JP2006148030A - 部品実装装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータや移動ベルトなど移動要素に環境変化や経時変化があっても、高精度の部品搭載を可能とする部品実装装置を提供する。
【解決手段】移動指令に従い駆動されるサーボモータにより装着ヘッドを部品吸着位置及び部品搭載位置に移動させて電子部品を基板上に実装する。サーボモータへの移動指令が0になってからの指令位置と現在位置との偏差に相当するダンピング量が許容値以内に収束するまでのダンピング整定時間が測定され(S1)、測定されたダンピング整定時間に応じて装着ヘッドの部品吸着位置あるいは搭載位置への下降タイミングが制御される(S7)。またダンピング整定時間が許容値を超えた場合には、警告表示が行われる(S4)。
【選択図】図5

Description

本発明は、部品実装装置、更に詳細には、サーボモータを駆動することにより装着ヘッドを部品吸着位置及び部品搭載位置に移動させて電子部品を基板上に実装する部品実装装置に関する。
従来から、部品実装装置(マウンタないし表面実装装置ともいう)を用いて電子部品を回路基板に搭載することが行われており、このような部品実装装置では、装着ヘッドを部品供給装置に移動させ、そこで部品供給装置から供給される電子部品を吸着し、装着ヘッドを搬送されてくる回路基板位置に移動させ、吸着した電子部品を回路基板の所定位置に搭載している。その場合、装着ヘッドは、コントローラにより制御されるX軸モータによりX軸方向移動ベルトを介してX軸方向に移動され、またコントローラにより制御されるY軸モータによりY軸方向移動ベルトを介してY軸方向に駆動され、部品供給位置あるいは部品搭載位置に移動される。各モータには、エンコーダが設けられているので、コントローラは、エンコーダ値を読み取りながらヘッドのXY軸移動時の位置あるいは速度制御を行っている。
また、従来から、上記のような部品実装装置において、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。この特許文献1の構成では、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サーボモータを駆動する駆動制御系の良否診断が行われている。それによると、まずPC(パーソナルコンピュータ)からDCサーボモータ駆動処理部に移動量を指令するパルスが出力され、これに応じて駆動処理部からDCサーボアンプとDCサーボモータ診断処理部にパルス列が出力され、処理部でそのパルス数がカウントされるとともに、アンプによりDCサーボモータが回転され、エンコーダによって前記回転に伴うパルスがアンプと処理部にフィードバックされ、処理部でそのパルス数がカウントされる。そして、PCで、処理部がカウントしたパルス数、とPC1が最初に出力したパルス数が比較され、その結果に基づいてDCサーボモータ駆動処理部、DCサーボアンプ、及びエンコーダの良否が診断される。
ところで、上記サーボモータはダンピングしながら停止に至るので、ダンピング整定時間が存在し、部品実装装置では、X、Y軸方向移動完了時のダンピング整定時間は図3に示したように、Tms以内に規格化されている。さらに、部品吸着並びに搭載のためには、装着ヘッドは、Z軸方向に移動しなければならないので、その移動開始から移動完了まではTmsに制御されている。このことから、コントローラは、X、Y軸移動完了のTms前を算出しZ軸の下降タイミングを指示しており、これにより、ダンピング整定時間が規格値のTms以内に収まればTmsの余裕をもって装着ヘッドのZ軸方向の下降が完了し、高精度な部品吸着、搭載動作が行える。
特開平6−276000号公報(段落[0020]〜[0030]、図6〜図9)
しかしながら、従来の部品吸着、搭載シーケンスではダンピング整定時間がTms以内で収束することを前提としたシーケンスで制御されており、ダンピング整定時間がZ軸下降のために持っているTmsを含めた時間を超えた場合でもZ軸の下降タイミングを変更するなどの制御が行われていなかった。つまり、部品実装装置を長期間使用するとベルトの伸びや摩耗部分が発生し、ダンピング整定時間が長くなりダンピング整定中で揺れたままの状態や、目標位置とずれた位置で部品を吸着ないし搭載し、搭載精度が低下したり、吸着リトライのためタクトが伸びたりする問題があった。
また、ダンピング整定時間が大きくなっても従来と同様の制御を行うため、ハンチングが発生し装置の誤動作や接触による破損が発生するという問題もあった。
本発明は、このような問題点を解決するもので、モータや移動ベルトなど移動要素に環境変化や経時変化があっても、高精度の部品搭載を可能とする部品実装装置を提供することを課題とする。
本発明は、
サーボモータを駆動することにより装着ヘッドを部品吸着位置及び部品搭載位置に移動させて電子部品を基板上に実装する部品実装装置であって、
前記サーボモータへの移動指令が0になってからの装着ヘッドの指令位置と現在位置間の偏差をダンピング量として、該ダンピング量が許容値以内に収束するまでのダンピング整定時間を測定するダンピング整定時間測定手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明では、測定されたダンピング整定時間に応じて装着ヘッドの部品吸着位置あるいは搭載位置への下降タイミングを制御する制御手段が設けられ、ダンピング整定時間は、基板生産前にあるいは生産中に測定される。その場合、ダンピング整定時間が許容値を超えた場合には、警告表示が行われる。
本発明によれば、ダンピング整定時間が測定されるので、装着ヘッドの下降タイミングなどの制御をダンピング整定時間に応じて行うことができ、環境変化や経時変化があっても高精度の部品搭載が実現する。
また、ダンピング整定時間を測定するようにしているので、測定されたダンピング整定時間から、ベルトテンションやモータの発振などの有無、搭載精度状況などを把握することが可能となり、またダンピング整定時間が許容値を超えた場合は、警告表示を行うようにしているので、部品実装装置の障害、破損を未然に防止することが可能となる。
本発明は、モータや移動ベルトなど移動要素に環境変化や経時変化があっても、高精度の部品搭載を可能とする部品実装装置であり、以下に本発明を添付図面に示す実施例に基づいて説明する。
図1は、部品実装装置の概略構成を示しており、同図において、電子部品を吸着する装着ヘッド2は、コントローラ1により制御されるX軸用DCサーボモータ(以下、X軸モータという)3によりX軸移動ベルト4を介してX軸レール5に沿ってX方向に移動される。また、装着ヘッド2、X軸モータ3、並びにその他X軸移動ベルト4などX軸移動機構は、コントローラ1により制御されるY軸用DCサーボモータ(以下、Y軸モータという)6によりY軸移動ベルト7を介してY軸レール8に沿ってY方向に移動される。
装着ヘッド2は、電子部品を供給する部品供給ユニット(フィーダバンクユニット)12の位置に移動し、Z軸用DCサーボモータ11により下方に移動し、部品供給ユニットから供給される電子部品を吸着して、CCDカメラなどの撮像手段を有する部品認識部9に移動する。そこで、部品認識が行われた後、装着ヘッド2は、基板搬送ユニット10により搬送されてくる基板上に移動し、吸着誤差を補正して、電子部品を基板上の所定位置に搭載する。
ここで、コントローラ1は、部品吸着並びに搭載時に、指令位置に応じて移動指令をX軸モータ3及びY軸モータ6に出力して各モータを駆動し、各モータに設けられたエンコーダのフィードバック値に基づいて、装着ヘッド2の位置並びに速度制御を行っている。その場合、図2に示したように、実線で示す装着ヘッドの指令位置(目標位置)と、点線で示す装着ヘッドの現在位置、つまりエンコーダ値間には、応答の遅れに基づく偏差が存在し、移動指令が0となったとき、装着ヘッドは、目標位置に達しているのではなく、減衰(ダンピング)しながらが目標位置に到達する。
本発明では、単位時間当たりの移動量を示す移動指令が0、つまり指令速度が0になってからの装着ヘッドの指令位置(目標位置)とエンコーダ値(現在位置)との偏差を、ダンピング量とよび、移動指令が0になった時点からのダンピング量が、許容値以内に収束するまでの時間を、ダンピング整定時間という。ここで、許容値として、例えば、目標位置からの偏差が、パルス数にして±5パルスが選ばれる。従って、図2の例でいえば、時刻t0で移動指令が0(指令位置がP0)となり、その後偏差が減少して、現在位置がP1になった時点で、P0とP1間の距離がパルス数に換算して±5パルス以内に相当するものであれば、P1に到達する時間をt1として、t0とt1間の時間が、ダンピング整定時間となる。
X、Y軸移動完了時のダンピング整定時間は、図3に示すように、通常、Tms以内の規格となっており、部品吸着、搭載のための装着ヘッドのZ軸方向の移動開始から移動完了までの時間は、約Tmsで制御されているので、Z軸方向の装着ヘッドの下降は、装着ヘッドのX、Y軸方向移動完了のTms前に開始させている。これにより、ダンピング整定時間がTms以内に収まればTmsの余裕をもってZ軸の下降が完了し、高精度な部品吸着、部品搭載動作が行える。
しかし、環境変化あるいは経時変化により、X、Y軸モータ3、6が発振したり、移動ベルト4、7にテンションの緩みが発生すると、ダンピング整定時間が長くなり、吸着位置ないし搭載位置に誤差が発生し、高精度な搭載が保証されなくなる。
そこで、本発明では、ダンピング整定時間の測定を行い、ベルトテンションの緩みやモータの発振の発生有無を自動的に診断するようにする。そして、ベルトテンションの緩みやモータの発振があると判断した時には、注意警告やメンテナンス警告、つまり、使用するベルトテンションとモータ状態のメンテナンス警告を行うようにしている。また、ダンピング整定待ち時間を自動的に設定しマシンのスペックを維持するようにもしている。
まず、以下にダンピング整定時間の測定について説明する。
<ダンピング整定時間の測定(図5のステップS1:ダンピング整定時間測定手段)>
ダンピング整定時間の測定は、ユーザがメンテナンス目的で診断するときに行う方法(手動測定)と、生産時に自動で診断するときに行う方法(後述する図12の生産時の測定)の2通りの方法がある。手動の測定は、ユーザがメニュー画面から任意でダンピング測定を行い、部品実装装置の状態を把握する。
測定場所は、図4に示すように、装着ヘッド2が、X軸レール5、Y軸レール8に沿ってX、Y方向に移動されるとして、前後左右、それに中央の5箇所M1〜M5とし、また、図6に示すような条件で行われる。なお、図6で、「軸」はX軸方向、X軸方向の移動を示し、移動スピードは、装着ヘッドの移動速度であり、例えば、「PTP高速移動」は指定された点から点まで(Point・To・Point)を高速に移動することを意味する。従って、例えば、測定は、装着ヘッドの移動が、「X軸」方向の移動で、移動ストロークが「10<S<40」の範囲で、移動速度を「PTP高速移動」で行うという条件が付される。
ここで、移動ストロークが決まると、それに応じた速度制御が行われ、移動速度が決まるので、移動ストロークを可変にして各ストローク(X、Y軸)ごとに、行き移動と帰り移動に分けてダンピング整定時間を測定する。これが、図5のステップS1の処理であり、その詳細が図7に示されている。
まず、ユーザがダンピング整定時間測定開始時、測定回数を指定し(ステップS101)、閾値を入力し(ステップS102)、X、Y軸方向のダンピング整定時間、並びに測定場所を初期化し(ステップS103〜S105)、装着ヘッド2を図4で左前のM1の位置に移動させる(ステップS106、S107)。
続いて、軸を初期化し(ステップS109)、軸をインクリメントして(ステップS110)、軸=1とする。ここで、軸=1はX軸を、また軸=2はY軸を意味する。続いて、ストロークを初期化する(ステップS112)。ここで、ストローク「0」〜「8」は、図6の移動ストローク(0)〜(8)に対応し、それを移動ストローク量として設定し(ステップS114)、ダンピング整定時間の実体測定処理に入る(ステップS115)。
このダンピング整定時間の測定処理の詳細な流れが、図8に示されている。まず、ダンピング値に対して200分の配列を準備し(ステップS201)、測定回数を初期化する(ステップS202)。ステップS203が否定されるので、測定回数をインクリメントして動作を初期化する(ステップS204、S205)。ここで、動作=0は、動作の初期化、動作=1は行き移動、動作=2は帰り移動を意味する。
動作が初期化されると、ステップS206、S207が否定されるので、ステップS208で動作がインクリメントされ、動作=1となって行き移動となる(ステップS209)。この場合、ステップS110でX軸(軸=1)となっているので、測定場所M1からのX軸に沿った行き移動となる(図4)。
続いて、カウンタが初期化され(ステップS210)、ステップS213からS216の処理で、X軸モータへの移動指令が「0」となってから(指令速度=0)、1msごとに200ms間エンコーダ値を取得して、そのエンコーダ値と指令位置のエンコーダ値との偏差、つまりダンピング量に相当する値を配列Workに格納し、最大ダンピング整定時間を取得する(ステップS214)。
その取得は、図9の処理に従って行われ、ステップS301からS305の処理で、Work[i=カウンタ]を、200msから逆に1msずつ減算して、即ちiを−1ずつデクリメントしてダンピング量が、±5パルスに相当する値(閾値)以内になったときのカウンタ値iを求め、それを最大ダンピング整定時間iMaxとして保存する(ステップS306)。今、X軸の処理なので(ステップS307)、ステップS308、S309の処理に入り、ステップS114で設定されている移動ストローク量XMax[ストローク]に関連付けて、iMaxを保存する。
その後、図8のステップS206に戻ると、ステップS207で動作=1(行き移動)が判断されるので、動作=2(帰り移動)へインクリメントされ(ステップS211)、ステップS212とステップS210〜S214のループ処理で、帰り移動に対して最大ダンピング整定時間iMaxが取得される(図9の処理)。ここで、行き移動(動作=1)のときに取得したものよりも、大きい場合には、それに上書きされる。
続いて、図8のステップS206に戻ると、動作=2(帰り移動)が判定されるので、ステップS203〜S206のループ処理が行われ、設定した測定回数だけ上述の処理が行われる。このようにして、設定回数測定が行われ、ステップS203が肯定されたとき、つまり図8の処理を終えた段階では、設定した移動ストロークで測定場所M1からX軸に沿って装着ヘッドを所定回数往復動させた中で得られたダンピング整定時間のうちの最大値が取得される。
続いて、図7のステップS116に移行し移動ストロークがインクリメントされるので(ステップS116)、次の移動ストロークに対して、上記処理が行われ、その移動ストロークで測定場所M1からX軸に沿って装着ヘッドを所定回数往復動させた中で得られた最大ダンピング整定時間が取得される。
移動ストローク=8まで上記測定が行われると、ステップS116で移動ストローク=9となるので、ステップS113からステップS110に入り軸がインクリメントされ、軸=2(Y軸)となって、同様の処理が行われる。この場合、図9のステップS307では、Y軸判断となるので、ステップS311、S312の処理が行われ、各移動ストローク(=0〜8)ごとに、測定場所M1からY軸に沿って装着ヘッドを所定回数往復動させた中で得られた最大ダンピング整定時間が取得される。
以上の各処理でエラーがあった場合には(ステップS117)、ステップS132に移行しエラー表示が行われる。
その後の処理は、ステップS110で軸=3にインクリメントされるので(ステップS110)、ステップS111の判断が肯定され、ステップS106の判断が行われる。ステップS108で測定場所がインクリメントされているので、測定場所M5(中央)までは、上記図8と図9の各処理が測定場所M2、M3、M4に対して行われる。また、M=5となると、ステップS106からステップS120からS131の処理に入る。この処理は、他の測定場所と同様な処理であるが、測定場所が中央であるため、ステップS126とS128で中央から両方向(+方向、−方向)の移動ストロークに対して最大ダンピング整定時間が取得されるところが相違する。
以上の図7〜図9の処理で、装着ヘッド2が、X軸とY軸に沿って所定回数往復動されて、各移動ストローク0〜8ごとに、また、各測定場所M1〜M5ごとにX軸移動時のダンピング整定時間の最大値(ステップS309)と、Y軸移動時のダンピング整定時間の最大値(ステップS312)が取得されたことになる。
<ダンピング整定待ち時間の算出(図5のステップS2;ダンピング整定待ち時間算出手段)>
続いて、図5のステップS2の処理に入り、ダンピング整定時間測定処理で取得した各ストロークの最大ダンピング整定時間からダンピング整定待ち時間を算出する。この処理が図10に図示されている。
算出方法はZ軸下降時間のTmsと余裕のTmsを考慮して、
ダンピング整定待ち時間= 最大ダンピング整定時間 − (T−T)ms
とする。
そのために、X、Y軸の待ち時間XWait[ストローク]、YWait[ストローク]を初期化し(ステップS401)、軸を初期化して(ステップS402)、ステップS403〜S411でX軸(軸=1)に対して各移動ストローク(0〜8)ごとに、
XWait[ストローク](ダンピング整定待ち時間)
= XMax[ストローク](最大ダンピング整定時間) − (T−T
を算出する(ステップS408)。
また、ステップS409で、この算出された待ち時間を下降タイミング−Tと比較し、従来の規格から算出された下降タイミングが−T以下の場合でもX・Y軸移動完了Tms前にはZ軸が下降しないように下降タイミングは−Tとする(ステップS410)。ここで、下降タイミングが−値になるのはX・Y軸が移動完了する前にZ軸を下降開始することを示す。
この処理は、ステップS412〜S417に示されているように、Y軸に対しても行う。
なお、ダンピング整定待ち時間の算出は、各測定場所で得られたものに対しても行われるので、他の測定場所のものに対しても同様な処理が行われる。
<異常値チェック並びに結果表示(図5のステップS3〜S5)>
ここで、ステップS3において、各ストロークの最大ダンピング整定時間が許容値を超えたかどうかをチェックし、ベルトテンション状態を確認する。異常値が見られる場合には、警告、エラー表示を行いユーザにメンテナンス要請をする(ステップS4)。また、モータ発振状況を確認しモータが発振していると検知された場合、例えば、モータの発振規格閾値を設定し所定時間を超えてもモータ発振閾値以内に収束しない場合はすぐに非常停止を行い、メンテナンス連絡を行う。
更に、全ての最大ダンピング整定時間、現在のダンピング整定待ち時間、算出された待ち時間を、各測定場所ごと、各ストロークごと、各軸ごとに表示し(ステップS5)、待ち時間を変更するかの問い合わせを行う(ステップS6)。
<ダンピング整定待ち時間の変更(図5のステップS7;下降タイミング制御手段)>
結果表示時にダンピング整定待ち時間の変更が選択されたら算出した待ち時間の適用処理を行う。これは、基板生産を開始してから生産動作上でのダンピング整定時間を測定し、マシン稼動範囲を生産動作で必要な範囲に狭めてダンピング整定待ち時間をより短縮する診断を行う。この処理が図11、図12に示されている。
まず、基板生産枚数を入力し(ステップS501)、ダンピングの補正を行わない場合は、従来の搭載シーケンスに従って設定された枚数基板を生産する(ステップS502〜S506)。
一方、ダンピング整定待ちの補正を行う場合は、ダンピング整定時間を測定するために測定枚数を指定し(ステップS507)、1枚の生産に対して搭載する搭載点数を取得する(ステップS508)。また、1つの搭載点に対して2つの下降タイミング保持変数を確保する(ステップS509)。
続く、ステップS510〜S514は、指定枚数、各搭載点に対して測定が行われたかを判断するもので、各基板で各搭載点ごとに、部品吸着前位置、すなわち前部品搭載位置、ノズル交換位置、待機位置等に移動する(ステップS516)。その後、部品吸着位置へ移動し(ステップS517)、図12の処理を経てZ軸下降タイミングを取得する(ステップS518)。
図12の処理は、基本的に開始前に行うときに述べた図7〜図11が、基板生産中に行われるのもので、ステップS601は、図8のステップS201に対応し、ステップS602〜S605の処理は、図8のステップS210〜S216に対応し、移動完了後200ms間のエンコーダ値(ダンピング量)が1msごとに取得される。続いて、ステップS606からステップS609の処理でダンピング整定時間が取得され、S611〜S614の処理で、Z軸下降タイミングが算出される。
この算出された値が格納された後(ステップS519)、搭載動作に入り、同様に部品搭載前位置から部品搭載位置へ移動しZ軸下降タイミングを取得する(ステップS520〜S522)。
以上の処理を、全搭載点に対して行い(ステップS523、S514)、設定した測定枚数に対して同様の処理が終了したら(ステップS511の肯定)、ステップS530〜S532の処理で、取得したZ軸下降タイミングを適用し、各移動ごとにZ軸下降タイミングを制御し指定枚数の基板生産を行う。
部品実装装置の概略構成を示す斜視図である。 ダンピング整定時間を示す線図である。 ダンピング整定時間と下降タイミングの関係を示す説明図である。 ダンピング整定時間を測定するときの測定場所を示した説明図である。 ダンピング整定時間を取得して下降タイミングを制御する全体の流れを示したフローチャートである。 ダンピング整定時間測定時の変数を示した表図である。 ダンピング整定時間測定処理の流れを示したフローチャートである。 ダンピング量を取得する流れを示したフローチャートである。 最大ダンピング整定時間を取得する詳細な流れを示したフローチャートである。 整定待ち時間を算出する流れを示したフローチャートである。 基板生産中にダンピング整定時間の測定、整定待ち時間の算出を行うときの流れを示したフローチャートである。 基板生産中に整定待ち時間を算出する流れを示したフローチャートである。
符号の説明
1 コントローラ
2 装着ヘッド
3 X軸モータ
6 Y軸モータ
11 Z軸モータ
M1〜M5 測定場所

Claims (4)

  1. サーボモータを駆動することにより装着ヘッドを部品吸着位置及び部品搭載位置に移動させて電子部品を基板上に実装する部品実装装置であって、
    前記サーボモータへの移動指令が0になってからの装着ヘッドの指令位置と現在位置間の偏差をダンピング量として、該ダンピング量が許容値以内に収束するまでのダンピング整定時間を測定するダンピング整定時間測定手段を設けたことを特徴とする部品実装装置。
  2. 前記測定されたダンピング整定時間に応じて装着ヘッドの部品吸着位置あるいは搭載位置への下降タイミングを制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の部品実装装置。
  3. 前記ダンピング整定時間が、基板生産前にあるいは生産中に測定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の部品実装装置。
  4. 前記ダンピング整定時間が許容値を超えた場合に、警告を表示する警告手段を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の部品実装装置。
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