JP3263413B2 - 部品装着装置における衝撃力の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体チップ等
の電子部品や脆性材料からなる微小チップ部品等、衝撃
力に対して弱い各種部品を、プリント基板等の装着面上
の所定位置に装着するための部品装着装置に関し、特
に、部品装着時の衝撃力を抑制する方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント基板上の所定位置に電子
部品を自動的に装着する装置として種々の装置が知られ
ており、例えば図８に示す如き吸着ヘッド機構(４)を、
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の移動制御が可能な往復装置
(図示省略)に取り付けた電子部品自動装着装置が知られ
ている。

【０００３】該装置においては、吸着ヘッド機構(４)の
吸着ノズル(41)によって電子部品(３)を真空吸着して、
該電子部品(３)をプリント基板の上方位置まで移動さ
せ、その後、該吸着ヘッド機構(４)を降下せしめて、電
子部品(３)をプリント基板上の所定位置に装着するので
ある。

【０００４】又、電子部品(３)がプリント基板上の所定
位置にセットされると同時に、基板表面に塗布された所
謂クリーム半田の層に対して電子部品(３)を押圧して、
電子部品(３)を仮固定することが行なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子部品が
衝撃力に対して弱い場合、該電子部品がプリント基板に
衝突する際の衝撃力を規定値以下に抑える必要がある。
しかし、部品によって許容可能な衝撃力の値は一定でな
いにも拘らず、従来は、吸着ヘッド機構(４)の降下速度
を経験的な判断で適当な値に設定していたから、場合に
よっては過大な衝撃力が作用して、部品の寿命低下、部
品の破壊等が発生する問題があった。又、極端に低い降
下速度を設定したのでは、作業能率が悪く、現実的でな
い。

【０００６】本発明の目的は、適切な衝突速度を設定す
ることにより、部品の損傷を確実に防止出来る部品装着
装置における衝撃力の制御方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る部品装着装置
における衝撃力の制御方法は、前記部品を装着する際に
前記部品が受ける衝撃力により部品が損傷する虞れのな
い前記往復装置の降下速度を前記部品の種類に応じて設
定するステップと、前記降下速度での装着動作により部
品が受ける衝撃力を実測するステップと、前記実測した
衝撃力と前記往復装置の降下速度との関係から前記部品
が受ける衝撃力の許容限度より僅かに低い前記往復装置
の最適降下速度を決定し設定するステップと、を有する
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】最初に衝撃力を実測する際の衝突速度は、その
際の衝撃力が許容限度の衝撃力よりも十分に低い値とな
る様、装着部品の種類に応じて予め適当な値に設定す
る。これによって部品が損傷する虞れはない。

【０００９】ここで、衝突速度と衝撃力とは概ね比例関
係を有しているから、少なくとも１点における実測デー
タ(衝突速度及び衝撃力)によって両者の比例係数が判明
する。

【００１０】従って、以後の装着動作においては、最初
の装着動作によって得た比例係数に基づいて、或いは複
数回の装着動作によって蓄積したデータから得た比例係
数に基づいて、部品が損傷を受けない限度の衝撃力に応
じた適切な衝突速度を設定する。

【００１１】

【発明の効果】本発明に係る部品装着装置における衝撃
力の制御方法によれば、部品の種類毎に異なる衝突速度
と衝撃力の相互関係が実測データに基づいて解析され、
該関係に基づいて適切な衝突速度が設定されるから、高
い装着動作速度を維持したまま、部品の損傷を確実に防
止することが出来る。

【００１２】

【実施例】図４乃至図８は、本発明を実施すべき電子部
品自動装着装置の具体的な構成を示しており、先ず該装
置のメカニズムについて説明する。

【００１３】図４に示す如く電子部品自動装着装置(２)
は、機台上に、プリント基板(31)を搬送するための一対
のコンベヤ(32)(33)を具えると共に、電子部品を載置す
るための部品トレイ(30)を具え、更にコンベヤ(32)(33)
を挟んで両側には、テープ(38)に収容された電子部品を
１ピッチずつ送るテープフィーダユニット(37)と、電子
部品を縦積みした状態で収納する部品マガジン(39)を配
置している。

【００１４】電子部品を吸着保持するための吸着ヘッド
機構(４)をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるＸ−Ｙテ
ーブルは、機台上にＹ軸方向へ架設された一対のＹ軸方
向ガイド体(35)(36)と、該ガイド体に摺動可能に係合し
Ｙ軸方向に駆動されるＸ軸方向ガイド体(34)とを具え、
吸着ヘッド機構(４)は、Ｘ軸方向ガイド体(34)上にＸ軸
方向へ往復駆動可能に取り付けられている。

【００１５】吸着ヘッド機構(４)は、図５に示す如くＸ
軸方向ガイド体(34)上にヘッド昇降機構(５)を介して保
持されている。ヘッド昇降機構(５)は、Ｘ軸方向ガイド
体(34)に対して摺動可能に係合したＺ軸方向ガイド体(5
3)を具え、該Ｚ軸方向ガイド体(53)には、一対の軸受(5
5)(56)によって垂直に支持されたボールねじ(52)が配置
されている。該ボールねじ(52)には、Ｚ軸方向ガイド体
(53)に摺動可能に係合して上下動を案内された昇降ブロ
ック(54)が螺合している。

【００１６】ボールねじ(52)の上端部には、Ｚ軸方向ガ
イド体(53)上に設置されたモータ(51)が連結されてい
る。又、昇降ブロック(54)には、吸着ヘッド機構(４)に
突設した支持アーム(40)が固定されている。

【００１７】従って、モータ(51)の駆動によってボール
ねじ(52)が回転すると、ねじ推力によって昇降ブロック
(54)が昇降駆動され、これに伴って吸着ヘッド機構(４)
が昇降することになる。

【００１８】吸着ヘッド機構(４)は、図６に示す如く支
持アーム(40)に軸受(401)(402)を介して垂直に支持され
た外筒(44)を具え、該外筒(44)の内部に内筒(45)が配置
され、外筒(44)に対して軸方向の移動が可能で且つ相対
回転不能に係合している。

【００１９】内筒(45)の中央孔(46)は図示省略する真空
ポンプに連繋している。又、内筒(45)の下端部には、吸
着ノズル(41)を挟圧保持する一対の挟圧アーム(42)(42)
が取り付けられている。

【００２０】外筒(44)の下端部に一体に設けたドラム部
(49)の開口端面には、図７に示す如き円板状のバネ板部
材(61)が外周部にてねじ止め固定され、該バネ板部材(6
1)の内周部は、内筒(45)にねじ止め固定されている。
又、バネ板部材(61)の表面にストレインゲージ(62)(62)
が貼着され、後述の如く衝撃力を測定するための圧力セ
ンサー(６)を構成している。

【００２１】前記一対の挟圧アーム(42)(42)は、図８の
如く内筒(45)の下端部に枢支連結され、両アーム間にス
プリング(43)が張設されている。これによって、吸着ノ
ズル(41)は、両挟圧アーム(42)(42)によって着脱可能に
挟圧保持され、保持された状態で、ノズル孔は内筒(45)
の中央孔(46)と連通することになる。

【００２２】尚、図６の如く、外筒(44)にはタイミング
ベルト(48)によって駆動されるプーリ(47)が取り付けら
れており、図示省略する駆動機構によって外筒(44)を所
定角度だけ回転させて、吸着ノズル(41)に保持した電子
部品(３)の向きを任意に変えることが可能となってい
る。

【００２３】上記電子部品自動装着装置(２)は、図１に
示すマイクロコンピュータ(１)によって動作が制御され
ている。即ち、電子部品自動装着装置(２)の昇降駆動用
モータ(51)の制御においては、圧力センサー(６)の出力
信号がＡ／Ｄ変換器(13)を介してマイクロコンピュータ
(１)へ供給され、これに応じてマイクロコンピュータ
(１)がモータ制御信号を作成し、該信号はＤ／Ａ変換器
(11)を介してモータドライバー(12)へ送られ、これによ
ってモータ(51)の回転が制御されることになる。

【００２４】以下、圧力センサー(６)の検出信号に基づ
くモータ(51)の制御について説明する。尚、モータ(51)
の制御は、電子部品(３)がプリント基板(31)の表面に衝
突して衝撃力が発生する時点の前後で、前半の速度制御
と後半の圧力制御の２つから構成される。

【００２５】速度制御 本実施例の速度制御においては、前記吸着ヘッド機構
(４)によって保持した電子部品(３)をプリント基板(31)
上へ降下させるときの速度は、少なくともプリント基板
(31)に接近した後は一定値に制御する。図３は、その速
度制御の手続きを表わしている。

【００２６】先ず、マイクロコンピュータは、予め登録
されている情報から、吸着ヘッド機構が保持した電子部
品の種類を認識し(Ｓ１)、その種類に応じて、衝撃力に
よる損傷の虞れのない標準的な降下速度を設定する(Ｓ
２)。

【００２７】次に、前記標準降下速度によって、実際に
電子部品をプリント基板上に装着する動作を行なって
(Ｓ３)、そのときの衝撃力のピーク値を前記圧力センサ
ーからの検出信号によってサンプリングする(Ｓ４)。

【００２８】図９は、複数回のサンプリング結果をプロ
ットしたグラフであって、衝撃力のピーク値と衝突速度
の間には線形関係が成立していることが判る。従って、
前記装着動作の試行(Ｓ３)によって得られたサンプリン
グデータから図９の直線の傾き、即ち衝撃力のピーク値
／降下速度の係数が判明することになる。

【００２９】そこで、図３に示す如く、前記衝撃力ピー
ク値／降下速度の係数に基づいて(Ｓ５)、装着すべき電
子部品が受ける衝撃力の許容限度よりも僅かに低い最適
衝突速度を設定し(Ｓ６)、該衝突速度に応じたモータ回
転速度を実現するための制御信号を作成して、前記Ｄ／
Ａ変換器へ送出する。この結果、吸着ヘッド機構が降下
して、電子部品はプリント基板に衝突する。

【００３０】衝突時の衝撃力の立上り過程の値が所定値
を越えたかどうかを判断し(Ｓ８)、所定値を越えた時点
で後述の圧力制御に切り換える(Ｓ９)。そして、電子部
品の装着が完了すると、次の電子部品の装着動作へ移行
し、同様の処理を繰り返すのである。

【００３１】上述の速度制御による圧力センサ出力の変
化を図１０に示す。これに対して従来の経験的な速度調
節による圧力センサ出力の変化を図１１に示す。従来の
方法では、衝突時に衝撃力のピークが発生して、そのピ
ーク値は許容値を越えているが、本発明に係る制御方法
においては、圧力センサ出力に大きなピークは発生せ
ず、衝撃力は許容値以下に抑えられている。

【００３２】圧力制御 圧力制御は、前記速度制御によってプリント基板(31)の
表面に設置された電子部品(３)を更にプリント基板(31)
側へ押圧し、電子部品装着を完了する過程で行なわれる
制御であって、マイクロコンピュータ(１)内に予め設定
した加圧力の立上り波形を目標値として、モータ(51)を
フィードバック制御し、電子部品に加わる圧力を規定値
以下に抑制するものである。

【００３３】図２は圧力制御のためのフィードバック制
御系を示している。マイクロコンピュータ(１)内には、
図１２の波形Ａの如きランプ状、或いは図１３の波形Ａ
の如き一次遅れ状に立ち上がる加圧力の変化が予め設定
されており、これを目標値として、圧力センサー(６)に
よって検出した加圧力との偏差を、前記モータ(51)を含
む駆動系(21)へ入力する。又、電子部品及びプリント基
板を含む制御対象(22)から得られる加圧力は圧力センサ
ー(６)によって検出され、マイクロコンピュータ(１)へ
フィードバックされる。

【００３４】尚、上記圧力制御の終了時点は、例えば、
マイクロコンピュータが出力すべき目標値としての加圧
力パターンを図１２或いは図１３の波形Ａの如く適当な
位置で零に立ち下げることによって、或いは、速度制御
から圧力制御に切り換わった後の経過時間を計測し、一
定時間が経過したときに強制的にモータ駆動を停止する
等の方法により、適切な時点に設定出来る。

【００３５】図１２の波形Ｂは、ランプ状の目標値波形
Ａに対する加圧力の応答を示している。又、図１３の波
形Ｂは、図１２の目標値波形を一次遅れフィルターで処
理した目標値波形Ａに対する加圧力の応答を示してい
る。

【００３６】一方、図１４の波形Ｂは、従来のステップ
状の目標値波形Ａに対する加圧力の応答を示し、図示の
如く該応答波形には、立上り時に大きなオーバシュート
が発生しているばかりでなく、その後の変動幅が大き
い。

【００３７】これに対し、図１２の応答波形Ｂでは、立
上り時のオーバシュートが低く抑えられ、然もその後の
変動幅も著しく減少している。更に図１３の応答波形Ｂ
では、立上り時のオーバシュートは完全に消滅してい
る。

【００３８】従って、上記圧力制御によれば、適切な押
圧力を電子部品に作用せしめることによって、電子部品
に損傷を与えることなく、確実な装着動作が実現される
ことになる。

【００３９】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

【００４０】例えば、本実施例では、衝突速度と衝撃力
を線形関係で表わしたが、本発明を実施する装置の構成
によっては、多項式近似等の曲線近似を用いることも有
効である。又、加圧制御を行なう度に衝撃力のピーク値
をサンプリングして蓄積し、過去の一連のサンプリング
データに基づいて、次回の衝突速度を設定する方法も可
能である。更に本発明は、電子部品自動装着装置以外の
種々の部品装着装置、例えばロボットを用いた自動組立
て装置等にも実施出来るのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施すべき電子部品自動装着装置の全
体構成を示すブロック図である。

【図２】圧力制御系を示すブロック図である。

【図３】速度制御の手続きを示すフローチャートであ
る。

【図４】電子部品自動装着装置の外観を示す斜視図であ
る。

【図５】ヘッド昇降機構に取り付けられた吸着ヘッド機
構の外観を示す斜視図である。

【図６】吸着ヘッド機構の断面図である。

【図７】圧力センサーの構成を示す一部破断斜視図であ
る。

【図８】吸着ヘッド機構のノズル部の拡大断面図であ
る。

【図９】衝突速度と衝撃力のピーク値の関係を示すグラ
フである。

【図１０】速度制御による圧力センサ出力を示す波形図
である。

【図１１】従来の圧力センサ出力を示す波形図である。

【図１２】圧力制御におけるランプ状の目標値波形に対
する加圧力の応答を示す波形図である。

【図１３】圧力制御における一次遅れ状の目標値波形に
対する加圧力の応答を示す波形図である。

【図１４】従来のステップ状の目標値波形に対する加圧
力の応答を示す波形図である。

【符号の説明】

(２) 電子部品自動装着装置 (３) 電子部品 (４) 吸着ヘッド機構 (41) 吸着ノズル (５) ヘッド昇降機構 (51) モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−120894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−272718（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−4600（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−150829（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−252328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−22292（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23P 19/04 H05K 13/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】往復装置に保持した部品を装着面へ向けて
   移動せしめ、装着面上の所定位置に前記往復装置を降下
   させて前記部品を装着する動作を繰り返す部品装着装置
   において、前記部品を装着する際に前記部品が受ける衝
   撃力により部品が損傷する虞れのない前記往復装置の降
   下速度を前記部品の種類に応じて設定するステップと、
   前記降下速度での装着動作により部品が受ける衝撃力を
   実測するステップと、前記実測した衝撃力と前記往復装
   置の降下速度との関係から前記部品が受ける衝撃力の許
   容限度より僅かに低い前記往復装置の最適降下速度を決
   定し設定するステップと、を有することを特徴とする部
   品装着装置における衝撃力の制御方法。