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【発明の名称】 部品装着方法及び部品装着装置
【発明者】 【氏名】小寺 幸治

【氏名】栗林 毅

【氏名】中野 智之

【氏名】城戸 一夫
【要約】 【課題】部品の係合が完了する前に、部品が装着されたとする誤判断を防止でき、しかも、多種部品の装着が行える部品装着方法及び部品装着装置を提供し、部品装着動作の信頼性向上、多種部品への装着対応力の向上を図る。

【解決手段】一定押圧力が加えられることで固定部と係合する固定手段の設けられた部品を、固定部の形成された回路基板１５に装着する部品装着方法であって、部品に加えられる押圧力のトルク値として検出されこの部品が回路基板１５へ到達したことを判定するためのあたり検出用トルク値を、一定押圧力より大きく設定する。あたり検出用トルク値を検出し、且つ部品の回路基板１５からの高さが所定装着高さ値を検出したときに、部品の回路基板１５への装着を完了と判断する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一定押圧力が加えられることで固定部と係合する固定手段の設けられた部品を、前記固定部の形成された回路基板に装着する部品装着方法であって、前記部品に加えられる押圧力のトルク値として検出され該部品が前記回路基板へ到達したことを判定するためのあたり検出用トルク値を、前記一定押圧力より大きく設定し、該あたり検出用トルク値を検出し且つ前記部品の前記回路基板からの高さが所定装着高さ値を検出したときに前記部品の前記回路基板への装着を完了と判断することを特徴とする部品装着方法。
【請求項２】 前記あたり検出用トルク値が、種々の部品毎に異なる前記一定押圧力に応じて可変設定されることを特徴とする請求項１記載の部品装着方法。
【請求項３】 一定押圧力が加えられることで固定部と係合する固定手段の設けられた部品を、前記固定部の形成された回路基板に装着する部品装着装置であって、部品を吸着して該部品を昇降移動させる移載ヘッドと、前記移載ヘッドの下降動作によって回路基板に接触した前記部品へ加わる押圧力を検出及び制御する押圧制御部と、動作後の前記移載ヘッドの現在位置を取得する位置検出部と、任意なあたり検出用トルク値の設定可能なトルク値設定部と、前記押圧制御部からあたり検出用トルク値を検出し且つ前記位置検出部から前記部品の前記回路基板からの所定装着高さ値を検出したときに前記部品の前記回路基板への装着を完了と判断する主制御部とを具備したことを特徴とする部品装着装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板固定手段の設けられた部品を、回路基板上に装着する部品装着方法及び部品装着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、種々の部品（例えば、電子部品）を装着した電子回路基板は、生産性を高めるために、個々の部品が自動化により回路基板上に装着される。このような回路基板上への電子部品の装着を行う部品装着装置には、回路基板上に電子部品を装着する際、部品に押圧力をかけて良好な装着状態及び装着の完了を制御できるようにしたものがある。
【０００３】この種の部品装着装置は、図１０に示す電子部品１を吸着するためのノズル３がシャフト５の先端に設けられ、このシャフト５が図示しないボイスコイルモータにより軸線方向へ昇降可能に構成される。ボイスコイルモータは、電流が印加されることにより、シャフト５を軸線方向に移動させる。また、ボイスコイルモータに流れる電流を検出することにより、電子部品１に加わる押圧力を知ることができる。
【０００４】このような従来の部品装着装置を用いた部品装着方法の手順では、図１１に示すように、先ず、ノズル３に吸着保持された電子部品１が下降され（ｓｔ１）、回路基板７に当たる位置（あたり検出開始位置）に到達すると、ボイスコイルモータのトルクが急激に増大する。このトルク値が図１２に示すあたり検出用トルク値（しきい値）に達すると、電子部品１が回路基板７上に到達したと判断され（ｓｔ３）、電子部品１への加重が開始される（ｓｔ５）。
【０００５】次いで、検出したトルクが予め設定された加重トルクに達したかが判断され、検出トルクが設定加重トルクを下回っている場合には引き続き電子部品１への加重が継続される。一方、検出トルクが設定加重トルクを上回った場合には、設定された時間中加重を維持して、電子部品１を回路基板７上に装着する。加重設定時間の経過後は、リターン位置までノズル３が上昇され、回路基板７上への電子部品１の装着動作が終了される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の部品装着方法は、ボイスコイルモータの電流値の変動によりあたり検出用トルク値のみを判断し、しかも、このあたり検出用トルク値が、一定に固定されていたため、例えば、一定押圧力が加えられることで固定部と係合する固定手段の設けられた部品を、固定部の形成された回路基板に装着する場合においては、部品に加えられる押圧力が固定手段と固定部とを係合する際の一定押圧力に到達する前に、部品が装着されたとする誤判断が生じ、固定手段と固定部とが未係合状態であるにもかかわらず、回路基板への部品の装着動作が終了してしまう虞れがあった。また、あたり検出用トルク値が、一定に固定されていたため、装着動作を押圧力の異なる種々の部品に対応させることができなかった。本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、部品の係合が完了する前に、部品が装着されたとする誤判断を防止でき、しかも、多種部品の装着が行える部品装着方法及び部品装着装置を提供し、もって、部品装着動作の信頼性向上、多種部品への装着対応力の向上を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明に係る請求項１の部品装着方法は、一定押圧力が加えられることで固定部と係合する固定手段の設けられた部品を、前記固定部の形成された回路基板に装着する部品装着方法であって、前記部品に加えられる押圧力のトルク値として検出され該部品が前記回路基板へ到達したことを判定するためのあたり検出用トルク値を、前記一定押圧力より大きく設定し、該あたり検出用トルク値を検出し且つ前記部品の前記回路基板からの高さが所定装着高さ値を検出したときに前記部品の前記回路基板への装着を完了と判断することを特徴とする。
【０００８】この部品装着方法では、あたり検出用トルク値が、部品へ加えられる一定押圧力より大きく設定され、しかも、このあたり検出用トルク値が検出され且つ部品の回路基板からの高さが所定装着高さ値を満足したときに、部品の回路基板への装着完了が判断される。従って、部品に加えられる押圧力が固定手段と固定部とを係合する際の一定押圧力に到達する前に、部品を装着したとする誤判断が防止され、固定手段を有する部品が確実に固定部へ係合されて回路基板へ装着できるようになる。
【０００９】請求項２記載の部品装着方法は、前記あたり検出用トルク値が、種々の部品毎に異なる前記一定押圧力に応じて可変設定されることを特徴とする。
【００１０】この部品装着方法では、あたり検出用トルク値が、種々の部品毎に異なる一定押圧力に応じ可変設定可能となり、多種部品への装着対応力が高められることになる。
【００１１】請求項３記載の部品装着装置は、一定押圧力が加えられることで固定部と係合する固定手段の設けられた部品を、前記固定部の形成された回路基板に装着する部品装着装置であって、部品を吸着して該部品を昇降移動させる移載ヘッドと、前記移載ヘッドの下降動作によって回路基板に接触した前記部品へ加わる押圧力を検出及び制御する押圧制御部と、動作後の前記移載ヘッドの現在位置を取得する位置検出部と、任意なあたり検出用トルク値の設定可能なトルク値設定部と、前記押圧制御部からあたり検出用トルク値を検出し且つ前記位置検出部から前記部品の前記回路基板からの所定装着高さ値を検出したときに前記部品の前記回路基板への装着を完了と判断する主制御部とを具備したことを特徴とする。
【００１２】この部品装着装置では、部品へ加わる押圧力が押圧制御部から得られるとともに、移載ヘッドの現在位置、即ち、部品の現在位置が位置検出部から得られる。そして、押圧制御部から検出された押圧力があたり検出用トルク値を上回り、且つ位置検出部から検出された高さが部品の所定装着高さ値と一致した（若しくは低くなった）ときに、主制御部によって部品の装着完了が判断される。これにより、部品の固定手段を回路基板の固定部に係合させた状態での部品の回路基板への装着が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る部品装着方法及び部品装着装置の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る部品装着装置の実施の形態を示す斜視図、図２は移載へッドの拡大斜視図、図３は移載へッドの断面図、図４は固定手段の設けられた部品と、固定部の設けられた回路基板との分解斜視図、図５は部品及び回路基板の他の例を示す分解斜視図、図６は本発明に係る部品装着装置の制御系のブロック図である。
【００１４】図１に示すように、部品装着装置１１の基台１３上面中央には回路基板１５用のガイドレール１７が設けられ、このガイドレール１７の搬送ベルトによって回路基板１５は一端側のローダ部１９から電子部品の装着位置２１に、また、装着位置２１から他端側のアンローダ部２３に搬送される。回路基板１５上方の基台１３上面両側部にはＹテーブル２５、２７がそれぞれ設けられ、これら２つのＹテーブル２５、２７の間にはＸテーブル２９が懸架されている。また、Ｘテーブル２９には移載ヘッド３１が取り付けられており、これにより、移載へッド３１をＸ−Ｙ平面内で移動可能にしている。
【００１５】上記Ｘテーブル２９、Ｙテーブル２５、２７からなるＸＹロボット３０上に搭載され、Ｘ−Ｙ平面（水平面）上を自在移動する移載ヘッド３１は、例えば抵抗チップやチップコンデンサ等の電子部品が供給されるパーツフィーダ３３、又はＳＯＰやＱＦＰ等のＩＣやコネクタ等の比較的大型の電子部品が供給されるパーツトレイ３５から所望の電子部品を、吸着ノズル３７により吸着して、回路基板１５の所定位置に装着できるように構成されている。このような電子部品の装着動作は、予め設定された装着プログラムに基づいて図６に示す後述の制御系により制御される。
【００１６】パーツフィーダ３３は、ガイドレール１７の両端部に多数個並設されており、各パーツフィーダには、例えば抵抗チップやチップコンデンサ等の電子部品が収容されたテープ状の部品ロールがそれぞれ取り付けられている。また、パーツトレイ３５は、ガイドレール１７と直交する方向が長尺となるトレイ３５ａが計２個載置可能で、各トレイ３５ａは部品の供給個数に応じてガイドレール１７側にスライドして、Ｙ方向の部品取り出し位置を一定位置に保つ構成となっている。このトレイ３５ａ上には、ＱＦＰ等の比較的大型の電子部品が載置される。
【００１７】ガイドレール１７に位置決めされた回路基板１５の側部には、吸着ノズル３７に吸着された電子部品の二次元的な位置ずれ（吸着姿勢）を検出して、この位置ずれをキャンセルするように移載ヘッド３１側で補正させるための認識装置３９が設けられている。
【００１８】移載ヘッド３１は、図２に示すように、複数個（本実施形態では４個）の装着ヘッド（第１装着ヘッド４１ａ、第２装着ヘッド４１ｂ、第３装着ヘッド４１ｃ、第４装着ヘッド４１ｄ：部品保持手段）を横並びに連結した多連式ヘッドとして構成されている。４個の装着ヘッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは同一構造であって、吸着ノズル３７と、吸着ノズルに上下動作を行わせるためのアクチュエータ４３と、吸着ノズル３７に０回転を行わせるためのモータ４５、タイミングベルト４７、プーリ４９とを備えている。
【００１９】各装着ヘッドの吸着ノズル３７は交換可能であり、他の吸着ノズルは部品装着装置１１の基台１３上のノズルストッカ５１に予め収容されている。吸着ノズル３７には、例えば１．０×０．５ｍｍ程度の微小チップ部品を吸着するＳサイズノズル、１８ｍｍ角のＱＦＰを吸着するＭサイズノズル等があり、装着する電子部品の種類に応じて使用される。
【００２０】図３に示すように、アクチュエータ４３は、ボイスコイルモータによって構成される。アクチュエータ４３は、上から順にシャフト５３の位置検出を行うためのスケール５５、スケール５５の位置を検出するスケールヘッド５７、ボールスプライン５９に支えられたシャフト５３及び電子部品を吸着・装着する吸着ノズル３７が一連に接続されている。
【００２１】シャフト５３には磁石６１が取り付けており、その磁石６１の外側にコイル６３が配置されている。コイル６３に電流を流すとシャフト５３周辺部で磁界が発生する。この磁界により磁石６１を取り付けたシャフト５３が、上下方向に推力を得て動作する。電子部品を吸着、装着する吸着ノズル３７は、シャフト５３の下側に取り付けられているためシャフト５３と連動する。
【００２２】図４に示すように、移載ヘッド３１により装着される部品としては、例えば一定押圧力Ｔ（図９参照）が加えられることで固定部６５と係合する固定手段６７の設けられた電子部品６９が挙げられる。固定部６５としては、例えば回路基板１５に穿設された係止孔が挙げられ、固定手段６７としてはこの係止孔に係止する弾性係止爪が挙げられる。
【００２３】なお、電子部品６９は、上述した弾性係止爪付きのものの他、一定押圧力が加えられることで回路基板１５へ装着されるクランプ付きのコネクタや、図５に示すピン状端子７１をソケット７３に挿入するＰＧＡ（Pin grid array）７５であったり、ＰＧＡ７５のピン状端子７１がセラミック柱状に形成されるＣＣＧＡ等であってもよい。
【００２４】図６に示すように、部品装着装置１１の制御系７７は、前述のＸＹロボット３０を制御する位置決め部７９と、移載ヘッド３１の下降動作によって回路基板１５に接触した電子部品６９へ加わる押圧力を検出及び制御する押圧制御部８１と、動作後の移載ヘッド３１の現在位置を取得する位置検出部８３と、あたり検出用トルク値を設定するトルク値設定部８４と、押圧制御部８１からあたり検出用トルク値を検出し且つ位置検出部８３から電子部品６９の回路基板１５からの所定装着高さ値を検出したときに電子部品６９の回路基板１５への装着を完了と判断する主制御部８５とからなる。
【００２５】また、主制御部８５は、位置指令値を位置決め部７９、押圧制御部８１へ送出するとともに、位置検出部８３の検出した値により、位置決め部７９と押圧制御部８１に対し、位置フィードバックをそれぞれ返し位置の補正を加える。
【００２６】以上のように構成された部品装着装置１１の動作を以下に説明する。図７は本発明に係る部品装着装置の構成を概略的に示した平面図、図８は本発明に係る部品装着方法の手順の概略を示したフローチャート、図９は本発明に係る部品装着方法のあたり検出用トルク値とノズル下降位置との関係を示したグラフである。
【００２７】図７に示すように、ガイドレール１７のローダ部１９から搬入された回路基板１５が所定の装着位置２１に搬送されると、移載ヘッド３１はＸＹロボットによりＸＹ平面内で移動してパーツフィーダ３３又はパーツトレイ３５から所望の電子部品を吸着し、認識装置３９の姿勢認識カメラ上に移動して電子部品の吸着姿勢を確認して吸着姿勢の補正動作を行う。その後、回路基板１５の所定位置に電子部品６９を装着する。
【００２８】各装着ヘッド４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、パーツフィーダ３３又はパーツトレイ３５から吸着ノズル３７により電子部品６９を吸着するとき、及び、回路基板１５の所定位置に電子部品６９を装着するとき、吸着ノズル３７をＸＹ平面上から鉛直方向（Ｚ方向）に下降させる。また、電子部品６９の種類に応じて、吸着ノズル３７を適宜交換して装着動作が行われる。
【００２９】電子部品６９の吸着、回路基板１５への装着動作の繰り返しにより、回路基板１５に対する電子部品６９の装着を完了させる。装着が完了した回路基板１５は装着位置２１からアンローダ部２３へ搬出される一方、新たな回路基板がローダ部１９に搬入され、上記動作が繰り返される。
【００３０】ここで、各電子部品６９の装着は、電子部品６９の種類（固定手段６７の有無等）に応じて、トルク値設定部８４にあたり検出用トルク値が設定されている。また、同時に、その電子部品６９における回路基板１５からの高さが所定装着高さ値として設定されている。
【００３１】従って、図８に示すように、電子部品６９の装着が開始されると、吸着ノズル３７が下降され、電子部品６９に押圧負荷が加えられ（ｓｔ１１）、次いで、電子部品６９があたり検出開始位置まで下降したか否かが確認される（ｓｔ１３）。即ち、主制御部８５では、押圧制御部８１で検出した電流値が、あらかじめ設定されたあたり検出電流値に達したかを判断する。主制御部８５は、検出した電流値があらかじめ設定された設定加重電流値を下回っている場合には引き続き回路基板１５に達した電子部品６９の押圧を継続する信号を押圧制御部８１へ送出する。
【００３２】一方、検出電流値が図９に示すあたり検出用トルク値Ｔｋに対応する電流値を上回った場合、電子部品６９の固定手段６７が、回路基板１５の固定部６５に係合完了したとして、次に、電子部品６９の装着高さを検出する（ｓｔ１５）。電子部品６９の装着高さは、スケールヘッド５７を介して位置検出部８３によって検出され、検出された回路基板１５からの電子部品６９の高さは、主制御部８５へと送出されて判断される（ｓｔ１７）。
【００３３】主制御部８５は、押圧制御部８１から検出された押圧力があたり検出用トルク値Ｔｋを上回り、且つ位置検出部８３からの電子部品６９の高さが所定装着高さ値Ｈｋと一致した（若しくは低くなった）ことを条件に、電子部品６９の正常な装着完了を判断する（ｓｔ１９）。一方、電子部品６９の検出高さが、所定装着高さ値Ｈｋより大きい場合には、固定手段６７と固定部６５とが未係合であると判断し、未装着（ＮＧ）と判断する（ｓｔ２１）。
【００３４】このように、上述の部品装着方法では、あたり検出用トルク値Ｔｋが、電子部品装着のための一定押圧力Ｔより大きく設定され、しかも、このあたり検出用トルク値Ｔｋが検出され且つ電子部品６９の回路基板１５からの高さが所定装着高さ値Ｈｋを満足したとき、電子部品６９の装着完了が判断されるので、電子部品６９に加えられる押圧力が固定手段６７と固定部６５とを係合する際の一定押圧力に到達する前に、電子部品６９を装着したとする誤判断が防止でき、固定手段６７を有する電子部品６９を確実に固定部６５へ係合されて回路基板１５へ装着できるようになる。
【００３５】また、あたり検出用トルク値Ｔｋが、種々の部品毎に異なる一定押圧力に応じ可変設定可能であるので、多種部品への装着対応力を高めることができる。
【００３６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係る部品装着方法は、あたり検出用トルク値を、部品が回路基板へ到達したことを判定する一定押圧力より大きく設定し、あたり検出用トルク値を検出し且つ部品の回路基板からの高さが所定の装着高さ値を満足したときに部品の回路基板への装着を完了と判断するので、部品に加えられる押圧力が固定手段と固定部とを係合する際の一定押圧力に到達する前に、部品が装着されたとする誤判断を防止することができ、固定手段を有する部品を確実に固定部へ係合させて回路基板に装着できるようになり、部品装着動作の信頼性を向上させることができる。また、あたり検出用トルク値が、種々の部品毎に異なる一定押圧力に応じ可変設定可能とされれば、多種部品への装着対応力を高めることができる。
【００３７】本発明に係る部品装着装置は、部品へ加わる押圧力を制御する押圧制御部と、移載ヘッドの現在位置を取得する位置検出部と、押圧制御部から検出されたあたり検出用トルク値と位置検出部から検出された部品の所定装着高さ値とを満足したときに部品の装着を完了と判断する主制御部とを有するので、部品の固定手段を、回路基板の固定部に係合させた状態で、部品を回路基板へ確実に装着することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】 平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）
【代理人】 【識別番号】１００１０５６４７
【弁理士】
【氏名又は名称】小栗 昌平 （外６名）
【公開番号】 特開２００１−１９６７９４（Ｐ２００１−１９６７９４Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−２７４５（Ｐ２０００−２７４５）