部件安装机的部件支撑头及部件安装方法
技术领域
实施例涉及一种部件安装机的部件支撑头及部件安装方法,具体而言,涉及一种将IC芯片等部件(电子部件)安装(贴装)到基板上的部件安装机的具备用于支撑部件的吸嘴的部件支撑头及部件安装方法。
背景技术
一般来说,部件安装机构成为:使部件支撑头向部件供应部的上方移动,并在此处使部件支撑头所具备的用于支撑部件的吸嘴执行下降/上升动作(升降动作),以在吸嘴的下端部真空吸附部件并将其拾取,之后使部件支撑头向基板的上方移动,并在此处重新使吸嘴执行下降/上升动作而把部件贴装到基板上的预定的坐标位置上。
另外,作为部件支撑头的代表形式,众所周知有一种旋转头式部件支撑头(例如,日本授权专利第1998-284889号)。旋转头式部件支撑头具备圆柱或圆筒状的旋转头,其可沿竖直轴周围的R方向旋转地安装于头主体。旋转头沿着其圆周方向布置有多个主轴,各主轴的下端安装有吸嘴。
据此,在旋转头式部件支撑头在主轴的下端安装有吸嘴,这作为一个单元沿着旋转头的圆周方向安装有多个。还有,在拾取或贴装部件时,沿R方向旋转旋转头而使选到的特定主轴下降,并使安装于上述主轴的下端的吸嘴下降而使其接触到部件上,或把支撑于吸嘴的部件接触到基板上。
另外,旋转头式部件支撑头会存在如下的情况:为了把吸嘴接触到部件或者把支撑于吸嘴的部件接触到基板而向Z方向下降主轴时,为缩短单位工时(tact time)而同时执行主轴的Z方向下降动作和旋转头的R方向旋转动作。当然,在旋转头的R方向旋转动作结束后通过控制使吸嘴与部件或基板接触,但是最近由于进一步要求缩短单位工时,从旋转头的R方向旋转结束到吸嘴与部件或基板接触为止所需的时间,例如缩短到了数毫秒的水准。
在这种情况下,对旋转头式部件支撑头的部件拾取或贴装位置精确度的降低原因进行了检讨,其结果查明到:如果旋转头沿R方向旋转,则主轴单元的位置精确度会根据其旋转动作而降低,而这是拾取或贴装部件时位置精确度降低的一个因素。即,主轴单元由多个部件构成,主轴单元内存在机构性间隔,当旋转头沿R方向旋转时,在主轴单元内沿R方向产生应力,而且产生的应力会有变化。根据这种应力变化和主轴单元内的机构之间的间隔,主轴单元的位置精确度会降低,结果会降低拾取或贴装部件的位置精确度。
图9a及图9b是示例性地表示以往的部件安装机中由旋转头的旋转动作而导致的主轴单元位置精确度降低的因素的概念图。
例如,如图9a所示,主轴31由两个主轴构件连接而形成的情况下,根据旋转头的R方向旋转而在主轴单元内产生沿R方向的应力时,如图9b所示,主轴31在两个主轴构件的连接部分上弯曲而导致主轴单元的位置精确度降低。
这种主轴单元的位置精确度的降低,即位置脱离现象在旋转头的R方向旋转动作结束后会向复原方向恢复,但是如上述的情况那样,从旋转头的R 方向旋转动作结束到吸嘴接触到部件为止的时间较短时,吸嘴在主轴单元的位置脱离尚未复原的状态下就会与部件接触。另外,即使从旋转头的R方向旋转动作结束到吸嘴与部件接触为止的时间较长,只要因主轴的Z方向升降时的加速度(升降加速度)而在主轴单元内发生Z方向的应力变化,则这会妨害复原而可能在复原前就与部件接触。另外,这种Z方向的应力变化越大,主轴单元的复原越难,因此在现有技术中,有必要对主轴的升降加速度的绝对值(以下只称为“升降加速度”)设定上限。
据此,为把吸嘴接触到部件上而使主轴向Z方向下降时,在同时完成主轴的Z方向下降动作和旋转头的R方向旋转动作的旋转头式部件支撑头中,由于因R方向的旋转动作及Z方向的下降动作而生成的应力变化,拾取或贴装部件的位置精确度会下降。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本公开专利公报第1998-284889号(1998.06.02)
发明内容
实施例所要解决的课题在于对于旋转头式部件支撑头提高部件拾取或贴装的位置精确度。
根据实施例的部件安装机的部件支撑头包括:旋转头,被安装成能够以头主体的中心轴为中心沿着R方向旋转;多个主轴,沿着旋转头的圆周方向布置;吸嘴,安装在各个主轴的下端而支撑部件,其中,通过使主轴沿着朝向主轴的长度方向的Z方向下降,从而使安装在下降的主轴的下端的吸嘴与部接触,由此拾取或安装部件,而且,在为了使吸嘴与部件接触或者使吸嘴所支撑的部件与基板接触而使主轴沿着Z方向下降时,主轴的Z方向下降动作和旋转头的R方向旋转动作同时进行。其中,在使吸嘴与部件接触或者使吸嘴所支撑的部件与基板接触的工作中,在旋转头的R方向旋转动作结束后将主轴的Z方向下降速度变更为恒定速度,并在将主轴的Z方向下降速度维持为恒定速度的状态下,使吸嘴与部件接触或使吸嘴所支撑的部件与基板接触。
即,本实施例中,在使吸嘴与部件接触的工作中,在旋转头的R方向旋转动作结束后,使主轴的Z方向下降速度变为恒定速度(即,使升降加速度设为0),从而可使因旋转头的R方向旋转动作而产生于主轴单元内的应力变化变为0或恒定。据此,因应力变化而产生的主轴单元内的机构性间隔变化会变回原来的状态而复原,因此可以提高主轴单元的位置精确度。而且,通过以恒定速度(升降加速度为0)直接将喷嘴接触到部件或者将吸嘴所支撑的部件接触到基板,可提高部件的拾取或贴装的位置精确度。
各个主轴能够以主轴的长度方向为中心沿着T方向旋转,在使吸嘴与部件接触或使吸嘴所支撑的部件与基板接触的动作中,可在旋转头的R方向旋转动作及主轴的T方向旋转动作结束后将主轴的Z方向下降速度变更为恒定速度,并可在将主轴的Z方向下降速度维持恒定速度的状态下,使吸嘴与部件接触或使吸嘴所支撑的部件与基板接触。
主轴沿着Z方向升降的加速度可以改变。
根据本发明的部件安装机的部件支撑头还包括布置在所述吸嘴的斜上方的光纤传感器,所述光纤传感器包括发光部和受光部以及传感器部。所述发光部向所述吸嘴的外周上表面的反射面发光,所述受光部以反射光形式接收所述光,所述传感器部检测所述受光部所接收的受光量,当受光量减少到预定量以下时,判断为所述吸嘴与所述部件接触或者所述吸嘴所支撑的所述部件与所述基板接触。
所述吸嘴通过螺旋弹簧安装于各个所述主轴的下端。
此外,根据本发明的部件安装方法,该方法适用于具备部件支撑头的部件安装机,所述部件支撑头包括:旋转头,被安装成能够以头主体的中心轴为中心沿着R方向旋转;多个主轴,沿着所述旋转头的圆周方向布置;吸嘴,安装在各个所述主轴的下端而支撑部件,所述部件安装方法包括如下步骤:使主轴沿着朝向所述主轴的长度方向的Z方向下降,同时使所述旋转头以头主体的中心轴为中心沿着R方向旋转;在旋转头的R方向旋转动作结束后将所述主轴的Z方向下降速度变更为恒定速度;在将所述主轴的Z方向下降速度维持为恒定速度的状态下,使所述吸嘴与所述部件接触或使所述吸嘴所支撑的所述部件与基板接触。
并且,各个所述主轴能够以所述主轴的所述长度方向为中心沿着T方向旋转。所述部件安装方法还包括步骤:在所述旋转头的R方向旋转动作及所述主轴的T方向旋转动作结束后将所述主轴的Z方向下降速度变更为恒定速度,并在将所述主轴的Z方向下降速度维持为恒定速度的状态下,使所述吸嘴与所述部件接触或使所述吸嘴所支撑的所述部件与所述基板接触。
并且,所述主轴的Z方向的升降加速度是可变的。
在此,在使吸嘴接触到部件或使吸嘴的部件接触到基板之前,把主轴的下降速度变为恒定速度(升降加速度为0),因此,与没有把升降加速度变为 0而直接使吸嘴与部件接触或把部件与基板接触的现有技术相比,被认为会延长单位工时(工程时间)。但是在现有技术中,例如图9b所述,如果要尽可能地复原变形的主轴单元,则有必要为减少上述的Z方向的应力变化而减小主轴的升降加速度,然而在本实施例中,如上所述地,在把吸嘴接触到部件或者把吸嘴所支撑的部件接触到基板之前把主轴的下降速度变为恒定速度,从而可在此恒定速度(升降加速度为0)期间内复原主轴单元,因此可以提高将主轴下降速度变为恒定速度之前的主轴的升降加速度。据此,既可以实现与现有技术同等的单位工时,也可以与现有技术相比而缩短单位工时。
据此,可以适宜地设定变为恒定速度前的主轴的升降加速度,因此主轴的升降加速度可以改变。
另外,与将主轴的下降速度变为恒定速度的工作相关,以吸嘴与部件接触的动作为中心进行了说明,然而,不仅可以适用于在部件的拾取工程中吸嘴的下端部与部件的上表面接触的动作,而且还可以适用于部件的贴装工程中支撑于吸嘴下端部的部件与基板上表面接触的动作。另外,吸嘴的‘接触’一词也可以用“落地”一词替换。
根据与如上所述的实施例相关的部件安装机的部件支撑头,为了使吸嘴与部件接触或使支撑于吸嘴的部件与基板接触而使主轴沿着Z方向下降时,吸嘴的Z方向下降动作和旋转头的R方向旋转动作同时进行,其可以提高部件的拾取或贴装的位置精确度。另外,相比于现有技术,可确保部件的拾取或贴装的位置精确度的同时提高主轴的升降加速度,因此可以缩短单位工时。
附图说明
图1是表示根据一实施例的部件安装机的部件支撑头的整体构成的立体图。
图2是表示在图1的部件支撑头中沿着Z方向升降主轴(吸嘴)的动作的说明图。
图3是表示沿着Z方向升降图2的主轴(吸嘴)的升降部周围的构成的说明图。
图4a及图4b表示根据图2所图示的升降部而使主轴(吸嘴)下降时的状态,图4a表示主轴(吸嘴)位于初始位置的状态,图4b表示使主轴(吸嘴)下降的状态。
图5是放大表示安装在主轴下端的吸嘴部分的截面的立体图。
图6是概略地表示吸嘴与部件接触时的光纤传感器的受光量变化的图。
图7是概念性地表示图1的部件支撑头的动作的图。
图8是概念性地表示图1的部件支撑头的吸嘴的下降情形(profile)的变形的图。
图9a及图9b是示例性地表示在以往的部件安装机中,因旋转头的旋转动作而引起的主轴单元的位置精确度降低的因素的概念图。
具体实施方式
以下,通过附图的实施例,详细地说明根据实施例的部件安装机的部件支撑头的构成和作用。
图1是表示根据一实施例的部件安装机的部件支撑头的全部构成的立体图。
根据图1所表示的实施例的部件安装机的部件支撑头10是旋转头式部件支撑头,其中,大致圆柱形态的旋转头30可沿以头主体20的中心轴为中心的R方向旋转地安装于头主体20。此旋转头30沿着周长方向以等间隔布置有多个主轴31,各主轴31的下端安装有用于吸附并支撑部件的吸嘴32。如图2所示,主轴31由多个部件构成,且与吸嘴32一起构成主轴单元,而该主轴单元安装于旋转头30。
旋转头30根据设置在头主体20的R伺服电机(servo motor)21的驱动而沿着R方向旋转。另外,各主轴31根据设置在头主体20的T伺服电机22 的驱动而以主轴31的长度方向(主轴的轴方向)为中心沿着T方向旋转。另外,头主体20布置有用于使位于特定位置的主轴31a沿着长度方向朝Z方向升降的Z伺服电机23。根据R伺服电机21的驱动而使旋转头30沿着R方向旋转的机构及根据T伺服电机22的驱动而使各主轴31沿着T方向旋转的机构都是周知的,因此将省略对其的说明。以下对根据Z伺服电机23的驱动而使主轴31a下降的机构进行说明。
图2是表示在图1的部件支撑头中沿着Z方向升降主轴(吸嘴)的动作的说明图。
布置于头主体20的Z伺服电机23的电机轴连接于滚珠螺杆机构24的螺杆轴24a,此螺杆轴24a安装有螺母24b。并且此螺母24b连接有升降部25。因此,根据Z伺服电机23的驱动,升降部25与螺母24b一起沿着Z方向移动。
升降部25在头主体20的一侧只配备了一个。在下降主轴31时,通过使主轴31相对升降部25移动来选择下降的主轴31(位于所述特定位置的主轴 31a),并通过使升降部25下降来使主轴31a及其下端的吸嘴32下降。
图3是表示使图2的主轴(吸嘴)沿着Z方向升降的升降部周围构成的说明图。
本实施例如图3所示,通过使旋转头30沿着R方向旋转来使主轴31相对升降部25而移动,而且使位于升降部25紧下方的主轴31a下降。但是,选择位于特定位置的主轴31a而使其下降的构成并不局限于此,也可以通过升降部的移动来选择需要下降的主轴。另外,可以有两个以上的特定位置。
回到图2,在连接有升降部25的螺母24b,通过连接杆26及固定地配备于头主体20的花键轴(spline shaft)27上所安装的花键螺母(spline nut)28 而连接有光纤传感器40。即,光纤传感器40与升降部25形成为一体。据此,当升降部25根据Z伺服电机23的驱动而沿着Z方向移动时,与此同步,光纤传感器40也沿着Z方向移动。在图4a及图4b上表示其移动的状态。
图4a及图4b表示通过图2所图示的升降部来下降主轴(吸嘴)时的状态。图4a表示主轴31a位于初始位置的状态,图4b表示根据升降部25而使主轴31a下降的状态。另外,主轴31根据由两个螺旋弹簧(coil spring)构成的弹性体33(参照图2)而一直受到朝向上方的初始位置的偏压(压力)。
图5是放大表示安装于主轴下端的吸嘴部分的截面的斜视图。图6是概略性地表示吸嘴与部件接触时的光纤传感器的受光量变化的图。
光纤传感器40是由发光部及受光部与光纤或镜头一起装配到同一个轴线上而形成,其构成本身是周知的。根据本实施例,如图2所示,光纤传感器40布置在吸嘴32的斜上方,所述吸嘴32通过螺旋弹簧34(弹性部件) 安装于主轴31的下端。而且光纤传感器40的发光部向图5中放大表示的吸嘴32的外周上表面的反射面32a而朝斜下方发光P。该光P在光纤传感器40 的受光部以反射光形式受光。
在此,如上所述,吸嘴32通过螺旋弹簧34安装于主轴31的下端。据此,由于主轴31的下降而位于其下端的吸嘴32与部件接触时,螺旋弹簧34被压缩,从而吸嘴32的相对于主轴31的上下方向位置会有变化。具体而言,吸嘴32朝向主轴31的下端做相对移动。
另外,从光纤传感器40的发光部发出的光P的焦点根据如图2所示的透镜40a而聚焦在吸嘴32与部件接触前的状态下的反射面32a上。据此,当吸嘴32与部件接触而改变其上下方向的位置时,反射面32a上反射的反射光的量会减少,光纤传感器40的受光部所接收的受光量也会减少(参照图6)。本实施例将在光纤传感器40的传感器部40b检测受光量的减少。而且当受光量减少了预定量时,举个具体的例子,当变成图6所示的门槛值A以下时,传感器部40b可以判断吸嘴32与部件接触,并发出接触检测信号。
之后,参照图7对本实施例的部件支撑头的动作进行说明。
图7是概念性地表示图1的部件支撑头的动作的图。图7表示向基板70 贴装部件60的贴装工序,然而部件支撑头的动作在部件拾取工程中也与此相同。
在图7中,在A时间点开始进行吸嘴32的Z方向下降动作(Z轴下降)。在向Z轴下降的初始阶段中,吸嘴32同时执行如图3所说明的T方向旋转动作(T轴旋转)及R方向旋转动作(R轴旋转)而下降。之后,光纤传感器40的传感器部40b判断作为检测对象的吸嘴32与部件接触前的、其T轴旋转及R轴旋转结束后(图7中时B时间点)的实测受光量是否在预设的允许范围内。如果B时间点的受光量在允许范围内,则光纤传感器40会基于B 时间点的受光量来及时地自动设定门槛值A,并基于该门槛值A来判断吸嘴 32是否与部件接触。图7的例中,受光量在C时间点变为门槛值A以下,因而可以判断为在此时间点上吸嘴32接触了部件。
在此,注意到图7上作为Z轴速度而表示的吸嘴升降情形,尤其注意下降情形,可以看出:在Z轴下降的初始阶段中会提高下降速度,之后渐渐降低下降速度,并在图7中作为R轴速度而表示的旋转头的R方向旋转动作(R 轴旋转)及在图7中作为T轴速度而表示的主轴的T方向旋转动作(T轴旋转)结束后,将主轴(吸嘴)的Z方向下降速度变为恒定速度(升降加速度为0)。据此,如上所述,通过旋转头的R方向旋转动作而在主轴单位内产生的机构性的间隔变化会回到原始状态而复原,因此会提高主轴单位的位置精确度。而且如图7所示,通过以恒定速度(升降加速度为0)将喷嘴32接触到部件,从可以提高部件的拾取或贴装的位置精确度。
另外,可以通过部件支撑头的控制程序来把握上述的R轴旋转及T轴旋转结束的时点,而实际上例如图7的B时间点可以基于使吸嘴32升降的Z 伺服电机23的编码器值(encoder value)来决定。另外,如图7所示的吸嘴的升降情形(下降情形)可以通过图2所图示的控制部50控制Z伺服电机23来实现。
只要满足上述的R轴旋转及T轴旋转结束后将吸嘴的下降速度变为恒定速度(升降加速度为0)而直接把吸嘴接触到部件或把吸嘴的部件接触到基板的条件,例如可以如图8所示任意地设定吸嘴的下降情形。
图8是概念性地表示图1的部件支撑头的吸嘴的下降情形的变形的图。
与图7的下降情形相比吗,图8的(a)的下降情形是提升初始的升降加速度而急速下降的例子。根据此实施例,与图7的实施例相比可以缩短单位工时。另外,图8的(b)的下降情形是在下降动作的后半部提高升降加速度而急速降低的例。根据此实施例,可以进一步缩短单位工时。
另外,图8的(c)的下降轮廓是,阶段性地减小下降后期的升降加速度而缓慢减速的例。根据此实施例,可以减轻因吸嘴下降而产生的Z方向的应力变化的影响。除此之外存在多种变形,这对本领域技术人员来说是显而易见的。
对于以上的构成,具有部件支撑头10的部件安装机由安装于主轴31下端的吸嘴32来从部件供应部吸附并拾取部件,并移送到基板上而安装(贴装) 到印刷基板上的预定位置上。拾取部件时及贴装部件时,光纤传感器40的传感器部40b按照上述的要领,对每个吸嘴32基于所设定的门槛值A来判断吸嘴32是否与部件接触,如果检测到部件的接触,则会发出接触检测信号。这种接触检测信号向图2所图示的控制部50发送。如果控制部50接收到接触检测信号,则考虑预定的加压量而停止使升降部25下降的Z伺服电机23。据此,可以准确地控制吸嘴32的下降行程(stroke)而使吸嘴32准确地接触到部件上。另外,控制部50控制Z伺服电机23,以使喷嘴的下降速度如上所述地在R轴旋转及T轴旋转结束后以恒定速度(升降加速度为0)直接与部件接触。据此,可以提高拾取或贴装部件的位置精确度。
上述的实施例中,光纤传感器40的传感器部40b与控制部50相独立地配备,然而可以把传感器部40b的功能配置于控制部50。另外,控制部50 还可以装配在Z伺服电机23。另外,除光纤传感器40以外的反射型光传感器也可以作为接触检测传感器而使用。
另外,实施例中基于来自光纤传感器40的接触检测信号来停止了吸嘴的下降,然而还可以提前设定目标接触位置而在吸嘴到达目标接触位置时停止吸嘴的下降。即,本实施例中可以省去光纤传感器40。
对与上述的实施例对应的构成和效果进行的说明只是示例性的,本技术领域中具有通常的知识的人皆可理解能够据此实现多样的变形及其他均等的实施例。据此,本发明真正的技术保护范围应该由权利要求书记载的范围来决定。