JP2010129718A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着ノズルを装着するノズルヘッドを下降させる際、下降途中に異物が存在しても衝突を防止し、下降動作の安全を確保できるようにする。
【解決手段】Ｘ軸・Ｙ軸移動機構４、５によりＸＹ移動される搭載ヘッドと、該搭載ヘッドに取付けられ、Ｚ軸移動機構１２によりＺ軸方向に移動可能な荷重制御手段１６、２４を有するノズルヘッド６とを備えた部品実装装置において、前記ノズルヘッドのＺ軸移動機構による下降動作の種類毎に、該ノズルヘッドを下降させるＺ軸方向の下限位置と、該下限位置まで前記ノズルヘッドが到達するまでに検出されると異常とする荷重閾値とを予め設定しておくと共に、Ｚ軸移動機構によるノズルヘッドの下降動作時に、前記荷重制御手段により検出される荷重値が、前記下限位置までに荷重閾値を超えた場合に異常と判定する異常判定手段５４を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、部品実装装置、特に搭載ヘッドを効率よく安全に動作させる際に適用して好適な部品実装装置に関する。

一般に、プリント基板等の基板に電子部品が実装された実装基板を生産する際には、部品実装装置が用いられている。

このような部品実装装置では、ＸＹ移動可能な搭載ヘッドに、Ｚ軸方向に移動可能なノズルヘッドが取付けられ、該ノズルヘッドに装着される吸着ノズルに電子部品を吸着した後、位置決めされている基板上に搭載ヘッドを移動させて該電子部品を実装（搭載）することが行われている。

又、ノズルヘッドとしては、ボイス・コイル・モータ（以下、ＶＣＭと記す）により、下端に吸着ノズルが装着されているノズルシャフトを、下方に押圧して該ノズルに吸着されている電子部品を基板上に押さえ付けて実装する荷重制御を可能とした技術が、例えば特許文献１に開示されている。

近年、部品実装装置では電子部品の実装速度が高速化され、それに伴い搭載ヘッド（ノズルヘッド）も動作が高速化されている。このような高速動作時には、搭載ヘッドのＸＹ移動時は吸着ノズルが上方位置にあるために特に問題にならないが、実装時等にノズルヘッドを下降させる際には、プリント基板等の対象物との接触を前提にしているため、対象物以外に異物が存在する場合には、大きな事故を招くことになりかねないという問題がある。

なお、部品実装装置に関するものではないが、異物（障害物）との接触（衝突）を検知する技術としては、衝突時に発生する過剰電流を検出するものが、特許文献２に開示されている。

特開平１１−１２１９８９号公報 特開２００１−１１７６４１号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている、荷重制御機能を装備している部品実装装置では、電子部品の吸着時や搭載時にノズルヘッドを下降させる際には、特定の部品のみを対象としており、それ以外の物の存在は想定していないため、ノズルヘッドの下降経路上に異物が存在したとしても、何もないものとして動作するため、吸着している部品や吸着ノズル等に破損（破壊）が生じることを避けられないという問題があった。

又、仮に特許文献２の技術を部品実装装置に適用するとしても、ノズルヘッド等が非常に高速で動作する部品実装装置においては、モータの過剰電流を検出して衝突を検知したのでは、検知した時点で既にノズルヘッド等が破損していることになるために利用できないという問題がある。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、吸着ノズルを装着するノズルヘッドを下降させて行なうノズル交換や、電子部品を吸着する吸着下降や、基板上に部品を搭載する搭載下降や、部品廃棄をしたりする際、下降途中に異物が存在したとしても、異物に衝突することを防止し、下降動作を安全に行うことが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・Ｙ軸移動機構によりＸＹ移動される搭載ヘッドと、該搭載ヘッドに取付けられ、Ｚ軸移動機構によりＺ軸方向に移動可能な荷重制御手段を有するノズルヘッドとを備えた部品実装装置において、前記ノズルヘッドのＺ軸移動機構による下降動作の種類毎に、該ノズルヘッドを下降させるＺ軸方向の下限位置と、該下限位置まで前記ノズルヘッドが到達するまでに検出されると異常とする荷重閾値とを予め設定しておくと共に、Ｚ軸移動機構によるノズルヘッドの下降動作時に、前記荷重制御手段により検出される荷重値が、前記下限位置までに荷重閾値を超えた場合に異常と判定する異常判定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。

本発明においては、前記下降動作の種類が、吸着下降、搭載下降、ノズル交換及び部品廃棄の少なくとも一つであるようにしてもよい。

本発明においては、又、前記Ｚ軸方向の下限値及び前記荷重閾値が、前記下降動作の種類に対応する搭載ヘッドの可動領域における区画範囲毎（例えば、部品吸着領域、部品搭載領域、ノズル交換領域、部品廃棄領域）に設定されているようにしてもよい。

本発明においては、又、前記荷重制御手段が、前記ノズルヘッドが有するシャフトを下方に押圧する押圧手段と、押圧時に該シャフトに加わる荷重を検出する荷重検出手段とを含んでいるようにしてもよい。

本発明によれば、ノズルヘッドのＺ軸移動機構による下降動作の種類毎に、下降時に前記荷重検出手段により検出される荷重閾値と、検出されるまでのＺ軸方向の下限位置とを予め設定し、両者の検出条件を満たした場合に異常と判定するようにしたので、対象とする下降動作に応じて適切に異常を検知することが可能となることから、下降途中に想定外の異物が存在したとしても、確実に衝突を回避することができるため、目的とする下降動作を安全に行うことが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の部品実装装置の全体を一部破断して示す概略斜視図である。

本実施形態の部品実装装置１は、左右方向に延在する回路基板を搬送するための基板搬送路２と、位置決めされた回路基板Ｓに実装される部品を供給する部品供給部３と、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ配設されたＸ軸移動機構４及びＹ軸移動機構５を備えている。

Ｘ軸移動機構４は、部品を吸着する吸着ノズルがシャフトの下端に装着されるノズルヘッド６を備えた搭載ヘッド７をＸ軸方向に移動させ、又Ｙ軸移動機構５は、Ｘ軸移動機構４並びに搭載ヘッド７をＹ軸方向に移動させる。

又、搭載ヘッド７には、回路基板Ｓ上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ８が取り付けられている。又、部品供給部３の側部には、吸着ノズルに吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ９が配置されている。

図２は、本実施形態の部品実装装置が備えている制御系の概要を示す、要部側面図を含むブロック図である。

便宜上、この図２には符号１０で示すＺ軸移動装置として、前記搭載ヘッド７に取付けられている前記ノズルヘッド６を拡大して示す。

このノズルヘッド６は、搭載ヘッド７のベースフレーム部（図示せず）に固定されるＺ軸モータ（Ｚ軸移動機構）１２、該Ｚ軸モータ１２によりベースフレーム部に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に昇降移動される可動ベース１４と、該可動ベース１４に固定されたＶＣＭ（押圧手段）１６と、該ＶＣＭ１６により上下動されるシャフト１８を上下方向の動作のみを可能に支持する第１軸受部２０と、シャフト１８にかかる荷重を検出するロードセル（荷重検出手段）２４と、該ロードセル２４に連結されたシャフト１８を上下動のみを可能に支持するベアリングからなる第２軸受部２６と、ロードセル２４と第２軸受部２６の間に介設された自重キャンセルばね２８と、該第２軸受部２６に支持されているシャフトに連結され、その下端部に装着されているノズル３０を回転させるθ軸モータ３２とを備えている。

図３には、前記ノズルヘッドが有する荷重制御手段の要部である前記ＶＣＭ１６とロードセル２４との関係を断面図により模式的に示す。

真ん中のシャフト１８部分が永久磁石になっており、該シャフト１８は上下に若干の範囲を動作可能になっている。又、シャフト１８の磁石部分の外周には電磁石を構成するコイル１６Ａが配置されているため、外周のコイルに必要荷重量から演算された結果を基にＤ／Ａ変換器（後述する）の出力として、コイル１６Ａに電流を流すと、電流の方向と電流量に従って上下方向の力がシャフト１８に加わる。このシャフト１８は、ＶＣＭ１６の上方に配置された前記第１（スプライン）軸受２０により、シャフト１８の回転は固定されるが、Ｚ軸方向の可動ベース１４に対しては、若干の上下動が可能になっている。

又、ロードセル２４は、上からのシャフト１８と下からの枠部との間に挟まれたひずみゲージ素子２４Ａにより、上下からの圧力を電圧に変換し、そのＡ／Ｄ変換器（後述する）を介した入力からの演算により、シャフト１８が下に押し付けられる荷重量を測定することができる。

前記搭載ヘッド７には、同様の構成からなるノズルヘッド６が１又は２以上取付けられ、それぞれＺ軸モータ１２により可動ベース１４を介して全体が上下動可能になっていると共に、吸着ノズル３０に吸着される電子部品（図示せず）はθ軸モータ３２により軸中心に回転されると共に、基板Ｓ上への搭載時等にはＶＣＭ１６により下方に押圧する荷重制御が可能になっている。

本実施形態の部品実装装置は、前記図２に示される中央制御装置４０により全体の制御が行われるようになっており、これに含まれる駆動系制御部４２によりＸＹ軸制御駆動部４４を介して前記Ｘ軸移動機構４、Ｙ軸移動機構５が制御されると共に、Ｚ軸制御駆動部４６、θ軸制御駆動部４８を介して前記Ｚ軸モータ１２、θ軸モータ３２がそれぞれ制御されるようになっている。

又、前記駆動系制御部４２によりＤ／Ａ変換器５０を介して前記ＶＣＭ１６に荷重制御信号が出力されると共に、荷重制御時のロードセル２４による検出値がＡ／Ｄ変換器５２を介して入力されるようになっている。

更に、前記駆動系制御部４２には、異常荷重判定部（異常判定手段）５４が接続されている。この異常荷重判定部５４では、前記Ａ／Ｄ変換器５２から入力される荷重検出値と、前記Ｚ軸制御駆動部４６からＺ軸モータ１２のエンコーダ（ＥＮＣ）信号を基に変換された高さ検出値であるＺ軸位置情報が入力され、これらの検出値に基づいてノズルヘッド６による下降動作時に検出される荷重値の正異常が判定される。

又、この異常荷重判定部５４により異常荷重が発生したと判定されると、判定信号が前記駆動系制御部４２に出力され、必要に応じて各種駆動系を緊急制御すると共に、緊急処理部５６に出力され、Ｚ軸モータ１２に対して対応処理を緊急に実行させるようになっている。

本実施形態では、前記異常荷重判定部５４で異常荷重と判定する基準データとしては、ノズルヘッドのＺ軸モータ１２による下降動作の種類に応じて複数用意され、各基準データはＺ軸動作（下降動作）が実行される区画範囲ごとにノズルヘッド６、即ち搭載ヘッド７の可動領域内にＸＹ座標により設定されている。そのイメージを、Ｘ軸移動機構４と２つのＹ軸移動機構５により規定される搭載ヘッド７の可動領域をあらわす図４の平面図に示す。図示されている各種矩形領域が区画範囲に相当する。

これらの各区画範囲ごとに設定されるＺ軸動作に対応する基準データの例を、図５のデータテーブルに示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の各動作に対応する区画範囲ごとに、判定時にノズルヘッドを下降させる最下端であるＺ下限値と、その下限までの下降動作中に検出される荷重値から異常と判定する閾値としての荷重下限値が設定されている。又、この設定条件に合致した時に、前記緊急処理部５６により実行される対応処理としてＺ軸モータ１２の緊急停止（電源遮断）が例示されている。

本実施形態においては、前記搭載ヘッド７をＸ軸・Ｙ軸移動機構４、５により前記各範囲の座標位置に移動させ、取付けられているノズルヘッド６を下降させる動作を行うと自動的に前記図５のテーブルに示されている判定条件が設定され、下降動作中に該当する判定動作が実行される。

以上の構成において、本実施形態の作用を、図６のフローチャートを参照して、前記図４のノズル交換範囲に設置されているノズル交換部（図示せず）でノズル交換を行う場合を例に、具体的に説明する。

本実施形態においては、ノズル交換時の通常下降動作と異常判定時の下降動作を同時に開始する。

便宜上、通常動作を先に説明すると、ＶＣＭ１６により荷重下限（ここでは１０ｇ）以上の微小荷重を常に下向きに掛け、ノズル３０が装着されるＺ軸の先端（最下端）を可動範囲いっぱいのストローク分下げて置き（ステップ１）、その状態のまま駆動系制御部４２により、ノズル交換のためにＸ軸移動機構４、Ｙ軸移動機構５により搭載ヘッド７を、図４のノズル交換範囲までＸＹ移動させる（ステップ２）。

次いで、Ｚ軸モータ１２によりノズル交換高さまで、ノズルヘッド６全体を下降させ（ステップ３）、そのシャフト下端に装着されているノズルの交換処理を実行する（ステップ４）。

ノズル交換が終了したら、Ｚ軸モータ１２によりＸＹ移動高さまでノズルヘッド全体を上昇させ（ステップ５）、次の位置に搭載ヘッド７をＸＹ移動させる。

一方、同時開始される異常判定時の下降動作について説明すると、駆動系制御部４２は、生産プログラムからノズル交換の指令を取得すると（ステップ１１）、異常荷重判定部５４では、前記図５に示したテーブルからＮｏ．２のノズル交換動作に対する異常判定高さのＺ下限値を読み込むと共に、異常判定のための荷重下限値を読み込む（ステップ１２、１３）。

次いで、Ｚ軸モータ１２のエンコーダからＺ軸制御駆動部４６を介してＺ軸位置情報（高さ検出値）を読み込みながら、Ｚ軸モータ１２によりノズルヘッド６の下降を開始し、Ｚ軸の下限位置を越えるまでロードセル２４による荷重のチェックを行ない（ステップ１４〜１６）、ロードセル２４の荷重が異常値を越えない場合にはその動作を終了し（ステップ１７、１４、１５）、途中で異常値を越えた場合にはテーブルの対応処理を読み、緊急処理部５６を起動してＺ軸モータ１２を緊急停止し、生産動作をエラーとして中断する（ステップ１７、１８）。

なお、その際に、ＶＣＭ１６では弱い力により、該ＶＣＭ１６の持つストロークいっぱいに下方にシャフト１８を下げているので、ロードセル２４による荷重検知後に緊急停止することにより、ノズルヘッド６の下降時に検知したとしても、一定の弱い荷重のままストローク分だけＺ軸モータ１２の減速動作が可能なので、該Ｚ軸モータ１２による強い力が掛かる前に停止することができる。

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）荷重制御手段を有するノズルヘッドを利用し、何らかの理由により、ノズルがノズル交換部に正しく設置されていなかったり、吸着した部品を誤ってヘッド先端の経路上に落としたために障害物となった場合には、これら障害物を下降時の荷重検出を介して確実に検出できるようにしたので、これら障害物とノズルヘッド６先端が衝突することにより両者が破損することを防止でき、ノズル交換動作時の安全性を大幅に向上することができる。

（２）荷重制御手段を有するノズルヘッドを利用し、ノズル交換部の高さや位置とノズルヘッド６の先端との位置関係の調整が不完全であった時にも、その先端が破損や磨耗する前に、エラーとして判定することが可能となる。

なお、具体的な説明は省略するが、本発明は、前記図５のテーブルに示したようなノズル交換以外等の下降動作に対しても同様に適用可能であることはいうまでもない。

本発明に係る一実施形態の部品実装装置全体を示す概略斜視図 本実施形態の部品実装装置の制御系の概要を示すブロック図 本実施形態に適用されるノズルヘッドが有する荷重制御手段の要部を模式的に示す断面図 ＸＹ可動領域に設定されるＺ軸動作ごとの区画範囲を示す説明図 下降動作の種類と異常判定データの例を示す図表 本実施形態の作用を示すフローチャート

符号の説明

１…電子部品実装装置
２…基板搬送路
３…部品供給部
４…Ｘ軸移動機構
５…Ｙ軸移動機構
６…ノズルヘッド
７…搭載ヘッド
８…基板認識カメラ
９…部品認識カメラ
１０…Ｚ軸移動装置
１２…Ｚ軸モータ
１４…可動ベース
１６…ＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）
１８…シャフト
２０…第１軸受部
２４…ロードセル
２６…第２軸受部
２８…自重キャンセルばね
３０…吸着ノズル
３２…θ軸モータ
４０…中央制御装置
５４…異常荷重判定部
５６…緊急処理部

Claims (4)

1. Ｘ軸・Ｙ軸移動機構によりＸＹ移動される搭載ヘッドと、該搭載ヘッドに取付けられ、Ｚ軸移動機構によりＺ軸方向に移動可能な荷重制御手段を有するノズルヘッドとを備えた部品実装装置において、
   前記ノズルヘッドのＺ軸移動機構による下降動作の種類毎に、該ノズルヘッドを下降させるＺ軸方向の下限位置と、該下限位置まで前記ノズルヘッドが到達するまでに検出されると異常とする荷重閾値とを予め設定しておくと共に、Ｚ軸移動機構によるノズルヘッドの下降動作時に、前記荷重制御手段により検出される荷重値が、前記下限位置までに荷重閾値を超えた場合に異常と判定する異常判定手段を備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記下降動作の種類が、吸着下降、搭載下降、ノズル交換及び部品廃棄の少なくとも一つである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Ｚ軸方向の下限値及び前記荷重閾値が、前記下降動作の種類に対応する搭載ヘッドの可動領域における区画範囲毎に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
4. 前記荷重制御手段が、前記ノズルヘッドが有するシャフトを下方に押圧する押圧手段と、押圧時に該シャフトに加わる荷重を検出する荷重検出手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。