JP4043121B2

JP4043121B2 - 電子部品装着装置及び方法

Info

Publication number: JP4043121B2
Application number: JP35579198A
Authority: JP
Inventors: 一夫森; 朗壁下; 修奥田; 尚之北村; 義▲廣▼ ▲吉▼田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: JP2000183597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子部品を電子回路基板（以下単に「回路基板」と記す）上に装着するような部品装着ヘッドを備えた電子部品装着装置、及び該電子部品装着装置にて実行される電子部品装着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品を回路基板上に装着する電子部品実装装置は、上記回路基板に上記電子部品を速く正確に装着し、実装品質を向上させることが要求されている。
以下、図８及び図９を参照して従来の電子部品実装装置及び該電子部品実装装置にて実行される電子部品実装方法について説明する。
従来の電子部品実装装置１は、大別して、当該実装工程の前工程から回路基板２０を搬入し、次工程へ搬出する基板搬送装置１２と、複数の部品供給ユニットを有する部品供給装置１３と、ヘッド部１５と、基板認識カメラ１６と、ＸＹロボット１７と、部品撮像装置１８と、部品廃棄部１９とを備える。
上記ヘッド部１５は、図９に示すように、吸着動作により電子部品５１〜５４を保持する複数の吸着ノズルであって実装する電子部品に応じて着脱交換可能な吸着ノズル４１〜４４を備え、回路基板２０へ電子部品５１〜５４を装着するために上記吸着ノズル４１〜４４が移動する方向、言い換えるとＺ軸方向へ上記吸着ノズル４１〜４４を移動させる昇降機構４５〜４８、さらに上記吸着ノズル４１〜４４をその軸回り方向へ回転させる回転機構を有する。このようなヘッド部１５は、上記ＸＹロボット１７に取り付けられＸ、Ｙ軸方向へ移動可能である。
上記基板認識カメラ１６は、上記部品供給装置１３から上記吸着ノズル４１〜４４にて保持された電子部品の保持姿勢の良否を判定するために上記電子部品の保持姿勢を撮像する。その結果、保持姿勢が不良と判断されたときには、不良と判断された電子部品を保持している吸着ノズルを上記ＸＹロボット１７にて上記部品廃棄部１９まで移動させて不良と判断された電子部品を廃棄する。上記部品廃棄部１９はベルトコンベヤ機構を備え、上記ヘッド部１５にて上記ベルトコンベヤ機構のベルト１９ａ上に載置された上記不良と判断された電子部品を不図示の廃棄箱へ搬送する。
【０００３】
このような従来の電子部品実装装置１は、以下のように動作する。回路基板２０は、基板搬送装置１２により装着位置に搬入される。ＸＹロボット１７は、基板認識カメラ１６を回路基板上に移動し、実装すべき位置を調べる。次に、ＸＹロボット１７によりヘッド部１５を部品供給部１３に移動させ、それぞれの吸着ノズル４１〜４４にて電子部品５１〜５４をそれぞれ保持させる。吸着ノズル４１〜４４に保持された電子部品５１〜５４は、部品撮像装置１８にて保持姿勢が撮像され、不図示の制御装置にて電子部品の保持姿勢が計測され、該保持姿勢の良否が判定される。
次に電子部品５１〜５４の保持姿勢計測結果が正常であれば、上記撮像動作にて得られた画像情報をもとに電子部品５１〜５４のＸ、Ｙ方向への位置補正を行い装着方向を回路基板２０上の実装すべき位置に一致させる。その後、ＸＹロボット１７により電子部品５１〜５４が上記実装すべき位置に対応するようにヘッド部１５を移動させ、吸着ノズル４１〜４４の各々に保持されている電子部品５１〜５４を装着高さまで下降させ回路基板２０上に装着する。
一方、電子部品５１〜５４の保持姿勢計測結果に異常があれば、設置された部品廃棄部１３へＸＹロボット１７によりヘッド部１５を移動させ、吸着ノズル４１〜４４に保持されている電子部品５１〜５４の内、保持姿勢結果異常の電子部品のみを廃棄する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、電子部品５１〜５４の装着方向を回路基板２０上の実装すべき位置に一致させるため、電子部品５１〜５４を保持した吸着ノズル４１〜４４を回転軸の軸回り方向に回転させる。このとき、図９に示すように、互いに隣接している吸着ノズル、例えば吸着ノズル４１、４２が吸着保持している電子部品５１、５２について、上記吸着ノズル４１、４２の回転軸を中心としたそれぞれの電子部品５１、５２の回転半径ｒ１，ｒ２の合計が吸着ノズル４１、４２間の配置ピッチｐ１より大きい場合には、隣接する吸着ノズル４１、４２が吸着保持している電子部品５１、５２を同時に回転させたときには、電子部品５１、５２同士が干渉する可能性がある。
よって上記干渉が生じたときには、吸着保持している電子部品の落下、及び装着精度の劣化を招き、結果として生産効率が低下するという問題点がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、複数の部品保持部材が隣接して配置されている場合において生産効率の低下を生じない電子部品装着装置、及び電子部品装着方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様の電子部品装着装置は、互いに隣接して配置され電子部品を保持する少なくとも２つの保持部材を有し、それぞれの上記電子部品を回路基板へ装着するため上記電子部品を保持したそれぞれの上記保持部材が当該保持部材における回転軸の軸回り方向に回転可能である部品装着ヘッドを備えた電子部品装着装置であって、
上記電子部品を保持した上記保持部材について上記回転を行うとき、一方の保持部材に保持されている電子部品が他方の保持部材に保持されている電子部品に干渉するか否かを判断し、干渉するときには干渉回避動作を行なわせた後、上記部品装着ヘッドに対して上記回転を行わせる制御装置を備え、
上記干渉回避動作は、干渉する電子部品間で該干渉を回避できる最小限の回転角度である干渉回避角度にて上記保持部材の内の一方の保持部材を上記軸回り方向へ回転した後、上記他方の保持部材の回転を開始する動作である、
ことを特徴とする。
【０００８】
又、本発明の第２態様の電子部品装着方法は、互いに隣接して配置される少なくとも２つの保持部材に保持されているそれぞれの電子部品を上記保持部材における回転軸の軸回り方向に回転することで上記電子部品と回路基板への装着位置とを一致させて上記電子部品を上記回路基板へ装着する電子部品装着方法であって、
上記電子部品について上記回転を行うとき、隣接する上記電子部品間で干渉が生じるか否かを判断し、干渉するときには、干渉する電子部品間で該干渉を回避できる最小限の回転角度である干渉回避角度にて一方の電子部品を上記軸回り方向へ回転した後、他方の電子部品の回転を開始する干渉回避動作を行なった後、上記回転を行なうことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である、電子部品装着装置及び該電子部品装着装置にて実行される電子部品部品装着方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載する、「保持部材」の機能を果たす一例として、本実施形態では吸着ノズルを例に採るがこれに限定されるものではなく、例えば機械的に電子部品を保持するような部材であっても良い。
【００１０】
図１に示す本実施形態における電子部品装着装置１０１は、基本的に上述した従来の電子部品実装装置１における構成と同じ構成を有するが、電子部品装着装置１０１では詳細後述する、隣接する電子部品同士の干渉回避動作を実行させる制御装置１８０を備えた点が特徴となる。即ち、電子部品装着装置１０１は、大別して、当該電子部品実装工程の前工程から回路基板２０を搬入し、次工程へ搬出する基板搬送装置１１２と、複数の部品供給ユニットを有する部品供給装置１１３と、部品装着ヘッド１１５と、基板認識カメラ１１６と、ＸＹロボット１１７と、部品撮像装置１１８と、部品廃棄部１１９とを備える。ここで、上記基板搬送装置１１２は上述した従来の基板搬送装置１２に相当し、上記部品供給装置１１３は上述した従来の部品供給装置１３に相当し、上記部品装着ヘッド１１５は上述した従来のヘッド部１５に相当し、上記基板認識カメラ１１６は上述した従来の基板認識カメラ１６に相当し、上記ＸＹロボット１１７は上述した従来のＸＹロボット１７に相当し、上記部品撮像装置１１８は上述した従来の部品撮像装置１８に相当し、上記部品廃棄部１１９は上述した従来の部品廃棄部１９に相当する。よって、これらの上記基板搬送装置１１２、上記部品供給装置１１３、上記部品装着ヘッド１１５、上記基板認識カメラ１１６、上記ＸＹロボット１１７、上記部品撮像装置１１８、及び上記部品廃棄部１１９について、以下に示すように補足説明を加えるものを除き、ここでの詳しい説明は省略する。又、これらの構成部分はそれぞれ上記制御装置１８０に接続され動作制御がなされる。
【００１１】
部品装着ヘッドは、Ｘ軸方向に沿って列状に互いに隣接して少なくとも２つの吸着ノズルを配列しており、本実施形態における部品装着ヘッド１１５では図３及び図４に示すように４つの吸着ノズル１４１〜１４４を配列している。これらの吸着ノズル１４１〜１４４は、上述した従来の吸着ノズル４１〜４４と同様に、実装する電子部品に応じて部品装着ヘッド１１５に対して着脱交換可能であり、駆動部１４５〜１４８を有する昇降機構にてそれぞれ上記Ｚ軸方向に沿って昇降可能である。これらの駆動部１４５〜１４８のそれぞれは、上記制御装置１８０に接続されており、制御装置１８０にて昇降動作及び昇降移動量が制御される。又、上記吸着ノズル１４１〜１４４は、上記制御装置１８０にて動作制御される吸引装置１５１により吸着動作にて電子部品を保持する。尚、電子部品の保持方法は、上記吸引動作に限定されるものではなく、例えば機械的な保持方法等を採用することができる。
上記吸着ノズル１４１〜１４４のそれぞれは、モータ等にてなる駆動部１５２〜１５５を有する回転機構にて、該吸着ノズル１４１〜１４４の回転軸１５６を中心にその軸回り方向に回転可能である。尚、回転方向及び回転角度は、上記制御装置１８０による上記駆動部１５２〜１５５の動作制御にて制御される。
【００１２】
図３にＸ軸方向に沿って部品装着ヘッド１１５を移動させるＸロボットに示されるように、ＸＹロボット１１７は、いわゆるボールねじ構造にて構成され、回転シャフト１５７と、該回転シャフト１５７をその軸回り方向へ回転させる例えばモータ等の駆動部１５８とを備え、制御装置１８０による駆動部１５８の動作制御にて部品装着ヘッド１１５のＸ軸、Ｙ軸方向への移動量が調整される。
【００１３】
各電子部品について、制御装置１８０には、装着順、回路基板２０における装着位置等の実装動作に関する情報、及び寸法情報が少なくとも供給され、制御装置１８０は、上記実装動作に関する情報に基づき電子部品装着装置１０１における上述の各構成部分の動作制御を行う。制御装置１８０の制御動作のうち、ここでは本実施形態において特徴的な動作制御である、上記干渉回避動作の制御について説明する。
従来の電子部品実装装置１の場合と同様に、部品装着ヘッド１１５の吸着ノズル１４１〜１４４にて電子部品５１〜５４がそれぞれ吸着された後、それぞれの電子部品５１〜５４は部品撮像装置１１８にて撮像され保持姿勢がチェックされる。そして各電子部品５１〜５４は、回路基板２０の上記装着位置における回路基板２０の電極と当該電子部品のリードとが一致するように、吸着ノズル１４１〜１４４の回転軸１５６の軸回り方向へ吸着ノズル１４１〜１４４を回転することで回転される。
【００１４】
このような電子部品５１〜５４の回転を行うとき、制御装置１８０は、図２に示すような動作制御を行う。尚、以下の説明において、隣接する電子部品として電子部品５１と電子部品５２とを例に採る。
ステップ（図では「Ｓ」にて示す）１では、隣接する電子部品５１と電子部品５２について、それぞれの回転半径寸法の合計値がこれらの電子部品５１、５２を保持している隣接する吸着ノズル１４１、１４２の配置間隔寸法ｐ１１を超えるか否かが制御装置１８０にて判断される。つまり、制御装置１８０は、供給されている、上記実装動作に関する情報に基づき実装動作を実行しているので、各吸着ノズル１４１〜１４４に保持されている電子部品５１〜５４を認識しており、これら電子部品５１〜５４の上記寸法情報に基づき上記電子部品５１及び電子部品５２の回転半径寸法を求める。ここで上記回転半径寸法とは、例えば電子部品５１を例に採ると、上記回転軸１５６を中心として描いた円内に電子部品５１のすべてのリードが収まるような円の内、最小の円における半径寸法であり、図４に示す半径ｒ１１が相当する。同様に、電子部品５２についても上記最小半径寸法の半径ｒ１２を求める。そして制御装置１８０は、上記半径ｒ１１と半径１２とを加算した値が、吸着ノズル１４１、１４２の配置間隔寸法ｐ１１を超えるか否かを判断する。
尚、上述の説明では、上記回転軸１５６と電子部品５２の中心とが一致していることを前提にしている。これは本来、吸着ノズル１４１、１４２は電子部品５２の中心を吸着するように設定されているからである。
【００１５】
上記ステップ１にて上記半径ｒ１１と半径１２とを加算した値が、上記配置間隔寸法ｐ１１を超えないときには、電子部品５１と電子部品５２とは干渉しないので、ステップ３にて、両方の電子部品５１、５２を同時に回転することができる。もちろん、後述のように時間差を設けて回転動作を行っても良い。
【００１６】
一方、上記ステップ１にて上記半径ｒ１１と半径１２とを加算した値が、上記配置間隔寸法ｐ１１を超えるときには、電子部品５１と電子部品５２とを同時に回転させたときには両者は干渉することになる。そこで、ステップ２では、制御装置１８０は、隣接する電子部品５１、５２が吸着ノズル１４１、１４２の昇降方向、つまり上記Ｚ軸方向に沿って同一レベルに有るか否かを判断する。即ち、隣接する電子部品５１，５２は、上記回転動作によって初めて干渉し合うのであり、吸着された時点では干渉していない。よってステップ１において、上記加算値が上記配置間隔寸法ｐ１１を超えると判断されたとしても、上記回転により両者が干渉しない程度に上記Ｚ軸方向に沿って異レベルに配置されていれば、両者を同時に回転させることは可能である。そこでステップ２では、回転動作において、隣接する電子部品５１，５２間で干渉が生じるか否かが判断される。
そして、両者で干渉が生じないときには、ステップ３にて両者を同時に回転させることも可能である。
【００１７】
一方、ステップ２においても、隣接する電子部品５１，５２間で干渉が生じると判断されたときには、つまり電子部品５１，５２が上記Ｚ軸方向に沿って同一レベルに配置されているときには、制御装置１８０は、ステップ４にて、電子部品５１，５２の内のいずれか一方について干渉回避動作を行った後、ステップ５にて電子部品５１、５２について回転を開始する。
【００１８】
上記ステップ４における上記干渉回避動作について図５を参照して詳しく説明する。
上述のようにステップ４に移行したことは、隣接する電子部品５１，５２が上記Ｚ軸方向に沿って同一レベルに配置されている場合であり、このような状態で電子部品５１，５２を回転したときに両者の干渉を避けるため、本実施形態では回転動作開始時刻をずらす方法を採っている。尚、説明を簡略化するため、吸着ノズル１４１〜１４４に吸着されているすべての電子部品５１〜５４について、角度θ１から角度θ２まで回転を要するものとし、又、電子部品５１〜５４は、吸着時点において角度θ１にてそれぞれ吸着ノズル１４１〜１４４に吸着されているものとする。又、上述のように制御装置１８０は各吸着ノズル１４１〜１４４に保持されている電子部品５１〜５４の回転半径を認識していることから、隣接する電子部品間で上記回転を行うときに干渉を回避できる干渉回避角度θ３を予め求めている。
【００１９】
このような条件下で、電子部品５１，５２の内のいずれか一方、例えば電子部品５１が電子部品５２との干渉を避けるため、電子部品５１つまり吸着ノズル１４１について、角度θ１より回転を開始し一定の回転速度にて回転を行う。そして吸着ノズル１４１の回転角度が上記干渉回避角度θ３に達した時点で、ステップ５にて、他方の電子部品５２を吸着している吸着ノズル１４２の回転を開始する。尚、このような回転角度の検出は、制御装置１８０による駆動部１５２〜１５５の動作制御にて実行される。
又、残りの電子部品５３，５４についても同様に動作させる。
このように隣接する電子部品間で回転開始に時間差を設けることで、両者の干渉を避けることができ、よって、実装精度を確保することができ、その結果として生産効率を向上させることができる。
【００２０】
上述の説明では、それぞれの吸着ノズル１４１〜１４４に吸着されている電子部品５１〜５４の寸法に基づいた上記回転半径寸法にて干渉の有無を判断しているが、さらに、上記部品撮像装置１１８にて得られた電子部品５１〜５４の撮像情報をも加味して上記干渉の有無を判断することもできる。
又、上述の説明では、上記干渉回避角度θ３を超えて電子部品５１〜５４は回転を要するような場合を例に採ったが、もちろん上記干渉回避角度θ３未満の角度による回転ですむ場合もあり、このような場合には、隣接する電子部品間で干渉は生じないので、両者を同時に回転開始することができる。
【００２１】
上記干渉回避動作としては上述の回転動作による回避が最も現実的であるが、その他の方法としては、図６に示すように隣接する電子部品について上記Ｚ軸方向に沿って異レベルに配置するようにしてもよい。即ち、図示するようにリードが電子部品の４辺に配列されているような場合、上記回転により隣接する電子部品において干渉する部分はリードである。よって、隣接する電子部品のリード同士が干渉しないように、隣接する電子部品を上記Ｚ軸方向に沿って異レベルに配置すればよい。
具体的には、リードが４辺に配列されている電子部品の場合、上記Ｚ軸方向に沿って隣接する電子部品の一方を他方に対して異レベルに配置するため、上記一方の電子部品が位置すべき上記Ｚ軸方向の最小限の位置である干渉回避位置は、上記他方の電子部品に対して上記リードの厚み寸法である図７に示す寸法Iを超える位置である。
又、隣接する電子部品において上記回転により干渉する部分が電子部品の本体部分である場合には、上記干渉回避位置は、上記他方の電子部品に対して上記本体の厚み寸法である図７に示す寸法IIを超える位置である。
尚、上記干渉回避位置への電子部品の移動は、制御装置１８０による駆動部１４５〜１４８の動作制御にて実行される。
【００２２】
このように隣接する電子部品同士を上記Ｚ軸方向に沿って異レベルに配置した後であれば、隣接する電子部品は同時に上記回転を開始することができる。尚、隣接する電子部品間で、上記回転開始タイミングは同時である必要はなく、少なくとも一方の回転を開始すれば良い。
このように隣接する電子部品同士を上記Ｚ軸方向に沿って異レベルに配置することによっても、上述の回転開始に時間差を設ける場合と同様に、両者の干渉を避けることができ、よって、実装精度を確保することができ、その結果として生産効率を向上させることができる。
【００２３】
このように構成される電子部品装着装置１０１における電子部品装着動作について以下に説明する。
基板搬送装置１１２により回路基板２０が電子部品装着装置１０１に搬入される。ＸＹロボット１１７は、基板認識カメラ１１６を回路基板２０上に移動し、電子部品を実装すべき位置の位置データを取った後、部品装着ヘッド１１５を部品供給部１１３に移動させ、それぞれの吸着ノズル１４１〜１４４にて電子部品５１〜５４をそれぞれ保持させる。吸着ノズル１４１〜１４４に保持された電子部品５１〜５４は、部品撮像装置１１８にて保持姿勢が撮像され、制御装置１８０にて電子部品５１〜５４の保持姿勢が計測され、保持姿勢の良否が判定される。
【００２４】
次に電子部品５１〜５４の保持姿勢計測結果が正常であれば、上記撮像動作にて得られた画像情報をもとに電子部品５１〜５４の位置補正がなされた後、電子部品５１〜５４の装着方向を回路基板２０上の実装すべき位置に一致させるように、保持した吸着ノズル１４１〜１４４を回転させる。このとき、上述したように、制御装置１８０は、隣接する電子部品同士での干渉の有無を確認し、干渉が生じるようであれば上記干渉回避動作を実行した後、吸着ノズル１４１〜１４４の回転を行う。
上記吸着ノズル１４１〜１４４の回転後、ＸＹロボット１１７により部品装着ヘッド１１５を上記実装すべき位置に対応するように移動させ、吸着ノズル１４１〜１４４の各々に保持されている電子部品５１〜５４を装着高さまで下降させ回路基板２０上に装着する。
【００２５】
一方、電子部品５１〜５４の上記保持姿勢計測結果に異常があれば、部品廃棄部１１３へＸＹロボット１１７により部品装着ヘッド１１５を移動させ、吸着ノズル１４１〜１４４に保持されている電子部品５１〜５４の内、保持姿勢結果異常の電子部品のみを廃棄する。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の第１態様における電子部品装着装置、及び第２態様の電子部品装着方法によれば、制御装置を備え、電子部品を保持している保持部材について回転軸の軸回り方向へ回転を行うとき、隣接する電子部品同士での干渉の有無を判断し、干渉するときには部品装着ヘッドに対して干渉回避動作を行なわせた後、上記回転を行うようにした。よって、隣接する電子部品間で干渉することがなくなることから、上記干渉による電子部品の落下、及び装着精度の劣化がなくなり、結果として回路基板の生産効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における電子部品装着装置の斜視図である。
【図２】図１に示す電子部品装着装置における干渉回避動作のフローチャートである。
【図３】図１に示す電子部品装着装置に備わる部品装着ヘッドの構造を示す斜視図である。
【図４】図３に示す部品装着ヘッドの吸着ノズルに保持されている電子部品の干渉を説明するための図である。
【図５】図１に示す電子部品装着装置における干渉回避動作の吸着ノズルの回転のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】図１に示す電子部品装着装置の干渉回避動作における吸着ノズルの昇降位置を示す図である。
【図７】上記吸着ノズルの昇降位置の具体的寸法を説明するための図である。
【図８】従来の電子部品実装装置を示す斜視図である。
【図９】図８に示す電子部品実装装置のヘッド部の配置間隔と電子部品の回転半径とを示す図である。
【符号の説明】
１０１…電子部品装着装置、１１５…部品装着ヘッド、
１４１〜１４４…吸着ノズル、
１８０…制御装置。

Claims

互いに隣接して配置され電子部品を保持する少なくとも２つの保持部材を有し、それぞれの上記電子部品を回路基板へ装着するため上記電子部品を保持したそれぞれの上記保持部材が当該保持部材における回転軸の軸回り方向に回転可能である部品装着ヘッドを備えた電子部品装着装置であって、
上記電子部品を保持した上記保持部材について上記回転を行うとき、一方の保持部材に保持されている電子部品が他方の保持部材に保持されている電子部品に干渉するか否かを判断し、干渉するときには干渉回避動作を行なわせた後、上記部品装着ヘッドに対して上記回転を行わせる制御装置を備え、
上記干渉回避動作は、干渉する電子部品間で該干渉を回避できる最小限の回転角度である干渉回避角度にて上記保持部材の内の一方の保持部材を上記軸回り方向へ回転した後、上記他方の保持部材の回転を開始する動作である、
ことを特徴とする電子部品装着装置。
互いに隣接して配置される少なくとも２つの保持部材に保持されているそれぞれの電子部品を上記保持部材における回転軸の軸回り方向に回転することで上記電子部品と回路基板への装着位置とを一致させて上記電子部品を上記回路基板へ装着する電子部品装着方法であって、
上記電子部品について上記回転を行うとき、隣接する上記電子部品間で干渉が生じるか否かを判断し、干渉するときには、干渉する電子部品間で該干渉を回避できる最小限の回転角度である干渉回避角度にて一方の電子部品を上記軸回り方向へ回転した後、他方の電子部品の回転を開始する干渉回避動作を行なった後、上記回転を行なうことを特徴とする電子部品装着方法。