JPWO2018163394A1

JPWO2018163394A1 - 部品実装機

Info

Publication number: JPWO2018163394A1
Application number: JP2019504258A
Authority: JP
Inventors: 浩二河口; 康平杉原; 直也岩田
Original assignee: 株式会社Ｆｕｊｉ
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2037-03-10
Also published as: EP3595425B1; EP3595425A4; JP6764522B2; WO2018163394A1; CN110383969A; EP3595425A1; CN110383969B

Abstract

部品実装機は、部品を供給する部品供給装置と、基板を保持する基板保持装置と、部品保持具を昇降可能に保持するヘッドと、前記部品保持具に加わる荷重を検出する荷重検出器と、前記部品供給装置と前記基板保持装置との間で前記ヘッドを移動させるヘッド移動装置と、前記部品保持具が前記基板に接触するように前記ヘッドを制御したときの前記荷重検出器によって検出される荷重情報に基づいて、前記部品保持具が前記基板に接触するときの硬さ特性を求める制御装置と、を備える。

Description

本明細書は、部品実装機を開示する。

従来より、部品実装機として、部品をノズルに吸着させたあとそのノズルを基板の所定位置に移動して部品の吸着を解除することにより、基板に部品を実装するものが知られている。特許文献１には、こうした部品実装機において、部品が基板表面に衝突する際の速度を制御して、衝撃力を規定値以下に抑制するものが提案されている。特許文献１の部品実装機は、実際に発生する衝撃力を圧力センサにより実測し、その実測データから衝突速度と衝突力との相互関係を解析し、その関係に基づいてその後の衝突速度を決定している。

特開２００１−５７４９８号公報

しかしながら、上述した部品実装機では、衝突速度と衝突力との相互関係を解析しているものの、ノズルが基板に接触するときの硬さ特性については考慮されていない。同じ衝突速度であっても、基板や部品やノズルの硬さが硬ければピーク荷重は大きくなり、軟らかければピーク荷重は小さくなる。上述した部品実装機では、こうした硬さ特性を考慮していないため、決定された衝突速度は必ずしも適切な速度とはいえないことがあった。

本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであり、部品保持具が基板に接触するときの硬さ特性を容易に求めることを主目的とする。

本開示の部品実装機は、
部品を供給する部品供給装置と、
基板を保持する基板保持装置と、
部品保持具を昇降可能に保持するヘッドと、
前記部品保持具に加わる荷重を検出する荷重検出器と、
前記部品供給装置と前記基板保持装置との間で前記ヘッドを移動させるヘッド移動装置と、
前記部品保持具が前記基板に接触するように前記ヘッドを制御したときの前記荷重検出器によって検出される荷重情報に基づいて、前記部品保持具が前記基板に接触するときの硬さ特性を求める制御装置と、
を備えたものである。

この部品実装機では、部品保持具が基板に接触するようにヘッドを制御したときの荷重検出器によって検出される荷重情報に基づいて、部品保持具が基板に接触するときの硬さ特性を求める。これにより、部品保持具が基板に接触するときの硬さ特性を容易に求めることができる。

なお、「部品保持具が基板に接触する」とは、部品を保持していない部品保持具が基板に直接接触する場合のほか、部品を保持した部品保持具が部品を介して基板に間接的に接触する場合も含む。

部品実装機１０の斜視図。装着ヘッド１８の説明図。ノズル４２の断面図。ノズル４２の外観説明図。コントローラ７８の電気的接続を示す説明図。部品実装処理ルーチンのフローチャート。部品試し打ちルーチンのフローチャート。部品Ｐが基板Ｓに当接する前後の説明図。反力経時データの一例を示すグラフ。低速ＶＬのときの反力経時データと硬さ特性との対応関係を示すグラフ。中速ＶＭのときの反力経時データと硬さ特性との対応関係を示すグラフ。高速ＶＨのときの反力経時データと硬さ特性との対応関係を示すグラフ。低速ＶＬ、中速ＶＭ及び高速ＶＨの硬さ特性と反力増加率とピーク反力との対応関係を示すテーブル。

本開示の部品実装機の好適な実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は部品実装機１０の斜視図、図２は装着ヘッド１８の説明図、図３はノズル４２の断面図、図４はノズル４２の外観説明図、図５はコントローラ７８の電気的接続を示す説明図である。なお、本実施形態において、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１に示した通りとする。

部品実装機１０は、図１に示すように、基板搬送ユニット１２と、装着ヘッド１８と、ノズル４２と、マークカメラ６４と、パーツカメラ６６と、部品供給ユニット７０と、各種制御を実行するコントローラ７８（図５参照）とを備えている。

基板搬送ユニット１２は、前後一対の支持板１４，１４にそれぞれ取り付けられたコンベアベルト１６，１６（図１では片方のみ図示）により基板Ｓを左から右へと搬送する。また、基板搬送ユニット１２は、基板Ｓの下方に配置された支持ピン１７により基板Ｓを下から持ち上げることで基板Ｓを固定し、支持ピン１７を下降させることで基板Ｓの固定を解除する。

装着ヘッド１８は、ＸＹ平面を移動可能である。具体的には、装着ヘッド１８は、Ｘ軸スライダ２０がガイドレール２２，２２に沿って左右方向に移動するのに伴って左右方向に移動し、Ｙ軸スライダ２４がガイドレール２６，２６に沿って前後方向に移動するのに伴って前後方向に移動する。この装着ヘッド１８は、図２に示すように、ノズルホルダ３０を軸回転及び上下動可能に支持する支持筒１９を有している。ノズルホルダ３０は、上下方向に延びる部材であり、上部に回転伝達ギヤ３０ａとフランジ３０ｂを有し、下部にノズル４２を保持している。回転伝達ギヤ３０ａは、ノズル回転用モータ３１の駆動ギヤ３２に噛み合っている。そのため、ノズル回転用モータ３１が回転すると、それに伴ってノズルホルダ３０が軸回転する。フランジ３０ｂは、上下方向に延びる第１アーム３３に設けられた第１係合部３３ａの上片及び下片の間に挟まれている。第１アーム３３は、第１リニアモータ３４の可動子に連結されている。第１リニアモータ３４の固定子は、装着ヘッド１８に固定されている。そのため、第１リニアモータ３４の可動子が上下動すると、それに伴って第１アーム３３は上下方向への移動をガイドするガイド部材３５に沿って上下動し、これと共に第１係合部３３ａに挟まれたフランジ３０ｂ、ひいてはノズルホルダ３０が上下動する。ノズルホルダ３０の下端側面には、互いに対向する位置に一対の逆Ｊ字状の誘導溝３０ｃ（図４参照）が設けられている。図２及び図３に示すように、ノズルホルダ３０の側面には、上側環状突起３０ｄと下側環状突起３０ｅとが間をあけて設けられている。ノズルホルダ３０には、ロックスリーブ３６が被せられている。このロックスリーブ３６の上部開口の直径は、ノズルホルダ３０の上側環状突起３０ｄや下側環状突起３０ｅの直径よりも小さいため、ロックスリーブ３６はノズルホルダ３０から脱落することなく上下動可能となっている。ロックスリーブ３６の上端面とノズルホルダ３０の上側環状突起３０ｄとの間には、ロックスプリング３７が配置されている。

ノズル４２は、圧力を利用して、ノズル先端に部品Ｐを吸着したり、ノズル先端に吸着している部品Ｐを離したりするものである。このノズル４２は、図３に示すように、ノズル固定具であるノズルスリーブ４４の上端面に、ノズルスプリング４６を介して弾性支持されている。ノズル４２は、内部に上下方向に延びる通気路４２ａを有している。通気路４２ａには、負圧や正圧を供給することが可能である。ノズル４２は、部品Ｐを吸着する吸着口４２ｂのやや上方の位置から水平に張り出したフランジ４２ｃと、上端から水平に張り出したバネ受け部４２ｄと、上端からフランジ４２ｃまでの途中に設けられた段差面４２ｅとを有している。ノズル４２のうち段差面４２ｅからバネ受け部４２ｄまでの間は小径の軸部４２ｆとなっている。この軸部４２ｆの側面には、上下方向に延びる一対の長穴４２ｇが互いに対向するように設けられている。ノズルスリーブ４４は、ノズル４２の軸部４２ｆに対して相対的に上下動可能なようにノズル４２に装着されている。ノズルスリーブ４４は、直径方向に貫通したピン４４ａと一体化されている。このピン４４ａは、ノズル４２の一対の長穴４２ｇに挿通されている。そのため、ノズル４２は、ピン４４ａに対して長穴４２ｇの延びる方向つまり上下方向にスライド可能となっている。ノズルスプリング４６は、ノズルスリーブ４４の上端面とノズル４２のバネ受け部４２ｄとの間に配置されている。

ノズルスリーブ４４は、ノズル４２を弾性支持した状態で、ノズルホルダ３０の誘導溝３０ｃに着脱可能に固定されている。ノズルスリーブ４４に設けられたピン４４ａは、誘導溝３０ｃの終端とロックスプリング３７によって下向きに付勢されたロックスリーブ３６の下端との間に挟まれた状態で固定される。ノズル４２を弾性支持したノズルスリーブ４４をノズルホルダ３０に固定するにあたっては、まず、ノズルスリーブ４４のピン４４ａをノズルホルダ３０の誘導溝３０ｃ（図４参照）に沿って上方向に移動させていく。すると、ピン４４ａがロックスリーブ３６の下端に当たる。その後、ロックスプリング３７の弾性力に抗してロックスリーブ３６をピン４４ａで持ち上げながら、誘導溝３０ｃに沿ってピン４４ａが進入するようにロックスリーブ３６に対してノズルスリーブ４４と共にノズル４２を回転させる。すると、ピン４４ａは誘導溝３０ｃの水平部分を経て最後に下方向に移動して誘導溝３０ｃの終端に至る。このとき、ピン４４ａはロックスプリング３７によって下向きに付勢されたロックスリーブ３６により誘導溝３０ｃの終端に押しつけられた状態となる。その結果、ノズルスリーブ４４はピン４４ａを介してノズルホルダ３０にロックされる。なお、ノズル４２を弾性支持したノズルスリーブ４４をノズルホルダ３０から外すときには、固定した手順と逆の手順を行えばよい。

図２に戻り、第１アーム３３の下端には、第２リニアモータ５０の固定子が固定されている。この第２リニアモータ５０の可動子には、第２アーム５１が連結されている。第２アーム５１は、アーム先端にカムフォロワからなる第２係合部５２を備えると共に、アーム中間に負荷を検出するロードセル５３を備えている。第２係合部５２はノズル４２のフランジ４２ｃの上面と対向する位置に配置されている。第２リニアモータ５０の可動子が下方に移動すると、それに伴って第２アーム５１の第２係合部５２がフランジ４２ｃをノズルスプリング４６の弾性力に抗して下方へ押圧するため、ノズル４２はノズルスリーブ４４のピン４４ａつまりノズルホルダ３０に対して下方へ移動する（図３の２点鎖線参照）。その後、第２リニアモータ５０の可動子が上方に移動すると、フランジ４２ｃを下方へ押圧する力が弱まるため、ノズル４２はノズルスプリング４６の弾性力によりピン４４ａつまりノズルホルダ３０に対して上方へ移動する。

図１に戻り、マークカメラ６４は、Ｘ軸スライダ２０の下端に、撮像方向が基板Ｓに対向する向きとなるように設置され、装着ヘッド１８の移動に伴って移動可能である。このマークカメラ６４は、基板Ｓに設けられた図示しない基板位置決め用の基準マークを撮像し、得られた画像をコントローラ７８へ出力する。

パーツカメラ６６は、部品供給ユニット７０と基板搬送ユニット１２との間であって左右方向の長さの略中央にて、撮像方向が上向きとなるように設置されている。このパーツカメラ６６は、その上方を通過するノズル４２に吸着された部品を撮像し、撮像により得られた画像をコントローラ７８へ出力する。

部品供給ユニット７０は、リール７２と、フィーダ７４とを備えている。リール７２には、部品を収容した凹部が長手方向に沿って並ぶように形成されたテープが巻かれている。フィーダ７４は、リール７２に巻かれたテープの部品を所定の部品供給位置へ送り出す。リール７２に巻かれたテープは部品を覆うフィルムを有しているが、部品供給位置に至るとフィルムが剥がされるようになっている。そのため、部品供給位置に配置された部品はノズル４２によって吸着可能な状態となる。

コントローラ７８は、図５に示すように、ＣＰＵ７８ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７８ｂ、各種データを記憶するＨＤＤ７８ｃ、作業領域として用いられるＲＡＭ７８ｄなどを備えている。また、コントローラ７８には、マウスやキーボードなどの入力装置７８ｅ、液晶ディスプレイなどの表示装置７８ｆが接続されている。このコントローラ７８は、フィーダ７４に内蔵されたフィーダコントローラ７７や管理コンピュータ８０と双方向通信可能なように接続されている。また、コントローラ７８は、基板搬送ユニット１２やＸ軸スライダ２０、Ｙ軸スライダ２４、ノズル回転用モータ３１、第１及び第２リニアモータ３４，５０、ノズル４２の圧力調整装置４３、マークカメラ６４、パーツカメラ６６へ制御信号を出力可能なように接続されている。また、コントローラ７８は、ロードセル５３からの検出信号、マークカメラ６４やパーツカメラ６６からの画像信号を受信可能に接続されている。例えば、コントローラ７８は、マークカメラ６４で撮像された基板Ｓの画像を処理して基準マークの位置を認識することにより基板Ｓの位置（座標）を認識する。また、コントローラ７８は、パーツカメラ６６で撮像された画像に基づいてノズル４２に部品が吸着されているか否かの判断やその部品の形状、大きさ、吸着位置などを判定する。

管理コンピュータ８０は、図５に示すように、パソコン本体８２と入力デバイス８４とディスプレイ８６とを備えており、オペレータによって操作される入力デバイス８４からの信号を入力可能であり、ディスプレイ８６に種々の画像を出力可能である。パソコン本体８２のメモリには、生産ジョブデータが記憶されている。生産ジョブデータには、各部品実装機１０においてどの部品Ｐをどういう順番で基板Ｓへ装着するか、また、そのように装着した基板Ｓを何枚作製するかなどが定められている。

次に、部品実装機１０のコントローラ７８が、生産ジョブに基づいて基板Ｓへ部品Ｐを実装する動作について説明する。図６は、部品実装処理ルーチンのフローチャートである。部品実装処理ルーチンのプログラムは、コントローラ７８のＨＤＤ７８ｃに格納されている。

コントローラ７８のＣＰＵ７８ａは、このルーチンを開始すると、まず、ノズル４２をフィーダ７４へ移動させる（ステップＳ１１０）。具体的には、ＣＰＵ７８ａは、Ｘ軸及びＹ軸スライダ２０，２４を制御することにより、部品供給ユニット７０のうち所定の部品Ｐを供給するフィーダ７４の部品供給位置へノズル４２を移動させる。

続いて、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２の先端に部品Ｐを吸着させる（ステップＳ１２０）。具体的には、ＣＰＵ７８ａは、第１リニアモータ３４の可動子を下降させることによりノズルホルダ３０を下方へ移動させる。それと並行して、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２の先端が部品Ｐに当接する前に、第２リニアモータ５０の可動子を下降させることによりノズルホルダ３０に対してノズル４２を最下端へ移動させる。その後、ＣＰＵ７８ａは、ロードセル５３からの検出信号に基づいてノズル４２の先端が部品Ｐに接触したと判断すると、その反力が設定押付力と等しくなるように第２リニアモータ５０の可動子を制御する。これにより、部品Ｐがノズル４２によって損傷を受けないようにすることができる。また、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２の先端が部品Ｐに当接した時点で吸着口４２ｂに負圧が供給されるように圧力調整装置４３を制御する。これにより、部品Ｐはノズル４２の先端に吸着される。

続いて、ＣＰＵ７８ａは、パーツカメラ６６により部品Ｐを撮像する（ステップＳ１３０）。具体的には、ＣＰＵ７８ａは、第２アーム５１の第２係合部５２がフランジ４２ｃの上方に離間するように第２リニアモータ５０を制御すると共に、部品Ｐが所定の高さになるように第１リニアモータ３４を制御する。これと並行して、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２の中心位置がパーツカメラ６６の撮像領域の予め定められた基準点と一致するようにＸ軸及びＹ軸スライダ２０，２４を制御し、ノズル４２の中心位置が基準点に一致した時点でパーツカメラ６６により部品Ｐを撮像する。ＣＰＵ７８ａは、この撮像画像を解析することにより、基準点に対する部品Ｐの位置を把握する。

続いて、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２を基板Ｓ上へ移動させる（ステップＳ１４０）。具体的には、ＣＰＵ７８ａは、Ｘ軸及びＹ軸スライダ２０，２４を制御することにより、基板Ｓのうち部品Ｐを実装させる所定の部品装着位置の上方へノズル４２を移動させる。

続いて、ＣＰＵ７８ａは、部品Ｐを基板Ｓの所定の部品装着位置に実装させる（ステップＳ１５０)。具体的には、ＣＰＵ７８ａは、撮像画像に基づいて部品Ｐの姿勢が予め定めた所定の姿勢になるようにノズル回転用モータ３１を制御する。また、ＣＰＵ７８ａは、第１リニアモータ３４の可動子を下降させることによりノズルホルダ３０を下方へ移動させる。そして、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２の先端に吸着されている部品Ｐが基板Ｓに当接する手前で、第１リニアモータ３４の可動子を停止させ、第２リニアモータ５０の可動子を一定の速度で下降させる。その後、ＣＰＵ７８ａは、ロードセル５３からの検出信号に基づいて部品Ｐが基板Ｓに接触したと判断すると、その反力が設定押付力と等しくなるように第２リニアモータ５０の可動子を制御する。これにより、部品Ｐが基板Ｓとの衝突によって損傷を受けないようにすることができる。また、ＣＰＵ７８ａは、部品Ｐが基板Ｓに当接した時点でノズル４２の先端に正圧が供給されるように圧力調整装置４３を制御する。これにより、部品Ｐは基板Ｓの所定の部品装着位置に実装される。

続いて、ＣＰＵ７８ａは、基板Ｓへ実装すべき部品の実装が完了したか否かを判定し（ステップＳ１６０）、完了していなければ次の部品ＰについてステップＳ１１０以降の処理を実行し、完了したならば本ルーチンを終了する。

部品実装機１０のコントローラ７８は、部品実装処理ルーチンに先立って、部品試し打ちルーチンを実行する。図７は、部品試し打ちルーチンのフローチャートである。部品試し打ちルーチンのプログラムは、コントローラ７８のＨＤＤ７８ｃに格納されている。部品試し打ちルーチンのステップＳ２１０〜Ｓ２４０は、部品実装処理ルーチンのステップＳ１１０〜Ｓ１４０と同じであるため、以下にはステップＳ２５０以降についてのみ説明する。なお、部品試し打ちルーチンは、通常、１枚の基板Ｓに対して行われる。

ステップＳ２５０では、コントローラ７８のＣＰＵ７８ａは、部品Ｐを基板Ｓの所定の部品装着位置に実装させる。具体的には、ＣＰＵ７８ａは、撮像画像に基づいて部品Ｐの姿勢が予め定めた所定の姿勢になるようにノズル回転用モータ３１を制御する。また、ＣＰＵ７８ａは、第１リニアモータ３４の可動子を下降させることによりノズルホルダ３０を下方へ移動させる。それと並行して、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２の先端に吸着されている部品Ｐが基板Ｓに当接する前に、第２リニアモータ５０の可動子を下降させることによりノズルホルダ３０に対してノズル４２を最下端へ移動させる（図８Ａ参照）。このときのノズル４２のノズル下降速度（基板Ｓに接近する速度）は所定の低速ＶＬに設定されている。その後、ＣＰＵ７８ａは、ロードセル５３からの検出信号に基づいて部品Ｐが基板Ｓに接触したと判断すると、その反力が設定押付力と等しくなるように第２リニアモータ５０の可動子を制御する（対基板衝撃緩和処理、図８Ｂ参照）。部品Ｐが基板Ｓに衝突したことに起因して反力（基板Ｓに加わる荷重）が急増するが、本実施形態では、対基板衝撃緩和処理を実行する周期が短い高周波制御系を採用しているため、反力を抑制することができる。

ステップＳ２５０では、ＣＰＵ７８ａは、更に、部品Ｐが基板Ｓに衝突した後のピーク反力が予め設定された荷重（設定荷重）となるように制御する。また、ＣＰＵ７８ａは、衝突後の反力をロードセル５３によって経時的に検出し、得られた反力の経時変化を表す反力経時データ（荷重情報、荷重経時データ）に基づいて反力増加率（荷重増加率）を算出し、その反力増加率に基づいて部品Ｐが基板Ｓに接触するときの硬さ特性を求める。反力経時データの一例を図９に示す。反力増加率は、部品Ｐが基板Ｓに衝突した時点から反力がピークに達するまでの時間をＴ、反力のピーク時の値をＣとしたとき、Ｃ／Ｔと表される。本実施形態では、硬さ特性は、基板Ｓの硬さ、ノズル４２の硬さ、及び、ノズル４２が保持している部品Ｐの硬さの３つによって決まる特性とする。

ＨＤＤ７８ｃには、基準荷重（基板Ｓに負荷される荷重の基準値）ごとに、反力経時データと硬さ特性との対応関係が記憶されている。基準荷重は、ここでは、１Ｎ，２Ｎ，３Ｎとする。硬さ特性は、複数の段階に分けられている。ここでは、硬さ特性は、Ｈ１〜Ｈ５の５段階に分けられ、Ｈ１からＨ５に進むにつれて硬くなるように決められているとする。こうした対応関係は、予め設定されたノズル下降速度（ここでは低速ＶＬ、中速ＶＭ、高速ＶＨ）ごとに記憶されている。図１０〜図１２に、ノズル下降速度ごとの反力経時データと硬さ特性との対応関係を示すグラフを示す。図１０は、ノズル下降速度が低速ＶＬのときの反力経時データと硬さ特性との対応関係を示すグラフである。低速ＶＬのときの対応関係は、基準荷重ごとに記憶されている。低速ＶＬは、硬さ特性の段階にかかわらず、ピーク反力が基準荷重になるように対基板衝撃緩和処理によってコントロールできる速度に設定されている。図１１は、ノズル下降速度が中速ＶＭのときの反力経時データと硬さ特性との対応関係を示すグラフである。中速ＶＭの対応関係も、基準荷重ごとに記憶されている。中速ＶＭのときには、硬さ特性の段階によっては対基板衝撃緩和処理を実行してもピーク反力が基準荷重を超えてしまうことがある。図１２は、ノズル下降速度が高速ＶＨのときの反力経時データと硬さ特性との対応関係を示すグラフである。高速ＶＨの対応関係も、基準荷重ごとに記憶されている。高速ＶＨのときには、中速ＶＭと比べて、より多くの硬さ特性において対基板衝撃緩和処理を実行してもピーク反力が基準荷重を超えてしまう。

ステップＳ２５０で、ＣＰＵ７８ａが反力増加率に基づいて硬さ特性を求める場合、ＣＰＵ７８ａは、ＨＤＤ７８ｃに記憶されている低速ＶＬの対応関係の中から、今回の設定荷重（基板Ｓに負荷される荷重の設定値）に合致するもの又は代替し得るものを選出する。設定荷重は、オペレータによって設定される。例えば設定荷重が１Ｎだった場合、低速ＶＬで設定荷重１Ｎの対応関係を選出し、その対応関係から各硬さ特性Ｈ１〜Ｈ５の反力増加率を求め、これらと今回算出した反力増加率とを比較し、硬さ特性を決定する。例えば、今回算出した反力増加率が硬さ特性Ｈ３の反力増加率と一致したならば、硬さ特性をＨ３に決定する。今回算出した反力増加率が硬さ特性Ｈ２の反力増加率と硬さ特性Ｈ３の反力増加率との間だった場合には、硬さ特性をＨ２に決定してもよいが、ここでは硬さ特性をＨ３に決定する。硬さ特性を硬めに決定した方が部品Ｐの破損等を回避する上で好ましいからである。

ＣＰＵ７８ａは、決定した硬さ特性と設定荷重とに基づいてノズル下降速度を設定する。ここでは、一例として、決定した硬さ特性がＨ３、設定荷重が１Ｎの場合について説明する。また、オペレータは設定荷重に対する許容範囲も設定しているものとする。硬さ特性がＨ３、設定荷重が１Ｎの場合の中速ＶＭと高速ＶＨの対応関係を見ると（図１１及び図１２参照）、許容範囲が２０％ならば、高速ＶＨでもピーク反力が許容範囲内のため、ノズル下降速度を高速ＶＨに設定する。一方、許容範囲が１０％ならば、高速ＶＨでは許容範囲外、中速ＶＭでは許容範囲内のため、ノズル下降速度を中速ＶＭに設定する。

ステップＳ２５０の後、ＣＰＵ７８ａは、基板Ｓへ実装すべき部品の実装が完了したか否かを判定し（ステップＳ２６０）、完了していなければ次の部品ＰについてステップＳ２１０以降の処理を実行し、完了したならば本ルーチンを終了する。部品試し打ちルーチンが終了した後は、基板Ｓの所定の部品装着位置ごとに部品Ｐを実装する際のノズル下降速度が設定された状態となる。そのため、部品試し打ちルーチンの後に実行される部品実装処理ルーチンでは、部品装着位置ごとに、設定されたノズル下降速度で部品Ｐを実装することができる。

ここで、本実施形態の部品実装機１０の構成要素と本開示の部品実装機の構成要素との対応関係を明らかにする。部品供給ユニット７０が部品供給装置に相当し、基板搬送ユニット１２が基板保持装置に相当し、装着ヘッド１８がヘッドに相当し、ロードセル５３が荷重検出器に相当し、Ｘ軸スライダ２０及びＹ軸スライダ２４がヘッド移動装置に相当し、コントローラ７８が制御装置に相当する。また、ノズル４２が部品保持具に相当し、ＨＤＤ７８ｃが記憶装置に相当する。更に、ノズルスリーブ４４、ノズルスプリング４６、第２リニアモータ５０、第２アーム５１及び第２係合部５２が衝撃緩和機構に相当する。

以上詳述した部品実装機１０によれば、ノズル４２が部品Ｐを介して基板Ｓに接触するように装着ヘッド１８を制御したときのロードセル５３によって検出される反力経時データに基づいて、ノズル４２が部品Ｐを介して基板Ｓに接触するときの硬さ特性を容易に求めることができる。

また、一般に硬さ特性が硬いほど反力増加率は高くなる。ＣＰＵ７８ａは、反力経時データに基づいて反力増加率を算出し、その反力増加率に基づいて硬さ特性を求める。具体的には、算出した反力増加率に対応する硬さ特性を、ＨＤＤ７８ｃに記憶された反力経時データと硬さ特性との対応関係を用いて求める。そのため、硬さ特性を精度よく求めることができる。

更に、反力増加率と硬さ特性との関係は基板Ｓに加わる荷重によって変化する。ＣＰＵ７８ａは、複数の基準荷重の中から設定荷重と一致するもの又は代替し得るものを選出し、選出した基準荷重の対応関係を用いて、硬さ特性を求める。そのため、硬さ特性を精度よく求めることができる。

更にまた、ノズル下降速度は、硬さ特性と予め設定された負荷荷重とに基づいて設定されるため、それらに見合ったノズル下降速度、例えば部品Ｐが破損することのないノズル下降速度に設定することができる。また、ノズル下降速度は、設定された負荷荷重の許容範囲の上限に近い速度に設定されるため、部品実装に要する時間を短くすることができる。

そしてまた、ＣＰＵ７８ａは基板Ｓ上の部品装着位置ごとにノズル下降速度を設定するため、より適切にノズル下降速度を設定することができる。例えば、同じ基板Ｓであっても、支持ピン１７の真上の部品装着位置と支持ピン１７同士の間の部品装着位置とでは、撓み等が異なるため硬さ特性が異なるが、こうした場合にも適切にノズル下降速度を設定することができる。

そして更に、ＣＰＵ７８ａは、ノズル４２が所定の低速ＶＬで部品Ｐを介して基板Ｓに接触したときの反力経時データを用いて硬さ特性を求め、求めた硬さ特性に基づいて、ノズル４２が基板Ｓに接近するノズル下降速度を低速ＶＬまたはそれよりも速い中速ＶＭや高速ＶＨに設定する。例えば、硬さ特性が軟らかければノズル下降速度を高速ＶＨに設定しても支障が生じないが、硬さ特性が硬ければノズル下降速度を低速ＶＬに設定しないと部品Ｐが破損するおそれがある。こうしたことを考慮してノズル下降速度を設定することができる。

そして更にまた、ＣＰＵ７８ａはノズル４２が部品Ｐを介して基板Ｓに接触したときに発生する反力を打ち消すように第２アーム５１の第２係合部５２を制御する。そのため、ノズル４２のノズル下降速度がある程度高くても、ノズル４２に保持された部品Ｐが基板Ｓに接触したときの衝撃によって壊れるのを防ぐことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、ノズル４２が基板Ｓに接触する場合として、部品Ｐを保持したノズル４２が部品Ｐを介して基板Ｓに間接的に接触する例を示したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、部品Ｐを保持していないノズル４２が基板Ｓに直接接触するようにしてもよい。その場合であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。例えば、部品Ｐの有無による硬さ特性の変化が少ない場合には、部品試し打ちルーチンを部品なしで行うようにしてもよい。

上述した実施形態では、設定荷重が１Ｎのときの硬さ特性やノズル下降速度を決定する場合について説明したが、設定荷重が１．１ＮのときのようにＨＤＤ７８ｃに対応関係が記憶されていない場合については、次のようにして硬さ特性やノズル下降速度を決定してもよい。すなわち、複数の基準荷重１Ｎ，２Ｎ，３Ｎの中から設定荷重１．１Ｎと代替し得るものを選出し、選出した基準荷重の対応関係を用いて、硬さ特性やノズル下降速度を求めてもよい。例えば、設定荷重１．１Ｎに最も近い基準荷重１Ｎの対応関係を用いて硬さ特性やノズル下降速度を決定してもよい。あるいは、部品Ｐの破損等を安全に回避するために設定荷重１．１Ｎより大きい値で設定荷重１．１Ｎに最も近い基準荷重２Ｎの対応関係を用いてノズル下降速度を決定してもよい。

上述した実施形態では、算出した反力増加率から、反力経時データ（時間に対する反力のグラフ）と硬さ特性との対応関係を用いて硬さ特性を求めたが、図１３に示すように硬さ特性と反力増加率とピーク反力との対応関係を予め定めたテーブルを用いて硬さ特性を求めてもよい。その場合であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、ノズル下降速度を決める際にはピーク反力を使用するが、硬さ特性を求める際はピーク反力は必須ではない。

上述した実施形態では、部品保持具としてノズル４２を例示したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば部品Ｐを掴んで保持するチャックを用いてもよい。その場合であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

上述した実施形態では、硬さ特性は、基板Ｓの硬さだけでなく部品Ｐの硬さやノズル４２の硬さなどにも依存するパラメータとしたが、予め部品Ｐの硬さやノズル４２の硬さがわかっている場合には、求めた硬さ特性を部品Ｐの硬さやノズル４２の硬さに基づいて補正して基板Ｓの硬さを算出し、その基板Ｓの硬さを用いるようにしてもよい。

上述した実施形態では、装着ヘッド１８としてノズル４２を着脱可能に保持するノズルホルダ３０を１つだけ備える例を示したが、こうしたノズルホルダ３０を、上下軸を回転中心とするロータの周囲に等角度間隔で複数設けてもよい。具体的な構成は、特許文献１（ＷＯ２０１４／０８０４７２）の図６を参照されたい。このような構成であっても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

上述した実施形態では、反力増加率に対応する硬さ特性を求めるようにしたが、これに代えて、経時データに対応する硬さ特性を、経時データと硬さ特性との対応関係を用いて求めるようにしてもよい。こうすれば、反力増加率等の指標を算出することなく、予め記憶されている経時データと実際に検出した経時データとを比較してその類似度から硬さ特性を求めることができる。

上述した実施形態では、荷重増加率としてＣ／Ｔを用いたが、Ｃ／Ｔの代わりに、経時データのピーク手前の所定荷重に到達するまでの時間を用いてもよいし、部品Ｐが基板Ｓに接触したあと所定時間経過した時点の荷重値（反力値）を用いてもよいし、ピークに達するまでの時間を用いてもよい。

上述した実施形態では、荷重検出器としてロードセル５３を例示したが、ロードセル５３の代わりに、コントローラ７８（あるいは電流監視部）が第２リニアモータ５０の負荷電流を監視することにより荷重を検出してもよい。

上述した実施形態において、部品実装機１０はノズル下降速度を決定した後、そのノズル下降速度を管理コンピュータ８０に送信してもよい。管理コンピュータ８０は、受信したノズル下降速度に基づいて生産時間のシミュレーションを行い、その生産時間をオペレータに報知してもよい。こうすれば、ユーザは生産時間を把握したり生産計画を見直したりすることができる。

本開示の部品実装機は、以下のように構成してもよい。

本開示の部品実装機において、前記荷重情報は、前記荷重の経時変化を表す経時データであってもよい。部品保持具が基板に接触するときの硬さ特性を求めるには、こうした経時データを利用するのが好ましい。

本開示の部品実装機において、前記制御装置は、前記荷重情報に基づいて前記荷重が立ち上がる際の時間あたりの荷重増加率を算出し、前記荷重増加率に基づいて前記硬さ特性を求めるようにしてもよい。一般に接触するもの同士の硬さが硬いほど荷重増加率は大きくなる。そのため、荷重増加率を用いることにより硬さ特性を精度よく求めることができる。この場合、本開示の部品実装機は、前記荷重増加率と前記硬さ特性との対応関係を記憶する記憶装置を備え、前記制御装置は、前記荷重増加率に対応する前記硬さ特性を、前記記憶装置に記憶された前記対応関係を用いて求めるようにしてもよい。

本開示の部品実装機において、前記荷重情報は、前記荷重の経時変化を表す経時データであり、前記経時データと前記硬さ特性との対応関係を記憶する記憶装置を備え、前記制御装置は、前記経時データに対応する前記硬さ特性を、前記記憶装置に記憶された前記対応関係を用いて求めるようにしてもよい。こうすれば、荷重増加率等の指標を算出することなく、予め記憶されている経時データと実際に検出した経時データとを比較してその類似度から硬さ特性を求めることができる。

本開示の部品実装機において、前記記憶装置は、前記基板に加わる負荷荷重の基準値ごとに前記対応関係を記憶しており、前記制御装置は、前記荷重情報として、前記部品保持具が所定の低速度で前記基板に接触して予め設定された負荷荷重が前記基板に加わるように前記ヘッドを制御したときの前記荷重検出器によって検出される荷重情報を用い、前記対応関係として、前記基準値の中から前記予め設定された負荷荷重と一致するもの又は代替し得るものを選出し、選出した前記基準値の対応関係を用いるようにしてもよい。荷重増加率と硬さ特性との関係は基板に加わる負荷荷重によって変化する。そのため、基準値の中から予め設定された負荷荷重と一致するもの又は代替し得るものを選出し、選出した基準値の対応関係を用いることで、硬さ特性を精度よく求めることが好ましい。

本開示の部品実装機において、前記制御装置は、前記硬さ特性に基づいて、前記部品保持具が前記基板に接近する接近速度を設定してもよい。こうすれば、硬さ特性に見合った接近速度を設定することができる。あるいは、前記制御装置は、前記硬さ特性と予め設定された負荷荷重とに基づいて、前記接近速度を設定してもよい。こうすれば、硬さ特性と予め設定された負荷荷重とに見合った接近速度を設定することができる。ここで、接近速度を設定するにあたり、前記負荷荷重の許容範囲の上限に近い速度に設定してもよい。こうすれば、部品実装に要する時間を短くすることができる。また、前記制御装置は、前記基板上の部品装着点ごとに前記接近速度を設定してもよい。同じ基板であっても、部品装着点が異なれば硬さ特性が異なることがあるからである。

本開示の部品実装機において、前記制御装置は、前記部品保持具が所定の低速度で前記基板に接触したときの前記荷重検出器によって検出される前記荷重情報を用いて前記硬さ特性を求め、求めた前記硬さ特性に基づいて、前記部品保持具が前記基板に接近する接近速度を前記低速度または前記低速度よりも速い速度に設定してもよい。

本開示の部品実装機において、前記ヘッドは、前記部品保持具が前記基板に接触したときの衝撃を緩和する衝撃緩和機構を有し、前記制御装置は、前記部品保持具が前記基板に接触したときに発生する反力を打ち消すように前記衝撃緩和機構を制御してもよい。こうすれば、部品保持具の接近速度がある程度高くても、部品保持具に保持された部品が基板に接触したときの衝撃によって壊れるのを防ぐことができる。

本発明は、部品実装機や部品実装機を組み込んだ部品実装システムなどに利用可能である。

１０部品実装機、１２基板搬送ユニット、１４支持板、１６コンベアベルト、１７支持ピン、１８装着ヘッド、１９支持筒、２０Ｘ軸スライダ、２２ガイドレール、２４Ｙ軸スライダ、２６ガイドレール、３０ノズルホルダ、３０ａ回転伝達ギヤ、３０ｂフランジ、３０ｃ誘導溝、３０ｄ上側環状突起、３０ｅ下側環状突起、３１ノズル回転用モータ、３２駆動ギヤ、３３第１アーム、３３ａ第１係合部、３４第１リニアモータ、３５ガイド部材、３６ロックスリーブ、３７ロックスプリング、４２ノズル、４２ａ通気路、４２ｂ吸着口、４２ｃフランジ、４２ｄバネ受け部、４２ｅ段差面、４２ｆ軸部、４２ｇ長穴、４３圧力調整装置、４４ノズルスリーブ、４４ａピン、４６ノズルスプリング、５０第２リニアモータ、５１第２アーム、５２第２係合部、５３ロードセル、６４マークカメラ、６６パーツカメラ、７０部品供給ユニット、７２リール、７４フィーダ、７７フィーダコントローラ、７８コントローラ、７８ａＣＰＵ、７８ｂＲＯＭ、７８ｃＨＤＤ、７８ｄＲＡＭ、７８ｅ入力装置、７８ｆ表示装置、８０管理コンピュータ、８２パソコン本体、８４入力デバイス、８６ディスプレイ。

Claims

部品を供給する部品供給装置と、
基板を保持する基板保持装置と、
部品保持具を昇降可能に保持するヘッドと、
前記部品保持具に加わる荷重を検出する荷重検出器と、
前記部品供給装置と前記基板保持装置との間で前記ヘッドを移動させるヘッド移動装置と、
前記部品保持具が前記基板に接触するように前記ヘッドを制御したときの前記荷重検出器によって検出される荷重情報に基づいて、前記部品保持具が前記基板に接触するときの硬さ特性を求める制御装置と、
を備えた部品実装機。
前記荷重情報は、前記荷重の経時変化を表す経時データである、
請求項１に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記荷重情報に基づいて前記荷重が立ち上がる際の時間あたりの荷重増加率を算出し、前記荷重増加率に基づいて前記硬さ特性を求める、
請求項１又は２に記載の部品実装機。
請求項３に記載の部品実装機であって、
前記荷重増加率と前記硬さ特性との対応関係を記憶する記憶装置
を備え、
前記制御装置は、前記荷重増加率に対応する前記硬さ特性を、前記記憶装置に記憶された前記対応関係を用いて求める、
部品実装機。
請求項１に記載の部品実装機であって、
前記荷重情報は、前記荷重の経時変化を表す経時データであり、
前記経時データと前記硬さ特性との対応関係を記憶する記憶装置
を備え、
前記制御装置は、前記経時データに対応する前記硬さ特性を、前記記憶装置に記憶された前記対応関係を用いて求める、
部品実装機。
前記記憶装置は、前記基板に加わる負荷荷重の基準値ごとに前記対応関係を記憶しており、
前記制御装置は、前記荷重情報として、前記部品保持具が所定の低速度で前記基板に接触して予め設定された負荷荷重が前記基板に加わるように前記ヘッドを制御したときの前記荷重検出器によって検出される荷重情報を用い、前記対応関係として、前記基準値の中から前記予め設定された負荷荷重と一致するもの又は代替し得るものを選出し、選出した前記基準値の対応関係を用いる、
請求項４又は５に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記硬さ特性に基づいて、前記部品保持具が前記基板に接近する接近速度を設定する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記硬さ特性と予め設定された負荷荷重とに基づいて、前記接近速度を設定する、
請求項７に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記接近速度を設定するにあたり、前記負荷荷重の許容範囲の上限に近い速度に設定する、
請求項８に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記基板上の部品装着位置ごとに前記接近速度を設定する、
請求項７〜９のいずれか１項に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記部品保持具が所定の低速度で前記基板に接触したときの前記荷重検出器によって検出される前記荷重情報を用いて前記硬さ特性を求め、求めた前記硬さ特性に基づいて、前記部品保持具が前記基板に接近する接近速度を前記低速度または前記低速度よりも速い速度に設定する、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の部品実装機。
前記ヘッドは、前記部品保持具が前記基板に接触したときの衝撃を緩和する衝撃緩和機構を有し、
前記制御装置は、前記部品保持具が前記基板に接触したときに発生する反力を打ち消すように前記衝撃緩和機構を制御する、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の部品実装機。