JP2006179588A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】孔径等が異なる複数種類の吸着ノズルのいずれかを選択装着し、微小部品から大形部品までの任意の部品を実装する場合に、ノズルの誤装着や部品の吸着異常等を容易且つ確実に検出できるようにする。
【解決手段】真空発生手段１６に接続される管路１４が形成され、該管路が連通する先端部に吸着ノズル１０が装着可能なシャフトを備えていると共に、該シャフトの先端部に装着された吸着ノズルの吸着端を部品に当接させた状態で、前記管路内を負圧にして該部品を吸着した後、所定位置の基板上に搭載する部品実装装置において、前記シャフトに形成されている管路内の負圧或いは流量の程度を異なる範囲で測定可能な測定手段として、高負圧（小流量）用の流量センサ１５と低負圧（大流量）用の圧力センサ１６とを備え、管路１４内の負圧或いは流量の程度に応じて両センサを切替え使用できるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、部品実装装置、特に吸着ノズルによる電子部品等の吸着ミスや、吸着ノズル自体の装着ミス等を防止する際に適用して好適な部品実装装置に関する。

電子部品を配線基板に搭載する電子部品実装装置においては、吸着ノズルを電子部品の上面に当接させた状態で真空吸引することにより発生する負圧を利用して電子部品を保持することが行なわれている。その際、真空吸引状態は種々の要因によって変化することから、保持状態は必ずしも安定しないため、正常に部品の吸着が行なわれたか否かの確認をすることが重要であり、そのための検査が行なわれている。

吸着ノズルによる吸着ミス等を検査する従来技術としては、電子部品を吸着するための吸着ノズルと真空発生手段との間の真空通路（管路）内に流量センサを設け、該流量センサの出力を予め求めてある理論流量値と比較することにより、吸着ノズル孔の詰まりやノズルの誤装着を検出するものが、特許文献１に開示されている。

又、同様に電子部品を吸着するための吸着ノズルと真空発生手段との間の真空通路内に設けた流量センサを使用し、該センサの出力を予め記憶させてある基準の流量値と比較することにより、電子部品の有無又は吸着状態の異常を検出するようにしたものが特許文献２に開示されている。

特許第３２６９０４１号明細書 特開２００３−１３３７９１号公報

しかしながら、現在は、配線基板に実装される電子部品の種類は数多くあり、小さい方は４００μｍ×２００μｍから、大きいものでは数十ｍｍ角といったものまで存在する。

このような状況に対応するために、現状の電子部品実装装置は、複数種類の吸着ノズルを装着できるように着脱自在に構成され、搭載される電子部品のサイズや形状に合わせて、吸着孔の径が異なる複数の吸着ノズルから、最適なノズル種をそれぞれ選択して電子部品の吸着・搭載に使用することが行なわれている。

ところが、流量センサを用いて、選択した吸着ノズルの種類が間違っている等のノズルの誤装着や、電子部品の吸着異常を検出しようとする場合、ノズル孔径が小さいもの（例えばφ０．１［ｍｍ］）を装着している場合には、より真空に近い高負圧状態になるため、上記検出のためには極めて微量の流量変化を検出する必要があり、分解能が高く高精度な流量センサを用いる必要がある。このため、検出の信頼性を向上させるためには、例えば０〜１［Ｌ／min］や０〜３［Ｌ／min］程度の計測レンジが比較的狭い流量センサを用いて、センサ出力の分解能を上げる必要がある。

一方、孔径が大きいもの（例えばφ１〜２［ｍｍ］）を装着している場合には、より大気圧に近い低負圧状態となるため、ノズルの誤装着や電子部品の吸着異常（例えば、ノズル先端での斜め立ち等）を検出するためには、大きな流量を認識できるようにする必要があり、計測レンジが広い（例えば０〜１０［Ｌ／ｍｉｎ］）流量センサを用いる必要がある。

従って、孔径の小さい吸着ノズルの誤装着や、微小部品の吸着異常を検出する場合には、狭レンジの流量センサを用いる必要があり、孔径の大きいノズルでは上記検出は不可能（センサ出力が飽和してしまう）となり、逆に孔径の大きいノズルの誤装着や、大部品の吸着異常を検出する場合には、広レンジの流量センサを用いる必要があり、ノズル孔径の小さいノズルによる上記検出が不可能（Ｓ／Ｎ比が低い）、若しくは信頼性が著しく低下するため、前記特許文献１や２に開示されている技術によっては対応できないという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、孔径等が異なる複数種類の吸着ノズルのいずれかを選択装着し、微小部品から大部品までの任意の部品を実装する場合に、ノズルの誤装着や部品の吸着異常等を容易且つ確実に検出することができる部品実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、真空発生手段に接続される管路が形成され、該管路が連通する先端部に吸着ノズルが装着可能なシャフトを備えていると共に、該シャフトの先端部に装着された吸着ノズルの吸着端を部品に当接させた状態で、前記管路内を負圧にして該部品を吸着した後、所定位置の基板上に搭載する部品実装装置において、前記シャフトに形成されている管路内の負圧或いは流量の程度を異なる範囲で測定可能な複数の測定手段と、該管路内の負圧或いは流量の程度に応じて測定手段を切替える切替え手段とを備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明においては、前記測定手段を、前記管路内の高負圧（小流量）範囲を測定する流量センサと、該管路内の低負圧範囲を測定する圧力センサとしてもよい。

本発明によれば、シャフトに形成された管路内の負圧或いは流量を複数の範囲で測定する測定手段を備え、切替えて使用できるようにしたので、管路内の負圧或いは流量を広い範囲で測定することが可能となることから、シャフト先端部に装着するノズルの孔径が小さいものから大きいものまで、吸着ノズルの誤装着や、ノズルによる部品の吸着異常等を容易且つ確実に検出することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の概要を示す斜視図である。

本実施形態の電子部品実装装置は基台１を備え、この基台１の中央部にはＸ方向に搬送路２が配設されている。この搬送路２は、部品を実装するための基板３をＸ方向に搬送すると共に、該搬送路２上で基板３を保持し、位置決めするための基板保持部を兼ねている。

搬送路２の両側には、電子部品の供給部４が配置され、それぞれの供給部４には多数台（列）のテープ状のパーツフィーダ５が並設されている。このパーツフィーダ５はテープに保持された電子部品を収納し、このテープをテープ長手方向に送ることにより、電子部品を順次供給するようになっている。

この電子部品実装装置には、移動手段としてＸ軸テーブル６及びＹ軸テーブル８Ａ、８Ｂを備えている。そして、このＸ軸テーブル６には、図２に要部を拡大して示すような電子部品の移載ヘッド７が取付けられている。

Ｘ軸テーブル６は、Ｙ軸テーブル８Ａ及びＹ軸テーブル８Ａに対向して並設されたそのガイド８Ｂに、両端部を支持されて架設されている。Ｘ軸テーブル６及びＹ軸テーブル８Ａを駆動することにより、移載ヘッド７は水平方向に移動し、該ヘッド７の下端部に装着された吸着ノズル１０により、パーツフィーダ５のピックアップ位置から電子部品をピックアップし、基板３上に搭載する。

前記搬送路２と供給部４の間の移載ヘッド７の移動経路には、カメラ９が配設されており、該カメラ９は移載ヘッド７及び吸着ノズル１０を下方から撮像可能になっている。移載ヘッド７が電子部品を保持した状態をカメラ９で撮像することにより、電子部品の識別や基準位置からの位置ずれの検出が行なわれる。

次に、図２、図３を用いて、本実施形態の電子部品実装装置が備えている前記移載ヘッド７について詳述する。

図２において、移載ヘッド７には複数のノズルシャフト１１がそれぞれθ軸モータ１２に係合され、各軸独立でノズルシャフト１１がθ方向に回転駆動可能となっている。又、各ノズルシャフト１１の昇降動作を行なうためのＺ軸モータ１３をそれぞれ備え、各軸独立でノズルシャフト１１の昇降動作が可能となっている。更に、各ノズルシャフト１１の先端には吸着ノズル１０が着脱自在に装着されている。

吸着ノズル１０の先端には、エアを吸引するための吸着孔が設けられており、該吸着孔のサイズは吸着部品のサイズや形状等の違いにより、それぞれ対応できるように複数種類の吸着ノズル１０が用意されている。例えば、微小チップ部品等の吸着を行なうノズルの吸着孔はφ０．１［ｍｍ］と非常に小さく、数十［ｍｍ］角といった大形部品等の吸着を行なうノズルの吸着孔はφ１〜２［ｍｍ］と比較的大きい。これらは装置上に設けられた図示しないノズル保持部（交換部）に収納されており、必要に応じて移載ヘッド７はノズル保持器上へ移動し、ノズル種類の交換を自由に行なうことができるようになっている。

次に、前記移載ヘッド７に設けられた、電子部品を吸着するためのチップ吸着機構について、その構造を単純化して示した図３を用いて説明する。

この図に示されるように、吸着ノズル１０は、管路１４を介して、管路内を流れる気体の流量を計測するための流量センサ１５と、圧縮空気を噴射して真空を発生させるためのエジェクタからなる真空発生装置１６とに接続されている。流量センサ１５は、例えば計測レンジが０〜３［Ｌ／ｍｉｎ］のように狭く、高負圧範囲に相当する微小な流量差の検出が可能なものが配置されている。

又、この真空発生装置１６には、管路内の負圧を計測するための圧力センサ１７が備えられており、該圧力センサ１７の計測レンジは例えば−１００〜０［ｋＰa］のように、真空状態から大気圧までの低負圧範囲を含む広範囲の計測が可能になっている。

次に、以上の構成からなる本実施形態の電子部品実装装置について動作を説明する。

先ず、搬送路２上に基板３が搬送され、位置決めされる。次いで、移載ヘッド７は電子部品をピックアップするために供給部４上へと移動する。このとき、ノズルシャフト１１の先端部には任意の吸着ノズル１０が取り付けられている。

移載ヘッド７の移動中に、吸着ノズル１０が電子部品を吸着していない状態で、移載ヘッド内に設けられた真空発生装置１６により管路１４内を負圧とし、吸着ノズル１０の先端孔よりエアを吸引する。

このとき、仮にノズルシャフト１１に取り付けられた吸着ノズル１０が大型部品用であった場合には、ノズル口径が大きいため、管路１４内を流れる流量は大きくなり、流量センサ１５の計測レンジである３［Ｌ／ｍｉｎ］を越えてしまい、センサ出力が飽和する（例えば、電圧出力範囲が１〜５［Ｖ］のセンサであれば、出力電圧が５［Ｖ］となる）。このように、部品を吸着していない状態での流量センサ１５の出力が飽和しているか否かを認識し、図示しない装置本体の持つフラッシュメモリ（一次記憶装置）に記憶させる。

又、この段階で、後述するノズル種の検出方法により、装着されている吸着ノズルが正しい種類であるか、即ち誤装着か否かの判定を行なう。

次いで、移載ヘッド７が部品吸着位置へ移動され、その位置が正確に定まった整定後に、Ｚ軸モータ１３の駆動により、ノズルシャフト１１を下降させる。ノズルシャフト１１の先端に取り付けられている吸着ノズル１０が部品吸着高さまで下降し、パーツフィーダ５に納められている電子部品と当接する直前に、真空発生装置１６を作動させ、ノズルシャフト１１の管路１４内を負圧とすることにより、吸着ノズル先端に当接した電子部品を吸着（ピックアップ）する。電子部品を吸着したノズル１０は、Ｚ軸モータ１３の駆動により移載ヘッド７が移動可能となる高さまで上昇される。

このとき、既にフラッシュメモリ内に格納されている、非吸着時の流量センサ１５の出力が飽和しているか否かの情報を読み出す。この情報に基づき、飽和していなかった場合には流量センサ１５の出力を用いて、ノズル１０による部品の吸着異常を検出する。一方、飽和していた場合には、圧力センサ１７の出力を用いて、同様にノズルによる部品の吸着異常を検出する。

次に、検出方法を詳細に説明する（検出原理は、流量センサ、圧力センサ共に基本的には同じである）。

吸着ノズル１０の種類（孔径）の違いや、図４に拡大して示すような部品の吸着状態によって吸着孔の面積（塞がり具合）が異なるため、真空発生装置１６によりエアを吸引した際の管路１４内の流量や圧力は変化する。即ち、同図（Ａ）のような非吸着時には流量は大きく、減少する圧力は小さく（負圧程度は低く）なり、同図（Ｂ）のような正常吸着時には流量は小さく、負圧程度が高くなり、同図（Ｃ）に示される部品の斜め立ち等の吸着異常時にはその中間の値となる。

このため、それぞれの条件におけるセンサ出力の実測結果より定めた閾値を、特に図示しない装置本体のメモリ（記憶装置）に記憶させておき、それらの値とセンサ出力値とを比較することにより、ノズルシャフト１１に装着されている吸着ノズルの種類の正誤や、電子部品の吸着異常状態を認識することができる。

ここで、ノズル種の検出、即ち装着されている吸着ノズルの種類が正しいか否か（誤装着されていないか否か）の検出を、図５のフローチャートに従って詳細に説明する。この例では、ノズルＡ〜Ｄの孔径がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順に大きいとし、且つ、ノズルＡ、Ｂは流量センサ１５で検出可能で、ノズルＣ、Ｄは検出不能であると仮定する。又、流量センサの出力値を_ＦＳ、圧力センサの出力値を_ＰＳ、各ノズル装着時の出力値をＳ_Ａ、Ｓ_Ｂ、Ｓ_Ｃ、Ｓ_Ｄ、Ｓ_ＡとＳ_Ｂの中間の出力値をＳ_ＡＢと、それぞれ表記する。

前述した如く、任意のノズルをシャフトに装着した状態で、真空発生装置１６を作動させ、流量センサ１５により検出する。流量センサ出力_ＰＳがステップ１で非飽和（検出可能）の場合には、予め求めてあるノズルＡとＢの中間の値_ＦＳ_ＡＢ（閾値）と比較し（ステップ２）、センサ出力の方が小さければノズルＡと、逆の場合はノズルＢと判定する。

ステップ１で流量センサ１５の出力が飽和（検出不能）のときには、図示しない制御装置（切替手段）により圧力センサ１６による検出に切替え、そのセンサ出力_ＰＳの値と、予め求めてあるノズルＣとＤの中間の出力値_ＰＳ_ＣＤ（閾値）とを比較し（ステップ３）、同様にノズルＣかＤかの判定を行なう。

以上の判定の結果、生産プログラムで予め想定していたノズルの種類と異なっていた場合は、現状のノズルは誤装着と判断する。

次に、部品吸着状態の検出を、図６のフローチャートに従って詳細に説明する。なお、流量センサ出力値と圧力センサ出力値の記号は同一とし、部品の吸着時、非吸着時のセンサ出力値をそれぞれＳ_ＯＮ、Ｓ_ＯＦＦと表記する。

フラッシュメモリから読み出された流量センサ出力が、ステップ１１で非飽和の場合は、装着されているノズルで電子部品を装着し（ステップ１２）、その状態で検出される流量センサの出力_ＦＳを、予め求めてある_ＦＳ_ＯＮと_ＦＳ_ＯＦＦと比較し（ステップ１３）、正常吸着、吸着ミス、その中間の異常吸着のいずれであるかを判定する。

一方、読み出された流量センサ出力が、ステップ１１で飽和の場合は、制御装置により圧力センサの出力に切替え、同様にステップ１４、１５で電子部品の吸着、圧力センサ出力_ＰＳの比較を行ない、吸着状態の良否判定を行なう。

以上詳述した方法により、吸着ノズル１０による部品の吸着が正常であることが検出された場合には、部品の吸着位置及び角度の認識を行なうために、装置本体に設けられている認識カメラ９上へ移動し、吸着部品の位置認識を行なう。この位置認識の結果を基に、移載ヘッド７は搬送路２に位置決め固定されている基板３上の所定位置に移動し、θ軸モータ１２とＺ軸モータ１３の駆動により、電子部品を基板３上へ搭載すると共に、真空を解除してノズル１０を上昇させる。

部品搭載後、フラッシュメモリ内に格納されている非吸着時の流量センサの出力が飽和しているか否かの情報を読み出す。この情報に基づき、飽和していなかった場合には流量センサ１５の出力を用いて、再度真空発生装置１６を作動させた結果に基づいて、部品の持ち帰り（部品の搭載が失敗し、ノズル先端に部品が残っている状態）の検査を行ない、飽和していた場合には圧力センサ１７の出力を用いて同様の検査を行なう。

以上詳述した本実施形態によれば、多種多様なサイズや形状の電子部品の搭載を行なうために、口径の異なる複数のノズルを用いる電子部品実装装置において、いずれのノズルを用いた場合でも、確実にノズルの誤装着や、電子部品の吸着異常、持ち帰り等を検出することができるようになるため、実装品質の信頼性を向上することができる。

又、測定レンジの狭いセンサを使用できることから、センササイズの小型化が可能であり、ノズル装着部の近傍に該センサを取り付けることができるようになるので、安定性が増大すると共に、軽量であるためにヘッド上に取り付けてもヘッドの駆動機構部の負荷の増大を防止できる利点もある。

なお、前記実施形態では、負圧測定手段として、１つのノズルシャフトに対して、流量センサ１５と圧力センサ１７を併用する場合を示したが、これに限定されず、狭レンジの流量センサと、広レンジの流量センサとを併用し、高負圧（小流量）範囲と低負圧（大流量）範囲の測定に対応できるようにしてもよい。

又、センサ出力が飽和した場合には、センサアンプのゲインを自動的に切換えることにより、広レンジでの測定を行なうことができるようにし、高負圧（小流量）範囲と低負圧（大流量）範囲の測定に対応できるようにしてもよい。

本発明に係る一実施形態の電子部品実装装置の概要を示す斜視図 上記電子部品実装装置が備えている移載ヘッドを拡大して示す斜視図 上記移載ヘッドに備えられているシャフトに装着されている吸着ノズルと流量センサ及び圧力センサとの関係を示す概略斜視図 吸着ノズルによる吸着状態を説明する斜視図 吸着ノズルの種類を検出する手順を示すフローチャート 部品の吸着状態を検出する手順を示すフローチャート

符号の説明

３…基板
５…パーツフィーダ
７…移載ヘッド
１０…吸着ノズル
１１…ノズルシャフト
１２…θ軸モータ
１３…Ｚ軸モータ
１４…管路
１５…流量センサ
１６…真空発生装置
１７…圧力センサ

Claims (2)

1. 真空発生手段に接続される管路が形成され、該管路が連通する先端部に吸着ノズルが装着可能なシャフトを備えていると共に、
   該シャフトの先端部に装着された吸着ノズルの吸着端を部品に当接させた状態で、前記管路内を負圧にして該部品を吸着した後、所定位置の基板上に搭載する部品実装装置において、
   前記シャフトに形成されている管路内の負圧或いは流量の程度を異なる範囲で測定可能な複数の測定手段と、
   該管路内の負圧或いは流量の程度に応じて測定手段を切替える切替え手段とを備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記測定手段が、前記管路内の少流量範囲を測定する流量センサと、該管路内の低負圧範囲を測定する圧力センサであることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。

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