JP2006165443A

JP2006165443A - 部品搭載装置

Info

Publication number: JP2006165443A
Application number: JP2004358036A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Usui; 弘章薄井; Tetsuro Miyamoto; 哲朗宮本
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】吸着ノズルにより部品を吸着したか否かや、基板に搭載したか否かを、確実に且つ短時間に確認できるようする。
【解決手段】部品を吸着する吸着端部２２Ａを有する吸着ノズル２２と、該吸着ノズルを先端部２４Ａに吸着するシャフト２４とを備え、シャフト内に形成されているシャフト管部２４Ｂと、吸着ノズル内に形成されているノズル管部２２Ｂとを通して吸引することにより、前記吸着端部に部品を吸着し、所定位置の基板上に搭載する部品搭載装置において、前記ノズル管部２２Ｂの内周には、長手方向に延びる複数の光ファイバ３６が実質上密着した状態に並設され、前記シャフト管部２４Ｂの内周には、前記吸着ノズル２２の装着時に前記複数の光ファイバ３６のいずれかの端面と、実質的に対向して光学的に接続可能な端面を有する受光用光ファイバケーブル４０Ｂと、照明用光ファイバケーブル４０Ａとが併設されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、部品搭載装置、特に電子部品等を吸着ノズルにより吸着し、所定位置の電子回路基板等に搭載する際、該部品等を正常に吸着し且つ正常に搭載が完了したことを確認する際に適用して好適な部品搭載装置に関する。

図９には、電子部品搭載装置の一例についてその概要を示す。この電子部品搭載装置は、電子部品を吸着する吸着ノズルの装着が可能であると共に、装着されたノズルの上下方向及び回転方向の位置決めをすることが可能なヘッド部１０と、該ヘッド部１０をＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ移動し位置決めするＸ駆動部１２、Ｙ駆動部１４と、電子部品をノズル吸着位置に供給する部品供給部１６と、電子回路基板ＳをＸ方向に搬入し、図示する位置に位置決めし、搬出する基板搬送位置決め部１８と、必要に応じてヘッド部１０に装着されているノズルを交換するためのノズル交換部２０等により構成されている。

図１０には、ヘッド部１０の概要を拡大して模式的に示す。このヘッド部１０は、図中上側が真空発生装置（図示せず）に接続され、その反対の図中下側に、電子部品（図示せず）を吸着するための吸着ノズル２２が装着可能なシャフト２４を備えている。このシャフト２４は、ベルトを介してθ軸モータ２６により軸中心に回転可能であると共に、同様にＺ軸モータ２８により回転されるボールねじ２９を介して昇降可能になっている。

又、このヘッド部１０は、レーザ光を利用する部品認識装置３０を有し、Ｚ軸モータ２８によりシャフト２４を上下方向に、θ軸モータ２６により回転方向の位置決めを行なった部品を、該部品認識装置３０により認識することが可能になっている。

次に、従来の電子部品搭載装置の動作について説明する。Ｘ駆動部１２、Ｙ駆動部１４によりヘッド部１０が部品供給部１６の所定位置に位置決めされ、該ヘッド部１０内のシャフト２４を下降させる。このとき、シャフト２４に装着されている吸着ノズル２２の先端が、部品に当接する直前に真空発生装置を作動させることにより、該ノズル２２により部品が吸着される。

次いで、吸着された部品は、部品認識装置３０により吸着位置の計測が行なわれ、吸着姿勢の補正が補正部（図示せず）において行なわれる。更に、Ｘ駆動部１２、Ｙ駆動部１４によりヘッド部１０が移動され、吸着ノズル２２が電子回路基板Ｓ上の任意の装着位置に位置決めされた後、シャフト２４が下降されて部品が基板に接触した後に真空発生装置を停止させることにより、シャフト２４に装着されているノズル２２から部品が離れ、電子回路基板Ｓ上に電子部品が搭載される。

以上のように、電子部品搭載装置により電子部品を基板Ｓに搭載する場合には、該部品を部品供給部１６から確実に吸着し、且つ基板Ｓ上に確実に搭載した事実をその都度確認できるようにすることが重要である。

そのために、従来の電子部品搭載装置では、部品吸着時にノズルに部品が吸着できたか否かを確認するために、部品吸着に使用するバキューム圧に部品の有無により差が生じることを利用したり、画像又はレーザ等を利用する前記部品認識装置３０等を用いる部品認識により確認していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１４２８８８号公報

しかしながら、前記従来のようにバキューム圧の差を利用する確認方法では、ノズルの形状の違い（例えば、先端が細い）によっては、吸着した部品の有無によってバキューム圧に変化（差）が生じない場合があるため正確性に欠ける問題があり、又、画像やレーザ等による部品認識ではその認識装置までヘッド部を移動させる必要があることから、認識作業に時間がかかるため、短時間でノズル先端における部品の有無を確認することができないという問題があった。

この問題は、部品搭載動作を終了した後、実際には部品が搭載されずに、ノズルに付着したまま上昇される、“部品の持ち帰り”と呼んでいる失敗動作を確認する場合も同様である。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、吸着ノズルにより部品を吸着したか否かや、基板に搭載したか否かを、確実に且つ短時間に確認することができる部品搭載装置を提供することを課題とする。

本発明は、部品を吸着する吸着端部を有する吸着ノズルと、該吸着ノズルを先端部に装着するシャフトとを備え、シャフト内に形成されているシャフト管部と、吸着ノズル内に形成されているノズル管部とを通して吸引することにより、前記吸着端部に部品を吸着し、所定位置の基板上に搭載する部品搭載装置において、前記ノズル管部の内周には、長手方向に延びる光導波路が形成され、前記シャフト管部の内周には、前記吸着ノズルの装着時に前記光導波路の端面と、実質的に対向して光学的に接続可能な端面を有する受光用光ファイバケーブルが付設されているようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記シャフト管部の内周には、前記吸着ノズルの装着時に前記光導波路の端面と、実質的に対向して光学的に接続可能な端面を有する照明用光ファイバケーブルが併設されているようにしてもよい。

本発明によれば、吸着ノズル内に形成された光導波路と、該光導波路と端面同士が対向して、光学的に接続可能にシャフト内に形成されている受光用光ファイバケーブルとを介して、受光手段でノズル先端部内における光量を検出（受光）することが可能となるため、該先端部に部品が付着されているか否かの違いを、受光量に基づいて判別可能となることから、該ノズルに部品が吸着されているか否かを容易に認識することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１（Ａ）は、本発明に係る一実施形態の電子部品搭載装置が有するヘッド部のシャフトに装着される吸着ノズルの概要を示す断面図である。本実施形態の電子部品搭載装置は、以下に説明する構成を除き、前記図９、図１０に示した従来の電子部品搭載装置と実質的に同一である。

上記吸着ノズル２２の内部には、吸着端部２２Ａに部品を吸着する際に吸引する空気を通すためのノズル管部２２Ｂが軸方向に貫通されている。

この吸着ノズル２２は、吸着端部２２Ａに連続する前記ノズル管部２２Ｂが、ノズル本体２２Ｃ内に摺動可能に挿通され、ばね３２により図中下方に付勢されていると共に、ガイドねじ３４が係合されている長孔２２Ｄの範囲内で伸縮可能になっている。

又、同図（Ｂ）には、吸着ノズル２２の上端面を示すように、この管部２２Ｂの内周面には同心円状の全周に複数の光ファイバ（光導波路）３６が実質上隙間がない密着した状態に並設されている。

図２（Ａ）には、吸着ノズル２２が、前記図１０に示したヘッド部１０が有するシャフト２４の下端の装着部２４ＡにＯ−リング３８を介して気密装着（嵌合）されている状態を、又、同図（Ｂ）には該シャフト２４の断面を、それぞれ模式的に示す。

このシャフト２４に形成されているシャフト管部２４Ｂの内周面には２本の光ファイバケーブル４０Ａ、４０Ｂが長手方向に沿って付設されている。そして、一方の照明用光ファイバケーブル４０Ａには光源（図示せず）が、他方の受光用の光ファイバケーブル４０Ｂには光量を検出する光量検出装置（受光手段、図示せず）が接続されている。吸着ノズル２２をシャフト２４に嵌合（結合）すると、該ノズル内部に配設されている多数の前記光ファイバ３６のいずれかと、シャフト内部の２本の光ファイバケーブル４０Ａ、４０Ｂがそれぞれ対向するようになっている。

そのため、吸着ノズル２２とシャフト２４の装着角度（位置）を考慮することなく嵌合させるだけで、光量検出装置は光ファイバ３６と受光用光ファイバケーブル４０Ｂを通してノズル内部の光量を測定することが可能となり、又、光源はノズル２２内に光ファイバ３６と照明用光ファイバケーブル４０Ａを通して照明を当てることが可能となっている。

従って、周囲の照明が十分に明るいために外光を利用できる環境で作業することが可能な場合には、光源を発光させず、逆に外光を利用し難い環境の場合には、光源を発光させ、光ファイバを通してノズル内を明るくすることで、ノズル２２の吸着端部２２Ａにおける部品の有無を検査することができる。

又、このような作業環境や装着されるノズルの種類に応じて、光源の点灯、消灯を制御し、ノズルの先端が塞がれている状態と、開放されている状態とで、光量検出装置により検出される明るさの差を利用し、予め設定されている閾値を基準として、ノズル先端に部品が吸着されているか否かを判断することができる。

本実施形態で光ファイバ３６を具体例として示した光導波路について詳述する。光導波路３６は、直径１ｍｍ程の光ファイバを、前記図１（Ｂ）に示したようにリング状に一列に配列したり、直径０．０５ｍｍ程の光ファイバをリング状にバンドルして形成される。但し、光ファイバに限らず、中空円柱（管）状の一体そのものでも良い。コア材としては石英系ガラス、多成分系ガラス、メタクリル樹脂などを用いると良い。

又、受光用光ファイバケーブル４０Ｂと照明用光ファイバケーブル４０Ａは直径０．０５ｍｍ程の光ファイバをバンドルして直径１ｍｍ程のケーブルに形成し、柔軟性をもたせている。

以上の構成において、部品の有無の検査を行なうために、以下のような順序で検査を行なう。

（１）前準備
生産前の準備として、部品搭載に使用するノズルの形状等により、図３のフローチャートに従って部品の有無の検査を行なう時の条件設定を行なう。ノズル先端が塞がれていない状態で、且つ、照明用光ファイバケーブル４０Ａに接続されている光源を点灯させずに、もう一方の受光用光ファイバケーブル４０Ｂに接続されている光量検出装置で光量を測定する（ステップ１）。

その測定光量によって、予め設定されている閾値と比較し、検査時の照明の点灯をするか否かを決定する。閾値より光量が低い場合には、照明を点灯し、明るい場合には、消灯の設定にする（ステップ２Ａ、２Ｂ）。

光源を点灯する場合は、図４のフローチャートに従って、光源を点灯して（ステップ３）、それぞれ先端を塞いだ状態と開放した状態の光量を測定し（ステップ４、５）、測定光量からノズル先端の開閉の閾値を設定する（ステップ６）。

図５、図６には、それぞれ照明（光源）点灯の場合と照明消灯の場合について、いずれも２５６階調の明るさに関して１２５に設定した閾値Ｔｈと明るさの関係のイメージを示す。

（２）部品吸着後の部品有無検査
部品供給部１６からノズル２２により部品を吸着した後、部品の有無の確認を行なう。吸着後、使用されているノズルの前記（１）前準備で設定された条件の下で、図７のフローチャートに従って検査を行なう。

検査時に、光源を点灯させないノズルの場合（ステップ７でＮ）には、光ファイバを通して光量検出装置により光量を測定し、その光量（明るさ）が前準備で設定された閾値より低い場合（ステップ８でＮ）には、図６に示されるように部品を正常に吸着している状態と判定し（ステップ１１）、閾値より高い場合（ステップ８でＹ）には、正常に吸着できなかった未吸着状態と判定する（ステップ１２）。

又、光源を点灯させるノズルの場合（ステップ７でＹ）には、光源を点灯させ（ステップ９）、光ファイバを通してノズル内部を照射し、同時に光量検出装置により光量を測定し、図５に示されるように閾値より高い場合（ステップ１０でＹ）には、正常に吸着している状態と判定し、閾値より低い場合（ステップ１０でＮ）には、正常に吸着できなかった状態と判定する。

（３）部品搭載後の部品有無検査
基板搬送位置決め部１８に搬送された基板Ｓ上に部品を搭載後、部品の持ち帰りの検査を行なう。搭載後、シャフト２４に装着されているノズル２２の前記前準備で設定された条件の下で、図８のフローチャートに従って検査を行なう。

検査時に、光源を点灯させないノズルの場合（ステップ１３でＮ）には、光ファイバを通して光量検出装置により光量を測定し、前準備で設定した閾値より低い場合（ステップ１４でＮ）には、部品を持ち帰っている状態（ノズルに部品が付着している状態）であることから搭載ミスと判定し（ステップ１７）、逆に高い場合（ステップ１４でＹ）には、正常に搭載した状態と判定する（ステップ１８）。

又、点灯させるノズルの場合（ステップ１３でＹ）には、光源を点灯させ（ステップ１５）、光ファイバを通してノズル内部を照射し、同時に光量検出装置により光量を測定し、閾値より高い場合には（ステップ１６でＹ）、部品を持ち帰っている状態（ノズルに部品が付着している状態）で搭載ミスと判定し（ステップ１７）、閾値より低い場合（ステップ１６でＮ）には、正常に搭載した状態と判定する。

以上詳述した本実施形態の電子部品搭載装置によれば、部品吸着等の動作時に行なう部品有無の検査を、動作直後に簡単に行なうことができる。

従って、特開平９−２４８７８３号公報に提案されている、ノズルを検出器上へ移動して検査するものとは異なり、部品吸着時や搭載時に行なう動作の正誤の検出を、特定の認識装置までヘッド部１０を移動させずに行なうことができるので、電子部品実装の作業能率を大幅に向上することが可能となる。

なお、前記実施形態では、シャフト２４に受光用と光源用の２本の光ファイバケーブル４０Ａ、４０Ｂが併設されている場合を示したが、十分な明るさの照明下で使用するのであれば、受光用のみであってもよい。

本発明に係る一実施形態の電子部品搭載装置に装着される吸着ノズルを示す概略断面図上記吸着ノズルと、該ノズルを装着するシャフトの特徴を示す、断面を含む要部正面図本実施形態の電子部品搭載装置を使用する際の前準備を説明するフローチャート本実施形態の電子部品搭載装置を使用する際の前準備を説明する他のフローチャート照明を点灯する場合の閾値と明るさの関係を示す説明図照明を消灯する場合の閾値と明るさの関係を示す説明図本実施形態の電子部品搭載装置による部品吸着後に行なう部品有無検査の手順を示すフローチャート本実施形態の電子部品搭載装置による部品搭載後に行なう部品有無検査の手順を示すフローチャート電子部品搭載装置の一例を示す概略平面図ヘッド部の要部を拡大して示す、一部に断面を含む概略正面図

符号の説明

１０…ヘッド部
１２…Ｘ駆動部
１４…Ｙ駆動部
１６…部品供給部
１８…基板搬送位置決め部
２０…ノズル交換部
２２…吸着ノズル
２２Ａ…吸着端部
２２Ｂ…ノズル管部
２２Ｃ…ノズル本体
２２Ｄ…長穴
２４…シャフト
２４Ａ…装着部
２４Ｂ…シャフト管部
２６…θ軸モータ
２８…Ｚ軸モータ
３０…部品認識装置
３２…ばね
３４…ガイドねじ
３６…光導波路（光ファイバ）
４０Ａ…照明用光ファイバケーブル
４０Ｂ…受光用光ファイバケーブル

Claims

部品を吸着する吸着端部を有する吸着ノズルと、該吸着ノズルを先端部に装着するシャフトとを備え、
シャフト内に形成されているシャフト管部と、吸着ノズル内に形成されているノズル管部とを通して吸引することにより、前記吸着端部に部品を吸着し、所定位置の基板上に搭載する部品搭載装置において、
前記ノズル管部の内周には、長手方向に延びる光導波路が形成され、
前記シャフト管部の内周には、前記吸着ノズルの装着時に前記光導波路の端面と、実質的に対向して光学的に接続可能な端面を有する受光用光ファイバケーブルが付設されていることを特徴とする部品搭載装置。
前記シャフト管部の内周には、前記吸着ノズルの装着時に前記光導波路の端面と、実質的に対向して光学的に接続可能な端面を有する照明用光ファイバケーブルが併設されていることを特徴とする請求項１に記載の部品搭載装置。