JP2017063118A - カットアンドクリンチ装置および対基板作業機 - Google Patents
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Abstract
Description
一対の可動子が実際に撮像されることにより得られた画像データに基づけば、一対の可動子の実際の位置を正確に取得することができる。一対の可動子の実際の位置の目標位置(例えば、誤差がないと仮定した場合の位置をいう。換言すれば、制御指令値通りに移動させられたと仮定した場合の位置である。)からのずれ量を正確に取得することができる。その結果、一対の可動子の実際の位置を目標位置に近づけることができるのであり、一対の可動子の位置精度を向上させることができる。
一対の可動子は、例えば、回路基板に挿入されたリード線のカットアンドクリンチを行う装置に用いられるものとすることができ、リード線が挿入されるリード線挿入穴を有する部材としたり、リード線を切断する切刃を有する部材としたり、リード線を折り曲げる曲げ部を有する部材としたりすること等ができる。
図1に示すように、自動組立装置(電子回路組立装置)の一種であるリード部品装着機は、(a)組立装置本体10,(b)基板搬送装置12,(c)部品供給装置14,(d)部品挿入装置16、(e)カットアンドクリンチ装置18等を含む。
基板搬送装置12は、回路基板P(以後、基板Pと略称する)を水平な姿勢で搬送して保持するものである。図1において、xは基板搬送装置12による基板Pの搬送方向であり、yは基板Pの幅方向であり、zは基板Pの厚み方向、すなわち、リード部品装着機の上下方向である。これら、x方向、y方向、z方向は互いに直交する。
部品挿入装置16は、部品供給装置14において供給されたリード部品を受け取って、基板搬送装置12に保持された基板Pの予め定められた位置に設けられた貫通穴に挿入するものである。部品挿入装置16は、基板搬送装置12の上方に設けられ、図2に示すように、2つの作業ヘッド20,21および作業ヘッド移動装置22を含む。作業ヘッド移動装置22は、x方向移動装置24,y方向移動装置25およびz方向移動装置26,27を含む。作業ヘッド20,21は、x方向移動装置24およびy方向移動装置25により水平面内の任意の位置へ一体的に移動させられ、z方向移動装置26,27によりそれぞれ、個々に独立してz方向に移動させられ得る。2つの作業ヘッドのうちの一方の作業ヘッド20は、リード部品を保持する部品保持ツール28(例えば、チャックや吸着ノズル等とすることができる)を備えたものである。カメラ30は、基板Pの基準位置マーク(フィデューシャルマーク)を撮像する目的で設けられたものであり、作業ヘッド20と一体的に移動可能に設けられる。本実施形態において、カメラ30は作業ヘッド20が着脱可能に取り付けられたzスライダに固定的に取り付けられている。
ピッチ変更装置44は、(1)駆動源である1つのピッチ変更用モータ(以下、Pモータと略称する)46、(2)Pモータ46の回転を直線移動に変換して一対の第1可動部40a,bを直線移動させる運動変換機構47、(3)ユニット本体38に水平な方向に延びて設けられた第1ガイドレール48等を含む。運動変換機構47は、(i)右ねじ部50と左ねじ部51とを同軸に備えた雄ねじ部材52と、(ii)右ねじ部50、左ねじ部51にそれぞれ螺合された一対のナット53a,bとを含む。ナット53a,bには、第1ガイドレール48との係合部を有する第1可動部本体54a,bが一体的に移動可能に保持される。ピッチ変更用モータ46の作動により、一対の第1可動部40a,bが互いに接近・離間させられるのであり、一対の第1可動部40a,bの間のピッチが変更される。
本実施形態において、第1可動部40a,bが一対の可動子に対応するが、第1可動部40a,bのうちのリード線挿入穴68a,bの開口を含む部分が可動子80a,bに対応すると考えることもできる。また、ピッチ変更装置44により、第1可動部40a,bと第2可動部42a,bとは一体的に水平方向に移動可能とされるため、第1可動部40a,bと第2可動部42a,b(特に、リード線案内穴76a,bの刃形成部74a,bの上端開口縁を含む部分)とによって可動子が構成されると考えることもできる。
x方向移動装置86は、図3,4に示すように、(1)x軸モータ90(図7参照)、(2)x軸方向に延びたx軸ガイド91、(3)x軸モータ90の回転を直線移動に変換するボールねじ機構92、(4)ボールねじ機構92のナット92Nに保持されるともにx軸ガイド91に係合させられたxスライダ93を含む。
y方向移動装置87は、xスライダ93に設けられ、(1)y軸モータ94、(2)y方向に延びたy軸ガイド95、(3)ボールねじ機構96、(4)ボールねじ機構96のナット96Nに保持されるとともに、y軸ガイド95に係合させられたyスライダ97等を含む。
z方向移動装置88は、yスライダ97に設けられ、(1)z軸モータ100、(2)z方向に延びたガイド101、(3)ボールねじ機構102、(4)ボールねじ機構102のナットに保持される一方、ガイド101に係合させられたzスライダ103等を含む。zスライダ103は、カットアンドクリンチユニット34を支持するユニット支持部材としての機能も有する。
θ回転装置89は、zスライダ(ユニット支持部材)103に設けられ、(1)カットアンドクランチユニット34を鉛直線回りに回転させる駆動用モータ104(以下、θモータ104と略称する)、(2)θモータ104の回転に伴って鉛直線回りに回転させられる回転テーブル106を含み、回転テーブル106にユニット本体38が一体的に回転可能に設けられる。
また、カットアンドクリンチユニット34の座標系において、第1可動部40a,bの移動方向(接近・離間方向)がxc方向とされるのであり、可動子80a,bはxc軸上に位置する。
なお、リード部品装着機において、部品供給装置14等の各装置毎に制御部が設けられることは不可欠ではなく、メイン制御装置140の指令に基づいてすべての装置が制御されるようにすることができる等、制御装置の構成は本実施形態におけるそれに限らない。
{ カットアンドクリンチ作動 }
本リード部品装着機においては、図8(a)、(b)に示すように、2本のリード線La,bを備えたリード部品Aが基板搬送装置12によって搬送された基板Pの予め定められた位置に装着される。
部品供給装置14によって供給されたリード部品Aは、部品挿入装置16の作業ヘッド20,21によって把持され、リード線La,bが基板Pに形成された貫通穴170a,bに挿入されることにより、基板Pに載置される。一方、カットアンドクリンチ装置18においては、リード線挿入穴68a,bが貫通穴170a,bに対向する位置(リード線La,bに対応する位置)に達するように、カットアンドクリンチユニット34がx、y方向に移動させられ、鉛直線回りに回転させられる。また、一対のリード線挿入穴68a,bの間のピッチがリード線La,bのピッチ(貫通穴170a,bのピッチ)とほぼ同じになるように、一対の可動子80a,bが接近・離間させられる。
リード線La,bは、図8(a)に示すように基板Pの貫通穴170a,b、リード線案内穴76a,bを経てリード線挿入穴68a,bに達する。この状態で、第2可動部42a,bが第1可動部40a,bに対して相対移動させられることにより、図8(b)に示すようにリード線La,bが切断されるとともに曲げられる。切断されたリード線の先端部Lad、Lbdは、通路を経て本体38に取り付けられたごみ箱172(図6参照)へ収容される。
例えば、図14(a)に示すように、基板Pの位置R1,R2に形成された貫通穴170a,bに、リード部品Aのリード線La,bが挿入される場合には、カットアンドクリンチユニット34は、実線が示す姿勢に至るように制御される。具体的には、一対の可動子80a,bの中心点C(図5参照。リード線挿入穴68a,bの中心点の間の中心点と同じ。)が目標中心点Crefに達するように水平方向に移動させられ、一対の可動子80a,bが通る直線である軸線αが目標軸線αrefと平行となるように鉛直線回りに回転させられる。また、一対の可動子80a,bのピッチが目標ピッチPrefとなるように変更されるのである。しかし、実際には、破線が示す位置に移動させられ、中心点がC*に位置し、実際のピッチがP*となり、軸線がα*となり、一対の可動子80a,bがQ1,2に位置し、目標位置R1,2からずれる場合がある。
なお、リード部品Aの装着が行われる場合においては、目標中心点Cref、目標軸線αref、目標ピッチPrefは、リード部品Aの基板Pへの装着位置、姿勢、リード線の間隔等で決まるが、後述するように、リード部品Aの装着が行われない場合には、誤差等がないと仮定した場合の位置や値をいう。例えば、可動子80a、bが制御指令値通りに移動させられたと仮定した場合の、可動子80a、bの位置を目標位置、中心点の位置を目標中心点等と称する。
また、以下、可動子80a,bの位置とは、リード線挿入穴68a,bの中心点の位置をいい、可動子80a,bの中心点とは、リード線挿入穴68a,bの各々の中心点の間の中心点をいう。
さらに、図12(a)〜(d)、図14(a),(b)においては、理解を容易にするためにずれを大きく書いたが、実際のずれはわずかである。
それに対して、ピッチ変更装置44が、第1可動部40a,bの各々に対応して駆動源を1つずつ個別に有する場合において、中心点Cがxc軸上(一対の可動子80a,bが通る軸線上)においてずれた場合には、個別の駆動源の制御により中心点Cを目標中心点Crefに近づけることが可能である。しかし、一対の可動子40a,bに対して駆動源が1つの場合に、中心点Cのずれをその1つの駆動源(Pモータ46)の制御によって修正することは困難である。また、中心点Cがxc軸線から外れてずれた場合には、個別の駆動源を備えた場合であっても、中心点Cのずれを修正することは困難である。
なお、実際の位置と目標位置とのずれ量を取得することは不可欠ではなく、2つの可動子80a,bの実際の位置が取得されるだけでもよい。目標位置は既知であるからである。
図9のフローチャートで表されるずれ取得プログラムの実行により、可動子80a、bの実際の位置と目標位置とのずれ量が取得され、ずれテーブルが取得される。本プログラムにおいて、設定ピッチPは初期値P0と最終値P(n)との間において、ΔPずつ段階的に変化させられる。
ステップ1(以下、S1と略称する。他のステップについても同様とする)、S2において、カットアンドクリンチユニット34は、ユニット移動装置36により予め定められた測定位置へ水平移動させられ、カットアンドクリンチユニット34の座標系(xc、yc、zc)がリード部品装着機の座標系(x、y、z)に一致するように鉛直線回りに回転させられる。S3において、設定ピッチP(j)が初期値P0とされる(j=0)。S4において、設定ピッチP(j){=P0+j・ΔP:j=0〜n}が最終値P(n){=P0+n・ΔP}以下であるか否かが判定される。最初にS4が実行される場合には判定はYESであるため、S5において、制御指令値が設定ピッチP0に応じて作成されて、Pモータ46が制御される。その状態において、S6,7において、カメラ30によって、一対の可動子80a,bの各々が実際に撮像されることによって画像データが得られる。そして、得られた画像データに基づいて可動子80a,bの各々の実際の位置の目標位置からのずれ量が取得され、S8において、設定ピッチP0と対応づけて記憶される。
詳細には、カットアンドクリンチ制御部148から「可動子80a,bの撮像指令」が出力される。部品挿入装置16において、作業ヘッド20が第1位置(可動子80a,bの一方である可動子80aを撮像可能な位置)へ移動させられて、カメラ30によって、一方の可動子80aが実際に撮像される。その後、第2位置(他方の可動子80bを撮像可能な位置)へ移動させられて、他方の可動子80bが実際に撮像される。そして、得られた画像データが部品挿入制御部146から出力され、カットアンドクリンチ制御部148において受信される。カットアンドクリンチ制御部148において、可動子80a,bの実際の(xc、yc)座標上の位置が取得され目標位置とのずれ量が取得されるのである。例えば、図12(a)に示す場合において、可動子80a,bの各々の実際の位置の目標位置からのずれ量{座標(xc、yc)上のx成分、y成分}が、可動子80a,bの各々に対して下式に示すように取得される。
da(0)={dxa(0),dya(0)}
db(0)={dxb(0),dyb(0)}
S11において、取得された可動子80a,bの位置のずれ量{da(j),db(j)}の各々に基づき、(x)ピッチずれ量dp(j)、(y)軸線ずれ角dθ(j)、(z)中心点ずれ量dC(j)が取得されて、設定ピッチP(j)と対応づけて記憶される。例えば、図12(b)に示す場合には、ピッチずれ量dp(k-1)、中心点ずれ量dC(k-1)={dx0(k-1)、dy0(k-1)}、軸線ずれ角dθ(k-1)が取得され、設定ピッチP(k-1)と対応づけて記憶され、図12(d)に示す場合には、ピッチずれ量dp(k+1)、中心点ずれ量dC(k+1)={dx0(k+1)、dy0(k+1)}、軸線ずれ角dθ(k+1)が取得され、設定ピッチP(k+1)と対応づけて記憶される。
以上のように取得された設定ピッチP(j)とピッチずれ量dp(j)、軸線ずれ角dθ(j)、中心点ずれ量dC(j)との関係であるずれテーブルの一例を、図11(a)、(b)、(c)に示す。ずれテーブルは予め取得されてカットアンドクリンチ制御装置148の記憶部に記憶しておくことが望ましい。
なお、ΔPは正の値であっても負の値であってもよく、設定ピッチは漸増させられるようにしても漸減させられるようにしてもよい。
また、ずれテーブルを予め作成して、記憶させておくことは不可欠ではない。設定ピッチP(j)と一対の可動子80a,bの実際の位置の目標位置からのずれ量との関係がわかれば、その都度、ピッチずれ量dp、軸線ずれ角dθ、中心点ずれ量dCを取得することができるからである。
図10のフローチャートで表されるカットアンドクリンチプログラムの実行により、リード部品Aのリード線La,bのカットアンドクリンチが行われる。
S21において基板Pが搬入され、S22においてその基板Pに挿入される複数(m個)のリード部品A(i)(i=0〜m−1)の各々に関する情報が取得される。具体的には、リード部品A(i)の各々について、リード部品A(i)が基板Pに装着される位置で決まる目標中心点Cref(i){xref(i)、yref(i)}、2本のリード線La(i),Lb(i)のピッチで決まる目標ピッチPref(i)、リード部品A(i)の基板Pに装着される姿勢で決まる目標回転角度θref(i)がそれぞれ取得される。S23において、リード部品A(i)の番号iが0(i=0)とされ、リード部品A(0)で決まる情報が読み込まれる。S24において、リード部品Aの番号iがmより小さいか否かが判定される。最初にS24が実行された場合には判定はYESであるため、S25において、目標ピッチPref(0)とずれテーブルとに基づき目標ピッチPref(0)である場合のずれが取得され、x軸モータ90、y軸モータ96、Pモータ46、θモータ104の各々について補正値が求められる。そして、S26〜28において、補正値に基づいて制御指令値が作成されて、制御される。
(1)目標ピッチPref(i)について、式1を満たす2つの設定ピッチP(k-1)、P(k)が、図11(a)のずれテーブルに基づいて取得される。
P(k-1)≦Pref(i)<P(k)・・・(式1)
(2)そして、図11(a)、(b)、(c)のずれテーブルから、それぞれ、設定ピッチP(k-1)と関連して記憶されているピッチずれ量dp(k-1)、軸線ずれ角dθ(k-1)、中心点ずれ量{dx0(k-1),dy0(k-1)}が取得され、設定ピッチP(k)と関連して記憶されているピッチのずれ量dp(k)、軸線ずれ角dθ(k)、中心点ずれ量{dx0(k)、dy0(k)}が取得される。
(3)補間法により、目標ピッチPref(i)である場合のピッチずれ量dpref、軸線ずれ角dθref、中心点ずれ量(dxref′、dyref′)がそれぞれ取得される。
dpref=dp(k-1)+{dp(k)−dp(k-1)}・{Pref(i)−P(k-1)}/ΔP
dθref=dθ(k-1)+{dθ(k)−dθ(k-1)}・{Pref(i)−P(k-1)}/ΔP
dxref′=dx0(k-1)+{dx0(k)−dx0(k-1)}・{Pref(i)−P(k-1)}/ΔP
dyref′=dy0(k-1)+{dy0(k)−dy0(k-1)}・{Pref(i)−P(k-1)}/ΔP
dxref←(dxref′・cosβ+dyref′・sinβ)・・・(式2)
dyref←(−dxref′・sinβ+dyref′・cosβ)・・・(式3)
以上のように取得されたずれ量は、図14(a)、(b)に示すように、カットアンドクリンチユニット34において実線が示す位置(ずれ等がないと仮定した場合に制御指令値通りに移動させられた場合の位置)と破線が示す位置(実際の位置)との差であり、カットアンドクリンチユニット34が実線が示す位置に近づくように制御するための、制御指令値の補正値に対応する。
x*=xref−dxref
y*=yref−dyref
θ*=θref−dθref
P*=Pref−dpref
図14(b)に示す場合には、θref(i)は0であるため、θモータ104への制御指令値は(−dθref)となり、x軸モータ90、y軸モータ94に対する補正値はdxref(=dxref′)、dyref(=dyref′)となる。
なお、本実施形態において、目標移動量(回転量)を制御指令値として記載したが、実際の制御においては目標移動量等に基づいて決まる供給電流量等が制御指令値として用いられる場合等がある。
その後、S31において、カットアンドクリンチユニット34が基板Pから離れるまで下降させられ、S32において、リード部品Aの番号が1増加させられた後に、S24に戻される。以下、S24〜32が繰り返し実行されることにより、複数のリード部品A(i)が挿入されて、リード線La、Lbのカットアンドクリンチが行われる。そして、m個のリード部品Aのすべてが装着された後に、S24の判定がNOとなり、S33において、基板Pが搬出される。
また、S9の設定ピッチの間隔ΔPが小さくされた場合は大きくされた場合に比較して、より詳細なずれテーブルを取得することができる。ずれテーブルに基づいて正確な補正値を作成して、制御指令値を作成することができ、x軸モータ90、y軸モータ94、θモータ104、ピッチモータ46を精度よく制御することができる。その結果、可動子80a,bの位置精度をより一層向上させることができる。
さらに、一対の第2可動部42a,bの中心点も目標中心点Crefにほぼ一致させることができる。その結果、第2可動部42a,bを、目標中心点Crefに対して対称に移動させることが可能となり、2本のリード線La,Lbの各々の切断長さや曲げ角度を互いに同じとすることができる。その結果、2本のリード線La,Lbのうちの一方が曲げ不足、他方が曲げ過ぎとなることにより、基板Pに負荷がかかるという事態が起き難くすることができる。また、2本のリード線La,Lbを、それぞれの曲げ部がほぼ一直線に並ぶように曲げることができる等、良好にカットアンドクリンチを行うことができる。
また、本発明は、カットアンドクリンチユニットに限らず、一対の接近・離間可能な可動子の位置制御に広く適用することができる。
Claims (6)
- 回路基板に形成された複数の貫通穴のうちの2つにそれぞれ挿通されたリード部品の2本のリード線の突出部を切断するとともに折り曲げるカットアンドクリンチ装置であって、
前記2本のリード線の各々の突出部を切断するとともに折り曲げる場合に用いられ、互いに接近・離間させられる一対の可動子と、
それら一対の可動子が撮像されることによって得られた画像データに基づいて、前記一対の可動子の位置を制御する可動子位置制御部と
を含むことを特徴とするカットアンドクリンチ装置。 - 当該カットアンドクリンチ装置が、(a)前記一対の可動子を備えたカットアンドクリンチユニットと、(b)そのカットアンドクリンチユニットを水平に移動させるユニット水平移動装置とを含み、
前記可動子位置制御部が、(i)前記画像データに基づいて取得された前記一対の可動子の実際の中心点と目標中心点とのずれ量である中心点ずれ量を取得する中心点ずれ量取得部と、(ii)その中心点ずれ量取得部によって取得された前記中心点ずれ量に基づいて前記ユニット水平移動装置を制御して、前記一対の可動子の実際の中心点を前記目標中心点に近づける水平移動制御部とを含む請求項1に記載のカットアンドクリンチ装置。 - 前記一対の可動子が、1つの駆動源により互いに接近・離間させられるものである請求項1または2に記載のカットアンドクリンチ装置。
- 当該カットアンドクリンチ装置が、(a)前記一対の可動子を備えたカットアンドクリンチユニットと、(b)そのカットアンドクリンチユニットを鉛直線回りに回転させるユニット回転装置とを含み、
前記可動子位置制御部が、(i)前記画像データに基づいて取得された前記一対の可動子が実際に通る軸線と目標軸線との角度ずれである軸線ずれ角を取得する軸線ずれ角取得部と、(ii)その軸線ずれ角取得部によって取得された前記軸線ずれ角に基づいて前記ユニット回転装置を制御して前記実際に通る軸線を前記目標軸線と平行な姿勢に近づける回転制御部とを含む請求項1ないし3のいずれか1つに記載のカットアンドクリンチ装置。 - 前記可動子位置制御部が、
(i)前記画像データに基づいて前記一対の可動子の各々の実際の位置を取得する実位置取得部と、
(ii)その実位置取得部によって取得された前記一対の可動子の各々の実際の位置に基づいて取得される(x)前記一対の可動子の実際の中心点と目標中心点とのずれ量である中心点ずれ量と、(y)前記一対の可動子が実際に通る軸線と目標軸線との角度ずれである軸線ずれ角と、(z)前記一対の可動子の実際のピッチと目標ピッチとのずれ量であるピッチずれ量とのうちの1つ以上に基づいて、前記一対の可動子の位置を補正する位置補正部とを含む請求項1ないし4のいずれか1つに記載のカットアンドクリンチ装置。 - 1つの駆動源により同じ直線上を互いに接近・離間させられる一対の可動子を備えた対基板作業機であって、
前記一対の可動子の各々を撮像する撮像装置と、
その撮像装置によって前記一対の可動子が撮像されることにより得られた画像データに基づいて、前記一対の可動子の実際の中心点を取得する実中心点取得部と、
その実中心点取得部によって取得された前記実際の中心点の目標中心点からのずれ量である中心点ずれ量に基づいて、前記一対の可動子の位置を制御する可動子位置制御部と
を含むことを特徴とする対基板作業機。
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