JP7595277B2

JP7595277B2 - 部品実装装置

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Publication number: JP7595277B2
Application number: JP2021043486A
Authority: JP
Inventors: 誠一松尾; 輝一大林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2024-12-06
Anticipated expiration: 2041-03-17
Also published as: JP2022143134A

Description

本開示は、部品を回転させて基板に実装する部品実装装置に関する。

従来、基板に電子部品等の部品を実装する部品実装装置において、部品の搬送用に部品を吸着するノズルが用いられている。ノズルが部品を吸着して、基板上の予め定められた位置に部品を回転させて実装する。

例えば、特許文献１には、部品実装装置において、部品を回転させるθ軸モータを駆動し、θ軸モータに付随して設けられたθ軸エンコーダから出力されるパルスを受信してフィードバック処理をすることで部品を所望の角度量だけ回転させることができる。

特開２０１２－１１４３２５号公報

しかしながら、従来の部品実装装置において、部品の大きさと重さによって決められる慣性モーメントが大きい場合、例えば、部品が大型で重い場合、部品を回転させた後、フィードバック処理により部品がいつまでも回転方向に沿って揺動し続けて停止しないことがある。

従って、本開示の目的は、上記従来の課題を解決することにあって、部品を回転させた後に部品の揺動を収束させる、部品実装装置を提供することにある。

本開示の部品実装装置は、部品をノズルで保持し、ノズルのノズル軸を回転して基板に搬送する部品実装装置において、ノズル軸の回転量の指令値を指令する実装制御部と、部品の回転状態に応じてフィードバック制御する制御ゲインを設定し、指令値を制御ゲインにより修正した修正指令値を出力するゲイン制御部と、修正指令値に基づいてノズル軸を回転駆動する回転駆動部と、を備える。ゲイン制御部は、回転駆動部がノズル軸の回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、実装制御部が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、ゲイン制御部は制御ゲインを第１ゲインから第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する。

本開示によれば、部品を回転させた後に部品の揺動を収束させる、部品実装装置を提供することができる。

本開示の一実施の形態の部品実装装置の構成を示す平面図部品実装装置の構成説明図部品実装装置の真空吸引系の構成を示す説明図部品実装装置が備える実装ヘッドに装着されるノズルの断面図部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図部品実装装置の部品の回転に関する制御系の構成を示すブロック図部品の回転位置を説明する説明図本開示の部品実装装置における制御においてエンコーダが検出する偏差を示すグラフ従来の部品実装装置における制御においてエンコーダが検出する偏差を示すグラフ部品実装装置の部品を回転させて基板に実装する流れを示すフローチャート

本開示の第１態様によれば、部品をノズルで保持し、ノズルのノズル軸を回転して基板に搬送する部品実装装置において、ノズル軸の回転量の指令値を指令する実装制御部と、部品の回転状態に応じてフィードバック制御する制御ゲインを設定し、指令値を制御ゲインにより修正した修正指令値を出力するゲイン制御部と、修正指令値に基づいてノズル軸を回転駆動する回転駆動部と、を備える。ゲイン制御部は、回転駆動部がノズル軸の回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、実装制御部が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、ゲイン制御部は制御ゲインを第１ゲインから第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する。

実装制御部による指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、実装制御部による指令値を修正するゲイン制御部の制御ゲインを回転当初の第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定することで、部品の回転状態に対する応答性を低減させる。これにより、所望の回転角度付近において、回転方向及びその反対方向に沿った部品の揺動を収束させることができる。

本開示の第２の態様によれば、部品の重量およびサイズに関連づけられた部品情報を基に、部品が第１カテゴリーの部品であるか否かを識別する部品識別部を備える。部品識別部によって部品が第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、ゲイン制御部は、回転駆動部がノズル軸の回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、実装制御部が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、ゲイン制御部は制御ゲインを第１ゲインから第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する、第１の態様の部品実装装置を提供する。

本開示の第３の態様によれば、第１カテゴリーの部品は、慣性モーメントが予め定められた第２閾値以上の部品である、第２の態様の部品実装装置を提供する。

本開示の第４の態様によれば、部品識別部によって部品が第１カテゴリーの部品でないと識別された場合に、ゲイン制御部は、回転駆動部がノズル軸の回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、実装制御部が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後も、制御ゲインは第１ゲインのままである、第２の態様または第３の態様の部品実装装置を提供する。

本開示の第５の態様によれば、回転駆動部がノズル軸を回転駆動する加速度を設定する回転加速度設定部を備え、回転加速度設定部は、部品識別部によって、部品が第１カテゴリーの部品でないと識別された場合に、ノズル軸の回転駆動の加速度を第１加速度に設定し、部品が第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、ノズル軸の回転駆動の加速度を第１加速度よりも小さい第２加速度に設定する、第２の態様から第４の態様のいずれか１つの部品実装装置を提供する。

以下、本開示に係る部品実装装置の例示的な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施の形態の具体的な構成に限定されるものではなく、同様の技術的思想に基づく構成が本開示に含まれる。

（実施の形態）
以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、部品実装装置及びノズルの仕様に応じて適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。各図における構成要素の縮尺は、理解を容易にするために、変更して記載しているものもある。図１、及び後述する一部では、水平面内で互いに直交する２軸方向として、基板搬送方向のＸ方向（図１における左右方向）、基板搬送方向に直交するＹ方向（図１における上下方向）が示される。図２、及び後述する一部では、水平面と直交する高さ方向としてＺ方向（図２における上下方向）が示される。Ｚ方向は、部品実装装置が水平面上に配置された場合の上下方向である。

以下の説明において、大型部品とは慣性モーメントが第１閾値以上の部品を称し、小型部品とは慣性モーメントが第１閾値より小さい部品を称する。したがって、大型部品には、サイズが小型であっても重量が重い部品が含まれ、また、小型部品には、サイズが大型であっても重量が軽い部品が含まれる場合がある。第１閾値の大きさは、適宜設定してよい。

図１及び図２を参照して、部品実装装置１の構成を説明する。図１において、基台１ａの中央には、基板搬送機構２がＸ方向に配置されている。基板搬送機構２は、上流側から搬入された基板３をＸ方向へ搬送し、以下に説明する実装ヘッドによる実装作業位置に位置決めして保持する。また、基板搬送機構２は、部品実装作業が完了した基板３を下流側に搬出する。基板搬送機構２の両側方には、部品供給部４が配置されている。

図１において、部品供給部４には、それぞれ複数のテープフィーダ５がＸ方向に並列に装着されている。テープフィーダ５は、部品Ｄを格納するポケットが形成されたキャリアテープを部品供給部４のＹ方向外側から基板搬送機構２に向かう方向（テープ送り方向）にピッチ送りすることにより、実装ヘッド８が部品Ｄをピックアップする部品取出し位置Ｐ３に部品を供給する。部品Ｄは、例えば、チップ状の電子部品である。

基台１ａの上面におけるＸ方向の両端部には、リニア駆動機構を備えたＹ軸テーブル６が配置されている。Ｙ軸テーブル６には、同様にリニア機構を備えたビーム７がＹ方向に移動自在に結合されている。ビーム７には、実装ヘッド８がＸ方向に移動自在に装着されている。実装ヘッド８は、複数（例えば、８個）のノズルユニット８ａを備えている。

図２において、各ノズルユニット８ａは、ノズル機構部８ｂからノズル軸８ｃを下方に延出させた構成となっている。ノズル軸８ｃの下端部に結合されたノズル保持部９には、ノズル１０が着脱自在に装着されている。ノズル１０は、負圧発生源２５（図３参照）で発生させた吸引力を利用して部品Ｄを保持する機能を有する。それぞれのノズル機構部８ｂは、ノズル軸８ｃを昇降させるノズル昇降機構８ｄと、ノズル軸８ｃを回転させるノズル回転機構８ｇを備える。ノズル昇降機構８ｄを駆動することにより、ノズル保持部９に装着されたノズル１０は個別に昇降する。ノズル回転機構８ｇを駆動することにより、ノズル１０はノズル軸８ｃ周りに回転する。

ノズル昇降機構８ｄは、ノズル軸８ｃを上下方向（ｚ方向）に駆動する昇降駆動部８ｅを備える。昇降駆動部８ｅは、例えばサーボモータである。

ノズル回転機構８ｇは、ノズル軸８ｃをθ方向に回転させる回転駆動部８ｈと、回転駆動部８ｈの駆動量を検出する回転駆動量検出部８ｋと、を備える。回転駆動部８ｈは、例えばサーボモータであり、回転駆動量検出部８ｋは、例えばエンコーダである。このように、回転駆動部８ｈはノズル１０を回転させ、回転駆動量検出部８ｋによって検出された回転駆動部８ｈの駆動量を基に、ノズル１０の回転量を制御することができる。

図１において、Ｙ軸テーブル６及びビーム７は、実装ヘッド８を水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動させる実装ヘッド移動機構１１を構成する。実装ヘッド移動機構１１及び実装ヘッド８は、部品供給部４に装着されているテープフィーダ５の部品取出し位置から部品Ｄをノズル１０によって吸着してピックアップし、基板搬送機構２に保持された基板３の実装位置に移送して実装する部品実装作業を実行する。

図１及び図２において、ビーム７には、ビーム７の下面側に位置して実装ヘッド８とともに一体的に移動するヘッドカメラ１２が装着されている。実装ヘッド８が移動することにより、ヘッドカメラ１２は基板搬送機構２の実装作業位置に位置決めされた基板３の上方に移動して、基板３に設けられた基板マーク（図示せず）を撮像して基板３の位置を認識する。

部品供給部４と基板搬送機構２との間には、部品認識カメラ１３が配置されている。部品認識カメラ１３は、部品供給部４から部品Ｄを取り出した実装ヘッド８が上方を移動する際に、ノズル１０に保持された部品Ｄを撮像して形状及び基準位置からの回転量を認識する。実装ヘッド８による部品Ｄの基板３への部品実装作業において、ヘッドカメラ１２による基板３の認識結果と部品認識カメラ１３による部品Ｄの認識結果とを考慮して実装位置の補正が行われる。

部品実装装置１の両側方で作業者が作業する位置には、それぞれ作業者が操作するタッチパネル１５が配置されている。タッチパネル１５は、その表示部に各種情報を表示し、また表示部に表示される操作ボタンなどを使って作業者がデータ入力や部品実装装置１の操作を行う。

図２において、部品供給部４には、台車１６が結合されている。台車１６の上部には、複数のテープフィーダ５がＸ方向に並んで取り付けられている。台車１６の前側には、部品Ｄを収納するキャリアテープ１７が巻回されたリール１８が保持されている。テープフィーダ５は、リール１８に収納されているキャリアテープ１７をテープ送り方向に搬送して実装ヘッド８によって部品Ｄが取り出される取り出し位置Ｐ３に部品Ｄを供給する。

次に図３及び図４を参照して、ノズル１０の構成について説明する。図３は、ノズル１０の上部がノズル保持部９に保持された状態を示している。図４は、ノズル保持部９から取り外されたノズル１０の断面を示している。図３及び図４において、ノズル１０は、ノズル本体１９とノズル本体保持部２０を含む。

ノズル本体１９は、基端部２１と、基端部２１の内部に形成された上下に貫通する上部吸引孔２１ａに下方から挿入されて結合された下端部２２を含む。基端部２１の下端には円板状のバネ座部２１ｂが外周から半径方向に延出して形成されている。下端部２２の内部には、上下に貫通して下端の部品吸着面２２ａに開口する下部吸引孔２２ｂが形成されている。

ノズル本体保持部２０には、中央より下側の外周に円板状のつば部２０ａが形成され、内部に上下に貫通する嵌合孔２０ｂが形成されている。ノズル本体１９は、つば部２０ａとバネ座部２１ｂの間に弾性体であるバネ２３を装着した状態で、嵌合孔２０ｂに下方から挿入される。バネ２３は、例えば、コイルバネであるが、板バネでもよい。ノズル本体保持部２０の対向する２つの側面には、それぞれノズル本体１９が摺動する上下方向に延びる長孔２０ｃが形成されている。長孔２０ｃは、ノズル本体保持部２０の外周から嵌合孔２０ｂまで貫通する。

ノズル本体１９には、対向する長孔２０ｃの間を貫通するように挿入され、長孔２０ｃ内に沿って上下に移動するピン２４が結合されている。これによって、ノズル本体１９は上下方向を回転軸とする回転が規制され、ノズル本体保持部２０内を上下に移動可能である。ノズル本体１９は、バネ２３によって下方に付勢され、ピン２４が長孔２０ｃの下端面に当接する位置で、下方への移動が規制される。

図３に示すように、ノズル１０がノズル保持部９に保持されると、ノズル軸８ｃの内部に形成された真空吸引路８ｆは、ノズル保持部９の内部に形成された接続孔９ａ、ノズル１０の嵌合孔２０ｂ、上部吸引孔２１ａ、下部吸引孔２２ｂと連通する。真空吸引路８ｆは負圧発生源２５に接続されており、負圧発生源２５を作動させるとノズル１０の部品吸着面２２ａの開口から空気が吸引されて真空力が発生し、部品吸着面２２ａに部品Ｄが吸着される。

負圧発生源２５としては、工場設備として設けられた真空給引源を用いる他、部品実装装置１に配置した真空ポンプ、エジェクタ装置などの真空発生装置が用いられる。

次に図５及び図６を参照して、部品実装装置１の制御系の構成について説明する。図５は、実施の形態１の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図である。図６は、実施の形態１の部品実装装置の部品の回転に関する制御系の構成を示すブロック図である。

部品実装装置１が備える制御部３０には、基板搬送機構２、部品供給部４、実装ヘッド８、実装ヘッド移動機構１１、ヘッドカメラ１２、部品認識カメラ１３、タッチパネル１５、負圧発生源２５が接続されている。制御部３０は、例えば、ＣＰＵ、または、ＦＰＧＡと、メモリ、ＳＳＤ、またはハードディスクとで構成され、記憶部３１、実装制御部３３、ゲイン制御部３５、回転加速度設定部３７、及び、部品識別部３９を備えている。

記憶部３１は記憶装置であり、部品データ３１ａ、実装データ３１ｂ、及び、ゲインデータ３１ｃなどが記憶されている。部品データ３１ａには、部品Ｄの種類毎に、部品名（種類）、部品Ｄの厚みなどのサイズ情報、及び、部品のカテゴリーを示す識別情報が含まれている。実装データ３１ｂには、製造される実装基板の種類毎に、基板３に実装される部品Ｄの部品名（種類）、実装位置（ＸＹ座標）などが含まれている。

ゲインデータ３１ｃには、部品Ｄのカテゴリーごとにゲインパラメータが、例えば、テーブルとして含まれている。また、記憶部３１は、実装制御部３３が基板搬送機構２、部品供給部４、実装ヘッド８及び実装ヘッド移動機構１１等を制御して基板搬送動作や部品搭載動作などの作業動作を行わせるための動作プログラムが記憶されている。

実装制御部３３は、昇降駆動部８ｅを駆動する駆動電流を制御することで、昇降駆動部８ｅの駆動力を制御する。昇降駆動部８ｅがサーボモータである場合、実装制御部３３は、駆動トルクを制御する。

実装制御部３３は、回転駆動部８ｈを駆動する駆動電流を制御することで、回転駆動部８ｈの駆動力を制御する。回転駆動部８ｈがサーボモータである場合、実装制御部３３は、回転駆動トルクを制御する。

実装制御部３３は、ヘッドカメラ１２により撮影された基板３の画像情報、部品認識カメラ１３により撮影された部品Ｄの画像情報、及び回転駆動量検出部８ｋの検出値を基に、基板３の予め定められた位置に部品Ｄを実装するために必要なノズル軸８ｃの回転量を算出する。また、実装制御部３３は、回転駆動量検出部８ｋの検出値を基に部品Ｄの回転速度及び加速度を算出する。実装制御部３３は、算出した回転量及び加速度と回転加速度設定部３７によって設定された加速度とに基づいて、設定された加速度で目標位置に回転するように駆動用の指令値を送ることで回転駆動部８ｈを駆動制御する。実装制御部３３から出力された指令値はゲイン制御部３５に入力される。なお、実施例では、実装制御部３３は、算出した回転量と設定された加速度に基づいて回転駆動部８ｈを駆動制御するが、加速度を考慮しない回転駆動制御を実施してもよい。また、部品Ｄの回転加速度を制御する代わりに部品Ｄの回転速度を維持するように制御してもよい。

ノズル１０のノズル軸８ｃを、部品Ｄを吸着した状態である回転角度０度の初期位置Ｐ１から目標位置Ｐ２へ目標角度θ１回転させる際に、実装制御部３３は、回転駆動量検出部８ｋの検出結果を基に、回転駆動部８ｈに回転駆動トルクの指令値を送る。例えば、実装制御部３３がＰＷＭ制御により回転駆動部８ｈを制御する場合、実装制御部３３から送られる指令値は、駆動電流のＰＷＭ制御のパルスデューティ比である。

部品識別部３４は、部品データ３１ａに含まれる重量及びサイズに関連づけられた識別情報を基に、ノズル１０が吸着する部品Ｄが第１カテゴリーの部品であるか第２カテゴリーの部品であるかを識別する。重量およびサイズに関連づけられた部品情報は、部品Ｄの慣性モーメントに応じて部品を分類した識別情報である。例えば、部品Ｄは、重量及びサイズによって決定される慣性モーメントに応じて、予め第１カテゴリーに属するか、第２カテゴリーに属するかが分類されている。第１カテゴリーの部品Ｄは、その慣性モーメントが予め定められた第２閾値以上の部品であり、第２カテゴリーの部品Ｄは、その慣性モーメントが第２閾値未満の部品である。つまり、慣性モーメントの大きい大型部品は第１カテゴリーに属し、慣性モーメントの小さい小型部品は第２カテゴリーに属する。第１カテゴリーに属する部品の例として、部品の表面サイズが８５ｍｍ×８５ｍｍで、部品の重さが２００ｇである。

ゲイン制御部３５は、回転駆動量検出部８ｋの検出値を基に、部品Ｄの回転駆動のフィードバック制御の応答性を調整する。ゲイン制御部３５は、部品Ｄが第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、回転駆動部８ｈがノズル軸８ｃの回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定する。ゲイン制御部３５は、部品Ｄが第１カテゴリーの部品でないと識別された場合、例えば、部品Ｄが第２カテゴリーの部品であると識別された場合、回転駆動部８ｈがノズル軸８ｃの回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定する。このように、大型部品に対しては回転当初のフィードバック制御の応答性を大きくし、小型部品に対してはフィードバック制御の応答性を常に大きくする。制御ゲインは、例えば、位置制御ゲイン及び速度制御ゲインの少なくともいずれか１つを含む。

回転加速度設定部３７は、回転駆動部８ｈがノズル軸８ｃを回転駆動する加速度を設定する。部品識別部３４によって、部品Ｄが第１カテゴリーの部品でないと識別された場合に、回転加速度設定部３７がノズル軸８ｃの回転駆動の加速度を第１加速度に設定し、部品Ｄが第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、回転加速度設定部３７がノズル軸８ｃの回転駆動の加速度を第１加速度よりも小さい第２加速度に設定する。設定された第１加速度または第２加速度は実装制御部３３に送られる。第１加速度及び第２加速度は予め記憶部３１に記憶されている。第２加速度は、部品Ｄの慣性モーメントに応じて複数種類用意してもよい。

部品Ｄが初期位置Ｐ１から目標位置Ｐ２へ回転し、目標角度θ２との偏差がゼロになると、部品Ｄが目標角度θ２に回転されているので、実装制御部３３は回転駆動の指令値をゼロにする。しかしながら、部品Ｄはその慣性モーメントにより回転し続けるので、再び目標角度との偏差が発生し、目標位置Ｐ２よりさらに回転方向に回転する。

目標位置Ｐ２を超えているので、実装制御部３３からの指令値はゼロになるが、ゲイン制御部３５は目標位置Ｐ２へ部品Ｄを戻すために、回転駆動量検出部８ｋから入力される位置偏差に対して偏差を低減するトルクを修正指令値として回転駆動部８ｈへ出力する。これにより、部品Ｄは、目標位置Ｐ２を超えて初期位置Ｐ１から角度θ２回転した位置Ｐ３まで到達し、その後逆方向に回転する。

部品Ｄが逆方向に回転することで、部品Ｄは目標位置Ｐ２へ戻るが慣性モーメントによりさらに初期位置Ｐ１側へ回転する。この場合も、実装制御部３３からの指令値はゼロであるが、ゲイン制御部３５により目標位置Ｐ２へ部品Ｄを戻そうと修正指令値が回転駆動部８ｈへ入力される。これにより、部品Ｄは、目標位置Ｐ２を超えて初期位置Ｐ１から角度θ３回転した位置Ｐ４まで戻り、その後、目標位置Ｐ２へ向けて回転する。

部品Ｄが小型部品の場合、目標位置Ｐ２近傍でのこのような往復回転の揺れが徐々に収束し、やがて目標角度θ１に回転させた目標位置Ｐ２で停止する。しかしながら、部品Ｄが大型部品の場合、図９に示すように、追従性の高い制御ゲインによって目標位置Ｐ２近傍でのこのような往復回転の揺れがいつまでも続く場合がある。

そこで、ゲイン制御部３５は実装制御部３３からの指令値がゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、ゲイン制御部３５は制御ゲインを第１ゲインから第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する。例えば、図８に示すように、時間Ｔ１において、回転駆動量検出部８ｋであるエンコーダの偏差がゼロになると、実装制御部３３からの指令値がゼロになる。このタイミングの後で、ゲイン制御部３５は制御ゲインを第１ゲインから第２ゲインに設定する。第２ゲインは、例えば、第１ゲインの０．１～０．４倍の値である。このように、部品Ｄが目標位置Ｐ２近傍まで回転されたタイミングで制御ゲインを低減することで、位置偏差への追従性を低減することで大型部品の揺れを収束させる。また、第２ゲインは１つの値に限らず、ゲイン制御部３５が目標角度θ２からの位置偏差に基づいてゲインの数値を変更してもよい。

次に図１０を参照して、部品実装装置１が部品Ｄを回転させて基板３に実装する流れを説明する。図１０は、部品を回転させて基板に実装する流れを示すフローチャートである。

実装制御部３３は実装ヘッド８及び実装ヘッド移動機構１１に部品供給部４の供給位置にある部品Ｄの吸着制御をする。実装ヘッド移動機構１１が実装ヘッド８を部品供給部４の上方へ移動させる。ステップＳ１１において、ノズル昇降機構８ｄがノズル１０を下降させて部品Ｄを吸着する。

ノズル１０により部品Ｄを吸着すると、実装制御部３３は実装ヘッド８を実装ヘッド移動機構１１により部品認識カメラ１３の上方へ移動させる。ステップＳ１２において、部品認識カメラ１３は、ノズル１０に吸着されている部品Ｄを撮影し、撮影した画像情報を実装制御部３３へ送信する。実装制御部３３は、部品認識カメラ１３からの撮影画像を基に、部品Ｄの初期位置Ｐ１を認識する。

ステップＳ１３において、実装制御部３３は、ヘッドカメラ１２による基板３の撮影画像と部品Ｄの初期位置Ｐ１を基に、実装位置である目標位置Ｐ２へのノズル回転量を算出する。

ステップＳ１４において、部品識別部３９は、部品データ３１ａに含まれる識別情報を基に、部品Ｄが第１カテゴリーの部品であるか否かを識別する。部品識別部３９は、部品Ｄが第１カテゴリーの部品であると識別すると（ステップＳ１４のＹｅｓ）、その識別結果をゲイン制御部３５へ送信し、ステップＳ１５において、ゲイン制御部３５は、実装制御部３３からの指令値に対して第１ゲインで修正した駆動トルクで回転駆動部８ｈを回転させる。このように、ゲイン制御部３５は、回転当初に第１ゲインで部品Ｄを回転させる。また、部品識別部３９は部品Ｄが第１カテゴリーの部品であると識別した場合に、回転加速度設定部３７がノズル軸８ｃの回転駆動の加速度を、第２カテゴリーの部品の回転加速度よりも小さい第２加速度に設定することで、実装制御部３３は設定された小さい加速度に応じた指令値をゲイン制御部３５に出力するので、大型部品の揺動を抑制し回転位置精度を向上させることができる。大型部品のように慣性モーメントが大きい場合、実装制御部３３からの指令値に対して、実際の部品Ｄの回転に遅れが生じやすい。したがって、設定された加速度が大きいほど、指令値と部品Ｄの実動作との差分が大きくなる。部品Ｄの実動作の遅れが大きくなりすぎると制御不能に陥り部品Ｄの揺動が収束しなくなるおそれがある。そこで、部品Ｄを回転させる加速度を小さくすることで、指令値と部品Ｄの実動作との差分を小さくすることができ、部品Ｄの揺動を抑制することができる。

ステップＳ１６において、ゲイン制御部３５は、回転駆動部８ｈを回転制御のゲインを低減するタイミングか否かを判定する。例えば、ゲイン制御部３５は、実装制御部３３が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下となったタイミングをゲイン低減のタイミングとして判定する。ゲイン制御部３５は、ゲイン低減のタイミングではないと判定すると（ステップＳ１６のＮｏ）、実装制御部３３が出力する指令値を監視しつづける。

図９に示すように、ゲイン制御部３５は、時間Ｔ１においてゲイン低減のタイミングであると判定すると（ステップＳ１６のＹｅｓ）、ゲイン制御部３５は、実装制御部３３からの指令値に対して第２ゲインで修正した駆動トルクで回転駆動部８ｈを回転させる。このように、ゲイン制御部３５は、回転当初の第１ゲインよりも小さい第２ゲインで部品Ｄを回転させる。これにより、目標位置Ｐ２において部品Ｄの揺動が収束する。

ステップＳ１４において、部品識別部３９は、部品Ｄが第１カテゴリーの部品ではないと識別すると（ステップＳ１４のＮｏ）、その識別結果をゲイン制御部３５へ送信し、ゲイン制御部３５は、実装制御部３３からの指令値に対して第２ゲインで修正した駆動トルクで回転駆動部８ｈを回転させる（ステップＳ１８）。このように、ゲイン制御部３５は、回転当初に第１ゲインよりも小さい第２ゲインで部品Ｄを回転させる。部品Ｄが第２カテゴリーであるので、第２ゲインで部品Ｄを回転させると目標位置Ｐ２において部品Ｄの揺動が収束する。また、部品識別部３９は部品Ｄが第１カテゴリーの部品ではないと識別した場合に、回転加速度設定部３７がノズル軸８ｃの回転駆動の加速度を、第１カテゴリーの部品の回転加速度よりも大きい第１加速度に設定することで、実装制御部３３は設定された大きい加速度に応じた指令値をゲイン制御部３５に出力するので、部品実装の低速化を抑えることができる。

ステップＳ１９において、実装制御部３３は、例えば、回転駆動量検出部８ｋの検出値が一定期間ゼロであることを認識することで、部品Ｄの回転が完全に停止したことを認識する。実装制御部３３は、実装ヘッド移動機構１１を駆動制御して、実装ヘッド８を基板３の部品Ｄが実装される位置の上方へ移動させる。ステップＳ２０において、実装制御部３３は、ノズル昇降機構８ｄを駆動制御してノズル１０を下降させて基板３に部品Ｄを実装する。

部品Ｄを基板３に実装後、ステップＳ２１において、実装制御部３３は、ノズル昇降機構８ｄを駆動制御してノズル１０を上昇させる。ステップＳ２２において、実装制御部３３は、基板３に実装する次の部品Ｄが有るか否かを判定する。実装制御部３３が、基板３に実装する次の部品Ｄが有ると判定した場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、再びステップＳ１１に戻って、部品Ｄをノズル１０に吸着させる。実装制御部３３が、基板３に実装する次の部品Ｄが無いと判定した場合（ステップＳ２２のＮｏ）、基板３への部品Ｄの実装処理を終了する。

以上より、実施の形態１の部品実装装置１は、部品Ｄをノズル１０で保持し、ノズル１０のノズル軸８ｃを回転して基板３に搬送する。部品実装装置１は、ノズル軸８ｃの回転量の指令値を指令する実装制御部３３と、部品Ｄの回転状態に応じてフィードバック制御する制御ゲインを設定し、指令値を制御ゲインにより修正した修正指令値を回転駆動部８ｈに出力するゲイン制御部３５と、修正指令値に基づいてノズル軸８ｃを回転駆動する回転駆動部８ｈと、を備える。ゲイン制御部３５は、回転駆動部８ｈがノズル軸８ｃの回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、実装制御部３３が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、ゲイン制御部３５は制御ゲインを第１ゲインから第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する。

部品Ｄが回転した後で、ゲイン制御部３５が回転開始時の第１ゲインから、第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定することで、目標位置Ｐ２での部品Ｄの揺動を低減することができる。

また、部品実装装置１は、部品Ｄの重量およびサイズに関連づけられた部品情報を基に、部品Ｄが第１カテゴリーの部品であるか否かを識別する部品識別部３９を備える。部品識別部３９によって部品Ｄが第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、ゲイン制御部３５は、回転駆動部８ｈがノズル軸８ｃの回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、実装制御部３３が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、ゲイン制御部３５は制御ゲインを第１ゲインから第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する。

これにより、第１カテゴリーに分類された部品Ｄのゲイン制御を第１ゲイン及び第２ゲインを用いて実施することで、目標位置Ｐ２での第１カテゴリーの部品の揺動を収束することができる。例えば、揺動しやすい部品を第１カテゴリーに分類しておくことで、部品Ｄの基板３の実装効率を向上させることができる。

第１カテゴリーの部品は、慣性モーメントが予め定められた第２閾値以上の部品である。このように、慣性モーメントが予め定められた第２閾値以上の部品を第１カテゴリーの部品と分類することで、第１カテゴリーに分類された大型部品であっても揺動を収束することができる。

また、部品識別部３９によって部品Ｄが第１カテゴリーの部品でないと識別された場合に、ゲイン制御部３５は、回転駆動部８ｈがノズル軸８ｃの回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、実装制御部３３が出力する指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後も、制御ゲインは第１ゲインのままである。

例えば、第２カテゴリーとして小型の部品を分類すると、第２カテゴリーの部品は目標位置Ｐ２で揺動が収束しやすいので制御ゲインの調整を行うことなく回転駆動してもよい。

また、部品実装装置１は、回転駆動部８ｈがノズル軸８ｃを回転駆動する加速度を設定する回転加速度設定部３７を備える。回転加速度設定部３７は、部品識別部３４によって、部品Ｄが第１カテゴリーの部品でないと識別された場合に、ノズル軸８ｃの回転駆動の加速度を第１加速度に設定し、部品Ｄが第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、ノズル軸８ｃの回転駆動の加速度を第１加速度よりも小さい第２加速度に設定する。

第２カテゴリーの小型の部品よりも第１カテゴリーの大型の部品の方が、回転加速度を小さくすることで、大型の部品Ｄの揺動を抑制し回転位置精度を向上させることができる。

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、各実施の形態における要素の組合せや順序の変化は、本開示の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

（１）上述の実施の形態１において、部品Ｄの慣性モーメントに応じて、実装する部品Ｄが第１カテゴリーに属するか第２カテゴリーに属するか識別していたが、これに限らない。部品Ｄの慣性モーメントに応じて、実装する部品Ｄを３種類以上のカテゴリーに分類してもよい。ゲイン制御部３５は、各カテゴリーに対応する制御ゲインを設定してもよい。

（２）上述の実施の形態１において、実装する部品Ｄが第１カテゴリーに属するか第２カテゴリーに属するかを識別する識別情報は部品データ３１ａに含まれていたがこれに限らない。部品識別部３４が、部品供給部４から供給される最初の部品Ｄに対して回転動作を行い、その位置プロットの変動から部品Ｄが第１カテゴリーに属するか第２カテゴリーに属するかを分類してもよい。

なお、上述した様々な実施の形態及び変形例のうちの任意の実施の形態あるいは変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本開示に係る部品実装装置は、吸着した部品を回転させて基板に実装する部品実装装置に適用可能である。

１部品実装装置
１ａ基台
２基板搬送機構
３基板
４部品供給部
５テープフィーダ
６Ｙ軸テーブル
７ビーム
８実装ヘッド
８ａノズルユニット
８ｂノズル機構部
８ｃノズル軸
８ｄノズル昇降機構
８ｅ昇降駆動部
８ｆ真空吸引路
８ｇノズル回転機構
８ｈ回転駆動部
８ｋ回転駆動量検出部
９ノズル保持部
９ａ接続孔
１０ノズル
１１実装ヘッド移動機構
１２ヘッドカメラ
１３部品認識カメラ
１５タッチパネル
１６台車
１７キャリアテープ
１８リール
１９ノズル本体
２０ノズル本体保持部
２０ａつば部
２０ｂ嵌合孔
２０ｃ長孔
２１基端部
２１ａ上部吸引孔
２１ｂバネ座部
２２下端部
２２ａ部品吸着面
２２ｂ下部吸引孔
２３バネ
２４ピン
２５負圧発生源
３０制御部
３１記憶部
３１ａ部品データ
３１ｂ実装データ
３１ｃゲインデータ
３３実装制御部
３４部品識別部
３５ゲイン制御部
３７回転加速度設定部
Ｄ部品
Ｐ１初期位置
Ｐ２目標位置

Claims

部品をノズルで保持し、前記ノズルのノズル軸を回転して基板に搬送する部品実装装置において、
前記ノズル軸の回転量の指令値を指令する実装制御部と、
前記部品の回転状態に応じてフィードバック制御する制御ゲインを設定し、前記指令値を前記制御ゲインにより修正した修正指令値を出力するゲイン制御部と、
前記修正指令値に基づいて前記ノズル軸を回転駆動する回転駆動部と、を備え、
前記ゲイン制御部は、
前記回転駆動部が前記ノズル軸の回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、
前記実装制御部が出力する前記指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、前記ゲイン制御部は前記制御ゲインを前記第１ゲインから前記第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する、
部品実装装置。
前記部品の重量およびサイズに関連づけられた部品情報を基に、前記部品が第１カテゴリーの部品であるか否かを識別する部品識別部を備え、
前記部品識別部によって前記部品が第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、前記ゲイン制御部は、
前記回転駆動部が前記ノズル軸の回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、
前記実装制御部が出力する前記指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後に、前記ゲイン制御部は前記制御ゲインを前記第１ゲインから前記第１ゲインよりも小さい第２ゲインに設定する、
請求項１に記載の部品実装装置。
前記第１カテゴリーの部品は、慣性モーメントが予め定められた第２閾値以上の部品である、
請求項２に記載の部品実装装置。
前記部品識別部によって前記部品が第１カテゴリーの部品でないと識別された場合に、
前記ゲイン制御部は、
前記回転駆動部が前記ノズル軸の回転駆動を開始する際の制御ゲインを第１ゲインに設定し、
前記実装制御部が出力する前記指令値の大きさがゼロまたは予め定められた第１閾値以下になった後も、前記制御ゲインは前記第１ゲインのままである、
請求項２または３に記載の部品実装装置。
前記回転駆動部が前記ノズル軸を回転駆動する加速度を設定する回転加速度設定部を備え、
前記回転加速度設定部は、
前記部品識別部によって、前記部品が第１カテゴリーの部品でないと識別された場合に、前記ノズル軸の回転駆動の加速度を第１加速度に設定し、
前記部品が第１カテゴリーの部品であると識別された場合に、前記ノズル軸の回転駆動の加速度を前記第１加速度よりも小さい第２加速度に設定する、
請求項２から４のいずれか１つに記載の部品実装装置。