KR20120095806A - 마운터 장치의 가압 제어 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 마운터 장치에 있어서, 가압속도를 적절히 전환하여 가압시간을 단축시키는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 부품을 흡착하는 노즐(131)의 높이를 위치결정하는 서보모터(23)와, 노즐(131)이 흡착한 부품을 기판에 대해 누르는 하중을 제어할 수 있는 가압 제어 헤드(13)를 구비하는 마운터 장치로서, 노즐(131)의 선단에 조립된 충격 완충 스프링(132)과, 노즐(131)이 흡착한 부품을 기판면에 대해 누르는 압력을 검출하는 센서를 구비하며, 서보모터(23)의 구동에 의해 노즐(131)이 흡착한 부품을 기판면에 등속으로 하강시키고, 압력 센서에 의해 충격 완충 스프링(132)의 압축에 의한 반발력을 검지한 후, 상기 충격 완충 스프링(132)의 압축이 완료될 때까지 노즐(131)의 하강속도를 감속시킨다.

Description

마운터 장치의 가압 제어 헤드{PRESSURIZATION CONTROL HEAD OF MOUNTING APPARATUS}

본 발명은, 전자부품을 기판에 탑재하는 마운터 장치의 가압 제어 헤드에 관한 것이다.

전자부품의 마운터 장치로서, 예컨대 특허문헌 1에 의해, 가압시간을 단축하는 종래의 방법으로서, 압력검출부에 의해 검출한 압력이 증가하기 시작한 위치를 전자부품이 프린트 기판 등에 접촉한 위치로 하고, 그 위치를 학습하여 고속으로 하강되는 위치의 정밀도를 향상시켜 가는 방법이 제안된 바 있다.

일본국 등록특허공보 제3817207호

그러나, 종래의 방식에서는, 특허문헌 1과 같이, 스프링이 없는 노즐을 이용하여 가압 제어를 행하면, 충돌시에, 충격을 주는 측의 운동량(질량×속도)에 의해 결정되는 충격력이 발생한다.

이 충격력에 의해 부품이 파괴될 가능성이 있으므로, 전자부품이 기판면에 접촉하는 속도를 낮게 설정할 필요가 있다.

또한, 모든 탑재 프로세스에 걸쳐 낮은 축 속도로 실행하면, 탑재 택트가 저하되어 버리기 때문에, 탑재 높이의 바로 근처까지 고속으로 이동시키고 나서, 부품에 손상을 주지 않는 충분히 낮은 속도로 전환하여 접촉시키도록 하고 있다.

이 때문에, 도 13에 나타낸 바와 같이, 가압시간이 길어지게 되는 문제가 있었다.

본 발명의 과제는, 마운터 장치에 있어서, 노즐에 기판과의 충돌을 완충하는 스프링을 이용하는 동시에 그 완충 중에 가압속도를 적절히 전환함으로써 가압시간을 단축시키는 데 있다.

이상의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 부품을 흡착하는 노즐의 높이를 위치결정하는 서보모터와, 노즐이 흡착한 부품을 기판에 대해 누르는 하중을 제어할 수 있는 가압 제어 헤드를 구비하는 마운터 장치로서, 상기 노즐의 선단에 조립된 충격 완충 스프링과, 상기 노즐이 흡착한 부품을 기판면에 대해 누르는 압력을 검출하는 센서를 구비하며, 상기 서보모터의 구동에 의해 상기 노즐이 흡착한 부품을 기판면에 등속으로 하강시키고, 상기 압력 센서에 의해 상기 충격 완충 스프링의 압축에 의한 반발력을 검지한 후, 상기 충격 완충 스프링의 압축이 완료될 때까지 상기 노즐의 하강속도를 감속시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가압속도를 적절히 전환함으로써 가압시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 마운터 장치의 하나의 실시형태에 따른 구성을 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2는 마운터 장치의 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 탑재 헤드부의 기구 시스템의 구성도이다.
도 4는 왜곡 게이지의 출력 전압과 하중값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 부품과 기판의 위치관계에 대한 Z축 모터 속도, 검출 하중, 목표 하중, Z축 목표좌표를 나타낸 그래프이다.
도 6은 모터축 변이 각도(모터축의 목표좌표와 실좌표 간의 차)와 발생 토크의 관계를 실측한 그래프이다.
도 7은 노즐 선단에 흡착된 부품이 기판면에 접촉한 후의 기판면이 받는 하중의 변화를 실측한 그래프이다.
도 8은 가압 검지 수단에 더하여, 충격력 저감을 목적으로 설치한 노즐 스프링을 가지는 기계적 구성을 나타낸 개략도이다.
도 9는 스프링이 부착된 흡착 노즐로 가압 제어한 경우의 압력파형과 속도파형을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 의해 가압제어를 한 경우의 압력파형과 속도파형을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제어방법에 있어서의 준비에서부터 탑재를 나타낸 플로우 챠트이다.
도 12는 종래의 제어에 대한 설명에 사용한 도 7과, 본 발명의 제어에 대한 설명에 사용한 도 10으로부터, 가압 개시 위치를 맞추어 나타낸 그래프이다.
도 13은 종래의 스프링이 없는 노즐로 가압 제어를 한 경우의 압력파형과 속도파형을 나타낸 그래프이다.

이하에서는, 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 상세히 설명하기로 한다.

<발명의 개요>

본 발명은, 흡착 노즐에 의해, 전자부품을 부품공급부로부터 기판상으로 이동탑재하는 마운터 장치로서, 노즐이 부품을 기판면에 대해 누르는 압력을 검출하는 센서(로드 셀)와, 노즐 선단에 조립된 충격 완충 스프링을 가지며, 흡착한 부품을 기판면에 등속으로 하강시키고, 상기 압력 센서(로드 셀)로, 노즐 선단 스프링의 압축에 의한 반발력을 검지한 후, 노즐 선단 스프링의 압축이 완료될 때까지 노즐의 하강속도를 감속시키는 가압 제어 방식이다.

또한, 상기 가압 제어 방식을 이용하여, 흡착 노즐로 전자부품을 흡착할 때, 노즐 선단 스프링이 압축 중에 흡착을 완료시킨다.

(실시형태 1)

<마운터의 구조>

도 1은, 전자부품 실장장치(마운터 장치)의 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 전자부품 실장장치(1)는, 중앙부로부터 약간 후방에서 좌우방향으로 연장되는 회로기판 반송로(15)와, 장치(1)의 전부(前部; 도면의 하측)에 설치되어, 회로기판(10)에 실장되는 부품을 공급하는 부품공급부(11)와, 해당 장치(1)의 전부(前部)에 설치된 X축 이동기구(12)와 Y축 이동기구(14)를 구비하고 있다.

부품공급부(11)의 측부에는, 흡착 노즐(131)에 흡착된 부품을 하방으로부터 촬상하는 부품 인식 카메라(촬상수단; 16)가 배치되어 있다.

X축 이동기구(12)는, 부품을 흡착하는 흡착 노즐(131)을 구비한 탑재 헤드부(13)(가압 제어 헤드)를 X축 방향으로 이동시킨다.

탑재 헤드부(13)는, X축 이동기구(12)와 접속되어 있다.

Y축 이동기구(14)는, X축 이동기구(12), 및 탑재 헤드부(13)를 Y축 방향으로 이동시킨다.

탑재 헤드부(13)는, 흡착 노즐(131)을 수직방향(Z축 방향)으로 승강가능하게 이동시키는 Z축 이동기구를 구비하며, 또한, 흡착 노즐(131)을, 노즐축(흡착축)을 중심으로 회전시키는 θ축 이동기구를 구비하고 있다.

또한, 탑재 헤드부(13)에는, 지지부재에 부착하도록 하여, 회로기판(10) 상에 형성된 기판 마크를 촬상하는 기판 인식 카메라(17)가 탑재되어 있다.

도 2는 전자부품 실장장치의 제어 시스템의 구성을 나타낸 것이다. 도면 중, 20은 장치 전체를 제어하는 마이크로 컴퓨터(CPU), 및 RAM, ROM 등으로 이루어진 컨트롤러(제어수단)이며, 상기 컨트롤러(20)에, X축 모터(21)에서부터 표시장치(모니터)(31)가 접속되어, 각각을 제어하고 있다.

X축 모터(21)는, X축 이동기구(12)의 구동원으로서, 탑재 헤드부(13)를 X축 방향으로 이동시킨다.

또한, Y축 모터(22)는, Y축 이동기구(14)의 구동원으로서, X축 이동기구(12)를 Y축 방향으로 구동하며, 이에 따라 탑재 헤드부(13)는 X축 방향과 Y축 방향으로 이동이 가능해진다.

Z축 모터(23)는, 흡착 노즐(131)을 승강시키는 Z축 구동기구(미도시)의 구동원으로서, 흡착 노즐(131)을 Z축 방향(높이 방향)으로 승강시킨다.

또한, θ축 모터(24)는, 흡착 노즐(131)의 θ축 회전기구(미도시)의 구동원으로서, 흡착 노즐(131)을 그 노즐 중심축(흡착축)을 중심으로 하여 회전시킨다.

화상 인식 장치(27)는, 흡착 노즐(131)에 흡착된 부품(18)의 화상인식을 행하는 것으로서, A/D 변환기(271), 메모리(272) 및 CPU(273)로 구성된다.

그리고, 흡착된 부품(18)을 촬상한 부품 인식 카메라(16)로부터 출력되는 아날로그의 화상신호를 A/D 변환기(271)에 의해 디지털 신호로 변환하여 메모리(272)에 저장하고, CPU(273)가 그 화상 데이터에 근거하여 흡착된 부품의 인식을 행한다.

즉, 화상 인식 장치(27)는, 부품 중심과 흡착 각도를 연산하여, 부품 흡착 자세를 인식한다.

또한, 화상 인식 장치(27)는, 기판 인식 카메라(17)로 촬상된 기판 마크의 화상을 처리하여 기판 마크 위치를 연산한다.

또한, 화상 인식 장치(27)는, 부품 인식 카메라(16)로 촬상된 부품(18)의 화상 데이터와 기판 인식 카메라(17)로 촬상된 기판 마크 데이터를 처리하여, 양방의 보정 데이터를 제어수단(20)에 전송한다.

키보드(28)와 마우스(29)는, 부품 데이터 등의 데이터를 입력하기 위해 이용된다.

기억장치(30)는, 플래시 메모리 등으로 구성되며, 키보드(28)와 마우스(29)에 의해 입력된 부품 데이터, 및 미도시된 호스트 컴퓨터로부터 공급되는 부품 데이터 등을 저장하는 데 이용된다.

표시장치(모니터)(31)는, 부품 데이터, 연산 데이터, 및 부품 인식 카메라(16)로 촬상한 부품(18)의 화상 등을 그 표시면(311)에 표시한다.

실제로, 기판의 생산을 개시하여, 부품을 회로기판에 탑재하는 단계에서는, 미리 기판 인식 카메라(17)로 촬상된 기판 마크에 의한 회로기판(10)의 기판 보정 데이터(Δx, Δy, Δθ)는 기억장치(30)에 저장되어 있다.

그리고, 부품 공급장치(11)로부터 공급되는 부품을 흡착 노즐(131)로 흡착하고, 탑재 헤드부(13)를 부품 인식 카메라(16) 상부로 이동시켜, 부품을 상기 카메라로 촬상한다. 촬상된 부품 화상은, 화상 인식 장치(27)에서 화상처리되어, 보정 데이터를 제어수단(20)에 전송한다.

제어수단(20)은, 기억장치(30)로부터 기판 보정 데이터와 해당 부품의 부품 데이터를 판독하여, 상기 부품 데이터와 상기 전송된 화상 인식 장치(27)에서 연산된 부품 중심과 부품의 기울기를 토대로, 부품의 탑재 위치와 흡착 자세를 인식한다.

이어서, 부품 탑재 위치와 부품 중심과 흡착 중심 간에 위치 편차가 있고, 또한, 각도 편차가 검출되면, 이러한 종합적인 위치 편차와 각도 편차가 X축 모터(21), Y축 모터(22), θ축 모터(24)를 구동함으로써 보정되어, 부품이 소정의 회로기판 위치에 올바른 자세(기준 각도)로 탑재된다.

다음으로는, 탑재 헤드부(13)에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.

도시된 바와 같이, 탑재 헤드부(13)의 베이스 프레임(100)에 리니어 가이드(101)가 설치되어, 수직 Z 구동부(102)가 수직 Z축 방향으로 이동가능한 구조로 되어 있다.

탑재 헤드부(13) 상부에는, 수직 Z 구동부(102)를 수직상하로 이동시키기 위한 Z축 모터(23)가 베이스 프레임(100)에 고정되고, 상기 Z축 모터(23)에 커플링(110)을 통해 볼나사의 나사부(111)가 접속되어 있다.

또한, 부품을 회전동작시키기 위한 θ축 모터(24)는, 스플라인 베어링(107)과 회전 베어링(106)으로 구성되고 외주부에 벨트 풀리가 부착된 수직 회전 구동부 베어링(105)과, θ 모터 풀리(108)와 타이밍 벨트(109)를 통해 접속되어 있다.

수직 회전 구동부 베어링(105)은, 내부에 스플라인 베어링(107)이 있으며, 스플라인 축인 노즐 샤프트(104)와 접속되어 있다.

수직 회전 구동부 베어링(105)의 외주부에는, 회전 베어링(106)이 부착되어 있다. 상기 회전 베어링(106)의 외주가 베이스 프레임(100)에 고정되어 있어, 노즐 샤프트(104)는, 수직 회전 구동부 베어링(105)에 의해 회전 동작과 상하 동작을 할 수 있게 고정되어 있다.

수직 Z 구동부(102)의 일단에는, 볼나사의 나사부(111)에 맞물리는 너트부(118)가 고정되어 있다.

따라서, Z축 모터(23)를 회전동작시킴으로써, 볼나사의 너트부(118)에 의해 수직 Z 구동부(102)가 상하로 구동되는 구조로 되어 있어, 노즐 샤프트(104) 및 흡착 노즐(131)의 상하 구동동작이 가능하다.

또한, 수직 Z 구동부(102)에는, 노즐 샤프트(104)를 회전지지하기 위해, 하측 회전 베어링(141), 상측 회전 베어링(142)이 설치되어 있다.

수직 Z 구동부(102)의 노즐 샤프트(104)와 볼나사의 너트부(109) 사이에 원형의 구멍형상인 변형부(112)가 형성되어 있다. 상기 변형부(112)에, 왜곡 게이지(113)가 부착되어 있다.

왜곡 게이지(113)는, 왜곡 게이지(113)의 출력 전압과 하중값의 관계가, 미리 교정되어 도 4와 같은 관계를 취하여, 컨트롤러(20)에 보존되어 있다.

참고로, 왜곡 게이지(113)는, 적절한 구조변경을 수반하여 로드 셀로 치환할 수 있다.

또한, 베이스 프레임(100)에는, 수직 Z 구동부(102)의 리니어 가이드(101)측의 고정부 부근을 검출하도록 원점 센서(114)가 고정되어 있다.

다음으로는, 전자부품의 가압 탑재 동작의 흐름에 대해 설명한다.

도 1의 탑재 헤드(13)를 X축 이동기구(12), Y축 이동기구(14)를 동작시켜 전자부품 공급장치(11)의 상방으로 탑재 헤드부(13)를 이동시켜, 전자부품(18)을 흡착한다.

전자부품(18)을 흡착한 탑재 헤드부(13)를 부품 인식 카메라(16)의 상방으로 이동시켜, 전자부품(18)을 인식한다.

인식을 완료한 후에 탑재 헤드부(13)를 이동시켜, 회로기판(10) 상의 전자부품(18)의 탑재 예정부에 탑재 헤드부(13)로 전자부품(18)을 흡착하여 부품 인식 카메라(16) 상으로 이동한 후, 전자부품(18)을 부품 인식 카메라(16) 상에서 인식하고, 회로기판(10) 상의 탑재위치로 이동하여 탑재를 행한다.

다음으로는, 하중제어에 따른 부품 탑재 동작에 대해 설명한다.

탑재 헤드부(13)를 회로기판(10) 상의 부품 탑재 위치에서 Z축 모터(23)를 구동시켜, 수직 Z 구동부(102) 및 흡착 노즐(131)을 하강시킨다.

흡착 노즐(131)에 흡착된 부품(18)을, 탑재할 회로기판(10)으로의 탑재 높이 직전 위치(Z1)까지 고속으로 하강시킨다.

이후, Z축 모터(23)를 구동하여, 흡착 노즐(131)에 흡착된 부품(18)을 4㎜/초 정도의 저속도로 하강시켜 충격하중을 억제하면서, 목표 탑재높이까지 하강시킨다.

전자부품(18)을 가압 탑재한 후에 진공 에어를 OFF시키고, Z축 모터(23)를 동작시켜 수직 Z축 구동부(102) 및 흡착 노즐(131)을 상승시킨다.

이후, 다음 전자부품의 흡착 위치로의 이동이 이루어진다.

다음으로는, 원점 복귀 동작에 대해 설명한다.

Z축 구동부(102)를 원점 센서(114)의 검출범위로부터 벗어난 위치(예컨대 2㎜)로 하강이동시킨다.

이후, 원점 복귀 속도 10㎜/초로 상승시킨다.

원점 센서(114)의 검출 ON의 높이(A0)를 Z축 모터의 인코더 값으로부터 판독하여, CPU(27C)에 기억시켜 둔다.

Z축 구동부(102)가 원점 센서(114)를 검출한 직후에 검출되는 Z축 모터(23)의 인코더 원점의 위치를, Z축 구동부(102)의 원점으로 함으로써, 전원 OFF/ON을 반복하더라도 Z축 원점의 고정밀도의 재현성이 얻어진다.

<동작의 설명>

도 5에서, 「1」은 XY기구 상에 재치(載置)된 마운터 헤드의 노즐 선단이, XY 동작에 의해, 탑재할 기판 상의 부품이나, 기타 기판 주변의 마운터 기구부에 접촉할 가능성이 없는 제 1의 높이이고, 「2」는 노즐이 흡착하고 있는 부품이 기판면에 접촉을 개시하기 직전인 제 2의 Z축 높이이다.

제 1의 높이 「1」로부터 제 2의 높이 「2」까지는, 탑재 성능의 저하를 최소화하기 위해 고속으로 하강한다(900㎜/초 정도). 이때, 노즐의 하강 위치 제어를 고정밀도로 실현하기 위해 통상의 위치 제어를 행하기 위한 게인을 높게 설정하고 있다.

제 2의 높이 「2」에서는, 모터 축을 일단 정지시키고, 게인을 낮게 설정한 후, 축의 하강을 재개한다.

여기서, 모터 속도를 저속(4㎜/초)으로 하여, 모터 위치 제어 모드에서 발생 토크를 생성하는 게인을, 필요로 하는 설정 하중에 따라 설정한다. 상기 발생 출력 토크를, 상기 서보 모터의 위치 피드백 게인을 포함하는 제어 파라미터에 근거하여 가변시킨다.

기타, 게인의 제어 파라미터로서의 설정 특성을, 적분보상형 게인 파라미터를 적게 설정한 게인으로 변경한다.

서보 모터의 발생 토크는 위치 피드백 게인과 위치 편차에 따라 결정되는데, 위치 편차량과 그 상태의 계속시간에 따라서도 발생 토크의 피드백 조정이 기능하기 때문에, 적분보상형 게인 등의 시간축을 요소로 하는 피드백 기능을 작게 설정하여, 안정된 가압력을 얻고자 하는 것이다.

도 5에서, 「3」은 부품 하면(下面)과 기판면의 접촉점이다.

로드 셀의 계측 결과가 지정 하중치에 도달되지 않는 한, 계속하여 Z축을 하강시키기 때문에, 노즐 선단에 흡착된 부품이 기판면에 접촉하여, 하강을 방해받으면, 모터축의 목표 좌표와 실좌표의 괴리가 진행되기 때문에, 상기 게인 설정의 결과 서보 모터의 발생 토크가 증가하고, 로드 셀의 계측 결과도, 모터축의 목표 좌표가 진행됨에 따라 점증된다.

도 6은 모터축 변이 각도(모터축의 목표 좌표와 실좌표 간의 차)와 발생 토크의 관계를 실측한 그래프이다. 가로축은, 상기 좌표 간의 차를 모터축의 회전 각도(10도?60도)로 나타내고 있다.

발생 토크는, 설정 게인(10)?설정 게인(100)을 수치 10마다 평가한다.

이와 같이, 모터축 변이 각도와 게인과 모터 출력 토크는 대략 비례관계에 있다. 따라서, 상기와 같이 설정 하중(부품의 종별에 따라 달라지는 부품의 기판면에 대한 가압력)에 대응하여, 발생 출력 토크를 상기 서보 모터의 피드백 게인을 선택함으로써 조절할 수 있다.

도 7은 노즐 선단에 흡착된 부품이 기판면에 접촉한 후의, 기판면이 받는 하중의 변화를 실측한 것이다(Z축 속도＝10㎜/초, 헤드부 질량＝250g).

상기 부품이 기판면에 접촉한 직후에 세로축에 나타낸 하중은 급격히 상승되고, 이후 시간의 추이에 비례하여 하중이 증가한다.

상기 급격히 상승되는 하중부분은, 주로 헤드 가동부가 가지는 질량에 의한 충격하중이 계측된 것이다.

도 5에서, 「4-1」에 나타낸 바와 같이, 로드 셀의 계측 결과가 설정 하중을 상회하면, Z축 모터의 구동이 정지된다.

실장기의 조작 설정에 의해, 최저 가압 계속 시간이 설정되어 있는 경우는, 「5」까지 지정압력을 유지시키기 위해, 로드 셀의 계측 결과에 따라 Z축 모터의 하강/상승을 반복하는 것이 가능하게 되어 있다.

로드 셀의 계측 결과가 설정 하중을 상회하게 되면, Z축 모터의 하강을 순식간에 정지시키는 것이 바람직하다.

상기 반응에 지연이 있으면, 그만큼 모터의 목표 좌표가 진행되어 모터축의 발생 토크가 지나치게 커져 버린다.

실시형태에서는, 모터축 변이 각도와 게인값과 모터 출력 토크의 관계를 이용하여, 게인을 낮게 설정함으로써, 모터의 목표 좌표와 실좌표의 차가 생기더라도 극단적으로 큰 하중 변화가 생기지 않도록 하고 있기 때문에, 모터의 목표 좌표가 지나치게 진행되더라도 목표 하중에 따른 압력 제어가 실현될 수 있도록 되어 있다.

여기서, 설정 하중에 있어서, 노즐 선단의 목표 좌표에 대한 최대 지연량이 0.75㎜가 되도록 적절히 게인이 설정되어 있는 경우, 목표 하중에 대한 제어 오차를 3%, Z축 모터의 속도를 5㎜/초로 하면, 반응 지연 허용 시간＝(최대 지연량×제어 정밀도)÷모터축 속도로부터 ＝0.0045초가 된다.

이 때문에, 본 하중방식에서는, 통상의 서보 증폭기를 직접 마운터 제어부로부터 컨트롤하여 하중 제어를 실현시킬 수 있다.

따라서, 하중 제어를 위해 로드 셀의 계측 결과를 참조하여, 모터축이나 VCM 또는 전공 레귤레이터를 고속으로 피드백 제어하는 특별한 제어 시스템을 마련할 필요가 없다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태의 마운터 장치의 가압 제어 헤드에 따르면, 이하에 열거하는 효과를 발휘할 수 있다.

1) 헤드를 제 1의 높이 위치로부터 제 2의 높이 위치로 이동시키는 수단으로서 설치한 Z축 모터에 의해 제 2의 높이 위치로부터 제 3의 높이 위치로 이동하고, 노즐을 가압하는 가압원으로서도 동일한 Z축 모터가 이용되기 때문에, 가압 제어 헤드를 심플한 구성과 저비용으로 제공할 수 있다.

2) 가압을 하기 위해 필요한 넓은 하중범위를 가진 스프링을 대신하여, 모터축의 발생 토크로 가압할 수 있기 때문에, 구조가 심플할 뿐만 아니라, 보다 광범위한 하중범위에 높은 정밀도로 대응이 가능하다.

3) Z축 모터를 상시 위치 제어 모드로 이용하기 때문에, 모터의 축 좌표 관리에 오차가 생기지 않는다.

4) Z축 모터의 발생 토크를 이용하여 가압하기 때문에, 모터의 목표 좌표와 실좌표의 최대 어긋남량을 제한할 수 있다.

즉, 스프링 가압식 구조에서는, 커넥터 삽입처리와 같이 부하 하중의 피크(빠짐 방지를 위한 되접힘부의 통과가 최대 부하가 되기 때문)를 통과한 직후, 급격하게 부하가 작아져 버리는 특성을 가진 부하이면, 스프링의 휨량에 상당하는 축의 오버 슈트(overshoot)가 발생하여, 충격하중에 의해 부품에 손상을 줄 우려가 있다.

이에 반해, 본 방식에서는, 상기 최대 어긋남량이 제한되어 있기 때문에, 부하 변동에 대한 위치의 오버 슈트가 적어, 충격하중을 작게 억제할 수 있다.

5) 하중 제어 기능을 가진 전용의 서보 증폭기를 필요로 하지 않는다.

(실시형태 2)

<노즐 스프링에 의한 충격력의 완충>

가압 검지 수단에 더하여, 충격력을 저감시킬 목적으로 설치한 노즐 스프링을 가지는 기계적 구성을 도 8에 나타내었다.

도 8에 있어서, 전술한 실시형태 1과 마찬가지로, 10은 프린트 기판 등의 회로기판, 13은 탑재 헤드부, 18은 전자부품, 23은 Z축 모터, 24는 θ축 모터, 100은 베이스 프레임, 101은 리니어 가이드, 102는 수직 Z 구동부, 104는 노즐 샤프트, 105는 수직 회전 구동부 베어링, 106은 회전 베어링, 107은 스플라인 베어링, 108은 θ 모터 풀리, 109는 타이밍 벨트, 110은 커플링, 111은 볼나사의 나사부, 118은 볼나사의 너트부, 131은 흡착 노즐이며, 132는 노즐 스프링(충격 완충 스프링), 133은 노즐 가동부측 스토퍼, 134는 Z축 가동부측 스토퍼, 143은 로터리 부시 베어링, 144는 가압 검출부 (센서)이다.

도 8의 구성은, 흡착 노즐(131)이 연직 상방으로 가압되는 힘을, 노즐축에 설치된 압력 검출부(144)로 검출할 수 있다.

본 발명에서는, 세로선으로 나타낸 부분을 노즐 가동부, 노즐 가동부와 사선으로 나타낸 부분을 합하여 Z축 가동부라 부른다.

노즐 가동부와 Z축 가동부의 사이에는, 충격완충용의 노즐 스프링(132)이 끼워져 있으며, 이 스프링(132)은 노즐 가동부 하방으로부터의 압력을 받으면 수축된다.

상기 노즐 스프링(132)은, 1(N)의 압력이 가해졌을 때 비로소 움직이도록 초기 압축이 이루어져 있으며, 스프링 정수가 대단히 낮게 설정되어 있기 때문에, 노즐 스프링(132)의 스트로크에 상관없이, 발생하는 스프링력이 균일해지는 특성을 가지고 있다.

또한, 노즐 스프링(132)의 수축방향으로의 스트로크가 1(㎜)에 달하면 스토퍼(133?134)에 의해 정지되도록 설정하였다.

도 8의 노즐 스프링(132)을 이용하여 가압 제어를 하였을 경우의 압력파형과 속도파형이 도 9에 도시되어 있다.

도 9에서는, 도 8의 스프링이 부착된 흡착 노즐(131)을, 도 7의 스프링이 없는 노즐의 경우와 동일한 속도로 운용하였을 때, 전자부품이 받는 압력파형과 Z축 가동부의 속도파형을 나타내고 있다.

본 발명에서는, 노즐로 흡착한 전자부품을 하강시켜, 기판면에 접촉하여 충격 완충 스프링의 압축이 개시되는 순간을 제 1 충돌, 이후, 노즐 스프링의 스트로크가 사라진 순간을 제 2 충돌이라 부른다.

여기서, 충격력의 계산식은, 이하의 식 (Ａ)로 주어진다.

충격력(㎏?ｍ)＝충격력을 주는 측의 중량(㎏)×충격력을 주는 측의 속도(m/s)÷충격을 전하기 위해 걸린 시간(s) … (A)

상기 식 (Ａ)로부터, 제 1 충돌의 충격력은 노즐 가동부만의 질량으로 계산되기 때문에 대단히 작아, 노즐의 초기 압축 이하가 되어 오버 슈트는 생기지 않는다. 그러나, 제 2 충돌의 충격력은 Z축 가동부의 질량으로 계산되기 때문에 커서, 하강속도를 충분히 감속시키지 않으면 오버 슈트가 발생되는 것은, 스프링이 없는 노즐을 이용한 경우와 다름없다.

결과적으로, 노즐 스프링을 이용하면 노즐 스프링의 스트로크 만큼 가압시간이 길어질 뿐이다.

또한, 부품이 프린트 기판 등에 접촉하기 직전의 위치는, 전자부품의 높이 데이터 등으로부터 계산하였기 때문에, 높이의 정밀도가 불량한 전자부품을 탑재할 경우, 가압시간이 대폭 늘어나 버리는 문제도 있다.

본 발명에서는, 도 8의 노즐 스프링(132)에 의해 충돌이 두 번으로 나누어지므로, 제 1 충돌을 압력 검출부에서 검출하고, 하강속도와 노즐 스프링의 스트로크로부터 제 2 충돌까지의 시간을 계산하여, 제 2 충돌 직전에 하강속도를 조정한다.

우선, 본 발명에서 가압 제어를 한 경우의 압력파형과 속도파형을 도 10에 나타내었다.

도시된 바와 같이, 탑재속도라 하더라도 제 1 충돌시에는 오버 슈트가 생기지 않기 때문에, 전자부품을 탑재속도로 기판면에 접촉시킨다. 이때, 제 1 충돌시의 압력파형은, 스프링의 초기 압축값까지 급격히 상승되므로, 압력에 문턱값을 마련하는 것만으로 고정밀도의 검출이 가능하다.

제 1 충돌에서부터 제 2 충돌까지의 시간은, 이하의 식 (Ｂ)로 주어진다.

노즐 스프링의 압축 개시로부터 제 2 충돌까지의 시간(s)＝노즐 스프링의 스트로크(m)÷하강속도(m/s) … (B)

이 때문에, 노즐 스프링의 스트로크와 Z축 가동부의 하강속도를 고정밀도로 관리하면, 노즐 스프링의 압축 개시로부터 제 2 충돌까지의 시간도 고정밀도로 예측이 가능하다.

여기서, 상기 식 (Ｂ)의 충격력을 주는 측의 속도 이외의 변수는, 도 8의 구성의 경우 거의 일정한 값이기 때문에, 제 2 충돌의 충격력은 속도에만 의존한다.

따라서, 예측한 시간을 토대로, 충격력이 목표 하중의 허용범위 내에 들어가는 속도로, 제 2 충돌까지 감속시킨다.

다음으로는, 본 발명의 제어방법에 있어서의 준비에서부터 탑재에 대한 플로우 챠트가 도 11에 도시되어 있다.

준비는, 도 11의 (a)의 플로우 챠트와 같이, 처리 개시에 의해, 접촉 검지로부터 제 2 충돌까지의 시간을 계산한다(스텝 S1).

이어서, 계산한 시간에 안전률 등의 보정을 가한 값을 기록한다(스텝 S2). 이로써, 처리를 종료한다.

탑재는, 도 11의 (b)의 플로우 챠트와 같이, 처리 개시에 의해, 전자부품을 흡착하여, 기판면의 탑재 위치 상방에 위치를 맞춘다(스텝 S11).

이어서, 전자부품을 등속 고속도로 하강시킨다(스텝 S12).

그런 다음, 기판면에 접촉한 순간으로서 충격 완충 스프링의 압축이 개시되는 제 1 충돌을 가압 검출부(144)에서 검지하였는지를 판정한다(스텝 S13). 상기 스텝 S13에서, 검지하였으면 다음으로 진행하고, 검지하지 않았으면 스텝 S12로 돌아가서, 처리를 계속한다.

그런 다음, 준비단계에서 기록한 시간까지 등속 고속도로부터 가압속도까지 감속한다(스텝 S14).

이어서, 전자부품을 가압속도로 하강시킨다(스텝 S15).

그런 다음, 목표압력에 도달하였음을 가압 검출부(144)에서 검출하였는가를 판정한다(스텝 16). 상기 스텝 S16에서, 도달되었으면 처리를 종료하고, 도달되지 않았으면 스텝 S15로 돌아가서, 처리를 계속한다.

또한, 스프링이 부착된 노즐로 전자부품을 흡착할 때, 노즐을 전자부품에 1(N) 정도의 압력을 가하여 흡착하면, 흡착이 안정적인 것은 이미 알려진 사실이지만, 노즐 스프링의 스트로크는 1(㎜)로 작기 때문에, 드물게 이 스트로크를 초과하게 되어, 흡착 오류 뿐만 아니라, 전자부품이나, 전자부품을 공급하는 장치를 파괴하는 경우가 있었다.

그러나, 본 발명의 방법을 이용하면, 택트(tact)를 저하시키지 않으면서, 노즐 스프링의 스트로크로부터 벗어나는 일 없이 노즐을 정지시켜서 확실히 흡착하는 것이 가능해진다.

다음으로는, 종래의 제어에 대한 설명에 사용한 도 7과, 본 발명의 제어에 대한 설명에 사용한 도 10으로부터, 가압 개시 위치를 맞추어서 도 12에 나타내었다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 종래의 압력파형의 경우는, 가압 개시시부터 충격력을 억제할 수 있는 속도로 접촉시켜야 하기 때문에, 가압시간이 길었다.

한편, 본 발명의 제어의 경우는, 가압 개시시부터 고속으로 하강시켜, 충격력이 발생하는 일 없이 제 1 충돌을 검출하여 제 2 충돌의 타이밍을 예측하고, 제 2 충돌 직전에 가압속도로 전환함으로써 가압시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 종래의 제어에서는, 미리 입력된 부품의 높이 등의 파라미터로부터 전자부품이 탑재되기 직전의 높이를 계산하고, 그 높이를 문턱값으로 하여 감속시켜 충격력을 억제하였다. 이 때문에, 높이의 정밀도가 불량한 전자부품을 탑재할 때에는, 그 편차로 인해 가압시간이 매우 길어지는 문제가 있었다.

그러나, 본 제안의 방법에 따르면, 부품의 높이는 상관이 없어, 부품의 높이에 편차가 있더라도 가압시간은 이론상 변화되지 않는다. 이 때문에, 준비시에 부품의 높이 데이터를 입력하는 수고로움도 불필요해진다.

더욱이, 전자부품의 흡착시에 응용하면, 흡착 실패가 되는, 제 1 충돌전의 흡착과 제 2 충돌후의 흡착을 확실하게 피할 수 있으므로, 부품 흡착의 품질 향상을 기대할 수 있다.

(기타 실시예)

실시형태에서는, 노즐 스프링의 스트로크와 Z축 가동부의 하강속도를 이용하여, 노즐 스프링의 압축 개시로부터 제 2 충돌까지의 시간을 계산하여, 속도 전환에 이용하였지만, 기타 실시예로서, 노즐에 흡착된 전자부품이 기판면에 접촉한 위치로부터의 상대적인 거리를 이용하더라도 실시예를 실현할 수 있다.

또한, 속도의 시간적분을 이용하더라도 상기 거리와 동일한 효과를 갖는 값을 계산할 수 있다.

또한, 목표압력이 노즐 스프링의 초기 압축값보다 훨씬 큰 경우에는, 제 2 충돌을 거치고 나서 감속시킴으로써, 가압시간을 더욱 단축시킬 수 있게 된다.

또한, 실시형태에서는, 로드 셀에 의한 검출에 근거한 제어로 하였지만, 전류제어를 이용해도 가능하다.

1 : 마운터 장치
10 : 기판
13 : 탑재 헤드부(가압 제어 헤드)
131 : 흡착 노즐
132 : 충격 완충 스프링
144 : 가압 검출부(센서)
18 : 전자부품
23 : 서보모터

Claims (1)

1. 부품을 흡착하는 노즐의 높이를 위치결정하는 서보모터와, 상기 노즐이 흡착한 부품을 기판에 대해 누르는 하중을 제어할 수 있는 가압 제어 헤드를 구비하는 마운터 장치로서,
   상기 노즐의 선단에 조립된 충격 완충 스프링과,
   상기 노즐이 흡착한 부품을 기판면에 대해 누르는 압력을 검출하는 센서를 구비하며,
   상기 서보모터의 구동에 의해 상기 노즐이 흡착한 부품을 기판면에 등속으로 하강시키고,
   상기 압력 센서에 의해 상기 충격 완충 스프링의 압축에 의한 반발력을 검지한 후, 상기 충격 완충 스프링의 압축이 완료될 때까지 상기 노즐의 하강속도를 감속시키는 것을 특징으로 하는 마운터 장치의 가압 제어 헤드.

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