JP2009176859A - 部品実装方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着する部品表面の位置によって吸着状態が異なる電子部品を、タクトタイムの低下を抑制しながら安全且つ確実に基板面に搭載できるようにする。
【解決手段】吸着ノズルで電子部品を吸着保持した後、吸着した電子部品の吸着状態を認識し、認識した結果に基づいて基準位置からの吸着位置のずれを補正した後、前記吸着ノズルを下降させ、前記基板上の目標位置に搭載する部品実装方法において、電子部品の吸着面に、予め吸着保持状態が安定する許容範囲を設定しておき、部品搭載時に、前記吸着ノズルで吸着保持した電子部品の吸着位置を前記部品認識装置により認識した結果、該吸着位置が前記許容範囲以内であった場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件に従って下降させ、前記許容範囲から外れていた場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件より緩い下降動作条件に切り替えて下降させる可変制御を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、部品実装方法及び装置、特に部品搭載時に部品の吸着状態に応じて搭載下降動作を適切に可変制御する際に適用して好適な部品実装方法及び装置に関する。

一般に、配線基板に電子部品（以下、単に部品ともいう）を搭載して実装基板を生産する部品実装装置では、搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルを使ってフィーダの部品供給位置から部品を搭載ヘッドで吸着保持した後、該搭載ヘッドを位置決めされた基板上方の目標位置に移動させた後、該吸着ノズルをＺ軸方向に下降させて該部品を基板面に搭載している。

その搭載に際しては、吸着ノズルを下降させると共に、負圧による部品の吸着を解除するためにバキューム装置による負圧をＯＦＦにした後、ノズル先端から部品のリリース（離脱）を確実にするためにブロー装置による正圧をＯＮにする操作を行っている。

従来の部品実装装置は、例えば特許文献１に開示されているように、部品を搭載する際に吸着ノズルを下降させる最高速度や加減速度を含む搭載下降時の速度を、部品の種類（形状や重量）に応じて予め設定する仕組みを持っている。同様に、部品搭載時に吸着を解除するために行う負圧ＯＦＦ及び正圧ＯＮのタイミング（以下、バキューム・ブロータイミングともいう）についても、部品の種類に応じて予め設定された操作タイミングで行っている。

特開２００１−２１０９９５号公報

しかしながら、部品搭載時に吸着面が平坦でない範囲が存在する電子部品を吸着ノズルで吸着する場合には、例えば部品中央部分等の平坦な表面を吸着できた場合と、吸着できなかった場合とでは、部品の保持力（吸着保持状態）が大きく変化することがある。

又、仮に吸着面（表面）全体が平坦であったとしても、周辺部分を吸着した場合には、下降時の加減速による影響が大きくなるため、吸着保持状態が不安定になる。

更に、コンデンサのように電極部が部品表面より突出して存在する電子部品を吸着する場合には、ノズル先端が電極部に当たった状態で吸着すると、該部品を基板面と平行に保持できなくなるために、搭載時には一方の端部のみが基板面へ先に接触する部品の片当たり（後述する）が発生することから、部品が基板面に接触した瞬間にθずれやＸＹずれが発生しやすくなる。

これらの問題を回避するには、予め搭載下降時の設定速度を下げる必要があるため、タクトタイム（生産効率）の低下が避けられないという問題がある。

又、前記特許文献１には、ロードセルで荷重を測定しながら搭載下降速度をフィードバック制御することにより、基板面に部品が接触した時の衝撃をコントロールする仕組みも提案されているが、この場合はロードセル等の専用の装置が必要になるうえに、タクトタイムの低下も避けられないという問題がある。

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、電子部品を吸着ノズルで吸着保持する際、吸着保持状態（安定度）が不安定な部品表面上の位置を吸着する場合でも、タクトタイムの低下を最大限阻止した上で、安全かつ確実に基板面に電子部品を搭載することができる部品実装方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、ＸＹ駆動手段により搭載ヘッドを部品供給位置へ移動させ、該搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルで電子部品を吸着保持した後、該搭載ヘッドを位置決めされている基板上方へ移動させると共に、吸着した電子部品の吸着状態を部品認識装置により認識し、認識した結果に基づいて基準位置からの吸着位置のずれを補正した後、前記吸着ノズルを下降させ、前記電子部品を基板上の目標位置に搭載する部品実装方法において、電子部品の吸着面に、予め吸着保持状態が安定する許容範囲を設定しておき、部品搭載時に、前記吸着ノズルで吸着保持した電子部品の吸着位置を前記部品認識装置により認識した結果、該吸着位置が前記許容範囲以内であった場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件に従って下降させ、前記許容範囲から外れていた場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件より緩い下降動作条件に切り替えて下降させる可変制御を行うことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、ＸＹ駆動手段により搭載ヘッドを部品供給位置へ移動させ、該搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルで電子部品を吸着保持した後、該搭載ヘッドを位置決めされている基板上方へ移動させると共に、吸着した電子部品の吸着状態を部品認識装置により認識し、認識した結果に基づいて基準位置からの吸着位置のずれを補正した後、前記吸着ノズルを下降させ、前記電子部品を基板上の目標位置に搭載する部品実装装置において、電子部品の吸着面に、予め吸着保持状態が安定する許容範囲を設定する手段と、部品搭載時に、前記吸着ノズルで吸着保持した電子部品の吸着位置を前記部品認識装置により認識した結果、該吸着位置が前記許容範囲以内であるか否かを判定する手段と、前記許容範囲以内であった場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件に従って下降させ、前記許容範囲から外れていた場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件より緩い下降動作条件に切り替えて下降させる可変制御を行う制御手段と、を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明においては、前記下降動作条件には、ノズル下降時の加減速度を含む下降速度、及び、ノズル先端から電子部品を離脱させるバキューム・ブロータイミングが含まれるようにすることが好ましい。

本発明によれば、電子部品を吸着した結果、吸着位置が吸着保持状態が安定する許容範囲から外れていた場合に、部品の搭載下降を許容範囲以内を吸着した場合の規定の下降動作条件より緩い（低い）条件で下降させる制御を行うようにしたので、タクトタイムの低下を極力防止した上で、部品が基板面に接触する時の衝撃力を抑制することができ、搭載部品の位置決め精度の低下を防止することができる。

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の概要を模式的に示す平面図である。

この部品実装装置は、搭載ヘッド１０がＸ軸フレーム１２によりＸ方向に移動され、且つ該フレーム１２と一体でＹ軸フレーム１４によりＹ方向に移動されるようになっており、このＸＹ方向に移動可能な搭載ヘッド１０により、搬送装置１６により搬送されて所定位置に位置決めされた基板Ｓ上に、フロント側部品供給装置１８又はリア側部品供給装置２０の部品供給位置から吸着保持した電子部品を搭載可能になっている。なお、ここでは、フロント側部品供給装置１８にテープフィーダが、リア側部品供給装置２０にトレイ式フィーダが配置されているが、両方ともテープフィーダであってもよい。

上記搭載ヘッド１０には、図２に拡大して示すように、基板上のマークを認識する基板認識カメラ２２と、吸着した電子部品の吸着状態を認識する部品認識装置２４がそれぞれ付設されている。又、この搭載ヘッド１０には、吸着ノズル２６をそれぞれ装着可能な吸着ヘッド２８が搭載されている。

上記吸着ヘッド２８は、吸着ノズル２６を上下動させるＺ軸サーボモータと、軸中心に回転させるθ軸サーボモータ（いずれも図示省略）を有しており、又前記部品認識装置２４は該ノズル２６で吸着した電子部品Ｐをレーザーにより認識し、吸着面におけるノズル中心に対する部品中心の吸着位置のずれを検出する機能を有している。

又、本実施形態では、図示は省略するが、吸着ノズル２６に電子部品を吸着保持するために負圧を発生させるバキューム装置と、負圧を解除した後に該部品を確実にリリースするために正圧を付与するブロー装置とが設けられ、それぞれ電磁弁を介して負圧及び正圧の作用をＯＮ・ＯＦＦすることが可能になっている。

そして、部品搭載時には、搭載ヘッド１０は部品供給位置から電子部品Ｐを吸着し、基板Ｓ上の搭載座標（目標位置）へ移動する間に、吸着した部品のノズル中心からの位置ずれ量、角度ずれを認識することが可能となっており、該搭載ヘッド１０は移動中に認識したこれらノズル中心から部品中心までのＸＹずれ量及び基準角度からのθずれ量を補正し、基板面上の目標位置に該部品Ｐを搭載する。

吸着面である表面が平坦な抵抗等の電子部品のように、吸着時のノズル先端が密着するために吸着力が強く、保持状態が安定している部品を搭載する場合には、通常、タクトタイム（搭載効率）を優先した高速動作を行う。

ところが、電子部品には表面形状の違いから常に安定した強い吸着力が期待できないものも存在する。例えば、図３に吸着ノズル２６により吸着されている電子部品Ｐがコンデンサである場合を拡大して示すように、長さ方向両端部に表面より突出した電極部Ｐａが形成されている電子部品のように、表面全体が平坦でないものも存在する。このような電子部品Ｐは、図示されているように、電極部Ｐａにノズル２６の先端が乗り上げた状態で吸着されると、吸着力が減少することになって保持状態が不安定になるため不具合が生じるおそれがある。

そこで本実施形態では、保持状態に中央部分の平坦な安定範囲と両端近傍の不安定範囲が存在するコンデンサのように、表面上に吸着保持状態が不安定な範囲が存在する電子部品Ｐについては、安定した吸着が可能な許容範囲を予め設定しておく。

そして、搭載時に吸着した電子部品の中心（基準位置）からノズル中心（吸着位置）までのＸ方向及びＹ方向の吸着ずれ量が、設定された許容範囲を越えていた場合には、電子部品を基板面に搭載する際にＺ軸モータによる吸着ノズルの下降速度、加速度、減速度や、バキューム・ブローのタイミングを変更することにより、通常時よりマイルドな搭載動作を行うことにより、電子部品の吸着状態に応じた可変制御を実現できるようにしている。

次に、許容範囲を超えたずれが発生している不安定吸着の場合に実行する、通常時よりマイルドな下降動作について詳述する。

まず、ノズルの下降速度については、下降時の加減速に伴う重力加速度と、基板面に接触する時の衝撃のいずれも部品の搭載位置ずれの原因になるため、通常時に設定されている規定の速度に対して、加減速度を低めに設定する。

具体的には、別途吸着ずれ時専用の速度プロファイルを設けておくか、通常時の速度プロファイルに対するパーセンテージを指定して設定しておくようにしてもよい。

次に、バキューム・ブロータイミングについて説明すると、通常の下降動作はタクトタイムを優先する目的から、ノズルが下降完了位置で停止している時間をなるべく短くするために、図４に下降時の速度プロファイルを示すように、吸着ノズル２６が下降完了位置に到達する前にバキュームをＯＦＦに、ブローをＯＮにすることにより、下降完了位置に到達した時には部品保持力がほぼ０になるように制御している。

しかしながら、前述した如く、吸着位置が許容範囲から外れる吸着ずれが発生し、前記図３に示したように電子部品Ｐの電極部Ｐａにノズル先端が乗り上げている場合には、該電子部品Ｐは平行からずれた状態で吸着されていることになるため、基板面Ｓａに接触する際には、図示されているような片当たりが発生することになる。

このような片当たりの状態で電子部品Ｐが基板面Ｓａへ接触すると、Ｘ、Ｙ、θのいずれの方向にも搭載ずれを起こしやすい状態にあるため、通常のバキューム・ブロータイミングでは基板面に接触する時に搭載ずれが発生する可能性が高くなってしまう。

そこで、許容範囲を外れた吸着ずれと判定された場合には、図５に速度プロファイルを示すように、ノズルが下降完了位置に到達し、電子部品Ｐが基板上に印刷されている半田ペーストで固定されるまでバキュームを保持し続けることにする。ただし、バキュームＯＦＦ、ブローＯＮを下降完了位置で行わなくてはならなくなるため、図示されているようにその分ノズルが下降完了位置で停止している時間も長くする必要がある。

次に、本実施形態において行う吸着ずれの判定と、判定結果に応じた搭載下降の可変制御の方法を具体的に説明する。

まず、吸着ずれの判定について説明すると、図６に部品表面を模式的に示すように、円で示す吸着ノズル２６の吸着位置が許容範囲外であることを判定するための判定値のデフォルト（破線）を、部品サイズに対するパーセンテージとして自動算出して設定するものとし、必要に応じて後からユーザーが数値を変更可能とする仕組みを設けるようにする。

その理由は、コンデンサは部品の長手方向（Ｘ方向）の両端部に電極が盛り上がった状態で存在するのに対し、抵抗の電極には盛り上がりが無いなど、部品形状による表面状態の違いにより吸着ずれの判定値を変える必要があるからである。同様の理由により、吸着ずれの判定値は、Ｘ方向、Ｙ方向に個別に設定可能とする必要がある。

以上の判定値を設定した後に実行される可変制御について、図７のフローチャートに従って説明する。なお、吸着ずれと判定された場合の処理であるが、ノズル下降速度、バキューム・ブロータイミングの両方を前述の吸着ずれ用搭載下降制御に切り替えるか、あるいは一方だけを吸着ずれ用搭載下降制御に切り替えるかについても、部品形状により判断が分かれるため、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれに対してユーザーによる指定を可能とする必要がある。

そこで、部品搭載を開始し、部品供給装置１８又は２０で電子部品Ｐを吸着した後、部品認識装置２４により吸着状態をレーザーにより認識し、レーザー認識が完了した後（ステップ１）、ステップ２でＸ方向について、ステップ３でＹ方向について、それぞれ吸着ずれを判定する。

ステップ２、ステップ３でいずれもＮｏで、吸着ずれが判定値を超えていないと判定された場合は、通常の制御フラグに従って搭載下降制御を行う（ステップ４）。

ステップ２で許容範囲を外れた吸着ずれが発生している（Ｙｅｓ）と判定された場合は、その部品が下降速度の切替対象であるか否かを判定し（ステップ５）、対象でない場合にはそのまま、対象である場合には下降速度切替フラグをＯＮにして、次のバキュームフローの切替があるか否かを判定するステップ７に移行する。

ステップ７でＮｏの場合はそのまま、Ｙｅｓの場合はバキューム・ブロー切替プラグをＯＮにした後、前記ステップ３に移行する。

このステップ３でＹｅｓの場合は、Ｙ方向の吸着ずれについて前記ステップ５〜８と同様の処理をそれぞれ行った後、前記ステップ４に移行し、各フラグに従って通常制御又は該当する切替制御を実行する。

図８〜図１０には、前記図７のフローチャートを具体例に適用した場合の手順を、太線を使って示す。

図８は、前記３に示したようなコンデンサに適用した例で、Ｙ方向の吸着ずれが生じても電極部が存在しないためにバキューム・ブロータイミングの切替を行わない場合である。

図９は、表面全体が平坦な抵抗等の部品の例で、Ｘ方向、Ｙ方向、いずれの吸着ずれでもバキュームブロータイミングの切替が必要ない場合を、逆に図１０は、四周辺端部に比べ内側が厚い、アルミ電極部品等の部品の例で、Ｘ方向、Ｙ方向いずれの吸着ずれにもバキューム・ブロータイミングの切替が必要な場合である。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１）搭載下降制御におけるノズル下降速度を、吸着ずれが許容範囲内である場合には、タクトタイムを低下させることの無い通常の搭載制御を行い、許容範囲外の吸着ずれが発生している場合のみ、吸着ずれ用の速度制御に切り替えることにより、タクトタイムの低下を最大限抑制した上で、信頼性の高い搭載制御を行うことができる。

（２）搭載下降制御におけるバキューム・ブロータイミングを、許容範囲外の吸着ずれが発生した場合のみ、吸着ずれ用のタイミングに切り替えて基板面接触時の電子部品保持力を確保するようにしたことにより、ノズル先端が電極部に乗り上げていることに起因する搭載基板面への片当たりの時の不安定な吸着状態が発生したとしても、安定した搭載を行うことができる。

（３）（１）、（２）の制御をＸ方向、Ｙ方向それぞれ個別に判定値を設けると共に上記２つの切替の有無をＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ設定可能とすることにより、様々な部品形状に対して有効な機能のみを選択的に利用することが可能となる。

本発明に係る一実施形態の部品実装装置の概要を模式的に示す平面図 搭載ヘッドの概要を模式的に示す正面図 表面が平坦でない電子部品の例とその吸着状態の特徴を拡大して示す説明図 吸着ずれが発生していない時の部品搭載時の通常の下降動作プロファイルを表すタイムチャート 吸着ずれが発生している時の部品搭載時の下降動作プロファイルの一例を表すタイムチャート 吸着ずれが許容範囲外であることを判定するための吸着位置と判定値のイメージを示す説明図 実施形態の作用を示すフローチャート Ｘ方向の吸着ずれの場合にのみバキューム・ブロータイミングを切替える具定例を示すフローチャート Ｘ方向、Ｙ方向とも吸着ずれの場合にバキューム・ブロータイミングを切替える具定例を示すフローチャート Ｘ方向、Ｙ方向とも吸着ずれの場合にバキューム・ブロータイミングを切替えない具定例を示すフローチャート

符号の説明

１０…搭載ヘッド
１２…Ｘ軸フレーム
１４…Ｙ軸フレーム
１６…搬送装置
１８…フロント側部品供給装置
２０…リア側部品供給装置
２２…基盤認識カメラ
２４…部品認識装置
２６…吸着ノズル
２８…吸着ヘッド
Ｓ…基板
Ｐ…電子部品

Claims (4)

1. ＸＹ駆動手段により搭載ヘッドを部品供給位置へ移動させ、該搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルで電子部品を吸着保持した後、該搭載ヘッドを位置決めされている基板上方へ移動させると共に、吸着した電子部品の吸着状態を部品認識装置により認識し、認識した結果に基づいて基準位置からの吸着位置のずれを補正した後、前記吸着ノズルを下降させ、前記電子部品を基板上の目標位置に搭載する部品実装方法において、
   電子部品の吸着面に、予め吸着保持状態が安定する許容範囲を設定しておき、
   部品搭載時に、前記吸着ノズルで吸着保持した電子部品の吸着位置を前記部品認識装置により認識した結果、該吸着位置が前記許容範囲以内であった場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件に従って下降させ、前記許容範囲から外れていた場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件より緩い下降動作条件に切り替えて下降させる可変制御を行うことを特徴とする部品実装方法。
2. 前記下降動作条件には、ノズル下降時の加減速度を含む下降速度、及び、ノズル先端から電子部品を離脱させるバキューム・ブロータイミングが含まれることを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
3. ＸＹ駆動手段により搭載ヘッドを部品供給位置へ移動させ、該搭載ヘッドに装着されている吸着ノズルで電子部品を吸着保持した後、該搭載ヘッドを位置決めされている基板上方へ移動させると共に、吸着した電子部品の吸着状態を部品認識装置により認識し、認識した結果に基づいて基準位置からの吸着位置のずれを補正した後、前記吸着ノズルを下降させ、前記電子部品を基板上の目標位置に搭載する部品実装装置において、
   電子部品の吸着面に、予め吸着保持状態が安定する許容範囲を設定する手段と、
   部品搭載時に、前記吸着ノズルで吸着保持した電子部品の吸着位置を前記部品認識装置により認識した結果、該吸着位置が前記許容範囲以内であるか否かを判定する手段と、
   前記許容範囲以内であった場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件に従って下降させ、前記許容範囲から外れていた場合には、前記吸着ノズルを規定の下降動作条件より緩い下降動作条件に切り替えて下降させる可変制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする部品実装装置。
4. 前記下降動作条件には、ノズル下降時の加減速度を含む下降速度、及び、ノズル先端から電子部品を離脱させるバキューム・ブロータイミングが含まれ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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