JP5427507B2 - 吸着ノズルの昇降装置及びその荷重制御方法 - Google Patents

吸着ノズルの昇降装置及びその荷重制御方法 Download PDF

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本発明は、基板に対する電子部品の搭載作業を行う吸着ノズルの昇降装置及びその荷重制御方法に関する。
従来の電子部品実装装置は、吸着ノズルを搭載し、X−Y平面を自在に移動可能なヘッドを備え、電子部品のフィーダーから吸着により電子部品を受け取り、基板の部品実装箇所までヘッドが移動し、吸着ノズルから電子部品を解放することで電子部品の搭載を行っている。
そして、ヘッドには、当該ヘッドの移動時には吸着ノズルを上昇させ、電子部品の受け取り持及び搭載時に吸着ノズルを下降させる昇降装置が搭載されている。
かかる吸着ノズルの昇降装置は、ヘッドに対して昇降可能に支持された可動ブラケットを上下動させる上下動モータと、可動ブラケットに対して回転可能且つ上下動可能に支持されると共に吸着ノズルを上下動可能に支持する回転ケースと、可動ブラケットに搭載され、回転ケースを介して吸着ノズルを上下動させるボイスコイルモータと、回転ケースを介して吸着ノズルに回転を付与する角度調節モータと、回転ケースに設けられ、吸着ノズルの先端部に生じる荷重を検出するロードセルとを備えている。
かかる昇降機構では、基板に対する電子部品の搭載作業時において、ロードセルの検出荷重を監視しながら上下動モータにより稼働ブラケットを下降させ、ロードセルにより電子部品が基板に到達したことが検出されると、検出荷重が搭載における目標荷重となるようにボイスコイルモータを上昇方向に駆動させ、搭載時の荷重の調節を行っている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−32860号公報
上記先行技術では、上下動モータで吸着ノズルの昇降を行いつつ、ボイスコイルモータにより正確な荷重で電子部品の搭載を行うことを目的としている。
一方、上記昇降機構では、吸着ノズルの上下動を行いつつも回転角度調節も可能とすることが要求されており、このため、回転ケースを介して吸着ノズルに回転力が付与されると共に回転ケースに対して吸着ノズルが上下動可能となるように回転ケースと吸着ノズルとの間にはスプライン構造を設けることが必須となっていた。
その場合、吸着ノズルの下端部が基板に接した時にロードセルにより検出される荷重は、実際の荷重に対してスプラインに生じる摩擦力の影響を受けた値となり、検出精度の低下が問題となっていた。
本発明は、電子部品搭載時に精度良く荷重の付与を行うことをその目的とする。
請求項1記載の発明は、ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、前記ヘッドに固定支持された本体フレームと、前記本体フレームに対して昇降可能に装備された移動体と、前記本体フレームに設けられ、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に設けられ、前記吸着ノズルに前記移動体に対する昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記本体フレームに設けられ、前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパと、を備える吸着ノズルの昇降装置において、前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御と、前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御と、前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御を行う動作制御手段を備えることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記搭載制御において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに動作伝達を行う経路の途中で、弾性体を介して前記荷重検出手段が配設されることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、前記ヘッドに固定支持された本体フレームと、前記本体フレームに対して昇降可能に装備された移動体と、前記本体フレームに設けられ、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に設けられ、前記吸着ノズルに前記移動体に対する昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記本体フレームに設けられ、前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパと、を備える吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法において、前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御工程と、前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御工程と、前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御工程とを、動作制御手段に実行させることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記搭載制御工程において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする。
請求項1及び4記載の発明は、予備荷重設定制御において、吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、吸着ノズルを下降ストッパにより制止させた状態で第二の昇降駆動源により第一の目標荷重となるように制御するので、吸着ノズルが上下動を行わない状態つまりスプライン構造による摩擦力が生じない状態で検出誤差を生じることなく正確に第一の目標荷重にすることができる。
そして、荷重維持制御により、吸着ノズルが下降ストッパを第一の目標荷重で加圧した状態を維持するように第二の昇降駆動源のフィードバック制御が行われるので、スプライン構造から生じる摩擦力による影響が検出荷重に現れてもすぐにフィードバック制御により修正され、下降中もずっと第一の目標荷重が維持され、移動体の下降により吸着ノズルが基板に到達する際にも第一の目標荷重を正確に維持しつつ電子部品を基板側に加圧することが可能である。
請求項2及び5記載の発明は、第二の昇降駆動源により、吸着ノズルの基板到達の前後で順に大きくなるように二段階で目標荷重を付与する。吸着ノズルが基板に到達する際には、瞬間的に設定された荷重よりも大きく荷重が発生するのが、到達時には電子部品の搭載時に付与すべき第二の目標荷重よりも小さい値の第一の目標荷重を維持した状態にあるので、瞬間的な荷重の大きさを抑えることができ、電子部品に過剰な荷重を付与せず、適切な搭載を行うことが可能となる。
請求項3記載の発明は、第二の昇降駆動源から吸着ノズルに動作伝達を行う経路の途中に弾性体を介して荷重検出手段が配設されているので、第二の昇降駆動源から吸着ノズルに伝達される荷重を正確に検出することができる。また、弾性体を介して荷重検出が行われるので、当該検出に基づいて行われる第二の昇降駆動源の制御が過敏にならず適切に行うことが可能となる。
本実施の形態に係る吸着ノズル昇降装置の全体を示す側面図である。 昇降装置の制御系を示すブロック図である。 図3(A)は昇降装置の荷重アームを空気軸受けの上面に下ろした状態を示し、図3(B)は荷重アームを空気軸受けの上面から引き上げた状態を示す状態説明図である。 昇降装置の動作制御内容を示すフローチャートである。 昇降装置の動作制御内容を示すタイミングチャートである。
(実施の形態の全体構成)
本発明の実施の形態を図1〜図5に基づいて説明する。本実施形態たる吸着ノズルの昇降装置10は、基板に対して複数の電子部品を順次搭載する電子部品搭載装置において、基板に搭載すべき電子部品の供給を行う部品供給部としての電子部品フィーダと基板を保持する保持部との間でX−Yガントリにより水平なX−Y平面内を任意に移動可能なヘッドに搭載されるものである。
電子部品搭載装置では、電子部品供給部から電子部品を受け取る時には電子部品を吸着する吸着ノズル12を下降させ、ヘッドの移動時には吸着ノズル12を上昇させ、基板に対する電子部品の搭載時には吸着ノズル12を再び下降させて電子部品を所定の荷重で加圧しながら搭載を行う。昇降装置10は、これら吸着ノズル12の上下動及び加圧動作を吸着ノズル12に付与するためのものである。
吸着ノズルの昇降装置10は、図1に示すように、ヘッド(図示略)に固定支持された本体フレーム11と、ノズルホルダ13に保持されて電子部品をその先端部で吸着保持する吸着ノズル12と、上下動可能に本体フレーム11に支持された移動体としての可動ブラケット14と、可動ブラケット14を上下方向に駆動する第一の上下動手段20と、可動ブラケット14に設けられると共に当該可動ブラケット14からノズルホルダ13を介して吸着ノズル12を上下方向に沿って駆動する第二の上下動手段30と、吸着ノズル12に負圧を供給する負圧供給手段40と、吸着ノズル12に付与される荷重を検出する荷重検出手段としてのロードセル15と、上下方向に沿った軸を中心に吸着ノズル12の回転角度調節を行う回転角度調節手段50と、上記各構成の動作制御を行う動作制御手段60とを備えている。以下に各部を詳説する。
(本体フレーム)
本体フレーム11は、前述のようにヘッドに固定支持され、電子部品移載装置10の全体構成(動作制御手段60を除く)と共にX−Y平面(水平面)に沿って,例えば電子部品Cの受け取り位置や基板の搭載位置に搬送される。
(可動ブラケット)
可動ブラケット14は、本体フレーム11の下部においてリニアガイド19を介して上下動可能に支持されている。この可動ブラケット14は、本体フレーム11に設けられた第一の上下動手段20により上下方向に駆動される。
(第一の上下動手段)
第一の上下動駆動手段20は、本体フレーム11の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された回転駆動式の上下動モータ21(第一の昇降駆動源)と、その回転角度量を検出するエンコーダ22と、上下動モータ21の出力軸にカップリングを介して連結され,上下方向に沿った状態で回転自在に本体フレーム11に支持されたボールネジシャフト23と、このボールネジシャフト23により上下動が付与されるボールネジナット24とを有している。
ボールネジナット24は、可動ブラケット14に固定されており、上下動モータ21の回転駆動により回転角度量に応じて可動ブラケット14の上下方向の位置決めを行う。また、上記エンコーダ22は、その検出信号が動作制御手段60に出力され、動作制御手段60がこれに基づいて可動ブラケット14の現在位置を認識して上下動モータ21の動作制御を行うことを可能としている。
(吸着ノズル及び負圧供給手段)
吸着ノズル12は、下端部が先細に形成された管状体であり、当該先端部を電子部品Cに向けた状態で吸着保持が行われる。吸着ノズル12の上端部はノズルホルダ13に連結されている。
ノズルホルダ13は、後述するノズルシャフト41の下端部に設けられ、ホルダの下端部で吸着ノズル12を装着する筒状体であり、吸着ノズル12の着脱を可能としている。
負圧供給手段40は、下端部がノズルホルダ13に連結されたノズルシャフト41と、このノズルシャフト41の上端部に連結されたガスケット42とからなり、当該ガスケット42は、吸着ノズル12が電子部品を吸着するための負圧の供給を行う図示しない負圧源たる吸気ポンプ或いはエジェクター等と接続するためのチューブが接続可能となっている。
上記ノズルシャフト41は、その上端部が本体フレーム11の上部近傍まで延出されており、後述するスプライン構造を介して回転角度調節手段50に連結されており、回転角度調節手段50から回転動作が付与される構造となっている。つまり、これにより、吸着ノズル12に鉛直上下方向を軸とする回転動作が付与され、吸着した電子部品の向きを調節することを可能としている。
また、ノズルシャフト41の下部は、可動ブラケット14に設けられた空気軸受け43により鉛直上下方向の軸回りに回転及び上下動可能に支持されている。空気軸受け43は、ノズルシャフト41の下部の外径よりわずかに大きな内径のスリーブであって、ノズルシャフト41との隙間に空気を供給することでノズルシャフト41をその中心位置に保持することができる。かかる空気軸受け43は非接触でノズルシャフト41を支持するので摩擦の発生がなく、ノズルシャフト41を円滑に回転及び上下動させることが可能である。
(回転角度調節手段)
回転角度調節手段50は、本体フレーム11の上部において下方に出力軸を向けた状態で配設された角度調節モータ51(回転駆動源)と、その回転角度量を検出するエンコーダ52と、角度調節モータ51の出力軸の下端部にカップリングを介して連結されたスプラインナット53とを備えている。
上記角度調節モータ51とスプラインナット53とは、前述したノズルシャフト41と同心となる位置に配設されており、ノズルシャフト41の上部の外周面はスプラインナット53に嵌合するスプライン軸となっている。かかるスプライン軸とスプラインナット53とによりスプライン構造が構成されている。
これにより、ノズルシャフト41は、角度調節モータ51のトルクが付与される共に、角度調節モータ51及びスプラインナット53に対して上下動を行うことが可能となっている。
一方、エンコーダ52は角度調節モータ51の出力軸の回転角度量を動作制御手段60に出力しており、これに基づいて動作制御手段60は角度調節モータ51に所定の角度量の回転を生じるように回転駆動制御を行うことを可能としている。その結果、角度調節モータ51の出力軸からスプラインナット52,ノズルシャフト41及びノズルホルダ13を介して吸着ノズル12の回転駆動が行われ、吸着ノズル12の先端部に吸着保持された電子部品Cの向きを調節することが可能である。
(第二の上下動手段)
第二の上下動手段30は、ノズルシャフト41に隣接する配置で可動ブラケット14の上部に固定装備され、鉛直上下方向に沿って往復動作を行う出力軸を備えたボイスコイルモータ31と、ボイスコイルモータ31の出力軸の下端部に垂下支持され、ロードセル15を保持する支持枠32と、一端部がノズルシャフト41に連結され、他端部が支持枠32に支持された荷重アーム33と、荷重アーム33とロードセル15との間に介在する与圧バネ34と、荷重アーム33と支持枠32との間に介在する支持バネ35とを備えている。
上記荷重アーム33の一端部はラジアル軸受け36を介してノズルシャフト41の中間位置に連結されており、当該ノズルシャフト41の鉛直軸回りの回転を許容し、鉛直上下方向についてはノズルシャフト41(吸着ノズル12)と荷重アーム33とが一体的に上下動を行うようになっている。また、この荷重アーム33は、前述した空気軸受け43の上側に設けられており、可動ブラケット14に対して吸着ノズル12及びノズルシャフト41を下降させると、空気軸受け43の上端部に荷重アーム33が当接し、それより下方への下降動作を規制する構造となっている。即ち、空気軸受け43は、吸着ノズル12の下降動作を規制するストッパとしての機能も有していることとなる。
支持枠32は、矩形の枠状であって、互いに対向する天板32aと底板32bとを備え、天板32aの上面がボイスコイルモータ31の出力軸の下端部に固定連結され、天板32aの下面にロードセル15が下向きに固定設置されている。また、荷重アーム33の他端部は支持枠32の天板32aと底板32bの間に位置し、当該荷重アーム33の他端部の上面とロードセル15の下面(荷重検出面)との間に前述した与圧バネ34が配設されている。また、荷重アーム33の他端部の下面と支持枠32の底板32bの上面との間には前述した支持バネ35が配設されている。
上記のように荷重アーム33が上下のバネ34,35により挟まれた配置となることで、ボイスコイルモータ31の出力軸の駆動により荷重アーム33から空気軸受け43の上面に対して付与している荷重をロードセル15により検出させることが可能となっている。また、荷重アーム33から空気軸受け43に付与される荷重が吸着ノズル12の先端部で電子部品を基板側に加圧するための荷重と一致する場合があり、その場合、吸着ノズル12が搭載時の電子部品に付与する荷重を検出することも可能となっている。
(動作制御手段)
動作制御手段60は、図2に示すように、吸着ノズルの昇降装置10の後述する各種制御を実行させる制御プログラムが書き込まれているROM60aと、制御プログラムに従って上下動モータ21,ボイスコイルモータ34,角度調節モータ51及び負圧供給手段40等の各部の動作を集中制御するCPU60bと、CPU60bの処理データをワークエリアに格納するRAM60cとを備えている。
さらに、動作制御手段60には、その動作制御に必要となるデータの入力設定や動作の開始の指示入力等を行う設定入力手段64と、各モータ21,34,51に対して動作制御手段60からの制御信号に従って駆動させる各駆動回路61,62,63と、エンコーダ22,55,ロードセル15の出力を検出信号として動作制御手段60に入力する各入力回路65,66,67が併設されている。
(予備荷重設定制御)
次に、電子部品を吸着した吸着ノズル12が基板に向かって降下する際に行われる予備荷重設定制御について図3に基づいて説明する。かかる予備荷重設定制御は、CPU60bがROM60aに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
かかる予備荷重設定制御では、可動ブラケット14と一体的に上下動を行う荷重アーム33を空気軸受け43に対して上方から当接させ、そのときの当接荷重が第一の目標荷重(吸着ノズル12が基板に対して電子部品を加圧すべき第二の目標荷重より幾分小さい予備的な荷重)となるように、ボイスコイルモータ31の駆動制御が行われる。
上記第一の目標荷重への設定方法について説明する。
図3(A)はボイスコイルモータ31が非作動状態(上下のいずれにも推力を生じない状態)にある時の荷重アーム33と下降ストッパとしての空気軸受け43の上端部との位置関係を示している。かかる状態では、ロードセル15は、与圧バネ34の荷重からボイスコイルモータ31の可動子、出力軸、支持枠32及びロードセル15の重量荷重を減じた値が検出される。
そして、図3(B)に示すように、荷重アーム33が空気軸受け43の上端部から離れるまで、ボイスコイルモータ31を上昇駆動させて停止させると、ロードセル15は、与圧バネ34の荷重からボイスコイルモータ31の可動子、出力軸、支持枠32及びロードセル15の重量荷重を減じた値からさらに吸着ノズル12と一体的に上下動を行う構成全体の重量荷重(吸着ノズル12,ノズルホルダ13,ノズルシャフト41、ガスケット42及び荷重アーム33の合計重量荷重)を減じた値が検出される。
かかる状態でのロードセル14の出力を0に設定し(ゼロリセット)、ロードセル14の検出荷重が前述した第一の目標荷重となるまでボイスコイルモータ31を下降駆動することで、荷重アーム33を空気軸受け43に第一の目標荷重で圧接させて、荷重の設定を実行する。
なお、上記ゼロリセット作業は、電子部品の搭載ごとに毎回行う必要はなく、ロードセル15の検出出力値に対するいずれの値を0点とするかを記憶してしまえば、その後は不要である。但し、環境変化によりロードセル15の特性に変化を生じる場合もあるので、定期的に実行するようにしても良い。
(荷重維持制御)
次に、上記予備荷重設定制御の実行後であって、吸着ノズル12が基板に到達するまでに行われる荷重維持制御について説明する。かかる荷重維持制御も、CPU60bがROM60aに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
かかる荷重維持制御では、荷重アーム33を第一の目標荷重で空気軸受け43に圧接させた状態で第一の上下動手段20の上下動モータ21を駆動させて可動ブラケット14を下降移動させる。そして、当該下降移動中は、ロードセル15の検出荷重を監視して第一の目標荷重を維持するようにボイスコイルモータ31のフィードバック制御を実行する。
可動ブラケット14の下降動作中は、スプラインナット53に嵌合しているノズルシャフト41の上端部が摩擦を生じることとなるが、ボイスコイルモータ31は、フィードバック制御が実施されるので、摩擦力の影響にかかわらず、荷重アーム33は第一の目標荷重で空気軸受け43に圧接した状態が維持される。
(搭載制御)
次に、上記荷重維持制御の実行中において吸着ノズル12の基板到達の検出及び電子部品搭載作業を実施する搭載制御について説明する。かかる搭載制御も、CPU60bがROM60aに格納された所定のプログラムを実行することにより行われる処理である。
かかる搭載制御では、前記荷重維持制御による可動ブラケット14の下降中においてロードセル15の検出荷重から吸着ノズル12の基板到達の監視を行うと共に到達時に吸着ノズル12による押圧荷重が後述する第二の目標荷重を一定時間維持するようにボイスコイルモータ31の制御が行われる。
荷重維持制御による可動ブラケット14の下降中における吸着ノズル12の基板到達の検出は、ロードセル15の検出荷重の増加量が予め定めた閾値を超えるか否かの判定により行われる。即ち、可動ブラケット14の下降中に生じる主たる外乱となるノズルシャフト41とスプラインナット53との間における摩擦力の発生による荷重の増加量に比して、吸着ノズル12の基板当接による荷重の増加量の方が大きいので、これらの荷重増加量の中間となる値が予め閾値としてROM60a内に定められている。そして、可動ブラケット14の下降中は、CPU60bがロードセル15の検出値の変化を当該閾値と比較し、当該閾値を超える変化があった時に吸着ノズル12が基板に到達したものと判定するようになっている。
また、搭載制御において、吸着ノズル12の基板到達が検出されると、ロードセル15の検出荷重が第二の目標荷重(吸着ノズル12の保持する電子部品に付与すべき基板側に塗布されたハンダペーストまたは接着剤への部品塔載押圧荷重の目標値であって前述した第一の目標荷重値よりも若干大きく設定される)となるようにボイスコイルモータ31のフィードバック制御の目標値が切り替えられる。そして、当該第二の目標荷重に到達すると、予め定められた荷重付加時間が経過するまで第二の目標荷重の付与状態を維持してからボイスコイルモータ31のフィードバック制御を終了して電子部品を吸着ノズル12から解放し、可動ブラケット14が上昇するように上下動モータ21の制御が行われる。
なお、ここで示す動作例では、基板到達後も第二の目標荷重の付与中も可動ブラケット14の下降動作が継続されるように上下動モータ21の動作制御が行われるが、基板到達検出時又は第二の目標荷重の到達時に可動ブラケット14の下降が停止されるように上下動モータ21を制御しても良い。
(吸着ノズルの昇降装置の動作制御)
前記CPU60bが実行する吸着ノズル12の昇降装置10の動作制御を図4のフローチャート及び図5のタイミングチャートに基づいて説明する。
なお、ここでは、吸着ノズル12が電子部品の吸着を行い、角度調節モータ51により吸着ノズル12の先端部の電子部品の向きが既に調節されて基板の搭載位置にヘッドが搬送された状態にあることを前提とするものとする。
当初、可動ブラケット14は、ヘッド搬送時の高さZ3に位置し(図5(1))、上下動モータ21の駆動により予備荷重設定制御を実行する高さZ2まで可動ブラケット14を下降させる(ステップS1:図5(2))。このとき、ボイスコイルモータ31は非駆動状態(出力V0)にあり、吸着ノズル12は可動ブラケット14に対して最も下降した位置にある。なお、高さZ2は、ボイスコイルモータ31が非駆動状態で吸着ノズル12が最も下降した位置にある状態で、吸着ノズル12の下端部が基板に届くことがない高さに設定されている。また、かかる状態におけるロードセル15の検出荷重はL1となっている。
可動ブラケット14が高さZ2に到達すると、予備荷重設定制御におけるゼロリセットが実行される(ステップS2)。即ち、荷重アーム33が空気軸受け43の上面から離間する高さまで持ち上げられるようボイスコイルモータ31の駆動制御が行われ(図5(3))、その際のロードセル15の検出荷重L0が0点としてRAM60cに登録される(L0<L1)。
ゼロリセットが完了すると、ボイスコイルモータ31の下降駆動が行われ(ステップS3:図5(4))、荷重アーム33を空気軸受け43に当接させる。そして、さらに、ロードセル15の検出荷重が第一の目標荷重L2に到達したか判定を行い(ステップS4)、到達していなければ下降を継続し、到達した場合には(図5(5))、荷重維持制御に移行する。
荷重維持制御では、可動ブラケット14が搭載終了高さZ1に到達するまで上下動モータ21を下降制御させる(ステップS5)。なお、仮に、吸着ノズル12の基板到達高さをZ0とすると、搭載終了高さZ1はZ0よりも低い位置に設定される。
可動ブラケット14の下降移動が開始されると、CPU60bは、ロードセル15の検出出力が第一の目標荷重L2を維持するようにボイスコイルモータ31のフィードバック制御を実行する(図5(6))。
次いで、搭載制御に移行し、CPU60bは、ロードセル15の検出出力が基板到達を判定するための閾値L3を超えるか否かにより基板の到達を判定する(ステップS6)。そして、判定の結果、ロードセル15の出力が閾値L3を超えた場合には(図5(7))、第一の目標荷重L2から第二の目標荷重L4に目標荷重値の切り替えが行われ(ステップS7)、ボイスコイルモータ31に対して第二の目標荷重値L4が得られるように下降制御が行われる(図5(8))。
そして、さらに、ロードセル15の検出荷重が第二の目標荷重L4に到達したか判定を行い(ステップS8)、ロードセル15から第二の目標荷重L4が得られると、荷重付与時間T1のカウントが開始される(ステップS9:図5(9))。なお、第二の目標荷重L4が得られた後も、上下動モータ21により可動ブラケット14の下降移動が継続しているので、ボイスコイルモータ31は第二の目標荷重L4を維持するために下降駆動を継続するフィードバック制御が実行される。そして、上下動モータ21の駆動が停止されると、ボイスコイルモータ31も駆動を停止させて、ロードセル15の検出荷重が第二の目標荷重L4となる状態をキープする。
さらに、CPU60bは、荷重付与時間T1が経過したか判定し(ステップS10)、荷重付与時間T1の経過が検出されると、上下動モータ21による可動ブラケット14の初期位置(ヘッド搬送時の高さZ3)への復帰動作が開始され(ステップS11:図5(11))、ボイスコイルモータ31は駆動が停止されて出力V0に戻される(ステップS12:図5(12))。そして、電子部品の搭載時の動作制御が終了される。
(実施形態の効果)
上記吸着ノズルの昇降装置10では、予備荷重設定制御において、吸着ノズル12が電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、荷重アーム33を空気軸受け43により制止させた状態でボイスコイルモータ31により第一の目標荷重となるように制御するので、スプライン構造による摩擦力が生じない状態で検出誤差を生じることなく正確に第一の目標荷重での加圧状態を実現することができる。
そして、荷重維持制御により、荷重アーム33が空気軸受け43を第一の目標荷重で加圧した状態を維持するようにボイスコイルモータ31のフィードバック制御が行われるので、スプライン構造から生じる摩擦力による影響がロードセル15による検出荷重に現れてもすぐにフィードバック制御により修正され、下降中もずっと第一の目標荷重が維持され、可動ブラケット14の下降により吸着ノズル12が基板に到達する際にも第一の目標荷重を正確に維持しつつ電子部品を基板側に加圧することが可能である。
さらに、吸着ノズル12の基板到達後に、第一の目標荷重よりも大きな値となる第二の目標荷重となるようにボイスコイルモータ31が制御されるので、吸着ノズルの基板到達時に瞬間的に加圧の荷重が大きくなっても、その大きさを抑えることができ、電子部品を保護すると共に、適切な搭載を行うことが可能となる。
(その他)
なお、荷重の検出手段としてはロードセルに限らず、他の荷重センサなどを用いても良い。また、ボイスコイルモータ31から吸着ノズル12に伝達する部材の歪みを歪みゲージなどで求めても良い。
また、上記昇降装置10では、ボイスコイルモータ31と荷重アーム33との間で荷重伝達が行われる経路の途中にロードセル15を配置しているが、ボイスコイルモータ31から吸着ノズル12に上下方向に付与される荷重を検出することが可能ないずれの位置にロードセル15を配置しても良い。例えば、荷重アーム33と空気軸受け43との間で荷重検出を行っても良い。
10 吸着ノズルの昇降装置
12 吸着ノズル
14 可動ブラケット(移動体)
15 ロードセル(荷重検出手段)
20 第一の上下動手段
21 上下動モータ(第一の昇降駆動源)
30 第二の上下動手段
31 ボイスコイルモータ(第二の昇降駆動源)
34 与圧バネ(弾性体)
35 支持バネ(弾性体)
40 負圧供給手段
41 ノズルシャフト
43 空気軸受け(下降ストッパ)
50 回転角度調節手段
51 角度調節モータ(回転駆動源)
53 スプラインナット
60 動作制御手段

Claims (5)

  1. ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、
    前記ヘッドに固定支持された本体フレームと、
    前記本体フレームに対して昇降可能に装備された移動体と、
    前記本体フレームに設けられ、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、
    前記移動体に設けられ、前記吸着ノズルに前記移動体に対する昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、
    前記本体フレームに設けられ、前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、
    前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、
    前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、
    前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、
    前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパと、
    を備える吸着ノズルの昇降装置において、
    前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、
    前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御と、
    前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御と、
    前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御を行う動作制御手段を備えることを特徴とする吸着ノズルの昇降装置。
  2. 前記搭載制御において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする請求項1記載の吸着ノズルの昇降装置。
  3. 前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに動作伝達を行う経路の途中で、弾性体を介して前記荷重検出手段が配設されることを特徴とする請求項1又は2記載の吸着ノズル昇降装置。
  4. ヘッドに搭載され、電子部品を吸着して基板の所定位置に搭載を行う吸着ノズルの昇降装置であって、前記ヘッドに固定支持された本体フレームと、前記本体フレームに対して昇降可能に装備された移動体と、前記本体フレームに設けられ、前記移動体に昇降動作を付与する第一の昇降駆動源と、前記移動体に設けられ、前記吸着ノズルに前記移動体に対する昇降動作を付与する第二の昇降駆動源と、前記本体フレームに設けられ、前記吸着ノズルを回転させる回転駆動源と、前記回転駆動源による回転力を伝達すると共に前記吸着ノズルの昇降を可能とするスプライン構造部と、前記第二の昇降駆動源から前記吸着ノズルに付与される荷重を検出する荷重検出手段と、前記吸着ノズルに負圧を供給する負圧供給手段と、前記移動体に設けられ前記吸着ノズルの下降を所定の高さで制止する下降ストッパと、を備える吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法において、
    前記吸着ノズルが電子部品を吸着した状態から基板に搭載する場合に、
    前記移動体の停止状態で前記吸着ノズルが前記下降ストッパにより制止されてから前記荷重検出手段による検出荷重が第一の目標荷重となるまで前記第二の昇降駆動源による下降動作方向への駆動を行う予備荷重設定制御工程と、
    前記予備荷重設定制御後に、前記荷重検出手段による検出荷重に基づいて前記第一の目標荷重を維持するように前記第二の昇降駆動源をフィードバック制御しつつ前記第一の昇降駆動源による下降動作を行う荷重維持制御工程と、
    前記荷重維持制御における前記荷重検出手段の検出荷重の変化から基板到達を判定し、基板到達から予め定められた荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させる搭載制御工程とを、動作制御手段に実行させることを特徴とする吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法。
  5. 前記搭載制御工程において、前記基板到達後、前記第一の目標荷重よりも大きな第二の目標荷重となるように前記第二の昇降駆動源を制御し、前記第二の目標荷重となってから前記荷重付与時間の経過後に荷重の付与を終了させることを特徴とする請求項4記載の吸着ノズルの昇降装置の荷重制御方法。
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