JP5091031B2 - 自動装着機および構成素子をハンドリングするための方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に構成素子を装着するための自動装着機に関する。

さらに、本発明は、このような形式の自動装着機に用いられる構成素子をハンドリングするための方法に関する。

基板に電気的な構成素子を装着するための自動装着機では、構成素子が、自動装着機に配置された供給装置によって、規定された取出し位置に提供される。そこで、構成素子が自動装着機の装着ヘッドによって取り出され、装着領域に移送され、この装着領域で構成素子が基板に位置決めされる。空の基板が搬送装置を介して装着領域に供給され、完全に装着された基板が、搬送装置を介して再び装着領域から搬出される。自動装着機の装着性能を高めるためには、複数の構成素子の同時の搭載を許容する装着ヘッドが使用される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０２２９０号明細書に基づき、装着ヘッドが公知である。この公知の装着ヘッドは複数の保持装置の相対的な位置を調整し、これによって、ただ１回の搭載過程により、複数の構成素子を基板に搭載することができる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０２２９０号明細書

本発明の課題は、基板への構成素子の同時の搭載時のより高いフレキシビリティによって優れている自動装着機ならびに構成素子をハンドリングするための方法を提供することである。

この課題を解決するために本発明の自動装着機では、装着ヘッドが設けられており、該装着ヘッドが、基体を備えており、該基体が、基板レベルに対して垂直に向けられた回動軸線を中心として回動可能に支承されており、少なくとも２つのハンドリング装置を備えており、該ハンドリング装置が、基体に配置されていて、それぞれ構成素子を保持するための保持手段を有しており、位置決め装置が設けられており、該位置決め装置によって、装着ヘッドが、基板レベルに対して平行に走行可能であり、ハンドリング装置の少なくとも１つが、旋回軸線を有しており、これによって、該旋回軸線を中心とした回動により、保持手段の相対的な間隔が可変であるようにした。

本発明の自動装着機の有利な構成によれば、少なくとも１つの旋回軸線が、回動軸線に対して平行に配置されている。

本発明の自動装着機の有利な構成によれば、少なくとも２つのハンドリング装置が、個別旋回駆動装置を有しており、該個別旋回駆動装置によって、各ハンドリング装置が、その各旋回軸線を中心として回動可能である。

本発明の自動装着機の有利な構成によれば、少なくとも２つのハンドリング装置が、別の個別駆動装置を有しており、該個別駆動装置によって、保持手段が、それぞれ回動軸線に対して平行なｚ軸を中心として回動可能にならびに各ｚ軸の方向に移動可能である。

本発明の自動装着機の有利な構成によれば、基体が、回動軸線に対して回転対称的に形成されており、ハンドリング装置が、基体の縁領域に配置されている。

さらに、前述した課題を解決するために本発明の方法では、保持手段の間隔を、各旋回軸線を中心としたハンドリング装置の回動によって調整し、これによって、複数の構成素子を同時にハンドリングするようにした。

本発明の方法の有利な実施態様によれば、構成素子を自動装着機における取出し位置に提供し、保持手段の間隔を調整し、これによって、複数の構成素子を同時にその取出し位置で保持手段によって取り上げる。

本発明の方法の有利な実施態様によれば、各構成素子に基板における装着位置を一義的に対応配置し、保持手段の間隔を調整し、これによって、保持手段により保持された複数の構成素子を同時に基板に搭載する。

本発明の方法の有利な実施態様によれば、保持手段の間隔の調整後で基板への構成素子の搭載前に、装着ヘッドを、取り上げられた構成素子の位置を検査するための検査装置に走行させる。

本発明の方法の有利な実施態様によれば、基板への構成素子の搭載前に、装着ヘッドを、取り上げられた構成素子の位置を検査するための検査装置に走行させ、検査過程前に、ハンドリング装置をその旋回軸線を中心として回動させ、これによって、取り上げられた構成素子の相対的な間隔を減少させる。

基板に構成素子を装着するための請求項１記載の自動装着機は装着ヘッドを有している。この装着ヘッドは基体を有している。この基体は、基板レベルに対して垂直に向けられた回動軸線を中心として回動可能に支承されている。さらに、装着ヘッドは少なくとも２つのハンドリング装置を有している。これらのハンドリング装置は基体に配置されていて、それぞれ構成素子を保持するための保持手段を有している。さらに、自動装着機は位置決め装置を有している。この位置決め装置によって、装着ヘッドが基板レベルに対して平行に走行可能となる。この場合、ハンドリング装置の少なくとも１つが旋回軸線を有しており、これによって、この旋回軸線を中心とした少なくとも１つのハンドリング装置の回動により、保持手段の相対的な間隔が可変となる。

この場合、基板レベルとは、基板の、構成素子を装着したい表面が位置するレベルを意味している。自動装着機によって、保持手段により保持された構成素子の間隔を幅広い範囲内で変更することができる。これによって、構成素子のハンドリング時のかつ位置決め時の高いフレキシビリティが達成される。旋回軸線の運動と回動軸線ならびにガントリ軸線との重畳によって、ガントリ軸線の走行範囲を、達成可能な同じ位置のまま減少させることができる。これによって、移送時間を著しく減少させることができる。これによって、必要となる構成スペースも同じく減少させられる。このことは、より小さな機械ひいては面需要に対する装着性能のより良好な比に繋がる。

請求項２記載の自動装着機の構成では、少なくとも１つの旋回軸線が回動軸線に対して平行に配置されている。

これに基づき、ハンドリング装置の保持手段によって保持された構成素子を、基板レベルに対して平行に方向付けられた共通のレベルで運動させることができるという利点が得られる。これによって、複数の構成素子の同時のハンドリングが可能になる。

請求項３記載の自動装着機の構成では、少なくとも２つのハンドリング装置が個別旋回駆動装置を有している。この個別旋回駆動装置によって、各ハンドリング装置がその各旋回軸線を中心として回動可能となる。

個別旋回駆動装置の使用によって、ハンドリング装置が中央の旋回駆動装置に連結される必要なしに、ハンドリング装置を互いに独立して各旋回軸線を中心として回動させることができるという利点が得られる。これによって、位置決め精度を高めることができるだけでなく、位置決めに対する時間割合を減少させることもできる。

請求項４記載の自動装着機の構成によれば、少なくとも２つのハンドリング装置が別の個別駆動装置を有している。この個別駆動装置によって、保持手段が、それぞれ回動軸線に対して平行に配置されたｚ軸を中心として回動可能となり、各ｚ軸の方向に移動可能となる。

別の個別駆動装置によって、保持手段を個別にｚ方向に移動させることができ、自体中心として回動すらさせることができる。これによって、装着ヘッドの使用に対して、共通の回動駆動装置またはｚ駆動装置の使用時よりも高いフレキシビリティが可能となる。さらに、ここでも、位置決めに対する時間割合を減少させることができる。

請求項５記載の自動装着機の構成では、装着ヘッドの基体が回動軸線に対して回転対称的に形成されている。この場合、ハンドリング装置は基体の縁領域に配置されている。

この設計上の構成によって、高い程度のフレキシビリティが達成される。たとえば、１つの装着位置への到達のためには、基体の回動軸線とハンドリング装置の旋回軸線とを走行させさえすれば十分であり、位置決め装置のガントリ軸線の走行は不要である。これによって、ガントリへの付加的な入熱を回避することができる。しかし、２つの装着位置のより大きな間隔に基づき、ガントリ運動が必要となる場合には、独立した軸線（回動軸線および旋回軸線もしくはガントリ軸線）の運動が重畳され得る。これに基づき、構成素子のより高い相対的な速度ひいてはより短い全位置決め時間を達成することができる。このことは、自動装着機の構成の実性能に特に影響を与える。

請求項６によれば、請求項１記載の自動装着機に用いられる構成素子をハンドリングするための方法が請求される。この場合、保持手段の間隔は各旋回軸線を中心としたハンドリング装置の回動によって調整され、これによって、複数の構成素子を同時にハンドリングすることができる。

複数の構成素子の同時のハンドリングは、たとえば、装着ヘッドが、取出し位置の領域、装着位置の領域または検査位置の領域に位置していて、そこで実施したいプロセスステップ、たとえば取出し、装着または位置認識を複数の構成素子に対して同時に実施する場合に可能となる。プロセスステップを複数の構成素子に対して平行させることよって、その都度のプロセス時間を著しく減少させることができる。このことは、自動装着機の実性能に直接影響を与える。

請求項７記載の方法の実施態様では、構成素子が自動装着機における取出し位置に提供される。保持手段の間隔が調整され、これによって、複数の構成素子を同時にその取出し位置から保持手段によって取り上げることができる。

取出し位置からの複数の構成素子の同時の取出しによって、このために必要となるプロセス時間を著しく減少させることができ、自動装着機の実性能を相応に向上させることができる。

請求項８記載の方法の実施態様では、各構成素子に基板における装着位置が一義的に対応配置される、つまり、割り当てられる。さらに、保持手段の間隔が調整され、これによって、この保持手段により保持された複数の構成素子を同時に基板に搭載することができる。

これによって、装着時にも、主プロセス時間を平行させることができ、これによって、装着に対する全プロセス時間を著しく減少させることができる。このことは、やはり自動装着機の実性能に有利に影響を与える。

請求項９記載の方法の実施態様では、装着ヘッドが、保持手段の間隔の調整後で基板への構成素子の搭載前に、取り上げられた構成素子の位置を検査するための検査装置に走行させられる。

これに基づき、構成素子が基板に搭載される前に、保持された構成素子の位置が正確に検査され、場合により補正されるという利点が得られる。装着ヘッドの軸線が、すでに取り上げられた構成素子の位置検査前に目標位置に走行させられ、位置の検査後にもはや僅かな補正しか実施されないことによって、装着精度を著しく改善することができる。

構成素子をハンドリングするための請求項１０記載の方法によれば、装着ヘッドが、基板への構成素子の搭載前に、取り上げられた構成素子の位置を検査するための検査装置に走行させられる。さらに、検査過程前にハンドリング装置がその旋回軸線を中心として回動させられ、これによって、取り上げられた構成素子の相対的な間隔が減少させられる。

構成素子相互の相対的な間隔は、基板レベルへの鉛直な投影図において、全ての構成素子を取り囲む包絡線によって閉じ込められた面が減少させられるように減少させられ得る。これによって、検査装置のために設けられた構成スペースを著しく減少させることができる。さらに、著しく有利な検査装置が使用可能となる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、基板２に構成素子３を装着するための自動装着機１が概略的に示してある。この自動装着機は横方向支持体７を有している。この横方向支持体７はｙ方向に延びていて、機枠（図示せず）に固く結合されている。横方向支持体７には、ガントリアーム８が取り付けられている。このガントリアーム８はｘ方向に延びていて、ｙ方向に移動可能に横方向支持体７に取り付けられている。この横方向支持体７とガントリアーム８とは一緒に位置決め装置を形成している。この場合、ｘ軸とｙ軸とによって、直交の基準系が形成される。ガントリアーム８には、装着ヘッド６がｘ方向に移動可能に取り付けられている。この装着ヘッド６は複数のハンドリング装置２２（図２参照）を有している。さらに、基板２を装着領域に搬送するための搬送区間４が設けられている。この搬送区間４の側方には、自動装着機１の取出し領域への供給装置５が配置されている。この供給装置５によって、構成素子３が提供される。取出し領域と装着領域との間には、装着したい構成素子３の位置を検査するための検査装置３１が配置されている。

装着のためには、基板２が搬送区間４を介して自動装着機１の装着領域に搬送される。供給装置５から取出し領域に提供された構成素子３が、装着ヘッド６によって取り出され、装着領域の方向に移送される。その途中、検査装置３１が作動させられ、これによって、装着ヘッド６により連行された構成素子３がその位置および向きに関して検査され得る。次いで、構成素子３が基板２に位置決めされる。

図２には、装着ヘッド６の１つの実施例が側面図で概略的に示してある。この装着ヘッド６は基体２１を有している。この基体２１は、基板レベルＥに対して直角に方向付けられた回動軸線Ｄを中心として回動可能に支承されている。基体２１には、ハンドリング装置２２が配置されている。このハンドリング装置２２は、それぞれ個別旋回駆動装置２４を有している。この個別旋回駆動装置２４によって、ハンドリング装置２２はその各旋回軸線Ｓ’；Ｓ’’を中心として偏心的に変位することができる。ハンドリング装置２２の自由端部には、電気的な構成素子３を取り上げかつ保持するための保持手段２３が設けられている。この保持手段２３として、真空サクションピペットのほかに、たとえば機械的なグリッパが使用されてもよい。それぞれ１つの別の個別駆動装置２５によって、保持手段２３をｚ方向に移動させることが可能となるだけでなく、このｚ方向に対して平行な固有の軸線ｚ’；ｚ’’を中心として回動させることも可能となる。

この場合、ハンドリング装置２２の旋回軸線Ｓ’；Ｓ’’だけでなく、基体２１の回動軸線Ｄも、ｚ方向に対して平行に方向付けられており、これによって、保持された構成素子３が、回動軸線Ｄを中心とした回動時だけでなく、旋回軸線Ｓ’；Ｓ’’または保持手段２３の固有の回動軸線ｚ’；ｚ’’を中心とした回動時にも、常に基板レベルＥに対して平行なレベルで運動させられる。これによって、ｚ方向への運動が不可能となる。位置決め装置７，８（図１参照）も、装着ヘッド６が基板レベルＥに対して平行なレベルで走行可能となるように配置されているので、搬送された構成素子３は、装着ヘッド６の回動運動時だけでなく、位置決め装置７，８の走行運動時にも、常に基板レベルＥに対して同じ間隔ｄ_ｚに位置している。この間隔ｄ_ｚの変化は、各保持手段２３に対応配置された個別駆動装置２５によって生ぜしめられる。この個別駆動装置２５によって、ｚ方向への保持手段の移動も可能となる。この設計上の構成によって、基板レベルＥの上方の構成素子３の高さ位置を変化させることなしに、保持手段２３ひいては構成素子３の相対的な間隔ｄ_ｘをフレキシブルに調整することが可能となる。

図２には、ただ２つのハンドリング装置２２しか示していない。しかし、更なるハンドリング装置２２を装着ヘッド６の基体２１に配置することも可能である。

上述した自動装着機１を使用して複数の構成素子３をハンドリングするための方法の１つの実施例を図３および図４につき説明する。

当該方法は、装着ヘッド６が自動装着機１の取出し領域に走行させられることによって開始され得る。図３には、装着ヘッド６が、構成素子３の取上げ前の取出し領域において平面図で示してある。

両ハンドリング装置２２が、対応配置された２つの構成素子３を同時に取り上げることができるように、互いに相対的に位置決めされる。このことは、対応配置された旋回軸線Ｓ’，Ｓ’’を中心としたハンドリング装置２２の回動と、回動軸線Ｄを中心とした装着ヘッド６の回動とによって行われる。位置決めされた状態では、ｘ方向およびｙ方向での保持手段２３の相対的な間隔が、取り上げたい構成素子３の相対的な間隔に相当しており、両保持手段２３がｘ方向で取出し窓１０に対して平行に方向付けられている。

次いで、両保持手段２３が、取り出したい両構成素子３のすぐ上方に位置するように、装着ヘッド６が位置決め装置７，８によってｘｙ方向に走行させられる。

次いで、両個別駆動装置２５によって、ｚ方向への両保持手段２３の同時の送り運動が行われ、両構成素子が同時に取り出される。

構成素子３の取出し後、装着ヘッド６が自動装着機１の装着領域に走行させられる。図４には、装着ヘッド６が、基板２への構成素子３の搭載前の装着領域において示してある。この場合、各構成素子３には、基板２における装着位置１１が一義的に対応配置されている。

両ハンドリング装置２２が、保持手段２３によって保持された両構成素子３を同時に基板２に搭載することができるように、互いに相対的に位置決めされる。このことは、やはり、対応配置された旋回軸線Ｓ’，Ｓ’’を中心としたハンドリング装置２２の回動と、回動軸線Ｄを中心とした装着ヘッド６の回動とによって行われる。位置決めされた状態では、保持手段２３の相対的な間隔が、装着位置１１’，１１’’の相対的な間隔ｄに相当している。すなわち、ｘ方向およびｙ方向での保持手段２３の間隔（ｄ_ｘ；ｄ_ｙ）が、ｘ方向およびｙ方向での装着位置１１’，１１’’の間隔ｄ_ｘ；ｄ_ｙに相当しており、これによって、もはやｚ方向への送り運動しか行われない最終的な搭載位置への到達のために、もはやｘｙ方向への装着ヘッド６の走行しか必要とならない。

次いで、両保持手段２３が両装着位置１１’，１１’’のすぐ上方に位置するように、装着ヘッド６が位置決め装置７，８によってｘｙ方向に走行させられる。

次いで、両個別駆動装置２５によって、ｚ方向への両保持手段２３の同時の送り運動が行われ、これによって、両構成素子３が同時に基板２に搭載され得る。

全ての構成素子３がその装着位置１１に位置決めされている場合には、装着ヘッド６が再び取出し領域に走行し、サイクルが新たに始まる。

有利には、装着ヘッド６は、構成素子３の取上げ後で搭載前に検査装置３１（図１参照）に走行させられる。この検査装置３１は、保持された構成素子３の位置を検査し、これによって、構成素子３の搭載前にさらに位置補正または角度補正を実施することができる。このためには、２つの可能性が考えられる。

ハンドリング装置２２の相対的な最終位置の調整が検査過程前に実施される。これによって、この検査過程後、もはや個別駆動装置２５による僅かな角度補正ならびに装着領域への装着ヘッド６の走行しか必要とならない。これによって、装着精度が改善される。

択一的には、ハンドリング装置２２の相対的な最終位置の調整が検査過程後に実施される。これに基づき、検査のために、保持された構成素子３が互いに可能な限り近傍にかつ密に相並んで配置されているように、旋回軸線Ｓ’，Ｓ’’を走行させる可能性が見い出される。構成素子相互の相対的な間隔は、基板レベルへの鉛直な投影図において、全ての構成素子を取り囲む包絡線によって閉じ込められた面が減少させられるように減少させられ得る。構成素子位置の検査のために必要となる面の減少によって、よりコンパクトなひいては著しく廉価な検査装置３１を使用することができる。

検査過程後に初めて、相対的な最終位置へのハンドリング装置２２の調整と、個別駆動装置２５による相応の角度補正とが行われる。

構成素子３の取出し時だけでなく、装着時にも、回動軸線Ｄおよび両旋回軸線Ｓ’；Ｓ’’を中心とした調整運動と、位置決め装置７，８のｘｙ運動とを順次にまたは平行させて実施する可能性が存在する。

それぞれ異なる回転・並進運動を平行させ、複数の構成素子３を同時に取り出しかつ装着することによって、プロセス時間を著しく減少させることができ、これによって、自動装着機１のより高い装着性能が実現可能となる。

図３および図４には、ただ２つのハンドリング装置２２しか示していないにもかかわらず、複数のハンドリング装置２２の使用時には、２つよりも多くの構成素子３を同時に取り出すかもしくは基板に搭載することも可能となる。

自動装着機の概略図である。 装着ヘッドの概略的な側面図である。 取出し領域の上方の装着ヘッドの平面図である。 装着領域の上方の装着ヘッドの平面図である。

符号の説明

１ 自動装着機、 ２ 基板、 ３ 構成素子、 ４ 搬送区間、 ５ 供給装置、 ６ 装着ヘッド、 ７ 横方向支持体、 ８ ガントリアーム、 １０ 取出し窓、 １１，１１’，１１’’ 装着位置、 ２１ 基体、 ２２ ハンドリング装置、 ２３ 保持手段、 ２４ 個別旋回駆動装置、 ２５ 個別駆動装置、 ３１ 検査装置、 Ｄ 回動軸線、 ｄ 間隔、 ｄ_ｘ 間隔、 ｄ_ｙ 間隔、 ｄ_ｚ 間隔、 Ｅ 基板レベル、 Ｓ’，Ｓ’’ 旋回軸線、 ｚ’，ｚ’’ 軸線

Claims (10)

1. 基板（２）に構成素子（３）を装着するための自動装着機（１）において、
   −装着ヘッド（６）が設けられており、該装着ヘッド（６）が、
   ・基体（２１）を備えており、該基体（２１）が、基板レベル（Ｅ）に対して垂直に向けられた回動軸線（Ｄ）を中心として回動可能に支承されており、
   ・少なくとも２つのハンドリング装置（２２）を備えており、該ハンドリング装置（２２）が、基体（２１）に配置されていて、それぞれ構成素子（３）を保持するための保持手段（２３）を有しており、
   −位置決め装置（７，８）が設けられており、該位置決め装置（７，８）によって、装着ヘッドが、基板レベル（Ｅ）に対して平行に走行可能であり、
   ハンドリング装置（２２）の少なくとも１つが、旋回軸線（Ｓ）を有しており、これによって、該旋回軸線（Ｓ）を中心とした回動により、保持手段（２３）の相対的な間隔（ｄ）が可変であり、前記少なくとも２つのハンドリング装置（２２）が、保持手段（２３）によって保持された少なくとも２つの構成素子（３）を同時に基板（２）に搭載するように、互いに相対的に位置決めされることを特徴とする、基板に構成素子を装着するための自動装着機。
2. 少なくとも１つの旋回軸線（Ｓ）が、回動軸線（Ｄ）に対して平行に配置されている、請求項１記載の自動装着機。
3. 少なくとも２つのハンドリング装置（２２）が、個別旋回駆動装置（２４）を有しており、該個別旋回駆動装置（２４）によって、各ハンドリング装置（２２）が、その各旋回軸線（Ｓ）を中心として回動可能である、請求項１または２記載の自動装着機。
4. 少なくとも２つのハンドリング装置（２２）が、別の個別駆動装置（２５）を有しており、該個別駆動装置（２５）によって、保持手段（２３）が、それぞれ回動軸線（Ｄ）に対して平行なｚ軸を中心として回動可能にならびに各ｚ軸の方向に移動可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の自動装着機。
5. 基体（２１）が、回動軸線（Ｄ）に対して回転対称的に形成されており、ハンドリング装置（２２）が、基体（２１）の縁領域に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の自動装着機。
6. 請求項１記載の自動装着機（１）に用いられる構成素子（３）をハンドリングするための方法において、
   保持手段（２３）の間隔（ｄ）を、旋回軸線（Ｓ）を中心としたハンドリング装置（２２）の回動によって調整し、これによって、複数の構成素子（３）を同時にハンドリングすることを特徴とする、自動装着機に用いられる構成素子をハンドリングするための方法。
7. −構成素子（３）を自動装着機（１）における取出し位置（１０）に提供し、
   −保持手段（２３）の間隔（ｄ）を調整し、これによって、複数の構成素子（３）を同時にその取出し位置（１０）で保持手段（２３）によって取り上げる、請求項６記載の方法。
8. −各構成素子（３）に基板（２）における装着位置（１１）を一義的に対応配置し、
   −保持手段（２３）の間隔（ｄ）を調整し、これによって、保持手段（２３）により保持された複数の構成素子（３）を同時に基板（２）に搭載する、請求項６または７記載の方法。
9. 保持手段（２３）の間隔（ｄ）の調整後で基板（２）への構成素子（３）の搭載前に、装着ヘッド（６）を、取り上げられた構成素子（３）の位置を検査するための検査装置（３１）に走行させる、請求項８記載の方法。
10. −基板（２）への構成素子（３）の搭載前に、装着ヘッド（６）を、取り上げられた構成素子（３）の位置を検査するための検査装置（３１）に走行させ、
    −検査過程前に、ハンドリング装置（２２）をその旋回軸線（Ｓ）を中心として回動させ、これによって、取り上げられた構成素子（３）の相対的な間隔（ｄ）を減少させる、請求項８記載の方法。

Images