JP2012134348A

JP2012134348A - 電子部品実装装置

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Publication number: JP2012134348A
Application number: JP2010285688A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tanizaki; 昌裕谷崎
Original assignee: Samsung Techwin Co Ltd
Current assignee: Hanwha Techwin Co Ltd
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: JP5710238B2; KR101665391B1; KR20120071277A

Abstract

【課題】互いに連動する回転軸を有する電子部品実装装置において、各軸の同期方法の工夫により、電子部品の装着位置精度の向上を図る。
【解決手段】ノズルヘッド３４が、各ノズル１８を部品装着位置Ａ２での電子部品Ｅの向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズル１８で部品保持位置Ａ１にて電子部品Ｅを順次保持し、その後に電子部品Ｅを部品装着位置Ａ２に移送して所定箇所への装着を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、互いに連動する回転軸を有する電子部品実装装置に関する。

従来、ロータリ式（回転式）ヘッドを有する電子部品実装装置において、ロータリーヘッドの動作時間短縮を目的として複数軸を同期制御したものがある。特許文献１には、ロータリーヘッドの回転軸モーターとは別に、各ノズルユニットにそれぞれ回転軸モーターを配置し、これらを同期作動させることで、動作時間を短縮したものが開示される。また、特許文献２には、ロータリーヘッドの回転軸モーターとノズルを昇降させるレバー駆動部とを同期させることで、同じく動作時間を短縮したものが開示される。

特開平０６−７７６９３号公報特開２００８−２２７２４９号公報

ところで、ロータリーヘッドが、ノズルを備えた複数のスピンドルと、これら各スピンドルを自転させる第一モーターと、各スピンドルと平行かつ別軸の回転軸線を有すると共に各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、ヘッド本体を回転させる第二モーターとを有し、ヘッド本体の回転で各スピンドルを公転させながら自転させる機構の場合に、各スピンドル及びヘッド本体の回転を適宜同期させて撮像検査の前後に渡るようにロータリーヘッドを間欠作動させると、撮像検査後に各スピンドルの機構的誤差による狂いが生じることがあり、電子部品の装着位置精度を低下させるという課題がある。

そこで本発明は、互いに連動する回転軸を有する電子部品実装装置において、各軸の同期方法の工夫により、電子部品の装着位置精度の向上を図ることを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するヘッドを備えた電子部品実装装置において、前記ヘッドが、前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、前記ヘッドが、前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記ヘッドが、前記各ノズルの内の部品保持位置上にあるものを部品装着位置での電子部品の向きに合わせるべく、前記各ノズルを逆方向に自転させた状態で、前記部品保持位置上のノズルで電子部品を保持し、その後に前記各ノズルを正方向に前記逆方向の自転量だけ正方向に自転させ、さらにその後に前記各ノズル及びヘッド本体を同期させて公転させつつ、前記各ノズルに同様の手順で電子部品を順次保持した後、前記各ノズルを自転させることなく電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、前記ヘッドが、電子部品の装着位置精度優先の動作と電子部品の認識視野活用優先の動作とを選択的に切り替えて、前記各ノズルを自転させることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するロータリ式ヘッドにおいて、前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする。
請求項５に記載した発明は、電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するヘッドを備えた装置における電子部品実装方法において、前記ヘッドが、前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、前記ヘッドが、前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする。
請求項６に記載した発明は、電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するロータリ式ヘッドの駆動方法において、前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする。

本発明によれば、各駆動手段を同期作動させて各ノズルとヘッド本体とを適宜連動させることで、例えば各ノズルに保持した電子部品の撮像検査後に各スピンドルを自転させることなく部品装着位置にて電子部品の装着を行うことができるため、前記撮像検査後に各スピンドルの機構的誤差等による狂いが生じることがなく、電子部品の装着位置精度を向上させることができる。又は、前記撮像検査時の撮像視野を有効活用するべく各スピンドルを自転させることで、効率的な画像取り込みを行うことができる。

本発明の実施形態における電子部品実装装置の斜視図である。上記電子部品実装装置のノズルヘッドの軸線に沿う断面図である。上記電子部品実装装置のノズルヘッドの軸線に直交する断面図であり、（ａ）はＴ軸モーターのみが駆動した場合を、（ｂ）はＲ軸モーターのみが駆動した場合を、（ｃ）は各モーターが同期駆動した場合をそれぞれ示す。図３に相当する断面図であり、（ａ），（ｂ）は各モーターが同期駆動しつつ各ノズルが電子部品を吸着する様を順に示し、（ｃ）は各ノズルが電子部品を吸着し終えた後にＴ軸モーターのみが駆動して各ノズル及び電子部品を自転させる様を示す。図３に相当する断面図であり、（ａ）は一ノズルが電子部品を吸着する前にＴ軸モーターのみが逆転駆動して各ノズルを自転させる様を、（ｂ）は一ノズルが電子部品を吸着した後にＴ軸モーターのみが正転駆動して各ノズルを自転させる様を、（ｃ）は（ａ），（ｂ）の手順を繰り返して各ノズルが電子部品を吸着し終えた後に各モーターが同期駆動して各ノズルを公転させる様をそれぞれ示す。電子部品を吸着したノズルヘッドをカメラ側から見た視野の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、電子部品実装装置１の装置本体１ａは、基台２の幅方向（Ｘ方向）の両側部に奥行き方向（Ｙ方向）に延びるＹテーブル３を備えている。各Ｙテーブル３には、その上部に設けたテーブル台４にサーボモーター５によって回転するボールネジ６が設けられている。

各Ｙテーブル３のうち、図１左側のＹテーブル３のサーボモーター５は手前側に、図１右側のＹテーブル３のサーボモーター５は奥側にそれぞれ設けられている。各Ｙテーブル３のボールネジ６には、Ｘ方向に延びるＸテーブル７の両側部がそれぞれ螺合されている。

Ｘテーブル７は、そのテーブル本体８が各Ｙテーブル３のボールネジ６に螺合し、各Ｙテーブル３のボールネジ６の回転によりＹ方向に沿って移動する。Ｘテーブル７には、図１右側に設けたサーボモーター９によって駆動するボールネジ１０が設けられている。ボールネジ１０には、ジョイントブロック１１が螺合しており、このジョイントブロック１１には、負圧により電子部品を吸着し、正圧で解放する八本のノズル１８を備えたノズルヘッド２０が支持されている。

各Ｙテーブル３には、Ｙ方向に沿って開口部１３が形成され、各開口部１３に掛け渡すようにして、基台２の前側（手前側）にてＸ方向に延びる基板搬送装置１４が設けられている。基板搬送装置１４は一対のレール１５を備え、これら各レール１５上を、電子部品が実装される基板１６がＸ方向に沿って搬送される。そして、基板搬送装置１４上の部品装着位置に配置された基板１６に、各ノズル１８が吸着した電子部品が装着される。

基台２の上部の前側には、図１左側から順に、廃棄部品を投入する電子部品廃棄箱１７、複数のノズル１８を収容するノズルステーション１９、及びノズルヘッド２０を下方から照明した状態で撮影するカメラ２１が配置されている。カメラ２１は、ノズルヘッド２０を下方から撮影し、各ノズル１８に吸着された電子部品の配置等や不良品か否かの検査を行う。

カメラ２１の図１右側には、装置本体１ａに対して基板１６に実装する電子部品を供給する復数（図１では一対のみ示す）のテープフィーダー２２を有する。各テープフィーダー２２はＸ方向に沿って配列され、自身が保持するテープリールから繰り出したキャリアテープ上の電子部品（何れも不図示）をノズルヘッド２０による部品吸着位置に配置する。

この電子部品が、ノズルヘッド２０の各ノズル１８により吸着され、基板搬送装置１４上の基板１６への部品装着位置に搬送され実装される。
図２を併せて参照し、ノズルヘッド２０は、Ｔ軸モーター３１の作動により各ノズル１８をＺ方向に沿うノズル中心軸線Ｃ１回りに回転（自転）させると共に、Ｒ軸モーター３２の作動により各ノズル１８をＺ方向に沿うヘッド中心軸線Ｃ２回りに回転（公転）させる。このノズルヘッド２０と各テーブル３，７との協働により、各ノズル１８の何れかが前記部品吸着位置又は部品装着位置の上方に配置されると共に、このノズル１８が前記軸線Ｃ１中心又は軸線Ｃ２中心で各々任意の回転角度に位置決めされる。

ノズルヘッド２０は、各ノズル１８の何れかを部品吸着位置の上方に配置し、このノズル１８を昇降部材３３の作動により下降させて電子部品を吸着する。その後、ノズルヘッド２０は、電子部品を吸着したノズル１８を昇降部材３３の作動により上昇させ、このノズル１８及び電子部品を部品装着位置の上方に配置する。さらにその後、ノズルヘッド２０は、電子部品を吸着したノズル１８を昇降部材３３の作動により下降させて、基板１６上に電子部品を装着する。

装置本体１ａにおける例えば基台２の前部下側の図１左側には、各テーブル３，７及びノズルヘッド２０を含む電子部品実装装置１全体の作動を制御するコントローラー２４が配置されている。また、基台２の前部下側の図１右側には、複数のテープフィーダー２２を搭載した不図示の部品供給台車を収容する台車収容部２５が凹設される。

図２に示すノズルヘッド２０は、Ｚ方向に沿う円筒状の外形を有するもので、ジョイントブロック１１に前記軸線Ｃ２回りに回転可能に支持される円筒状のヘッド本体３４と、軸線Ｃ２回りの周方向で等間隔に配置される複数のノズル１８とを有する。ヘッド本体３４の下部外周には、Ｚ方向に沿う棒状のスピンドル３６が複数配置され、これら各スピンドル３６の下端部に各ノズル１８がそれぞれ設けられる。ヘッド本体３４の下部外周には、これと一体回転可能な中空状のバレル体３５が設けられ、このバレル体３５の上下壁に各スピンドル３６の上下が前記軸線Ｃ１回りで回転可能かつ軸線Ｃ１に沿って昇降可能に支持される。

また、ノズルヘッド２０は、ヘッド本体３４内を同軸に貫通する駆動軸３７と、駆動軸３７の上端部に同軸かつ一体回転可能に設けられる入力ギヤ３８と、駆動軸３７の下端部に同軸かつ一体回転可能に設けられる出力ギヤ３９と、ジョイントブロック１１の上方にＺ方向に沿う駆動中心軸線ＣＴ，ＣＲを有して配置されるＴ軸モーター３１及びＲ軸モーター３２とを有する。

各モーター３１，３２は、それぞれの駆動軸３１ａ，３２ａを下方に突出させる。Ｔ軸モーター３１の駆動軸３１ａの外周にはピニオンギヤ３１ｃが同軸かつ一体回転可能に設けられ、このピニオンギヤ３１ｃが比較的大径の入力ギヤ３８に噛み合う。これらピニオンギヤ３１ｃ及び入力ギヤ３８からなる第一減速ギヤ対を介して、Ｔ軸モーター３１の駆動力が駆動軸３７に伝達され、かつ出力ギヤ３９及び後述の各ノズル駆動ギヤ４１からなる第二減速ギヤ対を介して、前記駆動力が各スピンドル３６（Ｔ軸）に伝達される。

また、Ｒ軸モーター３２の駆動軸３２ａの下方にはこれと同軸の中継軸３２ｂが配置され、この中継軸３２ｂと駆動軸３２ａとが一体回転可能に係合する。中継軸３２ｂの外周にはピニオンギヤ３２ｃが同軸かつ一体回転可能に設けられ、このピニオンギヤ３２ｃがヘッド本体３４の上端部外周に同軸かつ一体回転可能に設けられた比較的大径のヘッド駆動ギヤ４２に噛み合う。これらピニオンギヤ３２ｃ及びヘッド駆動ギヤ４２からなる第三減速ギヤ対を介して、Ｒ軸モーター３２の駆動力がヘッド本体３４（Ｒ軸）に伝達される。なお、図中符号３２ｄは駆動軸３２ａと中継軸３２ｂとの接続部分を支持する複列の玉軸受けを示す。

各スピンドル３６の下部には、それぞれ前記ノズル駆動ギヤ４１が同軸かつ一体回転可能に設けられ、これら各ノズル駆動ギヤ４１が前記出力ギヤ３９に噛み合う。これにより、Ｒ軸モーター３２が停止してＴ軸モーター３１のみが駆動すると、各スピンドル３６及び各ノズル１８が軸線Ｃ２中心で回転（公転）することなく軸線Ｃ１中心で回転（自転）する（図３（ａ）参照）。

一方、Ｔ軸モーター３１が停止してＲ軸モーター３２のみが駆動すると、ヘッド本体３４及びバレル体３５が軸線Ｃ２中心で回転すると共に各スピンドル３６及び各ノズル１８も軸線Ｃ２中心で回転（公転）し、かつ各ノズル駆動ギヤ４１が出力ギヤ３９の外周を転動することで各スピンドル３６及び各ノズル１８がそれぞれの軸線Ｃ１中心で回転（自転）する（図３（ｂ）参照）。

また、ヘッド本体３４（ヘッド駆動ギヤ４２）と駆動軸３７（入力ギヤ３８）とが同一回転速度となるように各モーター３１，３２が同期駆動すると、各ノズル駆動ギヤ４１が出力ギヤ３９の外周を転動することなく（すなわち各スピンドル３６及び各ノズル１８が自転することなく）、各スピンドル３６及び各ノズル１８がヘッド本体３４及びバレル体３５と同一回転速度で公転する（図３（ｃ）参照）。

バレル体３５の上壁には、各スピンドル３６の上部がそれぞれノズル上ラジアル玉軸受け４３を介して支持され、バレル体３５の下壁には、各スピンドル３６の下部がそれぞれノズル下ラジアル玉軸受け４４を介して支持される。
また、ヘッド本体３４の上端部内周には、駆動軸３７の上部がヘッド上ラジアル玉軸受け４５を介して支持され、ヘッド本体３４の下端部内周には、駆動軸３７の下部がヘッド下ラジアル玉軸受け４６を介して支持される。

図４（ａ）は、各ノズル１８がヘッド本体３４に対する自転角度を同一にした状態で、各ノズル１８及びヘッド本体３４を同期させて回転（公転）させつつ、各ノズル１８で部品吸着位置Ａ１にて順次電子部品Ｅを吸着する例を示す。この例では、各ノズル１８に吸着された電子部品Ｅは、それぞれ自身を保持するノズル１８に対する向きが全て同一となる（図４（ｂ）参照）。

各ノズル１８に電子部品Ｅを吸着したノズルヘッド２０は、その下方（電子部品Ｅ側）からカメラ２１により撮影され、各電子部品Ｅの配置等の検査が行われる。その後、部品装着位置Ａ２にて各ノズル１８に吸着した電子部品Ｅを基板１６に装着することとなるが、このとき、電子部品Ｅの装着時の向きが前記部品吸着時の向きと異なる場合には、カメラ２１による撮像検査後に各モーター３１，３２を差動させて各ノズル１８を自転させて電子部品Ｅの向きを合わせることとなる（図４（ｃ）参照）。

しかし、カメラ２１の撮像検査後に各ノズル１８を自転させると、各ノズル１８の機構的誤差により電子部品Ｅの位置に狂いが生じることがある。なお、前記機構的誤差には、スピンドル３６の回転による振れ誤差や軸受け部分の振れ誤差等がある。

そこで本実施形態では、電子部品Ｅの装着時の向きが前記部品吸着時の向きと異なる場合には、その電子部品Ｅの装着時の向きを考慮して、各ノズル１８を一旦逆方向に自転させ（図５（ａ）参照）、この状態で電子部品Ｅの吸着を行い、その後に各ノズル１８を正方向に自転させて、自転前の状態に戻している（図５（ｂ）参照）。

この手順を繰り返すことで、各ノズル１８に電子部品Ｅが装着時の向きで順次吸着され（図５（ｃ）参照）、その後にカメラ２１による撮像検査を行うことで、撮像検査後にノズル１８を自転させる必要がなくなり、ノズル１８の機構的誤差等による電子部品Ｅの装着位置精度の低下が防止される。これにより、ノズルヘッド２０各部の回転方向の相対的な位置変動を、部品撮像後から部品装着時まで最小限に抑えることが可能となる。

上記実施形態によれば、各駆動手段を同期作動させて各ノズル１８とヘッド本体３４とを適宜連動させることで、カメラ２１による撮像検査後に各スピンドル３６を自転させることなく部品装着位置にて電子部品Ｅの装着を行うことができるため、カメラ２１による撮像検査後に各スピンドル３６の機構的誤差等による狂いが生じることがなく、電子部品Ｅの装着位置精度を向上させることができる。

ここで、図７を参照し、上記実施形態の如く電子部品Ｅの装着位置精度を優先して各ノズル１８を自転させるべく各駆動手段を同期作動させる場合、カメラ２１の撮像視野Ｂには無駄な部分が生じ易く、カメラ２１の撮像視野Ｂに対して一度に撮像できる部品サイズが小さくなる。

そこで、カメラ２１の限られた撮像視野Ｂを有効に活用するために、部品吸着向きが絶対方向で維持できるようにノズルヘッド２０を回転移動させる（Ｒ軸回転移動量に対し、電子部品Ｅの向きが撮像視野Ｂに整合するようにＴ軸回転移動量を調整して同期動作させる）ことで、例えば図７に示す平面視正方形状の電子部品Ｅの場合、最大√２倍の部品サイズを一度に取り込み可能となる。すなわち、カメラ２１の限られた撮像視野Ｂを有効活用して効率的な画像取り込みが可能となる。つまり、電子部品実装装置１は、ノズルヘッド２０における電子部品Ｅの装着位置精度を優先した動作と電子部品Ｅの認識視野の有効活用を優先した動作とを選択的に切り替え可能である。

本発明によれば、カメラによる撮像検査後に各スピンドルの機構的誤差等による狂いが生じることがなく、電子部品の装着位置精度を向上させることができる。

１電子部品実装装置（装置）
Ｅ電子部品
１８ノズル
２０ノズルヘッド（ヘッド、ロータリ式ヘッド）
３１Ｔ軸モーター（第一駆動手段）
３２Ｒ軸モーター（第二駆動手段）
３４ヘッド本体
３６スピンドル
Ａ１部品吸着位置（部品保持位置）
Ａ２部品装着位置

Claims

電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するヘッドを備えた電子部品実装装置において、
前記ヘッドが、前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、
前記ヘッドが、前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする電子部品実装装置。
前記ヘッドが、前記各ノズルの内の部品保持位置上にあるものを部品装着位置での電子部品の向きに合わせるべく、前記各ノズルを逆方向に自転させた状態で、前記部品保持位置上のノズルで電子部品を保持し、その後に前記各ノズルを正方向に前記逆方向の自転量だけ正方向に自転させ、さらにその後に前記各ノズル及びヘッド本体を同期させて公転させつつ、前記各ノズルに同様の手順で電子部品を順次保持した後、前記各ノズルを自転させることなく電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装装置。
前記ヘッドが、電子部品の装着位置精度優先の動作と電子部品の認識視野活用優先の動作とを選択的に切り替えて、前記各ノズルを自転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装装置。
電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するロータリ式ヘッドにおいて、
前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、
前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とするロータリ式ヘッド。
電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するヘッドを備えた装置における電子部品実装方法において、
前記ヘッドが、前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、
前記ヘッドが、前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とする電子部品実装方法。
電子部品を保持、移送して所定箇所に装着するロータリ式ヘッドの駆動方法において、
前記電子部品を保持するノズルを備えた複数のスピンドルと、前記各スピンドルを自転させる第一駆動手段と、前記各スピンドルと連動してこれらを前記回転軸線回りに公転させるヘッド本体と、前記ヘッド本体を回転させる第二駆動手段とを有し、
前記各ノズルを部品装着位置での電子部品の向きに合わせて自転させつつ、これら各ノズルで部品保持位置にて電子部品を順次保持し、その後に電子部品を部品装着位置に移送して所定箇所への装着を行うことを特徴とするヘッド駆動方法。