JP5951021B2 - 部品実装機 - Google Patents

Description

本発明は、回転ヘッド（ロータリヘッド）にその円周方向に所定間隔で複数のノズルホルダを下降可能に設けた部品実装機に関する発明である。

回転ヘッド型の部品実装機は、例えば特許文献１（特開２００４−３９８１８号公報）に記載されているように、回転ヘッドにその円周方向に複数のノズルホルダを所定間隔で下降可能に設けると共に、各ノズルホルダにそれぞれ吸着ノズルを下向きに保持させ、更に、Ｒ軸駆動機構により回転ヘッドをＲ軸（鉛直軸）の回りを回転させることで、複数のノズルホルダをそれらに保持した複数の吸着ノズルと一体的に該回転ヘッドの円周方向に旋回させると共に、その旋回軌道の所定位置で、Ｚ軸駆動機構により１つのノズルホルダを下降させることで部品の吸着・実装を行い、Ｑ軸駆動機構により各ノズルホルダをその軸心線の回りを回転させることで、各ノズルホルダに保持した各吸着ノズルに吸着した各部品の向き（角度）を修正するようにしたものがある。

特開２００４−３９８１８号公報

ノズルホルダに保持させる吸着ノズルは、吸着する部品の種類（サイズ、形状等）に応じた適切な径寸法・パッド形状の吸着ノズルを使用する必要がある。このため、ノズルホルダに保持させる吸着ノズルを、吸着する部品の種類に応じて交換できるように構成したものがあるが、回転ヘッドを交換できないため、その回転ヘッドに組み付けられたノズルホルダに取付可能な吸着ノズルの種類（サイズ、形状等）が制限されてしまい、吸着可能な部品の種類が制限されてしまう。

この課題を解決するために、本発明者は、部品実装機のヘッド移動機構に回転ヘッドを交換可能に取り付ける構成を研究しているが、回転ヘッドとＲ軸駆動機構やＱ軸駆動機構等の駆動ユニットを含む部品吸着装置全体を部品実装機のヘッド移動機構から取り外して自動交換するように構成すると、交換する装置部分が大型化・高コスト化してしまう。

そこで、本発明の目的は、交換する回転ヘッドの小型化・低コスト化や交換作業スペースの省スペース化を実現できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明は、回転ヘッドを駆動ユニットから分離して着脱できるように構成して、交換する全ての回転ヘッドに対して駆動ユニットを共通して使用できるようにする技術思想であるが、この場合、回転ヘッドを駆動ユニットから分離して取り外すと、回転ヘッドに保持されているノズルホルダが任意のギア位相に自由に回転できる状態になるため、回転ヘッドを部品吸着装置の駆動ユニットに連結する際に、駆動ユニットのギア位相を回転ヘッドのギア位相に合わせる必要がある。

そこで、本発明は、上下方向に延びるＲ軸の回りを回転可能に設けられた回転ヘッドと、前記回転ヘッドにその円周方向に所定間隔で下降可能に保持された複数のノズルホルダと、前記複数のノズルホルダにそれぞれ下向きに保持され、部品を吸着する複数の吸着ノ
ズルと、前記回転ヘッドを前記Ｒ軸の回りを回転させることで前記複数のノズルホルダを前記複数の吸着ノズルと一体的に該回転ヘッドの円周方向に旋回させるＲ軸駆動機構と、前記複数のノズルホルダをそれぞれ各ノズルホルダの軸心線の回りを回転させることで各ノズルホルダに保持された各吸着ノズルに吸着した各部品の向きを修正するＱ軸駆動機構とを備えた部品吸着装置をヘッド移動機構によって移動させるように構成した部品実装機において、前記Ｒ軸駆動機構と前記Ｑ軸駆動機構を組み付けた駆動ユニットが前記ヘッド移動機構に取り付けられ、前記駆動ユニットに対して、前記複数のノズルホルダが保持された前記回転ヘッドが着脱可能に連結され、前記回転ヘッドには、前記Ｑ軸駆動機構の回転力を前記各ノズルホルダに伝達するノズル回転ギア機構が設けられ、前記ノズル回転ギア機構には、該ノズル回転ギア機構の基準となるギア位相を表示する基準ギア位相表示部が設けられていることを特徴とするものである。

この構成では、部品吸着装置の駆動ユニットから回転ヘッドを分離して着脱できるため、交換する全ての回転ヘッドに対して駆動ユニットを共通して使用できる。これにより、交換する回転ヘッドに駆動ユニットを組み付ける必要がなくなり、交換する回転ヘッドの小型化・低コスト化や交換作業スペースの省スペース化を実現できる。しかも、回転ヘッドのノズル回転ギア機構に基準ギア位相表示部が設けられているため、基準ギア位相表示部の位置によって回転ヘッドのギア位相（ノズル回転ギア機構のギア位相）を検出できる。これにより、回転ヘッドを部品吸着装置の駆動ユニットに連結する際に、基準ギア位相表示部の位置を基準にして部品吸着装置の駆動ユニットのギア位相を回転ヘッドのギア位相に正確に合わせることができる。

更に、本発明は、交換用の回転ヘッドを載置する回転ヘッド載置台と、ヘッド移動機構によって移動するカメラとを備え、基準ギア位相表示部は、前記回転ヘッド載置台に載置された回転ヘッドの上方から前記カメラで撮像可能な位置に設けられ、部品実装機の動作を制御する制御装置は、前記回転ヘッド載置台に載置された前記回転ヘッドの前記基準ギア位相表示部を前記カメラで撮像して該基準ギア位相表示部の位置を認識し、その認識結果に基づいて前記駆動ユニットのギア位相を前記回転ヘッドのギア位相に合わせて該駆動ユニットを該回転ヘッドと連結するようにすると良い。このようにすれば、部品実装機の回転ヘッド載置台に載置された回転ヘッドのギア位相がどの様なギア位相であっても、部品吸着装置の駆動ユニットのギア位相を回転ヘッド載置台上の回転ヘッドのギア位相に自動的に合わせて連結することができる。

具体的には、ノズル回転ギア機構は、前記回転ヘッドに回転可能に保持された円筒ギアと、各ノズルホルダにそれぞれ取り付けられた小ギアとを噛み合わせ、駆動ユニットのＱ軸駆動機構によって前記円筒ギアを回転させて各ノズルホルダの小ギアを回転させることで前記各ノズルホルダを回転させるように構成され、前記円筒ギアは、前記回転ヘッドに回転可能に保持された構成とすれば良い。これにより、駆動ユニットのＱ軸駆動機構の回転力を各ノズルホルダに伝達するノズル回転ギア機構を、１つの円筒ギアと各ノズルホルダの小ギアとで構成できる。

また、駆動ユニットには、回転ヘッドの回転により所定位置まで回転されたノズルホルダを下降させるＺ軸駆動機構を設けた構成としても良い。このようにすれば、交換する全ての回転ヘッドに対してＺ軸駆動機構も共通して使用することができる。

図１は本発明の一実施例の部品吸着装置の駆動ユニットから回転ヘッドを取り外した状態を示す斜視図である。 図２は部品吸着装置の駆動ユニットに回転ヘッドを連結した状態を示す斜視図である。 図３は回転ヘッドの斜視図である。 図４は回転ヘッドの基準ギア位相表示部をカメラで撮像して認識する動作を説明する正面図である。 図５は回転ヘッドの基準ギア位相表示部をカメラで撮像して認識する動作を説明する上面図である。 図６は部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、部品実装機の部品吸着装置１０の構成を説明する。

部品吸着装置１０の回転ヘッド１１には、その円周方向に所定間隔で複数のノズルホルダ１２が下降可能に保持され、各ノズルホルダ１２の下部には、それぞれ部品を吸着する吸着ノズル１３が下向きに保持されている。各ノズルホルダ１２は、それぞれスプリング３６によって上方に付勢されている。尚、図１、図２には、ノズルホルダ１２が１本のみ図示され、他のノズルホルダ１２の図示が省略されている。

回転ヘッド１１は、駆動ユニット４１の下方に延びるＲ軸１４に交換可能（着脱可能）に連結され、該Ｒ軸１４の上端には、Ｒ軸駆動機構１５のＲ軸ギア１６が同心状に固定されている。このＲ軸ギア１６には、Ｒ軸モータ１７の回転軸１８に固定されたギア１９が噛み合い、Ｒ軸モータ１７のギア１９の回転によりＲ軸ギア１６が回転して、回転ヘッド１１がＲ軸１４を中心にして回転することで、複数のノズルホルダ１２が複数の吸着ノズル１３と一体的に該回転ヘッド１１の円周方向に旋回するようになっている。

Ｒ軸１４には、Ｑ軸駆動機構２０のＱ軸ギア２１が回転可能に挿通され、該Ｑ軸ギア２１には、Ｑ軸モータ２４の回転軸２５に固定されたギア２６が噛み合い、Ｑ軸モータ２４のギア２６の回転によりＱ軸ギア２１がＲ軸１４の回りを回転するようになっている。Ｑ軸ギア２１の下面に、リング状のフランジ部４２が下方に突出するように設けられ、該フランジ部４２の外周面に、回転ヘッド１１のギア位相を駆動ユニット４１のＱ軸ギア２１の位相に合わせるための一対の位置決めローラ４３が所定間隔をあけて設けられている。これにより、一対の位置決めローラ４３は、Ｑ軸ギア２１と一体的にＲ軸１４の回りを回転するようになっている。

Ｒ軸１４は、回転ヘッド１１を着脱可能に保持するヘッド保持部として機能し、該Ｒ軸１４の下端部に、回転ヘッド１１を着脱可能に係合保持するための複数（例えば４個）の係合部材４５が上下方向に移動可能に設けられ、各係合部材４５の近傍には、それぞれ係合部材４５を上下方向に駆動するエアシリンダ（図示せず）が設けられている。各係合部材４５は、それぞれＬ字状又はＪ字状に形成されて、Ｒ軸１４の円周方向に等間隔に配列され、各係合部材４５の爪部の向きがＲ軸１４の正回転方向（又は逆回転方向）と同じ方向となるように揃えられている。

一方、回転ヘッド１１には、Ｑ軸ギア２１の回転力を各ノズルホルダ１２に伝達するノズル回転ギア機構４７が設けられている。ノズル回転ギア機構４７は、回転ヘッド１１の上部側に同心状に回転可能に保持された円筒ギア４８と、各ノズルホルダ１２にそれぞれ取り付けられた小ギア４９とを噛み合わせ、駆動ユニット４１のＱ軸ギア２１によって円
筒ギア４８を回転さて各ノズルホルダ１２の小ギア４９を回転させることで、各ノズルホルダ１２がそれぞれ各ノズルホルダ１２の軸心線の回りを回転して、各ノズルホルダ１２に保持された各吸着ノズル１３に吸着した各部品の向き（角度）を修正するようになっている。

円筒ギア４８は、Ｒ軸１４を挿入できるように形成されている。図３に示すように、回転ヘッド１１の上面部のうちの円筒ギア４８の内側の位置には、Ｒ軸１４の各係合部材４５を挿通するための複数の長孔５０が円周方向に等間隔に形成され、各長孔５０の一方向側に、係合部材４５の爪部が係合する被係合ピン５１（被係合部材）が回転ヘッド１１の径方向に貫通固定されている。各長孔５０内のうちの被係合ピン５１の側方には、係合部材４５が上下方向にすり抜ける隙間が確保されている。

駆動ユニット４１に回転ヘッド１１を連結する際に、Ｒ軸１４を円筒ギア４８内に挿入してＲ軸１４の各係合部材４５を回転ヘッド１１の各長孔５０に挿通し、Ｒ軸ギア１６の回転によりＲ軸１４を回転させて各係合部材４５を各長孔５０内の被係合ピン５１に係合させた状態で各係合部材４５を引き上げて保持する。

円筒ギア４８の上端部の所定位置には、位置決め突起部５３が上方に突出するように形成され、該位置決め突起部５３の上面には、該円筒ギア４８の基準となるギア位相を表示する基準マーク５４（基準ギア位相表示部）が形成されている。駆動ユニット４１に回転ヘッド１１を連結する際に、図２に示すように、位置決め突起部５３がＱ軸ギア２１の一対の位置決めローラ４３間に挟み込まれることで、Ｑ軸ギア２１に対して円筒ギア４８が回り止めされ、Ｑ軸ギア２１と円筒ギア４８とが一体に回転する状態となる。

駆動ユニット４１には、Ｒ軸駆動機構１５とＱ軸駆動機構２０の他にＺ軸駆動機構２８が組み付けられ、該Ｚ軸駆動機構２８により、ノズルホルダ１２の旋回軌道の所定の停止位置で、ノズルホルダ１２を下降させるように構成されている。Ｚ軸駆動機構２８は、アクチュエータとしてＺ軸モータ２９を用い、このＺ軸モータ２９により送りねじ３０を回転させてＺ軸スライド３１を上下方向に移動させることで、ノズルホルダ１２の上端に設けられた係合片３２に該Ｚ軸スライド３１を係合させて該ノズルホルダ１２を上下動させるようになっている。尚、Ｚ軸モータ２９としてリニアモータを用いてＺ軸スライド３１を上下方向に移動させるようにしても良い。或は、リニアモータに代えて、リニアソレノイド、エアーシリンダ等を用いても良い。Ｚ軸駆動機構２８は、１個のみ設けるようにしても良いし、回転ヘッド１１の円周方向に所定角度間隔で複数個設けるようにしても良い。

以上のように構成した部品吸着装置１０の駆動ユニット４１は、部品実装機のヘッド移動機構５５（図６参照）に支持されてＸＹＺ方向に移動するようになっている。部品実装機の制御装置５６（制御手段）は、生産プログラムに従って、ヘッド移動機構５５、駆動ユニット４１のＲ軸モータ１７、Ｑ軸モータ２４及びＺ軸モータ２９を制御して、複数のフィーダ５７から供給される部品を吸着ノズル１３に吸着して回路基板に実装する動作を制御する。

部品実装機には、回路基板の基準マークを撮像するカメラ５８が搭載され、ヘッド移動機構５５によってカメラ５８が部品吸着装置１０と一体的に移動するようになっている。更に、部品実装機には、駆動ユニット４１から取り外した回転ヘッド１１を載置する回転ヘッド載置台６０（図４参照）が設けられている。回転ヘッド載置台６０上には、複数の交換用の回転ヘッド１１を載置できるようになっている。カメラ５８は、回路基板の基準マークの他に、回転ヘッド載置台６０上の回転ヘッド１１の基準マーク５４を撮像するカメラとしても使用される。

次に、回転ヘッド載置台６０に載置されている回転ヘッド１１を部品吸着装置１０の駆動ユニット４１に連結する方法を説明する。

まず、図４に示すように、回転ヘッド載置台６０に載置されている回転ヘッド１１の上方へカメラ５８を移動させて、カメラ５８で円筒ギア４８の上端部を撮像して、それを画像処理して基準マーク５４の有無を判定し、基準マーク５４が無いと判定されれば、カメラ５８の位置（撮像エリア）を円筒ギア４８の円周方向に少しずらして撮像し、それを画像処理して基準マーク５４の有無を判定するという処理を繰り返して基準マーク５４を探し出す（図５参照）。これにより、基準マーク５４（位置決め突起部５３）の位置を検出して、円筒ギア４８の位相を検出する。

この後、ヘッド移動機構５５により駆動ユニット４１のＲ軸１４を回転ヘッド１１の上方へ移動させると共に、Ｑ軸モータ２４により該駆動ユニット４１のＱ軸ギア２１の位相を回転ヘッド１１の円筒ギア４８の位相に合わせる。この後、ヘッド移動機構５５により駆動ユニット４１を下降させてＲ軸１４を円筒ギア４８内に挿入し、Ｑ軸ギア２１の一対の位置決めローラ４３間に円筒ギア４８の位置決め突起部５３を挟み込む。この際、Ｒ軸１４の各係合部材４５を回転ヘッド１１の各長孔５０に挿通し、Ｒ軸モータ１７によりＲ軸ギア１６を回転させてＲ軸１４を回転させて各係合部材４５を各長孔５０内の被係合ピン５１に係合させた後、エアシリンダ（図示せず）により各係合部材４５を引き上げて係合状態を保持する。これにより、駆動ユニット４１に回転ヘッド１１を連結する動作が完了する。

以上説明した本実施例によれば、部品吸着装置１０の駆動ユニット４１から回転ヘッド１１を分離して着脱できるため、交換する全ての回転ヘッド１１に対して駆動ユニット４１を共通して使用できる。これにより、交換する回転ヘッド１１に駆動ユニット４１を組み付ける必要がなくなり、交換する回転ヘッド１１の小型化・低コスト化や交換作業スペースの省スペース化を実現できる。しかも、回転ヘッド１１のノズル回転ギア機構４７の円筒ギア４８に、基準ギア位相を表示する基準マーク５４（位置決め突起部５３）を設けているため、基準マーク５４（位置決め突起部５３）の位置によって回転ヘッド１１のギア位相（ノズル回転ギア機構４７のギア位相）を検出できる。これにより、回転ヘッド１１を部品吸着装置１０の駆動ユニット４１に連結する際に、基準マーク５４（位置決め突起部５３）の位置を基準にして部品吸着装置１０の駆動ユニット４１のギア位相（Ｑ軸ギア２１の位相）を回転ヘッド１１のギア位相に正確に合わせることができる。

しかも、本実施例では、回転ヘッド載置台６０に載置された回転ヘッド１１の基準マーク５４をその上方からカメラ５８で撮像して該基準マーク５４の位置を認識し、その認識結果に基づいて駆動ユニット４１のギア位相を回転ヘッド１１のギア位相に合わせて該駆動ユニット４１を該回転ヘッド１１と連結するようにしたので、部品実装機の回転ヘッド載置台６０に載置された回転ヘッド１１のギア位相がどの様なギア位相であっても、部品吸着装置１０の駆動ユニット４１のギア位相を回転ヘッド載置台６０上の回転ヘッド１１のギア位相に自動的に合わせて連結することができる。これにより、回転ヘッド載置台６０に回転ヘッド１１を載置する際に、回転ヘッド１１のギア位相を特定の位相に合わせる必要がなくなり、回転ヘッド載置台６０の構造を簡略化して、回転ヘッド載置台６０の部品点数削減やコスト削減を実現できる。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、例えば、駆動ユニット４１に回転ヘッド１１を係合保持する構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

１０…部品吸着装置、１１…回転ヘッド、１２…ノズルホルダ、１３…吸着ノズル、１４…Ｒ軸、１５…Ｒ軸駆動機構、１６…Ｒ軸ギア、１７…Ｒ軸モータ、２０…Ｑ軸駆動機構、２１…Ｑ軸ギア、２４…Ｑ軸モータ、２８…Ｚ軸駆動機構、２９…Ｚ軸モータ、３０…送りねじ、３１…Ｚ軸スライド、３２…係合片、４１…駆動ユニット、４３…位置決めローラ、４５…係合部材、４７…ノズル回転ギア機構、４８…円筒ギア、４９…小ギア、５０…長孔、５１…被係合ピン、５３…位置決め突起部、５４…基準マーク（基準ギア位相表示部）、５５…ヘッド移動機構、５６…制御装置、５８…カメラ、６０…回転ヘッド載置台

Claims (4)

1. 上下方向に延びるＲ軸の回りを回転可能に設けられた回転ヘッドと、
   前記回転ヘッドにその円周方向に所定間隔で下降可能に保持された複数のノズルホルダと、
   前記複数のノズルホルダにそれぞれ下向きに保持され、部品を吸着する複数の吸着ノズルと、
   前記回転ヘッドを前記Ｒ軸の回りを回転させることで前記複数のノズルホルダを前記複数の吸着ノズルと一体的に該回転ヘッドの円周方向に旋回させるＲ軸駆動機構と、
   前記複数のノズルホルダをそれぞれ各ノズルホルダの軸心線の回りを回転させることで各ノズルホルダに保持された各吸着ノズルに吸着した各部品の向きを修正するＱ軸駆動機構と
   を備えた部品吸着装置をヘッド移動機構によって移動させるように構成した部品実装機において、
   前記Ｒ軸駆動機構と前記Ｑ軸駆動機構を組み付けた駆動ユニットが前記ヘッド移動機構に取り付けられ、
   前記駆動ユニットに対して、前記複数のノズルホルダが保持された前記回転ヘッドが着脱可能に連結され、
   前記回転ヘッドには、前記Ｑ軸駆動機構の回転力を前記各ノズルホルダに伝達するノズル回転ギア機構が設けられ、
   前記ノズル回転ギア機構には、該ノズル回転ギア機構の基準となるギア位相を表示する基準ギア位相表示部が設けられていることを特徴とする部品実装機。
2. 交換用の回転ヘッドを載置する回転ヘッド載置台と、前記ヘッド移動機構によって移動するカメラとを備え、
   前記基準ギア位相表示部は、前記回転ヘッド載置台に載置された前記回転ヘッドの上方から前記カメラで撮像可能な位置に設けられ、
   部品実装機の動作を制御する制御装置は、前記回転ヘッド載置台に載置された前記回転ヘッドの前記基準ギア位相表示部を前記カメラで撮像して該基準ギア位相表示部の位置を認識し、その認識結果に基づいて前記駆動ユニットのギア位相を前記回転ヘッドのギア位相に合わせて該駆動ユニットを該回転ヘッドと連結することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
3. 前記ノズル回転ギア機構は、前記回転ヘッドに回転可能に保持された円筒ギアと、前記各ノズルホルダにそれぞれ取り付けられた小ギアとを噛み合わせ、前記駆動ユニットの前記Ｑ軸駆動機構によって前記円筒ギアを回転させて前記各ノズルホルダの前記小ギアを回転させることで前記各ノズルホルダを回転させるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装機。
4. 前記駆動ユニットには、前記回転ヘッドの回転により所定位置まで回転された前記ノズルホルダを下降させるＺ軸駆動機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装機。

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