JP4943230B2

JP4943230B2 - 部品実装装置

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Publication number: JP4943230B2
Application number: JP2007141835A
Authority: JP
Inventors: 勝斉藤
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008300409A

Description

本発明は、部品実装装置に係り、特に、部品を吸着して基板に加圧搭載するための搭載ヘッドと、部品搭載時の圧力を検出する荷重検出器とを有する部品実装装置に用いるのに好適な、部品搭載時の搭載ヘッドによる加圧を安定に制御可能とする部品実装装置に関する。

従来、電子部品を基板に圧接する際の圧接荷重を制御する部品実装装置として、特許文献１に示すものがあげられている。その構成についてまず説明する。

図１３に示す如く、従来の部品実装装置１は、電子部品２を基板４に固定するコレット６と、該コレット６と突出部８とを有する搭載ヘッド１０と、一定の圧力で突出部８を基板側に加圧するシリンダ１２と、該突出部８から受ける荷重を出力信号に変換するロードセル１４と、前記搭載ヘッド１０とシリンダ１２とロードセル１４とを備える筐体１６と、筐体１６に固定されたボールねじ１８を回転させるモータ２０と、前記ロードセル１４からの電気信号に基づいて該モータ２０を制御するＣＰＵ２２と、基板４を固定するステージ２４と、を有する。

次に、動作について説明する。モータ２０がボールねじ１８を回転させ、筐体１６をステージ２４に向けて下降させる。電子部品２が基板４に接触すると、ロードセル１４にかかる荷重は減少していくこととなる。従って、所定の圧力がロードセル１４にかかるように、ＣＰＵ２２は、ロードセル１４からの出力信号に基づきモータ２０を制御することができる。すなわち、ロードセル１４への荷重管理により、電子部品２にかかる圧接荷重を制御することができる。

特開２００１−１２７０８１号公報

しかしながら、特許文献１に示すような従来の部品実装装置１であると、振動や電気的なノイズのためにロードセル１４の出力信号が振れてしまい、安定した信号が得られない問題があった。

このような場合に、ローパスフィルタをかけて出力信号を安定させようとしても、従来はローパスフィルタの種類を固定としているために、部品実装装置１の置かれた環境によって最適なローパスフィルタではない可能性が生じていた。すなわち、使用環境などを考慮した適切なローパスフィルタでない場合には、ロードセル１４から出力される荷重に対する出力信号の周波数とローパスフィルタの周波数特性が異なることとなり、出力信号のばらつきがほとんど変化せず、安定した出力信号が得られないという問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、予め荷重検出器の出力信号の振れに複数のフィルタを適用して、その振れを少なくするフィルタを選び、選択されたフィルタで荷重検出器の出力信号を処理することで、部品搭載時の適切な加圧制御を可能とする部品実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、部品を吸着して基板に加圧搭載するための搭載ヘッドと、部品搭載時の圧力を検出する荷重検出器とを有する部品実装装置において、前記荷重検出器の出力信号に適用可能な複数のフィルタと、前記複数のフィルタの中からフィルタを選択する手段と、を有し、前記搭載ヘッドの停止時に、前記荷重検出器の出力信号の振れ値に対して前記複数のフィルタを適用して、該出力信号の振れ値が小さくなるフィルタを選択し、前記部品搭載時に、前記荷重検出器の出力信号に選択された該フィルタを適用することで、前記搭載ヘッドの加圧制御がなされるようにしたことにより前記課題を解決したものである。

本発明によれば、搭載ヘッドの停止時において、一定時間に荷重検出器から出力される電気信号に複数のフィルタを適用してその振れを求め、装置の使用環境と状況にあった適切なフィルタを前記複数のフィルタのうちから選択することができるので、荷重検出器の出力信号にそのフィルタを適用することで、高精度且つ安定した加圧制御が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

まず、本発明の第１実施形態について図１から図１２を用いて説明する。図１は本実施形態に係る部品実装装置全体の斜視図、図２は構成全体のブロック図、図３は搭載ヘッドの構成図、図４はロードセル配置図、図５は搭載ヘッドとロードセルとＣＰＵとの関係を表すブロック図、図６はローパスフィルタの回路図、図７はローパスフィルタの周波数特性図、図８は部品の圧着搭載を表すフローチャート、図９は搭載ヘッド動作とロードセル出力との関係を表すタイミングチャート、図１０は本実施形態の搭載ヘッドの構成図、図１１はオートフィルタサーチのフローチャート、図１２は実際のロードセルの出力値に基づく部品加圧結果を表す図である。

部品実装装置全体について、図１と図２を用いて、詳細に説明する。

部品実装装置１００は、搭載ヘッド１１０と、部品実装装置１００の前部に配設されるＸ軸移動機構１６０と、Ｙ軸移動機構１７０と、部品実装装置１００中央部から少し後方で左右方向に延在する回路基板搬送路１８０と、部品搭載カメラ１９８と、部品実装装置１００の前部（図示の下側）に配設され、基板１０４に実装される部品１０２を供給する部品供給部２００と、コントローラ２１２等（図２）を格納している本体２１０と、を有する。

前記搭載ヘッド１１０は、吸着ノズル１４２を垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構（図示せず）を備え、また吸着ノズル１４２をノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸移動機構（図示せず）を備えている。また、搭載ヘッド１１０には、基板１０４上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１５８が搭載されている。この搭載ヘッド１１０の構造については更に詳しく、後述することとする。

前記Ｘ軸移動機構１６０は、Ｘ軸移動機構の駆動源であるＸ軸モータ１６２により、搭載ヘッド１１０をＸ軸方向に移動することができる。

前記Ｙ軸移動機構１７０は、Ｙ軸移動機構の駆動源であるＹ軸モータ１７２により、搭載ヘッド１１０を備えるＸ軸移動機構１６０をＹ軸方向に移動することができる。

前記回路基板搬送路１８０は、複数の部品実装装置と実装ラインを構成したときなどにおいて、両側の部品実装装置からの基板１０４の受け取り、受け渡しをするためのものであり、回路基板１０４を部品実装装置１００の所定の位置に移動・搬送することができる。

前記部品認識カメラ１９８（撮像手段）は、部品供給部２００の測部に設けられ、吸着ノズル１４２に吸着された部品１０２を下方から撮像するように配置されている。

前記本体２１０は、コントローラ２１２と、記憶装置２１４と、表示装置２１６と、キーボード２１８と、マウス２２０と、画像認識装置２２２と、を有する。

前記コントローラ２１２は、例えば、装置全体を制御するＣＰＵなどのマイクロコンピュータであり、ＲＡＭとＲＯＭなどを有する。図２のブロック図に示す如く、各構成要素に接続されて、部品実装装置１００全体を制御することができる。

前記記憶装置２１４は、例えば、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード２１８とマウス２２０により入力された部品データ、および図示しないホストコンピュータから供給される部品データなどを格納するのにも用いることができる。

前記表示装置（モニタ）２１６は、例えば、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１９８で撮像した部品の画像などをその表示面に表示することができる。

前記キーボード２１８とマウス２２０は、例えば、部品データなどのデータ入力をするために用いることができる。

前記画像認識装置２２２は、部品認識カメラ１９８に接続され、吸着ノズル１４２に吸着された部品１０２の画像認識を行うもので、Ａ／Ｄ変換器２２４、ＣＰＵ２２６及びメモリ２２８から構成することができる。部品認識カメラ１９８から出力される部品１０２のアナログ画像信号を、Ａ／Ｄ変換器２２４によりデジタル信号に変換してメモリ２２８に格納して、ＣＰＵ２２６が前記画像データに基づいて吸着された部品１０２の認識を行う。すなわち、画像認識装置２２２は、部品１０２の中心と吸着角度を演算し、部品１０２の吸着姿勢を認識することができる。また、画像認識装置２２２は、基板認識カメラ１５８で撮像された基板マークの画像データを処理して基板マーク位置を演算する機能も有する。これら２種類の画像データを処理して、両方の補正データをコントローラ２１２へ転送する機能も有する。

次に、各構成要素である、搭載ヘッド１１０、基板搭載テーブル１８４、フィルタについて説明する。

最初に、搭載ヘッド１１０について、図３を用いて、詳細に説明を行う。

搭載ヘッド１１０は、ヘッドベース１１２に取付けられて吸着ノズル１４２をＺ軸移動させるためのＺ軸移動機構と、同じくヘッドベース１１２に取付けられて吸着ノズル１４２を回転させるθ回転機構と、Ｚ軸移動機構によりＺ軸方向に移動する垂直Ｚ駆動部１２２に取付けられて部品１０２に圧力をかけるためのボイスコイルモータ１５０（以下、ＶＣＭと称する）と、を有する。

前記Ｚ軸移動機構において、ヘッドベース１１２は、Ｘ軸移動機構１６０と接続される支持具であり、後述する上側ストッパ１１４を有する。Ｚ軸モータ１１６は、吸着ノズル１４２を昇降させるＺ軸移動機構の駆動源であり、ヘッドベース１１２の上部に取付けられる。そして、Ｚ軸モータ１１６は、カップリング１１８を介してねじ部１２０に連結している。ねじ部１２０は、ボールねじのナット１２６と回動可能に連結しており、ナット１２６には垂直Ｚ駆動部１２２が固定される。垂直Ｚ駆動部１２２は、後述する下側ストッパ１２４を有して、ヘッドベース１１２との間にリニアガイド１２８を備えている。従って、Ｚ軸モータ１１６によりねじ部１２０が回転すると、垂直Ｚ駆動部１２２がスムーズにＺ軸方向に上下動する。

前記θ軸移動機構、および、吸着ノズル１４２において、ヘッドベース１１２の上部には、θ軸回転機構の駆動源であり、吸着ノズルをそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させることで部品１０２を回転動作させるθ軸モータ１３０と、θ軸モータ１３０の動力を垂直回転駆動シャフト１３４に伝えるベルト１３２と、垂直回転駆動シャフト１３４と、スプライン軸受とベアリングで構成された垂直回転駆動部軸受１３６と、が取付けられている。垂直回転駆動シャフト１３４は、ノズルシャフト１３８と同軸一体であり、垂直回転駆動シャフト１３４に連動してノズルシャフト１３８が回転する。ノズルシャフト１３８は、後述する上側ストッパ１４６と、下側ストッパ１４８とを有し、垂直Ｚ駆動部１２２に設けられたボールブッシュ１４４により保持されている。このためノズルシャフト１３８は、Ｚ軸方向およびθ軸方向にスムーズに動作可能である。ノズルシャフト１３８の下方の先端には、ノズルチャック機構１４０があり、吸着ノズル１４２を保持、交換できる構造となっている。吸着ノズル１４２は部品１０２の吸着保持が自在であり、基板１０４に部品１０２を搭載することができる。

前記ＶＣＭ１５０は、部品１０２に対する加圧用に用いられ、垂直Ｚ駆動部１２２に取付けられている。ＶＣＭ１５０は、垂直Ｚ駆動部１２２に固定されているコイルからなる固定子１５２と、ノズルシャフト１３８に取付けられている永久磁石からなる可動子１５４と、から構成される。このためノズルシャフト１３８はＶＣＭ１５０の駆動により上下動作可能である。すなわち、ＶＣＭ１５０へ入力される電圧が大きければ、大きな力が発生して長い距離の移動が実現されるが、移動がなければ、入力電圧に応じた加圧をすることができる。ここで、固定子１５２とヘッドベース１１２との間のノズルシャフト１３８上には、上側ストッパ１４６が取付けられている。ＶＣＭ１５０が上方に大きく駆動しようとする場合には、上側ストッパ１４６がヘッドベース１１２の上側ストッパ１１４に当接することとなり、ＶＣＭ１５０の上方への移動ストロークが適切な範囲に規制される。同様に、可動子１５４と垂直Ｚ駆動部１２２との間のノズルシャフト１３８上には、下側ストッパ１４８が取付けられている。ＶＣＭ１５０が下方に大きく駆動しようとする場合には、下側ストッパ１４８が垂直Ｚ駆動部１２２の下側ストッパ１２４に当接することとなり、ＶＣＭ１５０の下方への移動ストロークが適切な範囲に規制される。

次に、基板搭載テーブル１８４について、図３と図４を用いて説明する。なお、図４においては、説明の容易化のため、基板搭載テーブル１８４が透明化されている。基板搭載テーブル１８４は、回路基板搬送路１８０により所定の位置に基板１０４が搬送されてきた場合に基板１０４を固定端子１８２で該基板搭載テーブル１８４上に固定することで、基板１０４の所定の位置に正確かつ安定した部品１０２の実装を行なうことができる。基板搭載テーブル１８４の下部には荷重検出器、本実施形態では例えばロードセル１８６が使用され、基板搭載テーブル１８４の４隅に配置固定される。ロードセル１８６の下側にはロードセル取付け台１８８が接続される。ロードセル取付け台１８８には、ロードセル１８６に過負荷がかかり、ロードセル１８６がたわみ過ぎて破壊されることを防止するためのロードセルストッパ１９０が設けられる。そして、ロードセル１８６は、ロードセル１８６の出力信号を増幅するロードセルアンプ１９２に接続される。

以上述べてきた、搭載ヘッド１１０と、ロードセル１８６と、部品実装装置１００のコントローラ２１２との関係を、図５を用いて説明する。搭載ヘッド１１０は、Ｚ軸モータ１１６と、θ軸モータ１３０と、ＶＣＭ１５０と、各ドライバ１１６ａ、１３０ａ、１５０ａと、Ｚ軸エンコーダ１１６ｂと、θ軸エンコーダ１３０ｂと、を有する。本体２１０は、ロードセル１８６と、ロードセルアンプ１９２と、動作の制御を行うコントローラ２１２と、を有する。Ｚ軸ドライバ１１６ａとθ軸ドライバ１３０ａは、コントローラ２１２に接続され、コントローラ２１２はＺ軸ドライバ１１６ａとθ軸ドライバ１３０ａを介してＺ軸エンコーダ１１６ｂとθ軸エンコーダ１３０ｂの出力値を参照でき、コントローラ２１２の指令に基づいてＺ軸モータ１１６とθ軸モータ１３０を動作させる。ロードセル１８６に接続されたロードセルアンプ１９２は、ＶＣＭドライバ１５０ａに接続される。コントローラ２１２は、ＶＣＭドライバ１５０ａを介してロードセルアンプ１９２から出力されるロードセル１８６の出力値をコントローラ２１２で処理する。処理した結果に基づいて、コントローラ２１２はＶＣＭドライバ１５０ａへ指令を送り、ＶＣＭ１５０を動作させる。

次に、本実施形態の特徴的な要素であるフィルタについて、詳細に説明する。本実施形態におけるフィルタは、図６に示すローパスフィルタ２３０であり、コントローラ２１２上で実現されている。部品実装の制御に影響しない高い周波数成分を取り除くことを目的とするために、ローパスフィルタ２３０は、制御の際のロードセル１８６の出力値を取り込むサンプリング周波数から算出される。本実施形態では、ロードセル１８６の出力値の読み込みサンプリング時間を５ｍｓｅｃとしているので、サンプリング周波数は２００Ｈｚとなる。よって１つのローパスフィルタ２３０ａの遮断周波数は、例えば、余裕を見て２５０Ｈｚと設定することができる。ローパスフィルタ２３０の遮断周波数は、低くすると応答性が落ちるのでなるべく高いほうが望ましい。従って、２５０Ｈｚの２倍の周波数である５００Ｈｚをもう１つのローパスフィルタ２３０ｂの遮断周波数とする。

図６に、本実施形態におけるローパスフィルタ２３０の回路図を示す。この回路は、２次のローパスフィルタであり、２本の抵抗Ｒ１、Ｒ２と、２本の容量Ｃ１、Ｃ２と、１つのオペアンプを有する。このような２次のフィルタを用いることで、１次フィルタを用いるより、急峻な高周波成分のカットが可能である。オペアンプはボルテージフォロアを構成している。なお、本実施形態では、この回路をコントローラ２１２上のソフトウェアで実現している。

このローパスフィルタは以下のような特性を有する。

ｆ０=１/２/π/(Ｃ１*Ｃ２*Ｒ１*Ｒ２)^１/２・・・・（１）
ζ =(１/２)*(Ｃ２/Ｃ１)^１/２*(Ｒ１+Ｒ２)/(Ｒ１*Ｒ２)^１/２・・・・（２）

ここで、ｆ０は遮断周波数（Ｈｚ）で、ζは周波数ｆ０におけるローパスフィルタの肩特性を表す減衰定数である。

Ｒ１=Ｒ２（=Ｒ）としているので、式（１）、（２）は、それぞれ式（３）、（４）となる。

ｆ０=１/２/π/Ｒ/(Ｃ１*Ｃ２)^１/２・・・・（３）
ζ = (Ｃ２/Ｃ１)^１/２・・・・（４）

ローパスフィルタが本実施形態ではバタワース型であるので、ζ=０．７０７となり、式（３）、（４）より、Ｃ１、Ｃ２は式（５）、（６）のように定められる。

Ｃ１=１/２^１/２/π/Ｒ/ｆ０・・・・（５）
Ｃ２= (Ｃ１)/２・・・・（６）

図７（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、上記２種類の遮断周波数のローパスフィルタ２３０ａ、２３０ｂの概略的な周波数特性を示す。

このように、２種類のフィルタを適用する場合でも、回路をソフトウェアで実現しているので、コントローラ２１２上で複数のフィルタを試すことができ、部品実装装置１００のハードウェアの変更にかかる費用と開発期間を大幅に削減可能である。

次に、本実施形態の作用について説明する。

部品実装時において、本実施形態に係る部品実装装置１００は、部品１０２を吸着して、部品１００を移動させて、部品１００を圧着搭載するという動作を行うので、最初に、部品の吸着動作について説明する。

まず、搭載ヘッド１１０を、Ｘ軸移動機構１６０、Ｙ軸移動機構１７０を動作させて部品供給部２００の上方の所定位置に移動させる。そして、Ｚ軸モータ１１２を駆動させ垂直Ｚ駆動部１２２を下降させて、吸着ノズル１４２を部品１０２に高速で近づけていく。この時、ＶＣＭ１５０に電圧を入力して下方向にノズルシャフト１３８を動かし（このときのＶＣＭ１５０への入力電圧は−側に印加する）、ノズルシャフト１３８の下側ストッパ１４８を垂直Ｚ駆動部１２２の下側ストッパ１２４に突き当てておく。

垂直Ｚ駆動部１２２は高速下降を続け、吸着ノズル１４２が搭載する部品１０２の吸着面高さの直前まで近づいたときに垂直Ｚ駆動部１２２を急速停止させる。このとき、可動子１５４とノズルシャフト１３８の重さと減速時の加速度により慣性の力が下方向に働くが、下側ストッパ１４８により位置が規制されているためにＶＣＭ１５０で発生している力以上の慣性力が下方向に働いても吸着ノズル１４２先端の位置に変化はなく、吸着ノズル１４２も直ちに停止する。

吸着ノズル１４２が停止維持された後に、ＶＣＭ１５０への入力電圧を＋側に増加させＶＣＭ１５０に上向きの力を発生させる。すなわち、垂直Ｚ駆動部１２２の下側ストッパ１２４に、下側ストッパ１４８から力が加わらないように、部品１０２との接触時の衝突荷重を低減させるようにＶＣＭ１５０の出力値を設定する。

上記ＶＣＭ１５０の出力値を維持したまま、Ｚ軸モータ１１６を駆動させて垂直Ｚ駆動部１２２を低速で下降させる。このとき、ＶＣＭ１５０の制御は部品１０２の圧着搭載とは異なり、オープンループ制御がなされる。

目標の部品１０２の吸着面に吸着ノズル１４２を下降させて、Ｚ軸モータ１１６の動作を停止する。

その後、エジェクタの電磁弁（いずれの図にも図示せず）をオンし、部品吸着のためのバキュームエアを吸着ノズル１４２の吸着孔に発生させ、部品１０２を吸着する。

次に、部品１０２の移動動作について説明する。

部品１０２を吸着した後に、Ｚ軸モータ１１６を動作させて垂直Ｚ駆動部１２２を上昇させることにより、吸着ノズル１４２を上昇させる。そして、Ｘ軸移動機構１６０とＹ軸移動機構１７０とにより搭載ヘッド１１０を部品認識カメラ１９８上部に移動させて、部品１０２を部品認識カメラ１９８で撮像する。

撮像された部品１０２の画像は、画像認識装置２２２で画像処理されて、その補正データがコントローラ２１２へ転送される。コントローラ２１２は、記憶装置２１４から基板補正データと当該部品１０２の部品データを読み出す。ここで、基板認識カメラ１５８で撮像された基板マークによる基板１０４の基板補正データ（Δｘ、Δｙ、Δθ）は記憶装置２１４に予め格納されている。そして、この部品データと、前記転送された画像認識装置２２２で演算された補正データである部品１０２の中心と部品１０２の傾きとを基にして、部品１０２の搭載位置と吸着姿勢とを認識する。

部品搭載位置と部品１０２の中心と吸着中心との間に位置ずれ、および、角度ずれが検出されると、これらのずれ量を補正するように、Ｘ軸モータ１６２、Ｙ軸モータ１７２、θ軸モータ１３０が駆動されて、部品１０２が基板１０４の所定位置上方に正しい姿勢（基準角度）で移動される。

次に、部品１０２の圧着搭載動作について説明する。部品１０２の吸着動作と重複部分を有するが、図８から図１０を用いて詳細に説明する。なお、Ｚ軸高さゼロとは、ノズルシャフト１３８の下側ストッパ１４８と垂直Ｚ駆動部１２２の下側ストッパ１２４とが当接した状態で、基板１０４の表面に部品１０２を負荷をかけずに載せたときの垂直Ｚ駆動部１２２の高さを定義する。そして、その位置を基準とした垂直Ｚ駆動部１２２の移動をＺ軸高さとして図９に示し、以下に説明する。

ＸＹ移動後のＺ軸高さ（Ｚ３とする）からＺ軸モータ１１６を駆動させ垂直Ｚ駆動部１２２を下降させて、部品１０２を吸着した吸着ノズル１４２を基板１０４の所定の場所に高速で近づけていく（図８のステップＳ２）。この時、図９のＴ１最初のＶＣＭ出力値に示す如く、ＶＣＭ１５０に電圧を入力して下方向にノズルシャフト１３８を動かし（このとき、ＶＣＭ１５０への入力電圧は−側に印加しており、例えば、部品搭載時の所定圧力が得られる出力値Ｖ２とする）、ノズルシャフト１３８の下側ストッパ１４８を垂直Ｚ駆動部１２２の下側ストッパ１２４に突き当てておく。この状態の搭載ヘッド１１０の様子が図１０である。

垂直Ｚ駆動部１２２の高速下降を続け（図８のステップＳ４）、搭載する部品１０２が搭載面高さの直前（このときのＺ軸高さをＺ１とする）で垂直Ｚ駆動部１２２を急速停止して維持させる（図８のステップＳ６）。このとき、可動子１５４とノズルシャフト１３８の重さと減速時の加速度により慣性の力が下方向に働くが、下側ストッパ１４８により位置が規制されているためにＶＣＭ１５０で発生している力以上の慣性力が下方向に働いても吸着ノズル１４２先端の位置に変化はなく、吸着ノズル１４２も直ちに停止する。

吸着ノズル１４２が停止維持された後に、ＶＣＭ１５０の入力電圧を＋側に増加させてＶＣＭ１５０の出力値を増加させる（図８のステップＳ８）。そして、ＶＣＭ１５０への入力電圧がゼロ、すなわち、ＶＣＭ１５０の出力値がゼロとなった時点で（図８のステップＳ１０）、図９のＴ２最初のＺ軸高さに示す如く、Ｚ軸モータ１１６を駆動させて垂直Ｚ駆動部１２２を、Ｔ１時の低下速度に比べて低速で、Ｚ１から下降させる（図８のステップＳ１２）。

ＶＣＭ１５０の出力値が増加して、ＶＣＭ１５０に上向きの力が発生するようになったとき、すなわち、垂直Ｚ駆動部１２２の下側ストッパ１２４に、下側ストッパ１４８から力が加わらないようになったとき、そのＶＣＭ１５０の出力値（Ｖ１とする）を維持する（ステップＳ１４）。この出力値がＶ１となることで、部品１０２と基板１０４との接触時の衝突荷重を低減させることができる。

吸着ノズル１４２の吸着した部品１０２が搭載される基板１０４に接触すると、基板１０４を支える基板搭載テーブル１８４に圧力が発生する。すると、その力がロードセル１８６に伝わり、ロードセルアンプ１９２より信号が出力されて、部品１０２のＺ軸高さゼロの接触タイミングＴ０が検出される（図８のステップ１６）。この接触タイミングＴ０で、今度はＶＣＭ１５０への入力電圧を−側に増加させて、すなわちＶＣＭ１５０の出力値を減少させて（図８のステップＳ１８）、ＶＣＭ１５０の出力値を上向きから下向きに切替えて吸着ノズル１４２から部品１０２に圧力を加えていく。そして、垂直Ｚ駆動部１２２は、予め設定したＺ軸高さであるＺ軸高さゼロより低い高さ（Ｚ２とする）、例えば、０．２ｍｍ下の高さまで下降し、動作を停止する（図８のステップＳ２０、Ｓ２２）。

一方、ＶＣＭ１５０への入力電圧は−側に増加していき、ＶＣＭ１５０の出力値が目標値であるＶ２となったら、その出力値Ｖ２を維持する（図８のステップＳ２４、Ｓ２６）。なお、ＶＣＭ１５０はロードセル１８６の出力値が目標荷重であるかをクローズループ制御を形成して判断するので、出力値Ｖ２が得られるときには、ロードセル１８６からは目標荷重に対応した所定の出力Ｌ１が得られる。なお、図９のＴ２の最後にＺ軸高さとＶＣＭ出力値が同時にそれぞれの目標値Ｚ２、Ｖ２となっているが、これは、Ｚ軸高さがＺ２となるタイミングで、ＶＣＭ出力値が目標値Ｖ２となるようにＶＣＭ１５０への入力電圧の減少比率を適合させた結果である。

図９のＴ３の最初に示す如く、Ｚ軸高さとＶＣＭ出力値が共に目標値となっていることを受けて、所定の時間Ｔ３の間、Ｚ軸高さＺ２とＶＣＭ出力値Ｖ２を維持する（図８のステップＳ２８）ことで加圧される。この間においては、ロードセル１８６の出力Ｌ１を一定にするようにＶ２が維持されるものである。Ｔ３経過後、バキュームエアを停止させて、Ｚ軸モータ１１６を動作させ垂直Ｚ駆動部１２２を上昇させる（図８のステップＳ３０）。そして、Ｘ軸移動機構１６０とＹ軸移動機構１７０とにより、搭載ヘッド１１０を次の部品１０２の吸着位置へ移動させる。

次に、搭載ヘッド１１０の停止時、例えば、部品実装前において、本実施形態に係る部品実装装置１００が行う、本実施形態の特徴的なオートフィルタサーチについて、図１１と図１２とを用いて以下に詳細に説明する。本実施形態で適用するローパスフィルタ２３０は、図６に示す如く、バタワース型の２次のローパスフィルタ２３０である。本実施形態においては、ローパスフィルタ２３０をソフトウェアにより実現しているので、オートフィルタサーチ全体を含むソフトウェアを記憶装置２１４から予めコントローラ２１２に読み出しておき、実行するものである。

まず、部品実装装置１００のＸＹＺθ軸の動作がなく部品実装前で、搭載ヘッド１１０が停止している状態において、ロードセル１８６の出力値を一定時間、例えば３秒間取り込むことができる（図１１のステップＳ４０）。

この一定時間取り込んだ各値について、例えば２種類のローパスフィルタ処理を行う（図１１のステップＳ４２）。ローパスフィルタの周波数は、制御の際のロードセルの出力値を取り込むサンプリング周波数から算出して、制御に影響しない高い周波数成分についてフィルタリングすることを目的とする。ここでは、遮断周波数の異なる２種類のローパスフィルタが３秒間の出力値に適用される。

次に、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚの２種類のローパスフィルタ２３０ａ、２３０ｂが適用された結果データに対して、ローパスフィルタ２３０ａ、２３０ｂ毎にロードセル１８６の出力値の振れを示す標準偏差３σを求める（図１１のステップＳ４４）。求めた結果は、例えば、２５０Ｈｚのローパスフィルタ２３０ａでは１５ｇで、５００Ｈｚのローパスフィルタ２３０ｂでは４０ｇである。

上記結果と使用環境や使用部品などを比較考慮して（図１１のステップＳ４６）、本実施形態では、上記標準偏差３σの最も振れ値の小さい、遮断周波数２５０Ｈｚのローパスフィルタ２３０ａが選択されたフィルタとして決定される（図１１のステップＳ４８）。

従って、部品実装時に、ロードセルアンプ１９２の出力値がコントローラ２１２に入力された場合には、コントローラ２１２内で、２５０Ｈｚのローパスフィルタ処理を行う。そして、その処理されたデータを荷重制御のロードセル１８６の出力値とみなして、その出力値に基づいてコントローラ２１２がＶＣＭ１５０の出力値を制御して荷重調整する。具体的には、オートフィルタサーチで決定されたフィルタ定数を、部品実装時に起動されるプログラムに書き込むことで、上述した制御を容易に実行することが可能である。本実施形態では、コントローラ２１２上で動くソフトウェア自身がフィルタの選択手段として機能することとなる。

本実施形態において、２５０Ｈｚの遮断周波数を有するローパスフィルタ２３０ａを適用して部品を加圧したときの結果を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）は同一の部品で同一の加圧条件であるが、ローパスフィルタ２３０ａがない状態で加圧したときの結果を示している。いずれも、部品を約０．６秒間、１５０ｇから２００ｇに至る荷重加圧を実施したが、本実施形態では、加圧精度を損なわずに、すなわち高精度に、そして安定した加圧が実行されている。

従って、ＸＹＺθ軸が停止されている部品実装前のロードセル１８６の出力値に複数のローパスフィルタ２３０を適用して、その結果データについて標準偏差３σを求め、その比較検討を行うことで、部品実装装置１００の使用環境にあったローパスフィルタ２３０を求めることが可能となる。よって、部品実装装置１００の使用環境に最適なローパスフィルタを使用して搭載ヘッド１１０による高精度で且つ安定した加圧制御が可能である。

なお、ローパスフィルタ２３０をかけない状態でロードセル１８６の出力値の標準偏差３σを測定することも可能となるので、部品実装装置１００の環境が設置に適合しているかを判断することも可能となる。

また、一定時間取り込んだロードセル１８６の出力値に対して標準偏差３σを計算し、ある一定値以上だった場合、例えば、ロードセル１８６の出力値が３σ＝３００ｇ以上だった場合に、エラー信号を出して装置が設置されている環境が、部品実装装置１００の搭載精度を確保できない環境であることをオペレータに知らせる設置環境の診断モードとして使用することも可能である。

以上、本実施形態では、ロードセル１８６の出力値に、遮断周波数が異なる２種類のバタワース型（多少遅延が生じても、遮断周波数より大きな周波数の減衰率が大きく、フィルタ特性の急峻で安定性の優れている）ローパスフィルタ２３０を適用したが、ベッセル型（フィルタ特性がやや緩やかでも、遅延が少なく高速性に優れている）のみで遮断周波数が異なるものや、バタワース型とベッセル型のフィルタを適用して比較しても本発明に含まれる。又、ローパスフィルタ２３０は２次だけでなく、１次や３次、４次などを適用しても良い。又、ロードセル１８６の出力値にＦＦＴ変換をかけて、周波数成分を求め、算出した周波数成分のピーク値に対して更に効果的なローパスフィルタ２３０を適用してもよい。又、ローパスフィルタ２３０に限らず、ノッチフィルタなどの特定の周波数のみ減衰するようなフィルタを用いても良い。

又、本実施例では、荷重検出器としてロードセル１８６を使用したが、荷重検出器は荷重を検出するセンサであればロードセル１８６に限定されるものではない。

又、オートフィルタサーチは、部品実装前だけに限られるのものではなく、搭載ヘッド１１０が停止している場合であれば、部品実装の途中で、定期的に行うことも本発明に含まれる。

又、オートフィルタサーチの段階だけは、フィルタをソフトウェアとして実現し、部品実装時には複数の、あるいは、１つで定数可変のハードウェアを、図５で示すＶＣＭ１５０とロードセルアンプ１９２との間に設けて、コントローラ２１２がフィルタの選択手段として機能して、定数とフィルタを選択する信号をハードウェアで構成されるフィルタに与えることも本発明に含まれることは言うまでもない。

又、本実施形態ではロードセル１８６の出力値に対して振れが最小となるローパスフィルタ２３０を決定したが、本発明はこれに限定されるものではない。実装部品が搭載不良を起こしづらいような、例えば、チップ抵抗、コンデンサなどの実装部品の種類などだけであれば、フィルタによる遅延を最小限とするフィルタの選択もなされるので、速度、安定性など総合的に比較してフィルタは決定されることを本発明が含むことは明白である。

又、本実施形態ではコントローラ２１２でロードセル１８６の出力値を処理していたが、本発明はこれに限られない。ロードセルアンプ１９２で処理し、処理した結果に基づいて、コントローラ２１２がロードセルアンプ１９２に処理方法を指示し、その処理方法に基づいて出力される結果に基づきＶＣＭ１５０を動作させるようにＶＣＭドライバへ指令を送る場合や、コントローラ２１２の指示に基づき、ＶＣＭドライバ１５０ａでロードセル１８６の出力を処理させてＶＣＭ１５０を動作させる場合も当然に本発明に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る部品実装装置全体の斜視図同じく構成全体のブロック図同じく搭載ヘッドの構成図同じくロードセル配置図同じく搭載ヘッドとロードセルとＣＰＵとの関係を表すブロック図同じくローパスフィルタの回路図同じくローパスフィルタの周波数特性図同じく部品の圧着搭載を表すフローチャート同じく搭載ヘッド動作とロードセル出力との関係を表すタイミングチャート同じく搭載ヘッドの構成図同じくオートフィルタサーチのフローチャート同じく実際のロードセルの出力値に基づく部品加圧を表す図従来の部品実装装置の概略図

符号の説明

１、１００…部品実装装置
２、１０２…部品
４、１０４…基板
１４、１８６…ロードセル
１６…筐体
２０…モータ
２２…ＣＰＵ
２４…ステージ
１１０…搭載ヘッド
１１２…ヘッドベース
１１４、１４６…上側ストッパ
１１６…Ｚ軸モータ
１２２…垂直Ｚ駆動部
１２４、１４８…下側ストッパ
１３０…θ軸モータ
１３８…ノズルシャフト
１４２…吸着ノズル
１５０…ＶＣＭ
１５８…基板認識カメラ
１６０…Ｘ軸移動機構
１６２…Ｘ軸モータ
１７０…Ｙ軸移動機構
１７２…Ｙ軸モータ
１８０…基板搬送路
１８４…基板搭載テーブル
１９２…ロードセルアンプ
１９８…部品認識カメラ
２００…部品供給部
２１０…本体
２１２…コントローラ
２１４…記憶装置
２２２…画像認識装置
２３０、２３０ａ、２３０ｂ…ローパスフィルタ

Claims

部品を吸着して基板に加圧搭載するための搭載ヘッドと、部品搭載時の圧力を検出する荷重検出器とを有する部品実装装置において、
前記荷重検出器の出力信号に適用可能な複数のフィルタと、
前記複数のフィルタの中からフィルタを選択する手段と、を有し、
前記搭載ヘッドの停止時に、前記荷重検出器の出力信号の振れ値に対して前記複数のフィルタを適用して、該出力信号の振れ値が小さくなるフィルタを選択し、
前記部品搭載時に、前記荷重検出器の出力信号に選択された該フィルタを適用することで、前記搭載ヘッドの加圧制御がなされるようにされていることを特徴とする部品実装装置。