JP6855134B2 - 部品実装装置および部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空圧供給源から真空圧経路を介して与えられる真空圧により部品を吸着したノズルを基板の上方に移動させて上記基板への部品の実装を行う部品実装技術に関するものである。

従来、移動可能なヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に実装されるように構成された部品実装装置が知られている。この部品実装装置としては、例えば特許文献１に記載された装置があり、ヘッドユニットに対して部品吸着用のノズルが設けられている。ノズルは真空圧経路を介して真空圧供給源に接続され、真空圧供給源からの真空圧によって部品を吸着する。そして、ノズルにより部品を吸着した状態でヘッドユニットが基板の上方に移動し、上記部品を基板に実装する。

特開２０１３−１９７２６２号公報

部品実装装置では、ノズルによる基板への部品の実装までに当該ノズルに対する部品の吸着姿勢に変化があった場合に、それを適切に検知することができず、当該部品の基板への実装が行われないという不具合（欠品）や部品が目標位置からずれて実装される（実装ズレ）などが発生することがある。そこで、上記部品実装装置では、基板の上方位置に部品を搬送する途中で部品認識カメラによってノズルに対する部品の吸着姿勢を確認している。

しかしながら、上記部品実装装置は、基板の上方位置に搬送されるまでの間においてノズルによる部品の吸着姿勢を全く検出していない。このため、ノズルによる基板への部品の実装までに当該ノズルに対する部品の吸着姿勢に変化があった場合に、それを適切に検出することができず、欠品や実装ズレの発生によって基板への部品の実装が適切に行われなかった基板、いわゆる不良基板が発生した可能性がある場合でも、そのまま後工程に当該基板を送ってしまうことがあった。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に対して部品が正常に実装されなかったことを高精度に検出することができ、不良基板を確実に見つけ出す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。

本発明の第１態様は、部品実装装置であって、真空圧供給源から真空圧経路を介して与えられる真空圧により部品を吸着して基板に実装可能なノズルと、ノズルを移動させる駆動部と、真空圧経路内の真空圧および真空圧経路を流通する空気の流量の少なくとも一方を取得してノズルによる部品の吸着状態の変化を検出可能な第１検出センサと、ノズルに吸着された部品の基板への着地および着地不良を検出する第２検出センサと、部品を吸着したノズルが駆動部により移動されて部品を基板に実装する間に第１検出センサにより検出される検出結果と、部品の実装時において第２検出センサにより検出される検出結果との両方を用いて、第１検出センサによる部品の吸着状態の変化が検出されるという吸着状態変化と、第２検出センサにより部品の着地不良が検出されるという部品着地不良とのうち少なくとも一方が発生する場合に、部品が基板に正常に実装されなかったと判定する実装判定部とを備えることを特徴としている。

また、本発明の第２態様は、真空圧供給源から真空圧経路を介して与えられる真空圧により部品を吸着したノズルを基板の上方に移動させて基板への部品の実装を行う部品実装方法であって、部品を吸着したノズルが移動されて部品を基板に実装する間に第1検出センサにより、真空圧経路内の真空圧および真空圧経路を流通する空気の流量の少なくとも一方を取得してノズルによる部品の吸着状態の変化が発生したか否かを検出する第１工程と、基板に部品を実装した際に部品が基板に着地したか否かを第２検出センサにより検出する第２工程と、第１検出センサにより検出される検出結果と、部品の実装時において第２検出センサにより検出される検出結果との両方を用いて、第１工程により部品の吸着状態の変化が検出されるという吸着状態変化と、第２工程により部品の着地不良が検出されるという部品着地不良とのうち少なくとも一方が発生する場合に、部品が基板に正常に実装されなかったと判定する第３工程とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、ノズルに吸着された部品が基板の上方位置に移動される間に上記真空圧および上記空気の流量の少なくとも一方に基づいて吸着状態変化が監視されるとともに基板への部品の着地不良が監視されている。そして、これら２種類の監視結果に基づいて部品が基板に正常に実装されなかったことを高精度に検出する。なお、当該検出があった場合には、基板を不良基板と判定する。

ここで、実装判定部が次のようにして判定するように構成してもよい。つまり、吸着状態変化および部品着地不良がともに発生していない場合に、部品が基板に正常に実装されたと判定し、吸着状態変化が発生していないが、部品着地不良が発生している場合に、部品が基板に実装されずにノズルに吸着されたままの残存する部品の持ち帰りが発生したと判定し、部品着地不良が発生していないが、吸着状態変化が発生している場合に、部品が予め設定されている部品装着位置からずれて基板に実装される実装ズレが発生したと判定し、吸着状態変化および部品着地不良がともに発生している場合に、ノズルからの部品の落下が発生したと判定してもよい。このように吸着状態変化および部品着地不良を判定基準として用いることで基板に対する部品の実装が良好に行われたか否かを高精度に検出することができる。

また、第１検出センサによる検出結果からノズルが部品を吸着していない空吸着状態であるか否かを判定する空吸着判定部を備え、実装判定部が、空吸着判定部により空吸着状態であると判定出される場合に、吸着状態変化および着地の成功または失敗（部品着地不良）にかかわらず、部品が基板に正常に実装されなかったと判定するように構成してもよい。このように空吸着状態をさらに監視することで基板に対する部品の実装が良好に行われたか否かをさらに高精度に検出することができる。

上記検出精度の向上の一例として、例えば空吸着判定部により空吸着状態であると判定される場合に、ノズルからの部品の落下が発生したと判定してもよく、これによって部品の落下を高精度に検出することができる。

また、部品を吸着するノズルの先端部を撮像する第１撮像部と、実装判定部により部品の持ち帰りまたは部品の落下が発生したと判定された場合に、第１撮像部により撮像された画像に基づいてノズルの先端部での部品の有無を確認する部品確認部と、部品確認部により部品が確認された場合に駆動部によるノズルの移動に関連する設定の見直しを求めるメッセージを表示する一方、部品確認部により部品が確認されない場合にノズルによる部品の吸着に関連する設定の見直しを求めるメッセージを表示する表示部とをさらに備えるように構成してもよい。これによって、不良基板の発生要因となる部品の持ち帰りや部品の落下をオペレータなどに知らせることができ、不良基板の発生要因の特定が容易で、かつ的確に行うことができる。

また、実装判定部により実装ズレが発生したと判定された場合にノズルによる部品の吸着に関連する設定の見直しを求めるメッセージを表示する表示部をさらに備えるように構成してもよい。これによって実装ズレの発生がオペレータなどに報知され、迅速に善後策を施すことが可能となる。

さらに、基板を撮像する第２撮像部と、第２撮像部により撮像された画像に基づいて、実装判定部により実装ズレが発生したと判定された部品の基板上での姿勢を確認する部品姿勢確認部と、部品姿勢確認部により確認された部品の姿勢が予め設定された標準姿勢である場合に別の部品の実装を継続する一方、部品の姿勢が標準姿勢でない場合に別の部品の実装を中止する実装制御部とをさらに備えるように構成してもよい。このように実装ズレが発生したと判定された際に直ちに部品の実装を中止するのではなく、基板上での部品の姿勢を確認した上で実装の継続および中止を決定している。したがって、実装ズレによる不良基板が連続的に発生するのを未然に防止することができる。

以上のように、本発明によれば、吸着状態変化と部品着地不良とのうち少なくとも一方が発生した場合に、部品が基板に正常に実装されなかったと判定しているため、基板に対して部品が正常に実装されなかったことを高精度に検出することができ、不良基板を確実に見つけ出すことができる。

本発明に係る部品実装装置の第１実施形態を模式的に示す部分平面図である。 図１に示す部品実装装置に設けられるヘッドユニットの構成を示す斜視図である。 ヘッドユニットによる部品の吸着姿勢および押し込み姿勢の一例を示す図である。 図１に示す部品実装装置に装備される空圧回路である。 図１に示す部品実装装置の電気的構成を示すブロック図である。 ヘッドユニットにより行われる１ターン動作と、各ターン動作中に行われる流量監視動作などを模式的に示す図である。 図１に示す部品実装装置における監視動作、異常判定動作および異常処理動作の一例を模式的に示す図である。 図１に示す部品実装装置において部品落下が発生した際の配管内流量の変化の一例を模式的に示す図である。 図１に示す部品実装装置において表示部に表示されるメッセージの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態においてヘッドユニットにより行われる１ターン動作と、各ターン動作中に行われる流量監視動作などを模式的に示す図である。 第２実施形態における監視動作、異常判定動作および異常処理動作の一例を模式的に示す図である。

図１は本発明に係る部品実装装置の第１実施形態を模式的に示す部分平面図である。また、図２は図１に示す部品実装装置に設けられるヘッドユニットの構成を示す斜視図である。さらに、図３はヘッドユニットによる部品の吸着姿勢および押し込み姿勢の一例を示す図である。これらの図および以下の図では、鉛直方向に平行なＺ方向、それぞれ水平方向に平行なＸ方向およびＹ方向からなるＸＹＺ直交座標を適宜示す。この部品実装装置１は、基台１１の上に設けられた一対のコンベア１２、１２を備える。部品実装装置１は、コンベア１２によりＸ方向（基板搬送方向）の上流側から作業位置（図１の基板２の位置）に搬入した基板２に対してヘッドユニット３により部品Ｐを実装し、部品実装を完了した基板２をコンベア１２により作業位置からＸ方向の下流側へ搬出する。

部品実装装置１は、２個のヘッドユニット３それぞれをＸＹ方向に個別に駆動するＸＹ駆動機構４を備える。このＸＹ駆動機構４は、それぞれＸ方向に平行に延設されてヘッドユニット３をＸ方向に移動可能に支持する一対のＸビーム４１、４１を有する。各Ｘビーム４１には、Ｘ方向に平行に延設されたボールネジ４２と、ボールネジ４２を回転駆動するＸモーター４３とが取り付けられている。Ｘモーター４３は、ここの例ではサーボモーターである。そして、ボールネジ４２のナットにヘッドユニット３が取り付けられている。さらに、ＸＹ駆動機構４は、それぞれＹ方向に平行に延設された一対のＹビーム４４、４４を有する。各Ｘビーム４１の一端は一方のＹビーム４４によりＹ方向に移動可能に支持され、各Ｘビーム４１の他端は他方のＹビーム４４によりＹ方向に移動可能に支持される。各Ｙビーム４４には、Ｘビーム４１、４１をＹ方向に駆動するＹモーター４５が取り付けられている。各Ｙモーター４５は、ここの例ではリニアモーターであり、Ｘビーム４１、４１の端に取り付けられた可動子４５１、４５１と、Ｙ方向に平行に延設された固定子４５２とを有する。そして、可動子４５１と固定子４５２との間に働く磁力によって可動子４５１とともにＸビーム４１がＹ方向に駆動される。かかるＸＹ駆動機構４によれば、Ｘモーター４３およびＹモーター４５によって、ヘッドユニット３をＸＹ方向に移動させることができる。

部品供給部５は、一対のコンベア１２、１２のＹ方向の両側のそれぞれに配設されている。部品供給部５では、Ｘ方向に並ぶ複数のテープフィーダー５１（以下、単に「フィーダー５１」と称する）が着脱可能に装着されている。各フィーダー５１は集積回路、トランジスター、コンデンサ等の小片状の部品Ｐ（チップ部品）を所定間隔おきに収納したテープをＹ方向に間欠的に送り出すことによって、テープ内の部品Ｐを部品供給位置に供給する。

ヘッドユニット３は、図１および図２に示すように、Ｘ方向に平行に配列された複数の実装ヘッド３１を有している。各実装ヘッド３１はＺ方向（鉛直方向）に延びた長尺形状を有し、その下端に設けられた装着部３２に対して吸着ノズル（以下、単に「ノズル」という）Ｎが係脱可能に取り付けられる。当該ノズルＮによって部品Ｐを吸着・保持することが可能となっている。また、ヘッドユニット３には、実装ヘッド３１毎にＺモーター（図５中の符号４７）およびＲモーター（図５中の符号４９）が設けられており、各実装ヘッド３１はＺモーターからの駆動力を受けて鉛直方向Ｚに昇降し、Ｒモーターから駆動力を受けることで鉛直軸まわりに回転する。これによって、各実装ヘッド３１下端のノズルＮの高さ位置および鉛直軸まわりの回転角度を調整することが可能となっている。

ヘッドユニット３はフィーダー５１の上方へ移動して、フィーダー５１により供給される部品ＰをノズルＮで吸着して保持する。それに続いて、ヘッドユニット３は作業位置の基板２の上方に移動して部品Ｐの吸着を解除することで、基板２に部品Ｐを実装する。なお、本実施形態では、基板２に付されたフィデューシャルマーク（図示せず）や後で説明するように基板２上での部品Ｐを鉛直上方から撮像する基板認識カメラ（図５中の符号３３）がヘッドユニット３に取り付けられており、基板認識カメラに撮像された基板２の画像から基板２の位置ずれや、後で説明する異常処理動作において実装された部品Ｐの姿勢を認識可能となっている。また、本実施形態では、基板認識カメラ３３のほかに、ノズルＮに吸着された部品Ｐの基板２への着地および着地不良を検出する部品着地検出部３４がヘッドユニット３に設けられている。

部品着地検出部３４は、図３に示すように、各実装ヘッド３１の先端部（同図中の下端部）に設けられている。各部品着地検出部３４は、水平方向において装着部３２を挟んで互いに対向配置された投光器３４１および受光器３４２を有している。そして、装置全体を制御する制御部（図５中の符号８０）からの点灯指令に応じて投光器３４１が点灯し、投光器３４１から受光器３４２に向けて光が水平に出射される。この光の経路は実装ヘッド３１の中心軸から外れており、図３の（ａ）欄に示すように、単にノズルＮにより部品Ｐを吸着保持している状態では、投光器３４１から出射された光は受光器３４２に受光される。一方、図示を省略するバネ部材のバネ力に抗いながらノズルＮにより吸着保持された部品Ｐを基板２に押し込むと、図３の（ｂ）欄に示すように、当該ノズルＮの後端部（同図中の上側端部）が投光器３４１から出射された光を遮光する。したがって、部品着地検出部３４では、受光器３４２への入射光の有無によってノズルＮに吸着された部品Ｐが基板２に押し込まれたか否かを検出可能となっている。なお、図３への図示を省略しているが、ノズルＮが部品Ｐを吸着保持していない状態のままノズルＮを基板２に向けて下降させたとしても、部品Ｐが存在しないため、部品着地検出部３４では投光器３４１から出射された光が受光器３４２に入射する。また、押し込み量が過少に設定されている場合も、部品着地検出部３４では投光器３４１から出射された光が受光器３４２に入射したままとなる。このように、部品着地検出部３４により部品Ｐの着地不良を検出することが可能となっている。

また、部品供給部５とコンベア１２との間には、部品認識カメラ６およびノズル保管部７が配置されている。部品認識カメラ６は、部品供給部５においてノズルＮにより吸着された部品Ｐを撮像し、部品情報および位置ずれ情報を取得するための画像情報を提供する。この部品撮像は、部品供給部５から基板２への移動中にヘッドユニット３が部品認識カメラ６の上方を通過することで実行される。こうして取得された画像を解析することで、吸着された部品ＰのＸＹ平面における位置ずれ量および回転角度を求めることが可能となっている。また、本実施形態では、後で詳述するように部品認識カメラ６は、後で説明する異常処理動作においてノズルＮの先端部を撮像して部品Ｐの持ち帰りを検出可能となっている。

ノズル保管部７は、図示を省略するが互いに異なる種類の複数のノズルＮを保管するノズルストッカを有している。そして、部品Ｐに対応したノズルＮを取り付けるように指示された場合、ヘッドユニット３がノズルストッカの上方まで移動した後に実装ヘッド３１が鉛直方向Ｚに昇降してノズルストッカにアクセスする。これによって、ノズルＮが交換され、ヘッドユニット３に対して適切なノズルＮが装着される。

本実施形態では、図１に示すように各ヘッドユニット３に対して最大３本のノズルＮを装着可能となっている。そして、各ノズルＮに対して正圧および真空圧が供給されてノズルＮの先端部による部品吸着および部品搭載を良好に行うために、図４に示す空圧回路が部品実装装置１に設けられている。

図４は図１に示す部品実装装置に装備される空圧回路である。同図に示すように各実装ヘッド３１の装着部３２に装着されたノズルＮは、圧力切替機構９１を介して真空圧供給源９２、正圧供給源９３、及び大気のいずれかに連通可能とされている。そして、制御部（図５中の符号８０）が圧力切替機構９１をコントロールすることでノズルＮに与える圧力を切り替え可能となっている。この実施形態では、真空圧供給源９２として真空ポンプが用いられており、真空圧供給源９２により発生された真空圧が流量計９４を通過した後で複数に分岐された後で、各正圧／真空圧切替バルブ９５に与えられる。このように真空圧供給源９２から流量計９４を介して各正圧／真空圧切替バルブ９５に接続された配管９６が本発明の「真空圧経路」の一例に相当しており、当該配管９６を介して真空圧をノズルＮに供給する。すなわち、制御部からの開成指令に応じて正圧／真空圧切替バルブ９５を開成することでノズルＮに真空圧を与えて該ノズルＮの下方端部（先端部）で部品Ｐの上面を吸着して部品Ｐを吸着保持する。

また、本実施形態では、上記真空圧経路となる配管９６以外に、正圧経路となる２種類の配管９７Ａ、９７Ｂが設けられている。この配管９７Ａはコンプレッサなどにより構成される正圧供給源９３に接続され、正圧供給源９３で発生した比較的高い圧力を有する圧縮エアを供給するための供給通路として機能する。この実施形態では、上記圧縮エアはノズルＮの清掃に適した正圧値に設定されている。もう一方の配管９７Ｂは配管９７Ａから分岐した分岐配管であり、その中間部にレギュレータ９８が介挿されている。このレギュレータ９８は、配管９７Ａ、９７Ｂを介して流入してくる圧縮エアの圧力を部品装着処理に適した正圧値に減圧する機能を有している。そして、レギュレータ９８により低圧に調圧されたエアは配管９７Ｂにより圧力切替バルブ９９に向けて供給される。なお、圧力切替バルブ９９は制御部からの切替信号に応じて上記配管９７Ａ、９７Ｂの接続状態を切り替え、正圧／真空圧切替バルブ９５を介してノズルＮに供給されるエアの圧力を比較的広い範囲で調整することが可能となっている。

図５は図１に示す部品実装装置の電気的構成を示すブロック図である。同図に示すように、上記ように構成された部品実装装置１の装置各部を制御するために、部品実装装置１は制御部８０を有している。制御部８０はＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成される演算処理部８１を備えている。演算処理部８１には、各モーター４３、４５、４７、４９を駆動する駆動制御部８２と、記憶部８３と、基板認識カメラ３３および部品認識カメラ６により撮像された画像に対して所定の画像処理を加える画像処理部８４と、正圧／真空圧切替バルブ９５や圧力切替バルブ９９などのバルブの開閉を制御するバルブ制御部８５と、部品着地検出部３４や流量計９４などの入出力機器の制御を行う入出力制御部８６と、オペレータ等へのメッセージ等の情報を表示するとともにオペレータからの指令の入力を受け付ける操作パネル８７とがそれぞれ接続されている。

制御部８０では、記憶部８３に予め記憶されているプログラムにしたがって演算処理部８１が、次に説明するように、装置各部を制御する。つまり、演算処理部８１は、ノズルＮによる部品吸着、部品認識、部品搬送および部品実装を行っており、実装制御部８１１として機能する。また、演算処理部８１は、実装制御部８１１による部品実装と並行して、種々の処理を行う。本実施形態では、演算処理部８１は、次に説明する処理、つまり、
・部品認識カメラ６により撮像された画像に基づいてノズルＮの先端部での部品Ｐの有無を確認する処理、
・ノズルＮが部品Ｐを吸着していない空吸着状態であるか否かを判定する処理、
・部品Ｐの基板２上での姿勢を確認する処理、
・基板２に対する部品Ｐの実装が正しく行われたか否かを判定する処理、
・いわゆる空吸着の発生の有無を検出する処理
を行う。このように、本実施形態にかかる部品実装装置１においては、演算処理部８１は、実装制御部８１１以外に、実装判定部８１２、空吸着判定部８１３、部品確認部８１４および部品姿勢確認部８１５としても機能する。

図６はヘッドユニットにより行われる１ターン動作と、各ターン動作中に行われる流量監視動作などを模式的に示す図である。ここで、「１ターン動作」とは、ヘッドユニット３が基板２とフィーダー５１との間を１往復して基板２に対して部品実装を行う動作を意味しており、「実装ターン」と称されることもある。この１ターン動作中に、図６の左部分に示すように、
（ａ）各ノズルＮによる部品Ｐの吸着（部品吸着）、なお以下の説明理解のために１番番目のノズルＮを「ノズルＮ１」とし、当該ノズルＮ１に吸着される１番目の部品Ｐを「部品Ｐ１」とする。また、それ以外のノズルＮおよび部品Ｐについても同様に、「ノズルＮ２」、「ノズルＮ３」、「部品Ｐ２」、「部品Ｐ３」としている、
（ｂ）ヘッドユニット３が部品認識カメラ６の上方を通過する間に行われる部品認識、
（ｃ）１番目のノズルＮ１による１番目の部品Ｐ１の基板２への部品実装、
（ｄ）２番目のノズルＮ２による２番目の部品Ｐ２の基板２への部品実装、
（ｅ）３番目のノズルＮ３による３番目の部品Ｐ３の基板２への部品実装、
がこの順番で行われる。そして、この１ターン動作を繰り返すことで基板２に所望の部品Ｐが実装される。

本実施形態では、このような１ターン動作を行っている間に、ヘッドユニット３の移動中の部品Ｐの吸着状態変化を監視するとともに基板２への部品Ｐ１〜Ｐ３の着地不良を監視し、これら２種類の監視結果に基づいて部品Ｐ１〜Ｐ３が基板２に正常に実装されず異常が発生したか否か、つまり異常判定を高精度に行っている。なお、異常発生と判定した場合には、制御部８０は基板２が不良基板である判定して、当該基板２に対するそれ以降の部品実装を中止する。以下、上記監視動作および異常について３つの部品Ｐ１〜Ｐ３がすべて正常に部品実装された場合について図７を参照しつつ説明した後で、正常に部品実装されなかった場合の一例として部品落下が発生した場合について図８を参照しつつ説明する。

図７は図１に示す部品実装装置における監視動作、異常判定動作および異常処理動作の一例を模式的に示す図である。同図中の上段に記載されたグラフの縦軸は配管（真空圧経路）９６を流通する空気の流量（以下「配管内流量」という）を意味しており、実線は流量計９４の検出値を示している。すなわち、演算処理部８１は、１ターン動作中において流量計９４から入出力制御部８６に出力される信号に基づいて配管内流量を一定時間間隔で連続的に取得している。そして、それをプロットした一例が図７中の実線である。なお、配管内流量の変化が階段状となっている理由は以下のとおりである。各ノズルＮ１〜Ｎ３でそれぞれ部品Ｐ１〜Ｐ３を吸着している状態では、ノズル先端（吸着口）と部品上面との間に少なからず隙間が生じており、これが配管内流量を上昇させる要因のひとつとなっている。ただし、１番目の部品Ｐ１について部品実装が完了すると、ノズルＮ１に接続された正圧／真空圧切替バルブ９５が閉じられ、流量上昇要因がなくなり、配管内流量は若干減少する。それ以降の部品実装においても同様である。その結果、図７中の実線に示すように部品実装毎に流量計９４の検出値が階段状に変化する。このような変化態様は、部品落下や吸着ズレが生じている場合も同様であり、参考のために部品落下が生じている場合の変化態様（破線）と吸着ズレが生じている場合の変化態様（１点鎖線）とを図７に追記している。

本実施形態では、図７に示すように、ヘッドユニット３が部品認識カメラ６の上方を通過する（図６中の符号（ｂ−１））と、その直後に配管内流量を基準流量として演算処理部８１は一時的に記憶し、当該基準流量を吸着状態変化の監視用基準値とする（図６中の符号（ｂ−２））。このような処理を本明細書では「オートリファレンス処理」と称している。

オートリファレンス処理後において、図６および図７中の（ｃ−１）に示すように、演算処理部８１は流量計９４により計測される配管内流量を上記基準流量と比較して配管内流量の変化を監視する（流量監視）。つまり、部品認識カメラ６の上方を通過したヘッドユニット３が１番目の部品Ｐ１を装着する位置（以下、このように基板２のうち部品を装着する位置を「部品装着位置」という）まで移動する間にノズルＮ１〜Ｎ３に対する部品Ｐ１〜Ｐ３の吸着姿勢に変化が生じると、それが配管内流量の変化として現れる。そこで、本実施形態では演算処理部８１による流量監視によって部品認識カメラ６から１番目の部品Ｐ１の装着（図６および図７中の（ｃ−２））までの間に、部品Ｐ１〜Ｐ３の吸着状態変化を監視している。さらに、１番目の部品Ｐ１の基板２への実装後に、演算処理部８１は部品着地検出部３４から入出力制御部８６に出力される信号に基づいて１番目の部品Ｐ１の基板２への着地を検出している（図６および図７中の（ｃ−３））。このように、本実施形態では、１番目の部品Ｐ１の装着（ｃ−２）に対し、配管内流量の監視（ｃ−１）と、部品Ｐ１の基板２への着地検出（ｃ−３）とに基づいて演算処理部８１は、部品Ｐ１が基板２に正常に実装されたか否かを判定しており、いわゆる異常判定を高精度に行うことができる。例えば図７の下段テーブルに示すように、部品Ｐ１の部品装着位置への移動中に配管内流量の変化がないことから吸着状態変化は発生しておらず、しかも部品Ｐ１の基板２への着地が成功した場合、演算処理部８１は部品実装（ｃ−２）が正常であったと判定し、そのまま２番目の部品Ｐ２の実装に移行する。

一方、それ以外の場合、例えば配管内流量の変化がない、つまり吸着状態変化が発生していないものの部品Ｐ１の基板２への着地が失敗した場合、つまり部品着地不良の発生時には、基板２への部品Ｐ１の実装が正常に行われなかったと判定し、２番目以降の部品実装を中止し、不良基板の発生を操作パネル８７によりオペレータに報知する。また、この場合、いわゆる部品Ｐ１の持ち帰りが発生した可能性があるため、演算処理部８１は異常処理動作としてヘッドユニット３を部品認識カメラ６の上方に移動させた後で部品認識カメラ６によりノズルＮ１の先端を撮像して部品Ｐ１が吸着されているか否かを確認する。これによって部品Ｐ１の持ち帰りを確認することができる。この場合、操作パネル８７の表示部（図示省略）に対し、部品Ｐ１の持ち帰りが発生した旨のメッセージを表示してオペレータに報知してもよい。

また、異常発生が検出された場合、例えば図９に示すように操作パネル８７の表示部８７１に種々の動作条件の見直しを表示してオペレータによる作業性を向上させるように構成してもよい。例えば部品Ｐ１の持ち帰りが発生していない可能性もあるため、本実施形態では基板認識カメラ３３により部品Ｐ１の装着位置を撮像して基板２に部品Ｐ１が装着されているか否かを確認する。もし、部品Ｐ１が基板２に装着されている場合には、部品実装（ｃ−２）時の押し込み量が不足していたと考えられる。そこで、本実施形態では、例えば図９に示すように「装着時押し込み量が不足しています。装着動作条件を見直してください」というメッセージを表示部８７１に表示する。そして、それにしたがってオペレータが押し込み量を適正化させることで、それ以降の不良基板の発生を抑制することができる。

また、図７の下段テーブルや図８に示すように、（ｃ−１）流量監視中に配管内流量の変化があった、つまり吸着状態変化が発生したときには、実装ズレや部品落下などが発生して基板２への部品Ｐ１の実装が正常に行われなかったと判定し、２番目以降の部品実装を中止する。また、不良基板の発生や動作条件の見直しメッセージなどを操作パネル８７の表示部８７１を通じてオペレータに報知する。ここで、配管内流量の変化があったものの、部品Ｐ１の基板２への着地が成功した場合には、いわゆる実装ズレが発生した可能性があると考えられる。そこで、本実施形態では、基板認識カメラ３３により部品Ｐ１の装着位置を撮像して基板２に部品Ｐ１が予め設定されている標準姿勢で装着されているか否かを確認する。ここで、部品Ｐ１が基板２に標準姿勢で装着されている場合には、部品実装の中止を行わず、そのまま２番目以降の部品実装に移行して部品の実装を継続する。一方、基板２上での部品Ｐ１の姿勢が標準姿勢でない場合には、実際に実装ズレが発生していると判定し、表示部８７１へのメッセージとして、「部品吸着姿勢が安定していません。吸着動作条件を見直してください」を表示する。これによって、ノズルＮ１による部品Ｐ１の吸着を安定化させることができる。逆に、部品Ｐ１が基板２に装着されていない場合には、ノズルＮ１の先端にハンダが付着している可能性があるため、上記メッセージに加えて「ノズルの先端にハンダが付着している可能性があります」というメッセージを表示部８７１に追加表示し、ノズルＮ１による部品Ｐ１の吸着安定化を促す。したがって、これらのメッセージにしたがってオペレータが動作条件を適正化させることで、それ以降の不良基板の発生を抑制することができる。

一方、配管内流量の変化があり、しかも部品Ｐ１の基板２への着地が失敗した場合（＝吸着状態変化＋部品着地不良）には、いわゆる部品落下が発生したと考えられる。そこで、本実施形態では、持ち帰りの場合と同様に、基板認識カメラ３３による基板２上での部品Ｐ１の装着確認と、部品認識カメラ６によるノズルＮ１での部品Ｐ１の吸着確認とを行う。これらによってノズルＮ１からの部品Ｐ１の落下を確認することができる。また、基板認識カメラ３３により基板２上での部品Ｐ１の装着が確認された場合には、図９に示すように「装着時押し込み量が不足しています。装着動作条件を見直してください」というメッセージを表示部８７１に表示する。一方、部品認識カメラ６によりノズルＮ１での部品Ｐ１の吸着が確認された場合には、部品の持ち帰りの場合と同様に、「部品吸着姿勢が安定していません。吸着動作条件を見直してください」を表示する。これらのメッセージにしたがってオペレータが動作条件を適正化させることで、それ以降の不良基板の発生を抑制することができる。

図６に戻って説明を続ける。上記のようにして異常判定（ｃ−４）を行い、１番目の部品Ｐ１の実装にいずれの異常も認められなかった場合には、１番目の部品装着位置から２番目の部品装着位置への移動を開始した直後に配管内流量を基準流量として演算処理部８１は一時的に記憶し、当該基準流量を吸着状態変化の監視用基準値とする、つまりオートリファレンス処理（ｃ−５）を実行する。

それに続いて、１番目の部品実装（ｃ）と同様に、２番目の部品実装（ｄ）として流量監視（ｄ−１）、部品装着（ｄ−２）、着地検出（ｄ−３）、異常判定（ｄ−４）およびオートリファレンス（ｄ−５）を実行する。また、当該オートリファレンス（ｄ−５）に続いて１番目の部品実装（ｃ）と同様に、３番目の部品実装（ｅ）として流量監視（ｅ−１）、部品装着（ｅ−２）、着地検出（ｅ−３）および異常判定（ｅ−４）を実行する（ただし、最後尾の３番目の部品実装後には次のターン動作に移行するため、オートリファレンスが実行しない）。

このような１ターン動作を繰り返すことで実装予定の全部品Ｐが基板２に装着されると、当該基板２が搬出されるとともに、次の基板２が搬入される。

以上のように、本実施形態では、ノズルＮにより部品Ｐを吸着しながら部品装着位置に移動する間、流量計９４により検出される配管内流量に基づいて吸着状態変化を監視している。また、部品着地検出部３４により基板２への部品Ｐの着地不良を監視している。そして、これら２種類の監視結果に基づいて異常判定を行っている。したがって、実装ズレ、部品落下や吸着ズレなどの異常動作が発生して、部品Ｐが基板２に正常に実装されなかったことを高精度に検出することができ、その結果、不良基板の検出を高精度に行うことができる。

また、配管内流量の変化（吸着状態変化）と部品着地不良との組み合わせに応じて異常内容を区別し、さらに異常内容に応じた異常処理動作を実行することで異常内容（部品落下、吸着ズレ、実装ズレ、ノズルへのハンダ付着など）を正確に求めている。そして、各異常内容に応じた善後策のメッセージを操作パネル８７の表示部８７１に表示している。したがって、当該メッセージにしたがってオペレータは迅速に、かつ適切に対応することができる。なお、本実施形態では、メッセージのみを表示部８７１に表示しているが、異常処理動作において基板認識カメラ３３により撮像された部品装着位置の画像や部品認識カメラ６により撮像されたノズル先端の画像を表示部８７１に表示させてもよい。

上記実施形態では、Ｘモーター４３、Ｙモーター４５、Ｚモーター４７およびＲモーター４９が本発明の「駆動部」の一例に相当している。また、流量計９４および部品着地検出部３４がそれぞれ本発明の「第１検出センサ」および「第２検出センサ」の一例に相当している。また、部品認識カメラ６および基板認識カメラ３３がそれぞれ本発明の「第１撮像部」および「第２撮像部」の一例に相当している。また、表示部８７１に表示されるメッセージのうち、「装着動作条件を見直してください」というメッセージが本発明の「前記駆動部による前記ノズルの移動に関連する設定の見直しを求めるメッセージ」の一例に相当し、「吸着動作条件を見直してください」というメッセージが本発明の「前記ノズルによる前記部品の吸着に関連する設定の見直しを求めるメッセージ」の一例に相当している。さらに、流量監視（ｃ−１）、（ｄ−１）、（ｅ−１）が本発明の「第１工程」に相当し、着地検出（ｃ−３）、（ｄ−３）、（ｅ−３）が本発明の「第２工程」に相当し、異常判定（ｃ−４）、（ｄ−４）、（ｅ−４）が本発明の「第３工程」に相当している。

ところで、図７に追記した破線および１点鎖線は、配管内流量について、それぞれ部品落下が生じている場合の変化態様と吸着ズレが生じている場合の変化態様とを示しており、これらはそれぞれ部品落下検出閾値および吸着ズレ検出閾値に相当している。つまり、配管内流量が吸着ズレ検出閾値を超えると、ノズルＮ１〜Ｎ３のいずれか１つで吸着ズレが発生し、さらに部品落下検出閾値を超えると、吸着ズレではなく、部品落下が発生したことがわかる。例えば図８に示すように部品落下が発生すると、流量計９４により検出される配管内流量が部品落下検出閾値を超え、部品落下を検出することができる。そこで、配管内流量の変化のみならず空吸着の有無を加えて異常判定を行ってもよい（第２実施形態）。

図１０は本発明の第２実施形態においてヘッドユニットにより行われる１ターン動作と、各ターン動作中に行われる流量監視動作などを模式的に示す図である。また、図１１は第２実施形態における監視動作、異常判定動作および異常処理動作の一例を模式的に示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、各部品実装（ｃ）〜（ｅ）において流量監視と並行して空吸着判定部８１３により空吸着検出（ｃ−１−ａ）、（ｄ−１−ａ）、（ｅ−１−ａ）を行っている点である。その他の構成および動作は基本的に第１実施形態と同じである。したがって、以下においては相違点を中心に説明する。

例えば図１０および図１１中の（ｃ−１−ａ）に示すように、オートリファレンス処理後において演算処理部８１は空吸着判定部８１３として機能し、空吸着の検出を行っている（空吸着検出）。つまり、部品認識カメラ６の上方を通過したヘッドユニット３が１番目の部品装着位置まで移動する間にノズルＮ１〜Ｎ３のうち少なくとも１つが落下すると、配管内流量が部品落下検出閾値（図１１の破線）を超える。そこで、本実施形態では演算処理部８１による空吸着検出を行っている。そして、１番目の部品Ｐ１の基板２への実装後に、演算処理部８１は部品着地検出部３４から入出力制御部８６に出力される信号に基づいて１番目の部品Ｐ１の基板２への着地を検出している（図１０および図１１中の（ｃ−３））。このように、第２実施形態では、１番目の部品Ｐ１の装着（ｃ−２）に対し、配管内流量の監視（ｃ−１）と、空吸着検出（ｃ−１−ａ）と、部品Ｐ１の基板２への着地検出（ｃ−３）とに基づいて演算処理部８１は、部品Ｐ１が基板２に正常に実装されたか否かを判定しており、異常判定をさらに高精度に行うことができる。特に、空吸着を検出した場合には、それが１番目の部品Ｐ１の落下に基づくものであるか、それ以外の部品Ｐ２、Ｐ３の落下によるものか判断できない。そこで、第２実施形態では、部品実装を中止するとともに、図１１の下段テーブルに示すように、部品着地検出部３４による部品Ｐ１の着地の成功／失敗に応じて異常処理動作を相違させている。

空吸着が検出される一方、部品Ｐ１の着地が成功である場合、基板認識カメラ３３により部品Ｐ１の装着位置を撮像して基板２に部品Ｐ１が装着されているか否かを確認する。もし、部品Ｐ１が基板２に装着されている場合には、他の部品Ｐ２、Ｐ３が落下したと判断し、表示部８７１（図９参照）へのメッセージとして、「部品吸着姿勢が安定していません。吸着動作条件を見直してください」を表示する。これによって、ノズルＮ２、Ｎ３による部品Ｐ２、Ｐ３の吸着を安定化させることができる。逆に、部品Ｐ１が基板２に装着されていない場合には、部品Ｐ１の落下や実装ズレの可能性があり、その要因のひとつがノズルＮ１の先端へのハンダ付着と考えられるため、上記メッセージに加えて「ノズルの先端にハンダが付着している可能性があります」というメッセージを表示部８７１に追加表示し、ノズルＮ１による部品Ｐ１の吸着安定化を促す。したがって、これらのメッセージにしたがってオペレータが動作条件を適正化させることで、それ以降の不良基板の発生を抑制することができる。

一方、空吸着が検出される一方、部品Ｐ１の着地が失敗である場合、部品Ｐ１の落下の可能性があるため、演算処理部８１は異常処理動作としてヘッドユニット３を部品認識カメラ６の上方に移動させた後で部品認識カメラ６によりノズルＮ１の先端を撮像して部品Ｐ１が吸着されているか否かを確認する。これによって部品Ｐ１の落下を確認することができる。この場合、表示部８７１（図９参照）へのメッセージとして、「部品吸着姿勢が安定していません。吸着動作条件を見直してください」を表示する。これによって、ノズルＮ１による部品Ｐ１の吸着を安定化させることができる。

以上のように、第２実施形態では、演算処理部８１の実装判定部８１２は、空吸着判定部８１３により空吸着状態であると判定出される場合に、着地の成功または失敗にかかわらず、部品Ｐが基板２に正常に実装されなかったと判定しており、基板２に対する部品Ｐの実装が良好に行われたか否かをさらに高精度に検出することができる。また、空吸着の発生に対応した異常処理動作を実行して部品Ｐの吸着安定化を促している。したがって、これにしたがってオペレータが動作条件を適正化させることで、それ以降の部品落下を効果的に防止して不良基板の発生を抑制することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では空吸着や吸着ズレなどの吸着状態変化を配管内流量に基づいて求めているが、流量計９４に代えてあるいは流量計９４とともに配管９６内の真空圧を計測する圧力計を設け、圧力計により計測された真空圧に基づいて吸着状態変化を求めてもよい。この場合、圧力計が本発明の「第１検出センサ」の一例に相当している。

また、上記実施形態では、各ヘッドユニット３に３つの実装ヘッド３１が設けられた部品実装装置１に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えばヘッドユニット３や実装ヘッド３１の個数や配置などは任意である。

この発明は、真空圧供給源から真空圧経路を介して与えられる真空圧により部品を吸着したノズルを基板の上方に移動させて上記基板への部品の実装を行う部品実装技術全般に対して適用することができる。

１…部品実装装置
２…基板
３…ヘッドユニット
６…部品認識カメラ（第１撮像部）
３１…実装ヘッド
３３…基板認識カメラ（第２撮像部）
３４…部品着地検出部（第２検出センサ）
４３…Ｘモーター（駆動部）
４５…Ｙモーター（駆動部）
４７…Ｚモーター（駆動部）
４９…Ｒモーター（駆動部）
８０…制御部
８１…演算処理部
９２…真空圧供給源
９３…正圧供給源
９４…流量計（第１検出センサ）
９６…配管（真空圧経路）
３４１…投光器（第２検出センサ）
３４２…受光器（第２検出センサ）
８１１…実装制御部
８１２…実装判定部
８１３…空吸着判定部
８１４…部品確認部
８１５…部品姿勢確認部
８７１…表示部
Ｎ、Ｎ１〜Ｎ３…（吸着）ノズル
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ３…部品

Claims (9)

1. 真空圧供給源から真空圧経路を介して与えられる真空圧により部品を吸着して基板に実装可能なノズルと、
   前記ノズルを移動させる駆動部と、
   前記真空圧経路内の真空圧および前記真空圧経路を流通する空気の流量の少なくとも一方を取得して前記ノズルによる前記部品の吸着状態の変化を検出可能な第１検出センサと、
   前記ノズルに吸着された前記部品の前記基板への着地および着地不良を検出する第２検出センサと、
   前記部品を吸着した前記ノズルが前記駆動部により移動されて前記部品を前記基板に実装する間に前記第１検出センサにより検出される検出結果と、前記部品の実装時において前記第２検出センサにより検出される検出結果との両方を用いて、前記第１検出センサによる前記部品の吸着状態の変化が検出されるという吸着状態変化と、前記第２検出センサにより前記部品の着地不良が検出されるという部品着地不良とのうち少なくとも一方が発生する場合に、前記部品が前記基板に正常に実装されなかったと判定する実装判定部と
   を備えることを特徴とする部品実装装置。
2. 請求項１に記載の部品実装装置であって、
   前記実装判定部は、前記部品が前記基板に正常に実装されず異常が発生したと判定するとともに、前記第１検出センサの検出結果および前記第２検出センサの検出結果の組み合わせに基づいて前記異常の内容を判定する部品実装装置。
3. 真空圧供給源から真空圧経路を介して与えられる真空圧により部品を吸着して基板に実装可能なノズルと、
   前記ノズルを移動させる駆動部と、
   前記真空圧経路内の真空圧および前記真空圧経路を流通する空気の流量の少なくとも一方を取得して前記ノズルによる前記部品の吸着状態の変化を検出可能な第１検出センサと、
   前記ノズルに吸着された前記部品の前記基板への着地および着地不良を検出する第２検出センサと、
   前記部品を吸着した前記ノズルが前記駆動部により移動されている間に前記第１検出センサによる前記部品の吸着状態の変化が検出されるという吸着状態変化と、前記第２検出センサにより前記部品の着地不良が検出されるという部品着地不良とのうち少なくとも一方が発生する場合に、前記部品が前記基板に正常に実装されなかったと判定する実装判定部と、を備え、
   前記実装判定部は、
   前記吸着状態変化および前記部品着地不良がともに発生していない場合に、前記部品が前記基板に正常に実装されたと判定し、
   前記吸着状態変化が発生していないが、前記部品着地不良が発生している場合に、前記部品が前記基板に実装されずに前記ノズルに吸着されたままの残存する前記部品の持ち帰りが発生したと判定し、
   前記部品着地不良が発生していないが、前記吸着状態変化が発生している場合に、前記部品が予め設定されている部品装着位置からずれて前記基板に実装される実装ズレが発生したと判定し、
   前記吸着状態変化および前記部品着地不良がともに発生している場合に、前記ノズルからの前記部品の落下が発生したと判定する部品実装装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の部品実装装置であって、
   前記第１検出センサによる検出結果から前記ノズルが前記部品を吸着していない空吸着状態であるか否かを判定する空吸着判定部を備え、
   前記実装判定部は、前記空吸着判定部により空吸着状態であると判定される場合に、前記吸着状態変化および前記部品着地不良にかかわらず、前記部品が前記基板に正常に実装されなかったと判定する部品実装装置。
5. 請求項４に記載の部品実装装置であって、
   前記実装判定部は、前記空吸着判定部により空吸着状態であると判定される場合に、前記ノズルからの前記部品の落下が発生したと判定する部品実装装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の部品実装装置であって、
   前記部品を吸着する前記ノズルの先端部を撮像する第１撮像部と、
   前記実装判定部により前記部品の持ち帰りまたは前記部品の落下が発生したと判定された場合に、前記第１撮像部により撮像された画像に基づいて前記ノズルの前記先端部での前記部品の有無を確認する部品確認部と、
   前記部品確認部により前記部品が確認された場合に前記駆動部による前記ノズルの移動に関連する設定の見直しを求めるメッセージを表示する一方、前記部品確認部により前記部品が確認されない場合に前記ノズルによる前記部品の吸着に関連する設定の見直しを求めるメッセージを表示する表示部と
   をさらに備える部品実装装置。
7. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の部品実装装置であって、
   前記実装判定部により実装ズレが発生したと判定された場合に前記ノズルによる前記部品の吸着に関連する設定の見直しを求めるメッセージを表示する表示部をさらに備える部品実装装置。
8. 請求項７に記載の部品実装装置であって、
   前記基板を撮像する第２撮像部と、
   前記第２撮像部により撮像された画像に基づいて、前記実装判定部により実装ズレが発生したと判定された前記部品の前記基板上での姿勢を確認する部品姿勢確認部と、
   前記部品姿勢確認部により確認された前記部品の姿勢が予め設定された標準姿勢である場合に別の部品の実装を継続する一方、前記部品の姿勢が標準姿勢でない場合に別の部品の実装を中止する実装制御部と
   をさらに備える部品実装装置。
9. 真空圧供給源から真空圧経路を介して与えられる真空圧により部品を吸着したノズルを基板の上方に移動させて前記基板への前記部品の実装を行う部品実装方法であって、
   前記部品を吸着した前記ノズルが移動されて前記部品を前記基板に実装する間に第１検出センサにより、前記真空圧経路内の真空圧および前記真空圧経路を流通する空気の流量の少なくとも一方を取得して前記ノズルによる前記部品の吸着状態の変化が発生したか否かを検出する第１工程と、
   前記基板に前記部品を実装した際に前記部品が前記基板に着地したか否かを第２検出センサにより検出する第２工程と、
   前記第１検出センサにより検出される検出結果と、前記部品の実装時において前記第２検出センサにより検出される検出結果との両方を用いて、前記第１工程により前記部品の吸着状態の変化が検出されるという吸着状態変化と、前記第２工程により前記部品の着地不良が検出されるという部品着地不良とのうち少なくとも一方が発生する場合に、前記部品が前記基板に正常に実装されなかったと判定する第３工程と
   を備えることを特徴とする部品実装方法。

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