JP6549709B2 - 部品装着機 - Google Patents

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Description

本発明は、吸着保持した部品の解放ミスに対応した部品装着機に関する。
例えば、電子部品装着機は、回路基板に対して電子部品を装着するための吸着ノズルを備えた装着ヘッドが搭載され、その吸着ノズルによって吸着保持された電子部品が部品供給部から取り出されて回路基板へと装着される。吸着ノズルによる電子部品の吸着保持は、吸着口に電子部品が当てられた後、真空引きによってノズル内が負圧になることによって行われる。そうした吸着保持により部品供給装置から取り出された電子部品は、装着ヘッドの移動によって回路基板へと移され、その回路基板上の所定位置に置かれた後、吸着ノズルの真空引きが解除されることにより解放される。
特開平8−250897号公報 特開2011−159964号公報
前述したような部品装着機では、真空引きの解除により電子部品が解放されるようになっているが、電子部品が回路基板に装着されることなく、吸着口から離れずに着いたまま残ってしまうことがある。そうした場合、吸着ノズルが上昇するのに伴い電子部品も着いたまま持ち上げられてしまう、いわゆる持ち帰り現象が生じ、その電子部品が装着ヘッドの移動の途中で落下してしまうことがある。そして、電子部品が回路基板上に落下するなどして、生産基板の品質低下や生産不良などの悪影響を及ぼすことが問題になっている。
また、前記特許文献1,2には回路基板への装着作業の他に、電子部品の部品計測を行う部品計測器が開示されている。このような部品計測器では、装着ヘッドによって電子部品が運ばれ、同じように真空引きの解除によって解放された電子部品が計測箇所にセットさる。しかし、部品計測器では、回路基板への部品装着のようにハンダやフラックスなどが塗布されているわけではないため、より吸着ノズルに電子部品が残り易くなる。そして、この場合も、電子部品の持ち帰りによって途中で電子部品が落下し、生産基板の品質低下や生産不良などの悪影響を引き起こしてしまう。
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、装着ヘッドの部品持ち帰りに対応する部品装着機を提供することを目的とする。
本発明の一態様における部品装着機は、所定の位置に基板を搬送する基板搬送装置と、複数の部品を収容した部品供給装置と、吸着ノズルの真空引きにより部品の吸着保持が可能な装着ヘッドが搭載され、前記部品供給装置から取り出した部品を前記基板搬送装置によって搬送された基板に装着する部品装着装置と、前記各装置を制御する制御装置と、周囲が囲まれた部品測定部内に部品が置かれて当該部品に対する測定が実行される部品測定装置とを有し、前記部品装着装置は、前記制御装置の駆動制御により、前記装着ヘッドの吸着ノズルに対して、部品を下降させる下降工程および部品を解放する部品解放工程が行われた後、途中の高さまで上昇する第1上昇工程と、その第1上昇工程による高さで行われる部品吸着工程と、その部品吸着工程後の第2上昇工程とが行われるようにしたものであり、前記第1上昇工程は、前記吸着ノズルの吸着口が前記部品測定部内にある


本発明によれば、部品装着装置に対する制御装置の駆動制御により、吸着ノズルによって吸着保持した部品を下降させて解放が行われた後、吸着ノズルの上昇を第1上昇工程と第2上昇工程とに分け、途中で部品を吸着保持する部品吸着工程が行われるようにしたため、仮に吸着ノズルに部品が着いて残ってしまう持ち帰りが生じたとしても、部品の再吸着保持が行われる。よって、電子部品の持ち帰りによって途中で電子部品が落下して生じる悪影響を防止することができる。
部品装着機の一実施形態を示した一部透視の外観斜視図である。 装着ヘッドの内部構造を示した側面図である。 部品装着機の制御装置の概略を示したブロック図である。 作業プログラムによる駆動制御のうち、部品計測器に対して行われる装着ヘッドの制御フロー図である。 部品計測器に対して電子部品を配置する状態を示した側面図である。
次に、本発明に係る部品装着機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、回路基板に電子部品を装着する電子部品装着機を例に挙げて説明する。図1は、その電子部品装着機を示した一部を透視させた外観斜視図である。ここで示すものは、複数の電子部品装着機1が幅方向に並べられ、各電子部品装着機1の内部を回路基板が順番に搬送され、各々において所定の電子部品が装着されるものである。図1では、ベース100上に2台の電子部品装着機1を設置したものを示しているが、電子部品装着機1の台数は製造内容によって自由に変更可能である。
電子部品装着機1は、幅方向側面に大きな開口部を有し、その開口部を通して隣り合う電子部品装着機1との間で回路基板の受け渡しが行われる。なお、以下の説明の中で示す方向については、図1に示すように、回路基板を搬送する方向である電子部品装着機1の幅方向をX軸方向とし、それに直交する電子部品装着機1の長手方向をY軸方向、更に、電子部品装着機1の高さ方向をZ軸方向とする。
電子部品装着機1は、長手方向の中央部に回路基板を搬送する基板搬送装置2があり、図面に表現した手前側(電子部品装着機1の前方側)に電子部品を供給する部品供給装置3が構成されている。また、電子部品の吸着保持や解放を行う装着ヘッド15を有し、その装着ヘッド15を移動させる駆動機構を備えた部品装着装置4が構成されている。電子部品装着機1は、こうした基板搬送装置2、部品供給装置3及び部品装着装置4などが装着機本体101上に組み付けられ、それらを覆う本体カバー102が装着機本体101と一体に形成されている。
基板搬送装置2は、同じ構成の2つの搬送部201,202が並設され、回路基板の搬送や、その回路基板に対する電子部品の装着作業が2箇所で行われるようになっている。搬送部201,202は、共に回路基板の幅寸法に合わせて一対のガイドが平行に設置され、そのガイドに回路基板をX軸方向に移動させるためのコンベアが設けられている。また、部品供給装置3は、装着機本体101の前方開口部にデバイステーブル12が設置され、そこに複数のテープフィーダ11が搭載されている。テープフィーダ11は、電子部品を収容したテープがリールから巻き出され、電子部品が一つずつ機内の部品供給位置へと供給されるものである。
部品供給装置3によって供給された電子部品は、部品装着装置4によって取り出されて回路基板へと装着される。部品装着装置4は、電子部品を取り扱う装着ヘッド15がXY平面上を移動可能に構成されている。天井部分に2本のY軸レール16が平行になって固定され、そのY軸レール16にY軸スライダ17が摺動自在に取り付けられている。Y軸スライダ17にはナット18が固定され、Y軸サーボモータ19に連結されたネジ軸20がナット18を貫通して螺合し、ボールネジ機構が構成されている。
ここで、図2は、装着ヘッド15の内部構造を示した側面図である。Y軸スライダ17には上下一対のX軸レール21が形成され、そのX軸レール21に対してX軸スライダ22が摺動自在に取り付けられている。装着ヘッド15は、このX軸スライダ22に搭載されている。そして、Y軸スライダ17にはX軸サーボモータが固定され、その出力軸に連結されたネジ軸23が、X軸スライダ22に固定されたナット24を貫通して螺合し、ボールネジ機構が構成されている。
X軸スライダ22には上下にフレーム25,26が水平に張り出し、上方のフレーム25には、旋回用モータ27と昇降用モータ28が出力軸を鉛直下向きにして取り付けられている。旋回用モータ27の出力軸には鉛直方向に配置された回転軸29が連結され、フレーム25,26を貫通した下端部にノズルホルダ31が固定されている。ノズルホルダ31には、回転軸29の軸心を中心とする円周上に複数の吸着ノズル32が取り付けられている。
各吸着ノズル32は、ノズルホルダ31を上下方向に貫通して摺動可能なスピンドル33と一体になって形成されている。スピンドル33は、上端部に固定されたノズルギヤ35とノズルホルダ31との間にスプリング36が設けられ、常に上方へ付勢されている。ただし、ノズルホルダ31の下面にスピンドル33のフランジ部331が突き当てられ、上方への移動が制限されているため、通常時の吸着ノズル32は、図示する上限位置に位置決めされている。なお、ノズルギヤ35は、ギヤ37,38,39を介してサーボモータ41の回転が伝達されるよう構成され、全ての吸着ノズル32が一斉に自転するようになっている。
昇降用モータ28は、その出力軸にネジ軸42が連結されている。そのネジ軸42は、上下のフレーム25,26に設けられた軸受によって回動自在に支持されている。また、フレーム25,26には鉛直に配置されたガイドロッド43が固定され、そのガイドロッド43に対してノズルレバー45が摺動自在に取り付けられている。ノズルレバー45にはナット46が固定され、そのナット46をネジ軸42が貫通して螺合し、ボールネジ機構が構成されている。ノズルレバー45は、スピンドル33を上から押圧するハンド部451が形成され、昇降用モータ28の駆動によって上下動することにより、ハンド部451を介して吸着ノズル32を上下動させるようになっている。
また、装着ヘッド15は、フレーム26にブラケット47が固定され、吸着ノズル32に吸着保持された電子部品Pを撮像するノズル用カメラ48が設けられている。従って、本実施形態の電子部品装着機1では、装着ヘッド15による吸着保持し或いは解放により、電子部品Pが吸着ノズル32の先端に有るか無いかの判断が可能になっている。そこで、装着ヘッド15には、LED49から照射された光が電子部品Pの後方にある反射体51によって反射し、更にブラケット47内の反射プリズム52を通ってノズル用カメラ48に入射するようにした検出装置が構成されている。
次に、電子部品装着機1には、各装置の駆動を制御するための制御装置が設けられている。図3は、その制御装置の概略を示したブロック図である。制御装置5は、CPUのほかにROMやRAM、不揮発性メモリといった記憶装置などを備えたコンピュータを主体とするコントローラ61を有し、基板搬送装置2、部品供給装置3および部品装着装置4を構成するサーボモータなどの駆動手段を駆動させる各々の駆動回路62が設けられている。従って、コントローラ61は、駆動回路62を介して各装置の駆動手段に接続されている。コントローラ61は、その他にも表示装置6やノズル用カメラ48及びパーツカメラ55などにも接続されている。
コントローラ61では、CPUによって様々なデータ処理が行われ、記憶装置であるROMにはシステムプログラムが格納されている。システムプログラムがCPUによって読み出されることにより、電子部品装着機1の駆動部全体について制御管理が行われる。RAMは、計算データや表示データが一時的に記憶されるものであり、また同じ記憶装置である不揮発性メモリには、生産対象となる電子回路基板を作成するための部品装着プログラムや各種パラメータなどが格納されている。特に、本実施形態では、装着ヘッド15による電子部品解放後の再吸着を実行する作業プログラムが格納されている。
続いて、本実施形態の電子部品装着機1の作用について説明する。電子部品装着機1の機体内部に搬入された回路基板は、基板搬送装置2によって作業位置まで搬送されて位置決めされる。そして、部品装着装置4の駆動により装着ヘッド15が所定の位置に移動し、そこで吸着ノズル32が昇降することにより、部品供給装置3から電子部品が取り出され、回路基板への装着が行われる。このとき、装着ヘッド15では、旋回用モータ27が駆動し、電子部品に対応した吸着ノズル32の割出しが行われる。また、ノズル用カメラ48によって電子部品が撮像され、その撮像データから電子部品の有無や種類などの確認が行われる。
部品装着装置4の駆動によって所定の位置に移動した装着ヘッド15は、電子部品の吸着保持や解放に当たって吸着ノズル32の昇降が行われる。吸着ノズル32の昇降は、昇降用モータ28の回転がボールネジ機構によって直線運動に変換され、ノズルレバー45がスピンドル33を上下動させることにより行われる。そして、吸着ノズル32では、真空引きによって先端の吸着口に電子部品が吸着保持され、真空引きの解除により吸着口から電子部品が解放される。
しかし、電子部品の解放は、真空引きを解除するだけで吸着ノズル32から積極的に取り外すわけではないため、前述したように、電子部品が吸着ノズル32に着いたままになってしまう、いわゆる持ち帰り現象が生じ得る。そして、移動途中で電子部品が落下して起こる生産不良などが課題であった。特に、本実施形態の部品装着機には、図1に示すように基板搬送装置2と部品供給装置3との間に部品計測器56が搭載されている。この部品計測器56には、単に電子部品が置かれるだけで、回路基板のようにハンダやフラックスが塗布されているわけではないため、より電子部品の持ち帰りが起きやすい。そこで、本実施形態では、部品計測器56に対して行う部品計測処理時の持ち帰りに対応した作業プログラムがコントローラ61に格納されている。
図4は、作業プログラムによる駆動制御のうち、部品計測器56に対して行われる装着ヘッド15の部品計測処理の制御フロー図である。また、図5は、部品計測器56に対して電子部品を配置する状態を示した側面図である。部品計測器56は、電子部品の電気特性であるインダクタンス、容量および抵抗の各値を測定するものであり、これにより吸着ノズル32によって部品供給装置3から取り出した電子部品が、予定された電子部品であるか否かの判定が可能になっている。そこで、電子部品装着機1の起動時や稼働中に各テープフィーダ11においてリールを新しく換えたような場合には、そのテープから最初に取り出された電子部品は、予定の電子部品であるかを判定するため先ず部品計測器56へと運ばれる。
部品計測器56に対して行われる部品計測処理では、部品装着装置4の駆動によって装着ヘッド15が対応するテープフィーダ11の部品供給位置に移動し、そこで吸着ノズル32が下降して電子部品を吸着保持して上昇する(S101)。電子部品の移送時には吸着ノズル32が真空引きされた状態にあるため、電子部品は吸着ノズル32に吸着保持された状態で安定している。そして、装着ヘッド15が部品計測器56へと移動して位置決めされた後(S102)、スピンドル33を介して吸着ノズル32が下降し、図5に示すように電子部品Pが部品計測器56の部品計測部561内に配置される(S103)。
部品計測器56の部品計測部561はすり鉢状に形成され、最も低い底部に電子部品Pが配置される。電子部品Pの配置後は、吸着ノズル32に対する真空引きが解除され(S104)、吸着ノズル32の第1上昇が行われる(S105)。第1上昇は、吸着ノズル32の先端が部品計測部561内に入っている状態の高さである。吸着ノズル32に電子部品が着いていた場合に、外れた電子部品Pが隣のパーツカメラ55などへ落ちてしまわないようにするためである。本実施形態では、部品計測部71の深さDが4.5mmであるが、第1上昇の高さHは、図5に示す状態から吸着ノズル32が2.5mm上昇した位置である。
このような第1上昇は、次の第2上昇よりも低速による駆動制御が行われる。吸着ノズル32に電子部品Pが着いていた場合に、上昇の途中で落ちてしまわないようにするためである。電子部品Pが落ちてしまい、姿勢を崩した状態で計測が行われた場合に、その値が電子部品自体の誤りなのか、姿勢による計測ミスなのか区別できなくなるからである。そして、第1上昇後に一旦停止した吸着ノズル32に対しては、真空引きによる再吸着が行われる(S106)。このとき、吸着ノズル32の先端に電子部品Pが着いていれば、再度吸着保持されて状態が安定する。
一方、吸着ノズル32の先端に電子部品Pが着いていない場合には単なる空気の吸い込みだけとなるが、この段階で電子部品Pの有無は判定できないため真空引きだけが継続される。そこで、再吸着が実行されたまま吸着ノズル32の第2上昇が行われる(S107)。この第2上昇は、電子部品Pが真空引きによって吸着保持されているため、通常速度の上昇となる。第2上昇後は、吸着ノズル32の先端が図2に示す位置にあるため、ノズル用カメラ48によって取得した撮像データから電子部品Pの有無が判定される(S108)。そこで、吸着ノズル32に電子部品Pが着いていた場合には(S108:YES)、その電子部品Pの廃棄が行われる(S109)。
電子部品装着機1には、図1に示すように基板搬送装置2と部品供給装置3との間に、部品計測器56のほかにパーツカメラ55、ノズルステーション57および回収ボックス58が設置されている。従って、廃棄工程では、装着ヘッド15が回収ボックス64の上方に移動し、そこで真空引きが解除されることにより、吸着ノズル32から離れた電子部品が落下して回収ボックス64内に投入される。空中で解放された電子部品Pは自重によって落下する。
このように電子部品Pが廃棄されてしまい、目的とする計測ができなかった場合には、S101〜S107の工程が繰り返される。すなわち、電子部品の廃棄が終了した後に再び該当するテープフィーダ11から電子部品が取り出され、それが部品計測器56へと運ばれる。一方、判定により電子部品が吸着ノズル32に着いていなければ(S108:NO)、次の処理が実行される。例えば、計測の結果、電子部品が予定された電子部品である場合には、その電子部品を回路基板へと装着するための部品装着処理へ移行し、予定外の電子部品である場合には、テープフィーダの交換が必要になるため待機処理となる。
ところで、本実施形態の電子部品装着機1は、電子部品の有無を判定するためのノズル用カメラ48が装着ヘッド15に搭載されている。しかし、電子部品装着機の中にはノズル用カメラ48が搭載されていないものも存在する。そうした電子部品装着機であっても、持ち帰り状態になった電子部品は確実に廃棄しなければならない。そこで、ノズル用カメラ48が非搭載の電子部品装着機では、電子部品の持ち帰りが生じているか否かにかかわらず、全ての場合に電子部品の廃棄工程が実行される。つまり、図4に示す制御フローのS108の工程が削除され、S101〜S107の工程を行った後、S109の部品廃棄工程が実行される。
具体的には、吸着ノズル32の第2上昇を終えた装着ヘッド15は、電子部品の有無にかかわらず真空引きが行われたまま回収ボックス64の上に移動し、そこで真空引きが解除される。持ち帰り状態であれば、電子部品が吸着ノズル32から離れて回収ボックス58内に落下し、電子部品が着いていなければ何も起こらない。そして、電子部品の持ち帰りがあった場合には、電子部品について計測エラー判定になるため、再び該当するテープフィーダ11から取り出された電子部品が部品計測器56へと運ばれ、S101〜S107の工程が繰り返される。一方、電子部品の計測が行われた場合には、その計測終了信号に基づいて次の処理が実行される。
前述した作業プログラムでは、部品計測処理の持ち帰りに対応した場合について説明したが、図4に示す部品計測処理の制御は、回路基板に対する電子部品の部品装着処理の制御として行ってもよい。電子部品の持ち帰りは、前述したように部品計測器56で起きやすく、電子部品の装着処理では回路基板にハンダなどが塗布されているため起こり難い。しかし、その可能性はゼロではなく、電子部品の持ち帰りが起きた場合には、落下した電子部品により生産基板などに悪影響が生じてしまう。よって、回路基板に対して行われる部品装着処理でも、図4に示す部品計測処理と同様の制御処理を実行することが有効である。
部品装着処理では、対応するテープフィーダ11から吸着ノズル32によって電子部品が吸着保持され(S101)、装着ヘッド15が回路基板上の装着位置に移動した後(S102)、吸着ノズル32の下降及び電子部品の解放によって、回路基板に対して電子部品の装着が行われる(S103,S104)。その後、吸着ノズル32の第1上昇が行われ(S105)、一旦停止した吸着ノズル32に対して真空引きによる再吸着が行われる(S106)。
そして、吸着ノズル32の第2上昇が行われ(S107)、ノズル用カメラ48によって取得した撮像データから電子部品の有無が判定される(S108)。吸着ノズル32に電子部品が着いている場合には廃棄処理が行われ(S108:YES,S109)、再び該当するテープフィーダ11の電子部品に対してS101〜S107の工程が繰り返される。一方、判定により電子部品が吸着ノズル32に着いていなければ、次の電子部品について部品装着処理が実行される(S108:NO)。
また、この電子部品装着機1が、装着ヘッド15にノズル用カメラ48が搭載されていないものである場合は、図4に示すフローのS108の工程が削除され、S101〜S107の各工程が行われた後、S109における電子部品の廃棄が行われる。ただし、この部品装着処理では、パーツカメラ55上を通ることで電子部品の有無が判断される。その結果、電子部品が吸着ノズル32に着いていなければ次の処理で別の個所の部品装着が行われ、電子部品が吸着ノズル32に着いていれば次の処理で再び同じ個所に対して電子部品の装着が行われる。
よって、本実施形態の電子部品装着機1によれば、部品計測処理や部品装着処理で電子部品の持ち帰り現象が生じたとしても、第1上昇(S105)後に電子部品の再吸着(S106)を行うようにしたため、電子部品が落ちてしまって起きる生産基板の品質低下や生産不良、パーツカメラ55による撮像障害などの悪影響を防止することができる。そして、こうした効果は、従来の電子部品装着機そのままで、図4に示す工程を加えたプログラムに変更するだけで達成することができるため、低コストでの実現が可能である。また、電子部品装着機1は装着ヘッド15にノズル用カメラ48が搭載されているため、電子部品の持ち帰り状態を第2上昇の時点で判断することができるため、その後の廃棄処理を省略して次の処理に移行することができ、時間短縮になる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、部品装着機として電子部品を回路基板に装着する電子部品装着機1を例に挙げて説明したが、それ以外の部品装着機であってもよい。従って、部品の持ち帰り現象が生じる状況として部品計測処理や部品装着処理を例に挙げたが、それ以外の処理で生じる場合には当該処理においても本発明を採用することができる。
1…電子部品装着機 2…基板搬送装置 3…部品供給装置 4…部品装着装置 5…制御装置 15…装着ヘッド 32…吸着ノズル 48…ノズル用カメラ 56…部品計測器 58…回収ボックス






Claims (4)

  1. 所定の位置に基板を搬送する基板搬送装置と、
    複数の部品を収容した部品供給装置と、
    吸着ノズルの真空引きにより部品の吸着保持が可能な装着ヘッドが搭載され、前記部品供給装置から取り出した部品を前記基板搬送装置によって搬送された基板に装着する部品装着装置と、
    前記各装置を制御する制御装置と、
    周囲が囲まれた部品測定部内に部品が置かれて当該部品に対する測定が実行される部品測定装置とを有し、
    前記部品装着装置は、前記制御装置の駆動制御により、前記装着ヘッドの吸着ノズルに対して、部品を下降させる下降工程および部品を解放する部品解放工程が行われた後、途中の高さまで上昇する第1上昇工程と、その第1上昇工程による高さで行われる部品吸着工程と、その部品吸着工程後の第2上昇工程とが行われるようにしたものであり、
    前記第1上昇工程は、前記吸着ノズルの吸着口が前記部品測定部内にあることを特徴とする部品装着機。
  2. 前記部品装着装置は、前記制御装置の駆動制御により、前記第2上昇工程の後、廃棄部品を回収する回収部へ部品を廃棄する廃棄工程が行われるようにしたものであることを特徴とする請求項1に記載の部品装着機。
  3. 前記装着ヘッドが、前記吸着ノズルによって吸着保持した部品の有無を検出する部品検出装置を備えたものであり、
    前記部品装着装置は、前記制御装置の駆動制御により、前記第2上昇工程の後、前記部品検出装置の検出により前記吸着ノズルに部品が吸着保持されていると判定された場合には、廃棄部品を回収する回収部へ当該部品を廃棄する廃棄工程が行われ、部品が無いと判定された場合には次の処理の準備が行われるようにしたものであることを特徴とする請求項1に記載の部品装着機。
  4. 前記部品装着装置は、前記制御装置の駆動制御により、前記吸着ノズルの上昇速度が、前記第2上昇工程より前記第1上昇工程の方が低速になるようにしたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載する部品装着機。
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