WO2015004804A1

WO2015004804A1 - 部品実装機

Info

Publication number: WO2015004804A1
Application number: PCT/JP2013/069171
Authority: WO
Inventors: 仁哉井村
Original assignee: 富士機械製造株式会社
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-15
Also published as: US10238020B2; JPWO2015004804A1; EP3021650A1; US20160113165A1; CN105379444A; EP3021650A4; EP3021650B1

Abstract

　吸着ノズル（１７）には、負圧源（２５）から負圧を供給する負圧供給系（２６）と、正圧源（２７）から正圧を供給する正圧供給系（２８）が接続されている。正圧供給系（２８）には、吸着ノズル（１７）に供給する正圧を調整する電空比例弁（３０）と、この電空比例弁（３０）と吸着ノズル（１７）との間の正圧供給路（３１）を開閉する電磁弁（３２）が設けられている。部品データに、部品（１８）の解放に適した正圧指令値を登録しておき、部品実装機の制御装置（３５）は、吸着ノズル（１７）に吸着した部品（１８）の部品データを参照して、該吸着ノズル（１７）に吸着した部品（１８）の解放に用いる正圧指令値を取得し、該正圧指令値を電空比例弁（３０）に出力して該電空比例弁（３０）の出力正圧を調整する。

Description

部品実装機

　本発明は、部品を負圧で吸着した吸着ノズルに、正圧源から正圧（真空破壊圧）を供給して該部品を解放する部品実装機に関する発明である。

　従来より、部品実装機においては、特許文献１（特開２０１０－１１４３７８号公報）に記載されているように、フィーダから供給される部品を、吸着ノズルに負圧で吸着して回路基板に実装した後、正圧源から該吸着ノズルに正圧（真空破壊圧）を供給して負圧吸着力を解除することで、該吸着ノズルに吸着した部品を解放してから、該吸着ノズルをフィーダの上方へ戻して該吸着ノズルに部品を吸着するという動作を繰り返すことで、部品実装基板を生産するようにしている。

特開２０１０－１１４３７８号公報

　ところで、吸着ノズルに吸着する部品には、形状、サイズ、重さ等の異なる様々な種類の部品が存在するが、吸着ノズルに吸着した部品を解放する際に、正圧源から該吸着ノズルに供給する正圧は一定であるため、部品によっては正圧が不足して、吸着ノズルから部品を解放できずに該部品を静電気等で吸着ノズルに付けたまま持ち帰ってしまったり、反対に、部品によっては正圧が大きすぎて、該吸着ノズルから吹き出す正圧によって回路基板上の周囲の部品の実装位置がずれてしまう可能性があり、実装信頼性を低下させる要因となっていた。

　そこで、本発明が解決しようとする課題は、吸着ノズルに吸着した部品に適した正圧を該吸着ノズルに供給して該部品を解放する機能を安価に搭載できる部品実装機を提供することである。

　上記課題を解決するために、本発明は、部品を負圧で吸着した吸着ノズルに、正圧源から正圧（真空破壊圧）を供給して該部品を解放する部品実装機において、前記正圧源から前記吸着ノズルに供給する正圧を調整する電空比例弁と、前記電空比例弁と前記吸着ノズルとの間の正圧供給路を開閉する電磁弁と、前記電空比例弁の正圧調整動作及び前記電磁弁の開閉動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記吸着ノズルに吸着した部品毎に前記電空比例弁の出力正圧を該部品の解放に適した正圧に調整するように構成したものである。

　この構成では、部品解放時に吸着ノズルに供給する正圧を電空比例弁によって調整できるように構成しているため、吸着ノズルに吸着した部品毎に該吸着ノズルに供給する正圧を該部品の解放に適した正圧に調整する機能を部品実装機に安価に搭載できると共に、吸着ノズルに供給する正圧を部品毎に、例えば部品サイズ、部品形状、部品重量等で、適正化することで、従来の問題点である、正圧不足による部品の解放不良（部品の持ち帰り）や過大な正圧による部品の実装位置のずれを未然に防止できる。

　本発明は、部品毎に該部品の解放に適した正圧の指令値を設定した専用のデータベースを作成しても良いが、部品実装機では、吸着ノズルに吸着した部品を撮像した画像を処理する際に使用される画像処理用のデータを含む部品データを使用することに着目して、該部品データに、該部品の解放に適した正圧指令値を登録しておき、前記制御手段によって、前記部品データを参照して、前記吸着ノズルに吸着した部品の解放に用いる前記正圧指令値を取得し、該正圧指令値を前記電空比例弁に出力して該電空比例弁の出力正圧を調整するようにしても良い。このようにすれば、既存の部品データを使用して部品毎の正圧指令値を該部品と関連付けて管理することができ、正圧指令値の管理が容易である。

　この場合、正圧源や電空比例弁を含む正圧供給系が経年変化等により劣化して吸着ノズルに供給する正圧がずれる可能性があることを考慮して、前記電磁弁の開弁時（部品解放時）に前記電空比例弁から前記正圧供給路を通して前記吸着ノズルに供給される正圧を検出する圧力センサを設け、前記制御手段によって、前記吸着ノズルへの正圧供給時に前記圧力センサで検出した正圧を前記正圧指令値と比較して、その比較結果に応じて該正圧指令値を修正するようにしても良い。このようにすれば、正圧供給系が経年変化等により劣化して吸着ノズルに供給する正圧がずれた場合には、圧力センサの正圧検出値と正圧指令値との比較結果から吸着ノズルに供給する正圧が正圧指令値からどの程度ずれているかが分かるため、そのずれ量に応じて正圧指令値を修正することで、吸着ノズルに供給する正圧を部品の解放に適した正圧に調整することができ、正圧供給系の経年変化等による正圧の調整ずれを随時修正することができる。尚、圧力センサの正圧検出値を正圧指令値と比較して該正圧指令値を修正する処理は、部品解放毎に毎回行う必要はなく、所定期間経過毎、或は、部品解放回数（電磁弁の開弁回数）が所定回数に達する毎、或は、部品実装機の運転開始時に１回行うようにすれば良い。

　更に、前記制御手段は、前記吸着ノズルへの正圧供給時に前記圧力センサで検出した正圧の降下挙動に基づいて該吸着ノズルから部品が解放されたか否かを判定するようにしても良い。吸着ノズルから部品が解放された瞬間に吸着ノズルの吸入孔が大気に連通して圧力センサの正圧検出値が大気圧へ急降下するため、この圧力センサの正圧検出値の急降下を検出することで吸着ノズルから部品が解放されるタイミングを精度良く検出することができる。これにより、圧力センサを電空比例弁の出力正圧の更正と部品解放タイミングの判定の両方に有効に使用することができる。

図１は本発明の一実施例の部品実装機の構成を示す縦断面図である。図２は正圧供給系の構成を示すブロック図である。図３は正圧指令値と電空比例弁の出力正圧との関係を示す図である。図４は部品解放動作制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。図５は正圧指令値修正プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

　以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
　まず、図１を用いて部品実装機全体の概略構成を説明する。

　Ｘ軸スライド１１は、Ｘ軸ボールねじ１２によってＸ軸方向（図１の左右方向）にスライド移動可能に設けられ、このＸ軸スライド１１に対して、Ｙ軸スライド１３がＹ軸ボールねじ１４によってＹ軸方向（図１の紙面垂直方向）にスライド移動可能に設けられている。

　Ｙ軸スライド１３には、実装ヘッド１５が設けられ、この実装ヘッド１５にノズルホルダ１６がＺ軸駆動機構（図示せず）を介してＺ軸方向（上下方向）に昇降可能に設けられ、このノズルホルダ１６に吸着ノズル１７が交換可能に下向きに取り付けられている。

　一方、Ｘ軸スライド１１には、吸着ノズル１７に吸着した部品１８をその下面側から一対の反射鏡２０，２１を介して撮像する部品認識用カメラ２２（パーツカメラ）が設けられている。吸着ノズル１７に吸着した部品１８の下方に位置する反射鏡２０の上方には、吸着ノズル１７に吸着した部品１８をその下面側から照明する照明光源としてリング状のフロントライト２３が設けられている。

　図２に示すように、吸着ノズル１７の吸入孔には、負圧源２５から負圧を供給する負圧供給系２６と、正圧源２７から正圧を供給する正圧供給系２８とが接続されている。負圧供給系２６には、負圧供給路２４を開閉する電磁弁２９が設けられ、吸着ノズル１７に部品１８を吸着するときには、電磁弁２９を開弁して吸着ノズル１７に負圧を供給する。正圧供給系２８には、吸着ノズル１７に供給する正圧を調整する電空比例弁３０（電空レギュレータ、比例制御弁とも呼ばれる）と、この電空比例弁３０と吸着ノズル１７との間の正圧供給路３１を開閉する電磁弁３２とが設けられている。吸着ノズル１７に負圧で吸着した部品１８を解放するときには、電磁弁３２を開弁して、電空比例弁３０で調整した正圧を吸着ノズル１７に供給する。電磁弁３２の下流側の正圧供給路３１には、電磁弁３２の開弁時（部品１８の解放時）に吸着ノズル１７に供給される正圧を検出する圧力センサ３３が設けられている。

　部品実装機の制御装置３５（制御手段）は、負圧供給系２６の電磁弁２９の開閉動作を制御すると共に、正圧供給系２８の電空比例弁３０の正圧調整動作及び電磁弁３２の開閉動作を制御する。更に、制御装置３５は、電磁弁３２の開弁時（部品１８の解放時）に圧力センサ３３の出力信号を読み込んで、吸着ノズル１７に供給される正圧を検出する。

　ところで、吸着ノズル１７に吸着する部品１８には、形状、サイズ、重さ等の異なる様々な種類の部品が存在するため、吸着ノズル１７に吸着した部品１８を解放する際に、従来のように、正圧源２７から吸着ノズル１７に供給する正圧が一定であると、部品１８によっては正圧が不足して、吸着ノズル１７から部品１８を解放できずに該部品１８を静電気等で吸着ノズル１７に付けたまま持ち帰ってしまったり、反対に、部品１８によっては正圧が大きすぎて、吸着ノズル１７から吹き出す正圧によって回路基板上の周囲の部品の実装位置がずれてしまう可能性がある。

　そこで、部品実装機の制御装置３５は、吸着ノズル１７に吸着した部品１８毎に電空比例弁３０の出力正圧を該部品１８の解放に適した正圧に調整するようにしている。本実施例では、生産前に電空比例弁３０への正圧指令値と該電空比例弁３０の出力正圧との関係（図３参照）を計測してキャリブレーション用データとして制御装置３５のメモリに記憶するようにしている。このキャリブレーション用データの計測方法は、実装ヘッド１５に、吸入孔が塞がれたキャリブレーション用のノズル（正圧がリークしないノズル）を取り付けて、電空比例弁３０への正圧指令値を最小値から最大値まで順番に増加させると共に、正圧指令値を増加させる毎に電空比例弁３０の出力正圧を圧力センサ３３で計測して、電空比例弁３０への正圧指令値と圧力センサ３３の正圧検出値との関係をキャリブレーション用データを求める。

　この場合、部品１８毎に該部品１８の解放に適した正圧の指令値を設定した専用のデータベースを作成しても良いが、部品実装機では、吸着ノズル１７に吸着した部品１８を撮像した画像を処理する際に使用される画像処理用のデータを含む部品データを使用することに着目して、該部品データに、該部品１８の解放に適した正圧指令値を登録しておき、制御装置３５は、吸着ノズル１７に吸着した部品１８の部品データを参照して、該吸着ノズル１７に吸着した部品１８の解放に用いる正圧指令値を取得し、該正圧指令値を電空比例弁３０に出力して該電空比例弁３０の出力正圧を調整するようにしている。部品１８の解放に適した正圧指令値は、正圧指令値と圧力センサ３３の正圧検出値との関係に基づいて、吸着ノズル１７に供給する正圧が目標正圧となるようにキャリブレーションした値が用いられる。

　更に、本実施例では、正圧供給系２８が経年変化等により劣化して吸着ノズル１７に供給する正圧がずれる可能性があることを考慮して、制御装置３５は、吸着ノズル１７への正圧供給時に圧力センサ３３で検出した正圧を正圧指令値（目標正圧）と比較して、その比較結果に応じて該正圧指令値を修正するようにしている。このようにすれば、正圧供給系２８が経年変化等により劣化して吸着ノズル１７に供給する正圧がずれた場合には、圧力センサ１７の正圧検出値と正圧指令値との比較結果から吸着ノズル１７に供給する正圧が正圧指令値からどの程度ずれているかが分かるため、そのずれ量に応じて正圧指令値を修正することで、吸着ノズル１７に供給する正圧を部品の解放に適した正圧に調整することができ、正圧供給系２８の経年変化等による正圧の調整ずれを随時修正することができる。尚、圧力センサ３３の正圧検出値を正圧指令値と比較して該正圧指令値を修正する処理は、部品解放毎に毎回行う必要はなく、所定期間経過毎、或は、部品解放回数（電磁弁３２の開弁回数）が所定回数に達する毎、或は、部品実装機の運転開始時に１回行うようにしても良い。

　また、本実施例では、制御装置３５は、吸着ノズル１７への正圧供給時に圧力センサ３３で検出した正圧の降下挙動に基づいて該吸着ノズル１７から部品１８が解放されたか否かを判定するようにしている。吸着ノズル１７から部品１８が解放された瞬間に吸着ノズル１７の吸入孔が大気に連通して圧力センサ３３の正圧検出値が大気圧へ急降下するため、この圧力センサ３３の正圧検出値の急降下を検出することで吸着ノズル１７から部品１８が解放されるタイミングを精度良く検出することができる。これにより、圧力センサ３３を電空比例弁３０の出力正圧の更正と部品解放タイミングの判定の両方に有効に使用することができる。

　以上説明した本実施例の部品解放動作の制御と圧力センサ３３の正圧検出値に基づく正圧指令値の修正は、制御装置３５によって図４の部品解放動作制御プログラムと図５の正圧指令値修正プログラムに従って実行される。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。

［部品解放動作制御プログラム］
　図４の部品解放動作制御プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、吸着ノズル１７に吸着した部品１８の部品データを参照して、該部品１８の解放に用いる正圧指令値を取得する。この後、ステップ１０２に進み、正圧指令値を電空比例弁３０に出力して電空比例弁３０の出力正圧を調整する。

　そして、次のステップ１０３で、吸着ノズル１７に吸着した部品１８が回路基板に実装されたか否かを判定し、まだ実装されていなければ、実装されるまで待機する。その後、部品１８が回路基板に実装された時点で、ステップ１０４に進み、正圧供給系２８の電磁弁３２を開弁して、電空比例弁３０で調整した正圧を吸着ノズル１７に供給する。これにより、吸着ノズル１７から部品１８が解放される。

　この後、ステップ１０５に進み、圧力センサ３３の正圧検出値を読み込み、次のステップ１０６で、圧力センサ３３の正圧検出値が所定値Ａ未満であるか否かで、吸着ノズル１７の吸入孔の圧力が大気圧付近まで降下したか否か（つまり吸着ノズル１７から部品１８が解放されたか否か）を判定する。ここで、所定値Ａは、吸着ノズル１７に供給する正圧と大気圧との間の圧力に設定されている。

　このステップ１０６で、圧力センサ３３の正圧検出値が所定値Ａ未満であると判定されれば、ステップ１０７に進み、吸着ノズル１７から部品１８が解放されたと判定して、次のステップ１０８で、正圧供給系２８の電磁弁３２を閉弁する。この後、ステップ１０９に進み、部品吸着動作プログラム（図示せず）を実行して、吸着ノズル１７に次の部品１８を吸着して、上記ステップ１０１に戻り、上述した処理を繰り返す。

　これに対し、上記ステップ１０６で、圧力センサ３３の正圧検出値が所定値Ａ以上であると判定されれば、ステップ１１０に進み、吸着ノズル１７からの部品１８の解放を失敗したと判定する。この場合は、ステップ１１１に進み、部品実装機をエラー停止して、次のステップ１１２で、部品１８の解放失敗を表示や音声で作業者に警告して、本プログラムを終了する。

［正圧指令値修正プログラム］
　図５の正圧指令値修正プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、正圧供給系２８の経年変化等による正圧のずれが発生する可能性のある所定期間が経過したか否かを判定し、該所定期間が経過していなければ、該所定期間が経過するまで待機する。その後、所定期間が経過した時点で、ステップ２０２に進み、正圧供給系２８の電磁弁３２が開弁されたか否かを判定し、該電磁弁３２が開弁されていなければ、該電磁弁３２が開弁されるまで待機する。

　その後、電磁弁３２が開弁された時点で、ステップ２０３に進み、圧力センサ３３の正圧検出値を読み込み、次のステップ２０４で、圧力センサ３３の正圧検出値と正圧指令値とを比較して、正圧の調整ずれ量を次式により算出する。
　　　　　正圧の調整ずれ量＝正圧検出値－正圧指令値
　ここで、正圧指令値は、圧力に換算した値で、正圧検出値と単位を合わせた値を用いる。

　この後、ステップ２０５に進み、正圧の調整ずれ量の絶対値が所定値Ｂよりも大きいか否かを判定する。その結果、正圧の調整ずれ量の絶対値が所定値Ｂよりも大きいと判定されれば、正圧指令値のずれを修正する必要があると判断して、ステップ２０６に進み、図３のキャリブレーション用データを用いて、正圧の調整ずれ量に応じて正圧指令値を修正して、部品データに含まれる正圧指令値を更新登録する。以後、上記ステップ２０１に戻り、上述した処理を繰り返す。

　一方、上記ステップ２０５で、正圧の調整ずれ量の絶対値が所定値Ｂ以下であると判定されれば、正圧の調整ずれ量が小さく、正圧指令値のずれを修正する必要がないと判断して、上記ステップ２０１に戻り、上述した処理を繰り返す。

　以上説明した本実施例によれば、部品解放時に吸着ノズル１７に供給する正圧を電空比例弁３０によって調整できるように構成しているため、吸着ノズル１７に吸着した部品１８毎に該吸着ノズル１７に供給する正圧を該部品１８の解放に適した正圧に調整する機能を部品実装機に安価に搭載できると共に、吸着ノズル１７に供給する正圧を部品１８毎に適正化することで、従来の問題点である、正圧不足による部品１８の解放不良（部品の持ち帰り）や過大な正圧による回路基板上の部品の実装位置のずれを未然に防止できる。

　しかも、吸着ノズル１７に吸着した部品１８毎に最適な正圧を設定することで、部品１８の解放に要する時間を部品１８毎に最短化でき、サイクルタイム（スループット）を向上できる。

　尚、上記実施例では、実装ヘッド１５に吸着ノズル１７を１本のみ保持させるようにしたが、実装ヘッドに複数の吸着ノズルを保持させる部品実装機にも本発明を適用して実施できる。

　その他、本発明は、部品実装機の構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

　１５…実装ヘッド、１７…吸着ノズル、１８…部品、２４…負圧供給路、２５…負圧源、２６…負圧供給系、２７…正圧源、２８…正圧供給系、２９…電磁弁、３０…電空比例弁、３１…正圧供給路、３２…電磁弁、３３…圧力センサ、３５…制御装置（制御手段）

Claims

　部品を負圧で吸着した吸着ノズルに、正圧源から正圧を供給して該部品を解放する部品実装機において、
　前記正圧源から前記吸着ノズルに供給する正圧を調整する電空比例弁と、
　前記電空比例弁と前記吸着ノズルとの間の正圧供給路を開閉する電磁弁と、
　前記電空比例弁の正圧調整動作及び前記電磁弁の開閉動作を制御する制御手段とを備え、
　前記制御手段は、前記吸着ノズルに吸着した部品毎に前記電空比例弁の出力正圧を該部品の解放に適した正圧に調整することを特徴とする部品実装機。
　前記吸着ノズルに吸着した部品を撮像した画像を処理する際に使用する画像処理用のデータを含む部品データに、該部品の解放に適した正圧指令値が登録され、
　前記制御手段は、前記部品データを参照して、前記吸着ノズルに吸着した部品の解放に用いる前記正圧指令値を取得し、該正圧指令値を前記電空比例弁に出力して該電空比例弁の出力正圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
　前記電磁弁の開弁時に前記電空比例弁から前記正圧供給路を通して前記吸着ノズルに供給される正圧を検出する圧力センサを備え、
　前記制御手段は、前記吸着ノズルへの正圧供給時に前記圧力センサで検出した正圧を前記正圧指令値と比較して、その比較結果に応じて該正圧指令値を修正することを特徴とする請求項２に記載の部品実装機。
　前記制御手段は、前記吸着ノズルへの正圧供給時に前記圧力センサで検出した正圧の降下挙動に基づいて該吸着ノズルから部品が解放されたか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の部品実装機。