JP2013187520A - 装着ヘッド及び部品装着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化を図りつつ、シャフト部材のきめ細かな回転制御が可能な構成の装着ヘッド及び部品装着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】二列にわたって千鳥配列され、上下方向に延びて下端に吸着ノズル２２を備えた複数のシャフト部材２３、これら複数のシャフト部材２３の千鳥配列と同一の千鳥配列で二列にわたって配置され、複数のシャフト部材２３の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータ２４及び複数のシャフト部材２３の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で二列にわたって配置され、複数のシャフト部材２３の上下移動を個別に行う複数の上下駆動モータ２５を備える。回転駆動モータ２４は下方に向けた駆動軸２４ａをシャフト部材２３に連結させてそのシャフト部材２３を直接駆動し、上下駆動モータ２５は、シャフト部材２３をそのシャフト部材２３を回転させる回転駆動モータ２４ごと上下移動させるようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、上下方向に延びて下端に吸着ノズルを備えた複数のシャフト部材を有して構成される装着ヘッド及びこの装着ヘッドを備えた部品装着装置に関するものである。

部品装着装置は基板の位置決めを行う基板位置決め部、部品を供給する部品供給部及び部品供給部より供給される部品を吸着して基板に装着する装着ヘッドを備えて成り、装着ヘッドは、上下方向に延びて下端に吸着ノズルを備えた複数のシャフト部材を有した構成となっている。

このような部品装着装置の装着ヘッドでは、各シャフト部材は上下方向の移動と上下軸回りの回転とが自在になっており、各シャフト部材を個別に上下方向に移動させる複数の上下駆動手段（例えばモータ）と、複数のシャフト部材を一括して回転させる一又は複数の回転駆動モータを備えている。各回転駆動モータは装着ヘッドの端部に配置され、その動力はベルト伝動で複数のシャフト部材に伝達されるようになっている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−９３１７７号公報

しかしながら、上記従来のように、ひとつの回転駆動モータで複数のシャフト部材を回転させる構成では各シャフト部材のきめ細かな回転制御が難しく、基板への装着ミスが発生し易くなるという難点がある。このため各シャフト部材に対応して回転駆動モータを配置して複数のシャフト部材を個別に回転動作させるようにした構成が望ましいが、回転駆動モータをシャフト部材の数だけ装着ヘッドの端部に配置すると装着ヘッド全体が大きくなり、装着ヘッドはもとより、部品装着装置全体のコンパクト化が妨げられるという問題点があった。

そこで本発明は、コンパクト化を図りつつ、シャフト部材のきめ細かな回転制御が可能な構成の装着ヘッド及び部品装着装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の装着ヘッドは、二列にわたって千鳥配列され、上下方向に延びて下端に吸着ノズルを備えた複数のシャフト部材と、前記複数のシャフト部材の千鳥配列と同一の千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータと、前記複数のシャフト部材の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の上下移動を個別に行う複数の上下駆動手段とを備えた。

請求項２に記載の装着ヘッドは、請求項１に記載の装着ヘッドであって、前記回転駆動モータは下方に向けた駆動軸を前記シャフト部材に連結させてそのシャフト部材を直接駆動するようになっている。

請求項３に記載の装着ヘッドは、請求項１又は２に記載の装着ヘッドであって、前記上下駆動手段は、前記シャフト部材をそのシャフト部材を回転させる前記回転駆動モータごと上下移動させるようになっている。

請求項４に記載の部品装着装置は、基板の位置決めを行う基板位置決め部と、部品を供給する部品供給部と、部品供給部より供給される部品を吸着して基板位置決め部に位置決めされた基板に装着する装着ヘッドとを備えた部品装着装置であって、前記装着ヘッドは、二列にわたって千鳥配列され、上下方向に延びて下端に吸着ノズルを備えた複数のシャフト部材と、前記複数のシャフト部材の千鳥配列と同一の千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータと、前記複数のシャフト部材の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の上下移動を個別に行う複数の上下駆動手段とを備えた。

請求項５に記載の部品装着装置は、請求項４に記載の部品装着装置であって、前記回転駆動モータは下方に向けた駆動軸を前記シャフト部材に連結させてそのシャフト部材を直接駆動するようになっている。

請求項６に記載の部品装着装置は、請求項４又は５に記載の部品装着装置であって、前記上下駆動手段は、前記シャフト部材をそのシャフト部材を回転させる前記回転駆動モータごと上下移動させるようになっている。

本発明では、装着ヘッドが備える複数のシャフト部材を二列にわたって千鳥配列したうえで、これら複数のシャフト部材の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータをシャフト部材の千鳥配列と同一の千鳥配列で二列にわたって配置する一方、複数のシャフト部材を個別に上下移動させる複数の上下駆動手段をシャフト部材の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で二列にわたって配置しており、回転駆動モータを装着ヘッドの端部ではなく装着ヘッドの内部に埋め込んだ配置を採用しているので、装着ヘッドのコンパクト化を図りつつ、シャフト部材を個別に回転動作させてシャフト部材のきめ細かな回転制御を行うことが可能である。

本発明の一実施の形態における部品装着装置の要部斜視図 本発明の一実施の形態における部品装着装置が備える装着ヘッドの斜視図 本発明の一実施の形態における装着ヘッドの（ａ）正面図（ｂ）側面図（ｃ）平面図 本発明の一実施の形態における装着ヘッドの一部分解斜視図 本発明の一実施の形態における部品装着装置が実行する部品装着作業の手順を示すフローチャート （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における装着ヘッドの側面図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における装着ヘッドの側面図 本発明の一実施の形態における装着ヘッドの斜視図 本発明の一実施の形態における装着ヘッドの斜視図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示す部品装着装置１は、図示しない上流工程側の装置（例えば半田印刷機や他の部品装着装置）から送られてきた基板２の搬入及び位置決め、位置決めした基板２の電極部３上への部品（電子部品）４の装着及び部品４を装着した基板２の下流工程側の装置（例えば他の部品装着装置や検査機、リフロー炉等）への搬出から成る一連の動作を繰り返し実行するものである。以下、説明の便宜上、基板２の搬送方向をＸ軸方向（オペレータＯＰから見た左右方向）とし、Ｘ軸方向と直交する水平面内の方向をＹ軸方向（オペレータＯＰから見た前後方向）とする。また、上下方向をＺ軸方向とする。

図１において、部品装着装置１は、基台１１の中央部にＸ軸方向に延びて設けられた基板搬送コンベア１２を有している。この基板搬送コンベア１２は上流工程側の装置から送られてきた基板２を受け取ってＸ軸方向に搬送し、所定の作業位置に位置決めするものであり、この部品装着装置１における基板位置決め部となっている。基台１１のＹ軸方向の端部にはフィーダベース１３が設けられており、このフィーダベース１３には複数のパーツフィーダ１４が着脱自在に取り付けられている。各パーツフィーダ１４は基板搬送コンベア１２側の端部に設けられた部品供給口１４ａに部品４を連続的に供給するものであり、この部品装着装置１における部品供給部となっている。

基台１１上には直交座標系ロボットから成るヘッド移動機構１５が設けられており、このヘッド移動機構１５によって装着ヘッド１６が基台１１の上方領域を移動自在になっている。装着ヘッド１６には撮像視野を下方に向けた基板カメラ１７が取り付けられており、基台１１上の基板搬送コンベア１２とフィーダベース１３との間の領域には撮像視野を上方に向けた部品カメラ１８が設けられている。

装着ヘッド１６は、図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ヘッド移動機構１５に連結された平板状のベース部材２１の前面２１ａに、上下方向に延びて下端に吸着ノズル２２を備えた複数（ここでは４本）のシャフト部材２３、これら４本のシャフト部材２３の上下軸回りの回転動作を個別に行う複数（ここでは４つ）の回転駆動モータ２４及び４本のシャフト部材２３の上下移動を個別に行う複数（ここでは４つ）の上下駆動手段としての上下駆動モータ２５を備えている。

図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）において、ベース部材２１の前面２１ａの上下方向中間部には水平方向に延びた固定板３１が設けられている。また、ベース部材２１の前面２１ａの固定板３１の下方には水平方向に延びた４つの移動板３３が左右方向に４つ並んで設けられている。各移動板３３は、ベース部材２１の前面２１ａを左右方向に並んで上下方向に延びて設けられたガイド部材３４にガイドされて上下方向に移動自在となっている。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）及び図４において、４つの移動板３３のそれぞれには４つの回転駆動モータ２４が前後二列にわたって千鳥配列で取り付けられている。各回転駆動モータ２４は下方に延びた駆動軸２４ａを、移動板３３を上下方向（厚さ方向）に貫通させて取り付けられており、各回転駆動モータ２４の駆動軸２４ａにはシャフト部材２３の上端部が取り付けられている。ここで、４つの回転駆動モータ２４は４つの移動板３３にひとつずつ配置されており、ひとつの移動板３３が上下移動すると、その移動板３３に取り付けられたひとつの回転駆動モータ２４が上下移動し、これによりシャフト部材２３も上下移動する。また、各回転駆動モータ２４の駆動軸２４ａを回転させると、その駆動軸２４ａに連結されたシャフト部材２３が回転する。

図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）において、固定板３１の上面には、４つの上下駆動モータ２５が、４本のシャフト部材２３の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で、前後二列にわたって配置されている。各上下駆動モータ２５はその回転軸であるボール螺子２５ａを固定板３１の上方から下方に向けて貫通させており、各上下駆動モータ２５のボール螺子２５ａは、その直下の移動板３３に埋め込まれたナット２５ｂに螺合している。このため、各上下駆動モータ２５を作動させてボール螺子２５ａを上下軸回りに回転させると、これに螺合したナット２５ｂとともに移動板３３がガイド部材３４に沿って昇降し、その移動板３３に取り付けられたシャフト部材２３が回転駆動モータ２４ごと上下移動する。

すなわち装着ヘッド１６は、二列にわたって千鳥配列され、上下方向に延びて下端に吸着ノズル２２を備えた複数のシャフト部材２３、これら複数のシャフト部材２３の千鳥配列と同一の千鳥配列で二列にわたって配置され、複数のシャフト部材２３の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータ２４及び複数のシャフト部材２３の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で二列にわたって配置され、複数のシャフト部材２３を個別に上下移動させる複数の上下駆動モータ２５を備えた構成となっている。また、回転駆動モータ２４は下方に向けた駆動軸２４ａをシャフト部材２３に連結させてそのシャフト部材２３を直接駆動するようになっており、上下駆動モータ２５は、シャフト部材２３をそのシャフト部材２３を回転させる回転駆動モータ２４ごと上下移動させるようになっている。

図４に示すように、固定板３１には、千鳥配列された４つの回転駆動モータ２４の直上の４つの位置に回転駆動モータ２４の外形よりも一回り大きい大きさの切り欠き部３１ａが設けられており、各回転駆動モータ２４の上部と固定板３１との干渉が避けられるようになっている（図２も参照）。

図１において、基板搬送コンベア１２による基板２の搬送及び位置決め動作、各パーツフィーダ１４による部品４の供給動作、ヘッド移動機構１５による装着ヘッド１６の移動動作、回転駆動モータ２４によるシャフト部材２３の回転動作、上下駆動モータ２５によるシャフト部材２３の上下移動動作、装着ヘッド１６内に設けられた吸着機構３５による吸着ノズル２２を介した部品４の吸着動作、基板カメラ１７による撮像動作制御及び部品カメラ１８による撮像動作制御は部品装着装置１が備える制御装置４０によってなされる。また、基板カメラ１７による撮像動作によって得られた画像データ及び部品カメラ１８の撮像動作によって得られた画像データは制御装置４０に送信され、制御装置４０の画像認識部４０ａにおいて画像認識がなされる。

このような構成の部品装着装置１により基板２上の電極部３に部品４を装着する部品装着作業を実行するには、制御装置４０は先ず、基板搬送コンベア１２を作動させ、部品装着装置１の上流工程側の装置から送られてきた基板２を受け取って部品装着装置１の内部に搬入し、所定の作業位置に位置決めする（図５に示すステップＳＴ１）。

制御装置４０は基板２の位置決めを行ったら、装着ヘッド１６を移動させて基板カメラ１７を基板２の上方に移動させ、基板カメラ１７に基板２上の一対の基板マーク２ｍ（図１）の撮像を行わせて画像認識を行う。そして、得られた一対の基板マーク２ｍの位置を予め設定された基準の位置と比較することによって、基板２の基準の位置からの位置ずれを算出する（図５に示すステップＳＴ２）。

制御装置４０は、基板２の基準の位置からの位置ずれを算出したら、パーツフィーダ１４の作動制御を行ってそのパーツフィーダ１４の部品供給口１４ａに部品４を供給させ（図５に示すステップＳＴ３）、装着ヘッド１６をパーツフィーダ１４の上方に位置させたうえで、パーツフィーダ１４の部品供給口１４ａに供給された部品４を吸着ノズル２２に吸着（ピックアップ）させる（図５に示すステップＳＴ４）。

この吸着ノズル２２による部品４の吸着動作では、制御装置４０は、４つの上下駆動モータ２５のうちのひとつを順に選択的に作動させて、シャフト部材２３を下動させる（図６（ａ）→図６（ｂ）又は図７（ａ）→図７（ｂ）。図６（ｂ）及び図７（ｂ）中に示す矢印Ａ参照）。そして、吸着機構３５の作動制御を行ってその吸着ノズル２２に部品４を吸着させたら、上下駆動モータ２５作動させて、下動させたシャフト部材２３を元の位置まで上動させる。

制御装置４０は各吸着ノズル２２に部品４を吸着させたら、吸着させた全部品４が部品カメラ１８の上方を通過するように装着ヘッド１６を移動させ、部品カメラ１８に部品４の撮像を行わせる。そして、各部品４のその撮像結果に基づいて画像認識を行い（図５に示すステップＳＴ５）、各部品４の吸着ノズル２２に対する位置ずれ（吸着ずれ）を算出する（図５に示すステップＳＴ６）。

制御装置４０は、部品４の吸着ノズル２２に対する位置ずれを算出したら、装着ヘッド１６を基板２の上方に位置させ、吸着ノズル２２により吸着した部品４を基板２上の電極部３に接触させたうえで吸着ノズル２２への真空圧の供給を解除する動作を繰り返して、吸着した全部品４を基板２に装着する（図５に示すステップＳＴ７）。このステップＳＴ７では、制御装置４０は、ステップＳＴ２で求めた基板２の位置ずれと、ステップＳＴ６で求めた部品４の吸着ずれが修正されるように、基板２に対する吸着ノズル２２の位置補正を行う。この吸着ノズル２２の位置補正には吸着ノズル２２の回転補正も含まれ、吸着ノズル２２を回転させるときには、上下駆動モータ２５によって下動させた状態のシャフト部材２３を、回転駆動モータ２４によって上下軸回りに回転させることによって行う（図８又は図９。これらの図中に示す矢印Ｂ参照）。

制御装置４０は、基板２に対する部品４の装着を行ったら、基板２に装着すべき全ての部品４の装着が終了したか否かの判断を行う（図５に示すステップＳＴ８）。そして、基板２に装着すべき全ての部品４の装着が終了していなかったときにはステップＳＴ３に戻り、基板２に装着すべき全ての部品４の装着が終了していたときには、基板搬送コンベア１２を作動させて基板２を部品装着装置１から搬出する（図５に示すステップＳＴ９）。

本発明では、装着ヘッド１６が備える複数のシャフト部材２３を二列にわたって千鳥配列したうえで、これら複数のシャフト部材２３の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータ２４をシャフト部材２３の千鳥配列と同一の千鳥配列で二列にわたって配置する一方、複数のシャフト部材２３を個別に上下移動させる複数の上下駆動モータ２５をシャフト部材２３の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で二列にわたって配置しており、回転駆動モータ２４を装着ヘッド１６の端部ではなく装着ヘッド１６の内部に埋め込んだ配置を採用しているので、装着ヘッド１６のコンパクト化を図りつつ、シャフト部材２３を個別に回転動作させてシャフト部材２３のきめ細かな回転制御を行うことが可能である。また、吸着ノズル２２の配置がシャフト部材２３と同様に平面視において千鳥配列となることから、隣接する吸着ノズル２２と干渉することなく吸着することができる部品４のサイズが大きくなり、大型の部品４の装着にも適するようになっている。

また、回転駆動モータ２４は下方に向けた駆動軸２４ａをシャフト部材２３に連結させてそのシャフト部材２３を直接駆動するようになっているので、回転駆動モータ２４の動力をベルト伝動によりシャフト部材２３に伝達する構成に比較してシャフト部材２３の回転制御の精度が格段に向上する。

また、上下駆動モータ２５は、シャフト部材２３をそのシャフト部材２３を回転させる回転駆動モータ２４ごと上下移動させるようになっており、回転駆動モータ２４をベース部材２１に対して固定とし、シャフト部材２３を昇降させたときにシャフト部材２３が回転駆動モータ２４に対して上下方向に相対移動する構成のものよりも構造を簡単にすることができるので、製造コストを大幅に低減することができる。

なお、上述の実施の形態では、複数のシャフト部材２３の上下移動を個別に行う上下駆動手段としてモータ（上下駆動モータ２５）を示したが、上下駆動手段は、このようなモータに替えて、上下方向に延びたピストンロッドを昇降させることで、ピストンロッドに結合させた移動板３３を上下移動させる空圧シリンダ等からなっていてもよい。

コンパクト化を図りつつ、シャフト部材のきめ細かな回転制御が可能な構成の装着ヘッド及び部品装着装置を提供する。

１ 部品装着装置
２ 基板
４ 部品
１２ 基板搬送コンベア（基板位置決め部）
１４ パーツフィーダ（部品供給部）
１６ 装着ヘッド
２２ 吸着ノズル
２３ シャフト部材
２４ 回転駆動モータ
２４ａ 駆動軸
２５ 上下駆動モータ（上下駆動手段）

Claims (6)

1. 二列にわたって千鳥配列され、上下方向に延びて下端に吸着ノズルを備えた複数のシャフト部材と、
   前記複数のシャフト部材の千鳥配列と同一の千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータと、
   前記複数のシャフト部材の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の上下移動を個別に行う複数の上下駆動手段とを備えたことを特徴とする装着ヘッド。
2. 前記回転駆動モータは下方に向けた駆動軸を前記シャフト部材に連結させてそのシャフト部材を直接駆動するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装着ヘッド。
3. 前記上下駆動手段は、前記シャフト部材をそのシャフト部材を回転させる前記回転駆動モータごと上下移動させるようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装着ヘッド。
4. 基板の位置決めを行う基板位置決め部と、部品を供給する部品供給部と、部品供給部より供給される部品を吸着して基板位置決め部に位置決めされた基板に装着する装着ヘッドとを備えた部品装着装置であって、
   前記装着ヘッドは、
   二列にわたって千鳥配列され、上下方向に延びて下端に吸着ノズルを備えた複数のシャフト部材と、
   前記複数のシャフト部材の千鳥配列と同一の千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の回転動作を個別に行う複数の回転駆動モータと、
   前記複数のシャフト部材の千鳥配列と反対向きの千鳥配列で前記二列にわたって配置され、前記複数のシャフト部材の上下移動を個別に行う複数の上下駆動手段とを備えたことを特徴とする部品装着装置。
5. 前記回転駆動モータは下方に向けた駆動軸を前記シャフト部材に連結させてそのシャフト部材を直接駆動するようになっていることを特徴とする請求項４に記載の部品装着装置。
6. 前記上下駆動手段は、前記シャフト部材をそのシャフト部材を回転させる前記回転駆動モータごと上下移動させるようになっていることを特徴とする請求項４又は５に記載の部品装着装置。

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