JP2003133796A - 電子部品実装装置におけるノズル吸着高さの検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移載ヘッドに装着された状態における吸着ノ
ズル下端部の高さ位置を正確に検出することができる電
子部品実装装置におけるノズル吸着高さの検出方法を提
供することを目的とする。 【解決手段】 吸着ノズルによって電子部品をピックア
ップして基板に実装する電子部品実装装置において、各
吸着ノズル下端部の高さ位置を検出する際に、吸着ノズ
ルから真空吸引しながら吸着ノズルを計測基準面に対し
て下降させるとともに、流量センサによって吸着ノズル
から吸引される空気の流量を計測し、流量計測結果から
流量計測値が吸着面当接流量ｆ５に低下するタイミング
を求め、このタイミングにおけるＺ軸の高さ指示値Ｚｎ
（ｉ）を、当該吸着ノズルのノズル吸着高さとして出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、移載ヘッドに装着
された状態の吸着ノズル下端部の高さ位置を検出する電
子部品実装装置におけるノズル吸着高さの検出方法に関
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】このため、移載ヘッドに装着された状態の
吸着ノズル下端部の高さ位置をノズル吸着高さとして求
め、このノズル吸着高さと電子部品の厚み寸法に基づい
て前記下降目標高さ位置を設定する。このとき、同一の
移載ヘッドに複数の吸着ノズルが装着される場合には、
各吸着ノズル間の寸法ばらつきに起因するノズル吸着高
さのばらつきを防止するため、部品加工時においてこれ
らの吸着ノズルの寸法精度を厳しく管理するようにして
いた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、部品の
微小化に伴い求められる実装精度がさらに高度化してい
ることから、部品加工精度に依存する上記従来の方法で
は、必要精度に対応できないようになっている。このた
め、移載ヘッドに装着された状態における吸着ノズルの
吸着高さを正しく求め、ばらつきに対する適切な対応を
可能とすることが求められていた。 【０００５】そこで本発明は、移載ヘッドに装着された
状態における吸着ノズル下端部の高さ位置を正確に検出
することができる電子部品実装装置におけるノズル吸着
高さの検出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
実装装置におけるノズル吸着高さの検出方法は、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、前記移載ヘッドに装着された状態の
吸着ノズル下端部の高さ位置を検出する電子部品実装装
置におけるノズル吸着高さの検出方法であって、前記移
載ヘッドを計測基準面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前
記計測基準面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
計測結果から流量計測値が所定値に低下したタイミング
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
値をノズル吸着高さとして出力する工程とを含む。 【０００７】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計測基準面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
測結果から流量計測値が所定値以下に低下したタイミン
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
示値を吸着高さとして出力することにより、ノズル吸着
高さを正確に検出することができる。 【０００８】 【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
装装置におけるノズル吸着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。 【０００９】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。 【００１０】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。 【００１１】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。 【００１２】ラインカメラ７と隣接して、平坦な上面が
設けられた計測テーブル８が配置されている。計測テー
ブル８の上面は、電子部品実装装置１の機械座標系にお
ける絶対高さ位置が既知の高さ計測基準面であり、搬送
路２における基板３の上面の実装面との相対高さ差Ｈが
既知となっている（図５参照）。後述するように、移載
ヘッド６に装着された吸着ノズル１８の下端部をこの高
さ計測基準面に当接させることにより、当該吸着ノズル
のノズル吸着高さを検出できるようになっている。 【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１
１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１
８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２
８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２
７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１８
ａ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ノズル吸着
高さ検出処理について図５，図６を参照して説明する。
この処理は、移載ヘッド６に吸着ノズル１８を新たに装
着した後に、実装作業の開始に先立って実行される処理
であり、これらの吸着ノズル１８を移載ヘッド６に装着
した状態で生じる吸着ノズル下端部の高さ位置のばらつ
きを検出することを目的として行われるものである。 【００３１】すなわち、同一の計測基準面に対して各吸
着ノズル１８の下端部を順次当接させ、当接したタイミ
ングにおける高さ検出部２０の高さ指示値Ｚｎを各吸着
ノズル１８ごとに求めることにより、各吸着ノズル１８
の下端部の高さ位置をＺ軸テーブル１０のＺ座標系にお
ける座標値と関連させて求めるものである。 【００３２】前述のように、移載ヘッド６には６個の吸
着ノズル１８が装着されることから、上記処理もこれら
の６個の吸着ノズル１８を対象として個別ノズルごとに
実行される。以下、（ｉ）番目の吸着ノズル１８（ｉ）
について行われる処理について説明する。実際には、ｉ
＝１〜６について実行される。 【００３３】まず吸着ノズル１８が装着された移載ヘッ
ド６を計測テーブル８（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（ｉ）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（ｉ）を計測テーブル８に対して徐々
に下降させる。 【００３４】そしてこの吸着ノズル１８（ｉ）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（ｉ）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ｆ
３を超える流量を示す。 【００３５】図６（ｂ）は、この吸着ノズル１８（ｉ）
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（ｉ）の下降において、吸着ノズル１８
（ｉ）の下端部が計測テーブル８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。 【００３６】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（ｉ）の下端部が計測テーブル８の高さ計
測基準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、吸着
ノズル１８（ｉ）に固有のノズル吸着高さＺｎ（ｉ）と
して出力し、記憶部２６に記憶させる。この処理を各吸
着ノズル１８について実行することにより、同一の移載
ヘッド６に装着された吸着ノズル１８の下端部の高さ位
置のばらつきを、数値データで表したオフセットデータ
が作成される。 【００３７】図７は、このようにして検出されたノズル
吸着高さＺｎ（ｉ）に基づいて、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
で各吸着ノズル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を保持した吸着ノズ
ル１８（ｉ）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。 【００３８】図７（ｂ）は、各吸着ノズル１８を順次下
降させて、吸着ノズル１８（ｉ）によって電子部品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
出されたノズル吸着高さＺｎ（ｉ）に基板３との相対高
さ差Ｈを加え、さらに電子部品Ｐの厚み寸法Ｔ２を差し
引いた高さ位置（Ｚｎ（ｉ）＋Ｈ−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。 【００３９】これにより、搭載動作においては、各吸着
ノズル１８の下端部の吸着面は、個体差による寸法のば
らつきに関係なく、常に基板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。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。 【００４０】なお上記実施の形態においては、ノズル吸
着高さ検出用の高さ計測基準面として、専用の計測テー
ブル８を用いる例を示したが、搬送路２に位置決めされ
た基板３の上面を高さ計測基準面として用いてもよい。 【００４１】 【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計測基準面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
計測結果から流量計測値が所定値以下に低下したタイミ
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
指示値を吸着高さとして出力するようにしたので、ノズ
ル吸着高さを正確に検出することができ、吸着ノズルの
個体差による寸法のばらつきに関係なく良好な実装を行
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
けるノズル吸着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
けるノズル吸着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 ８ 計測テーブル 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

Claims (1)

1. 【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、前記移載ヘッド
   に装着された状態の吸着ノズル下端部の高さ位置を検出
   する電子部品実装装置におけるノズル吸着高さの検出方
   法であって、前記移載ヘッドを計測基準面の上方に位置
   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
   して吸着ノズルを前記計測基準面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、流量計測結果から流量計測値が所定値に
   低下し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ノズル吸着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
   るノズル吸着高さの検出方法。