JP6788772B2 - 部品実装装置および部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、実装ヘッドに装着された吸着ノズルによって部品を保持して基板に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は、部品を保持した吸着ノズルを基板に対して下降させて部品を実装点に着地させることにより行われる。この部品実装動作において、部品を基板に着地させる際の衝撃による部品の損傷や実装位置ずれを防止することを目的として、従来より基板の実装面から所定の高さ位置にて吸着ノズルの下降速度を通常の速度よりも減速して低速で基板に着地させることが行われている（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、部品種毎に装着下降減速データおよび減速ストロークが設定されており、減速ストロークで規定された値を減算した位置から、装着下降減速データに規定される速度に減速して部品を装着するようにしている。

特開２０００−３４０９９６号公報

しかしながら上述の先行技術を含め従来技術においては、実装対象となる基板の種類による部品実装時の挙動の相違が考慮されていないことから、以下のような問題が生じていた。すなわち実装対象となる基板には、ガラス繊維をエポキシ樹脂に含有させたいわゆるガラエポ基板や、金属シートを主体とするキャリア型基板など、複数の材質が用いられている。さらに同一材質の基板であっても、基板の厚みは一定でなく、用途に応じて基板厚みは異なっている。このような基板の材質や厚みの相違により、基板の剛性や部品実装における基板の反り変形量は一定ではなく、この結果として部品実装動作において部品が着地した際の基板からの反発力も基板の種類によって異なったものとなる。

そしてこのような基板の種類の相違による部品実装時の挙動への影響を考慮することなく一律に減速高さ位置や減速後の下降速度を設定すると、適正に減速されないまま部品が基板に着地する場合が生じ、着地時の衝撃による部品の損傷や実装位置ずれを招く結果となっていた。このように、従来技術においては、基板の種類の相違による影響が考慮されていないことに起因して、部品実装動作における着地時の衝撃による部品の損傷や実装位置ずれなどの不具合を招くという課題があった。

そこで本発明は、部品実装動作における着地時の衝撃による部品の損傷や実装位置ずれなどの不具合を防止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、部品を吸着して基板に実装する部品吸着ノズルと、前記部品吸着ノズルを動作させるノズル駆動手段と、前記部品の実装対象となる基板の種類に応じた複数のノズル駆動パラメータを記憶する記憶部と、前記ノズル駆動パラメータにより前記ノズル駆動手段を制御するノズル駆動制御手段とを備え、前記ノズル駆動制御手段は、実装高さよりも高い高さであって前記部品吸着ノズルの下降動作において前記実装高さに至るまでに下降速度の減速が行われる減速高さである第１の高さまで第１の速度で前記部品吸着ノズルを下降させ、前記第１の高さから前記実装高さまでは前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記部品吸着ノズルを下降させて前記基板に前記部品を実装させ、前記ノズル駆動制御手段は、前記部品の実装対象となる基板に応じた前記駆動パラメータに基づいて、前記第１の高さおよび前記第２の速度を変更し、前記駆動パラメータは、前記第１の速度および前記第２の速度として５ｍｍ／ｓから５０ｍｍ／ｓまでの範囲を設定するようにしたものである。

本発明の部品実装方法は、基板に部品を実装する部品実装方法であって、部品を吸着して基板に実装する部品吸着ノズルと、前記部品吸着ノズルを動作させるノズル駆動手段と、前記部品の実装対象となる基板の種類に応じた複数のノズル駆動パラメータを記憶する記憶部と、前記ノズル駆動パラメータにより前記ノズル駆動手段を制御するノズル駆動制御手段とを備え、前記ノズル駆動制御手段は、実装高さよりも高い高さであって前記部品吸着ノズルの下降動作において前記実装高さに至るまでに下降速度の減速が行われる減速高さである第１の高さまで第１の速度で前記部品吸着ノズルを下降させ、前記第１の高さから前記実装高さまでは前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記部品吸着ノズルを下降させて前記基板に前記部品を実装させ、前記ノズル駆動制御手段は、前記部品の実装対象となる基板に応じた前記駆動パラメータに基づいて、前記第１の高さおよび前記第２の速度を変更し、前記駆動パラメータは、前記第１の速度および前記第２の速度として５ｍｍ／ｓから５０ｍｍ／ｓまでの範囲を設定するようにしたものである。

本発明によれば、部品実装動作における着地時の衝撃による部品の損傷や実装位置ずれなどの不具合を防止することができる。

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部品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を示す動作説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。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機構２がＸ方向（基板搬送方向）に配設されている。基板搬送機構２は上流側装置から受け渡された基板３を搬送して、以下に説明する部品実装機構１１による実装作業位置に位置決めして保持する。基板搬送機構２の両側には、それぞれ部品供給部４が配置されており、部品供給部４には複数のテープフィーダ５が並設して装着されている。テープフィーダ５は、部品Ｐ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１１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を備えた多連型ヘッドであり、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は部品吸着ノズル１９（図２，図３参照）によってそれぞれの部品供給部４に配置されたテープフィーダ５から部品Ｐを取り出して、基板３に移送して実装する。上記構成において、Ｙ軸移動ビーム７、Ｘ軸移動ビーム８および実装ヘッド９は、部品実装機構１１を構成する。

基台１ａにおいて基板搬送機構２とそれぞれの部品供給部４との間には、部品認識カメラ１３およびノズルストッカ１４が配設されている。部品供給部４から部品Ｐを取り出した実装ヘッド９が部品認識カメラ１３の上方を移動することにより、部品認識カメラ１３は実装ヘッド９において部品吸着ノズル１９に保持された状態の部品Ｐを撮像する。ノズルストッカ１４には複数種類の部品Ｐに対応した部品吸着ノズル１９が収納されており、ノズルストッカ１４に対して実装ヘッド９をアクセスさせて所定のノズル交換動作を実行させることにより、実装ヘッド９の各ノズルユニット１０には実装対象の部品Ｐに応じた部品吸着ノズル１９が装着される。

Ｘ軸移動ビーム８の下面側には実装ヘッド９と一体的に移動する基板認識カメラ１２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を基板搬送機構２に保持された基板３の上方に移動させることにより、基板認識カメラ１２によって基板３の位置認識マークなどの基準点を撮像することができる。部品認識カメラ１３、基板認識カメラ１２によって取得された撮像データを認識処理部２４（図４参照）によって認識処理することにより、実装ヘッド９において部品吸着ノズル１９に保持された状態の部品Ｐの位置ずれや、基板搬送機構２に保持された基板３の位置ずれを検出することができる。部品実装機構１１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。

次に図２を参照して、実装ヘッド９の構成を説明する。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１５を下方に延出させた構成となっており、ノズル軸１５の下端部に結合されたノズル装着部１６には、部品吸着ノズル１９が着脱自在に装着されている。

図３に示すように、ノズル装着部１６は部品吸着ノズル１９を着脱自在に保持するノズルホルダ１６ａと、ノズルホルダ１６ａを着脱自在且つ上下方向に所定の緩衝荷重でスライド自在に保持する機能を有する緩衝ガイド機構１６ｂより構成されている。緩衝ガイド機構１６ｂは、部品吸着ノズル１９が下降して部品Ｐを基板３に着地させる際の衝撃を緩和する目的で設けられている。ノズル軸１５は緩衝ガイド機構１６ｂ、ノズルホルダ１６ａを挿通して部品吸着ノズル１９に連通しており、ノズル軸１５を貫通して設けられた吸引孔（図示省略）は真空給引源２０に接続されている。真空給引源２０によってノズル軸１５の吸引孔を真空吸引することにより、部品吸着ノズル１９は下端部の吸着保持面１９ａに実装対象の部品Ｐを吸着して保持する。そしてこの状態で実装ヘッド９を基板３に移動させて部品実装動作を行わせることにより、部品Ｐを基板３に実装する。

図２においてそれぞれのノズル駆動部１０ａは、ノズル軸１５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および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４参照）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１６に装着された部品吸着ノズル１９は個別に昇降する。したがってノズル駆動部１０ａは部品吸着ノズル１９を動作させるノズル駆動手段となっている。

そしてこのノズル駆動手段により部品吸着ノズル１９を個別に昇降させる過程において、部品吸着ノズル１９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制御部２１（図４参照）がノズル駆動部１０ａを制御することにより、部品吸着ノズル１９の下降停止高さの制御や、下降過程における減速開始高さを任意に制御することができるようになっている。

複数列のノズルユニット１０の側方にはθ軸モータ１７が駆動軸を下向きにして配設されている。駆動軸に結合された駆動プーリ１７ａとそれぞれのノズル軸１５に装着された従動プーリ１７ｂには、ベルト１８が調帯されている。θ軸モータ１７を駆動することにより、ノズル軸１５はノズル装着部１６に装着された部品吸着ノズル１９とともにθ回転し、これにより部品吸着ノズル１９に保持された電子部品のθ方向の位置合わせが行われる。

次に図４を参照して、制御系の構成を説明する。図４において、制御部２１は演算処理機能を有するＣＰＵであり、記憶部２２に記憶された各種のプログラムを実行することにより、以下に説明する各部を制御して部品実装装置１における作業動作や演算処理を実行させる。したがって制御部２１はノズル駆動手段としてのノズル駆動部１０ａを制御するノズル駆動制御手段となっている。これらの作業動作や演算処理においては、記憶部２２に記憶された実装データ２２ａやノズル駆動パラメータ２２ｂが参照される。実装データ２２ａには、基板３に実装される部品Ｐの種類や実装位置座標、実装ヘッド９によって部品供給部４から取り出した部品Ｐを基板３に移送搭載する実装ターンの実行順序を規定する実装シーケンスなどが含まれている。

ノズル駆動パラメータ２２ｂは、制御部２１がノズル駆動部１０ａを制御して駆動する際に用いられる制御パラメータである。本実施の形態においては、ノズル駆動パラメータ２２ｂには部品吸着ノズル１９の昇降動作における基準点の高さ（例えば部品吸着ノズル１９の下端部の吸着保持面１９ａの高さｈ・・図５（ａ）参照）を示すノズル高さ（ｈ）２２ｃおよび部品吸着ノズル１９の下降動作における速度を示すノズル下降速度（ｖ）２２ｄが含まれている。

ノズル高さ（ｈ）２２ｃとしては、部品吸着ノズル１９の下降動作において部品吸着ノズル１９が吸着保持している部品Ｐが基板３の実装面に着地する高さを示す実装高さｈｍ、部品吸着ノズル１９の下降動作において実装高さｈｍに至るまでに下降速度を減速する減速高さ、すなわち実装高さｈｍよりも高い高さである第１の高さｈ１が規定されている。そしてノズル下降速度（ｖ）２２ｄには、第１の高さｈ１まで部品吸着ノズル１９を下降させる際の速度である第１の速度ｖ１および第１の速度ｖ１よりも遅い速度であって第１の高さｈ１から実装高さｈｍまで部品吸着ノズル１９を下降させる際の速度である第２の速度ｖ２が規定されている。

なおこれらのノズル駆動パラメータ２２ｂは、実装対象の部品Ｐの種類やサイズに応じて、さらには対象となる基板３の種類や厚さに応じて適正な値に設定されている。基板３の種類としては、ガラス繊維をエポキシ樹脂に含浸させたガラエポ基板や、アルミニウムやステンレス鋼を用いたキャリアなどが例示され、基板３の厚みとしては０．３ｍｍ〜４ｍｍを例示することができる。そしてノズル下降速度（ｖ）２２ｄに規定される第１の高さｈ１としては、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲から適正値が設定され、ノズル高さ（ｈ）２２ｃに規定される第１の速度ｖ１、第２の速度ｖ２としては、５ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓの範囲から適正値が設定される。

機構駆動部２３は制御部２１に制御されて、基板搬送機構２、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。これにより、基板３の搬送位置決め、実装ヘッド９による基板３への部品実装動作が実行される。この部品実装動作には、制御部２１がノズル駆動部１０ａを制御することにより実行される部品吸着ノズル１９の下降動作が含まれる。認識処理部２４は、基板認識カメラ１２、部品認識カメラ１３により取得された画像を認識処理する。これにより、実装ヘッド９において部品吸着ノズル１９に保持された状態の部品Ｐの位置ずれや、基板搬送機構２に保持された基板３の位置ずれが検出される。

次に図５を参照して、部品実装装置１により実行される部品実装方法について説明する。この部品実装方法は、部品Ｐを吸着する部品吸着ノズル１９をノズル駆動手段であるノズル駆動部１０ａによって動作させることにより、部品Ｐを基板３に実装する部品実装動作を実行するものである。そしてこの部品実装動作は、ノズル駆動部１０ａをノズル駆動制御手段である制御部２１によって制御することにより実行される。

図５は、この部品実装動作における部品吸着ノズル１９の下降動作を示しており、ここでは時間の経過と部品Ｐを吸着保持した部品吸着ノズル１９の下降変位との相関を模式的に示している。まず図５（ａ）（１）は、吸着保持面１９ａに部品Ｐを吸着保持した部品吸着ノズル１９が厚さＴの基板３の上方に位置している状態を示している。この時の部品吸着ノズル１９の高さｈは、ノズル駆動パラメータ２２ｂのノズル高さ（ｈ）２２ｃに規定されている第１の高さｈ１（実装高さｈｍよりも高い位置）よりも高い位置にある。

ノズル下降動作が開始されると、制御部２１がノズル駆動部１０ａを制御することにより、実装高さｈｍよりも高い高さである第１の高さｈ１まで第１の速度ｖ１で部品吸着ノズル１９を下降させる（第１ステップ）。これにより、部品吸着ノズル１９は図５（ａ）（２）に示す状態となり、ここで下降速度の減速が行われる。すなわち第１の高さｈ１から実装高さｈｍまでは、第１の速度ｖ１よりも遅い第２の速度ｖ２で部品吸着ノズル１９を下降させて、基板３に部品Ｐを実装させる（第２ステップ）。

これにより、図５（ａ）（３）に示すように、吸着保持面１９ａに吸着保持された部品Ｐは基板３の実装面に着地して実装が完了する。このように、第１の高さｈ１から実装高さｈｍまでの下降速度を第１の速度ｖ１よりも遅い第２の速度ｖ２に減速することにより、部品Ｐが基板３に着地する際の衝撃を緩和することができ、衝撃に起因する部品Ｐの破損や実装位置ずれを防止することができる。

なお部品実装動作においては、制御部２１がノズル駆動パラメータ２２ｂを参照することにより、部品Ｐの実装対象となる基板３の厚さＴに応じて、当該基板３の種類に応じて第１の高さｈ１を変更するようにしている。これにより、図５（ｂ）に示すように実装対象の基板３が反り変形を生じやすい種類であって、正常な状態の基板３の実装面よりも反り変形分ｄだけ浮き上がっているような場合にあっても、予め反り変形分ｄを考慮した第１の高さｈ１を選択することができる。

これにより、図５（ｂ）（４）に示すように、反り変形分ｄだけ浮き上がった状態の基板３の実装面よりも高い位置に第１の高さｈ１が設定される。したがって下降速度の減速のための高さである第１の高さｈ１に到達する前に部品Ｐが基板３の実装面に着地する事態は発生せず、第１の速度ｖ１よりも遅い第２の速度ｖ２に減速された状態で、図５（ｂ）（５）に示すように、部品Ｐを基板３の実装面に着地させることができる。

なお上述例では、基板３の種類に応じて第１の高さｈ１を変更する例を示したが、第２の速度ｖ２についても同様に、部品Ｐの実装対象となる基板３の種類に応じて、さらには基板３の厚さＴに応じて変更するようにしてもよい。このような第２の速度ｖ２の変更は、部品実装動作において制御部２１が記憶部２２に記憶されたノズル駆動パラメータ２２ｂを参照することにより行われる。これにより、種類や厚さによって反り変形や反発力などの特性が異なる基板３を対象とする場合にあっても、対象とする基板３の特性に応じた適正な第２の速度ｖ２を設定して、部品Ｐの着地時の衝撃に起因する部品Ｐの破損や実装位置ずれを防止することができる。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装装置および部品実装方法では、部品Ｐを吸着する部品吸着ノズル１９をノズル駆動手段であるノズル駆動部１０ａによって動作させることにより、部品Ｐを基板３に実装する部品実装において、ノズル駆動部１０ａをノズル駆動制御手段である制御部２１によって制御することにより実行される部品実装動作を、実装高さｈｍよりも高い高さである第１の高さｈ１まで第１の速度ｖ１で部品吸着ノズル１９を下降させ、第１の高さｈ１から実装高さｈｍまでは第１の速度ｖ１よりも遅い第２の速度ｖ２で部品吸着ノズル１９を下降させて基板３に部品Ｐを実装させるように構成し、さらに部品Ｐの実装対象となる基板３の種類に応じて第１の高さｈ１を変更するようにしている。これにより、部品吸着ノズル１９の下降動作における減速のタイミングを基板３の種類に応じて適正に設定することができ、部品実装動作における着地時の衝撃による部品Ｐの損傷や実装位置ずれなどの不具合を防止することができる。

本発明の部品実装装置および部品実装方法は、部品実装動作における着地時の衝撃による部品の損傷や実装位置ずれなどの不具合を防止することができるという効果を有し、実装ヘッドに装着された吸着ノズルによって部品を保持して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
３ 基板
９ 実装ヘッド
１０ ノズルユニット
１０ａ ノズル駆動部
１５ ノズル軸
１９ 部品吸着ノズル
Ｐ 部品

Claims (2)

1. 部品を吸着して基板に実装する部品吸着ノズルと、前記部品吸着ノズルを動作させるノズル駆動手段と、前記部品の実装対象となる基板の種類に応じた複数のノズル駆動パラメータを記憶する記憶部と、前記ノズル駆動パラメータにより前記ノズル駆動手段を制御するノズル駆動制御手段とを備え、
   前記ノズル駆動制御手段は、実装高さよりも高い高さであって前記部品吸着ノズルの下降動作において前記実装高さに至るまでに下降速度の減速が行われる減速高さである第１の高さまで第１の速度で前記部品吸着ノズルを下降させ、
   前記第１の高さから前記実装高さまでは前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記部品吸着ノズルを下降させて前記基板に前記部品を実装させ、
   前記ノズル駆動制御手段は、前記部品の実装対象となる基板に応じた前記駆動パラメータに基づいて、前記第１の高さおよび前記第２の速度を変更し、
   前記駆動パラメータは、前記第１の速度および前記第２の速度として５ｍｍ／ｓから５０ｍｍ／ｓまでの範囲を設定する、部品実装装置。
2. 基板に部品を実装する部品実装方法であって、
   部品を吸着して基板に実装する部品吸着ノズルと、前記部品吸着ノズルを動作させるノズル駆動手段と、前記部品の実装対象となる基板の種類に応じた複数のノズル駆動パラメータを記憶する記憶部と、前記ノズル駆動パラメータにより前記ノズル駆動手段を制御するノズル駆動制御手段とを備え、
   前記ノズル駆動制御手段は、実装高さよりも高い高さであって前記部品吸着ノズルの下降動作において前記実装高さに至るまでに下降速度の減速が行われる減速高さである第１の高さまで第１の速度で前記部品吸着ノズルを下降させ、
   前記第１の高さから前記実装高さまでは前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記部品吸着ノズルを下降させて前記基板に前記部品を実装させ、
   前記ノズル駆動制御手段は、前記部品の実装対象となる基板に応じた前記駆動パラメータに基づいて、前記第１の高さおよび前記第２の速度を変更し、
   前記駆動パラメータは、前記第１の速度および前記第２の速度として５ｍｍ／ｓから５０ｍｍ／ｓまでの範囲を設定する、部品実装方法。

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