WO2003101678A1 - Dispositif d'attraction par pression negative et capteur de confirmation d'attraction - Google Patents

Dispositif d'attraction par pression negative et capteur de confirmation d'attraction Download PDF

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Hiroshi Hatakeyama
Hiroyuki Inagaki
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Definitions

  • the present invention relates to a negative pressure suction device and a suction confirmation sensor, and relates to a method of sucking air from an air suction port of a suction nozzle using a negative pressure to suck a component to a suction portion having an open air suction port.
  • the present invention relates to a negative pressure suction device and a suction confirmation sensor for detecting the presence or absence of a component suction at the suction portion.
  • a negative pressure suction device that sucks the component to a suction nozzle using a negative pressure
  • a suction portion with an open air suction port is formed in the suction nozzle, and the negative pressure generated by a negative pressure generator such as an ejector or a vacuum pump causes the air to flow through the air suction port.
  • a negative pressure generator such as an ejector or a vacuum pump
  • a negative pressure suction device In such a negative pressure suction device, whether a desired component can be suctioned from a component supply unit such as a tape feeder, or a component falls while transporting the component from the component suction to the component mounting position on the printed wiring board. It is necessary to check the presence or absence of parts suction, such as whether or not the parts are not picked up. If the parts are not picked up, it is necessary to immediately execute the corresponding processing, for example, error processing such as re-sucking of the same parts or an alarm.
  • error processing such as re-sucking of the same parts or an alarm.
  • a reference pressure indicating the internal pressure of the air suction passage when the air suction port is open is set in advance, and the measured pressure value in the air suction passage is measured by the pressure sensor during the suction operation. Determines the presence or absence of suction based on whether or not the reference pressure value has been reached.
  • the cross-sectional area of the air suction port of the suction nozzle tends to decrease as the components are downsized.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and provides a negative pressure suction device and a suction confirmation sensor that can reliably detect the presence or absence of component suction even when the air suction port of the suction nozzle has a small flow path cross-sectional area. It is intended to provide.
  • a negative pressure suction device includes a suction nozzle having a suction portion having an open air suction port, generating a negative pressure, and using the negative pressure to form a suction nozzle.
  • a negative pressure generator that sucks parts into the suction part by sucking air from the air suction port, and whether or not parts are sucked into the suction part based on changes in the flow rate of air sucked from the air suction port of the suction nozzle.
  • a suction confirmation sensor that outputs an electrical signal indicating the pressure, a valve that controls suction of air from the suction nozzle using negative pressure, and an air suction passage that connects the suction nozzle, the suction confirmation sensor, the valve, and the negative pressure generator. It is equipped with.
  • a base placed in the gas flow path a heater with a thin film formed on the surface of the base, a plurality of temperature sensors formed with a thin film on the surface of the base, and measurement with a temperature sensor Detecting means for measuring the gas flow rate based on the temperature distribution near the heater May be used.
  • the suction confirmation sensor detects a change in the air flow rate measured in the air suction passage between the valve and the suction nozzle. And a detection means for outputting an electric signal indicating the change in the flow rate of air measured in the air suction passage near the suction nozzle among the air suction passages. Good.
  • a plurality of suction nozzles for sucking air from the air suction port using a common negative pressure to suction individual components, and a suction confirmation sensor for each suction nozzle may be used.
  • a nozzle provided at one open end and having an air suction port for sucking air may be used.
  • a nozzle having an air suction hole in which the flow rate of air sucked from the air suction port by a negative pressure becomes a sound speed may be used.
  • the air suction port has a flow passage cross-sectional area of a size such that the flow velocity of the air sucked from the air suction port by the negative pressure becomes a sonic speed, and the air suction port of the air suction port depends on the suction state of the component to the suction section.
  • a device having an air suction hole whose opening area changes may be used.
  • the suction nozzle further includes an air suction hole that opens to the air suction port and guides the air sucked from the air suction port to a nozzle inner chamber of the suction nozzle connected to the negative pressure generating device.
  • the device may generate a negative pressure such that the pressure at the upstream end of the air inlet is more than twice as high as the pressure at the downstream end.
  • the adsorption confirmation sensor includes a flow sensor for detecting a change in the flow rate of air, and detection means for outputting an electric signal based on an output from the flow sensor.
  • the flow sensor includes a base arranged in the gas flow path, a heater formed on the surface of the base as a thin film, and a temperature sensor formed on the surface of the base as a thin film.
  • the gas flow rate may be measured based on the temperature distribution near the heater measured by the temperature sensor.
  • the detecting means is configured to control a suction of air from the suction nozzle of the negative pressure suction device based on a change in the flow rate of air measured in an air suction passage between the valve and the suction nozzle. It is also possible to output an electric signal indicating the presence / absence of component suction on the suction portion of the suction nozzle.
  • the detection means may output an electric signal indicating whether or not the part is sucked to the suction part, based on a change in the flow rate of air measured in the air suction passage near the suction nozzle in the air suction passage.
  • the detecting means has the air suction port of the suction nozzle of the negative pressure suction device as one opening end, and the air sucked through the air suction hole at which the flow rate of the air sucked from the air suction port is sonic. Based on the change in the flow rate, an electric signal indicating whether or not the component is sucked into the air suction port may be output.
  • the detection means has an air suction port of the suction nozzle of the negative pressure suction device as one of the open ends, and has a flow passage area of a size such that the flow rate of air sucked from the air suction port is sonic.
  • the opening area of the air suction port changes according to the state of component suction to the suction part of the suction nozzle, the presence or absence of the component suction to the air suction port is determined.
  • the electric signal shown may be output.
  • a connector for connecting to the air suction passage is provided.
  • the temperature sensors include an upstream temperature sensor arranged on the upstream side in the gas flow direction, a downstream temperature sensor arranged on the downstream side, and an ambient temperature sensor arranged on the upstream peripheral portion of the base.
  • the base has a cavity at the center thereof, and a diaphragm for thermally insulating the temperature sensor from the base is provided on the cavity.
  • FIG. 1A and 1B are external views showing a negative pressure adsorption device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the suction nozzle.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are configuration diagrams showing an adsorption confirmation sensor.
  • 4A and 4B are configuration diagrams showing a flow sensor.
  • 5A and 5B are output waveform diagrams showing the output of the suction confirmation sensor.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing operating characteristics of the suction nozzle. Detailed description of the embodiment
  • FIG. 1A and 1B are external views of a negative pressure adsorption device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a front view
  • FIG. 1B is a side view.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the suction nozzle.
  • FIG. 1A and 1B show an example of a negative pressure suction device used in a mounting device for mounting chip components on a printed wiring board.
  • a description will be given of an example of a negative pressure suction device used in a modular set (XY type) mounting device in which a plurality of suction nozzles are arranged on a straight line, but a plurality of suction nozzles are arranged on a circumference.
  • the present invention is similarly applicable to a single-tray type mounting device.
  • the negative pressure suction device of the present invention is provided with a suction confirmation sensor 1, a suction nozzle 2, air suction passages 4A to 4C, a valve 5, a pipe 6, a negative pressure generator 7, and a head unit 9.
  • a plurality of suction nozzles 2 are detachably mounted at equal intervals, and the nozzle unit 3 provided at the tip of the suction nozzle 2 can be moved up and down and in the vertical direction. Controls the rotation of the shaft.
  • the head unit 9 With respect to the plane (XY) position of the suction nozzle 2, for example, the head unit 9 itself is carried to a desired position by an XY moving mechanism (not shown) of the mounter device.
  • Each suction nozzle 2 is commonly connected to the pipe 6 via the air suction passage 4A, the suction confirmation sensor 1, the air suction passage 4B, the valve 5, and the air suction passage 4C, respectively. Part suction is performed using the negative pressure generated in step 7.
  • the valve 5 controls the supply of the negative pressure / atmospheric pressure to the suction nozzle 2 to control the suction release of the component.
  • the suction confirmation sensor 1 comprises a gas flow meter, and detects the presence or absence of a component suction by the suction nozzle 2 based on the flow rate of air sucked from the suction nozzle 2.
  • the suction nozzle 2 mainly includes a cylindrical nozzle body 26 having an inner chamber 24, and a lower end having a hole 22 connected to the inner chamber 24.
  • the holder 21 is integrally formed with the nozzle body 26.
  • the nozzle portion 3 has a cylindrical shape having a nozzle inner chamber 36, and is fitted into the hole 22 of the holder portion 21 to be held up and down freely.
  • a cylindrical tip portion 32 are integrally formed.
  • the distal end portion 32 has a suction portion 34 at a lower end thereof for sucking a component having the air suction opening 33 opened therein.
  • the inside has the air suction opening 33 as one opening end and the other end.
  • An air suction hole 35 is formed in the nozzle inner chamber 36 which is connected to the negative pressure generator 7.
  • FIGS. 3A, 3B, 4A, and 4B are configuration diagrams of a suction confirmation sensor, FIG. 3A is an external view, and FIG. 3B is a front sectional view.
  • 4A and 4B are configuration diagrams of a flow sensor used in an adsorption confirmation sensor, FIG. 4A is a perspective view, and FIG. 4B) is a cross-sectional view along AA.
  • the suction confirmation sensor 1 has a rectangular parallelepiped shape as a whole.
  • a flow passage 12 through which air flows is formed in a case 10 made of a molded product made of plastic resin, and a flow rate of the air flowing through the flow passage 12 is determined.
  • the flow sensor 14 to be measured is arranged in the flow path 12.
  • an inlet and an outlet of the flow path 12 are opened, and connectors for connecting the air suction passages 4 A and 4 B, respectively. 11 A and 11 B are provided.
  • the flow sensor 14 is mounted and held on the flow path 12 side of the substrate 13, and the flow sensor 14 is controlled by the flow sensor 14 on the back side of the substrate 13, that is, on the side where the flow sensor is not mounted.
  • a detection circuit 15 detection unit that measures the air flow rate in the path 12 and outputs an electric signal 1 A indicating whether or not the component is suctioned by the suction nozzle 2 from the wiring 16 is mounted. That is, the substrate 13 forms a wall of the flow path.
  • the flow sensor 14 has a heater 61, an upstream temperature sensor 62, and a downstream temperature sensor on the surface of a base 50 made of a base material such as a silicon chip.
  • a base material such as a silicon chip.
  • an ambient temperature sensor 64 and an electrode 60 are formed as a thin film using a pattern of platinum or the like and covered with an insulating film layer 52.
  • the heater 61 is located at the center of the base 50, the upstream temperature sensor 62 is located upstream in the gas flow direction, and the downstream temperature sensor 63 is located downstream on the opposite side. . Further, the ambient temperature sensor 64 is disposed in a peripheral portion on the upstream side of the base 50. You.
  • a part of the base material is removed by a process such as anisotropic etching to form a cavity (recess space) 54.
  • the downstream temperature sensor 63 is formed on a diaphragm 51 that is thermally isolated from the base 50. Further, the diaphragm 51 has a large number of ventilation holes 53 penetrating in the thickness direction thereof so that air can flow through the cavity 54.
  • the principle of operation of the flow sensor 14 is that the heater 61 heats the air so that it becomes higher than the air temperature measured by the ambient temperature sensor 64 by a certain temperature, and the temperature distribution is changed to the upstream temperature sensor 62 and the downstream side.
  • the air flow rate is measured by measuring with the temperature sensor 63.
  • the size of the sensor itself can be reduced, and the temperature sensor and the base are thermally insulated by the diaphragm structure, so that high sensitivity is obtained without being affected by the ambient temperature. High response can be obtained and power consumption can be reduced.
  • 5A and 5B are output waveform diagrams (actually measured values) showing the output from the suction confirmation sensor 1 of the negative pressure suction device.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operating characteristics of the suction nozzle.
  • the negative pressure generated from the negative pressure generator 7 causes air to be sucked in from the air suction port 3 3 of the nozzle section 3, and the air suction holes 35 and the nozzle inner chamber It is led to the inner room 24 through 36. After that, it goes to the air suction passage 4A through the hole 25 provided in the side wall of the nozzle body 26 and enters the suction confirmation sensor 1. Then, the flow rate of the air is measured by the suction confirmation sensor 1 and reaches the negative pressure generator 7 via the air suction passage 4B, the valve 5, the air suction passage 4C, and the pipe 6. As a result, the component located directly below the air suction port 33 of the suction nozzle 2 is sucked by the suction section 34.
  • the opening area of the air suction port 33 is reduced by the components, so that the amount of air sucked from the air suction port 33 decreases, and the output of the suction confirmation sensor 1 shows a low output voltage. .
  • atmospheric pressure fluctuates due to weather, temperature or altitude.
  • the negative pressure generated by the negative pressure generating device 7 has a vertical fluctuation range according to the structural factors of the device. Further, as shown in FIG. 1A, when the same negative pressure is shared by a plurality of suction nozzles, the negative pressure fluctuates due to the operation of another suction nozzle.
  • the present invention focuses on the characteristics of the suction nozzle 2 described above, and The system measures the mass flow rate of air sucked from the device to detect the presence or absence of component suction.
  • a negative pressure suction device used in a mounting device for mounting chip components on a printed wiring board has a small flow passage cross-sectional area of an air suction hole 35 (an air suction port 33) of a suction nozzle 2 and a desired component suction.
  • the air is suctioned by the negative pressure generator 7 with a negative pressure having a sufficient pressure difference from the atmospheric pressure.
  • the air velocity is constant, that is, the sound velocity (at 344 m / s: at a temperature of 20 ° C).
  • the air suction hole 35 is extremely thin and has a sufficient pressure ratio due to a sufficient negative pressure required for sucking the components. As described above, it is used in the saturation section where the air velocity is the sound velocity. That is, in the state where the above-mentioned pressure ratio is maintained, even when the negative pressure fluctuates, the air flow velocity in the air suction hole 35 becomes constant.
  • a high SN ratio can be obtained as a flow rate signal without being affected by disturbance, that is, pressure fluctuation caused by the operation of the negative pressure generator and the suction nozzles arranged in parallel.
  • the mass flow rate is obtained by the product of the opening area and the sound velocity, the mass flow rate depends on the opening area.
  • the opening area changes in accordance with the presence / absence of parts suction, if this mass flow rate is detected, it is possible to accurately determine the increase / decrease of the opening area, that is, the presence / absence of parts suction, depending on the magnitude of the mass flow rate.
  • This makes it possible to accurately determine the open state, so it is not significantly affected by the suction position of the parts, and the suction part has a three-dimensional configuration, and it is possible to make a good determination even if the suction head has a part that is sucked diagonally. it can.
  • the suction nozzle for sucking small parts such as electronic parts has been described as an example. However, in the case where another article is sucked by a negative pressure, the suction nozzle is used.
  • An air suction hole having a flow path cross-sectional area where the air flow velocity is constant (sound velocity) in the open state or a flow path cross-sectional area where the above pressure ratio is obtained may be used.
  • the air suction hole 35 formed inside the distal end portion 34 of the suction nozzle 2 is formed to be substantially constant from the upstream end to the downstream end in the flow path cross-sectional area as described above.
  • the air suction hole 35 has the above-described cross-sectional area at the air suction port 33, and the cross-sectional area of the passage at the air suction port 33 is equal to the air suction port. 3 It is only necessary that the air passage from 3 to the pipe 6 be the narrowest. In addition, when expressed from the negative pressure side, a negative pressure at which the ratio of the pressures at both ends of the air suction holes 35 of the suction nozzle 2 becomes twice or more may be used.
  • the pressure at the downstream end of the air suction hole 35 may be measured, but the pressure measured at the nozzle inner chamber 36, the inner chamber 24 or the air suction passage 4A, and the pressure measurement position It may be estimated from the pressure gradient from the air suction hole 35 to the downstream end of the air suction hole 35.
  • 5A and 5B described above show the output voltage when the air suction port 33 (the air suction hole 35) uses the suction nozzle 2 having a flow path cross-sectional area of ⁇ 0.2. For comparison, the output voltage when using a pressure sensor is shown.
  • This pressure sensor is a general one having a measurement span corresponding to the negative pressure output (absolute pressure of about 30 kPa) of the negative pressure generator 7 widely used in the mounter device.
  • both output voltages in the open state are described together, and the output characteristic of the pressure sensor 72 compared to the output characteristic 71 of the air flow sensor is the output difference between before and after the component adsorption. Is small.
  • the output characteristics fluctuate due to the above-mentioned disturbance, and the SN ratio is low.Therefore, a margin with the reference pressure value of 74 cannot be maintained, and the pressure sensor is used. It is difficult to judge the presence / absence of sucked components.
  • any position on the air suction passages 4A and 4B connecting between the suction nozzle 2 and the valve 5 can be used. Even if it is located at the position, the flow rate of the air sucked from the suction nozzle 2 can be measured. Since the air flow takes a little time, it is better to arrange the suction confirmation sensor 1 near the suction nozzle 2 in the air suction passages 4 A and 4 B, and the delay time of component suction detection Can be reduced.
  • the suction nozzle having the suction portion having the air suction port opened is provided, and the component is suctioned to the suction portion by suctioning air from the air suction port of the suction nozzle using negative pressure.
  • the suction confirmation sensor is used to output an electric signal indicating the presence or absence of component suction to the suction section based on the change in the flow rate of the air sucked from the air suction port of the suction nozzle.
  • the negative pressure suction device and the suction confirmation sensor according to the present invention are suitable for transporting small components such as electronic components, and particularly suitable for detecting the presence or absence of component suction at the suction portion. I have.

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Description

明 細 書 負圧吸着装置および吸着確認センサ
発明の背景
本発明は、 負圧吸着装置および吸着確認センサに関し、 負圧を用いて吸着ノズ ルの空気吸込口から空気を吸引することにより、 空気吸込口が開口された吸着部 に部品を吸着させる際に、 その吸着部での部品吸着有無を検出する負圧吸着装置 および吸着確認センサに関するものである。
一般に、 電子部品などの小型の部品を搬送する場合、 負圧を用いて吸着ノズル に部品を吸着させる負圧吸着装置が用いられる。 この種の負圧吸着装置では、 空 気吸込口が開口された吸着部を吸着ノズルに形成し、 ェジェクタや真空ポンプな どの負圧発生装置で発生させた負圧で、 その空気吸込口から空気を吸引すること により部品を吸着ノズルの吸着部に吸着させるものとなっている。
このような負圧吸着装置では、 テープフィーダなどの部品供給部から所望の部 品を吸着できたかどうか、 また部品吸着からプリント配線基板上の部品装着位置 まで部品を搬送する間に部品が落下していないかどうかなど、 部品吸着の有無を 確認し、 部品が吸着されていない場合には、 直ちにその対応処理、 例えば同一部 品の再吸着や警報などのエラー処理を実行する必要がある。
従来、 このような吸着ノズルに対する部品の吸着有無を確認する場合、 吸着ノ ズル後段の空気吸引通路内の空気圧を圧力センサで測定し、 その圧力値の変化に 基づき部品吸着の有無を判定するものとなっている。
これは、 吸着ノズルに部品が吸着していれば、 空気吸込口からの空気吸込量が 減少し、 未吸着時すなわち空気吸込口が開放状態にある場合に比較して、 空気吸 引通路内の空気圧が減圧することを利用したものである。
実際には、 空気吸込口が開放状態にある場合の空気吸引通路内圧を示す基準圧 を予め設定し、 吸着動作中に圧力センサで実測した空気吸引通路内の計測圧力値 が、 基準圧力値に到達しているか否かに基づき吸着有無を判定している。
このような負圧吸着装置では、 部品の小型化に伴い、 吸着ノズルの空気吸込口 の流路断面積が小さくなる傾向がある。
例えば、 携帯電話や電子カメラなどの精密電子機器では、 機器の小型軽量化の ためプリン卜配線基板の面積を縮小する必要があり、 抵抗やコンデンサなどのチ ップ部品に至っては、 1 . O mm X O . 5 mnr^ 0 . 6 mm X 0 . 3 mmという大きさの 超小型チップ部品が用いられている。
したがって、 このような部品を吸着するためには流路断面積 Φ 0 . 2匪や φ θ . 1 讓という微細な空気吸込口の吸着ノズルを使用する必要がある。
しかしながら、 部品の小型化に伴って吸着ノズルの空気吸込口の流路断面積を 小さくした場合には、 その微細な空気吸込口を通過する空気流量が減少するため、 前述した基準圧力値と計測圧力値との差が極めて小さくなり、 従来のような圧力 センサで圧力変化を検出する方式では、 部品の吸着有無を正確に判定できないと いう問題点があった。
発明の概要
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、 吸着ノズルの空気吸込 口の流路断面積が小さい場合でも、 部品吸着の有無を確実に検出できる負圧吸着 装置および吸着確認センサを提供することを目的としている。
このような目的を達成するために、 本発明にかかる負圧吸着装置は、 空気吸込 口が開口された吸着部を有する吸着ノズルと、 負圧を発生し、 この負圧を用いて 吸着ノズルの空気吸込口から空気を吸引することにより吸着部に部品を吸着させ る負圧発生装置と、 吸着ノズルの空気吸込口から吸引された空気の流量変化に基 づき、 吸着部への部品吸着有無を示す電気信号を出力する吸着確認センサと、 負 圧を用いた吸着ノズルからの空気の吸引を制御するバルブと、 吸着ノズル、 吸着 確認センサ、 バルブ、 負圧発生装置それぞれを接続する空気吸引通路とを備える ものである。
吸着確認センサとしては、 気体流路内に配置された基台と、 基台の表面に薄膜 形成されたヒータと、 基台の表面に薄膜形成された複数の温度センサと、 温度セ ンサで計測されたヒータ近傍の温度分布に基づき気体流量を計測する検出手段と を備えるものを用いてもよい。
吸着確認センサは、 バルブと吸着ノズルとの間の空気吸引通路内で計測された 空気の流量変化を検出するフ口一センサと、 フローセンサからの出力に基づき、 吸着部への部品吸着有無を示す電気信号を出力する検出手段とを備えるものを用 いてもよく、 特に、 空気吸引通路のうち、 吸着ノズル近傍の空気吸引通路内で計 測された空気の流量変化を検出するようにしてもよい。
また、 負圧を共用して当該空気吸込口から空気を吸引することによりそれぞれ 個別の部品を吸着させる吸着ノズルを複数備え、 吸着ノズルごとに吸着確認セン サを備えるものを用いてもよい。
また、 吸着ノズルとして、 一方の開口端に備えられ、 空気を吸引する空気吸込 口を備えるものを用いてもよい。
さらに、 吸着ノズルとして、 負圧により空気吸込口から吸引される空気の流速 が音速となる空気吸引孔を備えるものを用いてもよい。 あるいは、 吸着ノズルと して、 負圧により空気吸込口から吸引される空気の流速が音速となる大きさの流 路断面積をなし、 かつ吸着部への部品吸着状態に応じて空気吸込口の開口面積が 変化する空気吸引孔を備えるものを用いてもよい。
また、 吸着ノズルとして、 当該空気吸込口に開口して空気吸込口から吸引され た空気を、 負圧発生装置に連接する当該吸着ノズルのノズル内室へ導く空気吸引 孔をさらに備え、 負圧発生装置は、 空気吸込孔の上流端での圧力が下流端での圧 力のほぼ 2倍以上となる負圧を発生するようにしてもよい。
また、 本発明にかかる吸着確認センサは、 空気の流量変化を検出するフローセ ンサと、 フローセンサからの出力に基づき、 電気信号を出力する検出手段とを備 えるものである。
また、 フローセンサは、 気体流路内に配置された基台と、 基台の表面に薄膜形 成されたヒー夕と、 基台の表面に薄膜形成された温度センサとを備え、 検出手段 は、 温度センサで計測されたヒータ近傍の温度分布に基づき気体流量を計測する ようにしてもよい。
また、 検出手段は、 負圧吸着装置の吸着ノズルからの空気の吸引を制御するバ ルブと吸着ノズルとの間の空気吸引通路内で計測された空気の流量変化に基づき、 吸着ノズルの吸着部への部品吸着有無を示す電気信号を出力するようにしてもよ い。
また、 検出手段は、 空気吸引通路のうち、 吸着ノズル近傍の空気吸引通路内で 計測された空気の流量変化に基づき、 吸着部への部品吸着有無を示す電気信号を 出力するようにしてもよい。
また、 検出手段は、 負圧吸着装置の吸着ノズルの空気吸込口を一方の開口端と するとともに、 空気吸込口から吸引される空気の流速が音速となる空気吸引孔を 介して吸引された空気の流量変化に基づき、 空気吸込口への部品の吸着有無を示 す電気信号を出力するようにしてもよい。
また、 検出手段は、 負圧吸着装置の吸着ノズルの空気吸込口を一方の開口端と するとともに、 空気吸込口から吸引される空気の流速が音速となる大きさの流路 斬面積をなし、 かつ吸着ノズルの吸着部への部品吸着状態に応じて空気吸込口の 開口面積が変化する空気吸引孔を介して吸引された空気の流量変化に基づき、 空 気吸込口への部品の吸着有無を示す電気信号を出力するようにしてもよい。 さらに、 空気吸引通路と接続するためのコネクタを備える。
さらに、 フローセンサを実装し、 保持する基板を備える。
さらに、 温度センサは、 気体の流れ方向の上流側に配置された上流側温度セン ザと、 下流側に配置された下流側温度センサと、 基台の上流側周辺部に配置され た周囲温度センサとを備える。
さらに、 基台は、 その中央部にキヤビティーを有し、 このキヤビティ上に温度 センサと基台とを熱的に絶縁するダイヤフラムを備える。
図面の簡単な説明
図 1 A、 図 I Bは、 本発明の一実施例にかかる負圧吸着装置を示す外観図であ る。
図 2は、 吸着ノズルを示す断面図である。
図 3 A、 図 3 Bは、 吸着確認センサを示す構成図である。
図 4 A、 図 4 Bは、 フローセンサを示す構成図である。
図 5 A、 図 5 Bは、 吸着確認センサの出力を示す出力波形図である。
図 6は、 吸着ノズルの動作特性を示す説明図である。 実施例の詳細な説明
次に、 本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図 1 A、 図 1 Bは本発明の一実施例にかかる負圧吸着装置の外観図であり、 図 1 Aは正面図、 図 1 Bは側面図である。 図 2は吸着ノズルの構成図である。
図 1 A、 図 I Bでは、 プリント配線基板にチップ部品を実装するマウン夕装置 で用いられる負圧吸着装置が例として示されている。 以下では、 複数の吸着ノズ ルが直線上に配置されたモジュラ一式 (X Y式) マウン夕装置などで用いられる 負圧吸着装置を例として説明するが、 複数の吸着ノズルが円周上に配置された口 一タリー式マウン夕装置でも、 同様にして本発明を適用可能である。
本発明の負圧吸着装置には、 吸着確認センサ 1、 吸着ノズル 2、 空気吸引通路 4 A〜4 C、 バルブ 5、 配管 6、 負圧発生装置 7およびヘッドユニット 9が設け られている。
ヘッドユニット 9の底部には、 複数ここでは 5つの吸着ノズル 2が、 等間隔で 着脱自在に取り付けられており、 吸着ノズル 2の先端に設けられているノズル部 3の昇降動作やその上下方向を軸とする回転動作を制御する。 なお、 吸着ノズル 2の平面 (X Y) 位置については、 例えばへッドュニット 9自体がマウンタ装置 の X Y移動機構 (図示せず) により所望位置へ運ばれる。
各吸着ノズル 2は、 空気吸引通路 4 A、 吸着確認センサ 1、 空気吸引通路 4 B、 バルブ 5および空気吸引通路 4 Cをそれぞれ介して配管 6に共通に接続されてお り、 負圧発生装置 7で発生した負圧を共用して部品吸着を行う。
バルブ 5は、 当該吸着ノズル 2への負圧/大気圧の供給を制御して部品の吸着 開放を制御する。 吸着確認センサ 1は気体流量計からなり、 吸着ノズル 2から 吸い込まれた空気の流量に基づき、 吸着ノズル 2での部品吸着有無を検出するセ ンサである。
吸着ノズル 2は、 図 2に示すように、 主に、 内室 2 4を有する筒状のノズル本 体 2 6からなり、 その下端には内室 2 4と連接した孔 2 2を有する筒状のホルダ 部 2 1が、 ノズル本体 2 6と一体に形成されている。
ノズル部 3は、 ノズル内室 3 6を有する筒状をなし、 ホルダ部 2 1の孔 2 2に 嵌合して昇降自在に保持される嵌合部 3 1と、 その嵌合部 3 1の下端に設けられ た筒状の先端部 3 2とが一体に形成されている。
先端部 3 2は、 その下端に空気吸込口 3 3が開口する部品を吸着させるための 吸着部 3 4を有し、 内部には、 空気吸込口 3 3を一方の開口端とするとともに、 他方が負圧発生装置 7へ連接するノズル内室 3 6に開口する空気吸引孔 3 5が形 成されている。
次に、 図 3 A、 図 3 B、 図 4 A、 および図 4 Bを参照して、 本発明の一実施例 にかかる吸着確認センサについて説明する。 図 3 A、 図 3 Bは吸着確認センサの 構成図であり、 図 3 Aは外観図、 図 3 Bは正面断面図である。 図 4 A、 図 4 Bは 吸着確認センサで用いられるフローセンサの構成図であり、 図 4 Aは斜視図、 図 4 B ) は A— A断面図である。
吸着確認センサ 1は、 全体として直方体をなしており、 プラスチック樹脂製の 成型品からなるケース 1 0内に、 空気が流れる流路 1 2が形成され、 その流路 1 2を流れる空気の流量を計測するフローセンサ 1 4が流路 1 2内に配置されてい る。
ケース 1 0の長手方向において対向する各側面 1 7 A, 1 7 Bには、 流路 1 2 の入口および出口が開口しており、 それぞれ空気吸引通路 4 A, 4 Bを接続する ためのコネクタ 1 1 A, 1 1 Bが設けられている。
フローセンサ 1 4は基板 1 3の流路 1 2側に実装されて保持されており、 その 基板 1 3の裏側、 すなわちフローセンサの実装されていない側にはフローセンサ 1 4を制御して流路 1 2での空気流量を計測し、 吸着ノズル 2での部品吸着有無 を示す電気信号 1 Aを配線 1 6から出力する検出回路 1 5 (検出部) が実装され ている。 すなわち、 基板 1 3は流路の壁を形成する。
フローセンサ 1 4は、 図 4 A、 図 4 Bに示すように、 シリコンチップなどの基 材からなる基台 5 0の表面に、 ヒー夕 6 1、 上流側温度センサ 6 2、 下流側温度 センサ 6 3、 周囲温度センサ 6 4および電極 6 0を、 白金などのパターンを用い て薄膜形成し、 絶縁膜層 5 2で覆ったものである。
ヒー夕 6 1は基台 5 0の中央に配置され、 その気体流れ方向の上流側に上流側 温度センサ 6 2が配置され、 反対側の下流側に下流側温度センサ 6 3が配置され ている。 また、 周囲温度センサ 6 4は、 基台 5 0の上流側周辺部に配置されてい る。
基台 5 0の中央部は、 異方性エッチングなどの工程により基材の一部が除去さ れてキヤビティー (凹部空間) 5 4が形成されており、 ヒー夕 6 1、 上流側温度 センサ 6 2、 下流側温度センサ 6 3は基台 5 0から熱的に遮断されたダイヤフラ ム 5 1上に形成されている。 また、 ダイヤフラム 5 1には、 空気がキヤビティ 5 4内にも流通するよう、 その厚さ方向に貫通する通気孔 5 3が多数形成されてい る。
フローセンサ 1 4の動作原理は、 周囲温度センサ 6 4で計測された空気温度よ り一定温度だけ高くなるようにヒータ 6 1で空気を熱し、 その温度分布を上流側 温度センサ 6 2および下流側温度センサ 6 3で計測することにより、 空気流量を 計測するものである。
空気が静止している場合、 上流側温度センサ 6 2および下流側温度センサ 6 3 で得られる温度分布は対称となるが、 空気が流れている場合、 その対称性が崩れ、 上流側温度センサ 6 2に比べて下流側温度センサ 6 3で得られる温度が高くなる。 この温度差をプリッジ回路で検出することにより、 空気の熱伝導率などの物性値 に基づき空気流量 (質量流量) が得られる。
このようなフローセンサ 1 4によれば、 センサ自体のサイズを小型化できると ともに、 各温度センサと基台とがダイヤフラム構造により熱的に絶縁されるため、 周囲温度に影響されずに高感度で高い応答性が得られ、 また消費電力を低くでき る。
したがって、 吸着ノズル 2での部品吸着有無に応じた吸引空気という極めて小 さい流量変化を正確かつ短時間で検出できる。
次に、 図 5 A、 図 5 Bおよび図 6を参照して、 本実施例にかかる負圧吸着装置 の動作について説明する。 図 5 A、 図 5 Bは負圧吸着装置の吸着確認センサ 1か らの出力を示す出力波形図 (実測値) である。 図 6は吸着ノズルの動作特性を示 す説明図である。
バルブ 5を負圧発生装置 7側へ切り替えた場合、 負圧発生装置 7から発生した 負圧により、 ノズル部 3の空気吸込口 3 3から空気が吸い込まれ、 空気吸引孔 3 5、 ノズル内室 3 6を介して内室 2 4へ導かれる。 その後、 ノズル本体 2 6の側壁に設けられた孔 2 5を介して空気吸引通路 4 A へ向かい、 吸着確認センサ 1へ入る。 そして、 この吸着確認センサ 1で空気の流 量が計測され、 空気吸引通路 4 B、 バルブ 5、 空気吸引通路 4 C、 配管 6を介し て負圧発生装置 7へ到達する。 これにより、 吸着ノズル 2の空気吸込口 3 3の真 下に位置する部品が吸着部 3 4へ吸着される。
また、 バルブ 5を大気圧側へ切り替えた場合、 空気吸込口 3 3からの空気の吸 込が停止し、 吸着部 3 4に吸着されていた部品が開放される。
ここで、 吸着ノズル 2に部品が吸着していない開放状態では、 図 5 Bの計測流 量値 7 1に示すように、 比較的多くの空気が空気吸込口 3 3から吸い込まれるこ とから、 吸着確認センサ 1の出力は高い出力電圧を示す。 また部品が吸着した状 態では、 部品により空気吸込口 3 3の開口面積が狭められるため、 空気吸込口 3 3から吸い込まれる空気量が減少し、 吸着確認センサ 1の出力は低い出力電圧を 示す。
したがって、 この開放状態と吸着状態での出力電圧の差に基づき、 部品吸着有 無を判定できる。
通常、 天候、 気温あるいは標高などにより大気圧は変動する。 また負圧発生装 置 7が発生する負圧は、 その装置の構造的要因に応じて上下に変動幅を有してい る。 さらには、 図 1 Aに示すように、 同一負圧を複数の吸着ノズルで共用する場 合、 他の吸着ノズルの動作により負圧が変動する。
したがって、 従来のように圧力センサを用いて計測した吸着ノズルの出口側の 空気圧を計測する場合、 その計測結果は上記のような各種外乱の影響を直接受け る。 特に、 流路断面積の小さい吸着ノズルを用いた場合には、 吸着ノズルでの圧 力低下が大きくて部品吸着有無での圧力差が小さくなる傾向にあり、 これに外乱 が加わって S N比が低下するため、 部品吸着有無を正確に判定できないという問 題点がある。
また、 外乱の影響を排除するため、 判定の基準圧力値を逐次調整する方法もあ るが、 調整のための作業が必要となり、 マウン夕装置の稼働効率を低下する原因 にもなる。
これに対して、 本発明は前述した吸着ノズル 2の特性に着目し、 吸着ノズル 2 から吸引される空気質量流量を計測して、 部品吸着有無を検出するようにしたも のである。
プリント配線基板にチップ部品を実装するマウン夕装置で用いられる負圧吸着 装置は、 吸着ノズル 2の空気吸引孔 3 5 (空気吸込口 3 3 ) の流路断面積が小さ く、 所望の部品吸着力を得るため負圧発生装置 7により大気圧と十分な圧力差を 有する負圧で空気を吸引することから、 部品が吸着していない開放状態において、 吸着ノズル 2の空気吸引孔 3 5での空気流速は一定すなわち音速 (3 4 4 m/ s :気温 2 0 ° Cの場合) となる。
一般に、 空気通路の入口側圧力 P i nと出口側圧力 P o u tとの圧力比 P i n / P o u t (絶対圧力比) が所定値、 すなわちほぼ 2以上となる状態では、 図 6 に示すように、 その空気通路を流れる流量が音速と等しい一定速度となることが 知られており、 このような空気通路は音速ノズルと呼ばれている。
マウン夕装置で用いる負圧吸着装置の吸着ノズル 2は、 部品を吸着させるため に必要とされる十分な負圧により、 その空気吸引孔 3 5が極めて細く十分な圧力 比が生じているため、 上記のように空気流速が音速となる飽和区間で用いられて いることになる。 すなわち、 上記圧力比が保たれている状態では、 負圧が変動し た場合でも、 空気吸引孔 3 5での空気流速が一定となる。
したがって、 その質量流量は圧力に関係なくなるため、 負圧発生装置や並列配 置された吸着ノズルの動作に起因する外乱すなわち圧力変動の影響を受けること なく、 流量信号として高い S N比が得られる。
また、 その質量流量は、 開口面積と音速との積で求められるため、 その質量流 量は開口面積に依存することになる。 このとき開口面積は部品の吸着有無に応じ て変化することから、 この質量流量を検出すれば、 質量流量の大小により開口面 積の増減すなわち部品吸着有無を精度よく判定できる。 これにより開放状態を精 度よく判定できることから、 部品の吸着姿勢にもあまり影響されないし、 吸着部 が立体的な構成をなしており部品が斜めに吸着するような吸着へッドでも良好に 判定できる。
以上の説明では、 電子部品などの小型部品を吸着する吸着ノズルを例として説 明したが、 負圧により他の物品を吸着するような場合には、 吸着ノズルとして、 開放状態で空気流速が一定 (音速) となる流路断面積、 あるいは上記圧力比が得 られる流路断面積の空気吸引孔を持つものを用いればよい。 例えば、 前述した図
2において、 吸着ノズル 2の先端部 3 4内部に形成された空気吸引孔 3 5は、 上 記のような流路断面積で上流端から下流端まで略一定に形成されている。
前述した音速ノズルの原理に基づき厳密に表現すれば、 空気吸引孔 3 5は、 空 気吸込口 3 3において上記流路断面積をなし、 空気吸込口 3 3での通路断面積が 空気吸込口 3 3以降の配管 6までの空気通路のうち最も狭くなつていればよい。 また、 負圧側から表現すれば、 吸着ノズル 2の空気吸引孔 3 5の両端での圧力 の比が 2倍以上となる負圧を用いればよい。 なお、 空気吸引孔 3 5の下流端での 圧力については、 実測してもよいが、 ノズル内室 3 6、 内室 2 4あるいは空気吸 引通路 4 Aで計測した圧力と、 その圧力計測位置から空気吸引孔 3 5の下流端ま での圧力勾配とにより推定してもよい。
なお、 前述の図 5 A、 図 5 Bでは、 空気吸込口 3 3 (空気吸引孔 3 5 ) が Φ 0 . 2の流路断面積の吸着ノズル 2を用いた場合の出力電圧を示しており、 比較とし て圧力センサを用いた場合の出力電圧を示した。
この圧力センサは、 マウンタ装置で広く用いられる負圧発生装置 7の負圧出力 (絶対圧力 3 0 k P a前後) に対応した計測スパンを持つ一般的なものである。 ここでは、 開放状態における両者の出力電圧がそろえて記載されており、 空気流 量センサの出力特性 7 1に比較して、 圧力センサの出力特性 7 2の方が、 部品吸 着前後の出力差が小さいことがわかる。
したがって、 元々出力差が小さいことに加えて、 前述した外乱の影響で出力特 性が変動して S N比が低いことから、 基準圧力値 7 4とのマージンを保てず、 圧 力センサを用いた部品吸着有無の判定が難しい。
これに対して空気流量ではある程度の出力差が得られ、 外乱の影響がほとんど なく S N比が高いことから、 基準流量値 7 3とのマージンを十分保つことができ、 部品吸着有無の判定を正確に行うことができる。
吸着確認センサ 1の配置位置については、 図 1 A、 図 I Bに示すように、 吸着 ノズル 2とバルブ 5との間を接続する空気吸引通路 4 A, 4 B上であれば、 いず れの位置に配置しても吸着ノズル 2から吸い込まれた空気の流量を計測できる。 なお、 空気の流れには、 わずかではあるが時間を要することから、 空気吸引通 路 4 A, 4 Bのうち、 吸着ノズル 2近傍に吸着確認センサ 1を配置したほうが、 部品吸着検出の遅れ時間を小さくできる。
上述した実施例によれば、 空気吸込口が開口された吸着部を有する吸着ノズル を備え、 負圧を用いて吸着ノズルの空気吸込口から空気を吸引することにより吸 着部に部品を吸着させる際、 吸着確認センサを用いて、 吸着ノズルの空気吸込口 から吸引された空気の流量変化に基づき、 吸着部への部品吸着有無を示す電気信 号を出力するようにしたので、 従来のように、 圧力センサを用いて部品吸着有無 を検出する場合と比較して、 吸着する部品の小型化に伴い、 空気吸込口の流路断 面積が小さい吸着ノズルを用いる場合でも、 部品吸着の有無を確実に検出できる。 以上のように、 本発明にかかる負圧吸着装置および吸着確認センサは、 電子部 品などの小型の部品を搬送するのに適し、 特に吸着部での部品吸着有無を検出す るのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 空気吸込口が開口された吸着部を有し、 前記空気吸込口から空気を吸引す ることにより前記吸着部に部品を吸着する吸着ノズルと、
前記吸着ノズルへ吸引用の負圧を供給する負圧供給装置と、
前記空気吸込口から吸引された空気の流量変化に基づき、 前記吸着部への部品 吸着有無を示す電気信号を出力する吸着確認センサと
を備えることを特徴とする負圧吸着装置。
2 . 前記吸着確認センサは、
気体流路内に配置された基台と、
前記基台の表面に薄膜形成されたヒ一夕と、
前記基台の表面に薄膜形成された複数の温度センサと、
前記温度センサで計測された前記ヒー夕近傍の温度分布に基づき気体流量を計 測する検出手段と
を備えることを特徴とする請求項 1記載の負圧吸着装置。
3 . 負圧を用いた前記吸着ノズルからの空気の吸引を制御するバルブと、 前記吸着ノズル、 前記吸着確認センサ、 前記バルブ、 前記負圧供給装置それぞ れを接続する空気吸引通路と
をさらに備えることを特徴とする請求項 1記載の負圧吸着装置。
4 . 前記吸着確認センサは、
前記バルブと前記吸着ノズルとの間の空気吸引通路内で計測された空気の流量 変化を検出するフローセンサと、
前記フローセンサからの出力に基づき、 前記吸着部への部品吸着有無を示す電 気信号を出力する検出手段と
を備えることを特徴とする請求項 3記載の負圧吸着装置。
5 . 前記フローセンサは、
前記空気吸引通路のうち、 前記吸着ノズル近傍の空気吸引通路内で計測された 空気の流量変化を検出することを特徴とする請求項 4記載の負圧吸着装置。
6 . 前記負圧を共用して前記空気吸込口から空気を吸引することによりそれぞ れ個別の部品を吸着させる前記吸着ノズルを複数備え、
前記吸着ノズルごとに前記吸着確認センサを備えることを特徵とする請求項 1 記載の負圧吸着装置。
7 . 前記吸着ノズルは、 一方の開口端に備えられ、 空気を吸引する空気吸込口 を備えることを特徴とする請求項 1記載の負圧吸着装置。
8 . 前記吸着ノズルは、 前記負圧により前記空気吸込口から吸引される空気の 流速が音速となる空気吸引孔をさらに備えることを特徴とする請求項 7記載の負 圧吸着装置。
9 . 前記吸着ノズルは、 前記負圧により前記空気吸込口から吸引される空気の 流速が音速となる大きさの流路断面積をなし、 かつ前記吸着部への部品吸着状態 に応じて前記空気吸込口の開口面積が変化する空気吸引孔をさらに備えることを 特徴とする請求項 7記載の負圧吸着装置。
1 0 . 前記吸着ノズルは、 当該空気吸込口に開口して前記空気吸込口から吸引 された空気を、 前記負圧供給装置に連接する当該吸着ノズルのノズル内室へ導く 空気吸引孔をさらに備え、
前記負圧供給装置は、 前記空気吸込孔の上流端での圧力が下流端での圧力のほ ぼ 2倍以上となる負圧を発生することを特徴とする請求項 1記載の負圧吸着装置。
1 1 . 吸着ノズルの空気吸込口に部品を吸着させる際に、 前記空気吸込口から 吸引される空気の流量変化を検出するフローセンサと、
前記フローセンサからの出力に基づき、 前記吸着部への部品吸着有無を示す電 気信号を出力する検出手段と
を備えることを特徴とする吸着確認センサ。
1 2 . 前記フローセンサは、
気体流路内に配置された基台と、
前記基台の表面に薄膜形成されたヒータと、
前記基台の表面に薄膜形成された温度センサと
を備え、
前記検出手段は、 前記温度センサで計測された前記ヒー夕近傍の温度分布に基 づき気体流量を計測することを特徴とする請求項 1 1記載の吸着確認センサ。
1 3 . 前記検出手段は、 負圧吸着装置の吸着ノズルからの空気の吸引を制御す るバルブと前記吸着ノズルとの間の空気吸引通路内で計測された空気の流量変化 に基づき、 前記吸着ノズルの吸着部への部品吸着有無を示す電気信号を出力する ことを特徴とする請求項 1 1記載の吸着確認センサ。
1 4 . 前記検出手段は、 前記空気吸引通路のうち、 前記吸着ノズル近傍の空気 吸引通路内で計測された空気の流量変化に基づき、 前記吸着部への部品吸着有無 を示す電気信号を出力することを特徴とする請求項 1 3記載の吸着確認センサ。
1 5 . 前記検出手段は、 負圧吸着装置の吸着ノズルの空気吸込口を一方の開口 端とするとともに、
前記空気吸込口から吸引される空気の流速が音速となる空気吸引孔を介して吸 引された空気の流量変化に基づき、 前記空気吸込口への部品の吸着有無を示す電 気信号を出力することを特徴とする請求項 1 1記載の吸着確認センサ。
1 6 . 前記検出手段は、 負圧吸着装置の吸着ノズルの空気吸込口を一方の開口 端とするとともに、
前記空気吸込口から吸引される空気の流速が音速となる大ぎさの流路断面積を なし、 かつ前記吸着ノズルの吸着部への部品吸着状態に応じて前記空気吸込口の 開口面積が変化する空気吸引孔を介して吸引された空気の流量変化に基づき、 前 記空気吸込口への部品の吸着有無を示す電気信号を出力することを特徴とする請 求項 1 1記載の吸着確認センサ。
1 7 . 前記空気吸引通路と接続するためのコネクタをさらに備えることを特徴 とする請求項 1 3記載の吸着確認センサ。
1 8 . 前記フローセンサを実装し、 保持し、 流路の壁を形成する基板をさらに 備えることを特徵とする請求項 1 1記載の吸着確認センサ。
1 9 . 前記温度センサは、
気体の流れ方向の上流側に配置された上流側温度センサと、
下流側に配置された下流側温度センサと、
前記基台の上流側周辺部に配置された周囲温度センサと
を備えることを特徴とする請求項 1 2記載の吸着確認センサ。
2 0 . 前記基台は、 その中央部にキヤビティーを有し、
このキヤビティ上に、 前記温度センサと基台とを熱的に絶縁するダイヤフラム をさらに備えることを特徵とする請求項 1 2記載の吸着確認センサ。
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