(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品供給部から移載ヘッドの吸着ノズルによって電子部品を真空吸着によりピックアップして基板に実装する電子部品実装装置において、基板位置決め部に位置決めされた前記基板上面の高さ位置を検出する電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法であって、前記移載ヘッドを基板の上方に位置させた状態で真空吸引源を駆動して吸着ノズルから真空吸引しながら、吸着ノズルを昇降させる昇降手段を駆動して吸着ノズルを基板に対して下降させるとともに、吸着ノズルと真空吸引源とを接続する真空吸引回路に介設された流量センサによって前記吸着ノズルから吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測する工程と、流量計測結果が予め設定された前記吸着ノズルの下端部が基板に当接したタイミングにおける前記真空吸引回路内を通過する空気の流量になったタイミングを求めこのタイミングにおける前記昇降手段の高さ指示値を基板上面高さとして出力する工程とを含むことを特徴とする電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を実装する基板上面の実装高さ位置を求める電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法に間するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する実装動作においては、電子部品を保持した吸着ノズルを基板に対して下降させることにより、電子部品を基板上面に着地させて搭載する。この電子部品の着地を電子部品に対する衝撃や位置ずれを生じることなく良好に行うためには、電子部品を過不足なく基板上面に対して接近させるために、実装高さ位置、すなわち吸着ノズルの下降目標高さ位置を数値データとして正確に設定する必要がある。
【０００３】
従来よりこの実装高さ位置を設定するに際しては、電子部品実装対象の基板の厚み寸法が基板種類によって異なることから、基板の種類が変わるたびに基板厚みデータを入力することにより、基板ごとの厚み差を補正するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記方法では、部品データとして与えられる基板厚みデータがばらつきによって実物基板の厚みと正確に一致しない場合や、データ入力時のミスなど、実際の厚み寸法との誤差が生じる場合がある。このような場合には設定された実装高さ位置は当然のことながら正しくなく、実装不具合が生じる。
【０００５】
たとえば設定される実装高さ位置が高すぎる場合には、吸着ノズルに保持された電子部品は基板上面に着地しないまま落下し位置ずれを生じる原因となる。また実装高さ位置が低すぎる場合には、電子部品が基板上面に当接した後にもなお吸着ノズルが下降する結果、電子部品を過大な押圧力で基板に押しつけることになる。このように、従来の電子部品実装方法においては、基板上面の実装高さ位置の設定に起因して実装不具合を生じる場合があるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、基板上面高さを正確に検出して実装高さ位置の設定を自動的に行うことを可能とする電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法は、部品供給部から移載ヘッドの吸着ノズルによって電子部品を真空吸着によりピックアップして基板に実装する電子部品実装装置において、基板位置決め部に位置決めされた前記基板上面の高さ位置を検出する電子部品実装装置における基板上面高さの検出方法であって、前記移載ヘッドを基板の上方に位置させた状態で真空吸引源を駆動して吸着ノズルから真空吸引しながら、吸着ノズルを昇降させる昇降手段を駆動して吸着ノズルを基板に対して下降させるとともに、吸着ノズルと真空吸引源とを接続する真空吸引回路に介設された流量センサによって前記吸着ノズルから吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測する工程と、流量計測結果が予め設定された前記吸着ノズルの下端部が基板に当接したタイミングにおける前記真空吸引回路内を通過する空気の流量になったタイミングを求めこのタイミングにおける前記昇降手段の高さ指示値を基板上面高さとして出力する工程とを含む。
【０００８】
本発明によれば、吸着ノズルから真空吸引しながら吸着ノズルを基板に対して下降させるとともに、流量センサによって吸着ノズルから吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測し、流量計測結果が予め設定された前記吸着ノズルの下端部が基板に当接したタイミングにおける前記真空吸引回路内を通過する空気の流量になったタイミングを求めこのタイミングにおける前記昇降手段の高さ指示値を基板上面高さとして出力することにより、基板上面高さを正確に検出して実装高さ位置の設定を自動的に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの断面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の吸引・制御系の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における真空吸引回路の流量データの説明図、図５、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における基板上面高さ検出処理の説明図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して電子部品実装装置について説明する。図１において、電子部品実装装置１は、Ｘ方向に配設された搬送路２を備えており、搬送路２は基板３を搬送し位置決めする基板位置決め部となっている。搬送路２の手前側には、電子部品の部品供給部４が配置されており、部品供給部４にはテーピングされた電子部品を供給するテープフィーダ５が多数並設されている。
【００１１】
搬送路２および部品供給部４の上方には、移載ヘッド６が図示しない水平移動手段によって水平移動可能に装着されている。移載ヘッド６は複数の吸着ノズル１８（図２、図３参照）を備えたマルチ型ヘッドであり、吸着ノズル１８によりテープフィーダ５のピックアップ位置から電子部品をピックアップし、搬送路２上の基板３に移載する。
【００１２】
搬送路２と部品供給部４の間の移載ヘッド６の移動経路上には、ラインカメラ７が配設されている。電子部品を保持した移載ヘッド６をラインカメラ７の上方を水平移動させながら、ラインカメラ７の光学系を介して入光する光を１次元のラインセンサで受光することにより、電子部品を撮像し認識する。
【００１３】
次に図２を参照して移載ヘッド６について説明する。図２において、移載ヘッド６はＺ軸テーブル１０に装着されている。Ｚ軸テーブル１０は、モータ１１によって回転駆動される送りねじ１２と送りねじが螺合するナット部材１２ａを備えており、Ｚ軸駆動部１９によってモータ１１を回転駆動することにより、移載ヘッド６は昇降する。
【００１４】
モータ１１はエンコーダ１１ａを備えており、エンコーダ１１ａのパルス信号を高さ検出部２０が受信することにより、移載ヘッド６のＺ軸方向位置、すなわち高さ位置が検出される。高さ位置検出結果は、制御部２５に送られる。そしてこの高さ位置検出結果に基づいて、制御部２５がＺ軸駆動部１９を制御することにより、移載ヘッド６を任意の高さ位置を目標として上昇、または下降させることができる。
【００１５】
移載ヘッド６は箱型部材１３に結合された昇降ブロック１４を備えており、箱型部材１３の上面には、円周上の等配位置に６本のエアシリンダ１５が配設されている。エアシリンダ１５は両ロッドタイプであり、上下両方向にロッド１５ａが突出している。下方に突出したロッド１５ａは、ノズル昇降ロッド１６と回転自在に結合されており、ノズル昇降ロッド１６は昇降ブロック１４の下端部から下方に突出して設けられた装着部１７に結合されている。装着部１７には吸着ノズル１８が着脱自在に装着される。吸着ノズル１８には吸着孔１８ａが設けられており、吸着孔１８ａから真空吸引することにより、下端部の吸着面に電子部品を吸着保持する。
【００１６】
上記構成において、エアシリンダ１５を駆動することにより、吸着ノズル１８は移載ヘッド６に対して個別に所定ストロークだけ上下動する。すなわち、Ｚ軸テーブル１０は吸着ノズル１８を昇降させる昇降手段となっており、エアシリンダ１５は個別上下動手段となっている。高さ検出部２０は、Ｚ軸テーブル１０のエンコーダ１１ａからの高さ情報に基づき、図２に示すように、エアシリンダ１５によって下降した状態の吸着ノズル１８の下端部の高さ位置Ｚｎ（Ｚ軸駆動部１９の座標系におけるＺ座標値）を、高さ指示値として出力する。
【００１７】
ここで図３を参照して、吸着ノズル１８から真空吸引する真空吸引・制御系の構成について説明する。図３に示すように、吸着ノズル１８が装着される装着部１７には真空バルブ２１が接続されており、真空バルブ２１は真空吸引源である真空ポンプ２３に接続されている。装着部１７に吸着ノズル１８が装着された状態で真空ポンプ２３を駆動し、真空バルブ２１を開状態にすることにより、吸着ノズル１８の下端部の吸着面に設けられた吸着孔１８ａより真空吸引する。
【００１８】
吸着ノズル１８から真空ポンプ２３に至る回路は、真空吸引時に空気が通過する真空吸引回路となっている。装着部１７には、フィルタ２８が内蔵されており、吸着ノズル１８から吸引された空気がフィルタ２８を通過することにより、真空吸引時に空気とともに吸引された異物がフィルタ２８によって捕集される。
【００１９】
真空バルブ２１と真空ポンプ２３の間の真空吸引回路には、流量センサ２２が介設されている。流量センサ２２は、内部を流れる流体の温度差を検出することにより、真空吸引によって単位時間当たりに真空吸引回路内を流れる空気の量を連続的に計測する。流量センサ２２の計測結果は、判定部２４に送られる。
【００２０】
判定部２４は、流量センサ２２の流量計測結果を記憶部２６に記憶されている流量データと比較することにより、吸着ノズル１８の下端部における電子部品の有無や吸着状態などの、真空吸引系の状態の判定を行う。また判定部２４は連続的に計測される流量計測結果を監視し、流量計測値が所定値に到達したタイミングを検出する。判定結果や検出されたタイミングは制御部２５に送られる。
【００２１】
制御部２５は判定結果に基づいて報知部２７を制御することにより、ピックアップミスや持ち帰り部品検出などの報知を行うとともに、検出されたタイミングにおけるＺ軸テーブル１０の高さ指示値をノズル高さデータとして記憶部２６に記憶する。
【００２２】
次に図４を参照して、吸着ノズル１８から真空ポンプ２３によって真空吸引を行う真空吸引回路の流量データについて説明する。図４は、流量センサ２２によって計測される流量と、真空吸引系の状態、すなわち電子部品実装装置の保守点検時や稼動状態において真空吸引系に発生しうる各種の状態と、真空吸引回路の流量との対応関係を示したものである。流量軸上に設定されたｆ０〜ｆ５は、各状態を判定するしきい値として設定される流量データであり、各状態を実際に再現した上で流量センサ２２で得られる実測データに基づいて設定される。
【００２３】
ここで真空吸引系の状態として、［吸着ノズル無し］、［フィルタ目詰まり］、［吸着ノズル装着異常］、［部品無し］、［部品吸着状態異常］、［部品正常吸着］および［吸着面当接］の７つの状態が想定されている。以下、各状態と流量データとの対応について説明する。
【００２４】
［吸着ノズル無し］は、装着部１７に吸着ノズル１８が装着されていない状態を示しており、この状態では装着部１７内の内部孔が開放されたままとなることから、真空吸引回路内を流れる流量は最も大きくなる。ここでは、流量計測結果がノズル無し流量ｆ０以上であれば、吸着ノズル無しと判定される。この［吸着ノズル無し］から、以下に説明する各状態の順に、真空吸引回路の開度は減少して閉状態の度合いが大きくなり、それぞれのしきい値の値も低下する。
【００２５】
［フィルタ目詰まり］は、装着部１７内のフィルタ２８に捕集された異物量が増加し、真空吸引時の圧力損失がフィルタ２８の交換もしくは清掃を必要とする程度まで増大したことを示している。ここでは装着部１７に吸着ノズル１８が装着されていない状態での流量計測結果がフィルタ目詰まり流量ｆ１以下であれば、フィルタ目詰まりと判定される。
【００２６】
［吸着ノズル装着異常］は、装着部１７の吸着ノズル１８が装着されているものの、装着孔周囲への異物の噛み込みなどの不具合によって、リークを生じている状態を示す。装着部１７に吸着ノズル１８が装着された状態での流量計測結果がノズル異常流量ｆ２以上であれば、吸着ノズル装着異常と判定される。
【００２７】
［部品無し］は、真空吸引回路が吸引状態にあるにもかかわらず吸着ノズル１８の吸着面に電子部品が存在しない状態を示している。同様に装着部１７に吸着ノズル１８が装着された状態での流量計測結果が部品無し流量ｆ３以上であれば、部品無しと判定される。
【００２８】
［部品吸着状態異常］は、吸着ノズル１８の吸着面に電子部品が存在するものの、吸着位置や姿勢が正常でなく吸着孔１８ａからの過度のリークが生じている状態を示している。吸着ノズル１８が装着され部品吸着状態における流量計測結果が吸着異常流量ｆ４以上であれば、部品吸着状態異常と判定される。
【００２９】
［部品正常吸着］は、吸着ノズル１８によって電子部品が正常に吸着保持されている状態を示しており、同様に部品吸着状態における流量計測結果が吸着異常流量ｆ４に満たなければ、部品正常吸着と判定される。そして、［吸着面当接］は、移載ヘッド６を下降させ、吸着ノズル１８の吸着面を基板上面や計測基準面などの平坦な固体面に当接させて押圧し、吸着面の吸着孔１８ａが塞がれている状態を示している。流量計測結果が吸着面当接流量ｆ５以下であれば、吸着面当接であると判定する。この判定は、吸着ノズル１８の吸着高さ検出や基板上面高さ検出に用いられる。そして、流量零は、真空吸引回路が完全閉塞されている状態に対応している。
【００３０】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下電子部品搭載動作における基板上面高さ検出動作について図５，図６を参照して説明する。実装作業の開始に先立って、まず実装対象の基板３を搬送路２に位置決めし下面を下受けする。そして移載ヘッド６を基板３（基板厚み寸法Ｔ１）上に移動させ、６個の吸着ノズル１８のうち基準となる吸着ノズル１８をエアシリンダ１５によって下降させた状態で、Ｚ軸テーブル１０によって、図５（ａ）に示すように吸着ノズル１８を基板３に対して徐々に下降させる。
【００３１】
そしてこの吸着ノズル１８の下降時には、真空バルブ２１を開にして吸着ノズル１８の下端部の吸着孔１８ａから真空吸引する。このときの真空吸引回路を通過する流量は、流量センサ２２によって計測され、判定部２４に送られる。図６（ａ）は、この流量計測によって得られる流量の経時変化を示している。吸着ノズル１８の下降開始当初は、吸着孔１８ａが完全に開放された状態であることから、部品無し流量ｆ３を超える流量を示す。
【００３２】
図６（ｂ）は、この吸着ノズル１８の下降動作時における高さ指示値Ｚ（吸着ノズル１８の下端部の高さ位置）の経時変化を示している。高さ指示値Ｚは吸着ノズル１８の下降とともに低下する。この吸着ノズル１８の下降において、吸着ノズル１８の下端部が基板３の上面に接近して吸着孔１８ａからの真空吸引が妨げられるのに伴い、図６（ａ）に示すように流量は急速に減少し吸着面当接流量ｆ５まで低下する。
【００３３】
そして流量が吸着面当接流量ｆ５に低下したタイミングｔ１、すなわち図５（ｂ）に示すように吸着ノズル１８の下端部が基板３の上面に当接したタイミングｔ１が判定部２４によって検出され、タイミングｔ１は高さ指示値Ｚを監視している制御部２５に送られる。これにより、制御部２５は、当該タイミングｔ１における高さ指示値Ｚを、基板上面高さＺｎ（Ｂ）として出力し、記憶部２６に記憶させる。
【００３４】
図７は、このようにして検出された基板上面高さＺｎ（Ｂ）に基づいて、当該基板３に対して電子部品Ｐを実装する際の動作を示している。実装作業においては、まず移載ヘッド６は部品供給部４に移動し、ここで吸着ノズル１８は電子部品Ｐをピックアップする。そしてこの後、移載ヘッド６が移動することにより、図７（ａ）に示すように、電子部品Ｐを保持した吸着ヘッド１８は基板３上に位置する。このとき、電子部品Ｐの厚み寸法Ｔ２は、実装データ上で予め与えられている。
【００３５】
図７（ｂ）は、吸着ノズル１８を下降させて電子部品Ｐを基板３に搭載する動作を示している。このとき、予め検出された基板上面高さＺｎ（Ｂ）から電子部品Ｐの厚み寸法Ｔ２を差し引いた高さ位置（Ｚｎ（Ｂ）−Ｔ２）が、Ｚ軸テーブル１０による下降目標高さ位置、すなわち実装高さ位置として自動的に設定される。これにより、搭載動作においては、吸着ノズル１８の下端部の吸着面は、基板３の上面から厚み寸法Ｔ２だけ上方の高さ位置で確実に停止する。
【００３６】
したがって、電子部品Ｐは吸着ノズル１８の下降停止高さが不適切なことに起因する不具合、すなわち電子部品Ｐの過度の押圧や、搭載時の位置ずれを生じることなく、良好な実装品質が確保される。また、この実装高さ位置の設定に際し、基板３の厚み寸法Ｔ１を全く考慮する必要がないため、従来必要とされた基板の厚み寸法のデータ入力や、下受け部材を基板の厚み寸法に応じて交換する段取り替え作業など、基板品種切り換えに伴う作業を減少させて、作業の効率化を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着ノズルから真空吸引しながら吸着ノズルを基板に対して下降させるとともに、流量センサによって吸着ノズルから吸引されて真空吸引回路内を通過する空気の流量を計測し、流量計測結果が予め設定された前記吸着ノズルの下端部が基板に当接したタイミングにおける前記真空吸引回路内を通過する空気の流量になったタイミングを求めこのタイミングにおける昇降手段の高さ指示値を基板上面高さとして出力することにより、基板上面高さを正確に検出して実装高さ位置の設定を自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの断面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の吸引・制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における真空吸引回路の流量データの説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における基板上面高さ検出処理の説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における基板上面高さ検出処理の説明図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の動作説明図
【符号の説明】
１  電子部品実装装置
３  基板
４  部品供給部
６  移載ヘッド
１０  Ｚ軸テーブル
１８  吸着ノズル
２０  高さ検出部
２２  流量センサ
２３  真空ポンプ
２４  判定部
２５  制御部
２６  記憶部
【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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