JP3981689B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の組立や装着を行なう業界等において用いる電子部品装着装置に関する。

プリント基板等への電子部品の装着は、図１８（ａ）に示すように、ＸＹ方向へ任意に移動する電子部品装着装置８０における装着ヘッド８１によって、電子部品８２の供給部８３と装着部８４とを往復して昇降し、その吸着と離脱とを繰り返すことで所定の装着が行われる。

従来の電子部品装着装置８０にあって、図１８（ｂ）に示すように、装着ヘッド８１は、ＸＹ方向へ移動する可動体８５へ複数個（例えば４個や６個）が所定間隔で固着されている。

そして、これら複数個の装着ヘッド８１，８１，８１…に吸着保持された電子部品８２，８２，８２…は、この電子部品８２の下側を走行するＣＣＤカメラ等のセンサ８６によって、この装着ヘッド８１における吸着ノズル８７に吸着されたときの保持状態が検出され、あらかじめ定められたデータ以外の検出情報を得たときは、プリント基板８８への装着前までに電子部品８２の姿勢や位置等が補正される。

しかしながら、前記した複数個を並べ設けた装着ヘッド８１は、そのそれぞれの取付ピッチが一定（不変）となる固定状態に設けられているため、例えば、電子部品８２の供給部８３にあって、載置されている多数の電子部品８２の間隔（ピッチ）が装着ヘッド８１，８１，８１…の取付間隔（ピッチ）と一致していないと同時吸着ができない。

そのため、個々の装着ヘッド８１に対して、複数個の装着ヘッド８１，８１，８１…を支承している可動体８５の全体を移動させて、装着ヘッド８１の一個ずつをその供給部８３の電子部品８２の吸着位置に対応させなくてはならず、全ての装着ヘッド８１に対する電子部品８２の吸着保持の作業時間に手間取り、電子部品装着業界が大きな課題としているそのタクト時間の短縮化に対して大きな障害となっている。

このことは、装着部８４においての電子部品８２の装着においても同様の現象が生ずるものであって、プリント基板８８へ装着すべき多数の電子部品８２の装着間隔（ピッチ）が、電子部品８２が吸着保持されている装着ヘッド８１，８１，８１…の取付間隔（ピッチ）と一致していないと同時装着ができない（一般的にはほとんど一致していない）。

そのため、個々の装着ヘッド８１に対して、複数個の装着ヘッド８１，８１，８１…を支承している可動体８５の全体を移動させて、装着ヘッド８１の一個ずつをその装着部８４のプリント基板８８への電子部品８２の載置位置に対応させなくてはならず、全ての装着ヘッド８１による電子部品８２の装着作業に手間取り、タクト時間の短縮化が図れない。

また、これら電子部品８２の同時吸着および同時装着以外にあっても、装着ヘッド８１の取付間隔（ピッチ）が不変式の場合は、個々の装着ヘッド８１の左右方向への移動調整を行うことができないので、前記した同様の操作により、個々の装着ヘッド８１に対して、複数個の装着ヘッド８１，８１，８１…を支承している可動体８５の全体を移動させて吸着位置および装着位置を調整しなければならない。

更に、各装着ヘッド８１に吸着保持させた電子部品８２の吸着保持状態の検出を行なうセンサ８６および装着ヘッド８１は、その構成が、移動カメラ軸機構やＺ軸サーボモータ，ボールネジ，スプラインシャフト等のようにその部品点数が多くなり、装置全体のコストの上昇につながる。等の様々な問題点を有するものであった。

本発明は前記した問題点を解決するためになされたもので、複数個の装着ヘッド間のピッチがそれぞれ独自に可変制御され、それぞれが任意に広がって電子部品を吸着し、吸着された電子部品は、その保持状態を該電子部品の下方に位置する検出手段によって検出され、あらかじめ決められたプリント基板上の所定位置へ装着されることにより、各電子部品の一連の装着作業にあって、可動する装置全体の移動量が最も少なくなるように各部材が制御されて、装着作動時間を可及的に短縮させてタクトタイムの短縮化が図れ、かつ、装着ヘッドや検出手段の構成を簡略化させることができる電子部品装着装置を提供することを目的としている。

前記した目的を達成するための本発明の手段は、機体に設けられて前後方向へ移動する進退体と、前記進退体の一側に設けられて左右方向へ移動する可動体と、前記可動体の垂直面上を個々に左右方向若しくは左右方向・上下方向へ移動し、かつ電子部品の供給部と装着部とを前記可動体とともに移動する複数個の装着ヘッドと、前記装着ヘッドに設けられて上下方向へ移動し、かつ縦軸方向を中心に回転する電子部品吸着部材と、前記電子部品吸着部材に吸着された電子部品を検出する検出手段と、前記検出手段の検出信号を受け、あらかじめ定められたデータに基づいて演算する制御手段とを備え、前記複数の装着ヘッドは、前記供給部において吸着準備がされた前記電子部品の待機位置に合わせる調整が行われ前記電子部品を同時吸着する電子部品装着装置の構成にある。

前述したように本発明の電子部品装着装置は、複数個の装着ヘッドを任意に可変とすることができ、これにより、複数個の装着ヘッドにおける電子部品の同時吸着と同時装着の両工程若しくはどちらか一方の工程を行なうことができるため、従来装置と比べて、電子部品の装着に際して、その全体に要するそれぞれの時間を短縮することができ、電子部品装着処理の大幅な効率向上が図れる。

次に、本発明に関する電子部品装着装置の実施の一例を図面に基づいて説明する。

図１〜図４においてＡは、チップ部品やＩＣ部品等の電子部品ｂを、その供給部ｍより受け取って装着部ｎへ移送し、プリント基板ｃ上の所定の個所へ装着する電子部品装着装置である。

なお、前記した電子部品装着装置Ａには、機体１においてその一側若しくは両側にパーツフィーダ等により順次搬送されて待機する電子部品ｂの供給部ｍが、また、機体１内において移送部材（図示せず）によりプリント基板ｃが搬入出される電子部品ｂの装着部ｎが設けられている。

そして、その構成は、図１および図２，図４に示すように、機体１へ取り付けて、第一駆動手段２により前後方向（Ｙ軸方向）へ任意に移動する進退体３と、この進退体３に取り付けて第二駆動手段４により左右方向（Ｘ軸方向）へ任意に移動する可動体５とが設けられている。

この可動体５には、複数個（単個でも構わない）の装着ヘッド７が、後記する第五駆動手段６ｂにより上下方向（昇降方向）若しくは上下・左右方向（昇降方向およびＸ軸方向）へ進退自在に係合させてある。

なお、この複数個の装着ヘッド７の下端部には、電子部品ｂの上面を吸着する吸着パット式や、その外周を把持するチャック式等の電子部品吸着部材である吸着ノズル９が取り付けられているもので、本実施例においては吸着パット式について示すものであり、この吸着ノズル９は回転手段８ａにより縦軸方向（Ｚ軸方向）を中心として回転自在としてあり、該吸着ノズル９が第三駆動手段８ｂにより装着ヘッド７に対して昇降自在となっている。

また、これら第一駆動手段２および第二駆動手段４，第三駆動手段８ｂ，回転手段８ａは、例えば、慣用のモータと螺軸等からなる手段が用いられるもので、モータは数値制御可能なサーボモータ等を用いて高精度で作動される。

更に、この第一駆動手段２にあっては、図５に示すように、機体１側に設けた固定部材１１と、進退体３側に設けた可動部材１２とからなる慣用のリニアモータ手段を用いることができる。

また、前記した第二駆動手段４は、図６に示すように、進退体３側に設けた固定部材１１と、可動体５側に設けた可動部材１２とからなる慣用のリニアモータ手段を用いることができる。

更にまた、前記した第三駆動手段８ｂは、図４に示すように、螺軸とモータによる昇降構成はもちろんのこと、図６に示すように、装着ヘッド７側に設けた固定部材１１と、吸着ノズル９側に設けた可動部材１２とからなる慣用のリニアモータ手段を用いることができる。

そして、これら各リニアモータ手段における固定部材１１は、図２に示すように、平坦化された平板状の磁性材料からなるもので、この表面に、所定幅の溝１３を所定ピッチで縦横マトリックス状の二次元配列で形成することで、これらの溝１３に囲まれる突起部として多数の歯１４が形成される。

また、これら溝１３内には、例えば、合成樹脂等の非磁性材が充填され、固定部材１１の表面全域が平坦な平滑面として加工される。

一方、前記した可動部材１２は、例えば、複数対の電磁石１５を内蔵し、各電磁石１５の磁極１６を固定部材１１の歯１４に対峙させてある。

これら各磁極１６は、固定部材１１の歯１４に対応したピッチの歯１７を有していて、各電磁石１５は、その歯１７が固定部材１１の歯１４に対して所定のずれを持つように配置される。

そして、対をなす電磁石１５は、例えば、ｓｉｎ電流とｃｏｓ電流とにより所定の位相差をもって通電制御されて励磁され、歯１４，１７を介して固定部材１１との間に磁気ループを形成しながら、固定部材１１の表面において上下方向および左右方向への推力を発生させる。

この推力によって可動部材１２が、すなわち、装着ヘッド７が固定部材１１の表面上で前記した各方向へそれぞれ移動駆動される。

なお、可動部材１２の移動量は、電磁石１５の通電電流をパルス的に与え、そのパルス数を制御手段１８等を介してカウントすることで所定に制御することができる。

更に、前記した装着ヘッド７，７，７…は、図２および図３に示すように、可動体５の垂直平面上を上下方向若しくは上下・左右方向へ第五駆動手段６ｂにより進退自在に取り付けられている。

この第五駆動手段６ｂは、可動体５側に設けた固定部材１１と、装着ヘッド７側に設けた可動部材１２とからなるリニアモータ手段が用いられる。

このリニアモータ手段は、その一つの手段として、前記した第一，第二および第三駆動手段２，４，８ｂに採用した構成と同様のものが用いられる。

なお、この第五駆動手段６ｂを用いた装着ヘッド７の移動にあって、図６（ａ）および図１７に示すように、左右方向のみの移動の場合や、図６（ｂ）に示すように、上下方向のみの移動の場合があるもので、リニアモータ手段以外にも、他の手段として、図示してないが慣用の螺軸とモータとからなる手段が用いられる。

更に、図６（ｃ）に示すように、この第五駆動手段６ｂの構成を、左右方向のみの移動の第五駆動手段６ｂ１と、上下方向のみの移動の第五駆動手段６ｂ２とを適宜組み合わせて構成することもできる。

また、該吸着ノズル９に吸着保持された電子部品ｂは、その吸着状態を検出手段２０より認識される。

この検出手段２０は、取付体２４を介して可動体５若しくは進退体３に取り付けられていて、装着ヘッド７に保持された電子部品ｂの保持状態を検出するものであり、ＣＣＤ等のカメラセンサーやレーザ発信器等の慣用な手段が用いられるものであるが、本実施例にあっては、図７〜図１０等において示されるように、視覚センサ２１と、光像入射手段２２と、光源２３とにより構成される。

このうち、視覚センサ２１は、略水平の取付体２４の一側に取り付けられ、装着ヘッド７に保持された電子部品ｂに対して側方に配設されるもので、慣用のＣＣＤカメラを用いるものであって、電子部分ｂの画像を認識して取り込み、この検出信号を後記する制御手段１８へ送信する。

なお、前記した画像認識にあっては、吸着保持された電子部品ｂの全体のサイズや全体の前後左右方向の位置，リードピッチ，リード曲がり，リード本数等の各チェックを行なうもので、位置補正の結果、後記する制御手段１８により電子部品ｂが定められた正しい位置に合致するようにする。

前記光像入射手段２２は、視覚センサ２１に対応して取付体２４の他側において装着ヘッド７の電子部品ｂの真下において、該取付体２４の移動軌跡上に取り付けられているもので、その光射面が４５°をなすプリズムやミラーを用いるものであって、該光射面は、視覚センサ２１と装着ヘッド７の電子部品ｂ面へそれぞれ対応している。

前記した光源２３は、光像入射手段２２を介して装着ヘッド７の電子部品ｂおよび視覚センサ２１へ照明光を送り、視覚センサ２１による計測の安定化を図るもので、該視覚センサ２１と同一光軸を有する同軸落射式等を用いてこの視覚センサ２１の前側に配設される。

なお、この検出手段２０において、該光源２３の発光位置と発光時間とを規制する位置検出部材２５が設けられているものであって、光電管や近接スイッチ等が用いられるもので、可動体５あるいは進退体３へ、各装着ヘッド７に対応させて、光源２３の射光開始と射光停止との検出子２６，２７を取り付け、これら検出子２６，２７に対応する検出体２８を取付体２４に設けてある。

そして、この検出手段２０は、機体１の適所に固定的に設けてもよいが、装着ヘッド７と共に連動移動するように構成すれば、吸着保持された電子部品ｂの移動の間に該電子部品ｂの吸着状態が検出される。

その検出手段２０の取付構成は、例えば、図３および図４に示すように、該検出手段２０を支持させた取付体２４を、可動体５に対して、数値制御可能なサーボモータ等により移動制御される第四駆動手段６ａによって、該装着ヘッド７の下方を左右方向へ進退運動するように取り付けられる。

なお、この検出手段２０の取り付けにあっては、図７に示すように、進退体３へ取付部材３１を介して設けてもよく、この場合、第二駆動手段４により可動体５が、すなわち、装着ヘッド７が横移動することで検出手段２０により電子部品ｂの吸着保持状態が検出できる。

更に、図８に示すように、検出手段２０を、進退体３へ第四駆動手段６ａを介して取付部材３１および取付体２４により設けてもよいもので、検出手段２０の移動は第四駆動手段６ａにより行われるものであり、その検出工程は、検出手段２０の往路または復路を一検出工程としたり、検出手段２０が往復することで一検出工程とするものである。

また、この検出手段２０は、図９および図１０に示すように、可動体５の垂直面へ、あるいは、図１１に示すように、進退体３の所定面へ第四駆動手段６ａにより左右方向へ進退自在に取り付けることもできる。

そして、この第四駆動手段６ａは、前記した第一，第二，第三および第五駆動手段２，４，８ｂおよび６ｂと同様のリニアモータ手段の構成からなるものが用いられるもので、可動体５側に設けた固定部材１１と、検出手段２０側に設けた可動部材１２とよりなり、該リニアモータ手段の詳細な構成は、前記した第一，第二，第三および第五駆動手段２，４，８ｂおよび６ｂの説明を援用する。

更に、使用する検出手段２０は、図９および図１０に示すように、電子部品ｂの下面を、直接、光源２３を備えたＣＣＤ等の視覚センサ２１に対応させる構成とする。

前記した制御手段１８は、検出手段２０に連係させてこの検出信号を受けて、あらかじめ定められたデータに基づいて演算し、前記各手段２，４，６ａ，６ｂ，あるいは８ａ，８ｂ，吸着ノズル９の吸着手段（図示せず）を個別に任意に制御するもので、慣用のコンピュータが用いられる。

この検出手段２０からの画像情報等の信号は、コンピュータからなる制御手段１８に送られ所定の演算等がなされて、プリント基板ｃへの電子部品ｂの装着に際して、該電子部品ｂが定められた正しい位置に装着されるように制御手段１８が前記した各手段２，４，６ａ，６ｂ，８ａおよび８ｂを制御する。

したがって、本発明に係る電子部品装着装置Ａおよび方法の一実施例の作用は以下の通りである。

基板ｃ上には、電子部品ｂがそれぞれ所定適所に装着されるもので、この作業にあっては、これら設定値や動作順序等のデータがあらかじめ、制御手段１８に記憶されている。

そして、その電子部品ｂの装着は、制御手段１８による各制御によって、第一駆動手段２，第二駆動手段４，第四駆動手段６ａ，第五駆動手段６ｂ，回転手段８ａおよび第三駆動手段８ｂを操作して、電子部品ｂの供給部ｍへ装着ヘッド７を移動させて該電子部品ｂを受け取る。

このとき、装着ヘッド７のリニアモータ手段からなる第五駆動手段６ｂは、図１２（ａ）および図１３（ａ）に示す状態から、図１２（ｂ）および図１３（ｂ）に示すように、前記したプログラムに沿って個々の装着ヘッド７が独立して移動されるように作動するもので、可動体５の垂直面に設けられた固定部材１１面を個々の装着ヘッド７に設けられた可動部材１２が上下方向および左右方向へ移動する。

なお、図１２に示す検出手段２０のタイプは、可動体５（進退体３でも可）に設けた螺軸とモータとからなる第四駆動手段６ａにより検出手段２０の左右方向への往復動作を行なうものであり、図１３に示す検出手段２０のタイプは、可動体５に設けたリニアモータ手段からなる第四駆動手段６ａにより検出手段２０の左右方向への往復動作を行なうものである。

すると、この個々の装着ヘッド７は、供給部ｍにおいて吸着準備がされた電子部品ｂの待機位置（所定ピッチ）に合わせる調整が行なわれて、該電子部品ｂの同時吸着あるいは連続した吸着が行なわれるものである。

この調整動作は、可動体５に取り付けられた装着ヘッド７が供給部ｍへ移動する間に全て完了する。

電子部品ｂを吸着保持した各装着ヘッド７は、再び、リニアモータ手段からなる第五駆動手段６ｂの作動により、図１２（ｃ）および図１３（ｃ）に示すように、上下方向および左右方向へ移動して各装着ヘッド７の間隔（ピッチ）が最小に縮まった調整がなされる。

この状態で、可動体５に付設した検出手段２０が、各装着ヘッド７における最外側の位置から、図１２（ｃ）および図１３（ｃ）に示すように、各装着ヘッド７に吸着保持された電子部品ｂを撮像し、その吸着保持状態を検出するもので、間隔が縮まった各装着ヘッド７の保持する電子部品ｂの検出は、検出手段２０の移動量が短縮されるため、短時間で行なわれる。

検出された電子部品ｂの画像情報は、制御手段１８に送信されて所定の画像処理がなされて、あらかじめ定められたデータと比較演算して、その値が該データと異なるときは、制御手段１８において正規の値となるような補正がなされるもので、第一駆動手段２や第二駆動手段４，回転手段８ａに対して所定の移動信号が与えられるものである。

特に、本実施例においては、リニアモータ手段からなる第五駆動手段６ｂに、プリント基板ｃへの装着情報に基づいたデータ（座標値）や、前記した補正された値が送信され、図１２（ｄ）および図１３（ｄ）に示すように、電子部品ｂの装着位置に合わせる調整が行なわれて、装着部ｎにおいて、該電子部品ｂの同時装着あるいは連続した装着が行なわれるものである。

この検出手段２０によって得られた情報に基づいた前記した補正は、装着ヘッド７の装着部ｎにおけるプリント基板ｃへの移動の間に全て完了する。

これにより、電子部品ｂの供給部ｍにおける該電子部品ｂの吸着保持と、装着部ｎにおける該電子部品ｂの装着とに要する時間が、従来装置と比べて大幅に短縮され、これに相応してそのタクトタイムの大きな短縮化が図れる。

特に、第一駆動手段２と第二駆動手段４とによる装着ヘッド７の移動に際して、各装着ヘッド７の第五駆動手段６ｂにより、該各装着ヘッド７の各電子部品ｂは個々に単独に移動して、そのＸ軸方向（左右方向）に対する座標値の補正は既に行なわれているため、Ｙ軸方向（前後方向）のみに対して座標値の補正を行なえばよいので、一層、電子部品ｂのタクトタイムの短縮が望める。

なお、装着ヘッド７は、図１４に示すように、進退体３または可動体５に対して両側に配設することもあるもので、各装着ヘッド７は可動体５へ第五駆動手段６ｂにより左右方向若しくは左右・上下方向へ進退自在となるように取り付けられている。

また、これに伴って、検出手段２０も、第四駆動手段６ａにより可動体５において左右方向へ移動自在となるように配されるものであり、この取り付けは、例えば、図１１に示すように、進退体３に対して行なってもよい。

なお、複数個の装着ヘッド７を、可動体５に対してその取付ピッチが可変制御される前記した実施例にあって、第五駆動手段６ｂはリニアモータ手段以外の構成も採用し得るもので、例えば、図１５（ａ）に示すように、可動体５の左右ガイド４０へ進退自在に係合させた複数個の装着ヘッド７は、それぞれ個々に連係させた螺軸４１とモータ４２とからなるものや、図１５（ｂ）に示すように、それぞれ個々に連係させたベルト４３とモータ４４とからなるもの等の第五駆動手段６ｂを用いることができる。

図１６は、本実施例にあって進退体３を複数に、例えば、２個に設けた例を示すもので、２個の進退体３へそれぞれ可動体５，５が個々の第二駆動手段４，４により左右方向に移動される。

また、可動体５へ第五駆動手段６ｂにより移動自在に取り付けられた装着ヘッド７は、図１６（ａ）に示す場合は、進退体３に対してそれぞれ相対的に外側へ向いており、図１６（ｂ）に示す場合は、進退体３に対してそれぞれ相対的に内側へ向いている。

装着ヘッド７の内側へ向いた構成のものは、図１６（ｃ）に示すように、該装着ヘッド７を全て一直線状に並設することができて、図１に示すような、機体１の両側に電子部品ｂの供給部ｍが配された場合、この進退体３，３に取り付けられた可動体５，５の装着ヘッド７，７は、そのそれぞれの装着ヘッド７，７が一側の供給部ｍと他側の供給部ｍとを自由に行き来することができて、吸着ノズル９による電子部品ｂの吸着が効率よく行なえる。

本発明に関する電子部品装着方法を採用した電子部品装着装置の一実施例の概略を示す平面図である。 図１における装着ヘッドの第五駆動手段の概要部を示す拡大側面図である。 図１における装置の装着ヘッドの要部を示す斜視図である。 図３における装置の側面図である。 図１における装置の第一駆動手段の他の例を示す説明図である。 図１における装置の第二駆動手段の他の例を示す説明図である。 図１における装置の検出手段の他の取り付け例を示す側面図である。 図１における装置の検出手段の取り付け変形例を示す側面図である。 図１における装置の検出手段の他の取り付け例を示す斜視図である。 図９における装置の側面図である。 図１における装置の検出手段の他の取り付け例を示す側面図である。 図１における装置の電子部品の装着動作を示す説明図である。 図１における装置の他の例の検出手段による電子部品の装着動作を示す説明図である。 図１における装置の装着ヘッドの他の配設例を示す側面図である。 図１における装置の第五駆動手段の他の例をそれぞれ示す説明図である。 図１における装置の装着ヘッドの更に他の配設例を示す説明図である。 図６（ａ）における装置の第五駆動手段を示す斜視図である。 従来の電子部品装着装置を示すもので、（ａ）はその概略の平面図を、（ｂ）は要部の斜視図をそれぞれ示す。

符号の説明

Ａ 電子部品装着装置
ｂ 電子部品
１ 機体
２ 第一駆動手段
３ 進退体
４ 第二駆動手段
５ 可動体
６ａ 第四駆動手段
６ｂ 第五駆動手段
７ 装着ヘッド
８ａ 回転手段
８ｂ 第三駆動手段
９ 電子部品吸着部材（吸着ノズル）
１１ 固定部材
１２ 可動部材
１８ 制御手段
２０ 検出手段
２１ 視覚センサ
２２ 光像入射手段
２３ 光源

Claims (1)

1. 機体に設けられて前後方向へ移動する進退体と、
   前記進退体の一側に設けられて左右方向へ移動する可動体と、
   前記可動体の垂直面上を個々に左右方向若しくは左右方向・上下方向へ移動し、かつ電子部品の供給部と装着部とを前記可動体とともに移動する複数個の装着ヘッドと、
   前記装着ヘッドに設けられて上下方向へ移動し、かつ縦軸方向を中心に回転する電子部品吸着部材と、
   前記電子部品吸着部材に吸着された電子部品を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出信号を受け、あらかじめ定められたデータに基づいて演算する制御手段とを備え、
   前記複数の装着ヘッドは、前記供給部において吸着準備がされた前記電子部品の待機位置に合わせる調整が行われ前記電子部品を同時吸着することを特徴とする電子部品装着装置。

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