JP2007188981A

JP2007188981A - 電子部品実装装置

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Publication number: JP2007188981A
Application number: JP2006004314A
Authority: JP
Inventors: Masato Ozawa; 正人小沢; Masaru Saito; 勝斉藤; Naoyuki Hachiman; 直幸八幡
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】電子部品実装装置の構造部もしくは駆動部等の異常を、確実にしかも信頼性よく検出することのできる電子部品実装装置を提供する。
【解決手段】電子部品実装装置の構造部品に取り付けられたＡＥセンサ１５により、該構造部品が振動したとき発生する弾性波が検出される。ＡＥセンサ１５からの信号は、周波数分析部２１により周波数分析され、構造部品の振動周波数特性が取得される。この周波数特性は、予め取得され記憶されている構造部品の振動周波数特性と比較され、電子部品実装装置の異常が検出される。このような構成では、装置や搭載ヘッドのネジ緩みや構成部品の僅かな変形や傷の発生などの異常を確実に検出することができ、また、吸着ノズル、ケーブルベア、リニアガイド等、定期的に交換が必要となる部品の経時変形や磨耗による寿命時期を、初期段階で検知することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品実装装置、更に詳細には、電子部品を回路基板に搭載する電子部品実装装置に関する。

従来から、フィーダなどの部品供給装置から供給される電子部品を搭載ヘッドの吸着ノズルで吸着し、認識カメラで部品の吸着姿勢を認識し、吸着ずれを補正して回路基板の所定位置に搭載する電子部品実装装置が知られている。

このような電子部品実装装置において、異常の発生とその部品を早期に検出し、基板の生産効率を高めるために、下記の特許文献１に示される技術では、部品供給装置や、認識カメラ、搭載ヘッド、吸着ノズル等の異常の発生要因となり易い部位毎に、部品吸着動作回数とエラー発生回数を計数しながら通常の部品搭載作業を行い、エラー発生回数が所定回数以上となったとき、それまでの吸着率を算出してその吸着率が予め設定されている所定の値よりも低いとき、電子部品実装装置を自動停止させて生産を中止し警告を報知していた。

また、現場作業者に各部位毎の生産管理データからエラーが頻発する部位を現場作業員の勘を頼りに特定させ、異常の修復を行っていた。
特開２００５−４５０１８号公報

しかしながら、エラー発生回数によって装置の異常を検出しようとした場合、特許文献１に示されるような方法では、実際の搭載動作中にエラーが複数回発生してから初めて異常が検出可能となるため、エラー発生による生産性の悪化、例えば、電子部品の吸着ミスによるリトライや、搭載ミスや誤装着による不良基板の発生などを事前に防ぐことが出来なかった。

また、実際にエラーが発生するまでは装置の異常、例えば装置や搭載ヘッドのネジ緩みや構成部品の僅かな変形や傷の発生などを検出できないため、装置の異常を検出する前に、装置本体や搭載ヘッドのネジが外れたり、構成部品が疲労破壊するといった極めて重大な問題が発生する可能性があった。

更に、上記特許文献１による検出方法では、エラーの発生箇所は特定できるが、そのエラー発生が装置のどの部位に起因しているかを特定することはできない、という問題があった。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、電子部品実装装置の構造部もしくは駆動部等の異常を、確実にしかも信頼性よく検出することのできる電子部品実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、
基板に電子部品を実装する電子部品実装装置であって、
電子部品実装装置の構造部品に取り付けられ、該構造部品が振動したとき発生する弾性波を検出するセンサと、
前記センサの出力信号から前記構造部品の振動周波数特性を分析する周波数分析部と、
予め取得された前記構造部品の振動周波数特性を記憶する記憶装置とを備え、
前記周波数分析部からの振動周波数特性と、予め取得され記憶されている振動周波数特性とを比較することにより電子部品実装装置の異常を検出することを特徴とする。

本発明では、装置の基台や搭載ヘッドなどの構造部品の振動周波数特性を分析し、予め取得されている振動周波数特性と比較して、装置の異常を検出するので、例えば装置や搭載ヘッドのネジ緩みや構成部品の僅かな変形や傷の発生などの異常を確実に検出することができ、また、吸着ノズル、ケーブルベア、リニアガイド等、定期的に交換が必要となる部品の経時変形や磨耗による寿命時期を、初期段階で検知することができる、という効果が得られる。

以下に、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１には、電子部品実装装置の構成が斜視図として図示されており、同図において、基台１の中央部にはＸ方向に搬送路２が配設され、この搬送路２に沿って基板３が搬送されてきて所定搭載位置に位置決めされる。搬送路２の前方側と後方側には、電子部品（以下、単に部品という）を供給する複数のパーツフィーダ５からなる部品供給装置４が配置される。各パーツフィーダ５にはテープに保持された部品が収納され、このテープをテープ長方向に送ることにより部品が順次供給される。

基台１には、搭載ヘッド７を装着したＸ軸テーブル６が設けられる。Ｘ軸テーブル６は、平行なＹ軸テーブル８、８’に、両端部を支持されて案内可能に架設されている。搭載ヘッド７は、不図示のＸ軸モータを駆動することによりＸ軸テーブル６に沿って移動し、またＸ軸テーブル６は不図示のＹ軸モータを駆動することによりＹ軸テーブル８、８’に沿って移動し、それにより搭載ヘッド７はＸ軸方向およびＹ方向に水平移動する。

搭載ヘッド７は、図２に示したように、先端にエアを吸引するための吸着孔を設けた吸着ノズル１０と、この吸着ノズル１０を着脱自在に装着するノズルシャフト１１と、このノズルシャフトをシャフト軸（θ軸）を中心に回転させるθ軸モータ１２と、ノズルシャフト１１をＺ軸方向（垂直方向）に上下させ、昇降動作を行うためのＺ軸モータ１３を有する。吸着ノズル１０、ノズルシャフト１１、θ軸モータ１２、Ｚ軸モータ１３は、それぞれ複数個（図示例では４個）Ｘ軸方向に並ぶようにヘッドプレート１４に取り付けられており、各θ軸モータ１２並びにＺ軸モータ１３を独立して駆動することにより、複数の部品を吸着並びに搭載できるようになっている。

本発明では、部品実装装置の異常を検出するために、装置の構造部品（構成部品）、例えば基台１の所定位置（図１、図５）、搭載ヘッド７のヘッドプレート１４、各ノズル軸のブラケット部（図２）等に、アコースティック・エミッション（ＡＥ）を検出するアコースティック・エミッションセンサ（以下、ＡＥセンサという）１５が取り付けられる。

アコースティック・エミッションとは材料が変形や破壊するとき、内部の微小な動きに伴って超音波を含む弾性波が発生する現象（またその波）のことをいい、ＡＥセンサは、この弾性波を検出する。本実施例では、各ＡＥセンサ１５は利用目的に応じて、選択使用され、目的に合った各部位のＡＥセンサで異常予知のためのデータ収集を行う。

このような構成において、搬送路２上に基板３が搬入され位置決めされ、続いて、搭載ヘッド７は部品をピックアップするために部品供給装置４上へと移動する。搭載ヘッド７が部品吸着位置へ移動すると、Ｚ軸モータ１３が駆動され、ノズルシャフト１１の先端に取付けられた吸着ノズル１０が部品吸着高さまで下降する。吸着ノズル１０が、パーツフィーダ５に収められた部品と当接する直前に、不図示の真空発生装置が作動し、ノズルシャフト１１の管路内を負圧とすることで、吸着ノズル先端に当接した部品を吸着する。

部品を吸着した後、搭載ヘッド７は、装置本体に設けられた認識カメラ９上へ移動し、吸着ノズル１０に吸着された部品が下方から撮像される。撮像された部品の画像は、画像処理装置（不図示）により画像処理され、吸着位置と部品中心とのずれ、並びに部品の基準角度に対する角度ずれが算出され、これらずれが補正されて部品が基板３の所定位置に正しい姿勢で搭載される。

本発明による電子部品実装装置は、上記動作を繰返し行うことにより基板への電子部品の搭載を行い、回路基板を生産する。

本実施例では、ＡＥセンサを用いて、例えば、工場出荷時、あるいはメンテナンスモードのときに、計測モードとして異常予知のためのデータを収集する。この計測モードにおいて、搭載ヘッド７と吸着ノズル１０、並びにその位置決めを行う各要素（Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータ、θ軸モータなど）を、前もって決められた位置に移動させそこで停止させる。これは、測定状態をいつでも一定にし、測定データの再現性を図るためであり、これにより装置の各部分の経年変化を捉えることが可能となる。

データ収集は、次のようにして行われる。図３に示すように装置の各部に配置されたＡＥセンサ１５の出力信号は、部品実装装置本体に備えられたセンサアンプ２０により増幅され、周波数分析部２１へと送られる。周波数分析部２１は、所定の装置状態、例えばＸ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータ、θ軸モータのすべてのモータが、サーボオンで所定の位置に停止している状態、あるいは搭載ヘッドが予め定めた所定の位置を、予め定めた速度・加速度で通過する瞬間の状態等におけるＡＥセンサの出力信号を受け、図４（ａ）に示すように各周波数ごとに振動の大きさを示すレベル（レスポンス）を算出し、周波数分析して振動周波数特性Ｆ１を取得する。また、データの変動によるバラツキを低減するために同じ条件でデータ収集は複数回行い、同時に周波数分析も複数回行い、その平均値を一回の測定結果として、装置本体の持つＲＯＭ（記憶装置）２４に前もって格納する。このデータ収集のための測定を行うタイミング、搭載ヘッドの位置や移動速度・加速度などの駆動条件（駆動パラメータ）は予め複数設定されており、これらの設定データは、ＲＡＭ２２あるいはＲＯＭ２４に格納され、ＣＰＵ２３の制御のもとに、データ収集並びに分析を行う。また、各種データや、図４に示す周波数分析の結果は、表示部２５に表示される。

このＡＥセンサによる測定箇所は、例えば図５でＭ１〜Ｍ５に示したように基台１上の５箇所で行われ、そのために各位置Ｍ１〜Ｍ５の位置にＡＥセンサ１５が設置される。図５における白矢印は各センサ位置から別の箇所へと搭載ヘッド７が移動を行う「行き移動」を示し、黒矢印は別の箇所から各センサ位置に向かって搭載ヘッド７が移動を行う「帰り移動」とを夫々示す。

各測定位置での「行き移動」、「帰り移動」の夫々に駆動パラメータ（移動方向、速度、加速度）が設定されており、各測定位置での測定が順次、若しくは複数回繰り返し実行される。これにより、各測定箇所Ｍ１〜Ｍ５毎にＸ軸モータを駆動した時の振動周波数特性と、Ｙ軸モータを駆動した時の振動周波数特性とが取得される。

上記と同様にして、搭載ヘッド７上に設けたＡＥセンサ１５（図２）を用いてＺ軸モータ、θ軸モータを駆動した時のセンサ出力を分析し、各測定部位での振動周波数特性を取得する。

ここで、アコースティック・エミッション測定部位に異常、例えばネジの緩みによるガタ、部材の破断や変形等がある場合には、測定部位付近の固有振動数が変わり、ＡＥセンサ１５の出力する振動周波数特性は、例えば図４（ｂ）のように、ある周波数ｆ１近傍での振動レベルが顕著に変化（上昇）する周波数特性Ｆ２となる。

次に、部品実装装置本体のＣＰＵ２３はＲＡＭ２２に格納されたＡＥセンサの測定値から得られる振動周波数特性の値（図４（ｂ））と、予め装置本体の持つＲＯＭ２４に記憶されている振動周波数特性の値（図４（ａ））とを周波数ごとに比較する。この図４（ａ）の周波数特性の値（比較しきい値）は、図４（ｃ）に示したように、図４（ａ）の周波数特性Ｆ１を各周波数ごとに所定値（α）加算した結果得られる周波数特性Ｆ３の値と、図４（ａ）の周波数特性Ｆ１を各周波数ごとに所定値（α）減算した結果得られる周波数特性Ｆ４の値の範囲内で変化させることができる。

ＣＰＵ２３は、ＡＥセンサの測定値から得られる振動周波数特性Ｆ２の各値と予め取得した振動周波数特性Ｆ２の値、あるいは周波数特性Ｆ３〜Ｆ４内の値とを周波数ごとに逐次比較する。

ＣＰＵ２３は、たとえば、図４（ｂ）のような振動周波数特性Ｆ２が得られた場合には、周波数ｆ１領域での周波数成分が比較しきい値を超えるので、振動周波数特性Ｆ２をもたらしたＡＥセンサが設置された構造部品に何らかの異常があり、かつ／あるいは、振動周波数特性Ｆ２を取得したときのＸ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータ、θ軸モータなどの駆動源、及び／又は駆動系に異常があると判断する。

ＣＰＵ２３は、例えば、測定位置Ｍ１〜Ｍ５における全ての計測値（周波数特性）が異常である場合には、駆動系の異常と判断し、ある測定箇所でのみ異常が見られた場合には、ＡＥセンサ設置箇所付近に異常があると判断する。

異常が検出された場合には、モニタ装置や警告灯などの表示部２５を作動させユーザヘ異常を知らせる。あるいは、部品実装装置の生産動作を一旦停止させる等の適切な処理を行う。また、同時に複数個所でのデータを取得するため、地震の震源地を探すのと同じように異常な位置の特定が可能である。

部品実装装置は、種々の駆動条件（駆動パラメータ）があり、常に一定の状態での動作をするものではない。そこで、搭載ヘッドの移動速度・加速度などの駆動パラメータを変えて、周波数分析を行うタイミングを、設定された駆動パラメータに基づいて定めることにより、異常をより良好に検出することが可能となる。

また、各ＡＥセンサ１５からの得られる信号の周波数分析を行うタイミングを、各センサごとに異なるようにすることにより、異常を多角的に検出することが可能となる。

以上のような構成では、例えば装置や搭載ヘッドのネジ緩みや構成部品の僅かな変形や傷の発生などの装置の異常を、初期段階で検知することができるため、装置の誤動作（搭載ミスや誤搭載など）や、装置の故障（ねじの外れや部品の変形、断裂など）を未然に防止することができる。また、これにより装置に異常があった際の生産性の低下を、最小限に抑えることができる。

また、例えば、ノズル、ケーブルベア、リニアガイド等の定期的に交換が必要となる部品の経時変形や磨耗による寿命時期を知ることができるため、未だ交換が不要である部品を早まって交換してしまうことや、予め定められた交換時期よりも早く寿命となる不良部品を使用し続けてしまう等の問題を回避することができる。また、消耗部品等の交換時期を、時間によって定めるのではなく、実際の部品の使用状況によって知ることができるため、部品を寿命まで使い切ることによるコスト低減が可能となる。

ＡＥセンサの代替として、加速度センサとその出力をＦＦＴ（高速フーリエ変換）可能な処理装置とを用いて、振動特性を検出するようにしても良い。

電子部品実装装置の外観を概略示す斜視図である。搭載ヘッドの詳細な構成を示す斜視図である。ＡＥセンサの信号を処理する回路構成を示したブロック図である。ＡＥセンサからの信号の周波数特性を示した線図である。基台に設置したＡＥセンサにより装置の異常を検出する状態を説明した説明図である。

符号の説明

１基台
６Ｘ軸テーブル
７搭載ヘッド
８、８’ Ｙ軸テーブル
１５ＡＥセンサ
２１周波数分析部

Claims

基板に電子部品を実装する電子部品実装装置であって、
電子部品実装装置の構造部品に取り付けられ、該構造部品が振動したとき発生する弾性波を検出するセンサと、
前記センサの出力信号から前記構造部品の振動周波数特性を分析する周波数分析部と、
予め取得された前記構造部品の振動周波数特性を記憶する記憶装置とを備え、
前記周波数分析部からの振動周波数特性と、予め取得され記憶されている振動周波数特性とを比較することにより電子部品実装装置の異常を検出することを特徴とする電子部品実装装置。
前記振動周波数の分析を行うタイミングを、電子部品実装装置の駆動条件に基づいて定めることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
前記センサを複数個設け、それぞれを異なる部位に取り付け、各センサの出力信号に基づく振動周波数の分析を行うタイミングを、可変にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装装置。
前記振動周波数特性の比較しきい値が可変であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子部品実装装置。