(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品をノズルの下端に保持および解放しうるノズルユニットと、
このノズルユニットを水平方向及び上下方向にサーボモータにより移動させるノズル移動手段と、
前記ノズルユニットを基板上の所定位置に前記ノズル移動手段により移動させ前記部品を前記基板に装着させる制御を行う制御手段を備えた部品実装装置であって、
前記制御手段は、動作プログラムを備え、この動作プログラムは、
部品の実装順序，実装位置，および部品を取り出す部品供給装置の番号を指定するＮＣプログラムと、
前記部品供給装置に収納されている部品に依存する情報を指定する配列プログラムと、
移動速度に応じた水平方向および上下方向の少なくとも前記ノズルユニット及び前記ノズル移動手段のガタと遊び、たわみ、及び前記サーボモータのオーバーシュートに起因する補正量を予め登録した補正データとを備え、
前記ＮＣプログラムにおいて求めた実装に使用する部品供給装置番号から、前記ノズルユニットにより部品の取り出しを行い、
前記配列プログラムにおいて、該当する部品供給装置番号に対応するデータにより、その部品供給装置番号で使用する移動速度を求め、
前記補正データにおいて、該当する移動速度のデータにより、各軸の補正値を求め、
この移動位置補正量に基づいてノズルユニットを移動させ前記基板に前記部品を実装する部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を回路基板に自動的に実装する電子部品実装分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の部品実装装置の一般的な形式には、直交ロボット方式とロータリヘッド方式がある。以下、これらの構造について、簡単に説明する。
【０００３】
図４は、直交ロボット方式の構造図である。
実装する部品は、その種類ごとにキャリアテープ１１に一列に収納されたテーピング供給と呼ばれる形態で供給され、キャリアテープ１１をリール１２に巻き取ったものが部品供給装置１３に搭載される。部品供給装置１３は、リール１２からキャリアテープ１１を吸着位置１４まで引き出し、吸着位置１４より部品を１個ずつ取り出し可能にする機構を有している。
【０００４】
直交ロボット部は、Ｙ軸モータ１８によって回転するボールネジ２０ｂ上を移動するナット２１ｂにＸ軸モータ１７を固定し、Ｘ軸モータ１７によって回転するボールネジ２０ａ上を移動するナット２１ａにＶ軸モータ１９を固定し、さらにＶ軸モータ１９によって回転するボールネジ２０ｃ上を移動するナット２１ｃにノズルユニット１６を固定した構造をもつ。これにより、ノズルユニット１６は図中に示した水平面内で直交するＸ，Ｙ方向と垂直なＶ方向に沿って移動可能となる。またノズルユニット１６には部品をその下端で吸着するノズル１５が取り付けられ、ノズルユニット１６はノズル１５の空圧を制御して、部品の保持および解放を行えるようになっている。
【０００５】
ノズルが部品を保持する場合は、Ｘ軸モータ１７とＹ軸モータ１８を動作させてノズルユニット１６を部品供給装置１３の吸着位置１４の上方に移動させた後、Ｖ軸モータ１９を動作させてノズルユニット１６を下降させ、ノズル１５の下端が部品に接触した状態でノズル１５からエアを吸引し、部品をノズル１５の下端に吸着させる。
【０００６】
また、ノズルが部品を実装する場合は、Ｘ軸モータ１７とＹ軸モータ１８を動作させてノズルユニット１６を回路基板２２の上方に移動させた後、Ｖ軸モータ１９を動作させてノズルユニット１６を下降させ、ノズル１５に吸着された部品の下端が回路基板２２に接触した状態でノズル１５のエアの吸引を解き、部品を回路基板２２上に装着させる。
【０００７】
以上の構造において、Ｘ軸モータ１７，Ｙ軸モータ１８およびＶ軸モータ１９は、マイコン装置２３によりそれぞれ適切なタイミングで動作するように制御されている。
【０００８】
次に、図５を用いてロータリヘッド方式の構造を説明する。
図５−（ａ）は、ロータリヘッド方式の構造の前方斜視図である。また、図５−（ｂ）はノズルの上下動作方法を説明した図である。
【０００９】
ロータリヘッド部は鉛直軸を中心に図中のＡ方向に回転する回転体３２の周囲に、電子部品を吸着するためのノズルユニット３３ａ〜３３ｄを取り付けたものである。ノズルユニット３３ａ〜３３ｄにはそれぞれ部品をその下端で吸着するノズル３４ａ〜３４ｄが取り付けられ、空圧の制御により部品の保持および解放を行えるようになっている。また、図５−（ｂ）に示すように、それぞれのノズルユニットはＶ軸モータ３５によって回転するボールネジ３６上を移動するナット３７に取り付けられており、Ｖ軸モータ３５の回転に伴って上下動作可能となっている。なお、実装する部品は、直交ロボット方式と同様にテーピングされて部品供給装置３１から供給される。
【００１０】
また、回路基板３８はＸＹテーブル３９によって水平に支持されており、Ｘ軸モータ４０およびＹ軸モータ４１によって図中Ｘ方向およびＹ方向に沿って水平面内を移動可能な構成となっている。
【００１１】
ノズルが部品を保持する場合は、回転体３２の回転によりノズルユニット３３ａと同じ位置になったノズルユニットをＶ軸モータ３５の回転によって下降させ、ノズル３４ａの下端が部品に接触した状態でノズル３４ａからエアを吸引し、部品をノズル３４ａの下端に吸着させる。
【００１２】
また、ノズルが部品を実装する場合は、Ｘ軸モータ４０およびＹ軸モータ４１を駆動して、回路基板３８上の実装位置がノズル３４ｄの真下になるよう回路基板３８を移動させる。その後、回転体３２の回転によりノズルユニット３３ｄと同じ位置になったノズルユニットをＶ軸モータ３５の回転によって下降させ、ノズル３４ｄに吸着された部品の下端が回路基板３８に接触した状態でノズル３４ｄのエアの吸引を解き、部品を回路基板３８上に装着させる。
【００１３】
以上の構造において、Ｘ軸モータ４０，Ｙ軸モータ４１およびＶ軸モータ３５は、マイコン装置４２によりそれぞれ適切なタイミングで動作するように制御されている。
【００１４】
以上２つの例で示した部品実装装置において、Ｘ軸，Ｙ軸およびＶ軸の各モータは通常パルスモータまたはサーボモータが用いられ、所望の位置に位置決め可能となっている。これらのモータの位置決めは、一般的に回路基板上の実装位置等を登録したＮＣプログラムに基づいて行われるが、装置各部の組立誤差を補正値として登録しておき、ＮＣプログラムにこの補正値を加算した位置に動作させる場合もある。
【００１５】
図６はこのような補正値の運用例を示したものである。
図６−（ａ）はＸ軸およびＹ軸の原点補正の一例であり、Ｘ軸およびＹ軸を原点に位置させたとき、ノズル５１の下端が回路基板５２の座標原点５３に対しどれだけずれているかを△Ｘおよび△Ｙで示している。この場合の原点補正値は、Ｘ軸では−△Ｘとなり、Ｙ軸では−△Ｙとなる。
【００１６】
図６−（ｂ）は部品取り出し時のＶ軸の原点補正の一例であり、Ｖ軸を原点に位置させたとき、ノズル５４の下端が部品５５の上面からどれだけ離れているかを△ＶＰで示している。この場合、Ｖ軸の原点補正値は−△ＶＰとなる。
【００１７】
図６−（ｃ）は部品実装時のＶ軸の原点補正の一例であり、Ｖ軸を原点に位置させたとき、ノズル５６に吸着された部品５７の下面が回路基板５８の上面からどれだけ離れているかを△ＶＭで示している。この場合、Ｖ軸の原点補正値は−△ＶＭとなる。
【００１８】
図６−（ｄ）は部品実装時のＶ軸の動作に伴うノズル先端位置補正の一例であり、Ｖ軸５９が鉛直方向から傾いていた場合に、ノズル６０を△Ｖだけ下降させることによって、ノズル先端位置のＸ座標が変化する値を△ＸＶで示している。図示しないが、△ＹＶもＹ軸方向における同様な量として定義される。この場合のノズル先端位置補正値は、Ｘ軸方向で−△ＸＶ、Ｙ軸方向で−△ＹＶとなる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来例における補正値はいずれも静的な状態で測定した変位を補正するものであり、運転時における装置各部の移動加速度の大小により変位量に相違があることは考慮されていない。実装品質に最も影響するノズル部の変位について考えると、移動加速度に応じてノズル部の変位量が変化する条件としては、以下の３要素が考えられる。
【００２０】
第一は、ノズルを支持する機構部分のガタおよび遊びによるものである。部品を実装するノズルはノズルユニットなど複数のメカ機構に支持されているため、可動部のガタおよび遊びにより、力が加わるとノズル先端はわずかにその方向に変位する。従って、ノズル部にかかる移動加速度が増してくると、ノズルを支える機構部分に加わる力が大きくなり、ノズル先端がガタのある方向に変位する。
【００２１】
第二は、ノズルを支持する機構部分のたわみによるものである。重量のある可動物をメカ機構により支持する場合は、移動加速度が増すに従って慣性モーメントが増加し、支持部材のたわみも大きくなる。
【００２２】
第三は、ノズル部を駆動するサーボモータのオーバーシュートであり、負荷に対するサーボ系の補正が不十分な場合は、移動加速度が増すに従って、停止時に所定停止位置からオーバーシュートしていく傾向がある。
【００２３】
これらによる変位がＸ軸およびＹ軸方向に現れた場合、回路基板上の部品実装位置が所定の位置からずれることになり、実装精度の悪化を招くことになる。また、変位がＶ軸方向のオーバーシュートとして現れると、部品取り出し時および実装時においてノズルが部品をたたく状態となって部品割れ等の部品ダメージを発生させ、実装後の基板不良の要因となる。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
これらによる実装品質の悪化を防止するためには、その時点のノズル部の移動加速度に応じて補正値を変化させ、移動加速度が変わってもノズルの位置が所定位置からずれないように対策する必要がある。なお、移動加速度が移動速度に依存する場合は、移動速度に応じた補正値を設ける方法でも同様の効果を得ることができる。
【００２５】
本発明の請求項１は、部品をノズルの下端に保持および解放しうるノズルユニットと、このノズルユニットを水平方向及び上下方向にサーボモータにより移動させるノズル移動手段と、前記ノズルユニットを基板上の所定位置に前記ノズル移動手段により移動させ前記部品を前記基板に装着させる制御を行う制御手段を備えた部品実装装置であって、
前記制御手段は、動作プログラムを備え、この動作プログラムは、部品の実装順序，実装位置，および部品を取り出す部品供給装置の番号を指定するＮＣプログラムと、前記部品供給装置に収納されている部品に依存する情報を指定する配列プログラムと、移動速度に応じた水平方向および上下方向の少なくとも前記ノズルユニット及び前記ノズル移動手段のガタと遊び、たわみ、及び前記サーボモータのオーバーシュートに起因する補正量を予め登録した補正データとを備え、
前記ＮＣプログラムにおいて求めた実装に使用する部品供給装置番号から、前記ノズルユニットにより部品の取り出しを行い、前記配列プログラムにおいて、該当する部品供給装置番号に対応するデータにより、その部品供給装置番号で使用する移動速度を求め、前記補正データにおいて、該当する移動速度のデータにより、各軸の補正値を求め、この移動位置補正量に基づいてノズルユニットを移動させ前記基板に前記部品を実装する部品実装装置である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００２９】
まず、本発明で用いる部品実装装置のノズル移動手段および基板移動手段は、従来例で説明した部品実装装置と同等のものを用いることができる。
【００３０】
実施の形態１はノズルユニットを水平面内のＸ軸およびＹ軸方向に移動させる部品実装装置に適用されるものであり、この方式の代表例は図４の直交ロボット方式である。図４において、Ｘ軸モータ１７およびＹ軸モータ１８がノズル移動手段に相当する。
【００３１】
実施の形態２は回路基板を水平面内のＸ軸およびＹ軸方向に移動させる部品実装装置に適用されるものであり、この方式の代表例は図５のロータリヘッド方式である。図５−（ａ）において、Ｘ軸モータ４０およびＹ軸モータ４１が基板移動手段に相当し、回転体３２がノズル移動手段に相当する。
【００３２】
実施の形態３はノズルユニットを上下方向のＶ軸に沿って移動させる部品実装装置に適用されるものであり、この方式の代表例は図４の直交ロボット方式と、図５のロータリヘッド方式である。図４の直交ロボット方式においては、Ｖ軸モータ１９がノズル移動手段に相当する。また、図５のロータリヘッド方式においては、図５−（ｂ）に示したＶ軸モータ３５がノズル移動手段に相当する。
【００３３】
次に、本発明で用いる部品実装装置の動作プログラムについて、図２を用いて説明する。図２の動作プログラムは請求項１，請求項２および請求項３で共通に使用する。
【００３４】
図２−（ａ）はＮＣプログラムと称し、部品の実装順序，実装位置，および部品を取り出す部品供給装置の番号を指定するものである。部品の実装はブロック番号の昇順に順次行われ、それぞれのブロックについて、指定された部品供給装置番号の部品供給装置から部品を取り出し、回路基板のＸ座標およびＹ座標で指定された位置に部品を実装する。
【００３５】
図２−（ｂ）は配列プログラムと称し、各部品供給装置に収納されている部品に依存する情報を指定するものである。このうち、上下方向の位置を示すＶ軸の座標は部品厚みに依存する量であり、本例では部品厚みの値をそのまま入力する。また、運転速度はノズル部の移動加速度を決定するパラメータであり、本例では部品の重さに応じた１（最低速）〜５（最高速）の５段階のうちから値を選択して入力する。すなわち、重量が大きくずれやすい部品は加速度を落として慣性モーメントを抑える必要があるため、運転速度も部品の重量に合わせて低く設定する。
【００３６】
図２−（ｃ）は補正データと称し、運転速度に応じたＸ軸，Ｙ軸およびＶ軸の補正量を指定するものである。運転速度は１〜５の５段階であるため、各運転速度ごとに各軸の補正値をあらかじめ登録しておく。
【００３７】
図３は、図２−（ｃ）における補正値の具体的な設定例を示したものである。
図３−（ａ）は、発明が解決しようとする課題において第一の要因として示した、機構部分のガタおよび遊びを補正するための補正値である。この場合は、ガタ等による可動範囲の両極端のいずれかの位置に移動位置が収束するため、しきい値となる運転速度を境に補正値も両極端の値をとる。
【００３８】
図３−（ｂ）は、第二の要因として示した機構部分のたわみを補正するための補正値である。この場合は、加速度が増すに従ってたわみ量も増加するため、補正値も運転速度が大きいほど大きな値となる。
【００３９】
図３−（ｃ）は、第三の要因として示したサーボモータのオーバーシュートを補正するための補正値である。この場合は、サーボ系の特性にもよるが、一般に加速度が増すに従ってオーバーシュートが大きくなる傾向があるため、補正値も運転速度が大きいほど大きな値となる。
【００４０】
次に、本発明における実装制御手段の動作について、図１を用いて説明する。
実装制御手段のハードウェアは、図４における２３および図５（ａ）における４２で示したマイコン装置を流用する。またソフトウェアは、マイコン装置のメモリに記憶された各動作プログラムをもとに各軸の移動位置を求め、ノズル移動手段または基板移動手段となる各軸モータに移動を指令する処理によって実現する。図１は、このマイコン装置の実装制御手段に対応する処理内容を図示したものである。
【００４１】
まず、ＮＣプログラムにおいて次に部品の取り出しを行うブロック番号が２である場合、ブロック番号２に対応するデータＤ１より、そのブロックで使用する部品供給装置番号を求める。次に、配列プログラムにおいて、該当する部品供給装置番号３に対応するデータＤ２より、その部品供給装置番号で使用する運転速度を求める。さらに、補正データにおいて、該当する運転速度５のデータＤ３より、各軸の補正値を求める。
【００４２】
この後、実施の形態１および実施の形態２の場合には、ＮＣプログラムのＸ座標Ｄ４と補正データのＸ軸補正値Ｄ７をマイコン装置Ｃ１により加算してＸ軸モータの移動位置を求める。同様に、ＮＣプログラムのＹ座標Ｄ５と補正データのＹ軸補正値Ｄ８をマイコン装置Ｃ２により加算してＹ軸モータの移動位置を求める。
【００４３】
また、実施の形態３の場合には、配列プログラムのＶ座標Ｄ６と補正データのＶ軸補正値Ｄ９をマイコン装置Ｃ３により加算してＶ軸モータの移動位置を求める。
【００４４】
最後に、以上で求めた各軸の移動位置に従って、Ｘ軸モータＭ１，Ｙ軸モータＭ２およびＶ軸モータＭ３を回転させる。すなわち、請求項１の場合は、ノズル移動手段である図４のＸ軸モータ１７およびＹ軸モータ１８を制御して、求めた移動位置まで各モータを回転させる。実施の形態２の場合は、基板移動手段である図５−（ａ）のＸ軸モータ４０およびＹ軸モータ４１を制御して、求めた移動位置まで各モータを回転させる。実施の形態３の場合は、ノズル移動手段である図４のＶ軸モータ１９または図５−（ｂ）のＶ軸モータ３５を制御して、求めた移動位置までモータを回転させる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズルユニットの移動速度又は移動加速度に応じてノズル先端の水平方向及び上下方向位置が少なくともノズルユニット及び前記ノズル移動手段のガタと遊び、たわみ、及び前記サーボモータのオーバーシュートに起因して変位する場合において、移動速度又は移動加速度に応じた位置補正量、少なくともノズルユニット及び前記ノズル移動手段のガタと遊び、たわみ、及び前記サーボモータのオーバーシュートに起因する補正量を予め登録した補正データを用いて、適切なノズルユニットの移動位置に移動させ、回路基板に対するノズル先端の水平位置及び上下位置の位置ずれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実装制御手段の動作を示す図
【図２】本発明で使用する部品実装装置の動作プログラムの一例を示す図
【図３】本発明における補正値の設定方法の一例を示す図
【図４】本発明の請求項１および請求項３におけるノズル移動手段の一例である直交ロボット方式の部品実装装置を示す図
【図５】本発明の請求項２および請求項３におけるノズル移動手段および基板移動手段の一例であるロータリヘッド方式の部品実装装置を示す図
【図６】従来の技術における補正値の運用方法の一例を示す図
【符号の説明】
１５，３４  ノズル
１６，３３  ノズルユニット
１７，１８  本発明の実施の形態１におけるノズル移動手段
３２  本発明の実施の形態２におけるノズル移動手段
４０，４１  本発明の実施の形態２における基板移動手段
１９，３５  本発明の実施の形態３におけるノズル移動手段
Ｄ１〜Ｄ９，Ｃ１〜Ｃ３  本発明の各実施の形態における実装制御手段の構成要素
【図１】
0003800679.tif 000002
【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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