JP2007142274A - 部品搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の搭載動作中に電源電圧が遮断された場合でも、Ｚ軸が装置部材と干渉することを防止できる部品搭載装置を提供する。
【解決手段】搭載ヘッドが、部品を吸着保持するＺ軸１７が、Ｚ駆動部により上下方向に移動可能に取付けられている第１ベース２２と、第１ベース２２を上下方向に移動可能に支持すると共に、ＸＹ駆動部に固定される第２ベース３６と、第２ベース３６に対して、第１ベース２２を、Ｚ軸による搭載動作が可能な下方の搭載位置と、Ｚ軸が装置部材に干渉することのない上方の退避位置とに、それぞれ移動させ保持するエアシリンダ４０とを備えていると共に、エアシリンダ４０が、第１ベース２２を、電源投入時に前記搭載位置に移動させ、電源電圧が基準値以下になると、退避位置に移動させる機能を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品搭載装置、特に電子部品等の部品をプリント基板等の基板に自動的に搭載を行なう動作中に停電等の異常が発生したとしても搭載ヘッドの異常動作に起因する装置破損等の発生を防止する際に適用して好適な、部品搭載装置に関する。

図５は、チップマウンタ（部品搭載装置）が備えている駆動系のイメージを模式的に示す斜視図、図６は、その装置内電力供給系と制御駆動系の概要を示すブロック図である。

一般に、チップマウンタは電子部品等をプリント基板等に搭載するための搭載ヘッド１を備えており、該搭載ヘッド１はＸ軸モータ２で駆動されるＸ軸（Ｘ駆動部）３によりＸ方向に移動され、Ｙ軸モータ４で駆動されるＹ軸（Ｙ駆動部）５により、Ｘ軸３と一体でＹ方向に移動される。このように、搭載ヘッド１は、ＸＹ方向（平面方向）の所定位置に移動されることにより、取り付けられているＺ軸モータ６により上下方向に駆動されるＺ軸７の下端に、予め吸着してある部品を、位置決めされている基板上に搭載する搭載動作を自動的に行なうようになっている。

このようなチップマウンタに対しては、工場設備電源を装置内の必要な電位に降圧するためのトランス１０を介して供給される交流電力により、サーボモータからなる前記Ｘ軸モータ２、Ｙ軸モータ４、Ｚ軸モータ６、後述するθ軸モータ１１を、モータドライバ１２Ａ〜１２Ｄによりそれぞれ回転駆動すると共に、その一部をＤＣ電源１３により直流電力に変換し、装置を制御するためのＣＰＵ基板やモータコントローラを有する制御基板１４に供給し、該制御基板１４により前記サーボモータを駆動するためのドライバ１２Ａ〜１２Ｄをそれぞれ制御するようになっている。なお、前記トランス１０は、工場設備電源の電圧によっては使用されない場合もある。

一般に、チップマウンタの動作中に突然電源電圧が遮断された場合は、サーボモータを制御するコントローラを構成する制御基板１４やドライバ１２Ａ〜１２Ｄといった制御系自体の動作も困難となるため、サーボモータの回転を停止させるためには、電源電圧ＯＦＦに伴う逆起電力の作用によるダイナミックブレーキを使用するのが一般的である。

ところが、停電が発生したタイミングで、サーボモータが高速回転している場合や、負荷慣性が大きい部品を搭載する動作をさせている場合は、ダイナミックブレーキだけではその動作を瞬時に停止することは不可能である。

そのため、例えば基板に対して部品を搭載させる動作を行なっているときに停電が発生した場合、下端部に吸着した部品を搭載するための前記Ｚ軸７は基板面高さまで下降していたり、又は下降している動作を止めることができずに下降してしまったりすることが起こる。このとき、基板面高さは基板を搬送するための搬送レール等と同じ位置にあるため、Ｚ軸７がこの搬送レールを構成する部材等（装置部材）に干渉してしまうという問題があった。

この場合の対策としては、ＵＰＳ（無停電電源装置）を取付けて、停電時にＵＰＳから電力を補ってＺ軸７の干渉が発生しないようにチップマウンタの制御を継続する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

又、Ｚ軸７にばねを介在させ、無負荷時には常に該Ｚ軸７が上方に押し上げられる構造とする方法も考えられる。

特開２００４−３６３５０６号公報

しかしながら、前記ＵＰＳから電力を補う方法には、大容量のＵＰＳを使用しなければならず、それ故に高額な設備となってしまうという問題がある。

又、前記Ｚ軸７をばねで上方に押し上げる構造を採用する場合には、部品搭載時等における通常のＺ軸動作の負荷となるばかりか、負荷が一定でなくなるため、サーボモータの応答性や高速駆動を妨げる等の不具合が発生してしまうという問題がある。

又、前記Ｚ軸７が搬送レールの構成部材等に干渉することは、電源電圧が遮断される場合に限らず、正常動作が維持できる基準電圧を下回ったり、駆動系が故障する等の装置異常が発生する場合にも、同様に起こる。

本発明は、搭載動作中に停電等により電源電圧が遮断された場合でも、Ｚ軸が搬送レール等の装置部材と干渉することを防止できる部品搭載装置を提供することを第１の課題とする。

本発明は、又、搭載動作中に装置異常が発生した場合でも、同様にＺ軸が装置構成部材と干渉することを防止できる部品搭載装置を提供することを第２の課題とする。

第１発明は、ＸＹ駆動部により平面方向に移動され、所定位置の基板上に部品を搭載する搭載ヘッドを備えた部品搭載装置において、前記搭載ヘッドが、部品を吸着保持するＺ軸が、Ｚ駆動部により上下方向に移動可能に取付けられている第１ベースと、該第１ベースを上下方向に移動可能に支持すると共に、前記ＸＹ駆動部に固定される第２ベースと、該第２ベースに対して、前記第１ベースを、前記Ｚ軸による搭載動作が可能な下方の搭載位置と、前記Ｚ軸が装置部材に干渉することのない上方の退避位置とに、それぞれ移動させ保持するエアシリンダとを備えていると共に、該エアシリンダが、前記第１ベースを、電源投入時に前記搭載位置に移動させ、電源電圧が基準値以下になると、前記退避位置に移動させることにより、前記第１の課題を解決したものである。

第２発明は、ＸＹ駆動部により平面方向に移動され、所定位置の基板上に部品を搭載する搭載ヘッドを備えた部品搭載装置において、前記搭載ヘッドが、部品を吸着保持するＺ軸が、Ｚ駆動部により上下方向に移動可能に取付けられている第１ベースと、該第１ベースを上下方向に移動可能に支持すると共に、前記ＸＹ駆動部に固定される第２ベースと、該第２ベースに対して、前記第１ベースを、前記Ｚ軸による搭載動作が可能な下方の搭載位置と、前記Ｚ軸が装置部材に干渉することのない上方の退避位置とに、それぞれ移動させ保持するエアシリンダとを備えていると共に、搭載動作中に発生する装置異常を検出する異常検出手段と、前記エアシリンダが、前記第１ベースを、電源投入時に前記搭載位置に移動させ、前記異常検出手段により装置異常が検出されると、前記退避位置に移動させるエアシリンダ制御手段とを備えたことにより、前記第２の課題を解決したものである。

第１発明によれば、搭載動作中に電源電圧が遮断されると、部品搭載時に上下動するＺ軸が取付けられている第１ベースを、シリンダによりＺ軸が装置部材と干渉することがない退避位置に、強制的に上昇させるようにしたので、停電等により電圧ＯＦＦの状態が起こっても、装置等に損傷が生じることを確実に防止することができる。

又、第２発明によれば、搭載動作中に装置異常が発生した場合に、第１ベースを前記退避位置に強制的に上昇させる制御を行なうようにしたので、同様に装置等に損傷が生じることを確実に防止することができる。

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は、本発明に係る第１実施形態のチップマウンタ（部品搭載装置）が備えている搭載ヘッドの概要を示す側面図である。

本実施形態のチップマウンタは、図１に示した搭載ヘッドを備えている以外は、基本構成は前記図５、図６に示したものと実質的に同一であるので、同一部材には同一の符号を使用し、詳細な説明を省略する。

本実施形態における搭載ヘッド１は、下端部に図示しない部品を吸着保持するＺ軸７が、スライドブラケット２０に固定され、該スライドブラケット２０が第１ヘッドプレート（第１ベース）２２に固定されている上部フレーム２４に支持固定されているＺ軸モータ６により、タイミングベルト２６を介して回転されるボールねじ２８と、スライドブラケット２０に固定されているナット２８Ａの作用により、第１ヘッドプレート２２に固定されているリニアウェイ３０に案内され、上下方向に移動されるようになっている。

又、Ｚ軸７は、第１ヘッドプレート２２に固定されている下部フレーム３２に支持固定されているθ軸モータ１１により、タイミングベルト３４により軸中心に回転され、部品の吸着角度を調整可能になっている。

本実施形態では、以上のように部品を吸着保持するＺ軸７と、該Ｚ軸７を上下方向に移動させるＺ軸モータ（Ｚ駆動部）６と、Ｚ軸７を回転させるθ軸モータ１１等が取付けられている第１ヘッドプレート２２が、第２ヘッドプレート（第２ベース）３６にリニアガイド３８を介して上下方向に移動可能に支持されていると共に、該第２ヘッドプレート３６は前記Ｘ軸（ＸＹ駆動部）３に固定され、ＸＹ方向に移動可能になっている。

本実施形態においては、Ｘ軸３に固定される第２ヘッドプレート３６に対して、前記第１ヘッドプレート２２を、前記Ｚ軸７による搭載動作が可能な下方の搭載位置と、前記Ｚ軸７が装置部材に干渉することのない、図１に示されている上方の退避位置とに、それぞれ移動させて保持するエアシリンダ４０とを備えている。そして、このエアシリンダ４０が、前記第１ヘッドプレート２２を、電源投入時に前記搭載位置に移動（下降）させ、電源電圧が予め設定された基準値以下になると、前記退避位置に移動（上昇）させる機能を有している。

以上の構成からなる搭載ヘッド１について更に説明すると、エアシリンダ４０はチップマウンタの電源がＯＦＦであるとき、該チップマウンタに工場から供給されている圧縮空気によりシャフト（ロッド）４２が突出した状態となっている。この状態では、図１に示されるように第１ヘッドプレート２２がエアシリンダ４０のシャフト４２により上方の退避位置に押し上げられ、故に第１ヘッドプレート２２に取付けられている図示しない他の各Ｚ軸も上方へと支持される。

このように第１ヘッドプレート２２が上方の退避位置に保持されている状態では、Ｚ軸７は動作範囲いっぱいに下降したとしても、マウンタ内の他の装置部材からなる剛体に干渉することが無いように設計されている。

次に、図２のフローチャートと図３のタイムチャートを参照しながら、図１に示されている状態からの搭載ヘッド１の動作について具体的に説明する。

まず、タイミングＴ０でチップマウンタの電源がＯＮされ（ステップ１）、該マウンタ内のＤＣ電源１３がＴ１で立上ると（ステップ２）、Ｔ２でエアシリンダをＯＮ動作させ（ステップ３）、これによりＴ３でエアシリンダ動作をヘッド上方保持から下方保持に変更し（ステップ４）、シャフト４２が引込んだ状態（図示せず）にし、ヘッド高さを通常位置にする（ステップ５）。これにより、第１ヘッドプレート２２に対する退避位置への上方保持が無くなり、通常のチップマウンタとして動作が可能な搭載位置に保持された状態となる。

なお、この場合、第１ヘッドプレート２２は自重によって下方に位置させることも可能であるが、自重のみではマウンタの振動等により第１ヘッドプレート２２の上下動が発生することも考えられるため、エアシリンダ４０は第１ヘッドプレート２２を強制的に押し下げるヘッド下方保持の動作を行なう。安定した部品搭載を実現するためには、このようなエアシリンダ４０の駆動が重要である。

本実施形態においては、例えば基板に対する部品搭載動作を行なっている最中のＴ４のタイミングに停電が発生し（ステップ６）、マウンタの制御回路やサーボモータドライバの制御回路が正常に動作できない状態に陥ったとしても、マウンタ内のＤＣ電源１３の出力が、Ｔ５の時点で正常値から低下すると（ステップ７）、マウンタ制御回路の異常動作に左右されることなく、Ｔ６でエアシリンダがＯＦＦ状態となる（ステップ８）。その結果、実質同時刻のＴ７でシリンダ動作がヘッド上方保持に切り替わり（ステップ９）、エアシリンダ４０のシャフト４２が前記図１に示した状態に突出して第１ヘッドプレート２２を上方に移動させることにより、ヘッド高さ、即ちＺ軸７の絶対高さを、装置部材と干渉することのない上方の退避位置へ押し上げることができる（ステップ１０）。

但し、停電時等の電圧ＯＦＦ時の第１ヘッドプレート２２の上方への移動速度は、Ｚ軸７の下降速度に相当する速度以上で行わなければならない。仮に、Ｚ軸７が部品搭載のために下降中である場合に停電が発生したとすると、Ｚ軸７の下降はダイナミックブレーキによりある程度抑制されるが、正常動作により本来停止すべき位置を大幅に下回ることが考えられる。従って、停電時等におけるエアシリンダ４０の上方への動作速度もＺ軸７の下降速度に準じた速度以上でなければ、Ｚ軸７の絶対的な高さが下がってしまい、干渉事故が発生してしまう恐れがあるからである。

本実施形態においては、停電等と同時に電圧ＯＦＦになると自動的にエアシリンダ４０の動作モードが切り替わり、シャフト４２を常時供給されている加圧空気により突出させ、第１ヘッドプレート２２を退避位置へ高速上昇させるようにしたので、Ｚ軸７が下降途中であっても、上記干渉事故の発生を確実に防止することができる。

なお、一般的に停電が発生した場合、工場設備の停止により圧縮空気の供給停止も予想されるが、エアシリンダ４０で必要とされる圧縮空気は微量であるため、特に問題にはならない。仮に、圧縮空気の不足が予想される場合には、安価なエアタンクを配置する等により問題を回避することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、停電時等の電圧ＯＦＦにより制御が正常に行なえない状態になったとしても、Ｚ軸７の高さを強制的に上方の退避位置へ移動させて保持できるため、Ｚ軸７がマウンタ内の構成部材からなる剛体に干渉する事故を確実に防ぐことができる。

又、ＵＰＳ等を使用して停電時のサーボモータ動作を補償する対策に比べ、安価にＺ軸７の干渉事故防止を達成することができる。

図４は、本発明に係る第２実施形態のチップマウンタの制御駆動系の概要を示す、前記図６に相当するブロック図である。

本実施形態のチップマウンタは、前記第１実施形態の制御ブロックに、トランス１０を介して入力される電源電圧を監視する電圧検出器５０と、４つの各サーボモータを駆動制御する各モータドライバ１２Ａ〜１２Ｄから出力される信号から、いずれかの駆動部に異常が発生したことを判定する判定部（ＯＲ回路）５２とを追加すると共に、これらによる異常検出信号（エラー信号）Ａ、Ｂに基づいて、前記制御基板１４により前記搭載ヘッド１が有するエアシリンダ４０を駆動制御するエアシリンダドライバ５４を追加したものに相当する。

本実施形態によれば、部品搭載時に入力電圧の監視結果やサーボモータ及びそのドライバの動作状況に異常が発生した場合には、エアシリンダ４０を積極的に制御し、第１ヘッドプレート２２を搭載位置から退避位置へ強制的に移動できるようにしたため、停電以外の異常が発生し、チップマウンタの制御が正常に行なえない状態に陥ってしまったとしても、Ｚ軸７の干渉事故の発生を確実に防止でき、装置破損の発生を防止できる。

なお、このエアシリンダ制御を、前記第１実施形態に適用するようにしてもよい。この場合、停電時のエアシリンダ制御をより早く行なうことができると共に、チップマウンタ内のエラー内容に基づき、必要であればエアシリンダ制御を実施し、事故防止を強化することができる。

本発明に係る第１実施形態の部品搭載装置が備えている搭載ヘッドの概要を示す側面図 第１実施形態の作用を示すフローチャート 第１実施形態の作用を示すタイムチャート 本発明に係る第２実施形態の部品搭載装置の制御駆動系の概要を示すブロック図 通常の部品搭載装置の駆動系を模式的に示す斜視図 通常の部品搭載装置の制御駆動系の概要を示すブロック図

符号の説明

１…搭載ヘッド
２…Ｘ軸モータ
３…Ｘ軸
４…Ｙ軸モータ
５…Ｙ軸
６…Ｚ軸モータ
７…Ｚ軸
１０…トランス
１１…θ軸モータ
１２…モータドライバ
１３…ＤＣ電源
１４…制御基板
２０…スライドブラケット
２２…第１ヘッドプレート（第１ベース）
３６…第２ヘッドプレート（第２ベース）
３８…リニアガイド
４０…エアシリンダ
４２…シャフト（ロッド）
５０…電圧検出器
５２…エラー判定部
５４…エアシリンダドライバ

Claims (2)

1. ＸＹ駆動部により平面方向に移動され、所定位置の基板上に部品を搭載する搭載ヘッドを備えた部品搭載装置において、
   前記搭載ヘッドが、
   部品を吸着保持するＺ軸が、Ｚ駆動部により上下方向に移動可能に取付けられている第１ベースと、
   該第１ベースを上下方向に移動可能に支持すると共に、前記ＸＹ駆動部に固定される第２ベースと、
   該第２ベースに対して、前記第１ベースを、前記Ｚ軸による搭載動作が可能な下方の搭載位置と、前記Ｚ軸が装置部材に干渉することのない上方の退避位置とに、それぞれ移動させ保持するエアシリンダとを備えていると共に、
   該エアシリンダが、前記第１ベースを、電源投入時に前記搭載位置に移動させ、電源電圧が基準値以下になると、前記退避位置に移動させることを特徴とする部品搭載装置。
2. ＸＹ駆動部により平面方向に移動され、所定位置の基板上に部品を搭載する搭載ヘッドを備えた部品搭載装置において、
   前記搭載ヘッドが、
   部品を吸着保持するＺ軸が、Ｚ駆動部により上下方向に移動可能に取付けられている第１ベースと、
   該第１ベースを上下方向に移動可能に支持すると共に、前記ＸＹ駆動部に固定される第２ベースと、
   該第２ベースに対して、前記第１ベースを、前記Ｚ軸による搭載動作が可能な下方の搭載位置と、前記Ｚ軸が装置部材に干渉することのない上方の退避位置とに、それぞれ移動させ保持するエアシリンダとを備えていると共に、
   搭載動作中に発生する装置異常を検出する異常検出手段と、
   前記エアシリンダが、前記第１ベースを、電源投入時に前記搭載位置に移動させ、前記異常検出手段により装置異常が検出されると、前記退避位置に移動させるエアシリンダ制御手段とを備えたことを特徴とする部品搭載装置。

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