JP2009057102A

JP2009057102A - シール貼着装置

Info

Publication number: JP2009057102A
Application number: JP2007227914A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ito; 幸雄伊藤; Naoki Morita; 直樹森田
Original assignee: Alpha Design Co Ltd
Current assignee: Alpha Design Co Ltd
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】電子部品に使用される小部品に保護シールを貼着する場合、プラスマイナス０．１ミリメートル以下の誤差内で、皺や気泡が発生しないように貼着作業しなければならない。従来の作業機では精密性のほかに皺や気泡を発生させないようにすることができなかった。
【解決手段】本発明では、３つのカメラを使用して正確な貼着を可能にした。更にピックアップ部後方に緩衝シリンダを備えて押圧することによって皺や気泡の発生を防止することができた。
【選択図】図1

Description

本発明は、帯状台紙から剥離されたシールをピックアップ部で吸着保持し、トレーに整列して供給される電子部品に正確に貼着するシール貼着装置に関するものである。

近年、カメラ付携帯電話やデジタルカメラ等の普及が急増している。これらの小型電子機器にはCCDイメージセンサ等の小型で精密な電子部品が多用されている。特にCCDイメージセンサ・デバイス等は画像を電気信号に変換する重要な部品であるため、CCDイメージセンサ・デバイスのガラス面に保護シールを貼着して埃や傷がつかないように保護しなくてはならない。

これらの小部品は一辺が5〜10ミリメートル程度の小さいものであり、手作業で多数の小部品に精密に保護シールを貼着することは不可能であった。

また、基板等に組み付ける際に保護シールが干渉して組立不良の原因になったりしないよう、プラスマイナス0.1ミリメートル以内の精度で正確に保護シールを貼着しなければならない。しかも貼着したシールに皺や気泡が発生しないようにし、埃の進入を防ぐと共に、皺や気泡によるふくらみが原因となって、組立不良の原因にならないよう注意しなければならない。

従来の帯状台紙から剥離されたシールをピックアップ部で吸着して、所定角度回転させて、別の帯状台紙に貼着する装置は、特開2006-150908に記載されている。(図7参照)この装置の目的とするところは、当初の帯状台紙90から剥離されたシール91をピックアップ93で吸着して所定角度回転させて、別の帯状台紙92に貼着することを主としている。この作業によって、商品の向きにあわせて自動で貼着できるように、専用の帯状台紙92を作ろうとするものである。

上記目的のために、エアアクチェータで１８０度の範囲内であらかじめ設定された任意の角度にピックアップ93を回転して最初の帯状台紙90から別の帯状台紙92に貼着することができるようにしたものである。

また、貼着するラベルに皺や気泡が発生しないようにするために、吸着保持したラベルを被着体に向けて吹き付けるようにした装置特開2006-56536も提案されている。本文献は、吸着パットを中央部分で最も凸になる曲線状に形成しラベルを被着体に向けて吹き付けるようにした後、圧着し気泡や皺が発生せず、ラベルの美観を損なわずに貼着するようにしたものである。
特開2006-15908 特開2006-56536

上述したように、特許文献1に記載された装置では、帯状台紙から別の帯状台紙にラベルの角度を変更して張り替えるのみのもので、ラベル張替え時の皺の発生や気泡の発生に対しては考慮しなくても良いものである。しかし電子部品に使用される保護シール等においては皺の発生や気泡の発生は重要な問題である。

特許文献2に記載された装置では、帯状台紙から剥離したラベルを被着体に吹き付けて貼着する方法で、ラベルが吹き付けられ貼着した後に中央部において最も凸となる曲線状の吸着パッドで押圧してラベル内の空気を取り除くようにしており、上記問題は解決しているが、吹き付け時にズレが発生することには対処していない。

電子部品として用いられる部品は、一辺が5〜10ミリメートル程度の小さいものであり、これに貼着される保護シートは更に小さい場合がある。しかも保護シールによって組立不良の原因にならないように、プラスマイナス0.1ミリメートル以内の精度で所定の位置に保護シールを貼着しなければならない。

電子部品に貼着されるシールについては精度を上げると同時に、皺や気泡が発生しないように貼着しなければならない。

そこで本出願では、一定間隔でシールが貼着されている台紙を搬送させつつ前記シールを剥離するシール剥離部と、前記剥離された前記シールを吸着保持する吸着保持部を有するピックアップ部と、前記シールを貼り付ける小部品を供給するトレー部とからなるシール貼着装置において、搬送された台紙上の前記シールの剥離状態を撮像する第一のカメラと、前記シールの前記ピックアップ部における吸着保持状態を撮像する第二のカメラと、前記トレー部によって供給される前記小部品の前記トレー部上の載置状態を撮像する第三のカメラと、前記ピックアップ部の前記吸着保持部を回転する回転手段と、前記シールを前記小部品の所定位置に貼着するように前記ピックアップ部と前記トレー部を制御する制御手段を備え、前記制御手段は前記第一のカメラによって撮像された映像に基づいて前記シールが前記台紙から剥離されていることを認識すると前記ピックアップ部が該シールを吸着保持するように制御すると共に、前記第二のカメラによって撮像された映像に基づき前記ピックアップ部に吸着保持された前記シールの吸着保持位置と所定位置との角度差を算出し、第三のカメラによって撮像された映像に基づき前記小部品のトレーの載置位置と所定位置との角度差を算出し、前記シールの角度と前記小部品の角度を整合させるように前記ピックアップ部の前記吸着保持部を回転制御して、前記シールを前記小部品に貼着させるように前記ピックアップ部と前記トレー部を制御することを特徴とするシール貼着装置を提案するものである。

更に前記ピックアップ部の前記吸着保持部後方に装着された緩衝シリンダと、前記ピックアップ部を上下動させる上下動手段を備え、前記上下動手段によって前記ピックアップ部を下降させ、前記小部品に前記シールを貼着する際に、前記緩衝シリンダによって押圧力を調整し、前記シールの弛み及び気泡の発生を抑制するようにしたことを特徴とするシール貼着装置を提案するものである。
そして、前記ピックアップ部の先端で吸着保持した前記シールを前記小部品に吹き付けて貼着するようにしたことを特徴とするシール貼着装置としたものである。

本発明は、第一のカメラで剥離されたシールを認識し、ピックアップ部の吸着保持部で吸着保持するので、正確にシール中央部を吸着することができる。また、帯状台紙の継ぎ目でシールの存在しない箇所があっても、第一のカメラが認識する位置まで自動的に次のシールを送り出すことができるので、吸着ミスすることが無く、長時間の連続作業が可能である。しかも、シールの向きや形状の違いを認識して作業することができる。

ピックアップ部に吸着保持されたシールは、第二のカメラで吸着状態が認識され、吸着保持部を回転することによって正確にシールの方向を定めることができる。

更に、第三のカメラで、トレーによって供給された小部品の微小な向きと、位置のばらつきを認識し、再度ピックアップを回転して、シールの向きと位置を小部品の位置に正確に整合させ貼着することができるので、プラスマイナス0.1ミリメートル以下の誤差で貼着することができる。

ピックアップ部後方には緩衝シリンダがあり、ピックアップ部がシールを貼着した後もＺ軸モータで下降するように制御すれば、緩衝シリンダのエァ圧によって押圧力を発生させ、シール貼着時に発生した皺や気泡を押し出して取り除くことができる。なお、ピックアップ部先端の吸着部は、平面になっており、小部品に押圧時の荷重が集中しないようになっている。

シールの貼着位置が多少ずれても良い場合は、小部品の0.1〜1ミリメートル程度手前でシールを吹き付けて、ピックアップで押圧することで、作業速度を向上させることもできる。

本発明は、トレーによって供給された電子部品などの小部品の上面に自動で保護シールを正確な位置に貼着する装置を提供するものである。以下本発明の全体の構成を図1に示す。また、ピックアップ部の構成を図2に示す。

本体1はケース状になっており、内蔵した制御部2によって全体の動作が制御されるようになっている。図1の正面図の中央若しくは側面図の右側に帯状台紙搬送部30が備えられている。帯状台紙搬送部30はシール供給リール31によってシール20が貼着された帯状台紙21が順次供給され、台紙巻取りリール32によって、シール20が剥離された帯状台紙21が巻き取られるようになっている。

図4に示すように帯状台紙21には送り穴22が開けられており、シール送りリール33の送り部が送り穴22と勘合して正確に帯状台紙21が送られるよう制御部2で制御されている。また、長時間に渡り連続作業を行うために帯状台紙21を裏側でシリコンテープ24によってつなぎ合わせることがある。この場合はシリコンテープ24の上にはシール20が貼着されていない。更に図4の(1)と(2)に記載されているように、シールの製作ロットによっては送り穴22とシール20の凸部の向きが異なる場合がある。

図5に示すようにシール供給リール31によって搬送されたシール20は剥離レール34の鋭角部344を通過する際に剥離される。剥離されたシール20の状態は第一のカメラ10によって撮像され、あらかじめ画像として制御部2に記憶された位置まで送り出されるよう制御部2で制御されている。

第一のカメラ10と剥離されたシール20との間には、発光ダイオード等で対象物を照射する照明14が備えられており、撮像する際には常に発光して対象物を明確に照らし出すようになっている。照明14は第二のカメラ11と第三のカメラ12にも同様に取り付けられており、撮像する際は常に発光して対象物を照らし正確に撮像できるようになっている。
第二のカメラ11と第三のカメラ12も第一のカメラ10と同じようにあらかじめ画像として記録された基本画像が制御部2に記憶されており、撮像された対象物が基本画像と同じであるか否かとどちらの方向にどれだけ移動または回転すれば基本画像と一致するかを制御部2で演算して制御するようになっている。

第一のカメラ10は図5のように剥離レール34の鋭角部344の先端に飛び出たシール30を撮像できるように上方から下に向かって取り付けられている。第二のカメラ11は図1の上面図のようにピックアップ部41の吸着保持部41がＸ方向に移動するときに、吸着ヘッド35に吸着保持シール20を撮像できるように、下方から上に向かって取り付けられている。第三のカメラ12はピックアップ部40の吸着保持部41の吸着ヘッド35がＸ方向に移動するのと同じ線上に取り付けられ、ピックアップ部40に固着されてＸ方向に移動できるようになっている。したがって第三のカメラ12は吸着ヘッド35が移動する線上にあるトレーの中の小部品60を撮像できるように、下向きにピックアップ部40に取り付けられている。
図2にピックアップ部40の詳細を示す。ピックアップ部40は台51に固定されＸ方向ガイド50に固着されている。台51にはＺ軸モータ45が取り付けられＺ軸タイミングベルト46によってＺ軸ギャ47が回転する。Ｚ軸ギャ47に固着されたねじ48の回転によってボールベアリングケース49が上下動するようになっている。

ボールベアリングケース49には、吸着保持部41、緩衝シリンダ42及び吸着部回転モータ43が取り付けられており、ボールベアリングケース49と一緒に上下動するようになっている。なお、吸着保持部41と緩衝シリンダ42の後方には台51に固着されたＺ軸レール44が備えられ、シール20貼着時に押圧力が発生しても吸着保持部41がぶれず、正確にＺ軸方向に押圧するようになっている。

吸着保持部41は回転ギャ38と回転タイミングベルト39によって吸着部回転モータ43と連結されており、吸着部回転モータ43の駆動によって吸着ヘッド35が回転するようになっている。

吸着保持部41のシャフト37は、スプライン若しくはスライド可能なキー加工が施されており、回転ギャ38と共に回転すると同時に緩衝シリンダ42の伸縮によって上下動することもできるようになっている。

図3に示すように、シャフト37は中空になっており、吸着用のエアや吹き付けようのエアが通過するようにエア通路36が形成されている。シャフト37の先端部は、吸着ヘッド35が着脱可能に取り付けられており、シール20の形状や小部品60の形状に応じて取り替えることができるようになっている。

ピックアップ部40は台51によってＸ方向ガイド50に固着されている。Ｘ方向ガイド50はＸ方向レール52に取り付けられＸ軸モータ54の駆動によって回転するＸ軸送りねじ53によってＸ方向に移動するようになっている。
また、図1の側面図及び上面図に示すように、ピックアップ部40の台51に取り付けられたＸ方向ガイド50に、第三のカメラ12が固定されており、第三のカメラ12はピックアップ部40と共にＸ方向に移動するようになっている。

図1の上面図及び側面図の中央に描いてあるように、Ｘ方向レール52の下部にＹ方向レール55が設置されておりＹ方向ガイド56がＹ軸モータ57によってＹ方向に移動できるようになっている。Ｙ方向ガイド56には小部品60を供給するトレー61が着脱可能に取り付けられており、Ｙ方向に移動する。

また、Ｙ方向レール55下部にはＹ方向レール上下モータ58が設置されており、Ｙ方向レール55を上下方向に移動して設置したトレー61を設定高さに配置できるようになっている。この機構によって作業が終了したトレー61を自動で交換する場合や、高さの異なるトレーを使用するときの調整が制御部2の制御によって可能なように設定されている。

以上のように構成されたシール貼着装置の動作について説明する。シール20は帯状台紙21に貼着され、シール供給リール31によって供給される。シール20が貼着された帯状台紙21はシール送りリール33によって搬送される。帯状台紙21は剥離レール34を通過する際に、図5のように鋭角部344によってシール20が剥離され、第一のカメラ10の真下にシール20が位置するところで、シール送りリール33が停止する。吸着ヘッド35が下降しシール20を吸着保持した後、Ｘ方向に移動して第二のカメラ11によって吸着保持状態を撮像される。シール20が剥がされた帯状台紙21は台紙巻取りリール32に巻き取られ回収される。

図4の(1)及び(2)で示すように、帯状台紙21の巻出方向に対して、シール20の方向が逆向きの場合であっても、第一のカメラ10による撮像によってシール20が設定された位置に搬送されているように、シール送りリール33を制御部2が制御する。

また、帯状台紙21を数本つないで長時間の連続作業を可能にする場合は、図4のように帯状台紙21の裏側からシリコンテープ24を貼着してつなぎ合わせるが、つなぎ目部分にシール20が貼着できない。従ってシール送りリール33によって、帯状台紙21が送られたとしても、シール20が設定された位置に無いことがある。

その際には、自動的に送り作業が行われて、第一のカメラ10による撮像によってシール20が所定の位置に搬送されるように制御される。また、第一のカメラ10が撮像することにより、間違えて異なる形状のシールが混入したとしても、第一のカメラ10の撮像によって制御部に記憶されている基準映像と整合することにより判断することができる。

図5のように、シール20が所定位置に有ると第一のカメラ10の撮像によって制御部2が判断すると、ピックアップ部40をＸ軸モータ54を駆動することによりＸ方向に移動し、シール20の真上にピックアップ部40の吸着保持部41を位置するようにした後、Ｚ軸モータ45を駆動させて、吸着保持部41をシール20に近づけると同時に、シャフト37の中空部のエア通路36から空気を吸引してシール20を吸着保持部41に吸着保持させる。

先端の吸着ヘッド35にシール20を吸着保持したピックアップ部40は、一旦Ｚ方向に上昇し、次にＸ方向に移動し、第二のカメラ11に吸着ヘッド35が吸着保持したシール20の状態を下側から撮像させる。帯状台紙21には誤差なく貼着されたシール20であっても、剥離時や吸着時に角度が変化する場合があり、第二のカメラ11の撮像によりこれらのズレが判断される。また、第一のカメラ10の撮像と同様に、間違って異なる形状のシールが搬送されてきたとしても、このときの撮像で判断することができる。

更に、ピックアップ部40はＸ方向に移動し、第三のカメラ12にトレー61内部に整列されて供給される小部品60を撮像する。トレー61に入れられた小部品60は本願と同一出願人による振込装置(特願平8-213366)等によってトレー61に整列した状態で小部品60が供給される。

しかし、トレー61に小部品60を整列させるには、小部品60の形状をした凹部が作られており、該凹部に小部品60が置かれることによって整列するようになっている。トレー61の凹部は小部品61が手作業や振込装置等で容易に整列収納できるように小部品60より大きめに作られており、一つ一つの小部品60の整列状態には微小であるが角度のばらつきと位置のばらつきが発生する。また、小部品60の格納方向が基準と異なるか否かも判断することができる。

第三のカメラ12の撮像により、小部品60のトレー61に収容された状態の位置と角度の微小な変化が判断される。また、第三のカメラ12の撮像を制御部に記憶されている基準映像と整合することにより、トレー61内に欠落や入れ間違いが無いか判断することができる。更には、シール20を小部品60に貼着した後の状態も撮像することにより、皺や気泡ができたりして不良品になっていないか、判断することができる。

ここでトレー61の搬送について説明する。小部品60が整列格納されたトレー61はＹ方向ガイド56の上に着脱可能なように設置される。Ｙ軸モータ57の駆動によりトレー61はＹ方向レール55上をＹ方向に移動し、シール20が貼着される小部品60が、吸着ヘッド35のＸ方向に通過する位置で停止している。つまり、貼着される小部品60はＹ方向ガイド56によって第三のカメラ12の撮像部及び吸着ヘッド35のＸ方向の通過線の直下に停止している。そして第三のカメラ12で貼着される小部品60が撮像される。
トレー61はＹ方向レール上下モータ58を駆動することにより、供給時と収納時に上下して前工程及び後工程の装置に自動送りにすることができるようになっている。

第二のカメラ11と第三のカメラ12の撮像を整合し、貼着すべきシール20と貼着すべき小部品60の角度が異なる場合には、制御部2の演算と制御によって、吸着部回転モータ43を駆動させて一致させる。また、貼着すべきシール20と貼着すべき小部品60の位置が微小に異なる場合はＸ軸モータ54とＹ軸モータ57を駆動させて一致させることができる。

以上のように整合するよう制御部2によって制御し、シール20と小部品60がプラスマイナス0.1ミリメートル以下の誤差で貼着するように調整が完了した後、Ｚ軸モータ45が駆動してピックアップ部40がＺ方向に下降し、シール20を小部品60に貼着する。

なお、上記のＸ軸モータ54、Ｙ軸モータ57、Ｚ軸モータ45、吸着部回転モータ43、Ｙ方向レール上下モータ58等の各モータには、ストローク測定部(ロータリーエンコーダ)が内蔵されており、モータの回転によってストローク測定部から出力されたパルスを測定することにより、モータがどちらの方向にどれだけ回転したかが測定され、ピックアップ部40の位置、Ｙ方向ガイド56の位置、吸着ヘッド35等のモータによって移動する全ての部分の位置と高さと角度が制御部2によって判断され制御できるようになっている。

以上のようにしてピックアップ部40が下降し、シール20を吸着保持した吸着ヘッド35が小部品60に接触して、シール20を貼着するが、シール20に皺や気泡が発生する場合があるのでピックアップ部40はそのまま数ミリメートル下降を続け、吸着ヘッド35が小部品60を押圧するようにして、皺と気泡の発生を防ぐようにしている。

吸着ヘッド35は吸着保持部41に着脱可能なように取り付けられており、シールの種類によって交換可能になっている。また、シャフト37の上部には緩衝シリンダ42が備えられており、緩衝シリンダ42の空気圧による緩衝で、吸着ヘッド35が小部品60を押圧する際の緩衝となるよう構成されている。なお緩衝の圧力は1ニュートン〜20ニュートンの範囲で設定可能にしている。

緩衝シリンダ42内の空気圧を調整することにより、小部品60を破損する事無く、皺と気泡を排除できる適切な緩衝閾値を定めることによって、最適な貼着作業を行うことができる。

また、図3に示すように吸着ヘッド35が、小部品60に接触する手前で、吸着していたシール20に対して吹きつけるようにエアの向きを切り替えるようにすることで、押圧する事無くシール20の貼着を完了することもできる。電子部品においては押圧力を最小にすると共にできれば接触しないで貼り付けることが望ましい。なぜなら電子部品は簡単に破損してしまうことがあるからである。

シール20を吹き付けた後吸着ヘッド35で軽く押圧することで完全に皺や気泡を排除することができる。また、シールの形状や大きさによっては吹き付けるだけで貼着を完了することができる。但し吹き付けることでシール20を貼着すると、吹き付け時に微小に貼着位置が変化することがあり、貼着位置の誤差に充分な余裕のあるときは作業時間を短縮する効果がある。

なお、図示していないが吸着ヘッド35でシール20を吸着するには真空ポンプを配備する必要があり、シール20を吹き付けるには空気を圧縮するコンプレッサーを配備する必要がある。そして、吸着と吹き付けを切り替えるバルブを配備して制御部2で制御できるようになっている。

以上のようなシール貼着装置によって、シール20は小部品60に対してプラスマイナス0.1ミリメートル以下の誤差で正確に貼着することができ、小部品60を確実に保護すると共に、その後の組立不良の原因となることも無く、シール20の貼着が効果的に行えるものである。

本件ではシールを貼り付けることを想定して記載したが、本装置であればガラスやプラスチック等の小部品を移動搭載する場合にも応用することができる。
本案は電子部品の保護シールだけでなく、製造番号やバーコード等のラベリング装置に応用することができる。

シール貼着装置本体の正面図、側面図、上面図である。シール貼着装置のピックアップ部の正面図、側面図、上面図である。シール貼着装置のピックアップ部先端の吸着保持部拡大図である。帯状台紙に貼着られたシールの拡大図である。シール剥離部の模式図である。電子部品のトレーの図である。従来のシール張替え装置の斜視図である。

符号の説明

1
本体
2
制御部
10
第一のカメラ
11
第二のカメラ
12
第三のカメラ
14 照明
20 シール
21 帯状台紙
22 送り穴
24 シリコンテープ
30 帯状台紙搬送部
31 シール供給リール
32 台紙巻取りリール
33 シール送りリール
34 剥離レール
344 鋭角部
35 吸着ヘッド
36 エア通路
37 シャフト
38 回転ギャ
39 回転タイミングベルト
40 ピックアップ部
41 吸着保持部
42 緩衝シリンダ
43 吸着部回転モータ
44 Ｚ軸レール
45 Ｚ軸モータ
46 Ｚ軸タイミングベルト
47 Ｚ軸ギャ
48 ねじ
49 ボールベアリングケース
50 Ｘ方向ガイド
51 台
52 Ｘ方向レール
53 Ｘ軸送りねじ
54 Ｘ軸モータ
55 Ｙ方向レール
56 Ｙ方向ガイド
57 Ｙ軸モータ
58 Ｙ方向レール上下モータ
60 小部品
61 トレー
90 帯状台紙(従来)
91 シール(従来)
92 専用の帯状台紙(従来)
93 ピックアップ(従来)

Claims

一定間隔でシールが貼着されている台紙を搬送させつつ前記シールを剥離するシール剥離部と、前記剥離された前記シールを吸着保持する吸着保持部を有するピックアップ部と、前記シールを貼り付ける小部品を供給するトレー部とからなるシール貼着装置において、
搬送された台紙上の前記シールの剥離状態を撮像する第一のカメラと、
前記シールの前記ピックアップ部における吸着保持状態を撮像する第二のカメラと、
前記トレー部によって供給される前記小部品の前記トレー部上の載置状態を撮像する第三のカメラと、
前記ピックアップ部の前記吸着保持部を回転する回転手段と、
前記シールを前記小部品の所定位置に貼着するように前記ピックアップ部と前記トレー部を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は前記第一のカメラによって撮像された映像に基づいて前記シールが前記台紙から剥離されていることを認識すると前記ピックアップ部が該シールを吸着保持するように制御すると共に、前記第二のカメラによって撮像された映像に基づき前記ピックアップ部に吸着保持された前記シールの吸着保持位置と所定位置との角度差を算出し、第三のカメラによって撮像された映像に基づき前記小部品のトレーの載置位置と所定位置との角度差を算出し、前記シールの角度と前記小部品の角度を整合させるように前記ピックアップ部の前記吸着保持部を回転制御して、前記シールを前記小部品に貼着させるように前記ピックアップ部と前記トレー部を制御することを特徴とするシール貼着装置。
前記ピックアップ部の前記吸着保持部後方に装着された緩衝シリンダと、
前記ピックアップ部を上下動させる上下動手段を備え、
前記上下動手段によって前記ピックアップ部を下降させ、前記小部品に前記シールを貼着する際に、前記緩衝シリンダによって押圧力を調整し、前記シールの弛み及び気泡の発生を抑制するようにしたことを特徴とする請求項1記載のシール貼着装置。
前記ピックアップ部の先端で吸着保持した前記シールを前記小部品に吹き付けて貼着するようにしたことを特徴とする請求項1、2記載のシール貼着装置。