CN101411256B

CN101411256B - 安装头以及电子零件安装装置

Info

Publication number: CN101411256B
Application number: CN2007800106108A
Authority: CN
Inventors: 金井一宪; 佐保秀浩; 高田力; 河口悟史
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-03-26
Also published as: WO2007111296A1; CN101411256A; JPWO2007111296A1; JP4208155B2; KR20080109767A; KR101318528B1; DE112007000720T5; US8240028B2; US20090056114A1

Abstract

提供一种电子零件安装装置，其中，将喷嘴机构构成为在喷嘴单元的铅直上方配置轴型线性电动机，且在轴型线性电动机的铅直上方配置线性编码器，由此实现精简化的形状。由此，可以减小各喷嘴机构的XY方向(水平方向)的占有面积，可以使相邻的喷嘴间的间距窄间距化，可以应对小型化、高集成化的基板上电子零件的安装间距的窄间距化。

Description

安装头以及电子零件安装装置

技术领域

本发明涉及电子零件的安装中使用的喷嘴机构、安装头以及电子零件安装装置。

背景技术

伴随着电子机器的小型轻量化、高功能化的进展，对于搭载在其上的基板也要求进一步的小型化、高集成化。如此在小型化、高集成化的基板中，由于安装电子零件的安装部位窄间距化，所以对于安装头也要求使喷嘴间距窄间距化。

目前，在安装头上具备的喷嘴构成为相对于基板能够上下运动以及轴旋转，在喷嘴的上部具备的电动机的旋转驱动通过滚珠丝杠或螺母等驱动传递机构被变换成喷嘴的上下运动(参考专利文献1)。

专利文献1：日本特开2002—9491号公报

但是，为了使喷嘴间距窄间距化，需要对喷嘴机构进行精简化，喷嘴机构包括伺服电动机以及将伺服电动机的旋转运动传递给喷嘴的上下运动的驱动传递机构。但是，喷嘴机构兼作将被吸附保持于喷嘴的电子零件相对于基板进行按压的荷重机构，另外，为了不使电子零件的安装的生产率下降而需要确保上下移动速度，因此在精简化上存在限度。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供与电子零件的安装间距的窄间距化对应的精简的喷嘴机构以及使喷嘴间距窄间距化了的安装头，还提供包括使喷嘴间距窄间距化了的安装头的电子零件安装装置。

为了达成上述目的，本发明以下这样构成。

根据本发明的第一方式，提供一种喷嘴机构，其包括：

机架；

喷嘴，其能够解除地吸附保持电子零件；

喷嘴单元，其在下端安装上述喷嘴并使上述喷嘴能够旋转，并被设置成相对于上述机架可以上下移动；

轴型线性电动机，其相对于上述机架被固定，使上述喷嘴单元相对于上述机架上下移动；

线性编码器，其用于检测上述喷嘴单元相对于上述机架的上下位置，

上述轴型线性电动机配置在上述喷嘴单元的铅直上方，并且上述线性编码器配置在上述轴型线性电动机的铅直上方。

根据本发明的第二方式，提供一种安装头，其将分别吸附保持在多个喷嘴上的电子零件安装在基板的多个安装部位，其中，

所述安装头包括：

机架；

多个喷嘴单元，其在下端安装上述喷嘴并使上述喷嘴能够旋转，并被设置成相对于上述机架可以上下移动；

多个轴型线性电动机，其相对于上述机架被固定，使上述各个喷嘴单元相对于上述机架独立上下移动；

多个线性编码器，其用于检测上述各个喷嘴单元相对于上述机架的上下位置，

上述各个轴型线性电动机配置在上述各个喷嘴单元的铅直上方，并且上述各个线性编码器配置在上述各个轴型线性电动机的铅直上方。

根据本发明的第三方式，提供一种电子零件安装装置，其包括安装头，该安装头能够相对于电子零件供给装置以及基板保持装置水平移动，通过多个喷嘴吸附保持在电子零件供给装置中收容的多个电子零件，在被保持于上述基板保持装置的基板上的多个安装部位安装上述各个电子零件，其中，

上述安装头包括：

机架；

根据本发明的第四方式，提供一种第三方式所述的电子零件安装装置，其中，上述各个喷嘴单元以与上述电子零件供给装置具有的多个电子零件供给用供料器的配置间隔相同的配置间隔被装配在机架上。

发明效果

根据本发明，由于能够以窄间距排列喷嘴，所以可以实现电子零件向因小型化、高集成化而窄间距化的基板上安装中所适用的喷嘴机构、安装头以及电子零件安装装置。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电子零件安装装置的整体结构图；

图2是上述实施方式的安装头的立体图；

图3是上述实施方式的喷嘴机构的侧视图以及控制系统的结构图。

具体实施方式

在继续说明本发明之前，在附图中对于相同的零件标注相同的参考符号。

以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。

最初，对于本发明的实施方式的电子零件安装装置的整体结构进行说明。图1表示本实施方式的电子零件安装装置的整体结构图，在图1中，在电子零件安装装置的成为基座的基台1上，在X方向延伸配置有进行基板2的搬运的基板搬运装置3。基板搬运装置3具有夹持基板2并对其进行保持的功能，作为将在X方向上搬运的基板2在规定的位置进行保持的基板保持装置起作用。而且，在本实施方式中，将基板2的搬运方向设为X方向，将在水平面内与其垂直的方向设为Y方向，将与X方向和Y方向垂直的铅直方向设为Z方向。

在基板搬运装置3的Y方向上的两侧方并排设有作为电子零件供给用供料器的一个例子的多个零件供料器(parts feeder)4。零件供料器4作为电子零件供给装置起作用，将在内部收容的多个电子零件顺次供给向供给口5。

在基台1的X方向上的两端部配置有一对Y工作台6，在该一对Y工作台6上架设有X工作台7。在X工作台7上安装有安装头8。Y工作台6以及X工作台7分别具有Y轴驱动机构6a以及X轴驱动机构7a(参考图3)，使安装头8相对于基台1相对水平移动。

图2表示本实施方式的安装头的立体图。在图2中，安装头8由托架8a安装在X工作台7上。在托架8a上安装有以规定间隔保持多个喷嘴机构9的机架20(在本实施方式中，X方向上安装有6列，在Y方向上安装有2列共计12个喷嘴机构)。在各喷嘴机构9的下端安装有喷嘴10，喷嘴10能够解除地吸附保持电子零件。在各喷嘴机构9具有用于使喷嘴10向θ方向(绕Z轴)旋转的θ旋转机构30。θ旋转机构30由通过卡合于与电动机31直接连结的滑轮32以及与各喷嘴10直接连结的滑轮33的时序带(timing belt)34将电动机31的驱动传递给各喷嘴10的旋转的机构构成。而且，虽然未图示，但θ旋转机构以在X方向排列的6列喷嘴机构9为一组构成，在本实施方式中，具有2组θ旋转机构。

另外，在各喷嘴机构9具备用于使喷嘴10上下移动的Z轴驱动机构40。进而，在各喷嘴机构9具备吸排气机构50，通过利用未图示的真空产生源的驱动将喷嘴10内抽真空，来吸附保持电子零件，通过进行喷嘴10内的排气，释放电子零件，进行所谓的真空破坏。如图3所示，Y轴驱动机构6a以及X轴驱动机构7a、θ旋转机构30、Z轴驱动机构40、吸排气机构50与控制部电性以及控制性地连接，基于从控制部11发送的控制指令驱动。

在图1以及图2中，在安装头8的侧部配置照相机12。照相机12作为摄像装置其作用，其与安装头8成为一体，相对于基台1在XY方向上相对水平移动，进行识别对象的拍摄。另外，在基板搬运装置3和零件供料器4之间配置有照相机13。照相机13作为摄像装置起作用，其从下方对从零件供料器4的供给口5由喷嘴10拾起的电子零件进行扫描。

图3表示本实施方式的喷嘴机构的侧视图以及控制系统的构成图。图3中，由照相机12拍摄的识别对象的图像通过控制部11中包含的图像处理区域11c进行图像处理，通过计算区域11b计算识别对象的中心和照相机12的识别原点之间的水平位置关系。在存储区域11a预先存储有照相机12的识别原点和各喷嘴10的轴中心之间的距离数据，通过计算区域11b计算安装头8的任意的喷嘴10的轴中心和识别对象的中心之间的水平位置关系。控制部11基于计算区域11b的计算结果进行Y轴驱动机构6a以及X轴驱动机构7b的驱动的控制，由此，进行任意的喷嘴10的轴中心和识别对象的中心的位置对合。而且，照相机12的识别对象在拾起时是被供给到零件供料器4的供给口5的电子零件，在安装时是在基板2的规定部位设置的位置对合用的识别标记等。

由照相机13拍摄的识别对象的图像由图像处理区域11c进行图像处理，通过计算区域11b计算识别对象的中心和照相机13的识别原点的水平位置关系。通常，照相机13的识别对象是被吸附于喷嘴10的电子零件，对安装头8进行定位，使得吸附有成为识别对象的电子零件的喷嘴10的轴中心与照相机13的识别原点在拍摄图像上重合。因此，通过计算区域11b计算的电子零件的中心和照相机13的识别原点的水平位置关系变成喷嘴10的轴中心和电子零件的中心的错位。控制部11基于计算区域11b的计算结果进行Y轴驱动机构6a以及X轴驱动机构7b的驱动的控制。由此，被喷嘴10吸附的电子零件被修正而正确地对位到安装部位。另外，在图像处理区域11c中进行电子零件的图像的图案识别，进行被吸附于喷嘴10的电子零件的姿势识别。通过计算区域11b计算被吸附于喷嘴10的电子零件的姿势和正常的安装姿势的错位。控制部11基于计算区域11b的计算结果进行θ旋转机构30的驱动的控制。由此，被吸附于喷嘴10的电子零件的姿势被修正到正常的安装姿势。

控制部11与键盘或驱动器等输入部15连接，对控制部11输入预先存储于存储区域11a中的各种数据，或对控制部11直接输入指令。进而，控制部11与输出部16连接。输出部16具有CRT或液晶面板等可视显示装置，对电子零件安装装置的动作状况进行可视显示。输出部16还具有警告装置，在装置的工作中产生不良情况时等对操作员发出错误信息。

另外，计算区域11b进行电子零件安装装置的各种计算处理。计算处理所需要的数据被预先存储在存储区域11a中。还在存储区域11a中存储控制程序，控制部11按照控制程序进行电子零件安装装置的安装动作的控制。

下面，对于本发明的实施方式的喷嘴机构进行说明。在图3中，各喷嘴机构9隔开规定的间隔被保持于机架20。各喷嘴机构9包括：在下端安装喷嘴10的喷嘴单元21；使喷嘴10相对于机架20上下移动的Z轴驱动机构40；使喷嘴10向θ方向(绕Z轴)旋转的θ旋转机构30；对喷嘴10内进行吸排气而进行电子零件的拾起以及释放的吸排气机构50；用于检测喷嘴单元21相对于机架20的上下位置的线性编码器60。

喷嘴单元21以球形花键23为主体构成，球形花键23被轴承24支承，在θ方向(绕Z轴)旋转自如。喷嘴10安装在花键轴23a的下端，并与花键轴23a向Z方向的滑动联动移动，相对于机架20上下变位。在花键轴23a的周围安装有螺旋弹簧25，螺旋弹簧25的上端被在花键轴23a的上端部形成的卡止部26卡止。螺旋弹簧25的下端例如通过卡止于滑轮33而相对于机架20被固定。如图3所示的左侧的喷嘴机构9那样，当对花键轴23a不作用有任何外力时，花键轴23a以及安装在其上的喷嘴10处于在螺旋弹簧25的弹性力的作用下被向上方施力的状态。另一方面，如图3所示的右侧的喷嘴机构那样，当作用有向下方按压花键轴23a的力时，花键轴23a以及喷嘴10克服螺旋弹簧25的弹性力向下方移动。螺旋弹簧25作为将喷嘴10相对于机架20向上方施力的施力装置起作用。

在θ旋转机构30中，滑轮33实现其壁厚的薄型化。通常，这样的滑轮采用通过从其外周侧进行紧固而固定到花键轴上的构造。但是，在本实施方式的喷嘴机构9中，由于实现滑轮33的薄型化，所以以从滑轮33的上下方向夹入滑轮33的方式进行向花键轴23a的固定。通过采用这样的固定方法，可以减小滑轮33的实质的外周端的直径，如后所述，可以有助于各个喷嘴10的配置的窄间距化。

而且，当螺旋弹簧的弹簧长度相对于弹簧卷直径变得过大时，被压缩时容易压曲，有时产生压曲了的弹簧部有时与其他部位干涉的不良情况。因此，螺旋弹簧25由垫圈29在Z方向上被分割成两段，不会增大弹簧卷直径，可以确保弹簧长度。由此，在使相邻的喷嘴机构9接近配置时，可以防止弯曲了的螺旋弹簧25相互干涉的情况。

在喷嘴单元21的铅直上方配置有构成Z轴驱动机构40的轴型线性电动机。轴型线性电动机40由相对于机架20被固定的定子41和相对于定子41在上下方向上滑动自如的动子42构成。在动子42上以规定的间隔交替配置有永久磁铁的S极以及N极，当对内置于定子41的线圈通电时，产生用于使动子42向Z方向移动的推力。在喷嘴单元21和轴型线性电动机40之间配置有作为传递装置的球形花键27，其将动子42的推力传递给花键轴23a，动子42的下端与球形花键27的花键轴27a的上端连接。

当在动子42产生朝下的推力时，与动子42连接的花键轴27a向铅直下方移动，通过连接器28对花键轴23a的上端作用按压力。当该按压力超过螺旋弹簧25的弹性力时，花键轴23a向下方移动，在花键轴23a的下端安装的喷嘴10相对于机架20向下方移动。控制部11中包含推力调整区域11d，通过调整对线圈通电的电流来调整动子42的推力，由此调整喷嘴10相对于机架20的上下位置。而且，连接器28由于抵接于支承花键轴23a的上端的轴承24而向下方按压喷嘴单元21，所以不会受到球形花键23的旋转的影响。

在轴型线性电动机40的铅直上方配置有线性编码器60。线性编码器60由可动部61和固定部62构成。可动部61在Z方向上上下移动自如地插通在机架20上设置的轴承63，并与动子42的上端连接，与动子42的上下移动联动地能够上下移动。固定部62相对于机架20被固定，可动部61与动子42的上下移动联动地能够上下移动，固定部62与可动部61的相对的上下位置变化。通过利用在固定部62设置的检测头62a检测在可动部61上设置的被检测部61a，得到电信号，在控制部11中包含的位置检测区域11e中对该电信号进行处理，由此检测出上述上下位置的变化量。由此，检测出可动部61相对于机架20的上下位置、即喷嘴10相对于机架20的上下位置。

而且，动子42被球形花键27限制向θ方向的变位，因此与动子42连接的可动部61向θ方向的变位也被限制，仅允许向Z方向的变位。因此，不管可动部61上下移动到Z方向上的哪个位置，在可动部61上设置的被检测部61a始终维持与在固定部62上设置的检测头62a相对的状态，可以检测出喷嘴10相对于机架20的上下位置。

控制部11基于喷嘴10相对于机架20的上下位置进行动子42的推力的调整。即，为了使吞吐量提高，即为了使生产率提高，要求提高喷嘴10的上下移动速度。另一方面，在通过喷嘴10吸附保持电子零件或进行安装时，需要使喷嘴10的下降速度降低，减少对电子零件或基板施加的冲击。因此，在喷嘴10的下端相对于电子零件接近到规定的位置的时刻、以及被吸附在喷嘴10上的电子零件相对于基板的安装部位接近到规定的位置的时刻，使动子42的推力下降，使喷嘴10的下降速度下降。如此，通过基于喷嘴10相对于机架20的上下位置，控制喷嘴10的上下移动速度，可以在不降低吞吐量的情况下维持安装品质。另外，喷嘴10由于被螺旋弹簧25相对于机架20被向上方施力，因此当对内置于动子42的线圈的通电中断或停止时，作用于动子42的推力变成零，仅有螺旋弹簧25的弹性力的作用，喷嘴10急剧上升。其结果是，产生在喷嘴10上吸附的电子零件落下或对各驱动系统施加冲击等不良情况。因此，在控制部11设置用于延迟对动子42的通电的切断的电路，进行控制使得从切断通电的时刻开始使动子42的推力逐渐降低。

如此本实施方式的喷嘴机构9，采用在喷嘴单元21的铅直上方配置轴型线性电动机40，且在轴型线性电动机40的铅直上方配置线性编码器60的结构，做成精简的形状。通过采用这样的结构，可以减小XY方向(水平方向)的占有面积。尤其与现有的伺服电动机和滚珠丝杠等传递机构的组合构成的喷嘴机构中检测伺服电动机的旋转角的旋转编码器相比，对铅直方向上的相对位置的变化进行检测的线性编码器可以大幅度精简。因此，与现有技术相比，可以大幅度地使各喷嘴10在X方向上的间距P1和在Y方向上的间距P2(参考图2以及图3)窄间距化。由此，可以实现以与小型化、高集成化的基板的窄间距化的安装部位相对应的间距排列了喷嘴10的安装头。

例如，现有的安装头上的各喷嘴在X方向的间距P1为21mm，相对于此，在本实施方式中，间距P1为10.5mm，可以窄间距化到现有技术的二分之一左右。在零件供料器中，一直以来以增加搭载品种数为目的而使用双供料器(以一台零件供料器在其宽度方向上配置两个供给口的供料器)，但即使使用这样的双供料器，由于无法缩窄安装头上的喷嘴间距，所以同时能够吸附的供料器的组合上存在限制。即，存在着无法从一台双供料器上的各个供给口同时吸附取出电子零件的问题。但是，在本实施方式中，由于能够缩窄喷嘴间距，所以例如可以使喷嘴间距配合于双供料器的间距。在这样的情况下，可以从一台双供料器的各个供给口同时吸附取出电子零件，可以提高电子零件的安装的生产率。

另外，在零件供料器4(参考图1)是可以同时供给两个电子零件的双供料器的情况下，可以使各喷嘴10Y方向上的间距P2对应于被供给到零件供料器4的供给口5(参考图1)的两个电子零件的Y方向上的间距，可以同时拾起两个而提高吞吐量。

进而，由于喷嘴10的上下移动直接利用线性电动机的推力，所以与现有的将旋转运动传递给直线运动的方法相比，可以直接调整喷嘴10的上下移动量，可以进行电子零件安装时的直接的荷重控制。即，在现有的安装头那样使用滚珠丝杠机构作为驱动传递机构的结构中，需要考虑螺纹槽间距的误差来调整喷嘴的上下移动的精度。相对于此，在本实施方式中，不用如现有技术那样借助驱动传递机构，而由线性电动机40直接决定上下移动量，因此通过线性编码器60的精度决定上下移动的精度。

另外，在本实施方式中，不用如现有技术那样借助驱动传递机构，利用轴型线性电动机40实现喷嘴10的直接的上下移动，因此，在喷嘴机构9中可以实现轻量化以及小型化。

根据本发明，由于能够以窄间距排列喷嘴，所以在小型化、高集成化的基板上以窄间距安装电子零件的领域有用。

而且，通过适当组合上述各种实施方式中任意的实施方式，可以起到各自具有的效果。

本发明参考附图关于优选的实施方式进行了充分的说明，但对于本领域熟悉的技术人员可以进行各种变形或修改是不言而喻的。这样的变形或修改只要不脱离附加的权利要求书限定的本发明的范围，应理解为被包含其中。

2006年3月27日申请的日本特许申请No.2006—084601号说明书、附图以及权利要求书的公布内容，作为整体参考引用在本说明书中。

Claims

1.一种安装头，其将分别吸附保持在多个喷嘴上的电子零件安装在基板的多个安装部位，

所述安装头包括：

机架；

多个喷嘴单元，在其下端安装上述喷嘴并使上述喷嘴能够旋转，并被设置成相对于上述机架可以上下移动；

多个线性编码器，其用于检测上述各个喷嘴单元相对于上述机架的上下位置；

旋转装置，其对上述各个喷嘴单元进行旋转驱动，其中，

上述各个轴型线性电动机配置在上述各个喷嘴单元的铅直上方，并且上述各个线性编码器配置在上述各个轴型线性电动机的铅直上方，

上述各个轴型线性电动机具备固定于上述机架的定子以及相对于上述定子上下运动的动子，

上述各个线性编码器具备与上述轴型线性电动机的上述动子连接的可动部以及被固定于上述机架且检测上述可动部的上下方向的位置的固定部，

所述安装头还包括限制构件，所述限制构件连结上述各个轴型线性电动机和上述各个喷嘴单元，同时将基于上述轴型线性电动机的、上下移动用的驱动力传递给上述喷嘴单元，且对伴随上述旋转装置对上述喷嘴单元的旋转驱动的、上述轴型线性电动机的上述动子的旋转方向的移动进行限制，从而限制上述线性编码器的上述可动部的旋转。

2.一种电子零件安装装置，其包括安装头，该安装头能够相对于电子零件供给装置以及基板保持装置水平移动，通过多个喷嘴吸附保持在电子零件供给装置中收容的多个电子零件，在被保持于上述基板保持装置的基板上的多个安装部位安装上述各个电子零件，

上述安装头包括：

机架；

旋转装置，其对上述各个喷嘴单元进行旋转驱动，其中，

所述电子零件安装装置还包括限制构件，所述限制构件连结上述各个轴型线性电动机和上述各个喷嘴单元，同时将基于上述轴型线性电动机的、上下移动用的驱动力传递给上述喷嘴单元，且对伴随上述旋转装置对上述喷嘴单元的旋转驱动的、上述轴型线性电动机的上述动子的旋转方向的移动进行限制，从而限制上述线性编码器的上述可动部的旋转。

3.如权利要求2所述的电子零件安装装置，其中，

上述各个喷嘴单元以与上述电子零件供给装置具有的多个电子零件供给用供料器的配置间隔相同的配置间隔被装配在机架上。