JP2018032674A - 部品実装装置および部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上方に反っている基板であっても安定して部品を実装することができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。【解決手段】部品実装装置は、基板を搬送して保持する基板搬送部と、部品を真空吸着して基板に実装する吸着ノズルと、基板の実装面の高さを計測する高さセンサとを備えている。部品実装装置は、基板の実装面の高さを計測し（ＳＴ１）、部品を真空吸着する吸着ノズルを下降させ、部品が基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させる（ＳＴ２）。そして、吸着ノズルの真空を開放し、少なくとも計測した基板の実装面の高さに部品の厚さを加えた第１の高さまで第１の速度で吸着ノズルを上昇させ（ＳＴ５）、その後、第１の速度よりも速い第２の速度で吸着ノズルを上昇させる（ＳＴ６）。【選択図】図１２

Description

本発明は、基板に部品を実装する部品実装装置および部品実装方法に関するものである。

基板に部品を実装する部品実装装置における部品実装動作では、部品を真空吸着する吸着ノズルを下降させて基板の実装面に着地させ、真空を開放して吸着ノズルを上昇させている。この部品実装動作において、吸着ノズルから解放された部品が実装面上で不安定となることを防止する目的で、真空開放後に吸着ノズルを上下動させることが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１の部品実装装置では、押し込み量に応じて部品を基板に押し付ける弾性力が付加される構成の吸着ノズルにおいて、あらかじめ決定しておいた動作プロファイルに従って吸着ノズルを上下動させて、真空開放前後で部品を基板に押し付ける荷重（弾性力）が一定となるようにしている。

特許第５１１３５３４号公報

ところで、基板が上方に（凸に）反っている場合、吸着ノズルを下降させて部品を基板に着地させる際の押込み動作によって、基板の実装面は一時的に平坦な状態となる。この状態から真空を開放して吸着ノズルを上昇させると、吸着ノズルの上昇と基板が元の凸状態に戻る復元の具合によって、吸着ノズルから解放された部品が実装面上でバウンドして位置がずれたり基板から外れたりすることがある。しかしながら特許文献１を含む従来技術では、個々の基板の反り具合に関係なく、あらかじめ決定しておいた動作プロファイルに従って吸着ノズルを上下動させているため、基板によって部品の実装が不安定になるという問題点があった。

そこで本発明は、上方に反っている基板であっても安定して部品を実装することができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、基板を搬送して保持する基板搬送部と、部品を真空吸着して前記基板に実装する吸着ノズルと、前記吸着ノズルを動作させるノズル駆動手段と、前記ノズル駆動手段を制御するノズル駆動制御部と、前記基板の実装面の高さを計測する高さセンサとを備え、前記ノズル駆動制御部は、前記部品を真空吸着する前記吸着ノズルを下降させ、前記部品が前記基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させ、前記吸着ノズルの真空を開放した後、少なくとも前記吸着ノズルを下降させる前に計測した前記基板の実装面の高さに前記部品の厚さを加えた第１の高さまで第１の速度で前記吸着ノズルを上昇させ、その後、前記第１の速度よりも速い第２の速度で前記吸着ノズルを上昇させる。

本発明の部品実装方法は、基板を搬送して保持する基板搬送部と、部品を真空吸着して前記基板に実装する吸着ノズルと、前記基板の実装面の高さを計測する高さセンサとを備えた部品実装装置により前記基板に前記部品を実装する部品実装方法であって、前記基板の実装面の高さを計測し、前記部品を真空吸着する前記吸着ノズルを下降させ、前記部品が前記基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させ、前記吸着ノズルの真空を開放し、少なくとも計測した前記基板の実装面の高さに前記部品の厚さを加えた第１の高さまで第１の速度で前記吸着ノズルを上昇させ、その後、前記第１の速度よりも速い第２の速度で前記吸着ノズルを上昇させる。

本発明によれば、上方に反っている基板であっても安定して部品を実装することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置で使用されるキャリアの平面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に用いられる実装ヘッドの斜視図 本発明の一実施の形態の部品実装装置に用いられる実装ヘッドにおける吸着ノズルの装着状態の説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における（ａ）フレキシブル基板への部品実装の説明図（ｂ）フレキシブル基板の実装面の高さ計測の説明図 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるフレキシブル基板への部品実装の工程説明図 本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装中の吸着ノズルの吸着保持面とフレキシブル基板の実装面の（ａ）高さの変移の一例を示すグラフ（ｂ）移動速度の変移の一例を示すグラフ 本発明の一実施の形態の部品実装装置における部品実装中の吸着ノズルの吸着保持面とフレキシブル基板の実装面の（ａ）高さの変移の一例を示すグラフ（ｂ）移動速度の変移の一例を示すグラフ 本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における吸着ノズルの吸着保持面とフレキシブル基板の実装面の（ａ）高さの変移を示すグラフ（ｂ）移動速度の変移を示すグラフ 本発明の一実施の形態の部品実装方法における第１の速度設定方法の（ａ）吸着ノズルの上昇速度と吸着ノズルより流入するエアの最大流入量の関係の一例を示すグラフ（ｂ）吸着ノズルの上昇速度と吸着ノズルに加わる最大荷重の関係の一例を示すグラフ 本発明の一実施の形態の部品実装方法を示すフロー図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における第１の速度設定方法の第１の実施例を示すフロー図 本発明の一実施の形態の部品実装方法における第１の速度設定方法の第２の実施例を示すフロー図

以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、部品実装装置の仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１、及び後述する一部では、水平面内で互いに直交する２軸方向として、基板搬送方向のＸ方向（図１における左右方向）、基板搬送方向に直交するＹ方向（図１における上下方向）が示される。図３、及び後述する一部では、水平面と直交する高さ方向としてＺ方向（図３における上下方向）が示される。Ｚ方向は、部品実装装置が水平面上に設置された場合の上下方向である。

まず図１を参照して、部品実装装置１の全体構成を説明する。図１において、基台１ａの上面には基板搬送部２がＸ方向に配設されている。基板搬送部２は上流側装置から受け渡されたキャリア３を搬送して、以下に説明する部品実装機構による実装作業位置に位置決めして保持する。キャリア３には、基材として主にプラスチック材料が使用され、薄くて柔軟性があるフレキシブル基板４が複数載置されている。すなわち、基板搬送部２はフレキシブル基板４（基板）を搬送して保持する。基板搬送部２の両側には、それぞれ部品供給部５が配置されている。部品供給部５には、複数のテープフィーダ６が並設して装着されている。テープフィーダ６は、部品を保持したキャリアテープをピッチ送りすることにより、部品実装機構を構成する実装ヘッド９への供給位置に部品を位置させる。

基台１ａの上面におけるＸ方向の一端部には、Ｙ軸移動ビーム７がＹ方向に水平に配設されている。Ｙ軸移動ビーム７には１対のＸ軸移動ビーム８がＹ方向にスライド自在に装着されている。Ｘ軸移動ビーム８はＹ軸移動ビーム７が備えたリニア駆動機構によりＹ方向に駆動される。それぞれのＸ軸移動ビーム８には、実装ヘッド９がＸ方向にスライド自在に装着されている。実装ヘッド９は複数のノズルユニット１０を備えており、Ｘ軸移動ビーム８が備えたリニア駆動機構によりＸ方向に駆動される。

Ｙ軸移動ビーム７、Ｘ軸移動ビーム８、実装ヘッド９を駆動することにより、実装ヘッド９はノズルユニット１０に設けられた吸着ノズル１８（図３参照）によってそれぞれの部品供給部５に配置されたテープフィーダ６から部品を真空吸引して取り出し、フレキシブル基板４に移送して実装する。すなわち、吸着ノズル１８は、部品を真空吸着してフレキシブル基板４（基板）に実装する。上記構成において、Ｙ軸移動ビーム７、Ｘ軸移動ビーム８は、実装ヘッド９を水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動させるヘッド移動機構１１を構成する。また、Ｙ軸移動ビーム７、Ｘ軸移動ビーム８、実装ヘッド９は、部品実装機構を構成する。

図１において、基台１ａにおいて基板搬送部２とそれぞれの部品供給部５との間には、部品認識カメラ１２が配設されている。部品供給部５から部品を取り出した実装ヘッド９が部品認識カメラ１２の上方を移動することにより、部品認識カメラ１２は実装ヘッド９において吸着ノズル１８に保持された状態の部品を撮像する。

実装ヘッド９が取り付けられた結合プレート９ａには、Ｘ軸移動ビーム８の下面側に位置して、実装ヘッド９と一体的に移動する基板認識カメラ１３が撮像方向を下向きにした姿勢で配設されている。実装ヘッド９を基板搬送部２に保持されたキャリア３の上方に移動させることにより、基板認識カメラ１３によってフレキシブル基板４の位置認識マーク（図示省略）などの基準点を撮像することができる。

部品認識カメラ１２、基板認識カメラ１３によって取得された撮像データを認識処理することにより、実装ヘッド９において吸着ノズル１８に保持された状態の部品の位置ずれや、基板搬送部２に保持されたキャリア３上のフレキシブル基板４の位置ずれを検出することができる。部品実装機構による部品実装動作においては、これらの位置ずれを加味して実装ヘッド９による部品実装位置が補正される。

図１において、実装ヘッド９の一側方には、実装ヘッド９と一体的に移動するレーザ変位センサなどの高さセンサ１４が配設されている。高さセンサ１４は、レーザ光を下方に向けて投射するレーザ光源と、レーザ光源が投射したレーザ光の反射光を受光する受光素子を含んで構成される。高さセンサ１４は、高さ計測制御部３０ｂ（図９参照）により制御されてレーザ光の投射・受光を行い、三角測量の原理でフレキシブル基板４の実装面など計測対象の高さを導出する。すなわち、高さセンサ１４は、フレキシブル基板４（基板）の実装面の高さを計測する。

次に図２を参照して、キャリア３とキャリア３に載置されたフレキシブル基板４の構成について説明する。図２は、フレキシブル基板４に部品Ｐが実装された状態を示している。キャリア３は、アルミニウムやステンレス鋼など剛性のある金属板などで構成されている。キャリア３の上面には、フレキシブル基板４が複数（ここでは３枚）載置され、耐熱テープ１５によってキャリア３に固定されている。耐熱テープ１５は、作業者によって、実装される部品Ｐと干渉しないフレキシブル基板４の角など複数の位置に貼付される。

次に図３、図４を参照して、実装ヘッド９の構成を説明する。図３において、実装ヘッド９は結合プレート９ａを介してＸ軸移動ビーム８に装着される。実装ヘッド９は複数のノズルユニット１０を並設した構成となっている。それぞれのノズルユニット１０は、ノズル駆動部１０ａからノズル軸１６を下方に延出させた構成となっており、ノズル軸１６の下端部に結合されたノズル装着部１７には、吸着ノズル１８が着脱自在に装着されている。

図４において、ノズル軸１６はノズル装着部１７を挿通して吸着ノズル１８に連通しており、ノズル軸１６を貫通して設けられた吸引孔（図示省略）は流量センサ１９を介して真空供給源２０に接続されている。真空供給源２０によってノズル軸１６の吸引孔を真空吸引することにより、吸着ノズル１８は下端部の吸着保持面１８ａに実装対象の部品Ｐを真空吸着して保持する。真空供給源２０による真空吸引を停止して吸着ノズル１８の真空を開放すると、吸着保持面１８ａに保持されていた部品Ｐが開放される。流量センサ１９は、吸着ノズル１８より流入して真空供給源２０に吸引されるエアの流量を計測する。すなわち、流量センサ１９は、吸着ノズル１８より流入するエアの流量を計測するセンサとなる。

図３においてそれぞれのノズル駆動部１０ａは、ノズル軸１６と結合された昇降軸（図示省略）をリニアモータにより昇降させるノズル昇降機構、昇降軸の高さ位置を検出するリニアエンコーダなどのノズル高さ検出センサ１０ｂ（図９参照）、昇降軸に加わる荷重を計測するロードセルなどの荷重センサ１０ｃ（図９参照）を備えている。このノズル昇降機構を駆動することにより、ノズル装着部１７に装着された吸着ノズル１８は個別に昇降する。すなわち、ノズル駆動部１０ａは、吸着ノズル１８を動作させるノズル駆動手段となっている。

ノズル駆動部１０ａにより吸着ノズル１８を個別に昇降させる過程において、吸着ノズル１８の高さ位置はノズル高さ検出センサ１０ｂによって個別に検出される。この高さ検出結果に基づいてノズル駆動制御部３０ｃ（図９参照）がノズル駆動部１０ａ（ノズル駆動手段）を制御することにより、吸着ノズル１８の高さ位置、下降速度Ｖｄ、上昇速度Ｖｕを制御することができる。また、昇降軸には、ノズル装着部１７に装着された吸着ノズル１８に加わる荷重が伝搬して加わる。そのため、荷重センサ１０ｃによって、吸着ノズル１８に加わる荷重を計測することができる。

次に図５〜８を参照して、部品実装装置１によるフレキシブル基板４への部品Ｐの実装工程について説明する。図５は、図２におけるキャリア３のＡＡ断面を示している。図５（ａ）において、キャリア３の上面３ａには、基板の厚さｔｓのフレキシブル基板４が載置されている。フレキシブル基板４の上面である実装面４ａには、左側の部品実装位置Ｓ（１）に部品の厚さｔｐ（１）の部品Ｐ（１）が、右側の部品実装位置Ｓ（２）に部品の厚さｔｐ（２）の部品Ｐ（２）が、それぞれ吸着ノズル１８によって実装される。

高さセンサ１４によってフレキシブル基板４の実装面４ａの高さが測定され、ノズル高さ検出センサ１０ｂによって吸着ノズル１８の高さ位置（吸着保持面１８ａの高さ）が計測される。以下、フレキシブル基板４の実装面４ａの高さおよび吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａの高さの基準点（高さがゼロの高さ位置）をキャリア３の上面３ａの高さ位置とし、それぞれの基準点からの高さを単に「実装面高さｈｓ」および「吸着保持面高さｈｎ」と称する。

図５（ａ）において、フレキシブル基板４は、上方に反ることなくキャリア３の上面３ａに密着して載置されている。そのため、部品Ｐ（１）の部品実装位置Ｓ（１）の実装面高さｈｓ（１）および部品Ｐ（２）の部品実装位置Ｓ（２）の実装面高さｈｓ（２）は、共に、フレキシブル基板４の基板の厚さｔｓと一致している。

図５（ｂ）において、フレキシブル基板４は、部品実装位置Ｓ（１）および部品実装位置Ｓ（２）が上方（凸に）に反るようにキャリア３の上面３ａに載置されている。フレキシブル基板４は柔軟性があるため、作業者が耐熱テープ１５によってキャリア３の上面３ａに貼り付ける際に弛みがあったり、部品実装位置Ｓ（２）のように先端に耐熱テープ１５を貼付できなかったりすると（図２も参照）、フレキシブル基板４はキャリア３の上面３ａに密着せずに上方に反ることがある。この場合、高さセンサ１４によって計測される実装面高さｈｓ（１）および実装面高さｈｓ（２）は、フレキシブル基板４の基板の厚さｔｓより大きく（高く）なる。

次に図６、図７を参照して、上方に反ったフレキシブル基板４の部品実装位置Ｓ（１）に吸着ノズル１８によって部品Ｐ（１）を実装する工程を順に説明する。フレキシブル基板４の部品実装位置Ｓ（１）には、事前に印刷機などによってクリームはんだ（図示省略）が印刷されている。以下、部品Ｐ（１）を実装する前に高さセンサ１４によって計測された部品実装位置Ｓ（１）の高さを実装面高さｈｓ（１）とする。

図７（ａ）は、部品Ｐ（１）の実装工程における吸着保持面１８ａおよび実装面４ａの高さ位置の時間Ｔの変移を示している。図７（ｂ）は、部品Ｐ（１）の実装工程における吸着ノズル１８および実装面４ａのＺ方向の移動速度（下降速度Ｖｄ、上昇速度Ｖｕ）の時間Ｔの変移を示している。

図６（ａ）において、部品Ｐ（１）を真空吸着する吸着ノズル１８が、部品実装位置Ｓ（１）に向けて下降速度Ｖｄ１で下降（矢印ｂ）している。図６（ｂ）において、下降速度Ｖｄ１で下降（矢印ｃ）している部品Ｐ（１）の下面が、時間Ｔ１において実装面高さｈｓ（１）で部品実装位置Ｓ（１）に当接する。この時の吸着保持面高さｈｎを、第１の高さＨ１とする。すなわち、第１の高さＨ１は、実装面高さｈｓ（１）に部品Ｐ（１）の部品の厚さｔｐ（１）を加えた高さとなる（Ｈ１＝ｈｓ（１）＋ｔｐ（１））。

図６（ｃ）において、下降速度Ｖｄ１で下降してきた吸着ノズル１８は、フレキシブル基板４の下面がキャリア３の上面３ａに密着してフレキシブル基板４の実装面４ａが水平となる時間Ｔ２において停止する。この時の吸着保持面高さｈｎは、基板の厚さｔｓに部品の厚さｔｐ（１）を加えた高さとなる（ｈｎ＝ｔｓ＋ｔｐ（１））。

すなわち、時間Ｔ１から時間Ｔ２の間、フレキシブル基板４の実装面４ａは吸着ノズル１８が保持する部品Ｐ（１）の下面によって継続して下方に押し下げられる。そのため、時間Ｔ１から時間Ｔ２の間、実装面４ａの高さ位置は吸着保持面１８ａの高さ位置から部品の厚さｔｐ（１）の差を維持して吸着ノズル１８と同じ下降速度Ｖｄ１で下降する（図７（ａ）、図７（ｂ）参照）。

下降を停止した時間Ｔ２から上昇を開始する時間Ｔ３の間に、吸着ノズル１８は真空が開放されて部品Ｐ（１）の真空吸引を停止する。そして時間Ｔ３において、真空が開放された吸着ノズル１８は第１の速度Ｖｕ１で上昇（図６（ｄ）の矢印ｄ）を開始する。これによって、部品Ｐ（１）が部品実装位置Ｓ（１）に実装される。図７（ａ）において、時間Ｔ３から時間Ｔ４の間、吸着ノズル１８が上昇するに伴い、フレキシブル基板４の実装面４ａ（部品実装位置Ｓ（１））の高さ位置は上方に反っていたフレキシブル基板４の復元力によって上方に移動（復元）する。

ここで、第１の速度Ｖｕ１は、フレキシブル基板４の実装面４ａが上方に向かって回復（復元）する速度（以下「回復速度Ｖｒ」と称する）より遅いとする。その場合、吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａは、部品Ｐ（１）の上面から離れずに、吸着保持面１８ａによって部品Ｐ（１）を規制しながら第１の速度Ｖｕ１で上方に移動する（図７（ｂ）参照）。そのため、時間Ｔ３から時間Ｔ４の間、すなわち吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａが第１の高さＨ１に到達するまで、部品Ｐ（１）を実装面４ａに押さえ込む力が働いて部品Ｐ（１）は実装面４ａから離れない。

そして、時間Ｔ４で吸着保持面１８ａは、第１の高さＨ１に到達し（ｈｎ＝Ｈ１）、その後、吸着ノズル１８は部品Ｐ（１）をフレキシブル基板４の実装面４ａに残して（実装して）上昇する。このように、第１の速度Ｖｕ１は、上昇する吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａが第１の高さＨ１に達するまで、吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａがフレキシブル基板４（基板）に実装された部品Ｐの上面から離れない速度となる。

このように、上昇速度Ｖｕが回復速度Ｖｒより遅い場合、部品Ｐ（１）はフレキシブル基板４の復元力によって吸着保持面１８ａに接した状態で元の実装面高さｈｓ（１）まで上昇するため、部品Ｐ（１）がフレキシブル基板４の実装面４ａ上でバウンドして位置がずれたりフレキシブル基板４から外れたりすることはない。厳密に言えば、部品Ｐ（１）を実装すると部品Ｐ（１）の重さで生じるたわみによって実装面４ａの高さは元の実装面高さｈｓ（１）まで復元しないが、以下、部品Ｐ（１）の重さによるたわみ分は無視して説明する。

図８は、吸着ノズル１８が保持する部品Ｐ（１）をフレキシブル基板４に当接させて真空を開放した後、回復速度Ｖｒより速い第２の速度Ｖｕ２で吸着ノズル１８を上昇させた場合を示している。時間Ｔ３までは、図７と同じであるため説明を省略する。図８（ａ）において、時間Ｔ３から時間Ｔ４の間、吸着保持面１８ａは、実装面４ａの高さ位置に部品Ｐ（１）の部品の厚さｔｐ（１）を加えた図中に２点鎖線ｅで示す高さより高い位置を上昇している。すなわち、時間Ｔ３以降、吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａは部品Ｐ（１）の上面から外れた状態で上昇している。

時間Ｔ３以降、フレキシブル基板４の実装面４ａは、部品実装位置Ｓ（１）に部品Ｐ（１）を搭載した状態で自己の復元力によって上方に移動（復元）する。図８（ｂ）において、実装面４ａは時間Ｔ３より上昇を開始し、時間Ｔ３から時間Ｔ４の間に最大の上昇速度である回復速度Ｖｒに到達した後、元の実装面高さｈｓ（１）に近づくにつれて減速して実装面高さｈｓ（１）に到達すると上昇を停止する。または、実装面４ａ（部品実装位置Ｓ（１））は、実装面高さｈｓ（１）を一旦超えて振動しながら実装面高さｈｓ（１）に停止する場合もある。

このように、部品Ｐ（１）はフレキシブル基板４に対して押さえつけられる力が働くことなく上昇するため、クリームはんだの粘着力を超える力が発生した場合に、部品Ｐ（１）が実装面４ａ上でバウンドして部品実装位置Ｓ（１）からずれたりフレキシブル基板４から外れたりするおそれがある。つまり、真空を開放した後、吸着ノズル１８を回復速度Ｖｒより大きな上昇速度Ｖｕ（例えば、第２の速度Ｖｕ２）で上昇させることで部品実装時間を短縮することができる反面、実装された部品Ｐ（１）が不安定になるおそれがある。

次に図９を参照して、部品実装装置１の制御系の構成について説明する。部品実装装置１は、制御部３０、記憶部３１、基板搬送部２、部品供給部５、実装ヘッド９、ヘッド移動機構１１、部品認識カメラ１２、基板認識カメラ１３、高さセンサ１４、流量センサ１９、真空供給源２０、表示部３２を備えている。実装ヘッド９は、ノズル駆動部１０ａ、ノズル高さ検出センサ１０ｂ、荷重センサ１０ｃを備えている。

制御部３０はＣＰＵ機能を備える演算処理装置であり、内部処理機能として実装制御部３０ａ、高さ計測制御部３０ｂ、ノズル駆動制御部３０ｃ、判断部３０ｄ、速度設定部３０ｅを備えている。記憶部３１は記憶装置であり、実装データ３１ａ、実装面高さデータ３１ｂ、ノズル速度データ３１ｃ、回復速度データ３１ｄなどを記憶する。実装データ３１ａには、キャリア３におけるフレキシブル基板４の位置、フレキシブル基板４における部品Ｐの部品実装位置Ｓ、実装される部品Ｐの種類、部品の厚さｔｐなどの情報が含まれる。ノズル速度データ３１ｃには、部品実装時の吸着ノズル１８の下降速度Ｖｄ、上昇速度Ｖｕ（第１の速度Ｖｕ１、第２の速度Ｖｕ２）などが含まれる。

図９において、実装制御部３０ａは、実装データ３１ａに基づいて、基板搬送部２、部品供給部５、実装ヘッド９、ヘッド移動機構１１、真空供給源２０を制御して、吸着ノズル１８によるフレキシブル基板４への部品Ｐの実装を制御する。高さ計測制御部３０ｂは、ヘッド移動機構１１、高さセンサ１４を制御して、フレキシブル基板４の部品実装位置Ｓにおける実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ）の計測を制御する。計測結果は、実装面高さデータ３１ｂとして記憶部３１に記憶される。

ノズル駆動制御部３０ｃは、ノズル速度データ３１ｃに基づいて、ノズル駆動部１０ａ、ノズル高さ検出センサ１０ｂ、真空供給源２０を制御して、部品実装における吸着ノズル１８の動作、第１の速度Ｖｕ１の計測における吸着ノズル１８の動作を制御する。

より具体的には、部品実装において、ノズル駆動制御部３０ｃは、部品Ｐを真空吸着する吸着ノズル１８を下降させ、部品Ｐがフレキシブル基板４（基板）の実装面４ａに当接してからさらに所定量下降させる。そして、ノズル駆動制御部３０ｃは、吸着ノズル１８の真空を開放した後、少なくとも吸着ノズル１８を下降させる前に計測したフレキシブル基板４の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ）に部品の厚さｔｐを加えた第１の高さＨ１まで第１の速度Ｖｕ１で吸着ノズル１８を上昇させる。その後、ノズル駆動制御部３０ｃは、第１の速度Ｖｕ１よりも速い第２の速度Ｖｕ２で吸着ノズル１８を上昇させる。

図１０（ｂ）に、ノズル駆動制御部３０ｃによって制御された部品実装における吸着ノズル１８のＺ方向の移動速度（下降速度Ｖｄ、上昇速度Ｖｕ）を示す。また、図１０（ａ）に、図５（ｂ）に示す上方に反った部品実装位置Ｓ（１）に部品Ｐ（１）を実装する場合の部品実装における吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａとフレキシブル基板４の実装面４ａ（部品実装位置Ｓ（１））の高さ位置を示す。ノズル駆動制御部３０ｃは、時間Ｔ６まで部品Ｐ（１）を真空吸着する吸着ノズル１８を下降速度Ｖｄ１で下降させる（図６（ａ）も参照）。下降の途中、時間Ｔ５において部品Ｐ（１）の下面がフレキシブル基板４実装面４ａに当接する（図６（ｂ）も参照）。

ノズル駆動制御部３０ｃは、時間Ｔ５から時間Ｔ６にかけて、部品Ｐ（１）の下面が実装面４ａを押し下げてフレキシブル基板４の実装面４ａが水平になるまで（所定量）下降させる（図６（ｃ）も参照）。なお、ここで下降させる所定量は実装面４ａが水平になる下降量（ｈｓ（１）−ｔｓ）に限定されることなく、固定値などを任意に設定してもよい。ノズル駆動制御部３０ｃは、時間Ｔ６から時間Ｔ７の間に吸着ノズル１８の真空を開放する。その後、ノズル駆動制御部３０ｃは、時間Ｔ７から時間Ｔ８の間、第１の速度Ｖｕ１で吸着ノズル１８を上昇させる。時間Ｔ８において、吸着保持面１８ａが第１の高さＨ１に到達する。その後、ノズル駆動制御部３０ｃは、時間Ｔ８より第２の速度Ｖｕ２で吸着ノズル１８を初期の高さ位置まで上昇させる。

このように、吸着保持面１８ａが第１の高さＨ１に到達するまでは回復速度Ｖｒより遅い第１の速度Ｖｕ１で吸着ノズル１８を上昇させることにより、部品Ｐ（１）を実装面４ａ上に安定して実装させることができる。また、吸着保持面１８ａが部品Ｐ（１）の上面より離れる第１の高さＨ１以降は、より速い第２の速度Ｖｕ２（例えば、ノズル駆動部１０ａの最大上昇速度）で吸着ノズル１８を上昇させることで、部品実装時間を減少させることができる。このように、吸着ノズル１８を制御することで、上方に凸に反っているフレキシブル基板４（基板）であっても安定して部品Ｐを実装することができる。

図９において、第１の速度Ｖｕ１の計測において、ノズル駆動制御部３０ｃは、部品Ｐを真空吸着する吸着ノズル１８を下降させ、部品Ｐがフレキシブル基板４（基板）の実装面４ａに当接してからさらに所定量下降させる。ノズル駆動制御部３０ｃは、吸着ノズル１８の真空を開放した後、第１の高さＨ１を超える高さまで吸着ノズル１８を上昇させる動作を異なる複数の上昇速度Ｖｕで繰り返し実行させる。

判断部３０ｄは、第１の速度Ｖｕ１の計測において、部品Ｐが吸着ノズル１８に接しているか否かを判断する。より具体的には、判断部３０ｄは、真空を開放した吸着ノズル１８が上昇して吸着保持面１８ａが第１の高さＨ１に到達する間に再び真空供給源２０より真空吸引させ、その間に流量センサ１９によって吸着ノズル１８から流入するエアの流量を計測する。

そして判断部３０ｄは、エアの流量の最大値が所定値より小さければ（もしくはゼロであれば）部品Ｐが吸着ノズル１８に接していたと判断し、所定値より大きければ部品Ｐが吸着ノズル１８に接していなかったと判断する。つまり、吸着ノズル１８が部品Ｐより速く上昇して吸着保持面１８ａが部品Ｐの上面より離れると、吸着保持面１８ａよりエアが流入することを流量センサ１９によって検出する。

また、判断部３０ｄは、真空を開放した吸着ノズル１８が上昇して吸着保持面１８ａが第１の高さＨ１に到達する間に、荷重センサ１０ｃによって吸着ノズル１８に加わる荷重を計測する。そして判断部３０ｄは、吸着ノズル１８に加わる荷重の最大値が所定値より大きければ部品Ｐが吸着ノズル１８に接していたと判断し、所定値より小さければ（もしくはゼロであれば）部品Ｐが吸着ノズル１８に接していなかったと判断する。つまり、吸着ノズル１８が部品Ｐより速く上昇して吸着保持面１８ａが部品Ｐの上面より離れると、部品Ｐから吸着ノズル１８に加わる上向きの荷重がなくなることを荷重センサ１０ｃによって検出する。

図９において、速度設定部３０ｅは、第１の速度Ｖｕ１の計測において、ノズル駆動制御部３０ｃが繰り返し実行した複数の上昇速度Ｖｕの中で、判断部３０ｄによって部品Ｐの上面が第１の高さＨ１まで吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａに接していると判断された上昇速度Ｖｕを第１の速度Ｖｕ１として設定する。もし、部品Ｐの上面が第１の高さＨ１まで吸着ノズル１８の吸着保持面１８ａに接していると判断された上昇速度Ｖｕが複数存在する場合には、最も速い上昇速度Ｖｕを設定するのが好ましい。

図１１に、第１の速度Ｖｕ１の計測において、上昇速度Ｖｕを上昇速度Ｖｕ（１）、Ｖｕ（２）、・・・と増加させながら流量センサ１９によってエアの最大流量を（図１１（ａ））、荷重センサ１０ｃによって最大荷重を（図１１（ｂ））、それぞれ計測した結果を模式的に示す。図１１（ａ）において、上昇速度Ｖｕ（５）までほぼゼロであったエアの最大流量が上昇速度Ｖｕ（６）で急増しているため、判断部３０ｄは、上昇速度Ｖｕ（５）と上昇速度Ｖｕ（６）の間に回復速度Ｖｒがあって、この間に部品Ｐが吸着ノズル１８に接しなくなったと判断する。速度設定部３０ｅは、判断部３０ｄによる判断の結果より、例えば回復速度Ｖｒより遅い上昇速度Ｖｕ（５）を第１の速度Ｖｕ１として設定する。設定された第１の速度Ｖｕ１は、ノズル速度データ３１ｃとして記憶部３１に記憶される。

図１１（ｂ）において、上昇速度Ｖｕ（５）まで吸着ノズル１８に加わっていた最大荷重が上昇速度Ｖｕ（６）でほぼゼロになっているため、判断部３０ｄは、上昇速度Ｖｕ（５）と上昇速度Ｖｕ（６）の間に回復速度Ｖｒがあって、この間に部品Ｐが吸着ノズル１８に接しなくなったと判断する。速度設定部３０ｅは、判断部３０ｄによる判断の結果より、例えば回復速度Ｖｒより遅い上昇速度Ｖｕ（５）を第１の速度Ｖｕ１として設定する。設定された第１の速度Ｖｕ１は、ノズル速度データ３１ｃとして記憶部３１に記憶される。

なお、回復速度Ｖｒは、部品実装位置Ｓに実装される部品Ｐの重さ、上方に反っているフレキシブル基板４に加わる張力などに依存して変動する。そのため、計測される第１の速度Ｖｕ１は部品実装位置Ｓによって異なる。速度設定部３０ｅは、部品実装位置Ｓ毎に第１の速度Ｖｕ１をノズル速度データ３１ｃに記憶させても良いし、複数の部品実装位置Ｓの第１の速度Ｖｕ１の中で最小の第１の速度Ｖｕ１を全ての部品実装位置Ｓのノズル速度データ３１ｃとして記憶させてもよい。

図９において、ノズル駆動制御部３０ｃ、高さ計測制御部３０ｂ、速度設定部３０ｅは、次のように連携しながら第１の速度Ｖｕ１を設定することもできる。すなわち、ノズル駆動制御部３０ｃは、部品Ｐを真空吸着させずに吸着ノズル１８を下降させ、吸着ノズル１８がフレキシブル基板４（基板）の実装面４ａに当接してからさらに所定量下降させた後、フレキシブル基板４の実装面４ａの高さを高さセンサ１４によって計測しながら第２の速度Ｖｕ２で吸着ノズル１８を上昇させる（図８の時間Ｔ３以降も参照）。

高さ計測制御部３０ｂは、高さセンサ１４を制御して上方に回復する実装面４ａの高さの時間推移を計測させる。そして速度設定部３０ｅは、高さセンサ１４が計測しているフレキシブル基板４の実装面４ａの高さが、吸着ノズル１８を下降させる前に計測したフレキシブル基板４の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ（１））まで回復する回復速度Ｖｒ以下の速度を第１の速度Ｖｕ１として設定する。設定された第１の速度Ｖｕ１は、ノズル速度データ３１ｃに記憶される。

次に図１２のフローに則して、図５、図６、図１０を参照しながら部品実装装置１における部品実装方法について説明する。ここでは、図５（ｂ）に示す上方に凸状に反った部品実装位置Ｓ（１）に部品Ｐ（１）を実装する場合を例に説明する。図１２において、まず、高さ計測制御部３０ｂは高さセンサ１４によって、フレキシブル基板４（基板）の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ（１））を計測する（ＳＴ１：実装面高さ計測工程）（図５（ｂ）参照）。

次いでノズル駆動制御部３０ｃは、部品Ｐ（１）を真空吸着する吸着ノズル１８を下降させ（図６（ａ）参照）、部品Ｐ（１）がフレキシブル基板４の実装面４ａに当接してから（図６（ｂ）、図１０の時間Ｔ５参照）さらに所定量下降させ（ＳＴ２：ノズル下降工程）、吸着ノズル１８の下降を停止させる（ＳＴ３：下降停止工程）（図６（ｃ）、図１０の時間Ｔ６参照）。次いでノズル駆動制御部３０ｃは、吸着ノズル１８の真空を開放させる（ＳＴ４：真空開放工程）。

図１２において、次いでノズル駆動制御部３０ｃは、少なくとも高さセンサ１４が計測したフレキシブル基板４の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ（１））に部品の厚さｔｐ（１）を加えた第１の高さＨ１まで第１の速度Ｖｕ１で吸着ノズル１８を上昇させる（ＳＴ５：第１上昇工程）（図１０の時間Ｔ７から時間Ｔ８参照）。その後、ノズル駆動制御部３０ｃは、第１の速度Ｖｕ１よりも速い第２の速度Ｖｕ２で吸着ノズル１８を上昇させる（ＳＴ６：第２上昇工程）（図６（ｄ）、図１０の時間Ｔ８以降参照）。次いでノズル駆動制御部３０ｃは、初期の高さ位置で吸着ノズル１８の上昇を停止させる（ＳＴ７：上昇停止工程）。

次に図１３のフローに則して、図１１を参照しながら部品実装装置１における第１の速度設定方法の第１の実施例について説明する。以下、前述の部品実装方法と同じ工程については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。図１３において、ノズル駆動制御部３０ｃは、上昇速度Ｖｕを初期値である上昇速度Ｖｕ（１）に設定する（ＳＴ１１）。次いで実装面高さ計測工程（ＳＴ１）が実行されてフレキシブル基板４（基板）の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ）が計測され、ノズル下降工程（ＳＴ２）が実行されて部品Ｐを真空吸着する吸着ノズル１８を下降させ、部品Ｐがフレキシブル基板４の実装面４ａに当接してからさらに所定下降させる。

次いで下降停止工程（ＳＴ３）、真空開放工程（ＳＴ４）が実行されて吸着ノズル１８の真空が開放される。次いでノズル駆動制御部３０ｃは、設定された上昇速度Ｖｕ（１）で第１の高さＨ１を超える高さまで吸着ノズル１８を上昇させる（ＳＴ１２）。次いで判断部３０ｄは、流量センサ１９による吸着ノズル１８より流入するエアの流量の計測結果、または、荷重センサ１０ｃによる吸着ノズル１８に加わる荷重の計測結果を基に、第１の高さＨ１まで部品Ｐが吸着ノズル１８に接しているか否かを判断する（ＳＴ１３）。

第１の高さＨ１まで部品Ｐが吸着ノズル１８に接していると判断された場合（ＳＴ１３においてＹｅｓ）、ノズル駆動制御部３０ｃは、上昇速度Ｖｕを所定だけ増加させて上昇速度Ｖｕ（２）に設定する（ＳＴ１４）。次いでノズル下降工程（ＳＴ２）に戻って、吸着ノズル１８を上昇速度Ｖｕ（２）で上昇させながら第１の高さＨ１まで部品Ｐが吸着ノズル１８に接しているか否かを判断する。図１１の例では、上昇速度Ｖｕ（６）において第１の高さＨ１まで部品Ｐが吸着ノズル１８に接していないと判断され（ＳＴ１３においてＮｏ）、速度設定部３０ｅは、第１の高さＨ１まで部品Ｐが吸着ノズル１８に接している上昇速度Ｖｕ（５）を第１の速度Ｖｕ１に設定する（ＳＴ１５）。

このように、第１の高さＨ１を超える高さまで吸着ノズル１８を上昇させる一連の動作を、異なる複数の上昇速度Ｖｕで繰り返し実行し、複数の上昇速度Ｖｕの中で、第１の高さＨ１まで部品Ｐが吸着ノズル１８に接している上昇速度Ｖｕを第１の速度Ｖｕ１として設定している。このように、専用のセンサ、計測装置を追加することなく、部品実装装置１で第１の速度Ｖｕ１を計測・設定することができる。

次に図１４のフローに則して、図８を参照しながら部品実装装置１における第１の速度設定方法の第２の実施例について説明する。第１の速度設定方法の第２の実施例は、高さセンサ１４を用いた一度の計測によって第１の速度Ｖｕ１を設定しているところが第１の実施例と異なる。以下、前述の部品実装方法と同じ工程については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図１４において、実装面高さ計測工程（ＳＴ１）が実行されてフレキシブル基板４（基板）の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ）が計測され、ノズル下降工程（ＳＴ２）が実行されて部品Ｐを真空吸着しない吸着ノズル１８が下降され、部品Ｐがフレキシブル基板４の実装面４ａに当接してからさらに所定下降される。次いで下降停止工程（ＳＴ３）が実行されて吸着ノズル１８の下降が停止される。次いで高さ計測制御部３０ｂが高さセンサ１４によってフレキシブル基板４の実装面４ａの高さを計測させながら、ノズル駆動制御部３０ｃが第２の速度Ｖｕ２で吸着ノズル１８を上昇させる（ＳＴ２１）。

次いで高さ計測制御部３０ｂは、高さセンサ１４の計測結果を基に回復速度Ｖｒを算出し（ＳＴ２２）、速度設定部３０ｅは回復速度Ｖｒに基づいて第１の速度Ｖｕ１を設定する（ＳＴ２３）。すなわち、速度設定部３０ｅは、高さセンサ１４が計測しているフレキシブル基板４の実装面４ａの高さが、吸着ノズル１８を下降させる前に計測したフレキシブル基板４の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ）まで回復する回復速度Ｖｒ以下の速度を第１の速度Ｖｕ１として設定している。このように、本実施例では一度の計測で第１の速度Ｖｕ１を設定することができる。

上記説明したように、本実施の形態の部品実装装置１は、基板搬送部２と、吸着ノズル１８と、ノズル駆動部１０ａ（ノズル駆動手段）と、ノズル駆動制御部３０ｃと、高さセンサ１４とを備えている。そして、ノズル駆動制御部３０ｃは、部品Ｐを真空吸着する吸着ノズル１８を下降させ、部品Ｐがフレキシブル基板４（基板）の実装面４ａに当接してからさらに所定量下降させている。そして、吸着ノズル１８の真空を開放した後、少なくとも吸着ノズル１８を下降させる前に計測したフレキシブル基板４の実装面４ａの高さ（実装面高さｈｓ）に部品の厚さｔｐを加えた第１の高さＨ１まで第１の速度Ｖｕ１で吸着ノズル１８を上昇させ、その後、第１の速度Ｖｕ１よりも速い第２の速度Ｖｕ２で吸着ノズル１８を上昇させている。

これによって、上方に反っているフレキシブル基板４（基板）であっても、部品Ｐが実装面４ａ上でバウンドして位置がずれたりフレキシブル基板４から外れたりすることなく、安定して部品Ｐを実装することができる。

なお上記では、フレキシブル基板４に部品Ｐを実装する場合を用いて説明したが、実装対象の基板はフレキシブル基板４に限定されることはない。例えば、基板搬送部２に保持したプリント基板に部品Ｐを実装する際に、プリント基板が上方に反っている場合にも適用することができる。

本発明の部品実装装置および部品実装方法は、上方に反っている基板であっても安定して部品を実装することができるという効果を有し、部品を基板に実装する部品実装分野において有用である。

１ 部品実装装置
２ 基板搬送部
４ フレキシブル基板（基板）
４ａ 実装面
１０ａ ノズル駆動部（ノズル駆動手段）
１４ 高さセンサ
１８ 吸着ノズル
１９ 流量センサ（センサ）
Ｈ１ 第１の高さ
Ｐ 部品
Ｖｒ 回復速度
Ｖｕ１ 第１の速度
Ｖｕ２ 第２の速度

Claims (10)

1. 基板を搬送して保持する基板搬送部と、
   部品を真空吸着して前記基板に実装する吸着ノズルと、
   前記吸着ノズルを動作させるノズル駆動手段と、
   前記ノズル駆動手段を制御するノズル駆動制御部と、
   前記基板の実装面の高さを計測する高さセンサとを備え、
   前記ノズル駆動制御部は、
   前記部品を真空吸着する前記吸着ノズルを下降させ、前記部品が前記基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させ、前記吸着ノズルの真空を開放した後、
   少なくとも前記吸着ノズルを下降させる前に計測した前記基板の実装面の高さに前記部品の厚さを加えた第１の高さまで第１の速度で前記吸着ノズルを上昇させ、
   その後、前記第１の速度よりも速い第２の速度で前記吸着ノズルを上昇させる、部品実装装置。
2. 前記部品が前記吸着ノズルに接していることを検出するセンサをさらに備え、
   前記ノズル駆動制御部は、
   前記部品を真空吸着する前記吸着ノズルを下降させ、前記部品が前記基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させ、前記吸着ノズルの真空を開放した後、前記第１の高さを超える高さまで前記吸着ノズルを上昇させる動作を異なる複数の上昇速度で繰り返し実行し、
   前記複数の上昇速度の中で、前記第１の高さまで前記部品が前記吸着ノズルに接している前記上昇速度を前記第１の速度として設定する、請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記センサは、前記吸着ノズルより流入するエアの流量を計測する流量センサ、または、前記吸着ノズルに加わる荷重を計測する荷重センサのいずれかである、請求項２に記載の部品実装装置。
4. 前記ノズル駆動制御部は、
   前記吸着ノズルを下降させ、前記吸着ノズルが前記基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させた後、
   前記基板の実装面の高さを計測しながら前記第２の速度で前記吸着ノズルを上昇させ、
   計測している前記基板の実装面の高さが、前記吸着ノズルを下降させる前に計測した前記基板の実装面の高さまで回復する回復速度以下の速度を前記第１の速度として設定する、請求項１に記載の部品実装装置。
5. 前記第１の速度は、上昇する前記吸着ノズルが前記第１の高さに達するまで、前記吸着ノズルが前記基板に実装された前記部品から離れない速度である、請求項１に記載の部品実装装置。
6. 基板を搬送して保持する基板搬送部と、部品を真空吸着して前記基板に実装する吸着ノズルと、前記基板の実装面の高さを計測する高さセンサとを備えた部品実装装置により前記基板に前記部品を実装する部品実装方法であって、
   前記基板の実装面の高さを計測し、
   前記部品を真空吸着する前記吸着ノズルを下降させ、前記部品が前記基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させ、
   前記吸着ノズルの真空を開放し、
   少なくとも計測した前記基板の実装面の高さに前記部品の厚さを加えた第１の高さまで第１の速度で前記吸着ノズルを上昇させ、
   その後、前記第１の速度よりも速い第２の速度で前記吸着ノズルを上昇させる、部品実装方法。
7. 前記部品実装装置は、前記部品が前記吸着ノズルに接していることを検出するセンサをさらに備え、
   前記基板の実装面の高さを計測し、
   前記部品を真空吸着する前記吸着ノズルを下降させ、前記部品が前記基板の実装面に当接してからさらに所定下降させ、
   前記吸着ノズルの真空を開放し、
   前記第１の高さを超える高さまで前記吸着ノズルを上昇させる一連の動作を、異なる複数の上昇速度で繰り返し実行し、
   前記複数の上昇速度の中で、前記第１の高さまで前記部品が前記吸着ノズルに接している前記上昇速度を前記第１の速度として設定する、請求項６に記載の部品実装方法。
8. 前記センサは、前記吸着ノズルより流入するエアの流量を計測する流量センサ、または、前記吸着ノズルに加わる荷重を計測する荷重センサのいずれかである、請求項７に記載の部品実装方法。
9. 前記基板の実装面の高さを計測し、
   前記吸着ノズルを下降させ、前記吸着ノズルが前記基板の実装面に当接してからさらに所定量下降させ、
   前記基板の実装面の高さを計測しながら前記第２の速度で前記吸着ノズルを上昇させ、
   計測している前記基板の実装面の高さが、前記吸着ノズルを下降させる前に計測した前記基板の実装面の高さまで回復する回復速度以下の速度を前記第１の速度として設定する、請求項６に記載の部品実装方法。
10. 前記第１の速度は、上昇する前記吸着ノズルが前記第１の高さに達するまで、前記吸着ノズルが前記基板に実装された前記部品から離れない速度である、請求項６に記載の部品実装方法。

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