JP2006313839A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入時に、Ｘ軸フレームとＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームとの間の直角度を正確に調整でき、結果として常に高精度な部品実装が実現できるようにする。
【解決手段】Ｘ軸フレーム１０が、平行に配設されたＹＬ軸フレーム１２及びＹＲ軸フレーム１４上を対応するＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータによりそれぞれＹ軸方向に移動可能なＸＹステージを備えた部品実装装置において、前記ＹＬ軸フレーム１２及びＹＲ軸フレーム１４に、前記Ｘ軸フレームとの間でＸ軸とＹ軸との直角度を規定するＹＬ軸原点センサ２４及びＹＲ軸原点センサ２８が、Ｙ軸方向に所定の位置関係でそれぞれ設置され、前記ＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータに電源が投入されると、前記ＹＬ軸原点センサ２４及びＹＲ軸原点センサ２８による検知信号に基づいて、前記Ｘ軸フレームを前記ＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームと直角度が確保された初期位置に移動させる初期化手段を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、部品実装装置、特にＸ軸と２つのＹ軸を有するＸＹステージを備えた部品実装装置において、Ｘ軸とＹ軸の直角度を調整する際に適用して好適な部品実装装置に関する。

図６は、電子部品を配線基板に実装する部品実装装置に採用されているＸＹステージを抽出して示す概略斜視図である。

このＸＹステージでは、Ｘ軸フレーム１０が左側のＹＬ軸フレーム１２及び右側のＹＲ軸フレーム１４上をボールねじやベルトと組合せたモータ、若しくはリニアモータ等（いずれも図せず）で駆動されるようになっている。又、このＸ軸フレーム１０には、電子部品を基板に実装するヘッドユニット１６が、該Ｘ軸フレームに沿って移動可能に設置されていると共に、Ｘ軸フレーム１０と一体でＹＬ軸フレーム１２、ＹＲ軸フレーム１４上をＹ軸方向に移動可能に設置されている。

Ｘ軸フレーム１０の左右両端部は互いに独立したモータでそれぞれ駆動され、Ｙ軸方向の位置はＹＬ位置センサ１８及びＹＲ位置センサ２０によりそれぞれ検出される。同様にヘッドユニット１６は、Ｘ位置センサ２２により検出される。これらの位置センサ１８、２０、２２には、それぞれ対応する軸に平行に設置されているリニアエンコーダを用いることができる。

Ｘ軸フレーム１０のＹ軸方向の位置は、ＹＬ、ＹＲの各軸フレーム１２、１４上を移動することにより、上記位置センサ１８、２０により変化量が検出されるので、電源を投入して最初に駆動可能な状態になった位置からの相対的な位置として知ることができる。しかし、装置（機械）内の絶対的な位置は知ることができないので、所定位置に固定された基板上の決められた位置に電子部品を正確に実装するためには、ヘッドユニット１６、即ちＸ軸フレーム１０が装置内のどの位置にあるかを正確に知る必要がある。

従来は、その位置を知る手段として、Ｙ軸方向に関しては、図示されているように一方のＹＬ軸フレーム１２上にＹＬ軸原点センサ２４を設置して、Ｘ軸フレーム１０がそのセンサ２４を通過した位置を原点として絶対的な基準位置を設定している。

ヘッドユニット１６のＸ軸方向の位置も、同様にＸ軸フレーム１０上に設置されたＸ軸原点センサ２６を該ヘッドユニット１６が通過した位置を原点としている。なお、原点センサによりＹ軸方向の位置を検出することは、例えば特許文献１に開示されている。

一般に、部品実装装置（半導体製造装置）では、電子部品を実装する際に前記Ｘ軸フレーム１０とＹＬ軸フレーム１２及びＹＲ軸フレーム１４との間の直角度、即ちＸ軸と左右のＹ軸が直交している状態を精度良く保つ必要がある。もし、ＸＹ軸の直角度が崩れた場合には、座標系の狂いによる部品搭載（実装）時の位置ずれや、Ｘ軸が捻られることにより左右のＹ軸モータの駆動に影響を及ぼし、ヘッドユニット１６を目標位置に位置決めした際の整定（ダンピング）の悪化等の影響が発生する。

特開平１１−１４５６９４号公報

しかしながら、モータが駆動可能状態に無い（電源が入っていない）ときは、Ｘ軸フレーム１０と２つのＹ軸フレーム１２、１４の連結部等における微小なガタや、Ｘ軸フレーム１０を手動で動かしたとき等に起こるＸ軸の捻りによりＸ軸とＹ軸の直角度がずれている場合がある。

このようにモータが駆動可能な状態に無いときにＸ軸とＹ軸の直角度がずれている状態で、そのまま電源を入れてモータを駆動可能な状態にすると、そのずれた状態が維持され、Ｘ軸フレーム１０がＹ軸フレーム１２、１４との間の直角度がずれたままの状態で実装が行なわれることになるため、実装精度が低下す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、Ｘ軸フレームをＹ軸方向に移動させるモータに対する電源投入時に、Ｘ軸フレームと２つのＹ軸フレームとの間の直角度を正確に調整することができ、結果として常に高精度な部品実装を実現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、Ｘ軸フレームが、平行に配設されたＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレーム上を、対応するＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータによりそれぞれＹ軸方向に移動可能であると共に、基板上に部品を実装するためのヘッドユニットが、Ｘ軸方向に移動可能に前記Ｘ軸フレームに搭載されているＸＹステージを備えた部品実装装置において、前記ＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームに、前記Ｘ軸フレームとの間でＸ軸とＹ軸との直角度を規定するＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサが、Ｙ軸方向に所定の位置関係で、それぞれ設置されていると共に、前記ＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータが駆動されて、前記ＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサによる検知信号に基づいて、前記Ｘ軸フレームを前記ＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームと直角度が確保された初期位置に移動させる初期化手段を備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記初期化手段の駆動により、前記Ｘ軸フレームを、前記ＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサの設置方向に移動させ、各Ｙ軸フレーム上の原点センサによりＸ軸フレームが検知された時点での、Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置を位置センサによりそれぞれ検出し、先に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置と、後に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置との差を検出し、前記Ｘ軸フレームの一方の端部を固定し、前記Ｘ軸フレームの他方の端部を前記差分だけ移動させ、初期位置とする制御を行なうようにしてもよい。

本発明は、又、前記初期化手段の駆動により、前記Ｘ軸フレームを、前記ＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサの設置方向に移動させ、各Ｙ軸フレーム上の原点センサによりＸ軸フレームが検知された時点での、Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置を位置センサにより検出し、先に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置と、後に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置との差を検出し、前記Ｘ軸フレームの一方の端部を固定し、反対側の他方の端部を前記差の半分だけ正方向に移動させ、次に、前記Ｘ軸フレームの他方の端部を固定し、反対側の一方の端部を前記差の半分だけ逆方向に移動させ、初期位置とする制御を行なうようにしてもよい。

本発明は、又、前記ＹＬ軸原点センサとＹＲ軸原点センサのＹ軸方向の位置関係は、予め直角度測定手段により測定し、データとして保存しておくようにしてもよい。

本発明によれば、ＹＬ軸フレーム上とＹＲ軸フレーム上にＹ軸方向に対して一定の位置関係にＹＬ原点センサとＹＲ原点センサをそれぞれ設置し、電源投入と同時に両フレーム上をＸ軸フレーム１０を移動させ、各原点センサによる検知信号に基づいて、Ｘ軸フレームとＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームとの直角度からのずれを求め、そのずれを解消できるようにしたので、生産開始時には正確な直角度の下で電子部品の実装を行なうことが可能となる。

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部品実装装置が備えているＸＹステージの要部を抽出して模式的に示す、前記図６に相当する斜視図である。

本実施形態のＸＹステージは、ＹＲ軸フレーム１４にＹＲ軸原点センサ２８を追加し、左右のＹ軸フレームにそれぞれ原点センサが設置された構成にした以外は、実質的に前記図６に示したものと同一であるので、詳細な説明は省略する。

ここでは、左右の原点センサ２４、２８は、予めＹ軸方向に同一位置に設置され、ＹＬ軸フレーム１２及びＹＲ軸フレーム１４とＸ軸フレーム１０が直交しているとき、即ち２つのＹ軸とＸ軸の直角度が正確なときに同時にＸ軸フレーム１０の両端部を検出するように調整されている。

図２には、本実施形態の部品実装装置が備えている制御装置の概要を示す。

この制御装置３０は、ＣＰＵ等からなるコントローラ３２により、図示しないＲＯＭやＲＡＭ等から入力されるデータに基づいて実装装置全体を制御をする従来の制御機能に加えて、以下に説明する初期化手段を備えている。

これは、上記コントローラ３２等により実現されており、前記ＹＬ位置センサ１８、ＹＲ位置センサ２０から入力される位置データ等に基づいて、初期化時に図示しないモータドライバを介して、例えばパルスモータからなるＹＬ軸モータ３６及びＹＲ軸モータ３８をそれぞれ回転制御すると共に、その初期化時等に取得される情報を記憶部４０に保存することが可能になっている。

この初期化手段は、ＹＬ軸モータ３６及びＹＲ軸モータ３８に電源が投入されると、前記ＹＬ軸原点センサ２４及びＹＲ軸原点センサ２８による検出信号に基づいて、前記Ｘ軸フレーム１０を前記ＹＬ軸フレーム１２及びＹＲ軸フレーム１４と直角度が確保された初期位置に移動させる。

具体的には、前記初期化手段は、コントローラ３２と不図示の原点復帰スイッチ等から構成される。そして、装置電源がオンされ、原点復帰スイッチが押圧されると、初期化手段が駆動する。

次に、本実施形態の作用を、便宜上、左側の原点センサ２４が先に検知する場合を例に、図３のフローチャートに従って説明する。

生産開始するために、左右（Ｌ、Ｒ）のＹ軸モータ３６、３８の電源を投入すると（ステップ１）、左右の原点センサ２４、２８がＯＦＦしていない場合には、Ｘ軸フレーム１０をいずれのセンサにも検知されない、外れた（ＯＦＦしている）位置まで移動させる（ステップ２、３）。

図４には、左右の原点センサ２４、２８が設置されているＹＬ軸とＹＲ軸の原点を通る直線をＹＬ_０−ＹＲ_０とした場合に、左右の原点センサ２４、２８からＯＦＦした位置に移動されたＸ軸フレーム１０のイメージを破線１０Ａで示す。なお、ＹＬ_０、ＹＲ_０の表記は以下に説明する位置センサによる検出値としても使用する。

次いで、両方のＹ軸モータ３６、３８を動かして、Ｘ軸フレーム１０を矢印Ａで示す原点センサがある方向へ一定の低速度で移動させ（ステップ４）、その移動中に左右の原点センサ２４、２８がそれぞれＸ軸フレーム１０を検知（ＯＮ）した時点での、Ｘ軸フレーム１０のＹ軸方向の位置を、Ｙ軸方向の位置センサにより検出し、左右のセンサ１８、２０について個別に記録する（ステップ５）。ステップ４、５の動作を、左右両方の原点センサに検知されるまで実行する（ステップ６）。

上記図４には、上記Ｘ軸フレーム１０の移動中に、破線１０Ｂで示すＹＬ軸原点センサ２４がＯＮしたときのＹＬ位置センサの値：ＹＬ_０と、その後破線１０Ｃで示すＹＲ軸原点センサ２８がＯＮしたときのＹＬ位置センサの値：ＹＬ₁との関係を併せて示した。

ステップ６で両方共検知した（ＯＮした）と判定されたら左の原点センサ２４がＯＮしたときのＹＬ位置センサ１８の値：ＹＬ_０と、右の原点センサ２８がＯＮしたＹＬ位置センサ１８の値：ＹＬ₁の差を計算する（ステップ７）。

左の位置センサ１８が、左右の原点センサがそれぞれＯＮしたときの値の差（ＹＬ_０−ＹＬ₁）の半分の距離を、図中矢印Ｂで示す正方向（原点方向）に移動するように左（ＹＬ軸）モータ３６を回転させる。そのとき、右の位置センサ側のＸ軸フレーム１０の端部（一方の端部）は移動させない、即ち右（ＹＲ軸）モータ３８は回転させないようにロックする（ステップ８）。その結果、Ｘ軸フレーム１０は、破線１０Ｄで示す位置にくる。

次いで、右モータ３８を回転させて、右位置センサ側のＸ軸フレーム１０の端部を、左の位置センサが移動した距離と同じ距離だけ逆方向（Ａ方向）に移動させる。そのとき、左位置センサ側のＸ軸フレームの端部（他方の端部、即ち先に原点センサに検知された方のＸ軸フレームの端部）は移動しないように、左モータ３６をロックする（ステップ９）。

その結果、Ｘ軸フレーム１０は、破線１０Ｅに位置する。この位置が初期位置となり、原点を通る直線ＹＬ_０−ＹＲ_０と平行になる。

以上のステップ１〜ステップ９の動作を、前記制御装置の初期化手段（機能）により実行することにより、前記図１のＸＹステージの構成において軸を初期化する際に、Ｘ軸フレーム１０を前後させてＹ軸の左右の原点センサ２４、２８による検知を行ない、これら左右の原点センサ２４、２８が検知したときのＹ方向位置センサによる位置を記録しておき、その結果から検知した位置の差を計算することにより、この差が無くなるように左右のＹ軸モータを逆方向に微小回転させる。その結果、左右の原点センサ２４、２８を通る直線に平行になるようにＸ軸フレーム１０が調整されて、Ｘ軸フレーム１０と２つのＹ軸フレーム１２、１４との間の直角度を正確に再現することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。

Ｙ軸の左右の原点センサ２４、２８による検知を、左右のＹ軸モータ３６、３８でＸ軸フレーム１０の両端を微小移動させながら行なうことにより、Ｘ軸フレーム１０を左右のＹ軸原点センサ２４、２８を通る直線と平行にする。又、右側モータと左側モータでそれぞれ半分ずつ補正を行なうので、モータ等にかかる負荷を低減できると共に、そのバランスをとることができる。図５（Ａ）には初期化（調整）前の、同面（Ｂ）には初期化後のイメージをそれぞれ示す。

なお、以上の実施形態では、ＹＬ軸とＹＲ軸の原点センサ２４、２８が、Ｘ軸とＹ軸が直角度を保った（直交した）各Ｙ軸フレーム上の位置に設置されており、Ｘ軸フレーム１０により同時にセンサがＯＮするように設置位置が調整されている場合を示したが、本発明は、ＹＬ軸とＹＲ軸の原点センサは必ずしもＸ軸とＹ軸が直角度を保ったＹ軸フレーム１２、１４上の位置に設置されていなくとも良く、例えば前記図４にＹＲ軸原点センサ２８が原点位置ＹＲ_０からΔＹ離れている場合のように、Ｙ軸方向に一定の位置関係が既知の状態にあれば良い。

この場合は、ＸＹ軸の直角度を予めスケア（Ｓquare）等の直角治具を用いて予め測定しておき、測定された直角度からＹＬとＹＲの原点センサの設置位置のＹ軸方向のずれ量ΔＹを計算しておく。そして、ＹＬとＹＲの各軸モータ３６、３８がＹＬとＹＲの原点センサの差が無くなるように微小回転して直角度を再現する際に、直角度調整分の補正量（ずれ量：ΔＹ）を加えることにより、同様に軸の初期化を実行することができる。

又、ＹＬとＹＲの原点センサの組付位置が、実装装置本体の撓みや捻りによってずれた場合に、従来は原点センサのずれ分だけＸＹ軸の直角度がずれた状態で軸の初期化が実行されていた。

しかし、本発明によれば、現状の原点センサの組付位置で、軸の初期化を実行し、その後、ＸＹ軸の直角度測定を実施し、測定された直角度からＹＬとＹＲの原点センサ位置でのずれ量を計算し、その値を補正量として実装機に保存しておけば、軸の初期化時にその補正量を加えて軸の初期化をすることにより、原点センサの組付位置がずれた状態でも、ＸＹ軸の直角度が正規の状態で再現できる。

又、前記実施形態では、Ｘ軸フレーム１０の一方の端部（後に原点センサが検知した側）を固定し、反対側の他方の端部(先に原点センサが検知した側）を差（ずれ量＝ＹＬ_０−ＹＬ₁）の半分だけ正方向に移動させ、次に、前記Ｘ軸フレーム１０の他方の端部を固定し、反対側の一方の端部を前記差の半分だけ逆方向に移動させ、初期位置とする制御を行った。

これに代えて、Ｘ軸方向の一方の端部を固定し、反対側の他方の端部を前記差の分だけ移動させ、初期位置とする制御を行うことも容易に考えられる。この場合も、Ｘ軸フレーム１０は、左右のＹ軸原点センサ２４、２８との位置の一致を再現することができる。

さらに、Ｘ軸方向の一方の端部を固定し、反対側の他方の端部を前記差の１／４だけ正方向に移動させ、次に、前記Ｘ軸方向の他方の端部を固定し、反対側の一方の端部を前記差の３／４だけ逆方向に移動させ、初期位置とする制御等種々変更可能である。

又、初期位置とは、原点位置を通る直線に平行な位置や、原点位置を通る直線と一致する位置である。Ｘ軸フレームの初期化は、電源投入後や、非常停止後等に原点復帰スイッチを押圧することにより行う。

又、上記実施形態では、先にＹＬ軸原点センサ２４により検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置ＹＬ_０と、後にＹＲ軸原点センサ２８により検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置ＹＬ₁との差を検出し、ずれ量とした。これに代えて、先に左側原点センサ２４が検知された際の、右側のＸ軸フレーム１０の位置ＹＲ₁と、後に右側センサ２８が検知された際の、右側のＸ軸フレーム１０の位置ＹＲ_０を、右位置センサ２０により検知し、記録する。そして、ＹＲ₁−ＹＲ_０により、Ｘ軸フレームのずれ量としてもよい。さらに、左右のずれ量を平均化した値、{（ＹＬ_０−ＹＬ₁）＋（ＹＲ₁−ＹＲ_０）}／２をずれ量とすることも容易に考えられる。

又、前記実施形態では、位置センサがリニアエンコーダである場合を示したが、これに限定されず、モータに同期するロータリーエンコーダ等の他のセンサであってもよい。

本発明に係る一実施形態の要部を模式的に示す概略斜視図 本実施形態の部品実装装置が備える制御装置の特徴を示すブロック図 本実施形態の作用を示すフローチャート 本実施形態の作用を示す説明図 初期化前後のイメージを示す説明図 従来の部品実装装置の要部を模式的に示す概略斜視図

符号の説明

１０…Ｘ軸フレーム
１２…ＹＬ軸フレーム
１４…ＹＲ軸フレーム
１６…ヘッドユニット
１８…ＹＬ位置センサ
２０…ＹＲ位置センサ
２２…Ｘ位置センサ
２４…ＹＬ軸原点センサ
２６…Ｘ軸原点センサ
２８…ＹＲ軸原点センサ
３０…制御装置
３２…コントローラ（ＣＰＵ）
３６…ＹＬ軸モータ
３８…ＹＲ軸モータ
４０…記憶部

Claims (4)

1. Ｘ軸フレームが、平行に配設されたＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレーム上を、対応するＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータによりそれぞれＹ軸方向に移動可能であると共に、基板上に部品を実装するためのヘッドユニットが、Ｘ軸方向に移動可能に前記Ｘ軸フレームに搭載されているＸＹステージを備えた部品実装装置において、
   前記ＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームに、前記Ｘ軸フレームとの間でＸ軸とＹ軸との直角度を規定するＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサが、Ｙ軸方向に所定の位置関係で、それぞれ設置されていると共に、
   前記ＹＬ軸モータ及びＹＲ軸モータが駆動されて、前記ＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサによる検知信号に基づいて、前記Ｘ軸フレームを前記ＹＬ軸フレーム及びＹＲ軸フレームと直角度が確保された初期位置に移動させる初期化手段を備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記初期化手段の駆動により、前記Ｘ軸フレームを、前記ＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサの設置方向に移動させ、
   各Ｙ軸フレーム上の原点センサによりＸ軸フレームが検知された時点での、Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置を位置センサにより検出し、
   先に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置と、後に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置との差を検出し、
   前記Ｘ軸フレームの一方の端部を固定し、前記Ｘ軸フレームの他方の端部を前記差分だけ移動させ、初期位置とする制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記初期化手段の駆動により、前記Ｘ軸フレームを、前記ＹＬ軸原点センサ及びＹＲ軸原点センサの設置方向に移動させ、
   各Ｙ軸フレーム上の原点センサによりＸ軸フレームが検知された時点での、Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置を位置センサにより検出し、
   先に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置と、後に原点センサにより検知された際の前記Ｘ軸フレームのＹ軸方向の位置との差を検出し、
   前記Ｘ軸フレームの一方の端部を固定し、反対側の他方の端部を前記差の半分だけ正方向に移動させ、
   次に、前記Ｘ軸フレームの他方の端部を固定し、反対側の一方の端部を前記差の半分だけ逆方向に移動させ、初期位置とする制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
4. 前記ＹＬ軸原点センサとＹＲ軸原点センサのＹ軸方向の位置関係は、予め直角度測定手段により測定し、データとして保存しておくことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の部品実装装置。

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