(57)【要約】      （修正有）【課題】任意の目標荷重に高精度に制御して、吸着ノズルにより部品を吸着する際や吸着した部品を基板に実装する際の、部品実装方法及び部品実装装置を提供する。【解決手段】荷重付与手段（弾性体２４）で付勢された押し込み可能な吸着端部２８を有する吸着ノズル２０により部品を吸着して、搭載ヘッド１０により基板１上の所定箇所に搭載する部品実装方法において、荷重センサ５０を部品実装装置上に設け、前記搭載ヘッド１０に装着した吸着ノズル２０を該荷重センサ５０上に下降して、押し込み量に対する荷重を測定し、該測定結果から押し込み量と荷重の関係を表す近似曲線式を算出して記憶し、該記憶した近似曲線式を用いて、設定荷重に対する押し込み量を算出して目標荷重になるように荷重制御を行う。【選択図】図３
2008227140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重付与手段で付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより部品を吸着して、搭載ヘッドにより基板上の所定箇所に搭載する部品実装方法において、
荷重センサを部品実装装置上に設け、
前記搭載ヘッドに装着した吸着ノズルを該荷重センサ上に下降して、押し込み量に対する荷重を測定し、
該測定結果から押し込み量と荷重の関係を表す近似曲線式を算出して記憶し、
該記憶した近似曲線式を用いて、設定荷重に対する押し込み量を算出して、目標荷重になるように荷重制御を行うことを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
前記押し込み量に対する荷重の測定を繰り返し行い、
前記近似曲線式を再算出することを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項３】
前記再算出された近似曲線式により吸着ノズル摺動状態の診断を行うことを特徴とする請求項２に記載の部品実装方法。
【請求項４】
荷重付与手段で付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより部品を吸着して、吸着ヘッドにより基板上の所定箇所に搭載する部品実装装置において、
前記部品実装装置上に設けられた荷重センサと、
該荷重センサに前記搭載ヘッドに装着した吸着ノズルを下降して、押し込み量に対する荷重を測定する荷重測定手段と、
該測定結果から押し込み量と押圧荷重の関係を表す近似曲線式を算出して記憶しておく記憶手段と、
該記憶した近似曲線式を用いて、設定荷重に対する押し込み量を算出して、目標荷重になるように荷重制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項５】
前記荷重センサは、少なくとも高荷重用と低荷重用の複数の荷重センサを含むことを特徴とする請求項４に記載の部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装方法および装置に係り、特に、荷重付与手段で付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより部品を吸着して、搭載ヘッドにより基板上の所定箇所に搭載する部品実装装置に用いるのに好適な、吸着や搭載動作時に付与する荷重を制御可能とした部品実装方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、部品実装装置は、図１に示す如く、搭載ヘッド１０と、吸着ノズル２０と、Ｘ軸移動機構３０と、Ｙ軸移動機構４０と、部品供給部（図示せず）と、制御装置（図示せず）と、を備えている。そして位置決め固定された基板１上の所定箇所に部品を搭載する場合には、Ｘ軸移動機構３０およびＹ軸移動機構４０により搭載ヘッド１０を部品供給部の所定位置に移動させ、搭載ヘッド１０に搭載されている吸着ノズル２０をＺ軸モータ（図示せず）により下降させて部品を吸着ピックアップ後、搭載ヘッド１０を基板１上に移動させ、吸着ノズル２０を下降させ実装を行う。なお、制御装置は、制御に必要なデータを記憶しておく記憶部を内部に有し、部品実装装置の一連の動作を制御する。
【０００３】
このような部品実装装置において、吸着ノズル２０を下降させて部品をピックアップする際、あるいは実装の際に、部品に荷重を付与する手段としてばねを用いる方法がある。この方法によれば、荷重＝ばね定数＊押し込み量、という関係を利用することで、比較的簡単で低コストの構造でありながら簡易的に荷重を制御することができる。しかし、ばね定数は環境、時間経過等によって変化するので摺動状態が安定せず高精度な荷重制御を行うには不向きであった。またばねの個体差も大きいので、吸着ノズル２０毎に均一に高精度な荷重を制御することは困難であった。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、搭載ヘッドユニット（１０）部分に荷重センサを装備する部品実装装置が記載されている。これは、部品実装と同時に荷重を計測し、フィードバック制御を行いながら部品に付与する荷重を制御するものである。
【０００５】
別の荷重制御の精度を高める方法として、特許文献２、３には、吸着ノズル２０毎に押し込み量と荷重との関係をデータテーブルとして予め記憶しておき、このデータテーブルに基づき押し込み量を適時設定することが記載されている。更に、特許文献２には、更新データが不良品を発生させない上下限値以内であることを条件に、そのデータテーブルが適時更新されることで、高精度な荷重制御を行う部品実装装置が記載されている。又、特許文献３には、データテーブルの代わりに１次の相関式を用いることが可能であることも記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１９９９４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６９４４号公報
【特許文献３】特開２００６−３１３８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の搭載ヘッドユニット（１０）に荷重センサを装備してフィードバック制御を行う方法は、搭載ヘッドユニット（１０）の構造が大きくなることや、動作速度が遅くなるという弊害がある。
【０００８】
特許文献２、３に記載のデータテーブルを用いる部品実装装置において、吸着ノズル２０毎の荷重制御を高精度に行うとすると、データテーブルを記録しておくだけでも膨大な記憶容量を必要とする。そして、目標荷重が必ずしもデータテーブルに存在しない場合もあるため、その際にはデータテーブルにある値から補間算出する必要があり、データテーブルを有しても必ずしも迅速で一律の速度で荷重設定を行うことはできない。
【０００９】
又、特許文献２のように、データテーブルの各値毎に上下限値を記憶しておくとすれば、かなりの大容量の記憶手段を用意しなければならない。
【００１０】
又、特許文献３に記載の１次の相関式を用いる方法においては、ばねのたわみ量のうち、比例関係を有する領域のみを荷重算出に使用すると荷重設定範囲は狭くならざるを得ず、精度を維持しながら、広範囲の押し込み量に対して荷重制御をすることは困難である等の問題点を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、吸着ノズル２０により部品を吸着する際や吸着した部品を基板に実装する際に、大容量の記憶手段を必要とせず、簡単に任意の目標荷重に高精度に制御して、実装不良を未然に防ぐことのできる部品実装方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、荷重付与手段で付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより部品を吸着して、搭載ヘッドにより基板上の所定箇所に搭載する部品実装方法において、荷重センサを部品実装装置上に設け、前記搭載ヘッドに装着した吸着ノズルを該荷重センサ上に下降して、押し込み量に対する荷重を測定し、該測定結果から押し込み量と荷重の関係を表す近似曲線式を算出して記憶し、該記憶した近似曲線式を用いて、設定荷重に対する押し込み量を算出して、目標荷重になるように荷重制御を行うようにして、前記課題を解決したものである。
【００１３】
前記押し込み量に対する荷重の測定を繰り返し行い、前記近似曲線式を再算出することができる。
【００１４】
又、前記再算出された近似曲線式により吸着ノズル摺動状態の診断を行うことができる。
【００１５】
本発明は、又、荷重付与手段で付勢された押し込み可能な吸着端部を有する吸着ノズルにより部品を吸着して、吸着ヘッドにより基板上の所定箇所に搭載する部品実装装置において、前記部品実装装置上に設けられた荷重センサと、該荷重センサに前記搭載ヘッドに装着した吸着ノズルを下降して、押し込み量に対する荷重を測定する荷重測定手段と、該測定結果から押し込み量と押圧荷重の関係を表す近似曲線式を算出して記憶しておく記憶手段と、該記憶した近似曲線式を用いて、設定荷重に対する押し込み量を算出して、目標荷重になるように荷重制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする部品実装装置を提供するものである。
【００１６】
前記荷重センサは、少なくとも高荷重用と低荷重用の複数の荷重センサを含むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、近似曲線式を算出して記録するので、記憶データ量が少なくて済み、大容量の記憶手段を必要としない。そして、１次の相関式ではなく近似曲線式を用いることから、精度を落とさずに１つの吸着ノズルで広範囲にわたり精度良く荷重制御ができる。また、近似曲線式を用いて目標荷重が設定制御されるので、迅速に一定一律の速度で処理が可能である。更に、特別な搭載ヘッドユニットを設計する必要がないため、センサを搭載しない標準の搭載ヘッドを定めて長期使用できるので装置の低コスト化が可能である。
【００１８】
また、繰り返し算出した近似曲線式を使用する場合には、長期的に高精度に荷重制御が可能である。
【００１９】
また、近似曲線式を再算出して、例えば近似曲線式の係数を比較することにより、吸着ノズル摺動状態の診断が可能であり、不良吸着ノズルで実装が行われる前に事前に吸着ノズル交換が可能となる。すなわち、不良吸着ノズルの動作を未然に防止できるため、実装不良による不意の仕損品が低減され、実装歩留まりが向上し、実装製品の生産ロット管理が容易となる。
【００２０】
また、低荷重センサと高荷重センサを１つの実装装置に配置した場合には、高精度な低荷重搭載、高荷重搭載の混載実装が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
まず、本発明の第１実施形態について図２から図８を用いて説明する。図２は本発明が適用された部品実装装置の本実施形態を模式的に示した図、図３は荷重測定手段が具備する荷重センサと吸着ノズル及び搭載ヘッドの関係を示した図、図４は本実施形態の部品実装装置の制御手段である制御装置を示すブロック図、図５は荷重測定動作の概要を示す図、図６は近似曲線式の算出方法を示すフローチャート、図７は近似曲線式と実測した荷重との関係の一例を示すグラフ、図８は吸着ノズルの摺動状態を診断する方法の一例を、それぞれ、示している。
【００２３】
本実施形態は、図２に示す如く、従来の部品実装装置と同様であり特別な搭載ヘッド１０を必要とするものではないが、吸着ノズル２０の移動可能な範囲内に荷重センサ５０を有しているものである。
【００２４】
図３に示す如く、搭載ヘッド１０に搭載されている複数の吸着ノズル２０は、それぞれ図示しないＺ軸モータにより上下動可能なシャフト１２の先端部に装着されている。
【００２５】
前記吸着ノズル２０は、ノズル本体２２と、荷重付与手段を構成する弾性体２４、例えばコイルばねと、スライダ部２６と、吸着端部２８と、を有する。吸着端部２８は、スライダ部２６を介してノズル本体２２と接続されており、スライダ部２６のノズル本体２２内部におけるスライド動作により、上下方向に移動が可能である。すなわち、所望の吸着ノズル２０が装着されているシャフト１２を同図に示すように下降させて、その吸着端部２８を荷重センサ５０の測定面に当接させ、更に吸着ノズル２０が下方に押し込まれるとスライダ部２６に沿って弾性体２４が圧縮されるため、弾性体２４により荷重が発生する。
【００２６】
図４に示す如く、本実施形態の制御手段である制御装置６０は、記憶部５３と、コントローラ５４と、を備える。ここで、記憶手段である記憶部５３は、吸着ノズル２０毎の近似曲線式に関するデータや初期設定値などを記憶する。コントローラ５４は、荷重センサ５０、レーザ測定装置５１、操作部５２などからの入力信号を受け取り、記憶手段５３のデータを読み込み、Ｚ軸モータ５５や他のモータ５６を制御し、必要な情報をモニタ５７に出力するという、実装装置全体（図示せず）を制御する機能を有している。それと共に、本実施形態における記憶部５３のデータに基づいて指定された目標荷重になるようにＺ軸モータ５５を制御して、吸着ノズル２０の押し込み量を調整する機能を有している。
【００２７】
次に、本実施形態における近似曲線式の算出方法について、図５のフローチャートに従って説明する。近似曲線式の算出のための荷重測定動作が開始されると、Ｘ、Ｙ軸移動機構３０、４０により、図６（ａ）に示す如く、荷重センサ５０が配置された上方に吸着ノズル２０が移動する。そして、図６（ｂ）に示す如く、Ｚ軸モータ５５により、吸着端部２８を荷重センサ５０上面まで移動させる（ステップ１０）。次にＺ軸モータ５５により吸着ノズル２０を一定量押し込み（ステップ１１）、荷重を測定する（ステップ１２）。そして、最大押し込み可能量まで吸着ノズル２０を押し込んでいるかどうかを判断する（ステップ１３）、押し込んでいなければ、押し込み量が最大押し込み可能量になるまでステップ１１、１２を繰り返す。最大押し込み可能量まで吸着ノズル２０が押し込まれたら、押し込み下降を終了させ、押し込み量と測定荷重の結果から近似曲線式を算出し、その算出した係数およびその次数を部品実装装置の記憶部５３にセットする（ステップ１４）。セットし終わると近似曲線式の算出は終了となり、図６（ｃ）に示す如く、吸着ノズル２０は荷重センサ５０上面から離れて上昇することとなる。
【００２８】
前記最大押し込み可能量は、近似関数が１次の相関式ではないため、弾性体２４を構成する、例えばコイルばねが有する全たわみ量のうち、ばね定数で近似算出できる比例領域以上の広範囲の領域で設定制御が可能である。又、前記近似曲線式の係数は、例えば最小二乗法により近似的に求めることができる。又、前記一定量の押し込みは、例えば０．１ｍｍ毎に設定することができる。
【００２９】
続いて、本実施形態における荷重制御方法について説明する。例えば、近似曲線式が４次多項式Ｙ＝ａ＊Ｘ４＋ｂ＊Ｘ３＋ｃ＊Ｘ２＋ｄ＊Ｘ＋ｅ（Ｙ；目標荷重、Ｘ；押し込み量）で表される場合には、記憶した前記係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、近似曲線式の次数、目標荷重Ｙと、をコントローラ５４上に読み込み、上述の４次方程式から押し込み量Ｘを算出する。得られた押し込み量Ｘに相当する信号をコントローラ５４からＺ軸モータ５５のドライバに送り、吸着ノズル２０を基板１に対して所定量を押し込むことで荷重制御を行う。
【００３０】
前記目標荷重Ｙは、実装する部品と吸着ノズル２０により定められ、記憶部５３に予め記憶しておくか、あるいは操作部５２からコントローラ５４へ直接入力することができる。
【００３１】
図７に、本実施形態における近似曲線式と実測した荷重との関係の一例を示す。ここでは３３の測定点数が示されており、データテーブルを測定点に即して記憶部５３に保存するときには、総データ数は６６個となる。これに対して、近似曲線式が４次の多項式で表されるときには、記憶部５３に保存するデータはａ（＋０．０００４）、ｂ（−０．０２４６）、ｃ（＋０．３５５７）、ｄ（＋４．２６７４）、ｅ（＋１３１．０１）、次数（４）、の６個のデータですむこととなる。
【００３２】
このように、測定データをデータテーブルとして記憶する場合に対して、係数および次数を記憶するならば、記憶部５３は記憶容量を少なくすることができる。また、近似曲線式により目標荷重は設定制御されるので、迅速に一定の速度で処理がなされることとなる。そして、図４中の測定値に再現性のないデータが含まれていたとしも、近似式で補正荷重式が表現されるので、目標荷重の設定値は大きく影響を受けない。
【００３３】
近似曲線式は、搭載ヘッド１０毎、更には吸着ノズル２０毎に記憶しておくことで、より高精度な実装が可能である。
【００３４】
更に、繰り返して、例えば実装開始時、生産ロット毎、一定使用回数毎、一定時間経過毎に、近似曲線式を自動的に再算出することができる。これにより長期間の生産においても高精度な荷重制御を維持することが可能である。
【００３５】
次に、本実施形態における吸着ノズル２０の摺動状態を診断する方法について説明する。
【００３６】
その一つの方法は、記憶部５３に記憶されている以前の係数値と、最新の近似曲線式の算出により求められる係数値と、を比較するものである。比較は、同じ次数の近似曲線式で表されることを前提として、例えば一定回数毎、あるいは一定時間毎に行い、その変化が許容範囲を超えているか否かで診断を行う。または、例えば、累積使用時間あるいは累積使用回数における係数値と、吸着ノズル２０毎に設定した累積時間あるいは累積使用回数における基準係数と、を比較し、その変化が許容範囲を超えているか否かで診断を行う。
【００３７】
もう一つの方法について図８を用いて説明する。例えば、最大設定可能荷重Ｙｍｘ、最小設定可能荷重Ｙｍｎ、最大押し込み可能量Ｘｍｘ、最小押し込み可能量Ｘｍｎ、それぞれ、を図８に示す如く設定した場合において、Ｙｍｘ＜ａ＊（Ｘｍｘ）４＋ｂ＊（Ｘｍｘ）３＋ｃ＊（Ｘｍｘ）２＋ｄ＊（Ｘｍｘ）＋ｅ、あるいはＹｍｎ＞ａ＊（Ｘｍｎ）４＋ｂ＊（Ｘｍｎ）３＋ｃ＊（Ｘｍｎ）２＋ｄ＊（Ｘｍｎ）＋ｅとなるときには、吸着ノズル２０の摺動状態の診断結果は不良であるとする。この場合には、図８に示す如く、Ｙｍｘ＜ａ＊（Ｘｍｘ）４＋ｂ＊（Ｘｍｘ）３＋ｃ＊（Ｘｍｘ）２＋ｄ＊（Ｘｍｘ）＋ｅとなることが明らかである。このため、例えば目標荷重が２００ｇであり、この値が近似曲線式で荷重設定制御が可能であっても、吸着ノズル２０は不良と判断する。なお、図８に示す最大設定可能荷重Ｙｍｘ、最小設定可能荷重Ｙｍｎ、最大押し込み可能量Ｘｍｘ、最小押し込み可能量Ｘｍｎは、それぞれ、使用する弾性体２４の違いなどもあるため吸着ノズル２０毎に定めておき、予め記憶部５３に記憶しておくことができる。
【００３８】
このように、近似曲線式の算出時点で動作に支障のない荷重を設定制御可能であっても、吸着ノズル２０の不良状態を診断することで、生産途中で実装不良を起こす可能性のある吸着ノズル２０の事前交換が可能となる。このため吸着ノズル２０の将来予測される不良動作を未然に防止でき、効率的な実装機能を発揮できることとなる。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態について図９を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態とは異なり、複数の荷重センサ５０ａ、５０ｂを有する。図９（ａ）、（ｂ）は、低荷重センサ５０ａで近似曲線式を算出する場合の概略図、高荷重センサ５０ｂで近似曲線式を算出する場合の概略図を、それぞれ、示している。他の点については、第１実施形態の場合と同様であるため、説明は省略する。
【００４０】
ここで、例えば、低荷重センサ５０ａは部品にダメージを与えないように１００ｇから５００ｇまでを高精度に測定可能とし、高荷重センサ５０ｂは荷重をかけ圧着したいような場合に５００ｇから１ｋｇまでを測定可能とすることにより、吸着ノズル２０毎の個別情報を基に、荷重センサ５０ａ、５０ｂを自動的に使い分けることができる。
【００４１】
このように、低荷重用の荷重センサ５０ａと高荷重用の荷重センサ５０ｂを装備することで、広いレンジで荷重制御が可能となり、高精度な低荷重搭載、高荷重搭載の混載実装が可能となる。
【００４２】
なお、荷重センサ５０ａ、５０ｂは並べて配置することに限られない。吸着ノズル２０の移動可能範囲内であれば、互いに離れて配置されていても、当然に本実施形態に含まれる。またその数も２つに限定されるものではなく、３つ以上であっても本実施形態に含まれる。また、吸着ノズル２０毎に異なる荷重センサ５０ａ、５０ｂを使い分けるのではなく、一つの吸着ノズル２０で、荷重センサ５０ａ、５０ｂで近似曲線式を算出すれば、吸着ノズル２０の数を減らすことも可能で、1つの吸着ノズル２０でより幅広い荷重に対して対応できる。
【００４３】
以上、第１、第２実施形態により本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上述の実施形態に制限されるものではない。
【００４４】
例えば、前記近似曲線式は４次の近似曲線式だけに限られない。しかし、５次以上の多項式とするのは計算が煩雑となる割には精度向上が見込めないため、２次から４次の近似曲線式や対数関数等を使用することが好適である。例えば、近似曲線式を３次多項式Ｙ＝ａ＊Ｘ３＋ｂ＊Ｘ２+ｃ＊Ｘ＋ｄで表すときは、４次多項式よりも少ない実測点の押し込み量に対する荷重測定値を用いることで、全ての係数を求めることができ、荷重設定をより迅速にすることが可能である。また、前記一定量の押し込みは０．１ｍｍに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の部品実装装置の概略図
【図２】本発明が適用された部品実装装置の第1実施形態を模式的に示した図
【図３】第１実施形態の荷重測定手段が具備する荷重センサと吸着ノズル及び搭載ヘッドの関係を示した図
【図４】同じく部品実装装置の制御手段である制御装置を示すブロック図
【図５】同じく荷重測定動作の概要を示す図
【図６】同じく近似曲線式の算出方法を示すフローチャート
【図７】同じく近似曲線式と実測した荷重との関係の一例を示すグラフ
【図８】同じく吸着ノズルの摺動状態を診断する方法の一例
【図９】本発明の第２実施形態における荷重センサの概略図
【符号の説明】
【００４６】
１…基板
１０…搭載ヘッド
１２…シャフト
２０…吸着ノズル
２２…ノズル本体
２４…弾性体
２６…スライダ部
２８…吸着端部
３０…Ｘ軸移動機構
４０…Ｙ軸移動機構
５０、５０ａ、５０ｂ…荷重センサ
５２…操作部
５３…記憶部
５４…コントローラ
５５…Ｚ軸モータ
６０…制御装置
【図１】
2008227140.tif 000003
【図２】
2008227140.tif 000004
【図３】
2008227140.tif 000005
【図４】
2008227140.tif 000006
【図５】
2008227140.tif 000007
【図６】
2008227140.tif 000008
【図７】
2008227140.tif 000009
【図８】
2008227140.tif 000010
【図９】
2008227140.tif 000011