JP2009130334A - 部品移載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品移載を正常に行うために必要な高さ位置情報を常に正確に求めて部品移載を良好に行うことができる部品移載装置を提供する。
【解決手段】空気経路６７内を空気が真空切替バルブ機構から吸着ノズル６１に流通した状態で測定ヘッドＭＨが基板面３ａに向けて降下していき、そのヘッド降下の間に流量センサ６８からの出力値と閾値ＴＨ（Ｎ）とを対比して基板面３ａの高さ位置を求めている。しかも、その閾値ＴＨ（Ｎ）については、ノズル内部や空気経路内に異物が入り込んで定常的な空気の流通状態が変動したとしても、それに応じて閾値ＴＨ（Ｎ）を変更することができる。また、基板面３ａの高さ位置を求める前に、第１閾値設定処理を実行して閾値ＴＨ（Ｎ）を設定しているので、閾値ＴＨ（Ｎ）はその設定時点でのノズル内部や空気経路６７の状態を反映した値となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、部品収容部から部品搭載領域に部品を移載する部品移載装置に関するものである。

電子部品などの部品をハンドリングする部品移載装置として、例えば表面実装機やＩＣハンドラー等が従来から数多く提供されている。例えば表面実装機では、テープやトレイなどの部品収容部に収容された電子部品を吸着ノズルの下方端部で吸着し、その吸着ノズルを基板上面に設けられた部品搭載領域に向けて降下させることによって、電子部品が基板上面に着地されて基板の部品搭載領域に搭載される。また、ＩＣハンドラーでは、トレイ（部品収容部）に収容された電子部品を吸着ノズルの下方端部で吸着し、その吸着ノズルを検査用ソケット内の部品搭載領域に向けて降下させることによって、電子部品が検査用ソケットに着地されて部品搭載領域に搭載される。さらに、表面実装機やＩＣハンドラー等では、処理効率を高めるために、複数の吸着ノズルを同時に作動させている。

このように構成された部品移載装置では、部品移載を正常に行うためには、部品収容部に収容されている電子部品に向けて吸着ノズルを降下させて該吸着ノズルの下方端部で電子部品を確実に吸着保持する必要がある。また基板や検査用ソケットなどに対しても、部品収容部側と全く同様の考慮が必要である。つまり、基板や検査用ソケットに予め設定されている部品搭載領域に対して吸着ノズルを正確に降下させる必要がある。そこで、上下方向（高さ方向）における各吸着ノズルの高さ位置、電子部品を吸着保持する際の部品収容部の高さ位置、部品搭載領域に電子部品を搭載する際の部品搭載領域の高さ位置などの情報、つまり部品移載を正常に行うために必要な高さ位置情報を部品移載に先立って測定することが従来より行われている。例えば特許文献１では、高さ位置情報を次のようにして測定している。すなわち、真空吸引回路を介して吸着ノズルに負圧を与えながら当該吸着ノズルを計測テーブルや基板に向けて降下させていき、その真空吸引回路内を流れる空気流量に基づき吸着ノズルが計測テーブル等に当接することを判定して高さ位置情報を求めている。
特許第３８４６２６２号公報（段落００２９、００３５、００３６等）

ところで、上記のように構成された部品移載装置では、真空吸引回路内を流れる空気流量が予め固定された流量（特許文献１での吸着面当接流量ｆ５）以下に減少することをもって高さ位置情報を求めているため、次のような問題があった。つまり、真空吸引回路に異物が吸い込まれると、当然のことながら真空吸引回路内を流れる空気流量が減少し、その詰まり具合によっては吸着ノズルの下方端部が計測テーブルや基板に当接していないにもかかわらず吸着面当接流量を下回ってしまうことがあった。その結果、高さ位置情報を常に正確に求めることが困難であるという問題が生じていた。特に、吸着ノズルを真空吸引しながら高さ位置情報を測定する場合には、吸着ノズルの下方端部から異物を吸い込み易く、上記問題が顕著となっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、部品移載を正常に行うために必要な高さ位置情報を常に正確に求めて部品移載を良好に行うことができる部品移載装置を提供することを目的とする。

この発明は、部品収容部から部品搭載領域に部品を移載する部品移載装置であって、上記目的を達成するため、下方端部で部品を真空吸着するノズルと、空気経路を介してノズルと接続されて空気経路を流通する空気の圧力を正圧および負圧に切り替える切替部と、空気経路での空気圧力または空気流量を検出する検出センサとを有するヘッドユニットと、部品収容部の上方位置と部品搭載領域の上方位置との間でヘッドユニットを移動させる駆動手段と、空気経路を空気が一定方向に流通した状態でノズルを降下させながら検出センサの検出結果を閾値と対比することにより、部品移載を正常に行うために必要な高さ位置情報を求める制御手段とを備え、閾値が可変であることを特徴としている。

このように構成された発明では、空気経路を空気が一定方向に流通した状態でノズルが降下していき、そのノズル降下の間に検出センサの検出結果と閾値とが対比されて部品移載を正常に行うために必要な高さ位置情報が求められる。このため、高さ位置情報を求める処理や部品移載処理を繰り返している間に、例えばノズル内部や空気経路に異物が入り込むなどの原因により、空気経路内での定常的な空気の流通状態が変動し、閾値との対比では高さ位置情報を求めることが困難となることがあった。そこで、本発明では、閾値を可変とし、空気経路内での定常的な空気の流通状態が変動するのに応じて閾値を変更することができ、高さ位置情報が常に正確に求められる。

ここで、閾値を設定する具体例としては、制御手段が次のように閾値を設定してもよい。つまり、空気経路に空気を流通させる前および流通中に検出センサにより検出される検出値（流通前検出値、流通中検出値）に基づき閾値を設定することができる。このように空気経路に空気を流通させる前に流通前検出値が検出されるため、ノズル内部や空気経路に異物が入り込んだとしても、流通前検出値はほぼ一定である。これに対し、流通中検出値は異物の入り込みに応じて変動する。しかも、流通前検出値と流通中検出値との相違量はノズル内部や空気経路の状態に対応したものとなる。したがって、これら流通前検出値および流通中検出値に基づき閾値を設定することにより、閾値はその設定時点でのノズル内部や空気経路の状態を反映した値となるため、高さ位置情報の精度を高めることが可能となる。

このようにして閾値を設定する処理は高さ位置情報を求める前に行うのが望ましい。というのも、上記した閾値設定処理を行うことでノズル内部や空気経路の最新状態を反映した閾値が得られるためであり、この閾値に基づき高さ位置情報を求めることで高さ位置情報の精度をさらに高めることができるからである。また、高さ位置情報を求める毎あるいは高さ位置情報を求める処理を複数回行う毎に、流通前検出値と流通前検出値とに基づき閾値を求めて更新するように構成してもよい。これにより閾値が定期的に最新のものに更新されて高さ位置情報の精度をさらに高めることができる。

上記した「部品移載を正常に行うために必要な高さ位置情報」としては、吸着ノズルの高さ位置、部品を吸着保持する際の部品収容部の高さ位置、部品搭載領域に部品を搭載する際の部品搭載領域の高さ位置などが含まれる。また、ヘッドユニットが複数のノズルを有している場合には、上下方向における複数のノズル間の相対的な位置ずれ量（ヘッドオフセット）を求めるのが望ましい。そこで、制御手段を次のように構成して相対位置ずれ量を求めてもよい。すなわち、複数のノズルの各々について、当該ノズルから切替部に向けて空気が空気経路を流通した状態で当該ノズルを予め設定されている基準面に向けて降下させながら検出センサの検出結果を閾値と対比することにより当該ノズルの高さ位置を本発明の「高さ位置情報」として高精度に求めることができる。そして、複数の高さ位置に基づき上下方向における複数のノズル間の相対的な位置ずれ量を求めることができる。これにより、相対的な位置ずれ量を高精度に求めることができる。

なお、検出センサの具体的な構成は特に限定されるものではないが、後の実施形態で詳述する理由から、空気経路での空気流量を検出する流量センサを検出センサとして用いるのが好適である。

以上のように、本発明によれば、高さ位置情報を求めるために検出センサの検出結果と対比される、閾値が可変可能となっているため、空気経路内での定常的な空気の流通状態が変動するのに応じて閾値を変更することができ、高さ位置情報を常に正確に求めることができる。その結果、部品移載を良好に行うことができる。

＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる部品移載装置の第１実施形態である表面実装機の概略構成を示す平面図である。また、図２はヘッドユニットの正面図である。さらに、図３は図１に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。なお、これらの図面及び後で説明する図面では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。

この表面実装機１では、基台１１上に基板搬送機構２が配置されており、基板３を所定の搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構２は、基台１１上において基板３を図１の右側から左側へ搬送する一対のコンベア２１、２１を有している。これらのコンベア２１、２１は表面実装機１全体を制御する制御ユニット４の駆動制御部４１により制御される。すなわち、コンベア２１，２１は駆動制御部４１からの駆動指令に応じて作動し、搬入されてきた基板３を所定の実装作業位置（同図に示す基板３の位置）で停止させる。そして、このように搬送されてきた基板３は図略の保持装置により固定保持される。この基板３に対して部品収容部５から供給される電子部品（図示省略）がヘッドユニット６に搭載された吸着ノズル６１により移載される。また、基板３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構２は駆動制御部４１からの駆動指令に応じて基板３を搬出する。

基板搬送機構２の両側には、上記した部品収容部５が配置されている。これらの部品収容部５は多数のテープフィーダ５１を備えている。また、各テープフィーダ５１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品を供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ５１がリールからテープをヘッドユニット６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に繰り出され、その結果、ヘッドユニット６の吸着ノズル６１による電子部品のピックアップが可能となる。

また、この実施形態では、基板搬送機構２の他に、本発明の「駆動手段」に相当するヘッド駆動機構７が設けられている。このヘッド駆動機構７はヘッドユニット６を基台１１の所定範囲にわたりＸ軸方向及びＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸方向と直交する方向）に移動するための機構である。そして、ヘッドユニット６の移動により吸着ノズル６１で吸着された電子部品が部品収容部５の上方位置から基板３の上方位置に搬送される。すなわち、ヘッド駆動機構７は、Ｘ軸方向に延びる実装用ヘッド支持部材７１を有しており、この実装用ヘッド支持部材７１はヘッドユニット６をＸ軸に沿って移動可能に支持している。また、実装用ヘッド支持部材７１は、両端部がＹ軸方向の固定レール７２に支持され、この固定レール７２に沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。さらに、ヘッド駆動機構７は、ヘッドユニット６をＸ軸方向に駆動する駆動源たるＸ軸サーボモータ７３と、ヘッドユニット６をＹ軸方向に駆動する駆動源たるＹ軸サーボモータ７４とを有している。モータ７３はボールねじ７５に連結されており、駆動制御部４１からの動作指令に応じてモータ７３が作動することでヘッドユニット６がボールねじ７５を介してＸ軸方向に駆動される。一方、モータ７４はボールねじ７６に連結されており、駆動制御部４１からの動作指令に応じてモータ７４が作動することで実装用ヘッド支持部材７１がボールねじ７６を介してＹ軸方向へ駆動される。

ヘッド駆動機構７によりヘッドユニット６は電子部品を吸着ノズル６１により吸着保持したまま基板３に搬送するとともに、所定位置に移載する（部品移載動作）。より詳しく説明すると、ヘッドユニット６は次のように構成されている。このヘッドユニット６では、鉛直方向Ｚに延設された実装用ヘッド６２が８本、Ｘ軸方向（基板搬送機構２による基板３の搬送方向）に等間隔で列状配置されている。実装用ヘッド６２のそれぞれの先端部には、吸着ノズル６１が装着されている。すなわち、図２に示すように、各実装用ヘッド６２はＺ軸方向に伸びるヘッドシャフト６３を備えている。ヘッドシャフト６３の軸心部には、上方（Ｚ軸方向）に延びる空気通路が形成されている。そして、ヘッドシャフト６３の下方端部には、吸着ノズル６１が接続されて空気通路と連通している。一方、上端部は開口しており、後で説明する真空切替バルブ機構を介して真空吸引源および正圧源に接続される。

また、ヘッドユニット６では、上記吸着ノズル６１を上下方向Ｚに昇降させるＺ軸サーボモータ６４が設けられており、制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づきＺ軸サーボモータ６４が作動して吸着ノズル６１を上下方向Ｚに移動させる。また、吸着ノズル６１をＲ方向に回転させるＲ軸サーボモータ６５が設けられており、制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づきＲ軸サーボモータ６５が作動して吸着ノズル６１をＲ方向に回転させる。したがって、上記のようにヘッド駆動機構７によってヘッドユニット６が部品収容部５に移動されるとともに、Ｚ軸サーボモータ６４およびＲ軸サーボモータ６５を駆動することによって、部品収容部５から供給される電子部品に対して吸着ノズル６１の先端部が適正な姿勢で当接する。

図４は真空切替バルブ機構の概略構成を示す模式図である。この真空切替バルブ機構６６は上記したようにヘッドシャフト６３に設けられた空気経路６７を介して吸着ノズル６１に接続されている。この真空切替バルブ機構６６は制御ユニット４のバルブ制御部４２からの動作指令に基づき作動して各吸着ノズル６１に対して負圧および正圧を選択的に供給する。すなわち、図４に示すように、真空切替バルブ機構６６は表面実装機１を設置する工場で用意されている正圧発生装置を正圧源として用いて各吸着ノズル６１に正圧を供給可能に構成されるとともに、図略の真空発生装置を真空吸引源として用いて各吸着ノズル６１に負圧を供給可能に構成されている。また、真空切替バルブ機構６６と各吸着ノズル６１とを接続する空気経路６７には流量センサ６８が介挿されており、流量センサ６８により流量検出を行い、その検出結果が入出力Ｉ／Ｆ部４３を介して制御ユニット４に与えられる。そして、次に説明するように、制御ユニット４の主制御部４４が流量センサ６８の検出結果を閾値と対比して基板面の高さ位置を本発明の「高さ位置情報」として求める。以下、図５および図６を参照しつつ第１実施形態における高さ位置情報の取得について説明する。

図５は第１実施形態での高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。図６は図５の取得動作を模式的に示す図である。この第１実施形態では、制御ユニット４のメモリ（図示省略）に予め記憶されているプログラムにしたがって主制御部４４が装置各部を制御して実装作業位置（図１に示す基板３の位置）に固定保持された基板３の表面（基板面、部品搭載領域）の高さ位置を高さ位置情報として求めている。

この実施形態では、ヘッドユニット６に装備された複数の吸着ノズル６１のうちの１本を測定用ノズルとし、当該測定用ノズル並びにこれに接続されるヘッドシャフト６３および流量センサ６８からなるヘッドが測定ヘッドＭＨとして選択される（ステップＳ１０１）。そして、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作指令にしたがって動作して測定ヘッドＭＨへの正圧供給および負圧供給のいずれをも停止して空気経路６７を流れる空気の流量をゼロに設定する（図６（ａ））。この流量ゼロ時に流量センサ６８から出力される値、つまり出力値Ａが制御ユニット４のメモリに一時的に記憶される（ステップＳ１０２）。

次に、同図（ｂ）に示すように、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作指令にしたがって動作して測定ヘッドＭＨへの正圧供給を開始して吸着ノズル６１から空気をブローする（ステップＳ１０３）。この空気ブロー中に流量センサ６８から出力される値、つまり出力値Ｂが制御ユニット４に与えられ、メモリに一時的に記憶される（ステップＳ１０４）。こうして空気経路６７に空気を流通させる前に流量センサ６８により検出された出力値（流通前検出値）Ａと、空気経路６７に空気が流通している際に流量センサ６８により検出された出力値（流通中検出値）Ｂとが求まると、主制御部４４は流通前検出値Ａと流通中検出値Ｂに基づき閾値ＴＨ（Ｎ）を求め、この閾値ＴＨ（Ｎ）をメモリに記憶する（ステップＳ１０５）。

ここで、流通前検出値Ａと流通中検出値Ｂを比較すると、次のようなことがわかる。すなわち、空気経路６７に空気を流通させる前に流通前検出値Ａが検出されるため、ノズル６１の内部や空気経路６７に異物が入り込んだとしても、流通前検出値Ａはほぼ一定である。これに対し、流通中検出値Ｂは異物の入り込みに応じて減少する。しかも、流通前検出値Ａと流通中検出値Ｂとの相違量はノズル内部や空気経路６７の状態に対応したものとなる。そこで、この実施形態では、検出値Ａ，Ｂの中間値、例えば上記相違量（＝Ｂ−Ａ）の半値、より好ましくは半値よりも小さく且つ流通前検出値Ａよりも大きな値を閾値ＴＨ（Ｎ）として設定している。このようなステップＳ１０１〜Ｓ１０５の一連の処理（第１閾値設定処理）によって、その設定時点でのノズル内部や空気経路６７の状態を反映した最新の閾値ＴＨ（Ｎ）が得られる。なお、このとき、既にメモリに古いデータが残っている場合には、当該データを閾値ＴＨ（Ｎ）に書き換えて更新する。

こうして第１閾値設定処理が完了すると、吸着ノズル６１から空気をブローさせたまま、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき作動して測定ヘッドＭＨが降下移動する（ステップＳ１０６）。この降下中においても、流量センサ６８から検出値Ｃが出力されるが、図６（ｃ）に示すように吸着ノズル６１の下方端部が基板面３ａ、つまり部品を搭載する部品搭載領域に当接していない間、流量センサ６８からの出力値Ｃは出力値Ｂとほぼ同程度であり、閾値ＴＨ（Ｎ）よりも大きい値となっている。

測定ヘッドＭＨの降下移動開始からの時間経過ととに、吸着ノズル６１の下方端部が基板面３ａに接近し、やがて基板面３ａに当接する（同図（ｄ））。すると、吸着ノズル６１の開口部が基板面３ａで塞がれて空気経路６７を真空切替バルブ機構６６から吸着ノズル６１に向けて流れる空気の流量が大幅に減少し、流量センサ６８からの出力値Ｄは大きく低下して閾値ＴＨ（Ｎ）に達する。この第１実施形態では、出力値Ｄが閾値ＴＨ（Ｎ）とほぼ一致するタイミング（ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」）で吸着ノズル６１のＺ軸方向の座標を基板面３ａの高さ位置として取得し、メモリに記憶する（ステップＳ１０８）。また、これに同時に、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき逆回転して測定ヘッドＭＨが上昇移動する（ステップＳ１０９）。これによって基板面３ａに対して吸着ノズル６１が過剰接触するのを効果的に防止することができる。

測定ヘッドＭＨが基板面３ａから十分に離れて元の位置に戻ると、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作停止指令にしたがって動作停止して測定ヘッドＭＨへの正圧供給を停止する（ステップＳ１１０）。

以上のように、第１実施形態によれば、空気経路６７内を空気が真空切替バルブ機構６６から吸着ノズル６１に流通した状態で測定ヘッドＭＨが基板面３ａに向けて降下していき、そのヘッド降下の間に流量センサ６８からの出力値と閾値ＴＨ（Ｎ）とを対比して基板面３ａの高さ位置を求めている。しかも、その閾値ＴＨ（Ｎ）については、ノズル内部や空気経路内に異物が入り込んで定常的な空気の流通状態が変動したとしても、それに応じて閾値ＴＨ（Ｎ）を変更することができるように構成しているので、基板面３ａの高さ位置を常に正確に求めることができる。また、この第１実施形態では、基板面３ａの高さ位置を求める前に、第１閾値設定処理（ステップＳ１０２〜Ｓ１０５）を実行して閾値ＴＨ（Ｎ）を設定しているので、閾値ＴＨ（Ｎ）はその設定時点でのノズル内部や空気経路６７の状態を反映した値となるため、基板面３ａの高さ位置を高精度に求めることができる。そして、この基板面３ａの高さ位置に基づき部品移載を行っているので、当該部品移載を良好に行うことができる。

また、上記第１実施形態では、空気経路６７での空気流量を流量センサ６８で検出して基板面３ａへの吸着ノズル６１の当接を判定しているが、空気経路６７での空気圧を圧力センサで検出して上記判定を行うように構成してもよい。ここで、圧力センサを用いる場合と、流量センサを用いる場合とで得失を考察すると、次のことがわかる。真空ポンプ等の負圧発生源を用いた場合、負圧が与えられる吸着ノズル６１の本数が増減すると、それに応じて各ノズルでの真空圧が変動する。このため、圧力センサが圧力変動を検出した場合、その圧力変動が負圧供給されるノズル数の変動によるものか、ノズル高さ位置に起因するものかを正確に判別することが難しい。これに対し、本発明の「検出センサ」として流量センサを用いる場合には、正逆両方向の流れを検出することができるものがあるため、それを用いることで基板面３ａの高さ位置を計測するための検出センサとしても、部品移載動作時の部品吸着確認用センサとしても兼用することができ、合理的である。

なお、上記第１実施形態では、基板面３ａの高さ位置を本発明の「高さ位置情報」として求めているが、部品を吸着保持する際の部品収容部５の高さ位置を本発明の「高さ位置情報」として求める場合も、上記第１実施形態をそのまま転用することができる。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、ヘッドユニットが複数の吸着ノズル６１を有している。このような装置では、各吸着ノズル６１の高さ位置を本発明の「高さ位置情報」として求めるとともに、上下方向（Ｚ軸方向）における吸着ノズル６１間の相対的な位置ずれ量、いわゆるヘッドオフセットを求めるのが望ましい。以下、ヘッドオフセットを求める実施形態について、図７を参照しつつ詳述する。

図７は本発明の第２実施形態における高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。この実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、各吸着ノズル６１について第１閾値設定処理および高さ位置の取得処理を行っている点と、ノズルの高さ位置に基づきヘッドオフセット値を算出している点であり、その他の構成は基本的に同一である。そこで、以下の説明では、相違点を中心に説明する。

この第２実施形態においても、制御ユニット４のメモリに予め記憶されているプログラムにしたがって主制御部４４が装置各部を制御して各吸着ノズル６１の高さ座標を求めている。まず、ステップＳ２０１で変数Ｎを初期値に設定する。そして、複数の吸着ノズル６１のうちのＮ＝１に対応する吸着ノズルと、当該ノズルに接続されるヘッドシャフト６３および流量センサ６８とからなるヘッドが、第１ヘッドとして予め設定された測定面、例えばコンベア２１の測定箇所の上方に位置するように、ヘッド駆動機構７によりＸＹ方向に移動されて第１ヘッドがノズル高さ位置を求める対象として選択される（ステップＳ２０２）。なお、この第２実施形態では、第１ヘッドを基準ヘッドとして設定し、この第１ヘッドのノズル高さ位置が基準高さ位置として求められる。また、第Ｎヘッドの選択と同時に、特定の測定箇所の上方位置にＸＹ移動されるように構成しているので、いずれの吸着ノズルについても同一位置で後述するようにノズル高さが測定されて正確なヘッドオフセットの測定が可能となっている。

こうして第１ヘッドが選択されると、第１ヘッドについて、第１実施形態と同様に、第１閾値設定処理が実行された（ステップＳ２０３〜Ｓ２０６）後に、吸着ノズル６１から空気をブローさせたまま、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき作動して基準ヘッドが降下移動する（ステップＳ２０７）。そして、基準ヘッドの降下移動開始から時間が経過すると、吸着ノズル６１の下方端部が測定面（コンベア表面）に接近し、やがて測定面に当接する。すると、吸着ノズル６１の開口部が測定面で塞がれて空気経路６７を真空切替バルブ機構６６から吸着ノズル６１に向けて流れる空気の流量が大幅に減少し、流量センサ６８からの出力値が閾値ＴＨ（Ｎ）とほぼ一致するタイミング（ステップＳ２０８で「ＹＥＳ」）で吸着ノズル６１のＺ軸方向の座標を当該吸着ノズル６１の高さ位置として取得し、メモリに記憶する（ステップＳ２０９）。また、これに同時に、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき逆回転して基準ヘッドが上昇移動する（ステップＳ２１０）。これによってコンベア表面に対して吸着ノズル６１が過剰接触するのを効果的に防止することができる。

基準ヘッドがコンベア表面から十分に離れて元の位置に戻ると、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作停止指令にしたがって動作停止して第１（基準）ヘッドへの正圧供給を停止する（ステップＳ２１１）。

次のステップＳ２１２では、全てのヘッドについて上記一連の処理が実行されて吸着ノズル６１の高さ位置が求められたか否かを、主制御部４４が判定する。そして、ステップＳ２１２で「ＮＯ」と判定されている間は、変数Ｎを１だけインクリメントし（ステップＳ２１３）、高さ位置の測定対象ヘッドを順番に切り替えながら各ヘッドについて吸着ノズル６１の高さ位置が求められる。そして、全ヘッドについてノズル高さ位置が求められる（ステップＳ２１２で「ＹＥＳ」）と、メモリから各ヘッドのノズル高さ位置が読み出されて第１（基準）ヘッドに対するヘッドの相対的なノズル高さ位置、つまりヘッドオフセットが算出される（ステップＳ２１４）。なお、この実施形態では全てのヘッドについてノズル高さ位置を求めた後にヘッドオフセットを算出しているが、第２ヘッド以降の各ヘッドについてノズル高さ位置を求めた直後に第１ヘッドのノズル高さ位置に対する差異をヘッドオフセットとして求めてもよい。この点に関しては、後の第３実施形態においても同様である。

以上のように、第２実施形態では、本発明の「高さ位置情報」として吸着ノズル６１の高さ位置およびヘッドオフセットを求めているが、第１実施形態と同様に第１閾値設定処理により得られた閾値を基準としている。そのため、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

＜第３実施形態＞
ところで、上記第２実施形態では、吸着ノズル６１から空気をブローしながら各吸着ノズル６１の高さ位置を求めているが、吸着ノズル６１に真空吸引力を与えながら各吸着ノズル６１の高さ位置を求めてもよい。以下、図８を参照しつつ説明する。

図８は本発明の第３実施形態における高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。この実施形態では、ステップＳ３０１で変数Ｎが初期値に設定され、ヘッド駆動機構７により第１ヘッドが、予め設定された測定面、例えばコンベア２１の測定箇所の上方に位置するように、ＸＹ方向に移動されてノズル高さ位置を求める対象として選択される（ステップＳ３０２）。なお、この第３実施形態においても、第１ヘッドを基準ヘッドとして設定し、この第１ヘッドのノズル高さ位置が基準高さ位置として求められる。また、第Ｎヘッドの選択と同時に、特定の測定箇所の上方位置にＸＹ移動されるように構成しているので、いずれの吸着ノズルについても同一位置で後述するようにノズル高さが測定されて正確なヘッドオフセットの測定が可能となっている。

そして、第２閾値設定処理が実行されて閾値ＴＨ（Ｎ）が求められる。すなわち、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作指令にしたがって動作して第１ヘッドへの正圧供給および負圧供給のいずれをも停止して空気経路６７を流れる空気の流量をゼロに設定する。この流量ゼロ時に流量センサ６８から出力される値Ａが制御ユニット４のメモリに一時的に記憶される（ステップＳ３０３）。

次に、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作指令にしたがって動作して第１ヘッドへの負圧供給を開始して吸着ノズル６１から空気を吸引して真空切替バルブ機構６６への空気流を形成する（ステップＳ３０４）。この真空吸引中に流量センサ６８から出力される値、つまり出力値Ｂが制御ユニット４に与えられ、メモリに一時的に記憶される（ステップＳ３０５）。こうして空気経路６７に空気を流通させる前に流量センサ６８により検出された出力値（流通前検出値）Ａと、空気経路６７に空気が流通している際に流量センサ６８により検出された出力値（流通中検出値）Ｂとが求まると、主制御部４４は流通前検出値Ａと流通中検出値Ｂに基づき閾値ＴＨ（Ｎ）を求め、この閾値ＴＨ（Ｎ）をメモリに記憶する（ステップＳ３０６）。こうした一連の処理（第２閾値設定処理）によって、その設定時点でのノズル内部や空気経路６７の状態を反映した最新の閾値ＴＨ（Ｎ）が得られる。なお、このとき、既にメモリに古いデータが残っている場合には、当該データを閾値ＴＨ（Ｎ）に書き換えて更新する。

第２閾値設定処理が完了した後、吸着ノズル６１に真空吸引力を与えたまま、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき作動して基準ヘッドが降下移動する（ステップＳ３０７）。そして、基準ヘッドの降下移動開始から時間が経過すると、吸着ノズル６１の下方端部が測定面（コンベア表面）に接近し、やがて測定面に当接する。すると、吸着ノズル６１の開口部が測定面で塞がれて空気経路６７を真空切替バルブ機構６６から吸着ノズル６１に向けて流れる空気の流量が大幅に減少し、流量センサ６８からの出力値が閾値ＴＨ（Ｎ）とほぼ一致するタイミング（ステップＳ３０８で「ＹＥＳ」）で吸着ノズル６１のＺ軸方向の座標を当該吸着ノズル６１の高さ位置として取得し、メモリに記憶する（ステップＳ３０９）。また、これに同時に、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき逆回転して基準ヘッドが上昇移動する（ステップＳ３１０）。これによってコンベア表面に対して吸着ノズル６１が過剰接触するのを効果的に防止することができる。

基準ヘッドがコンベア表面から十分に離れて元の位置に戻ると、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作停止指令にしたがって動作停止して第１（基準）ヘッドへの負圧供給を停止する（ステップＳ３１１）。

次のステップＳ３１２では、全てのヘッドについて上記一連の処理が実行されて吸着ノズル６１の高さ位置が求められたか否かを、主制御部４４が判定する。そして、ステップＳ３１２で「ＮＯ」と判定されている間は、変数Ｎを１だけインクリメントし（ステップＳ３１３）、高さ位置の測定対象ヘッドを順番に切り替えながら各ヘッドについて吸着ノズル６１の高さ位置が求められる。全ヘッドについてノズル高さ位置が求められる（ステップＳ３１２で「ＹＥＳ」）と、メモリから各ヘッドのノズル高さ位置が読み出されて第１（基準）ヘッドに対するヘッドの相対的なノズル高さ位置、つまりヘッドオフセットが算出される（ステップＳ３１４）。

以上のように、第３実施形態においても、空気経路６７内を空気が真空切替バルブ機構６６から吸着ノズル６１に流通した状態でヘッドがコンベア表面（測定面）に向けて降下していき、そのヘッド降下の間に流量センサ６８からの出力値と閾値ＴＨ（Ｎ）とを対比して吸着ノズル６１の高さ位置を求めている。しかも、その閾値ＴＨ（Ｎ）については、ノズル内部や空気経路内に異物が入り込んで定常的な空気の流通状態が変動したとしても、それに応じて閾値ＴＨ（Ｎ）を変更することができるように構成しているので、ノズル高さ位置を常に正確に求めることができる。また、この第３実施形態では、基板面３ａの高さ位置を求める前に、第２閾値設定処理（ステップＳ３０３〜Ｓ３０６）を実行して閾値ＴＨ（Ｎ）を設定しているので、閾値ＴＨ（Ｎ）はその設定時点でのノズル内部や空気経路６７の状態を反映した値となるため、ノズル高さ位置およびヘッドオフセットを高精度に求めることができる。そして、ノズル高さ位置に基づき部品移載を行っているので、当該部品移載を良好に行うことができる。

また、上記第３実施形態では、空気経路６７での空気流量を流量センサ６８で検出してコンベア表面（測定面）への吸着ノズル６１の当接を判定しているが、空気経路６７での空気圧を圧力センサで検出して上記判定を行うように構成してもよい。ここで、圧力センサを用いる場合と、流量センサを用いる場合とで得失を考察すると、次のことがわかる。

図９はノズルの開放数と各ノズルの真空吸引力との関係を示すグラフである。表面実装機１では、生産管理者などが予め編集した搭載データに基づき部品実装を行うが、使用するノズル本数に応じて各ノズルに与えられる真空吸引力が変化する。すなわち、同図に示すように、使用するノズル数が増えるにしたがって各ノズルの真空吸引力が減少する。したがって、本発明の「検出センサ」として真空圧センサを用いると、次のような問題は発生することがある。全ノズル６１が開放した状態、つまり部品を吸着していない状態で真空吸引力を供給すると、真空圧センサで検出される検出値は相当に低下する。そして、この状態から１つの吸着ノズル６１のみが部品を吸着する（第１ケース）と、当該吸着ノズル６１に接続された空気経路内の圧力が上昇し、センサ出力値が増大する。この圧力変化に基づき部品吸着を検出することができる。しかしながら、真空切替バルブ機構６６により１つの吸着ノズル６１のみに真空吸引力を与えるように切り替える（第２ケース）と、部品を吸着していないにもかかわらず、上記と同様の圧力変化が生じる。その結果、第１ケースと第２ケースを明確に区別することができず、誤吸着の原因となってしまう。これに対し、空気流量はノズル開放数の影響を受けにくいため、本実施形態では本発明の「検出センサ」として流量センサ６８が用いられている。

＜第４実施形態＞
上記第１実施形態では、吸着ノズル６１から空気をブローしながら基板面３ａの高さ位置を求めているが、第３実施形態と同様に吸着ノズル６１に真空吸引力を与えながら基板面３ａの高さ位置を求めてもよい。以下、図１０を参照しつつ説明する。

図１０は本発明の第４実施形態における高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。この実施形態では、ヘッドユニット６に装備された複数の吸着ノズル６１のうちの１本を測定用ノズルとし、当該測定用ノズル並びにこれに接続されるヘッドシャフト６３および流量センサ６８からなるヘッドが測定ヘッドとして選択される（ステップＳ４０１）。そして、上記した第２閾値設定処理が実行される（ステップＳ４０２〜Ｓ４０５）。これによって、その設定時点でのノズル内部や空気経路６７の状態を反映した最新の閾値ＴＨ（Ｎ）が得られる。なお、このとき、既にメモリに古いデータが残っている場合には、当該データを閾値ＴＨ（Ｎ）に書き換えて更新する。

第２閾値設定処理が完了した後、吸着ノズル６１に真空吸引力を与えたまま、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき作動して測定用ヘッドが降下移動する（ステップＳ４０６）。そして、測定用ヘッドの降下移動開始から時間が経過すると、吸着ノズル６１の下方端部が基板面３ａに接近し、やがて基板面３ａに当接する。すると、吸着ノズル６１の開口部が測定面で塞がれて空気経路６７を真空切替バルブ機構６６から吸着ノズル６１に向けて流れる空気の流量が大幅に減少し、流量センサ６８からの出力値が閾値ＴＨ（Ｎ）とほぼ一致するタイミング（ステップＳ４０７で「ＹＥＳ」）で吸着ノズル６１のＺ軸方向の座標を基板面３ａの高さ位置として取得し、メモリに記憶する（ステップＳ４０８）。また、これに同時に、Ｚ軸サーボモータ６４が制御ユニット４の駆動制御部４１からの動作指令に基づき逆回転して測定用ヘッドが上昇移動する（ステップＳ４０９）。これによってコンベア表面に対して吸着ノズル６１が過剰接触するのを効果的に防止することができる。

測定用ヘッドがコンベア表面から十分に離れて元の位置に戻ると、真空切替バルブ機構６６がバルブ制御部４２からの動作停止指令にしたがって動作停止して測定用ヘッドへの負圧供給を停止する（ステップＳ４１０）。

以上のように、第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、閾値ＴＨ（Ｎ）を可変可能に構成しているので、ノズル内部や空気経路内に異物が入り込んで定常的な空気の流通状態が変動したとしても、それに応じて閾値ＴＨ（Ｎ）を変更することができる。そのため、基板面３ａの高さ位置を常に正確に求めることができる。また、基板面３ａの高さ位置を求める前に、第２閾値設定処理（ステップＳ４０２〜Ｓ４０５）を実行して閾値ＴＨ（Ｎ）を設定しているので、閾値ＴＨ（Ｎ）はその設定時点でのノズル内部や空気経路６７の状態を反映した値となるため、基板面３ａの高さ位置を高精度に求めることができる。そして、この基板面３ａの高さ位置に基づき部品移載を行っているので、当該部品移載を良好に行うことができる。

上記第４実施形態では、基板面３ａの高さ位置を本発明の「高さ位置情報」として求めているが、部品を吸着保持する際の部品収容部５の高さ位置を本発明の「高さ位置情報」として求める場合も、上記第４実施形態をそのまま転用することができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、ヘッドオフセット値を求めるためのノズル高さ位置、基板面３ａの高さ位置や部品収容部５の高さ位置などの「高さ位置情報」を求める前に閾値設定処理を行っているが、その実行頻度は任意である。例えば、高さ位置情報を求める毎あるいは高さ位置情報を求める処理を複数回行う毎に、閾値設定処理を実行してもよい。

また、上記実施形態では、部品移載装置として機能する表面実装機１に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、ＩＣハンドラー等の部品移載装置に対しても本発明を適用することができる。

本発明にかかる部品移載装置の第１実施形態である表面実装機の概略構成を示す平面図である。 ヘッドユニットの正面図である。 図１に示す表面実装機の電気的構成を示すブロック図である。 真空切替バルブ機構の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態での高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。 図５の取得動作を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態における高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態における高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。 ノズルの開放数と各ノズルの真空吸引力との関係を示すグラフである。 本発明の第４実施形態における高さ位置情報の取得動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…表面実装機（部品移載装置）
３ａ…基板面（部品搭載領域）
４…制御ユニット（制御手段）
５…部品収容部
６…ヘッドユニット
７…ヘッド駆動機構（駆動手段）
４４…主制御部（制御手段）
６１…吸着ノズル
６６…真空切替バルブ機構（切替部）
６７…空気経路
６８…流量センサ（検出センサ）

Claims (6)

1. 部品収容部から部品搭載領域に部品を移載する部品移載装置において、
   下方端部で部品を真空吸着するノズルと、空気経路を介して前記ノズルと接続されて前記空気経路を流通する空気の圧力を正圧および負圧に切り替える切替部と、前記空気経路での空気圧力または空気流量を検出する検出センサとを有するヘッドユニットと、
   前記部品収容部の上方位置と前記部品搭載領域の上方位置との間で前記ヘッドユニットを移動させる駆動手段と、
   前記空気経路を空気が一定方向に流通した状態で前記ノズルを降下させながら前記検出センサの検出結果を閾値と対比することにより、部品移載を正常に行うために必要な高さ位置情報を求める制御手段とを備え、
   前記閾値が可変であることを特徴とする部品移載装置。
2. 前記制御手段は、前記空気経路に空気を流通させる前に前記検出センサにより検出される流通前検出値と、前記空気経路に空気が流通している際に前記検出センサにより検出される流通中検出値とに基づき前記閾値を設定する請求項１記載の部品移載装置。
3. 前記制御手段は、前記高さ位置情報を求める前に、前記流通前検出値と前記流通中検出値とに基づき前記閾値を設定する請求項２記載の部品移載装置。
4. 前記制御手段は、前記高さ位置情報を求める毎あるいは前記高さ位置情報を求める処理を複数回行う毎に、前記流通前検出値と前記流通中検出値とに基づき前記閾値を求めて更新する請求項２または３記載の部品移載装置。
5. 前記ヘッドユニットは前記ノズルを複数個有しており、
   前記制御手段は、
   前記複数のノズルの各々について、当該ノズルから前記切替部に向けて空気が前記空気経路を流通した状態で当該ノズルを予め設定されている基準面に向けて降下させながら前記検出センサの検出結果を閾値と対比することにより当該ノズルの高さ位置を前記高さ位置情報として求め、
   前記複数の高さ位置に基づき上下方向における前記複数のノズル間の相対的な位置ずれ量を求める
   請求項１ないし４のいずれかに記載の部品移載装置。
6. 前記検出センサは前記空気経路での空気流量を検出する流量センサである請求項１ないし５のいずれかに記載の部品移載装置。

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