JP3547302B2 - 部品実装方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子部品を回路基板上に実装する際における部品実装方法及び該部品実装方法を実行する部品実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電子部品を回路基板上に実装する部品実装装置は、近年、高精度・高生産性が追求されている。例えば、電子部品を備えた部品供給部からの電子部品の取り出し、及び取り出した電子部品の上記回路基板への実装の動作を行う部品移載装置（以下、ヘッド部と記す）が、Ｘ，Ｙ方向に自由に移動可能なＸＹロボットによって移動する多機能部品実装機の分野では、その部品供給形態の自由度の高さ、実装可能な部品の範囲の広さ、単純な構成がもたらす実装精度の高さから市場が拡大され、現在も、より高速・高精度を目指してその技術開発がなされている。又、近年では、上記ＸＹロボットへのリニアモータの採用による実装動作の高速化などに加えて、上記ヘッド部に備わる部品吸着ノズルの駆動機構において、上記部品吸着ノズルが電子部品に与える圧力を制御することで部品実装時の圧力を調整するものも現れている。尚、上記ヘッド部による上記部品供給部からの電子部品の取り出しに関する技術としては、以前は、機械的に動作する爪によって部品を把持することで部品を取り出し、さらに取り出した部品の姿勢の補正を同時に行うものが主流であった。ところがこのような爪を用いた機構は、上記機械的な把持機構が複雑な構造であること、機械重量が増すこと、把持される部品へのストレスが高いこと等の欠点がある。よって、近年の画像認識技術の発達に伴い、空圧による部品の吸着、取り出し、全部品の認識、位置補正の流れが主流となっている。
しかしながら、回路基板に実装される部品の形状は、上記回路基板を内蔵する製品の小型化に伴う種々の部品の複合化・小型化により、非常に複雑となってきており、吸着可能な面が存在しない様な部品も存在する。このため、回路基板の厚さ方向に対して直交方向において互いに逆方向に移動する２つの挟持板を備え該挟持板にて部品を挟持するチャック機構を使用して、部品の姿勢補正は画像認識による部品実装装置が存在する。
【０００３】
以下に図を参照しながら、上述した従来の部品実装装置において実行される部品実装方法について説明する。
図８は、従来の部品実装装置に備わるチャック装置２００の一例を示したものである。チャック装置２００は、大きく分けて、チャック機構部２０１、及びチャック機構部２０１を回路基板の厚さ方向Ｉに移動させる駆動部２１０を備える。チャック機構部２０１は、上記厚さ方向Ｉに対する直交方向ＩＩにおいて互いに逆方向へ移動可能な２つの挟持板２０２，２０３、及び例えばエアシリンダを有する空圧駆動源２０４を有し、部品を挟持するように該空圧駆動源２０４にて挟持板２０２，２０３を開閉させる。チャック装置２００が部品を挟持するときの部品とチャック機構部２０１との間の衝撃や、部品を回路基板へ実装する際にチャック機構部２０１を含む部品と回路基板との間の衝撃を吸収するため、駆動部２１０とチャック機構部２０１とは、バネ２０５を介在させて連結されている。尚、このように構成されるチャック装置２００は、上述のように、ＸＹロボットに取り付けられている。
【０００４】
このようなチャック装置２００を有する従来の部品実装装置における部品実装方法を以下に説明する。
チャック装置２００は、ＸＹロボットにて上記部品供給部における部品保持位置の上方に移動され、空圧駆動源２０４をオンとして挟持板２０２，２０３を開状態とする。尚、このときチャック装置２００は、図９に示すように、チャック機構部２０１における上記部品供給部の部品載置面４２１からの初期高さの寸法ＩＶ、及び保持する部品４２２の高さ寸法ＩＩＩを予め認識している。次にチャック機構部２０１は、上記初期高さ寸法ＩＶから部品高さ寸法ＩＩＩを差し引いた（ＩＶ−ＩＩＩ）寸法分、駆動部２１０によって部品４２２の高さ方向へ下降される。このとき、部品載置面４２１の歪みや部品４２２の高さ寸法ＩＩＩの誤差に起因するチャック機構部２０１の下降量の変動は、バネ２０５によって吸収される。次に、チャック機構部２０１の下降完了と同時、若しくはチャック機構部２０１の動作遅れ分だけ事前に、空圧駆動源２０４をオフとして挟持板２０２，２０３を閉じて部品４２２を挟持する。そして部品４２２の挟持完了と同時に、駆動部２１０はチャック機構部２０１を上昇させ、部品供給部からの部品４２２の取り出しは完了する。そして、上記ＸＹロボットにて回路基板上の実装位置までチャック装置２００が移動されて部品４２２が上記回路基板へ実装される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のような従来の部品実装方法では、チャック機構部２０１における部品載置面４２１からの初期高さ寸法ＩＶに誤差が生じたような場合、例えば図９に示すように上記寸法ＩＶが所定寸法よりも長くなっているような場合には、チャック機構部２０１は部品４２２を正常な位置で挟持することができず、挟持板２０２，２０３における部品載置面４２１側の端部のみにて部品４２２を挟持することになり、隙間Ｖが生じることになる。したがって、極端な場合には、部品４２２の挟持後、回路基板への移載途中で部品４２２を落下させたり、部品４２２の画像認識後における補正用移動時に、挟持している部品４２２の姿勢がずれてしまうことがある。さらに、回路基板への装着時には、本来の下降距離に上記すき間Ｖ分を加えた距離にてチャック機構部２０１が下降することになるので、回路基板と部品４２２との間に不必要な衝撃が生じることになる。一方、このような回路基板への装着時の衝撃を避けるために、部品供給部に対するチャック機構部２０１の下降位置を、本来の位置よりも部品載置面４２１側に設定すると、部品取り出しの際に部品４２２に対してチャック機構部２０１が不必要な衝撃を加えることになってしまう。
【０００６】
又、上記部品載置面４２１が非常に軟弱なトレイの部品載置面である場合がある。この場合、図１０に示すように、チャック機構部２０１による部品４２２の取り出しの際に、チャック機構部２０１が不用意に上方から部品４２２へ力を加えたときには、トレイ４２３における部品載置面４２１の一部が変形し、部品４２２の姿勢を非常に不安定な状態にすることがある。このような状態で部品４２２の挟持、画像認識、位置補正、及び回路基板への装着を行った場合には、これらのいずれの過程においても挟持している部品４２２の落下や認識誤差を生じる可能性が非常に大きい。さらに又、このタイプのトレイ４２３では、その一部分に衝撃を加えることで、当該一部分以外の他の箇所に整列している部品の配置をずらしたり、最悪の場合には当該トレイ４２３の外へ飛び出させてしまう場合もある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、部品に対する衝撃を最小限に抑え、かつ高速な実装が可能な部品実装方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様である部品実装方法は、部品の高さ方向に部品保持部を移動して上記部品保持部にて部品を保持し保持した部品を被実装体へ実装する部品実装方法であって、
上記部品を保持するとき、上記部品に非接触な位置であって上記部品に上記部品保持部が接触するのを回避する接触回避寸法を上記部品の高さ寸法に加えてなる部品近傍位置まで上記部品保持部を第１速度にて移動し、
上記部品近傍位置から、上記部品の高さ寸法から上記接触回避寸法を減じてなる第２停止高さ位置まで、上記第１速度よりも低速である第２速度にて上記部品保持部を移動し、該移動中に、上記部品保持部と上記部品とが接触した時点で上記部品保持部の移動を停止し、
上記部品保持部の移動停止後、上記部品保持部にて上記部品を保持する、
ことを特徴とする。
【０００８】
又、本発明の第２態様である部品実装装置は、部品の高さ方向に部品保持部を移動して上記部品保持部にて部品を保持し保持した部品を被実装体へ実装する部品実装装置であって、
上記部品を保持するとき、上記部品に非接触な位置であって上記部品に上記部品保持部が接触するのを回避する接触回避寸法を上記部品の高さ寸法に加えてなる部品近傍位置まで上記部品保持部を第１速度にて移動し、
上記部品近傍位置から、上記部品の高さ寸法から上記接触回避寸法を減じてなる第２停止高さ位置まで、上記第１速度よりも低速である第２速度にて上記部品保持部を移動し、該移動中に、上記部品保持部と上記部品とが接触した時点で上記部品保持部の移動を停止し、
上記部品保持部の移動停止後、上記部品保持部にて上記部品を保持する制御を行う、
制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態である部品実装方法及び部品実装装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、上記部品実装方法は上記部品実装装置にて実行されるものである。又、上述の図８ないし図１０も含めて、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、部品保持部の機能を果たす一実施形態がチャック機構部２０１に相当する。又、本実施形態において部品としては電子部品を例に採り、被実装体の機能を果たす一実施形態が回路基板に相当する。又、接触回避寸法の機能を果たす一実施形態が変動幅Δαに相当し、部品近傍位置の機能を果たす一実施形態が第１停止高さ４５１に相当する。
【００１０】
まず、本実施形態における部品実装装置５１の構成を説明する。図５に示すように、部品実装装置５１は、大きく分けて、チャック機構部２０１及び駆動部２５１を有するチャック装置２と、該チャック装置２をＸ，Ｙの水平方向に移動するＸＹロボット１と、上記チャック装置２の動作制御を行うチャック装置用制御装置５と、当該部品実装装置５１の全体の動作制御を行う主制御装置６とを備える。Ｘ，Ｙロボット１は、例えばＸ方向に沿って互いに平行に延在する２本のＸ案内部１−１，１−１と、上記Ｘ方向に直交するＹ方向に延在し上記２本のＸ案内部１−１，１−１に架け渡されたＹ案内部１−２とを備え、Ｙ案内部１−２には、駆動部２５１及びチャック機構部２０１を有するチャック装置２が取り付けられている。よって、チャック装置２は、Ｙ案内部１−２によってＹ方向へ移動可能であり、Ｙ案内部１−２がＸ案内部１−１に沿って移動することでＸ方向へ移動可能である。本実施形態では、上記２本のＸ案内部１−１，１−１に挟まれた部分に、種々の電子部品を収納しているトレイ式の部品供給部７及び電子部品が実装される回路基板８が配置され、チャック装置２はこれらの上方を移動する。よって本実施形態におけるチャック装置２の駆動部２５１はチャック機構部２０１をＸ，Ｙの両方向に直交するＺ方向に移動させる。
【００１１】
本実施形態では、上記駆動部２５１は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）から構成される。即ち、図６に示すように、駆動部２５１は、ケーシング２５２内を上記Ｚ方向に貫通するシャフト２５３と、該シャフト２５３の周囲に沿って該シャフト２５３に固定された磁石２５４と、磁石２５４と一定の隙間をあけて非接触な状態にて上記シャフト２５３の軸方向に沿ってケーシング２５２の内面に設けられるコイル２５５とを備えている。又、シャフト２５３の一端部２５３ａには、従来と同様の構造を有するチャック機構部２０１が着脱自在に取り付けられる。又、ケーシング２５２は上記Ｙ案内部１−２に取り付けられ、Ｙ案内部１−２に沿ってＹ方向へ移動可能である。このように構成される駆動部２５１のコイル２５５へ供給する電流量をチャック装置用制御装置５にて制御することで、シャフト２５３、即ちチャック機構部２０１は、上記Ｙ案内部１−２に対して上記Ｚ方向への移動量が制御されながら上記Ｚ方向へ移動可能である。尚、駆動部２５１の動作制御の詳細な説明は後述する。
又、チャック装置２には、チャック機構部２０１における挟持板２０２，２０３の開閉を行う空圧駆動源２０４へのエアーの供給及び排気を行うソレノイドバルブ３が設けられており、該ソレノイドバルブ３はチャック装置用制御装置５にて上記エアーの供給及び排気の制御がなされる。
このようなチャック装置２は、Ｘ，Ｙ方向へ移動することで、上記部品供給部７から電子部品を保持して、保持した電子部品を回路基板８の実装位置へ搬送して装着する。
【００１２】
尚、本実施形態では駆動部２５１のボイスコイルモータの構造としてコイル２５５を不動として磁石２５４を可動としたが、これとは逆に、ケーシング２５２の内面に磁石２５４を固定しシャフト２５３の周囲にコイル２５５を設けることもできる。
又、部品供給部７は本実施形態のトレイ式に限られるものではなく、テープ上に該テープの延在方向に沿って電子部品を配列し該テープを巻回したリール式の部品供給部であってもよい。
【００１３】
このように構成される部品実装装置５１の動作を以下に説明する。尚、本実施形態では、回路基板８の厚さ方向、上記Ｚ方向、及び部品４２２の高さ方向は一致しており、又、便宜上、部品供給部７における部品載置面４２１と回路基板８における部品載置面４２１とは上記Ｚ方向において同位置にあるものとする。
図１に示すように、まずステップ（図内では「＃」にて示す）１において、部品実装装置５１のチャック装置用制御装置５には、図２（ａ）に示すように、回路基板８に実装する電子部品４２２における高さ寸法ＩＩＩ、部品載置面４２１のＺ方向における基準位置からの位置情報α、上記高さ寸法ＩＩＩの誤差及び部品載置面４２１の上記位置情報αの誤差に起因して生じる、上記部品載置面４２１に載置された部品４２２の上面４２２ａのＺ方向への変動幅Δαの各情報が供給される。尚、実装される部品４２２が複数種類の場合には、それぞれの種類に対応して上記高さ寸法ＩＩＩ及び変動幅Δαの各情報が供給される。又、チャック機構部２０１は実装動作開始前においてＺ方向における初期位置に配置される。該初期位置は、上記基準位置から高さＬの位置であり、該初期位置の情報は予め主制御装置６に記憶されている。よって、上記位置情報αが供給されることで主制御装置６は、上記高さＬから上記位置情報αを差し引くことで部品載置面４２１からチャック機構部２０１における空圧駆動源２０４の下面２０４ａまでの距離である初期高さ寸法ＩＶを算出する。尚、本実施形態では、ＸＹロボット１における上記Ｚ方向への撓み量はほぼゼロとしているので、該撓み量に起因する、チャック機構部２０１の上記初期位置の上記Ｚ方向における変化量を無視しているが、上記初期位置の変化量を上記変動幅Δαに加えることもできる。このように、上記変動幅Δαは、チャック機構部２０１が部品を保持しようとするときに、チャック機構部２０１が後述の第１速度にて当該部品に接触することを回避するための寸法という概念である。
【００１４】
ステップ２では、チャック装置用制御装置５の制御によるＸＹロボット１の移動動作により、部品供給部７に載置され今回実装される部品４２２の上方へチャック装置２が配置される。又、この配置動作の後、又は同時にて、チャック装置用制御装置５の動作制御によりソレノイドバルブ３が動作され、それによってチャック機構部２０１の挟持板２０２，２０３が開かれる。
【００１５】
次にステップ３では、上記高さ寸法ＩＩＩ、上記変動幅Δα、及び上記初期高さ寸法ＩＶに基づきチャック装置用制御装置５は上記初期高さ寸法ＩＶから上記高さ寸法ＩＩＩ及び上記変動幅Δαを減算して第１下降距離を得る。尚、チャック装置用制御装置５は、駆動部２５１のボイスコイルモータへ供給する電流値及び電流供給時間に対するチャック機構部２０１の移動量の関係を予め記憶している。よって、チャック機構部２０１の移動量は、上記ボイスコイルモータへ供給する電流値及び電流供給時間に基づきチャック装置用制御装置５にて演算される。
チャック装置用制御装置５は駆動部２５１へ電流を供給して、上記第１下降距離分、チャック機構部２０１を上記初期位置からＺ方向に沿って部品供給部７側へ第１速度にて下降させる。このときの状態を図２の（ａ）及び図３のＶＩ部に示す。又、チャック機構部２０１が上記初期位置から上記第１下降距離分下降を終了したときにおける空圧駆動源の下面２０４ａの位置を、図３に示すように第１停止高さ４５１とする。
【００１６】
次に、ステップ４では、まず、チャック装置用制御装置５は上記初期高さ寸法ＩＶから上記高さ寸法ＩＩＩを減算し、かつ上記変動幅Δαを加算して第２下降距離を得る。上記初期位置から上記第２下降距離分、チャック機構部２０１をさらに下降させた場合、空圧駆動源の下面２０４ａは、図３に示すように、上記第１停止高さ４５１からさらに上記変動幅Δαの２倍の距離分、下降することになる。下降終了時における空圧駆動源の下面２０４ａの位置を、図３に示すように第２停止高さ４５２とする。チャック機構部２０１が、上記第１高さ４５１から上記第２高さ４５２まで移動するとき、部品供給部７に実装すべき部品４２２が存在する場合には、通常、チャック機構部２０１の下降途中にて、空圧駆動源の下面２０４ａは部品４２２の上面４２２ａに当接するはずである。たとえ、上記Ｚ方向において部品載置面４２１の設置位置がそのプラス、マイナスの誤差範囲のマイナス側最大値にて規定位置よりもチャック機構部２０１の下降方向へ位置し、かつ部品４２２の高さ寸法ＩＩＩがその誤差範囲のマイナス側最大値にて規定寸法よりも小さく製作されている場合であっても、チャック機構部２０１の下降により空圧駆動源２０４の下面２０４ａが上記第２高さ４５２に位置したときには、上記下面２０４ａは部品４２２の上面４２２ａに当接するはずである。
したがって、上記第１速度と同じ速度にてチャック機構部２０１を下降させたのでは、空圧駆動源２０４の下面２０４ａが部品４２２の上面４２２ａに当接したときに部品４２２に与える圧力が大きくなる。そこで、本実施形態では、上記第１停止高さ４５１から第２停止高さ４５２までチャック機構部２０１を下降させるときには、図３のＶＩＩ部に示すように、上記第１速度よりも低速である第２速度にてチャック機構部２０１が下降するように、チャック装置用制御装置５は駆動部２５１への電流供給量を制御する。
【００１７】
さらに、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接を検知するため、チャック装置用制御装置５は駆動部２５１の負荷、具体的には駆動部２５１へ供給する電流値を検出している。そしてチャック装置用制御装置５は、上記第１停止高さ４５１から第２停止高さ４５２へのチャック機構部２０１の下降動作において、詳細後述するように、駆動部２５１へ供給している電流値が急激に増加して、あるしきい値を超えたときには、上記下面２０４ａが部品４２２の上面４２２ａに当接したと判断し、チャック機構部２０１の下降動作を停止する。
このようなチャック装置用制御装置５の制御に基づき、ステップ４では、チャック装置用制御装置５はチャック機構部２０１を上記第１停止高さ４５１から第２速度にて下降を開始する。
【００１８】
ステップ４にてチャック機構部２０１の移動を開始した直後においては、駆動部２５１へ供給される電流は、図４の「Ｔｗ」にて示す時間以内において図示するように、急激に増加する。このときの電流値の増加にて、チャック装置用制御装置５が上記下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接を誤認しないように、ステップ５では、上記第２速度による移動を開始する際に、チャック機構部２０１を加速するため駆動部２５１へ供給する電流が安定するまでの時間として電流安定時間Ｔｗを設け、チャック装置用制御装置５は上記電流安定時間Ｔｗの経過の有無を判断する。尚、上記電流安定時間Ｔｗはチャック機構部２０１の加速度に応じて調整可能である。
【００１９】
ステップ５の後、ステップ６では、上記電流安定時間Ｔｗの経過時点において、チャック装置用制御装置５は、チャック機構部２０１が上記第１停止高さ４５１から第２停止高さ４５２へ上記第２速度にて移動するときに駆動部２５１へ供給される電流の電流値Ｉｃｏｎｔを測定する。
【００２０】
上述のように、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが当接後、駆動部２５１へ供給される電流は急激に増加するが、その増加した電流のある時点における電流値であって空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが当接したとみなされる電流値をＩｔｈとする。ステップ７では、チャック装置用制御装置５は、上記電流値Ｉｔｈから上記電流値Ｉｃｏｎｔを減算し、設定電流差ΔＩｓｅｔを得るとともに、駆動部２５１へ供給している時々刻々の電流値を測定してその測定電流値Ｉｔを得る。尚、チャック機構部２０１による部品の保持動作において、いずれの部品に対しても、上記電流値Ｉｃｏｎｔ及び上記電流値Ｉｔｈが一定であるような場合には、上記設定電流差ΔＩｓｅｔは一定値となることから、その値を予めチャック装置用制御装置５に格納しておいてもよい。
又、上記電流値Ｉｔｈは、チャック装置用制御装置５における制御プログラム上にて変更可能である。
【００２１】
次のステップ８では、チャック装置用制御装置５は、チャック機構部２０１が上記第２停止高さ４５２へ移動したか否かを判断する。即ち、チャック装置用制御装置５は、上記チャック機構部２０１の上記初期位置からの降下量が上述のように演算にて得た上記第２下降距離を越えていないかどうかを判断する。上述のように、チャック機構部２０１にて挟持される部品４２２がチャック機構部２０１の下降方向に存在する場合には上記チャック機構部２０１が上記初期位置から上記第２下降距離分、降下する間に、空圧駆動源２０４の下面２０４ａが部品４２２の上面４２２ａに当接する。それにもかかわらず、ステップ８における判断にて、上記チャック機構部２０１が上記第２下降距離を越えて移動したとチャック装置用制御装置５が判断したときには、チャック装置用制御装置５は挟持すべき部品４２２が存在しないものとみなして、エラー処理の動作を実行する。
【００２２】
ステップ８にてチャック機構部２０１の降下量が上記第２下降距離を越えていないと判断されたときには、ステップ９へ移行し、ステップ９では、チャック装置用制御装置５は、上記測定電流値Ｉｔから上記電流値Ｉｃｏｎｔを差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ以上であるか否かを判断する。上記差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ未満であるときには、再度ステップ７に戻りステップ７〜ステップ９を繰り返す。一方、上記差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ以上と判断されたときには、ステップ１０へ移行する。
【００２３】
ステップ１０では、ステップ９にて上記差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ以上と判断されると同時に、チャック装置用制御装置５は、駆動部２５１に対してチャック機構部２０１の上記第２停止高さ４５２への移動を停止する。尚、チャック機構部２０１の移動停止後においても、駆動部２５１を構成するボイスコイルモータが発生するトルクを当接時のトルクに保持して、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの密着を維持する必要がある。よって、チャック装置用制御装置５は、チャック機構部２０１の移動停止後においても、駆動部２５１に対して上記測定電流値Ｉｔに相当する電流を供給し続ける。このような状態において、チャック装置用制御装置５は、さらにソレノイドバルブ３を介して空圧駆動源２０４を動作させて、挟持板２０２，２０３が互いに接近する方向、即ち閉方向へ挟持板２０２，２０３を移動させ部品４２２を挟持させる。
尚、この状態は図２の（ｃ）及び図３のＶＩＩＩ部に対応する。
【００２４】
ステップ１０の次のステップ１１では、チャック装置用制御装置５は、図２の（ｄ）に示すように部品４２２を挟持した状態でチャック機構部２０１を上記初期位置まで上昇させる。尚、このときの上昇速度は、図３のＩＸ部に示すように、上記第１速度よりも速い速度である。
以後、従来と同様に、ＸＹロボット１を駆動してチャック装置２を回路基板８の実装位置の上方へ移動させた後、チャック機構部２０１を再び下降して挟持している部品４２２を上記実装位置へ実装する。
本実施形態では、上述のように空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが常に当接した状態で、チャック機構部２０１は部品４２２を挟持しているので、図９に示すような隙間Ｖが発生することはない。よって、上記実装位置への部品４２２の実装時において、部品４２２が不必要に回路基板８に押し付けられるという現象は発生しないので、上記実装位置へ部品４２２を実装するときのチャック機構部２０１の下降速度は、従来と同様の速度にて行うことができる。
【００２５】
又、上記実装位置へ部品４２２を実装するときにおいても、上述した動作制御と全く同様の制御を行うのが好ましい。即ち、部品４２２と回路基板８との接触を、上述の場合と同様に駆動部２５１へ供給する電流値の変化を検出することで検知して、該検知にて挟持板２０２，２０３を開けばよい。
【００２６】
以上説明した部品実装方法について、回路基板８へ実装する部品４２２の種類が変化するときにはステップ１から、一方上記部品４２２の種類が変化しないときにはステップ２から、それぞれステップ１１までの動作を繰り返すことで、複数の部品が回路基板８へ実装されていく。
尚、上記部品４２２の高さ方向に沿った挟持板２０２，２０３の長さが、保持しようとする部品４２２の高さ寸法ＩＩＩよりも長い場合には、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの間に上記隙間Ｖが形成されてしまう。よって、部品４２２の上記高さ寸法ＩＩＩに応じて、上記部品４２２の高さ方向に沿った適切な長さにてなる挟持板２０２，２０３を有するチャック機構部２０１を用いる必要があるため、挟持板における上記長さを異ならせた複数種のチャック機構部２０１が予め用意させている。上述のように、チャック装置用制御装置５には、実装すべき部品に関する情報が予め供給されることから、チャック装置用制御装置５は、実装する部品４２２に適切な挟持板２０２，２０３を有するチャック機構部２０１を選択し、チャック機構部２０１に対してシャフト２５３の一端部２５３ａにてチャック機構部２０１の着け変えを自動的に行わせる。
【００２７】
このように本実施形態の部品実装方法によれば、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが実際に当接することによって生じる、駆動部２５１におけるボイスコイルモータの電流変化を捉え、該電流変化に基づきチャック機構部２０１の挟持板２０２，２０３の開閉を行うため、チャック機構部２０１の移動方向における部品載置面４２１の設置位置誤差や、チャック機構部２０１の移動方向における部品４２２の高さ寸法のバラツキや、部品供給部７の例えばトレイ４２３の強度等に左右されることなく、安定して部品４２２の挟持を行うことができる。
又、上述のステップ７にて説明した上記設定電流差ΔＩｓｅｔを算出する元となる、上記しきい値Ｉｔｈは、チャック装置用制御装置５における動作プログラム上で容易に変更することができる。よって、必要に応じて上記しきい値を変更することで上記設定電流差ΔＩｓｅｔを変更して、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接の検出感度を変化させることができる。したがって、例えば部品載置面４２１が軟弱な場合、もしくは部品４２２自体が破損しやすい場合であり微弱な電流変化しか得られないような場合であっても、上記下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接を検出することができ、かつ検出誤動作を防ぐこともでき、部品供給部７から安定して部品４２２の取り出しを行うことができる。
又、チャック機構部２０１が部品４２２に当接するまでは第２速度にて移動することから、チャック機構部２０１と部品４２２とは柔らかに接触するので、当接時における衝撃吸収のための機構をチャック機構部２０１に設ける必要がなくなる。したがって、チャック機構部２０１の軽量化を図ることができるので、その動作速度を上げることができ、ひいては部品４２２の実装速度の高速化を図ることができる。
【００２８】
又、上記実施形態では、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接検出を、ボイスコイルモータの電流変化の検知にて行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、空圧駆動源２０４の下面２０４ａに例えばロードセルような圧力センサを設け、該圧力センサの出力に基づき上記当接を検出することもできる。
【００２９】
上述の実施形態では駆動部２５１をボイスコイルモータを用いて構成したが、図７に示すようなチャック装置１１を構成する駆動部２６１を採用することもできる。尚、図７は、図５におけるチャック装置２の近辺のみを示しており、その他の構成部分については図示を省略している。又、図７に示す部品実装装置５２では、図５に示すチャック装置用制御装置５に代えてチャック装置用制御装置１２を設ける。
駆動部２６１は以下のような構成を有する。即ち、駆動部２６１は、サーボモータ２６２と、一端部にチャック機構部２０１を設けたボールネジ２６３と、チャック機構部２０１の空圧駆動源２０４へ供給するエアーの供給、排気を行うソレノイドバルブ２６４とを備える。ボールネジ２６３には、該ボールネジ２６３に係合して該ボールネジ２６３の中心軸を中心としてその周方向に回転するナット部２６５が取り付けられている。又、サーボモータ２６２の出力軸に取り付けられたプーリ２６６と、ナット部２６５との間にはベルト２６７が掛けられ、ナット部２６５はサーボモータ２６２の動作によりボールネジ２６３の周方向に回転される。ナット部２６５は、ＸＹロボット１のＹ案内部１−２に対しては移動不可の状態にてＹ案内部１−２に取り付けられているので、ナット部２６５が回転することで、ナット部２６５に係合するボールネジ２６３は上記Ｚ方向に昇降可能となり、チャック機構部２０１が上記Ｚ方向に昇降することになる。尚、チャック装置用制御装置１２において、特にサーボモータ２６２の動作制御は、デジタルサーボドライバにて行われる。
【００３０】
以上のように構成された部品実装装置５２における部品実装方法は、基本的に上述した部品実装装置５１における実装方法と同一であり、以下の点が相違するのみである。よって、上記相違点のみを以下に説明する。即ち、上記ステップ６及びステップ７では駆動部２５１へ供給する電流値を測定しているが、当該部品実装装置５２では、上記デジタルサーボドライバへフィードバックされる、サーボモータ２６２のトルク値（以下、「トルクフィードバック値」と記す）を測定する点が相違する。
このように、上記デジタルサーボドライバにおける内部処理データの一つである上記トルクフィードバック値を用いても、上述の部品実装装置５１の場合と同様に、チャック機構部２０１の移動方向における部品載置面４２１の設置位置誤差や、チャック機構部２０１の移動方向における部品４２２の高さ寸法のバラツキや、部品供給部７の例えばトレイ４２３の強度等に左右されることなく、安定して部品４２２の挟持を行うことができる。
さらに又、部品実装装置５２では、チャック機構部２０１の駆動部として、サーボモータ２６２及びボールネジ２６３を備えたタイプを使用していることから、従来の部品実装装置の構成を大きく変更することなく、本実施形態の部品実装方法を適用することができる、よって、部品実装装置５２における部品実装方法は、既存の設備に対しても有効な手段になりうる。
【００３１】
尚、上述の部品実装装置５１，５２でが、挟持板２０２，２０３の開閉動作を空圧にて行っているが、ソレノイドなどを利用した電磁アクチュエータにて行うこともできる。
【００３２】
又、部品実装装置５２では、チャック機構部２０１の移動機構としてボールネジ２６３を使用しているが、回転動作を直線動作に変換する物であれば、力の変換効率が著しく低下するような物でない限りその種類に制限はない。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様である部品実装方法、及び第２態様の部品実装装置によれば、制御装置にて、部品の近傍位置まで部品保持部を第１速度にて移動し、上記近傍位置から上記部品保持部が上記部品に接触するまでは上記部品保持部を上記第１速度よりも遅い第２速度にて移動させて上記接触した時点で該移動を停止して部品を保持するように制御することから、保持を行う際、部品に作用する衝撃力を小さくすることができる。さらに、上述の動作により、部品保持部の移動方向における部品載置面の設置位置誤差や、部品保持部の移動方向における部品の高さ寸法のバラツキや、部品供給部の強度等に左右されることなく、安定して上記部品の挟持を行うことができる。さらに、上述の動作により、上記部品保持部と上記部品との当接時における衝撃吸収のための機構を設ける必要がなくなることから、上記部品保持部の軽量化を図ることができ、したがって部品の実装速度の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の部品実装方法における動作の流れを示すフローチャートである。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す部品実装方法において、チャック機構部による部品の取り出し動作を順を追って示した図である。
【図３】図１に示す部品実装方法において、チャック機構部が部品供給部から部品の取り出しを行うときの、部品載置面とチャック機構部との間の距離の変化を時間経過に沿って表したグラフである。
【図４】図１に示す部品実装方法において、チャック機構部が第２速度にて移動するときの駆動部に供給される電流の変化を示すグラフである。
【図５】図１に示す部品実装方法を実行する部品実装装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図５に示すチャック装置の駆動部の構造を示す断面図である。
【図７】図１に示す部品実装方法を実行可能なチャック装置の駆動部の他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】従来の部品実装装置におけるチャック装置部分の構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示すチャック装置にて部品を保持した状態を示す図である。
【図１０】部品載置面が軟弱な場合に、図８に示すチャック装置にて部品を保持した状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ＸＹロボット、２…チャック装置、５…チャック装置用制御装置、
６…主制御装置、７…部品供給部、８…回路基板、
２０１…チャック機構部、２０２，２０３…挟持板、
２０４…空圧駆動源、２５１…駆動部、
４２１…部品載置面、４２２…部品、４５１…第１停止高さ、
４５２…第２停止高さ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子部品を回路基板上に実装する際における部品実装方法及び該部品実装方法を実行する部品実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電子部品を回路基板上に実装する部品実装装置は、近年、高精度・高生産性が追求されている。例えば、電子部品を備えた部品供給部からの電子部品の取り出し、及び取り出した電子部品の上記回路基板への実装の動作を行う部品移載装置（以下、ヘッド部と記す）が、Ｘ，Ｙ方向に自由に移動可能なＸＹロボットによって移動する多機能部品実装機の分野では、その部品供給形態の自由度の高さ、実装可能な部品の範囲の広さ、単純な構成がもたらす実装精度の高さから市場が拡大され、現在も、より高速・高精度を目指してその技術開発がなされている。又、近年では、上記ＸＹロボットへのリニアモータの採用による実装動作の高速化などに加えて、上記ヘッド部に備わる部品吸着ノズルの駆動機構において、上記部品吸着ノズルが電子部品に与える圧力を制御することで部品実装時の圧力を調整するものも現れている。尚、上記ヘッド部による上記部品供給部からの電子部品の取り出しに関する技術としては、以前は、機械的に動作する爪によって部品を把持することで部品を取り出し、さらに取り出した部品の姿勢の補正を同時に行うものが主流であった。ところがこのような爪を用いた機構は、上記機械的な把持機構が複雑な構造であること、機械重量が増すこと、把持される部品へのストレスが高いこと等の欠点がある。よって、近年の画像認識技術の発達に伴い、空圧による部品の吸着、取り出し、全部品の認識、位置補正の流れが主流となっている。
しかしながら、回路基板に実装される部品の形状は、上記回路基板を内蔵する製品の小型化に伴う種々の部品の複合化・小型化により、非常に複雑となってきており、吸着可能な面が存在しない様な部品も存在する。このため、回路基板の厚さ方向に対して直交方向において互いに逆方向に移動する２つの挟持板を備え該挟持板にて部品を挟持するチャック機構を使用して、部品の姿勢補正は画像認識による部品実装装置が存在する。
【０００３】
以下に図を参照しながら、上述した従来の部品実装装置において実行される部品実装方法について説明する。
図８は、従来の部品実装装置に備わるチャック装置２００の一例を示したものである。チャック装置２００は、大きく分けて、チャック機構部２０１、及びチャック機構部２０１を回路基板の厚さ方向Ｉに移動させる駆動部２１０を備える。チャック機構部２０１は、上記厚さ方向Ｉに対する直交方向ＩＩにおいて互いに逆方向へ移動可能な２つの挟持板２０２，２０３、及び例えばエアシリンダを有する空圧駆動源２０４を有し、部品を挟持するように該空圧駆動源２０４にて挟持板２０２，２０３を開閉させる。チャック装置２００が部品を挟持するときの部品とチャック機構部２０１との間の衝撃や、部品を回路基板へ実装する際にチャック機構部２０１を含む部品と回路基板との間の衝撃を吸収するため、駆動部２１０とチャック機構部２０１とは、バネ２０５を介在させて連結されている。尚、このように構成されるチャック装置２００は、上述のように、ＸＹロボットに取り付けられている。
【０００４】
このようなチャック装置２００を有する従来の部品実装装置における部品実装方法を以下に説明する。
チャック装置２００は、ＸＹロボットにて上記部品供給部における部品保持位置の上方に移動され、空圧駆動源２０４をオンとして挟持板２０２，２０３を開状態とする。尚、このときチャック装置２００は、図９に示すように、チャック機構部２０１における上記部品供給部の部品載置面４２１からの初期高さの寸法ＩＶ、及び保持する部品４２２の高さ寸法ＩＩＩを予め認識している。次にチャック機構部２０１は、上記初期高さ寸法ＩＶから部品高さ寸法ＩＩＩを差し引いた（ＩＶ−ＩＩＩ）寸法分、駆動部２１０によって部品４２２の高さ方向へ下降される。このとき、部品載置面４２１の歪みや部品４２２の高さ寸法ＩＩＩの誤差に起因するチャック機構部２０１の下降量の変動は、バネ２０５によって吸収される。次に、チャック機構部２０１の下降完了と同時、若しくはチャック機構部２０１の動作遅れ分だけ事前に、空圧駆動源２０４をオフとして挟持板２０２，２０３を閉じて部品４２２を挟持する。そして部品４２２の挟持完了と同時に、駆動部２１０はチャック機構部２０１を上昇させ、部品供給部からの部品４２２の取り出しは完了する。そして、上記ＸＹロボットにて回路基板上の実装位置までチャック装置２００が移動されて部品４２２が上記回路基板へ実装される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のような従来の部品実装方法では、チャック機構部２０１における部品載置面４２１からの初期高さ寸法ＩＶに誤差が生じたような場合、例えば図９に示すように上記寸法ＩＶが所定寸法よりも長くなっているような場合には、チャック機構部２０１は部品４２２を正常な位置で挟持することができず、挟持板２０２，２０３における部品載置面４２１側の端部のみにて部品４２２を挟持することになり、隙間Ｖが生じることになる。したがって、極端な場合には、部品４２２の挟持後、回路基板への移載途中で部品４２２を落下させたり、部品４２２の画像認識後における補正用移動時に、挟持している部品４２２の姿勢がずれてしまうことがある。さらに、回路基板への装着時には、本来の下降距離に上記すき間Ｖ分を加えた距離にてチャック機構部２０１が下降することになるので、回路基板と部品４２２との間に不必要な衝撃が生じることになる。一方、このような回路基板への装着時の衝撃を避けるために、部品供給部に対するチャック機構部２０１の下降位置を、本来の位置よりも部品載置面４２１側に設定すると、部品取り出しの際に部品４２２に対してチャック機構部２０１が不必要な衝撃を加えることになってしまう。
【０００６】
又、上記部品載置面４２１が非常に軟弱なトレイの部品載置面である場合がある。この場合、図１０に示すように、チャック機構部２０１による部品４２２の取り出しの際に、チャック機構部２０１が不用意に上方から部品４２２へ力を加えたときには、トレイ４２３における部品載置面４２１の一部が変形し、部品４２２の姿勢を非常に不安定な状態にすることがある。このような状態で部品４２２の挟持、画像認識、位置補正、及び回路基板への装着を行った場合には、これらのいずれの過程においても挟持している部品４２２の落下や認識誤差を生じる可能性が非常に大きい。さらに又、このタイプのトレイ４２３では、その一部分に衝撃を加えることで、当該一部分以外の他の箇所に整列している部品の配置をずらしたり、最悪の場合には当該トレイ４２３の外へ飛び出させてしまう場合もある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、部品に対する衝撃を最小限に抑え、かつ高速な実装が可能な部品実装方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様である部品実装方法は、部品の高さ方向に部品保持部を移動して上記部品保持部にて部品を保持し保持した部品を被実装体へ実装する部品実装方法であって、
上記部品を保持するとき、上記部品に非接触な位置であって上記部品に上記部品保持部が接触するのを回避する接触回避寸法を上記部品の高さ寸法に加えてなる部品近傍位置まで上記部品保持部を第１速度にて移動し、
上記部品近傍位置から、上記部品の高さ寸法から上記接触回避寸法を減じてなる第２停止高さ位置まで、上記第１速度よりも低速である第２速度にて上記部品保持部を移動し、該移動中に、上記部品保持部と上記部品とが接触した時点で上記部品保持部の移動を停止し、
上記部品保持部の移動停止後、上記部品保持部にて上記部品を保持する、
ことを特徴とする。
【０００８】
又、本発明の第２態様である部品実装装置は、部品の高さ方向に部品保持部を移動して上記部品保持部にて部品を保持し保持した部品を被実装体へ実装する部品実装装置であって、
上記部品を保持するとき、上記部品に非接触な位置であって上記部品に上記部品保持部が接触するのを回避する接触回避寸法を上記部品の高さ寸法に加えてなる部品近傍位置まで上記部品保持部を第１速度にて移動し、
上記部品近傍位置から、上記部品の高さ寸法から上記接触回避寸法を減じてなる第２停止高さ位置まで、上記第１速度よりも低速である第２速度にて上記部品保持部を移動し、該移動中に、上記部品保持部と上記部品とが接触した時点で上記部品保持部の移動を停止し、
上記部品保持部の移動停止後、上記部品保持部にて上記部品を保持する制御を行う、
制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態である部品実装方法及び部品実装装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、上記部品実装方法は上記部品実装装置にて実行されるものである。又、上述の図８ないし図１０も含めて、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、部品保持部の機能を果たす一実施形態がチャック機構部２０１に相当する。又、本実施形態において部品としては電子部品を例に採り、被実装体の機能を果たす一実施形態が回路基板に相当する。又、接触回避寸法の機能を果たす一実施形態が変動幅Δαに相当し、部品近傍位置の機能を果たす一実施形態が第１停止高さ４５１に相当する。
【００１０】
まず、本実施形態における部品実装装置５１の構成を説明する。図５に示すように、部品実装装置５１は、大きく分けて、チャック機構部２０１及び駆動部２５１を有するチャック装置２と、該チャック装置２をＸ，Ｙの水平方向に移動するＸＹロボット１と、上記チャック装置２の動作制御を行うチャック装置用制御装置５と、当該部品実装装置５１の全体の動作制御を行う主制御装置６とを備える。Ｘ，Ｙロボット１は、例えばＸ方向に沿って互いに平行に延在する２本のＸ案内部１−１，１−１と、上記Ｘ方向に直交するＹ方向に延在し上記２本のＸ案内部１−１，１−１に架け渡されたＹ案内部１−２とを備え、Ｙ案内部１−２には、駆動部２５１及びチャック機構部２０１を有するチャック装置２が取り付けられている。よって、チャック装置２は、Ｙ案内部１−２によってＹ方向へ移動可能であり、Ｙ案内部１−２がＸ案内部１−１に沿って移動することでＸ方向へ移動可能である。本実施形態では、上記２本のＸ案内部１−１，１−１に挟まれた部分に、種々の電子部品を収納しているトレイ式の部品供給部７及び電子部品が実装される回路基板８が配置され、チャック装置２はこれらの上方を移動する。よって本実施形態におけるチャック装置２の駆動部２５１はチャック機構部２０１をＸ，Ｙの両方向に直交するＺ方向に移動させる。
【００１１】
本実施形態では、上記駆動部２５１は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）から構成される。即ち、図６に示すように、駆動部２５１は、ケーシング２５２内を上記Ｚ方向に貫通するシャフト２５３と、該シャフト２５３の周囲に沿って該シャフト２５３に固定された磁石２５４と、磁石２５４と一定の隙間をあけて非接触な状態にて上記シャフト２５３の軸方向に沿ってケーシング２５２の内面に設けられるコイル２５５とを備えている。又、シャフト２５３の一端部２５３ａには、従来と同様の構造を有するチャック機構部２０１が着脱自在に取り付けられる。又、ケーシング２５２は上記Ｙ案内部１−２に取り付けられ、Ｙ案内部１−２に沿ってＹ方向へ移動可能である。このように構成される駆動部２５１のコイル２５５へ供給する電流量をチャック装置用制御装置５にて制御することで、シャフト２５３、即ちチャック機構部２０１は、上記Ｙ案内部１−２に対して上記Ｚ方向への移動量が制御されながら上記Ｚ方向へ移動可能である。尚、駆動部２５１の動作制御の詳細な説明は後述する。
又、チャック装置２には、チャック機構部２０１における挟持板２０２，２０３の開閉を行う空圧駆動源２０４へのエアーの供給及び排気を行うソレノイドバルブ３が設けられており、該ソレノイドバルブ３はチャック装置用制御装置５にて上記エアーの供給及び排気の制御がなされる。
このようなチャック装置２は、Ｘ，Ｙ方向へ移動することで、上記部品供給部７から電子部品を保持して、保持した電子部品を回路基板８の実装位置へ搬送して装着する。
【００１２】
尚、本実施形態では駆動部２５１のボイスコイルモータの構造としてコイル２５５を不動として磁石２５４を可動としたが、これとは逆に、ケーシング２５２の内面に磁石２５４を固定しシャフト２５３の周囲にコイル２５５を設けることもできる。
又、部品供給部７は本実施形態のトレイ式に限られるものではなく、テープ上に該テープの延在方向に沿って電子部品を配列し該テープを巻回したリール式の部品供給部であってもよい。
【００１３】
このように構成される部品実装装置５１の動作を以下に説明する。尚、本実施形態では、回路基板８の厚さ方向、上記Ｚ方向、及び部品４２２の高さ方向は一致しており、又、便宜上、部品供給部７における部品載置面４２１と回路基板８における部品載置面４２１とは上記Ｚ方向において同位置にあるものとする。
図１に示すように、まずステップ（図内では「＃」にて示す）１において、部品実装装置５１のチャック装置用制御装置５には、図２（ａ）に示すように、回路基板８に実装する電子部品４２２における高さ寸法ＩＩＩ、部品載置面４２１のＺ方向における基準位置からの位置情報α、上記高さ寸法ＩＩＩの誤差及び部品載置面４２１の上記位置情報αの誤差に起因して生じる、上記部品載置面４２１に載置された部品４２２の上面４２２ａのＺ方向への変動幅Δαの各情報が供給される。尚、実装される部品４２２が複数種類の場合には、それぞれの種類に対応して上記高さ寸法ＩＩＩ及び変動幅Δαの各情報が供給される。又、チャック機構部２０１は実装動作開始前においてＺ方向における初期位置に配置される。該初期位置は、上記基準位置から高さＬの位置であり、該初期位置の情報は予め主制御装置６に記憶されている。よって、上記位置情報αが供給されることで主制御装置６は、上記高さＬから上記位置情報αを差し引くことで部品載置面４２１からチャック機構部２０１における空圧駆動源２０４の下面２０４ａまでの距離である初期高さ寸法ＩＶを算出する。尚、本実施形態では、ＸＹロボット１における上記Ｚ方向への撓み量はほぼゼロとしているので、該撓み量に起因する、チャック機構部２０１の上記初期位置の上記Ｚ方向における変化量を無視しているが、上記初期位置の変化量を上記変動幅Δαに加えることもできる。このように、上記変動幅Δαは、チャック機構部２０１が部品を保持しようとするときに、チャック機構部２０１が後述の第１速度にて当該部品に接触することを回避するための寸法という概念である。
【００１４】
ステップ２では、チャック装置用制御装置５の制御によるＸＹロボット１の移動動作により、部品供給部７に載置され今回実装される部品４２２の上方へチャック装置２が配置される。又、この配置動作の後、又は同時にて、チャック装置用制御装置５の動作制御によりソレノイドバルブ３が動作され、それによってチャック機構部２０１の挟持板２０２，２０３が開かれる。
【００１５】
次にステップ３では、上記高さ寸法ＩＩＩ、上記変動幅Δα、及び上記初期高さ寸法ＩＶに基づきチャック装置用制御装置５は上記初期高さ寸法ＩＶから上記高さ寸法ＩＩＩ及び上記変動幅Δαを減算して第１下降距離を得る。尚、チャック装置用制御装置５は、駆動部２５１のボイスコイルモータへ供給する電流値及び電流供給時間に対するチャック機構部２０１の移動量の関係を予め記憶している。よって、チャック機構部２０１の移動量は、上記ボイスコイルモータへ供給する電流値及び電流供給時間に基づきチャック装置用制御装置５にて演算される。
チャック装置用制御装置５は駆動部２５１へ電流を供給して、上記第１下降距離分、チャック機構部２０１を上記初期位置からＺ方向に沿って部品供給部７側へ第１速度にて下降させる。このときの状態を図２の（ａ）及び図３のＶＩ部に示す。又、チャック機構部２０１が上記初期位置から上記第１下降距離分下降を終了したときにおける空圧駆動源の下面２０４ａの位置を、図３に示すように第１停止高さ４５１とする。
【００１６】
次に、ステップ４では、まず、チャック装置用制御装置５は上記初期高さ寸法ＩＶから上記高さ寸法ＩＩＩを減算し、かつ上記変動幅Δαを加算して第２下降距離を得る。上記初期位置から上記第２下降距離分、チャック機構部２０１をさらに下降させた場合、空圧駆動源の下面２０４ａは、図３に示すように、上記第１停止高さ４５１からさらに上記変動幅Δαの２倍の距離分、下降することになる。下降終了時における空圧駆動源の下面２０４ａの位置を、図３に示すように第２停止高さ４５２とする。チャック機構部２０１が、上記第１高さ４５１から上記第２高さ４５２まで移動するとき、部品供給部７に実装すべき部品４２２が存在する場合には、通常、チャック機構部２０１の下降途中にて、空圧駆動源の下面２０４ａは部品４２２の上面４２２ａに当接するはずである。たとえ、上記Ｚ方向において部品載置面４２１の設置位置がそのプラス、マイナスの誤差範囲のマイナス側最大値にて規定位置よりもチャック機構部２０１の下降方向へ位置し、かつ部品４２２の高さ寸法ＩＩＩがその誤差範囲のマイナス側最大値にて規定寸法よりも小さく製作されている場合であっても、チャック機構部２０１の下降により空圧駆動源２０４の下面２０４ａが上記第２高さ４５２に位置したときには、上記下面２０４ａは部品４２２の上面４２２ａに当接するはずである。
したがって、上記第１速度と同じ速度にてチャック機構部２０１を下降させたのでは、空圧駆動源２０４の下面２０４ａが部品４２２の上面４２２ａに当接したときに部品４２２に与える圧力が大きくなる。そこで、本実施形態では、上記第１停止高さ４５１から第２停止高さ４５２までチャック機構部２０１を下降させるときには、図３のＶＩＩ部に示すように、上記第１速度よりも低速である第２速度にてチャック機構部２０１が下降するように、チャック装置用制御装置５は駆動部２５１への電流供給量を制御する。
【００１７】
さらに、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接を検知するため、チャック装置用制御装置５は駆動部２５１の負荷、具体的には駆動部２５１へ供給する電流値を検出している。そしてチャック装置用制御装置５は、上記第１停止高さ４５１から第２停止高さ４５２へのチャック機構部２０１の下降動作において、詳細後述するように、駆動部２５１へ供給している電流値が急激に増加して、あるしきい値を超えたときには、上記下面２０４ａが部品４２２の上面４２２ａに当接したと判断し、チャック機構部２０１の下降動作を停止する。
このようなチャック装置用制御装置５の制御に基づき、ステップ４では、チャック装置用制御装置５はチャック機構部２０１を上記第１停止高さ４５１から第２速度にて下降を開始する。
【００１８】
ステップ４にてチャック機構部２０１の移動を開始した直後においては、駆動部２５１へ供給される電流は、図４の「Ｔｗ」にて示す時間以内において図示するように、急激に増加する。このときの電流値の増加にて、チャック装置用制御装置５が上記下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接を誤認しないように、ステップ５では、上記第２速度による移動を開始する際に、チャック機構部２０１を加速するため駆動部２５１へ供給する電流が安定するまでの時間として電流安定時間Ｔｗを設け、チャック装置用制御装置５は上記電流安定時間Ｔｗの経過の有無を判断する。尚、上記電流安定時間Ｔｗはチャック機構部２０１の加速度に応じて調整可能である。
【００１９】
ステップ５の後、ステップ６では、上記電流安定時間Ｔｗの経過時点において、チャック装置用制御装置５は、チャック機構部２０１が上記第１停止高さ４５１から第２停止高さ４５２へ上記第２速度にて移動するときに駆動部２５１へ供給される電流の電流値Ｉｃｏｎｔを測定する。
【００２０】
上述のように、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが当接後、駆動部２５１へ供給される電流は急激に増加するが、その増加した電流のある時点における電流値であって空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが当接したとみなされる電流値をＩｔｈとする。ステップ７では、チャック装置用制御装置５は、上記電流値Ｉｔｈから上記電流値Ｉｃｏｎｔを減算し、設定電流差ΔＩｓｅｔを得るとともに、駆動部２５１へ供給している時々刻々の電流値を測定してその測定電流値Ｉｔを得る。尚、チャック機構部２０１による部品の保持動作において、いずれの部品に対しても、上記電流値Ｉｃｏｎｔ及び上記電流値Ｉｔｈが一定であるような場合には、上記設定電流差ΔＩｓｅｔは一定値となることから、その値を予めチャック装置用制御装置５に格納しておいてもよい。
又、上記電流値Ｉｔｈは、チャック装置用制御装置５における制御プログラム上にて変更可能である。
【００２１】
次のステップ８では、チャック装置用制御装置５は、チャック機構部２０１が上記第２停止高さ４５２へ移動したか否かを判断する。即ち、チャック装置用制御装置５は、上記チャック機構部２０１の上記初期位置からの降下量が上述のように演算にて得た上記第２下降距離を越えていないかどうかを判断する。上述のように、チャック機構部２０１にて挟持される部品４２２がチャック機構部２０１の下降方向に存在する場合には上記チャック機構部２０１が上記初期位置から上記第２下降距離分、降下する間に、空圧駆動源２０４の下面２０４ａが部品４２２の上面４２２ａに当接する。それにもかかわらず、ステップ８における判断にて、上記チャック機構部２０１が上記第２下降距離を越えて移動したとチャック装置用制御装置５が判断したときには、チャック装置用制御装置５は挟持すべき部品４２２が存在しないものとみなして、エラー処理の動作を実行する。
【００２２】
ステップ８にてチャック機構部２０１の降下量が上記第２下降距離を越えていないと判断されたときには、ステップ９へ移行し、ステップ９では、チャック装置用制御装置５は、上記測定電流値Ｉｔから上記電流値Ｉｃｏｎｔを差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ以上であるか否かを判断する。上記差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ未満であるときには、再度ステップ７に戻りステップ７〜ステップ９を繰り返す。一方、上記差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ以上と判断されたときには、ステップ１０へ移行する。
【００２３】
ステップ１０では、ステップ９にて上記差し引いた値（Ｉｔ−Ｉｃｏｎｔ）が上記設定電流差ΔＩｓｅｔ以上と判断されると同時に、チャック装置用制御装置５は、駆動部２５１に対してチャック機構部２０１の上記第２停止高さ４５２への移動を停止する。尚、チャック機構部２０１の移動停止後においても、駆動部２５１を構成するボイスコイルモータが発生するトルクを当接時のトルクに保持して、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの密着を維持する必要がある。よって、チャック装置用制御装置５は、チャック機構部２０１の移動停止後においても、駆動部２５１に対して上記測定電流値Ｉｔに相当する電流を供給し続ける。このような状態において、チャック装置用制御装置５は、さらにソレノイドバルブ３を介して空圧駆動源２０４を動作させて、挟持板２０２，２０３が互いに接近する方向、即ち閉方向へ挟持板２０２，２０３を移動させ部品４２２を挟持させる。
尚、この状態は図２の（ｃ）及び図３のＶＩＩＩ部に対応する。
【００２４】
ステップ１０の次のステップ１１では、チャック装置用制御装置５は、図２の（ｄ）に示すように部品４２２を挟持した状態でチャック機構部２０１を上記初期位置まで上昇させる。尚、このときの上昇速度は、図３のＩＸ部に示すように、上記第１速度よりも速い速度である。
以後、従来と同様に、ＸＹロボット１を駆動してチャック装置２を回路基板８の実装位置の上方へ移動させた後、チャック機構部２０１を再び下降して挟持している部品４２２を上記実装位置へ実装する。
本実施形態では、上述のように空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが常に当接した状態で、チャック機構部２０１は部品４２２を挟持しているので、図９に示すような隙間Ｖが発生することはない。よって、上記実装位置への部品４２２の実装時において、部品４２２が不必要に回路基板８に押し付けられるという現象は発生しないので、上記実装位置へ部品４２２を実装するときのチャック機構部２０１の下降速度は、従来と同様の速度にて行うことができる。
【００２５】
又、上記実装位置へ部品４２２を実装するときにおいても、上述した動作制御と全く同様の制御を行うのが好ましい。即ち、部品４２２と回路基板８との接触を、上述の場合と同様に駆動部２５１へ供給する電流値の変化を検出することで検知して、該検知にて挟持板２０２，２０３を開けばよい。
【００２６】
以上説明した部品実装方法について、回路基板８へ実装する部品４２２の種類が変化するときにはステップ１から、一方上記部品４２２の種類が変化しないときにはステップ２から、それぞれステップ１１までの動作を繰り返すことで、複数の部品が回路基板８へ実装されていく。
尚、上記部品４２２の高さ方向に沿った挟持板２０２，２０３の長さが、保持しようとする部品４２２の高さ寸法ＩＩＩよりも長い場合には、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの間に上記隙間Ｖが形成されてしまう。よって、部品４２２の上記高さ寸法ＩＩＩに応じて、上記部品４２２の高さ方向に沿った適切な長さにてなる挟持板２０２，２０３を有するチャック機構部２０１を用いる必要があるため、挟持板における上記長さを異ならせた複数種のチャック機構部２０１が予め用意させている。上述のように、チャック装置用制御装置５には、実装すべき部品に関する情報が予め供給されることから、チャック装置用制御装置５は、実装する部品４２２に適切な挟持板２０２，２０３を有するチャック機構部２０１を選択し、チャック機構部２０１に対してシャフト２５３の一端部２５３ａにてチャック機構部２０１の着け変えを自動的に行わせる。
【００２７】
このように本実施形態の部品実装方法によれば、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとが実際に当接することによって生じる、駆動部２５１におけるボイスコイルモータの電流変化を捉え、該電流変化に基づきチャック機構部２０１の挟持板２０２，２０３の開閉を行うため、チャック機構部２０１の移動方向における部品載置面４２１の設置位置誤差や、チャック機構部２０１の移動方向における部品４２２の高さ寸法のバラツキや、部品供給部７の例えばトレイ４２３の強度等に左右されることなく、安定して部品４２２の挟持を行うことができる。
又、上述のステップ７にて説明した上記設定電流差ΔＩｓｅｔを算出する元となる、上記しきい値Ｉｔｈは、チャック装置用制御装置５における動作プログラム上で容易に変更することができる。よって、必要に応じて上記しきい値を変更することで上記設定電流差ΔＩｓｅｔを変更して、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接の検出感度を変化させることができる。したがって、例えば部品載置面４２１が軟弱な場合、もしくは部品４２２自体が破損しやすい場合であり微弱な電流変化しか得られないような場合であっても、上記下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接を検出することができ、かつ検出誤動作を防ぐこともでき、部品供給部７から安定して部品４２２の取り出しを行うことができる。
又、チャック機構部２０１が部品４２２に当接するまでは第２速度にて移動することから、チャック機構部２０１と部品４２２とは柔らかに接触するので、当接時における衝撃吸収のための機構をチャック機構部２０１に設ける必要がなくなる。したがって、チャック機構部２０１の軽量化を図ることができるので、その動作速度を上げることができ、ひいては部品４２２の実装速度の高速化を図ることができる。
【００２８】
又、上記実施形態では、空圧駆動源２０４の下面２０４ａと部品４２２の上面４２２ａとの当接検出を、ボイスコイルモータの電流変化の検知にて行ったが、これに限定されるものではなく、例えば、空圧駆動源２０４の下面２０４ａに例えばロードセルような圧力センサを設け、該圧力センサの出力に基づき上記当接を検出することもできる。
【００２９】
上述の実施形態では駆動部２５１をボイスコイルモータを用いて構成したが、図７に示すようなチャック装置１１を構成する駆動部２６１を採用することもできる。尚、図７は、図５におけるチャック装置２の近辺のみを示しており、その他の構成部分については図示を省略している。又、図７に示す部品実装装置５２では、図５に示すチャック装置用制御装置５に代えてチャック装置用制御装置１２を設ける。
駆動部２６１は以下のような構成を有する。即ち、駆動部２６１は、サーボモータ２６２と、一端部にチャック機構部２０１を設けたボールネジ２６３と、チャック機構部２０１の空圧駆動源２０４へ供給するエアーの供給、排気を行うソレノイドバルブ２６４とを備える。ボールネジ２６３には、該ボールネジ２６３に係合して該ボールネジ２６３の中心軸を中心としてその周方向に回転するナット部２６５が取り付けられている。又、サーボモータ２６２の出力軸に取り付けられたプーリ２６６と、ナット部２６５との間にはベルト２６７が掛けられ、ナット部２６５はサーボモータ２６２の動作によりボールネジ２６３の周方向に回転される。ナット部２６５は、ＸＹロボット１のＹ案内部１−２に対しては移動不可の状態にてＹ案内部１−２に取り付けられているので、ナット部２６５が回転することで、ナット部２６５に係合するボールネジ２６３は上記Ｚ方向に昇降可能となり、チャック機構部２０１が上記Ｚ方向に昇降することになる。尚、チャック装置用制御装置１２において、特にサーボモータ２６２の動作制御は、デジタルサーボドライバにて行われる。
【００３０】
以上のように構成された部品実装装置５２における部品実装方法は、基本的に上述した部品実装装置５１における実装方法と同一であり、以下の点が相違するのみである。よって、上記相違点のみを以下に説明する。即ち、上記ステップ６及びステップ７では駆動部２５１へ供給する電流値を測定しているが、当該部品実装装置５２では、上記デジタルサーボドライバへフィードバックされる、サーボモータ２６２のトルク値（以下、「トルクフィードバック値」と記す）を測定する点が相違する。
このように、上記デジタルサーボドライバにおける内部処理データの一つである上記トルクフィードバック値を用いても、上述の部品実装装置５１の場合と同様に、チャック機構部２０１の移動方向における部品載置面４２１の設置位置誤差や、チャック機構部２０１の移動方向における部品４２２の高さ寸法のバラツキや、部品供給部７の例えばトレイ４２３の強度等に左右されることなく、安定して部品４２２の挟持を行うことができる。
さらに又、部品実装装置５２では、チャック機構部２０１の駆動部として、サーボモータ２６２及びボールネジ２６３を備えたタイプを使用していることから、従来の部品実装装置の構成を大きく変更することなく、本実施形態の部品実装方法を適用することができる、よって、部品実装装置５２における部品実装方法は、既存の設備に対しても有効な手段になりうる。
【００３１】
尚、上述の部品実装装置５１，５２でが、挟持板２０２，２０３の開閉動作を空圧にて行っているが、ソレノイドなどを利用した電磁アクチュエータにて行うこともできる。
【００３２】
又、部品実装装置５２では、チャック機構部２０１の移動機構としてボールネジ２６３を使用しているが、回転動作を直線動作に変換する物であれば、力の変換効率が著しく低下するような物でない限りその種類に制限はない。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様である部品実装方法、及び第２態様の部品実装装置によれば、制御装置にて、部品の近傍位置まで部品保持部を第１速度にて移動し、上記近傍位置から上記部品保持部が上記部品に接触するまでは上記部品保持部を上記第１速度よりも遅い第２速度にて移動させて上記接触した時点で該移動を停止して部品を保持するように制御することから、保持を行う際、部品に作用する衝撃力を小さくすることができる。さらに、上述の動作により、部品保持部の移動方向における部品載置面の設置位置誤差や、部品保持部の移動方向における部品の高さ寸法のバラツキや、部品供給部の強度等に左右されることなく、安定して上記部品の挟持を行うことができる。さらに、上述の動作により、上記部品保持部と上記部品との当接時における衝撃吸収のための機構を設ける必要がなくなることから、上記部品保持部の軽量化を図ることができ、したがって部品の実装速度の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の部品実装方法における動作の流れを示すフローチャートである。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す部品実装方法において、チャック機構部による部品の取り出し動作を順を追って示した図である。
【図３】図１に示す部品実装方法において、チャック機構部が部品供給部から部品の取り出しを行うときの、部品載置面とチャック機構部との間の距離の変化を時間経過に沿って表したグラフである。
【図４】図１に示す部品実装方法において、チャック機構部が第２速度にて移動するときの駆動部に供給される電流の変化を示すグラフである。
【図５】図１に示す部品実装方法を実行する部品実装装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】図５に示すチャック装置の駆動部の構造を示す断面図である。
【図７】図１に示す部品実装方法を実行可能なチャック装置の駆動部の他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】従来の部品実装装置におけるチャック装置部分の構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示すチャック装置にて部品を保持した状態を示す図である。
【図１０】部品載置面が軟弱な場合に、図８に示すチャック装置にて部品を保持した状態を示す図である。
【符号の説明】
１…ＸＹロボット、２…チャック装置、５…チャック装置用制御装置、
６…主制御装置、７…部品供給部、８…回路基板、
２０１…チャック機構部、２０２，２０３…挟持板、
２０４…空圧駆動源、２５１…駆動部、
４２１…部品載置面、４２２…部品、４５１…第１停止高さ、
４５２…第２停止高さ。
Claims (12)
- 部品の高さ方向に部品保持部（２０１）を移動して上記部品保持部にて部品（４２２）を保持し保持した部品を被実装体（８）へ実装する部品実装方法であって、
上記部品を保持するとき、上記部品に非接触な位置であって上記部品に上記部品保持部が接触するのを回避する接触回避寸法を上記部品の高さ寸法に加えてなる部品近傍位置まで上記部品保持部を第１速度にて移動し、
上記部品近傍位置から、上記部品の高さ寸法から上記接触回避寸法を減じてなる第２停止高さ位置（４５２）まで、上記第１速度よりも低速である第２速度にて上記部品保持部を移動し、該移動中に、上記部品保持部と上記部品とが接触した時点で上記部品保持部の移動を停止し、
上記部品保持部の移動停止後、上記部品保持部にて上記部品を保持する、
ことを特徴とする部品実装方法。 - 上記部品保持部と上記部品との接触は、上記部品保持部に作用する負荷を検出することで検知する、請求項１記載の部品実装方法。
- 上記部品保持部への負荷の検出は、上記部品の高さ方向に上記部品保持部を移動させる駆動部へ供給する電流量の変化にて行う、請求項２記載の部品実装方法。
- 上記部品の高さ方向とは、上記部品を載置する部品載置面に対する直交方向であり、上記駆動部はボイスコイルモータである、請求項３記載の部品実装方法。
- 上記接触回避寸法とは、少なくとも上記部品の高さ方向における上記部品載置面の設置位置誤差及び上記部品の高さ寸法誤差を加えた寸法である、請求項１ないし４のいずれかに記載の部品実装方法。
- 上記部品保持部は、上記部品を挟持するチャック機構である、請求項１ないし５のいずれかに記載の部品実装方法。
- 部品の高さ方向に部品保持部（２０１）を移動して上記部品保持部にて部品（４２２）を保持し保持した部品を被実装体（８）へ実装する部品実装装置であって、
上記部品を保持するとき、上記部品に非接触な位置であって上記部品に上記部品保持部が接触するのを回避する接触回避寸法を上記部品の高さ寸法に加えてなる部品近傍位置まで上記部品保持部を第１速度にて移動し、
上記部品近傍位置から、上記部品の高さ寸法から上記接触回避寸法を減じてなる第２停止高さ位置（４５２）まで、上記第１速度よりも低速である第２速度にて上記部品保持部を移動し、該移動中に、上記部品保持部と上記部品とが接触した時点で上記部品保持部の移動を停止し、
上記部品保持部の移動停止後、上記部品保持部にて上記部品を保持する制御を行う、
制御装置（５）を備えたことを特徴とする部品実装装置。 - 上記部品保持部と上記部品との接触は、上記部品保持部に作用する負荷を検出することで検知する、請求項７記載の部品実装装置。
- 上記部品保持部への負荷の検出は、上記部品の高さ方向に上記部品保持部を移動させる駆動部（２５１）へ供給する電流量の変化にて行う、請求項８記載の部品実装装置。
- 上記部品の高さ方向とは、上記部品を載置する部品載置面（４２１）に対する直交方向であり、上記駆動部はボイスコイルモータである、請求項９記載の部品実装装置。
- 上記接触回避寸法とは、少なくとも上記部品の高さ方向における上記部品載置面の設置位置誤差及び上記部品の高さ寸法誤差を加えた寸法である、請求項７ないし１０のいずれかに記載の部品実装装置。
- 上記部品保持部は、上記部品を挟持するチャック機構である、請求項７ないし１１のいずれかに記載の部品実装装置。
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