(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を吸着し回路基板上へ部品を装着するヘッド部と、前記ヘッド部をＸ方向、Ｙ方向に移動位置決めさせるＸＹロボットと、前記各部を制御するコントローラとを備えた部品実装機における部品実装方法であって、
前記コントローラが、回路基板の待機状態であることを検出すると、前記ＸＹロボットに設定された移動範囲の往復動作を行なわせるエージング動作が必要か否かを判定し、
必要と判定した場合には、前記エージング動作を行うことを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
エージング動作が必要か否かの判定において、
前回の回路基板への実装終了からの経過時間または各部の温度によりエージング動作が必要か否かを判定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】
エージング動作が必要か否かの判定において、装着精度の維持を優先するか、または、生産稼働率の維持を優先するかの判断により判定する請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項４】
回路基板が搬入される場合に、前記コントローラにより、前記エージング動作により温度が定常状態に回復していないと判断した場合には、回路基板の搬入を止めて、定常状態に回復するまで前記エージング動作を続け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５】
エージング動作についてのＸＹロボットの往復動作の移動範囲もしくは移動速度は、各部の温度が定常状態より低下した度合い、もしくは次の運転開始までの時間に基づき決定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６】
部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を吸着し回路基板上へ部品を装着するヘッド部と、前記ヘッド部をＸ方向、Ｙ方向に移動位置決めさせるＸＹロボットと、前記各部を制御するコントローラとを備えた部品実装機であって、
前記コントローラは、回路基板の待機状態であることを検出すると、前記ＸＹロボットに設定された移動範囲の往復動作を行なわせるエージング動作が必要か否かを判定し、必要と判定した場合には、前記エージング動作を行うように制御することを特徴とする部品実装機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をはじめとする部品を回路基板上に実装する部品実装方法及び部品実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品実装機について、図１０を参照して説明する。図１０において、１はＸＹロボットで、ノズル２を備えたヘッド部３を任意の位置に位置決めするように構成されている。ヘッド部３を移動させ、ノズル２にて部品供給部４より装着する電子部品５を吸着し、位置決めテーブル６に固定された回路基板７上の装着位置まで移動させ、ノズル２で吸着した電子部品５を回路基板７に装着する。
【０００３】
回路基板７上に装着される電子部品５は、高密度実装に伴って高精度な装着精度が要求される（一例として±２５μｍ）。例えば、最近では縦０．６ｍｍ×幅０．３ｍｍの微小チップ部品があり、この部品の場合、±２５μｍを超えて実装位置がずれると、部品の電極と回路基板上のランドとの接合が不安定になる可能性が高くなる。しかし、環境温度変化やマシンの立ち上がり時の駆動モータ等による熱、Ｘ軸／Ｙ軸ロボットの摺動部に発生する熱などによる温度変化に伴って発生するＸ軸ロボット、Ｙ軸ロボット、カメラＣＣＤの中心位置、マシンフレーム各部の位置変化を生じ、そのため環境温度変化などの影響によって予め設定された装着中心点が変化してしまい、装着精度が悪くなるという現象が発生する。
【０００４】
この現象について、図１１を参照しながら、具体事例を説明する。
【０００５】
図１１に示すように、Ｘ軸ロボット１ａはモータ３０によりヘッド部３をＸ軸方向に駆動し、Ｙ軸ロボット１ｂ−１、１ｂ−２はＸ軸ロボット１ａをその両端部を支持して、Ｙ方向（図１１では紙面に垂直な方向）に駆動する。そして通常は、Ｘ軸ロボット１ａの一端部、例えば、Ｙ軸ロボット１ｂ−１側はＸ方向には固定されるが、Ｘ軸ロボット１ａの他端部、すなわちＹ軸ロボット１ｂ−２側はＸ方向にスライド可能に支持された構成となっている。
【０００６】
ここで、Ｘ軸ロボット１ａは、ヘッド部３をモータ３０によりＸ方向へ移動させるので、モータ３０による熱およびヘッド部３が摺動することによる摩擦熱を受ける。また、Ｘ軸ロボット１ａ自身がＹ軸ロボット１ｂ−１、１ｂ−２上を摺動することによる摩擦熱も受ける。これらの熱を受けて温度が上昇することにより、Ｘ軸ロボット１ａは膨張し、特にＸ方向については、Ｙ軸ロボット１ｂ−２側にΔＸ1だけ伸びる。このＸ軸ロボット１ａの膨張により、ヘッド部３もＸ方向に破線で示すように変位し、その結果、ノズル２はＸ方向にΔＸ2だけ変位する。
【０００７】
以上、Ｘ軸ロボットの熱膨張によるノズル２の変位について説明したが、Ｙ軸ロボット１ｂ−１、１ｂ−２、それを支持するフレーム等もそれぞれ発熱を受けて同様に膨張するので、これらによる変位も当然に加わる。
【０００８】
上記ノズル２の変位はごく微小なものだが、要求される装着精度を超えると、無視できないものとなる。
【０００９】
従来の電子部品実装機においては、この温度変化による装着精度の悪影響を無くすため、自動キャリブレーション機能が設けられている。自動キャリブレーション機能は、規定された実装精度を保つために行う機能であり、予め設定された温度変化値又は時間経過値によって必要に応じて自動的にキャリブレーション動作を行うものである。キャリブレーション機能は、ヘッド部３のノズル２にノズルの中心を判別できる治具を着け、この治具をカメラ上の所定位置に位置決めして撮像することにより、位置決め指令した座標値とカメラで撮像しノズルの中心を認識した座標値のずれ量を求めて、各マシンのメカニカル原点に対してのオフセット量（温度変化による変位量）を更新する機能であり、これを自動的に行うように構成されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成ではキャリブレーション治具によりマシンのメカニカル原点に対するオフセット量を求めていたが、そのオフセット量は、各ユニット（ヘッド部３、ＸＹロボット１、カメラ部等）毎の温度変化によるオフセット量が加算されたものである。各ユニット毎のオフセット量は測定する度にばらつきがあり、そのメカニカルなばらつきが加算されるため、各ユニット部のオフセット量の誤差が発生し、キャリブレーションにより求めたオフセット値で補正しても電子部品の装着精度が悪くなるという問題があった。
【００１１】
また、ヘッド部３には複数種類のノズル２があり、カメラ部も大視野用、小視野用等の複数の種類があり、その複数の種類毎にオフセット値を求めるため、ノズル、カメラの種類毎にキャリブレーション動作を行う必要があり、そのためキャリブレーション動作に時間がかかりすぎ、生産性が悪くなるという問題があった。
【００１２】
また、機種切替の間の長時間マシンを停止すると、実装再開時にマシン温度状態が変化し、装着精度に影響するという問題があった。すなわち、マシンの長時間停止後に生産を再開すると、温度変化に立ち上がりを生じて急激に温度が変化し、その状態では従来のキャリブレーション機能にて真のオフセット値を求めても、継続して温度変化があるためオフセット値が直ぐに変化し、キャリブレーションで求めたオフセット値が追従できない。よって、各ユニット部のオフセット値を再度求めないと、キャリブレーション精度を確保することができないという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、温度変化に伴う電子部品の装着位置ずれを防止するとともに生産性を向上できる電子部品実装方法及び実装機を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を吸着し回路基板上へ部品を装着するヘッド部と、前記ヘッド部をＸ方向、Ｙ方向に移動位置決めさせるＸＹロボットと、前記各部を制御するコントローラとを備えた部品実装機における部品実装方法であって、前記コントローラが、回路基板の待機状態であることを検出すると、前記ＸＹロボットに設定された移動範囲の往復動作を行なわせるエージング動作が必要か否かを判定し、必要と判定した場合には、前記エージング動作を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、部品を供給する部品供給部と、前記部品供給部から部品を吸着し回路基板上へ部品を装着するヘッド部と、前記ヘッド部をＸ方向、Ｙ方向に移動位置決めさせるＸＹロボットと、前記各部を制御するコントローラとを備えた部品実装機であって、前記コントローラは、回路基板の待機状態であることを検出すると、前記ＸＹロボットに設定された移動範囲の往復動作を行なわせるエージング動作が必要か否かを判定し、必要と判定した場合には、前記エージング動作を行うように制御することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子部品実装機の各実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。図１は、電子部品実装機の構成を示す。図１において、１はＸＹロボットで、ノズル２を備えたヘッド部３を任意の位置に位置決めするように構成されている。ＸＹロボット１はヘッド部３をＸ方向に位置決めするＸ軸ロボット１ａとヘッド部３をＹ方向に位置決めするＹ軸ロボット１ｂ（１ｂ−１、１ｂ−２）を備え、ヘッド部３はノズル２をＺ方向に昇降位置決めするＨ軸ロボット（図２参照）を備えている。４は装着する電子部品５を供給する部品供給部である。６は位置決めテーブルで、回路基板７をＹ方向の所定位置に位置決めして静止するように構成されている。８は前工程からの回路基板７を受け入れるローダ部、９は実装後の回路基板７を次工程に移すまで待機させるアンローダ部であり、図示していないが、搬送レールに沿って設けられ、モータ駆動されるベルトにて回路基板７を搬送するように構成されている。１０は、以上の各ユニット部１、３、４、６、８、９の動作制御を行うコントローラ、１１はＮＣプログラムの入力等を行う操作部である。１２は部品供給部４からノズル２で吸着した電子部品５を認識する部品認識カメラ部、１３は交換用のノズルを設置したノズルステーションである。
【００１８】
次に、電子部品実装機の制御構成について、図２を参照しながら説明する。
【００１９】
コントローラ１０は、図に示す各部の動作または処理の制御を行う。
【００２０】
Ｘ軸ロボット１ａは、コントローラ１０の制御を受けて、モータによるボールネジの回転駆動によりヘッド部３をＸ方向に移動させる。Ｙ軸ロボット１ｂ−１、１ｂ−２は、コントローラ１０の制御を受けて、モータによるボールネジの回転駆動により、両端を支持したＸ軸ロボットをＹ方向に移動させる。これにより、ヘッド部３のノズル２は、ＸＹ平面を移動し位置決めできる。ここで、Ｘ軸ロボット１ａ、Ｙ軸ロボット１ｂ−１、１ｂ−２はリニアモータにより駆動するものであってもよい。
【００２１】
Ｈ軸ロボット３１は、コントローラ１０の制御を受けて、ノズル２をＺ方向に昇降させる。θ軸ロボット３２は、コントローラ１０の制御を受けて、ノズル２を、その吸着した部品の装着角度に合致するように、ノズル２の軸心まわりに回転させる。
【００２２】
位置決めテーブル６、ローダ部８、アンローダ部９は、コントローラ１０の制御を受けて、モータにより搬送ベルトを駆動し、回路基板７を搬送する。
【００２３】
各部品供給部４は、コントローラ１０の制御を受けて、モータ駆動により部品の一定間隔に収納した収納テープを部品のピッチ毎に送ることにより、順次部品を供給する。
【００２４】
部品認識カメラ部１２は、コントローラ１０の制御を受けて、部品認識カメラ部１２上にヘッド部３により移動された部品のノズル２による吸着位置および姿勢を撮像する。その撮像した画像は、部品認識処理部３５へ入力される。部品認識処理部３５は、入力された画像を処理し、部品中心とノズル中心とのずれおよび部品の回転ずれを検出する。コントローラ１０は、この検出したずれ量を補正した位置・角度で回路基板上に装着するように、Ｘ軸ロボット１ａ、Ｙ軸ロボット１ｂ−１、１ｂ−２、θ軸ロボット３２に指令を送る。
【００２５】
以上の構成の電子部品実装機において、その動作の概略を説明する。電子部品実装機において、電子部品５を回路基板７に実装する際には、回路基板７をローダ部８から位置決めテーブル６上に搬入し、所定位置に位置決めして固定し、その状態でヘッド部３を移動させ、ノズル２にて部品供給部４より装着する電子部品５を吸着し、位置決めテーブル６上に固定された回路基板７上の装着位置まで移動させ、ノズル２で吸着した電子部品５を回路基板７に装着する。電子部品５を装着した後の回路基板７は、アンローダ部９にて次工程に向けて搬出する。上記のような実際に回路基板に部品を実装する動作は、コントローラ１０中の実動作部４０により制御される。
【００２６】
以上説明した電子部品実装機において、運転開始時から各ユニットの温度が上昇する。温度の上昇により、各ユニットに熱膨張または、膨張に伴うたわみが発生し、ノズル２の位置に変位が生じる。その状況を図５に示す。図５は運転開始からの時間の経過に伴ってのＸＹロボット１の温度変化の様子を示すと共に、Ｘ軸ロボット１ａ、Ｙ軸ロボット１ｂ、部品認識カメラ１２のＸ方向およびＹ方向のそれぞれのずれ量（変位）の変化の様子を示している。図５に示すように、運転開始時からＸＹロボット１の温度が上昇し、それに伴って、特にＹ軸ロボット１ｂのずれ量も増加する。しかし、所定時間経過すると、温度・ずれ量ともに定常状態になる。
【００２７】
従って、運転開始時からこの定常状態になるまでの立上がり時間を短くし、運転時に常に定常状態を維持するようにすれば、ノズル２のオフセット量（温度変動による変位量）を定常状態に保つことができ、高い装着精度を確保できる。
【００２８】
次に、上記のような定常状態を維持するための、電子部品実装機の動作を説明する。
【００２９】
次の回路基板７がローダ部８に待機されていない場合及びローダ部８で待機している次の回路基板７が位置決めテーブル６上に搬入される間には、図３に矢印で示すように、ＸＹロボット１のＸ軸ロボット１ａ、Ｙ軸ロボット１ｂ及びヘッド部３におけるノズル２のＺ方向の昇降動作を行うＨ軸ロボットがメカニカル原点から最大移動量又は適宜に設定された移動範囲の往復動作を行うエージング動作を自動的に行う。このエージング動作により、各ユニットの温度、ずれ量を運転時の定常状態に維持させ、高精度な位置決めを確保することができる。このようなエージング動作は、コントローラ１０中のエージング部４１により制御される。
【００３０】
次に、このエージング動作を行う制御手順について、図４を参照しながら説明する。図４に示すように、コントローラ１０（エージング部４１）が回路基板７の待機状態であることを検出すると（ステップ＃１）、前回の回路基板への実装終了からの経過時間または各ユニット部（ヘッド部３、ＸＹロボット１、部品認識カメラ部１２等）の温度によりエージングが必要か否かを判定し（ステップ＃２）、エージングが必要と判定した場合は、エージング動作指令を出力し、上記のようにＸＹロボット１のＸ軸、Ｙ軸及びヘッド部３のＨ軸でエージング動作を行う。エージングが不要と判定した場合は、実動作部による制御に切替えて、回路基板７が搬入されるまで、エージングを行うことなく待機する。エージング動作をしている場合に、その後回路基板７が位置決めテーブル６上に搬入されるとエージング動作を停止し（ステップ＃３）、その後上記のように電子部品５の実装を行う実動作に入る（実動作部４０による制御に切替える）（ステップ＃５）。このようにエーシング動作を行うことで、各ユニット部の温度変化によるメカニカルな位置精度の低下が防止される。
【００３１】
なお、上記エージング動作は、待機時間や温度変化等に基づいてコントローラ１０からエージング動作指令が出力されている間に行われるようにすることができる。
【００３２】
また、ステップ＃４において、回路基板７が搬入される場合に、エージングにより温度・ノズル２のオフセット量が定常状態に回復していないと、コントローラ１０が判断した時は、装着精度の維持を優先して、回路基板７の搬入を止めて、定常状態に回復するまで、エージング動作を続けることもできる。この装着精度の維持と生産稼動率の維持のいずれを優先するかは、予め、操作部１１からコントローラ１０に設定することができる。
【００３３】
また、エージング動作についての往復動作の移動範囲や移動速度は、各ユニットの温度が定常状態より低下した度合、および、次の運転開始までの時間を見て決定することができる。例えば、次の運転開始までの時間内で温度が定常状態に回復できるように往復動作の移動範囲や移動速度を判断して設定する。往復動作の移動範囲を大きくする程、移動速度を速くする程、定常状態への回復が早くなる。
【００３４】
また、各ユニット部の温度の検出方法またはその構成は、各ユニット部の温度が検出できるのであれば、どのようなものでも構わない。温度を検出するのではなく、ノズル２のオフセットの変動を監視し、検出するものであっても構わない。温度を検出する具体構成事例については、後続の実施の形態で説明する。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に、機種切替え等のためにマシンを停止させている状態の時にエージング動作を行う第２の実施形態について説明する。
【００３６】
マシンの初期設定時に、機種切替え時にエージングモード有効として予め設定しておくことにより、マシンの機種切替え時にエージング動作が実行される。その際に、コントローラ１０による時間管理または温度管理によって、ある一定時間のマシン停止または一定の温度変化があったときにエージング動作が実行されるように構成されている。
【００３７】
本実施形態によれば、マシン停止時にもマシンのメカニカル原点に対してのオフセット量が変化するのを防止できる。
【００３８】
また、上記自動エージングに代えて、操作部１１の所定のエージング動作用のスイッチをオン・オフすることで、エージング動作を、動作／停止させることができるように構成することもでき、これによってスイッチ操作にてエージング機能を簡易的に実行することができる。
【００３９】
また上記スイッチ操作によりマニュアルでエージングを動作／停止させるか、コントローラ１０の判断で自動でエージングを動作／停止させるかの切替を予め所定のスイッチを設定することにより可能である。
【００４０】
（第３の実施形態）
次に、マシン作動開始後の時間経過と温度状態及び精度状態の変化の関係により、自動的にエージング動作を起動制御する第３の実施形態について、図５、図６を参照して説明する。
【００４１】
マシンの立ち上げ状態においては、図５に示すように、装置の温度上昇が始まる。この温度上昇によりメカニカルな変動を生じ、メカニカル原点に対する各ユニット部の中心座標が変化し、装着位置ズレ量が発生する。
【００４２】
図５においては、マシンの立ち上がりから温度上昇が始まり、２時間後に温度上昇が飽和し、装着位置ズレも同様に２時間後に安定領域に入る。そこで、図６に示すように、例えば要求される装着精度が±２５μｍの場合、それに対応する温度の飽和状態を含む許容温度変動範囲Ａを設定すると、その許容温度変動範囲Ａ内の温度であれば装着精度に対する影響は問題ないので、エージング動作によって温度が許容温度変動範囲Ａに入った時点で、エージングを終了して実生産に入ることによって装着精度を確保することができる。
【００４３】
次に、温度飽和状態のマシンが基板待ち状態、または機種切替え時の段取り替え状態などのためにマシンが停止した場合、コントローラ１０は予め記憶されたデータベースよりエージングを行う時間と温度上昇との相関関係を推定し、許容温度変動範囲Ａと現在の温度を参照してエージング動作を行うかどうかの判断を行う。
【００４４】
このように温度と装着精度の相関を求めてエージング動作を制御することによって最適状態でのエージング動作起動が可能となる。
【００４５】
また、上記において、エージング動作時間を計測し、またはエージングにより各ユニット部の温度がどうなったかを計測しながら、コントローラ１０が許容範囲Ａに入ったことを判断した時は、エージングを停止するようにし、効率的にエージングを行うこともできる。
【００４６】
（第４の実施形態）
次に、マシンの所要のユニット部に温度センサが搭載され、各ユニット部の温度状態を確認してエージング動作起動の判断を適切にした第４の実施形態について図７、図８を参照して説明する。
【００４７】
図７に示すように、ＸＹロボット部１のＸ軸ロボット１ａ、Ｙ軸ロボット１ｂ、ヘッド部３、部品認識カメラ部１２等の各ユニット部に温度センサ１４が取付けられ、また操作部１１にて、操作画面から図８に示すような各ユニット部毎にエージング動作を起動する際の基準となる装着精度に影響する温度を予め設定するように構成されている。そして、各ユニット部における検出温度がこの予め設定した精度影響温度より低い温度状態になると、コントローラ１０にて自動エージング動作を起動するように構成されている。図７において、１２ａは部品認識カメラ部１２のサポート、１３はノズルステーションである。
【００４８】
これによって、例えば部品認識カメラ部１２の精度影響温度が２５℃に設定された場合に、その温度から低い温度を温度センサ１４が検出した時に自動的にエージング動作に入ることによって、装着精度が確保されるように自動的にエージング動作が行われる。
【００４９】
また、上記実施形態では、各ユニット部の温度が低下したときにエージングを行うことによって実装動作時にユニット部が許容温度変動範囲Ａとなるようにする例を説明したが、所要のユニット部に温度センサとヒータ機構を配設し、実装動作停止時に所要のユニット部の温度をヒーター機構により自動的に一定に保持するように構成し、温度変化による装着精度の影響を無くすようにすることもできる。
【００５０】
また、図９（ａ）に示すように、検出した温度の推移を操作部１１の操作画面またはモニタ専用画面に表示することもできる。この場合、各時刻毎に各ユニットの温度が定常状態の許容範囲Ａに入っているかを一目でわかるように表示し、監視することができる。もし、図９（ｂ）のように許容範囲Ａより温度が低くなったら、画面上に警告表示をして、作業者にエージング動作をさせるように促すこともできる。
【００５１】
このように監視することにより、作業者は、エージングの要／不要を的確に判断することができる。
【００５２】
もちろん、上記の様な監視画面で監視可能になっていても、エージングの要／不要をコントローラ１０が判断することもできる。
【００５３】
また、このような温度の推移を記憶し、蓄積しておけば、装着精度が低下した原因分析する時に用いることもできる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の部品実装方法及び部品実装機によれば、回路基板が待機状態のとき、ＸＹロボットに設定された移動範囲の往復動作を行なわせるエージング動作が必要か否かを判定し、必要と判定された場合にのみ前記エージング動作が行なわれるので、キャリブレーション動作を低減して生産性を向上するとともに装着精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の部品実装機の概略構成を示す斜視図である。
【図２】同実施形態における制御ブロック図である。
【図３】同実施形態におけるエージング動作の説明図である。
【図４】同実施形態におけるエージング動作フロー図である。
【図５】マシン起動後の時間経過と装置温度の変化および各ユニット部のズレ量の変化との関係を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるエージング動作制御の説明図である。
【図７】本発明の第４の実施形態における温度センサの配設状態の説明図である。
【図８】同実施形態における操作画面による温度設定画面の説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態におけるエージング動作制御の説明図である。
【図１０】従来例の部品実装機の概略構成を示す斜視図である。
【図１１】従来例のヘッド部およびＸＹロボットの温度変化による変位を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ＸＹロボット（ユニット部）
３  ヘッド部（ユニット部）
５  電子部品
６  位置決めテーブル
７  回路基板
１０  コントローラ
１１  操作部
１２  部品認識カメラ部（ユニット部）
１４  温度センサ
４０  実動作部
４１  エージング部
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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