JP4943297B2 - Method and apparatus for controlling pressure mounting head - Google Patents
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Description
本発明は、加圧搭載ヘッドの制御方法及び装置に係り、特に、電子部品をプリント基板又は液晶やディスプレイパネル基板等に自動的に実装する電子部品実装装置に用いるのに好適な、部品供給部から部品をノズルにより取り出して、加圧しながら基板上に搭載する加圧搭載ヘッドの制御方法及び装置に関する。 The present invention relates to a pressure mounting head control method and apparatus, and in particular, a component supply unit suitable for use in an electronic component mounting apparatus that automatically mounts electronic components on a printed circuit board or a liquid crystal display panel substrate or the like. The present invention relates to a method and apparatus for controlling a pressure mounting head that takes out components from a nozzle and mounts them on a substrate while applying pressure.
電子部品実装装置に用いる加圧搭載ヘッドとして、出願人は、特許文献１や２に記載した装置を提案している。
As a pressure mounting head used in an electronic component mounting apparatus, the applicant has proposed an apparatus described in
特許文献１や２に記載した加圧搭載ヘッドにおいて、部品吸着時の加工動作は、特許文献１や２の図１乃至図３に示される如く、次のようにして行なう。
In the pressure mounting head described in
即ち、図２に示される動作制御手段６０の制御に従い、図１に示される第一の上下動手段２０の上下動モータ２１により可動ブラケット１４を下降目標位置に向けて下降駆動する（図３のステップＳ１２）。
That is, according to the control of the operation control means 60 shown in FIG. 2, the movable bracket 14 is driven downward toward the lowering target position by the
また、このとき、動作制御手段６０の制御に従い、第二の上下動手段３０のボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭ）３４により、下部フランジ３５ｂがスラスト軸受３５ｄに加圧当接するまで下降駆動し、回転ケース３１の上下振動を防止する（ステップＳ１３：下降ノズル保持制御部としての制御）。 At this time, in accordance with the control of the operation control means 60, the voice coil motor (hereinafter referred to as VCM) 34 of the second vertical movement means 30 is driven downward until the lower flange 35b comes into pressure contact with the thrust bearing 35d. The vertical vibration of the case 31 is prevented (step S13: control as a descending nozzle holding control unit).
可動ブラケット１４の下降動作中において、動作制御手段６０は、ロードセル１５の出力に基づく加圧力の検出値が初期荷重と下降時閾値との合計値を超えるか否かを判断し（ステップＳ１４）、超えない場合には、エンコーダ２２の出力から下降目標位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ１５）。到達しない場合には、動作制御手段６０は、再びステップＳ１４の処理に戻る。 During the lowering operation of the movable bracket 14, the operation control means 60 determines whether or not the detected value of the applied pressure based on the output of the load cell 15 exceeds the total value of the initial load and the lowering threshold value (step S14). If not, it is determined whether or not the lowering target position has been reached from the output of the encoder 22 (step S15). If not, the operation control means 60 returns to the process of step S14 again.
一方、可動ブラケット１４の下降により、吸着ノズル１２の先端部が電子部品Ｃに当接すると、ロードセル（以下、ＬＣ）１５の検出圧力が増加し、初期荷重と下降時閾値との合計値に到達し、超えることとなる。これにより、動作制御手段６０は、第二の上下動手段３０のＶＣＭ３４を上昇駆動させる動作制御を行なう（ステップＳ１７：加圧補正制御部としての制御）。再び、ステップＳ１４に戻り、動作制御手段６０は、ＬＣ１５の検出圧力を、初期荷重と下降時閾値との合計値と比較し、未だ、検出圧力が上回る場合には更に第二の上下動手段３０による回転ケース３１の上昇駆動制御を行なう（ステップＳ１７）。そして、検出圧力が下回る場合には、ステップＳ１５に移行し、動作制御手段６０は、可動ブラケット１４の現在位置確認を行なう。 On the other hand, when the tip of the suction nozzle 12 comes into contact with the electronic component C due to the lowering of the movable bracket 14, the detected pressure of the load cell (hereinafter referred to as LC) 15 increases and reaches the total value of the initial load and the lowering threshold value. And will exceed. Thereby, the operation control means 60 performs operation control for driving the VCM 34 of the second vertical movement means 30 upward (step S17: control as a pressure correction control unit). Returning to step S14 again, the operation control means 60 compares the detected pressure of the LC 15 with the total value of the initial load and the lowering threshold value. Ascending drive control of the rotary case 31 is performed (step S17). If the detected pressure is lower, the process proceeds to step S15, and the operation control means 60 confirms the current position of the movable bracket 14.
可動ブラケット１４が下降目標位置に到達したと判定されると、動作制御手段６０は第一の上下動手段２０の駆動を停止する（ステップＳ１６）。これにより、吸着ノズル１２の下降動作制御は終了する。なお、かかる下降動作制御の終了後は、吸着ノズル１２の先端部は電子部品Ｃに目標とする加圧力で当接した状態にあり、動作制御手段６０は、吸気供給手段４０の駆動を開始する動作制御を行ない、吸着ノズル１２内を負圧として先端部に電子部品Ｃの吸着を行なう。 If it is determined that the movable bracket 14 has reached the lowering target position, the operation control means 60 stops driving the first vertical movement means 20 (step S16). Thereby, the lowering operation control of the suction nozzle 12 ends. After the end of the descent operation control, the tip of the suction nozzle 12 is in contact with the electronic component C with a target pressure, and the operation control means 60 starts driving the intake air supply means 40. Operation control is performed, and the electronic component C is sucked to the tip portion by using the suction nozzle 12 as a negative pressure.
しかしながら、特許文献１や２に記載の技術では、次のような問題があった。
However, the techniques described in
（１）電子部品が搭載される基板に撓み等があると、押し込み動作をしても、ＬＣ１５で検出される加圧力が増加しない状態となるので、ＶＣＭ３４は、吸着ノズル１２を更に下げるべく出力を上昇させ続けてしまう。 (1) If the substrate on which the electronic component is mounted is bent or the like, the pressing force detected by the LC 15 does not increase even if the pushing operation is performed. Therefore, the VCM 34 outputs to further lower the suction nozzle 12. Will continue to rise.
（２）基板の搭載面の高さが理論上の高さよりも低い高さであった場合に、押し込み量が充分に確保できずに、ＬＣ１５で検出される加圧力が目標加圧力に到達する前に移動規制手段（メカニカルストッパー）３５にあたってしまうと、ＶＣＭ３４は、加圧力を目標加圧力とするべく、出力を上昇させ続けてしまう。 (2) When the height of the mounting surface of the substrate is lower than the theoretical height, the pressing amount cannot be secured sufficiently, and the pressing force detected by the LC 15 reaches the target pressing force. If the movement restricting means (mechanical stopper) 35 is contacted before, the VCM 34 continues to increase the output so that the applied pressure becomes the target applied pressure.
（３）以上のように、ＶＣＭ３４により加圧動作をしても、加圧力を検出するＬＣ１５の出力が上がらずにＶＣＭ３４の出力を上げ続けてしまい、コイル３４ｂの焼損や発熱等が起きるという問題が発生する。 (3) As described above, even when a pressure operation is performed by the VCM 34, the output of the LC 15 for detecting the pressurizing force does not increase, and the output of the VCM 34 is continuously increased, and the coil 34b is burned out or generates heat. Occurs.
又、（４）ノズル高さが下降目標位置に到達しても基板に接触していない場合、ノズルが基板面に接触しないために加圧ができない。しかし、ＬＣ１５の出力が上がらないためにＶＣＭ３４は負荷をかけ続けてしまうという問題があった。 (4) If the nozzle height does not contact the substrate even when it reaches the lowering target position, pressurization cannot be performed because the nozzle does not contact the substrate surface. However, there is a problem that the VCM 34 continues to apply a load because the output of the LC 15 does not increase.
又、広範囲の荷重を検出しようとした場合、高容量のＬＣを使用すると、ＬＣ出力をＡ／Ｄ変換してデータを取り込む際に分解能が悪くなったり、高分解能のＡ／Ｄ変換器が必要になったり、Ｓ／Ｎ比が悪くなりノイズ等の影響で精度が悪化してしまう等の問題があった。 Also, when trying to detect a wide range of loads, if a high-capacity LC is used, the resolution will deteriorate when A / D conversion is performed on the LC output, and a high-resolution A / D converter is required. Or the S / N ratio deteriorates and the accuracy deteriorates due to noise or the like.
又、上記問題から高荷重用にＬＣをもう１台組み込もうとする場合、圧力検出するためにヘッド内部の加圧検出部内部にＬＣ及びばね等を設けているため、構造が複雑になり、ヘッドの高さが長くなってしまい、重量増加やメンテナンス性の悪化やコストアップ等の問題があった。 Also, if another LC is to be installed for high loads due to the above problems, the structure is complicated because the LC and springs are provided inside the pressure detector inside the head to detect the pressure. As a result, the height of the head becomes long, which causes problems such as an increase in weight, deterioration in maintainability, and cost increase.
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、加圧駆動源の過負荷を検知して、温度上昇や焼損を防ぐことを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to detect an overload of a pressure drive source and prevent a temperature rise and burning.
本発明は、部品供給部から部品をノズルにより取り出して、加圧しながら基板上に搭載する加圧搭載ヘッドの制御に際して、少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方と、加圧力を監視し、少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方と、加圧力の状態に応じて、エラーを判定するようにして、前記課題を解決したものである。 The present invention takes out a component from a component supply unit with a nozzle and controls at least one of the height of the tip of the nozzle and the output of the pressure driving source when controlling the pressure mounting head to be mounted on the substrate while applying pressure. The above-mentioned problem is solved by monitoring the applied pressure and determining an error according to at least one of the height of the nozzle tip and the output of the pressure driving source and the state of the applied pressure.
ここで、前記ノズル先端の高さが基板の搭載面よりも下がっているのに、加圧力が増えない時は、接触エラーと判定することができる。 Here, when the applied pressure does not increase even though the height of the nozzle tip is lower than the mounting surface of the substrate, it can be determined as a contact error.
又、前記加圧駆動源の出力が増えているのに加圧力が増えない時は、加圧エラーと判定することができる。 Further, when the pressure does not increase even though the output of the pressure driving source is increased, it can be determined that a pressure error has occurred.
更に、エラー発生時に、ノズル先端の高さの目標位置を所定量だけ下げて、再度搭載動作を行なうことができる。 Furthermore, when an error occurs, the target position of the nozzle tip height can be lowered by a predetermined amount, and the mounting operation can be performed again.
本発明は、又、部品供給部から部品をノズルにより取り出して、加圧しながら基板上に搭載する加圧搭載ヘッドの制御装置において、少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方を検出する手段と、加圧力を検出する手段と、少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方と、加圧力の状態に応じて、エラーを判定するエラー判定手段と、を備えたことを特徴とする加圧搭載ヘッドの制御装置を提供するものである。 The present invention also provides a control device for a pressure mounting head that takes out a component from a component supply unit with a nozzle and mounts the component on a substrate while applying pressure. Means for detecting one of them, means for detecting the applied pressure, at least one of the height of the nozzle tip and the output of the pressure driving source, and an error determining means for determining an error according to the state of the applied pressure A control device for a pressure mounting head is provided.
本発明によれば、ノズル先端が部品等に接触していないのに加圧動作を行ない、加圧駆動源の出力を異常にかけてしまうのを防ぐことができる。 According to the present invention, it is possible to prevent an abnormal output from the pressurization drive source by performing a pressurizing operation even when the nozzle tip is not in contact with a component or the like.
又、押し込み量が充分に確保できずに、目標加圧量に到達する前に移動範囲規制手段にあたってしまい、加圧駆動源の出力を上げても加圧できない状態を検知することができ、加圧駆動源の出力を異常にかけてしまうことを防ぐことができる。 In addition, it is possible to detect a state in which pressure cannot be applied even if the output of the pressure driving source is increased because the pushing amount cannot be sufficiently secured and the movement range restricting means is reached before the target pressure amount is reached. It is possible to prevent abnormal output of the pressure drive source.
以上のように、加圧駆動源の過負荷を検知することができ、温度上昇や焼損を防ぐことができる。 As described above, an overload of the pressure drive source can be detected, and temperature rise and burning can be prevented.
更に、加圧駆動源の出力を単に監視し、過負荷の場合に安全のために、ある一定以上の出力をかけないようにリミットを設けるだけではなく、接触エラーや加圧エラー等の原因を特定することもできるので、高さの再設定等の、その後の対応が取り易い。 In addition, simply monitor the output of the pressure drive source and set a limit not to apply a certain level of output for safety in the event of an overload. Since it can also be specified, it is easy to take subsequent actions such as resetting the height.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、電子部品実装装置の概略図であり、同図に示すように、電子部品実装装置１００は、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１１５と、装置１００の前部（図示の下側）に配設され、回路基板１１０に実装される部品１１８を供給する部品供給部１１１と、装置１００の前部に配設されたＸ軸移動機構（Ｘ軸ガントリと称する）１１２とＹ軸移動機構（Ｙ軸ガントリと称する）１１４を備えている。
FIG. 1 is a schematic view of an electronic component mounting apparatus. As shown in FIG. 1, the electronic component mounting apparatus 100 includes a circuit board conveyance path 115 extending in the left-right direction slightly rearward from the central portion, and the apparatus 100. A
Ｘ軸ガントリ１１２は、部品を吸着する吸着ノズル１１３ａを備えた搭載ヘッド部１１３をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸ガントリ１１４は、Ｘ軸ガントリ１１２並びに搭載ヘッド部１１３をＹ軸方向に移動させる。又、搭載ヘッド部１１３は、吸着ノズル１１３ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備え、又、吸着ノズルをノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸移動機構を備えている。又、搭載ヘッド部１１３には、支持部材に取付けるようにして、回路基板１１０上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１１７が搭載されている。又、部品供給部１１１の側部には、吸着ノズル１１３ａに吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ１１６が配置されている。
The X-axis gantry 112 moves the
図２は電子部品実装装置１００の制御系の構成を示している。１２０は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭなどからなるコントローラ（制御手段）であり、これに以下の１２１〜１３１の構成が接続され、それぞれを制御している。
FIG. 2 shows the configuration of the control system of the electronic component mounting apparatus 100.
Ｘ軸モータ１２１は、Ｘ軸ガントリ１１２の駆動源で、搭載ヘッド部１１３をＸ軸方向に移動させ、又、Ｙ軸モータ１２２は、Ｙ軸ガントリ１１４の駆動源で、Ｘ軸ガントリ１１２をＹ軸方向に駆動し、それにより搭載ヘッド部１１３はＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となる。
The
Ｚ軸モータ１２３は、吸着ノズル１１３ａを昇降させるＺ軸駆動機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１１３ａをＺ軸方向（高さ方向）に昇降させる。又、θ軸モータ１２４は、吸着ノズル１１３ａのθ軸回転機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１１３ａをそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させる。
The Z-
画像認識装置１２７は、吸着ノズル１１３ａに吸着された部品１１８の画像認識を行なうもので、Ａ／Ｄ変換器１２７ａ、メモリ１２７ｂ及びＣＰＵ１２７ｃから構成される。そして、吸着された部品１１８を撮像した部品認識カメラ１１６から出力されるアナログの画像信号を、Ａ／Ｄ変換器１２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ１２７ｂに格納し、ＣＰＵ１２７ｃが、その画像データに基づいて吸着された部品の認識を行なう。即ち、画像認識装置１２７は、部品中心と吸着角度を演算し、部品の吸着姿勢を認識する。又、画像認識装置１２７は、基板認識カメラ１１７で撮像された基板マークの画像を処理して基板マーク位置を演算する。
The image recognition device 127 performs image recognition of the
又、画像認識装置１２７は、部品認識カメラ１１６で撮像された部品１１８の画像データと基板認識カメラ１１７で撮像された基板マークデータを処理して、両方の補正データを制御手段１２０へ転送する。
The image recognition device 127 processes the image data of the
キーボード１２８とマウス１２９は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。
The
記憶装置１３０は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード１２８とマウス１２９により入力された部品データ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データ等を格納するのに用いられる。
The
表示装置（モニタ）１３１は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１１６で撮像した部品１１８の画像等をその表示面１３１ａに表示する。
The display device (monitor) 131 displays component data, calculation data, an image of the
実際に、基板の生産を開始し、部品を回路基板に搭載する段階では、予め基板認識カメラ１１７で撮像された基板マークによる回路基板１１０の基板補正データ（Δｘ、Δｙ、Δθ）が記憶装置１３０に格納されている。そして、部品供給装置１１１から供給される部品を吸着ノズル１１３ａで吸着し、搭載ヘッド部１１３を部品認識カメラ１１６上部に移動させて、部品を同カメラで撮像する。撮像された部品の画像は、画像認識装置１２７で画像処理され補正データを制御手段１２０へ転送する。制御手段１２０は記憶装置１３０から基板補正データと当該部品の部品データを読み出して、この部品データと前記転送された画像認識装置１２７で演算された部品中心と部品の傾きをもとに、部品の搭載位置と吸着姿勢を認識する。続いて、部品搭載位置と部品中心と吸着中心間に位置ずれがあり、また角度ずれが検出されると、これらの総合位置ずれと角度ずれが、Ｘ軸モータ１２１、Ｙ軸モータ１２２、θ軸モータ１２４を駆動することにより補正され、部品が所定の回路基板位置に正しい姿勢（基準角度）で搭載される。
Actually, at the stage where the production of the board is started and the components are mounted on the circuit board, the board correction data (Δx, Δy, Δθ) of the
次に搭載ヘッド１１３について図３を使用して説明を行なう。
Next, the mounting
搭載ヘッド１１３はＸ軸ガントリ１１２と接続されている。搭載ヘッド１１３は、リニアガイド２０１と接続され、垂直Ｚ駆動部２０９は垂直Ｚ軸方向に移動が可能な構造となっている。
The mounting
搭載ヘッド１１３の上部には、部品を回転動作させる為のθ軸モータ１２４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２０５と、垂直回転駆動シャフト２０４があり、またθ軸モータ１２４の動力を垂直回転駆動シャフト２０４に不図示のプーリを介してベルト２０３で伝え、垂直Ｚ駆動部２０９を垂直上下動させるためのＺ軸モータ１２３がカップリング２０６を介してボールねじのねじ部２０７と接続されて取付けられている。
Above the mounting
垂直Ｚ駆動部２０９の上部には、加圧用に上下方向に動作するＶＣＭ２１０が取付けられている。ＶＣＭ２１０の上部とθ軸モータ１２４は、上側ストッパ２１１ａを介して垂直回転駆動シャフト２０４と接続されている。又、ＶＣＭ２１０の下部は、下側ストッパ２１１ｂと加圧検知部２１３を介してノズルシャフト２１４及びノズル１１３ａと接続されており、ノズルシャフト２１４及びノズル１１３ａを回転させることができるような構造となっている。
A
垂直Ｚ駆動部２０９には、ボールねじのナット２０８が固定されており、Ｚ軸モータ１２４を回転動作させることにより、ボールねじのナット部２０８によって垂直Ｚ駆動部２０９が上下に動作可能な構造となっており、ノズルシャフト２１４及びノズル１１３ａを上下動作できるような構造をなっている。
A
ボールねじのナット２０８が固定されている垂直Ｚ駆動部２０９の腕の途中には、歪ゲージ２２３が貼付けてあり、垂直Ｚ駆動部２０９の腕の部分のＺ方向の歪量が検知できるようになっている。
A
次に加圧検知部２１３について、図４を使用して説明する。垂直Ｚ駆動部２０９には、円筒状の加圧検知部２１３が内蔵されており、垂直Ｚ駆動部２０９の内周と加圧検知部２１３の外周はボールガイド軸受２１２で支持されており、回転動作と垂直上下動作が可能な構造となっている。
Next, the
加圧検知部２１３の下部には、ノズルシャフト２１４が下方に伸びており、ノズルシャフト２１４の下方の先端には、ノズルチャック機構２１５があり、ノズル１１３ａを保持、交換できる構造となっている。
A
ノズル１１３ａは、図示しない部品の吸着保持を行ない、図示しない基板に部品を搭載することができる。
The
次に加圧検知部２１３の内部構造について、図４を用いて説明を行なう。
Next, the internal structure of the
加圧検知部２１３の上部にはＶＣＭ２１０が取付けられており、ＶＣＭ２１０の固定子２１０ａには、コイルが巻かれている。又、ＶＣＭ２１０の可動子２１０ｂには、磁石が取付けられており、ＶＣＭ２１０の固定子２１０ａのコイルに通電することによりＶＣＭ２１０を駆動することができる。ＶＣＭ２１０の可動子２１０ｂの中心にはシャフトがあり、加圧検知部２１３の上部と結合されている。
A
ＶＣＭ２１０の上下には、スラスト軸受を使用した上側ストッパ２１１ａと下側ストッパ２１１ｂが取付けられている。前記上側ストッパ２１１ａは、図５に示す如く、垂直Ｚ軸駆動部２０９の上側ストッパ２０９ａに突き当たるようになっている。前記下側ストッパ２１１ｂは、図６に示す如く、垂直Ｚ軸駆動部２０９の下側ストッパ２０９ｂに突き当たるようになっている。これらの上側ストッパ２１１ａと下側ストッパ２１１ｂによってＶＣＭ２１０は移動量が規制されている。上側ストッパ２１１ａ或いは下側ストッパ２１１ｂを当接させることによって、ＶＣＭ２１０の移動量が規制された状態でも回転動作が可能な構造となっている。
On the top and bottom of the
加圧検知部２１３の内部の上部には、加圧量を検出するためのロードセル（以下ＬＣ）２１６が下向きに固定されている。ＬＣ２１６の下方には、ばねを受けるための上側支持プレート２１７が取付けられている。上側支持プレート２１７の下方には、与圧ばね２１８があり、与圧ばね２１８の下方には、与圧ばね２１８の下方を受けるための下側支持プレート２１９が取付けられている。下側支持プレート２１９には、ノズルシャフト２１４が固定されており、ノズルシャフト２１４はスプライン軸受２２２で回転方向は規制したまま上下動作が可能な構造となっている。ノズルシャフト２１４の下方には、ノズルチャック機構２１５が取付けられていてノズル１１３ａを交換可能な構成となっている。
A load cell (hereinafter referred to as LC) 216 for detecting the amount of pressurization is fixed downward in the upper part of the inside of the
加圧検知部２１３の内部の下側支持プレート２１９の下方には、段部２２０が設けてあり、下側支持プレート２１９が突き当たるように下側支持プレート２１９の外形よりも小さくできている。
A stepped
下側支持プレート２１９の下方には、自重キャンセルばね２２１が取付けられており、下側支持プレート２１９を押し上げている。自重キャンセルばね２２１のばね力は、与圧ばね２１８のばね力と下側支持プレート２１９の重さとノズルシャフト２１４とノズルチャック機構２１５とノズル１１３ａの重さを支えるようになっており、自重キャンセルばね２２１のばね力は、与圧ばね２１８のばね力と下側支持プレート２１９の重さとノズルシャフト２１４とノズルチャック機構２１５とノズル１１３ａの重さによる力よりも若干低く設定されており、下側支持プレート２１９は、段部２２０に突き当たるように構成されている。
A self-
ＬＣ２１６は、０．５Ｎから５Ｎの範囲を検出可能で、ＬＣの出力電圧と荷重値の関係は、図７のように予め校正をとってコントローラ１２０に保存してある。
The
又、歪ゲージ２２３は、図３の垂直Ｚ駆動部２０９の腕の途中に貼り付けているために小さい荷重では変化せず（歪が発生せず）、比較的大荷重にて、図８に示すように、変化が出るように設計されている。そのため、歪ゲージ２２３での測定は、図９のように５Ｎから５０Ｎの範囲で計測するようにしている。ＬＣ２１６の時と同様に歪ゲージ２２３の出力電圧と荷重値の関係は、図７のように予め校正をとってコントローラ１２０に保存してある。
Further, since the
以上の構成において、電子部品の圧着搭載動作の流れを図１〜図３を使用して説明する。 In the above configuration, the flow of the operation of mounting electronic components by crimping will be described with reference to FIGS.
図１のＸ軸ガントリ１１２、Ｙ軸ガントリ１１４を動作させて、部品供給部１１１の上方に搭載ヘッド１１３を移動し、部品を吸着する。
The X-axis gantry 112 and the Y-axis gantry 114 shown in FIG. 1 are operated to move the mounting
チップ部品を吸着した搭載ヘッド１１３を部品認識カメラ１１６の上方へ移動し、部品を認識する。
The mounting
認識を完了した後に搭載ヘッド１１３を回路基板１１０上の搭載位置へ移動して搭載を行なう。
After completing the recognition, the mounting
まず、小荷重を検出するＬＣ２１６の検出可能範囲での小荷重加圧時の部品搭載動作について図３〜図６を用いて説明を行なう。又、動きについては、図１０に示すフローチャート、及び、図１１に示すタイムチャートの記号等を用いて説明をする。
First, a component mounting operation when a small load is applied within a detectable range of the
まず、搭載ヘッド１１３を部品供給部１１１上の部品吸着位置に移動し、そこでＺ軸モータ１２３を駆動させて、垂直Ｚ駆動部２０９及びノズル１１３ａを下降させる（図１０のステップＳ１００）。この時のＶＣＭ２１０に電圧を加えて下方向に力を発生させて、図６のように下側ストッパ２１１ｂを垂直駆動部２０９の下側ストッパ２０９ｂに突き当てておく。
First, the mounting
吸着ノズル１１３ａを下降し、搭載する部品の吸着面の高さの直前の位置（Ｚ１）で吸着ノズル１１３ａの急速停止を行なう（ステップＳ１０２）。このとき、加圧検知部２１３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、ＶＣＭ２１０の下側ストッパ２１１ｂにより位置が規制されているために、ＶＣＭ２１０の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１１３ａ先端の位置に変化は見られない。
The
又、加圧検知部２１３の内部の段部２２０により、与圧ばね２１８の下側支持プレート２１９が突き当てで位置決めされているので、減速時の加速度により、慣性の力でノズルシャフト２１４及び接続されている下側支持プレート２１９が下に押し下がることを防止している。
Further, since the
吸着ノズル１１３ａを停止した後に、衝突荷重を押さえるように、加圧用ＶＣＭ２１０に上向きの力（Ｖ１）を発生させる（ステップＳ１０４）。その後、Ｚ軸モータ１２３を例えば基板面より０．５ｍｍ下位置までゆっくり動作させて衝突荷重を押さえつつ、吸着ノズル１１３ａを下降する（ステップＳ１０６）。
After stopping the
吸着ノズル１１３ａの先端の部品が回路基板１１０に接触（Ｚ０）する（ステップＳ１０８）と、図１１に示す如く、ＬＣ２１６の出力値が変化（０→Ｌ１）し、接触がわかるので、その時のＺ軸高さ値を記憶する（ステップＳ１１０）。
When the component at the tip of the
ノズルの位置が目標高さＺ２である基板面より０．５ｍｍ下位置まで到達した後に（ステップＳ１１２）、Ｚ軸モータ１２３を停止させ（ステップＳ１１４）、下降動作を停止する。
After the position of the nozzle reaches 0.5 mm below the substrate surface having the target height Z2 (step S112), the Z-
搭載する部品が基板に接触した後は加圧用ＶＣＭ２１０に下向きの力（Ｖ２）を発生させて（ステップＳ１１６）、部品に指定加圧力となるようにＬＣ２１６の出力（Ｌ２）を保持しつつ加圧を加えながら部品加圧搭載を行なう（ステップＳ１１８）。
After the component to be mounted comes into contact with the substrate, a downward force (V2) is generated in the pressurizing VCM 210 (step S116), and pressurization is performed while maintaining the output (L2) of the
この時、Ｚ軸モータ１２３の動きとＶＣＭ２１０の動きは、同期しておらず、平行して同時に動作をしている。
At this time, the movement of the Z-
部品を加圧搭載した後にＺ軸モータ１２３を動作させて部品を上昇させる（ステップＳ１２０）。
After pressurizing and mounting the component, the Z-
その後に、次の部品の吸着位置へ移動を行なう。 After that, the next component is moved to the suction position.
次に、大荷重を検出する歪みゲージ２２３の検出可能範囲での大荷重加圧時の部品搭載動作について説明を行なう。
Next, the component mounting operation at the time of applying a large load in the detectable range of the
搭載ヘッド１１３を部品供給部１１１上の部品吸着位置に移動し、そこでＺ軸モータ１２３を駆動させて垂直Ｚ駆動部２０９及び吸着ノズル１１３ａを下降させる。
The mounting
この時のＶＣＭ２１０に電圧を加えて下方向に力を発生させて、図６のように、下側ストッパ２１１ｂを垂直駆動部２０９の下側ストッパ２０９ｂに突き当てておく。
At this time, a voltage is applied to the
吸着ノズル１１３ａを下降し、搭載する部品の吸着面の高さの直前の位置（Ｚ１）で吸着ノズル１１３ａの急速停止を行なう。このとき、加圧検知部２１３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、ＶＣＭ２１０の下側ストッパ２１１ｂにより位置が規制されているために、ＶＣＭ２１０の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１１３ａ先端の位置に変化は見られない。
The
又、加圧検知部２１３の内部の段部２２０により、与圧ばね２１８の下側支持プレート２１９が突き当てで位置決めされているので、減速時の加速度により慣性の力でノズルシャフト２１４及び接続されている下側支持プレート２１９が下に押し下がることを防止している。
In addition, since the
吸着ノズル１１３ａを停止した後に、衝突荷重を押さえるように加圧用ＶＣＭ２１０に上向きの力（Ｖ１）を発生させる。その後、Ｚ軸モータ１２３を例えば基板面より１ｍｍ下位置である目標高さ（Ｚ２）までゆっくり動作させて、衝突荷重を押さえつつ吸着ノズル１１３ａを下降する。
After stopping the
吸着ノズル１１３ａの先端の部品が回路基板１０に接触（Ｚ０）すると、ＬＣ２１６の出力値が変化（０→Ｌ１）し、接触がわかる。
When the component at the tip of the
ノズルの位置が基板面より０．５ｍｍより下の位置に来た時には、加圧検知部２１３にＬＣの検出範囲以上の力がかかっているために、ＶＣＭ２１０の上側ストッパ２１１ａは、図５のように垂直Ｚ軸駆動部２０９の上側ストッパ２０９ａに当接する。
When the position of the nozzle comes below 0.5 mm from the substrate surface, the upper limit stopper 211a of the
垂直Ｚ軸駆動部２０９の上側ストッパ２０９ａに当たった後は、Ｚ軸モータ１２３の下降を続ける。そうするとノズル１１３ａ及びノズルシャフト２１４は、垂直Ｚ軸駆動部２０９の上側ストッパ２０９ａで動きが規制されているために、図８のように垂直Ｚ軸駆動部２０９のボールねじのナット部２０８が取付けられている腕が撓む。すると、垂直Ｚ軸駆動部２０９に取付けられた歪みゲージ２２３に出力が出てきて荷重値を検出する。歪みゲージ２２３の出力が目標荷重値に対応する出力（Ｌ２）となった時にＺ軸モータ１２３の動きを止める。
After hitting the upper stopper 209a of the vertical Z-
この時、Ｚ軸モータ１２３の位置は、目標高さＺ２に到達していなくても歪みゲージ２２３の出力を優先とし停止を行なう。
At this time, even if the position of the Z-
部品を加圧搭載した後にＺ軸モータ１２３を動作させて部品を上昇させる。
After pressure mounting the part, the Z-
その後に、次の部品の吸着位置へ移動を行なう。 After that, the next component is moved to the suction position.
次に、本発明が対象とする不良状態について、図１２のフローチャートを参照しながら、図１３及び図１４を用いて説明を行なう。 Next, the failure state targeted by the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14 with reference to the flowchart of FIG.
まず、接触エラーについて図１３を使用して説明を行なう。 First, the contact error will be described with reference to FIG.
図１０と同様の手順で、搭載ヘッド１１３を部品供給部１１１上の部品吸着位置に移動し、そこでＺ軸モータ１２３を駆動させて垂直Ｚ駆動部２０９しいては吸着ノズル１１３ａを下降させ、搭載する部品の吸着面の高さの直前の位置Ｚ１で吸着ノズル１１３ａを急速停止する。
In the same procedure as in FIG. 10, the mounting
その後、吸着ノズル１１３ａの下降速度を落とし、部品吸着面の高さＺ０より０．５ｍｍ低い高さＺ２まで下降を行なう（図１２のステップＳ１０６）。
Thereafter, the lowering speed of the
この時、吸着ノズル１１３ａの先端が部品吸着面に接触するとＬＣ２１６の出力が出力されるが、部品吸着面の高さがＺ２の高さよりも低い位置にあった場合は、部品吸着面に接触せずにＺ２高さに到達してしまう（ステップＳ１１２）。
At this time, when the tip of the
この場合は、接触エラーとしてエラー信号を出力し（ステップＳ２００）、ＶＣＭ２１０の出力をＯＦＦし加圧動作を停止する。
In this case, an error signal is output as a contact error (step S200), the output of the
その後、Ｚ２高さを例えば０．１ｍｍ低く設定し直してリトライ動作をしても良い。 Thereafter, the Z2 height may be reset by, for example, 0.1 mm, and the retry operation may be performed.
次に、加圧エラーについて図１４を使用して説明を行なう。 Next, the pressure error will be described with reference to FIG.
搭載ヘッド１１３を部品供給部１１１上の部品吸着位置に移動し、そこでＺ軸モータ１２３を駆動させて垂直Ｚ駆動部２０９しいては吸着ノズル１１３ａを下降させ、搭載する部品の吸着面の高さの直前の位置Ｚ１で吸着ノズル１１３ａを急速停止する。
The mounting
その後、吸着ノズル１１３ａの下降速度を落とし、部品吸着面の高さＺ０より０．５ｍｍ低い高さＺ２まで下降を行なう（図１２のステップＳ１０６）。
Thereafter, the lowering speed of the
この時、吸着ノズル１１３ａの先端が部品吸着面に接触し、加圧量が増加してくると（ステップＳ２０２）、ＬＣ２１６の出力が増加していく（ステップＳ２０４）が、ＶＣＭ２１０の下側ストッパ２１１ｂにより位置が規制されてしまった場合、ＬＣ２１６の出力はＬ３となり、目標のＬ２まで到達せずに、それ以降増加しない。しかし、ＶＣＭ２１０はＬＣ２１６の出力が増加しないのでＶＣＭ２１０の出力を増加し続ける。そして、ＶＣＭ２１０の最高出力を予め設定しておいたＶmaxに到達してしまう（ステップＳ２０６）。
At this time, when the tip of the
この場合は、加圧エラーとしてエラー信号を出力し（ステップＳ２０８）、ＶＣＭ２１０の出力をＯＦＦし加圧動作を停止する。
In this case, an error signal is output as a pressurization error (step S208), the output of the
その後、Ｚ２高さを例えば０．１ｍｍ低く設定し直してリトライ動作をしても良い。 Thereafter, the Z2 height may be reset by, for example, 0.1 mm, and the retry operation may be performed.
一方、目標加圧量に到達した時（ステップＳ２１０）は、図１０と同様の部品搭載動作を行なう。 On the other hand, when the target pressurization amount is reached (step S210), the same component mounting operation as that in FIG. 10 is performed.
本実施形態では、エラー処理の場合に搭載を中止したが、Ｚ２高さを再設定し直してリトライをしても良い。 In the present embodiment, the mounting is stopped in the case of error processing. However, the Z2 height may be reset and a retry may be performed.
本実施形態においては、ＬＣ２１６とは別に、高荷重の荷重値を検出するために歪みゲージ２２３を取付けているので、大きな荷重検出機構を組み込むことなく、広範囲の荷重を検出することが可能である。又、歪みゲージ２２３では微小荷重及び低荷重は検出できないが、構造体の歪みを利用するので、低荷重では変形しないようにし、ＬＣ２１６で微小荷重及び低荷重を高精度で検出し、高荷重で歪みを利用した検出を行うことで、それぞれのセンサの検出範囲が重複せず、無駄無く効率よく荷重を検出できる。又、高荷重を検出するセンサとしての歪みゲージ２２３は、もともとある構造物（垂直Ｚ軸駆動部２０９の腕）に歪みゲージ２２３を貼り付けているだけなので装置の大型化や複雑にならずに済む。
In the present embodiment, a
なお、前記実施形態においては、加圧センサとしてＬＣと歪みゲージが用いられていたが、加圧センサの種類はこれに限定されず、例えばＬＣのみであっても良い。 In the above-described embodiment, the LC and the strain gauge are used as the pressure sensor. However, the type of the pressure sensor is not limited thereto, and for example, only LC may be used.
又、前記実施形態では、高荷重の加圧センサに歪みゲージを用いたが、圧電素子や超磁歪素子等でも良い。 In the above embodiment, a strain gauge is used as a high-load pressure sensor, but a piezoelectric element, a giant magnetostrictive element, or the like may be used.
圧電素子を使用した構造について図１５を用いて説明を行なう。 A structure using a piezoelectric element will be described with reference to FIG.
ノズル１１３ａの部品を接触する先端部の上部には、ワッシャー状の圧電素子２２５が挟み込んである。ノズル１１３ａを部品に押し当てると圧電素子２２５に圧縮方向の応力がかかり、その応力に応じて電荷が発生する。発生した電荷を不図示の増幅回路を通して出力する。この圧電素子２２５からの出力を前記実施形態の歪みゲージ２２３の出力と同様に扱うことにより、荷重を制御することができる。
A washer-like
次に超磁歪素子を使用した構造について図１６を用いて説明を行なう。 Next, a structure using a giant magnetostrictive element will be described with reference to FIG.
ノズルシャフト２１４の上部には、中空の円柱形状の超磁歪素子２２６を挟み込んである。超磁歪素子２２６の外周部には、接触しないようにコイル２２７を配置している。ノズル１１３ａを部品に押し当てると超磁歪素子２２６に圧縮方向の応力がかかり、その応力に応じて透磁率が変化する。変化した透磁率を、コイル２２７に交流電流を流し、インダクタンスの変化を読み取り出力する。この超磁歪素子２２６からの出力を、前記実施形態の歪みゲージ２２３の出力と同様に扱うことにより、荷重を制御することができる。
A hollow cylindrical super
具体的には、圧縮により磁束が変化すると、電圧とその際に流れる電流の位相のずれ量が変化するので、これにより計測を行なう。ずれ量の大きさは、図１７のような交流電圧の流れがＶからＩに変化した場合に次のようになる。 Specifically, when the magnetic flux changes due to compression, the amount of phase shift between the voltage and the current flowing at that time changes. The magnitude of the deviation amount is as follows when the flow of the AC voltage changes from V to I as shown in FIG.
θ（位相のずれ）＝（ｄｔ／Ｔ）×３６０°
（２πｆ×Ｌ）／Ｒ＝tanθ
∵Ｌ＝（Ｒ×tanθ）／（２πｆ）
＝Ｒ／（２πｆ）×tan｛（ｄｔ／Ｔ）×３６０°｝
θ (phase shift) = (dt / T) × 360 °
(2πf × L) / R = tanθ
∵L = (R × tanθ) / (2πf)
= R / (2πf) × tan {(dt / T) × 360 °}
又、加圧量が最大加圧量以上になった場合に歪みゲージ２２３を貼り付けている垂直Ｚ軸駆動部２０９が塑性変形してしまったり、ボールねじに過負荷がかからないように、歪みゲージ２２３の歪み量がある制限値以上になった場合に加圧を中止し、エラーを出すようにしても良い。
In addition, when the pressurization amount exceeds the maximum pressurization amount, the
又、前記実施形態においては、加圧駆動源としてＶＣＭが用いられていたが、加圧駆動源の種類はこれに限定されない。 In the embodiment, the VCM is used as the pressure driving source. However, the type of the pressure driving source is not limited to this.
１００…電子部品実装装置
１１０…回路基板
１１１…部品供給部
１１２…Ｘ軸移動機構（ガントリ）
１１３…搭載ヘッド部
１１３ａ…吸着ノズル
１１４…Ｙ軸移動機構（ガントリ）
１１８…部品
１２０…コントローラ（制御手段）
１２１…Ｘ軸モータ
１２２…Ｙ軸モータ
１２３…Ｚ軸モータ
２０９…垂直Ｚ軸駆動部
２１０…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
２１３…加圧検知部
２１４…ノズルシャフト
２１６…ロードセル（ＬＣ）
２２３…歪みゲージ
２２５…圧電素子
２２６…超磁歪素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electronic
113 ... Mounting
118 ...
121 ...
213 ...
223 ...
Claims (5)
少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方と、加圧力を監視し、
少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方と、加圧力の状態に応じて、エラーを判定することを特徴とする加圧搭載ヘッドの制御方法。 When controlling the pressure mounting head that takes out the component from the component supply unit with the nozzle and mounts it on the substrate while applying pressure,
Monitor at least one of the height of the nozzle tip and the output of the pressure drive source, and the applied pressure,
A method for controlling a pressure mounting head, wherein an error is determined according to at least one of a height of a nozzle tip and an output of a pressure driving source and a state of pressure.
少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方を検出する手段と、
加圧力を検出する手段と、
少なくともノズル先端の高さ及び加圧駆動源の出力のいずれか一方と、加圧力の状態に応じて、エラーを判定するエラー判定手段と、
を備えたことを特徴とする加圧搭載ヘッドの制御装置。 In a control device for a pressure mounting head that takes out a component from a component supply unit with a nozzle and mounts it on a substrate while applying pressure,
Means for detecting at least one of the height of the nozzle tip and the output of the pressure drive source;
Means for detecting the applied pressure;
An error determination means for determining an error according to at least one of the height of the nozzle tip and the output of the pressure driving source and the state of the applied pressure;
A control device for a pressure mounting head, comprising:
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