JP2006147640A - Apparatus and method for mounting component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部品を被装着物に装着する部品装着装置および部品装着方法に関する。 The present invention relates to a component mounting apparatus and a component mounting method for mounting a component on an object to be mounted.
従来、部品装着装置および部品装着方法として、部品の押圧にエアシリンダを用いる部品装着制御方法および同装置がある(例えば、特許文献1参照)。以下、図14を参照して、従来の部品装着制御方法について説明する。なお、図14は、上記特許文献1に記載された部品装着制御装置が制御する部品装着ヘッドを示す概略図である。
Conventionally, as a component mounting apparatus and a component mounting method, there are a component mounting control method and an apparatus using an air cylinder for pressing a component (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, a conventional component mounting control method will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic diagram showing a component mounting head controlled by the component mounting control apparatus described in
図14において、従来の部品装着制御装置が制御する部品装着ヘッドは、部品Pを被装着物Sに所定の押圧状態で装着することを目的としている。当該部品装着ヘッドは、昇降手段であるサーボモータ3、部品保持手段であるノズル4、部品への荷重を検出する力センサ5、および圧力制御手段であるエアシリンダ6を備えている。
In FIG. 14, the component mounting head controlled by the conventional component mounting control device is intended to mount the component P on the mounted object S in a predetermined pressing state. The component mounting head includes a
サーボモータ3の回転軸は、ボールねじ軸8接続されている。ボールねじ軸8は、フレーム20のナット部9と螺合している。フレーム20は、力センサ5やエアシリンダ6を支持している。エアシリンダ6は、ブロックユニット19を介して支持されるノズル4による押し付け圧力の制御動作を行う。つまり、サーボモータ3の駆動力によって、フレーム20、エアシリンダ6、力センサ5、ブロックユニット19、およびノズル4が全体的に昇降する。また、エアシリンダ6の空圧制御動作によって、ブロックユニット19、およびノズル4が上下動作する。
The rotation shaft of the
例えば、サーボモータ3は、ノズル4によって保持された部品Pを最高速度で下降させ、所定の位置で最低速度に減速し、力センサ5の荷重値の変化によって部品Pと被装着物Sとの接触を検出する。接触検出後は、力センサ5の荷重値が所定の荷重状態になるようエアシリンダ6によって押圧を行う。押圧が完了すると、ノズル4は、部品Pの保持を開放し、サーボモータ3の駆動力によって所定の位置まで上昇する。これら一連の動作により、部品Pが被装着物Sへ装着される。このように、サーボモータ3は、部品Pを被装着物Sに向かって下降させる際、所定の高さにて下降速度を最高速度から最低速度に減速させることによって、部品Pが被装着物Sに接触する際の衝撃を抑えている。
しかしながら、従来の部品装着ヘッドは、圧力制御手段にエアシリンダ6を用いているため、部品Pと被装着物Sとの接触検出での応答性が悪い。また、エアシリンダ6を用いているため、部品装着ヘッド全体のユニット質量が大きくなる。これによって、部品Pと被装着物Sとの接触時の衝撃を抑えつつ接触検出を正確に行うためには、接触前に部品装着ヘッドの下降速度を最高速度から最低速度に切替え、低速度で部品装着ヘッドを昇降させる必要があり、装着作業におけるタクトタイムが長くなってしまう。 However, since the conventional component mounting head uses the air cylinder 6 as the pressure control means, the response in detecting contact between the component P and the mounted object S is poor. Further, since the air cylinder 6 is used, the unit mass of the entire component mounting head is increased. Thus, in order to accurately perform contact detection while suppressing the impact at the time of contact between the component P and the workpiece S, the descending speed of the component mounting head is switched from the highest speed to the lowest speed before the contact. It is necessary to raise and lower the component mounting head, resulting in a longer tact time in the mounting operation.
それ故に、本発明の目的は、駆動部分を軽量化して接触時の衝撃を抑えつつ昇降速度を落とさずに接触検出を行うことによりタクトタイムを短縮する部品装着装置および装着方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a component mounting apparatus and a mounting method that reduce the tact time by reducing the driving portion and reducing contact speed without reducing the ascending / descending speed while suppressing the impact at the time of contact. is there.
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
本発明の部品装着装置は、部品を被装着物上に装着する。部品装着装置は、保持部、支持部材、第1モータ、サブヘッドユニット、第2モータ、および制御部を備える。保持部は、部品を保持する。第1モータは、支持部材を昇降する。サブヘッドユニットは、その先端に保持部が設けられている。第2モータは、支持部材に設けられ、サブヘッドユニットを昇降させる。制御部は、第1モータおよび第2モータの少なくとも一方を駆動して、保持部に保持した部品の高さ方向の位置およびその部品を被装着物に押圧する荷重を制御する。
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
The component mounting apparatus of the present invention mounts a component on an object to be mounted. The component mounting apparatus includes a holding unit, a support member, a first motor, a sub head unit, a second motor, and a control unit. The holding unit holds the component. The first motor moves the support member up and down. The sub head unit is provided with a holding portion at the tip thereof. The second motor is provided on the support member and moves the sub head unit up and down. The control unit drives at least one of the first motor and the second motor to control the height direction position of the component held by the holding unit and the load that presses the component against the mounted object.
また、本発明の部品装着方法は、部品を被装着物上に装着する。部品装着方法は、部品を保持させる工程、支持部材を昇降させる工程、モータを選択する工程、および荷重を制御する工程を含む。部品を保持させる工程は、部品を保持部で保持する。支持部材を昇降させる工程は、第1モータを駆動させることによって、その先端に保持部が設けられたサブヘッドユニットを昇降する第2モータを支持する支持部材を昇降する。モータを選択する工程と、保持部に保持した部品を被装着物に押圧する際、目標荷重に応じて第1モータおよび第2モータの少なくとも一方を駆動するモータとして選択する。荷重を制御する工程は、選択された第1モータおよび第2モータの少なくとも一方を駆動して、保持部に保持した部品の高さ方向の位置およびその部品を被装着物に押圧する荷重を制御する。 In the component mounting method of the present invention, the component is mounted on the mounted object. The component mounting method includes a step of holding a component, a step of raising and lowering a support member, a step of selecting a motor, and a step of controlling a load. In the step of holding the component, the component is held by the holding unit. The step of raising and lowering the support member raises and lowers the support member that supports the second motor that raises and lowers the sub head unit provided with the holding portion at the tip by driving the first motor. When the step of selecting the motor and pressing the component held by the holding portion against the mounted object, the motor is selected as a motor that drives at least one of the first motor and the second motor according to the target load. The step of controlling the load drives at least one of the selected first motor and second motor to control the position in the height direction of the component held in the holding portion and the load that presses the component against the mounted object. To do.
本発明の部品装着装置および部品装着方法によれば、駆動部位の軽量化によって装着時の部品と被装着物との接触時の衝撃を抑えることができる。これによって、接触検出時の速度を上げることにより装着に要するタクトタイムを短縮することができる。 According to the component mounting apparatus and the component mounting method of the present invention, the impact at the time of contact between the mounted component and the mounted object can be suppressed by reducing the weight of the drive part. Thus, the tact time required for mounting can be shortened by increasing the speed at the time of contact detection.
また、第2モータの最大推力以下となる低荷重を対象とする場合、相対的に高速度のまま部品と被装着物とを接触させることができるため、タクトタイムをさらに短縮することができる。 In addition, when a low load that is equal to or less than the maximum thrust of the second motor is targeted, the tact time can be further shortened because the component and the mounted object can be brought into contact with each other at a relatively high speed.
さらに、押圧する荷重を直接的に検出する場合、フィードバック制御が可能となり、より正確な荷重値を用いた荷重の制御を行うことができる。 Further, when the load to be pressed is directly detected, feedback control is possible, and the load can be controlled using a more accurate load value.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態に係る部品装着装置および部品装着方法について説明する。図1は、当該部品装着装置の全体構成を示す概略図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a component mounting apparatus and a component mounting method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the component mounting apparatus.
図1において、当該部品装着装置は、部品装着ヘッド部1、移動テーブル部22、部品供給部23、XYロボット部25、および制御装置26を備えている。部品装着ヘッド部1は、XYロボット部25に装備されており、部品P(なお、部品Pは、IC、トランジスタ、メモリなどのチップ部品、フリプチップ、ベアチップ等の半導体部品等を含む)を保持し被装着物S(なお、被装着物Sは、基板、ウエハ等を含む)上に装着する。一例として、本発明の部品装着装置は、電子部品を実装基板上に実装する電子部品実装装置であり、この場合、部品装着ヘッド部1が電子部品を保持して実装基板上に実装する。なお、部品装着ヘッド部1の詳細な構造については、後述する。移動テーブル部22は、被装着物Sを搬入してから搬出するまで被装着物Sを搬送し、部品Pの装着時に被装着物Sを所定の位置に保持する。部品供給部23は、部品Pを供給する。XYロボット部25は、平面上で互いに直行するXおよびY方向(図1参照)に対して、移動テーブル部22上の任意の位置に部品装着ヘッド部1を移動させて位置決めする。制御装置26は、部品装着ヘッド部1、移動テーブル部22、部品供給部23、およびXYロボット部25の動作を制御する。
In FIG. 1, the component mounting apparatus includes a component
なお、部品供給部23は、図1では格子状に部品Pを載置する部品供給トレイ27によって部品Pを供給する形態を示しているが、この形態に限定されるものではなく、部品Pを仮固定したテープを巻回したカードリッジを用いて部品Pを供給する形態等他の部品供給装置を用いてもかまわない。また、XYロボット部25は、移動テーブル部22上の任意の位置に部品装着ヘッド部1を移動させるため、XおよびY方向に移動する形態を示しているが、この形態に限定されるものではなく、XYロボット部25の一部機能が移動テーブル部22側に備えられていてもかまわない。例えば、一方向(例えばX方向)への移動機能が移動テーブル部22側に備えられている等、移動テーブル部22上の任意の位置に部品装着ヘッド部1を移動可能なXYロボット構造を用いてもかまわない。なお、移動テーブル部22、部品供給部23、およびXYロボット部25は、従来から用いられている装置であるため、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
In addition, although the
次に、図2を参照して、部品装着ヘッド部1の構造について説明する。なお、図2は、第1の実施形態に係る部品装着ヘッド部1aの構成を示す概略図である。
Next, the structure of the component
図2において、部品装着ヘッド部1aは、ノズル28と、加圧シャフト29と、小型VCM(ボイスコイルモータ)30と、ボールねじ32と、サーボモータ33と、エンコーダ34と、回転軸用サーボモータ35と、回転軸用エンコーダ36と、ヘッドユニット37と、ブロック38と、ベアリング39、42、および43と、回転軸シャフト41とを備えている。
In FIG. 2, the component mounting head portion 1a includes a
ノズル28は、その先端部に部品Pを保持し、本発明の保持部に相当する。例えば、ノズル28は、空圧(負圧)によって部品Pを保持し、ノズル28および加圧シャフト29の間に位置するブロック38に設けられた吸引用通路(図示せず)を介して空圧変化が伝達されることによって先端部に保持する部品Pの脱着を行う。加圧シャフト29は、ブロック38を介してノズル28の中心軸上の上方に配置され、ノズル28およびブロック38を支持する。小型VCM30は、加圧シャフト29の中心軸上に配置され部品の厚み方向(中心軸方向)に低出力で可動子30aを駆動する。なお、厚み方向とは、XYロボット部25が移動可能なXおよびY方向に対して垂直なZ方向である。そして、小型VCM30の駆動力によって、可動子30aに取り付けられた加圧シャフト29を厚み方向に昇降させる。ボールねじ32は、上記Z方向を軸方向として配置され、サーボモータ33の回転軸と連結される。エンコーダ34は、サーボモータ33の回転量および回転速度を検出する。回転軸用サーボモータ35および回転軸用エンコーダ36は、回転軸シャフト41を介して加圧シャフト29の中心軸を回転中心として加圧シャフト29を回転させ、ノズル28に保持された部品Pを当該回転方向に位置決めする。なお、回転軸用サーボモータ35は、上記Z方向に伸びる回転軸シャフト41のガイド(図示せず)を介して加圧シャフト29と連結されており、小型VCM30およびサーボモータ33が動作しても、回転軸用サーボモータ35が上記Z方向に移動することはない。ヘッドユニット37は、ボールねじ32と螺合するナット部40が形成されており、サーボモータ33の駆動によりボールねじ32が回転すると上記Z方向へ昇降する。また、ヘッドユニット37には小型VCM30、ベアリング42、43が設けられ、小型VCM30が駆動すると加圧シャフト29がヘッドユニット37に対して上記Z方向に昇降する。なお、サーボモータ33が本発明の第1モータに相当し、小型VCM30が本発明の第2モータに相当する。
The
なお、加圧シャフト29は、回転軸用サーボモータ35による回転動作および小型VCM30による上記Z方向の昇降動作がベアリング39、42、および43によって支持される。具体的には、加圧シャフト29は、ベアリング39を介して小型VCM30の可動子30aに取り付けられており、加圧シャフト29が回転しても可動子30aが回転することはない。また、加圧シャフト29は、ヘッドユニット37に取り付けられたベアリング42および43に貫装されており、上記Z方向に移動可能に支持されている。また、小型VCM30によって、上記Z方向に昇降するノズル28、加圧シャフト29、小型VCM30の可動子30a、ブロック38、およびベアリング39によってサブヘッドユニット31を構成する。
The pressurizing
次に、図1および図3を参照して、制御装置26の構成について説明する。なお、図3は、制御装置26の構成を示すブロック図である。
Next, the configuration of the
図1および図3において、制御装置26は、部品装着ヘッド制御部26a、移動テーブル制御部26b、部品供給制御部26c、XYロボット制御部26d、および上位制御部26eを有している。部品装着ヘッド制御部26aは、部品装着ヘッド部1aに電気的に接続され、部品装着ヘッド部1aの動作を制御する。移動テーブル制御部26bは、移動テーブル部22に電気的に接続され、移動テーブル部22の動作を制御する。部品供給制御部26cは、部品供給部23に電気的に接続され、部品供給部23の動作を制御する。XYロボット制御部26dは、XYロボット部25に電気的に接続され、XYロボット部25の上記XおよびY方向への動作を制御する。上位制御部26eは、部品装着ヘッド制御部26a、移動テーブル制御部26b、部品供給制御部26c、およびXYロボット制御部26dをそれぞれ制御して、部品装着装置としての全体動作を制御する。
1 and 3, the
ここで、部品装着ヘッド制御部26aについて説明する。部品装着ヘッド制御部26aは、小型VCM制御部261、サーボモータ制御部262、および回転軸用サーボモータ制御部263を有している。上位制御部26eは、小型VCM制御部261、サーボモータ制御部262、および回転軸用サーボモータ制御部263にそれぞれ位置決めや加重の動作指令を送る。小型VCM制御部261は、小型VCM30と電気的に接続され、上位制御部26eからの指示に基づいて小型VCM30の駆動を制御する。サーボモータ制御部262は、サーボモータ33およびエンコーダ34と電気的に接続され、エンコーダ34から出力されるサーボモータ33の回転量および回転速度の情報と上位制御部26eからの指示とに基づいて、サーボモータ33の駆動を制御する。なお、小型VCM制御部261およびサーボモータ制御部262が制御内容の詳細については、後述する。回転軸用サーボモータ制御部263は、回転軸用サーボモータ35および回転軸用エンコーダ36と電気的に接続され、回転軸用エンコーダ36から出力される回転軸用サーボモータ35の回転量および回転速度の情報と上位制御部26eからの指示とに基づいて、回転軸用サーボモータ35の駆動を制御する。なお、回転軸用サーボモータ制御部263の制御内容については、従来から用いられている位置制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
Here, the component mounting
次に、図4を参照して、小型VCM制御部261について説明する。図4は、小型VCM制御部261および上位制御部26eの構成を示すブロック図である。
Next, the small
図4において、小型VCM制御部261は、加重指令部261a、加重制御部261b、およびパワーアンプ261cを有している。また、上位制御部26eは、小型VCM制御部261に関連する構成要素として、低荷重用動作指令部26e1および高荷重用動作指令部26e2を有している。
In FIG. 4, the small
加重指令部261aは、部品Pの装着の際、上位制御部26eの低荷重用動作指令部26e1から低荷重動作指令、または高荷重用動作指令部26e2から高荷重動作指令を受け取る。そして、加重指令部261aは、低荷重動作指令または高荷重動作指令に基づいて、加重指令を加重指令部261bに出力する。加重制御部261bは、加重指令部261aからの加重指令に基づいて、パワーアンプ261cにトルク制御指令を出力する。そして、パワーアンプ261cは、トルク制御指令に基づいた入力電流で小型VCM30を駆動する。ここで、トルク制御とは、駆動によるモータのトルク(力または回転力)が指令に基づいたトルクとなるように当該モータへの入力電流を制御することを意味している。例えば、VCM等ダイレクトに推力を出力するタイプのモータの場合、ガイド等に摺動抵抗損失があるものの、トルクをそのまま荷重として取り扱うことが可能である。この場合、モータ(VCM)への入力電流と荷重とが比例関係となり、入力電流をトルク制御で制御することでモータ駆動による荷重を制御することができる。
When the component P is mounted, the
次に、図5を参照して、サーボモータ制御部262について説明する。図5は、サーボモータ制御部262および上位制御部26eの構成を示すブロック図である。
Next, the servo
サーボモータ制御部262は、位置・加重指令部262a、加重制御部262b、位置制御部262c、接触検出部262d、速度制御部262e、切換部262f、およびパワーアンプ262gを有している。また、上位制御部26eは、サーボモータ制御部262に関連する構成要素として、低荷重用動作指令部26e1および高荷重用動作指令部26e2を有している。
The servo
位置・加重指令部262aは、部品Pの装着の際、上位制御部26eの低荷重用動作指令部26e1から低荷重動作指令、または高荷重用動作指令部26e2から高荷重動作指令を受け取る。そして、位置・加重指令部262aは、低荷重動作指令または高荷重動作指令に基づいて、加重指令を加重指令部262bまたは位置指令を位置制御部262cに出力する。また、位置・加重指令部262aは、低荷重動作指令または高荷重動作指令に基づいて、接触検出部262dに制御切替信号を出力する。
When the component P is mounted, the position /
トルク制御を行う場合、位置・加重指令部262aから出力される加重指令に基づいて、加重制御部262bが切替部262fを介してパワーアンプ262gにトルク制御指令を出力する。そして、パワーアンプ262gは、トルク制御指令に基づいた入力電流でサーボモータ33を駆動する。なお、上記トルク制御の際、接触検出部262dは、装着する部品Pと被装着物Sとの接触状況および位置・加重指令部262aからの制御切替信号に基づいて、加重制御部262bからのトルク制御指令がパワーアンプ262gに出力されるように切替部262fを切替える。
When performing torque control, based on the weighting command output from the position /
後述する位置制御を行う場合、位置・加重指令部262aから出力される位置指令およびエンコーダ34から出力される位置情報に基づいて、位置制御部262cが速度指令を速度制御部262eに出力する。そして、速度制御部262eは、上記速度指令およびエンコーダ34から出力される速度情報に基づいて、切替部262fを介してパワーアンプ262gに位置制御指令を出力する。そして、パワーアンプ262gは、位置制御指令に基づいた入力電流でサーボモータ33を駆動する。ここで、位置制御とは、モータの駆動による被駆動体(例えば、ノズル28)が指令に基づいた速度で移動し、指令に基づいた位置に配置されるように当該モータへの入力電流を制御することを意味している。なお、上記位置制御の際、接触検出部262dは、装着する部品Pと被装着物Sとの接触状況および位置・加重指令部262aからの制御切替信号に基づいて、速度制御部262eからの位置制御指令がパワーアンプ262gに出力されるように切替部262fを切替える。このように、サーボモータ制御部262は、上位制御部26eからの指示に応じて、上記トルク制御および上記位置制御のいずれか一方によってサーボモータ33を動作制御することができる。
When position control to be described later is performed, the
次に、図6および図7を参照して、制御装置26が部品装着ヘッド部1aの動作を制御する具体例を説明する。なお、図6は、低荷重で部品Pを装着する際に制御装置26が部品装着ヘッド部1aの動作を制御する具体例を説明する図である。図7は、高荷重で部品Pを装着する際に制御装置26が部品装着ヘッド部1aの動作を制御する具体例を説明する図である。ここで、図6および図7において、第1モータはサーボモータ33を示しており、第2モータは小型VCM30を示している。
Next, a specific example in which the
制御装置26の上位制御部26eは、装着する部品Pを被装着物Sに対して押圧する目標荷重に応じて、小型VCM30およびサーボモータ33を低荷重動作させるかあるいは高荷重動作させるかを選択する。そして、上位制御部26eは、目標荷重が閾値より以下の場合、低荷重動作指令を小型VCM制御部261およびサーボモータ制御部262にそれぞれ送信する。また、上位制御部26eは、目標荷重が閾値より大きい場合は高荷重動作指令を小型VCM制御部261およびサーボモータ制御部262にそれぞれ送信する。
The
上位制御部26eが低荷重動作および高荷重動作の一方を選択する上記閾値は、小型VCM30に設定されている最大推力以下の値に設定する。例えば、上記閾値には、小型VCM30に設定されている最大推力、当該最大推力に所定の安全率を掛けた値、または小型VCM30に設定されている定格推力を用いればよい。具体的には、小型VCM30が定格電流1Aおよび推力定数12N/Aに設定され、サーボモータ33が定格電流2.5Aおよび推力定数200N/Aであると仮定する。この場合、小型VCM30の定格推力が12N、サーボモータ33の定格推力が500Nとなる。そして、定格推力を上記閾値とする場合、上位制御部26eは、0N以上12N以下の荷重で加圧して部品Pを装着するときに低荷重動作に設定し、12Nよりも大きく500N以下の荷重で加圧して部品Pを装着するときに高荷重動作に設定する。なお、上述した説明では、目標荷重の大きさによって低荷重動作と高荷重動作との選択を行っているが、装着する部品Pの種類に応じて選択してもかまわない。
The threshold value for selecting one of the low load operation and the high load operation by the
図6において、低荷重動作が選択された場合、制御装置26は、XYロボット部25を動作させて部品装着ヘッド部1aのノズル28に保持された部品PをXY方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置26は、サーボモータ33を上記位置制御で駆動し、小型VCM30を上記トルク制御で駆動して部品Pを被装着物Sへ装着する。
In FIG. 6, when the low load operation is selected, the
まず、制御装置26は、小型VCM30をトルク制御にてストローク下限(最も被装着物S側に伸長した状態)で所定のトルクを保持しながら加圧状態にする。そして、制御装置26は、サーボモータ33を位置制御してヘッドユニット37を装着位置方向に高速度で下降させ、さらに被装着物Sに対して所定の押し込み量だけ下がった位置まで部品Pを下降させる。このヘッドユニット37の下降により、部品Pが下降して被装着物Sに接触し、さらに所定の押し込み量だけ押し込まれる。この部品Pと被装着物Sとの接触時に発生する衝撃は、サブヘッドユニット31の質量が従来の構造と比較して軽量であるため軽減される。そして、上記衝撃発生後、制御装置26は、小型VCM30をトルク制御することによって所定のトルクを保持する。サーボモータ33が上記押し込み位置までの下降を完了すると、制御装置26は、サーボモータ33をその位置で停止させ、小型VCM30をトルク制御にて目標荷重と同等のトルクを出力させる。そして、制御装置26は、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行い、その後サーボモータ33を位置制御による高速度でヘッドユニット37を所定の位置まで上昇させ、小型VCM30をトルク制御にて所定のトルクを出力させる。ヘッドユニット37の上昇とともに、小型VCM30はストローク下限で加圧する。
First, the
一方、図7において、高荷重動作が選択された場合、制御装置26は、XYロボット部25を動作させて部品装着ヘッド部1aのノズル28に保持された部品PをXY方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置26は、サーボモータ33を上記位置制御およびトルク制御を適時切替えて駆動し、小型VCM30を上記トルク制御で駆動して部品Pを被装着物Sへ装着する。
On the other hand, when the high load operation is selected in FIG. 7, the
まず、制御装置26は、装着動作中は常に小型VCM30をトルク制御にてストローク上限(最も被装着物Sから離れた方向に縮めた状態)で加圧状態にする。そして、制御装置26は、サーボモータ33を位置制御してヘッドユニット37を装着位置方向に高速度で下降させ、部品Pと被装着物Sとが接触する前の所定位置で低速度に切替える。さらに、制御装置26は、低速度で部品Pを下降させて被装着物Sに接触させ、さらに押し込まれることでサーボモータ33におけるトルク指令値が上がる。このトルク指令値が所定の値を越えたところで接触が検出される。そして、制御装置26は、サーボモータ33に対する制御を位置制御からトルク制御に切替え、サーボモータ33から目標荷重と同等のトルクを出力させ、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行う。所定の時間が経過すると、制御装置26は、サーボモータ33を位置制御による高速度でヘッドユニット37を所定の位置まで上昇させる。
First, during the mounting operation, the
このように、第1の実施形態に係る部品装着装置は、低荷重時および高荷重時の一方を選択し、その選択に応じて動作を切替えながら部品装着を行う。そして、低荷重動作で部品を装着する場合、部品装着ヘッド部1(サブヘッドユニット31)の軽量化によって部品Pおよび被装着物Sへの衝撃が低減されているため、常に高速度で部品装着ヘッド部1を動作させることが可能となり、装着に要する時間を短縮することができる。また、高荷重動作の場合も、上記軽量化により部品Pと被装着物Sとが接触する前の速度を従来動作より速くしても、従来と同程度の衝撃に抑えることができるため、装着に要する時間を短縮することができる。
As described above, the component mounting apparatus according to the first embodiment selects one of a low load and a high load, and performs component mounting while switching the operation according to the selection. When mounting components with a low load operation, the impact on the component P and the object to be mounted S is reduced by reducing the weight of the component mounting head 1 (sub head unit 31). The
なお、上記低荷重動作では、高速度で部品Pと被装着物Sとを接触させたが、所定の位置で高速度から低速度に切替えた後、接触させてもかまわない。これによって、部品Pおよび被装着物Sに加わる衝撃荷重をさらに小さくすることができる。 In the low load operation, the component P and the attachment S are brought into contact with each other at a high speed, but they may be brought into contact after switching from a high speed to a low speed at a predetermined position. Thereby, the impact load applied to the component P and the mounted object S can be further reduced.
また、上述した説明では、部品Pの保持手段として吸着作用を用いた吸着ノズル28を用いているが、これに限定されるものではなく、他にもグリッパ等の部品保持手段を用いてもかまわない。また、部品Pを保持するノズルを昇降させるモータとしてサーボモータ33および小型VCM30を用いているが、これに限定されるものではなく、双方共にVCMを用いる等他のモータの組み合わせでもかまわない。ヘッドユニット37に設けられた小型VCM30は、直動型のリニアモータであれば他のモータであってもかまわない。
In the above description, the
(第2の実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の第2の実施形態に係る部品装着装置および部品装着方法について説明する。なお、当該部品装着装置の全体構成は、上述した第1の実施形態と同様である。以下の説明については、同一の構成に対して同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a component mounting apparatus and a component mounting method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The overall configuration of the component mounting apparatus is the same as that of the first embodiment described above. About the following description, the same referential mark is attached | subjected with respect to the same structure, and detailed description is abbreviate | omitted.
次に、図8を参照して、第2の実施形態に係る部品装着ヘッド部1の構造について説明する。なお、図8は、当該部品装着ヘッド部1bの構成を示す概略図である。
Next, the structure of the component mounting
図8において、第2の実施形態に係る部品装着ヘッド部1bは、第1の実施形態で説明した部品装着ヘッド部1aに対して力センサ45をさらに備えている。なお、部品装着ヘッド部1bにおける他の構成については、第1の実施形態の部品装着ヘッド部1aと同様であるため、同一の構成に対して同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
In FIG. 8, the component mounting
力センサ45は、例えば、加圧シャフト29とブロック38との間に設置される。力センサ45は、加圧シャフト29に加わる荷重を検出することによって、装着する部品Pへの荷重を検出する。そして、力センサ45は、制御装置26に上記荷重を示す信号を出力する。なお、力センサ45を設置する位置は、加圧シャフト29とブロック38との間でなくてもかまわない。部品Pへ加えられる荷重をより正確に検出するためには、できるだけノズル28に近い位置に力センサ45を設置するのが好ましい。
The
次に、図9〜図11を参照して、制御装置26と力センサ45との関連について説明する。なお、図9は、第2の実施形態に係る制御装置26の構成を示すブロック図である。図10は、図9の小型VCM制御部261および上位制御部26eの構成を示すブロック図である。図11は、図9のサーボモータ制御部262および上位制御部26eの構成を示すブロック図である。なお、第2の実施形態に係る制御装置26の内部構成についても、第1の実施形態と同様であるため、ここでは力センサ45と制御装置26との関連について主に説明する。
Next, the relationship between the
図9〜図11に示すように、力センサ45が出力する上記荷重を示す信号は、小型VCM制御部261およびサーボモータ制御部262にそれぞれ入力する。小型VCM制御部261の加重制御部261bおよびサーボモータ制御部262の加重制御部262bは、それぞれ力センサ45から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、加重フィードバック制御を行うことができる。ここで、加重フィードバック制御とは、力センサ45から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、当該荷重が目標荷重に追従するようにフィードバック制御しながら、当該モータへの入力電流を制御することを意味している。また、サーボモータ制御部262の接触検出部262dは、上記荷重を示す信号に応じて、部品Pと被装着物Sとの接触を検出する。
As shown in FIGS. 9 to 11, the signal indicating the load output from the
例えば、図10に示すように、トルク制御時において、加重指令部261aからの加重指令に基づいて、加重制御部261bはパワーアンプ261cの入力電流をトルク制御する。一方、加重フィードバック制御時において、加重指令部261aからの加重指令および力センサ45から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、加重制御部261bは目標荷重となるようにパワーアンプ261cへの入力電流を制御する。
For example, as shown in FIG. 10, at the time of torque control, the
また、図11に示すように、トルク制御時において、位置・加重指令部262aからの加重指令に基づいて、加重制御部262bは切替部262fを介してパワーアンプ262gの入力電流をトルク制御する。一方、加重フィードバック制御時において、位置・加重指令部262aからの加重指令および力センサ45から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、加重制御部262bは目標荷重となるように切替部262fを介してパワーアンプ262gへの入力電流を制御する。なお、上記トルク制御または加重フィードバック制御の際、接触検出部262dは、力センサ45から入力する上記荷重を示す信号および位置・加重指令部262aからの制御切替信号に基づいて、加重制御部262bからの指令がパワーアンプ262gに出力されるように切替部262fを切替える。
As shown in FIG. 11, during torque control, the
次に、図12および図13を参照して、制御装置26が部品装着ヘッド部1bの動作を制御する具体例を説明する。なお、図12は、低荷重で部品Pを装着する際に制御装置26が部品装着ヘッド部1bの動作を制御する具体例を説明する図である。図13は、高荷重で部品Pを装着する際に制御装置26が部品装着ヘッド部1bの動作を制御する具体例を説明する図である。ここで、図12および図13において、第1モータはサーボモータ33を示しており、第2モータは小型VCM30を示している。
Next, a specific example in which the
制御装置26の上位制御部26eは、装着する部品Pを被装着物Sに対して押圧する目標荷重に応じて、小型VCM30およびサーボモータ33を低荷重動作させるかあるいは高荷重動作させるかを選択し、小型VCM制御部261およびサーボモータ制御部262にそれぞれその指示を出力する。なお、選択に用いられる閾値については、第1の実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。
The
図12において、低荷重動作が選択された場合、制御装置26は、XYロボット部25を動作させて部品装着ヘッド部1bのノズル28に保持された部品PをXY方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置26は、サーボモータ33を上記位置制御で駆動し、小型VCM30を上記トルク制御および上記加重フォードバック制御で駆動して部品Pを被装着物Sへ装着する。
In FIG. 12, when the low load operation is selected, the
まず、制御装置26は、小型VCM30をトルク制御にてストローク下限で所定のトルクを保持しながら加圧状態にする。そして、制御装置26は、サーボモータ33を位置制御してヘッドユニット37を装着位置方向に高速度で下降させ、さらに被装着物Sに対して所定の押し込み量だけ下がった位置まで部品Pを下降させる。このヘッドユニット37の下降により、部品Pが下降して被装着物Sに接触し、さらに所定の押し込み量だけ押し込まれる。この部品Pと被装着物Sとの接触時に発生する衝撃は、サブヘッドユニット31の質量が従来の構造と比較して軽量であるため軽減される。そして、上記衝撃発生後、制御装置26は、小型VCM30をトルク制御することによって所定のトルクを保持する。サーボモータ33が上記押し込み位置までの下降を完了すると、制御装置26は、サーボモータ33をその位置で停止させ、小型VCM30を力センサ45による加重フィードバック制御に切替え、目標荷重を出力させる。そして、制御装置26は、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行い、その後サーボモータ33を位置制御による高速度でヘッドユニット37を所定の位置まで上昇させ、小型VCM30をトルク制御にて所定のトルクを出力させる。ヘッドユニット37の上昇とともに、小型VCM30はストローク下限で加圧する。
First, the
一方、図13において、高荷重動作が選択された場合、制御装置26は、XYロボット部25を動作させて部品装着ヘッド部1bのノズル28に保持された部品PをXY方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置26は、サーボモータ33を上記位置制御および加重フィードバック制御を適時切替えて駆動し、小型VCM30を上記トルク制御で駆動して部品Pを被装着物Sへ装着する。
On the other hand, in FIG. 13, when the high load operation is selected, the
まず、制御装置26は、装着動作中は常に小型VCM30をトルク制御にてストローク上限で加圧状態にする。そして、制御装置26は、サーボモータ33を位置制御してヘッドユニット37を装着位置方向に高速度で下降させ、部品Pと被装着物Sとが接触する前の所定位置で低速度に切替える。さらに、制御装置26は、低速度で部品Pを下降させて被装着物Sに接触させ、さらに押し込まれることで力センサ45が検出する荷重が上がる。この力センサ45が検出する荷重が所定の値を越えたところで接触が検出される。そして、制御装置26は、サーボモータ33に対する制御を位置制御から加重フィードバック制御に切替え、力センサ45が検出する荷重をサーボモータ33の目標荷重に追従させ、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行う。所定の時間が経過すると、制御装置26は、サーボモータ33を位置制御による高速度でヘッドユニット37を所定の位置まで上昇させる。
First, the
このように、第2の実施形態に係る部品装着装置も、低荷重時および高荷重時の一方を選択し、その選択に応じて動作を切替えながら部品装着を行う。そして、低荷重動作で部品を装着する場合、部品装着ヘッド部1(サブヘッドユニット31)の軽量化によって部品Pおよび被装着物Sへの衝撃が低減されているため、常に高速度で部品装着ヘッド部1を動作させることが可能となり、装着に要する時間を短縮することができる。また、高荷重動作の場合も、上記軽量化により部品Pと被装着物Sとが接触する前の速度を従来動作より速くしても、従来と同程度の衝撃に抑えることができるため、装着に要する時間を短縮することができる。さらに、装着する部品Pへ加わる加重を力センサ45によって直接的に検出しているため、装着における動作の切替えや目標荷重での押し込み等を正確に行うことが可能である。
As described above, the component mounting apparatus according to the second embodiment also selects one of the low load and the high load, and performs component mounting while switching the operation according to the selection. When mounting components with a low load operation, the impact on the component P and the object to be mounted S is reduced by reducing the weight of the component mounting head 1 (sub head unit 31). The
なお、上記低荷重動作では、高速度で部品Pと被装着物Sとを接触させたが、所定の位置で高速度から低速度に切替えた後、接触させてもかまわない。これによって、部品Pおよび被装着物Sに加わる衝撃荷重をさらに小さくすることができる。 In the low load operation, the component P and the attachment S are brought into contact with each other at a high speed, but they may be brought into contact after switching from a high speed to a low speed at a predetermined position. Thereby, the impact load applied to the component P and the mounted object S can be further reduced.
また、上述した説明では、部品Pの保持手段として吸着作用を用いた吸着ノズル28を用いているが、これに限定されるものではなく、他にもグリッパ等の部品保持手段を用いてもかまわない。また、部品Pを保持するノズルを昇降させるモータとしてサーボモータ33および小型VCM30を用いているが、これに限定されるものではなく、双方共にVCMを用いる等他のモータの組み合わせでもかまわない。ヘッドユニット37に設けられた小型VCM30は、直動型のリニアモータであれば他のモータであってもかまわない。
In the above description, the
本発明に係る部品装着装置および部品装着方法は、部品と被装着物とが接触時の衝撃を抑えつつ装着する速度を上げることによりタクトタイムを短縮することができ、部品を被装着物に装着する装置および方法として有用であり、部品装着機全般にも適用できる。 The component mounting apparatus and the component mounting method according to the present invention can reduce the tact time by increasing the mounting speed while suppressing the impact at the time of contact between the component and the mounted object, and mount the component on the mounted object. It is useful as an apparatus and a method for performing the above, and can be applied to all parts mounting machines.
1…部品装着ヘッド部
28…ノズル
29…加圧シャフト
30…小型VCM
31…サブヘッドユニット
32…ボールねじ
33…サーボモータ
34…エンコーダ
35…回転軸用サーボモータ
36…回転軸用エンコーダ
37…ヘッドユニット
38…ブロック
39、42、43…ベアリング
40…ナット部
41…回転軸シャフト
22…移動テーブル部
23…部品供給部
25…XYロボット部
26…制御装置
26a…部品装着ヘッド制御部
261…小型VCM制御部
261a…加重指令部
261b、262b…加重制御部
261c、262g…パワーアンプ
262…サーボモータ制御部
262a…位置・加重指令部
262c…位置制御部
262d…接触検出部
262e…速度制御部
262f…切換部
263…回転軸用サーボモータ制御部
26b…移動テーブル制御部
26c…部品供給制御部
26d…XYロボット制御部
26e…上位制御部
26e1…低荷重用動作指令部
26e2…高荷重用動作指令部
27…部品供給トレイ
45…力センサ
DESCRIPTION OF
31 ...
Claims (7)
前記部品を保持する保持部と、
支持部材と、
前記支持部材を昇降する第1モータと、
その先端に前記保持部が設けられたサブヘッドユニットと、
前記支持部材に設けられ、前記サブヘッドユニットを昇降させる第2モータと、
前記第1モータおよび第2モータの少なくとも一方を駆動して、前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御する制御部とを備える、部品装着装置。 A component mounting apparatus for mounting a component on an object to be mounted,
A holding part for holding the component;
A support member;
A first motor for raising and lowering the support member;
A sub head unit provided with the holding portion at its tip;
A second motor provided on the support member for raising and lowering the sub head unit;
A controller that drives at least one of the first motor and the second motor to control a position in a height direction of the component held by the holding unit and a load that presses the component against the mounted object; Component mounting device.
前記部品を保持部で保持させる工程と、
第1モータを駆動させることによって、その先端に前記保持部が設けられたサブヘッドユニットを昇降する第2モータを支持する支持部材を昇降させる工程と、
前記保持部に保持した部品を前記被装着物に押圧する際、目標荷重に応じて前記第1モータおよび第2モータの少なくとも一方を駆動するモータとして選択する工程と、
選択された前記第1モータおよび第2モータの少なくとも一方を駆動して、前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御する工程とを含む、部品装着方法。 A component mounting method for mounting a component on a workpiece,
Holding the part with a holding part;
A step of raising and lowering a support member that supports a second motor that raises and lowers the sub head unit provided with the holding portion at the tip by driving the first motor;
A step of selecting at least one of the first motor and the second motor as a motor for driving at least one of the first motor and the second motor according to a target load when pressing the component held by the holding unit against the attachment;
Driving at least one of the selected first motor and second motor to control a position in the height direction of the component held in the holding portion and a load for pressing the component against the mounted object; Including parts mounting method.
前記選択する工程は、前記目標荷重が前記第2モータの最大推力以下のとき、前記保持部に保持した部品を前記被装着物に押圧する際に駆動するモータとして前記第2モータを選択することを特徴とする、請求項3に記載の部品装着方法。 The maximum thrust of the second motor is smaller than the maximum thrust of the first motor,
In the selecting step, when the target load is equal to or less than the maximum thrust of the second motor, the second motor is selected as a motor to be driven when the component held by the holding portion is pressed against the attachment object. The component mounting method according to claim 3, wherein:
前記支持部材を昇降させる工程は、前記サブヘッドユニットが最も伸長する方向に前記第2モータを駆動した状態で、前記第1モータを位置制御で駆動させて前記支持部材を相対的に高速度で前記部品が前記被装着物と接触するまで下降させ、
前記押圧する荷重を制御する工程は、前記第1モータの駆動を停止させ、前記第2モータを駆動して前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御することを特徴とする、請求項4に記載の部品装着方法。 When the target load is below a predetermined threshold value,
The step of raising and lowering the support member includes driving the first motor by position control in a state where the second motor is driven in the direction in which the sub head unit extends most, thereby moving the support member at a relatively high speed. Lower until the part comes into contact with the workpiece,
The step of controlling the load to be pressed stops the driving of the first motor, drives the second motor, and holds the position in the height direction of the part held in the holding part and the part on the mounted object. The component mounting method according to claim 4, wherein a load to be pressed is controlled.
前記支持部材を昇降させる工程は、前記サブヘッドユニットが最も縮んだ方向に前記第2モータを駆動した状態で、前記第1モータを位置制御で駆動させて前記支持部材を相対的に高速度で所定の位置まで下降させ、当該所定の位置から前記支持部材を当該高速度より遅い速度で前記部品が前記被装着物と接触するまで下降させ、
前記押圧する荷重を制御する工程は、前記第1モータを駆動して前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御することを特徴とする、請求項4に記載の部品装着方法。 When the target load is greater than a predetermined threshold value,
The step of raising and lowering the support member includes driving the first motor by position control in a state where the second motor is driven in the direction in which the sub head unit is contracted most, and moving the support member at a relatively high speed. Lowering to a predetermined position, lowering the support member from the predetermined position at a speed slower than the high speed until the component comes into contact with the mounted object,
The step of controlling the pressing load controls the position in the height direction of the component held by the holding unit by driving the first motor and the load for pressing the component against the mounted object. The component mounting method according to claim 4.
前記支持部材を昇降させる工程は、前記検出された荷重に基づいて前記部品と前記被装着物との接触を検出し、
前記押圧する荷重を制御する工程は、前記検出された荷重が前記目標荷重になるようにフィードバック制御して前記部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御することを特徴とする、請求項5または6に記載の部品装着方法。 The component mounting method further includes a step of detecting a load applied to the sub head unit,
The step of raising and lowering the support member detects contact between the component and the mounted object based on the detected load,
The step of controlling the load to be pressed controls feedback of the detected load to the target load to control the load that presses the component against the mounted object. Or the component mounting method of 6.
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