(57)【要約】      （修正有）【課題】部品を基板の所定の位置に衝撃を緩和してより高速に搭載する電子部品搭載装置を提供する。【解決手段】作業ヘッド４０のＺ軸４２は、昇降と回転が自在なＺ軸支持シャフト４１に高さｈの範囲で上下に摺動自在に保持され、Ｚ軸４２のノズル保持部４８の上方と、Ｚ軸支持シャフト４１の下端部との間に、コイル５３、環状の永久磁石５６及びヨーク体５５から成るリニアモータで構成されるアクチュエータ５７が形成されている。Ｚ軸支持シャフト４１内にはＺ軸４２への位置センサ４６と空圧センサ４７が配置されている。アクチュエータ５７の上下方向への推力は、Ｚ軸支持シャフト４１の加速度、ノズル保持部４８の重量、Ｚ軸支持シャフト４１内の真空圧からそれぞれ発生する力の合計が適正な保持力指令となるように制御される。【選択図】  図２
2006324687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品供給部から電子部品を吸着して該電子部品をプリント基板の所定の位置に搭載する作業ヘッドを備えた電子部品搭載装置であって、
前記電子部品を吸着する吸着ノズルを保持する前記作業ヘッドのノズル保持部を備えたＺ軸先端の高さを制御するアクチュエータと、
前記Ｚ軸先端の高さの変位を検出する変位検出手段と、
前記電子部品を吸着する前記吸着ノズルの空気圧を検出する空圧検出手段と、
前記Ｚ軸の位置及び加速度並びに前記空圧検出手段により検出された空気圧に基づいて、前記吸着ノズルにより吸着した前記電子部品を前記プリント基板へ搭載する際における前記電子部品に与える衝撃を可及的に緩和すべく前記アクチュエ−タに発生させる力を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電子部品搭載装置。
【請求項２】
前記アクチュエータの位置、速度及び加速度の変位量を検出するアクチュエータ変位量検出手段を更に有し、前記制御手段は、前記Ｚ軸の位置、速度及び加速度並びに前記空圧検出手段により検出される空気圧及び前記アクチュエータ変位量検出手段により検出された前記アクチュエータの変位量に基づいて、前記吸着ノズルにより吸着した前記電子部品を前記プリント基板へ搭載する際における振動を吸収すべく、前記アクチュエータに発生させる力を制御することを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載装置。
【請求項３】
前記Ｚ軸の支持シャフトから前記ノズル保持部に対して加えられるの方向を、前記ノズル保持部を上に持ち上げる方向をプラス、下に引かれる方向をマイナスとし、前記ノズル保持部の保持力の指令値ｄを時間軸の関数とし、前記アクチュエータの駆動力をｅ、加減速による力をａ、重力による力をｂ、負圧による力をｃとして、
前記制御部は、所望の指令値ｄを決定し、式「ｄ−ａ−ｂ−ｃ＝ｅ」により前記アクチュエータの駆動力ｅを求めて、前記アクチュエ−タに発生させる力を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品供給装置から取り出した電子部品をプリント基板の所定の位置に衝撃を緩和してより高速に搭載する電子部品搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自装置内に自動搬入されるプリント基板（以下、単に基板という）の所定位置に例えばＩＣ、抵抗、コンデンサ等の多数の電子部品（以下、単に部品という）を自動的に搭載する電子部品搭載装置がある。
【０００３】
図８(a) は、そのような電子部品搭載装置の外観を示す斜視図であり、同図(b) はその上下の保護カバーを取り除いて内部の構成を模式的に示す斜視図である。同図(a),(b) に示す電子部品搭載装置（以下、本体装置ともいう）１は、天井カバー上部にＣＲＴディスプレイからなるモニタ装置２と、稼動状態を報知する警報ランプ３を備えている。また、上部保護カバー４の前面には、液晶ディスプレイとタッチ式入力パネルからなり外部からの操作により各種の指示を入力することができる小型の表示入力パネル５が配設されている。
【０００４】
下部の基台６の上には、中央に、固定と可動の１対の平行する基板案内レール７及び７が基板の搬送方向（Ｘ軸方向、図の斜め右下から斜め左上方向）に水平に延在して配設される。これらの基板案内レール７の下部に接して、ループ状の基板搬送用コンベアベルトが走行可能に配設される。基板搬送用ベルトは、それぞれ数ミリ幅のベルト脇部を基板案内レール７の下から基板搬送路に覗かせて、ベルト駆動モータにより駆動され、基板搬送方向に走行し、基板の裏面両側を下から支持しながら装置本体内に部品搭載前の基板をライン上流側から搬入し、部品搭載済みの基板をライン下流側に搬出する。
【０００５】
そして、基台６の内部には、特には図示しないが、基板の位置決め装置、基板を２本の基板案内レール７間に固定する基板固定機構、各部を制御するための制御装置等が備えられている。
【０００６】
また、更に基台６の上には、上記１対の基板案内レール７を跨いで、基板搬送方向に直角の方向（前後方向）に平行に延在する左右一対の固定レール（Ｙ軸レール）８及び８が配設されている。これらＹ軸レール８に移動レール（Ｘ軸レール）９がＹ軸レール８に沿って滑動自在に係合し、このＸ軸レール９に、部品を基板に搭載する作業を行う作業ヘッドを支持する作業ヘッド支持塔１０がＸ軸レール９に沿って滑動自在に懸架されている。
【０００７】
同図(a),(b) では定かに示していないが、上記のＸ軸レール９には、その長手方向（Ｘ軸方向）に沿って作業ヘッド支持塔１０を自在に移動させる不図示のＸ軸モータが配設され、基台６上には、Ｘ軸レール９をＹ軸レール８に沿って前後（Ｙ軸方向）に進退させるこれも不図示のＹ軸モータが配設されている。これらのＸ軸モータ及びＹ軸モータが制御回路からの指示により正逆両方向に自在に回転することにより、作業ヘッド支持塔１０がＸ軸方向及びＹ軸方向に自在に移動する。
【０００８】
作業ヘッド支持塔１０には詳しくは後述する作業ヘッドが支持されており、その作業ヘッドの先端には吸着ノズル１１が着脱自在に装着されている。この作業ヘッド支持塔１０は、屈曲自在で内部が空洞な帯状のチェーン体１２（１２−１、１２−２）に保護・収容された複数本の不図示の信号コードを介して装置本体１の基台６内部の電装部マザーボード上に配設されている中央制御部と連結されている。上記の作業ヘッド支持塔１０は、これらの信号コードを介して中央制御部からは電力及び制御信号を供給され、中央制御部へは基板上の部品搭載位置等の情報を示す画像データを送信する。
【０００９】
また、基台６上の前部と後部には夫々部品供給ステージ１３及び１３が配設されている。これら部品供給ステージ１３には、特には図示しないが、部品を収納したテープを巻着したリールを備えたカートリッジ方式の多数の部品供給装置が複数種類の部品に対応して載設され、あるいは複数種類の部品に対応する複数枚のパレットを備えたトレイ方式の部品供給装置等が係合する。
【００１０】
この部品供給ステージ１３と基板案内レール７との間に、異なる種類の吸着ノズル１１を交換可能に収容するノズル交換器１４と、吸着ノズル１１の先端に吸着された部品を画像認識のために下方から撮像する部品認識用カメラ１５とが配設されている。
【００１１】
図９(a) は、上記作業ヘッド支持塔１０内部の斜視図であり、同図(b) は、上記吸着ノズル１１の拡大側断面図である。同図(a) に示すように、作業ヘッド支持塔１０は、上述した可撓性の帯状コード１２−１（及び図８(b) に示した帯状コード１２−２）によって装置本体の中央制御部と連結されており、先端には２個の作業ヘッド１６及び１６と、基板認識用カメラ１７を備えている。
【００１２】
２個の作業ヘッド１６は、それぞれＺ軸方向（上下方向）に昇降可能であり、更にθ軸方向（３６０°方向）に回転可能に構成され、それぞれその先端に照明装置１８を備えている。
【００１３】
２個の作業ヘッド１６の先端に交換自在に装着される吸着ノズル１１は、同図(a),(b) に示すように、光拡散板１１−１とノズル１１−２とを有し、同図(b) に示すように、筒状の上端部周面には把持凸部１１−３が形成されている。
【００１４】
上記の作業ヘッド支持塔１０は、上述した二本のＹ軸レール８と１本のＸ軸レール９により前後左右に自在に移動し、これから基板に搭載する部品の種類に応じた吸着ノズル１１を、図８(b) に示したノズル交換器１４で交換した後、部品供給ステージ１１上の不図示の部品供給装置から部品を吸着して部品認識用カメラ１５上に移動し、照明装置１８で光拡散板１１−１を上から照明して均一な明るさの背景光を光拡散板１１−１から拡散させ、この背景光の中に浮き出る部品を部品認識用カメラ１５で撮像する。この部品認識用カメラ１７から出力されるアナログ撮像画像データをＡ／Ｄ変換器でデジタル画像データに変換してから画像認識を行い、部品の保持位置偏差を検出し、この検出した保持位置偏差に基づいて搭載位置データを補正する。
【００１５】
更に、作業ヘッド支持塔１０は、基板認識用カメラ１７で図８(a),(b) に示す基板案内レール７によって位置決めされている不図示の基板の所定の部品搭載位置を確認して、その搭載位置に上記の部品を搭載する。
【００１６】
図１０は、上記の作業ヘッド１６の先端部の構造を示す側断面である。同図に示すように、作業ヘッド１６はＺ軸支持シャフト１９を備え、Ｚ軸支持シャフト１９の先端にはやや大きく円筒状に広がったＺ軸保持部２１がＺ軸支持シャフト１９と一体に形成されている。
【００１７】
このＺ軸保持部２１を貫通し、Ｚ軸支持シャフト１９内に滑動自在に上部を挿通されてＺ軸２２が保持されている。Ｚ軸２２はＺ軸支持シャフト１９に対して、数ｍｍの高さ範囲ａで上下に動けるようになっており、通常は、Ｚ軸２２のフランジ状に張り出す挿通係合部が、Ｚ軸保持部２１の下端についたストッパに当接してＺ軸２２が抜けないように構成されている。
【００１８】
Ｚ軸２２の下端部には把持装置２３が備えられ、この把持装置２３は開閉自在な２個の把持爪２５によって、吸着ノズル１１の把持凸部１１−３の下方を咥え込むようにして吸着ノズル１１を着脱自在に把持している。
【００１９】
このＺ軸２２の把持装置２３と、Ｚ軸支持シャフト１９のＺ軸保持部２１との間にダンパースプリング２４が介装されている。Ｚ軸２２の把持装置２３は、ダンパースプリング２４によって常に下方向に押圧されており、これにより、Ｚ軸２２の挿入係合部は、通常は、Ｚ軸保持部２１の下端にストッパに押し付けられている。
【００２０】
Ｚ軸支持シャフト１９は、図９で説明したように、上下に昇降自在であり且つ３６０度方向に回転自在である。そして、上端部には、特には図示しないが、真空発生装置に連結された吸引ホースが連結されている。図１０に示す作業ヘッド１６は吸着ノズル１１の先端に部品２６を吸着した状態を示している。
【００２１】
Ｚ軸２２は、部品２６を吸着ノズル１１に吸着する場合と、その吸着した部品２６を基板に搭載する場合に、Ｚ軸支持シャフト１９と共に下降する。部品２６を吸着ノズル１１に吸着する場合は、吸着ノズル１１と部品２６との間に衝突による衝撃が発生する。また、吸着した部品２６を基板に搭載する場合にも部品２６と基板との間に衝突による衝撃が発生する。
【００２２】
通常、部品２６には厚さにバラツキがあり、他方、基板にも厚さのばらつきや反り等により、高さ位置に微小な変位が発生している。上記のダンパースプリング２４と数ｍｍの高さ範囲ａは、そのような部品２６の高さ寸法の誤差や基板の厚さや反り等からくる高さ方向の変位を吸収して、部品２６や基板に大きな衝撃や圧力が加わらないようにするために設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
ところで、ダンパースプリング２４は、上記のように部品搭載時の高さ方向の位置ずれを吸収して、部品や基板に大きな衝撃や圧力が加わらないようにするためのものであるから、その押し付勢力は弱いほど良い。
【００２４】
ところが、部品を吸着するときＺ軸支持シャフト１９内部に負圧が発生する。この負圧によって、外気によるＺ軸２２を上方に押し上げる（持ち上げる）力が発生する。したがって、ダンパースプリング２４の押し付勢力を余り弱くしてしまうと、上記のＺ軸２２つまり把持装置２３の押し上げによってダンパースプリング２４が縮んでしまう。またＺ軸支持シャフト１９が急速に上下したときなどにも伸縮して動いてしまうが、これは負圧による押し上げ力よりは弱い。
【００２５】
したがって、ダンパースプリング２４には、部品吸引時に負圧によって縮まないように、負圧の発生する力より大きな初期荷重を設定しておく必要がある。
しかしながら、近年の生産タクトの向上指向に従い、Ｚ軸支持シャフト１９の昇降動作にも高速化の要求が高まってくると、上述した従来の方法では、Ｚ軸支持シャフト１９の上下の移動速度の高速化により部品２６の吸着時や基板への搭載時に部品２６や基板に伝わる衝撃荷重が増加し、この衝撃荷重が部品２６の許容できる上限を越えてしまい、部品２６を損傷させる等の不具合が発生する可能性が大きくなってきた。
【００２６】
特に、部品や基板への衝撃が問題になるのは、下降終了時であり、この時にノズル保持部には重力と減速加速度による力に加えて更にダンパースプリングの荷重も加わってくる。したがって、吸着動作を高速化するために吸着ノズル１１つまりＺ軸支持シャフト１９を急速に降下させると、極めて大きな衝撃力が部品や基板に伝達される。
【００２７】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、部品を基板の所定の位置に衝撃を緩和してより高速に搭載する電子部品搭載装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の電子部品搭載装置は、部品供給部から電子部品を吸着して該電子部品をプリント基板の所定の位置に搭載する作業ヘッドを備えた電子部品搭載装置であって、上記電子部品を吸着する吸着ノズルを保持する上記作業ヘッドのノズル保持部を備えたＺ軸先端の高さを制御するアクチュエータと、上記Ｚ軸先端の高さの変位を検出する変位検出手段と、上記電子部品を吸着する上記吸着ノズルの空気圧を検出する空圧検出手段と、上記Ｚ軸の位置及び加速度並びに上記空圧検出手段により検出された空気圧に基づいて、上記吸着ノズルにより吸着した上記電子部品を上記プリント基板へ搭載する際における上記電子部品に与える衝撃を可及的に緩和すべく上記アクチュエ−タに発生させる力を制御する制御手段と、を備えて構成される。
【００２９】
この電子部品搭載装置は、例えば、上記アクチュエータの位置、速度及び加速度の変位量を検出するアクチュエータ変位量検出手段を更に有し、上記制御手段は、上記Ｚ軸の位置、速度及び加速度並びに上記空圧検出手段により検出される空気圧及び上記アクチュエータ変位量検出手段により検出された上記アクチュエータの変位量に基づいて、上記吸着ノズルにより吸着した上記電子部品を上記プリント基板へ搭載する際における振動を吸収すべく、上記アクチュエータに発生させる力を制御するように構成される。
【００３０】
また、この電子部品搭載装置は、例えば、上記Ｚ軸の支持シャフトから上記ノズル保持部に対して加えられるの方向を、上記ノズル保持部を上に持ち上げる方向をプラス、下に引かれる方向をマイナスとし、上記ノズル保持部の保持力の指令値ｄを時間軸の関数とし、上記アクチュエータの駆動力をｅ、加減速による力をａ、重力による力をｂ、負圧による力をｃとして、上記制御部は、所望の指令値ｄを決定し、式「ｄ−ａ−ｂ−ｃ＝ｅ」により上記アクチュエータの駆動力ｅを求めて、上記アクチュエ−タに発生させる力を制御するように構成される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、作業ヘッドのノズル保持部に能動的な作用を持つアクチュエータを配設し、アクチュエータの推力、Ｚ軸支持シャフトの加速度、ノズル保持部の重量、Ｚ軸支持シャフト内の真空圧からそれぞれ発生する力の合計が適正な保持力指令となるようにアクチュエータを駆動するので、Ｚ軸下降時の衝撃荷重が低滅されて部品や基板を損傷させる虞がなくなって歩留まりが向上する。
【００３２】
また、アクチュエータの駆動により、吸着ノズルの先端の位置とこれに加わる力をを強制的に制御できるので、Ｚ軸の移動速度を高速化することが可能となり、これにより、電子部品搭載装置の基板ユニット生産能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１は、一実施の形態における電子部品搭載装置の制御システムの構成を示すブロック図である。尚、電子部品搭載装置の外観及び内部のハード構成は、図８(a),(b) に示した電子部品搭載装置１の構成と、作業ヘッド１６の構成を除いてほぼ同様である。
【００３４】
図１に示すように、本例における電子部品搭載装置の制御システムは、制御部２７にバス２８を介して接続された撮影部２９、吸着ノズル部３１、記憶部３２、センサ部３３、Ｙ軸モータドライバ３４、Ｘ軸モータドライバ３５、Ｚ軸モータドライバ３６、回転モータドライバ３７及びアクチュエータドライバ３８が設けられている。
【００３５】
上記の撮影部２９は、作業ヘッドの吸着ノズル先端の位置補正や吸着ノズルに吸着された電子部品の位置補正を行うために基台側に配設されている撮像カメラや、基板の電子部品搭載位置を確認するために作業ヘッド支持塔側に配設されている撮像カメラを駆動制御する回路である。
【００３６】
また、吸着ノズル部３１は、各作業ヘッド支持塔に支持されている各作業ヘッドの吸着ノズルに連結されている吸引ホースの空気圧を制御する回路である。
記憶部３２は、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）、さらには各種のデスク装置ドライバ等を有する回路であり、ＲＯＭには制御部２７に各種の処理を実行させるプログラムが記憶されている。ＲＡＭにはデスク装置から読み込まれた各種のデータ、又は制御部２７が行う各種演算の中間データを一時的に記憶する記憶領域が備えられている。
【００３７】
センサ部３３は、基板搬入センサや基板搬出センサ、作業ヘッド支持塔の移動終端位置のセンサなどの通常のセンサの他に、本発明の作業ヘッドに配設されるＺ軸変位センサや空圧センサなどを駆動し、その検知出力を制御部２７に通知する回路である。
【００３８】
更に、Ｙ軸モータドライバ３４は、各Ｙ軸レールが支持するＸ軸レールをそれぞれ所望のＹ軸方向に移動駆動するＹ軸モータの駆動回路である。
Ｘ軸モータドライバ３５は、各Ｘ軸レールが支持する作業ヘッド支持塔をそれぞれ所望のＸ軸方向へ移動駆動するＸ軸モータの駆動回路である。
【００３９】
Ｚ軸モータドライバ３６は、各作業ヘッド支持塔に支持される作業ヘッドをそれぞれ所望のＺ軸方向へ昇降駆動させるＺ軸モータの駆動回路である。
回転モータドライバ３７は、各作業ヘッド支持塔に支持される作業ヘッドを、それぞれ所望の３６０度方向へ回転駆動するθ軸モータの駆動回路である。
【００４０】
そして、アクチュエータドライバ３８は、各作業ヘッドの上下動、すなわち作業ヘッド先端の詳しくは後述するＺ軸の上下動の動作を補正するためのリニアモータを駆動する回路である。
【００４１】
図２は、上記電子部品搭載装置の作業ヘッド支持塔に保持される作業ヘッドの主要部の構成を示す断面図である。同図には、本発明に関わる主要部のみを示しＺ軸モータ、Ｚ軸駆動ベルト、Ｚ軸係合ナット、θ軸モータ、θ軸駆動ベルト、θ軸プーリ、回転・昇降支持ガイド等の機構部の構成は図示を省略している。
【００４２】
同図に示すように、作業ヘッド４０は、Ｚ軸支持シャフト４１の下方からＺ軸４２が挿通されている。Ｚ軸支持シャフト４１の下端には、Ｚ軸支持シャフト４１の内径と同し内径を有するフランジ４３が固着している。Ｚ軸支持シャフト４１の内面には、上記のフランジ４３の固着部分から上方へ、軸心を中心に対向する位置に、所定の長さの溝４４が穿設されている。この溝４４に、Ｚ軸４２の周面に軸対称に形成されている凸部４５が滑動自在に嵌入している。
【００４３】
凸部４５の長さは、溝４４の長さよりも短く形成されている。Ｚ軸４２は、自由状態では、自重で下方に付勢され、凸部４５の下端がフランジ４３の上面に当接してＺ軸支持シャフト４１に支持される。また、この静止状態で、凸部４５の上方には、凸部４５の長さが溝４４の長さよりも短い分だけの長さｈの間隙が溝４４内に形成されている。この長さｈの分だけ、Ｚ軸４２は、Ｚ軸支持シャフト４１の昇降とは独立に、上下に移動可能である。またＺ軸４２は、その凸部４５がＺ軸支持シャフト４１の溝４４に嵌入していることによりＺ軸支持シャフト４１と一体に回転する。
【００４４】
Ｚ軸支持シャフト４１の内部では、Ｚ軸４２の上端面に、Ｚ軸変位センサ４６の伸びきった探針４６−１の先端が当接している。探針４６−１は、Ｚ軸４２の上下の移動に追随して上下に進退してＺ軸４２の上下の変位を検知する。
【００４５】
また、Ｚ軸支持シャフト４１の内部には、Ｚ軸４２の上端面の近傍の適宜の位置に、Ｚ軸支持シャフト４１内の空気圧を検知するための空圧センサ４７が配設されている。
また、Ｚ軸４２の先端には吸着ノズルを着脱自在に装着するノズル保持部４８が形成されている。このノズル保持部４８は、支持ピン４９を支点に回動可能に配設された鉤形をした複数の把持爪５１からなるクランプ機構を備えている。
【００４６】
また、上記のフランジ４３の下面から下方に筒状体５２が固設され、この筒状体５２にはコイル５３が捲着されている。コイル５３には、Ｚ軸支持シャフト４１に埋設されて上から下に貫通するコイル用電線５４が接続されている。コイル用電線５４の図外に延びる他端は、不図示の電流増幅回路を介して図１に示したアクチュエータドライバ３８に接続している。
【００４７】
上記の筒状体５２のコイル５３の捲着部を包み込むようにヨーク体５５が、ノズル保持機構の上方で、Ｚ軸４２に外嵌して固着している。ヨーク体５５にはＺ軸４２側に密着して環状の永久磁石５６が配設されている。上記のコイル５３、ヨーク体５５及び永久磁石５６により、Ｚ軸４２を上下動させるアクチュエータ５７を構成している。
【００４８】
このアクチュエータ５７は、ボイスコイルモータ形式の極めて小型のリニアモータであり、フレミングの左手の法則を利用した簡単な構造をなし、ほぼ電流値に比例した力を発生する。本例では鉛直方向に１０ｍｍほどの稼動範囲（上述した長さｈの範囲）でＺ軸４２つまりノズル保持部４８を上下に移動させる力を発生させることが出来る。すなわちこのアクチュエータ５７は、Ｚ軸４２に対して従来の受動的なダンパースプリングに代わって上述した長さｈの範囲でＺ軸４２に対し能動的に上下方向への力を作用させることができる。
【００４９】
ここで、吸着ノズルを装着したノズル保持部４８に掛かる力を考える。例として作業ヘッド支持塔を部品供給部の上に移動させ、部品供給部から、ノズル保持部４８に装着されている吸着ノズルにより部品を吸着して取り出す時にノズル保持部４８に働く力を考えると、ノズル保持部４８には、Ｚ軸４２の下降及び上昇時の加減速によって発生する力、重量による力、部品の吸着により発生する力の３種類の力が作用する。
【００５０】
図３(a),(b),(c) は、それぞれ上記のＺ軸４２の加減速によって発生する力、重量によって発生する力、部品の吸着によって発生する力を模式的に示す図である。尚、同図(a) および同図(c) に示す力は、変化を分かりやすく示すため、同図(b) の重量による力（重力）よりも大きく示しているが、実際には、吸着ノズルの大きさや吸着される部品の形状や寸法等によって、そのつど変化する。また同図(a),(b),(c) は、いずれも横軸に時刻ｔ0 から時刻ｔ2 までの時間を示し、縦軸に力を示している。
【００５１】
横軸に示す時刻ｔ0 から時刻ｔ1 までがＺ軸４２（つまりＺ軸支持シャフト４１）の下降時間、時刻ｔ1 は部品吸着時刻、そして、その時刻ｔ1 から時刻ｔ2 までがＺ軸４２の上昇時間を示している。また、縦軸に示す「０」は力が零の位置を示し、「０」より上の「＋」は上向きの力、「０」より下の「−」は下向きの力を示している。
【００５２】
同図(a) に示すように、ノズル保持部４８の下降／上昇による加減速により発生する力ａは、下降開始時の加速では慣性により上向きの力となってノズル保持部４８に加えられ、下降終了時の減速では同じく慣性により下向きの力となってノズル保持部４８に加えられる。また、部品吸着後の上昇開始時の加速では慣性により下向きの力となり、上昇終了時の減速では同じく慣性により上向きの力となる。
【００５３】
また、同図(b) に示す重量による力ｂは常に一定であり、下向きである。また部品供給部にある部品を吸着するには、吸着ノズルの先端に負圧を供給して部品を吸着するが、部品が吸着ノズルに吸着されるとＺ軸４２内の負圧が強くなり、同図(c) に示すように、Ｚ軸４２つまりノズル保持部４８を持ち上げる力ｃが発生する。
【００５４】
前述したように、従来では、部品吸着動作を高速化するためにＺ軸支持シャフトを急速に降下させると、図３(a),(b),(c) に示す３種類の力ａ、ｂ及びｃが総合されて極めて大きな衝撃力が部品や基板に伝達される。
【００５５】
しかし、本例では、アクチュエータ５７を駆動して、図３(a),(b),(c) に示すようなノズル保持部４８を介して吸着ノズル先端に加わる力ａ、ｂ及びｃを相殺し、部品吸着時には吸着ノズルと部品の衝突時の衝撃を緩和し、基板への部品搭載時には吸着ノズルに保持された部品と基板の衝突時の衝撃を緩和する。これにより、Ｚ軸４２の高速動作を可能にし、部品搭載装置における基板ユニットの生産能力を向上させることができる。
【００５６】
本例では、Ｚ軸支持シャフト４１の上下動に伴う慣性による力と部品の吸着により発生する負圧による力を検出し、この検出に基づいて、ノズル保持部４８にかかる力（つまり吸着ノズル先端に加わる力、以下同様）を計算し、この計算に基づいてアクチュエータ５７を駆動して、ノズル保持部４８がＺ軸支持シャフト４１に対して伸びきる側に保持するために必要な最小限の力が加わるように制御する。
【００５７】
図４(a) は、ノズル保持部４８（つまり装着されている吸着ノズルの先端、以下同様）を適正に動作させるために作用させる保持力の指令値（電流換算値、以下同様）を示す図であり、同図(b) は、その指令値を実現させるためにアクチュエータ５７を駆動する力を示す図である。同図(a),(b) も、横軸に時刻ｔ0 から時刻ｔ2 までの時間を示している。
【００５８】
尚、ここで言う保持力は、Ｚ軸支持シャフト４１からノズル保持部４８に対して加えられる力（重力も含む）を示し、その力の加わる方向は、ノズル保持部４８を上に持ち上げる方向をプラス、下に引かれる方向をマイナスとしたとき、常に下向きである。図４(a) に示す保持力の指令値ｄが中心線「０」より下に表されているのは、上記のようにノズル保持部４８が常に下方に引かれていることを意味している。
【００５９】
また、同図(a) に示す保持力の指令値ｄは、時間軸に対する関数であり、Ｚ軸支持シャフト４１に対してＺ軸４２が伸びきる側に保持していたノズル保持部４８を、部品吸着時刻ｔ1 の直前に、つまり吸着ノズルの先端が部品に当接する寸前までに、アクチュエータの保持力が可能な限り弱くなるようにして、吸着ノズルの先端が部品に当接した際の衝突による衝撃を吸収するようにしている。そして、続いて部品を吸着するために吸着ノズルの先端を緩やかに部品に押圧させている。
【００６０】
上記の指令値ｄを実現するための図４(b) に示すアクチュエータ５７の駆動力をｅとすれば、上記の指令値ｄは、駆動力ｅと、図３(a),(b),(c) に示した加減速による力ａ、重量による力ｂ、及び負圧による力ｃとが合成されたものであるから、上記の指令値ｄは式「ｄ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ」で表すことができる。
【００６１】
したがって、加減速による力ａ、重量による力ｂ、及び負圧による力ｃがそれぞれ確定され、更に指令値ｄが決定されれば、アクチュエータ５７の駆動力ｅは、上記の式「ｄ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ」の「ａ＋ｂ＋ｃ」を左辺に移項して、式「ｄ−ａ−ｂ−ｃ＝ｅ」によって求めることができる。
【００６２】
図５は、上記のように演算によって行われるアクチュエータ５７によってノズル保持部４８の移動位置を制御する制御モジュールのブロック図である。この制御はリアルタイムで行われる。同図に示すように、先ず、Ｚ軸４２への保持力の指令値ｄが加減算モジュール５８に出力される。
【００６３】
この指令値ｄは、外部からの力が加わっていないとした場合に、吸着ノズルの先端に加えるべき適正な力を示し、そのようにＺ軸４２（つまりノズル保持部４８）に力を加えるために、アクチュエータ５７を駆動するための力であり、図４(a) に示した指令値ｄと同じものである。図５に示す指令値ｄは、上記の力が、アクチュエータ５７がその力と同じ大きさの力を出すのに必要な電流の値に変換されたものである。
【００６４】
これと同時に、Ｚ加速度（Ｚ軸４２の位置及び加速度）が検出され、この検出されたＺ加速度がＺ加速度変換モジュール５９によって電流値ａに変換されて、この変換された電流値ａが上記の加減算モジュール５８に出力される。この電流値ａへの変換も、Ｚ加速度が、アクチュエータ５７がその力と同じ大きさの力を出すのに必要な電流の値に変換されたものである。
【００６５】
上記のＺ加速度の検出では、先ず、Ｚ軸４２の位置、つまり、このＺ軸４２を保持しているＺ軸支持シャフト４１の位置は、Ｚ軸支持シャフト４１の上下動を起動した時点からの時間と、図１に示したＺ軸モータドライバ３６によって回転駆動される不図示のＺ軸モータに付加されているエンコーダの出力を計測することによって得られ、これにより、Ｚ軸４２の位置を予測することができる。次に、Ｚ軸４２の加速度は、時間軸に対する上記の位置の変化から検出することができる。
【００６６】
このＺ加速度の値と、予め計測しておいたアクチュエータ５７によって駆動される部分（Ｚ軸、吸着ノズル、部品）の重量から、Ｚ軸支持シャフト４１の加速減速によって、Ｚ軸４２にかかる力を演算によって求めることができる。
【００６７】
更に、上記と同時に、重量が検出され、この検出された重量が、重量変換モジュール６１によって電流値ｂに変換され、この変換された電流値ｂが上記の加減算モジュール５８に出力される。上記の重量は、Ｚ軸４２の重量は固定値であるので、部品吸着時においてはノズル保持部４８に装着された吸着ノズルの番号（種類）で認識される吸着ノズルの重量を加えて演算することによって検出される。また、部品搭載時には、吸着している部品の番号（種類）によって認識される部品重量を更に加えて演算されることによって検出される。いずれの場合も、検出後における重量は一定であり、重量から変換された一定の電流値ｂが出力される。
【００６８】
この電流値ｂも、図３(b) に示した、重量ｂが、アクチュエータ５７がその力と同じ大きさの力を出すのに必要な電流の値に変換されたものである。
更に、上記と同時に、真空圧が検出され、この検出された真空圧が、真空圧変換モジュール６２によって電流値ｃに変換され、この変換された電流値ｃが上記の加減算モジュール５８に出力される。この電流値ｃも、図３(c) に示した真空圧による力ｃが、、アクチュエータ５７がその力と同じ大きさの力を出すのに必要な電流の値に変換されたものである。
【００６９】
上記の真空圧は、図２に示した空圧センサ４７によって検出されるＺ軸支持シャフト４１内の真空圧である。この圧力センサの出力と、予め測定しておいたＺ軸支持シャフト４１管内の断面積から、真空圧力によって発生する力（図３(c) に示したノズル保持部４８を引き上げる力）の大きさを求め、この求められた力に対応する上述した電流値ｃに変換される。
【００７０】
これらの電流値ｄ、ａ、ｂ、及びｃは、加減算モジュール５８によって、式「ｄ−ａ−ｂ−ｃ＝ｅ」によおる演算が行われる。すなわちＺ加速度から発生する力ａ、重力（重量）ｂ、真空圧から発生する力ｃと、アクチュエータ５７の出す力の合計が、保持力指令ｄと一致するような、アクチュエータ５７の推力ｅが、駆動電流に換算されて計算される。
【００７１】
この演算結果の電流値ｅがアクチュエータ５７への電流指令（力指令）として電流制御部（力制御部）６３に送出される。この電流値ｅに換算されたアクチュエータ５７の推力ｅは、例えば図４(b) に示すような波形からなる時間軸に沿って変化する推力ｅである。
【００７２】
上記の電流値ｅは、電流増幅回路６４で、増幅され、リニアモータであるアクチュエータ５７を駆動する。このとき実際に流れた電流値は、電流検出器６５によって検出され、電流制御部６３にフィードバックされる。電流制御部６３は、実際に流れる電流値が電流指令の通りになるように制御する。
【００７３】
図６は、他の実施の形態におけるアクチュエータ５７によるノズル保持部４８の移動位置を制御すると共にノズル保持部４８をより安定した状態に制御する制御モジュールのブロック図である。尚、本例における電子部品搭載装置の制御システムの構成は、図１の場合と同一である。ただし、図６に示す制御ブロックは、図５に示した保持力指令の制御ブロック６６に加えて、Ｚ軸４２の位置と速度を制御するための制御ループが追加されている。Ｚ軸４２の位置の検出は図２に示したＺ軸変位センサ４６によって行われる。また、この制御もリアルタイムで行われる。
【００７４】
図６に示す制御ループにおいて、図１に示す制御部２７からＺ軸支持シャフト４１の動作に同期して出力されるアクチュエータ５７への位置指令とゲイン指令が、位置制御部６７及び乗算器６９に与えられる。位置指令は位置制御部６７及び速度制御部６８を介して電流指令となって乗算器６９に入力される。
【００７５】
また、上記の位置制御部６７には位置検出器７１からアクチュエータ５７の位置情報がフィードバックされ、速度制御部６８には速度検出器７２からアクチュエータ５７の移動速度情報がフィードバックされる。上記の位置検出器７１は、Ｚ軸変位センサ４６の出力に基づいてアクチュエータ５７の位置を検出し、速度検出器７２は、Ｚ軸変位センサ４６の出力に基づいて得られるアクチュエータ５７の時間軸に対する位置の変化に基づいて、アクチュエータ５７の速度を検出する。
【００７６】
乗算器６９は、ゲイン指令に基づいて、速度制御部６８から出力される電流指令に係数ｋを乗算して、この係数ｋを乗算した電流指令を加算器７３に出力する。また、制御ブロック６６側のアクチュエータ５７への駆動電力指令ｅは、一旦係数（１−ｋ）を乗算器７４によって乗算され、この係数（１−ｋ）を乗算された駆動電力指令が上記の加算器７３に入力される。これにより、加算器７３から、保持力指令のみではなく、保持力指令に位置指令の補正が加わった電流指令が制御ブロック６６の電流制御部６３に入力される。
【００７７】
上記の係数ｋは（０≦ｋ≦１）の実数であり、アクチュエータ５７の制御を位置制御によって行うか駆動力の大きさの制御で行うかの割合を決めるものであり、位置制御から駆動力制御になだらかに遷移させるために用いられる係数である。この係数ｋは、測定実験によって最適値が決定される。
【００７８】
また、係数ｋは一定の値ではなく、Ｚ軸支持シャフトの高さの関数となっている。これは、吸着ノズルの先端が吸着する部品に到達するまで、又は吸着した部品が基板面に到達するまでは、アクチュエータ５７の制御に主に位置制御を用い、部品又は基板に到達したあとは、主に駆動力（部品又は基板を押圧する力）の制御を用いるように変化させるためである。
【００７９】
この係数ｋは、制御部２７より、位置指令及び保持力指令と共に、Ｚ軸支持シャフト４１の動作に同期して送り出される。
図７(a),(b) は、上記のうようにして制御されることによって吸着ノズルの先端が部品に衝突する瞬間にアクチュエータ５７を縮む方向に動かす動作を示す図である。同図(a) は、アクチュエータ５７の速度ａｖと、Ｚ軸支持シャフト４１の速度ｚｖ、Ｚ軸４２先端の吸着ノズルの先端の速度ｎｖ、及びゲインｋとの関係を示しており、同図(b) は、そのときのアクチュエータ５７の高さ位置ａｈと、Ｚ軸支持シャフト４１の高さ位置ｚｈ、Ｚ軸４２先端の吸着ノズルの先端７５の高さ位置ｎｈとの関係を示している。
【００８０】
このように、Ｚ軸支持シャフト４１が部品に近づいたとき、アクチュエータ５７を上に縮む方向に動作させるように位置制御する。アクチュエータ５７の縮む速度とＺ軸支持シャフト４１が下がる速度が一致する時点で、吸着ノズルの先端７５が部品の上に到達するように動作させることによって、吸着ノズルの先端７５が部品に当る時点でのノズル先端の速度を「０」に近くすることができる。このときゲインｋによって、アクチュエータ５７を位置制御から力制御に切り替えることによって、衝突時の衝撃を最小にして、その後にゆるやかに押し付ける制御が可能になる。
【００８１】
尚、上記実施の形態では、いずれも能動的な作用を持ついわばアクティブダンパーとでもいうべきアクチュエータとして、ＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）からなる直動モータ（リニアモータ）を使用しているが、これに限ることなく、アクチュエータは、その推力がＺ軸支持シャフトの加速度、ノズル保持部の重量及びＺ軸支持シャフト内の真空圧からそれぞれ発生する力と合成されて、ノズル保持部に対する適正な保持力指令となるような推力を発生させるものであれば、そのような形態のアクチュエータであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】一実施の形態における電子部品搭載装置の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】一実施の形態における電子部品搭載装置の作業ヘッド支持塔に保持される作業ヘッドの主要部の構成を示す断面図である。
【図３】(a),(b),(c) はそれぞれＺ軸の加減速によって発生する力、重量によって発生する力、部品の吸着によって発生する力を模式的に示す図である。
【図４】(a) はノズル保持部を理想的に動作させるために作用させる力の指令値を示す図、(b) はその指令値を実現させるためのアクチュエータの駆動電流出力値を示す図である。
【図５】一実施の形態における作業ヘッドのアクチュエータによってノズル保持部の移動位置を制御する制御モジュールのブロック図である。
【図６】他の実施形態におけるノズル保持部の移動位置をより安定した状態に制御する制御モジュールのブロック図である。
【図７】(a) は保持力指令と位置指令の両方で制御される場合の各部の速度及びゲインｋとの関係を示す図、(b) はそのときの各部の高さ位置の関係を示す図である。
【図８】(a) は従来の電子部品搭載装置の外観を示す斜視図、(b) はその上下の保護カバーを取り除いて内部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】(a) は従来の電子部品搭載装置の作業ヘッド支持塔内部の斜視図、(b) は吸着ノズルの拡大側断面図である。
【図１０】従来の電子部品搭載装置の作業ヘッドの先端部の構造を示す側断面である。
【符号の説明】
【００８３】
１    電子部品搭載装置
２    モニタ装置
３    警報ランプ
４    上部保護カバー
５    表示入力パネル
６    基台
７    基板案内レール
８    Ｙ軸レール
９    Ｘ軸レール
１０  作業ヘッド支持塔
１１  吸着ノズル
１１−１  光拡散板
１１−２  ノズル
１２−１、１２−２  帯状コード
１３  部品供給ステージ
１４  ノズル交換器
１５  部品認識用カメラ
１６  作業ヘッド
１７  基板認識用カメラ
１８  照明装置
１９  Ｚ軸支持シャフト
２１  Ｚ軸保持部
２２  Ｚ軸
２３  把持装置
２４  ダンパースプリング
２５  把持爪
２６  電子部品
２７  制御部
２８  バス
２９  撮影部
３１  吸着ノズル部
３２  記憶部
３３  センサ部
３４  Ｙ軸モータドライバ
３５  Ｘ軸モータドライバ
３６  Ｚ軸モータドライバ
３７  回転モータドライバ
３８  アクチュエータドライバ
４０  作業ヘッド
４１  Ｚ軸支持シャフト
４２  Ｚ軸
４３  フランジ
４４  溝
４５  凸部
４６  Ｚ軸変位センサ
４６−１  探針
４７  空圧センサ
４８  ノズル保持部
４９  支持ピン
５１  把持爪
５２  筒状体
５３  コイル
５４  コイル用電線
５５  ヨーク体
５６  永久磁石
５７  アクチュエータ
５８  加減算モジュール
５９  Ｚ加速度変換モジュール
６１  重量変換モジュール
６２  真空圧変換モジュール
６３  電流制御部
６４  電流増幅回路
６５  電流検出器
６６  保持力指令の制御ブロック
６７  位置制御部
６８  速度制御部
６９  乗算器
７１  位置検出器
７２  速度検出器
７３  加算器
７４  乗算器
７５  吸着ノズル先端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006324687.tif 000011
【図１０】
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