(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移載ヘッドに備えられた吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし位置決め部に位置決めされた基板へ搭載する電子部品実装装置であって、前記移載ヘッドを前記供給部と位置決め部との間で移動させる移動手段と、前記吸着ノズルを移載ヘッドに対して昇降させるエアシリンダと、このエアシリンダの動作を制御するシリンダ制御手段と、エアシリンダの動作状態を検出するシリンダ動作検出手段と、この動作状態検出結果に基づいて動作状態の良否を判定する動作状態判定手段と、判定結果を報知する報知手段とを備え、前記シリンダ動作検出手段は、前記吸着ノズルの昇降動作における少なくとも上下２つの検出位置に設けられた検出センサを含み、この上下２つの検出センサは、下位置検出センサの検出信号から上位置検出センサの検出信号までの時間である前記エアシリンダのロッドの上昇時間と、上位置検出センサの検出信号から下位置検出センサの検出信号までの時間である下降時間を検出するものであり、且つこの検出値が所定の許容範囲にあるか否かを前記動作状態判定手段により判定することを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２】
移載ヘッドに備えられた吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし位置決め部に位置決めされた基板へ搭載する電子部品実装方法であって、前記吸着ノズルを移載ヘッドに対して昇降させるエアシリンダの動作状態を予め設定された所定タイミングにおいてシリンダ動作検出手段によって検出し、この動作状態検出結果に基づいてエアシリンダの動作状態の良否を動作状態判定手段により判定し、判定結果を報知するものであり、前記シリンダ動作検出手段は、前記吸着ノズルの昇降動作における少なくとも上下２つの検出位置に設けられた検出センサを含み、この上下２つの検出センサは、下位置検出センサの検出信号から上位置検出センサの検出信号までの時間である前記エアシリンダのロッドの上昇時間と、上位置検出センサの検出信号から下位置検出センサの検出信号までの時間である下降時間を検出するものであり、且つこの検出値が所定の許容範囲にあるか否かを前記動作状態判定手段により判定することを特徴とする電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に電子部品を実装する電子部品実装装置および電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する電子部品実装装置では、供給部に収納された電子部品を吸着ノズルを備えた移載ヘッドによってピックアップするピックアップ工程と、ピックアップした電子部品を基板上へ移送して所定の実装点に搭載する搭載工程を繰り返す。この実装動作では、移載ヘッドはピックアップ工程および搭載工程において昇降動作を反復して行う。
【０００３】
ところで実装効率を向上させるため、１つの移載ヘッドに複数の吸着ノズルを備えたマルチ型ヘッドが広く用いられている。このマルチ型ヘッドでは各吸着ノズルを移載ヘッドに対して個別に昇降させる必要があることから、移載ヘッド全体を昇降させるヘッド昇降手段と共に、各吸着ノズルを移載ヘッドに対して個別に昇降させるためのノズル昇降手段が設けられる。ヘッド昇降手段としては昇降速度や移動量を任意に設定できるよう、制御自由度の大きいサーボモータなどを用いたヘッド昇降用のＺ軸駆動機構が用いられ、ノズル昇降手段としてはコンパクトさや機構の簡略化などの目的で定ストロークで昇降するエアシリンダが用いられる場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エアシリンダは駆動機構が簡略化できるという長所はあるものの、種々の要因によって動作状態がばらつきやすいという欠点がある。例えば駆動用エアの圧力変動や、シリンダ内部の潤滑状態によって駆動速度が安定せず、しかも摺動部の摩耗などによって経時的にも変化するという特性を有している。このため、エアシリンダを吸着ノズルの昇降用に用いた場合には、動作シーケンス上でのタイミング設定に際しこのエアシリンダの動作のばらつきを見込む必要があり、結果として吸着ノズルの昇降を伴う動作タクトタイムの遅延を招いていた。
【０００５】
そこで本発明は、吸着ノズルの昇降動作に伴う無駄時間を排してタクトタイムを短縮し、実装効率を向上させることができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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は、移載ヘッドに備えられた吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし位置決め部に位置決めされた基板へ搭載する電子部品実装装置であって、前記移載ヘッドを前記供給部と位置決め部との間で移動させる移動手段と、前記吸着ノズルを移載ヘッドに対して昇降させるエアシリンダと、このエアシリンダの動作を制御するシリンダ制御手段と、エアシリンダの動作状態を検出するシリンダ動作検出手段と、この動作状態検出結果に基づいて動作状態の良否を判定する動作状態判定手段と、判定結果を報知する報知手段とを備え、前記シリンダ動作検出手段は、前記吸着ノズルの昇降動作における少なくとも上下２つの検出位置に設けられた検出センサを含み、この上下２つの検出センサは、下位置検出センサの検出信号から上位置検出センサの検出信号までの時間である前記エアシリンダのロッドの上昇時間と、上位置検出センサの検出信号から下位置検出センサの検出信号までの時間である下降時間を検出するものであり、且つこの検出値が所定の許容範囲にあるか否かを前記動作状態判定手段により判定する。
【０００８】
請求項２記載の電子部品実装方法は、移載ヘッドに備えられた吸着ノズルによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし位置決め部に位置決めされた基板へ搭載する電子部品実装方法であって、前記吸着ノズルを移載ヘッドに対して昇降させるエアシリンダの動作状態を予め設定された所定タイミングにおいてシリンダ動作検出手段によって検出し、この動作状態検出結果に基づいてエアシリンダの動作状態の良否を動作状態判定手段により判定し、判定結果を報知するものであり、前記シリンダ動作検出手段は、前記吸着ノズルの昇降動作における少なくとも上下２つの検出位置に設けられた検出センサを含み、この上下２つの検出センサは、下位置検出センサの検出信号から上位置検出センサの検出信号までの時間である前記エアシリンダのロッドの上昇時間と、上位置検出センサの検出信号から下位置検出センサの検出信号までの時間である下降時間を検出するものであり、且つこの検出値が所定の許容範囲にあるか否かを前記動作状態判定手段により判定する。
【００１０】
本発明によれば、吸着ノズルを移載ヘッドに対して昇降させるエアシリンダの動作状態を予め設定された所定タイミングにおいてシリンダ動作検出手段によって検出し、この動作状態検出結果に基づいてエアシリンダの動作状態の良否を判定することにより、常にエアシリンダの動作状態を良好に維持して吸着ノズル昇降動作の無駄時間を排除することができる。
【００１１】
【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斜視図、図３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４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作における移載ヘッドの動作説明図、図６は本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作における移載ヘッド上昇動作の説明図、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法におけるシリンダ動作検出データを示す図である。
【００１２】
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、電子部品の供給部４が配置されており、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。
【００１３】
搬送路２および供給部４の上方には、移載ヘッド９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９は複数の吸着ノズル１１を備えたマルチ型ヘッドであり、吸着ノズル１１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。
【００１４】
搬送路２と供給部４の間の移載ヘッド９の移動経路上には、ラインカメラ１０が配設されている。電子部品を保持した移載ヘッド９をラインカメラ１０の上方を水平移動させながら、ラインカメラ１０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。
【００１５】
次に図２、図３を参照して移載ヘッド９について説明する。図２、図３において、移載ヘッド９はＺ軸モータ１２ａを備えたＺ軸テーブル１２に装着されている。Ｚ軸テーブル１２を駆動することにより、移載ヘッド９は昇降する。したがってＺ軸テーブル１２は、ヘッド昇降手段となっている。移載ヘッド９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。
【００１６】
図３に示すように、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に挿通して下端部に装着された吸着ノズル１１と連結されている。図示しない吸引手段によって吸着ノズル１１の下端部から真空吸引することにより、吸着ノズル１１は下端部の吸着孔に電子部品を吸着保持する。
【００１７】
エアシリンダ１５の給排気ポートにはエア配管を介して電磁弁１７が接続されており、電磁弁１７にはレギュレータ１８を経由して駆動用エアが供給される。電磁弁１７を作動させることによりエアの方向が切り換えられ、供給されるエアの方向に応じてエアシリンダ１５は上下動を行う。したがって、電磁弁１７およびレギュレータ１８はシリンダ制御手段となっている。
【００１８】
エアシリンダ１５は電子部品を吸着する吸着ノズル１１を上下動させるためのものであり、その下死点において電子部品の真空吸着を行い、ロッド１５ａを上方に突出させて吸着ノズル１１を上昇させた状態で実装点まで移動し、そこで再び下降し下死点において吸着して保持していた電子部品を実装位置に搭載し、吸着を解除して実装する。従って、エアシリンダ１５は吸着ノズル１１を移載ヘッド９に対して相対的に昇降させるノズル昇降手段となっている。
【００１９】
エアシリンダ１５から上方に突出したロッド１５ａのストローク範囲には、ロッド１５ａの昇降動作を上下２つの検出位置において検出する２つの検出センサ、すなわち上位置検出センサＳ１と、下位置検出センサＳ２が各エアシリンダに設けられている。ここで、上位置はロッド１５ａの上死点に設定され、下位置は下死点からクッションストローク分だけ上方に設定される。これらの検出センサは、後述するように、エアシリンダ１５の動作状態の適否を判定するためのシリンダ動作検出に用いられる。
【００２０】
次に図４を参照して制御系の構成を説明する。図４において、制御部２０はＣＰＵであり、電子部品実装装置全体の動作を制御する。プログラム記憶部２１は実装動作のシーケンスプログラムや、後述するエアシリンダの動作テストプログラムなど、各種動作に必要なプログラムを記憶する。データ記憶部２２は実装座標データや、実装される電子部品の高さ寸法を含む部品データのほか、移載ヘッド９のエアシリンダ１５の動作条件や動作タイミングについてのシリンダデータなどの各種データを記憶する。
【００２１】
ここでシリンダデータについて説明する。半導体チップなどの電子部品は近年非常に小型化しており、吸着や搭載時の取り扱いには極めて精緻な動作制御を必要とする。更に電子部品実装工程においては、実装作業効率の向上が要請され、実装タクトタイムは益々短縮化の傾向にある。このため電子部品吸着用のノズルを上下駆動するエアシリンダには、高速かつ確実な動作が求められている。シリンダデータはこのような動作を実現するために準備されるものであり、エアシリンダ１５の確実な動作を保証するためのデータ、例えば駆動用のエア圧力、動作タイミングを微調整するタイマ値などのデータが含まれる。そして、これらのシリンダデータは、装置稼働時に所定インターバルで行われるシリンダ動作確認用の動作テストの結果に基づいて常に更新される。これにより、駆動用エアの圧力変動やシリンダ内の摺動部の摺動状態の経時変化などによって不安定となり易い動作状態を、許容ばらつき範囲内に保つことが可能となる。
【００２２】
シリンダ制御部２３は、上記シリンダデータに基づいて、エアシリンダ１５の動作制御を行う。すなわち、エアシリンダ１５の駆動タイミングを決定する電磁弁１７や、シリンダ駆動用エアの圧力を設定するレギュレータ１８の設定を制御する。機構制御部２４はＸＹテーブル機構や移載ヘッド９を駆動する各モータの駆動制御を行う。認識処理部２５は、ラインカメラ１０によって取得された電子部品の画像データを画像処理することにより、移載ヘッド９に保持された状態の電子部品の識別や位置認識を行う。
【００２３】
シリンダ動作検出部２６は、各エアシリンダ１５に備えられた上位置検出センサＳ１、下位置検出センサＳ２の検出信号に基づいて、エアシリンダ１５の動作状態を示す各動作における所要時間、すなわち上昇時間、下降時間、クッション時間を求める。シリンダ動作検出部２６は、上位置検出センサＳ１、下位置検出センサＳ２と共に、シリンダ動作検出手段を構成する。動作状態判定部２７（動作状態判定手段）は、シリンダ動作検出結果に基づいて、当該エアシリンダの動作状態の良否を判定する。表示部２８は、操作盤面に設けられたモニタであり、操作画面の表示や前述のシリンダ動作状態の判定結果を表示する。したがって表示部２８は、動作状態の判定結果を報知する報知手段となっている。
【００２４】
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移載ヘッド９の動作パターンについて図５，図６を参照して説明する。図５（ａ）は移載ヘッド９によって供給部４から電子部品Ｐをピックアップし、基板３上に移動して搭載動作を開始する状態を示しており、２つの吸着ノズル１１のうち、１つがエアシリンダ１５によって下降を開始している。基板３上には既に電子部品（既実装部品）Ｐ１が搭載されている。そしてこの状態から吸着ノズル１１がさらに下降することにより図５（ｂ）に示すように電子部品Ｐが基板３に着地して搭載され、この後、もう１つの吸着ノズル１１による搭載動作に移行する。
【００２５】
すなわち、図５（ｃ）に示すように、電子部品Ｐの搭載を終えた吸着ノズル１１の下端部が、既実装部品Ｐ１との干渉を回避して通過できる高さ（干渉回避高さ）まで上昇するタイミングで、移載ヘッド９の水平移動が開始される。この干渉回避高さは、図６（ｂ）に示すように既実装部品Ｐ１の高さに余裕分のクリアランスＣを加味した高さＨｎであり、既実装部品Ｐ１の部品データに基づいて決定される。実装動作においては、プログラム記憶部２１に記憶された実装プログラム上で既実装部品の有無を知ることができ、データ記憶部２２に記憶された部品データにより当該既実装部品の高さ寸法が与えられる。
【００２６】
そして、吸着ノズル１１の下端部がこの干渉回避高さＨｎに到達して既実装部品との干渉がクリアされるタイミングは、以下の方法により求める。まず、図５（ａ）に示すように、吸着ノズル１１を昇降させるエアシリンダ１５の上昇動作における速度パターン、および移載ヘッド９を昇降させるＺ軸モータ１２ａによる上昇動作の速度パターンを、それぞれ個別に求める。ここでは、いずれも略台形の速度パターンで与えられる。
【００２７】
ここで、上述の干渉回避高さＨｎへの到達を移載ヘッド９のＺ軸のみを駆動することにより実現しようとすれば、図６（ａ）に示す台形パターン（ハッチング部）の面積がＨｎに相当する面積になるような到達時間ｔ１を必要とする。これに対し本実施の形態では、エアシリンダ１５による吸着ノズル１１の移載ヘッド９に対する相対的な上昇と、Ｚ軸駆動による移載ヘッド９全体の上昇との重ね合わせ動作によって、この干渉回避高さＨｎを実現するようにしている。
【００２８】
従って、吸着ノズル１１の下端部がこの干渉回避高さＨｎに到達するタイミングは、図６（ａ）にて求められた重ね合わせ動作の速度パターン上で、干渉回避高さＨｎに相当する面積を与える時間軸上の点ｔ２を計算することによって求めることができる。ここで求められる到達時間ｔ２は、前述のＺ軸のみによってこの干渉回避高さＨｎを実現する場合の到達時間ｔ１と比較して、大幅に短い時間となっている。
【００２９】
すなわち、図５（ｂ）の状態から上記のように求められた時間ｔ２だけ経過したタイミングは、吸着ノズル１１が干渉回避高さＨｎに到達するタイミングと一致する。このようにして、吸着ノズル１１と既実装部品Ｐ１との干渉がクリアされたならば、図５（ｄ），（ｅ）に示す状態の間、移載ヘッド９は水平移動を続ける。そしてこの間に搭載動作を終えた吸着ノズル１１の上昇と、新たに搭載動作を行う吸着ノズル１１の下降とをそれぞれのエアシリンダ１５によって同時並行的に行う。
【００３０】
これにより、図５（ｅ）にて電子部品Ｐを保持した吸着ノズル１１は完全に下降完了した状態となる。そしてこのとき、移載ヘッド９はＺ軸による下降を既に開始しており、図５（ｆ）に示す電子部品Ｐの着地動作においては、Ｚ軸のみの下降動作により電子部品Ｐを基板３にスムースに着地させて搭載する。
【００３１】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品搭載動作によれば、移載ヘッド９は図５（ｂ）に示す第１回目の搭載のための下降から、高さｈだけ上昇したタイミングで既に第２回目の搭載動作に向けての水平移動を開始可能な状態となっている。これにより、移載ヘッド９の水平移動動作における待機による無駄時間が排除され、実装タクトタイムが短縮されている。
【００３２】
次に本実施の形態において、電子部品実装装置の稼働中の所定タイミングにおいて行われるエアシリンダ１５の動作テストについて説明する。前述のように、エアシリンダ１５の動作特性は種々の要因によって変動し、往復動の速度パターンを確実に設定値通りに維持することが難しい。そこで本実施の形態では、装置のメンテナンス時や自動運転開始時において、また装置稼働中の所定インターバルにおいて、エアシリンダ１５の動作テストを実施するようにしている。
【００３３】
そしてメンテナンス時や自動運転開始時には、動作テストによって得られたテストデータに基づいて前述のシリンダデータを変更し、装置稼働中に行われた動作テストによって許容範囲外のテストデータが検出されたならばその旨報知して装置を停止させることにより、エアシリンダの確実な動作を確保するようにしている。
【００３４】
動作テストにおいては、エアシリンダ１５を往復作動させ、上位置検出センサＳ１、下位置検出センサＳ２によって動作中のロッド１５ａを検出する。シリンダ動作検出部２６は、これらの検出信号に基づいて、エアシリンダ１５の動作状態を示す動作時間を検出する。ここでは、図７に示すように、上昇時間（Ｔ１）、下降時間（Ｔ２）、およびクッション時間（Ｔ３）が検出される。
【００３５】
すなわち、下位置検出センサＳ２の検出信号から上位置検出センサＳ１の検出信号までの時間が上昇時間（Ｔ１）であり、上位置検出センサＳ１の検出信号から下位置検出センサＳ２の検出信号までの時間が下降時間（Ｔ２）である。そして下降動作においてクッション開始位置に到達し下位置検出センサＳ２の検出信号が出力されてから、ロッド１５ａが減速しながら完全にストロークエンドに到達するまでの時間がクッション時間（Ｔ３）である。そしてこれらのデータは、表示部２８のモニタ画面に表示される。
【００３６】
検出結果は動作状態判定部２７に送られ、各検出値が所定の許容範囲内にあるか否かが判定される。このとき、許容範囲外のテストデータが検出された場合には、図７に示すようにテストデータの表示画面上で当該データが反転表示されると共に、許容範囲外である旨の報知が表示される。これにより、エアシリンダ１５の動作状態が不安定なままで実装動作を行うことによる動作不具合を防止することができる。
【００３７】
このような方法を採用することにより、エアシリンダ１５を用いた移載ヘッド９においてエアシリンダ１５の高速かつ確実な動作が保証され、移載ヘッド９の各動作における無駄時間を排除して実装効率を向上させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着ノズルを移載ヘッドに対して昇降させるエアシリンダの動作状態を予め設定された所定タイミングにおいてシリンダ動作検出手段によって検出し、この動作状態検出結果に基づいてエアシリンダの動作状態の良否を判定するようにしたので、常にエアシリンダの動作状態を良好に維持して吸着ノズル昇降動作の無駄時間を排除することができる。
【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斜視図
【図３】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４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作における移載ヘッドの動作説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作における移載ヘッドの上昇動作の説明図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法におけるシリンダ動作検出データを示す図
【符号の説明】
３  基板
４  供給部
５  テープフィーダ
９  移載ヘッド
１１  吸着ノズル
２１  プログラム記憶部
２２  データ記憶部
２３  シリンダ制御部
２６  シリンダ動作検出部
２７  動作状態判定部
Ｓ１  上位置検出センサ
Ｓ２  下位置検出センサ
【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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