JP2009231303A - ヘッド駆動制御方法および表面実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッド昇降時におけるノイズによる誤動作等に起因した部品吸着・装着不良の発生を未然に防止して信頼性を高める。
【解決手段】Ｚ軸駆動モータにより昇降駆動される部品実装用のヘッドを備えた表面実装装置におけるヘッドの駆動制御方法。下降開始地点から下降目標地点までのヘッドの所要下降時間（Ｔ０〜Ｔｅ時点）を予め求めておき、モータを駆動してヘッドの下降を開始させた後、所要下降時間が経過した時点（Ｔｅ時点）におけるモータの駆動電流値が所定の閾値（＝第２リミット値）に達している場合に、モータを停止させるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、昇降可能な部品実装用のヘッドを備え、このヘッドにより部品を保持してプリント基板等の基板上に実装する表面実装装置におけるヘッド駆動制御方法、および表面実装装置に関するものでる。

従来から、部品吸着用のノズルを先端に備えた昇降可能なヘッドにより、所定の部品供給部から電子部品を吸着してプリント基板等の基板上に装着（実装）する表面実装装置が知られている。通常、ノズルはヘッド先端部分にバネ等の弾性部材を介して組込まれており、部品形状（厚み）のバラツキやヘッドに駆動誤差等が生じた場合でも、部品の吸着・装着時にノズルが上下方向に弾性変位することによって部品の破損等が回避される。

ところが、近年、部品サイズの極小化に伴いノズルが小型細径化しており、上記のようにヘッド先端部分にバネ等を介してノズルを組込む可動式のノズル構造では製作が困難であるばかりか、ガタが生じるため極小部品の実装精度への影響が懸念される。

そこで、この点を改善することが求められており、例えば特許文献１に開示されるような技術を適用することが考えられている。この文献１には、ヘッド先端にノズルを固定的に組付け、部品吸着時のノズルと部品との当接、及び部品実装時の部品と基板との衝突（当接）を検知し、この衝突検知に基づいてヘッドを停止、上昇させることにより、部品等に過剰な押圧力が作用するのを回避して部品の吸着・装着を適切に行う技術が開示されている。上記の衝突検知は、例えばヘッド（ノズル）を昇降駆動するモータ等の駆動反力、具体的には電流値の増加を検出することにより行われる。

なお、表面実装装置には、ヘッドに対してノズルが抜き差し可能に嵌合され、ヘッドを所定の交換台上で昇降させることによってノズル交換を行うものがある（例えば特許文献２）。このような装置では、交換台に対するヘッドの昇降が適切でないと、ヘッド先端に交換台上のノズルを嵌合させる際に、ノズルに対して過剰な押圧力が作用してノズル等を破損することが考えられる。従って、この場合にも、上記特許文献１の技術を適用し、交換用ノズル等に過剰な押圧力が作用するのを回避することが考えられている。
特開２００２−３３５９７号公報 特開２００７−２７２３３号公報

しかし、モータの電流値はノイズ等の影響によって一時的に大きく変動する場合があり、特許文献１のような技術では、ノズル（ヘッド）が目標位置に到達する前に電流値が一時的に増加すると、衝突が誤検出されてしまい、途中でノズルが上昇駆動に切換えられる結果、部品の吸着ミスや実装不良が発生することが考えられる。

また、特許文献１のような技術では、当接検知からノズルが上昇駆動に切換えられるまでの間は、ノズルを介してモータのトルクが部品に作用するため、小型部品等については、依然として破損のおそれがある。

さらに、目標位置を大きく誤って設定した場合には、衝突検知からノズルが上昇駆動に切換えられるまでの間にモータの電流値が急激に上昇し、例えば過電流により安全装置が作動して実装動作が全停止することも考えられる。このような場合には、円滑、かつ安定的な実装作業が阻害され、基板の生産性を低下させる原因となる。

なお、このような問題は、交換台上でヘッドを昇降させてノズル交換を行う表面実装装置に、上記特許文献１のような技術を適用する場合についても同様である。

本発明は、上記のような事情に鑑みて成されたものであり、ヘッド昇降時におけるノイズによる誤動作等に起因した部品吸着・装着不良の発生を未然に防止して信頼性を高めること、好ましくは、部品等の破損をより確実に防止すること、加えて、円滑、かつ安定的な実装作業をより継続的に行えるようにすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、モータにより昇降駆動される部品実装用のヘッドを備えた表面実装装置における前記ヘッドの駆動制御方法であって、下降開始位置から目標位置まで前記ヘッドが移動するための所要時間を予め求めておき、前記モータの駆動によりヘッドの下降を開始した後、前記所要時間が経過した時点の前記モータの駆動電力が所定の閾値に達している場合に、前記モータを停止させるようにしたものである。

この方法によれば、前記所要時間が経過した時点の駆動電力が閾値に達している場合にだけモータを停止させるため、ノイズ等による駆動電力の変動により、ヘッドが目標位置に到達する以前に誤ってモータを停止させるという事態を回避することが可能となる。

この方法においては、モータの前記駆動電力のリミット値であって前記所要時間が経過する時点を含むその近傍でのリミット値を予め設定しておき、このリミット値を超えない範囲で前記モータを駆動制御するのが好適である。

この方法によると、前記所要時間が経過する時点を含むその近傍では、駆動電力のリミット値を超えない範囲でモータを駆動するので、ヘッドが目標位置に到達した後、モータが停止するまでの間にヘッドを介して過剰なトルクが部品等に作用するのを防止することが可能となる。すなわち、ヘッドが目標位置に到達してその変位が規制されても、モータが停止するまでは継続的に駆動電力が与えられるため、ヘッドを介してモータトルクが継続的に部品に作用する結果、部品を破損する等の不都合が発生することが考えられる。しかし、上記方法によれば、ヘッドが目標位置に到達した後、モータが停止するまでの間の駆動電力の増加を規制することができるので、上記のような不都合を回避することが可能となる。

この場合には、前記リミット値と前記閾値とを等しい値に設定しておくのがより望ましい。この方法によれば、ヘッドが目標位置に達した後の駆動電力の増加を最小限に抑えることができ、上記のような部品の破損等の不都合をより確実に回避することが可能となる。つまり、閾値は、ヘッドが目標位置に達したことを検知できる最小値とすればよく、従ってこの場合、リミット値を前記閾値と等しい値に設定しておけば、ヘッドが目標位置に達した後の駆動電力の増加を最小限に抑えることができる。

なお、上記の方法では、前記所要時間が経過した時点のモータの駆動電力と閾値とを比較してモータを停止させるため、部品サイズ（厚み）の誤差やヘッドの駆動誤差により、所要時間が経過する時点で駆動電力が閾値に達していないと（ヘッドが実際に目標位置に到達していないと）モータを停止させることが困難となる。従って、このような不都合を回避するため、所要時間経過後も駆動電力と閾値との比較を連続して継続的に行うようにしてもよいが、この方法では、前記所要時間が経過した時点以降に発生したノイズ等の影響により駆動電力が変動した場合にモータが誤停止される可能性がある。このような不都合は、以下のような方法により解消することができる。

まず、第１の方法として、例えば理論上（実際）の目標位置よりも低い位置を前記目標位置として設定する。この方法によれば、所要時間が経過する以前に、より確実にヘッドを理論上の目標位置に到達させておくことが可能となるため、所要時間経過後も駆動電力と閾値との比較を連続して継続的に行うといった必要がなくなり、上記のような不都合を解消することが可能となる。

第２の方法として、前記目標位置として高さ位置が順次低くなる複数の目標位置を設定すると共に、各目標位置についての前記所要時間を予め求めておき、ヘッドの下降開始後、高位側の目標位置から順に、該目標位置についての前記所要時間が経過した時点の前記検出手段による検出値と前記閾値とを比較し、最初に駆動電力が閾値に達した時点で前記モータを停止させるようにしてもよい。

この方法によれば、所要時間経過後に駆動電力と閾値との比較を連続して継続的に行うのではなく、順次、各目標位置についての所要時間が経過した時点で駆動電力と閾値との比較を行うので、上記のような不都合を招くことなく、モータを確実に停止させることが可能となる。

なお、部品をソケット等に嵌合させることにより、当該ソケット等を介して基板上に部品を実装するような場合には、ヘッドにより部品をソケット内に押し込むこととなる。このような場合には、前記所要時間が経過した時点で駆動電力が閾値に達していても徐々にヘッドが下降している状態にある等、実施には目標位置に達していない場合が考えられる。従って、上記の方法においては、前記所要時間が経過した時点に、前記駆動電力が所定の閾値に達していることに加えて前記ヘッドが停止していることを条件に、前記モータを停止させるのが好適である。

この方法によれば、ヘッドにより部品をソケット内に押し込むような場合でも、モータを適切に停止させることが可能となる。

一方、本発明に係る表面実装装置は、上述したような方法に基づき、部品の実装・装着時にヘッドを駆動制御することが可能なものである。

すなわち、本発明に係る表面実装装置は、モータにより昇降駆動される部品実装用のヘッドを備えた表面実装装置において、前記モータに駆動電力を供給することにより前記モータを駆動すると共に、当該駆動電力の供給を前記モータの駆動状態に応じて制御する駆動制御手段と、前記モータに供給される駆動電力の値を検出する検出手段と、所定の下降開始位置から目標位置まで前記ヘッドが移動するための所要時間を演算する演算手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記モータを駆動して前記ヘッドの下降を開始させた後、前記所要時間が経過した時点の前記検出手段による検出値と所定の閾値とを比較し、検出値が前記閾値に達している場合には、前記モータを停止させるように前記駆動電力の供給を制御することを特徴とするものである。

この装置においては、前記所要時間が経過する時点を含むその近傍での前記モータの駆動電力を所定のリミット値に規制する規制手段をさらに備えているのが好適である。この場合、前記リミット値は前記閾値と等しい値に設定されているのがより好ましい。

また、上記表面実装装置においては、前記演算手段が、理論上の目標位置よりも低い位置を前記目標位置として前記所要時間を演算するものであってもよい。また、前記演算手段が、前記目標位置として高さ位置が順次低くなる複数の目標位置について前記所要時間を演算し、前記駆動制御手段が、前記ヘッドの下降開始後、高位側の目標位置から順に、該目標位置についての前記所要時間が経過した時点の前記モータの駆動電力と前記閾値とを比較し、最初に駆動電力が閾値に達した時点で前記モータを停止させるように構成されているものであってもよい。

また、上記表面実装機は、前記ヘッドの作動状態を検知可能な状態検知手段をさらに備え、前記駆動制御手段は、前記状態検知手段の検知結果に基づき、前記所要時間が経過した時点において前記駆動電力が前記閾値に達しており、かつヘッドが停止している場合に前記モータを停止させるものであるのが好適である。

本発明は、モータにより昇降駆動される部品実装用のヘッドを備えた表面実装装置に関し、予め求めた所要時間（下降開始位置から目標位置までヘッドが移動するための所要時間）が経過した時点でモータの駆動電力が閾値に達している場合にだけモータ（ヘッド）を停止させるので、ノイズ等による駆動電力の変動により、ヘッドが目標位置に到達する以前に誤ってモータを停止させるという事態を回避することが可能となる。従って、ヘッド昇降時のノイズによる誤動作等に起因した部品吸着・装着不良の発生を未然に防止することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

＜ 第１の実施形態 ＞
図１及び図２は、本発明に係る表面実装装置（本発明に係るヘッド駆動制御方法を実施可能な表面実装装置）を概略的に示しており、図１は平面図で、図２は正面図でそれぞれ表面実装装置を示している。なお、この図を含め本説明で使用する図面には、各図の方向関係を明確にするためにＸＹＺ直角座標軸が示してある。

同図に示すように、部品実装装置の基台１上には、基板搬送機構としてコンベア２，２が配置されており、これらコンベア２，２によりプリント基板Ｐ（以下、単に基板Ｐという）が同図右側から左側に搬送されて所定の作業位置（同図に示す位置）に搬入されるようになっている。作業位置の下方領域には、実装作業中に基板Ｐをバックアップピンにより支持する基板支持装置（図示省略）が配置されている。

コンベア２，２の外側（図１では上下両側）にはそれぞれ部品供給部４が設けられており、これら部品供給部４には、例えばテープフィーダ４ａ等の部品供給装置がコンベア２，２に沿って並列に配置されている。各テープフィーダ４ａは、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔で収容、保持したテープが巻回されたリールを保持しており、このリールから前記テープを繰り出すことによりフィーダ先端の部品供給位置に部品を供給し、下記ヘッドユニット６により部品をピックアップさせる構成となっている。

基台１の上方には部品実装用のヘッドユニット６が設けられている。ヘッドユニット６は、テープフィーダ４ａから部品を吸着することにより保持し、この部品を基板Ｐ上の所定位置に搬送して実装するものである。ヘッドユニット６は、基台１上方の所定領域内においてＸ軸方向（コンベア２，２による基板Ｐの搬送方向）及び水平面上でこれと直交するＹ軸方向にそれぞれ移動可能とされている。すなわち、基台１の上方には、Ｘ軸方向に延びる支持ビーム１１が設けられ、ヘッドユニット６が、この支持ビーム１１に固定されたＸ軸方向の固定レール１３にスライド可能に支持されると共に、ボールねじ軸１４を介してＸ軸駆動モータ１５によってスライド駆動されるようになっている。また、基台１上にＹ軸方向に延びる一対の固定レール７，７が設けられ、前記支持ビーム６が、これら固定レール７，７にスライド方向に支持されると共に、ボールねじ軸８を介してＹ軸駆動モータ９によってスライド駆動されるようになっている。

ヘッドユニット６には、部品を保持して搬送するための複数のヘッド１６が搭載されており、当実施形態では、合計６個のヘッド１６がＸ軸方向に一列に配置されている。各ヘッド１６は、Ｚ軸方向（上下方向）に延びる駆動シャフトの先端（下端）に部品吸着用のノズル１６ａが一体に固定されたものである。ノズル１６ａは、駆動シャフトの内部通路及び図略の切換弁等を介して負圧発生装置に接続されており、部品吸着時には、負圧発生装置からノズル先端に負圧吸引力が与えられることにより部品の吸着が可能となっている。

各ヘッド１６は、ヘッドユニット６に対して昇降（Ｚ軸方向の移動）およびノズル中心軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とされ、昇降駆動機構および回転駆動機構によりそれぞれ駆動されるようになっている。

これらの駆動機構のうち昇降駆動機構は、部品の吸着もしくは装着（実装）を行う時の下降位置と、部品の搬送や撮像を行う時の上昇位置との間で前記ヘッド１６を昇降させるものである。この昇降駆動機構は、ヘッド１６毎に設けられたＺ軸駆動モータ１７（図３参照）によりヘッド１６を個別に昇降駆動するように構成されている。一方、回転駆動機構はヘッド１６を必要に応じて回転させるための機構であり、部品を実装時における所定のＲ軸方向に位置させることが可能となっている。この回転駆動機構は、例えば２つのＲ軸駆動モータ（図示省略）によりヘッド１６を３個一組として一体に回転駆動するように構成されている。

なお、図１及び図２中、符合１９は、ヘッドユニット６に搭載された基板認識用のカメラユニットで、前記作業位置に搬入された基板Ｐ上のマークを撮像するものである。また、符合２０は、基台１上に固定された部品認識用のカメラユニットで、部品の実装に先立って部品の吸着を認識するために、各ヘッド１６（１６ａ）によって吸着された部品をその下側から撮像するものである。

なお、この表面実装装置には、コンピュータを構成要素とするコントローラ３０（図３参照）が搭載されており、上記各駆動モータ９，１５，１８等が予め記憶されたプログラムに従って当該コントローラ３０により駆動制御されることにより、次のようにして部品の実装作業が進められる。まず、ヘッドユニット６が部品供給部４の上方に移動して各ヘッド１６により部品の吸着を行う。具体的には、ヘッド１６がテープフィーダ４の上方に配置された後、ヘッド１６が昇降駆動されること共に、所定タイミングでノズル１６ａの先端に負圧が供給されることにより部品がノズル１６ａ先端に吸着された状態で取出される。部品の吸着が完了すると、ヘッドユニット６が基板Ｐ上へ移動する。この移動途中、ヘッドユニット６が部品認識用の上記カメラユニット２０の上方を経由することによって各ヘッド１６の吸着部品がそれぞれ撮像され、その画像に基づいて各ヘッド１６による吸着部品の実装位置補正が行われる。そして、ヘッドユニット６が基板Ｐ上へ到達すると、各ヘッド１６が昇降駆動されると共に、所定のタイミングでノズル１６ａへの負圧の供給が停止されることによって吸着部品が基板Ｐ上に実装される。

図３は、上記コントローラ３０の構成要素のうち主に本発明に関連する部分、具体的には、ヘッド１６を昇降駆動する前記Ｚ軸駆動モータ１７の駆動を制御するための構成要素をブロック図で示している。

コントローラ３０は、同図に示すように、モータ制御演算部３１、電流制御部３２、電流指令制限部３３、電流増幅部３４、速度制御部３５、速度読み取り部３６、位置制御部３７、位置読み取り部３８、及び駆動電流検出部３９等の機能構成を含んでいる。これらの機能構成のうち、前記モータ制御演算部３１、各制御部３２，３５，３７、及び電流指令制限部３３は周知のＣＰＵ（中央処理装置）により構成されている。

モータ制御演算部３１は、所定の実装プログラムに従ってヘッド１６を作動させるために前記Ｚ軸駆動モータ１７を制御するもので、図外の記憶部に記憶されている部品データ（厚み）等の各種データに基づいて部品吸着・装着時のヘッド１６の下降目標位置の演算、設定等の処理を行うと共に、各種判定処理を行い、その結果に応じて電流制御部３２に制御信号を出力する。特に、ヘッド１６の下降時には、駆動電流検出部３９（本発明に係る検出手段に相当する）からの信号に基づき駆動電流値と所定の閾値とを比較することにより下降目標位置にヘッド１６が到達しているかを判定し、その判定結果に基づきＺ軸駆動モータ１７を停止させる。なお、駆動電流検出部３９は、Ｚ軸駆動モータ１７の駆動電流値を検出することによりその電流値に対応した信号をモータ制御演算部３１に出力するものである。

電流制御部３２は、モータ制御演算部３１からの制御信号に基づきＺ軸駆動モータ１７の駆動電流の値を決定するもので、当該決定値に対応する信号を、電流指令制限部３３を介して電流増幅部３４に与えることにより、電流増幅部３４は前記信号に応じた駆動電流をＺ軸駆動モータ１７に供給する。すなわち、当実施形態では、モータ制御演算部３１、電流制御部３２及び電流増幅部３４等が本発明に係る駆動制御手段に相当し、モータ制御演算部３１が本発明に係る演算手段に相当する。

なお、電流指令制限部３３は、過電流の供給を防止するために駆動電流値を制限するもので、電流制御部３２から出力される信号に係る電流値が予め定められた電流リミット値を超えている場合には、電流制御部３２から出力される信号に代えて電流リミット値に対応する信号を電流増幅部３４に出力することにより、電流増幅部３４からＺ軸駆動モータ１７に供給される駆動電流値を制限する。すなわち、当実施形態では、この電流指令制限部３３が本発明に係る規制手段に相当する。

電流リミット値としては、基準リミット値である第１リミット値と、これよりも低い値の第２リミット値（本発明に係るリミット値に相当する）が予め記憶されており、電流指令制限部３３は、ヘッド下降動作中、所定のタイミングで電流リミット値の値を切換える。

ここで、第１リミット値は、プログラムされた通常の昇降動作に従ってヘッド１６を駆動するために必要な電流値、要するに加速駆動時の電流値よりも若干高めの値に設定されている。この第１リミット値は、加速方向及び減速方向に共通の電流値である。一方、第２リミット値は、加速方向についての電流リミットである。このリミット値は、下降目標位置にヘッド１６が到達したか否かを判定するための上記閾値と等しい値に設定されており、この値は、Ｚ軸駆動モータ１７を定速駆動するときの電流値よりも若干高めの値であって、例えばノズル先端が部品に当接する等してヘッド１６の変位が規制された状態で、ヘッド１６に過剰なトルクが作用しない程度の値に設定されている（図５参照）。

速度読み取り部３６及び位置読み取り部３８は、Ｚ軸駆動モータ１７に付設されたロータリーエンコーダ１８（以下、エンコーダ１８と略す）から出力される信号に基づきそれぞれ現在の駆動速度及び駆動位置を検出するもので、速度制御部３５及び位置制御部３７は、これら検出値と目標値との偏差を求め、モータ制御演算部３１は、この偏差が解消するように前記電流制御部３２に制御信号を出力することによってＺ軸駆動モータ１７をフィードバック制御する。なお、当実施形態では、これら速度読み取り部３６及び位置制御部３７が、ヘッド１６の作動状態を検知するための本発明に係る状態検知手段に相当する。

次に、コントローラ３０によるヘッド１６の下降動作制御の一例について図４のフローチャートを用いて説明する。この制御は、部品供給部４からのヘッド１６による部品吸着時、及び基板Ｓへの部品装着（実装）時の双方において実行されるが、以下の説明では、部品吸着時を例に説明する（後述する第２，第３の実施形態についても同じである）。

まず、コントローラ３０は、部品サイズ（厚み）等のデータに基づき、部品吸着時のヘッド１６の高さ位置であるヘッド１６の下降目標位置を演算、設定すると共に、この下降目標位置に基づいて理論ＰＴＰ時間（下降開始後、ヘッド１６が下降目標位置に到達するまでの所要時間）と、タイムアウト時間（下降開始後、ヘッド１６が下降目標位置に到達したかの判定を打ち切るまでの時間）を演算、設定する（ステップＳ１，Ｓ３）。

下降目標位置は、テープフィーダ４ａの部品取り出し位置に保持された部品の上面にノズル１６ａの先端がちょうど当接する理論上の高さ位置としてもよいが、当実施形態では、部品に対してノズル１６ａが確実に当接した状態でヘッド１６を停止させ得るように、ノズル先端が部品上面に当接する高さ位置（理論上の目標位置）よりも僅かに下方に達する高さ位置を下降目標位置として設定する。

次に、コントローラ３０は、駆動電流の電流リミット値を前記第１リミット値に設定し、設定後、Ｚ軸駆動モータ１７を駆動してヘッド１６を下降させると共に、理論ＰＴＰ時間、及びタイムアウト時間を計時すべく図外のタイマを作動させる（ステップＳ５，Ｓ７）。

ヘッド１６の下降開始後、コントローラ３０は、Ｚ軸駆動モータ１７の加速制御区間が終了したかを判断し（ステップＳ９，Ｓ２１）、終了していると判断した場合には、加速方向の電流リミット値を第１リミット値から第２リミット値に切り換え（ステップＳ１１）、上記理論ＰＴＰ時間が計時されるまでＺ軸駆動モータ１７を駆動する（ステップＳ１３，Ｓ２３）。

上記理論ＰＴＰ時間が経過すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、コントローラ３０は、駆動電流値と上記閾値（＝第２リミット値）とを比較してノズル１６ａが部品に当接しているか否かを判定する（当たり判定；ステップＳ１５）。つまり、上記のようなフィードバック制御下では、ノズル先端が部品に当接してヘッド１６の変位が規制されるとＺ軸駆動モータ１７の駆動電流値が上昇するため、駆動電流値と上記閾値とを比較することでヘッド１６が部品に当接しているか否かの判定が可能となる。

ここで、ヘッド１６が部品に当接していると判定した場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、コントローラ３０は、移動（下降）完了フラグをＯＮした後、ヘッド１６の駆動を停止させるべくＺ軸駆動モータ１７を制御し（ステップＳ１７，Ｓ１９）、これによって本フローチャートの処理を終了する。なお、本フローチャート終了後、コントローラ３０は、吸着部品をテープフィーダ４ａからピックアップすべくＺ軸駆動モータ１７を反転駆動することによりヘッド１６を上昇させる。

これに対して、ステップＳ１５でヘッド１６が部品に当接していないと判定した場合には、コントローラ３０は、前記位置読み取り部３８による検出位置に基づいてヘッド１６が部品に当接している否かを判定し、具体的には、ノズル１６ａの先端が理論上の部品表面の高さ位置に到達しているか否かを判定し（ステップＳ２５）、到達していると判定した場合にはステップＳ１７に移行する。一方、到達していないと判定した場合には、さらに上記タイムアウト時間が経過しているか否かを判定し（ステップＳ２７）、ここで経過していないと判定した場合には、ヘッド１６の下降動作を継続させる（ステップＳ３１）、一方、経過していると判定した場合には、所定のエラー報知処理を実行した後（ステップＳ２９）、ステップＳ１７に移行する。

次に、上記のようなコントローラ３０の制御に基づくヘッド１６等の動作について図５のタイミングチャート及び図６の模式図を用いて説明する。

まず、Ｔ０時点でヘッド１６の下降が開始される（図６（ａ））。この時点では、Ｚ軸駆動モータ１７の駆動電流の電流リミット値は第１リミット値に設定されており、加速駆動用の電流がＺ軸駆動モータ１７に供給されることによりヘッド１６の下降（加速駆動）が開始される。

Ｚ軸駆動モータ１７が所定速度に達して加速制御区間が終了すると（Ｔ１時点）、ヘッド１６の駆動が定速駆動に切換えられると共に、上記電流リミット値が第１リミット値から第２リミット値に切換えられ、理論ＰＴＰ時間が経過する前の所定タイミングでヘッド１６の駆動が定速駆動から減速駆動に切換られる。

ヘッド１６の下降に伴いノズル１６ａが部品に当接すると（Ｔｈ時点；図６（ｂ），（ｃ））、これによってヘッド１６の変位が規制され、当該Ｔｈ時点からＺ軸駆動モータ１７の駆動電流値が上昇する。この際、上記の通り第２リミット値が設定されていることにより、駆動電流値の上昇は第２リミット値に制限される。

そして、理論ＰＴＰ時間が経過すると（Ｔｅ時点；図６（ｄ））、その時点の駆動電流値と上記閾値（＝第２リミット値）とが比較され、図５に示すように、駆動電流値が上記閾値に達している場合には、ヘッド１６（Ｚ軸駆動モータ１７）の駆動が停止された後、上昇駆動に切換えられる（図６（ｅ））。なお、当実施形態では、上記の通りノズル先端が部品上面の高さ位置よりも僅かに下方に達する高さ位置が下降目標位置として設定されているため、ヘッド１６は、実際には下降目標位置よりも高い位置で部品に当接してその変位が規制される。従って、通常は、理論ＰＴＰ時間経過前のＴｈ時点から駆動電流の上昇が始まり、理論ＰＴＰ時間の経過時点Ｔｅ時点では駆動電流値が上記閾値に達している。

以上のような本発明に係る表面実装装置によると、部品吸着及び装着時のヘッド１６の下降動作に関しては、ヘッド１６の所要下降時間（理論ＰＴＰ時間）が経過した時点（Ｔｅ時点）のＺ軸駆動モータ１７の駆動電流値と所定の閾値とを比較し、該駆動電流値が閾値に達している場合にヘッド１６の下降動作（Ｚ軸駆動モータ１７の駆動）を停止させるので、ヘッド１６の下降開始（Ｔ０時点）から理論ＰＴＰ時間が経過するまで（Ｔｅ時点）にノイズの影響等によって一時的に過電流が流れるような状況が発生した場合でも、ヘッド１６の下降動作（Ｚ軸駆動モータ１７の駆動）が誤って停止されることが無い。従って、ヘッド１６の下降動作中に、ノイズによる誤動作によって部品を未吸着のままヘッド１６が上昇動作に切換えられるといった不都合を未然に防止することが可能となり、その結果、実装動作の信頼性を向上させることが可能となる。

特に、上記の通りノズル先端が部品上面の高さ位置よりも僅かに下方に達する高さ位置を下降目標位置として当該目標位置を基準に理論ＰＴＰ時間を設定し、通常は、理論ＰＴＰ時間の経過時点（Ｔｅ時点）で必ずヘッド１６（ノズル１６ａ）が部品に当接当してＺ軸駆動モータ１７の駆動電流値が閾値に達し得るようにしているので、当たり判定を上記のように特定時点（Ｔｅ時点）で行いながらも、ヘッド１６を部品に確実に当接させた状態で適切にＺ軸駆動モータ１７を停止させることができる。

その上、この表面実装装置では、上記の通り電流リミット値を設定しておき、理論ＰＴＰ時間が経過する時点を含むその近傍では、電流リミット値をそれ以前のリミット値（第１リミット値）よりも低い第２リミット値に切り換えることによって、ヘッド１６が部品に当接した後の駆動電流値の上昇を規制するようにしており、具体的には、ヘッド１６の変位が規制された状態で継続的に駆動電流を供給した場合でも、該ヘッド１６に過剰なトルクが作用しない程度の値に駆動電流が規制されるようにしているので、ヘッド１６が部品に当接した後、Ｚ軸駆動モータ１７が停止されるまでの間に駆動電流値が大きく増加してヘッド１６に過剰なトルクが作用し、その結果、部品を破損するといった不都合を未然に回避することができる。

特に、この実施形態では、当たり判定の閾値と第２リミット値とを等しい値に設定しているので、ヘッド１６が部品に当接した後の駆動電流値の増加を最小限に抑えることが可能であり、上記のような部品の破損等の不都合をより確実に回避することができるという利点がある。つまり、上記閾値は、当たり判定を正確に行える最小値に設定しおけばよく、従って、第２リミット値と前記閾値とを等しい値に設定しておくことで、ヘッド１６が部品に当接した後の駆動電流値の増加を最小限に抑えることができる。

なお、ここでは、主にヘッド１６の部品吸着時の動作に基づきその作用効果について説明したが、部品装着時にも同様の効果を享受することができる。すなわち、部品実装のためのヘッド１６の下降動作中に、ノイズによる誤動作によって部品を未装着のままヘッド１６が上昇動作に切換えられるといったことを防止することができ、また、部品が基板Ｐに当接した後、ヘッド１６（Ｚ軸駆動モータ１７）が停止するまでの間に過剰なトルクがヘッド１６に作用して部品を破損するといった不都合を良好に回避することができる。

また、実施形態中では特に言及していないが、上記のように第２リミット値を設定してヘッド１６が部品に当接等した後の駆動電流値の上昇を規制しているため、例えば過電流により安全装置が作動して実装動作が全停止するといった事態の発生を回避することができるという利点もある。例えばオペレータが下降目標位置を入力設定する場合、その設定値を誤って理論位置よりも大幅に低くい値で設定してしまうと、ヘッド１６が部品に当接等した後の駆動電流値が急激に増加し、リミット値を設定していない場合には、過電流により安全装置が作動して実装動作が全停止するといった事態を招くことも考えられるが、上記の表面実装機によれば、ヘッド１６が部品に当接等した後の駆動電流値の上昇を規制しているそのような不都合を招くことがない。従って、円滑、かつ安定的な実装作業を継続的に行うことができるという利点もある。

＜ 第２の実施形態 ＞
第２の実施形態に係る表面実装装置について図７及び図８を用いて説明する。なお、第２の実施形態に係る表面実装装置の基本構成は第１の実施形態と共通しており、従って、以下の説明では第１の実施形態との相違点についてのみ詳細に説明する。後述する第３の実施形態についても同様である。

図７は、第２の実施形態に係る表面実装装置のコントローラ３０によるヘッド１６の下降動作制御をフローチャートで示しており、図８は、コントローラ３０の制御に基づくヘッド１６等の動作をタイミングチャートで示している。第２の実施形態では、ヘッド１６の下降中、その下降速度を切換えるようにコントローラ３０（モータ制御演算部３１）が構成されており、この点が第１の実施形態と相違する。具体的には、コントローラ３０は、加速方向の電流リミット値の切換え後（ステップＳ１１）、位置読み取り部３８による検出位置に基づいてヘッド１６が所定の速度切換位置に到達するのを待ち（ステップＳ１２ａ，１２ｃ）、ヘッド１６が速度切換位置に到達すると（ステップＳ１２ａでＹＥＳ；図８のＴ２時点）、ヘッド１６の下降速度をそれ以前の下降速度よりも低い所定速度に切り換える（ステップＳ１２ｂ）。

このような第２の実施形態の構成によれば、ヘッド１６が下降端位置に到達する前に一旦下降速度を落とすので、ヘッド１６（ノズル１６ａ）が部品に当接する際に大きな衝撃力が部品に作用することを防止することができる。従って、第１の実施形態で説明した作用効果を享受した上で、さらにヘッド１６と部品との衝突による部品の損傷等を防止することができるという利点がある。

＜ 第３の実施形態 ＞
第３の実施形態に係る表面実装装置について図９及び図１０を用いて説明する。

図９は、第３の実施形態に係る表面実装装置のコントローラ３０によるヘッド１６の下降動作制御をフローチャートで示している。

第３の実施形態では、コントローラ３０（モータ制御演算部３１）が、ステップＳ１の処理においてヘッド１６の下降目標位置として複数（第１〜第ｎ）の下降目標位置を設定し、これら下降目標位置に基づいてヘッド１６（Ｚ軸駆動モータ１７）の駆動を制御する点で第１の実施形態と構成が相違している。詳しく説明すると、コントローラ３０は、部品サイズ（厚み）等のデータに基づき、部品吸着時のヘッド１６の高さ位置であるヘッド１６の下降目標位置を第１目標位置として演算、設定し、さらにこの第１目標位置よりも所定高さだけ低い第２目標位置を設定し、以降、同様に予め定められた第ｎ目標位置までを演算、設定する。そして、各目標位置に対応する理論ＰＴＰ時間、つまり、下降開始後、ヘッド１６が第１目標位置に到達するまでの所要時間、第２目標位置に到達するまでの所要時間、……第ｎ目標位置に到達するまでの所要時間をそれぞれ演算、設定する。当実施形態では、説明の便宜上、第１，第２の目標位置を演算、設定するものとする。なお、前記第１目標位置は、第１の実施形態とは異なり、テープフィーダ４ａに保持される部品の上面にノズル１６ａの先端がちょうど当接する理論上の高さ位置とし、第２目標位置は、上記の通り第１目標位置よりも所定高さだけ低い高さ位置とする。

そして、コントローラ３０は、ステップＳ７で、Ｚ軸駆動モータ１７を駆動してヘッド１６を第１目標位置へ下降させると共に（第１ＰＴＰ下降）、第１目標位置についての理論ＰＴＰ時間を計時すべく図外のタイマを作動させ、第１目標位置についての理論ＰＴＰ時間が経過すると（ステップＳ１３）、駆動電流値と上記閾値（＝第２リミット値）とを比較することにより当たり判定を行う（ステップＳ１５）。

ここで、ヘッド１６（ノズル１６ａ）が部品に当接していると判定した場合には、第１の実施形態と同様にステップＳ１７に移行する。一方、ヘッド１６が部品に当接していないと判定した場合には、コントローラ３０は、現在の動作が第２ＰＴＰ下降動作であったか否か、つまり第１目標位置についての理論ＰＴＰ時間経過後、第２目標位置にヘッド１６を移動させる動作であったか否かを判定し（ステップＳ１６ａ）、ここでＮＯと判定した場合には、第２ＰＴＰ下降を開始させると共に、引き続きヘッド１６を第２目標位置へ下降させ（ステップＳ１６ｂ）、ステップＳ１３にリターンする。これにより第２目標位置についての理論ＰＴＰ時間の経過を待って当たり判定を行う。なお、ステップＳ１６ａの処理でＹＥＳと判定した場合には、ステップＳ２３に移行する。

図１０は、上記のような第３の実施形態に係るコントローラ３０の制御に基づくヘッド１６等の動作の一例を示すタイミングチャートである。

まず、Ｔ０時点でヘッド１６の下降（第１ＰＴＰ下降）が開始され、第１目標位置についての理論ＰＴＰ時間が経過すると（Ｔｅ１時点）、その時点の駆動電流値と上記閾値（＝第２リミット値）とが比較される。ここで、部品サイズ（厚み）に誤差がない場合、若しくは誤差があってもプラス（厚み拡大）方向の誤差である場合には、通常、駆動電流値は閾値に達するので、この時点でヘッド１６の下降（Ｚ軸駆動モータ１７）が停止される。しかし、例えば部品サイズの誤差がマイナス（厚み縮小）方向の誤差である場合には、同図に示すように、Ｔｅ１時点での駆動電流値が閾値よりも低い値となる。この場合には、所定の加速、定速及び減速制御に従ってヘッド１６の下降が継続される（つまり、第２ＰＴＰ下降が開始される）。そして、第２目標位置についての理論ＰＴＰ時間が経過すると（Ｔｅ２時点）、その時点の駆動電流値と上記閾値（＝第２リミット値）とが比較され、同図に示すように、Ｔｅ２時点での駆動電流値が閾値に達していると、ヘッド１６（Ｚ軸駆動モータ１７）の駆動が一旦停止された後、上昇駆動に切換えられることとなる。

つまり、第１の実施形態は、ノズル先端が部品上面の高さ位置よりも僅かに下方に達する高さ位置（上記理論上の高さ位置よりも僅かに低い高さ位置）を下降目標位置として設定することにより、部品サイズに多少の誤差等が生じた場合でも、理論ＰＴＰ時間経過時（図５のＴｅ時点）にほぼ確実にヘッド１６（ノズル１６ａ）を部品に対して当接させてヘッド１６を停止させ得るように構成しているのに対して、第３の実施形態は、ノズル先端が部品上面に位置する高さ位置（理論上の高さ位置）を下降目標位置（第１目標位置）として設定することを前提する。そして、この場合には、上記の通り部品の誤差により理論ＰＴＰ時間経過時にヘッド１６が下降目標位置に到達していない場合が有り得るので、これを補完するために、第２，第３……第ｎの目標位置を設定し、順次、各目標位置についての理論ＰＴＰ時間が経過する時点で当たり判定を行うようにしている。

従って、このような第３の実施形態についても、第１の実施形態と同様の作用効果を享受することが可能となる。

ところで、以上説明した表面実装装置は、本発明に係る表面実装装置（本発明に係るヘッド駆動制御方法を実施可能な表面実装装置）の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成やヘッド１６の具体的な駆動制御方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、実施形態では、モータの駆動電力の値として、Ｚ軸駆動モータ１７の駆動電流値を検出し、この検出電流値と所定の閾値とを比較することにより、ヘッド１６が部品に当接したか否かを判定（当たり判定）するが、上記駆動電力の値としてそれ以外の電気的な物理量を適用してもよい。例えば駆動電圧値や消費電力値等に基づいて当たり判定を行うようにしてもよい。

また、実施形態では、Ｚ軸駆動モータ１７の電流リミット値（第２リミット値）と上記閾値とを等しい値に設定することで、ヘッド１６が下降端位置に到達した状態で、該ヘッド１６に過剰なトルクが作用するのを回避し得るように設定しているが、必ずしも両値が等しい値である必要はなく、電流リミット値（第２リミット値）は前記閾値よりも高い値であってもよい。但し、両値を等しい値に設定しておけば、ヘッド１６（ノズル１６ａ）が部品に当接した時点以降の駆動電流値の上昇を規制することが可能となるため、例えば閾値（＝第２リミット値）を必要最小限の値に設定しておけば、ヘッド１６に作用するトルクを可及的に抑えることができ、その結果、部品の破損等をより確実に回避することが可能となる。

また、実施形態では、表面実装装置における部品の吸着・装着時のヘッド１６の下降動作を前提として本発明の適用について説明したが、本発明は、例えば所謂ノズル交換ステーションにおいて前記ノズル１６ａを交換する場合のヘッド１６の下降動作についても適用可能である。具体的には、ノズル交換ステーションに対してヘッド１６を下降させることにより、当該ステーションに保持されているノズル１６ａをヘッド１６先端に嵌合させるような場合には、第１の実施形態に準じ、図１１（ａ）〜（ｂ）に示すようにヘッド１６を駆動制御することが考えられる。なお、図１１中のＴ０，Ｔｈ，Ｔｅは、図５，図６の時点に対応している。また、所謂ノズルブローステーションにおいて前記ノズル１６ａの清掃を行うためにヘッド１６を下降させてノズル先端をエア吐出孔等に押し付けて保持するような場合にも本発明は適用可能である。

また、実施形態では、理論ＰＴＰ時間が経過した時点のＺ軸駆動モータ１７の駆動電流値と上記閾値との比較に基づき当たり判定を行っているが、さらにヘッド１６が停止状態にあるかを考慮して当たり判定を行うようにしてもよい。つまり、部品をソケット等に嵌合させることにより、当該ソケット等を介して基板Ｐ上に部品を実装するような場合には、ヘッド１６により部品をソケット内に押し込むこととなる。このような場合には、理論ＰＴＰ時間が経過した時点でＺ軸駆動モータ１７の駆動電力が閾値に達していても、ヘッド１６が徐々に下降している状態にある等、実施には部品がソケット内底部まで確実に挿入されていない場合が考えられる。従って、このような場合には、Ｚ軸駆動モータ１７の駆動電流値が閾値に達しており、かつヘッド１６が停止状態にあることを条件に、Ｚ軸駆動モータ１７を停止させるようにするのが好適である。具体的には、速度読み取り部３６により検出される速度、及び位置読み取り部３８により検出される位置の変化量に基づきヘッド１６が停止している否かをモータ制御演算部３１において判定すればよい。

本発明に係る表面実装装置（第１の実施形態）の概略を示す平面図である。 表面実装装置の概略を示す正面図である。 表面実装装置に搭載されるコントローラの構成（本発明に関連する部分）を示すブロック図である。 コントローラによるヘッドの下降駆動制御の一例を示すフローチャートである。 コントローラの制御に基づくヘッド等の動作の一例を示すタイミングチャートである。 コントローラの制御に基づくヘッドの段階的な動作の一例を示す模式図である。 第２の実施形態に係る表面実装機のコントローラによるヘッドの下降駆動制御の一例を示すフローチャートである。 コントローラの制御に基づくヘッド等の動作の一例を示すタイミングチャートである。 第３の実施形態に係る表面実装機のコントローラによるヘッドの下降駆動制御の一例を示すフローチャートである。 コントローラの制御に基づくヘッド等の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明をノズル交換時のヘッドの昇降動作制御に適用した場合のヘッドの段階的な動作の一例を示す模式図である。

符号の説明

６ ヘッドユニット
１６ ヘッド
１６ａ ノズル
１７ Ｚ軸駆動モータ
１８ エンコーダ
３０ コントローラ
３１ モータ制御演算部
３２ 電流制御部
３３ 電流指令制限部
３４ 電流増幅部
３５ 速度制御部
３６ 速度読み取り部
３７ 位置制御部
３８ 位置読み取り部
３９ 駆動電流検出部
Ｐ 基板

Claims (12)

1. モータにより昇降駆動される部品実装用のヘッドを備えた表面実装装置における前記ヘッドの駆動制御方法であって、
   下降開始位置から目標位置まで前記ヘッドが移動するための所要時間を予め求めておき、前記モータの駆動によりヘッドの下降を開始した後、前記所要時間が経過した時点の前記モータの駆動電力が所定の閾値に達している場合に、前記モータを停止させることを特徴とするヘッド駆動制御方法。
2. 請求項１に記載のヘッド制御方法において、
   モータの前記駆動電力のリミット値であって前記所要時間が経過する時点を含むその近傍でのリミット値を予め設定しておき、このリミット値を超えない範囲で前記モータを駆動制御することを特徴とするヘッド駆動制御方法。
3. 請求項２に記載のヘッド制御方法において、
   前記リミット値と前記閾値とを等しい値に設定しておくことを特徴とするヘッド駆動制御方法。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のヘッド制御方法において、
   理論上の目標位置よりも低い位置を前記目標位置として設定することを特徴とするヘッド駆動制御方法。
5. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のヘッド制御方法において、
   前記目標位置として高さ位置が順次低くなる複数の目標位置を設定すると共に、各目標位置についての前記所要時間を予め求めておき、ヘッドの下降開始後、高位側の目標位置から順に、該目標位置についての前記所要時間が経過した時点の前記モータの駆動電力と前記閾値とを比較し、最初に駆動電力が閾値に達した時点で前記モータを停止させることを特徴とするヘッド駆動制御方法。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載のヘッド駆動制御方法において、
   前記所要時間が経過した時点に、前記駆動電力が所定の閾値に達していることに加えて前記ヘッドが停止していることを条件に、前記モータを停止させることを特徴とするヘッド駆動制御方法。
7. モータにより昇降駆動される部品実装用のヘッドを備えた表面実装装置において、
   前記モータに駆動電力を供給することにより前記モータを駆動すると共に、当該駆動電力の供給を前記モータの駆動状態に応じて制御する駆動制御手段と、
   前記モータに供給される駆動電力の値を検出する検出手段と、
   所定の下降開始位置から目標位置まで前記ヘッドが移動するための所要時間を演算する演算手段と、を備え、
   前記駆動制御手段は、前記モータを駆動して前記ヘッドの下降を開始させた後、前記所要時間が経過した時点の前記検出手段による検出値と所定の閾値とを比較し、検出値が前記閾値に達している場合には、前記モータを停止させるように前記駆動電力の供給を制御することを特徴とする表面実装装置。
8. 請求項７に記載の表面実装装置において、
   前記所要時間が経過する時点を含むその近傍での前記モータの駆動電力を所定のリミット値に規制する規制手段をさらに備えていることを特徴とする表面実装装置。
9. 請求項８に記載の表面実装装置において、
   前記リミット値は前記閾値と等しい値に設定されていることを特徴とする表面実装装置。
10. 請求項７乃至９の何れか一項に記載の表面実装装置において、
    前記演算手段は、理論上の目標位置よりも低い位置を前記目標位置として前記所要時間を演算することを特徴とする表面実装装置。
11. 請求項７乃至９の何れか一項に記載の表面実装装置において、
    前記演算手段は、前記目標位置として高さ位置が順次低くなる複数の目標位置について前記所要時間を演算し、
    前記駆動制御手段は、前記ヘッドの下降開始後、高位側の目標位置から順に、該目標位置についての前記所要時間が経過した時点の前記検出手段による検出値と前記閾値とを比較し、最初に駆動電力が閾値に達した時点で前記モータを停止させることを特徴とする表面実装装置。
12. 請求項７乃至１１の何れか一項に記載の表面実装装置において、
    前記ヘッドの作動状態を検知可能な状態検知手段をさらに備え、
    前記駆動制御手段は、前記状態検知手段の検知結果に基づき、前記所要時間が経過した時点において前記駆動電力が前記閾値に達しており、かつヘッドが停止している場合に前記モータを停止させることを特徴とする表面実装装置。

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