JP2005038910A

JP2005038910A - 部品実装機及びその自己診断方法

Info

Publication number: JP2005038910A
Application number: JP2003197505A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Iwase; 温資岩瀬
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10
Also published as: CN1578619A; CN100473269C

Abstract

【課題】部品実装機において、ヘッドユニットを移動させる駆動部に関して発生する異常を確実に判定できる構成を提供する。
【解決手段】サーボモータ２〜５などの駆動部により移動部（ヘッドユニット１０、吸着ノズル１３）をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｒ軸の各方向に移動させる。駆動部が正常なとき、移動部を所定の移動ストロークに沿って移動させたときに所定の移動領域で発生する速度偏差、位置偏差などの制御偏差を制御偏差の既定値としてコントローラ１に記憶しておく。そして、各駆動部の自己診断を行なう場合、各駆動部により移動部１０を前記の移動ストロークに沿って移動させたときに前記移動領域で発生する制御偏差を前記記憶した既定値と比較し、その比較結果に基づいて駆動部の異常を判定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品実装機及びその自己診断方法、さらに詳細には、吸着ノズルを備えたヘッドユニットによりＩＣなどの電子部品を吸着し、ヘッドユニットを回路基板上に移動させて部品を回路基板に実装する部品実装機及びその自己診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記の部品実装機、いわゆるチップマウンタにおいて、故障箇所の自己診断を行う構成が例えば下記の特許文献１などにより知られている。特許文献１には、チップマウンタの作業テーブルをＸ、Ｙ方向に移動させるＤＣサーボモータ６を駆動する駆動制御系の良否診断を行う方法が記載されている。それによると、まずＰＣ（パーソナルコンピュータ）１からＤＣサーボモータ駆動処理部４に移動量（Ｍ１）を指令するパルスを出力する。これに応じて駆動処理部４からＤＣサーボアンプ５とＤＣサーボモータ診断処理部１２にパルス列が出力され、処理部１２でそのパルス数がカウントされるとともに、アンプ５によりＤＣサーボモータ６が回転され、エンコーダ７によって前記回転に伴うパルスがアンプ５と処理部１２にフィードバックされ、処理部１２でそのパルス数（Ｍ２）がカウントされる。そして、ＰＣ１で、処理部１２がカウントしたパルス数（Ｍ１）、（Ｍ２）とＰＣ１が最初に出力したパルス数を比較し、その結果に基づいてＤＣサーボモータ駆動処理部４、ＤＣサーボアンプ５、及びエンコーダ７の良否を診断する。
【０００３】
このような自己診断方法は、部品を吸着する吸着ノズルをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向へ移動して回路基板上への実装を行う部品実装機にも適用でき、各軸方向の移動を行う駆動部の回路構成の良否を診断することができる。
【０００４】
しかしながら、これらの駆動部のそれぞれにおいて、例えば製造時の組み付け不良、モータの駆動力を伝達するベルトの長時間使用によるテンション不良、ビスの緩み、あるいはモータ自体の故障などメカ的な原因で動作の整定が悪くなり、部品の搭載精度に悪影響を及ぼすことがある。
【０００５】
これに対して、従来の部品実装機では、特許文献１のように駆動部の回路構成の良否を診断するとしても、上記のメカ的な原因で駆動部の動作の整定が悪くなっている場合も含めて駆動部の異常を判定することはなく、組み付け不良、ベルトの長時間使用によるテンション不良、ビスの緩み、あるいはモータ自体の故障があることを診断できず、搭載精度の不良や、異常なフィードバック制御によるモータの暴走が発生してしまうという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２７６０００号公報（段落［００２０］〜［００３０］、図６〜図９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、部品を吸着するヘッドユニットなどの移動部をモータなどの駆動部により移動させて回路基板に部品を実装する部品実装機において、駆動部のメカ的な原因による異常を確実に判定することができる構成、及び自己診断方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、
部品を吸着し回路基板に搭載する部品実装機であって、
部品吸着ないし搭載のために移動部を移動させる駆動部と、
制御偏差に基づいて駆動部を制御するコントローラと、
駆動部が正常なとき移動部を所定の移動ストロークに沿って移動させたときに所定の移動領域で発生する制御偏差を制御偏差の既定値として記憶する記憶手段と、
移動部を前記移動ストロークに沿って移動させたときに前記移動領域で発生する制御偏差を前記記憶した既定値と比較し、その比較結果に基づいて駆動部の異常を判定する判定手段とを有する構成を採用している。
【０００９】
また、本発明では、
部品吸着ないし搭載のために移動部を移動させる駆動部と、制御偏差に基づいて駆動部を制御するコントローラを有する部品実装機の自己診断方法であって、駆動部が正常なとき移動部を所定の移動ストロークに沿って移動させたときに所定の移動領域で発生する制御偏差を制御偏差の既定値として記憶しておき、
移動部を前記移動ストロークに沿って移動させたときに前記移動領域で発生する制御偏差を前記記憶した既定値と比較し、その比較結果に基づいて駆動部の異常を判定する自己診断方法も採用している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１には、電子部品を回路基板に実装する部品実装機の制御系の構成がブロック図として図示されている。部品実装機には、Ｘ軸サーボモータ２とＹ軸サーボモータ３が設けられており、これらにはそれぞれの回転速度ないし回転位置を検出するためのエンコーダ６、７が付設されている。ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどで構成されるコントローラ１の指示によりＸ軸サーボモータ２が駆動されると、ヘッドユニット１０がＸ軸方向に移動され、またＹ軸サーボモータ３が駆動されるとヘッドユニット１０がＹ軸方向に移動される。
【００１２】
また、ヘッドユニット１０には、ノズル保持部材１２と、その中心軸上に保持された吸着ノズル１３が設けられている。ノズル保持部材１２と吸着ノズル１３は、Ｒ軸サーボモータ５によりヘッドユニット１０のフレームに対して中心軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とされるとともに、Ｚ軸サーボモータ４により吸着ノズル１３がノズル保持部材１２に対して昇降（Ｚ軸方向の移動）される。サーボモータ４、５にもエンコーダ６、７と同様なエンコーダ８、９が付設されている。
【００１３】
Ｘ軸サーボモータ２とＹ軸サーボモータ３並びにベルトなどの動力伝達機構を含む駆動部は、ヘッドユニット１０並びにそれに搭載された吸着ノズル１３などの移動部をＸ軸及びＹ軸方向に移動させ、Ｚ軸サーボモータ４とその動力伝達機構を含む駆動部は、吸着ノズル１３などの移動部をＺ軸方向に移動させ、Ｒ軸サーボモータ５とその動力伝達機構からなる駆動部は、吸着ノズル１３をＲ軸を中心に回転させる。各モータ２、３、４、５により移動される移動部の位置は、各移動部のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｒ軸方向の位置を検出する各軸のエンコーダにより検出される。図１では、煩雑さをさけるために、一つのエンコーダ１１として図示されている。
【００１４】
コントローラ１は、Ｘ軸とＹ軸サーボモータ２、３を駆動して、ヘッドユニット１０を不図示の部品供給部に移動させ、Ｚ軸サーボモータ４により吸着ノズル１３を下降させて電子部品１４をピックアップする。この後、ヘッドユニット１０は、不図示のコンベアによって搬送されてくる回路基板（以下、基板と略す）１５上に移動し、電子部品１４が基板１５に搭載される。
【００１５】
この場合、基板認識カメラ２５は、基板１５に形成された基板マークを撮像し、その画像処理によりマーク位置が認識されて電子部品実装時に基板１５の位置ずれが補正される。
【００１６】
一方、不図示のコンベアと部品供給部との間に、部品認識用の部品認識カメラ１６が配設されており、これによって吸着された電子部品１４が撮像され、その画像が、Ａ／Ｄ変換器１８、ＣＰＵ１９、メモリ２０などで構成される画像認識装置１７で処理されて、電子部品１４の位置（吸着姿勢）が認識される。その認識結果から位置誤差が補正されて電子部品が基板１５に搭載される。
【００１７】
また、部品実装機には、基板データや部品データを入力するためのキーボード２４、マウス２３などの入力装置が設けられ、生成された基板データ並びに部品データは、ハードディスク、フラッシュメモリなどで構成される記憶装置２１に格納できるようになっている。また、モニタ２２が設けられ、この画面には、部品データ、演算データや部品認識カメラ１６、基板認識カメラ２５で撮像した画像などが表示できるようになっている。
【００１８】
図２は、Ｘ軸サーボモータ２の駆動によりヘッドユニット１０をＸ軸方向に駆動するＸ軸方向駆動部の制御系の構成を示している。コントローラ１は、機能的な構成として、位置制御を行う位置コントローラ２６と、速度制御を行う速度コントローラ２７を有している。ヘッドユニット１０のＸ軸方向への駆動時には、位置コントローラ２６に対して、ヘッドユニット１０のＸ軸方向の指令位置（目標位置）が入力されるとともに、エンコーダ１１からヘッドユニット１０のＸ軸方向の実際位置がフィードバックされる。位置コントローラ２６は、Ｘ軸方向の指令位置と実際位置の偏差ΔＰに基づいてＸ軸方向への指令速度（目標速度）を速度コントローラ２７に出力する。速度コントローラ２７には、ヘッドユニット１０のＸ軸方向への移動の実際速度に対応する値がエンコーダ６からフィードバックされる。速度コントローラ２７は、入力される指令速度と実際速度の偏差ΔＶに基づいてＸ軸サーボモータ２に対して同モータの駆動電圧（指令電圧）ＤＡＣを出力する。これによりＸ軸サーボモータ２が駆動され、ヘッドユニット１０がＸ軸方向に移動される。
【００１９】
これと同様の制御系が各サーボモータ３、４、５などのＹ軸、Ｚ軸、Ｒ軸方向の駆動部にも設けられ、同様に位置偏差ΔＰと速度偏差ΔＶの制御偏差に基づくフィードバック制御が行われる。
【００２０】
以上の構成において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｒ軸の各駆動部について、駆動部の異常を判定する自己診断が行われる。その自己診断についてＸ軸駆動部の場合を以下に説明するが、その説明は、他の駆動部に対しても同様に当てはまるものである。
【００２１】
Ｘ軸サーボモータ２自体が正常であり、正しい位置に組み付けられており、ベルトなどの動力伝達系が正常であって駆動部が正常であるとされるときに、Ｘ軸サーボモータ２の駆動によりヘッドユニット１０をＸ軸方向に所定の移動ストロークに沿って移動させた場合、速度制御による速度偏差ΔＶは、図３に示したように、僅かなものとなる。また、位置制御による位置偏差ΔＰも、図５に示すように、僅かなものになる。さらに、Ｘ軸サーボモータ２の駆動電圧ＤＡＣのカーブは図７に示すようになり、全体として駆動電圧ＤＡＣの最大値（上限値）よりかなり低くなる。
【００２２】
これに対して、例えば部品実装機の製造時において駆動部の組み付けが不良の場合、あるいはベルトなどが弛み、動力の伝達に不具合が発生すると、速度偏差ΔＶは、図４に示したように、大きくなる。また、位置偏差ΔＰも、図６に示すようになり、大きくなる。さらに、駆動電圧ＤＡＣのカーブは図８に示すようになり、一部の移動領域で最大値に近づく。
【００２３】
本実施形態では、このことを利用してコントローラの制御偏差、すなわち、速度偏差ΔＶ、位置偏差ΔＰ、及びコントローラの出力である駆動電圧ＤＡＣの大きさの比較により自己診断を行う。このために、駆動部が全て正常であるときに、Ｘ軸サーボモータ２の駆動によりヘッドユニット１０をＸ軸方向に所定の移動ストロークに沿って移動させ、その際に、全移動領域に渡って、図２の制御系で発生する制御偏差、すなわちＸ軸方向の速度偏差ΔＶと、位置偏差ΔＰを所定の時間間隔Δｔ（例えば数ミリ秒）ごとにサンプリングしたデータを、それぞれ速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰの既定値のデータとして予めコントローラ１のＲＯＭないし不揮発性のＲＡＭあるいは記憶装置２１などに格納しておく。なお、このデータの取得は、全て正常なモデルの部品実装機で行えば良い。また、図８に示すようにＸ軸サーボモータ２の駆動電圧ＤＡＣの最大値に近い所定の駆動電圧ＤＡＣのしきい値のデータを設定し、ＲＯＭなどに記憶しておく。
【００２４】
そして、部品実装機の製造時の組み立て完了後の試験時やメンテナンス時に、Ｘ軸サーボモータ２を駆動し、ヘッドユニット１０をＸ軸方向に上述した同じ所定の移動ストロークに沿って移動させ、その際に、全移動領域に渡って、Ｘ軸方向の速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰを上記と同じ時間間隔Δｔでサンプリングして取得する。各時間間隔Δｔごとにそれぞれ取得された速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰを、予めＲＯＭなどに記憶した各時間間隔Δｔごとの対応する速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰの既定値（同じ移動位置ないし移動時間での既定値）とリアルタイムに比較する。そして、その比較結果に基づいてＸ軸駆動部が異常か否かを判定する。例えば、サンプリングした速度偏差ΔＶないし位置偏差ΔＰのデータの値が所定回数以上、既定値より大きくなった場合に異常と判定する。なお、比較は、上記のようにリアルタイムに比較するのではなく、各時間間隔Δｔごとの速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰを、一旦ＲＡＭなどに格納し、これを予め記憶した各時間間隔Δｔごとの対応する速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰの既定値と比較するようにしてもよい。また、制御偏差の比較は、速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰの両方、あるいはいずれか一方とすることもできる。
【００２５】
なお、誤差を考慮して、上記移動ストロークの移動を複数回行って上記の偏差の比較を行うようにしても良い。また、上記の移動ストロークの移動領域の全部ではなく、一部の移動領域、例えば図３、図４の速度カーブの山形の中腹に相当する移動領域だけで比較を行うようにしてもよい。この場合、既定値となる速度偏差ΔＶと位置偏差ΔＰの取得もその一部の移動領域だけでするようにしてもよい。
【００２６】
また、上記移動ストロークの全移動領域または一部の移動領域でＸ軸サーボモータ２の駆動電圧ＤＡＣを監視し、図８のように駆動電圧ＤＡＣが前述したしきい値を超えた場合に異常と判定する。
【００２７】
以上のような自己診断をＹ軸駆動部とＺ軸駆動部、Ｒ軸駆動部についても同様に行なう。
【００２８】
以上のような本実施形態によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｒ軸の各駆動部において、前述した製造時の組み付け不良、ベルトの長時間使用によるテンション不良、ビスの緩み、あるいはモータ自体の故障などメカ的な原因で異常が発生するとき、図４、図６、図８に示したように速度偏差ΔＶ、位置偏差ΔＰの増大、ないしはモータ駆動電圧ＤＡＣの著しい上昇となって現れるので、駆動部の異常を広範囲に確実に判定することができる。そして、その異常に対処することで部品の搭載精度の不良や、駆動部のモータの暴走などの問題を未然に防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の部品実装機及びその自己診断方法によれば、モータなどの駆動部により、ヘッドや吸着ノズルなどの移動部を所定の移動ストローク（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸）に沿って移動させたときに所定の移動領域で発生する制御偏差（位置偏差、速度偏差）を、駆動部が正常なときに発生する制御偏差の既定値と比較し、その比較結果に基づいて駆動部の異常を判定するので、駆動部の異常を広範囲に検出でき、部品の搭載精度の不良や、モータの暴走などの問題を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における部品実装機の制御系の構成を示したブロック図である。
【図２】同部品実装機のＸ軸駆動部の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】同Ｘ軸駆動部の正常時の速度制御による指令速度と実際速度のカーブ及び速度偏差を示す線図である。
【図４】同Ｘ軸駆動部の組み付け不良時の速度制御による指令速度と実際速度のカーブ及び速度偏差を示す線図である。
【図５】同Ｘ軸駆動部の正常時の位置制御による指令位置と実際位置のカーブ及び位置偏差を示す線図である。
【図６】同Ｘ軸駆動部の組み付け不良時の位置制御による指令位置と実際位置のカーブ及び位置偏差を示す線図である。
【図７】同Ｘ軸駆動部の正常時の制御によるモータ駆動電圧、及び指令速度と実際速度のカーブを示す線図である。
【図８】同Ｘ軸駆動部の組み付け不良時の制御によるモータ駆動電圧、及び指令速度と実際速度のカーブを示す線図である。
【符号の説明】
１コントローラ
２Ｘ軸サーボモータ
３Ｙ軸サーボモータ
４Ｚ軸サーボモータ
５Ｒ軸サーボモータ
６〜９エンコーダ
１０ヘッドユニット
１１エンコーダ
１３吸着ノズル
１４部品
１５基板
２１記憶装置
２６位置コントローラ
２７速度コントローラ

Claims

部品を吸着し回路基板に搭載する部品実装機であって、
部品吸着ないし搭載のために移動部を移動させる駆動部と、
制御偏差に基づいて駆動部を制御するコントローラと、
駆動部が正常なとき移動部を所定の移動ストロークに沿って移動させたときに所定の移動領域で発生する制御偏差を制御偏差の既定値として記憶する記憶手段と、
移動部を前記移動ストロークに沿って移動させたときに前記移動領域で発生する制御偏差を前記記憶した既定値と比較し、その比較結果に基づいて駆動部の異常を判定する判定手段とを有することを特徴とする部品実装機。
前記コントローラの出力値が所定のしきい値よりも大きくなったときに駆動部が異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
部品吸着ないし搭載のために移動部を移動させる駆動部と、制御偏差に基づいて駆動部を制御するコントローラを有する部品実装機の自己診断方法であって、
駆動部が正常なとき移動部を所定の移動ストロークに沿って移動させたときに所定の移動領域で発生する制御偏差を制御偏差の既定値として記憶しておき、
移動部を前記移動ストロークに沿って移動させたときに前記移動領域で発生する制御偏差を前記記憶した既定値と比較し、その比較結果に基づいて駆動部の異常を判定することを特徴とする部品実装機の自己診断方法。
さらに、前記コントローラの出力値が所定のしきい値よりも大きくなったときに駆動部が異常であると判定することを特徴とする請求項３に記載の部品実装機の自己診断方法。