JP2010010463A - 電子部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品吸着ノズルを移動動作させる機構部の微小な不良や、不良の兆候を、低コストで効果的に見出すことができるようにする。
【解決手段】対抗する投光窓１５ａから受光窓１５ｂに、互いに並行な複数のレーザ光１５ｃが照射されている高さの位置にある部品吸着ノズル２の先端や、吸着されている電子部品１が振動すると、該振動に伴ってレーザ光１５ｃの遮蔽部分が変化（振動）する。該変化を、光窓１５ｂを備えた位置検出器１５のレーザセンサ３５にて検出し、光学的に直接検出するようにしている。又、該検出に基づいて、装置の異常を判定し、予め定められた異常時対応処理を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヘッド部に備えるノズルで部品をピックアップしてから、基板上の該当位置までノズルを移動し、該ピックアップした部品を実装していく電子部品実装装置に係り、特に、ノズルを移動動作させる機構部の微小な不良や、不良の兆候を、低コストで効果的に見出すことができる電子部品実装装置及びその異常検出方法に関する。

電子部品実装装置の異常検出方法の従来技術として、特許文献１がある。

この特許文献１では、その図１に示される制御系において、サーボモータ２〜５などの駆動部により移動部（ヘッドユニット１０、吸着ノズル１３）をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｒ軸の各方向に移動させる。又、駆動部が正常時の速度偏差や位置偏差などの制御偏差を、制御偏差の既定値としてコントローラ１に記憶しておく。そして、各駆動部の自己診断を行なう場合、そのときの制御偏差を前述の既定値と比較し、駆動部の異常を判定する。

これにより、例えば、製造時の組み付け不良、モータの駆動力を伝達するベルトの長時間使用によるテンション不良、ビスの緩み、あるいはモータ自体の故障などメカ的な原因で動作の整定が悪くなり、部品の搭載精度に悪影響を及ぼすといった異常を判定できるようにしている。

特開２００５−３８９１０号公報（図１）

しかしながら、各軸の位置検出機構は、他の様々な機構部を介在させ、間接的にノズルを移動動作させる。ノズルを上下動させるＺ軸の場合、該動作を行う機構部は通常ヘッド部に設けられている。これに対して、Ｘ軸やＹ軸は、ノズルを搭載したヘッド部全体を動作させるものであり、Ｚ軸動作の機構など他の複数の機構部を介在させて、ノズルを移動させることになる。

又、各軸の位置検出手段も、モータ側（ロータリーエンコーダ）やガイドレール側（リニアスケール）に設けられ、ノズル先端の位置を直接検出するものではない。

従って、各軸を移動させる際、ノズル先端部そのものの微小な位置偏差を検出できない。例えば、Ｚ軸の上下運動等によるノズル先端部の振動等は、特許文献１のような構成では、各軸の位置検出手段からは検出することが困難であった。そのため機構の不良が検出できず搭載位置が安定しない場合もあった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するためのもので、ノズルを移動動作させる機構部の微小な不良や、不良の兆候を、低コストで効果的に見出すことができるようにする電子部品実装装置の異常検出方法を提供することを課題とする。

本発明は、ヘッド部に備えるノズルで部品をピックアップしてから、基板上の該当位置までノズルを移動し、該ピックアップした部品を実装していく電子部品実装装置の異常検出方法である。Ｚ方向となるノズルの上下動作を停止させる際、Ｚ方向に直交する方向のノズル振動の振幅を検出し、該検出に基づいて求められる最大振幅値又は振動収束時間が、予め定めた閾値より大である場合には、異常ありと判定し、予め定められた異常時対応処理を行うことにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記検出に基づいて、ノズル振幅のプラス振幅の最大振幅値Ａｍａｘ＋、ノズル振幅のマイナス振幅の最大振幅値Ａｍａｘ−、ノズル振幅のプラス振幅が、予め定められた収束判定値Ａａｃｐ＋より小さくなる振動収束時間Ｔ４、及び、ノズル振幅のマイナス振幅が、予め定められた収束判定値Ａａｃｐ−より小さくなる振動収束時間Ｔ３を求める。これら最大振幅値Ａｍａｘ＋、最大振幅値Ａｍａｘ−、振動収束時間Ｔ４、及び、振動収束時間Ｔ３の、それぞれに対応する閾値との比較に基づいて、前記判定を行うことができる。

又、本発明は、ヘッド部に備えるノズルで部品をピックアップしてから、基板上の該当位置までノズルを移動し、該ピックアップした部品を実装していく電子部品実装装置において、ノズルにピックアップされている部品の位置ずれを検出するための、ヘッド部に設けられる光学センサと、Ｚ方向となるノズルの上下動作を停止させる際、該光学センサにより検出される、Ｚ方向に直交する方向のノズル振動の振幅に基づいて、最大振幅値又は振動収束時間を求め、予め定めた閾値より大である場合には、異常ありと判定し、予め定められた異常時対応処理を行う制御手段と、を備えたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、部品をピックアップしたノズルの先端の振動を何らかの検出手段により直接把握することで、より精度の高いノズル先端の状態が把握でき、機構の不良、状態変化を検出できる。又、搭載位置ズレを未然に防ぐことが可能となる。

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実装装置を斜め上方より見た斜視図である。

電子部品実装機は、パーツフィーダＦから供給される電子部品１を部品吸着ノズル２によって吸着し、隣接した位置にある基板（図示省略）に運ぶ。ここで負圧を解除することによって電子部品１を基板上に搭載するものである。該部品吸着ノズル２は、ノズルシャフト３の下端（先端）に軸方向の一定値以上の荷重によって嵌合され、又は取り外されるようになっている。

このノズルシャフト３は、スライドブラケット４によって鉛直方向に支持され、このスライドブラケット４の上下動に応じて上下するようにされている。又、該スライドブラケット４は、フレーム５に対してリニアガイド６を介して鉛直方向に移動可能に支持され、且つ、Ｚ軸モータ７により、ボールねじ８を介して上下方向に駆動され、ノズルシャフト３も上下方向に駆動されるようになっている。

更に、ノズルシャフト３は、スライドブラケット４に支持された状態で、θ軸モータ９によりタイミングベルト１０を介してその軸線回りに回動できるようにされている。又、ノズルシャフト３内には、負圧通路（図示省略）が形成され、装着された部品吸着ノズル２の先端に負圧を伝達するようにされている。

ノズルシャフト３〜タイミングベルト１０は、これらを一組として一つの部品吸着ユニット１１を構成し、この複数の部品吸着ユニット１１は、ヘッド部１２を構成している。

このようなヘッド部１２は、インターフェース部材１３を介してＸＹロボット装置１４（全体図示省略、図１ではＸ軸レールが示されている）に支持され、前記ノズルシャフト３の軸線方向（鉛直方向）をＺ軸とした場合、水平面内でＸ−Ｙ方向に自在に移動されるようになっている。

ここで、図１の符号１５は、前述のフレーム５に取り付けられ、部品吸着ノズル２に吸着された電子部品１の位置を検出するための位置検出器、１６は、該フレーム５に取り付けられ、回路基板上のマーク認識や電子部品１を吸着する際のその位置、回路基板上に搭載した電子部品１の位置を確認するためのカメラをそれぞれ示す。

又、電子部品１は、抵抗、コンデンサ、ＩＣ等の種類によりその大きさ及び形状が異なるものであり、前記部品吸着ノズル２は、吸着すべき電子部品１に応じて異なる種類のものに交換されるものである。

図２は、本実施形態の電子部品実装装置における軸モータを中心とした制御系要部の構成を示すブロック図である。

ヘッド部１２には、Ｚ軸モータ７、θ軸モータ９、位置検出器１５に内蔵されるレーザセンサ３５が搭載されている。又、ヘッド部１２は、Ｘ軸方向に、あるいはＹ軸方向に、Ｘ軸モータ３１又はＹ軸モータ３２の駆動力によって移動させられる。

これらモータ７、９、３１、３２並びにレーザセンサ３５は、対応するドライバ４１〜４５を介してＣＰＵ５１に接続されている。このＣＰＵ５１には、種々のプログラムやデータその他を記録するメモリ５２が接続されている。制御装置３７は、主として、このようなドライバ４１〜４５、ＣＰＵ５１、メモリ５２により構成されている。

モータ７、９、３１、３２は、例えばロータリーエンコーダを内蔵し、制御装置３７を中心としたクローズドループの位置制御や速度制御がなされている。

又、本願発明の電子部品実装装置の異常検出方法を適用した処理を行うためのプログラムは、制御装置３７において、メモリ５２に記録されていて、ＣＰＵ５１により実行され、例えば、後述する図５のフローチャートに示されるような処理がなされる。又、この処理の種々の設定値は、データとしてメモリ５２に記録保存される。このように、該制御装置３７は本願発明の制御手段に相当するものである。

図３は、本実施形態において本発明を適用した振動検出を行う光学式の位置検出器１５の動作を示す斜視図である。

互いに並行な複数のレーザ光１５ｃを照射する位置検出器１５の投光窓１５ａ、及び、これらレーザ光１５ｃが導かれる位置検出器１５の受光窓１５ｂは、部品吸着ノズル２先端を介して、互いに対向するように配置されている。この図において、互いに並行なレーザ光１５ｃのそれぞれのビーム（光束）は、破線矢印にて示される。

該位置検出器１５は、部品吸着ノズル２に吸着されている電子部品１の、該吸着位置の測定（センタリング：部品吸着ノズル２先端を基準とする電子部品１の位置測定）を行なうものである。

Ｚ軸モータ７により部品吸着ノズル２を上下方向に駆動して移動させ、この図に示されるように、投光窓１５ａから照射するレーザ光１５ｃの経路上に、吸着されている電子部品１が位置するようにした後、部品吸着ノズル２に吸着された電子部品１をθ軸モータ９で回転させる。すると、回転する電子部品１の外形に応じて、並行な複数のレーザ光１５ｃの遮蔽部分が変化する。該変化を、受光窓１５ｂを備えた位置検出器１５のレーザセンサ３５にて検出することで、部品吸着ノズル２に吸着された電子部品１の吸着位置の測定が可能となる。

本実施形態では、このように本来、吸着位置の測定用に供えられた位置検出器１５によって、部品吸着ノズル２の振動や、該部品吸着ノズル２に吸着されている電子部品１の振動を、光学的に直接検出するようにしている。即ち、並行な複数のレーザ光１５ｃが照射されている高さの位置にある部品吸着ノズル２の先端や、吸着されている電子部品１が振動すると、該振動に伴ってレーザ光１５ｃの遮蔽部分が変化（振動）する。そこで、この遮蔽部分の変化（振動）を、レーザセンサ３５により光学的に直接検出し、制御装置３７において該検出結果に基づき、電子部品実装装置が備える機械機構の異常検出を行うようにしている。

図４は、本実施形態において、Ｚ軸モータによる上下移動の動作停止直後の吸着部品の横方向振動を示すグラフである。

この図４において、横軸は時間軸であり、縦軸は、Ｚ軸方向に対して直交する水平方向の、部品吸着ノズル２の先端における振動の振幅を示す。あるいは、縦軸は、同様に水平方向の、部品吸着ノズル２の先端に吸着されている電子部品１における振動の振幅を示す。なお、この振動の振幅は、レーザセンサ３５により検出されるものであり、従って、レーザ光１５ｃの光軸に直交する方向であって、複数のレーザ光１５ｃの光軸が並ぶ方向である。

Ｚ軸モータ７により部品吸着ノズル２を上下方向に駆動し、図３に示されるように、投光窓１５ａから照射するレーザ光１５ｃの経路上に、部品吸着ノズル２の先端、又は、吸着されている電子部品１が位置するように、この上下方向の移動動作を停止させる。すると、図４に示されるように、部品吸着ノズル２の先端や、吸着の電子部品１は、該停止直後、該停止の衝撃によって振動し、その後振動は漸次減衰していく。

この停止の衝撃に伴なった振動の大きさ（振幅）や、該振動の減衰時間は、部品吸着ノズル２を備えるヘッド部１２周辺の機械的な状態に依存する。例えば、リニアガイド６やボールねじ８のバックラッシュの増加は、このような振動の大きさの増大や、該振動の減衰の延長として検出することかできる。従って、本実施形態では、このような振動の大きさや減衰時間により、電子部品実装装置の異常検出を行うようにしている。

本実施形態では、Ｚ軸方向（上下方向）の移動動作の停止時の時刻Ｔ０の後、水平方向の特定方向への最大振幅Ａｍａｘ＋と、該方向と反対方向への最大振幅Ａｍａｘ−とを、制御装置３７により求めるようにしている。なお、この最大振幅Ａｍａｘ＋となった時の、時刻Ｔ０からの時間を、最大プラス振幅時間Ｔ１とする。又、この最大振幅Ａｍａｘ−となった時の、時刻Ｔ０からの時間を、最大マイナス振幅時間Ｔ２とする。

更に、プラス方向の振幅（絶対値）が収束判定値Ａａｃｐ＋より小さくなり、且つ、この後にはプラス方向の振幅（絶対値）が該収束判定値Ａａｃｐ＋より大きくなることがなくなると、最後に振幅が該収束判定値Ａａｃｐ＋となった時刻をＴ４とする。そして、制御装置３７は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ４までの時間、即ち振動収束時間ΔＴ４を求めるようにしている。

又、マイナス方向の振幅（絶対値）が収束判定値Ａａｃｐ−より小さくなり、且つ、この後にはマイナス方向の振幅（絶対値）が該収束判定値Ａａｃｐ−より大きくなることがなくなると、最後に振幅が該収束判定値Ａａｃｐ＋となった時刻をＴ３とする。そして、制御装置３７は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ３までの時間、即ち振動収束時間ΔＴ３を求めるようにしている。

そして、制御装置３７は、これら最大振幅Ａｍａｘ＋と、最大振幅Ａｍａｘ−と、振動収束時間ΔＴ４と、振動収束時間ΔＴ３とに基づいて、電子部品実装装置の異常検出を行うようにしている。

具体的には、以下のような場合には、電子部品実装装置において、何らかの異常ありと判定するようにしている。

（異常判定１）：予め設定された振幅許容最大値Ａｌｉｍ（正の整数の値）より、最大振幅Ａｍａｘ＋の絶対値、又は最大振幅Ａｍａｘ−の絶対値が大である場合、何らかの異常ありと判定する。
（異常判定２）：予め設定された最大時間Ｔｌｉｍより、振動収束時間ΔＴ４、又は振動収束時間ΔＴ３が長い場合、何らかの異常ありと判定する。

図５は、本実施形態における電子部品実装装置の異常検出処理を示すフローチャートである。

該異常検出処理は、主として制御装置３７により行われるものである。

まず、本実施形態の異常検出処理（異常検出方法）において、ステップＳ１０１では、Ｚ軸動作に先駆け、種々の設定を行う。

即ち、このステップＳ１０１では、まず、Ｚ軸の移動距離Ｚｄ、速度Ｚｓ、加速度Ｚａを設定する。又、Ｚ軸動作停止時の振幅許容最大値Ａｌｉｍ、振幅が収束したと判断する値Ａａｃｐ、収束までの許容最大時間Ｔｌｉｍを設定する。又、測定回数Ｃｎ、ノズル質量Ｎｗ、部品質量Ｃｗ、部品形状Ｃｓその他を設定するようにしてもよい。

例えば、１回の異常検出処理では見出されないような異常でも、異常検出処理を何回か行うことで見出すことができる場合があるので、その処理回数を、測定回数Ｃｎとして設定する。

更に、このステップＳ１０１では、Ｚ軸上下動作と同時にθ回転動作を行なう場合は、これらの設定に加えて、回転量θｄｉｖ、回転速度θω、回転加速度θβを設定する。

続いてステップＳ１０２では、Ｚ軸動作を開始する。又、Ｚ軸動作と併せてθ軸動作を行う場合には、このステップＳ１０２において、θ軸動作を開始する。このような動作の開始に際して、Ｚ軸の動作が完了する時点が、ＸＹ軸動作が停止、若しくは定速動作中で振幅していないタイミングとなるよう、該動作開始を見計らう。

ステップＳ１０３では、上記開始のＺ軸動作が停止したか否か判定し、前述の時刻Ｔ０を検出する。

Ｚ軸動作が停止と判定された場合、ステップＳ１０４では、レーザセンサ３５から取り込まれる信号に基づいて、最大振幅Ａｍａｘ＋と、最大振幅Ａｍａｘ−と、最大プラス振幅時間ΔＴ１と、最大マイナス振幅時間ΔＴ２と、振動収束時間ΔＴ４と、振動収束時間ΔＴ３とを求める。

そして、ステップＳ１０５では、前述の異常判定１及び異常判定２に基づいて、電子部品実装装置の異常判定を行う。

異常ありと判定された場合は、ステップＳ１０６に進み、異常時処理として、判定された異常の内容の表示や記録保存、又該内容に応じた異常対応処理を行う。例えば、判定された異常の内容によっては、オペレータに対して警告音や警告灯によって緊急に通知したり、電子部品実装装置の動作を停止させ、装置の故障拡大、不良製品の発生を抑えるようにしたりしてもよい。

異常なしと判定された場合は、ステップＳ１０７に進み、繰り返し判定処理を行う。この繰り返し判定処理は、測定回数Ｃｎだけ繰り返して、ステップＳ１０２からステップＳ１０５の処理を行うものである。このステップＳ１０７では、測定回数Ｃｎだけ繰り返されたか否か判定する。未だ測定回数Ｃｎ未満と判定された場合、ステップＳ１０２の前方に分岐する。あるいは、測定回数Ｃｎに到達したと判定された場合、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０４で求められた、最大振幅Ａｍａｘ＋と、最大振幅Ａｍａｘ−と、最大プラス振幅時間ΔＴ１と、最大マイナス振幅時間ΔＴ２と、振動収束時間ΔＴ４と、振動収束時間ΔＴ３とを記録保存する。このように記録保存されたデータは、その後の保守その他に用いることができ、例えば、その値の変移により、電子部品実装装置の機構状態を観察することができる。

なお、前述のステップＳ１０５における判定値は、予め定められたＮｗ、Ｃｗ、Ｃｓの定数によって加減することもできる。例えば、判定値に、これらＮｗ、Ｃｗ、Ｃｓの定数を掛けてから、実際の判定に用いるようにしてもよい。

なお、本実施形態では、レーザセンサ３５を備えた位置検出器１５を用いているが、部品吸着ノズル２の振動や、部品吸着ノズル２に吸着の電子部品１の振動を検出する手段は、このようなものに限定されるものではない。例えば、カメラを用いるようにしてもよい。

又、本実施形態では、本発明の振動の検出手段として、ヘッド部１２に備えられた位置検出器１５を用いているが、他の部位、例えばヘッド部１２以外の、Ｘ軸移動やＹ軸移動の無い場所に設置してもよい。しかしながら、この場合、振動検出の際には、該設置位置にヘッド部１２を移動させる必要がある。

更には、本実施形態の電子部品実装装置は、ヘッド部に備えるノズルで部品を吸着してから、基板上の該当位置までノズルを移動し、該吸着の部品を実装していく電子部品実装装置であるが、他の形態の電子部品実装装置であってもよい。ノズルを備えるヘッド部を、何らかの形態で移動動作させるものであれば、移動動作の機構部の異常検出に関して、本発明を同様に適用することができる。例えば、ノズルによる部品のピックアップは、負圧の空気圧による吸着に限らず、機械動作を行うアクチュエータで部品を挟んで保持するようなものであってもよい。

本発明が適用された実施形態の電子部品実装装置を斜め上方より見た斜視図 上記実施形態における軸モータを中心とした制御系要部の構成を示すブロック図 前記実施形態において本発明を適用した振動検出を行う光学式の位置検出器１５の動作を示す斜視図 前記実施形態において、Ｚ軸モータによる上下移動の動作停止直後の吸着部品の水平方向振動を示すグラフ 前記実施形態における電子部品実装装置の異常検出処理を示すフローチャート

符号の説明

１…電子部品
２…部品吸着ノズル
３…ノズルシャフト
７…Ｚ軸モータ
９…θ軸モータ
１２…ヘッド部
１５…位置検出器
１５ａ…投光窓
１５ｂ…受光窓
１５ｃ…レーザ光
３１…Ｘ軸モータ
３２…Ｙ軸モータ
３５…レーザセンサ
３７…制御装置
５１…ＣＰＵ
５２…メモリ

Claims (3)

1. ヘッド部に備えるノズルで部品をピックアップしてから、基板上の該当位置までノズルを移動し、該ピックアップした部品を実装していく電子部品実装装置の異常検出方法であって、
   Ｚ方向となるノズルの上下動作を停止させる際、Ｚ方向に直交する方向のノズル振動の振幅を検出し、
   該検出に基づいて求められる最大振幅値又は振動収束時間が、予め定めた閾値より大である場合には、異常ありと判定し、予め定められた異常時対応処理を行うことを特徴とする電子部品実装装置の異常検出方法。
2. 前記検出に基づいて、ノズル振幅のプラス振幅の最大振幅値Ａｍａｘ＋、ノズル振幅のマイナス振幅の最大振幅値Ａｍａｘ−、ノズル振幅のプラス振幅が、予め定められた収束判定値Ａａｃｐ＋より小さくなる振動収束時間Ｔ４、及び、ノズル振幅のマイナス振幅が、予め定められた収束判定値Ａａｃｐ−より小さくなる振動収束時間Ｔ３を求め、これら最大振幅値Ａｍａｘ＋、最大振幅値Ａｍａｘ−、振動収束時間Ｔ４、及び、振動収束時間Ｔ３の、それぞれに対応する閾値との比較に基づいて、前記判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置の異常検出方法。
3. ヘッド部に備えるノズルで部品をピックアップしてから、基板上の該当位置までノズルを移動し、該ピックアップした部品を実装していく電子部品実装装置において、
   ノズルにピックアップされている部品の位置ずれを検出するための、ヘッド部に設けられる光学センサと、
   Ｚ方向となるノズルの上下動作を停止させる際、該光学センサにより検出される、Ｚ方向に直交する方向のノズル振動の振幅に基づいて、最大振幅値又は振動収束時間を求め、予め定めた閾値より大である場合には、異常ありと判定し、予め定められた異常時対応処理を行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする電子部品実装装置。

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