(57)【要約】【課題】  駆動部分を軽量化して接触時の衝撃を抑えつつ昇降速度を落とさずに接触検出を行うことによりタクトタイムを短縮する部品装着装置および装着方法を提供する。【解決手段】  部品装着装置は、部品Ｐの高さ方向の位置および被装着物Ｓに押圧する荷重を制御する２つのモータを有し、サーボモータ３３によって上下に駆動するヘッドユニット３７に小型ＶＣＭ３０が配置されている。小型ＶＣＭ３０は、ノズル２８が配置されたサブヘッドユニット３１を上下に駆動する構成であり、部品Ｐを被装着物Ｓに押圧する目標荷重に対して、サーボモータ３３および小型ＶＣＭ３０の動作を切替える。【選択図】  図２
2006147640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を被装着物上に装着する部品装着装置であって、
前記部品を保持する保持部と、
支持部材と、
前記支持部材を昇降する第１モータと、
その先端に前記保持部が設けられたサブヘッドユニットと、
前記支持部材に設けられ、前記サブヘッドユニットを昇降させる第２モータと、
前記第１モータおよび第２モータの少なくとも一方を駆動して、前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御する制御部とを備える、部品装着装置。
【請求項２】
前記サブヘッドユニットに設けられ、前記保持部に保持した部品を前記被装着物に押圧する荷重を検出する荷重検出部を、さらに備える、請求項１に記載の部品装着装置。
【請求項３】
部品を被装着物上に装着する部品装着方法であって、
前記部品を保持部で保持させる工程と、
第１モータを駆動させることによって、その先端に前記保持部が設けられたサブヘッドユニットを昇降する第２モータを支持する支持部材を昇降させる工程と、
前記保持部に保持した部品を前記被装着物に押圧する際、目標荷重に応じて前記第１モータおよび第２モータの少なくとも一方を駆動するモータとして選択する工程と、
選択された前記第１モータおよび第２モータの少なくとも一方を駆動して、前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御する工程とを含む、部品装着方法。
【請求項４】
前記第２モータの最大推力は、前記第１モータの最大推力より小さい関係にあり、
前記選択する工程は、前記目標荷重が前記第２モータの最大推力以下のとき、前記保持部に保持した部品を前記被装着物に押圧する際に駆動するモータとして前記第２モータを選択することを特徴とする、請求項３に記載の部品装着方法。
【請求項５】
前記目標荷重が所定の閾値以下のとき、
前記支持部材を昇降させる工程は、前記サブヘッドユニットが最も伸長する方向に前記第２モータを駆動した状態で、前記第１モータを位置制御で駆動させて前記支持部材を相対的に高速度で前記部品が前記被装着物と接触するまで下降させ、
前記押圧する荷重を制御する工程は、前記第１モータの駆動を停止させ、前記第２モータを駆動して前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御することを特徴とする、請求項４に記載の部品装着方法。
【請求項６】
前記目標荷重が所定の閾値より大きいとき、
前記支持部材を昇降させる工程は、前記サブヘッドユニットが最も縮んだ方向に前記第２モータを駆動した状態で、前記第１モータを位置制御で駆動させて前記支持部材を相対的に高速度で所定の位置まで下降させ、当該所定の位置から前記支持部材を当該高速度より遅い速度で前記部品が前記被装着物と接触するまで下降させ、
前記押圧する荷重を制御する工程は、前記第１モータを駆動して前記保持部に保持した部品の高さ方向の位置および当該部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御することを特徴とする、請求項４に記載の部品装着方法。
【請求項７】
前記部品装着方法は、前記サブヘッドユニットに加わる荷重を検出する工程を、さらに含み、
前記支持部材を昇降させる工程は、前記検出された荷重に基づいて前記部品と前記被装着物との接触を検出し、
前記押圧する荷重を制御する工程は、前記検出された荷重が前記目標荷重になるようにフィードバック制御して前記部品を前記被装着物に押圧する荷重を制御することを特徴とする、請求項５または６に記載の部品装着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品を被装着物に装着する部品装着装置および部品装着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部品装着装置および部品装着方法として、部品の押圧にエアシリンダを用いる部品装着制御方法および同装置がある（例えば、特許文献１参照）。以下、図１４を参照して、従来の部品装着制御方法について説明する。なお、図１４は、上記特許文献１に記載された部品装着制御装置が制御する部品装着ヘッドを示す概略図である。
【０００３】
図１４において、従来の部品装着制御装置が制御する部品装着ヘッドは、部品Ｐを被装着物Ｓに所定の押圧状態で装着することを目的としている。当該部品装着ヘッドは、昇降手段であるサーボモータ３、部品保持手段であるノズル４、部品への荷重を検出する力センサ５、および圧力制御手段であるエアシリンダ６を備えている。
【０００４】
サーボモータ３の回転軸は、ボールねじ軸８接続されている。ボールねじ軸８は、フレーム２０のナット部９と螺合している。フレーム２０は、力センサ５やエアシリンダ６を支持している。エアシリンダ６は、ブロックユニット１９を介して支持されるノズル４による押し付け圧力の制御動作を行う。つまり、サーボモータ３の駆動力によって、フレーム２０、エアシリンダ６、力センサ５、ブロックユニット１９、およびノズル４が全体的に昇降する。また、エアシリンダ６の空圧制御動作によって、ブロックユニット１９、およびノズル４が上下動作する。
【０００５】
例えば、サーボモータ３は、ノズル４によって保持された部品Ｐを最高速度で下降させ、所定の位置で最低速度に減速し、力センサ５の荷重値の変化によって部品Ｐと被装着物Ｓとの接触を検出する。接触検出後は、力センサ５の荷重値が所定の荷重状態になるようエアシリンダ６によって押圧を行う。押圧が完了すると、ノズル４は、部品Ｐの保持を開放し、サーボモータ３の駆動力によって所定の位置まで上昇する。これら一連の動作により、部品Ｐが被装着物Ｓへ装着される。このように、サーボモータ３は、部品Ｐを被装着物Ｓに向かって下降させる際、所定の高さにて下降速度を最高速度から最低速度に減速させることによって、部品Ｐが被装着物Ｓに接触する際の衝撃を抑えている。
【特許文献１】特開２００１−２１０９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の部品装着ヘッドは、圧力制御手段にエアシリンダ６を用いているため、部品Ｐと被装着物Ｓとの接触検出での応答性が悪い。また、エアシリンダ６を用いているため、部品装着ヘッド全体のユニット質量が大きくなる。これによって、部品Ｐと被装着物Ｓとの接触時の衝撃を抑えつつ接触検出を正確に行うためには、接触前に部品装着ヘッドの下降速度を最高速度から最低速度に切替え、低速度で部品装着ヘッドを昇降させる必要があり、装着作業におけるタクトタイムが長くなってしまう。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、駆動部分を軽量化して接触時の衝撃を抑えつつ昇降速度を落とさずに接触検出を行うことによりタクトタイムを短縮する部品装着装置および装着方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
本発明の部品装着装置は、部品を被装着物上に装着する。部品装着装置は、保持部、支持部材、第１モータ、サブヘッドユニット、第２モータ、および制御部を備える。保持部は、部品を保持する。第１モータは、支持部材を昇降する。サブヘッドユニットは、その先端に保持部が設けられている。第２モータは、支持部材に設けられ、サブヘッドユニットを昇降させる。制御部は、第１モータおよび第２モータの少なくとも一方を駆動して、保持部に保持した部品の高さ方向の位置およびその部品を被装着物に押圧する荷重を制御する。
【０００９】
また、本発明の部品装着方法は、部品を被装着物上に装着する。部品装着方法は、部品を保持させる工程、支持部材を昇降させる工程、モータを選択する工程、および荷重を制御する工程を含む。部品を保持させる工程は、部品を保持部で保持する。支持部材を昇降させる工程は、第１モータを駆動させることによって、その先端に保持部が設けられたサブヘッドユニットを昇降する第２モータを支持する支持部材を昇降する。モータを選択する工程と、保持部に保持した部品を被装着物に押圧する際、目標荷重に応じて第１モータおよび第２モータの少なくとも一方を駆動するモータとして選択する。荷重を制御する工程は、選択された第１モータおよび第２モータの少なくとも一方を駆動して、保持部に保持した部品の高さ方向の位置およびその部品を被装着物に押圧する荷重を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の部品装着装置および部品装着方法によれば、駆動部位の軽量化によって装着時の部品と被装着物との接触時の衝撃を抑えることができる。これによって、接触検出時の速度を上げることにより装着に要するタクトタイムを短縮することができる。
【００１１】
また、第２モータの最大推力以下となる低荷重を対象とする場合、相対的に高速度のまま部品と被装着物とを接触させることができるため、タクトタイムをさらに短縮することができる。
【００１２】
さらに、押圧する荷重を直接的に検出する場合、フィードバック制御が可能となり、より正確な荷重値を用いた荷重の制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態に係る部品装着装置および部品装着方法について説明する。図１は、当該部品装着装置の全体構成を示す概略図である。
【００１４】
図１において、当該部品装着装置は、部品装着ヘッド部１、移動テーブル部２２、部品供給部２３、ＸＹロボット部２５、および制御装置２６を備えている。部品装着ヘッド部１は、ＸＹロボット部２５に装備されており、部品Ｐ（なお、部品Ｐは、ＩＣ、トランジスタ、メモリなどのチップ部品、フリプチップ、ベアチップ等の半導体部品等を含む）を保持し被装着物Ｓ（なお、被装着物Ｓは、基板、ウエハ等を含む）上に装着する。一例として、本発明の部品装着装置は、電子部品を実装基板上に実装する電子部品実装装置であり、この場合、部品装着ヘッド部１が電子部品を保持して実装基板上に実装する。なお、部品装着ヘッド部１の詳細な構造については、後述する。移動テーブル部２２は、被装着物Ｓを搬入してから搬出するまで被装着物Ｓを搬送し、部品Ｐの装着時に被装着物Ｓを所定の位置に保持する。部品供給部２３は、部品Ｐを供給する。ＸＹロボット部２５は、平面上で互いに直行するＸおよびＹ方向（図１参照）に対して、移動テーブル部２２上の任意の位置に部品装着ヘッド部１を移動させて位置決めする。制御装置２６は、部品装着ヘッド部１、移動テーブル部２２、部品供給部２３、およびＸＹロボット部２５の動作を制御する。
【００１５】
なお、部品供給部２３は、図１では格子状に部品Ｐを載置する部品供給トレイ２７によって部品Ｐを供給する形態を示しているが、この形態に限定されるものではなく、部品Ｐを仮固定したテープを巻回したカードリッジを用いて部品Ｐを供給する形態等他の部品供給装置を用いてもかまわない。また、ＸＹロボット部２５は、移動テーブル部２２上の任意の位置に部品装着ヘッド部１を移動させるため、ＸおよびＹ方向に移動する形態を示しているが、この形態に限定されるものではなく、ＸＹロボット部２５の一部機能が移動テーブル部２２側に備えられていてもかまわない。例えば、一方向（例えばＸ方向）への移動機能が移動テーブル部２２側に備えられている等、移動テーブル部２２上の任意の位置に部品装着ヘッド部１を移動可能なＸＹロボット構造を用いてもかまわない。なお、移動テーブル部２２、部品供給部２３、およびＸＹロボット部２５は、従来から用いられている装置であるため、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
【００１６】
次に、図２を参照して、部品装着ヘッド部１の構造について説明する。なお、図２は、第１の実施形態に係る部品装着ヘッド部１ａの構成を示す概略図である。
【００１７】
図２において、部品装着ヘッド部１ａは、ノズル２８と、加圧シャフト２９と、小型ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）３０と、ボールねじ３２と、サーボモータ３３と、エンコーダ３４と、回転軸用サーボモータ３５と、回転軸用エンコーダ３６と、ヘッドユニット３７と、ブロック３８と、ベアリング３９、４２、および４３と、回転軸シャフト４１とを備えている。
【００１８】
ノズル２８は、その先端部に部品Ｐを保持し、本発明の保持部に相当する。例えば、ノズル２８は、空圧（負圧）によって部品Ｐを保持し、ノズル２８および加圧シャフト２９の間に位置するブロック３８に設けられた吸引用通路（図示せず）を介して空圧変化が伝達されることによって先端部に保持する部品Ｐの脱着を行う。加圧シャフト２９は、ブロック３８を介してノズル２８の中心軸上の上方に配置され、ノズル２８およびブロック３８を支持する。小型ＶＣＭ３０は、加圧シャフト２９の中心軸上に配置され部品の厚み方向（中心軸方向）に低出力で可動子３０ａを駆動する。なお、厚み方向とは、ＸＹロボット部２５が移動可能なＸおよびＹ方向に対して垂直なＺ方向である。そして、小型ＶＣＭ３０の駆動力によって、可動子３０ａに取り付けられた加圧シャフト２９を厚み方向に昇降させる。ボールねじ３２は、上記Ｚ方向を軸方向として配置され、サーボモータ３３の回転軸と連結される。エンコーダ３４は、サーボモータ３３の回転量および回転速度を検出する。回転軸用サーボモータ３５および回転軸用エンコーダ３６は、回転軸シャフト４１を介して加圧シャフト２９の中心軸を回転中心として加圧シャフト２９を回転させ、ノズル２８に保持された部品Ｐを当該回転方向に位置決めする。なお、回転軸用サーボモータ３５は、上記Ｚ方向に伸びる回転軸シャフト４１のガイド（図示せず）を介して加圧シャフト２９と連結されており、小型ＶＣＭ３０およびサーボモータ３３が動作しても、回転軸用サーボモータ３５が上記Ｚ方向に移動することはない。ヘッドユニット３７は、ボールねじ３２と螺合するナット部４０が形成されており、サーボモータ３３の駆動によりボールねじ３２が回転すると上記Ｚ方向へ昇降する。また、ヘッドユニット３７には小型ＶＣＭ３０、ベアリング４２、４３が設けられ、小型ＶＣＭ３０が駆動すると加圧シャフト２９がヘッドユニット３７に対して上記Ｚ方向に昇降する。なお、サーボモータ３３が本発明の第１モータに相当し、小型ＶＣＭ３０が本発明の第２モータに相当する。
【００１９】
なお、加圧シャフト２９は、回転軸用サーボモータ３５による回転動作および小型ＶＣＭ３０による上記Ｚ方向の昇降動作がベアリング３９、４２、および４３によって支持される。具体的には、加圧シャフト２９は、ベアリング３９を介して小型ＶＣＭ３０の可動子３０ａに取り付けられており、加圧シャフト２９が回転しても可動子３０ａが回転することはない。また、加圧シャフト２９は、ヘッドユニット３７に取り付けられたベアリング４２および４３に貫装されており、上記Ｚ方向に移動可能に支持されている。また、小型ＶＣＭ３０によって、上記Ｚ方向に昇降するノズル２８、加圧シャフト２９、小型ＶＣＭ３０の可動子３０ａ、ブロック３８、およびベアリング３９によってサブヘッドユニット３１を構成する。
【００２０】
次に、図１および図３を参照して、制御装置２６の構成について説明する。なお、図３は、制御装置２６の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１および図３において、制御装置２６は、部品装着ヘッド制御部２６ａ、移動テーブル制御部２６ｂ、部品供給制御部２６ｃ、ＸＹロボット制御部２６ｄ、および上位制御部２６ｅを有している。部品装着ヘッド制御部２６ａは、部品装着ヘッド部１ａに電気的に接続され、部品装着ヘッド部１ａの動作を制御する。移動テーブル制御部２６ｂは、移動テーブル部２２に電気的に接続され、移動テーブル部２２の動作を制御する。部品供給制御部２６ｃは、部品供給部２３に電気的に接続され、部品供給部２３の動作を制御する。ＸＹロボット制御部２６ｄは、ＸＹロボット部２５に電気的に接続され、ＸＹロボット部２５の上記ＸおよびＹ方向への動作を制御する。上位制御部２６ｅは、部品装着ヘッド制御部２６ａ、移動テーブル制御部２６ｂ、部品供給制御部２６ｃ、およびＸＹロボット制御部２６ｄをそれぞれ制御して、部品装着装置としての全体動作を制御する。
【００２２】
ここで、部品装着ヘッド制御部２６ａについて説明する。部品装着ヘッド制御部２６ａは、小型ＶＣＭ制御部２６１、サーボモータ制御部２６２、および回転軸用サーボモータ制御部２６３を有している。上位制御部２６ｅは、小型ＶＣＭ制御部２６１、サーボモータ制御部２６２、および回転軸用サーボモータ制御部２６３にそれぞれ位置決めや加重の動作指令を送る。小型ＶＣＭ制御部２６１は、小型ＶＣＭ３０と電気的に接続され、上位制御部２６ｅからの指示に基づいて小型ＶＣＭ３０の駆動を制御する。サーボモータ制御部２６２は、サーボモータ３３およびエンコーダ３４と電気的に接続され、エンコーダ３４から出力されるサーボモータ３３の回転量および回転速度の情報と上位制御部２６ｅからの指示とに基づいて、サーボモータ３３の駆動を制御する。なお、小型ＶＣＭ制御部２６１およびサーボモータ制御部２６２が制御内容の詳細については、後述する。回転軸用サーボモータ制御部２６３は、回転軸用サーボモータ３５および回転軸用エンコーダ３６と電気的に接続され、回転軸用エンコーダ３６から出力される回転軸用サーボモータ３５の回転量および回転速度の情報と上位制御部２６ｅからの指示とに基づいて、回転軸用サーボモータ３５の駆動を制御する。なお、回転軸用サーボモータ制御部２６３の制御内容については、従来から用いられている位置制御方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００２３】
次に、図４を参照して、小型ＶＣＭ制御部２６１について説明する。図４は、小型ＶＣＭ制御部２６１および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図である。
【００２４】
図４において、小型ＶＣＭ制御部２６１は、加重指令部２６１ａ、加重制御部２６１ｂ、およびパワーアンプ２６１ｃを有している。また、上位制御部２６ｅは、小型ＶＣＭ制御部２６１に関連する構成要素として、低荷重用動作指令部２６ｅ１および高荷重用動作指令部２６ｅ２を有している。
【００２５】
加重指令部２６１ａは、部品Ｐの装着の際、上位制御部２６ｅの低荷重用動作指令部２６ｅ１から低荷重動作指令、または高荷重用動作指令部２６ｅ２から高荷重動作指令を受け取る。そして、加重指令部２６１ａは、低荷重動作指令または高荷重動作指令に基づいて、加重指令を加重指令部２６１ｂに出力する。加重制御部２６１ｂは、加重指令部２６１ａからの加重指令に基づいて、パワーアンプ２６１ｃにトルク制御指令を出力する。そして、パワーアンプ２６１ｃは、トルク制御指令に基づいた入力電流で小型ＶＣＭ３０を駆動する。ここで、トルク制御とは、駆動によるモータのトルク（力または回転力）が指令に基づいたトルクとなるように当該モータへの入力電流を制御することを意味している。例えば、ＶＣＭ等ダイレクトに推力を出力するタイプのモータの場合、ガイド等に摺動抵抗損失があるものの、トルクをそのまま荷重として取り扱うことが可能である。この場合、モータ（ＶＣＭ）への入力電流と荷重とが比例関係となり、入力電流をトルク制御で制御することでモータ駆動による荷重を制御することができる。
【００２６】
次に、図５を参照して、サーボモータ制御部２６２について説明する。図５は、サーボモータ制御部２６２および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図である。
【００２７】
サーボモータ制御部２６２は、位置・加重指令部２６２ａ、加重制御部２６２ｂ、位置制御部２６２ｃ、接触検出部２６２ｄ、速度制御部２６２ｅ、切換部２６２ｆ、およびパワーアンプ２６２ｇを有している。また、上位制御部２６ｅは、サーボモータ制御部２６２に関連する構成要素として、低荷重用動作指令部２６ｅ１および高荷重用動作指令部２６ｅ２を有している。
【００２８】
位置・加重指令部２６２ａは、部品Ｐの装着の際、上位制御部２６ｅの低荷重用動作指令部２６ｅ１から低荷重動作指令、または高荷重用動作指令部２６ｅ２から高荷重動作指令を受け取る。そして、位置・加重指令部２６２ａは、低荷重動作指令または高荷重動作指令に基づいて、加重指令を加重指令部２６２ｂまたは位置指令を位置制御部２６２ｃに出力する。また、位置・加重指令部２６２ａは、低荷重動作指令または高荷重動作指令に基づいて、接触検出部２６２ｄに制御切替信号を出力する。
【００２９】
トルク制御を行う場合、位置・加重指令部２６２ａから出力される加重指令に基づいて、加重制御部２６２ｂが切替部２６２ｆを介してパワーアンプ２６２ｇにトルク制御指令を出力する。そして、パワーアンプ２６２ｇは、トルク制御指令に基づいた入力電流でサーボモータ３３を駆動する。なお、上記トルク制御の際、接触検出部２６２ｄは、装着する部品Ｐと被装着物Ｓとの接触状況および位置・加重指令部２６２ａからの制御切替信号に基づいて、加重制御部２６２ｂからのトルク制御指令がパワーアンプ２６２ｇに出力されるように切替部２６２ｆを切替える。
【００３０】
後述する位置制御を行う場合、位置・加重指令部２６２ａから出力される位置指令およびエンコーダ３４から出力される位置情報に基づいて、位置制御部２６２ｃが速度指令を速度制御部２６２ｅに出力する。そして、速度制御部２６２ｅは、上記速度指令およびエンコーダ３４から出力される速度情報に基づいて、切替部２６２ｆを介してパワーアンプ２６２ｇに位置制御指令を出力する。そして、パワーアンプ２６２ｇは、位置制御指令に基づいた入力電流でサーボモータ３３を駆動する。ここで、位置制御とは、モータの駆動による被駆動体（例えば、ノズル２８）が指令に基づいた速度で移動し、指令に基づいた位置に配置されるように当該モータへの入力電流を制御することを意味している。なお、上記位置制御の際、接触検出部２６２ｄは、装着する部品Ｐと被装着物Ｓとの接触状況および位置・加重指令部２６２ａからの制御切替信号に基づいて、速度制御部２６２ｅからの位置制御指令がパワーアンプ２６２ｇに出力されるように切替部２６２ｆを切替える。このように、サーボモータ制御部２６２は、上位制御部２６ｅからの指示に応じて、上記トルク制御および上記位置制御のいずれか一方によってサーボモータ３３を動作制御することができる。
【００３１】
次に、図６および図７を参照して、制御装置２６が部品装着ヘッド部１ａの動作を制御する具体例を説明する。なお、図６は、低荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ａの動作を制御する具体例を説明する図である。図７は、高荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ａの動作を制御する具体例を説明する図である。ここで、図６および図７において、第１モータはサーボモータ３３を示しており、第２モータは小型ＶＣＭ３０を示している。
【００３２】
制御装置２６の上位制御部２６ｅは、装着する部品Ｐを被装着物Ｓに対して押圧する目標荷重に応じて、小型ＶＣＭ３０およびサーボモータ３３を低荷重動作させるかあるいは高荷重動作させるかを選択する。そして、上位制御部２６ｅは、目標荷重が閾値より以下の場合、低荷重動作指令を小型ＶＣＭ制御部２６１およびサーボモータ制御部２６２にそれぞれ送信する。また、上位制御部２６ｅは、目標荷重が閾値より大きい場合は高荷重動作指令を小型ＶＣＭ制御部２６１およびサーボモータ制御部２６２にそれぞれ送信する。
【００３３】
上位制御部２６ｅが低荷重動作および高荷重動作の一方を選択する上記閾値は、小型ＶＣＭ３０に設定されている最大推力以下の値に設定する。例えば、上記閾値には、小型ＶＣＭ３０に設定されている最大推力、当該最大推力に所定の安全率を掛けた値、または小型ＶＣＭ３０に設定されている定格推力を用いればよい。具体的には、小型ＶＣＭ３０が定格電流１Ａおよび推力定数１２Ｎ／Ａに設定され、サーボモータ３３が定格電流２．５Ａおよび推力定数２００Ｎ／Ａであると仮定する。この場合、小型ＶＣＭ３０の定格推力が１２Ｎ、サーボモータ３３の定格推力が５００Ｎとなる。そして、定格推力を上記閾値とする場合、上位制御部２６ｅは、０Ｎ以上１２Ｎ以下の荷重で加圧して部品Ｐを装着するときに低荷重動作に設定し、１２Ｎよりも大きく５００Ｎ以下の荷重で加圧して部品Ｐを装着するときに高荷重動作に設定する。なお、上述した説明では、目標荷重の大きさによって低荷重動作と高荷重動作との選択を行っているが、装着する部品Ｐの種類に応じて選択してもかまわない。
【００３４】
図６において、低荷重動作が選択された場合、制御装置２６は、ＸＹロボット部２５を動作させて部品装着ヘッド部１ａのノズル２８に保持された部品ＰをＸＹ方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を上記位置制御で駆動し、小型ＶＣＭ３０を上記トルク制御で駆動して部品Ｐを被装着物Ｓへ装着する。
【００３５】
まず、制御装置２６は、小型ＶＣＭ３０をトルク制御にてストローク下限（最も被装着物Ｓ側に伸長した状態）で所定のトルクを保持しながら加圧状態にする。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を位置制御してヘッドユニット３７を装着位置方向に高速度で下降させ、さらに被装着物Ｓに対して所定の押し込み量だけ下がった位置まで部品Ｐを下降させる。このヘッドユニット３７の下降により、部品Ｐが下降して被装着物Ｓに接触し、さらに所定の押し込み量だけ押し込まれる。この部品Ｐと被装着物Ｓとの接触時に発生する衝撃は、サブヘッドユニット３１の質量が従来の構造と比較して軽量であるため軽減される。そして、上記衝撃発生後、制御装置２６は、小型ＶＣＭ３０をトルク制御することによって所定のトルクを保持する。サーボモータ３３が上記押し込み位置までの下降を完了すると、制御装置２６は、サーボモータ３３をその位置で停止させ、小型ＶＣＭ３０をトルク制御にて目標荷重と同等のトルクを出力させる。そして、制御装置２６は、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行い、その後サーボモータ３３を位置制御による高速度でヘッドユニット３７を所定の位置まで上昇させ、小型ＶＣＭ３０をトルク制御にて所定のトルクを出力させる。ヘッドユニット３７の上昇とともに、小型ＶＣＭ３０はストローク下限で加圧する。
【００３６】
一方、図７において、高荷重動作が選択された場合、制御装置２６は、ＸＹロボット部２５を動作させて部品装着ヘッド部１ａのノズル２８に保持された部品ＰをＸＹ方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を上記位置制御およびトルク制御を適時切替えて駆動し、小型ＶＣＭ３０を上記トルク制御で駆動して部品Ｐを被装着物Ｓへ装着する。
【００３７】
まず、制御装置２６は、装着動作中は常に小型ＶＣＭ３０をトルク制御にてストローク上限（最も被装着物Ｓから離れた方向に縮めた状態）で加圧状態にする。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を位置制御してヘッドユニット３７を装着位置方向に高速度で下降させ、部品Ｐと被装着物Ｓとが接触する前の所定位置で低速度に切替える。さらに、制御装置２６は、低速度で部品Ｐを下降させて被装着物Ｓに接触させ、さらに押し込まれることでサーボモータ３３におけるトルク指令値が上がる。このトルク指令値が所定の値を越えたところで接触が検出される。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３に対する制御を位置制御からトルク制御に切替え、サーボモータ３３から目標荷重と同等のトルクを出力させ、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行う。所定の時間が経過すると、制御装置２６は、サーボモータ３３を位置制御による高速度でヘッドユニット３７を所定の位置まで上昇させる。
【００３８】
このように、第１の実施形態に係る部品装着装置は、低荷重時および高荷重時の一方を選択し、その選択に応じて動作を切替えながら部品装着を行う。そして、低荷重動作で部品を装着する場合、部品装着ヘッド部１（サブヘッドユニット３１）の軽量化によって部品Ｐおよび被装着物Ｓへの衝撃が低減されているため、常に高速度で部品装着ヘッド部１を動作させることが可能となり、装着に要する時間を短縮することができる。また、高荷重動作の場合も、上記軽量化により部品Ｐと被装着物Ｓとが接触する前の速度を従来動作より速くしても、従来と同程度の衝撃に抑えることができるため、装着に要する時間を短縮することができる。
【００３９】
なお、上記低荷重動作では、高速度で部品Ｐと被装着物Ｓとを接触させたが、所定の位置で高速度から低速度に切替えた後、接触させてもかまわない。これによって、部品Ｐおよび被装着物Ｓに加わる衝撃荷重をさらに小さくすることができる。
【００４０】
また、上述した説明では、部品Ｐの保持手段として吸着作用を用いた吸着ノズル２８を用いているが、これに限定されるものではなく、他にもグリッパ等の部品保持手段を用いてもかまわない。また、部品Ｐを保持するノズルを昇降させるモータとしてサーボモータ３３および小型ＶＣＭ３０を用いているが、これに限定されるものではなく、双方共にＶＣＭを用いる等他のモータの組み合わせでもかまわない。ヘッドユニット３７に設けられた小型ＶＣＭ３０は、直動型のリニアモータであれば他のモータであってもかまわない。
【００４１】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第２の実施形態に係る部品装着装置および部品装着方法について説明する。なお、当該部品装着装置の全体構成は、上述した第１の実施形態と同様である。以下の説明については、同一の構成に対して同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４２】
次に、図８を参照して、第２の実施形態に係る部品装着ヘッド部１の構造について説明する。なお、図８は、当該部品装着ヘッド部１ｂの構成を示す概略図である。
【００４３】
図８において、第２の実施形態に係る部品装着ヘッド部１ｂは、第１の実施形態で説明した部品装着ヘッド部１ａに対して力センサ４５をさらに備えている。なお、部品装着ヘッド部１ｂにおける他の構成については、第１の実施形態の部品装着ヘッド部１ａと同様であるため、同一の構成に対して同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
力センサ４５は、例えば、加圧シャフト２９とブロック３８との間に設置される。力センサ４５は、加圧シャフト２９に加わる荷重を検出することによって、装着する部品Ｐへの荷重を検出する。そして、力センサ４５は、制御装置２６に上記荷重を示す信号を出力する。なお、力センサ４５を設置する位置は、加圧シャフト２９とブロック３８との間でなくてもかまわない。部品Ｐへ加えられる荷重をより正確に検出するためには、できるだけノズル２８に近い位置に力センサ４５を設置するのが好ましい。
【００４５】
次に、図９〜図１１を参照して、制御装置２６と力センサ４５との関連について説明する。なお、図９は、第２の実施形態に係る制御装置２６の構成を示すブロック図である。図１０は、図９の小型ＶＣＭ制御部２６１および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図である。図１１は、図９のサーボモータ制御部２６２および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図である。なお、第２の実施形態に係る制御装置２６の内部構成についても、第１の実施形態と同様であるため、ここでは力センサ４５と制御装置２６との関連について主に説明する。
【００４６】
図９〜図１１に示すように、力センサ４５が出力する上記荷重を示す信号は、小型ＶＣＭ制御部２６１およびサーボモータ制御部２６２にそれぞれ入力する。小型ＶＣＭ制御部２６１の加重制御部２６１ｂおよびサーボモータ制御部２６２の加重制御部２６２ｂは、それぞれ力センサ４５から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、加重フィードバック制御を行うことができる。ここで、加重フィードバック制御とは、力センサ４５から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、当該荷重が目標荷重に追従するようにフィードバック制御しながら、当該モータへの入力電流を制御することを意味している。また、サーボモータ制御部２６２の接触検出部２６２ｄは、上記荷重を示す信号に応じて、部品Ｐと被装着物Ｓとの接触を検出する。
【００４７】
例えば、図１０に示すように、トルク制御時において、加重指令部２６１ａからの加重指令に基づいて、加重制御部２６１ｂはパワーアンプ２６１ｃの入力電流をトルク制御する。一方、加重フィードバック制御時において、加重指令部２６１ａからの加重指令および力センサ４５から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、加重制御部２６１ｂは目標荷重となるようにパワーアンプ２６１ｃへの入力電流を制御する。
【００４８】
また、図１１に示すように、トルク制御時において、位置・加重指令部２６２ａからの加重指令に基づいて、加重制御部２６２ｂは切替部２６２ｆを介してパワーアンプ２６２ｇの入力電流をトルク制御する。一方、加重フィードバック制御時において、位置・加重指令部２６２ａからの加重指令および力センサ４５から入力する上記荷重を示す信号に基づいて、加重制御部２６２ｂは目標荷重となるように切替部２６２ｆを介してパワーアンプ２６２ｇへの入力電流を制御する。なお、上記トルク制御または加重フィードバック制御の際、接触検出部２６２ｄは、力センサ４５から入力する上記荷重を示す信号および位置・加重指令部２６２ａからの制御切替信号に基づいて、加重制御部２６２ｂからの指令がパワーアンプ２６２ｇに出力されるように切替部２６２ｆを切替える。
【００４９】
次に、図１２および図１３を参照して、制御装置２６が部品装着ヘッド部１ｂの動作を制御する具体例を説明する。なお、図１２は、低荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ｂの動作を制御する具体例を説明する図である。図１３は、高荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ｂの動作を制御する具体例を説明する図である。ここで、図１２および図１３において、第１モータはサーボモータ３３を示しており、第２モータは小型ＶＣＭ３０を示している。
【００５０】
制御装置２６の上位制御部２６ｅは、装着する部品Ｐを被装着物Ｓに対して押圧する目標荷重に応じて、小型ＶＣＭ３０およびサーボモータ３３を低荷重動作させるかあるいは高荷重動作させるかを選択し、小型ＶＣＭ制御部２６１およびサーボモータ制御部２６２にそれぞれその指示を出力する。なお、選択に用いられる閾値については、第１の実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。
【００５１】
図１２において、低荷重動作が選択された場合、制御装置２６は、ＸＹロボット部２５を動作させて部品装着ヘッド部１ｂのノズル２８に保持された部品ＰをＸＹ方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を上記位置制御で駆動し、小型ＶＣＭ３０を上記トルク制御および上記加重フォードバック制御で駆動して部品Ｐを被装着物Ｓへ装着する。
【００５２】
まず、制御装置２６は、小型ＶＣＭ３０をトルク制御にてストローク下限で所定のトルクを保持しながら加圧状態にする。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を位置制御してヘッドユニット３７を装着位置方向に高速度で下降させ、さらに被装着物Ｓに対して所定の押し込み量だけ下がった位置まで部品Ｐを下降させる。このヘッドユニット３７の下降により、部品Ｐが下降して被装着物Ｓに接触し、さらに所定の押し込み量だけ押し込まれる。この部品Ｐと被装着物Ｓとの接触時に発生する衝撃は、サブヘッドユニット３１の質量が従来の構造と比較して軽量であるため軽減される。そして、上記衝撃発生後、制御装置２６は、小型ＶＣＭ３０をトルク制御することによって所定のトルクを保持する。サーボモータ３３が上記押し込み位置までの下降を完了すると、制御装置２６は、サーボモータ３３をその位置で停止させ、小型ＶＣＭ３０を力センサ４５による加重フィードバック制御に切替え、目標荷重を出力させる。そして、制御装置２６は、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行い、その後サーボモータ３３を位置制御による高速度でヘッドユニット３７を所定の位置まで上昇させ、小型ＶＣＭ３０をトルク制御にて所定のトルクを出力させる。ヘッドユニット３７の上昇とともに、小型ＶＣＭ３０はストローク下限で加圧する。
【００５３】
一方、図１３において、高荷重動作が選択された場合、制御装置２６は、ＸＹロボット部２５を動作させて部品装着ヘッド部１ｂのノズル２８に保持された部品ＰをＸＹ方向の装着位置上方に移動させる。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を上記位置制御および加重フィードバック制御を適時切替えて駆動し、小型ＶＣＭ３０を上記トルク制御で駆動して部品Ｐを被装着物Ｓへ装着する。
【００５４】
まず、制御装置２６は、装着動作中は常に小型ＶＣＭ３０をトルク制御にてストローク上限で加圧状態にする。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３を位置制御してヘッドユニット３７を装着位置方向に高速度で下降させ、部品Ｐと被装着物Ｓとが接触する前の所定位置で低速度に切替える。さらに、制御装置２６は、低速度で部品Ｐを下降させて被装着物Ｓに接触させ、さらに押し込まれることで力センサ４５が検出する荷重が上がる。この力センサ４５が検出する荷重が所定の値を越えたところで接触が検出される。そして、制御装置２６は、サーボモータ３３に対する制御を位置制御から加重フィードバック制御に切替え、力センサ４５が検出する荷重をサーボモータ３３の目標荷重に追従させ、所定の時間が経過するまで目標荷重での押圧を行う。所定の時間が経過すると、制御装置２６は、サーボモータ３３を位置制御による高速度でヘッドユニット３７を所定の位置まで上昇させる。
【００５５】
このように、第２の実施形態に係る部品装着装置も、低荷重時および高荷重時の一方を選択し、その選択に応じて動作を切替えながら部品装着を行う。そして、低荷重動作で部品を装着する場合、部品装着ヘッド部１（サブヘッドユニット３１）の軽量化によって部品Ｐおよび被装着物Ｓへの衝撃が低減されているため、常に高速度で部品装着ヘッド部１を動作させることが可能となり、装着に要する時間を短縮することができる。また、高荷重動作の場合も、上記軽量化により部品Ｐと被装着物Ｓとが接触する前の速度を従来動作より速くしても、従来と同程度の衝撃に抑えることができるため、装着に要する時間を短縮することができる。さらに、装着する部品Ｐへ加わる加重を力センサ４５によって直接的に検出しているため、装着における動作の切替えや目標荷重での押し込み等を正確に行うことが可能である。
【００５６】
なお、上記低荷重動作では、高速度で部品Ｐと被装着物Ｓとを接触させたが、所定の位置で高速度から低速度に切替えた後、接触させてもかまわない。これによって、部品Ｐおよび被装着物Ｓに加わる衝撃荷重をさらに小さくすることができる。
【００５７】
また、上述した説明では、部品Ｐの保持手段として吸着作用を用いた吸着ノズル２８を用いているが、これに限定されるものではなく、他にもグリッパ等の部品保持手段を用いてもかまわない。また、部品Ｐを保持するノズルを昇降させるモータとしてサーボモータ３３および小型ＶＣＭ３０を用いているが、これに限定されるものではなく、双方共にＶＣＭを用いる等他のモータの組み合わせでもかまわない。ヘッドユニット３７に設けられた小型ＶＣＭ３０は、直動型のリニアモータであれば他のモータであってもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る部品装着装置および部品装着方法は、部品と被装着物とが接触時の衝撃を抑えつつ装着する速度を上げることによりタクトタイムを短縮することができ、部品を被装着物に装着する装置および方法として有用であり、部品装着機全般にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１および第２の実施形態に係る部品装着装置の全体構成を示す概略図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る部品装着ヘッド部１ａの構成を示す概略図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る制御装置２６の構成を示すブロック図
【図４】図３の小型ＶＣＭ制御部２６１および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図
【図５】図３のサーボモータ制御部２６２および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図
【図６】低荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ａの動作を制御する具体例を説明する図
【図７】高荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ａの動作を制御する具体例を説明する図
【図８】本発明の第２の実施形態に係る部品装着ヘッド部１ｂの構成を示す概略図
【図９】本発明の第２の実施形態に係る制御装置２６の構成を示すブロック図
【図１０】図９の小型ＶＣＭ制御部２６１および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図
【図１１】図９のサーボモータ制御部２６２および上位制御部２６ｅの構成を示すブロック図
【図１２】低荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ｂの動作を制御する具体例を説明する図
【図１３】高荷重で部品Ｐを装着する際に制御装置２６が部品装着ヘッド部１ｂの動作を制御する具体例を説明する図
【図１４】従来の部品装着制御装置が制御する部品装着ヘッドを示す概略図
【符号の説明】
【００６０】
１…部品装着ヘッド部
２８…ノズル
２９…加圧シャフト
３０…小型ＶＣＭ
３１…サブヘッドユニット
３２…ボールねじ
３３…サーボモータ
３４…エンコーダ
３５…回転軸用サーボモータ
３６…回転軸用エンコーダ
３７…ヘッドユニット
３８…ブロック
３９、４２、４３…ベアリング
４０…ナット部
４１…回転軸シャフト
２２…移動テーブル部
２３…部品供給部
２５…ＸＹロボット部
２６…制御装置
２６ａ…部品装着ヘッド制御部
２６１…小型ＶＣＭ制御部
２６１ａ…加重指令部
２６１ｂ、２６２ｂ…加重制御部
２６１ｃ、２６２ｇ…パワーアンプ
２６２…サーボモータ制御部
２６２ａ…位置・加重指令部
２６２ｃ…位置制御部
２６２ｄ…接触検出部
２６２ｅ…速度制御部
２６２ｆ…切換部
２６３…回転軸用サーボモータ制御部
２６ｂ…移動テーブル制御部
２６ｃ…部品供給制御部
２６ｄ…ＸＹロボット制御部
２６ｅ…上位制御部
２６ｅ１…低荷重用動作指令部
２６ｅ２…高荷重用動作指令部
２７…部品供給トレイ
４５…力センサ
【図１】
2006147640.tif 000003
【図２】
2006147640.tif 000004
【図３】
2006147640.tif 000005
【図４】
2006147640.tif 000006
【図５】
2006147640.tif 000007
【図６】
2006147640.tif 000008
【図７】
2006147640.tif 000009
【図８】
2006147640.tif 000010
【図９】
2006147640.tif 000011
【図１０】
2006147640.tif 000012
【図１１】
2006147640.tif 000013
【図１２】
2006147640.tif 000014
【図１３】
2006147640.tif 000015
【図１４】
2006147640.tif 000016