JP2006313838A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着ノズルにより電子部品を吸着する際や吸着した電子部品を基板に実装する際に、任意の目標荷重に制御し、部品が破損することを有効に防止する。
【解決手段】ＸＹ方向に移動する吸着ヘッドに搭載され、ばねで付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより電子部品を吸着保持し、該電子部品を所定位置に固定された基板に実装する実装装置において、前記吸着ノズルについて、吸着端部の押し込み量と押し込み荷重との関係を予め作成した相関データを保持し、保持されている前記相関データに基づいて、前記吸着端部の押し込み量を調整して指定された目標荷重になるように荷重制御を行なう（ステップ３２〜３６）と共に、荷重制御以外に、前記吸着端部の押し込み量を一定に制御するストローク制御（ステップ３２、３７）を選択可能である。
【選択図】図６

Description

本発明は、部品実装装置、特に吸着ノズルにより電子部品等を吸着した後、基板に実装する場合、該部品を指定した荷重で正確に吸着、実装することができる実装装置に関する。

一般に、部品実装装置を使用して電子部品をプリント基板等の配線基板に実装（搭載）する場合、ＸＹ平面方向に移動可能な吸着ヘッドに搭載されている吸着ノズルにより、所定位置に供給される電子部品を吸着し、ピックアップした後該ヘッドをステージ上に位置決め固定されている基板上に移動させ、吸着ノズルを下降させることにより実装を行なっている（例えば、特許文献１参照）。

このような部品実装装置では、ヘッドに搭載される吸着ノズル１０として、図９に模式的に示すようにノズル本体１２と、該本体１２の内部に摺動可能なスライダ部１４と、その先端に位置する吸着端部１６と、ノズル本体１２と吸着端部１６との間に弾性力を付与するためのばね１８（断面を示す）とを有するものが使用されている。

又、図１０には他の吸着ノズル１０の例を示すが、通常、同一の部品実装装置で形状や大きさが異なる部品を吸着、実装する場合には、ノズル本体１２が実質同一で、吸着端部１６の径が異なる吸着ノズルと交換することが行なわれる。

従来の部品実装装置は、部品吸着の際には、上下動可能な吸着ヘッドに装着されている前記吸着ノズル１０の吸着端部１６を、所定位置の部品上部に押し付けた後、バキューム装置により部品の真空吸着を行なっており、このときに正確に部品を吸着できるようにするために、該ノズル１０を指定された押し込み量だけ部品を上面から押し込む（押し付ける）動作を行なっている。

又、部品搭載（実装）の際には、例えば基板上に塗布された半田に部品がしっかり固定されるように、同様に該部品を指定された押し込み量だけ押し込む動作を行なっている。

このような押し込み動作は、例えば特許文献２に開示されているように、荷重を考慮せずにノズルを所定量（長さ）だけ上下動させるストローク制御により行なわれている。

特開２００４−６６０５号公報 特開平１０−２２４０８８号公報

しかしながら、前記特許文献２に開示されているような、従来の部品実装装置では、部品吸着・実装動作時の押し込み量を、吸着ノズルが装着されているシャフトを、例えばｍｍ単位入力で下降させるストローク制御を行なっていることから、吸着ノズル毎のばねやスライダ部の摺動状態に差がある場合には、部品に異常な荷重がかかるために、該部品が破損してしまうことが起こる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、吸着ノズルにより電子部品を吸着する際や吸着した電子部品を基板に実装する際に、任意の目標荷重に制御することができ、結果として部品が破損することを有効に防止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、ＸＹ方向に移動する吸着ヘッドに搭載され、ばねで付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより電子部品を吸着保持し、該電子部品を所定位置に固定された基板に実装する実装装置において、前記吸着ノズルについて、吸着端部の押し込み量と押し込み荷重との関係を予め作成した相関データを保持する補正データ保持部と、保持されている前記相関データに基づいて、前記吸着端部の押し込み量を調整して指定された目標荷重になるように荷重制御を行なう制御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、前記制御手段が、前記荷重制御以外に、前記吸着端部の押し込み量を一定に制御するストローク制御を選択可能であるようにしてもよい。

又、本発明においては、更に、ノズルホルダの所定位置に収容されている複数の吸着ノズルについて、生産前に荷重制御用かストローク制御用かを区別して割り付けたデータを保持する割付データ保持部を備えるようにしてもよい。

本発明によれば、予め作成されたノズル先端部の押し込み量と押し込み荷重との相関データに基づいて、該先端部で電子部品を吸着する際や吸着した電子部品を基板に実装する際に、押し込み量を調整することにより所望の目標荷重で該部品を押し付けることが可能となることから、該部品が破損することを有効に防止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には、本発明に係る電子部品実装装置の要部を模式的に示す。

本実施形態の実装装置は、複数の吸着ノズル１０を搭載する吸着ヘッド２０と、該吸着ヘッド２０をＸ方向に移動させるＸ駆動ガイド２２と、該ヘッド２０をＸ駆動ガイド２２と一体でＹ方向へ移動させるＹ駆動ガイド２４とを備えている。

又、便宜上二点鎖線で示す基板搬送部２６がＸ方向に沿って配設され、該基板搬送部２６により基板Ｓをその途中に設置されている実装ステージ（明示せず）に搬入し、実装後に搬出することができるようになっている。

本実施形態の実装装置には、更に、前記基板搬送部２６の近傍（ヘッド２０が移動可能なＸＹ方向範囲内）に、前記吸着ノズル１０をＺ方向に下降させてその吸着端部１６を当接させた際の荷重を測定するロードセルユニット（荷重測定手段）２８が設置されている。

図２には、ロードセルユニット２８と吸着ノズル１０及び吸着ヘッド２０との関係を拡大して模式的に示す。

前記吸着ヘッド２０に搭載されている複数のノズル１０は、それぞれ図示しないパルスモータにより上下動可能なシャフト３０の先端部に装着されており、該ヘッド２０をロードセルユニット２８の上方に移動させた後、所望の吸着ノズル１０が装着されているシャフト３０を、同図に示すように下降させ、その吸着端部１６をロードセルユニット２８の測定面に当接させることにより、該吸着ノズル１０の当接時にかかる荷重の測定が開始される。

図３は、本実施形態の部品実装装置が備えている制御装置の要部を示すブロック図である。

この制御装置３２は、実装装置全体（図示せず）を制御する機能を有していると共に、種々の情報を表示するモニタ画面３４を備えている。

又、この制御装置３２は、前記図８、図９に示したような吸着ノズル１０について、吸着端部１６の押し込み量（長さ）と押し込み荷重との関係を予め測定して作成した相関データ（補正データ）を保持する補正データ保持部４０と、保持されている相関データに基づいて、指定された目標荷重になるように、前記シャフト３０をＺ軸方向に移動させるパルスモータ３６を制御し、前記吸着端部１６の押し込み量を調整する荷重制御を行なうＣＰＵ等からなるコントローラ（制御手段）４２とを備えている。

本実施形態では、又、前記コントローラ４２によって、前記荷重制御以外に、前記吸着端部１６の押し込み量が予め一定に設定されたストローク制御も行なうことが可能となっている。そのため、更に、ノズルホルダ（図示せず）の所定位置に収容されている複数の吸着ノズルについて、生産（実装）前に荷重制御用かストローク制御用かを区別して割り付けたデータを保持する割付データ保持部４４を備えている。

又、前記コントローラ４２には、吸着ヘッド２０に付設されているレーザ測定装置３８から、装着された吸着ノズル１０の径等の測定信号が入力されるようになっている。

次に、本実施形態の作用を、図４〜図６のフローチャートに従って説明する。

本実施形態で実行される処理全体の概要は、図４に示すように生産に使用する吸着ノズルについて前記ノズル割付を行ない、そのデータを前記割付データ保持部４４に保存すると共に、荷重制御に使用する吸着ノズルについては、前記吸着端部１６の押し込み量と押し込み荷重との相関データ（補正データ）を取得し（ステップ１）、前記補正データ保持部４０に保存する。

次いで、保存されている上記各データに基づいて、使用する吸着ノズル毎に制御方法を選択すると共に、荷重制御を採用する場合には、押し込み荷重を指定して生産プログラムの作成を行ない（ステップ２）、次いで生産を実行する（ステップ３）。

次に、図５を参照して、ノズル割付動作時に荷重制御用の吸着ノズルについて相関データを作成するために行なう荷重チェック方法を説明する。

まず、ノズルホルダの所定の収容位置から対象とする吸着のノズル１０を吸着ヘッド２０に装着し、レーザ測定装置３８によりノズル径や装着誤差等を検出する通常のノズル割付動作を行ない（ステップ１０）、対象の吸着ノズルが予め設定されている情報を基にロードセル使用に設定されているか否かを判定し（ステップ１１）、Ｙｅｓの場合は実際に荷重チェックを実施するか否かを判定する（ステップ１２）。

ステップ１２で実施するＹｅｓの場合は、図７に模式的に示すように、吸着時荷重を測定する場合は、ロードセル方２８上にヘッドを移動させ（ステップ１３）、吸着ノズル１０を同図（Ａ）に示す状態にすると共に、ロードセル２８に対してゼロ点（初期）設定を行う（ステップ１４）。

次いで、パルスモータを駆動して、ロードセル（ユニット）２８の上方でノズル１０が装着されたシャフト３０を下降させ（ステップ１５）、該ノズル１０がロードセル２８の測定面に当接したら荷重の測定を始める。その際、衝撃による荷重の急激な変動を抑制するために、衝撃が起きない程度の速度でゆっくりＺ軸方向に下降させる。

ノズル１０の吸着端部１６が、図７（Ｂ）に示すようにロードセル２８に当接し、荷重チェック高さに到達したら、シャフト３０を０．１ｍｍ下降させ（ステップ１６）、その時の荷重をロードセル２８によって測定する（ステップ１７）と共に、測定値が閾値以内か否かにより異常の有無を判定する（ステップ１８）。判定する際の閾値荷重の大きさは、ノズルのばね定数や正常なノズルの荷重等から経験的に決定し、その荷重を超えたものを異常なノズルと判定する。

以上のステップ１６〜１８の各処理を通常使用範囲：ΔＬの荷重チェック完了高さまでシャフト３０を下降させて押し込み（ステップ１９）、その押し込みが完了した時点で、対象の吸着ノズル１０が荷重制御用であるか否かを判定し（ステップ２０）、荷重制御用（Ｙｅｓ）である場合は、取得された相関データに基づいて、ステップ１９で荷重入力された範囲の荷重が補正計算を行なう荷重制御に使用可能かシミュレーションにより確認し（ステップ２１）、荷重制御可能な場合は（ステップ２２でＹｅｓ）、モニタ画面３４にＯＫ表示を行なう（ステップ２３）と共に、取得された図８に２種類のノズルについて示すような相関データを前記補正データ保持部４０に保存する。

その後、図７（Ｃ）のように吸着ノズル１０を上昇させ、測定した吸着ノズル１０をノズルホルダの所定位置に返却する（ステップ２４）と共に、その収容位置、ノズルの種類（径）、装着誤差、荷重制御用か否かの情報等からなる割付データを、前記割付データ保持部４４に保存することにより、該ノズルについての割付作業を完了し、次の吸着ノズルについて同様の荷重チェックを行なう。

なお、ステップ１１、１２及び２０でそれぞれＮｏの場合は、ステップ２４のノズル返却を行なう。又、ステップ１８及び２２でＮｏの場合はストローク制御用に割り付けるか否かを判定し（ステップ２５）、Ｙｅｓの場合は荷重制御についてはＮＧ表示を行ない（ステップ２６）、Ｎｏの場合はノズル割付から削除し（ステップ２７）、いずれも所定位置に返却する。

以上のノズル割付動作を生産（部品実装）に使用する全ての吸着ノズルについて完了した後、ノズル割付データ及び相関データ等の情報が組み込まれた生産プログラムを実行し、図６のフローチャートに従って生産を開始する。

ステップ３０で搭載（実装）する部品がある場合は、ノズルホルダで該部品用の吸着ノズル１０を装着し（ステップ３１）、そのノズルにより吸着される部品が荷重制御用であるか否かを前記割付データから判定し、荷重制御の対象である場合（ステップ３２でＹｅｓ）は、予め設定されている指定荷重を取得し、前記図８に示したような補正データを前記補正データ保持部４０から取得（入力）する（ステップ３４）と共に、設定されている指定荷重で押し付けるために目標とする押し込み量を算出する（ステップ３５）。

この押し込み量は、パルスモータを駆動し、シャフト３０を例えばパルス単位で下降させることにより調整（制御）するが、ノズル毎に指定荷重になる押し込み量の算出の仕方は、前述したように取得してある前記図８に示したようなｍｍ単位の補正データであり、指定された荷重のデータが無い場合は、指定された荷重を挟む２点の補正データで直線補間を行ない、押し込み量（パルス数）を決定する。

例えば、図８に示した補正データから指定荷重７ｇの押し込み量を算出する場合は、ノズルＡでは７ｇを間に挟む０．３ｍｍと０．４ｍｍのデータで直線補間を行ない、ノズルＢでは同様に０．２ｍｍと０．３ｍｍのデータで直線補間を行なって設定する。

以上のように押し込み量が算出された後、その値になるようにシャフト３０を降下させ、部品の吸着又は搭載を行なう（ステップ３６）。

一方、ステップ３２でＮｏの荷重制御でない場合は、吸着ノズル１０の押し込み量が一定のストローク制御により部品の吸着と搭載を行なう（ステップ３７）。以上のステップ３０〜３７の処理を部品が無くなるまで繰り返す（ステップ３０）。

以上詳述した本実施形態によれば、一定の押し込み量で押し付ける一般的なストローク制御とは異なり、ばねの強度等が異なるノズルＡ、Ｂ等であっても、指定された同一の目標荷重で部品の吸着・搭載を行なうことが可能となる。

従って、本実施形態において荷重制御を選択する場合には吸着ノズルの押し込み荷重誤差が無くなり、常に安定した目標荷重で部品を押し付けることが可能となるため、異常荷重により部品が破損することを有効に防止することが可能となる。又、ノズル毎に補正計算を行なうため、荷重制御の精度を向上させることが可能となる。

なお、本発明は、前記実施形態に示したように、０．１ｍｍ押し込む毎の実測値全てをデータとして保持し、指定荷重と比較して押し込み量を算出する方法を示したが、これに限定されず、ノズル割付時の実測値からノズル荷重と押し込み量の関係を表わす相関式、例えば直線式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ，Ｘ：押し込み量，Ｙ：荷重）を求めておき、指定された荷重から押し込み量を計算する方法でもよい。

前述した図８のようなテーブルデータとして保持する場合は、ノズル毎に細かなデータを保持して補正しているため補正精度は高くなるが、データ量が多くなる。しかし、相関式を使用する場合は、ノズルの実測値が曲線を描く場合等は荷重精度の誤差が大きくなる可能性があるものの、保持するデータ量を少なくできる利点がある。

本発明に係る一実施形態の実装装置の要部を示す概略斜視図 本実施形態の実装装置におけるロードセルと、吸着ノズル及び吸着ヘッドとの関係を模式的に示す正面図 本実施形態の部品実装装置が備えている制御装置の要部を示すブロック図 本実施形態による荷重制御の概要を示すフローチャート 本実施形態による荷重チェック方法を示すフローチャート 本実施形態による荷重制御の詳細を示すフローチャート ロードセルによる荷重測定動作の概要を示す説明図 補正データの例を示す図表 本実施形態に適用されるノズルを模式的に示す正面図 本実施形態に適用される他のノズルを模式的に示す正面図

符号の説明

１０…吸着ノズル
１２…ノズル本体
１４…スライダ部
１６…吸着端部
１８…ばね
２０…吸着ヘッド
２２…Ｘ駆動ガイド
２４…Ｙ駆動ガイド
２６…基板搬送部
２８…ロードセル（ユニット）
３０…シャフト
３２…制御装置
３４…モニタ画面
３６…パルスモータ
３８…レーザ装置
４０…補正データ保持部
４２…コントローラ（ＣＰＵ）
４４…割付データ保持部

Claims (3)

1. ＸＹ方向に移動する吸着ヘッドに搭載され、ばねで付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより電子部品を吸着保持し、該電子部品を所定位置に固定された基板に実装する実装装置において、
   前記吸着ノズルについて、吸着端部の押し込み量と押し込み荷重との関係を予め作成した相関データを保持する補正データ保持部と、
   保持されている前記相関データに基づいて、前記吸着端部の押し込み量を調整して指定された目標荷重になるように荷重制御を行なう制御手段とを備えたことを特徴とする実装装置。
2. 前記制御手段が、前記荷重制御以外に、前記吸着端部の押し込み量を一定に制御するストローク制御を選択可能であることを特徴とする請求項１の記載の実装装置。
3. 更に、ノズルホルダの所定位置に収容されている複数の吸着ノズルについて、生産前に荷重制御用かストローク制御用かを区別して割り付けたデータを保持する割付データ保持部を備えたことを特徴とする請求項２の記載の実装装置。

Images