JP4338860B2

JP4338860B2 - 表面実装制御方法及び同装置

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Publication number: JP4338860B2
Application number: JP2000013480A
Authority: JP
Inventors: 剛山田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: JP2001210995A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を吸着した吸着ヘッドを昇降手段により下降させて上記電子部品を基板等の実装対象に対し搭載する際に、その押し付け圧力を検出しながら上記昇降手段を作動制御することにより、実装対象に対する押し付け圧力を制御するために用いられる表面実装制御方法及び同装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の装置として、特開平８−３３０７９０号公報により開示されたものが知られている。このものでは、昇降手段側部材（ブラケット）に対し吸着ヘッドを引張ばねにより吊り下げた状態で一軸テーブルにより上下方向に相対移動可能に支持している。加えて、上記ブラケットにロードセルを下向きに固定する一方、このロードセルと上記吸着ヘッドとの間に圧縮ばね及びロッドを介装させている。そして、吸着ヘッドを下降させて電子部品を基板に搭載する際の下向き押し付け圧力を上記圧縮ばねの圧縮復元力の増大に伴うロードセルへの押圧力の増大により検出し、この検出押し付け圧力が目標圧力に到達するまで昇降手段の下降作動を続行させ、検出加圧力が目標圧力に到達することにより上記昇降手段の作動を逆転させて上昇させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、表面実装装置においては、昇降手段による吸着ヘッドの下降作動速度としてタクトタイム短縮化のために比較的速い速度が設定されるのが通常である。そして、吸着ヘッドにはクッション用ばねを内蔵した吸着ノズルが装着されて、電子部品の収納部における電子部品の吸着作業時や、吸着した電子部品を実装位置において基板に装着させる装着作業時における電子部品や基板の保護を図るようにされている。
【０００４】
ところが、クッションばねを有しない吸着ノズルが吸着ヘッドに装着されている場合には、吸着ヘッドを上記の比較的速い設定速度で一律に下降させると電子部品等に与える衝撃が上記のクッション用ばね内蔵の吸着ノズルが装着された場合よりも大きくなる。そこで、クッション用ばねが非内蔵の吸着ノズルが装着された場合には、電子部品等の保護を図る上で、電子部品の吸着直前位置や基板への装着直前位置から先は下降速度を上記設定速度よりも大幅に遅い速度に切換えることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、このように上記直前位置から目標圧力に到達するまでの間の下降速度を上記の如く大幅に遅い速度に切換えると、吸着作業時や装着作業時のタクトタイムが逆に大幅に長くなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電子部品等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得る表面実装方法及び同装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の表面実装制御方法は、電子部品を吸着する吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを昇降させる昇降手段と、この昇降手段の作動により上記吸着ヘッドを下降させて上記電子部品を実装対象に対し装着する際に押し付け圧力を検出するロードセルとを用い、このロードセルにより押し付け圧力を検出しながらその検出押し付け圧力が目標圧力になるまで上記吸着ヘッドを下降させる圧力制御を行う方法において、上記吸着ヘッドの下降作動に際し、その吸着ヘッドが上記実装対象に接地する直前位置に到達するまでの間は、上記吸着ヘッドの上下方向の相対位置を検出しながら上記吸着ヘッドを設定最高速度で下降させる第１速度制御を行い、上記直前位置に到達した時点で、上記第１速度制御から上記圧力制御のための第２速度制御に切り替える。この第２速度制御としては、上記吸着ヘッドの下降速度を設定最低速度に変更してその吸着ヘッドを下降させながら上記ロードセルからの検出値を監視し、この監視により接地確認用の押し付け圧力として予め設定した設定接地圧力の検出を確認した後、上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定最高速度と上記設定最低速度との間の設定中間速度まで一旦増速するようにしたものである。
【０００８】
この発明の方法によれば、吸着ヘッドが直前位置に到達すると、その後は電子部品が基板等の実装対象に接地するまでの間、つまり、所定の設定接地圧力の発生がロードセルからの検出値に基づいて確認されるまでの間は下降速度が設定最低速度に変更される。これにより、電子部品が基板等に接地しても相互間の衝撃力の発生を可及的に抑えることが可能になる。そして、上記設定接地圧力の検出により接地が確認されると、吸着ヘッドの下降速度が設定中間速度まで一旦増速されることにより、接地後、押し付け圧力が目標圧力に到達するまでの間も吸着ヘッドを例えば上記設定最低速度のままで下降させる場合と比べ、電子部品を目標圧力で押し付けて装着させる作業のタクトタイムを短縮化させることが可能になる。以上により、電子部品等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得ることになる。
【０００９】
この発明の方法において上記第２速度制御では、上記設定中間速度まで一旦増速した後、上記目標圧力の検出までの間、その目標圧力と上記検出押し付け圧力との圧力差の変化に応じて上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定中間速度から徐々に減速させるようにすることが好ましい。このようにすると、確実に目標圧力で押し付けて装着させ得る上に、押し付けに伴う反力の増大度合を徐々に低減させて押し付け作業をソフトに行い得る。従って、電子部品及び基板の双方を確実に保護した状態で装着作業を確実に行い得ることになる。
【００１０】
また、上記方法を実施するための表面実装制御装置に係る発明は、電子部品を吸着する吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを昇降させる昇降手段と、この昇降手段の作動により上記吸着ヘッドを下降させて上記電子部品を実装対象に対し装着する際に押し付け圧力を検出するロードセルと、このロードセルから出力される圧力検出値に基づいて上記昇降手段を作動制御することにより上記押し付け圧力が目標圧力になるように圧力制御を行う圧力制御手段とを備えた装置において、上記吸着ヘッドが下降動作中に上記実装対象に接地する直前の直前位置に到達したことを検出する位置検出手段と、この位置検出手段により上記直前位置への吸着ヘッドの到達が検出されるまでの間に上記吸着ヘッドの下降速度を設定最高速度に維持する第１速度制御手段と、上記位置検出手段からの検出信号の出力を受けて上記第１速度制御手段による制御から切り替えられ、上記ロードセルからの検出押し付け圧力及び上記目標圧力に基づいて上記吸着ヘッドの下降速度を変更制御する第２速度制御手段とを備える。そして、上記第２速度制御手段は、上記位置検出手段からの検出信号の出力を受けて上記吸着ヘッドの下降速度を設定最低速度に変更し、さらに上記ロードセルからの検出押し付け圧力が設定接地圧力になったときに上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定最高速度と上記設定最低速度との間の中間設定速度に増速する接地制御部を有している。
【００１１】
この装置において、上記第２速度制御手段は、上記接地制御部に加え、上記検出押し付け圧力が上記設定接地圧力になったときから上記目標圧力になるまで上記目標圧力と上記検出押し付け圧力との圧力差の変化に応じて上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定中間速度から徐々に減速させる追い込み制御部を備えていることが好ましい。
【００１２】
この発明の装置によれば、上記の表面実装制御方法を容易にかつ確実に実現することができ、この方法による上記のような作用を確実に得ることができることになる。
【００１３】
なお、上記の各発明は、電子部品を基板等に装着する装着時以外にも、例えば電子部品を吸着ヘッドに吸着・保持させる吸着時においても適用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した一実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用される表面実装装置の全体を概略的に示した平面図である。
【００１６】
同図において、基台１上には基板搬送用のコンベア２が配置され、このコンベア２上を実装対象としてのプリント基板３（二点鎖線で示す）が搬送され、所定の実装位置で停止するようになっている。
【００１７】
上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は多数列のテープフィーダ４ａを備えており、各テープフィーダ４ａは、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等のチップ部品（電子部品；以下、単に「部品」という）を所定間隔おきに収納、保持したテープをリールから部品取出し部へ導出し、後述のヘッドユニット５により部品がピップアップされるにつれてラチェット式の繰出し機構によりテープを間欠的に繰り出すようになっている。
【００１８】
上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５はＸ軸方向（コンベア２の配設方向）及びＹ軸方向（平面上でＸ軸と直交する方向）に移動させることができるようになっている。
【００１９】
詳しくは、基台１上にはＹ軸方向に延びる一対のレール６が延設されており、このレール６上にヘッドユニット支持部材７が架設されている。ヘッドユニット支持部材７はナット部８を介してボールねじ軸９と螺合して、このボールねじ軸９はＹ軸サーボモータ１０の回転軸と接続されており、Ｙ軸サーボモータ１０の駆動によりボールねじ軸９を介してヘッドユニット支持部材７をＹ軸方向に移動させるようになっている。また、ヘッドユニット支持部材７はＸ軸方向に延びるガイド部材１１を有し、ヘッドユニット５がそのガイド部材１１に沿って移動可能とされている。そして、Ｘ軸モータ１２の駆動により図示省略のボールねじ軸を介してヘッドユニット５をＸ軸方向に移動させるようになっている。
【００２０】
図２はヘッドユニット５の構成を示す側面図であり、一部を断面で示している。また、図３は図２の正面図であり、一方の吸着ヘッド２０が最下降位置に移動し、他方の吸着ヘッド２０が最上昇位置に移動している状態を示している。
【００２１】
両図において、ヘッドユニット５には部品を吸着するための吸着ヘッド２０が装備されており、本実施形態では２本の吸着ヘッド２０，２０がＸ軸方向に並べて配設されている。また、ヘッドユニット５には吸着ヘッド２０をＺ軸方向（上下方向）に昇降させる昇降駆動機構と、上記吸着ヘッド２０を支持してＺ軸と平行なＲ軸（図２参照）の回りに回転させる回転駆動機構とが搭載されている。
【００２２】
上記昇降駆動機構は、各吸着ヘッド２０を個別に昇降させるようになっている。具体的には、ヘッドユニット５には上下方向に延びるガイド部２１及びボールねじ軸２２が固定されており、このボールねじ軸２２に螺合されたナット部２３を有する側面視コ字状の昇降手段側部材としてのフレーム２４が上記ガイド部２１に沿って昇降自在に取り付けられている。
【００２３】
上記ボールねじ軸２２は、芯ずれや角度ずれを吸収するためのフレキシブルジョイント２５を介して昇降手段としてのＺ軸サーボモータ２６の回転軸２６ａと接続されている。そして、上記Ｚ軸サーボモータ２６を正回転または逆回転させると、上記ボールねじ軸２２がＺ軸回りに定位置で回転し、このボールねじ軸２２と螺合しているナット部２３が昇降する結果、上記フレーム２４がＺ軸方向に昇降作動されるようになっている。
【００２４】
また、上記フレーム２４には、上部に伝達部材としてのエアシリンダ２７が下向きに取り付けられ、中間部に上下方向に延びるリニアガイド部２８が固定され、下端部にロードセル２９がその圧力検出面を上向きにして設置されている。さらに、上記リニアガイド部２８の上下各側にはストッパ２８ａ，２８ｂが形成されている。
【００２５】
そして、上記吸着ヘッド２０には吸着ヘッド側部材としてのブロックユニット３１が連結されており、上記吸着ヘッド２０はこのブロックユニット３１を介して上記フレーム２４から昇降作動力の伝達を受ける一方、上記ブロックユニット３１により押し付け圧力の制御動作が行われるようになっている。このブロックユニット３１の詳細については後述する。
【００２６】
また、上記吸着ヘッド２０には、部品を吸着するための吸着ノズル２０ａが着脱可能に取り付けられるようになっており、このノズル２０ａは、吸着させる部品Ｐに応じて、あるいは、吸着ヘッド２０を下降させる際の速度制御もしくは押し付け圧力の圧力制御等の有無に応じてクッション用ばね２０１（図４参照）を内蔵したものと、非内蔵のもの（図５参照）とのいずれかに交換し得るようになっている。すなわち、吸着ヘッド２０には図６に詳細を示すように後述のノズルシャフト４６の下端部に、軸支点２０２，２０２を中心にして側方に開閉揺動する一対の挟持部材２０３，２０３と、各挟持部材２０３を互いに接近させる側に付勢する一対の板状ばね２０４，２０４とからなるノズル取付部が設けられ、両挟持部材２０３，２０３間に上記吸着ノズル２０ａの頭部２０５を下方から押し込むことにより、その吸着ノズル２０ａを上記ノズルシャフト４６に対し同軸にかつ後述のエア通路４８と連通させた状態で連結させ得るようになっている。
【００２７】
上記回転駆動機構は、吸着ヘッド２０（図２及び図３参照）毎に備えられたＲ軸サーボモータ４０を備え、このＲ軸サーボモータ４０の回転力は伝達ベルト４１を介してプーリ４２に伝達され、各吸着ヘッド２０を独立してＲ2軸回りに回転させることができるようになっている。
【００２８】
詳しくは、上記プーリ４２には外筒シャフト４３が内蔵されて、この外筒シャフト４３は図示省略の軸受け部によりＲ軸回りに回転自在に保持された状態で上記プーリ４２と一体化されている。上記外筒シャフト４３には、さらに中空のスプラインシャフト４４が同軸に挿入されており、このスプラインシャフト４４は上記外筒シャフト４３の回転に連動して回転し、かつ、上記外筒シャフト４３内をスライド自在とされている。なお、スプラインシャフト４４の上端部には図示省略のＯリング等が装着されて、外筒シャフト４３の滑動面をシールするようにされている。
【００２９】
上記スプラインシャフト４４の下端は芯ずれや角度ずれを吸収するフレキシブルジョイント（自在継手）４５を介してノズルシャフト４６と接続されており、このノズルシャフト４６とその下端に設けられたノズル取付部及びこれに取付けられるノズル２０ａ等により吸着ヘッド２０が構成されている。そして、Ｒ軸サーボモータ４０の回転作動により上記外筒シャフト４３及びスプラインシャフト４４が回転され、この回転力が上記フレキシブルジョイント４５を介してノズルシャフト４６に伝達されてノズルシャフト４６及び吸着ノズル２０ａが回転作動される。
【００３０】
上記外筒シャフト４３、スプラインシャフト４４、ノズルシャフト４６及び吸着ヘッド２０には内部に上下に連続して連通するエア通路４８が形成され、このエア通路４８の上端接続口４８ａに図示省略の減圧装置及び加圧装置が切換弁を介して接続されている。そして、部品吸着時には、図示省略の上記切換弁を減圧装置側に切り換えてエア通路４８内を減圧することにより吸着ノズル２０ａにおいて負圧による部品Ｐの吸引・吸着を行い、部品装着時には上記切換弁を加圧装置側に切り換えて減圧を解除し若干のエア吹き出しを行い上記部品Ｐを上記吸着ノズル２０ａから離すようになっている。
【００３１】
なお、図中４７はエンコーダであり、Ｒ軸サーボモータ４０によって回転するスプラインシャフト４４の回転量を検出するものである。
【００３２】
また、図３中４９は吸着ヘッド２０の下降動作に伴いこれに吸着されいる部品Ｐが基板に接地する直前の位置（直前位置）に到達したことを検出する位置検出手段としての位置検出センサである。この位置検出センサ４９は、光の照射部４９ａと受光部４９ｂとからなり、これらが各吸着ヘッド２０の配設方向（Ｘ軸方向）に各吸着ヘッド２０を挟んで配設されている。具体的には、照射部４９ａからの照射光Ｓ（図２も併せて参照）がこの照射光Ｓを横切る構成要素、例えば上記フレキシブルジョイント４５の昇降ストローク内であってノズルシャフト４６の側近を横切ることになるように、上記照射部４９ａと受光部４９ｂとが配設されている。そして、吸着ヘッド２０の下降動作に伴い照射光Ｓが上記フレキシブルジョイント４５で遮断されることにより、吸着ヘッド２０が上記直前位置に到達したことを検出して到達検出信号を後述のコントローラ６０に出力するようになっている。
【００３３】
さらに、図３中５１はカメラ、５２は照明装置、５３はそのカメラ５１を昇降作動させて基板との距離を焦点距離に合致させるカメラ用サーボモータであり、上記カメラ５１により基板に設けられたフィデューシャルマークを認識するようになっている。
【００３４】
次に上記ブロックユニット３１の具体的構造を説明する。
【００３５】
上記ブロックユニット３１に対して上記ノズルシャフト４６が上下一対の軸受け部材３２，３２（図２参照）によりＲ軸回りに回転可能でかつ上下方向への相対移動が阻止された状態に（すなわちブロックユニット３１と一体に昇降するように）保持されている。上記ブロックユニット３１の内部には収容室３３が形成され、この収容室３３内にプッシュロッド３４が上下方向に進退自在に収容されている。このプッシュロッド３４の上側にはコイルスプリング等により構成された圧縮スプリング３５が内装され、上記プッシュロッド３４はその下端面が上記ロードセル２９の上面である圧力検出面に相対向した状態に配設されている。そして、上記プッシュロッド３４は上記圧縮スプリング３５からの圧縮復元力の変化に応じて上記ロードセル２９に向けて進退するようになっている。なお、図２中３６は上記圧縮スプリング３５が配設された収容室３３の部分の空気抜き用孔である。
【００３６】
さらに、上記ブロックユニット３１は、上記フレーム２４のリニアガイド部２８に嵌合され、このリニアガイド部２８により上記フレーム２４に対し上下方向に相対移動可能となっている。そして、上記ブロックユニット３１の上面には上記エアシリンダ２７のピストンロッド２７ａの先端が当接されており、上記ブロックユニット３１はこのピストンロッド２７ａを介して上記フレーム２４側から下降作動力の伝達を受ける一方、そのエアシリンダ２７の進退作動、つまり、後述の前進側作動室２７ｂ及び後退側作動室２７ｃへのエアのエア圧制御によりフレーム２４に対する上下方向の相対位置を変更し得るようになっている。
【００３７】
そして、上記エアシリンダ２７の前進側作動室２７ｂ（図８参照）及び後退側作動室２７ｃは、それぞれ図示省略の調圧バルブ及び電磁開閉弁を介して空気源と接続され、後述のコントローラ６０によりエア圧制御が行われるようになっている。
【００３８】
上記の構成の表面実装装置において、吸着ヘッド２０を下降させて部品Ｐを基板に対し所定の目標圧力で押し付けて装着させるための制御は図７に示すコントローラ６０により行われる。このコントローラ６０は、エアシリンダ２７に対するエア圧供給を制御するエア圧制御手段６１と、上記直前位置に到達するまでの吸着ヘッド２０の下降速度を制御する第１速度制御手段６２と、直前位置に到達してから目標圧力で押し付けるまでの上記吸着ヘッド２０の下降速度を制御する第２速度制御手段６３とを機能的に含むものであり、ＣＰＵやメモリー等を備え所定の制御プログラムに基づいて後述の制御を行うものである。
【００３９】
上記エア圧制御手段６１は、上記位置検出センサ４９からの到達検出信号の出力の有無に基づいて吸着ヘッド２０が基板Ｔ（図９参照）の直前位置に到達したか否かを判定し、上記の直前位置に非到達か到達かで制御を切り換えるようになっている。すなわち、上記直前位置に非到達の状態にあるときにはブロックユニット３１をロック状態にする一方、上記直前位置に到達したときには上記ロック状態を解除して所定の初期設定圧力をロードセル２９に負荷させるようになっている。
【００４０】
また、上記第１速度制御手段６２は、上記位置検出センサ４９から到達検出信号が出力されるまでの間、吸着ヘッド２０が所定の設定最高速度で下降するようにＺ軸サーボモータ２６の作動を制御するようになっている。ここで、上記設定最高速度としては、例えば、上記Ｚ軸サーボモータ２６の最大能力や部品Ｐを吸着した吸着ヘッド２０の状態維持等の事情を勘案してタクトタイムを最大限に短縮化し得る比較的速い速度値を設定すればよい。
【００４１】
さらに、上記第２速度制御手段６３は、接地制御部６３ａと、追い込み制御部６３ｂとを備えたものであり、上記位置検出センサ４９からの到達検出信号の出力を受けて上記第１速度制御手段６２による制御から切り換えられて制御を開始するようになっている。
【００４２】
上記接地制御部６３ａは、吸着ヘッド２０が直前位置に到達してから部品Ｐが基板Ｔに接地するまでの間、正確には上記位置検出センサ４９から到達検出信号の出力を受けてから所定の設定接地圧力がロードセル２９により検出されるまでの間、上記吸着ヘッド２０が所定の設定最低速度で下降し、さらに上記ロードセル２９からの検出押し付け圧力が設定接地圧力になったときに下降速度を上記設定最高速度と設定最低速度との間の設定中間速度に増速するように上記Ｚ軸サーボモータ２６の作動を制御するようになっている。
【００４３】
上記設定最低速度としては、その速度で部品Ｐが基板Ｔに当接するに至ってもそれらの機能を損なうような衝撃力が生じない程度の極めて遅い速度値が設定され、例えば上記設定最高速度を１００％（図１０参照）とすると、その１％に相当する速度値が設定される。また、上記設定中間速度としては、部品Ｐ及び基板Ｔの種類に応じてそれらの機能に損傷が生じない範囲の上限側の押し付け速度値を採用すればよく、上記設定最高速度（１００％）と設定最低速度（例えば１％）との中間の速度値（例えば４０％に相当する速度値）が設定される。なお、上記設定接地圧力としては、ロードセル２９等の検出精度を勘案して部品Ｐが基板Ｔに対し接触したことを確認し得る圧力値を設定すればよい。
【００４４】
一方、上記追い込み制御部６３ｂは、上記設定接地圧力が検出されてから目標圧力がロードセル２９により検出されるまでの間、上記吸着ヘッド２０の下降速度を上記設定中間速度から所定の低減率で徐々に減速させ、目標圧力に到達時点で下降速度がゼロに至ることになるように上記Ｚ軸サーボモータ２６の作動を制御するようになっている。
【００４５】
また、上記コントローラ６０は、図示省略の圧力の圧力検出部、負圧切換制御部、上昇作動制御部等を備えている。上記圧力検出部はロードセル２９からの検出値を後述の初期設定圧力から減じた値を基板Ｔに対する検出押し付け圧力とし、負圧切換制御部は上記検出押し付け圧力が目標値圧力に到達すれば上述の切換弁の制御系に切換指令信号を出力して部品Ｐを吸着ヘッド２０から切り離し、上記上昇作動制御部は部品Ｐの切り離し後にＺ軸サーボモータ２６を逆転させて上昇作動させるようになっている。
【００４６】
以下、上記エア制御手段６１及び各速度制御手段６２，６３による各制御内容と、各部の動作とを図８のフローチャート及び図９の原理図等を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、吸着ノズル２０ａとしてクッション用ばねを内蔵しないもの（図５参照）が選択されて吸着ヘッド２０に装着されたものとする。すなわち、基板Ｔ側からの反力がブロックユニット３１に直接作用するようにし、クッション用ばねを内蔵しない吸着ノズル２０ａを使用しても部品Ｐ等を保護して押し付け圧力制御を確実に行い得る制御を提供するものである。
【００４７】
まず、ロック状態にするには、前進側作動室２７ｂに設定エア圧Ａ1を供給する一方、後退側作動室２７ｃを大気開放状態にする。これにより、ピストンロッド２７ａが下動してブロックユニット３１を下側ストッパ２８ｂに当接させた状態に拘束し、ブロックユニット３１とフレーム２４との上下方向に対する相対移動が阻止されて両者３１，２４が一体化したロック状態（図２に示す状態）にされる。なお、このロック状態では圧縮スプリング３５が縮められてその弾性復元力がロードセル２９に作用することになるが、その弾性復元力がロードセル２９の定格荷重（機器能力）を超えないように設定されている。
【００４８】
このようなブロックユニットのロック状態が保持されつつ、ヘッドユニット５のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動が行われて部品供給部４において吸着した部品Ｐが基板の上方位置まで搬送されると共に、Ｒ軸サーボモータ４０が作動されて上記部品Ｐが基板に対応した回転位置に変換される（図８のステップＳ１，Ｓ２）。さらに、上記ロック状態のまま第１速度制御手段６１によりＺ軸サーボモータ２６の下降作動制御が行われて吸着ヘッド２０及び部品Ｐが基板Ｔに向けて下降する（ステップＳ３）。これにより、吸着ヘッド２０は上記設定最高速度（１００％）で下降されることになる。
【００４９】
そして、上記吸着ヘッド２０が上記直前位置に到達して到達検出信号が位置検出センサ４９から出力されると、上記エア圧制御手段６１により上記ロック状態が解除されて非ロック状態に変換されると同時にロードセル２９に対し初期設定圧力が付与される一方、上記第２速度制御手段６３の接地制御部６３ａにより吸着ヘッド２０の下降速度が設定最低速度（１％）に変更される（ステップＳ４〜Ｓ６）。
【００５０】
上記初期設定圧力としては目標圧力（目標押し付け圧力）以上の圧力値が設定され、また、この目標圧力としては、基板Ｔに対し装着する部品Ｐの種類等に応じて高低にわたり複数段の値が設定されている。以下では、その目標圧力として高圧力値（ブロックユニット３１側の自重値に基づく押し付け圧力よりも高い圧力値）と、低圧力値（ブロックユニット３１側の自重値に基づく押し付け圧力以下の圧力値）との２段階のものが設定された場合について説明する。
【００５１】
高圧力値の目標圧力を設定する場合には、上記後退側作動室２７ｃに対し設定エア圧Ａ2（但しＡ1＞Ａ2）を供給する。これにより、ピストンロッド２７ａは前進側作動室２７ｂ内の設定エア圧Ａ1に抗して所定量だけ上動し、ブロックユニット３１は下側ストッパ２７ｂから上記所定量だけ上方に離れて非ロック状態に変換され、この状態（図９に示す状態）で停止する。この状態では、圧縮スプリング３５の弾性復元力及び上記設定エア圧Ａ2と、設定エア圧Ａ1及びブロックユニット３１側の自重とが平衡した状態となる一方、その状態の圧縮スプリング３５の弾性復元力に対応した初期設定圧力（例えば５ｋｇｆの圧力）がプッシュロッド３４を介してロードセル２９に載荷された状態となる。
【００５２】
そして、上記接地制御部６３ｂにより変更された設定最低速度（１％）の微速状態で吸着ヘッド２０が基板Ｔに向けて下降していくと部品Ｐが基板Ｔに接地し（図１１参照）、なおも吸着ヘッド２０が下降作動を続けると基板Ｔからの反力を受けてロードセル２９に基づく検出押し付け圧力が設定接地圧力となる。
【００５３】
この際の反力を受けてロードセル２９による押し付け圧力の検出が行われる原理は以下の通りである。すなわち、Ｚ軸サーボモータ２６の下降作動によりフレーム２４を下降させていくと、吸着ヘッド２０が基板Ｔ側からの反力を受けその反力の増大に伴いブロックユニット３１が設定エア圧Ａ1に抗してピストンロッド２７ａを押し上げる結果、吸着ヘッド２０及びブロックユニット３１はフレーム２４に対し徐々に上向きに相対移動する。これに伴い圧縮スプリング３５が徐々に延び、その結果、ロードセル２９に負荷される圧力が徐々に減少する。この圧力減少分が上記反力を表すことになる。そして、このロードセル２９による検出圧力が当初の初期設定圧力から徐々に低減し、この低減分の圧力を検出することにより、上記反力、すなわち、基板Ｔに対する押し付け圧力を検出することができることになる。
【００５４】
このようにしてロードセル２９の出力に基づき押し付け圧力が求められる（ステップＳ７）。そして、その検出押し付け圧力が設定接地圧力となったか否かの判定（ステップＳ８）に基づき、設定接地圧力の発生が確認されたら、次に、追い込み制御部６３ｂにより吸着ヘッド２０の下降速度を設定中間速度（４０％）まで増速し（ステップＳ９）、続いてその下降速度を上記設定中間速度に対し所定の変化率を乗じることにより徐々に減速させる（ステップＳ１０）。この変化率は、例えば目標圧力から検出押し付け圧力を減じた圧力差に対し所定の係数を乗じた値とする。従って、検出押し付け圧力が目標圧力に到達したら圧力差はゼロとなり、変化率もゼロとなって下降速度もゼロ、すなわち、吸着ヘッド２０の下降作動は停止することになる。これにより、時間経過に対する下降速度の変化は図１０に示すようなカーブとなり、これに伴う基板Ｔに対する押し付け圧力は図１１に示すようなカーブとなって目標圧力に近づくに従い増加度合が減少することになる。
【００５５】
以上により、部品Ｐを基板Ｔに対し目標圧力で押し付けるための制御が終了し、上記切換制御部により部品Ｐが吸着ヘッド２０から切り離され、上記上昇作動制御部によりＺ軸サーボモータ２６が逆回転作動されて吸着ヘッド２０は上昇作動されることになる（ステップＳ１１）。
【００５６】
一方、低圧力値の目標圧力を負荷させる場合には、直前位置への到達検出信号の出力を受けて、エア圧制御手段６１により上記後退側作動室２７ｃに対し設定エア圧Ａ2が供給される一方、前進側作動室２７ｂが大気開放状態にされる。これにより、ピストンロッド２７ａは上動しブロックユニット３１に対するピストンロッド２７ａによる拘束が外され、これに伴いブロックユニット３１は圧縮スプリング３５の弾性復元力により上向きに押されて下側ストッパ２７ｂから上方に離れて非ロック状態になり、ブロックユニット３１側の自重と圧縮スプリング３５の弾性復元力とが平衡した状態で停止する。この場合には、上記圧縮スプリング３５の弾性復元力に対応した初期設定圧力（例えば５ｋｇｆより小さい圧力）がプッシュロッド３４を介してロードセル２９に載荷された状態となる。
【００５７】
以下、上記の高圧力値の目標圧力を負荷させる場合と同様に、第２速度制御手段６３の接地制御部６３ａ及び追い込み制御部６３ｂによる各制御（ステップＳ６〜Ｓ１１）が行われる。なお、この場合には、ブロックユニット３１及び吸着ヘッド２０は圧縮スプリング３５を介してフレーム２４に載置されて支持された状態となるため、フレーム２４の下降に従い、ブロックユニット３１及び吸着ヘッド２０はそれらの自重に基づいて下降していくことになる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態ではロック状態への変換・解除をエアシリンダ２７と下側ストッパ２８ｂとの組み合わせを用いてエア圧制御により行っているが、これに限らず、フレーム２４とブロックユニット３１とを上下方向への相対移動を阻止した状態にし得るものであればいかなる手段をも用いることができる。例えば、ロッドを一方から他方に向けて出没自在に突出させて孔部に差し込まれるようにした機械的手段によるロック手段を設けるようにしてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では本発明が適用される表面実装装置としてフレーム２４、エアシリンダ２７、ブロックユニット３１及び圧縮スプリング３５を用いてロードセル２９を上向き設置にしたものを示したが、これに限らず、ロードセルを下向き設置にしてそのロードセルに対し反力がスプリング等を介して直接的に作用するようにして押し付け圧力を直接的に検出するようにした表面実装装置に対し本発明の制御を適用してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、吸着ヘッドが直前位置に到達してから電子部品が基板等の実装対象に接地するまでの間が接地制御により吸着ヘッドの下降速度が設定最低速度に変更されるため、電子部品が基板等に接地しても相互間の衝撃力の発生を可及的に抑えることができるようになる。一方、上記接地が確認されてから目標圧力に到達するまでの間が追い込み制御により吸着ヘッドの下降速度が設定中間速度まで一旦増速されるため、接地後、押し付け圧力が目標圧力に到達するまでの間も吸着ヘッドを例えば上記設定最低速度のままで下降させる場合と比べ、電子部品を目標圧力で押し付けて装着させる作業のタクトタイムを大幅に短縮化させることができるようになる。以上により、電子部品等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することができるようになる。
【００６１】
また、上記のような構成に加え、下降速度を上記設定中間速度に増速した後に、その下降速度を目標圧力に到達時点でゼロとなるように徐々に減速させるようにすれば、確実に目標圧力で押し付けて装着させ得る上に、押し付け圧力の増大度合を徐々に低減させて電子部品及び基板の双方を確実に保護した状態で装着作業を確実に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる表面実装装置を含む装置全体の平面図である。
【図２】上記実施形態についての一部切欠側面図である。
【図３】図２の正面図である。
【図４】クッションばねを内蔵した吸着ノズルの正面図である。
【図５】クッションばねが非内蔵の吸着ノズルの正面図である。
【図６】吸着ヘッドの拡大断面説明図である。
【図７】コントローラの構成を示すブロックである。
【図８】部品装着時の制御の一例を示すフローチャートである。
【図９】上記実施形態の作動原理を説明するための一部切欠側面説明図である。
【図１０】時間経過と下降速度との関係図である。
【図１１】時間経過と押し付け圧力との関係図である。
【符号の説明】
２０吸着ヘッド
２６Ｚ軸サーボモータ（昇降手段）
２９ロードセル
４９位置検出センサ（位置検出手段）
６２第１速度制御手段
６３第２速度制御手段
６３ａ接地制御部
６３ｂ追い込み制御部
Ｔ基板（実装対象）
Ｐ部品（電子部品）

Claims

電子部品を吸着する吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを昇降させる昇降手段と、この昇降手段の作動により上記吸着ヘッドを下降させて上記電子部品を実装対象に対し装着する際に押し付け圧力を検出するロードセルとを用い、このロードセルにより押し付け圧力を検出しながらその検出押し付け圧力が目標圧力になるまで上記吸着ヘッドを下降させる圧力制御を行う表面実装制御方法において、上記吸着ヘッドの下降作動に際し、その吸着ヘッドが上記実装対象に接地する直前位置に到達するまでの間は、上記吸着ヘッドの上下方向の相対位置を検出しながら上記吸着ヘッドを設定最高速度で下降させる第１速度制御を行い、上記直前位置に到達した時点で、上記第１速度制御から上記圧力制御のための第２速度制御に切り替え、この第２速度制御としては、上記吸着ヘッドの下降速度を設定最低速度に変更してその吸着ヘッドを下降させながら上記ロードセルからの検出値を監視し、この監視により接地確認用の押し付け圧力として予め設定した設定接地圧力の検出を確認した後、上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定最高速度と上記設定最低速度との間の設定中間速度まで一旦増速することを特徴とする表面実装制御方法。
上記第２速度制御において上記設定中間速度まで一旦増速した後、上記目標圧力の検出までの間、その目標圧力と上記検出押し付け圧力との圧力差の変化に応じて上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定中間速度から徐々に減速させるようにすることを特徴とする請求項１記載の表面実装制御方法。
電子部品を吸着する吸着ヘッドと、この吸着ヘッドを昇降させる昇降手段と、この昇降手段の作動により上記吸着ヘッドを下降させて上記電子部品を実装対象に対し装着する際に押し付け圧力を検出するロードセルと、このロードセルから出力される圧力検出値に基づいて上記昇降手段を作動制御することにより上記押し付け圧力が目標圧力になるように圧力制御を行う圧力制御手段とを備えた表面実装制御装置において、上記吸着ヘッドが下降動作中に上記実装対象に接地する直前の直前位置に到達したことを検出する位置検出手段と、この位置検出手段により上記直前位置への吸着ヘッドの到達が検出されるまでの間に上記吸着ヘッドの下降速度を設定最高速度に維持する第１速度制御手段と、上記位置検出手段からの検出信号の出力を受けて上記第１速度制御手段による制御から切り替えられ、上記ロードセルからの検出押し付け圧力及び上記目標圧力に基づいて上記吸着ヘッドの下降速度を変更制御する第２速度制御手段とを備え、上記第２速度制御手段は、上記位置検出手段からの検出信号の出力を受けて上記吸着ヘッドの下降速度を設定最低速度に変更し、さらに上記ロードセルからの検出押し付け圧力が設定接地圧力になったときに上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定最高速度と上記設定最低速度との間の設定中間速度に増速する接地制御部を有することを特徴とする表面実装制御装置。
上記第２速度制御手段は、上記接地制御部に加え、上記検出押し付け圧力が上記設定接地圧力になったときから上記目標圧力になるまで上記目標圧力と上記検出押し付け圧力との圧力差の変化に応じて上記吸着ヘッドの下降速度を上記設定中間速度から徐々に減速させる追い込み制御部を備えていることを特徴とする請求項３記載の表面実装制御装置。