JP4634204B2

JP4634204B2 - 電子部品実装装置

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Publication number: JP4634204B2
Application number: JP2005108278A
Authority: JP
Inventors: 直幸八幡; 勝斉藤; 洋安西
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: CN1849060B; JP2006287143A; CN1849060A

Description

本発明は、電子部品を装着ヘッドに設けた吸着ノズルで吸着して、基板に実装する電子部品実装装置に関するものであり、特に、電子部品の吸着ミスを確実に検知することができる電子部品実装装置に関するものである。

従来より、電子部品の吸着状態を認識するものとして、特許３０３８９０５号（特許文献１）や、特許３２６９０４１号（特許文献２）や、特開２００３−１３３７９１号（特許文献３）が知られている。

特許文献１は、垂直方向に設けた、投光部と受光部を相対させた、複数の走査線からなる一次元光センサを備えている。そして、吸着された電子部品が、この一次元光センサの走査線を横切るように移動し、電子部品の二次元画像情報を得るものである。

特許文献２は、吸引エアーの流量を流量センサで計測し、その実流量と予め記憶された設計流量を比較して、ノズル詰まり等を検出するものである。

特許文献３は、吸引エアーの流量を流量センサで計測し、その実流量と予め記憶された設計流量を比較して、電子部品の吸着有無や吸着状態の良否を検出するものである。

特許３０３８９０５号特許３２６９０４１号特開２００３−１３３７９１号

しかしながら、特許文献１の装置は、二次元画像情報を得るために、その処理に時間を要し、また、装置が高価なものになった。
特許文献２、３の装置は、流量センサだけで電子部品の有無や吸着状態の良否を検出しているので、検出流量の増減が僅かな場合等に、信頼性に欠けるという問題があった。また、部品の横立ちによる、吸着ミスを確実に検知することができないという問題があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、電子部品の吸着ミスを確実に検出することができる安価な装置を提供することを目的とする。
また、電子部品の吸着ミスを短時間に検出することができる装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
電子部品を吸着する吸着ノズル（１０）と、
前記吸着ノズルを上下動させる上下動手段（１３）と、
前記吸着ノズルを保持して水平方向に移動可能な装着ヘッド（７）と、
前記装着ヘッドに設けられ、投光部と受光部とからなる光センサ（１９、２５、２７、２８）と、
前記吸着ノズルと真空発生装置を接続する空気吸引通路に配置された流量センサ（１６）と、
前記吸着ノズルに吸着された電子部品を基板に搭載するように制御する制御手段を備えた電子部品実装装置において、
前記制御手段は、前記光センサにより吸着された電子部品の高さデータを取得する工程と、前記流量センサにより空気流量を計測する工程と、これらの実測値を予め設定された設定値と比較する比較工程と、前記比較工程に基づき電子部品の吸着有無と、その吸着姿勢の良否を判定する判定工程を備え、
前記制御手段は、
前記電子部品の高さデータの実測値と予め設定された設定値との比較により電子部品の非吸着と横立ちを判定し、当該判定の結果、電子部品の非吸着と横立ちの何れでもないと判定された場合、前記空気流量の実測値と予め設定された設定値との比較により電子部品の正常吸着と斜立ちを判定する。

請求項１記載の発明によれば、安価な装置で電子部品の吸着ミスを確実かつ、短時間に検出することができる。
また、電子部品の横立ち、斜め立ち等の吸着ミスを確実に検出することができる。

この発明の第１実施形態を図１から図６に基づいて説明する。
図１は電子部品実装装置の概要を示す斜視図である。
図２はその装着ヘッドの拡大斜視図である。
図３は吸着ノズルと流量センサの配置を示す斜視図である。
図４、図５は電子部品の吸着状態を検出する手順を示すフローチャートである。
図６は電子部品の吸着状態を示す正面図である。

電子部品実装装置は、基台１の中央部のＸ方向に一対の搬送路２が設置されている。搬送路２は、電子部品を実装する基板３をＸ方向に搬送する。また、搬送路２の上端部には、不図示の基板保持部が設置されている。この基板保持部は、搬送された基板３を所定位置で、保持し、位置決めするものである。

搬送路２の両側には、電子部品の供給部４が配置されている。各供給部４には、多数のテープフィーダ５が並設されている。テープフィーダ５は、電子部品を収納したテープを支持し、このテープをピッチ送りして電子部品を供給する。

基台１上面の両端部には、Ｙ方向に、一対のＹ軸フレーム８が設置されている。一対のＹ軸フレーム８上には、Ｘ軸フレーム６がその両端部を支持されている。Ｙ軸フレーム８には、不図示のモータとベルト等によるＹ軸移動手段が設けられている。Ｙ軸移動手段を駆動すると、Ｘ軸フレーム６がＹ方向に水平移動する。

Ｘ軸フレーム６には、装着ヘッド７が設けられている。Ｘ軸フレーム６には、不図示のモータとベルト等によるＸ軸移動手段が設けられている。Ｘ軸移動手段を駆動すると、装着ヘッド７がＸ方向に移動する。

基台１上面の搬送路２と供給部４の間には、カメラ９が配置されている。カメラ９は、装着ヘッド９の移動経路に、対向するように配置されている。そして、カメラ９は、装着ヘッド７や吸着ノズル１０を下方から撮像し、電子部品を認識して、その位置ズレを検出する。

次に、図２を参照して装着ヘッド７の構成を説明する。
装着ヘッド７は、マルチタイプであり、４組の単位装着ヘッド７ａから構成されている。各単位装着ヘッド７ａには、上下方向にノズルシャフト１１が設けられている。このノズルシャフト１１上端部には、独立して駆動するθ軸モータ１２が連結されている。θ軸モータ１２が回転すると、ノズルシャフト１１はその軸心を中心に回転する。

また、ノズルシャフト１１は、不図示のギアを介して、上下動手段としてのＺ軸モータ１３に連結されており、Ｚ軸モータ１３を駆動するとノズルシャフト１３が上下動する。各ノズルシャフト１１の先端には、吸着ノズル１０が装着されている。

吸着ノズル１０の下端側には、単位装着ヘッド７ａごとに、投光器１７、受光器１８からなる、光センサとしての光電センサ１９が配されている。
光電センサ１９の投光器１７から発せられた光は、受光器１８に入光するように、一直線上に配置され、それぞれ装着ヘッド７に固定されている。また、光電センサ１９は、点発光するポイントタイプであり、その光軸が吸着ノズル１０の下端側と交差可能である。
装着ヘッド７には、不図示の基板認識カメラが備え付けられており、装着ヘッド７を移動させて、この基板認識カメラにより、基板マークを撮像し、位置決め保持された基板の位置を認識する。

次に、図３を参照して、吸着ノズル１０に付設された吸引機構について説明する。
ノズルシャフト１１は中空で、その下端には吸着ノズル１０が装着されている。吸着ノズル１０は、先端に向けて貫通する吸着孔が形成されている。この吸着孔とノズルシャフトを貫通する中空孔１１ａで、空気吸引通路を形成する。この空気吸引通路のノズルシャフト１１には、上流側から順に真空発生装置１５、流量センサ１６が取付けられている。真空発生装置１５は、圧縮空気を噴射して、真空を発生するエジェクタ式真空装置である。また、流量センサ１６は、下流側と上流側の温度差に基づいて、空気吸引通路の流量を計測するものである。そして、真空発生装置１５の作動により、空気吸引通路に発生した空気流量を流量センサ１６が計測する。

次に、電子部品実装装置を制御する不図示のコントローラ（制御手段）を説明する。
コントローラは、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）とＲＡＭ、ＲＯＭやフラッシュメモリから構成されている。これらのメモリには、電子部品ごとに、予め設定された設計値としての高さデータや空気流量データ等が記憶されている。

また、コントローラには、Ｘ軸移動手段のモータ、Ｙ軸移動手段のモータ、θ軸モータ１２、Ｚ軸モータ１３、光電センサ１９、真空発生装置１５、流量センサ１６等が接続されている。

次に、図４、図５、図６を参照して、電子部品の吸着状態を検出する手順を説明する。
以下の動作は、制御手段としてのコントローラにより実行される。
電子部品の実装動作が開始されると、最初に搬送路２に基板３が搬入され、基板３は、Ｘ方向に搬送される。そして、所定位置で、不図示の基板保持部により、位置決め保持される（Ｓ１）。

次に、装着ヘッド７を移動させて、不図示の基板認識カメラにより、基板マークを撮像し、位置決め保持された基板の位置を認識する（Ｓ２）。

次に、装着ヘッド７を供給部４に向けて移動する（Ｓ３）。
次に、供給部４への移動中に、電子部品を吸着していない吸着ノズル１０に対して、Ｚ軸モータ１３を駆動させる。そして、ノズルシャフト１１を徐々に下降させて、光電センサ１９の出力値が急激に変化した場合、この時のＺ軸高さをＺ軸モータ１３のエンコーダより出力する。このＺ軸高さをＺ０（吸着ノズル下端を認識した値）とし、フラッシュメモリに記憶させる（Ｓ４）。

次に、前回の同種の吸着ノズルを用いて測定した、電子部品を吸着してない状態でのＺ０ａ値と、Ｓ４でのＺ０値とを比較し、その差｜Ｚ０ａ−Ｚ０｜が設定値より大きい場合は異常（電子部品の持ち帰り等）と判断してＳ１３に進み、設定値範囲内の場合Ｓ６に進む（Ｓ５）。

次に、供給部４への移動中に、真空発生装置１５を駆動させる。そして、電子部品を吸着していない吸着ノズル１０に対して、流量センサ１６を用いて、空気吸引通路の流量を計測する。この空気流量をＦ０とし、フラッシュメモリに記憶させる（Ｓ６）。

次に、前回の同種の吸着ノズルを用いて測定した、電子部品を吸着してない状態でのＦ０ａ値と、Ｓ７でのＦ０値とを比較し、その差｜Ｆ０ａ−Ｆ０｜が設定値より大きい場合は異常（ノズル詰まり）と判断してＳ１３に進み、設定値範囲内の場合Ｓ８に進む（Ｓ７）。

次に、装着ヘッド７が供給部４に移動した後、吸着ノズル１０を下降させて、電子部品を吸着した後、吸着ノズル１０を上昇させる（Ｓ８）。

次に、Ｓ９で吸着ノズル１０を上昇させる際に、光電センサ１９の出力値が急激に変化した場合、この時のＺ軸高さをＺ軸モータ１３のエンコーダより出力する。このＺ軸高さをＺ１（吸着した電子部品の下端面を認識した値）とし、フラッシュメモリに記憶させる（Ｓ９）。

次に、Ｓ９で吸着ノズル１０を上昇させる際に、真空発生装置１５を駆動させる。そして、電子部品を吸着している吸着ノズル１０に対して、流量センサ１６を用いて、空気吸引通路の流量を計測する。この空気流量をＦ１とし、フラッシュメモリに記憶させる（Ｓ１０）。

次に、図５のフローチャートに基づき、先に計測した、Ｚ０、Ｚ１、Ｆ０、Ｆ１値を用いて、電子部品の吸着状態を判定する（Ｓ１１）。

最初に、Ｚ軸高さデータの差｜Ｚ０−Ｚ１｜（電子部品厚さデータ）と、部品種ごとに予め設定された値（設定値：Ｚｘ〜Ｚｙ）を比較し、設定値より小さい場合は非吸着と判断し、設定値より大きい場合は図６（ｂ）に示す横立ち、図６（ｃ）に示す縦立ちと判断し、設定値の範囲内の場合は次のステップＳ１１Ｂに進む（Ｓ１１Ａ）。
なお、図６（ｂ）に示す横立ち状態とは、電子部品の一側面を吸着ノズルが吸着し、底面基準で、通常よりΔＺ１吸着ノズルが上昇している状態である。また、図６（ｃ）に示す縦立ち状態とは、電子部品の他の側面を吸着ノズルが吸着し、底面基準で、通常よりΔＺ２吸着ノズルが上昇している状態である。

次に、電子部品吸着前と吸着後の、流量センサの出力差｜Ｆ０−Ｆ１｜と、部品種ごとに予め設定された値（設定値：Ｆｘ）を比較し、設定値以下の場合は図６（ｄ）に示す斜め立ちと判断し、設定値より大きい場合は図６（ａ）に示す正常吸着と判断する（Ｓ１１Ｂ）。
斜め立ち状態とは、図６（ｄ）に示すように、電子部品の角部を吸着し、高さデータが正常吸着と略同一のものである。

次に、図４に戻り、部品吸着状態が正常かどうか判断する。上記ステップで、非吸着、横立ち、縦立ち、斜め立ちの場合、正常でないと判断しＳ１３に進み、正常吸着の場合Ｓ１４に進む（Ｓ１２）。

Ｓ５でＺ０が正常でない場合や、Ｓ７でＦ０が正常でない場合や、Ｓ１２で正常吸着でない場合は、吸着姿勢不良としての横立ち、縦立ち、斜め立ちと、非吸着等の吸着ミスや、ノズル装着不良やノズル選択不良等と判断する。そして、実装動作を停止し、警報装置により異常を作業者に知らせ、エラー処理が終了したらＳ３に進む（Ｓ１３）。

次に、正常吸着の場合、装着ヘッド７をカメラ９と対向する位置に移動させた後、吸着した電子部品の認識を行う（Ｓ１４）。

次に、認識結果に基づいて、装着ヘッド７が基板３の所定位置に移動し、θ軸モータ１２を駆動させて位置調整した後、Ｚ軸モータ１３を駆動させて電子部品を基板３に搭載する（Ｓ１５）。

次に、全部品の実装が完了したかどうかを判断し、完了してない場合はＳ３に戻り、完了した場合は、実装動作を終了する。

上記第１実施形態によれば、光センサ１９により吸着された電子部品の高さデータを取得する工程と、前記流量センサ１６により空気流量を計測する工程と、これらの実測値を予め設定された設計値と比較する比較工程と、前記比較工程に基づき電子部品の吸着有無と、その吸着姿勢の良否を判定する判定工程を備えている。このため、電子部品の吸着ミスを確実かつ、短時間に検出することができる。

また、前記電子部品の高さデータの比較により電子部品の非吸着と横立ちを判定し、前記空気流量データの比較により電子部品の正常吸着と斜立ちを判定している。このため、電子部品の横立ち等の吸着ミスを確実に検出することができる。

次に、この発明の第２実施形態を図７、図８、図９に基づいて説明する。
第２実施形態は、第１実施形態と異なるタイプの光センサを使用しており、その構造と吸着状態の判定のみ説明し、他は省略する。
図７は、アナログ出力タイプ光電センサ（光センサ）の斜視図である。図８は、同タイプの光センサを用いて電子部品の認識を行う場合の説明図である。図９は、同タイプの光センサを用いた場合のセンサ出力と遮光面積の関係を示す説明図である。

アナログ出力タイプの光センサ（光電センサ）２５は、投光部２１と、不図示の受光部からとから構成されている。投光部２１は、発光ダイオード等からなる光源と、光源から発せられた、光軸２３を絞るために形成された長方形の窓を有するスリット（可変手段）２２からなる。また、不図示の受光部の受光範囲は、投光部の投光範囲２２ａと略一致する。そして、光電センサ２５の投光器から発せられた光は、受光器に入光するように、一直線上に配置され、それぞれ装着ヘッド７に固定されている。

光電センサ２５の投光部からは光が発せられ、投光側の窓と受光側の窓とを直線上に結んだ範囲を検出範囲２２ａとする。検出範囲２２ａは、図８（ａ）に示すように正常吸着された電子部品２０の側面と同形状の長方形に設定され、その大きさは電子部品より僅かに大きく設定されている。そして、図８（ｂ）の横立ち、（ｃ）の縦立ち、（ｄ）の斜め立ちの場合、検出範囲２２ａから電子部品がはみ出してしまい、受光量が増加し、センサ出力が増加する。一方、電子部品が吸着されなかった場合、電子部品が光軸を遮る面積、遮光面積が０となり、センサ出力は最大Ｇｍａｘとなる。

次に、第２実施形態の動作について説明する。
第２実施形態は、第１実施形態と、吸着測定位置と吸着状態の判定工程が異なる。この異なる部分を説明し、他は省略する。

以下の動作は、制御手段としのコントローラにより実行される。
電子部品２０を吸着した吸着ノズル１０は、Ｚ軸モータ１３が駆動されると上昇する。そして、吸着ノズル１０の下端と、光電センサ２５の投光範囲２２ａの上端部が一致する位置に移動すると、光電センサ２５から光が照射される。そして、電子部品の吸着状態（遮断面積）に応じて、光電センサ２５の受光部の受光量が変化し、光電センサ２５の出力値が変化する。例えば、正常吸着はＧａ、横立ち吸着Ｇｂ、縦立ち吸着Ｇｃ、斜め立ち吸着Ｇｄ、非吸着Ｇｍａｘとなる。

そして、計測値と、コントローラに予め設定された正常吸着の設定値Ｇｘ〜Ｇｙ（Ｇａ±０．５Ｖ）と比較し、Ｇｘ〜Ｇｙの範囲内にあるＧａ値は正常吸着と判定する。また、Ｇｘ１〜Ｇｙ１の範囲内であるＧｂを横立ち吸着と、Ｇｘ２〜Ｇｙ２の範囲内であるＧｄを斜め立ち吸着と、Ｇｘ３〜Ｇｙ３の範囲内であるＧｃを縦立ち吸着と、Ｇｍａｘを非吸着と判定することができる。
第２実施形態は、第１実施形態に比べて、吸着ノズル１０を所定高さに設定して、部品吸着有無や、吸着姿勢の良否判定することができ、認識時間を短縮することができる。また、第２実施形態では、吸着される電子部品の形状に応じて、可変手段としてのスリット２２を変更して、検出範囲２２ａを変更することもできる。
また、第２実施形態では、複数の受光量設定値、正常吸着設定範囲、斜め立ち吸着範囲、横立ち吸着範囲、斜め立ち吸着範囲、非吸着設定範囲を有しているので、電子部品の正常吸着と、横立ち吸着、縦立ち吸着、斜め立ち吸着、非吸着等の吸着ミスとをより短時間に検出することができる。

この発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変更可能である。
例えば、第１実施形態では、電子部品を吸着していない状態でのＺ軸高さデータＺ０とＺ０ａを比較して電子部品の持ち帰りを判定していた。これに代えて、電子部品を吸着した状態でのＺ軸高さデータＺ１と前回のＺ軸高さデータＺ１ａを比較して、大きく異なる場合は、電子部品の持ち帰りであると判定することも容易に考えられる。

また、第１実施形態では、電子部品を吸着していない状態での空気流量Ｆ０とＦ０ａを比較してノズル詰まりを判定していた。これに代えて、電子部品を吸着した状態での空気流量Ｆ１と前回の空気流量Ｆ１ａを比較して、大きく異なる場合は、ノズル詰まりであると判定することも容易に考えられる。
また、Ｚ１とＺ１ａ、Ｆ１とＦ１ａの比較結果に大きな差がない場合は、フラッシュメモリ内の記憶されている値は、それぞれ上書き保存された後、次の実装動作を行うことも容易に考えられる。

また、上記実施形態では、光センサ１９，２５を各吸着ノズルごとに設けたが、これに代えて、図１０のように、一組の光センサ２８、２９を設置し、各Ｚ軸モータ１３を昇降させて、個別に吸着された電子部品を認識することも容易に考えられる。

また、第２実施形態の投光範囲２２ａの形状は、長方形に限らず種々変更可能である。
例えば、図１２に示すように、検出範囲が吸着した電子部品に比べて、大きすぎたり、小さすぎたりした場合、検出範囲を変更することができる可変手段を用いることもできる。

この可変手段は、複数のスリットを設けた一対の遮光板２９、３０から構成されている。電子部品の大きさに応じて、この遮光板２９、３０を回転させて、最適な検出範囲２２ａを得るようにすることも容易に考えられる。そして、検出範囲を小さくした場合は、光センサのアンプゲインを上げ、検出範囲を大きくした場合は、光センサのアンプゲインを下げ、最適な検出感度にすることも容易に考えられる。

また、第２実施形態では、複数の受光量設定値、正常吸着設定範囲、斜め立ち吸着範囲、横立ち吸着範囲、斜め立ち吸着範囲、非吸着設定範囲を有しているが、これに代えて、正常吸着設定範囲と、それ以外の吸着ミス範囲とに設定することも容易に考えられる。

また、第１実施形態に第２実施形態の光センサを用いることも容易に考えられる。
また、上記実施形態のエラー処理に関して、吸着ミスの場合部品廃棄をしたり、ノズル詰まりの場合ノズル洗浄やノズルシャフト内のフィルター交換等を実施しても良い。

第１実施形態の電子部品実装装置の概要を示す斜視図である。第１実施形態の装着ヘッドの拡大斜視図である第１実施形態の吸着ノズルと流量センサの配置を示す斜視図である。第１実施形態のフローチャートである。第１実施形態のフローチャートである。第１実施形態の電子部品の吸着状態を示す正面図である。第２実施形態の光電センサ（光センサ）の斜視図である。第２実施形態の電子部品の認識を行う場合の説明図である。第２実施形態のセンサ出力と遮光面積の関係を示す説明図である。他の実施形態の、装着ヘッドの拡大斜視図である。他の実施形態のノズル先端詳細図である。他の実施形態の、装着ヘッドの拡大斜視図である。

符号の説明

１０・・・吸着ノズル
１３・・・Ｚ軸モータ（上下動手段）
７・・・・装着ヘッド
１９・・・光電センサ（光センサ）
１６・・・流量センサ
２５・・・光センサ
２７・・・光センサ
２８・・・光センサ
２２・・・スリット（変換手段）
２９・・・変換手段
３０・・・変換手段

Claims

電子部品を吸着する吸着ノズルと、
前記吸着ノズルを上下動させる上下動手段と、
前記吸着ノズルを保持して水平方向に移動可能な装着ヘッドと、
前記装着ヘッドに設けられ、投光部と受光部とからなる光センサと、
前記吸着ノズルと真空発生装置を接続する空気吸引通路に配置された流量センサと、
前記吸着ノズルに吸着された電子部品を基板に搭載するように制御する制御手段を備えた電子部品実装装置において、
前記制御手段は、
前記光センサにより吸着された電子部品の高さデータを取得する工程と、前記流量センサにより空気流量を計測する工程と、これらの実測値を予め設定された設定値と比較する比較工程と、前記比較工程に基づき電子部品の吸着有無と、その吸着姿勢の良否を判定する判定工程を備え、
前記制御手段は、
前記電子部品の高さデータの実測値と予め設定された設定値との比較により電子部品の非吸着と横立ちを判定し、当該判定の結果、電子部品の非吸着と横立ちの何れでもないと判定された場合、前記空気流量の実測値と予め設定された設定値との比較により電子部品の正常吸着と斜立ちを判定することを特徴とする電子部品実装装置。