JP2006109664A - Xy robot and component-mounting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動軸が直線運動をするシャフト型リニアモータを用いたXYロボット及び、そのXYロボットを用いた部品実装装置に関するものである。 The present invention relates to an XY robot using a shaft type linear motor in which a movable shaft moves linearly, and a component mounting apparatus using the XY robot.
近年、複数の部品として電子部品が回路基板に装着されることにより形成される電子回路が内蔵される電子機器は、その小型化、高機能化、さらに低コスト化が市場より益々強く要望されている。 In recent years, there has been a strong demand from the market for electronic devices that incorporate electronic circuits formed by mounting electronic components on a circuit board as a plurality of components, for miniaturization, higher functionality, and lower cost. Yes.
このような電子回路は、部品を吸着・保持するノズルを備えたヘッド部と当該ヘッド部をXY2方向に自由に移動させることができるXYロボットとを有する部品実装装置において、ステージ上に保持された上記回路基板に対して、上記XYロボットによって上記ヘッド部を回路基板の実装位置に移動させるとともに上記ヘッド部のノズルにより上記複数の部品が実装されることにより製造されている。また、このような部品実装装置において、XYロボットは、ヘッド部と連結してヘッド部を移動させる移動体と、当該移動体の移動方向に延在し移動体を案内する案内部とからなる駆動部をそれぞれXY方向に交差させた構成である。駆動部の具体的な例としては、特許文献1(特開平11−289194号公報)に開示されているように、サーボモータでボールネジを回転駆動させるとともに、移動体に当該ボールネジに嵌合するボールネジナットを用い、当該案内部としてリニアガイドを用い、これに沿って移動体であるボールネジナットを移動させるような機構を有するものが挙げられる。 Such an electronic circuit is held on a stage in a component mounting apparatus having a head portion provided with a nozzle for sucking and holding a component and an XY robot capable of freely moving the head portion in the XY2 direction. The circuit board is manufactured by moving the head part to the mounting position of the circuit board by the XY robot and mounting the plurality of components by the nozzle of the head part. In such a component mounting apparatus, the XY robot includes a moving body that is connected to the head unit and moves the head unit, and a driving unit that extends in the moving direction of the moving body and guides the moving body. This is a configuration in which the sections cross each other in the XY directions. As a specific example of the drive unit, as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-289194), a ball screw is rotationally driven by a servo motor and a moving body is fitted to the ball screw. A screw nut is used, a linear guide is used as the guide portion, and a ball screw nut as a moving body is moved along the guide.
しかし、上記構成の駆動部では、ボールネジの回転騒音やボールネジの回転数制限から高速化が困難である。また、上記構成の駆動部を用い、XY方向の駆動部をそれぞれ1つずつ用い、1つの駆動部の案内部を他の駆動部の移動体と連結させた片軸駆動とした場合は、ヘッド部の加振によるボールネジナットの傾きやガイドブロックへの集中荷重といった短寿命化の要因やさらなる高速化や高精度位置決めに対応することはできない。 However, it is difficult to increase the speed of the driving unit configured as described above due to the rotational noise of the ball screw and the limitation on the rotational speed of the ball screw. In addition, when the driving unit having the above-described configuration is used, one driving unit in each of the XY directions is used, and the guide unit of one driving unit is connected to a moving body of another driving unit, the head is It is not possible to cope with the factors of shortening the life such as the inclination of the ball screw nut due to the vibration of the part and the concentrated load on the guide block, further speeding up and high precision positioning.
また、1の駆動部の案内部を2つの他の駆動部で連結して支持する両軸駆動の構成とした場合は、他の駆動部との両軸の位置偏差に伴う他の駆動部の案内部のねじれ及び、1の駆動部を複数配置した場合のオーバーラップストロークが確保できないという問題がある。また、両軸に伴うコストアップの要因となる。 In addition, in the case of a double-axis drive configuration in which the guide unit of one drive unit is connected and supported by two other drive units, the other drive unit has a positional deviation of both axes with respect to the other drive unit. There is a problem that the twist of the guide part and the overlap stroke when a plurality of one drive part are arranged cannot be secured. Moreover, it becomes a factor of the cost increase accompanying both axes.
また、当該駆動部として平角断面状のリニアモータを駆動源とするものとして、例えば、特許文献2(特開平5−41596号公報)や特許文献3(特開2001−309634号公報)などに開示されている。この構成によれば、駆動部としてボールネジを用いた場合の回転騒音や高速化の問題を解消することができる。
しかし、上記のリニアモータは、図14に示すように、いずれも平角断面状のリニアモータであり、バックヨークが必要なこと、また、スライダ210を移動させるコイル203を移動させるために、マグネット202の一面のみしか出力に使えないことから質量が大きなものとなり、且つ高出力を得ようとすると大きく発熱し精度に影響するという問題がある。特に、両軸駆動の構成において案内部の両端が支持されているリニアモータでは、そのリニアモータの質量が全て前記両軸駆動の負荷となる。このリニアモータに中実の平角断面形状のリニアモータを採用すると、大きな負荷が前記両軸駆動にかかるため、装置全体の高速駆動が困難であった。
However, as shown in FIG. 14, the above linear motors are all linear motors having a rectangular cross section, and a back yoke is required, and a
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、コンパクトに構成できかつ移動対象を高速で駆動させることができるXYロボット、及び当該XYロボットを用いた部品実装装置を提供することである。 Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide an XY robot that can be compactly configured and can drive a moving object at high speed, and a component mounting apparatus using the XY robot.
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のXYロボットを提供する。 In order to solve the above technical problem, the present invention provides an XY robot having the following configuration.
本発明の第1態様によれば、移動対象をX軸方向に移動させる第1の移動体と、前記第1の移動体の移動方向に沿って延在するとともに前記第1の移動体を案内する第1の案内部を備えたX軸駆動部と、
前記X軸駆動部に連結し前記X軸駆動部をY軸方向に移動させる第2の移動体と、前記第2の移動体の移動方向に沿って延在するとともに前記第2の移動体を案内する第2の案内部を備えた2つのY軸駆動部であって、前記第2の案内部が互いに平行配置となるように構成されたY軸駆動部と、
前記第1及び第2の移動体を駆動させるための駆動信号を前記X軸駆動部と前記Y軸駆動部に供給する駆動信号供給部とを備えるXYロボットであって、
前記X軸駆動部及びY軸駆動部の少なくとも一方は、
中央に貫通穴を有する複数のコイルを有しかつ前記コイルの前記貫通穴が直線状に配列して軸挿入穴を形成するように前記複数のコイルを配設した、前記第1及び第2の移動体としてのコイル部と、
複数の永久磁石の磁極をその同極同士が対向するように備え前記コイル部の前記軸挿入穴内を軸方向に前記コイル部に対して相対的に移動可能に配置され、前記第1及び第2の案内部としての円柱形状のシャフトと、
を備えたシャフト型リニアモータを備え、
前記駆動信号供給部は、前記シャフト型リニアモータのコイル部に駆動電流を供給することを特徴とする、XYロボットを提供する。
According to the first aspect of the present invention, the first moving body that moves the moving object in the X-axis direction and the first moving body that extends along the moving direction of the first moving body and guides the first moving body. An X-axis drive unit provided with a first guide unit,
A second moving body connected to the X-axis driving section and moving the X-axis driving section in the Y-axis direction; and extending along a moving direction of the second moving body and the second moving body. Two Y-axis drive units including a second guide unit for guiding, the Y-axis drive unit configured so that the second guide units are arranged in parallel with each other;
An XY robot including a drive signal supply unit configured to supply a drive signal for driving the first and second moving bodies to the X-axis drive unit and the Y-axis drive unit;
At least one of the X-axis drive unit and the Y-axis drive unit is
The first and second coils have a plurality of coils having a through hole in the center, and the plurality of coils are arranged so that the through holes of the coil are arranged linearly to form a shaft insertion hole. A coil section as a moving body;
The magnetic poles of a plurality of permanent magnets are arranged so that the same poles face each other, and are arranged in the shaft insertion hole of the coil portion so as to be movable relative to the coil portion in the axial direction, the first and second A cylindrical shaft as a guide part of
It has a shaft type linear motor with
The drive signal supply unit provides an XY robot, characterized in that a drive current is supplied to a coil unit of the shaft type linear motor.
上記構成において、X軸駆動部は、第1の移動体と第1の案内部とを有し、第1の移動体に接続された移動対象をX軸方向に移動させる。Y軸駆動部は、第2の移動体と第2の案内部とを備え、第2の移動体に接続されたX軸駆動部をY軸方向に移動させる。Y軸駆動部は平行に2つ設けられている。X軸駆動部及びY軸駆動部の少なくともいずれか一方に用いられるシャフト型リニアモータとは、案内部が円柱形状のシャフトで構成されていると共に、当該シャフトに移動体としてのコイル部が挿入されている構成のリニアモータである。シャフト型リニアモータは、シャフト自体に複数の永久磁石の磁極をその同極同士が対向するように備える。 In the above configuration, the X-axis drive unit includes a first moving body and a first guide unit, and moves a moving object connected to the first moving body in the X-axis direction. The Y-axis drive unit includes a second moving body and a second guide unit, and moves the X-axis drive unit connected to the second moving body in the Y-axis direction. Two Y-axis drive units are provided in parallel. The shaft-type linear motor used for at least one of the X-axis drive unit and the Y-axis drive unit is such that the guide unit is configured by a cylindrical shaft, and a coil unit as a moving body is inserted into the shaft. It is the linear motor of the structure which has. The shaft-type linear motor includes a plurality of permanent magnet magnetic poles on the shaft itself so that the same poles face each other.
本発明の第2態様によれば、前記駆動信号供給部は、前記Y軸駆動部にそれぞれ設けられた2つのシャフト型リニアモータのそれぞれの前記コイル部に同一の駆動電流を供給することを特徴とする、第1態様のXYロボットを提供する。 According to a second aspect of the present invention, the drive signal supply unit supplies the same drive current to each of the coil units of two shaft type linear motors respectively provided in the Y-axis drive unit. An XY robot according to the first aspect is provided.
本発明の第3態様によれば、前記Y軸駆動部は、前記第2の移動部が2つの前記シャフト型リニアモータのシャフトにそれぞれ2つずつ挿入されたコイル部を備え、
前記X軸駆動部は、2つ設けられており、前記Y軸駆動部のそれぞれの別の前記第2のコイル部に、その第1の案内部の両端がそれぞれ連結されていることを特徴とする、第2態様のXYロボットを提供する。
According to a third aspect of the present invention, the Y-axis drive unit includes a coil unit in which the second moving unit is inserted into each of two shafts of the shaft-type linear motor,
Two X-axis drive units are provided, and both ends of the first guide unit are connected to the other second coil units of the Y-axis drive unit, respectively. An XY robot according to a second aspect is provided.
本発明の第4態様によれば、前記シャフト型リニアモータは、前記シャフトの軸に交差する方向にぶれないように前記シャフトをガイドする軸受部を前記コイル部に備えたことを特徴とする、第1から第3態様のいずれか1つのXYロボットを提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, the shaft-type linear motor is characterized in that the coil portion includes a bearing portion that guides the shaft so as not to be shaken in a direction intersecting the axis of the shaft. An XY robot according to any one of the first to third aspects is provided.
本発明の第4態様において、軸受部は、例えば、複数のコイルの両端に設けることが望ましく、また、センサユニットは、軸受部の直近に設けることが好ましい。 In the fourth aspect of the present invention, for example, the bearing portion is desirably provided at both ends of the plurality of coils, and the sensor unit is preferably provided in the immediate vicinity of the bearing portion.
本発明の第5態様によれば、前記シャフト型リニアモータは、さらに
前記シャフトの側面に対向して前記シャフトの軸方向に所定間隔をおいて複数配設されかつそれぞれが前記永久磁石の磁界の強さを検出してその強さに応じた磁界強度信号を出力する複数の磁極検出センサと、
前記複数の磁極検出センサからそれぞれ出力された複数の磁界強度信号を受信し、当該複数の磁界強さ信号に基づいて前記コイル部とシャフトの相対位置を検出するコイル位置検出部と、を備えることを特徴とする、第1から第4態様のいずれか1つのXYロボットを提供する。
According to a fifth aspect of the present invention, a plurality of the shaft type linear motors are further arranged at predetermined intervals in the axial direction of the shaft so as to face the side surfaces of the shaft, and each of them is a magnetic field of the permanent magnet. A plurality of magnetic pole detection sensors that detect the strength and output a magnetic field strength signal according to the strength;
A coil position detection unit that receives a plurality of magnetic field strength signals output from the plurality of magnetic pole detection sensors, and detects a relative position of the coil unit and the shaft based on the plurality of magnetic field strength signals. An XY robot according to any one of the first to fourth aspects is provided.
本発明の第6態様によれば、前記コイル位置検出部は、前記磁極検出センサを2つ有しており、一方の磁極検出センサが略最大又は略最小の磁界強さを検出するときに、他方の磁極検出センサが略0の磁界強さを検出するような位置に配置されている、第5態様のXYロボットを提供する。 According to the sixth aspect of the present invention, the coil position detector has two of the magnetic pole detection sensors, and when one of the magnetic pole detection sensors detects a substantially maximum or substantially minimum magnetic field strength, An XY robot according to a fifth aspect is provided in which the other magnetic pole detection sensor is disposed at a position where a magnetic field strength of substantially zero is detected.
本発明の第7態様によれば、前記シャフト型リニアモータは、
前記磁極検出センサがセンサユニットとして構成され、
前記センサユニットは、前記コイル部の軸挿入穴の中心軸上に中心を有しかつ当該中心軸に直交する平面上に存在する略同一円周上に均等間隔で複数設けられ、
前記コイル位置検出部は、前記複数のセンサユニットからそれぞれ出力された複数の磁界強度信号に基づいて、前記シャフトの軸に交差する方向のずれに伴う前記複数のセンサユニットからの出力を補正しつつ、前記可動軸の位置を検出する第6態様のXYロボットを提供する。
According to a seventh aspect of the present invention, the shaft-type linear motor is
The magnetic pole detection sensor is configured as a sensor unit,
A plurality of the sensor units are provided at equal intervals on substantially the same circumference having a center on the central axis of the shaft insertion hole of the coil portion and existing on a plane orthogonal to the central axis,
The coil position detection unit corrects the output from the plurality of sensor units according to the shift in the direction intersecting the axis of the shaft based on the plurality of magnetic field strength signals respectively output from the plurality of sensor units. An XY robot according to a sixth aspect for detecting the position of the movable shaft is provided.
本発明の第8態様によれば、前記シャフト型リニアモータは、
前記コイル位置検出部に前記複数の永久磁石の磁極間長さに応じた可動軸の移動量が記憶されており、前記可動軸の位置検出時において前記可動軸の位置補正を行う第5から第7態様のいずれか1つのXYロボットを提供する。
According to an eighth aspect of the present invention, the shaft-type linear motor is
A moving amount of the movable shaft corresponding to the length between the magnetic poles of the plurality of permanent magnets is stored in the coil position detecting unit, and the fifth to fifth corrections are performed to correct the position of the movable shaft when detecting the position of the movable shaft. An XY robot according to any one of the seven aspects is provided.
本発明の第9態様によれば、前記X軸駆動部は、
前記2つのY軸駆動部の移動体に連なるX軸フレームと、
X軸フレームに前記第1の案内部であるシャフトと平行に設けられ且つ前記第1の移動体としてのコイル部の移動をガイドするX軸リニアガイドとをさらに備える、第1態様のXYロボットを提供する。
According to a ninth aspect of the present invention, the X-axis drive unit is
An X-axis frame connected to a moving body of the two Y-axis drive units;
The XY robot according to the first aspect, further comprising an X-axis linear guide provided on the X-axis frame in parallel with the shaft serving as the first guide unit and guiding movement of the coil unit as the first moving body. provide.
本発明の第10態様によれば、第1から第9態様のいずれか1つのXYロボットに連結される前記移動対象が、
スプラインシャフトと前記スプラインシャフトに連結されかつ吸引により部品を保持可能なノズルとを有するノズル装置と、前記スプラインシャフトに嵌合し前記スプラインシャフトを摺動かつ回動自在でかつ回転駆動源に連なるスプラインナットと、前記ノズル装置を移動させるノズル移動装置と、を有する部品実装ヘッドである部品実装装置を提供する。
According to the tenth aspect of the present invention, the moving object coupled to any one of the XY robots of the first to ninth aspects is
A nozzle device having a spline shaft and a nozzle connected to the spline shaft and capable of holding a component by suction, and a spline that is fitted to the spline shaft and is slidable and rotatable, and connected to a rotational drive source Provided is a component mounting apparatus that is a component mounting head having a nut and a nozzle moving device that moves the nozzle device.
本発明の第11態様によれば、前記ノズル移動装置は、
中央に貫通穴を有する複数のコイルを有し、前記コイルの前記貫通穴が直線状に配列して軸挿入穴を形成するように前記複数のコイルを配設した固定子と、
複数の永久磁石の磁極をその同極同士が対向するように備え前記固定子の前記軸挿入穴内を軸方向に移動可能に配置され前記スプラインシャフトに連結された円柱形状の可動軸と、
前記可動軸の側面に対向して前記可動軸の軸方向に所定間隔をおいて複数配設されかつそれぞれが前記永久磁石の磁界の強さを検出してその強さに応じた磁界強度信号を出力する複数の磁極検出センサと、
前記複数の磁極検出センサからそれぞれ出力された複数の磁界強度信号を受信し、当該複数の磁界強さ信号に基づいて前記固定子に対する可動軸の位置を検出する可動軸位置検出部と、を備える、ことを特徴とする第10態様の部品実装装置を提供する。
According to an eleventh aspect of the present invention, the nozzle moving device comprises:
A stator having a plurality of coils having a through hole in the center, and the plurality of coils arranged so that the through holes of the coil are linearly arranged to form an axis insertion hole;
A cylindrical movable shaft provided with magnetic poles of a plurality of permanent magnets so that the same poles face each other, and arranged to be movable in the axial direction in the shaft insertion hole of the stator and connected to the spline shaft,
Opposite to the side surface of the movable shaft, a plurality of them are arranged at predetermined intervals in the axial direction of the movable shaft, and each detects the magnetic field strength of the permanent magnet and outputs a magnetic field strength signal corresponding to the strength. A plurality of magnetic pole detection sensors for output;
A movable shaft position detector configured to receive a plurality of magnetic field strength signals respectively output from the plurality of magnetic pole detection sensors and detect a position of the movable shaft with respect to the stator based on the plurality of magnetic field strength signals. A component mounting apparatus according to a tenth aspect is provided.
本発明の第12態様によれば、前記ノズル移動装置の可動軸位置検出部は、前記コイルとスプラインナットの間に配置されていることを特徴とする、第11態様の部品実装装置を提供する。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the component mounting apparatus according to the eleventh aspect, wherein the movable shaft position detecting portion of the nozzle moving device is disposed between the coil and the spline nut. .
本発明の第13態様によれば、前記部品実装ヘッドは、前記可動軸とスプラインシャフトが中空で構成されかつ一体的に連結されており、前記可動軸の上部から前記ノズル部に連通する吸引路が形成される第11又は第12態様の部品実装装置を提供する。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the component mounting head, the movable shaft and the spline shaft are configured to be hollow and integrally connected, and the suction path communicates from the upper portion of the movable shaft to the nozzle portion. A component mounting apparatus according to an eleventh or twelfth aspect is provided.
本発明の第14態様によれば、前記部品実装ヘッドは、前記ノズル装置を複数有する多連部品実装ヘッドであり、
前記ノズル移動装置が、それぞれのノズル装置に対応して複数複数設けられており、
それぞれの前記ノズル移動装置の固定子は、一体的に配置された固定子ブロックとして前記部品実装ヘッドのハウジング内に配置されている第11から第13態様のいずれか1つの部品実装装置を提供する。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the component mounting head is a multiple component mounting head having a plurality of the nozzle devices,
A plurality of the nozzle moving devices are provided corresponding to the respective nozzle devices,
The stator of each of the nozzle moving devices provides the component mounting apparatus according to any one of the eleventh to thirteenth aspects, which is disposed in the housing of the component mounting head as an integrally disposed stator block. .
本発明の第1態様及び第10態様によれば、X軸駆動部及びY軸駆動部にシャフト型のリニアモータを備えているので、X軸駆動部及びY軸駆動部を軽量に構成することができると共に、騒音の問題を解消することができ、かつ発熱が少なく、精度を確保することができる。 According to the first aspect and the tenth aspect of the present invention, the X-axis drive unit and the Y-axis drive unit are provided with shaft-type linear motors, so that the X-axis drive unit and the Y-axis drive unit are configured to be lightweight. In addition, the problem of noise can be solved, heat generation is small, and accuracy can be ensured.
本発明の第2態様によれば、2つのY軸駆動部にそれぞれ設けられた2つのシャフト型リニアモータのコイル部に1つの駆動信号供給から同一の駆動電流を供給することにより、2つのシャフト型リニアモータの動きを完全に同期させることができ、X軸駆動部のねじれなどの問題を防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, two shafts are provided by supplying the same drive current from one drive signal supply to the coil portions of the two shaft type linear motors respectively provided in the two Y-axis drive units. The movement of the linear motor can be completely synchronized, and problems such as twisting of the X-axis drive unit can be prevented.
本発明の第3態様によれば、2つのX軸駆動部を駆動させるためのY軸駆動部として、1つのシャフト型リニアモータのシャフトに付された磁石を共有することができ、この場合における駆動制御もそれぞれの第2の移動体に供給される駆動電流により独立して駆動させることができる。 According to the third aspect of the present invention, the magnet attached to the shaft of one shaft-type linear motor can be shared as the Y-axis drive unit for driving the two X-axis drive units. The drive control can also be driven independently by the drive current supplied to each second moving body.
本発明の第4態様によれば、軸受部により可動軸が軸に交差する方向にぶれないようにガイドされているため、コイル部とシャフトとの間隔の変化が極力抑えられ、センサユニットの出力に与える影響を少なくして位置検出の精度を向上させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the movable shaft is guided by the bearing portion so as not to cross the axis, the change in the distance between the coil portion and the shaft is suppressed as much as possible, and the output of the sensor unit The position detection accuracy can be improved by reducing the influence on the position.
本発明の第5態様によれば、2つの磁極センサを磁界検出強さが一定の位相差を有する位置に設け、コイル部の磁界周期中の位置検出において、演算処理を行うことができる。特に好ましくは、第6態様のように、一方の磁極検出センサが略最大又は略最小の磁界強さを検出するときに、他方の磁極検出センサが略0の磁界強さを検出するような位置に配置すれば、シャフトの磁界周期に対してπ/2だけ位相がずれて配置されることとなるため、磁界周期中の位置検出において、直交座標を用いた円内角度として演算処理を行うことができる。したがって、磁界周期内の位置検出を簡単かつ高精度にすることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, two magnetic pole sensors are provided at positions where the magnetic field detection strength has a constant phase difference, and calculation processing can be performed in position detection during the magnetic field period of the coil section. Particularly preferably, as in the sixth aspect, when one magnetic pole detection sensor detects a substantially maximum or substantially minimum magnetic field strength, the other magnetic pole detection sensor detects a substantially zero magnetic field strength. Since the phase is shifted by π / 2 with respect to the magnetic field cycle of the shaft, calculation processing is performed as an in-circle angle using Cartesian coordinates in position detection during the magnetic field cycle. Can do. Therefore, position detection within the magnetic field cycle can be easily and accurately performed.
本発明の第7態様によれば、センサユニットが、コイル部の軸挿入穴の中心軸上に中心を有しかつ当該中心軸に直交する平面上に存在する略同一円周上に複数設けられているため、シャフトが軸挿入穴からずれた場合やその回転方向位置で磁極の大きさに差がある場合であっても、それぞれのセンサユニットとシャフトとの間隔距離の合計距離としてはあまり変化がない。すなわち、一方のセンサユニットに近づくようにシャフトがずれた場合には、他方のセンサユニットからは遠ざかることとなるため、双方のセンサユニットの出力の合計は相殺されることとなる。よって、複数のセンサユニットの出力に基づいて、当該出力を補正することで、シャフトのずれによる位置検出に及ぼす影響を少なくすることができる。出力の補正としては、具体的には、例えば、それぞれのセンサユニットからの各磁極検出センサの出力値を加算平均した値に基づいて、可動軸の位置検出を行うことができる。 According to the seventh aspect of the present invention, a plurality of sensor units are provided on substantially the same circumference having a center on the central axis of the shaft insertion hole of the coil portion and existing on a plane orthogonal to the central axis. Therefore, even if the shaft deviates from the shaft insertion hole or there is a difference in the size of the magnetic poles in the rotational direction position, the total distance of the distance between each sensor unit and the shaft changes significantly. There is no. That is, when the shaft is shifted so as to approach one of the sensor units, the shaft is moved away from the other sensor unit, so that the total output of both sensor units is canceled out. Therefore, by correcting the outputs based on the outputs of the plurality of sensor units, it is possible to reduce the influence on the position detection due to the shaft displacement. Specifically, as the output correction, for example, the position of the movable shaft can be detected based on a value obtained by averaging the output values of the magnetic pole detection sensors from the respective sensor units.
なお、略同一円周上に設けられたセンサユニットは3つを均等間隔に配置することで駆動用シャフトがいずれの方向にずれを生じた場合であっても、それぞれのセンサユニットの出力を相殺することで好適に位置を検出することができる。また、略同一円周上に複数設けられたセンサユニットが均等間隔に配置されない場合は位置に応じた補正をすることで位置を検出することができる。 Note that the three sensor units provided on substantially the same circumference are arranged at equal intervals, so that the output of each sensor unit is canceled even if the drive shaft is displaced in any direction. By doing so, the position can be suitably detected. Further, when a plurality of sensor units provided on substantially the same circumference are not arranged at equal intervals, the position can be detected by performing correction according to the position.
本発明の第8態様によれば、コイル位置検出部に複数の永久磁石毎に繰り返される磁界の周期長を記憶させることにより、シャフトの位置検出の精度を向上させることができる。すなわち、本実施形態にかかるシャフト型リニアモータでは、磁界周期における位置からシャフトの位置を検出するため、磁界周期長の情報を格納することにより、より精度の高いシャフトとコイル部との相対位置検出を行うことができる。特に、永久磁石の寸法がわずかに異なり、その結果磁界周期の長さにばらつきがあるような場合に、当該ばらつきが位置精度に与える影響を少なくすることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to improve the accuracy of shaft position detection by storing the periodic length of the magnetic field repeated for each of the plurality of permanent magnets in the coil position detector. That is, in the shaft type linear motor according to the present embodiment, since the position of the shaft is detected from the position in the magnetic field cycle, it is possible to detect the relative position between the shaft and the coil unit with higher accuracy by storing information on the magnetic field cycle length. It can be performed. In particular, when the dimensions of the permanent magnets are slightly different, and as a result, there are variations in the length of the magnetic field period, the influence of the variations on the position accuracy can be reduced.
本発明の第11態様によれば、上記構成のシャフト型リニアモータは可動軸の軸に対して回転した場合であっても位置検出に与える影響が少ないため、部品実装において、実装方向の回転のために可動軸を回転させる必要がある実装ヘッドに好適に用いることができる。また、ノズル部の高さ位置検出のための機構として可動軸の駆動用永久磁石の磁界を用いた小型のリニアモータを用いることにより、実装ヘッドも小型化することができる。実装ヘッドは、その先端に設けられたノズル部が可動軸方向に上下移動する必要があるため、可動軸の軸を中心に回転可能でかつ軸方向に移動可能に保持するためにスプラインシャフトとスプラインナットを用いることが好ましい。 According to the eleventh aspect of the present invention, the shaft type linear motor having the above configuration has little influence on the position detection even when it rotates with respect to the axis of the movable shaft. Therefore, it can be suitably used for a mounting head that needs to rotate the movable shaft. Further, the mounting head can be reduced in size by using a small linear motor using a magnetic field of a driving permanent magnet for the movable shaft as a mechanism for detecting the height position of the nozzle portion. Since the mounting head needs to move up and down in the direction of the movable axis, the nozzle provided at the tip of the mounting head can be rotated around the axis of the movable axis and held in a movable manner in the axial direction. It is preferable to use a nut.
本発明の第12態様によれば、上からシャフト型リニアモータ、センサユニット、スプラインシャフト、ノズル部の順に設けることにより、実装ヘッドを最もコンパクトに構成することができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, the mounting head can be configured most compactly by providing the shaft type linear motor, the sensor unit, the spline shaft, and the nozzle portion in this order from the top.
本発明の第13態様によれば、可動軸とスプラインシャフトとを中空で構成してシャフトの上部からノズル吸引を行うことで、ノズル部にはエアー回転ジョイントと電磁弁が不要になり、より一層にコンパクトな実装ヘッドを実現することができる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, the movable shaft and the spline shaft are configured to be hollow, and the nozzle suction is performed from the upper part of the shaft. A compact mounting head can be realized.
本発明の第14態様によれば、独立した複数の固定子を、例えば、軸方向に平行となるように一体的に配置した固定子ブロックとして構成しハウジング内に配置することにより、実装ヘッドをよりコンパクトに構成することができる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, a plurality of independent stators are configured, for example, as stator blocks that are integrally disposed so as to be parallel to the axial direction, and are disposed in the housing, whereby the mounting head is It can be configured more compactly.
以下、本発明の一実施形態に係る部品実装装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1実施形態にかかる部品実装装置101の全体概略斜視図を図1に示す。部品実装装置101は、回路基板2を部品実装装置101に搬入するローダー1と、部品が実装された回路基板2を部品実装装置101より搬出可能なアンローダーと、部品が回路基板2上に実装される間、ローダー1から搬入される回路基板2を搬送保持する一対のサポートレール部を備える第1基板搬送保持装置3とを備えている。図1においては、ローダー1に回路基板が積載され、回路基板2−0を部品実装装置101に搬入している状態、第1基板搬送保持装置3に回路基板が積載され、回路基板2−1に部品が実装される状態、及び、部品が実装された回路基板2−3を部品実装装置101より搬出している状態を同時に示している。なお、以降の説明においては、位置に関係なく回路基板を示す場合には、「回路基板2」というように示し、また、特定の位置に位置されている回路基板を示す場合には、「回路基板2−0、2−1、2−2、又は2−3」のように示すものとする。
FIG. 1 shows an overall schematic perspective view of the
さらに、実装装置本体101は、部品実装作業領域における作業者に対する手前側である図示Y軸方向手前側の端部にそれぞれ配置されかつ回路基板2に実装すべき複数の部品を部品取出し位置に連続的に順次供給する複数の部品供給カセット80を有する部品供給部と、部品供給部8Bの近傍に配置されかつ上記回路基板2に実装すべき部品をトレー上に収納する部品供給部8Cを備える。なお、部品供給部8A及び8Bにおける夫々の部品供給カセット80から供給される部品は、例えば、主に微小化されたチップ部品であり、一方、部品供給部8Cから供給される部品には、例えば、主にICチップに代表されるようなIC部品やコネクタ等の異形部品等である。
Further, the mounting apparatus
また、実装装置本体101は、部品2を供給する部品供給部8A、8Bが取り付けられる取り付け部と、部品供給部8A、8B、8Cから供給される部品を吸着して回路基板2上に実装する第1ヘッド部4と、部品供給部8Aの近傍の部品実装作業領域中央に近い側に配置され、かつ、第1ヘッド部4における夫々の吸着ノズル装置10の先端に設けられたノズル部39が吸着保持した部品の吸着姿勢を撮像する撮像装置の一例である認識カメラ9と、制御部100とを備えている。
Further, the mounting apparatus
第1ヘッド部4は、部品実装装置101における装置上面である部品実装作業領域内の直行する2方向であるX軸方向及びY軸方向の所定位置に位置決めするXYロボット5により移動可能に構成されている。第1ヘッド部には、部品を解除可能に吸着保持するノズル部39が交換可能に複数本、例えば12本、着脱可能に装備されている。第1ヘッド部4は、XYロボット5により、部品実装作業領域を2次元的に移動することができ、例えば、部品供給部8A、8B、8Cから供給される部品を吸着保持するために部品供給部8A、8B、8Cの部品供給位、第1基板搬送保持装置3に保持される回路基板2−1に部品を実装するために第1基板搬送保持装置3、必要に応じてヘッド部4に装備されたノズル部39を交換するためにノズルステーション7などの上方に移動することができる。なお、ノズルステーション7は、部品実装作業領域において部品供給部8Aの近傍に配置されかつ複数の種類の部品に適した複数の種類のノズル部39を収納するものである。
The
さらに、図1に示す部品実装装置101は、第1基板搬送保持装置3から搬送される回路基板2−1を受け取るとともに搬送保持する一対のサポートレール部を備える第2基板搬送保持装置13、部品を解除可能に吸着保持する部品保持部材の一例である吸着ノズル装置10を着脱可能に複数本、例えば12本、装備する第2ヘッド部14、第2ヘッド14をX軸方向及びY軸方向の所定位置に位置決めするXYロボット5、部品供給部18Aの近傍に配置され、かつ、複数の種類の部品に適した複数の種類のノズル部39を収納して、必要に応じてヘッド部14に装備されたノズル部39と交換するノズルステーション17、部品実装作業領域の作業者に対する奥側である図示Y軸方向奥側の端部に夫々配置され、かつ、上記回路基板2−1に実装すべき部品23を部品供給位置81に1つずつ連続的に供給する複数の部品供給カセッ卜80を有する部品供給部18A,18B、部品供給部18Bの近傍に配置され、かつ、上記回路基板2に実装すべき部品をトレー状に収納保持されたトレー部品を収納する部品供給部18C、部品供給部18Aの近傍の部品実装作業領域中央に近い側に配置され、かつ、第2ヘッド部14のノズル部39が吸着した部品23の吸着姿勢を撮像する認識カメラ19をそれぞれ備える。また、第1ヘッド部及び第2ヘッド部14のノズル部39が当接されたときの加重を計測し、ノズル部39の高さを調整するためのロードセル12が2カ所に設けられている。
Further, the
このように、部品実装装置101においては、実装装置基台16の上面に配置された2つの部品実装作業領域を有しており、第1基板搬送保持装置3及び第2基板搬送保持装置13の夫々に保持された夫々の回路基板2に対して、同時的かつ個別的に部品実装動作を施すことが可能となっている。
As described above, the
図2に、図1の部品実装装置に用いられるXYロボットの概略斜視図を示す。図2では、第1ヘッド部4の記載を省略している。XYロボット5は、図2に示すように、それぞれ第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14を図示X軸方向に移動可能に支持し、かつ、第1ヘッド部4をX軸方向の移動を駆動させる第1X軸駆動部6cと、第2ヘッド部14を図示X軸方向に移動可能に支持し、かつ、第2ヘッド部14をX軸方向の移動を駆動する第2X軸駆動部6dと、実装装置基台16上におけるX軸方向の夫々の端部近傍に設置され、かつ、夫々の第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dを夫々の端部で支持し、かつ、夫々のX軸駆動部6c及び6dの図示Y軸方向への移動を駆動する第1及び第2のY軸駆動部6a、6bとを備えている。
FIG. 2 shows a schematic perspective view of an XY robot used in the component mounting apparatus of FIG. In FIG. 2, the description of the
第1及び第2のY軸駆動部6a、6bは、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dをY軸方向への移動を互いに独立させて駆動することが可能である。すなわち、第1X軸駆動部6c及び2つのY軸駆動部6a、6bにより、第1ヘッド部4は、図示手前側における部品実装領域の上方を、第2ヘッド部14とは独立して、X軸方向又はY軸方向に移動可能となっており、一方、第2X軸駆動部6d及び2つのY軸駆動部6a、6bにより、第2ヘッド部14は、図示奥側における部品実装領域の上方を、第1ヘッド部4とは独立して、X軸方向又はY軸方向に移動可能となっている。なお、この場合、夫々のX軸駆動部6c及び6dは、夫々のY軸方向への移動範囲が制限されており、夫々の移動による互いの衝突の発生が未然に防止されている。
The first and second Y-
X軸駆動部及びY軸駆動部は、リニアモータを駆動源として第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14をXY方向に移動可能に構成されている。この構成についての詳細は後述する。
The X-axis drive unit and the Y-axis drive unit are configured to be able to move the
また、図1に示すように、部品実装装置101には、上記基板搬入搬出、部品保持、部品認識、及び、部品装着動作等を互いの動作を関連付けながら統括的な制御を行うことが可能な実装制御装置100が備えられている。実装制御装置100は、夫々の部品供給部8A、8B、18A、及び18B、部品供給カセット80、第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14、認識カメラ9及び19、第1基板搬送保持装置3、第2基板搬送保持装置13、XYロボット5、ローダー1、並びに、アンローダー11等が接続されている。また、実装制御装置100には、後述おいて説明かつ図示するようなデータベース部及びメモリ部が備えられており、このデータベース部には、部品の種類に応じた形状や高さ等に関する部品情報のライブラリー、回路基板の種類に応じた形状等に関する基板情報、部品の種類に対応された夫々の種類のノズル部39の形状やノズル位置情報等が、予め取り出し可能に記憶されており、また、メモリ部には、どの部品をどの位置にどの順番で実装するか等の実装プログラムであるNCデータ、どの部品をどの部品供給部材に配列するかなどの配列プログラム又は当該配列された配列情報、後述する部品保持可能範囲に関する情報、及び夫々の基板搬送保持装置における基板搬送位置の情報等が取り出し可能に記憶されている。なお、実装制御装置100において、上述の夫々の情報が、データベース部に記憶させるのか、メモリ部に記憶させるのかは、その部品実装の実情に応じて、様々な形態を取り得る。
Further, as shown in FIG. 1, the
次に、XYロボット5の構成について図3A及び図3Bを用いて説明する。上述のように、XYロボット5は、リニアモータにより第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14をXY方向に移動させるものである。図3Aは、図2のIII-III断面図である。図3Bは、図3AのX軸駆動部の側面図である。
Next, the configuration of the
図2に示すように、Y軸駆動部6a,6bは、それぞれY軸方向に延在するY軸リニアモータシャフト20とY軸ガイドビーム21とが平行に配置された構成である。Y軸ガイドビーム21の上面には、Y軸方向に延在するY軸リニアガイド22、第1リニアスケール25、第2リニアスケール23が設けられている。
As shown in FIG. 2, each of the Y-
Y軸リニアモータシャフト20とY軸ガイドビーム21とは、上述のように、実装装置基台16上におけるX軸方向の夫々の端部近傍に設置される。それぞれのY軸ガイドビーム21には、第2X軸駆動部6dの位置検出に用いられる第2リニアスケール23と、第2X軸駆動部6dの位置検出に用いられる第2Y軸位置センサ24が設けられている。また、同様に、第1X軸駆動部6cの位置検出に用いられる第1リニアスケール25と、第2X軸駆動部6dの位置検出に用いられる第1Y軸位置センサ(図示なし)が設けられている。第1リニアスケール25は、Y軸ガイドビーム21の図2の図示手前側端部から中央方向に向けて延在するように設けられ、一方、第2リニアスケール23は、Y軸ガイドビーム21の図2の図示奥側端部から中央方向に向けて延在するように設けられる。第1X軸駆動部6cには、図2の図示左側の第1リニアスケール25に対向するように配置された第1Y軸位置センサ(図示なし)が設けられ、第2X軸駆動部6dには、図2の図示左側の第2リニアスケール23に対向するように配置された第2Y軸位置センサ24が設けられる。これらの第1及び第2リニアスケール25,23と第1及び第2Y軸位置センサ26,24により、第1及び第2X軸駆動部6c,6dの位置を高精度に検出することができる。
As described above, the Y-axis
Y軸駆動部6aのY軸リニアモータシャフト20には、それぞれS極・N極同士が対向する方向に繰り返し配置されるように円柱状の永久磁石が設けられている。永久磁石は、いずれも長さが等しい中空の円筒形の永久磁石であり、その軸方向両端がS極、N極となっている。双方のY軸リニアモータシャフト20は、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dの両端にそれぞれ連結する第2の移動体の例としてのY軸可動部30に挿入され、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dをY軸方向に移動可能に保持する。第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dの両端にそれぞれ設けられたY軸可動部30には、コイルによる電磁石が配置される。当該コイルに駆動電流を流すことにより、電磁石が磁性を持ちリニアモータとして機能する。
A cylindrical permanent magnet is provided on the Y-axis
Y軸可動部30は、中央にY軸リニアモータシャフト20を挿入可能な円形の穴が設けられた複数のコイルを当該穴がY軸方向に重なるように積層配置され、各コイルの穴がY軸リニアモータシャフト20の挿入穴として形成される。コイルは、Y軸リニアモータシャフト20を貫通孔内に受け入れたとき、永久磁石に対向するように、固定子内に位置決めされている。具体的には、駆動用永久磁石の表面に沿うように湾曲し、かつコイルを巻くためのコア部分を備える部材にコイルをループ状に巻き、コイルが駆動用永久磁石に対向するように、固定子内に取付けられている。コイルを駆動用永久磁石との接触から保護するため、コイル外面にはテフロン(登録商標)フィルム等の保護フィルムが貼られている。このように、コイルは磁力線のロスを最小化するため、駆動用永久磁石45aの湾曲した外面に沿うように配置されていることが好ましい。
The Y-axis
積層されたコイルのY軸方向両端には、軸受が設けられており、Y軸リニアモータシャフト20が積層されたコイルの軸中心からずれないようにガイドするとともに、Y軸リニアモータシャフト20の軸方向可能な状態に保持している。また、図示右側の軸受の下側には、軸方向に並べて配置された2つの磁極センサから構成されたセンサユニットとが設けられている。2つのセンサユニットに用いられるそれぞれの磁極センサは、Y軸リニアモータシャフト20の位置によって、駆動用永久磁石の磁界を検出するものである。本実施例では、パーマロイ合金からなり、磁界が加わると磁気抵抗効果によって、その電気抵抗が変化するMRセンサ(Magnetoresistance Sensor) が用いられており、これには一定の電流が流されている。従って、MRセンサに電流を流し、その電圧の変化を測定することによって、磁界の変化を検出して、下記に説明するように、Y軸可動部30に対するY軸リニアモータシャフト20の位置を検出することができる。
Bearings are provided at both ends in the Y-axis direction of the laminated coils, and the Y-axis
第1X軸駆動部6cのX軸方向両端のそれぞれのY軸可動部30に配置されたコイルには、上述の実装制御装置100から同時に駆動電流が供給され、また、第2X軸駆動部6dのX軸方向両端のそれぞれのY軸可動部30に配置されたコイルには、上述の実装制御装置100から同時に駆動電流が供給される。したがって、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dは、両端に設けられたY軸可動部が完全に同期して磁性を有するため、独立してY軸駆動部6a、6bを移動可能である。
A drive current is simultaneously supplied from the mounting
このように、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dの駆動に、リニアモータを用いまた、駆動源であるコイルを両端に配置させた構成により、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dの加振により実装ヘッドのぶれを少なくして部品実装の影響を少なくすることができるとともに、2つのX軸駆動部6c及び6dの両端に1つの制御ドライバから同時に駆動電流を供給することができるので、X軸駆動部6c及び6dの両端の駆動機構の動作を完全に同期させることができ、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dをほぼ完全にX軸に平行な状態に維持したままで移動させることができる。
In this way, the first
第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dは、実装ヘッドを取り付ける実装ヘッド取付部31が互いに対向する方向に配置されている以外は、大略共通する構成である。以下、図3Aでは、第2X軸駆動部6dを例にとって説明する。第2X軸駆動部6dは、図3Bに示すように、断面の外形が略Y字形のX軸フレーム36にX軸リニアモータシャフト32と、その上下2カ所にX軸リニアガイド33が設けられている。X軸リニアモータシャフト32は、実装ヘッド取付部31のX軸可動部34に挿入されて両者を係合する。実装ヘッド取付部31は、2つのX軸リニアガイド33に沿ってX軸方向に移動可能に構成されている。X軸フレーム36には、X軸リニアスケール38が設けられており、実装ヘッド取付部31に設けられたX軸位置センサ37により実装ヘッド取付部31の位置を検出することができるように構成されている。
The first
X軸リニアモータシャフト32には、それぞれS極・N極同士が対向する方向に繰り返して配置されるように配置された円柱状の永久磁石が設けられている。第1の移動体としてのX軸可動部34には、コイルによる電磁石が配置される。当該コイルに駆動電流を流すことにより、電磁石が磁性を持ちリニアモータとして機能する。なお、X軸駆動部のリニアモータとしての構成は、Y軸駆動部に用いられているリニアモータとしての構成と大部分が共通である。
The X-axis
X軸可動部34に配置されたコイルには、上述の実装制御装置100から駆動電流が供給される。したがって、実装ヘッド取付部31は、X軸可動部34に発生された磁性によって、X軸リニアモータシャフト32に沿って移動する。
A drive current is supplied to the coil disposed in the X-axis
実装ヘッド取付部31は第1ヘッド部4,第2ヘッド部14を固定する取り付け面35を備える。
The mounting
なお、Y軸駆動部は、Y軸リニアモータシャフト20に対するY軸可動部30の位置検出として、リニアスケール25と位置センサ24により位置検出を行うようにしているが、リニアモータのY軸可動部30に設けられた磁極センサによって下記のようにしてその位置検出を行うことができる。
The Y-axis drive unit detects the position of the Y-axis
次に、ヘッド部4及び14の構造について詳細に説明する。なお、第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14は、同様な構造を有しているため、以下の説明においては、代表して、第1ヘッド部4の構造の説明を図4に示す第1ヘッド部4の部分斜視図を用いて行うものとする。なお、後述するヘッド部4の吸着ノズル装置の駆動機構は、XYロボットの駆動機構と同様であるため、ここでは、ヘッド部4についてのみ説明することにより、XYロボットの駆動機構に関する説明を省略する。
Next, the structure of the
図4に示すように、第1ヘッド部4は、複数本、例えば、12本の吸着ノズル装置10が、図示X軸方向に沿って6列が一定の間隔ピッチPxで、図示Y軸方向に沿って2列が一定の間隔ピッチPyでもって配列された状態で備えるいわゆる多連式ヘッド部である。このような第1ヘッド部4が備える夫々の吸着ノズル装置10を、Y軸方向図示手前側かつX軸方向図示左側から右側へ順に、第1吸着ノズル装置10a、第2吸着ノズル装置10b、第3吸着ノズル装置10c、第4吸着ノズル装置10d、第5吸着ノズル装置10e、第6吸着ノズル装置10fとし、Y軸方向図示奥側かつX軸方向図示左側から右側へ順に、第7吸着ノズル装置10g、第8吸着ノズル装置10h、第9吸着ノズル装置10i、第10吸着ノズル装置10j、第11吸着ノズル装置10k、第12吸着ノズル装置10lとする。また、部品供給部8A(あるいは8B)には複数の部品供給カセット80が、一定の間隔ピッチLでもって図示X軸方向に沿って配列されている。また、夫々の吸着ノズル装置10の配列における一定の間隔ピッチPxは、夫々の部品供給カセット80の配列における一定の間隔ピッチLの整数倍の寸法であればよく、本実施形態においては、間隔ピッチPxと間隔ピッチLは同一寸法となっている。なお、以降の説明において、第1吸着ノズル装置10a〜第12吸着ノズル装置10lを特定して用いない場合には、単に「吸着ノズル装置10」と示すものとする。
As shown in FIG. 4, the
また、第1吸着ノズル装置10a〜第12吸着ノズル装置10lは、互いに略同一構造を有しており、第1ヘッド部4の上方に設けられたケーシング46及びボールスプラインナット53aを備える外筒53によって、軸方向に移動可能であり、また軸を中心に回動可能に保持される。吸着ノズル装置10は、後述するように、ケーシング内に設けられたアクチュエータ40によってその軸方向(Z軸方向)に上下移動可能に構成されるとともに、その軸を中心にθ回転できるように、スプラインシャフト44を備える。
Further, the first
各吸着ノズル装置10は、スプラインシャフト44と、スプラインシャフトの下側先端に設けられたノズル部39と、スプラインシャフト44と同軸に一体構成された駆動用シャフト45と、吸着ノズル装置10をθ回転させるためのタイミングプーリ41とを備える。
Each
駆動用シャフト45は、吸着ノズル装置10を上下動作させるためのアクチュエータ40の可動軸として機能するものであり、両端に磁石の極が形成された円筒形の永久磁石を同極が対向するように複数配置することにより固定する。タイミングプーリ41は、スプラインシャフト44に連結されており、両者はZ軸方向には相対移動可能でかつZ軸を中心とした回転方向への移動は制限される。第1吸着ノズル装置10aのタイミングプーリ41から第6吸着ノズル装置10fのタイミングプーリ41には、図5に示すように、タイミングベルト43が係合されている。タイミングベルト43は、6つの吸着ノズル装置のプーリーに完全に係合させるために、それぞれ5つのテンションプーリ43a,43bを介して係合する。当該タイミングベルト43の係合によりθ回転用モータ42aの正逆回転駆動がそれぞれのタイミングベルト43を介して伝達されて、第1吸着ノズル装置10aから第6吸着ノズル装置10fを同時的にθ回転(吸着ノズル装置10の軸芯周りの回転)させることが可能となっている。
The
また、同様に、第7吸着ノズル装置10gのプーリーから第12吸着ノズル装置10lのタイミングプーリ41には別のタイミングベルト43が係合されており、これにより別のθ回転用モータ42bの正逆回転駆動力がタイミングベルト43を介して伝達されて、第7吸着ノズル装置10bから第12吸着ノズル装置10lを同時的にθ回転させることが可能となっている。
Similarly, another
また、夫々のアクチュエータ40は、図6に示すように、シャフト型のリニアモータにより構成され、当該シャフト型リニアモータにより対応する吸着ノズル装置10を上下動させて、選択的に部品吸着保持又は部品実装動作を行うことが可能となっている。シャフト型のリニアモータの具体的構成については、後述する。なお、図4及び図6に示すように、2つのθ回転用モータ42aの動力がタイミングベルト43を介して伝達され、第1吸着ノズル装置10aから第6吸着ノズル装置10fを夫々θ回転させ、θ回転用モータ42bの動力がタイミングベルト43を介して伝達され、第7吸着ノズル装置10gから第12吸着ノズル装置10lを夫々θ回転させるように構成されているが、このような構成は一例であって、夫々の吸着ノズル装置10の上下動とθ回転が夫々1個のアクチュエータのみで行うことを可能として、複数の吸着ノズル装置10を選択的に駆動させるような構成でもあっても構わない。
Further, as shown in FIG. 6, each actuator 40 is constituted by a shaft type linear motor, and the corresponding
また、夫々の部品供給カセット80は、複数の部品を取り出し可能に収容するとともに、当該部品を取り出し可能に配置する部品取出し位置を備えている。また、夫々の部品取出し位置は、上述のように、図示X軸方向に一定の間隔ピッチLでもって一列に配列されている。このように、夫々の部品取出し位置が配置されていることにより、例えば、第1部品供給カセット80における部品取出し位置の上方に第1吸着ノズル装置10aを、第2部品供給カセット80における部品取出し位置81の上方に第2吸着ノズル装置10bを同時的に配置させるなどのように、X軸方向に配列された部品供給カセットのそれぞれ上方に、X軸方向に配列するノズル部39を配置させることができ、夫々の吸着ノズル装置10による夫々の部品取出し位置からの同時的な部品の吸着保持取出しを行うことが可能となっている。
Each of the
次に第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14のアクチュエータとしてのシャフト型リニアモータについて説明する。シャフト型リニアモータは、吸着ノズル装置10のスプラインシャフト44と同軸に構成された駆動用シャフト45と、第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14のハウジング46内に設けられ、コイル48と位置検出用磁極センサ49とを備えた固定子47とを備える。駆動用シャフト45は、複数の円筒形の磁石を、そのS極同士・N極同士が対向するように配置し中空部分に空気の吸引穴が形成されている。なお、上述のように、第7から第12吸引ノズル装置の駆動用シャフト45は、両端までの中空に構成されていない。
Next, a shaft type linear motor as an actuator of the
ハウジング46は、図8に示すように、機械的強度に十分な肉厚を有する中空の直方体の形状を有し、非磁性材料、例えばプラスチック材で作られている。ハウジング46はその上面に、駆動用シャフト45を移動可能に受け入れるよう、駆動用シャフト45の直径より僅かに大きい貫通孔56の貫通孔を有している。当該貫通孔56は、後述するようにハウジング46に配置される固定子のコイルに設けられた穴と連通するように位置する。また、側面には、実装ヘッド取付部31の取り付け面35とネジ止めするための雌ネジ57が設けられている。
As shown in FIG. 8, the
第1吸着ノズル装置10a〜第6吸着ノズル装置10f(図6に図示する2個の吸着ノズル装置の図示右側の方)に固定されている駆動用シャフト45は、中空に構成されており、その上端に設けられた吸引接続口45bから吸引することにより、中空穴45cにシャフトの先端に設けられたノズル部39まで吸引エアーを通すことができるように構成されている。また、第7吸着ノズル装置10g〜第12吸着ノズル装置10l(図6に図示する2個の吸着ノズル装置の図示左側の方)に固定されている駆動用シャフト45は、中実に構成されており、スプラインシャフト44に空気吸引用の吸引口45dが設けられている。吸引口45dは、外筒53に設けられた吸引接続ノズル45dと接続され、スプラインシャフト44中の空気を吸引することにより、スプラインシャフト44の先端に設けられたノズル部39まで吸引エアーを通すことができるように構成されている。
The
駆動用永久磁石45aは、いずれも長さが等しい中空の円筒形の永久磁石であり、その軸方向両端がS極、N極となっている。駆動用シャフト45には、S極およびN極がそれぞれ対向するように当該駆動用永久磁石45aが、配置されている。
Each of the driving
固定子47は、中央に駆動用シャフト45を挿入可能な円形の穴が設けられた複数のコイルを当該穴がZ軸方向に重なるように積層配置され、各コイルの穴が駆動用シャフト45の挿入穴として形成される。コイル48は、駆動用シャフト45を貫通孔内に受け入れたとき、永久磁石45aに対向するように、固定子47内に位置決めされている。具体的には、駆動用永久磁石45aの表面に沿うように湾曲し、かつコイルを巻くためのコア部分を備える部材にコイルをループ状に巻き、コイルが駆動用永久磁石45aに対向するように、固定子内に取付けられている。コイル48を駆動用永久磁石45aとの接触から保護するため、コイル外面にはテフロン(登録商標)フィルム等の保護フィルムが貼られている。このように、コイルは磁力線のロスを最小化するため、駆動用永久磁石45aの湾曲した外面に沿うように配置されていることが好ましい。
The
積層されたコイルの上下には、軸受50a,50bが設けられており、駆動用シャフト45が積層されたコイルの軸中心からずれないようにガイドするとともに、駆動用シャフト45の軸方向可能な状態に保持している。また、図示下側の軸受の下側には、軸方向に並べて配置された2つの磁極センサ491,492から構成されたセンサユニット49a,49bとが設けられている(図7A,図7Bに中実シャフトの場合を示す)。2つのセンサユニット49a,49bに用いられるそれぞれの磁極センサ491,492は、駆動用シャフト45の位置によって、駆動用永久磁石45aの磁界を検出するものである。本実施例では、パーマロイ合金からなり、磁界が加わると磁気抵抗効果によって、その電気抵抗が変化するMRセンサ(Magnetoresistance Sensor) が用いられており、これには一定の電流が流されている。従って、MRセンサに電流を流し、その電圧の変化を測定することによって、磁界の変化を検出して、固定子に対する駆動用シャフト45の位置を検出することができる。
センサユニット49a,49bは、図7Bに示すように、駆動用シャフト45を軸心とした略同一円周上に、上記軸対称の位置に2組設けられている。また、センサユニット49a,49bを構成するそれぞれ2つの磁極センサ491,492は、図7Aに示すように、駆動用シャフト45に組み込まれる永久磁石45aの軸方向寸法の略半分の間隔をおいて配置されている。その結果、図7Aの状態では、一方の磁極検出センサ492が略最大の磁界強さを検出するときに、他方の磁極検出センサ491が略0の磁界強さを検出することができる。センサユニット49a,49bにより駆動用シャフト45の位置検出及びその検出方法については、後述する。
As shown in FIG. 7B, two sets of
各吸着ノズル装置10は、シャフト型リニアモータ40によりZ軸方向に上下移動することができるように構成されている一方、重力により吸着ノズル装置10が下がらないように、バネ52により図示上方向に付勢された状態で保持されている。すなわち、各吸着ノズル装置10のスプラインシャフト44を受けるボールスプラインナット53aを有する外筒53側に設けられたバネ座54と、各スプラインシャフト44と一体的に構成されている駆動用シャフト45に固定されたバネ座55との間に、両バネ座54,55の距離よりも長い自然長のバネ52を、図6に示すように駆動用シャフト45と同軸に配置することにより、駆動用シャフト45が図示上側に付勢され、重力により吸着ノズル装置10が落下しないように構成されている。なお、バネ座55は、駆動用シャフトが原点位置にある時、固定子47の下端と接触し、これ以上駆動用シャフトが上昇しないようにするストッパとしても機能する。これによる駆動用シャフトの原点検出の方法については、後述する。
Each
図9Aは、模式的に示したシャフト型リニアモータの駆動制御及び位置検出するための制御回路のブロック図である。図9Aは、第1及び第2ヘッド部4,14に用いられるリニアモータについての構成を示している。なお、XYロボットにおいて、第1X軸駆動部6c及び第2X軸駆動部6dが、第1ヘッド部4,第2ヘッド部14のX軸方向の駆動制御及び位置検出を行う場合、及びY軸駆動部6a,6bが、Y軸可動部30のY軸方向の駆動制御及び位置検出を行う場合についても、同様の制御を行う。以下では、シャフト型リニアモータ40を例にして、その駆動制御及び位置検出の方法について説明する。なお、上述の通り、リニアモータの駆動制御及び位置検出の方法については、XYロボットと実装ヘッドについて同様であるので、以下、実装ヘッドについて説明することとする。ただし、XYロボットについては、模式的に示したシャフト型リニアモータの駆動制御及び位置検出するための制御回路のブロック図は、図9Eに示すように構成される。
FIG. 9A is a block diagram of a control circuit for driving control and position detection of the shaft type linear motor schematically shown. FIG. 9A shows the configuration of the linear motor used in the first and
図9A、図9Eに示すように、シャフト型リニアモータを駆動制御するサーボコントローラサーボアンプ110は、実装制御装置100の一部を構成するものであり、アンプ部112と、コントローラ部111とから構成される。アンプ部112は、例えば実装制御装置100中の上位コントローラ100aから入力される動作指令信号を受け、動力線を介して固定子47のコイル48に給電するものである。サーボコントローラサーボアンプ110のアンプ部111から出力された駆動電流によって、コイル48に電流が流れ、コイル48と、駆動用永久磁石45aのN極或いはS極との間に斥力が働き、駆動用シャフト45が固定子47に沿って所定のZ軸方向に移動する。
As shown in FIGS. 9A and 9E, the servo
サーボコントローラサーボアンプ110のコントローラ部111は、周期カウンタ113、各周期の分解性能テーブル114、パルス信号受信部115、演算部116を備える。周期カウンタ113は、駆動周期のどの位置に駆動用シャフト45が存在するかを検出するために、後述する磁界周期を複数のパルス(本実施形態では、説明の便宜上1000で説明する。但し、実際はコンピュータ処理をするため、例えば1024となる)に分割して、各周期カウンタの駆動パルスをカウントするものである。各周期の分解能テーブル114は、駆動用シャフトに設けられた磁界周期ごとの長さを格納するためのデータであり、後述するように、駆動用周期に設けられた磁界周期が完全に同じでないことに基づく位置検出の補正に用いられるものである。
The
駆動用シャフト45が、固定子47に沿って移動するのに伴って、駆動用シャフト45に設けられた駆動用永久磁石45aは、固定子47に設けられたセンサユニット49a,49bの磁極センサ491,492の上を通過する。前述したように、駆動用永久磁石45aは、例えば、Z軸方向の長さが4mmであるとすると、4mmごとに、N極およびS極が形成されているため、磁界周期は8mmとなる。駆動用シャフトの移動に伴って、磁極センサ491,492と各永久磁石との相対位置が変化するに伴い、磁極センサ491,492の抵抗値が変化する。
As the
磁極センサ491,492には一定の電流が流されているから、駆動用永久磁石45aが移動すると、磁界周期の磁界強さに応じて磁極センサ491,492からそれぞれ磁界強度信号が出力され、A/D変換回路110に入力される。各磁極センサ491,492から出力される磁界強度信号は、磁界周期の磁界強さと同様に、略サイン波の軌跡をとることとなる。A/D変換回路110は、この磁界強度信号をA/D変換して増幅してパルス信号受信部115に入力する。パルス信号受信部115は、連続的に入力されるデジタル信号を波形整形することによって、所定のデジタル信号を生成し、演算部116に出力する。演算部116は、入力された波形整形されたデジタル信号の値に基づいて、下記のように、駆動用シャフト45の原点検出及び位置算出を行う。
Since a constant current flows through the
原点検出の方法を以下に説明する。本実施形態においては、駆動用シャフト45が上側に移動し、バネ座55が固定子47の下端と接触した場合、コイルに印加する電流値が変化することを利用し、その電流値を検出することにより、原点検出を行う。すなわち、図9Bに示すように、駆動用シャフト45が上側に移動し、図中の点Aにおいて、バネ座55が固定子47の下端と接触し、これ以上上向きに移動できなくなる。このとき、図9Bに示すように、コイルに印加される電流の値は、シャフトが移動できないにもかかわらずこれを移動させようとするため、点Aを境に上昇する。
The origin detection method will be described below. In the present embodiment, when the
サーボコントローラサーボアンプ110は、この電流値が上昇を開始し、しきい値を超えた時に存在する駆動シャフトの位置に基づいて原点検出を行い、以下に示すように当該位置を基準として駆動用シャフトの位置検出を行う。なお、この際、駆動用シャフト45は停止しているため、それぞれの磁極センサから出力される出力値は一定の値を示すので、この要件を原点検出の条件に加えることでより安定した検出が可能となる。
The servo
本実施形態では、図9Cに示すように、上記した駆動用シャフト45が上向きに移動し、バネ座55が固定子47の下端と接触したことによって、電流値がしきい値を超えかつ2つの磁極センサの出力が変化しないことが検出されると、当該位置から駆動用シャフト45を下降させるように制御する。そして、磁極センサ491,492のいずれか一方(図中においては、2つのセンサを区別する必要がないため、第1又は第2の磁極センサとして表記している。)の出力が最初に0となった位置を原点とする。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9C, the
また、原点位置決定の別の方法としては、図9Dに示すように、駆動用シャフト45が上向きに移動し、バネ座55が固定子47の下端と接触した位置、すなわち、コイルに印加される電流の値が上昇を開始したときに駆動用シャフト45が存在する位置をそのまま原点としてもよい。
As another method for determining the origin position, as shown in FIG. 9D, the
次に、駆動用シャフト45の位置検出の具体的な検出算出例を図10Aを用いて説明する。図10Aにおいて、駆動用永久磁石45aのZ軸方向長さが4mmであるとすると、N極間の距離Hは8mmとなる。図10Aにおいて駆動用シャフト45がZ軸方向下側に移動した場合を想定すると、2つの磁極センサ491,492は、それぞれ磁界の強さを電圧(本実施形態では、−5V〜+5Vの間の出力範囲とする。)として出力し、その出力信号は、図10Bに示すような略サイン波の磁界強度信号となる。ここで、2つの磁極センサ491,492は、1つの駆動用永久磁石45aのZ軸方向の長さの略半分の間隔、すなわち、2mmの間隔を置いて配置されているため、出力された磁界強度信号のサイン波の位相はπ/2ずれたものとなる。
Next, a specific detection calculation example of the position detection of the
ここで、2つの磁極センサ491,492から出力された磁界強度信号をデジタル値に変換するA/D変換回路110の電圧値(図10Bにおいて縦軸方向)の測定分解能を±500、磁界周期方向(図10Bにおいて横軸方向)を1000とすると、検出精度の分解能は、8mm/1000=8μmごととなる。
Here, the measurement resolution of the voltage value (vertical axis direction in FIG. 10B) of the A /
ここで、図10Bにおいて、2つの磁極センサ491,492から出力された場合について説明する。駆動シャフト45の位置を検出するためには、原点からの移動距離を基準として駆動シャフトの位置を検出することとなる。すなわち、上述のように、コイルに印加される電流値を検出することにより検出された原点に駆動シャフトを移動させ、図示下側方向に移動させる。このとき、磁極センサ491,492の原点位置における出力値と同じ出力値を取る点(図10Bでは、センサ491の出力が0であり、センサ492の出力が極大値をとる位置)をそれぞれ検出点として認識し、原点に近い順に第1検出点、第2検出点・・・とする。原点及び各検出点の間を1つの磁界周期とする。
Here, in FIG. 10B, the case where it outputs from two
各周期の分解能テーブル114には、図10Cに示すような各周期の周期方向パルス数ごとにおける分解能の情報が格納されている。上記のように本実施形態においては、磁界周期方向の分解能は1000であるので、1つの周期、すなわち2つの磁石の合計長さ寸法を1000で割った値が1つのパルスの分解能となる。また、駆動用シャフト45に組み込まれる駆動用永久磁石45aは、ほぼ同じZ軸方向長さに構成されてはいるが、加工時における長さのばらつきなどが生じる場合があり、これが磁界周期のばらつきとなる。このばらつきは、原点から遠ざかるほど累積的に加算されるため、原点から遠い位置における位置検出の精度が劣化する。よってこの周期長のばらつきを補正するために、磁界の周期ごとに各周期の長さの情報を分解能テーブル114に記憶させておく。図10Cにおいては、第1周期が周期長8.1mmであり1つのパルスの分解能が8.1μmとし、第2周期が周期長8.2mmであり1つのパルスの分解能が8.2μmとした場合について図示している。
The resolution table 114 for each period stores resolution information for each period direction pulse number of each period as shown in FIG. 10C. As described above, in the present embodiment, since the resolution in the magnetic field periodic direction is 1000, one cycle, that is, a value obtained by dividing the total length of two magnets by 1000 is the resolution of one pulse. Further, although the drive
ここで、磁極センサ491,492のそれぞれの出力値が図10Bにおける点Bのような出力(例えば、磁極センサ491の出力が−2V、磁極センサ492の出力が+2V)であった場合、原点からみて、第1検出点を通過しているので、点Bは第2周期に位置する点であることが判明する。また、点Bは、図10Dに示すように円内角度ATTNは、(−2/2)×(180/π)=−45度であり、磁極センサ491の出力が負であったので180−45=135度となる。したがって、上記磁極センサの波形より、Z1のポイントは270度の位置であり、そのポイントから反時計回りに回転するので、検出位置は、第2周期の周期長8.2mm×(225度/360度)=5.125mmとなり、第2周期の開始位置すなわち第1検出点を基準として5.125mm移動したこととなる。
Here, when the output values of the
また、駆動用シャフト45が1つ周期を超えて移動しているので、第1検出点を基準とした距離に第1周期長(すなわち、駆動用永久磁石2つ分の長さ)の8.1mmを加算する。よって、原点からの移動距離は、13.225mmとして出力される。
In addition, since the
なお、移動距離演算時に加えられる磁界の周期長は、上述のようにテーブルデータとして予め記憶する代わりに、一律に駆動用永久磁石2つ分の長さとして算出してもよい。 Note that the period length of the magnetic field applied during the calculation of the movement distance may be calculated as the length of two driving permanent magnets instead of preliminarily storing it as table data as described above.
上述のように、第1ヘッド部4及び第2ヘッド部14は、コイル38の上下に設けられた軸受50a,50bにより駆動用シャフト45をその軸がコイル38の中心軸と一致するようにガイドしているため、駆動用シャフト45が固定子47の中でX軸方向及びY軸方向にずれないように構成されている。したがって、θ回転用モータ42aにより吸着ノズル装置10fをその軸中心に回転した場合であっても、上記のようにセンサユニットと駆動用シャフト45に組み込まれる駆動用永久磁石45aとの隙間は、略一定になるように構成されており、上記のように2つの磁極センサ491,492を有するセンサユニット49aで駆動用シャフト45の距離を検出することができる。
As described above, the
ただし、長期にわたる使用などにおいて、駆動用シャフト45の軸心がコイル38の中心軸からずれることも考えられる。ただし、この場合であっても、上記のように2つのセンサユニット49a,49bを有することで、駆動用シャフト45の位置を高精度で検出することができる。
However, it is conceivable that the axis of the
すなわち、図11Aに示すように、駆動用シャフト45の軸心が固定子47のコイル38中心軸と一致する場合は、2つのセンサユニット49a,49bの4つの磁極センサ491,492、493,494と駆動用永久磁石45aとの隙間はいずれも同じであり、それぞれのセンサユニット49a,49bに含まれる上側2つの磁極センサ491,493、とした側2つの磁極センサ492,494の出力は、図11Bに示すように、同じになる。
That is, as shown in FIG. 11A, when the axis of the
しかし、図12Aに示すように、駆動用シャフト45が矢印120に示す方向にZ軸に垂直方向に移動したような場合は、センサユニット49bに駆動用永久磁石45aが近づき、センサユニット49aから駆動用永久磁石45aが遠ざかることとなる。このような場合は、センサユニットの各磁極センサからの出力は、それぞれ図12Bに示すようになる。すなわち、センサユニット49aの上側磁極センサ491は、センサユニット49bの上側磁極センサ493と比較して、駆動用永久磁石45aからの距離が長くなり出力ゲインが弱くなる。また、センサユニット49aの下側磁極センサ492は、センサユニット49bの下側磁極センサ494と比較して、駆動用永久磁石45aからの距離が長くなり出力ゲインが弱くなる。
However, as shown in FIG. 12A, when the
また、図13Aに示すように駆動用シャフト45が、その上側が矢印121に示すように図示左側方向に移動し、下側が矢印122に示すように図示右側方向に移動した場合、駆動用シャフト45のZ軸方向の移動に伴い、センサユニット49a,49bと駆動用永久磁石45aとの間隔が変化する。すなわち、駆動用シャフト45は、Z軸方向下側の駆動用永久磁石451の位置ではセンサユニット49a側に近接しており、Z軸方向上側の駆動用永久磁石452の位置ではセンサユニット49b側に近接する。したがって、駆動用シャフト45がZ1からZ2間で下側に移動した時の各センサユニットの磁極センサ491〜494の出力は、図13Bのようになる。すなわち、各センサユニット49a,49bの上側の磁極センサでは、磁極センサ491の出力が移動に伴って小さくなるのに対し、磁極センサ493の出力が移動に伴って大きくなる。また、各センサユニット49a,49bの下側の磁極センサでは、磁極センサ492の出力が移動に伴って小さくなるのに対し、磁極センサ494の出力が移動に伴って大きくなる。
As shown in FIG. 13A, when the
このように、図12A、図13Aのように、駆動用シャフト45の軸心が固定子47の軸挿入穴の中心軸からずれているような場合は、1つのセンサユニットでの位置検出が困難となる。本実施形態では、2つのセンサユニットの出力を用いることにより、駆動用シャフト45がずれた場合の位置検出を可能とした。
Thus, as shown in FIGS. 12A and 13A, when the axis of the
すなわち、本実施形態においては、2つのセンサユニット49a,49bの上側の磁極センサ491,493、下側の磁極センサ492,494、の出力値の平均値を算出し、その値に基づいて、駆動用シャフト45の位置を検出する。2つのセンサユニット49a,49bは、固定子の軸挿入穴を軸心とした略同一円周上に設けられているため、駆動用シャフト45が固定子の中心軸からいずれの方向にずれ、1つの磁極センサの出力が小さくなったとしても、他の磁極センサの出力が大きくなるため、2つのセンサユニットまでの距離の合計は略一定に保たれる。すなわち、2つのセンサユニットの出力の平均をとることにより、駆動用シャフト45の軸心が固定子の中心軸からずれた場合の誤差を吸収することができる。
That is, in the present embodiment, the average value of the output values of the upper
以上説明したように、本実施形態にかかる部品実装装置によれば、吸着ノズル装置の一部を構成する駆動用シャフト45をシャフト型リニアモータであるアクチュエータの構成部品とすることができるので、ヘッド部を小型化することができる。また、駆動用シャフト45は、軸受50a,50bによりX軸方向及びY軸方向への移動がなされないように配置されているため、部品実装動作においてノズル部のぶれを防止することができる。
As described above, according to the component mounting apparatus according to the present embodiment, the
さらに、駆動用シャフト45の位置検出に駆動用永久磁石の磁界を検出する複数の磁極センサを有するセンサユニットを用いることとしたため、駆動用シャフト45がθ回転させる構成をとることができ、また、θ回転した場合であっても、位置検出の精度を高く維持することができる。
Furthermore, since the sensor unit having a plurality of magnetic pole sensors that detect the magnetic field of the driving permanent magnet is used for detecting the position of the driving
さらに、センサユニットは、2つの磁極センサが、1つの駆動用永久磁石のZ軸方向寸法の略半分の距離を隔てて設けられているため、一方の磁極検出センサが略最大又は最小の磁界強さを検出するときに、他方の磁極検出センサが略0の磁界強さを検出することとなり、両磁極センサの出力に基づいて円内角度を基準に検出することにより、直接的に位置の検出を行うことができる。すなわち、予め基準値として磁極センサの出力を保存し、当該基準値との比較により位置を検出する場合と比べ、駆動用シャフトとコイルの状態変化による影響を少なくして位置検出を行うことができる。 Further, since the two magnetic pole sensors are provided at a distance of about half of the Z-axis direction dimension of one driving permanent magnet, the one magnetic pole detection sensor has a substantially maximum or minimum magnetic field strength. When the other magnetic pole detection sensor detects the magnetic field strength, the magnetic field intensity of the other magnetic pole sensor is detected to be substantially zero, and the position is detected directly by detecting the angle within the circle based on the output of both magnetic pole sensors. It can be performed. That is, it is possible to detect the position by reducing the influence of the change in the state of the drive shaft and the coil as compared with the case where the output of the magnetic pole sensor is stored in advance as a reference value and the position is detected by comparison with the reference value. .
特にセンサユニットを複数設けた場合は、それぞれのセンサユニットのZ軸方向に同じ位置に配置された着磁センサの出力の加算平均をとることにより、駆動用シャフトと固定子との間隔が変化した場合であっても、高精度に位置検出を行うことができる。 In particular, when a plurality of sensor units are provided, the distance between the drive shaft and the stator is changed by taking the average of the outputs of the magnetization sensors arranged at the same position in the Z-axis direction of each sensor unit. Even in this case, position detection can be performed with high accuracy.
また、各センサユニットから出力されたアナログ信号は、A/D変換され、デジタル値として変換されるため、変換されたデジタル値の測定分解能を多くすることにより、検出精度の分解能を高くすることができる。すなわち、駆動用永久磁石の長さにより決定される磁界周期長と測定分解能によって検出精度を決定することができ、ソフト的に処理可能な測定分解能を多くすることにより、比較的容易に検出精度を向上させることができる。 In addition, the analog signal output from each sensor unit is A / D converted and converted into a digital value, so that the resolution of detection accuracy can be increased by increasing the measurement resolution of the converted digital value. it can. In other words, the detection accuracy can be determined by the magnetic field period length determined by the length of the driving permanent magnet and the measurement resolution, and the detection accuracy can be relatively easily increased by increasing the measurement resolution that can be processed in software. Can be improved.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、固定子に設けられるセンサユニットは、2つに限られるものではなく、3つ以上設けることもできる。この場合、コイルの中心に対して均等角度に位置するように設置することが好ましい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect. For example, the number of sensor units provided in the stator is not limited to two, and three or more sensor units may be provided. In this case, it is preferable to install so as to be positioned at an equal angle with respect to the center of the coil.
また、可動軸に設けられた複数の磁石のうち端部の磁石の磁界の強さと両側に磁石を有する磁石の磁界の強さとは磁界の大きさが変るので、端部の磁石の磁界を検出しないような位置に磁極センサを設ける、又は検出しても可動軸の位置を検出する位置情報として採用しないようにするか、当該出力値を補正して利用することが好ましい。 In addition, the magnetic field strength of the end magnets and the magnetic field strength of the magnets having magnets on both sides of the plurality of magnets provided on the movable shaft vary, so the magnetic field of the end magnet is detected. It is preferable that a magnetic pole sensor is provided at such a position that it is not used, or it is not adopted as position information for detecting the position of the movable shaft even if it is detected, or the output value is corrected and used.
なお、上記実施形態におけるXYロボットは、部品実装装置の部品実装ヘッドをXY両軸方向に移動させるものであるが、本発明にかかるXYロボットは、この用途に限定されるものではない。 Note that the XY robot in the above embodiment moves the component mounting head of the component mounting apparatus in the XY biaxial directions, but the XY robot according to the present invention is not limited to this application.
1 ローダー
2、2−0、2−1、2−2、2−3 回路基板
3,13 第1基板搬送保持装置、第2基板搬送保持装置
4 第1ヘッド部
5 XYロボット
6a Y軸駆動部
6b、6c X軸駆動部
7、17 ノズルステーション
8A、8B、8C 部品供給部
9、19 認識カメラ
10 吸着ノズル装置
12 ロードセル
14 第2ヘッド部
39 ノズル部
40 アクチュエータ
41 タイミングプーリ
42a、42bθ回転用モータ
43 タイミングベルト
43a,43b テンションプーリ
44 スプラインシャフト
45 駆動用シャフト
46 ハウジング
47 固定子
48 コイル
49a,49b センサユニット
50a,50b 軸受
52 バネ
100 実装部
100a 上位コントローラ
101 部品実装装置
110 A/D変換器逓倍回路
111 サーボコントローラサーボアンプ
491,492,493,494 磁極センサ
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記X軸駆動部に連結し前記X軸駆動部をY軸方向に移動させる第2の移動体と、前記第2の移動体の移動方向に沿って延在するとともに前記第2の移動体を案内する第2の案内部を備えた2つのY軸駆動部であって、前記第2の案内部が互いに平行配置となるように構成されたY軸駆動部と、
前記第1及び第2の移動体を駆動させるための駆動信号を前記X軸駆動部と前記Y軸駆動部に供給する駆動信号供給部とを備えるXYロボットであって、
前記X軸駆動部及びY軸駆動部の少なくとも一方は、
中央に貫通穴を有する複数のコイルを有しかつ前記コイルの前記貫通穴が直線状に配列して軸挿入穴を形成するように前記複数のコイルを配設した、前記第1及び第2の移動体としてのコイル部と、
複数の永久磁石の磁極をその同極同士が対向するように備え前記コイル部の前記軸挿入穴内を軸方向に前記コイル部に対して相対的に移動可能に配置され、前記第1及び第2の案内部としての円柱形状のシャフトと、
を備えたシャフト型リニアモータを備え、
前記駆動信号供給部は、前記シャフト型リニアモータのコイル部に駆動電流を供給することを特徴とする、XYロボット。 A first moving body that moves a moving object in the X-axis direction, and an X that includes a first guide portion that extends along a moving direction of the first moving body and guides the first moving body. An axis drive,
A second moving body connected to the X-axis driving section and moving the X-axis driving section in the Y-axis direction; and extending along a moving direction of the second moving body and the second moving body. Two Y-axis drive units including a second guide unit for guiding, the Y-axis drive unit configured so that the second guide units are arranged in parallel with each other;
An XY robot including a drive signal supply unit configured to supply a drive signal for driving the first and second moving bodies to the X-axis drive unit and the Y-axis drive unit;
At least one of the X-axis drive unit and the Y-axis drive unit is
The first and second coils have a plurality of coils having a through hole in the center, and the plurality of coils are arranged so that the through holes of the coil are arranged linearly to form a shaft insertion hole. A coil section as a moving body;
The magnetic poles of a plurality of permanent magnets are arranged so that the same poles face each other, and are arranged in the shaft insertion hole of the coil portion so as to be movable relative to the coil portion in the axial direction, the first and second A cylindrical shaft as a guide part of
It has a shaft type linear motor with
The XY robot according to claim 1, wherein the driving signal supply unit supplies a driving current to a coil unit of the shaft type linear motor.
前記X軸駆動部は、2つ設けられており、前記Y軸駆動部のそれぞれの別の前記第2のコイル部に、その第1の案内部の両端がそれぞれ連結されていることを特徴とする、請求項2に記載のXYロボット。 The Y-axis drive unit includes a coil unit in which the second moving unit is inserted into each of two shafts of the shaft type linear motor.
Two X-axis drive units are provided, and both ends of the first guide unit are connected to the other second coil units of the Y-axis drive unit, respectively. The XY robot according to claim 2.
前記シャフトの側面に対向して前記シャフトの軸方向に所定間隔をおいて複数配設されかつそれぞれが前記永久磁石の磁界の強さを検出してその強さに応じた磁界強度信号を出力する複数の磁極検出センサと、
前記複数の磁極検出センサからそれぞれ出力された複数の磁界強度信号を受信し、当該複数の磁界強さ信号に基づいて前記コイル部とシャフトの相対位置を検出するコイル位置検出部と、を備えることを特徴とする、請求項1から4のいずれか1つに記載のXYロボット。 The shaft type linear motor further includes a plurality of shaft-type linear motors arranged at predetermined intervals in the axial direction of the shaft so as to face the side surfaces of the shaft, and each of them detects the strength of the magnetic field of the permanent magnet. A plurality of magnetic pole detection sensors that output a corresponding magnetic field strength signal;
A coil position detection unit that receives a plurality of magnetic field strength signals output from the plurality of magnetic pole detection sensors, and detects a relative position of the coil unit and the shaft based on the plurality of magnetic field strength signals. The XY robot according to any one of claims 1 to 4, characterized by:
前記磁極検出センサがセンサユニットとして構成され、
前記センサユニットは、前記コイル部の軸挿入穴の中心軸上に中心を有しかつ当該中心軸に直交する平面上に存在する略同一円周上に均等間隔で複数設けられ、
前記コイル位置検出部は、前記複数のセンサユニットからそれぞれ出力された複数の磁界強度信号に基づいて、前記シャフトの軸に交差する方向のずれに伴う前記複数のセンサユニットからの出力を補正しつつ、前記可動軸の位置を検出する請求項6に記載のXYロボット。 The shaft type linear motor is
The magnetic pole detection sensor is configured as a sensor unit,
A plurality of the sensor units are provided at equal intervals on substantially the same circumference having a center on the central axis of the shaft insertion hole of the coil portion and existing on a plane orthogonal to the central axis,
The coil position detection unit corrects the output from the plurality of sensor units according to the shift in the direction intersecting the axis of the shaft based on the plurality of magnetic field strength signals respectively output from the plurality of sensor units. The XY robot according to claim 6, wherein the position of the movable shaft is detected.
前記コイル位置検出部に前記複数の永久磁石の磁極間長さに応じた可動軸の移動量が記憶されており、前記可動軸の位置検出時において前記可動軸の位置補正を行う請求項5から7のいずれか1つに記載のXYロボット。 The shaft type linear motor is
The moving amount of the movable shaft corresponding to the length between the magnetic poles of the plurality of permanent magnets is stored in the coil position detection unit, and the position of the movable shaft is corrected when the position of the movable shaft is detected. 8. The XY robot according to any one of 7.
前記2つのY軸駆動部の移動体に連なるX軸フレームと、
X軸フレームに前記第1の案内部であるシャフトと平行に設けられ且つ前記第1の移動体としてのコイル部の移動をガイドするX軸リニアガイドとをさらに備える、請求項1記載のXYロボット。 The X-axis drive unit is
An X-axis frame connected to a moving body of the two Y-axis drive units;
2. The XY robot according to claim 1, further comprising: an X-axis linear guide provided on the X-axis frame in parallel with the shaft as the first guide portion and guiding movement of the coil portion as the first moving body. .
スプラインシャフトと前記スプラインシャフトに連結されかつ吸引により部品を保持可能なノズルとを有するノズル装置と、前記スプラインシャフトに嵌合し前記スプラインシャフトを摺動かつ回動自在でかつ回転駆動源に連なるスプラインナットと、前記ノズル装置を移動させるノズル移動装置と、を有する部品実装ヘッドである部品実装装置。 The moving object connected to the XY robot according to any one of claims 1 to 9,
A nozzle device having a spline shaft and a nozzle connected to the spline shaft and capable of holding a component by suction, and a spline that is fitted to the spline shaft and is slidable and rotatable, and connected to a rotational drive source The component mounting apparatus which is a component mounting head which has a nut and the nozzle moving apparatus which moves the said nozzle apparatus.
中央に貫通穴を有する複数のコイルを有し、前記コイルの前記貫通穴が直線状に配列して軸挿入穴を形成するように前記複数のコイルを配設した固定子と、
複数の永久磁石の磁極をその同極同士が対向するように備え前記固定子の前記軸挿入穴内を軸方向に移動可能に配置され前記スプラインシャフトに連結された円柱形状の可動軸と、
前記可動軸の側面に対向して前記可動軸の軸方向に所定間隔をおいて複数配設されかつそれぞれが前記永久磁石の磁界の強さを検出してその強さに応じた磁界強度信号を出力する複数の磁極検出センサと、
前記複数の磁極検出センサからそれぞれ出力された複数の磁界強度信号を受信し、当該複数の磁界強さ信号に基づいて前記固定子に対する可動軸の位置を検出する可動軸位置検出部と、を備える、ことを特徴とする請求項10に記載の部品実装装置。 The nozzle moving device is
A stator having a plurality of coils having a through hole in the center, and the plurality of coils arranged so that the through holes of the coil are linearly arranged to form a shaft insertion hole;
A cylindrical movable shaft provided with magnetic poles of a plurality of permanent magnets so that the same poles face each other, and arranged to be movable in the axial direction in the shaft insertion hole of the stator and connected to the spline shaft,
Opposite to the side surface of the movable shaft, a plurality of them are arranged at predetermined intervals in the axial direction of the movable shaft, and each of them detects the magnetic field strength of the permanent magnet and generates a magnetic field strength signal corresponding to the strength. A plurality of magnetic pole detection sensors for output;
A movable shaft position detector that receives a plurality of magnetic field strength signals respectively output from the plurality of magnetic pole detection sensors and detects a position of the movable shaft with respect to the stator based on the plurality of magnetic field strength signals. The component mounting apparatus according to claim 10.
前記ノズル移動装置が、それぞれのノズル装置に対応して複数複数設けられており、
それぞれの前記ノズル移動装置の固定子は、一体的に配置された固定子ブロックとして前記部品実装ヘッドのハウジング内に配置されている請求項11から13のいずれか1つに記載の部品実装装置。
The component mounting head is a multiple component mounting head having a plurality of the nozzle devices,
A plurality of the nozzle moving devices are provided corresponding to the respective nozzle devices,
14. The component mounting apparatus according to claim 11, wherein the stator of each of the nozzle moving devices is disposed in the housing of the component mounting head as an integrally disposed stator block.
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