JP6805661B2 - 部品搬送機及び部品搬送機の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、チップ部品等の電子部品のパッケージングや基板への表面実装において電子部品を搬送する部品搬送機及び部品搬送機の駆動方法に関する。

チップ部品等の電子部品のパッケージングや基板への表面実装において、電子部品を吸着して搬送する部品搬送機が用いられている。部品搬送機としては、電子部品に接触及び吸着する吸着ノズルを有するものが提案されており、吸着ノズルが電子部品を吸着することにより、電子部品を所望の位置まで搬送することができる。

このような部品搬送機では、吸着ノズルが電子部品等の搬送対象物に対して接触する時、搬送対象物に対して過度な衝撃を与えてしまうことにより、対象物が損傷してしまう問題を防止する必要がある。このような問題を防止するための従来技術としては、例えば対象物に接触する前に吸着ノズルの下降速度を減速する方法や、吸着ノズルを駆動するＶＣＭ等が発生するトルク量の変化から吸着ノズルと対象部品との接触を検出し、また、接触時にＶＣＭが発生するトルク量を制限する方法が提案されている（特許文献１及び特許文献２等参照）。

特開平１１−１２１９８９号公報 特開平１０−２６１８９７号公報

しかしながら、ＶＣＭの電流値やサーボモータのトルク値の上昇から、吸着ノズルと搬送対象物との接触を検出する従来技術では、接触時及び接触位置を十分に精度良く検出できないという課題を有している。特に、高速動作条件下及び搬送対象物が、薄型の電子部品であったり基材がガラス質の電子部品であったりする場合、接触の検出が遅れることにより、搬送対象物に過度の加重が加わり、損傷による不良品の発生を招く問題が生じる。また、吸着ノズルの下降速度を低下させれば、搬送対象物への加重を低減することは可能であるものの、一台の部品搬送機が単位時間当たりに搬送できる部品数が減少するため、プロセスの効率が低下する問題が生じる。

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、吸着ノズルと搬送対象物との接触を精度良く検出し、搬送対象物へ与える衝撃加重を低減できる部品搬送機及び部品搬送機の駆動方法を提供することである。

本発明に係る部品搬送機は、電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータに駆動電力を供給して駆動する駆動制御部と、
前記電動アクチュエータによって上下方向に動く可動部と、
前記可動部に接続するか、又は前記可動部に押されることにより上下方向に動くことができ、下方に設置された対象物に接触及び吸着して前記対象物を保持する吸着ノズルと、
前記可動部の位置を検出し、前記駆動制御部に前記可動部の位置に関する位置信号を出力するリニアスケールと、を有しており、
前記駆動制御部は、前記電動アクチュエータに供給した前記駆動電力と、前記リニアスケールから出力された前記位置信号とを比較して、前記吸着ノズルが前記対象物に接触する接触位置を検出することを特徴とする。

本発明に係る部品搬送機は可動部および吸着ノズルの位置を検出するリニアスケールを有している。本発明に係る駆動制御部は、可動部への駆動電力信号とリニアスケールからの位置信号とを比較して、吸着ノズルと対象物との接触位置を精度良く検出することができる。特に、駆動電力信号の時間的解像度（周波数等）と、リニアスケールの空間的解像度を高めることにより、吸着ノズルが対象物に接触したこと及びその接触位置を、素早く正確に検出することが可能である。したがって、本発明に係る部品搬送機は、吸着ノズルが対象物に接触した直後に、素早く吸着ノズルを減速・停止させるなどの処理を行うことが可能であり、吸着ノズルの接触により搬送対象物へ与える当接加重を低減し、搬送対象物の損傷を防止することができる。

また、例えば、前記リニアスケールは、光学式リニアスケールであることが好ましい。

光学式リニアスケールを用いることにより、吸着ノズルが対象物に接触したこと及びその接触位置を、より素早く正確に検出することが可能である。したがって、このような部品搬送機は、吸着ノズルの接触により搬送対象部へ与える当接加重を効果的に低減し、搬送対象物の損傷を防止することができる。

また、本発明に係る部品搬送機の駆動方法は、対象物に接触及び吸着して前記対象物を保持する吸着ヘッドを有する部品搬送機の駆動方法であって、
電動アクチュエータに駆動電力を供給して駆動するステップと、
前記電動アクチュエータによって上下方向に動く可動部の位置を検出するリニアスケールから、前記可動部の位置に関する位置信号を受け取るステップと、
前記電動アクチュエータに供給した前記駆動電力と、前記リニアスケールから出力された前記位置信号とを比較して、前記可動部に接続するか又は前記可動部に押されることにより上下方向に動く前記吸着ノズルが、前記対象物に接触する接触位置を検出するステップと、を有する。

本発明に係る部品搬送機の駆動方法によれば、可動部への駆動電力信号とリニアスケールからの位置信号とを比較して、吸着ノズルと対象物との接触位置を精度良く検出することができる。

また、例えば、本発明に係る部品搬送機の駆動方法は、前記吸着ノズルが前記接触位置に到達した際における前記電動アクチュエータの電流値を算出するステップをさらに有してもよい。

前記吸着ノズルが、前記対象物に接触した際の電流値を算出することにより、吸着ノズルと対象物との接触時における当接加重を算出することができる。したがって、このような部品搬送機の駆動方法によれば、算出した当接加重から可動部の駆動制御条件を最適化するなどして、搬送対象物への当接加重を低減するとともに、当接加重を許容範囲に収めつつ吸着ノズルの駆動速度を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る部品搬送機の概略斜視図である。 図２は、図１に示す部品搬送機の吸着ノズルが上昇位置にある状態を示す側面図である。 図３は、図１に示す部品搬送機の吸着ノズルが下降位置にある状態を示す側面図である。 図４は、図１に示す部品搬送機の概略ブロック図である。 図５は、図１に示す部品搬送機における接触位置の検出方法を説明するための概念図である。 図６は、図１に示す部品搬送機において検出されるＶＣＭの電流値の一例を表すグラフである。

以下、本発明に係る部品搬送機及び部品搬送機の駆動方法について、実施形態を示して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る部品搬送機１０を示す概略斜視図である。部品搬送機１０は、搬送の対象物であるチップ部品７０（図２及び図３参照）の製造工程において、チップ部品７０を製造装置における搬送路から他の位置（例えば、電気的特性の検査機や、パッキング用のキャリアテープの上など）に搬送するものであるが、部品搬送機１０としてはこれに限定されない。たとえば、部品搬送機１０は、チップ部品７０等の対象物を、実装基板の所定位置に搬送するものであってもよい。

図１に示すように、部品搬送機１０は、電動アクチュエータとしてのＶＣＭ（ボイスコイルモータ）２０と、可動部３０と、旋回ヘッドユニット５０と、リニアスケール６０とを有する。また、図４に示すように、部品搬送機１０は、ＶＣＭ２０に駆動電力を供給して駆動する駆動制御部４０を有する。

ＶＣＭ２０は、部品搬送機１０の可動部３０を駆動する電動アクチュエータとして機能する。ＶＣＭ２０の本体は、ＶＣＭ２０の駆動軸が下方を向くように、固定ブロック１４に対してボルト等を用いて固定されている。ＶＣＭ２０の駆動軸は可動部３０に接続されており、可動部３０はＶＣＭ２０によって上下方向に動く。

図２において、部品搬送機１０の可動部３０は、上昇位置にある。可動部３０は、可動ブロック３２と、可動ブロック３２から下方に突出する突起で構成されるプッシャー３４を有する。可動ブロック３２は、固定ブロック１４に形成されたレールに沿って上下方向に相対移動する。

プッシャー３４は、可動ブロック３２の移動に伴い上下に移動し、図３に示すように可動部３０とともに下降位置に移動すると、旋回ヘッドユニット５０の吸着ノズル５２のノズル後端５２ｂに接触し、吸着ノズル５２を下降させる。プッシャー３４は、図２に示すように可動部３０が上昇位置にある場合、吸着ノズル５２のノズル後端５２ｂから離間している。

図１に示す旋回ヘッドユニット５０は、吸着ノズル５２と、吸着ノズル５２を旋回移動させる旋回アーム５４とを有している。吸着ノズル５２は、旋回アーム５４によって保持されており、旋回アーム５４の移動に伴い移動する。吸着ノズル５２は、旋回アーム４３の旋回により、図１に示す可動部３０の下方であって、チップ部品７０を吸着する吸着位置と、チップ部品７０の搬送先である搬送位置との間を移動する。旋回アーム５４は、例えばサーボモータ等によって駆動させられるが、旋回アーム５４の駆動方法は、特に限定されない。

吸着ノズル５２は、図３に示すように、先端であるノズル先端５２ａが下方を向き、後端であるノズル後端５２ｂが情報を向く棒状の形状を有している。吸着ノズル５２は、ノズル後端５２ｂが可動部３０のプッシャー３４に押されることにより上下方向に動くことができる。

吸着ノズル５２は、スプリング５３によって上方へ付勢されており、図２に示すように、可動部３０が吸着ノズル５２から離間している状態では、吸着ノズル５２は、上方位置に位置する。吸着ノズル５２は、ノズル後端５２ｂが可動部３０のプッシャー３４に押されることにより、図３に示すようにノズル先端５２ａが下方に突出し、チップ部品７０に接触する。

また、吸着ノズル５２のノズル先端５２ａには、エアーを吸い込む吸気部（不図示）が形成されており、ノズル先端５２ａは、下方に設置されたチップ部品７０に接触及び吸着して、チップ部品７０を保持することができる。また、吸着ノズル５２は、ノズル先端５２ａにチップ部品７０を保持した状態で上昇位置に移動し、さらに旋回アーム５４が旋回することにより搬送位置まで移動する。吸着ノズル５２は、搬送位置において、吸気部からのエアーの吸引を停止することによりチップ部品７０をノズル先端５２ａから離し、チップ部品７０を搬送位置に設置する。なお、吸着ノズル５２は、搬送位置に設けられる他の可動部によってノズル後端５２ｂを押されることにより、上下方向に移動可能であってもよい。

部品搬送機１０の搬送対象物であるチップ部品７０としては、たとえば、積層セラミックコンデンサ、チップインダクタ等のインダクタ素子、サーミスタ等のセンサ、抵抗、圧電素子、水晶振動子、マイクロプロセッサ等が挙げられるが、特に限定されない。また、部品搬送機１０の搬送対象物はチップ部品７０に限定されず、その他の小型又は薄型の部品等を搬送対象物とすることができる。搬送対象物のサイズも特に限定されないが、例えば搬送対象物の厚みが０．１ｍｍ以下である場合には、搬送時の衝撃加重を低減することが求められるため、部品搬送機１０の搬送対象物として好適である。また、搬送の対象となる部品が、ガラス質のチップ抵抗やガラス材料でパッケージされたチップ部品のように、ガラス質で破損しやすい場合も、部品搬送機１０の搬送対象物として好適である。

図１に示すように、部品搬送機１０は、可動部３０の位置を検出し、駆動制御部（図４参照）に可動部３０の位置に関する位置信号８４を出力するリニアスケール６０を有している。リニアスケール６０は、固定ブロック１４に取り付けられる読み取りヘッド６２と、可動部３０に取り付けられるガラススケール６４とを有している。ガラススケール６４には、たとえば１０〜１００μｍ程度の所定のピッチで目盛りが形成されている。読み取りヘッド６２は、ＬＥＤ等の発光素子と、ガラススケール６４で反射するか又はガラススケール６４を透過した光を受光して、位置信号を生成する受光素子とを有する。

リニアスケール６０としては、検出精度を高め、かつ高速検出を実現する観点から、光学式リニアスケールを用いることが好ましい。上述のように、光学式リニアスケールによると、１０〜１００μｍ程度の所定のピッチで目盛りが形成されていることから、対象部の厚みが０．１ｍｍ程度と極薄く、ガラス質で破損しやすい部品の吸着搬送の際に効果を発揮する。すなわち、光学式リニアスケールを用いることにより、対象部品の厚みよりも十分に小さい検出精度によって制御できることから、吸着寸前の位置までノズルを高速駆動させることが可能となりタクトアップにつながる、吸着ノズルが対象部品に接触した際に過度な押圧が発生することなく対象部品の破損を防ぐ、といった効果が得られる。

図４は、図１に示す部品搬送機１０の概略ブロック図である。部品搬送機１０の駆動制御部４０は、可動部３０及び吸着ノズル５２を上下に動かすＶＣＭ２０に駆動電力を供給し、ＶＣＭ２０を駆動する。駆動制御部４０は、例えば所定のパルス信号で構成される駆動電力信号をＶＣＭ２０に出力し、ＶＣＭ２０を駆動する。

また、駆動制御部４０は、ＶＣＭ２０に供給した駆動電力と、リニアスケール６０から出力された位置信号８４とを比較して、図５に示すように吸着ノズル５２のノズル先端５２ａがチップ部品７０に接触する接触位置８６を検出する。たとえば、駆動制御部４０は、リニアスケール６０による位置信号８４から検出される吸着ノズル５２の移動量が、ＶＣＭ２０に供給した駆動電力から予想される移動量に対して、所定の閾値を超えて乖離した位置を、接触位置８６として検出することができる（図５参照）。また、駆動制御部４０は、リニアスケール６０による位置信号８４から検出される吸着ノズル５２の位置が、ＶＣＭ２０に供給した駆動電力から予想される位置から乖離する現象を検出することにより、吸着ノズル５２とチップ部品７０との接触を検出する。

図５は、駆動制御部４０が接触位置８６を検出する検出方法を表す概念図である。以下に、図２〜図５を用いて、部品搬送機１０の駆動方法を説明する。

部品搬送機１０は、チップ部品７０を搬送する際、ＶＣＭ２０に駆動電力を供給し、図２に示す可動部３０が下方に移動するように、ＶＣＭ２０を駆動する。下方に移動した可動部３０のプッシャー３４は、吸着ノズル５２の後端であるノズル後端５２ｂに接触し、吸着ノズル５２を下方のチップ部品７０に向かって押し下げる（図３参照）。

この際、ＶＣＭ２０を駆動する駆動制御部４０は、リニアスケール６０から、可動部３０の位置に関する位置信号８４を受け取る。吸着ノズル５２がチップ部品７０に接触していない状態では、図５の領域Ｉに示されるように、駆動制御部４０がＶＣＭ２０に出力した駆動電力信号８２（指令パルス）は、リニアスケール６０によって検出される可動部３０の移動距離（実効値）に対して、所定の対応関係がある。

駆動制御部４０は、ＶＣＭ２０に出力した駆動電力信号８２と、リニアスケール６０によって検出される可動部３０の位置信号８４とを比較して、駆動電力信号８２と位置信号８４とが、図５における領域Ｉで示されるような所定の対応関係にある場合、吸着ノズル５２がチップ部品７０に接触していないと判断する。

これに対して、吸着ノズル５２がチップ部品７０に接触すると、吸着ノズル５２のノズル先端５２ａは、チップ部品７０から移動方向（下方向）とは逆方向の力を受けるため、図５における領域ＩＩに示されるように、リニアスケール６０によって検出される可動部３０の移動距離（実効値）が、チップ部品７０に接触していない状態において駆動電力信号８２（指令パルス）から予想される対応関係から乖離する。

図５に示すように、駆動制御部４０は、ＶＣＭ２０に出力した駆動電力信号８２と、リニアスケール６０によって検出される可動部３０の位置信号８４とを比較して、位置信号８４から認識される可動部３０の位置が、ＶＣＭ２０に供給した駆動電力から予想される位置に対して所定の閾値を超えて乖離した位置を、接触位置８６として検出する。

吸着ノズル５２とチップ部品７０との接触を検出した後、駆動制御部４０は、可動部３０及び吸着ノズル５２の下降速度を低下させ、さらに、可動部３０及び吸着ノズル５２を停止させるように、ＶＣＭ２０を駆動する。また、駆動制御部４０は、ノズル先端５２ａからエアーを吸い込ませることにより、チップ部品７０をノズル先端５２ａに吸着させる。

次に、駆動制御部４０は、ＶＣＭ２０に駆動電力を供給し、図３に示す可動部３０が上方に移動するように、ＶＣＭ２０を駆動する。図２に示すように、可動部３０が上昇してプッシャー３４がノズル後端５２ｂから離間すると、旋回アーム５４を旋回させ、ノズル先端５２ａに吸着したチップ部品７０を、搬送位置に搬送する。

なお、駆動制御部４０は、吸着ノズル５２が接触位置８６に到達した際におけるＶＣＭ２０の電流値を算出し、ノズル先端５２ａがチップ部品７０に当接した際の衝撃加重（当接加重）を算出してもよい。図５は、駆動制御部４０において検出されるＶＣＭ２０の指令パルスと出力パルスの一例を表すグラフである。ＶＣＭ２０の電流値は、ＶＣＭ２０の推力に対応していると考えられるため、ＶＣＭ２０の推力と、リニアスケール６０による位置信号８４から算出されるノズル先端５２ａの移動速度（移動距離の微分値）から、ノズル先端５２ａがチップ部品７０に当接した際の衝撃加重を算出することができる。また、部品搬送機１０は、チップ部品７０を吸着するために要する動作時間を短縮させることができ、単位時間当たりに搬送できるチップ部品７０を増加させることができる。

特に、リニアスケール６０として光学式リニアスケールを用いて可動部３０及びノズル先端５２ａの位置を検出する部品搬送機１０では、ノズル先端５２ａの速度変化を詳細に算出することが可能である。そのため、このような部品搬送機１０の駆動制御部４０は、ノズル先端５２ａがチップ部品７０に当接する瞬間に発生する衝撃加重（例えば、図６に示すＶＣＭ２０の電流のピーク値に対応する衝撃加重）を算出し、その算出値を用いて、ＶＣＭ２０の駆動制御を行うことができる。たとえば、駆動制御部４０は、ノズル先端５２ａがチップ部品７０に当接する瞬間に発生する衝撃加重を記憶する記憶部を有してもよく、駆動制御部４０は、チップ部品７０に対する衝撃加重のデータと、チップ部品７０の不良発生率などを統計的に処理し、可動部３０及び吸着ノズル５２の下降速度や変速位置などを最適化するように、ＶＣＭ２０の駆動を変更してもよい。

以上のように、部品搬送機１０は、駆動制御部４０が可動部３０への駆動電力信号８２とリニアスケール６０からの位置信号８４とを比較して、吸着ノズル５２とチップ部品７０との接触位置８６を精度良く検出することができる。したがって、部品搬送機１０は、吸着ノズル５２がチップ部品７０に接触した直後に、素早く吸着ノズルを停止させるなどの処理を行うことが可能であり、吸着ノズル５２の接触によりチップ部品７０へ与える当接加重を低減し、チップ部品７０の損傷を防止することができる。

また、部品搬送機１０は、リニアスケール６０から出力される位置信号を用いて、ノズル先端５２ａがチップ部品７０に当接する瞬間に発生する衝撃加重を精度良く算出することができる。そのため、部品搬送機１０は、算出した衝撃加重を利用してＶＣＭ２０の駆動を最適化することにより、チップ部品７０への衝撃加重を低減するとともに、衝撃加重を許容範囲に収めつつ吸着ノズルの駆動速度を高めることができる。

なお、実施形態で説明した部品搬送機１０及び部品搬送機１０の駆動方法は、本発明の一実施形態にすぎず、本発明の技術的範囲には、多くの他の実施形態や変形例が含まれることは言うまでもない。たとえば、部品搬送機１０は、電動アクチュエータとしてＶＣＭ２０を用いているが、部品搬送機の電動アクチュエータとしてはＶＣＭ２０に限定されず、サーボモータ等の他の電動アクチュエータを用いてもよい。

また、部品搬送機１０の吸着ノズル５２は、図３に示すような旋回アーム５４に保持されるものに限定されず、直線的な動きをするアームや、２次元方向に吸着ノズル５２を搬送可能なアームが、吸着ノズル５２を保持してもよい。また、吸着ノズル５２は、ノズル先端５２ａからのエアーの吸引に加えて、又はエアーの吸引に換えて、他の方法で対象物を吸着して保持するものであってもよい。

１０…部品搬送機
１４…固定ブロック
２０…ＶＣＭ
３０…可動部
３２…可動ブロック
３４…プッシャー
４０…駆動制御部
５０…旋回ヘッドユニット
５２…吸着ノズル
５２ａ…ノズル先端
５２ｂ…ノズル後端
５３…スプリング
５４…旋回アーム
６０…リニアスケール
６２…読み取りヘッド
６４…ガラススケール
７０…チップ部品
８２…駆動電力信号
８４…位置信号
８６…接触位置

Claims (4)

1. 電動アクチュエータと、
   前記電動アクチュエータに駆動電力を供給して駆動する駆動制御部と、
   前記電動アクチュエータによって上下方向に動く可動部と、
   前記可動部に接続するか、又は前記可動部に押されることにより上下方向に動くことができ、下方に設置された対象物に接触及び吸着して前記対象物を保持する吸着ノズルと、
   前記可動部の位置を検出し、前記駆動制御部に前記可動部の位置に関する位置信号を出力するリニアスケールと、を有しており、
   前記駆動制御部は、
   前記電動アクチュエータに供給した前記駆動電力と、前記リニアスケールから出力された前記位置信号とを比較して、前記吸着ノズルが前記対象物に接触する接触位置を検出 し、
   前記吸着ノズルが前記接触位置に到達した際における前記電動アクチュエータの電流値を算出し、
   算出した前記電流値を用いて前記電動アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする部品搬送機。
2. 前記リニアスケールは、光学式リニアスケールであることを特徴とする請求項１に記載の部品搬送機。
3. 対象物に接触及び吸着して前記対象物を保持する吸着ノズルを有する部品搬送機の駆動方法であって、
   電動アクチュエータに駆動電力を供給して駆動するステップと、
   前記電動アクチュエータによって上下方向に動く可動部の位置を検出するリニアスケールから、前記可動部の位置に関する位置信号を受け取るステップと、
   前記電動アクチュエータに供給した前記駆動電力と、前記リニアスケールから出力された前記位置信号とを比較して、前記可動部に接続するか又は前記可動部に押されることにより上下方向に動く前記吸着ノズルが、前記対象物に接触する接触位置を検出するステップと、を有し、
   前記吸着ノズルが前記接触位置に到達した際における前記電動アクチュエータの電流値を算出するステップをさらに有する部品搬送機の駆動方法。
4. 算出した前記電流値を用いて前記電動アクチュエータの駆動を制御するステップを、さらに有する請求項３に記載の部品搬送機の駆動方法。

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