JP5869005B2 - 吸着ノズル及びその異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品を吸着するノズル部を付勢手段で下方に付勢した状態で上下動可能に設けた吸着ノズル及びその異常検出装置に関する発明である。

部品実装機においては、例えば、特許文献１（特開２００６−３１３８３８号公報）、特許文献２（特開２００９−８８０３５号公報）に記載されているように、吸着ノズルで部品を吸着する際や、吸着した部品を基板に実装する際に、衝撃で部品が損傷しないようにするために、ノズルホルダにノズル部を上下動可能に設けると共に、該ノズル部をスプリングによって下方に付勢し、部品吸着動作時にノズル部の下端が部品に当接した後や、部品実装動作時にノズル部に吸着した部品が基板に当接した後に、ノズルホルダを保持する装着ヘッドの下降動作が停止するまでその下降動作に応じてノズル部がスプリングの弾発力に抗して押し込まれることで、部品に加わる衝撃を緩和するようになっている。

特開２００６−３１３８３８号公報 特開２００９−８８０３５号公報

ところで、ノズルホルダとノズル部との間の摺動部への異物の噛み込み等によりノズル部が固着することがあるが、ノズル部が固着すると、部品吸着ミスや部品実装ミスが発生したり、衝撃緩和効果が得られなくなって部品が損傷する可能性がある。従って、ノズル部が固着したときには、それを早期に検出して部品実装機を停止させて点検する必要がある。

従来の部品実装機は、ノズル部に吸着した部品をカメラで撮像して部品吸着姿勢等を監視する機能を備えているため、ノズル部の固着により部品吸着ミスが連続的に発生した場合に、連続的に発生する部品吸着ミスをカメラの撮像画像で検出してから部品実装機を停止するようにしている。

しかし、この固着検出方法では、連続的に発生する部品吸着ミスが検出されるまで部品実装機が動作し続けてしまい、ノズル部の固着を早期に検出できない。

そこで、吸着ノズルを保持する装着ヘッドに、ノズル部の押し込み量を確認する光電センサを設けることが考えられるが、この構成では、部品実装動作時に光電センサが実装済み部品と衝突することを避けるために、光電センサを実装済み部品よりも高い位置に配置し、且つ、ノズル部を下方に付勢するスプリングを光電センサよりも高い位置に配置する必要があるため、吸着ノズルが高さ方向に大型化する欠点がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ノズル部の固着を早期に検出できると共に、吸着ノズルが高さ方向に大型化することを回避できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明は、ノズルホルダに、部品を吸着するノズル部を上下動可能に設けると共に、前記ノズル部を下方に付勢する付勢手段を設け、部品吸着動作時に前記ノズル部の下端が部品に当接した後や、部品実装動作時に前記ノズル部に吸着した部品が基板に当接した後に、前記ノズルホルダの下降動作に応じて前記ノズル部が前記付勢手段の付勢力に抗して押し込まれる吸着ノズルの異常検出装置において、前記ノズルホルダに、前記ノズル部に部品を吸着するための負圧を導入する負圧導入通路と、前記ノズル部の上下動により開閉されるエアー流路とを設けると共に、前記エアー流路にエアーを供給するエアー供給路と、前記エアー流路を流れるエアー流量又は圧力を検出する検出手段（流量センサ又は圧力センサ）とを備え、前記エアー供給路から前記エアー流路にエアーを供給して前記検出手段でエアー流量又は圧力を監視することで前記ノズル部の上下動作の不良（固着）を検出するようにしたものである。ここで、ノズル部は、ノズルホルダ内で上下動する部分（ノズルピストン）とノズル先端部とをそれぞれ別々に形成して両者を結合して一体化しても良いし、両者を一体に形成しても良い。

この構成では、ノズル部が固着していなければ、部品吸着動作時や部品実装動作時にノズル部が上下動してノズルホルダのエアー流路が開閉されるが、ノズル部が固着してノズル部が上下動しなくなると、エアー流路が開閉されなくなるため、エアー流路を流れるエアー流量や圧力が変化しなくなる。この関係から、検出手段でエアー流路を流れるエアー流量又は圧力を監視すれば、ノズル部の上下動作の不良（固着）を早期に検出することができる。しかも、ノズル部の押し込み量を確認する光電センサを設けないため、ノズル部を下方に付勢する付勢手段を任意の高さ位置に配置することが可能となり、吸着ノズルが高さ方向に大型化することを回避できる。

この場合、部品実装機のＸＹＺ方向に移動する装着ヘッドにノズルホルダを着脱可能に取り付け、該装着ヘッドに、ノズルホルダのエアー流路にエアーを供給するエアー供給路を設け、前記検出手段を、前記装着ヘッドのエアー供給路を流れるエアー流量又は圧力を検出するように該装着ヘッドに取り付けるようにすると良い。要するに、ノズルホルダのエアー流路を流れるエアー流量は、装着ヘッドのエアー供給路を流れるエアー流量と同じ流量となるため、装着ヘッドのエアー供給路を流れるエアー流量又は圧力を、ノズルホルダのエアー流路を流れるエアー流量又は圧力の情報として検出するものである。このようにすれば、検出手段（流量センサ又は圧力センサ）を装着ヘッドに取り付けることができるため、吸着ノズルには検出手段を設ける必要がなく、吸着ノズルの構造が複雑化することを回避できる。

具体的には、ノズルホルダの内周面に、エアー流路の孔と大気連通孔を形成し、ノズル部のうちのノズルホルダ内で上下動する部分に、エアー流路の孔と大気連通孔を開閉する筒状弁体を嵌着し、該筒状弁体の外周部に、ノズル部の押し込み量が所定値のときに前記エアー流路の孔と前記大気連通孔とを連通させる連通溝を形成した構成とすると良い。ここで、所定値は、ノズル部の上下ストロークの範囲内で適宜設定すれば良く、上下ストロークの下限値（押し込み量が０）であっても良い。本発明は、筒状弁体をノズル部に一体に形成しても良い。

図１は本発明の一実施例におけるノズルピストンが押し込まれていないときの吸着ノズルの状態を示す縦断面図である。 図２はノズルピストンが押し込まれたときの吸着ノズルの状態を示す縦断面図である。 図３はノズルピストン固着検出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて吸着ノズル１１の構成を説明する。

吸着ノズル１１のノズルホルダ１２は、部品実装機のＸＹＺ方向に移動する装着ヘッド１３に着脱可能に取り付けられる。吸着ノズル１１の着脱方式は、どの様な方式であっても良く、例えば、ノズルホルダ１２に設けたピン１４に装着ヘッド１３に設けた係合部材（図示せず）を引っ掛けて保持するようにしても良いし、負圧（バキューム圧）により装着ヘッド１３に吸着ノズル１１を吸着する構成としても良い。

ノズルホルダ１２の下向きに延びる筒状部１２ａの内周部には、筒状支持部材１５が圧入等により嵌着固定され、この筒状支持部材１５の内周部に、ノズルピストン１６が上下動可能に挿通支持されている。このノズルピストン１６には、装着ヘッド１３側から供給される負圧を導入する負圧導入通路１７が上下方向に貫通するように形成され、該ノズルピストン１６の下端部に、負圧導入通路１７から導入される負圧により部品を吸着するノズル先端部１８が連結部材１９により同軸状に固定されている。この場合、ノズルピストン１６とノズル先端部１８とを連結部材１９で連結してノズル部２０を構成している。

尚、ノズル先端部１８と連結部材１９との固定は、ノズル先端部１８の上部に形成した雄ねじ部を連結部材１９の雌ねじ部に締め込むことによりノズル先端部１８が連結部材１９に固定され、連結部材１９とノズルピストン１６との固定は、ノズルピストン１６の下端部に嵌合した連結部材１９に、その外周側からねじ（図示せず）を径方向に締め込んで該ねじの先端をノズルピストン１６の外周面に圧接させることで、連結部材１９がノズルピストン１６の下端部に固定されている。これにより、ノズル先端部１８の開口径等のノズル種を変更する場合は、ノズル先端部１８が固定された連結部材１９をノズルピストン１６に固定するねじを緩めることで、ノズル先端部１８と連結部材１９をノズルピストン１６から取り外して、別のノズル先端部１８と連結部材１９をノズルピストン１６に付け替えることができるようになっている。

連結部材１９は、ノズルホルダ１２の筒状部１２ａの下端よりも下方に位置して、該連結部材１９とノズルホルダ１２の筒状部１２ａの下端との間にノズル部２０の上下動を許容する隙間が確保されている。連結部材１９の外径寸法は、ノズルホルダ１２の筒状部１２ａの外周部に装着したスプリング２１（付勢手段）の外径寸法よりも若干大きく形成され、該連結部材１９とノズルホルダ１２の筒状部１２ａの上端段差部１２ｂとの間にスプリング２１が圧縮されて挟み込まれ、該スプリング２１の弾発力によりノズル部２０が下方に付勢されている。この構成により、部品吸着動作時にノズル先端部１８の下端が部品に当接した後や、部品実装動作時にノズル先端部１８に吸着した部品が基板に当接した後に、ノズルホルダ１２を保持する装着ヘッド１３の下降動作が停止するまでその下降動作に応じてノズル部２０がスプリング２１の弾発力に抗して押し込まれるようになっている。

ノズルホルダ１２には、エアー流路２２が形成され、該エアー流路２２の入口側の孔２２ａが該ノズルホルダ１２の上面に貫通し、出口側の孔２２ｂが該ノズルホルダ１２の内周面に貫通している。更に、ノズルホルダ１２には、エアー流路２２の出口側の孔２２ｂと同じ高さ位置に大気連通孔２３が該ノズルホルダ１２の内外両周面を貫通するように形成されている。

これに対応して、ノズルピストン１６の上部には、ノズルホルダ１２のエアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３を開閉する筒状弁体２４が圧入等により嵌着固定されている。この筒状弁体２４の外周部には、環状の連通溝２５が形成され、ノズルホルダ１２に対するノズルピストン１６の押し込み量が所定値（所定範囲内）のときに連通溝２５がエアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３に合致してエアー流路２２の孔２２ｂと大気連通
孔２３とが連通溝２５により連通した状態となり、ノズルピストン１６の押し込み量が所定値以外（所定範囲外）のときにエアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３とが筒状弁体２４で閉鎖された状態となる。

本実施例では、図１に示すように、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置に位置するときに（ノズルピストン１６の押し込み量が０であるときに）、エアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３とが連通溝２５により連通した状態となり、図２に示すように、ノズルピストン１６が押し込まれたときに、エアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３とが筒状弁体２４で閉鎖された状態となるように構成されている。

ノズルホルダ１２の内周部のうちの筒状弁体２４が摺動する領域の下端には、環状のストッパ部１２ｃが内周側に突出するように形成され、該筒状弁体２４の下端がストッパ部１２ｃに当接する位置がノズルピストン１６の上下ストロークの最下位置（押し込み量が０）となっている。尚、ノズルホルダ１２の内周部のうちの筒状弁体２４が摺動する領域には、該ノズルホルダ１２の内周面と該筒状弁体２４の外周面との間の隙間から負圧が漏れることを防ぐためのパッキン２６が装着されている。

以上のように構成した吸着ノズル１１のノズルホルダ１２を保持する装着ヘッド１３には、ノズルピストン１６の負圧導入通路１７に負圧を供給する負圧供給路（図示せず）が形成されていると共に、ノズルホルダ１２のエアー流路２２にエアーを供給するエアー供給路２８が形成されている。更に、装着ヘッド１３には、該装着ヘッド１３のエアー供給路２８を流れるエアー流量を検出する流量センサ２７（検出手段）が設けられている。この流量センサ２７の出力信号は、部品実装機の制御装置３０に読み込まれ、装着ヘッド１３のエアー供給路２８からノズルホルダ１２のエアー流路２２に流れるエアー流量が監視されるようになっている。

ところで、ノズルホルダ１２とノズルピストン１６との間の摺動部への異物の噛み込み等によりノズルピストン１６が固着することがあるが、ノズルピストン１６が固着すると、部品吸着ミスや部品実装ミスが発生したり、衝撃緩和効果が得られなくなって部品が損傷する可能性がある。従って、ノズルピストン１６が固着したときには、それを早期に検出して部品実装機を停止させて点検する必要がある。

そこで、部品実装機の制御装置３０は、図３のノズルピストン固着検出プログラムを所定周期で繰り返し実行することで、流量センサ２７の出力信号に基づいてノズルホルダ１２のエアー流路２２を流れるエアー流量を監視して、ノズルピストン１６の上下動作の不良（固着）を検出するようにしている。要するに、ノズルピストン１６が固着していなければ、部品吸着動作時や部品実装動作時にノズルピストン１６が上下動してノズルホルダ１２のエアー流路２２がノズルピストン１６の筒状弁体２４で開閉されるが、ノズルピストン１６が固着してノズルピストン１６が上下動しなくなると、エアー流路２２が開閉されなくなるため、エアー流路２２を流れるエアー流量が変化しなくなる。この関係から、流量センサ２７でエアー流路２２を流れるエアー流量を監視すれば、ノズルピストン１６の上下動作の不良（固着）を早期に検出することができる。

ところで、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置（押し込み量が０）で固着しても、部品吸着動作や部品実装動作によりノズルピストン１６が押し込まれることが多いが、ノズルピストン１６が押し込まれた状態で固着すると、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置（押し込み量が０）まで戻らず、部品吸着ミスや部品実装ミスが発生する原因となる。図３のノズルピストン固着検出プログラムは、ノズルピストン１６が押し込まれた状態で固着した状態を検出するプログラムである。

以下、図３のノズルピストン固着検出プログラムの処理内容を説明する。本プログラムは、部品実装機の稼働中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、部品吸着動作終了か又は部品実装動作終了か否かを判定する。部品吸着動作や部品実装動作によりノズルピストン１６がスプリング２１の弾発力に抗して押し込まれるため、ノズルピストン１６の押し込み動作が終了して吸着ノズル１１が上昇する毎に、ノズルピストン１６の固着の有無を判定するタイミングとなる。

上記ステップ１０１で「Ｎｏ」と判定されれば、ノズルピストン固着判定タイミングではないと判断して、以降の処理を行わず、本プログラムを終了するが、上記ステップ１０１で「Ｙｅｓ」と判定されれば、ノズルピストン固着判定タイミングであると判断して、ステップ１０２に進み、流量センサ２７の出力信号を読み込んで、装着ヘッド１３のエアー供給路２８からノズルホルダ１２のエアー流路２２に流れるエアー流量を検出する。

この後、ステップ１０３に進み、流量センサ２７で検出したエアー流量が判定しきい値よりも少ないか否かを判定する。ノズルピストン１６が固着していない場合は、ノズルピストン１６の押し込み動作が終了して吸着ノズル１１が上昇すれば、図１に示すように、スプリング２１の弾発力によりノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置まで押し下げられて、エアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３とがノズルピストン１６の筒状弁体２４の連通溝２５により連通した状態となるため、エアー流路２２を流れるエアー流量が増加するが、ノズルピストン１６の押し込み動作中にノズルピストン１６が固着すると、押し込み動作が終了して吸着ノズル１１が上昇しても、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置まで戻らないため、エアー流路２２の孔２２ｂがノズルピストン１６の筒状弁体２４で閉塞された状態に維持されて、エアー流路２２を流れるエアー流量が増加しない。

この関係から、ステップ１０３では、エアー流路２２を流れるエアー流量が判定しきい値よりも少ないか否かを判定し、エアー流量が判定しきい値よりも少なければ、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置まで戻っていないと判断して、ステップ１０４に進み、ノズルピストン１６の固着と判定し、エアー流量が判定しきい値以上であれば、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置まで戻っているため、ノズルピストン１６が固着していないと判断して、そのまま本プログラムを終了する。

尚、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置で完全に固着して、部品吸着動作時や部品実装動作時でもノズルピストン１６が全く押し込まれなくなった状態を検出する場合は、部品吸着動作時や部品実装動作時に、例えば装着ヘッド１３の下降動作が停止したときに（つまりノズルピストン１６が固着していなければノズルホルダ１２の押し込み量が最大となるときに）、流量センサ２７で検出したエアー流量が判定しきい値よりも多いか否かを判定し、エアー流量が判定しきい値よりも多ければ、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置で固着していると判定し、エアー流量が判定しきい値以下であれば、ノズルピストン１６が押し込まれてノズルホルダ１２のエアー流路２２がノズルピストン１６の筒状弁体２４で閉鎖された状態となっているため、ノズルピストン１６が固着していないと判定するようにすれば良い。

或は、部品吸着動作中や部品実装動作中に、流量センサ２７で検出したエアー流量の変化量の絶対値が判定しきい値以上であるか否かを監視し、エアー流量の変化量の絶対値が判定しきい値以上であれば、ノズルピストン１６が押し込まれてノズルホルダ１２のエアー流路２２が開閉されたと判断して、ノズルピストン１６が固着していないと判定し、エアー流量の変化量の絶対値が判定しきい値よりも小さければ、ノズルホルダ１２のエアー流路２２が開閉されなかったと判断して、ノズルピストン１６が固着していると判定するようにしても良い。

以上説明した本実施例では、ノズルホルダ１２とノズルピストン１６との摺動部分を利用してバルブ構造を構成し、ノズルピストン１６の上下動により開閉されるエアー流路２２を流れるエアー流量を流量センサ２７で監視するようにしたので、ノズルピストン１６の固着を早期に検出することができる。しかも、ノズルピストン１６の押し込み量を確認する光電センサを設けないため、ノズルピストン１６を下方に付勢するスプリング２１を任意の高さ位置に配置することができ、吸着ノズル１１が高さ方向に大型化することを回避できる。更に、流量センサ２７を装着ヘッド１３に取り付けるようにしたため、吸着ノズル１１には流量センサ２７を設ける必要がなく、吸着ノズル１１の構造が複雑化することを回避できる。

本実施例では、ノズルピストン１６のエアー流路２２（装着ヘッド１３のエアー供給路２８）を流れるエアー流量を流量センサ２７で監視してエアー流路２２の開閉を検出するようにしたが、ノズルピストン１６のエアー流路２２（装着ヘッド１３のエアー供給路２８）の圧力を圧力センサで監視してエアー流路２２の開閉を検出するようにしても良い。この場合、エアー流路２２の開放時には、圧力センサで検出する圧力が大気圧となり、エアー流路２２の閉鎖時には、エアー流路２２に供給する圧力（正圧又は負圧）に応じて、圧力センサで検出する圧力が大気圧より上昇又は低下するため、エアー流量と同様に、圧力を検出しても、エアー流路２２の開閉を検出することができる。

また、本実施例では、ノズル部２０のうちのノズルホルダ１２内で上下動する部分（ノズルピストン１６）とノズル先端部１８とをそれぞれ別々に形成して両者を連結部材１９で結合して一体化した構成としたが、これらを一体に形成しても良い。

また、本実施例では、ノズルピストン１６に筒状弁体２４を嵌着固定するようにしたが、これらを一体に形成しても良い。

また、本実施例では、ノズルピストン１６がその上下ストロークの最下位置に位置するときに（ノズルピストン１６の押し込み量が０であるときに）、エアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３とが連通溝２５により連通した状態となるように構成したが、ノズルピストン１６の押し込み量が所定値（プラス値）のときにエアー流路２２の孔２２ｂと大気連通孔２３とが連通溝２５により連通した状態となるように構成しても良く、エアー流路２２の開閉を切り換える位置は、ノズルピストン１６の上下ストロークの範囲内で適宜設定すれば良い。

その他、本発明は、ノズルホルダ１２とノズルピストン１６との摺動部分を利用して構成するバルブ構造の位置やその構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…吸着ノズル、１２…ノズルホルダ、１３…装着ヘッド、１５…筒状支持部材、１６…ノズルピストン、１７…負圧導入通路、１８…ノズル先端部、１９…連結部材、２０…ノズル部、２１…スプリング（付勢手段）、２２…エアー流路、２２ａ…入口側の孔、２２ｂ…出口側の孔、２３…大気連通孔、２４…筒状弁体、２５…連通溝、２７…流量センサ（検出手段）、２８…エアー供給路、３０…制御装置

Claims (4)

1. ノズルホルダに、部品を吸着するノズル部を上下動可能に設けると共に、前記ノズル部を下方に付勢する付勢手段を設け、部品吸着動作時に前記ノズル部の下端が部品に当接した後や、部品実装動作時に前記ノズル部に吸着した部品が基板に当接した後に、前記ノズルホルダの下降動作が停止するまでその下降動作に応じて前記ノズル部が前記付勢手段の付勢力に抗して押し込まれる吸着ノズルの異常検出装置において、
   前記ノズルホルダに、前記ノズル部に部品を吸着するための負圧を導入する負圧導入通路と、前記ノズル部の上下動により開閉されるエアー流路とを設け、
   前記エアー流路にエアーを供給するエアー供給路と、前記エアー流路を流れるエアー流量又は圧力を検出する検出手段とを備え、
   前記エアー供給路から前記エアー流路にエアーを供給して前記検出手段でエアー流量又は圧力を監視することで前記ノズル部の上下動作の不良を検出することを特徴とする吸着ノズルの異常検出装置。
2. 前記ノズルホルダは、部品実装機のＸＹＺ方向に移動する装着ヘッドに着脱可能に取り付けられ、
   前記装着ヘッドに前記エアー供給路が設けられ、
   前記検出手段は、前記装着ヘッドのエアー供給路を流れるエアー流量又は圧力を検出するように該装着ヘッドに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸着ノズルの異常検出装置。
3. 前記ノズルホルダの内周面には、前記エアー流路の孔と大気連通孔が形成され、
   前記ノズル部のうちの前記ノズルホルダ内で上下動する部分には、前記エアー流路の孔と前記大気連通孔を開閉する筒状弁体が嵌着され、
   前記筒状弁体の外周部には、前記ノズル部の押し込み量が所定値のときに前記エアー流路の孔と前記大気連通孔とを連通させる連通溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸着ノズルの異常検出装置。
4. ノズルホルダに、部品を吸着するノズル部を上下動可能に設けると共に、前記ノズル部を下方に付勢する付勢手段を設け、部品吸着動作時に前記ノズル部の下端が部品に当接した後や、部品実装動作時に前記ノズル部に吸着した部品が基板に当接した後に、前記ノズルホルダの下降動作が停止するまでその下降動作に応じて前記ノズル部が前記付勢手段の付勢力に抗して押し込まれる吸着ノズルにおいて、
   前記ノズルホルダに、前記ノズル部に部品を吸着するための負圧を導入する負圧導入通路と、前記ノズル部の上下動により開閉されるエアー流路とが設けられ、
   前記ノズルホルダが取り付けられる装着ヘッドに設けられたエアー供給路から前記エアー流路にエアーが供給されることを特徴とする吸着ノズル。

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