JP4644481B2

JP4644481B2 - 電子部品圧着搭載装置

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Publication number: JP4644481B2
Application number: JP2004374511A
Authority: JP
Inventors: 勝斉藤; 洋安西; 直幸八幡
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006185941A

Description

本発明は、電子部品圧着搭載装置に係り、特に、電子部品を基板に圧着搭載する際の衝撃荷重を抑えながら、該圧着搭載の動作を速やかに行うことができる電子部品圧着搭載装置に関する。

特許文献１では、設定最高速度によって基板の直前位置まで降下し、更に設定最低速度によって降下する。そして、ロードセルによって基板接触が検出されてからは、目標圧力となるまで追込み制御を行うことになる。このようにして、電子部品などに対する衝撃を抑えつつも、吸着作業や装着作業のタクトタイムを可及的に短くしている。

次に特許文献２は、位置制御をしつつリニアモータにより、まずは高速の速度によって基板の直前位置まで降下し、基板接触が検出されるまで、更にこれより減速された速度によって降下する。この特許文献２では、位置及び速度をフィードバック制御する制御部分において、速度制御部２１２が出力するトルク指令の変化や、リニアモータ取付けの位置・速度検出部１１５が出力する速度信号などから、上記の基板接触を検出している。該検出後は、上述の位置制御からトルク制御に切り替えられることになる。このようにして、部品吸着及び装着時における部品への衝撃力を緩和し、更には押圧力にて部品を装着できるようにしている。

特開２００１−２１０９９５号公報特開平１１−１４５６８３号公報

しかしながら、特許文献１では、設置制御中の前述の設定最低速度は、極めて低速度であると思われる（図１０）。又、接触検出後は、直ちに加工速度を一旦急上昇させた後に、下降と共に減速し、減速された下降は目標圧力に達するまで継続される。従って、動作タクトと押圧精度の相反する目的を両立させるため、これら目的が十分に果たせなかったり、複雑な下降加減速動作が必要であったりすることになる。

次に、特許文献２では、位置制御から基板接触検出後は、トルク制御（加圧制御）に切替えるにはタイムラグが生じ、接触する時には衝撃荷重が発生してしまう。又、該衝撃荷重発生時は位置制御の段階であるので、衝撃荷重の荷重量を検出することができないなど、制御が不安定になってしまう。例えば、該切替え時には、トルク制御が安定するまでタイムラグが発生し、制御が不安定になってしまう。

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、電子部品を基板に圧着搭載する際の衝撃荷重を抑えながら、該圧着搭載の動作を速やかに行うことができる電子部品圧着搭載装置を提供することを課題とする。

なお、本願発明において、電子部品の基板への搭載は、電子部品を基板に押圧するようにして行うものであれば、特に限定されるものではない。予め基板や電子部品に塗布された接着剤、乃至は何らかの粘着性や接着性のある材料によって、この押圧により、圧着搭載されるものでもよい。あるいは、押圧により、電子部品のリードピンが基板の穴に差し込むようにして、乃至は何らかの物理的な接合によって、圧着搭載されるものでもよい。

本願発明は、装着ヘッド（１）が電子部品を吸着し、基板の所定位置上部に移動させた後、前記装着ヘッドを下降させて、基板に電子部品を圧着搭載する電子部品圧着搭載装置において、前記装着ヘッドに装備され、前記電子部品を吸着する吸着ノズル（１８、１９）と、前記下降の際、該吸着ノズルに吸着している電子部品が基板に接触したことを検知する接触検知手段（１６、１７）と、前記吸着ノズルを上下方向に沿って移動可能に支持する支持部材（１５、１７）と、前記装着ヘッドに固定され、前記支持部材を介して、前記吸着ノズルを上下動するＺ軸モータ（９）と、本体部（２４ａ）が前記支持部材に固定され、移動部（２４ｂ）が前記吸着ノズル側に連結され、駆動により、前記吸着ノズルを上下動させる駆動モータ（１４、２４）として用いる、ボイスコイルモータ又はエアスライダと、を備え、前記Ｚ軸モータにより前記吸着ノズルを下降させながら行なう、前記圧着搭載に際して、前記接触検知手段により前記電子部品と基板の接触が検知されるまでは、前記吸着ノズルと前記接触検知手段を上向きに駆動してこれらの自重を補償するように、前記駆動モータを制御する制御手段（制御回路部）を有し、前記接触検知手段は、弾性部材（２８、ばね、ガスばねなど）により、前記吸着ノズルを移動可能に支持し、又、前記吸着ノズルに加えられる押圧力を検知することにより前記電子部品と基板の接触を検知すると共に、前記支持部材は、該接触検知手段を介して前記吸着ノズルを支持して、前記課題を解決したものである。

更に、同様の電子部品圧着搭載装置において、前記吸着ノズルは、真空吸着源に接続されると共に、前記接触検知手段は、前記吸着ノズル内の空気流量の変化を測定する流量測定手段（２２）と、該吸着ノズルと基板の距離を検知する距離検知手段（５４）を備え、前記流量測定手段によって検知される吸着エアの流量減少によって吸着ノズルの基板への接近を検知し、吸着ノズルの下降を停止させた時のＺ軸位置や、吸着エアの流量によって、該吸着ノズルの基板への接近距離を検知し、該接近距離に基づいて、電子部品を搭載する箇所の高さを検知し、該高さに基づいて前記電子部品と基板の接触を検知して、前記課題を解決したものである。

なお、以上の、課題を解決するための手段の記載において、括弧内の数字は、一例として、後述する実施形態において対応する構成要件である。あるいは、一例となる、その他の構成要件である。

以下、本発明の作用について、簡単に説明する。

本願発明は、基板に移載する電子部品を吸着する手段と、該部品吸着手段から加えられる前記押圧の圧力を検知する圧力検知手段とを、所定の支持手段によって、垂直移動自在に支持する。又、押圧手段によって、該垂直移動を駆動することで前記押圧の圧力を加減する。

そうして、少なくとも前記部品吸着手段及び前記圧力検知手段の自重を補償するように上向きに駆動力を作用させるように、該駆動を制御する。例えば、電子部品の圧着搭載に際して、電子部品の基板への垂直下降の際には、電子部品が基板に接触するまでは該自重補償の制御を行い、該接触後は、前記押圧手段の制御において、前記上向き駆動力を下向きとして、電子部品の基板への押圧の加圧力を、設定値まで徐々に増加させるよう制御する。

上記の自重補償の上向き駆動力の大きさは、上記自重、乃至は同程度の大きさであり、特に限定されるものではない。該駆動力は、一定値であっても、電子部品の基板への垂直下降状態や、下降中の位置に応じて可変するものであってもよい。該垂直下降の加減速によって生じる応力分だけ、増減させるようにしてもよい。

このような自重補償によれば、電子部品を基板に圧着搭載する際の衝撃荷重を抑えることができる。又、圧力検知手段による、電子部品を基板に圧着搭載する際に、部品吸着手段から加えられる圧力の検知も、精度向上や安定性向上を図ることができる。又、衝撃荷重を抑えることができるので、電子部品を基板に圧着搭載する際の、降下速度を向上させたり、速度切替えの制御を効率よく行ったりすることができる。従って、圧着搭載の動作を速やかに行うことができる。

このように、本願発明によれば、電子部品を基板に圧着搭載する際の衝撃荷重を抑えながら、該圧着搭載の動作を速やかに行うことができる電子部品圧着搭載装置を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された実施形態の電子部品圧着搭載装置の構成を示す斜視図である。

図中において、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動方向を示す。装着ヘッド１は、後に詳述する加圧装置と、装着ヘッド１の位置補正を行う図示しない認識装置を備える。なお、基板２１は、装着ヘッド１の下方に配置されている。

図示されるように、装着ヘッド１はＸ軸ガントリ２に取り付けられ、該Ｘ軸ガントリ２によりＸ軸方向に、又装着ヘッド１及びＸ軸ガントリ２はＹ軸ガントリ３に取り付けられ、該Ｙ軸ガントリ３によりＹ軸方向に、移動及び位置決めがなされる。又、後に詳述するように、装着ヘッド１の下部に吸着されている電子部品は、装着ヘッド１に取り付けられている垂直Ｚ軸駆動部１５の上下移動によりＺ軸方向に、移動及び位置決めがなされる。

又、電子部品供給装置５は、Ｘ軸方向に並べた複数のテープの内、該当のものから電子部品を供給する。それぞれのテープにそれぞれの種類の電子部品が貼付されており、装着ヘッド１へ電子部品が吸引されると、その電子部品のデープが繰り出され、これに伴って次の電子部品が繰り出される。

認識装置４は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを使用したものであり、その上方に位置決めされた装着ヘッド１の下部に吸引されている電子部品を下方から撮影し、該撮影の画像認識によって電子部品の認識や確認を行う。

図２は、本実施形態に用いられる電子部品圧着搭載装置の装着ヘッド１の側面から見た図である。

装着ヘッド１のヘッドベース６は、Ｘ軸ガントリ２に取り付けられ、Ｘ軸ガントリ２によるＸ軸、及びＹ軸ガントリ３によるＹ軸の軸移動及び位置決めが可能となっている。装着ヘッド１において該ヘッドベース６には、垂直Ｚ軸駆動部１５がＺ軸方向に直線移動可能に組み付けられたリニアガイド７が取り付けられている。該Ｚ軸方向の移動は、Ｚ軸モータ９によって駆動される。

ヘッドベース６の上部には、ノズルチャック機構２０に保持されるノズル１９に吸引されている電子部品を、図中矢印θで示されるように回転及び位置決めするための駆動（θ軸移動）を行うθモータ８と、前述のＺ軸方向の移動を駆動するためのＺ軸モータ９が取り付けられている。なお、Ｚ軸モータ９には、Ｚ軸方向の移動量を検出されるために、該Ｚ軸モータ９のロータの回転に応じて信号を出力する、図示されないパルス発生器７０が設けられている。

垂直Ｚ軸駆動部１５の上部には、衝撃回避駆動用のボイスコイルモータ（以下ＶＣＭ）１４が取り付けられている。該ＶＣＭ１４は、カップリング１０を介してθモータ８に接続されている。又、該ＶＣＭ１４の駆動側は、図示されないスプライン軸受け及び回転ベアリングによって、垂直Ｚ軸駆動部１５に対して支持されており、垂直Ｚ軸駆動部１５のＺ軸方向の移動や、後述するＶＣＭ１４による上下移動に係わらず、前述のθ軸移動が可能になっている。

又、垂直Ｚ軸駆動部１５の上部には、ボールねじのナット部１２が固着されている。該ナット部１２には、カップリング１１を介してＺ軸モータ９によって回転駆動される、該ボールねじのねじ部１３が取り付けられている。従って、該ナット部１２は、Ｚ軸モータ９の回転駆動に伴ってＺ軸の軸方向に直線移動させられ、これに伴って垂直Ｚ軸駆動部１５もリニアガイド７に沿ってＺ軸の軸方向に直線移動させられる。

次に、垂直Ｚ軸駆動部１５において、ＶＣＭ１４の下方には、加圧検知部１６が内蔵されている。垂直Ｚ軸駆動部１５の円筒状の内周１７ｃにおいて、加圧検知部１６の円筒状の外周は、図中では○型で６個描かれているボールガイド軸受１７ｂで支持されている。これによって、加圧検知部１６は、垂直Ｚ軸駆動部１５に対して回転動作及び上下動作が可能な構造となっている。

加圧検知部１６の下部には、ノズルシャフト１８が下方に伸びており、該ノズルシャフト１８の下端にはノズルチャック機構２０が設けられている。該ノズルチャック機構２０は、ノズル１９を保持又は交換可能な構造になっている。

吸着エアは、ノズル１９の下端の吸着口から吸い込まれ、ノズルシャフト１８やθモータ８のシャフトを経由し、更にバキュームホース２３や流量計２２を経由して、真空吸着源に吸引されるようになっている。該吸着エアによって、ノズル１９には図示されない電子部品を吸着保持し、基板２１に搭載することができる。又、該吸着エアの流量は、上記の流量計２２によって測定される。

図３は、本実施形態に用いられる装着ヘッド１のＶＣＭ１４及び加圧検知部１６の側面から見た図である。

まず、ＶＣＭ１４は、円筒形状部材２４ａの内側に、別の円筒形状部材２４ｂ（ＶＣＭの駆動側）が、上下動（Ｚ軸方向の移動）が可能に内装される構造になっている。円筒形状部材２４ａの内側には、マグネットが取り付けられ、円筒形状部材２４ｂの外側には、電磁コイル（ボイスコイル）が巻かれており、該電磁コイルへの通電により、これらマグネット及び電磁コイルの間には電磁力が発生する。又、該電磁力の方向は、上記の上下動の方向であり、該電磁力によってＶＣＭ１４の円筒形状部材２４ｂの中心に固着されているシャフト２５によって、加圧検知部１６を上下動させる。

次に、加圧検知部１６は、円筒形状になっており、その上部内面には、下向きに、下記の支持プレート２７から印加される、ノズル１９側からの圧力を検知するための、ロードセル２６が設けられている。該ロードセル２６の下方には、円盤形状の支持プレート２７及び２９、これら支持プレート２７及び２９に挟まれて支持されるばね２８、スプライン軸受３１が設けられている。ノズルシャフト１８は、スプライン軸受３１によって上下動作が可能な構造になっている。

これら支持プレート２７及び２９は、その円盤形状が水平に維持された図示される状態で、加圧検知部１６の上記円筒形状の内部を摺動しつつ、上下動自在になっている。又、これら支持プレート２７及び２９間において、ばね２８は、自身に加わる力に応じて伸縮する。更に、上記のロードセル２６は、ばね２８によって加えられる圧力に応じた信号を出力し、シャフト２５に固着される加圧検知部１６上端、及び支持プレート２７の上面の間に加わる圧力に応じた信号を出力する。なお、ばね２８は、特に限定されるものではなく、他の形態の弾性部材であってもよい。

又、加圧検知部１６の上記円筒形状の内部には、リング状のストッパ３０が設けられている。該ストッパ３０によって、円筒形状の内部を摺動しつつ上下動自在になっている支持プレート２９は、該ストッパ３０より支持プレート２７側に移動できないようになっている。従って、ばね２８の圧縮は制限され、又ロードセル２６に加えられる圧力は制限されることになり、大きな力がノズルチャック機構２０側か印加された場合にもロードセル２６が破壊されないような構造になっている。

本発明はこれに限定されるものではないが、本実施形態では、ノズルシャフト１８側からの圧力が７００グラムになると、上述のように支持プレート２９がストッパ３０に当たってばね２８の圧縮は制限される。従って、７００グラム以上の圧力は、ロードセル２６に印加されないようになっている。

図４は、本実施形態における制御装置の構成を示すブロック図である。

この図において、本願発明が適用された電子部品の圧着搭載のＺ軸方向の制御は、圧着搭載制御部５２と、位置制御部６０と、速度制御部６２と、トルク制御部６４及び６８と、距離検知部５４と、によって行われる。又、これ以外の、例えばＸ軸方向及びＹ軸方向の制御などは電子部品搭載全体制御部５０によって行われる。

位置制御部６０、速度制御部６２、及びトルク制御部６４によって、Ｚ軸モータ９のフィードバック制御が行われる。位置制御部６０は、与えられた位置指令信号と、パルス発生器７０によって検知される現在位置との偏差に応じた信号を速度制御部６２に出力する。速度制御部６２は、位置制御部６０からの信号や速度指令信号と、パルス発生器７０によって検知される現在の軸移動速度との偏差に応じた信号をトルク制御部６４に出力する。トルク制御部６４は、速度制御部６２からの信号やトルク指令信号に応じて、Ｚ軸モータ９の駆動力を制御する。

次に、トルク制御部６８は、トルク指令信号に応じて、ＶＣＭ１４によって発生される押圧の圧力を制御する。該制御に際しては、ロードセル２６から得られる検知圧力の信号に応じ、該検知圧力が上記のトルク指令信号に一致するように、フィードバック制御としてもよいが、これに限定されるものではない。

距離検知部５４は、流量計２２によって検知される吸着エアの流量によって、ノズル１９の基板２１への接近距離を検知する。図５に示すように、基板２１からノズル１９が離れていると、吸着エアは、基板２１の影響を受けずにノズル１９から吸入される。これに対して、図６に示すように、基板２１にノズル１９が接近すると、吸着エアは、基板２１の影響を受け、このため吸入量が抑えられるようになる。

本実施形態においては、ノズル１９に電子部品を吸着しない状態で、該ノズル１９から吸着エアを吸い込みつつ、垂直Ｚ軸駆動部１５を基板２１に対して下降させる。そうして、吸着エアの流量の減少が、流量計２２によって検知されるタイミングにおいて、該下降を停止させることで、ノズル１９が基板２１に接触する寸前で該下降を停止することができる。又、該停止のＺ軸位置や、流量計２２によって検知される吸着エアの流量によって、ノズル１９の基板２１への接近距離を検知することができる。

以下、本実施形態の作用について説明する。

まず、図７は、本実施形態における圧着搭載制御における、ノズル１９に吸着されている電子部品の高さ、及びＶＣＭ１４の電磁コイルに印加される電圧を示す模式的なグラフである。

この図７において、又以下の説明において、Ｚ１〜Ｚ３など、Ｚ軸の軸位置として示される高さは、Ｚ軸モータ９を駆動力とし垂直Ｚ軸駆動部１５を上下に移動位置決めするＺ軸制御の指令値として示される、電子部品の高さであり、基板２１の上面からの高さである。従って、ばね２８の伸縮などによって、このような指令値のＺ軸の高さと、実際の電子部品の高さとに格差が生じる場合がある。

高さＺ３は、電子部品を吸着した状態でも、装着ヘッド１がＸ軸方向やＹ軸方向に移動する際、装着ヘッド１自体や、ノズル１９に吸着している電子部品が、基板２１や基板２１上の電子部品に接触しないですむ高さである。

高さＺ１は、吸着している電子部品を基板２１上に圧着搭載する際に、Ｘ軸方向やＹ軸方向の位置決めの後に、高さＺ３から高速降下する際の、目標とする高さである。該高さＺ１は、吸着している電子部品の下端が、基板２１の上面より、微小高さΔＺだけ高い高さである。

該高さＺ１が低すぎると、後述するステップ１００において開始する高速下降の下降速度からステップ１０４において低速下降に減速する際に、十分に減速できなくなって、ステップ１１０の接触検知やこれ以降の制御に不都合が生じるおそれがある。従って、該高さＺ１は、上記の高速下降から低速下降に減速する間に下降する高さ、及び、ステップ１１０における接触検知に要する時間の間に下降する高さの合計の高さ、あるいはこれより高い高さとすることが好ましい。

高さＺ２は、実際に電子部品を基板２１に圧着搭載する際の、目標とする高さであり、上記高速降下の後、減速した速度で降下する目標の高さである。該高さＺ２は、基板２１の上面より低く、かつ、ＶＣＭ１４に電圧Ｖ１が印加されて前述の一体部材が浮上状態にあっても、吸着している電子部品の下端が、基板２１に接触する高さより低くなっている。

図３において、ＶＣＭ１４の円筒形状部材２４ａは、垂直Ｚ軸駆動部１５に固定されている。これに対して、ＶＣＭ１４の円筒形状部材２４ｂ（ＶＣＭの駆動側）は、上下動（Ｚ軸方向の移動）が可能に内装される構造になっており、このため、加圧検知部１６やシャフト２５やノズルシャフト１８などの一体になった部材も上下動可能になっている。

ここで、該一体部材の合計重量（自重）とつりあう引き上げ力Ｆ１をＶＣＭ１４で発生させるために、ＶＣＭ１４の電磁コイルに印加する電圧が電圧Ｖ１である。該引き上げ力Ｆ１を発生すると、該一体部材は、上昇でも下降でもない中立の浮上している状態になる。なお、本実施形態においては、電圧Ｖ１は、引き上げ力Ｆ１＋αをＶＣＭ１４で発生させる電圧としている。この＋α分だけ、上昇力を若干多くしている。

本発明はこれに限定されるものではないが、例えば、本実施形態において、ノズル１９、及び、該ノズル１９が吸着する標準的な重量の電子部品を含めて、該一体部材の重量は、約５０グラムとなっている。又、上記引き上げ力Ｆ１＋αは、約５５グラムとなっている。なお、吸着されている電子部品を基板２１に押しつける、ＶＣＭ１４による加圧力は、最大１００グラムとなっている。

該浮上状態や、これに近い状態とすることで、垂直Ｚ軸駆動部１５が降下して吸着している電子部品が基板２１に接触する時の、該電子部品や基板２１や、装着ヘッド１に加わる衝撃力が抑えられる。又、ロードセル２６による諸検知、例えば後述するステップ１１０の接触検知や、圧着搭載の際の加圧力の検知の検知精度を向上させたり、検知の安定性を向上させたりすることができる。

次に、電圧Ｖ２は、垂直Ｚ軸駆動部１５が降下して吸着している電子部品が基板２１に接触した後、該電子部品を基板２１に加圧する際の、規定の圧力を発生するためのものである。

図８は、本実施形態における圧着搭載制御を示すフローチャートである。

以下、本実施形態において、電子部品供給装置５にある電子部品を、装着ヘッド１によって基板２１上の指定位置に圧着搭載する一連の処理の作用を、フローチャートに基づいて説明する。

なお、この一連の処理の制御は、電子部品搭載全体制御部５０を中心して行われる。Ｚ軸の軸移動や位置決めや、圧着搭載の制御には、圧着搭載制御部５２も用いられることになる。

まず、本実施形態においては、本実施形態の電子部品圧着搭載装置に搬入した基板２１の、電子部品を搭載する箇所の高さＺΦを、図５及び図６を用いて前述した原理に従って測定する。

即ち、装着ヘッド１を、Ｘ軸ガントリ２及びＹ軸ガントリ３によって適宜Ｘ軸及びＹ軸を移動して、装着ヘッド１を上記の搭載箇所に位置決めする。この後は、ノズル１９の吸着を行い、この吸着エアの流量を流量計２２で検知しつつ、Ｚ軸の軸移動で垂直Ｚ軸駆動部１５を下降させる。又、図６を用いて前述したように基板２１の接近による流量減少を流量計２２によって検知されるタイミングにおいて該下降を停止することで、該停止のＺ軸位置や、流量計２２によって検知される吸着エアの流量によって、電子部品を搭載する箇所の高さＺΦを検知することができる。

この後は、衝突回避のためＺ軸を適宜上昇させ、装着ヘッド１を、Ｘ軸ガントリ２及びＹ軸ガントリ３によって電子部品供給装置５における該当電子部品上方に移動し、垂直Ｚ軸駆動部１５を適宜上下移動させながら、基板２１上に搭載しようとする部品を吸着する。

更に、衝突回避のためＺ軸を適宜上昇させ、電子部品を吸着した装着ヘッド１を、認識装置４の上方へ移動する。そして、必要に応じＺ軸を下降させ、該認識装置４によって該電子部品を画像認識する。認識を完了した後に、垂直Ｚ軸駆動部１５は、一旦高さＺ３に上昇した後、吸着している電子部品を搭載するべく、Ｘ軸及びＹ軸の軸移動及び位置決めを適宜行い、基板２１上の搭載位置へ移動する。

該移動後には、図８のフローチャートに示される圧着搭載動作処理を行って、吸着している電子部品を基板２１上の該搭載位置へ搭載する。以下の説明では、図８を中心とし、随時図７に示される時刻ｔ１〜ｔ８を示す。

図８において、まずステップ１００にあたって、通常、垂直Ｚ軸駆動部１５の電子部品は高さＺ３である。あるいは、これより高い高さであってもよい。

ステップ１００（時刻ｔ１）では、圧着搭載制御部５２は、高さＺ１の位置指令信号を位置制御部６０に出力し、速度Ｍ１の速度指令信号を速度制御部６２に出力し、Ｚ軸の軸移動を開始させる。これによって、垂直Ｚ軸駆動部１５の、速度Ｍ１よる高さＺ１までの高速降下が開始される。

ステップ１０２では、高さＺ１に到達したことを位置制御部６０が検知する。該検知は、圧着搭載制御部５２に伝達される。

到達したと検知された場合（時刻ｔ２）は、ステップ１０４（時刻ｔ３）において、圧着搭載制御部５２は、位置制御部６０に高さＺ１を示す位置指令信号を出力し、速度制御部６２に、前述の速度Ｍ１より低速度を指令する速度Ｍ２の速度指令信号を出力し、Ｚ軸の軸移動を開始させる。これによって高さＺ２までの低速降下を開始する。

又該ステップ１０４と同時に、ステップ１０６（時刻ｔ３〜ｔ４）において、圧着搭載制御部５２は、引き上げ力Ｆ１＋αをＶＣＭ１４で発生させるためのトルク指令信号をトルク制御部６８を出力する。これによってトルク制御部６８は、ＶＣＭ１４の電磁コイルに電圧Ｖ１を印加する。

ステップ１１０では、上記の低速降下中、吸着している電子部品が基板２１に接触したことを圧着搭載制御部５２が検知する。該検知は、該接触による加圧検知部１６に印加する圧力の変化を、ロードセル２６が出力する信号の変化によってもよい。あるいは、該検知は、前述のように検知した高さＺΦから算出される接触高さに、Ｚ軸の軸位置が到達した信号を位置制御部６０から受け、検知するようにしてもよい。

ステップ１１０において接触したことが検知されると（時刻ｔ５）、次にステップ１１２（時刻ｔ５〜ｔ７）では、圧着搭載制御部５２は、トルク制御部６８に出力するトルク指令信号を推移させ、ＶＣＭ１４の電磁コイルに印加されている電圧の、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への推移を開始させる。すると、電圧Ｖ１では浮上状態にあった前述の一体部材は、下降状態に推移していくことになる。電圧Ｖ２が印加されると、基板２１に接触している、ノズル１９に吸着されている電子部品は、該電圧Ｖ２に応じた規定の圧力で基板２１に加圧されることになる。

次に、ステップ１１４では、垂直Ｚ軸駆動部１５の下降やＶＣＭ１４によって、電子部品及び基板２１の間の圧力が所定荷重になったか、ロードセル２６によって検知する。

ここで、上述の接触検知がなされ、又Ｚ軸の軸位置がゼロ以下になっても、Ｚ軸モータ９による垂直Ｚ軸駆動部１５の低速下降は継続される。そうして、電子部品が基板２１に接触しつつも、ばね２８が圧縮されつつ、垂直Ｚ軸駆動部１５は低速降下を継続する。そうして、ステップ１１６において、電子部品の高さが高さＺ２に到達したと位置制御部６０で検知され、該検知が圧着搭載制御部５２に伝達されると（時刻ｔ７）、続いてステップ１２０及び１２２が行われる。

ステップ１２０では、位置制御部６０は、電子部品の高さが高さＺ２に到達したことを検知すると、該低速下降を停止する。これと同時にステップ１２２では、圧着搭載制御部５２はトルク制御部６８に出力するトルク指令信号を維持し、又トルク制御部６８は前述の電圧Ｖ２を維持し、電子部品の、該電圧Ｖ２に応じた規定の圧力による基板２１への加圧を維持される。

ステップ１２４では、前述のステップ１１６で電子部品の高さが高さＺ２に到達したと判定されてから、所定時間Ｔが経過しているか否か、圧着搭載制御部５２において判定する。該ステップ１２４において経過していると判定されると（時刻ｔ８）、今回の圧着搭載が終了したこととし、次にはステップ１２６において、圧着搭載制御部５２は所定の位置指令信号及び速度指令信号をそれぞれ位置制御部６０及び速度制御部６２に出力し、高さＺ３まで垂直Ｚ軸駆動部１５を上昇させる。すると、時刻ｔ９において、高さＺ３に達することになる。該上昇は、今回の圧着搭載が終了し、装着ヘッド１が次の動作を行うにあたって、該装着ヘッド１が基板２１上の電子部品などに接触しないようにするためである。

なお、ＶＣＭ１４による最大の加圧力以上で、吸着している電子部品を基板２１に押しつける場合は、ＶＣＭの最大の加圧力までＶＣＭ１４で加圧を行い、ＶＣＭの最大の加圧値でＺ軸モータ９によるトルク制御に切替えて指定加圧量まで加圧を行う。このように最大の加圧力以上で押しつける場合、図７にも図示される電圧Ｖ２は、該最大加圧力とするための電圧となる。

なお、図７において、期間Ｔ１は、高速下降している期間である。期間加Ｔ２は、低速下降している期間である。期間Ｔ３は、規定の圧力で、電子部品を基板２１に押さえつけている期間である。

以上のように本実施形態によれば、本願発明を効果的に適用することができる。

又、本実施形態においては、ＶＣＭ１４を使用して可動部の自重を補正するようにしたので、電子部品が基板２１に接触する際の衝撃荷重を排除乃至は減少することができる。

なお、このＶＣＭ１４は、エアスライダに置き換えて本実施形態と同様な制御を行うことができる。しかしながら、エアスライダに比較してＶＣＭ１４は安価であり、コストを削減することができる。

又、本実施形態においては、ステップ１１０において接触が検知される、Ｚ軸が基板２１より低い高さで、Ｚ軸の位置制御を加圧制御（トルク制御）に切替えるようにしている。従って、制御の切り替えに伴ったタイムラグが発生しないので、電子部品を下降させて基板２１に接触させるまでの時間を短縮することができる。結果的に、圧着搭載の動作を速やかに行うことができる。

又、本実施形態において、圧着搭載時の電子部品の基板２１への荷重制御は、ＶＣＭ１４を中心として行い、大荷重を加圧する場合にＺ軸モータ９による加圧制御（トルク制御）によるようにしているので、ＶＣＭ１４を小型化することができ、しいては装着ヘッド１を小型化することができる。又、このようにＶＣＭ１４によって加圧制御を行っているので、高精度な制御ができる。

更に、低荷重の場合は、加圧制御はＶＣＭ１４によって行い、高さ（Ｚ軸）の位置制御はＺ軸モータ９によって行っているので、複雑な協調動作が必要ではない。又、大荷重を加圧する場合にＺ軸モータ９による加圧制御を行う場合も、ある程度の加重量になってから、ＶＣＭ１４の加圧制御から、Ｚ軸モータ９による加圧制御に切替えられるので、電子部品が基板２１に接触する、制御がシビアな時に切替えるより、制御が簡単になる。

又、本願発明では流量計２２によって、基板２１からのノズル１９の高さを検知するようにしたので、高価な光学式センサを取り付ける必要がなく、コストの面、又設置スペース確保の面で有利である。

以上説明したとおり、本発明によれば、電子部品を基板に圧着搭載する際の衝撃荷重を抑えながら、該圧着搭載の動作を速やかに行うことができる電子部品圧着搭載装置を提供することができる。

本発明が適用された実施形態の電子部品圧着搭載装置の構成を示す斜視図上記実施形態に用いられる電子部品圧着搭載装置の装着ヘッド１の側面から見た図上記装着ヘッドのＶＣＭ及び加圧検知部の側面から見た図前記実施形態における制御装置の構成を示すブロック図前記実施形態におけるノズルの吸着エアによる距離測定（距離が大）を示す側面図前記実施形態におけるノズルの吸着エアによる距離測定（距離が小）を示す側面図前記実施形態における圧着搭載制御における、ノズルに吸着されている電子部品の高さ、及びＶＣＭの電磁コイルに印加される電圧を示す模式的なグラフ前記実施形態における圧着搭載制御を示すフローチャート

符号の説明

１…装着ヘッド
２…Ｘ軸ガントリ
３…Ｙ軸ガントリ
４…認識装置
５…電子部品供給装置
６…ヘッドベース
７…リニアガイド
８…θモータ
９…Ｚ軸モータ
１０、１１…カップリング
１２…ナット部
１３…ねじ部
１４…ＶＣＭ
１５…垂直Ｚ軸駆動部
１６…加圧検知部
１８…ノズルシャフト
１９…ノズル
２０…ノズルチャック機構
２１…基板
２２…流量計
２３…バキュームホース
２５…シャフト
２６…ロードセル
２７、２９…支持プレート
２８…ばね
３０…ストッパ
３１…スプライン軸受
５０…電子部品搭載全体制御部
５２…圧着搭載制御部
５４…距離検知部
６０…位置制御部
６２…速度制御部
６４、６８…トルク制御部

Claims

装着ヘッドが電子部品を吸着し、基板の所定位置上部に移動させた後、前記装着ヘッドを下降させて、基板に電子部品を圧着搭載する電子部品圧着搭載装置において、
前記装着ヘッドに装備され、前記電子部品を吸着する吸着ノズルと、
前記下降の際、該吸着ノズルに吸着している電子部品が基板に接触したことを検知する接触検知手段と、
前記吸着ノズルを上下方向に沿って移動可能に支持する支持部材と、
前記装着ヘッドに固定され、前記支持部材を介して、前記吸着ノズルを上下動するＺ軸モータと、
本体部が前記支持部材に固定され、移動部が前記吸着ノズル側に連結され、駆動により、前記吸着ノズルを上下動させる駆動モータとして用いる、ボイスコイルモータ又はエアスライダと、を備え、
前記Ｚ軸モータにより前記吸着ノズルを下降させながら行なう、前記圧着搭載に際して、前記接触検知手段により前記電子部品と基板の接触が検知されるまでは、前記吸着ノズルと前記接触検知手段を上向きに駆動してこれらの自重を補償するように、前記駆動モータを制御する制御手段を有し、
前記接触検知手段は、弾性部材により、前記吸着ノズルを移動可能に支持し、又、前記吸着ノズルに加えられる押圧力を検知することにより前記電子部品と基板の接触を検知すると共に、
前記支持部材は、該接触検知手段を介して前記吸着ノズルを支持することを特徴とする電子部品圧着搭載装置。
装着ヘッドが電子部品を吸着し、基板の所定位置上部に移動させた後、前記装着ヘッドを下降させて、基板に電子部品を圧着搭載する電子部品圧着搭載装置において、
前記装着ヘッドに装備され、前記電子部品を吸着する吸着ノズルと、
前記下降の際、該吸着ノズルに吸着している電子部品が基板に接触したことを検知する接触検知手段と、
前記吸着ノズルを上下方向に沿って移動可能に支持する支持部材と、
前記装着ヘッドに固定され、前記支持部材を介して、前記吸着ノズルを上下動するＺ軸モータと、
本体部が前記支持部材に固定され、移動部が前記吸着ノズル側に連結され、駆動により、前記吸着ノズルを上下動させる駆動モータとして用いる、ボイスコイルモータ又はエアスライダと、を備え、
前記Ｚ軸モータにより前記吸着ノズルを下降させながら行なう、前記圧着搭載に際して、前記接触検知手段により前記電子部品と基板の接触が検知されるまでは、前記吸着ノズルと前記接触検知手段を上向きに駆動してこれらの自重を補償するように、前記駆動モータを制御する制御手段を有し、
前記吸着ノズルは、真空吸着源に接続されると共に、
前記接触検知手段は、前記吸着ノズル内の空気流量の変化を測定する流量測定手段と、該吸着ノズルと基板の距離を検知する距離検知手段を備え、
前記流量測定手段によって検知される吸着エアの流量減少によって吸着ノズルの基板への接近を検知し、吸着ノズルの下降を停止させた時のＺ軸位置や、吸着エアの流量によって、該吸着ノズルの基板への接近距離を検知し、該接近距離に基づいて、電子部品を搭載する箇所の高さを検知し、該高さに基づいて前記電子部品と基板の接触を検知することを特徴とする電子部品圧着搭載装置。