JP2013143544A

JP2013143544A - 表面実装機

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Publication number: JP2013143544A
Application number: JP2012004186A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Sato; 利道佐藤; Atsushi Okada; 篤史岡田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: KR101383139B1; JP5613692B2; KR20130083362A

Abstract

【課題】撮影装置の撮影範囲を広くする。
【解決手段】基台１２と、前記基台１２に設けられたＹフレーム１５と、前記Ｙフレーム１５に対してＹ方向に移動可能に支持されたＹ方向移動部材３０と、前記Ｙ方向移動部材３０に対してＸ方向に移動可能に支持されたＸ方向移動部材５２と、前記Ｘ方向移動部材５２に装着され、前記基台上に搬入されたプリント基板に対して部品の実装を行うヘッド部５０と、前記Ｘ方向移動部材５２に装着され、前記基台上に搬入されたプリント基板の撮影を行う撮影装置６０とを備えた表面実装機１０であって、前記Ｘ方向移動部材５２を前記Ｙ方向移動部材３０に対してＸ方向のストロークエンドに移動させた時に、前記撮影装置６０の一部が前記Ｙフレーム１５の下部に潜り込む構成である。
【選択図】図９

Description

本発明は、部品供給装置から電子部品を吸着ヘッドにより取出してプリント基板上に実装する表面実装機、及びそれを用いた電子部品の実装方法に関するものである。

従来から、部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着し、この部品を所定の作業位置に位置決めされているプリント基板上に搬送して搭載（実装）するようにした表面実装機は一般に知られている。この種の表面実装機において、実装作業に先立ちプリント基板上に予め設けられている複数個の位置基準マークをヘッドユニットに搭載されたカメラで撮像することによりプリント基板の歪み、及びプリント基板とヘッドとの相対的な位置関係（装置本体に対するプリント基板の位置ずれ）を調べ、この関係に基づき、電子部品の実装位置のデータ修正することにより、部品の実装精度を高めることが行われている（例えば特許文献１）。

特開２００７−１２９１４公報

しかし、プリント基板の位置基準マークは、基板の隅に付されていることが多いことから、部品実装機に流す基板が大型基板の場合、カメラの撮影範囲は広くなる。しかし、現実には、フレーム等の干渉物があり、カメラの撮影範囲を十分確保できない状況にあることから、カメラの撮影範囲を広くすることが求められていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、カメラの撮影範囲を広くすることを目的とする。

本発明の表面実装機は、プリント基板の搬送方向をＸ方向、搬送方向に直交する方向をＹ方向と定義した場合、基台と、前記基台に設けられたＹフレームと、前記Ｙフレームに対してＹ方向に移動可能に支持されたＹ方向移動部材と、前記Ｙ方向移動部材に対してＸ方向に移動可能に支持されたＸ方向移動部材と、前記Ｘ方向移動部材に装着され、前記基台上に搬入されたプリント基板に対して部品の実装を行うヘッド部と、前記Ｘ方向移動部材に装着され、前記基台上に搬入されたプリント基板の撮影を行う撮影装置とを備えた表面実装機であって、前記Ｘ方向移動部材を前記Ｙ方向移動部材に対してＸ方向のストロークエンドに移動させた時に、前記撮影装置の一部が前記Ｙフレームの下部に潜り込む構成である。

この発明の実施態様として以下の構成が好ましい。
・前記撮影装置は、入光窓を下面壁に形成したフレームと、前記フレームに対して光軸を水平方向を向けて装着されたカメラ本体と、前記フレームに保持され、前記入光窓からの光を前記カメラ本体へ反射させる反射体とを備える。

本発明によれば、撮影装置の撮影範囲を広くすることが出来る。

実施形態１における表面実装機を示す斜視図表面実装機を示す平面図アームおよびヘッドユニットを示す表面実装機の一部拡大斜視図アームおよびヘッドユニットを示す表面実装機の一部拡大斜視図撮影装置の正面図撮影装置の断面図Ｙフレームの斜視図同じくＹフレームの斜視図Ｙフレームと撮影装置の関係を示す図プリント基板の基準マークと撮影範囲の関係を示す図実施形態２において、Ｙフレームと撮影装置の関係を示す図ベースプレートに撮影装置を装着した状態を示す正面図ベースプレートにヘッドユニットと撮影装置を装着した状態を示す正面図図１２を下面側から見た図プリント基板の基準マークと撮影範囲の関係を示す図

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１について、図１〜図１０を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態の表面実装機１０は基台１２上の作業位置に搬送されたプリント基板Ｐに対して電子部品を実装する装置である。

１．表面実装機の全体構造
表面実装機１０は、部品供給部１１から作業位置へ電子部品を移送して実装作業を行うヘッドユニット５０を備えている。ヘッドユニット５０は複数（本実施形態では４つ）が備えられており、各ヘッドユニット５０が独立してプリント基板Ｐに対する部品の実装作業を行うことが出来る。

表面実装機１０の基台１２には、プリント基板Ｐを搬送するとともに、所定の作業位置で停止させることが可能なコンベア１３が備えられている（図２参照）。コンベア１３は、図２の上下方向（Ｘ方向）に延びており、プリント基板ＰをＸ方向に搬送する。この実施形態では、コンベア１３は、図２の左右方向（Ｙ方向）の略中央に一対ずつ、計４つが設けられ、プリント基板Ｐを２列同時に搬送することが出来るようになっている。尚、本明細書において、プリント基板Ｐの搬送方向（図２の上下方向）をＸ方向とし、搬送方向に直交する方向（図２の左右方向）をＹ方向とする。

部品供給部１１は、自在に移動可能とされた一括交換台車であり、コンベア１３の両側（図２の左右両側）の着脱スペースＳに着脱可能とされている。各部品供給部１１には、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の電子部品を供給する部品フィーダー（図略）が、多数セットされている。

表面実装機１０は、基台１２の両端部（図２の上下両端端）にＹ方向（図２の左右方向）に延設された２本のＹフレーム１５と、２本のＹフレーム１５の間においてＸ方向に延びるＸアーム３０とを備える。

Ｘアーム３０は、Ｙフレーム１５に片持ち支持され、各Ｙフレーム１５に一対ずつ、計４つが備えられている。各Ｘアーム３０は、Ｙフレーム１５から基台１２の中心に向かって延び、一方のＹフレーム１５に支持されたＸアーム３０と、他方のＹフレーム１５に支持されたＸアーム３０とが、基台１２の中心を挟んで、向かい合うように配置されている。各Ｘアーム３０のＹフレーム１５からの突出寸法は、対向する一対のＸアーム３０Ａ，３０ＢがＸ方向に並んだ場合に、その自由端同士が接触しないように設定されている。

Ｘアーム３０は、Ｙフレーム１５に沿ってＹ方向に往復移動可能とされている。具体的に説明すると、Ｙフレーム１５には、その全長にわたり上下一対のＹ方向レール２２が備えられ、Ｘアーム３０には、Ｙ方向レール２２に嵌合した状態でＹ方向レール２２に沿って移動可能なＹ方向スライダ３２が備えられている。そして、Ｙフレーム１５の内側面に、固定永久磁石で構成されたマグネットプレート２１が取り付けられ、Ｘアーム３０の基端側に、複数のコイルで構成された可動部３１が取り付けられている。これらマグネットプレート２１と可動部３１は、リニアモータを構成している。そのため、リニアモータを駆動させると、Ｙ方向の推進力が生じ、Ｙ方向レール２２に沿ってＸアーム３０をＹ方向に往復移動させることが出来る。

また、Ｘアーム３０には、ベースプレート５２がＸ方向に往復移動可能に取り付けられている。具体的に説明すると、Ｘアーム３０には、Ｘ方向レール３４が設けられている。Ｘ方向レール３４は、図４に示すように、上下に一対が設けられ、ともにＸアーム３０のＸ方向の略全長にわたって延びている。一方、ベースプレート５２には、Ｘ方向レール３４に嵌合した状態でＸ方向レール３４に沿って移動可能なＸ方向スライダ３５が備えられている。

また、Ｘアーム３０には、Ｘ方向に延びるボールねじ軸３５と、このボールねじ軸３５を駆動するサーボモータ３３とが備えられている。ボール螺子軸３５にはボールナット（図略）が螺合している。詳しく図示していないが、ボールナットは周り止めされた状態で、ベースプレート５２に固定されている。以上のことから、サーボモータ３３を駆動させると、Ｘ方向レール３４に沿ってベースプレート５２をＸ方向に往復移動させることが出来る。尚、Ｘアーム３０が本発明の「Ｙ方向移動部材」に相当し、ベースプレート５２が本発明の「Ｘ方向移動部材」に相当する。

そして、ベースプレート５２には、次に説明するヘッドユニット５０と撮影装置６０が取り付けられている。そのため、リニアモータによりＸアーム３０をＹフレーム１５に沿ってＹ方向に移動させ、サーボモータ３３により、ベースプレートをＸアーム３０に沿ってＸ方向に移動させることで、ヘッドユニット５０及び撮影装置６０を基台１２にて平面方向（ＸＹ方向）に移動させることが出来る。

ヘッドユニット５０は、電子部品を吸着し得る複数本の吸着ノズル５１を備えている。吸着ノズル５１は、電子部品を、ピックアップまたは実装する際に下降するとともに、電子部品をピックアップまたは実装する向きにあわせて垂直方向の軸線周りに回転する。吸着ノズル５１は、Ｘ方向に複数本（本実施形態では６本）並べられた列が、Ｙ方向に複数列（本実施形態では２列）並べられている。吸着ノズル５１は、図４に示すように、ヘッドユニット５０の幅方向の両端寄りの位置に、半数ずつに分かれて配置されている。なお、吸着ノズル５１は、リニアモータ駆動により、個別に昇降可能とされている。

また、ベースプレート５２には、ヘッドユニット５０と共に撮影装置６０が取り付けられている。撮影装置６０は図３、図４に示すように、ベースプレート５２の下側に取り付けられている。尚、ヘッドユニット５０は、本発明の「ヘッド部」に相当する。

２．撮影装置
撮影装置６０は図５、図６に示すように、カメラ本体６１と、光学系部品６４〜６９と、フレーム７０、カバー７５とから構成されている。カメラ本体６１はＣＣＤからなる撮像部６２と収束レンズ６３とを備える。カメラ本体６１は、光軸Ｌを水平に向けた状態でフレーム７０の上部側の左隅に固定されている。

光学系部品は、ビームスプリッタ６４、反射ミラー６５、反射ミラー６６、反射ミラー６７、反射ミラー６８、反射ミラー６９の６部品を含む構成となっている。これら６つの光学系部品は、図６に示すように、中心線Ｃに対して左右対称（Ｘ方向対称）に配置されている。フレーム７０は、光学系部品６４〜６９を保持するものであり、Ｘ方向に長い横長な形状をしている。そして、フレーム７０の下面壁の両端部（Ｘ方向の両端部）には、入光窓７１、７２が開口しており、入光窓７１、７２を通じて被写体からの光をフレーム７０内に導入する構成となっている。

６つの光学部品のうち、ビームスプリッタ６４と２枚の反射ミラー６５、６６が一組になっていて、入光窓７１の真下の画像を撮影することが出来る。すなわち、入光窓７１の回りに設けられた照明７１Ａを点灯させて撮影を行うと、入光窓７１の直下に位置する被写体（この実施例ではプリント基板）からの光が、反射ミラー６６、反射ミラー６５、ビームスプリッタ６４にて順に反射して、カメラ本体６１の撮像部６２に入光する構成となっている。

また、残る３枚の反射ミラー６７、６８、６９も一組になっていて、入光窓７２の真下の画像を撮影することが出来る。すなわち、入光窓７２の回りに設けられた照明７２Ａを点灯させて撮影を行うと、入光窓７２の直下に位置する被写体（この実施例ではプリント基板）からの光が、反射ミラー６９、反射ミラー６８、反射ミラー６７にて順に反射して、カメラ本体６１のカメラ本体６１の撮像部６２に入光する構成となっている。尚、カバー７５は、フレーム７０及びフレーム７０に保持された光学系部品６４〜６９と、カメラ本体６１の一部を内部に収容するものである。また、ビームスプリッタ６４、反射ミラー６５〜６９、本発明の反射体の一例である。

３．撮影装置６０の潜り込み構造
本実施形態では、上記した撮影装置６０の一部が、Ｙフレーム１５の下部に対して潜り込む構造となっている。具体的に説明すると、Ｙフレーム１５は、図７、図８に示すように、基台１２上においてＸ方向の両端部にそれぞれ設けられている。Ｙフレーム１５はＹ方向に長い門型をしており、左右一対の支柱１６、１７と、両支柱１６、１７間に橋渡される連結壁１８を備えた構成となっている。

Ｙフレーム１５に形成された中央の開口１９はプリント基板Ｐの通路であり、図７にて矢印で示すように、開口１９を通ってプリント基板が基台１２に対して搬出入される構成となっている。そして、Ｙフレーム１５のうち、左右の支柱１６、１７をＹ方向に橋渡す連結壁１８の下部には、撮影装置６０の一部を潜り込ませるための受入部２０が形成されている。受入部２０は、連結壁１８の下部壁を段差状に切り欠いたものであり、図８に示すように、プリント基板Ｐの通路となる開口１９の形成範囲（形成範囲１）より広い範囲（形成範囲２）に形成されている。尚、受入部２０は、下方と内方の２方向に開口している。

一方、図９に示すように、撮影装置６０は、ベースプレート５２の下部において、端部をヘッドユニット５０の外形線ＨからＹフレーム１５側に突出させた状態で固定されている。具体的には、図９に示す左側のベースプレート５２に装着された撮影装置６０Ａは、撮影装置６０Ａの概ね左半分を左側に突出させている。また、図９に示す右側のベースプレート５２に装着された撮影装置６０Ｂは、撮影装置６０Ｂの概ね右半分を、右側に突出させている。そして、ベースプレート５２に装着された各撮影装置６０の高さは、Ｙフレーム１５に形成された受入部２０の高さに対応しており、サーボモータ３３を駆動させて、ベースプレート５２を、Ｘ方向のストロークエンド位置に移動させると、撮影装置６０の突出した部分が、Ｙフレーム１５の受入部２０に潜り込む構成となっている。

例えば、図９の例では、図中の左手側のヘッドユニット５０Ａを搭載したベースプレート５２がＸ方向のストロークエンド位置に位置しており、撮影装置６０Ａのうちの左側の一部、具体的にはカメラ本体６１と、入光窓７１が形成されたフレーム７０の左端部が、Ｙフレーム１５に形成された受入部２０に潜り込む（図９中のＡ部参照）。尚、Ｘ方向のストロークエンド位置では、Ｘアーム３０に設けられたストッパ３７に対して、ベースプレート５２の裏面に設けたダンパー（図略）が当接することで、ベースプレート５２はＸ方向の移動を規制される構成となっている。

このように撮影装置６０Ａの一部を、Ｙフレーム１５の下部に形成された受入部２０に潜り込ませることで、撮影装置６０による撮影範囲Ｆを広くすることが可能となる。具体的には、撮影装置６０を受入部２０に潜り込また場合の撮影範囲Ｆ１は、図９に示すように、潜り込ませない場合の撮影範囲Ｆ２やヘッドユニット５０による実装可能範囲Ｆ３に対して、距離Ｄだけ広くなる。

このように撮影範囲Ｆを広く確保することが出来れば、大型のプリント基板Ｐに付された基準マークＭの撮影を無理なく行うことが可能である。例えば、大型のプリント基板Ｐに対して部品の実装作業を行う場合、Ｘ方向に隣接する２組のヘッドユニット５０Ａ、５０Ｂを利用して、プリント基板Ｐの前後の領域を分担して実装する場合がある。図１０の例では、プリント基板Ｐを第一作業位置と第二作業位置にそれぞれ停止させて、第一作業位置にてヘッドユニット５０Ａによりプリント基板Ｐの後半分の領域（ハッチングで示す）について部品の実装を行い、第二作業位置にてヘッドユニット５０Ｂによりプリント基板Ｐの前半分の領域（ハッチングで示す）について部品の実装を行う。

この場合、第一作業位置にプリント基板Ｐを停止させた時に、前側の基準マークＭ１が実装可能範囲Ｆ３からはみ出してしまうことから、実装可能範囲Ｆ３に対して撮影範囲Ｆがそれほど広くない従来構造では、基準マークＭ１の撮影が困難であった。この点、本実施形態では、撮影範囲Ｆ１を広くしていることから、撮影装置６０Ａにて基準マークＭ１の撮影が可能となる。

また、同様、第二作業位置にプリント基板Ｐを停止させた時に、後側の基準マークＭ２が実装可能範囲Ｆ３からはみ出してしまうが、本実施形態では、撮影範囲Ｆ１を広くしていることから、撮影装置６０Ｂにて基準マークＭ２の撮影が可能となる。

４．効果説明
本実施形態では、撮影装置６０Ａの一部を、Ｙフレーム１５の下部に形成された受入部２０に潜り込ませることで、撮影装置６０による撮影範囲を広くすることが可能となった。そのため、大型のプリント基板Ｐの隅に付されているような、基準マークＧについても、無理なく撮影できるようになった。

また、本実施形態では、カメラ本体６１を、光軸Ｌを水平に向けた状態でフレーム７０に固定している。そのため、撮影装置６０の大きさを、Ｚ方向に小型化できる。もし仮に、撮影装置６０がＺ方向で大型化すると、受入部２０の大きさをＺ方向に大きくすることが必要となることから、Ｙフレーム１５はＺ方向に大型化する。この点、本実施形態では、撮影装置６０の大きさを、Ｚ方向に小型化しているので、受入部２０の大きさをＺ方向に大きくする必要がなく、Ｙフレーム１５をＺ方向に小型化できる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１１ないし図１５によって説明する。
実施形態１の表面実装機は、Ｙフレーム１５に対してＸアーム３０を片持ち支持する構造を示した。具体的には、図９に示す左側のＹフレーム１５Ａに対してＸアーム３０Ａを片持ち支持させる一方、右側のＹフレーム１５Ｂに対してＸアーム３０Ｂを片持ち支持させる構成とした。そして、Ｘアーム３０Ａに対応してヘッドユニット５０Ａを設け、Ｘアーム３０Ｂに対応してヘッドユニット５０Ｂを設けた。

実施形態２の表面実装機は、実施形態１の表面実装機に対して、Ｘアーム３０の支持構造に変更している。具体的には、Ｘアーム３０Ｃの全長を実施形態１の２倍程度とし、図１１に示す左側のＹフレーム１５ＡにＸアーム３０Ｃの左端を支持させる一方、図１１に示す右側のＹフレーム１５ＢにＸアーム３０Ｃの右端を支持させ、Ｘ方向に向かい合う２組のＹフレーム１５Ａ、１５ＢによりＸアーム３０Ｃを両持ち支持させている。そして、Ｘアーム３０Ｃには、その全長に渡ってＸレール３４が設けられている。

従って、ヘッドユニット５０のＸ方向の可動範囲が、実施形態１に対して概ね２倍あり、ヘッドユニット５０が、左側に位置するＹフレーム１５Ａと右側に位置するＹフレーム１５Ｂとの間を移動可能となっている。尚、ヘッドユニット５０の個数は、Ｘアーム３０Ｃを両持ち構造にしたことに伴って、２台から１台に変更されている（実装機全体としては４台から２台）。

そして、実施形態２ではベースプレート５２の下部の両側（Ｘ方向の両側）に取付部５３、５４を形成している。各取付部５３、５４は左右両側に張り出していて、そこには、図１２に示すように、ブラケット５３Ａ、５４Ａを介して撮影装置１６１、１６２がそれぞれ取り付けられている。すなわち、図１３に示すように、ヘッドユニット５０の左右両側に２台の撮影装置１６１、１６２が振り分けられて配置されている。尚、各撮影装置１６１、１６２の基本構成は、実施形態１の撮影装置６０と同じであり、カメラ本体１６５と、反射ミラー等の光学系部品を保持したフレーム１６７を備えており、フレーム１６７の下面壁に形成された入光窓１６８からの光を反射ミラー等により反射させつつカメラ本体１６５に入光させて撮影を行う構成となっている。

そして、実施形態２では、サーボモータ３３を駆動させて、ベースプレート５２を、Ｘ方向の一方側（図１１の左側）のストロークエンド位置に移動させると、左側の撮影装置１６１のほぼ全体が、左側に位置するＹフレーム１５Ａの受入部２０に潜り込む構成となっている。また、ベースプレート５２を、Ｘ方向の他方側（図１１の右側）のストロークエンド位置に移動させると、右側の撮影装置１６２のほぼ全体が、右側に位置するＹフレーム１５Ｂの受入部２０に潜り込む構成となっている。以上のことから、実施形態１と同様、撮影装置１６１、１６２による撮影範囲を広くすることが可能となった。そのため、大型のプリント基板Ｐの隅に付されているような、基準マークＭ１、Ｍ２についても、無理なく撮影できるようになった。

例えば、大型のプリント基板Ｐに対して実装作業を行う場合、１つのヘッドユニット５０を用いて、実装作業を２回に分けて行うことがある。図１５の例では、プリント基板Ｐを第一作業位置と第二作業位置にそれぞれ停止させて、第一作業位置にてプリント基板Ｐの後半分の領域について部品の実装を行い、第二作業位置にてプリント基板Ｐの前半分の領域について部品の実装を行う。

この場合、図１５の（ａ）に示す第一作業位置にプリント基板Ｐを停止させた時に、前側の基準マークＭ１が実装可能範囲からはみ出してしまうが、本実施形態では、撮影範囲を広くしていることから、前側の撮影装置１６１にて基準マークＭ１の撮影が可能となる。

また、同様、第二作業位置にプリント基板Ｐを停止させた時に、後側の基準マークＭ２が実装可能範囲からはみ出してしまうが、本実施形態では、撮影範囲を広くしていることから、後側の撮影装置１６２にて基準マークＭ２の撮影が可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１、２では、カメラ本体６１、１６５を、いずれも光軸を水平に向けて横向きに装着する構成をとった。カメラ本体６１、１６５の向きは必ずしも水平な方向に限定されるものではなく、Ｙフレーム１５の受入部２０に対して潜り込むことが可能であれば、撮影面を下に向けて縦向きに配置することが可能である。この場合、フレームや光学部品を廃止することが可能となるので、部品点数の削減を図ることが可能となる。

１０…表面実装機
１２…基台
１５…Ｙフレーム
３０…Ｘアーム（本発明の「Ｙ方向移動部材」に相当）
５０…ヘッドユニット（本発明の「ヘッド部」に相当）
５２…ベースプレート（本発明の「Ｘ方向移動部材」に相当）
６０…撮影装置
６１、１６５…カメラ本体
７０…フレーム

Claims

プリント基板の搬送方向をＸ方向、搬送方向に直交する方向をＹ方向と定義した場合、
基台と、
前記基台に設けられたＹフレームと、
前記Ｙフレームに対してＹ方向に移動可能に支持されたＹ方向移動部材と、
前記Ｙ方向移動部材に対してＸ方向に移動可能に支持されたＸ方向移動部材と、
前記Ｘ方向移動部材に装着され、前記基台上に搬入されたプリント基板に対して部品の実装を行うヘッド部と、
前記Ｘ方向移動部材に装着され、前記基台上に搬入されたプリント基板の撮影を行う撮影装置とを備えた表面実装機であって、
前記Ｘ方向移動部材を前記Ｙ方向移動部材に対してＸ方向のストロークエンドに移動させた時に、前記撮影装置の一部が前記Ｙフレームの下部に潜り込む構成であることを特徴とする表面実装機。
前記撮影装置は、
入光窓を下面壁に形成したフレームと、
前記フレームに対して光軸を水平方向を向けて装着されたカメラ本体と、
前記フレームに保持され、前記入光窓からの光を前記カメラ本体へ反射させる反射体とを備える請求項１に記載の表面実装機。