JP5740233B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents
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Description
このような電子部品実装装置において、吸着ノズルの軸回りの回転位置精度を向上して実装精度を向上させるものとして、例えば特許文献1に記載の技術がある。この電子部品実装装置は、吸着ノズルの軸と吸着ノズルを回動するθ軸モータの軸とをベルトで繋ぎ、θ軸モータの駆動力を吸着ノズルに伝えるものであり、上記ベルトにベルトマークを付し、これをセンサで検出することでベルトの原点を探索し、ベルトの原点復帰を行っている。
そこで、本発明は、吸着ノズルの軸と吸着ノズルを回動するモータの軸とを繋ぐベルトの原点復帰を安定して行うことができる電子部品実装装置を提供することを課題としている。
これにより、ベルトが原点にあるときのみ、第1の原点検出信号の出力タイミングと第2の原点検出信号の出力タイミングとが一致するようにすることができる。したがって、容易にベルト原点を探索することができる。
さらに、請求項7に係る電磁部品実装装置は、請求項6に係る発明において、前記所定角度は、前記駆動プーリーの歯数と前記第2の従動プーリーの歯数との比率に応じて決定することを特徴としている。
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、本発明における電子部品実装装置を示す平面図である。
図中、符号1は電子部品実装装置である。この電子部品実装装置1は、基台10の上面にX方向に延在する一対の搬送レール11を備える。この搬送レール11は、回路基板5の両側辺部を支持し、搬送用モータ(図示せず)により駆動されることで回路基板5をX方向に搬送する。
この電子部品実装装置1には、搬送レール11のY方向両側に、テープフィーダ等により電子部品を供給する電子部品供給装置15が装着される。そして、電子部品供給装置15から供給された電子部品は、搭載ヘッド12の吸着ノズルによって真空吸着され、回路基板5上に実装搭載される。
また、搭載ヘッド12には、距離センサ8が取り付けられている。この距離センサ8は、センサ光により吸着ノズルと回路基板5とのZ方向の距離(高さ)を測定する。
さらに、電子部品実装装置1には、吸着する部品のサイズや形状に応じて、吸着ノズルを交換するためのノズル交換機16が設けられている。このノズル交換機16内には複数種のノズルが保管、管理されている。
図中、符号20はθ軸回転機構である。このθ軸回転機構20は、搭載ヘッド12のノズルシャフト12aを中心にして吸着ノズル12bを回転させるための駆動源として、θ軸モータ21を備える。
θ軸モータ21には、その同軸上に駆動プーリー22が装着されている。θ軸モータ21を駆動すると、駆動プーリー22に掛け渡されたベルト23を介してノズルシャフト12aの同軸上に装着された従動プーリー(第1の従動プーリー)12cが回転され、これによりノズルシャフト12aが回転するようになっている。また、ベルト23は、駆動プーリー22及び従動プーリー12cの他に、ベルト原点探索用のプーリー(第2の従動プーリー)24にも掛け渡されており、θ軸モータ21の駆動時には、駆動プーリー22によってベルト23を介してプーリー24も回転する。
すなわち、ベルト23の歯数Lは、最小公倍数を導く関数LCM( )を用いて次式で表される。
L=LCM(m,p) ………(1)
さらに、プーリー24には、当該プーリー24の原点位置を検出可能な原点センサ26が設けられている。この原点センサ26は、プーリー24が1回転して原点位置が所定の基準位置となるたびに、第2の原点検出信号としてZ相に相当する信号を出力するものであり、磁気式センサや光学式センサにより構成することができる。
電子部品実装装置1は、装置全体を制御するCPU、RAM及びROMなどを備えるマイクロコンピュータからなるコントローラ30を備える。コントローラ30は、以下に示す各構成31〜35をそれぞれ制御する。
バキューム機構31は真空を発生し、不図示のバキュームスイッチを介して吸着ノズル12bに真空の負圧を発生させるものである。
Z軸モータ34は、吸着ノズル12bをZ方向に昇降させるための駆動源である。なお、ここではZ軸モータ34を1つしか図示していないが、吸着ノズル12bを複数備える場合には吸着ノズル12bの数だけ設けられる。
ベルト原点探索処理では、図5に示すように、先ず、ステップS1で、コントローラ30は、θ軸モータ21を一定方向(例えば、正方向)に回転し、ステップS2に移行する。
ステップS3では、コントローラ30は、ベルト原点探索処理を実行開始してからエンコーダ25のZ相を検出した回数を計数するカウンタnをインクリメントし、ステップS4に移行する。
ステップS5では、コントローラ30は、ベルト原点の探索が成功したものとしてθ軸モータ21の回転を停止し、現在のベルト23の状態をベルト23が原点にある状態として設定してから、ベルト原点探索処理を終了する。
以上の構成により、通常時には、モータ軸を原点まで最大N(=L/m)回転させれば、ベルト23の原点を探し、原点復帰を行うことができる。
なお、上記において、エンコーダ25が第1の原点検出手段に対応し、原点センサ26が第2の原点検出手段に対応している。また、図5のステップS1〜S4が探索手段に対応し、ステップS5がモータ停止手段に対応している。
次に、第1の実施形態の動作について、図6〜図8を参照しながら説明する。ここでは、駆動プーリー22の歯数m=24、ベルト原点探索用のプーリー24の歯数p=21、ベルト23の歯数L=168として説明する。
駆動プーリー22の歯数mとベルト23の歯数Lとは、使用する環境によって大体決まる。そのため、θ軸回転機構20の設計時には、歯数mと歯数Lとをもとに、上記(1)式を満たす歯数pを導くようにする。m=24、L=168の場合、プーリー24の歯数pは計算上、7,14,21,28,42,56,84の何れかを選択可能である。
したがって、ここではp=21として説明するが、それ以外の値を上記の複数の値の中から任意に選択することもできる。なお、上記(1)式を満たす歯数pには、計算上p=168も含まれるが、ベルト23の歯数Lと同じであるため実際に組み込むことはできない。そのため、p=168は選択不可能とする。
図6に示すように、ベルト23が1周するとモータ軸がL/m=7回転し、エンコーダ25はZ相を(A)〜(G)の7回出力する。同様に、ベルト23が1周するとプーリー24がL/p=8回転し、原点センサ26はZ相を(a)〜(h)の8回出力する。
すなわち、図8(a)〜(g)はそれぞれ図6におけるZ相(A)〜Z相(G)が検出された時点でのベルト23の状態である。また、図8(a)〜(g)において、点αはベルト23の原点位置、点βは駆動プーリー22の原点位置、点γはプーリー24の原点位置を示している。
このように、ベルト23の原点からのずれ量とプーリー24の原点からのずれ量とは一致しており、ベルト23が原点にあるときはプーリー24も原点にある。よって、駆動プーリー22とプーリー24とが共に原点にあるとき、ベルト23は原点にあることになる。そこで、駆動プーリー22が原点にあるときにプーリー24も原点にあるか否かを確認する。
このように、モータ軸を1回転ずつ回転してベルト23を1/7周ずつ進め、そのたびに原点センサ26の状態を確認して、プーリー24が原点にあるか(ベルト23が原点にあるか)を確認する。
このように、上記第1の実施形態では、吸着ノズルの軸とモータ軸とを繋ぐベルトの歯数を、駆動プーリーの歯数とベルト原点探索用プーリーの歯数との最小公倍数に一致させた構成とするので、ベルトが1周する間に、駆動プーリーとベルト原点探索用プーリーとが共に原点で一致するタイミングを1回のみとすることができる。そして、駆動プーリーの原点とベルト原点探索用プーリーの原点とが一致するタイミングが、ベルトが原点にあるときとなるように、初期調整してθ軸回転機構を組み付けるので、駆動プーリーの原点とベルト原点探索用プーリーの原点とが一致するタイミングを探索することで、ベルトの原点を探索することができる。
さらに、ベルト原点探索用プーリーの原点を検出する原点センサは、当該プーリーの1周の原点(Z相)がわかるものであれば、どのような構成のものでも適用可能である。したがって、プーリーの詳細角度がわかる必要はないので、安価なセンサを使用することができる。
なお、上記第1の実施形態においては、ベルト原点探索用のプーリーを1個だけ設ける場合について説明したが、複数個設けるようにしてもよい。例えば、ベルト23の歯数Lを144、駆動プーリー22の歯数mを24とした場合、上記(1)式を満たす歯数pは、ベルト23の歯数Lと等しい144以外には存在しない。歯数p=144のベルト原点探索用のプーリーを、歯数L=144のθ軸回転機構20に組み込むことはできないため、このような場合には、ベルト原点探索用のプーリーを複数個設けることで実現する。
すなわち、次式に表すように、駆動プーリー22の歯数mと、複数個(k個)のベルト原点探索用のプーリーの各歯数p1,…,pkとの最小公倍数が、ベルト23の歯数Lと等しくなるようにする。
L=LCM(m,p1,…,pk) ………(2)
そして、ベルト原点探索用のプーリーを複数個設ける場合には、それぞれに原点センサを設置し、図5に示すベルト原点探索処理のステップS4では、すべての原点センサがON状態であるか否かを判定するようにする。このような構成により、ベルト原点探索用のプーリーを1個のみ設けた場合と同様の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態は、上述した第1の実施形態において、原点センサ26に代えてプーリー24の回転角度を検出可能な角度センサ(プーリー角度検出手段)を設けるようにしたものである。
本実施形態におけるθ軸回転機構20は、図2における原点センサ26に代えて、プーリー24の回転角度を検出可能な角度センサを備える。そして、コントローラ30は、ベルト原点探索処理において、エンコーダ25のZ相を検出した時点でのプーリー24の回転角度に基づいて、その時点でのベルト23の原点からのずれ量を検出し、当該ずれ量を0にすべくθ軸モータ21を回転させることでベルト23の原点復帰を行う。
図10は、第2の実施形態におけるベルト原点探索処理手順を示すフローチャートである。
先ずステップS11で、コントローラ30は、θ軸モータ21を一定方向(例えば、正方向)に回転し、ステップS12に移行する。
ステップS13では、コントローラ30は、角度センサで検出したプーリー24の回転角を取得し、ステップS14に移行する。
ステップS14では、コントローラ30は、前記ステップS13で取得したプーリー24の回転角に基づいて、ベルト23の原点が探索可能か否かを判定する。
例えば、図11に示す例では、プーリー24の回転角が0°である場合、ベルト23は原点にあるため、θ軸モータ21は回転する必要がないとして上記回転量を0とする。一方、プーリー24の回転角が51°である場合、Z相(B)の検出状態であるため、ベルト23を最短経路で原点復帰させるためにはθ軸モータ21を逆方向に1回転する必要があるとして、上記回転方向を逆方向、上記回転量を360°とする。同様に、プーリー24の回転角が103°である場合には、θ軸モータ21を逆方向に2回転する必要があるとして、上記回転方向を逆方向、上記回転量を720°とする。さらに、プーリー24の回転角が154°である場合には、θ軸モータ21を逆方向に3回転する必要があるとして、上記回転方向を逆方向、上記回転量を1080°とする。
ステップS17では、コントローラ30は、θ軸モータ21の回転が終了した時点で、ベルト23の原点復帰が完了したものとして、ベルト原点探索処理を終了する。
なお、図10のステップS11〜S14がずれ量演算手段に対応し、ステップS15がモータ制御量演算手段に対応し、ステップS16がモータ駆動手段に対応している。
次に、第2の実施形態の動作について説明する。ここでは図11に示すように、駆動プーリー22の歯数m=24、ベルト原点探索用のプーリー24の歯数p=21、ベルト23の歯数L=168の例を用いて説明する。
図10に示すベルト原点探索処理が実行開始すると、コントローラ30は、先ずθ軸モータ21を回転してエンコーダ25のZ相を検出する。そして、その時点でのプーリー24の回転角を角度センサで検出する。
このとき、角度センサによってプーリー24の回転角が51°であることが検出されると、当該角度はベルト原点の探索が可能な角度であるため、コントローラ30は、検出された角度に基づいてベルト23を原点に復帰させるために必要なθ軸モータ21の回転方向と回転量とを演算する。
なお、本実施形態においては、ベルト原点探索用のプーリーを1個だけ設ける場合について説明したが、例えば図9に示すように、複数個設けた場合にも適用可能である。
このように、上記第2の実施形態では、ベルト原点探索用のプーリーの現在の角度を検出する角度センサを設けるので、モータエンコーダのZ相を検出した時点でのプーリーの角度から、その時点でのベルトの状態(原点からのずれ量)を認識することができる。そのため、モータエンコーダのZ相を検出した後は、一気にベルトを原点まで復帰させることができる。したがって、上述した第1の実施形態のようにN回(L/m回)の繰り返しをしなくてもベルトの原点復帰が可能となる。その結果、原点復帰にかかる時間を短縮することができる。
また、モータエンコーダのZ相を検出した後、最短経路で原点復帰させるようθ軸モータの回転方向および回転量を演算するので、より迅速に原点復帰を行うことができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態は、上述した第2の実施形態において、エンコーダ25のZ相を検出した時点でのプーリー24の回転角をもとに現在のベルト23の位置を把握しているのに対し、プーリー24に設置した原点センサ26のZ相を検出した時点でのθ軸モータ21の回転角をもとに現在のベルト23の位置を把握するようにしたものである。
本実施形態におけるθ軸回転機構20は、図2に示すθ軸回転機構20と同一構成を有する。そして、コントローラ30は、ベルト原点探索処理において、原点センサ26のZ相を検出した時点でのθ軸モータ21の回転角を取得し、取得した角度に基づいてその時点でのベルト23の原点からのずれ量を検出する。
図12は、第3の実施形態におけるベルト原点探索処理手順を示すフローチャートである。
ステップS22では、コントローラ30は、エンコーダ25のZ相を検出したか否かを判定する。そして、Z相を検出した場合にはステップS23に移行し、Z相を検出していない場合には検出するまでθ軸モータ21を回転するものとして、前記ステップS21に移行する。
ステップS23では、コントローラ30は、原点センサ26の状態を確認し、原点センサ26がON状態であるか否かを判定する。そして、原点センサ26がOFF状態である場合にはステップS24に移行し、原点センサ26がON状態である場合には後述するステップS27に移行する。
上記ステップS24で、ベルト原点の探索に失敗したと判断した場合には、ステップS25に移行し、作業者にベルト原点の探索に失敗したことを報知するなどの所定のエラー処理を実施し、ベルト原点探索処理を終了する。ここで、ベルト原点探索エラーの原因としては、センサ部の不具合や初期調整の不実施が考えられる。
図13は、原点センサ26のZ相を検出した時点でのモータエンコーダ出力を示す図である。なお、この図13は、ベルト23の1周分を1次元に展開したイメージ図である。すなわち、図7(a)に示すように通常はループ状となっているベルトを、図7(b)に示すように1次元的に展開して示したものである。
ステップS28では、コントローラ30は、前記ステップS27で取得したモータ角度からベルト23の原点からのずれ量を求め、ベルト23を最短経路で原点に復帰させるのに必要なθ軸モータ21の回転方向および回転量を演算する。
ステップS30では、コントローラ30は、θ軸モータ21の回転が終了した時点で、ベルト23の原点復帰が完了したものとして、ベルト原点探索処理を終了する。
なお、上記において、エンコーダ25がモータ角度検出手段に対応している。また、図2のステップS21〜S27がずれ量演算手段に対応し、ステップS28がモータ制御量演算手段に対応し、ステップS29がモータ駆動手段に対応している。
次に、第3の実施形態の動作について説明する。ここでは図13に示すように、駆動プーリー22の歯数m=24、ベルト原点探索用のプーリー24の歯数p=21、ベルト23の歯数L=168の例を用いて説明する。
図12に示すベルト原点探索処理が実行開始すると、コントローラ30は、先ずθ軸モータ21を回転してエンコーダ25のZ相を検出する。そして、この時点からθ軸モータ21を所定角度θ0ずつ順方向に回転し、その度に原点センサ26が反応するか否かを確認する。
θ軸モータ21の回転角は270°であるため、コントローラ30は、θ軸モータ21を逆方向に360°+270°=630°回転させれば、最短経路でベルト23を原点に復帰させることができると判断する。したがって、コントローラ30は、上記回転方向を逆方向、上記回転量を630°に設定し、θ軸モータ21を逆方向に630°回転させる。これにより、ベルト23は原点に復帰する。
なお、本実施形態においては、ベルト原点探索用のプーリーを1個だけ設ける場合について説明したが、例えば図9に示すように、複数個設けた場合にも適用可能である。
また、原点センサ26が、反応角度(検出可能範囲)に幅を持たずにピンポイントだけを検出する構造である場合には、エンコーダ25のZ相を検出した時点を基準として原点センサ26のZ相を検出するのではなく、ベルト原点探索処理の開始直後、直接θ軸モータ21を回転させながら原点センサ26のZ相を検出するようにしてもよい。
このように、上記第3の実施形態では、ベルト原点探索用プーリーの原点を検出した時点でのθ軸モータの回転角をもとに、現在のベルトの位置を把握することができるので、ベルト原点探索用のプーリーには、安価な原点センサのみを設ければよく、当該プーリーの回転角度を検出可能な高価な角度センサを設ける必要がない。
そして、ベルト原点探索用プーリーの原点を検出した時点でのθ軸モータの回転角をもとに、現在のベルトの位置を把握した後は、一気にベルトを原点まで復帰させることができるので、原点復帰にかかる時間を短縮することができる。
なお、上記第2及び第3の実施形態においては、ベルト23が原点にあるときに、駆動プーリー22とプーリー24とが共に原点にあるように初期調整を行って組み付け作業を行う場合について説明したが、当該初期調整を行わなくても実現可能である。
θ軸モータ21のZ相は、電源を入れて動作させなければ正確に検出できない。また、ベルト23などのθ軸回転機構20の組み付け時には、θ軸モータ21に電源を投入するのは困難であり、できたとしても工数が増えてしまう。そこで、初期調整を行わずに組み付け作業を行うことで、工数を削減することができる。その際、駆動プーリー22の原点位置にオフセット(ずれ)が付加されていることを考慮して動作させなければならないが、各検出角度に対し、オフセット値を考慮した値にすれば、運用は十分可能である。
具体的には、角度センサの検出値が0°±25°(335°〜25°)の場合には、プーリー24の回転角は0°であることにして、ベルト23は原点にあると判断する。また、角度センサの検出値が51°±25°(26°〜76°)の場合には、プーリー24の回転角は51°であることにして、ベルト23は原点から1/7周進んだ状態(Z相(B)の検出状態)であると判断する。
さらにこのとき、角度センサの検出値の理論値(図11の例では0°,51°,103°など)からのずれ量から、駆動プーリー22のオフセット値を検出可能である。そこで、一旦検出したオフセット値は保存しておき、次回以降のオフセット値(の参考値)として使用する。これにより、より適切にベルト原点探索処理を実施することができる。
具体的には、モータエンコーダ出力が0°±22°の場合には、モータエンコーダ出力が0°であることにして、ベルト23は原点にあると判断する。また、モータエンコーダ出力が315°±22°の場合には、モータエンコーダ出力が315°であることにして、ベルト23は原点から1/8周進んだ状態(Z相(b)の検出状態)であると判断する。
Claims (7)
- θ軸モータにより回転されるノズルシャフトに装着された吸着ノズルにより電子部品を吸着し、基板上に当該電子部品を搭載する電子部品実装装置であって、
前記θ軸モータの軸に、当該軸と同軸に装着された歯付きの駆動プーリーと、
前記ノズルシャフトに、当該ノズルシャフトと同軸に装着された歯付きの第1の従動プーリーと、
少なくとも1個の歯付きの第2の従動プーリーと、
前記駆動プーリー、前記第1の従動プーリー及び前記第2の従動プーリーに掛け渡され、前記駆動プーリーの歯数と前記第2の従動プーリーの歯数との最小公倍数と等しい歯数を有する歯付きのベルトと、
前記駆動プーリーが原点にあるときに、第1の原点検出信号を出力する第1の原点検出手段と、
前記第2の従動プーリーが原点にあるときに、第2の原点検出信号を出力する第2の原点検出手段と、
前記第1の原点検出手段が出力する前記第1の原点検出信号と、前記第2の原点検出手段が出力する前記第2の原点検出信号とに基づいて、前記ベルトを原点に復帰させる原点復帰手段と、を備えることを特徴とする電子部品実装装置。 - 前記ベルトが原点にあるとき、前記駆動プーリー及び前記第2の従動プーリーが共に原点にあるように組み付けられていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装装置。
- 前記原点復帰手段は、
前記θ軸モータを回転しながら、前記第1の原点検出手段と前記第2の原点検出手段とがそれぞれ同時に原点検出信号を出力するタイミングを探索する探索手段と、
前記探索手段で探索したタイミングで、前記θ軸モータの回転を停止するモータ停止手段と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の電子部品実装装置。 - 前記第2の従動プーリーの回転角度を検出するプーリー角度検出手段を備え、
前記原点復帰手段は、
前記第1の原点検出手段が第1の原点検出信号を出力したときに前記角度検出手段で検出した前記第2の従動プーリーの回転角度に基づいて、その時点での前記ベルトの原点からのずれ量を演算するずれ量演算手段と、
前記ずれ量演算手段で演算した前記ベルトの原点からのずれ量に基づいて、前記ベルトを原点に復帰させるのに必要な前記θ軸モータの回転方向及び回転量を演算するモータ制御量演算手段と、
前記θ軸モータを、前記モータ制御量演算手段で演算した回転方向に、前記モータ制御量演算手段で演算した回転量だけ回転させるモータ駆動手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品実装装置。 - 前記θ軸モータの回転角度を検出するモータ角度検出手段を備え、
前記原点復帰手段は、
前記第2の原点検出手段が第2の原点検出信号を出力したときに前記モータ角度検出手段で検出した前記θ軸モータの回転角度に基づいて、その時点での前記ベルトの原点からのずれ量を演算するずれ量演算手段と、
前記ずれ量演算手段で演算した前記ベルトの原点からのずれ量に基づいて、前記ベルトを原点に復帰させるのに必要な前記θ軸モータの回転方向及び回転量を演算するモータ制御量演算手段と、
前記θ軸モータを、前記モータ制御量演算手段で演算した回転方向に、前記モータ制御量演算手段で演算した回転量だけ回転させるモータ駆動手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子部品実装装置。 - 前記ずれ量演算手段は、
前記第1の原点検出手段が第1の原点検出信号を出力したことを検出した後、前記θ軸モータを、所定角度ずつ回転するたびに前記第2の原点検出手段が第2の原点検出信号を出力したか否かを確認し、前記第2の原点検出手段が第2の原点検出信号を出力したことを確認したときに前記モータ角度検出手段で検出した前記θ軸モータの回転角度に基づいて、前記ずれ量を演算することを特徴とする請求項5に記載の電子部品実装装置。 - 前記所定角度は、前記駆動プーリーの歯数と前記第2の従動プーリーの歯数との比率に応じて決定することを特徴とする請求項6に記載の電子部品実装装置。
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