板ｋに塗布された仮装着用のクリーム半田や接着
剤への圧着不足、あるいは電極間の接合不足、過剰押圧
による半田崩れ、電子部品ａの破損などが生じるのを回
避することができる。

【０００４】ところで、回路基板ｋに反りが生じている
ことがある。反りの有無や向き、反り量は一定していな
い。これに対応するのに従来、部品装着位置ｆに位置決
めする回路基板ｋは、その相対向する両辺ｋ１、ｋ２を
クランプレールｍにより図１２の（ｂ）（ｃ）に示す破
線の状態から実線の状態に矢印の方向にクランプして上
下方向に位置規正し、電子部品ａの精度よい装着ができ
るように配慮している。この位置規正によって回路基板
ｋは例えば図１２の（ｂ）に示す破線の状態から実線の
状態に、反りは矢印方向にある程度矯正される。また、
回路基板ｋの反りが図１２の（ｃ）に破線で示すように
下向きであるようなときは、上記のようにクランプした
回路基板ｋをサポートピンｎなどにて所定高さに下方か
らサポートすることにより、実線で示す状態に反りを矯
正することができる。しかし、上向きの反りは矯正し切
れず残ってしまうし、反りの残る量は一定しない。従っ
て、電子部品ａの微小化や高精度化により強度が低下す
るなか、より高精度な装着が要求されている近時ではな
お、問題である。

【０００５】そこで、図１２の（ａ）に示すように上下
動手段ｉと吸着ノズルｂ１との間に、電空レギュレータ
ｊを設けている。電空レギュレータｊは上下動機構ｉに
より吸着ノズルｂ１を下動させて電子部品ａを回路基板
ｋ上に装着するときの圧力を、電気信号により制御でき
るもので、回路基板ｋの反りの有無や反り量に対応して
常に一定の圧力のもとに適正な装着ができる。

【０００６】一方、回路基板ｋの反り量を測定するセン
サを別途設けて、検出された反り量を基に吸着ノズルｂ
１の部品装着高さを補正することも行なわれている。こ
れによっても、回路基板ｋの反りの有無や反り量に対応
して常に一定の圧力のもとに適正な装着ができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図１２の
（ａ）に示す方法では、吸着ノズルｂ１の電空レギュレ
ータｊによる上下動がゆっくりした動きになるので、部
品装着のタクトが長くなり生産性が低下する。また、測
距センサなどにより測定する方法は、センサを別に設け
る設備上のスペースや、センサないしは基板を移動させ
るための機構および別駆動源が必要になるなど、制約が
多く高価にもなる。

【０００８】本発明の目的は、部品を高速に装着する設
備および機構だけで、部品を装着する基板の反りを検出
でき、それに対応した適正な部品の装着ができる基板の
反り検出方法とこれを用いた部品の装着方法および装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の基板の反り検出方法は、部品を保持する
部品取り扱いツールを装備した装着ヘッドの移動によっ
て、部品取り扱いツールの上下動を伴い部品供給位置で
供給される部品を保持してピックアップし、部品装着位
置で保持している部品をそこに位置決めされている基板
上の所定位置に装着する動作を利用した、疑似装着動作
で、部品取り扱いツールを前記位置決めされた基板上の
所定位置に直接または保持した部品を押し当てたときの
下動位置によって、基板上の押し当て位置の高さを検出
し、検出した高さから基板の反り量を判定することを主
たる特徴としている。

【００１０】これによって、部品取り扱いツールを装備
した装着ヘッドの移動で、部品取り扱いツーツの上下動
を伴い、部品供給位置で供給される部品を保持してピッ
クアップし、部品装着位置で保持している部品をそこに
位置決めされている基板上の所定位置に装着する、通常
の部品装着動作を利用して基板に部品取り扱いツールを
直接または保持した部品を介し当接させたときの装着ヘ
ッド上で一義的に決まる高さから、基板上の押し当て位
置の高さを検出することにより、基板の反りを判定する
ことができ、基板の反りを検出するための特別な機器や
移動機構、駆動機構およびそれらを設置するためのスペ
ースが不要でコスト上昇の原因にならないし、基板の反
りの有無や反り量に応じて当接圧を常に一定に保つ電空
レギュレータのような特別な昇降手段が必要なために部
品装着のタクトが長くなって生産性が低下するようなこ
とを回避できる。

【００１１】位置決め位置にある基板の相対向する２辺
を上下方向にクランプして所定高さに位置規正し、基板
の位置規正しない他の２辺のほぼ中央位置の高さを検出
し、検出した高さと、位置規正した基板の基準高さと、
前記位置規正しない他の２辺の長さから、基板の全体の
反りを判定すると、基板の２辺は基準位置に位置規正し
て反り判定に位置基準を与えて判定精度を高めることが
できるとともに、前記２辺の方向には前記位置規正によ
って基板の反りをある程度矯正して、基板の部品装着に
供する場合の反りの形態を単純化し、上記２点での反り
の検出結果から基板の全体の反りを判定することがで
き、反りの判定が簡単な操作で短時間に行える。場合に
よっては、基板のほぼ中央１点で検出した高さと、位置
規正した基板の基準高さと、基板の大きさから、基板の
全体の反りを判定することもでき、さらに単純化するこ
とができる。

【００１２】部品取り扱いツールは、装着ヘッド上でボ
イスコイルモータにより上下動させ、部品取り扱いツー
ルの基板への押し当て状態をボイスコイルモータの駆動
電流の変化によって判定し、この判定時点のボイスコイ
ルモータの位置によって基板の前記押し当て点の高さを
検出するようにすると、部品装着動作、これを利用した
反りの判定のための動作は、ボイスコイルモータによる
高速度な上下動によって基板との衝突などなく短いタク
トで達成しながら、ボイスコイルモータの駆動電流の変
化で部品取り扱いツールの基板への当接を正確に判定
し、そのときのボイスコイルモータの上下動位置から基
板の基準位置などに対する当接位置の高さおよび反りを
正確に判定することができる。

【００１３】本発明の部品の装着方法は、部品の実装着
動作に先立って、前記のような疑似装着動作を行ない、
部品取り扱いツールを前記位置決めされた基板上の１つ
または複数の位置に直接または保持した部品を介し押し
当てたときの下動位置によって、基板上の各押し当て位
置の高さを検出し、検出した１つまたは複数の位置での
高さから基板の全体の反りを判定し、反り量が所定値以
下のときだけ装着動作に移行して部品の装着を行ない、
所定値を上回ったときは装着動作を行わないことを主た
る特徴としている。

【００１４】これにより、基板の反りの有無や反り量に
よって部品が適正に装着できないときの部品の装着が未
然に回避でき、基板や部品および部品の装着が無駄にな
るようなことを防止することができる。

【００１５】前記のような部品装着動作を利用して基板
の全体の反りを判定した後、実装着動作に移行して各装
着位置での基板の反り量に応じて装着高さを補正し部品
の装着を行なうこともできる。これによれば、反りの形
態や反り量に対応した装着高さの補正によって、基板の
反りの影響なしに各部品を確実に、かつ押圧の過不足な
く高精度に装着することができる。

【００１６】このような反りの判定は、上記のように部
品を保持しない部品取り扱いツールによる疑似装着動作
で行ってもよいし、部品の実際に装着する実装着動作で
行ってもよく、部品の実装着動作の際は部品取り扱いツ
ールが取り扱う部品の基板との装着位置を見ればよいこ
とになる。この場合、反りの判定は、部品を保持した吸
着ノズルを基板の反りの特徴点に当接させて装着動作す
るときの、部品を装着するときに下動される装着高さ
を、基板の基準高さからの許容できる基板の反り量に対
し、装着する部品の厚さを加えて設定することで行い、
この装着高さへの移動途中で吸着ノズルが停止したと
き、基板の反り量が許容値を上回っているとして部品の
装着を中止し、それ以外は部品の装着を行うとともに、
この装着した部品の装着高さのデータと前記特徴点を示
す反りの特徴から以降の部品の装着高さを補正して部品
の装着を続行する。このようにすると、一点目の部品の
実装着の折りに基板の反りを判定する操作をするだけ
で、それ以降は反りの判定なしに装着高さを補正しなが
ら部品の装着ができる。

【００１７】上記のような部品の装着方法を実現する部
品装着装置としては、所定の部品を部品供給位置に供給
する部品供給部と、基板を部品装着位置に位置決めして
部品の装着に供する基板取り扱い手段と、部品を保持す
る部品取り扱いツールを装備した装着ヘッドを移動させ
て、部品取り扱いツールの上下動を伴い部品供給位置で
供給される部品を保持してピックアップし、部品装着位
置で保持している部品をそこに位置決めされている基板
上の所定位置に装着する動作を行う部品取り扱い手段
と、部品の種類ごとの装着位置や適正な装着高さなどの
実装データを含みあるいは必要に応じて読みだして利用
しながら部品の装着を行う装着プログラムと、これを利
用した装着動作によって前記反り検出動作を行う反り検
出プログラムとを格納しておくプログラムメモリと、格
納されたプログラムを必要な外部データを取り込みなが
ら実行するコントローラと、反り検出によって基板上の
１つあるいは複数の位置につき検出される基板の高さを
記憶する手段、記憶手段に記憶された１つまたは複数の
高さから基板の全体の反りを演算して判定する判定手
段、および判定結果に基づいて部品が装着されるときの
装着高さを補正する補正手段を備えたものであれば足
り、上記のような基板の反りの判定、およびそれに基づ
く装着高さを補正しての部品の装着動作を、自動的に安
定して達成することができる。

【００１８】本発明のそれ以上の目的および特徴は、以
下の詳細な説明および図面の記載によって明らかにな
る。本発明の各特徴は、可能な限りにおいてそれ単独
で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の基板の反り検出方
法と、これを用いた部品の装着方法および装置に係る実
施の形態について、その実施例とともに図１〜図１１を
参照しながら説明し、本発明の理解に供する。

【００２０】本実施の形態は図１に示すように、部品の
一例としての電子部品１を、基板の一例としての回路基
板２に実装して電子回路基板を製造する場合の一例であ
る。

【００２１】しかし、本発明はこれに限定されるような
ことなく、各種の部品を板状をした各種の基板に実装ま
たは仮装着して各種の半製品、完成品を製造する場合の
全般に適用して有効である。

【００２２】本実施の形態の基板の反り検出方法は図１
の（ａ）（ｂ）に示す部品実装装置を参照して、電子部
品１を保持する吸着ノズル３ａやチャックなどの部品取
り扱いツール３を装備した装着ヘッド４の移動によっ
て、部品取り扱いツール３の上下動を伴い部品供給位置
５で供給される電子部品１を保持してピックアップし、
部品装着位置６で保持している電子部品１をそこに位置
決めされている回路基板２上の所定位置に移載し装着す
る動作を利用した、疑似装着動作で、部品取り扱いツー
ル３を前記位置決めされた回路基板２上の所定位置に押
し当てたときの下動位置によって、回路基板２上の押し
当て位置の高さを検出し、検出した高さから回路基板２
の反り量を判定する。吸着ノズル３ａは前記電子部品１
のピックアップ、および実装のために、ソレノイドバル
ブ１０の空圧切り替えにより電子部品１を部品供給位置
５で吸着し、部品装着位置６で吸着を解除する。

【００２３】図に示す実施例では、部品取り扱いツール
３はボイスコイルモータ７を上下動手段として装着ヘッ
ド４に支持しており、ボイスコイルモータ７を通電制御
することにより部品取り扱いツール３を上下動させて、
部品供給位置５で上記電子部品１を吸着ノズル３ａによ
り吸着して保持しピックアップすることと、部品装着位
置６で前記保持した電子部品１を回路基板２に実装する
ことと、を行なうようにしてある。

【００２４】ボイスコイルモータ７を駆動して部品取り
扱いツール３を下動させ、この部品取り扱いツール３な
いしはそれに保持した電子部品１が回路基板２に当接す
ると、それ以降の下動を邪魔されることによって駆動電
流が増加する。この駆動電流の増加で上記当接を検出す
ることができるし、そのときのボイスコイルモータ７の
下動位置を検出することによって、回路基板２の位置決
め位置での基準高さとの関係から前記回路基板２の前記
当接位置の高さを判定することができる。

【００２５】具体的には、装着ヘッド４は部品取り扱い
手段２５の一例である例えばＸＹロボットの直行するＸ
Ｙ２方向に駆動するＸ軸１１、Ｙ軸１２によってそのと
きどきに必要なＸ方向位置およびＹ方向位置に移動され
て、部品取り扱いツール３による電子部品１のピックア
ップや実装を行う。一方、回路基板２は基板取り扱い手
段８によって取り扱われ、そのローディング部１３を通
じて部品装着位置６に搬入されて、前記判定および電子
部品１の実装に供される。

【００２６】基板取り扱い手段８の部品装着位置６には
搬入される回路基板２を両側から位置規正して受け入れ
る基板規正レール１４と、一時的に上動などして搬入さ
れてくる回路基板２をその搬入方向の所定位置に停止さ
せるストッパ１５が設けられ、これらによって回路基板
２は平面から見た所定位置に位置決めされる。基板規正
レール１４は固定クランパ１４ａと可動クランパ１４ｂ
とを上下に持ち、前記平面的に位置決めされた回路基板
２の２辺２ａ、２ｂを可動クランパ１４ｂの上動によっ
て固定クランパ１４ａとの間で挟み付けてクランプし、
上下方向に位置規正する。これによって回路基板２は部
品装着位置６において平面的にも上下方向にも所定の位
置に位置決めされる。基板取り扱い手段８は部品装着位
置６での電子部品１の装着が終了したとき、その回路基
板２のクランプを解いてアンローディング部１６を通じ
て搬出する。

【００２７】部品取り扱い手段２５および基板取り扱い
手段８は、互いに同じ高さ基準を持つように設計され、
または設置され、あるいは調整されている。これによっ
て、基板取り扱い手段８により位置決めされた回路基板
２の位置決め高さと、部品取り扱い手段２５の装着ヘッ
ド４による部品取り扱いツール３を上下動させる高さと
は一義的な関係にあり、回路基板２の位置決め状態での
基準高さと、吸着ノズル３ａの下端に吸着保持した電子
部品１の厚み寸法とのデータによって、部品取り扱いツ
ール３のその時々に実装すべき電子部品１の種類に応じ
た下動位置、つまり電子部品１を回路基板２に実装する
ときの最適な実装高さが決まる。また、吸着ノズル３ａ
が位置決めされた回路基板２に当接したときの装着ヘッ
ド４上のボイスコイルモータ７の位置を検出することに
より、回路基板２の吸着ノズル３ａなどの部品取り扱い
ツール３が当接している位置の高さを一義的に検出する
ことができる。

【００２８】そこで、部品取り扱い手段２５および基板
取り扱い手段８による電子部品１の実装動作を利用し
た、疑似実装動作で、部品取り扱いツール３を前記位置
決めされた回路基板２上の所定位置に押し当てたときの
ボイスコイルモータ７の下動位置を検出することによ
り、回路基板２の部品取り扱いツール３が当接している
位置の高さを検出することができ、この検出高さと、回
路基板２の上下方向に位置規正している基準高さとなど
の既知のデータから、回路基板２の部品取り扱いツール
３が当接している位置での、反りの有無と反りの量とを
判定することができる。

【００２９】判定点は回路基板２の電子部品１を実装す
る各位置ごと、あるいは適当な大きさで区分した各エリ
アごと、につき行えばよいが、回路基板２の反りの形態
は１つまたは複数の特徴点での検出情報を近似演算すれ
ば得られ、得られた反りの形態の情報から電子部品１を
実装する各位置での反りの有無と反りの量とが演算で得
られる。これらの演算は部品実装装置の動作制御用のあ
るいはそれと連動した既設のＣＰＵなどを用いた自動制
御装置１７によって高速にかつ高精度に得られる。

【００３０】このように、電子部品１の装着に供される
回路基板２の反りが、特別な機器やその移動設備、およ
び駆動機構などを必要としないで、電子部品１を実装す
る動作の一段階としてのソフト制御だけで検出でき、低
コスト、省スペースで達成することができる。しかも、
ボイスコイルモータ７による部品取り扱いツール３の上
下動速度は高く、回路基板２の当接させていくときの干
渉域で低速に落とすだけで衝突を避けた反りの判定や電
子部品１の実装ができるので、電空レギュレータを用い
る従来の方法に比し生産性が向上する。ボイスコイルモ
ータ７の駆動速度、あるいは部品取り扱いツール３やそ
れが保持した電子部品１を回路基板２に押し当てる圧力
などは、例えば自動制御装置１７によりボイスコイル制
御部１８を通じて行われる。

【００３１】なお、回路基板２の反りの判定は、基板規
正レール１４によって上下方向に位置規正して、図１２
の（ｂ）に実線で示すような反りの矯正がなされた、電
子部品１を実際に装着する状態で行われるので、判定し
た反りの情報をもとに反り量が所定値以下であるときだ
け電子部品１の実実装動作を行い、あるいは、電子部品
１を装着するときの部品取り扱いツール３の下動位置、
つまり実装高さを補正することにより、電子部品１の実
装不良、例えば挿入量不足、回路基板２に塗布された仮
装着用のクリーム半田や接着剤への圧着不足、あるいは
電極間の接合不足、過剰押圧による半田崩れ、電子部品
１の破損などが生じるのを回避することができる。ま
た、位置規正された回路基板２をサポートピン１９など
によって下方から基準高さに支持する動作をしておけ
ば、図１２の（ｂ）に示すような下向きの反りが矯正さ
れた状態になるので、反りへの対応がその矯正された分
だけ不要になる。

【００３２】ところで、上記のような回路基板２の反り
の判定は、部品取り扱い手段２５や基板取り扱い手段８
の具体的な構成や動作方式、部品取り扱い方式、基板取
り扱い方式などの違いに関係なく達成することができる
し、装着ヘッド４での部品取り扱いツール３が回路基板
２に当接した位置、つまり高さを検出するのに、部品取
り扱いツール３が回路基板２に当接したときの圧力や電
流、速度の変化が検出できるような機構、機能、特性を
持った上下動手段を、前記ボイスコイルモータ７に代え
て採用し、それらの変化があったときの上下動手段の高
さから検出することもできる。

【００３３】これを自動的に行う部品実装装置として
は、図１の（ａ）（ｂ）に示すように、電子部品１の種
類ごとの実装位置や適正な実装高さなどの実装データを
含みあるいは必要に応じて読みだして利用しながら電子
部品１の実装を行う実装プログラムと、これによる実実
装動作に先立って疑似実装動作によって前記反り検出動
作を行う反り検出プログラムとを、個別のあるいは１つ
のＮＣプログラムなどとして予め設定して格納しておく
プログラムメモリ２０、ＮＣプログラムを必要な外部デ
ータを取り込みながら実行するコントローラ２１、反り
検出によって回路基板２上の１つあるいは複数の位置に
つき検出される基板高さを記憶する手段としてのメモリ
２２、検出された１つの基板高さ、あるいはメモリ２２
に記憶された１つまたは複数の基板高さから回路基板２
の反り量ないしは反りの形態を演算して判定する判定手
段２３、および判定結果に基づいて電子部品１が実装さ
れるときの実装高さを補正する補正手段２４を備えれば
よく、これらは、自動制御装置１７が採用するＣＰＵな
どの内部機能を利用することができるし、外部装置であ
ってもよい。

【００３４】そのような主な制御の幾つかの実施例につ
いて、図２以下を参照しながら説明する。

【００３５】実施例１本実施例１は回路基板２の反りが電子部品１の実装が可
能かどうかを判定して、可能な場合だけ通常の実装動作
を行う場合の一例である。上記反り量の所定値はそれを
越えれば、電子部品１を実装するのに各電子部品１の種
類ごとに予め設定され、プログラムされた最適実装高さ
を変更しなくてもよい許容値とする場合であり、回路基
板２の反りに対応して電子部品１の実装高さを補正しな
くてよい手法である。

【００３６】図２に示すように、まずステップ＃１で反
りを検出する回路基板２のＸＹ２方向の平面的な寸法Ｘ
ｐ、Ｙｐ、実装する電子部品１の最大寸法Ｄ、ボイスコ
イルモータ７の現時点、つまりスタート時点での電流値
Ｉ_startを取り込む。次のステップ＃２では回路基板２
上で寸法Ｄにより分割されたエリアの座標（Ｘ１、Ｙ
１）〜（Ｘｎ、Ｙｍ）とエリアの分割数ｎ・ｍを算出す
る。ステップ＃３で部品取り扱い手段２５により吸着ノ
ズル３ａをステップ＃２で算出された１つの座標（Ｘ
１、Ｙ１）に対応するエリアにまず位置決めする。

【００３７】続くステップ＃４では、所定の分割座標域
上に位置決めした吸着ノズル３ａを、上向きの最大反り
を配慮した回路基板２に接触する手前まで図３の（ｂ）
に下動線Ａで示すようにやや高速で下動させ一旦位置決
めする。ここでは、１つの座標域で０．２ｍｍの反り量
があり、これが回路基板２の分割された各座標域が連続
する方向に累積すると仮定した最大反り量をＸ方向で見
たＨ−（０．２・ｎ）ｍｍと、Ｙ方向で見たＨ−（０．
２・ｍ）ｍｍとのいずれか高い下動位置とする。

【００３８】ステップ＃５では、回路基板２との衝突を
避けながら、吸着ノズル３ａと回路基板２との接触位置
を探るために、ステップ＃４での位置決め高さから図３
の（ｂ）に下動線Ｂで示すように低速で、下向きの最大
反り量を配慮した回路基板２と確実に接触できる基準高
さＨを所定量越えたより低い位置まで下動させる。ここ
では、Ｈ＋（０．２・ｎ）ｍｍと、Ｙ方向で見たＨ＋
（０．２・ｍ）ｍｍとのいずれか低い下動位置とする。

【００３９】ステップ＃６では、ステップ＃５での吸着
ノズル３ａの下動開始時点ですでにボイスコイルモータ
７の電流値がＩ_Startを越えているようなときは異常で
あるので、ステップ＃１７でのエラー処理に移る。

【００４０】ステップ＃６で異常でなければステップ＃
７の検出遅延処理に入り、吸着ノズル３ａの低速での下
動を開始するときのボイスコイルモータ７の加速時にお
ける、図３の（ａ）に示すような大きな電流の変化Ｉ
_maxを時間Ｔ_W掛けて安定を図り、時間Ｔ_W経過後の定
電流値Ｉ_contを検出しておいた上で、ステップ＃９〜ス
テップ＃１１において、吸着ノズル３ａが回路基板２に
接触したと判定する安定電流値Ｉ_contからの増大電流幅
に関する図３の（ａ）に示すような設定電流値ΔＩ_set
と、時々刻々に検出される現在電流値Ｉ_tとを取り込
み、目標下動位置への移動中かどうかを確認しながら、
低速下動中にΔＩ_set≦Ｉ_t−Ｉ_contが検出されるまで
低速での下動を続ける。途中ΔＩ_set≦Ｉ_t−Ｉ_contが
検出されないのに吸着ノズル３ａの低速下動が確認され
なければステップ＃１７のエラー処理に移る。

【００４１】低速下動中にΔＩ_set≦Ｉ_t−Ｉ_contが検
出されると、吸着ノズル３ａが回路基板２に接触したと
判断してステップ＃１２に移行し、吸着ノズル３ａの下
動を停止するとともに、ボイスコイルモータ７の現在位
置を読み込み回路基板２の吸着ノズル３ａが当接してい
る位置の高さｈ１を検出し、検出後吸着ノズル３ａを図
３の（ｂ）に示す上動線Ｃのように最速で上動させて次
に備える。次いでステップ＃１３で上記の測定が前記分
割された座標（Ｘ１、Ｙ１）〜（Ｘｎ、Ｙｍ）の各エリ
ア全てについての高さｈ１〜ｈｎｍの検出が終了するま
でステップ＃３以下の処理を繰り返し、検出された高さ
ｈ１〜ｈｎｍのｎ・ｍ点のデータをメモリに格納し、ス
テップ＃１４に移行する。

【００４２】ステップ＃１４では、高さｈ１〜ｈｎｍの
最大値ｈｘを検索し、ステップ＃１５でＨ＋０．２＞ｈ
ｘであると、電子部品１を回路基板２に所定量押し込ん
で確実に実装できる適正な反り範囲を示すので、ステッ
プ＃１６で実実装動作、つまり補正なしの通常の実装動
作を開始する。ステップ＃１５でＨ＋０．２＞ｈｘでな
ければ正常な実装が見込めないのでステップ＃１７のエ
ラー処理に移行する。

【００４３】所定の押し込み量はアキシャルタイプの電
子部品１であるような場合はその適正挿入量であり、ク
リーム半田や接着剤による仮装着の場合はそれらへの押
し込み量になる。

【００４４】実施例２本実施例２は電子部品１を実装する各エリアごとの回路
基板２の反り量を判定し、各電子部品１の実装高さを各
エリアごとに補正して実実装動作が行われるようにする
場合の一例である。この場合、回路基板２自体が不良と
なる反り量であるような場合は電子部品１の実装を行わ
ない制御をしてもよいが、本実施例２ではそのような制
御は省略してあり、どのような反りの状態であっても実
装高さの補正によって対応できるものとしてある。

【００４５】図４に示すようにステップ＃１〜ステップ
＃１３までは実施例１と同じ処理をして、各分割した座
標（Ｘ１、Ｙ１）〜（Ｘｎ、Ｙｍ）のエリア全てについ
ての高さｈ１〜ｈｎｍの検出を行って高さｈ１〜ｈｎｍ
のｎ・ｍ点のデータをメモリに格納し、ステップ＃１４
に移行する。

【００４６】ステップ＃１４では検出された高さｈ１〜
ｈｎｍのｎ・ｍ点の図５に示すようなデータｈ１１、ｈ
１２、・・、ｈ２１、ｈ２２・・を図５に示すように回
路基板２の電子部品１を実装する各エリアごとに対応し
た補正データとしてのデータマトリックスに完成して、
電子部品１の実装データを補正する補正手段に格納する
か補正手段によって読みだせるように他のメモリに格納
した後、ステップ＃１５で先のデータマトリックスを用
いて各エリアごとに実装高さを補正した実実装が行われ
るようにする。本実施例２での実装高さの補正は基準高
さＨを各エリアごとの回路基板２の高さデータｈ１１、
ｈ１２、・・、ｈ２１、ｈ２２に読み替えることで行
い、特別な演算なしに実装高さを補正できるようにして
いる。

【００４７】実施例３本実施例３は回路基板２が一対の基板規正レール１４に
よって両側が上下にクランプされ位置規正されることを
利用し、少ない測定点にて回路基板２の反りを検出し対
応するようにした場合の一例である。図７の（ａ）
（ｂ）に示すように回路基板２が基板規正レール１４に
よって位置規正された２辺２ａ、２ｂは、固定クランパ
１４ａ、可動クランパ１４ｂに沿う直線状態に規正さ
れ、この規正力が回路基板２の全体にほぼ及んで、回路
基板２の２辺２ａ、２ｂの方向での反りがほぼ矯正され
る。そこで、回路基板２の反りは前記２辺２ａ、２ｂの
方向に直行する他の相対向する２辺２ｃ、２ｄの方向の
み考慮すれば全体の反りの形態がほぼ判定できる。ほぼ
蒲鉾型の湾曲形態になる。

【００４８】本実施例はこの手法を採用したもので、図
７の（ａ）（ｂ）に示すように回路基板２の他の２辺２
ｃ、２ｄのほぼ中央点である２点Ｍ１、Ｍ２だけを高さ
検出対象にしている。図６のフローチャートに沿って以
下説明する。実施例１、２の場合同様にステップ＃１で
データ入力した後、ステップ＃２で回路基板２の平面よ
り見た大きさ、および位置決め位置の情報から、前記位
置Ｍ１、Ｍ２の座標位置、例えば図７の（ａ）に示すよ
うな回路基板２の２辺２ａ、２ｂのＭ１側をＸ方向の基
点とし、２辺２ｃ、２ｄの間のＹ方向の座標上の長さを
Ｙｐとしたときの座標位置（０，Ｙｐ／２）、（Ｘｐ，
Ｙｐ／２）を演算する。次いでステップ＃３で吸着ノズ
ル３ａを位置Ｍ１の上に位置決めする。続いてステップ
＃４からステップ＃１２において、実施例１、２の場合
同様に位置Ｍ１での回路基板２の高さｈｍ１を検出した
後、ステップ＃１３では残る位置Ｍ２での回路基板２の
高さｈｍ２をステップ＃３〜ステップ＃１２を繰り返し
て検出する。

【００４９】検出した高さデータはステップ＃１４でメ
モリに格納しておき、ステップ＃１５で、前記Ｍ１、Ｍ
２での回路基板２の高さデータｈｍ１、ｈｍ２から推測
され、あるいは近似して得られる回路基板２の反りの形
態の演算式を用いた補正関数Ｆ（ｘ、ｙ）を用いて、各
電子部品１を実装する各位置、あるいは各エリアごとの
座標位置における実装高さの補正を行い、実実装動作を
行う。

【００５０】ここで、補正関数Ｆ（ｘ、ｙ）は０≦ｙ＜
Ｙｐ／２の場合と、Ｙｐ／２≦ｙ≦Ｙｐの場合とで異な
る。

【００５１】０≦ｙ＜Ｙｐ／２の場合Ｆ（ｘ、ｙ）＝（２／Ｙｐ・（ｈｍ１＋（ｈｍ２−ｈｍ
１）／Ｘｐ・ｘ））・ｙであり、Ｙｐ／２≦ｙ≦Ｙｐの場合Ｆ（ｘ、ｙ）＝ｈｍ１−（２／Ｙｐ・（ｈｍ１＋（ｈｍ
２−ｈｍ１）／Ｘｐ・ｘ））・ｙである。

【００５２】実施例４本実施例４は回路基板２のＹ方向の反り量にさほどの違
いがないと考えられ、またはそのように取り扱える場合
の一例であり、図９に示すように回路基板２のほぼ中央
位置Ｍ０一点だけを反りの検出対象点としている。図８
のフローチャートに沿って以下説明する。実施例３とス
テップ＃１〜ステップ＃１１で同じ処理をした後、ステ
ップ＃１２で吸着ノズル３ａを位置Ｍ０の上に位置決め
して位置Ｍ０での回路基板２の高さｈｍ０を検出する。

【００５３】検出した高さデータはステップ＃１３でメ
モリに格納しておき、ステップ＃１４では、前記Ｍ０で
の回路基板２の高さデータｈｍ０から推測され、あるい
は近似して得られる回路基板２の反りの形態の演算式を
用いた補正関数Ｇ（ｘ、ｙ）を用いて、各電子部品１を
実装する各位置、あるいは各エリアごとの座標位置にお
ける実装高さの補正を行い、実実装動作を行う。

【００５４】ここで、補正関数Ｆ（ｘ、ｙ）は０≦ｙ＜
Ｙｐ／２の場合と、Ｙｐ／２≦ｙ≦Ｙｐの場合とで異な
る。

【００５５】０≦ｙ＜Ｙｐ／２の場合Ｇ（ｙ）＝（２／Ｙｐ・（ｈｍ０）・ｙであり、Ｙｐ／２≦ｙ≦Ｙｐの場合Ｇ（ｙ）＝ｈｍ０−（２／Ｙｐ・（ｈｍ０）・ｙと実施例３の場合に比しより単純化する。

【００５６】実施例５本実施例５は電子部品１の実実装動作で行う場合で、特
に、反りの判定を、電子部品１を装着するときに吸着ノ
ズル３ａが下動される装着高さを、回路基板２の基準高
さからの許容できる回路基板２の反り量に対し、装着す
る電子部品１の厚さを加えて設定し行うようにした一例
である。

【００５７】図１０に示すように、まずステップ＃１で
反りを検出する回路基板２のＸＹ２方向の平面的な寸法
Ｘｐ、Ｙｐ、ボイスコイルモータ７の現時点、つまりス
タート時点での電流値Ｉ_Startを取り込む。次のステッ
プ＃２では回路基板２の非規正辺２ｃ、２ｄのほぼ中点
Ｍ０に最も近い電子部品１の実装位置の座標（Ｘ４、Ｙ
４とこの位置に装着される電子部品１の厚さｄｐとを実
装プログラムなどから検索する。

【００５８】ステップ＃３で部品取り扱い手段２５によ
り吸着ノズル３ａをステップ＃２で算出された１つの座
標（Ｘ４、Ｙ４）に位置決めする。続くステップ＃４で
は、前記位置決めした吸着ノズル３ａが保持している電
子部品１を、上向きの許容反り量ｄｐを配慮した電子部
品１が回路基板２に接触する手前までやや高速で下動さ
せ一旦位置決めする。ここでは、Ｈ−ｄｈ−ｄｐとす
る。

【００５９】ステップ＃５では、回路基板２との衝突を
避けながら、吸着ノズル３ａが保持している電子部品１
と回路基板２との接触位置を探るために、ステップ＃４
での位置決め高さから下向きの最大反り量を配慮した回
路基板２と確実に接触できる基準高さＨを所定量越えた
より低い位置まで下動させる。ここでは、Ｈ−ｄｈ＋ｄ
ｐとする。

【００６０】ステップ＃６では、ステップ＃５での吸着
ノズル３ａの下動開始時点ですでにボイスコイルモータ
７の電流値がＩ_Startを越えているようなときは異常で
あるので、ステップ＃１７でのエラー処理に移る。

【００６１】ステップ＃６で異常でなければステップ＃
７の検出遅延処理に入り、吸着ノズル３ａの低速での下
動を開始するときのボイスコイルモータ７の加速時にお
ける大きな電流の変化時間Ｔ_W掛けて安定を図り、時間
Ｔ_W経過後の定電流値Ｉ_contを検出しておいた上で、ス
テップ＃９〜ステップ＃１１において、吸着ノズル３ａ
が保持している電子部品１が回路基板２に接触したと判
定する安定電流値Ｉ_co _ntからの増大電流幅に関する設定
電流値ΔＩ_setと、時々刻々に検出される現在電流値Ｉ
_tとを取り込み、目標下動位置への移動中かどうかを確
認しながら、低速下動中にΔＩ_set≦Ｉ_t−Ｉ_contが検
出されるまで低速での下動を続ける。途中ΔＩ_set≦Ｉ
_t−Ｉ_contが検出されないのに吸着ノズル３ａの低速下
動が確認されなければステップ＃１７のエラー処理に移
る。このエラーは上記したように回路基板２の反り量が
電子部品１を装着できる許容値を上回っていると判定で
きる場合を含む。

【００６２】低速下動中にΔＩ_set≦Ｉ_t−Ｉ_contが検
出されると、吸着ノズル３ａが保持している電子部品１
が回路基板２に接触したと判断してステップ＃１２に移
行し、吸着ノズル３ａの下動を停止するとともに、ボイ
スコイルモータ７の現在位置ｈｐ４を読み込む。次いで
ステップ＃１３で吸着ノズル３ａによる吸着を解除した
後部品取り扱いツール３を上動させて、１点目の電子部
品１の実装を終える。

【００６３】このときの電子部品１の実装高さは回路基
板２の反り量に対応したものとなっているし、その実装
位置は回路基板２の特徴点に極く近い位置であって、そ
れを実施例４でいう特徴点と見なせるので、最後のステ
ップ＃１４ではステップ＃１２でのデータｈｐ４から補
正関数Ｇ（ｘ，ｙ）によって以降の各実装ステップでの
電子部品１の実装高さを補正しながら、最終ステップの
電子部品１の実装を行う実実装動作を開始する。

【００６４】このようにすると、回路基板２自体の反り
が許容量を越えている場合の電子部品１の装着不良は一
点目にだけしか生じないので、実実装動作にて反りの判
定を行っても、特別不利はないし、反り判定操作を独立
して行う場合に長いタイムラグが生じるようなこともな
い。

【００６５】しかし、実施例３のような複数の特徴点を
用いる場合でも、許容値を上回らない限り電子部品１の
装着を継続していき、最終の特徴点またはそれに達する
途中で回路基板２の許容値を上回る反り量が判定され
て、以降の電子部品１の装着を中止し、回路基板２を廃
棄処分するため、それまでの特徴点に実装済みになる電
子部品１および実装動作が無駄になるようなことがある
場合でも、反り判定操作を独立して行う場合と比較して
利点があれば採用すればよい。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、上記の説明で明らかな
ように、基板の反りを判定するのに、基板の反りを検出
するための特別な機器や移動機構、駆動機構およびそれ
らを設置するためのスペースが不要でコスト上昇の原因
にならないし、基板の反りの有無や反り量に応じて当接
圧を常に一定に保つ電空レギュレータのような特別な昇
降手段が必要なために部品装着のタクトが長くなって生
産性が低下するようなことを回避でき、これら反りの判
定のもとに適正な部品の装着が同時にあるいはその判定
に連続して達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る基板の反りの判定方
法とこれを用いた電子部品の装着方法および装置の実施
例を示し、その（ａ）は装置全体の斜視図、その（ｂ）
は装着ヘッドの斜視図である。

【図２】図１の装置による基板の反り判定と、それに基
づく電子部品の実装動作に関する実施例１を示すフロー
チャートである。

【図３】図１の装置の図２における部品取り扱いツール
の上下動により基板の反りを判定するときの動作説明図
で、その（ａ）は部品取り扱いツールを上下動させるボ
イスコイルモータの駆動電流の変化を示すグラフ、その
（ｂ）は部品取り扱いツールの上下動時の動作速度の関
係を示すグラフである。

【図４】図１の装置による基板の反り判定と、それに基
づく電子部品の実装動作に関する実施例２を示すフロー
チャートである。

【図５】回路基板の各分割エリアごとの高さのマトリッ
クスデータを示す概念図である。

【図６】図１の装置による基板の反り判定と、それに基
づく電子部品の実装動作に関する実施例３を示すフロー
チャートである。

【図７】図６における回路基板の反り判定を行う２つの
特徴点を示し、その（ａ）は斜視図、その（ｂ）は側方
から見た概念図である。

【図８】図１の装置による基板の反り判定と、それに基
づく電子部品の実装動作に関する実施例４を示すフロー
チャートである。

【図９】図８における回路基板の反り判定を行う１つの
特徴点を示す斜視図である。

【図１０】図１の装置による基板の反り判定と、それに
基づく電子部品の実装動作に関する実施例５を示すフロ
ーチャートである。

【図１１】図１１における回路基板の反り判定を行う操
作の側方から見た模式図である。

【図１２】従来の電子部品の実装装置を示し、その
（ａ）は主要部を示す斜視図、その（ｂ）は上向きに反
った回路基板を両側で上下方向に位置規正した状態を示
す側面図、その（ｃ）は下向きに反った回路基板を両側
で上下方向に位置規正した状態を示す側面図である。

【符号の説明】

１電子部品２回路基板３部品取り扱いツール４装着ヘッド５部品供給位置６部品装着位置７ボイスコイルモータ８基板取り扱い手段１４基板規正レール１５ストッパ１７自動制御装置２１コントローラ２２メモリ２３判定手段２４補正手段２５部品取り扱い手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品を保持する部品取り扱いツールを装
備した装着ヘッドの移動によって、部品取り扱いツール
の上下動を伴い部品供給位置で供給される部品を保持し
てピックアップし、部品装着位置で保持している部品を
そこに位置決めされている基板上の所定位置に装着する
動作を利用して、部品取り扱いツールを前記位置決めさ
れた基板上の所定位置に直接または保持した部品を介し
押し当てたときの下動位置によって、基板上の押し当て
位置の高さを検出し、検出した高さから基板の反りを判
定することを特徴とする基板の反り検出方法。
【請求項２】位置決め位置にある基板の相対向する２
辺を上下方向にクランプして所定高さに位置規正し、基
板の位置規正しない他の２辺のほぼ中央位置の高さを検
出し、検出した高さと、位置規正した基板の基準高さ
と、前記位置規正しない他の２辺の長さから、基板の全
体の反りを判定する請求項１に記載の基板の反り検出方
法。
【請求項３】位置決め位置にある基板の相対向する２
辺を上下方向にクランプして所定高さに位置規正し、基
板のほぼ中央１点の高さを検出し、検出した高さと、位
置規正した基板の基準高さと、基板の大きさから、基板
の全体の反りを判定する請求項１に記載の基板の反り検
出方法。
【請求項４】部品取り扱いツールは、装着ヘッド上で
ボイスコイルモータにより上下動させ、部品取り扱いツ
ールの基板への押し当て状態をボイスコイルモータの駆
動電流の変化によって判定し、この判定時点のボイスコ
イルモータの位置によって基板の前記押し当て点の高さ
を検出する請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板の
反り検出方法。
【請求項５】部品を保持する部品取り扱いツールを装
備した装着ヘッドの移動によって、部品取り扱いツール
の上下動を伴い部品供給位置で供給される部品を保持し
てピックアップし、部品装着位置で保持している部品を
そこに位置決めされている基板上の所定位置に装着する
際、部品取り扱いツールを前記位置決めされた基板上の
１つまたは複数の位置に直接または保持した部品を介し
て押し当てたときの下動位置によって、基板上の各押し
当て位置の高さを検出し、検出した１つまたは複数の位
置での高さから基板の全体の反りを判定し、反り量が所
定値以下のときだけ着動作に移行して部品の装着を行な
い、所定値を上回ったときは装着動作を行わないことを
特徴とする部品の装着方法。
【請求項６】部品を保持する部品取り扱いツールを装
備した装着ヘッドの移動によって、部品取り扱いツール
の上下動を伴い部品供給位置で供給される部品を保持し
てピックアップし、部品装着位置で保持している部品を
そこに位置決めされている基板上の所定位置に装着する
際、部品取り扱いツールを前記位置決めされた基板上の
１つまたは複数の位置に直接または保持した部品を介し
て押し当てたときの下動位置によって、基板上の各押し
当て位置の高さを検出し、検出した１つまたは複数の位
置での高さから基板の全体の反りを判定した後、装着動
作に移行して各装着位置での基板の反り量に応じて装着
高さを補正し部品の装着を行なうことを特徴とする部品
の装着方法。
【請求項７】反りの判定は、部品を保持しない部品取
り扱いツールによる疑似装着動作で行う請求項５、６の
いずれか一項に記載の部品の装着方法。
【請求項８】反りの判定は、部品を保持した吸着ノズ
ルを基板の反りの特徴点に当接させて装着動作するとき
の、部品を装着するときに下動される装着高さを、基板
の基準高さからの許容できる基板の反り量に対し、装着
する部品の厚さを加えて設定することで行い、この装着
高さへの下動途中に吸着ノズルが停止したとき、基板の
反り量が許容値を上回っているとして部品の装着を中止
し、それ以外は部品の装着を行うとともに、この装着し
た部品の装着高さのデータと前記特徴点を示す反りの特
徴から以降の部品の装着高さを補正して実装を続行する
請求項５、６のいずれか一項に記載の部品の装着方法。
【請求項９】所定の部品を部品供給位置に供給する部
品供給部と、基板を部品装着位置に位置決めして部品の
装着に供する基板取り扱い手段と、部品を保持する部品
取り扱いツールを装備した装着ヘッドを移動させて、部
品取り扱いツールの上下動を伴い部品供給位置で供給さ
れる部品を保持してピックアップし、部品装着位置で保
持している部品をそこに位置決めされている基板上の所
定位置に装着する動作を行う部品取り扱い手段と、部品
の種類ごとの装着位置や適正な装着高さなどの実装デー
タを含みあるいは必要に応じて読みだして利用しながら
部品の装着を行う装着プログラムと、これを利用した装
着動作によって前記反り検出動作を行う反り検出プログ
ラムとを格納しておくプログラムメモリと、格納された
プログラムを必要な外部データを取り込みながら実行す
るコントローラと、反り検出によって基板上の１つある
いは複数の位置につき検出される基板の高さを記憶する
手段、記憶手段に記憶された１つまたは複数の高さから
基板の全体の反りを演算して判定する判定手段、および
判定結果に基づいて部品が装着されるときの装着高さを
補正する補正手段を備えたことを特徴とする部品の装着
装置。