JP2006108384A - 実装装置、その実装荷重補正方法及びノズル検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着ノズルで電子部品を基板に実装する際の荷重精度を向上する。
【解決手段】ＸＹ方向に移動する吸着ヘッドに搭載された吸着ノズル１０により吸着保持した電子部品を、所定位置に固定された基板に実装する実装装置において、
前記吸着ヘッドが移動可能な範囲内に、前記吸着ノズル１０をＺ方向に下降させて、その吸着端部を当接させた際の荷重を測定するロードセル２８を設置し、該ロードセル上で実装時と同様のノズル動作を行なって事前に荷重を測定し、実装時に設定する荷重を補正できるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、実装装置、その実装荷重補正方法及びノズル検査方法、特に基板に電子部品を実装する際の荷重制御の精度向上に適用して好適な実装装置、その荷重補正方法及びノズル検査方法に関する。

一般に、電子部品をプリント基板等の配線基板に実装（搭載）する場合、ＸＹ平面方向に移動可能な吸着ヘッドに搭載されている吸着ノズルにより、所定位置に供給される電子部品を吸着し、ピックアップした後該ヘッドをステージ上に位置決め固定されている基板上に移動させ、吸着ノズルを下降させることにより実装を行なっている（例えば、特許文献１参照）。

このような実装装置では、ヘッドに搭載される吸着ノズル１０として、図５に模式的に示すようにノズル本体１２と、該本体１２の内部に摺動可能なスライダ部１４と、その先端に位置する吸着端部１６と、ノズル本体１２と吸着端部１６との間に弾性力を付与するためのばね１８（断面を示す）とを有するものが使用されている。

この種の吸着ノズル１０は、構造が比較的簡単であるにも拘わらず、ばねの弾性係数を基に予め計算される荷重値を目標実装荷重として設定することにより、実装時の荷重を目標値に制御し易いという利点がある。

特開２００４−６６０５号公報

しかしながら、前記吸着ノズルを搭載する実装装置で電子部品を実装する際、必ずしも計算通りの実装荷重でなかったり、スライダ部がスムーズに動かなかったりするために、実装時の荷重精度に問題がある場合があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、吸着ノズルにより吸着した電子部品を基板に実装する際の荷重精度を向上することができる実装装置、その実装荷重補正方法及びノズル検査方法を提供することを課題とする。

本発明は、ＸＹ方向に移動する吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルにより吸着保持した電子部品を、所定位置に固定された基板に実装する実装装置において、前記吸着ヘッドが移動可能な範囲内に、前記吸着ノズルをＺ方向に下降させて、その吸着端部を当接させた際の荷重を測定する荷重測定手段を設置したことにより、前記課題を解決したものである。

本発明においては、前記荷重測定手段により測定された荷重を表示する表示手段を備えているようにしてもよい。

又、本発明においては、前記荷重測定手段が、測定面を実装時の基板上面と実質的に同一高さに調整したロードセルであるようにすることが好ましい。

本発明は、又、前記実装装置における前記荷重測定手段上で、前記吸着ノズルを実装時と実質的に同一の動作を行なった際の荷重を測定し、該測定荷重と計算荷重との差からオフセット荷重を算出し、実装時に設定する荷重を補正することにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記実装装置における前記荷重測定手段上で、前記吸着ノズルを下降させ、吸着端部が測定面に到達した後、更に下降させた際の荷重を測定し、測定荷重を基準値と比較して、該吸着ノズルの良・不良を判定することにより、同様に前記課題を解決したものである。

本発明によれば、吸着ヘッドの移動可能なＸＹ平面方向の範囲に、垂直下方の荷重を測定する荷重測定手段を設置したので、該測定手段上で吸着ノズルを実装時と同様に動作させて実際に荷重を測定することにより、測定荷重と計算荷重との差からオフセット荷重を求め、該オフセット荷重を用いて実装時に設定する荷重を補正できる上に、吸着ノズルの当接時に測定される荷重からノズルのスライド異常も検出することができるため、実装時の荷重精度を向上することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１には、本発明に係る電子部品実装装置の要部を模式的に示す。

本実施形態の実装装置は、複数のノズル１０を搭載する吸着ヘッド２０と、該吸着ヘッド２０をＸ方向に移動させるＸ駆動ガイド２２と、該ヘッド２０をＸ駆動ガイド２２と一体でＹ方向へ移動させるＹ駆動ガイド２４とを備えている。

又、便宜上二点鎖線で示す基板搬送部２６がＸ方向に沿って配設され、該基板搬送部２６により基板Ｓをその途中に設置されている実装ステージ（明示せず）に搬入し、実装後に搬出することができるようになっている。

本実施形態の実装装置には、更に、前記基板搬送部２６の近傍（ヘッド２０が移動可能なＸＹ方向範囲内）に、前記吸着ノズル１０をＺ方向に下降させてその吸着端部１６を当接させた際の荷重を測定するロードセルユニット（荷重測定手段）２８が設置されている。

図２には、ロードセルユニット２８と吸着ノズル１０及び吸着ヘッド２０との関係を模式的に拡大して示す。このロードセルユニット２８の荷重測定面（上面）は、実装ステージに固定される実装時の基板上面（図示せず）と実質的に同一高さになるように調整してある。

前記吸着ヘッド２０に搭載されている複数のノズル１０は、それぞれ図示しないモータにより上下動可能なシャフト３０の先端部に装着されており、該ヘッド２０をロードセルユニット２８の上方に移動させた後、所望の吸着ノズル１０が装着されているシャフト３０を、同図に示すように下降させ、その吸着端部１６をロードセルユニット２８の測定面に当接させることにより、該吸着ノズル１０の当接時の荷重が測定される。

その際、実装時と同一の下降速度及び押込み量（吸着端部１６が測定面に当接した初期の高さからのノズル下降量）を設定し、吸着ノズル１０を動作させて荷重を測定することにより、実質上実装時と同一条件の衝撃荷重を実測することができる。

通常、前記図５に示した種類の吸着ノズルを使用する実装装置では、実装時に設定する荷重はノズル１０毎に、ばね１８の弾性力と押込み量（ｍｍ）から、次式により計算して制御装置に設定している。なお、式中、ノズル最小荷重長さは、ばね定数と押込み量から荷重を計算する際に必要なばねによる固有値である。

荷重（ｇ）＝ばね定数（ｇ／ｍｍ）×｛ノズル最小荷重長さ（ｍｍ）
＋押込み量（ｍｍ）｝ …（１）

本実施形態では、前記ロードセルユニット２８を装置内に設置したので、該ロードセルユニット２８上で、前記吸着ノズル１０に実装時と実質的に同一の動作を行なわせた際の荷重を測定できる。そして、その測定荷重と前記（１）式により算出される計算荷重との差からオフセット荷重を算出することにより、該オフセット荷重を用いて実装時に設定する荷重を補正することができる。

具体的には、ロードセル（ユニット）２８上で実装時の荷重として吸着時と搭載時の荷重をそれぞれ測定する。

即ち、図３に模式的に示すように、吸着時荷重を測定する場合は、ロードセル方２８上にヘッドを移動させ、吸着ノズル１０を同図（Ａ）に示す状態にする。次いで、部品吸着時と同様のＺ軸（方向）下降速度と、バキュームＯＮのタイミングで動作させ、ロードセル２８の測定面に吸着端部が当接した後、同図（Ｂ）に示すように設定荷重の計算に使用した押込み量ΔＬ分だけシャフト（ヘッド）を下降させる。

その後、同図（Ｃ）に示すように、バキュームＯＮにしたまま吸着時と同様のＺ軸上昇速度で、シャフト（ヘッド）により吸着ノズル１０を上昇させる。

以上の図３（Ａ）〜（Ｃ）の動作を行なった時に、ロードセル２８により測定される荷重曲線は図４に示すようになるが、その中の最大値を吸着時測定荷重とする。

又、搭載時荷重を測定する場合も、ロードセル２８上方にヘッドを移動させ、搭載時と同様のＺ軸下降速度とバキュームＯＦＦタイミングで、押込み量分だけロードセル２８に当接した後にヘッドを下降させ、その後搭載時と同様のＺ軸上昇速度でヘッドを上昇させることにより、前記図４と同様の荷重曲線を得ることができる。そして、ロードセル２８上で測定された荷重曲線における最大値を搭載時測定荷重とする。

以上のように得られた吸着時及び搭載時の各荷重測定結果からのオフセット荷重を、前記（１）式で求めた押込み荷重設定値（計算値）を用いた次式により算出する。

オフセット荷重（ｇ）＝押込み荷重設定値（ｇ）−測定荷重結果（ｇ）
…（２）

以上の荷重測定操作を行なうことにより、生産中の吸着／搭載動作で部品や基板にかかる荷重を測定することが可能となる。従って、その測定結果を用いて、前記（２）式から算出されるオフセット荷重の値を用いて、吸着／搭載時の押込み制御に設定する荷重値の補正を行なうことにより、荷重制御の精度を向上させることが可能となる。

又、本実施形態の実装装置では、便宜上図３（Ａ）に併記したように、ロードセル２８による測定信号が、Ａ／Ｄ変換されてた後に制御装置（ＣＰＵ）３２に入力され、前記図４に示したような荷重曲線がリアルタイムでモニタ画面３４に表示できるようになっており、その画面からオペレータは容易に荷重最大値を検出し、前記（２）式による計算をすることも可能になっている。又、これらの荷重測定結果を、生産履歴としてメモリに保存することも可能となっている。

次に、本実施形態の実装装置が有するノズル検査機能を説明する。

本実施形態においては、前記ロードセルユニット２８上方で、前記吸着ノズル１０を下降させ、その吸着端部１６が測定面に到達した後、更に下降させた際の荷重を測定し、測定された荷重を基準値と比較して、該吸着ノズル１０の良・不良を判定することができるようになっている。

具体的には、前記図２において、ノズル１０を装着したシャフト３０はモータで駆動され、ロードセル（ユニット）２８の上で下降を始め、該ノズル１０がロードセル２８の測定面に当接したら荷重の測定を始める。その際、衝撃による荷重の急激な変動を抑制するために、衝撃が起きない程度の速度でゆっくり下降させる。

ノズル１０の吸着端部１６がロードセル２８に当接すると、スライダ部１４はロードセル２８によってノズル本体１２内に押し込められると同時に、ばね１８による押し返す反発力が発生する。

そこで、ロードセル２８によってその時の荷重を測定する。その際、押込む範囲はノズルスライダ部１４の可動範囲全域とせずに、当接初期の方の前半を中心にする。スライダ部１４の可動範囲の後半ではノズルの組付け等により荷重のばらつき等が大きく、又実際にその可動範囲後半までスライダが到達することが殆どないためである。

このように吸着ノズル１０の荷重を測定することにより、異常の有無を判定する。判定する際の基準荷重の大きさは、ノズルのばね定数や正常なノズルの荷重等から経験的に決定し、その荷重を超えたものを異常なノズルと判定する。

以上詳述した本実施形態によれば、事前にノズルの正・異常を正確に判断できる上に、実装時に適切な荷重を設定できるようになることから、実装時の荷重精度を大幅に向上させることができるようになる。

本発明に係る一実施形態の実装装置の要部を示す概略斜視図 本実施形態の実装装置におけるロードセルと、吸着ノズル及び吸着ヘッドとの関係を模式的に示す正面図 ロードセルによる荷重測定動作の概要を示す説明図 本実施形態において測定される荷重測定曲線を示す線図 本実施形態に適用されるノズルを模式的に示す正面図

符号の説明

１０…吸着ノズル
１２…ノズル本体
１４…スライダ部
１６…吸着端部
１８…ばね
２０…吸着ヘッド
２２…Ｘ駆動ガイド
２４…Ｙ駆動ガイド
２６…基板搬送部
２８…ロードセル（ユニット）
３０…シャフト

Claims (5)

1. ＸＹ方向に移動する吸着ヘッドに搭載された吸着ノズルにより吸着保持した電子部品を、所定位置に固定された基板に実装する実装装置において、
   前記吸着ヘッドが移動可能な範囲内に、前記吸着ノズルをＺ方向に下降させて、その吸着端部を当接させた際の荷重を測定する荷重測定手段を設置したことを特徴とする実装装置。
2. 前記荷重測定手段により測定された荷重を表示する表示手段を備えていることを特徴とする請求項１の記載の実装装置。
3. 前記荷重測定手段が、測定面を実装時の基板上面と実質的に同一高さに調整したロードセルであることを特徴とする請求項１の記載の実装装置。
4. 請求項１に記載の実装装置における前記荷重測定手段上で、前記吸着ノズルを実装時と実質的に同一の動作を行なった際の荷重を測定し、該測定荷重と計算荷重との差からオフセット荷重を算出し、実装時に設定する荷重を補正することを特徴とする荷重補正方法。
5. 請求項１に記載の実装装置における前記荷重測定手段上で、前記吸着ノズルを下降させ、吸着端部が測定面に到達した後、更に下降させた際の荷重を測定し、測定荷重を基準値と比較して、該吸着ノズルの良・不良を判定することを特徴とするノズル検査方法。

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