JP2005235803A

JP2005235803A - 部品供給装置および部品供給方法

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Publication number: JP2005235803A
Application number: JP2004039231A
Authority: JP
Inventors: Kunio Oe; 大江邦夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】平面座標方向に移動可能な座標型装着ロボットに装着ヘッドを搭載した部品装着装置において、限定されたスペースの中ですこしでも多くの部品供給フィーダを配置可能にすることで部品装着装置の運用効率を高めること。
【解決手段】部品供給フィーダを搭載するフィーダーテーブルを上下方向に複数段配置し、その複数のフィーダーテーブルを昇降移動させ位置決めすることで多品種の部品供給フィーダを配列し、回路基板への部品装着効率を高める。
【選択図】図３

Description

本発明は主として電子部品装着機における部品供給装置ならびに部品供給方法に関するものである。

従来の電子部品装着機における汎用用途の部品供給装置は、一つまたは複数の装着ヘッドを搭載してプリント回路基板に対して平行な面の方向に対して任意移動可能とするガントリータイプの座標ロボットを利用することが多い。一般に電子部品を吸着する場合と、次に回路基板に対して装着動作を行う場合に重量の大きい装着ヘッド全体を上下に移動させることは、軽量かつ微小な電子部品を移動させ位置決めさせるたびに頻繁に上下移動を繰り返すことは効率が悪い。動力効率を上げ、電子部品当たりの装着タイムを小さくするには慣性負荷の出来だけ小さい部品吸着ノズルとノズルを保持するための周辺部品のみを上下させることが効率的であることは言うまでもない。こうした従来技術の一例として装置構成の概要を図４に図示する。電子部品吸着ノズル３０は前記の吸着ノズル３０と一体的に連結される部品とともに上下方向矢印３５ｄの方向に昇降する。部品装着ヘッド２７ｄは矢印２６ｄでしめすＹ方向と、矢印を図示しないＸ方向の範囲に水平移動が可能である。部品吸着ノズル３０は部品供給フィーダ６ｃ、あるいは６ｄから電子部品を吸着した後、Ｚ方向に上昇したのち、Ｘ、Ｙ方向に水平移動して装着位置を補正しつつ回路基板４０上に装着するのである。供給フィーダ６ｃ、６ｄは本図４においては部品の梱包はキャリアテープリールの場合を図示したが、一般にはバラ積み部品を整列するバルクフィーダの場合（図示しない）やワッフルトレーに配列されたトレーフィーダ（図示しない）の場合などであっても良いのである。なお、類似先行技術発明の引例として（特許文献１〜４）を示す。また、本件の特許請求の範囲（請求項１〜５）においては部品供給装置とその方法を開示した。先行発明の引例とした特許文献は、部品装着装置とその方法に関わる発明ながら、引例特許文献の装着ヘッド構成は固定インデックスタイプであって、また、その部品供給装置は水平移動式であることが特徴である。対して本件出願発明は、引例特許文献の構成とは大きく異なり、装着ヘッドはガントリー式ロボットに積載されて水平移動式させる構成であり、また、その部品供給装置は水平方向に固定であって、従来の高速装着装置とはその構成と形態において大きく異なるものである。

特開平７−１２５８３６号広報特開２００３−２４３８８３号広報特公平７−７５８０８号広報特許第２５６３４９５号広報

前記背景技術において説明したように、一台の装着装置内でＸＹ方向の水平面範囲で回路基板を固定位置決めし、同じく水平面範囲で電子部品供給装置を一セットまたは複数セット配置し、部品供給装置の各スロットに配置された部品供給フィーダから電子部品を吸着し、前記の回路基板に装着することは周知技術である。ところが近年の電子機器に用いられる回路基板は軽薄短小化だけでなく、様々な用途の機能が合体するとともに高度に進化してきている。このため回路基板に装着される電子部品の種類と数も多くなり、また、ニーズの多様化によって機種変更の要求も多いのである。限られたフロアスペースの中で生産効率の高い部品実装ラインを構築するためには、装着装置の一工程当たり生産性を高くすることは当然である。しかし、前記のように装着部品の種類が増加し、一連の装着プログラムで装着可能な部品種類が、一台の装着装置の配置可能スロット数の範囲を超える場合は、単に装着ヘッドの機能を向上させあるいは移動速度を向上させるだけでは、高い生産性を確保することはできないのである。

以上のような問題の解決策として、部品種類の配置可能数量を高めるためとして、部品供給フィーダ当たりの占有面積を極限まで小さくするという方法がとられてきている。電子部品の包装形態がキャリアテープの場合では、理論的にはキャリアテープの幅と同一の寸法まではテープフィーダの占有面積を小さくできる。しかし、この場合、市場に流通しているキャリアテープのテープリールと前記テープリールを支持する部材の大きさが障害となる。この対策の一方法としてキャリアテープフィーダのリールホルダのみを上下二段に配置するという方法も従来採用されていた。しかしこの方法であっても、部品供給フィーダ当たりの占有する幅寸法がやや小さくなるだけであり、回路基板の機種変更や、部品供給装置あるいは部品供給フィーダの交換、あるいは部品の補充などの問題の根本的な解決までには至らなかったのである。

本発明は一台の装着装置における部品供給装置を上下方向に複数段配置し、前記複数段に配置された部品供給装置を上下方向に昇降させることで、複数段の部品供給フィーダ群からの部品供給を可能とし、回路基板と部品供給装置を単一平面内にのみ配置されていた従来の場合と比較しても極めて多種類の部品を配列することができる。このことは単に一台あたりの装着装置の部品種類を多く扱うことができるのみならず、部品の補給や装着プログラム変更にも迅速に対処できるために一台あたりの部品装着装置の生産性を飛躍的に向上させることができるのである。また、本発明のレイアウトをインラインに連結された複数台の装着装置において適切に運用すればその効果は計り知れない。

装着装置内での部品供給装置を上下に複数段設置し、昇降位置決めすることと、この複数の電子部品供給装置を回路基板に応じて最適な装着プログラムを選択運用し、また稼動状況に応じて部品供給フィーダを選択し、そのメンテナンスと管理および部品補充を実施することで部品装着装置の生産性を飛躍的に高める。

図１は部品吸着ノズル３０に吸着された電子部品３１ａを回路基板４０上に装着する装置をしめすものである。部品供給装置６ａ、６ｂは上下二段式とし、これら二段の部品供給装置６ａ、６ｂを連結部材１３ａ、１３ｂにより連結されている。前記二段式部品供給装置６ａ、６ｂはサーボモータ８ａ、変速装置９、駆動用ボールネジ１０ａ、ボールネジナット１２により一括して昇降される。前記部品供給装置６ａ、６ｂを積載するデバイスプレート１４ａ、１４ｂは前記連結部材１３ａ、１３ｂにより連結され、部品供給フィーダ３ａ、３ｂはデバイスプレート１４ａ、１４ｂ上に形成されたフィーダ積載用のスロットに設置される。電子部品３１ａが梱包されているテープリール２ａ、２ｂは部品供給フィーダ３ａ、３ｂのリールホルダー（図示しない）に脱着自在にセットされる。フィーダの一部部材７ａ、７ｂはトップテープの巻き取り収納ボックスである。電子部品が取り出されて空となったキャリアテープは空テープカッター４ａ、４ｂによって切断され、前記切断されたキャリアテープの空テープのくずは収納ボックス５０ａに収納される。部材１ａは部品供給装置６ａ、６ｂを昇降させるための装置の一部部材であり、架台５１と一体的に締結され部品供給装置のフレームを構成している。電子部品供給装置６ａ、６ｂを矢印５ａの方向に従って、昇降駆動用サーボモータ８ａを駆動させることで、部品供給フィータ３ａ、３ｂは昇降され、昇降ストローク矢印５ａの下降端では部品供給フィーダ３ｂは部品供給フィーダ３ｃの点線で図示した位置に移動させられるのである。この位置は主として部品供給フィーダ群の待機位置であり、部品補充や部品供給フィーダのメンテナンスエリアとして有用である。

前記の説明では装着ヘッド２７ａ全体は上下方向に移動する必要はない。部品供給装置６ａ、６ｂの昇降移動によって、二種類の部品供給フィーダ群より部品吸着ノズル３０の昇降のみにより、電子部品３１ａを取り出すことが可能であるからである。もちろん部品供給装置６ａ、６ｂの上下方向の占有スペースを極力小さくして、３段階、あるいは４段階の部品供給装置を構成することも可能であることは言うまでも無い。なおハンドル５９は部品供給装置全体を簡便に一括交換する目的のものであり、キャスタ５５、ガイドプレート５７、により構成される。本図１の例では部品装着ヘッド２７ａはロータリー式インデックス装着ヘッドの例を示す。前記の複数の部品吸着ノズル３０は複数のノズルホルダ３３ａによって支持され、インデックス軸を中心として同心円状に配置される。これらは旋回用モータ２２により、所定の方向に間欠回転させられる。部品吸着ノズル３０を昇降させるためのモータ２０、２１は電子部品をフィーダより取り出す位置と、取り出した電子部品を回路基板４０の上に装着する位置において、部材２３によって矢印３５ａの方向に昇降される。部材２３と部品吸着ノズル３０、部品吸着ノズルのノズルホルダ３３ａとともに装着ノズルスロット３５ａを構成し、このノズルスロット３５ａの配置と数は生産性の良否に大きな影響を与える。また、本発明の実施例においては、ノズルスロット３５ａの上下方向における占有寸法が大切である。図１、図２、図３での実施例ではノズルスロットの上下方向の占有寸法に対して特定の制限を設けない例を示した。しかし、このノズルスロット３５ａの上下方向占有寸法を小さくすることにより、上下に配置される複数段の部品供給装置６ａ、６ｂは水平方向のセット位置を同一（図３に表示の寸法Ｄ＝０にできる）にできることはいうまでもない。

同じく図１において、部品吸着ノズル３０により電子部品を吸着された電子部品を撮像するカメラ（図示しない）により電子部品の姿勢を認識し装着位置を演算補正しつつ装着ヘッド２７ａは矢印２６ａ、つまりＹ方向２６ｃ、Ｘ方向（図示しない）へ移動する。リニアガイド２９、ガイドフレーム２８ａはＸ方向へ装着ヘッド２７ａを移動させるための部材であり、ガイドフレーム２４ａは同じくＹ方向への移動用ガイドフレームである。ここではリニアガイドや駆動装置は図示を省略する。回路基板４０は一般には回路基板搬送装置（図示しない）によって自動搬送される。回路基板４０は所定の位置に到着した場合には回路基板の到着センサー（図示しない）をトリガーとして、回路基板の位置決めが実施される。部材４４はバックアッププレート４５の上に一般には回路基板の状況に応じて複数本設置され、回路基板４０の平坦度を是正し、電子部品３１ａの装着精度を向上させる。部材４１はバックアッププレート４５の昇降を精度よく動作するためのガイドバーである。モータ４２はバックアッププレート４５の昇降駆動機器であり、場合によればエアシリンダであっても良い。ここで説明した回路基板バックアップ装置４３は一般に装着装置の本体フレーム５２に設置される。また、本体フレーム５２はベースプレート５３に積載されて、複数の装着装置やあるいは、生産ライン全体の平坦度を確保するためにレベリング５８を設ける。

図２は図３の装置構成について斜め上方から俯瞰した斜視図である。図３に示す部品供給装置６ａ、６ｂは図１と同一配置である。装置の構成で異なるところは上下二段の部品供給装置６ａ、６ｂが積載されているデバイスプレート１４ａ、１４ｂ（図１記載）を連結する部材１３ｂにおいて、図１の場合は傾斜配置しているが図３の場合は鉛直配置である。この違いは装着ヘッド２７のＹ方向の移動距離矢印２６ａ、２６ｂ、２６ｃに差異として現れる。図１の場合では部品供給装置６ａ、６ｂの部品吸着位置は矢印５ａの方向に移動しても変化はない。したがって装着ヘッド２７ａはＹ方向に常に同じ位置で部品を吸着することができる。図３の場合では、部品供給装置６ａ、と６ｂの部品吸着位置が矢印５ｃの方向に移動した場合、装着ヘッド２７ｃから見た場合、部品吸着位置は上下二段の部品フィーダ群のＹ方向のすれ量Ｄ分だけ矢印２６ｃ方向に修正移動が必要である。なお、図３では前記の部品供給装置６ａ、６ｂを上下に昇降するための駆動はサーボモータ８ｄとボールネジ１０ｃがこれを担う。なお、Ｘ軸方向への移動を可能とするＸ軸フレーム２８ｃはＹ軸方向に移動可能とするＹ軸フレーム２４ｃに移動可能となるように積載されている。なお、このＸＹロボットの構成は一般的な平面移動座標ロボットの構成であって、発明の主題ではないので、ここでは詳細説明を省く。

前記のように図２における部品供給装置６ａ、６ｂは上下二段にて構成され、これら二段の部品供給装置６ａ、６ｂは一体的に締結構成され、ボールねじ１０ｂ、１０ｃとサーボモータ８ｂ、８ｃとにより昇降される。本図２では昇降駆動系をツインモータで構成したが、部品供給装置６ａ、６ｂの全幅が大きくない場合では、昇降駆動系はシングルモータでも良いことはいうまでもない。電子部品がテーピングされたリール２ａ、２ｂは部品供給フィーダ３ａ、３ｂ（図１に図示する）に装填される。前記の部品供給フィーダ３ａ、３ｂは図２において上段の部品供給装置６ａの上面を矢印６２ａの方向にスライドさせつつ交換が可能である。同じく下段の部品供給装置６ｂの上面を矢印６２ｂの方向にスライドさせつつ交換が可能である。もちろんこれらの部品供給フィーダ３ａ、３ｂは個別であっても複数であっても交換台車（図示しない）によってオペレータの便宜を図ることは可能である。部材１ｂは部品供給装置６ａ、６ｂの昇降装置を構成するフレーム部材である。電子部品が取り出されて切断された空テープはボックス５０ｂに投入される。図２における部品装着ヘッド２７ｂは図１の装着ヘッド２７ａがロータリー式に対して、直列かつ等間隔に配列されるタイプを図示する。この配列方法は主として汎用装着装置に多く適用される。図２での複数の直列配置の装着ヘッド２６ｂ群は一括して、Ｙ方向の矢印２６ａ、Ｘ方向の矢印２６ｂに移動可能である。部材２８ｂ、部材２４ｂはそれぞれＸＹ方向座標ロボットの構成部材である。画像取り込み用カメラ装置６０は回路基板の基準マークを撮像し画像処理することで回路基板に対して装着すべき電子部品の位置を補正装着するのである。

前記実施例１にて説明した上下二段配置の部品供給装置において、前記の上下二段の部品配列を上下同一とし、いずれか一方の部品供給装置配列を主スロットとし、もう一方の部品配列を予備スロットとすることで、一方の部品供給装置のどれかのスロットの部品が欠品となった場合や、不測のトラブルが発生した場合には直ちにもう一方の部品供給装置に切り替えることで、欠品などによるロスタイムを最小にすることができる。本部品配列の方法について図５においてその概要を図示する。図５では上段の部品供給配列Ｃ１〜Ｌ１と下段のＣ１〜Ｌ１までは同一である。

前記実施例１にて説明した上下二段配置の部品供給装置において、前記の上下二段の部品配列を、あたかも連続した一連の部品装着プログラムを実行するための部品配列として扱うこと、つまり上下二段配列を単に一段としてみなすように配列することで、一連の装着プログラムの装着部品種類を多くすることができる。この方法によれば一台の装着装置で必要となる部品種が多い場合にも一台の部品装着装置で処理することができるのである。本部品配列の方法については図６においてその概要を図示する。図６の配列では上段部品配列Ｃ１〜Ｒ２と、下段部品配列Ｌ２〜Ｒ３までが全て一連のシーケンスプログラムとして扱うのである。

前記実施例１にて説明した上下二段配置の部品供給装置において、電子部品種類の配列を、まったく異なる二種類の回路基板対応とすることができる。従来のガントリータイプ装着装置での回路基板種の変更の場合では、次に必要となる部品供給装置をあらかじめ機外でセットしておき、オペレータによって交換するという作業が必要であった。しかし、本図７に図示するように、上段部品配列Ｃ１〜Ｌ１と、下段部品配列Ｃ１１〜Ｌ１１はまったく異なる部品配列であって、回路基板機種変更にともなう部品供給スロットの自動切り替えを瞬時に実施できるのである。

部品装着装置における複数段部品供給装置の基本構成を示す説明図である。（実施例１）複数の装着ヘッドを備えた二段式部品供給装置を配置した実施例の斜視説明図である。（実施例１）二段式部品供給装置と装着ヘッドの位置関係を示す実施例の説明図である。（実施例１）従来の部品実装装置を示す実施例の説明図である。二段式部品供給装置における上段と下段のマルチモード部品種類配列例を示す（実施例２）二段式部品供給装置における上段と下段のジョイントモード部品種類配列例を示す（実施例３）二段式部品供給装置における上段と下段のチェンジモード部品種類配列例を示す。（実施例４）

符号の説明

２テープリール
３部品供給フィーダ
４空テープカッター
６部品供給装置
７トップテープ剥離収納ボックス
８部品供給装置昇降駆動用サーボモータ
１０部品供給装置昇降駆動用ボールネジ
１４デバイスプレート
２４Ｙ方向軸ロボットフレーム
２７装着ヘッド
２８Ｘ方向軸ロボットフレーム
３０部品吸着ノズル
３１電子部品
３３ノズルホルダ
３５ノズルスロット
４０回路基板
５０空テープボックス
６２部品画像取り込みカメラユニット

Claims

回路基板に部品を装着する部品装着装置において、複数の部品供給フィーダーを備えた部品供給装置を上下方向に複数台設置し、前記の複数台の部品供給装置を上下方向に昇降移動させ位置決めすることにより、立体的な部品配置をすることで、平面的な部品配置と比較して多種類の部品を配列できることを特徴とする部品供給装置。
回路基板に部品を装着する部品装着装置の装着ヘッドは回路基板の平行方向に任意の位置に移動可能とする平面座標ロボットに搭載されるものであって、部品供給装置は上下二段に設置されるとともに、前記の上下二段の部品供給装置は互いに連結されつつ一体的に上下方向に昇降移動させ、位置決めすることを特徴とする請求項１記載の部品供給装置。
前記の上下二段に配置された部品供給装置において、上下二段の各々の部品供給装置に配置された部品種が同一の部品種配列であって、一方の部品供給装置の部品供給が何らかの理由により供給不能となった場合、もう一方の部品供給装置から部品供給することで、部品装着装置の停止時間を少なくすることを特徴とする前記請求項１または２記載の部品供給方法。
前記の上下二段に配置された部品供給装置において、上下二段の各々の部品供給装置の全ての部品供給スロットを使用して、一連の装着プログラムが実行できるように部品を配列することで一台の装着装置ながら、多品種の部品供給を実施可能とすることを特徴とする請求項２記載の部品供給方法。
前記の上下二段に配置された部品供給装置において、上下二段の各々の部品供給装置のそれぞれが異なる回路基板種類に対応する部品配列とし、回路基板の機種変更に対応して迅速に装着対象部品種の変更切り替えができるようにしたことを特徴とする請求項２記載の部品供給方法。