JP2011066205A - 電子部品装着装置及び電子部品装着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の吸着ノズルで同時に電子部品を吸着する装置でも吸着ノズルのノズル詰まりを検出できる電子部品装着装置または電子部品装着方法を提供する。または、装着ヘッドの複雑さを低減でき、吸着ノズルのノズル詰まり検出できる電子部品装着装置を提供する。
【解決手段】複数の吸着ノズルのエア吸引通路が合流する合流部とエア吸引源ＰＯとの間の共通エア吸引流路２４に吸引流量を測定する流量センサＳを設け、流量センサ出力に基づいて吸着ノズルの目詰まり状態を検出する。さらに、前記流量センサが設けられるセンサ流路２２と前記センサ流路２２に並行して検出手段エア吸引流路２３を設け、両流路選択する。
【選択図】図３

Description

本発明は装着ヘッドによりプリント基板上に電子部品を装着する電子部品装着装置に関し、特に吸着ノズルの詰まりを確実に検出できる電子部品装着装置及び電子部品装着方法に関する。

電子部品装着装置では吸着ノズル内のエアを吸引し負圧にして電子部品を吸着し、プリント基板（以下単に基板という）の位置に搬送し装着する。部品吸着の際に微小なゴミ等を吸着するためにそのゴミを除去する必要があり、そのために吸着ノズルはエアフィルタを有する。エアフィルタやその他部分で目詰まりが起こると確実に電子部品を吸着できない。従って、吸着ノズルの目詰まり、即ちノズル詰まりを検出する必要がある。

そのために、従来は下記特許文献に示すように圧力または流量を検出してノズル詰まりを検知していた。

特開２００３−２２４３９７

しかしながら、圧力検出方法は、ノズル径の小さい吸着ノズルの場合、詰まりを生じた吸着ノズルの実圧力値と設計圧力値との差が極めて小さくなってしまう為、誤検出が生じ易かった。

一方、流量検出方法は流量センサを用いて実流量値と設計流量値との差から検出する方法で、従来は例えば図２の破線円Ｂに示す各吸着ノズルの位置にそれぞれ流量センサを装着ヘッド内に設けていた。そのために、装着ヘッドが複雑になる課題があった。

また、昨今の装置では複数の吸着ノズルで同時に電子部品を吸着することが必要であり、電子部品の吸着に必要な流量が大きくなる。一方、流量センサは１本の吸着ノズルのノズル詰まりを検出するために、検出に必要な流量は絞られ小さい。この相反する課題を解決する必要がある。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたもので、第１の目的は、複数の吸着ノズルで同時に確実に電子部品を吸着することができ、且つ吸着ノズルのノズル詰まりを検出できる電子部品装着装置または電子部品装着方法を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、装着ヘッドの複雑さを低減でき、吸着ノズルのノズル詰まり検出できる電子部品装着装置を提供することである。

本発明は、第１の目的を達成するために、複数の吸着ノズルのエア吸引通路が合流する合流部と前記エア吸引源との間の共通エア吸引流路に吸引流量を測定する流量センサを設け、前記吸着ノズルを選択し、前記流量センサ出力に基づいて前記吸着ノズルの目詰まり状態を検出することを第１の特徴とする。

また、本発明は、第１の目的を達成するために、第１の特徴に加え、センサ部は前記流量センサが設けられるセンサ流路と前記センサ流路に並行して設けられた検出手段エア吸引流路と前記２つの流路選択することを第２の特徴する。

さらに、本発明は、第２の目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記センサ部は前記エア吸引流路において前記エア吸引源の近く、前記装着ヘッドの前記合流部より前記エア吸引源側あるいは装着ヘッドを固定する装着ヘッド体にも設けられたことを第３の特徴とする。

本発明によれば、複数の吸着ノズルで同時に電子部品を吸着する装置でも、吸着ノズルのノズル詰まり検出できる電子部品装着装置または電子部品装着方法を提供できる。
また、本発明によれば、装着ヘッドの複雑さを低減でき、吸着ノズルのノズル詰まりを検出できる電子部品装着装置を提供することができる。

本発明の実施形態である電子部品装着装置の平面図である。 本実施形態における図１に示す装着ヘッドの下部を示した図である。 本発明の実施形態であるノズル詰まり検出部の基本的な構成を示した図である。 本発明の電子部品実装装置のノズル詰まり検出処理フローを詳細に示した図である。 吸着ノズル先端のノズル孔の断面積を示す図である。 吸着ノズル先端のノズル孔の断面積とノズル孔を通過するエア吸引流量の関係と、判定閾値を示す図である。 ノズル詰まり検出部をポンプ近くに設けた実施例を示した図である。 ノズル詰まり検出部の装着ヘッド体に設けた実施例を示した図である。

以下、図面に基づき、電子部品装着装置の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態である電子部品装着装置１の平面図である。本電子部品装着装置１は、左側の上下に２ブロックＬＵ，ＬＤ、右側の上下２ブロックＲＵ，ＲＤの計４ブロック（符号は基本的にＬＵブロックのみ記す。）に分かれている。それぞれのブロックにはテープ・フィーダが多数設けられている部品供給エリア１３、装着ヘッド６、装着ヘッドを移動させる装着ヘッド体１１、装着ヘッドにおける電子部品の吸着保持状態を撮像する部品認識カメラ１９が設けられている。装着ヘッド体１１は、リニアモータで構成する左右移動用レール１８上を左右に移動し、左右移動用レール１８と同様にリニアモータで構成する上下移動用レール１６を上下に移動する。

このような構成によって、装着ヘッド体１１に固定された装着ヘッド６が部品供給エリア１３から電子部品を吸着し、部品認識カメラ１９で電子部品の吸着保持状態を監視して、基板Ｐの所定の位置まで移動し、吸着した電子部品を基板Ｐに装着する。

このような動作が４つのブロックで行なわれる。そのために中央には、基板Ｐを搬送する４つのシュート５ａ〜５ｄがあり、上側２本のシュート５ｃ、５ｄが上側ブロック用の基板搬送ラインＵを、下側２本のシュート５ａ、５ｂが下側ブロック用の基板搬送ラインＤを構成する。基板Ｐは、受渡部１７により振分けられ基板搬送ラインＵ又はＤに搬入される。

図２は、本実施形態における図１に示す装着ヘッド６の下部を示した図である。
装着ヘッド６は、中心に存在する回転筒体６６を回転させ複数本の吸着ノズル部７のうち1本または数本づつ順次選択し、選択された吸着ノズル部７を降下させ、電子部品を吸着あるいは装着する。具体的には、装着ヘッド６は、吸着ノズル８のエアを吸引することにより電子部品を吸着し、吸着ノズル８にエアを送出することにより基板Ｐに電子部品を装着させる。以下、図２を用いて、装着ヘッド６の先端に設けられた吸着ノズル部７と電子部品を吸着及びノズル詰まり検出に関わる吸引部とを主体に説明する。

吸着ノズル部７は、装着ヘッド６に複数本(本実施形態では１２本)設けられており、図２ではそのうち対角線上に配置された７α及び７βを示している。吸着ノズル部７、例えば７αは、引出し図Ａに示すように、その先端にノズルホルダ９３に設けられた契合部９３aに契合可能な吸着ノズル８を有する。両ノズルは同一構造を有してので、必要がない限り添え字α、βは省略して説明する。

吸着ノズル部７は、大別して、吸着ノズル本体９と吸着ノズル本体９に装着、脱着可能な吸着ノズル８からなる。吸着ノズル本体９はその円筒９１の内部にある細長いノズル本体エア流路９２Ｔを有し、ノズル本体エア流路９２Ｔは吸着ノズル本体９の先端に吸着ノズル８のノズルエア流路８Ｔに連通されている。
吸着ノズル８は、図２における引出し部Ａに示すように、吸着ノズル本体９の円筒９１の先端にあるノズルホルダ９３に設けられた契合部９３aが後述する吸着ノズル８の係止凸部８２ｂと契合することによってノズル本体９に装着される。

次に、電子部品を吸着及びノズル詰まり検出に関わる吸引部を説明する。
吸引部は、上述したノズル本体エア流路９２Ｔ、ノズルエア流路８Ｔの他、回転筒体６６に在在する回転筒体エア流路６６Ｔ、エア切換弁Ｖ及び吸着ノズル本体用フィルタ部６２で構成される。

回転筒体エア流路６６Ｔは、吸引時にエアが通過する回転筒体エア吸引流路６６Ｋと吹出し時にエアが吹出しされる回転筒体吹出し流路６６Ｓを有する。回転筒体６６から先は吸引、吹出しの２つの流路に分かれて、後述する図３に示すポンプＰＯ等に接続される。

回転筒体エア流路６６Ｔとノズル本体エア流路９２Ｔとの間には、エア切換弁Ｖと吸着ノズル本体用フィルタ部６２が設けられ、エア切換弁Ｖにより回転筒体エア流路６６Ｔの２つの流路を選択し、吸引または吹出しを制御する。エア切換弁Ｖは、弁体ＶaをソレノイドＶｂで上下させて吸着ノズル部７αのエアの吸引と吹出しを制御する。また、前記ソレノイドＶｂを保護するために、エア切換弁Ｖとノズル本体エア流路９２Ｔの間には、吸引用フィルタ部６２ａが、エア切換弁Ｖと回転筒体吹出し流路６６Ｓの間には、吹出し用フィルタ部６２ｂが設けられている。エア切換弁Ｖとフィルタ部６２とは各吸着ノズル部７に一対の状態で隣接して設けられている。図２では、吸着ノズル部７αのエア切換弁を図示すると複雑になるので、説明には吸着ノズル部７βの弁を用いている。

図２に示す吸着ノズル部７αの状態は、電子部品を吸着するエアの吸引の状態を示し、そのときの吸引エアの流れを吸着ノズル部７βの弁で代用したときの流れを矢印で示した。吸引エアは、ノズルエア流路８Ｔ、ノズル本体エア流路９２Ｔ、吸引用フィルタ部６２ａ、回転筒体エア吸引流路６６Ｋを選択しているエア切換弁Ｖ、回転筒体吸引流路６６Ｋをとおり、エア吸引源であるポンプＰＯ(図３参照)に流れる。逆にエア吹出しの場合は、エア供給源(図示せず)から回転筒体吹出し流路６６Ｓ、吹出し用フィルタ部６２ｂ、エア切換弁Ｖ、エア流路９２Ｔ、ノズルエア流路８Ｔをとおり、吸着ノズル８から吹出される。

従来の装置では、エア吸引流路Ｔのエア流量を測定するために、エア切換弁Ｖと吸着ノズルの間、例えば破線円Ｂに示す位置に流量センサをそれぞれの吸着ノズルに設けていた。そのために、装着ヘッドが複雑になっていた。

図３は、本発明の実施形態であるノズル詰まり検出部２０の基本的な構成を示した図である。ノズル詰まり検出はエアを吸引して行なわれるので、図３ではエア吹出し関する流路、エア供給源等は図示していない。ノズル詰まり検出部２０は、センサ部２１とセンサ部２１を制御・データ処理をする制御装置２５からなる。
センサ部２１は、エア吸引するためのポンプＰＯに接続されたセンサ流路２２に設けられた流量センサＳと、ポンプＰＯからの検出手段エア吸引流路２３と、両流路を選択する流路選択弁ＶＳと、検出する吸着ノズルを選定する吸着ノズル選定手段を有する。吸引エアは装着ヘッド６の回転筒体エア吸引流路６６Ｋへ連通する共通エア吸引流路２４を通り、流路選択弁ＶＳに入力される。本実施形態ではエア切換弁Ｖが吸着ノズル選定手段の役目を果たしている。

一方、制御装置２５は、流量センサＳの出力からノズル詰まりの有無を判定する判定部２８と、判定結果や測定データ等を記憶する記憶部２７と、判定結果や測定データ等を表示するモニタ２９と、流路選択弁ＶＳや装着ヘッドの吸着ノズル選定手段Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ〜の制御及びデータの流れを制御する制御部２６を有する。

装着ヘッド６には、前述したように、複数本（例えば１２本）の装着式の吸着ノズル８ａ、８ｂ、８ｃ〜が装着され、それぞれの吸引流路９２Ｔａ、９２Ｔｂ、９２Ｔｃ〜には制御部２６により選択されるエア切換弁Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ〜が接続されている。

このような構成によって、電子部品の吸着するときは、制御部２６は流路選択弁ＶＳを制御し、ポンプＰＯからの検出手段エア吸引流路２３を選択する。検出手段エア吸引流路２３は、必要な断面積、例えば複数の吸着ノズル８において電子部品を吸着できる断面積を有する。
一方、ノズル詰まり検出時には、制御部２６は流路選択弁ＶＳを制御し、ポンプＰＯからのセンサ流路２２を選択し、吸着ノズルに設けたエア切換弁Ｖα(α＝ａ、ｂ、ｃ・・・)を順次選択する。このときの流量は流量センサＳにより絞られる。ノズル詰まり検出部２０は、エア切換弁Ｖを順次選択することで、それぞれの吸着ノズルのエア吸引流量を検出でき、その結果を用いてノズル詰まりの有無を検出できる。

図４は本発明の電子部品実装装置のノズル詰まり検出処理フローを詳細に示した図である。
通常の電子部品吸着モードからノズル詰まり検出モードに切換えたら、まず、制御部２６はセンサ流路２２を選択し、全吸着ノズルのエア切換弁を閉じる（Ｓｔｅｐ１）。ノズル詰まりを検出すべく選択したエア切換弁(吸着ノズル選択手段)を開く（Ｓｔｅｐ２）。エア吸引を開始し（Ｓｔｅｐ３）、制御部２６に流量の測定データを取り込む（Ｓｔｅｐ４）。取り込んだらエア吸引を終了し（Ｓｔｅｐ５）、選択したエア切換弁を閉じる（Ｓｔｅｐ６）。取り込んだ測定データに基づき、後述する方法によりノズル詰まりの有無を判定する（Ｓｔｅｐ７）。ノズル詰まり有と判定したら、測定データや判定結果等の判定データを記憶し、Ｓｔｅｐ９へ行く（Ｓｔｅｐ８）。ノズル詰まり無しと判定したら、Ｓｔｅｐ９へ行き、全吸着ノズルに対して終了するまで、Ｓｔｅｐ２からＳｔｅｐ９を繰返す。全吸着ノズルに対して終了したら、測定データ・判定結果等をモニタに表示する。

次に、ノズル詰まりの有無の判定方法を図を用いて説明する。本装置で使用する複数種類の装着式吸着ノズルに対する判定データが図３に示す記憶部２６に記憶されている。ノズル詰まりの有無の判定データである判定閾値ＢＨは、図５に示す吸着ノズル８の先端のノズル孔８ａの断面積Ａとノズル孔８ａを通過するエア吸引流量の設計(理論)流量値Ｂから決まる。図６に示すように、両者は正比例の関係にあり、判定閾値ＢＨはこの正比例の関係から算出した設計流量値Ｂに許容範囲ΔＢを加味した(引いた)Ｂ−ΔＢとなる。例えば、０．６ｍｍ径ノズル径（ノズル孔断面積：１．１４ｍｍ２）では、その設計流量がほぼ１０Ｌ/ＭＩＮとなる。また、０．４ｍｍ径ノズル径（ノズル孔断面積：０．４ｍｍ２）では、その設計流量はほぼ３．５Ｌ/ＭＩＮとなる。判定閾値ＢＨは、例えば許容範囲ΔＢを設計流量値の１０％とすれば、それぞれ９Ｌ/ＭＩＮ、３．１５Ｌ/ＭＩＮとなる。従って、この設計流量に許容範囲を加味したこれ等の判定閾値ＢＨが判定用データとして記憶部２７に記憶されている。

図３に示す判定部２８では、流量センサＳにて測定された装着式吸着ノズルの測定データ値ＢＳと判定閾値ＢHを比較することで正常/異常の判定を行う。正常（詰まり状態でない）の場合は測定データ値ＢＳが判定閾値ＢＨより大きい流量になり、異常（詰まり状態）の場合は測定データ値ＢＳが判定閾値ＢＨより小さくなる。

以上の実施形態では、全吸着ノズルに対して流量センサＳを一つ設けたが、複数の吸着ノズルに対して流量センサＳを一つ設けてもよい。言い換えれば、全吸着ノズルに対して複数の流量センサを設けてもよく、例えば、全吸着ノズルを複数のグループ（夫々のグループは、複数本の吸着ノズルより成る。）に分け、各グループ毎に流量センサＳを設けてもよい。

図７は、図８はノズル詰まり検出部２０の設置位置を示した図である。図７では、今まで説明した実施形態のセンサ部２１をポンプＰＯが設置されている近くに設けた例を示し、着ヘッド体１１をも含め装着ヘッド側を比較的簡単な構造にできる。
一方、図８は、センサ部２１を装着ヘッド体１１に設けた例である。本実施例では、流路選択弁ＶＳの一端がポンプＰＯに連通し、他端がセンサ流路２２と検出手段エア吸引流路２３に連通している。本実施例は、流量の小さいノズル詰まり検出時において、流量センサＳの流路を短くできるので、図７の実施例と比べ、安定して流量を測定できる。なお、ＶＤはエア分岐器である。また、流路選択弁ＶＳとエア分配器ＶＤを交換した配置とてもよい
本実施形態によれば、エア吸引源であるポンプＰＯから流路を２つ設け、一方の流路に流量センサを設置し、他方の流路に複数の電子部品の吸着に必要な流量を流し、その２つの流路を切換ることで、一つの流量センサで複数の吸着ノズルのノズル詰まりを検出できる電子部品装着装置及び電子部品装着方法を提供できる。

また、流量センサＳを装着ヘッド外に設けているので、装着ヘッドの複雑さを低減でき、吸着ノズルのノズル詰まり検出できる電子部品装着装置を提供することができる。

さらに、図８に示す実施例ではセンサ部２１を装着ヘッド体１１に設けたが、回転筒体エア吸引流路６６Ｋ以降のポンプ側に設けてもよい。

以上説明した実施形態では装着ヘッドにより吸着すべき電子部品が複数の場合に対応できる実施形態を説明した。しかし、吸着すべき電子部品が一つならば、エア吸引流量を流量センサＳを流れるエアの流量で確保できるので、特に検出手段エア吸引流路２３を設けなくてもよく、単にエア吸引流路に流量センサＳを設ければよい。

この実施形態の場合は、複数の電子部品の吸着に対応できないが、装着ヘッドの複雑さを低減できる効果を奏する。

以上のように本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１：電子部品装着装置 ６：装着ヘッド
７：吸着ノズル部 ８：吸着ノズル
８Ｔ：ノズルエア流路 ９：吸着ノズル本体
１１：装着ヘッド体 ２０：ノズル詰まり検出部
２１：センサ部 ２２：センサ流路
２３：検出手段エア吸引流路 ２４：共通エア吸引流路
２５：制御装置 ２６：制御部
２７：記憶部 ２８：判定部
２９：モニタ ３０：電子部品(部品)
６２：吸着ノズル本体用フィルタ部 ６２ａ：吸引用フィルタ部
６６：回転筒体 ６６Ｋ：回転筒体エア吸引流路
６６Ｓ：回転筒体吹出し流路 ６６Ｔ：回転筒体エア流路
９２Ｔ：ノズル本体エア流路 Ｓ：流量センサ
Ｐ：プリント基板（基板） ＰＯ：ポンプ
Ｖ：吸着ノズル選択手段(エア切換弁) ＶＤ：エア分配器
ＶＳ：流路選択弁。

Claims (10)

1. 電子部品を吸着し基板に装着する吸着ノズルを複数有し、前記複数の吸着ノズルの選択する吸着ノズル選択手段を有する装着ヘッドと、前記電子部品を吸着するためエアを吸引するエア吸引源と、前記吸着ノズルのノズル孔から前記エア吸引源に連通するエア吸引流路、前記吸着ノズルの目詰まりを検出する目詰まり検出手段とを有する電子部品装着装置において、
   前記目詰まり検出手段は、前記複数の吸着ノズルのエア吸引通路が合流する合流部と前記エア吸引源との間の共通エア吸引流路にエア吸引流量を測定する流量センサを有するセンサ部と、前記ノズル選択手段を制御し前記流量センサ出力に基づいて前記吸着ノズルの目詰まり状態を検出する制御手段とを有することを特徴とする電子部品装着装置。
2. 前記センサ部は前記流量センサが設けられるセンサ流路と前記センサ流路に並行して設けられた検出手段エア吸引流路と前記２つの流路選択する流路選択手段を有することを特徴する請求項１に記載の電子部品装着装置。
3. 前記センサ部または流量センサは前記複数の吸着ノズルのうち少なくとも２つ以上の前記吸着ノズルに対して設けられて複数有すること特徴とする請求項１または２に記載の電子部品装着装置。
4. 前記センサ部は前記エア吸引流路において前記エア吸引源の近くに設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品装着装置。
5. 前記センサ部は前記装着ヘッドまたは装着ヘッドを固定する装着ヘッド体にも設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品装着装置。
6. 前記ノズル選択手段は前記各吸着ノズルの吸着、装着を切換えるエア切換手段を兼ねることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品装着装置。
7. 前記制御手段は前記流量センサ出力と前記吸着に必要な設計流量に基づいてノズル目詰まり有無を判定する手段を有することを特徴とする項１乃至３のいずれかに記載の電子部品装着装置。
8. 電子部品を吸着する複数の吸着ノズルを順次選択して前記吸着ノズルの目詰まりを検出し、その後前記電子部品を吸着し基板に装着する電子部品装着方法において、
   前記目詰まりを検出する方法は、前記複数の吸着ノズルのうち少なくとも２つ以上の吸着ノズルを順次選択し、前記少なくとも２つ以上の吸着ノズルの吸引流量を一つの流量センサを順次測定することを特徴する電子部品装着方法。
9. 前記一つの流量センサは前記複数の吸着ノズルの全てに対し前記吸引流量を測定することを特徴とする請求項８に記載の電子部品装着方法。
10. 前記測定結果と前記吸着ノズルの設計流量に基づいて得られる閾値流量とに基づいて目詰まりの有無を判定することを特徴とする請求項８または９に記載の電子部品装着方法。

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