JP6845671B2 - 部品実装装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品実装装置及びその制御方法に関する。

従来、電子部品のリード端子を電子回路基板の挿入孔に挿入して、電子部品を電子回路基板に実装している。このリード端子が曲がっている場合などにリード端子を挿入孔に挿入できない不具合がある。

これに対し、たとえば、特許文献１の部品挿入装置では、挿入部品をチャックで保持し、そのリード端子をプリント基板の挿入穴に挿入する。このとき、リード端子の挿入穴への挿入不良が検知されると、チャックを振動させながら、リード端子を挿入穴に挿入する。

特開２０１１−０４１４０３号公報

しかし、特許文献１の部品挿入装置では、挿入不良をロボットアームとチャックとの間に設けられた板バネの変形で検知している。そして、チャックに把持された挿入部品のリード端子をロボットアームで基板に挿入する際に、ロボットアームとチャックとの間に設けられた板バネが変形して挿入不良が検知されると、挿入動作を一旦停止する。そして、チャックを振動させながら、リード端子を挿入穴に挿入する。

従って、この従来の部品挿入装置には、部品の挿入動作を連続的に行うことができないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、部品の挿入動作を連続的に行うことが可能な部品実装装置及びその制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様(aspect)に係る部品実装装置は、挿入ピンを有する部品の前記挿入ピンを基板の挿入孔に挿入して前記部品を前記基板に実装する部品実装装置であって、前記部品を保持する保持体と、前記保持体を押圧して所定の移動経路上を移動させる押圧機構と、前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を検知する位置検知器と、前記位置検知器で検知される前記保持体の位置に基づいて前記押圧機構を制御する制御器と、を備え、前記所定の移動経路において、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔から離れている前記保持体の位置がスタート位置であり、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に部分的に挿入される前記保持体の位置範囲が第１位置範囲であり、且つ、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に根本まで挿入される前記保持体の位置が第２位置範囲であり、前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第１位置範囲より前の位置又は前記第１位置範囲で停止すると、前記第１の押圧力と異なる押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御するように構成されている。

この構成によれば、第１の押圧力を、挿入ピンが変形している又は返りを有する部品が基板の挿入孔に部分的に挿入されて停止する程度の押圧力に選択することにより、保持体を第１の押圧力で押圧してスタート位置から第２位置範囲に向けて所定の移動経路を移動させると、保持された部品の挿入ピンが変形している又は返りを有する場合、保持体が第１位置範囲で停止する。この場合、第１の押圧力より大きい押圧力で保持体を押圧することにより、保持体に保持された部品の挿入ピンを根本まで挿入孔に挿入することができる。また、部品の位置決め誤差、挿入ピンのより大きな変形等により、挿入ピンの先端が基板の表面に当接している場合、保持体が第１位置範囲の前で停止する。この場合には、例えば、第１の押圧力より小さい押圧力で保持体を押圧しながら、挿入孔をまさぐるように、基板に平行な方向に基板に対し相対的に部品を移動させて、挿入ピンの先端を挿入孔に挿入する。すると、部品の挿入ピンが根本まで挿入孔に挿入される。あるいは、挿入ピンが挿入孔に部分的に挿入されて、保持体が第１位置範囲で停止するので、上述のように、第１の押圧力より大きい押圧力で保持体を押圧することにより、保持された部品の挿入ピンが根本まで挿入孔に挿入される。

従って、保持された部品が正常に挿入され得ない状態にある場合には保持体が移動経路の途中で停止し、続いて、その処理動作を行うので、部品の挿入動作を連続的に行うことができる。

前記制御器は、前記保持体が前記第１位置範囲で停止すると、前記第１の押圧力より大きい第２の押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御するように構成されていてもよい。

この構成によれば、保持体に保持された部品の挿入ピンが変形している又は返りを有することに起因して第１位置範囲で停止している保持体を、第１の押圧力より大きい第２の押圧力で押圧するので、保持された部品の挿入ピンを根本まで挿入孔に挿入することができる。

前記保持体に保持された部品を、前記基板の挿入孔をまさぐるように、前記基板に平行な方向に前記基板に対し相対的に移動させるまさぐり動作を行うまさぐり機構をさらに備え、前記制御器は、前記保持体が前記第１位置範囲の前で停止すると、前記第１の押圧力より小さい第３の押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御するとともに前記まさぐり動作を行うよう前記まさぐり機構を制御するように構成されていてもよい。

この構成によれば、部品の位置決め誤差、挿入ピンのより大きな変形等により、挿入ピンの先端が基板の表面に当接していても、第１の押圧力より小さい第３の押圧力でまさぐり動作を行うことにより挿入ピンの先端が挿入孔に挿入される。すると、部品の挿入ピンが根本まで挿入孔に挿入される。あるいは、挿入ピンが挿入孔に部分的に挿入されて、保持体が第１位置範囲で停止するので、第１の押圧力より大きい第２の押圧力で保持体を押圧することにより、保持された部品の挿入ピンが根本まで挿入孔に挿入される。

前記制御器は、前記押圧機構による押圧方向から見て、前記保持体の軌跡が、所定のエリアにおいて、複数の平行線群を描くよう前記まさぐり機構を制御するように構成されていてもよい。

この構成によれば、複数の平行線の間隔を小さくすることにより、基板の表面上の所定のエリアを高密度でスキャンするよう保持体を移動させることができるので、部品の挿入ピンの先端を高確率で挿入孔に挿入することができる。

前記位置検知器は、前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を連続的に検知するよう構成されていてもよい。

この構成によれば、保持体が第１位置範囲及び第２位置範囲に位置するか否かを制御器が好適に判定することができる。

前記部品を保持していない前記保持体が前記基板に当接する前記保持体の位置が第３位置範囲であり、前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第３位置範囲で停止すると、エラー信号を出力するよう構成されていてもよい。

この構成によれば、保持体が部品を保持しない異常を検知することができる。

また、本発明の他の態様(aspect)に係る部品実装装置の制御方法は、挿入ピンを有する部品の前記挿入ピンを基板の挿入孔に挿入して前記部品を前記基板に実装する部品実装装置の制御方法であって、前記部品実装装置は、前記部品を保持する保持体を押圧して所定の移動経路上を移動させる押圧機構と、前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を検知する位置検知器と、前記位置検知器で検知される前記保持体の位置に基づいて前記押圧機構を制御する制御器と、を備え、前記所定の移動経路において、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔から離れている前記保持体の位置がスタート位置であり、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に部分的に挿入される前記保持体の位置範囲が第１位置範囲であり、且つ、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に根本まで挿入される前記保持体の位置が第２位置範囲であり、前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第１位置範囲より前の位置又は前記第１位置範囲で停止すると、前記第１の押圧力と異なる押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御する。

この構成によれば、保持された部品が正常に挿入され得ない状態にある場合には保持体が移動経路の途中で停止し、続いて、その処理動作を行うので、部品の挿入動作を連続的に行うことができる。

本発明は、部品の挿入動作を連続的に行うことが可能な部品実装装置及びその制御方法を提供することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る部品実装装置を適用したロボットの一例の全体的な構成を概略的に示す正面図である。 図２は、図１のロボットのハンドの構成及び動作を示す斜視図である。 図３は、図１の部品実装装置の主要部の構成を模式的に示す模式図である。 図４は、図１のロボットの制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 図５ａは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、基板の高さの計測を示す図である。 図５ｂは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、ロボットの部品挿入の教示位置を示す図である。 図５ｃは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、保持体が部品を保持していない場合を示す図である。 図５ｄは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、部品の挿入ピンが基板の挿入孔に正常に挿入された場合を示す図である。 図５ｅは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、部品の挿入ピンが基板の挿入孔に入っていない場合を示す図である。 図５ｆは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、まさぐり動作を示す図である。 図５ｇは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、まさぐり動作の結果、挿入ピンが部分的に基板の挿入孔に入った場合を示す図である。 図５ｈは、図１の部品実装装置の主要部の動作を示す図であって、挿入ピンが部分的に基板の挿入孔に入った後、挿入ピンが根本まで挿入孔に入るまで部品を押し込んだ場合を示す図である。 図６は、図１のロボットの制御装置による部品挿入動作の一例の概要を示すフローチャートである。 図７は、図１のロボットの制御装置による部品挿入動作の一例の具体的な工程を示すフローチャートである。 図８は、まさぐり動作における保持体の軌跡を例示する模式図である。 図９は、まさぐり動作における保持体の他の軌跡を例示する模式図である。 図１０は、挿入ピンを有する部品の構成を例示する模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。さらに、一対のアームを広げた方向を左右方向と称し、基軸の軸心に平行な方向を上下方向と称し、左右方向及び上下方向に垂直な方向を前後方向と称する。

（実施形態１）
本実施形態に係る部品実装装置１０は、部品の挿入ピンを基板の挿入孔に挿入し、部品を基板に実装する装置である。「部品」は、基板の挿入孔に挿入するピンを有するものであれば、どのようなものでもよく、電子部品、電気部品、機械部品等が例示される。「挿入ピン」は、基板の挿入孔に挿入される「部品のピン状の突起」を意味する。「挿入ピン」として、電子部品又は電気部品のリード線又はリード端子、機械部品の固定ピン等が例示される。「基板」は、部品を搭載（mount）するためのボード、パネル等を意味する。「基板」として、電子回路基板、電気回路基板、太陽光パネル用基板、表示パネル用基板等が例示される。以下では、電子回路基板に電子部品を実装する形態を例示する。

最初に、部品の挿入ピンの具体的な態様を例示する。図１０は、挿入ピンを有する部品の構成を例示する模式図である。

図１０の上から１段目のスペースには、真っ直ぐな挿入ピン３１を有する部品３０が示されている。このような部品３０の場合、自重または僅かな押圧力で部品３０が基板４０に実装される（図５ｄ参照）。この場合、部品３０は基板に固定されない。

図１０の上から２段目のスペースには、屈曲部が形成された挿入ピン３１を有する部品３０が示されている。このような部品３０の場合、挿入ピン３１の先端の寸法Ｄ１が挿入孔４０ａ（図５ｇ参照）の径より小さく、且つ、挿入ピン３１の屈曲部の寸法Ｄ２が挿入孔４０ａの径より大きいので、挿入ピン３１の先端が挿入孔４０ａに入った状態で、部品３０を基板４０に向けて押圧することにより、部品３０が基板４０に実装される（図５ｈ参照）。この場合、部品３０は基板から抜け難くい。

図１０の上から３段目のスペースには、先端部に斜め下方に延びる爪が形成された挿入ピン３１を有する部品３０が示されている。このような部品３０の場合、まず、挿入ピン３１の先端を挿入孔４０ａに入れ、その後、部品３０を、基板４０に向けて押圧しながら部品３０の中心軸の回りに回転させることにより、部品３０が基板４０に実装される（後述のステップＳ２Ｄの説明参照）。この場合、部品３０は基板４０にロックされる。

図１０の上から４段目のスペースには、先端部に返り部又は屈曲部が形成された挿入ピン３１を有する部品３０が示されている。このような部品３０の場合、まず、挿入ピン３１の先端を挿入孔４０ａに入れ、その後、部品３０を、基板４０に向けて押圧することにより、部品３０が基板４０に実装される（図５ｈ参照）。この場合、部品３０は基板４０にロックされる。

次に、図１〜図３に示すロボット１１に本発明に係る部品実装装置１０を適用した場合について説明する。ただし、部品実装装置１０はロボット１１に適用される場合に限定されない。例えば、３次元方向に移動可能なテーブルを備える移動機構であってもよい。また、このロボット１１について、水平多関節型双腕ロボットを説明するが、水平多関節型・垂直多関節型などのロボットを採用することができる。

図１に示すように、ロボット１１は、台車１２と、台車１２に支持された一対のロボットアーム（以下、単に「アーム」と記載する場合がある）１３、１３と、台車１２内に収納された制御装置１４とを備えている。各アーム１３は、水平多関節型ロボットアームであって、アーム部１５とリスト部１７とエンドエフェクタ（ハンドと称する場合もある）１８、１９とを備えている。

アーム部１５は、部品を基板上に搬送する搬送部、及び、部品にまさぐり動作をさせるまさぐり機構として機能する。本例では、アーム部１５が第１リンク１５ａ及び第２リンク１５ｂとで構成されている。なお、左右のアーム１３、１３は、エンドエフェクタ１８、１９を除いて実質的に同じ構造であり、左右のエンドエフェクタ１８、１９は、同じ構成のものでもよいし異なる構成のものでもよい。また、左右のアーム１３、１３は、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることができる。

アーム部１５の第１リンク１５ａは、台車１２の上面に固定された基軸１６と回転関節により連結され、基軸１６の軸心を通る回転軸線Ｌ１まわりに回動可能である。第２リンク１５ｂは、第１リンク１５ａの先端と回転関節により連結され、第１リンク１５ａの先端に規定された回転軸線Ｌ２まわりに回動可能である。リスト部１７は、第２リンク１５ｂの先端と直動関節により連結され、第２リンク１５ｂに対し昇降移動可能である。エンドエフェクタ１８、１９は、リスト部１７と回転関節により連結され、回転軸線まわりに回動可能である。エンドエフェクタ１８、１９は、それぞれ、取付部材５０を介して、この回転関節に取り付けられている。

上記構成の各アーム１３は、各関節に対応する関節軸Ｊ１〜Ｊ４を有する。そして、アーム１３には、各関節軸Ｊ１〜Ｊ４に対応付けられるように、駆動用のサーボモータ（図示せず）、及び、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ（図示せず）等が設けられている。また、２本のアーム１３、１３の第１リンク１５ａ、１５ａの回転軸線Ｌ１は同一直線上にあり、一方のアーム１３の第１リンク１５ａと他方のアーム１３の第１リンク１５ａとは上下に高低差を設けて配置されている。

右エンドエフェクタ１８は、図２に示すように、たとえば、基板を移送する移送部（ハンド）により構成されている。また、左エンドエフェクタ１９は、部品実装装置の主要部を構成する。左エンドエフェクタ１９は、部品３０を把持する把持部２０を有しており、把持部２０を上下方向に回転移動させる回転部２１をさらに有していてもよい。この場合、把持部２０及び回転部２１が部品３０を保持する保持体５２を構成する。なお、左エンドエフェクタ１９のみが把持部２０を有しているが、右エンドエフェクタ１８及び左エンドエフェクタ１９の少なくともいずれか一方が把持部２０を有していればよい。右エンドエフェクタ１８及び左エンドエフェクタ１９の両方が把持部２０を有している場合、各把持部２０の形状は異なっていてもよい。

この実施形態では、回転部２１は、円形状の板体である。回転部２１の中心軸は、リスト部１７の関節軸Ｊ４に対して直交する方向に延びる。回転軸には、駆動用のサーボモータ（図示せず）、及び、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ（図示せず）等が設けられている。これにより、回転部２１は、中心軸を中心に時計回り又は反時計回りに回転し、１個の把持部２０がリスト部１７の関節軸Ｊ４に平行な方向であって下方を向く回転位置（以下、挿入位置という）に停止する。

この実施形態では、たとえば、８個の把持部２０が回転部２１に設けられている。これらの把持部２０は同じ形状であってもよいし、部品３０の形状に合わせて異なっていてもよい。８個の把持部２０は、回転部２１の外周に互いに周方向に４５度の中心角だけ離れて配置されている。

図３には、説明を判りやすくするために、挿入位置にある把持部２０のみが示されている。また、基板４０は、基板全体のうち、把持部２０の近傍に位置する部分のみが示されている。把持部２０は、部品３０を把持可能なものであればよい。図３に示すように、把持部２０は、本実施形態では、一対の爪状の把持部材５４と、この一対の把持部材５４を駆動する把持部材駆動部５３とを含む。一対の把持部材５４は、チャックを構成している。把持部材駆動部５３は、たとえば、エアシリンダである。把持部２０は、全体として柱状に形成され、回転部２１の径方向の外方に延びるように設けられている。具体的には、回転部２１の外周に把持部材駆動部５３が配置され、把持部材駆動部５３の先端に一対の把持部材５４（チャック）が配置されている。一対の把持部材５４は、回転部２１の径方向に垂直な方向に摺動自在に設けられ、把持部材駆動部５３によって、部品３０を挟持し、且つ、部品３０を解放するように駆動される。参照符号６１は、把持部２０の挟持動作を示す。一対の把持部材５４の摺動方向は、回転部２１の径方向に垂直な方向であれば、いずれの方向であっても良いが、ここでは、回転部２１の周方向（接線方向）である。但し、図３において、部品３０の挿入過程の説明を容易にするために、一対の把持部材５４の摺動方向が、回転部２１の軸方向であるように描かれている。なお、把持部２０は、例えば、部品３０を負圧で吸引する吸着パッド、磁性体を有する部品３０を吸着する電磁石等であってもよい。

回転部２１は、スライダ５１を介して取付部材５０に取り付けられている。具体的には、スライダ５１は、図２に示すように、直線状の案内部を有する固定体５１ａとこの案内部に係合して案内部に沿って摺動自在な移動体５１ｂとを含む。移動体５１ｂの摺動方向は、リスト部１７の関節軸Ｊ４（回転関節の回転軸線）に平行な方向である。

図３を参照すると、スライダ５１の固定体５１ａが取付部材５０に固定され、スライダ５１の移動体５１ｂに回転部２１が固定されている。移動体５１ｂは、取付部材５０に固定された押圧機構５５によってその摺動方向に往復駆動される。具体的には、押圧機構５５は、例えば、エアシリンダで構成される。エアシリンダのシリンダ５５ａが取り付け部材５６を介して取付部材５０に固定され、エアシリンダのピストンロッド５５ｂの先端が回転部２１に固定される。これにより、エアシリンダのピストンロッド５５ｂが進退すると、回転部２１、ひいては保持体５２が基板４０に対して接近及び離隔する。従って、エアシリンダのピストンロッド５５ｂが進出することによって保持体５２が押圧される。参照符号Ｐは、この押圧力を表す。また、保持体の５２が基板４０に対して接近及び離隔する経路が部品３０の挿入ピン３１を基板４０の挿入孔４１ａに挿入する移動経路（以下、所定の移動経路という）である。また、挿入位置に停止している把持部２０の基端から先端に向かう方向が押圧方向である。ここでは、所定の移動経路は、上下方向に延在し、且つ、押圧方向は下方向であるが、所定の移動経路の延在方向及び押圧方向はいずれの方向であってもよい。

左エンドエフェクタ１９には、保持体５２の所定の移動経路上の位置を検知する位置検知器５７が設けられている。位置検知器５７は、たとえば、リニアスケールで構成される。リニアスケールを用いると、保持体５２の所定の移動経路上の位置を連続的に検知することができる。もちろん、他の位置検知器を用いてもよい。例えば、第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃの中央位置を検知する３つの位置センサ（例えば、磁石及びホール素子）を、スライダ５１又はエアシリンダ（５５）に設け、ソフトウェアによって、各位置センサで検出される位置を所定の位置範囲に広げてもよい。

そして、保持体５２に、基準点２１ａが設定（規定）される。基準点２１ａは、保持体５２を代表する位置である。以下では、「保持体の位置」とは、「基準点２１ａの位置」を意味する。例えば、回転部２１に基準点２１ａが設定される。なお、基準点は、保持体５２上であればどこに設定してもよい。そして、所定の移動経路において、保持体５２に保持された部品３０の挿入ピン３１が基板４０の挿入孔４１ａから離れている保持体５２の位置がスタート位置（図示せず）であり、保持体５２に保持された部品３０の挿入ピン３１が基板４０の挿入孔４１ａに部分的に挿入される保持体５２の位置範囲が第１位置範囲Ａであり、保持体５２に保持された部品３０の挿入ピン３１が基板４０の挿入孔４０ａに根本まで挿入される保持体５２の位置が第２位置範囲Ｂであり、且つ、部品３０を保持していない保持体５２が基板４０に当接する保持体５２の位置が第３位置範囲Ｃであると設定（規定）される。これらの、スタート位置及び第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃは、位置検知器５７の位置目盛（位置スケール）に対応付けられる。従って、スタート位置及び第２乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃは、スライダ５１における固定体５１ａに対する移動体５１ｂの相対位置に対応している。所定の移動経路及びスタート位置及び第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃは、本実施形態では、左エンドエフェクタ１９の座標系によって規定（定義）される。従って、左エンドエフェクタ１９が、基板４０の挿入対象となる挿入孔４０ａの空間位置に応じて移動しても、所定の移動経路及びスタート位置及び第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃの制御上の座標は変わらない。これにより、部品挿入の制御が簡易になる。もちろん、所定の移動経路及びスタート位置及び第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃの座標をロボット１１の基準座標によって規定（定義）してもよい。

第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃの中央位置は、例えば、それぞれ、スライダ５１、保持体５２、及び部品３０の寸法等に基づいて決定される。また、第１位置範囲Ａの範囲は、例えば、ロボット１１のアームの位置決め精度、保持体５２の寸法公差、部品３０の寸法公差、基板４０の厚み等に基づいて決定される。また、第２位置範囲Ｂ及び第３位置範囲Ｃの範囲は、例えば、ロボット１１のアームの位置決め精度、保持体５２の寸法公差、部品３０の寸法公差等に基づいて決定される。すなわち、第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃの範囲は、上述の位置決め精度及び寸法公差に起因して保持体５２の実際の停止位置がばらついても、保持体５２の停止を位置検知器５７によって検知することが可能なように決定される。

また、取付部材５０の下面に対する基板４０の表面の高さが基板高さＨとして設定（規定）される。基板高さＨ、基準点２１ａ、並びにスタート位置及び第１乃至第３位置範囲Ａ〜Ｃの設定は、制御装置１４の記憶部１４ｂに、これらを記憶することによって行われる。

図４に示すように、制御装置１４は、ＣＰＵ等の演算部１４ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１４ｂと、サーボ制御部１４ｃと、を備える。制御装置１４は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置１４は、集中制御する単独の制御装置１４によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置１４によって構成されていてもよい。

記憶部１４ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１４ａは、記憶部１４ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット１１の各種動作を制御する。たとえば、ロボット１１のアームの動作に関して、演算部１４ａは、ロボット１１の制御指令を生成し、これをサーボ制御部１４ｃに出力する。サーボ制御部１４ｃは、演算部１４ａにより生成された制御指令に基づいて、ロボット１１の各アーム１３の関節軸Ｊ１〜Ｊ４に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

また、制御装置１４は、左エンドエフェクタ１９の動作を制御する。具体的には、制御装置１４は、左エンドエフェクタ１９の押圧機構５５及び把持部材駆動部５３の動作を制御する。従って、制御装置１４は、ロボット１１の一般的な動作を制御する制御器として機能するとともに部品実装装置の制御器として機能する。

次に、上記構成のロボット１１による部品３０を基板４０に実装する動作（部品実装装置１０の制御方法）について図３、図５ａ〜図５ｈ、図７〜図１０を参照して説明する。なお、図５ａ〜図５ｈでは、図を見易くするために、押圧機構５５（図３参照）の図示が省略されている。

この動作は制御装置１４により制御される。なお、８個の把持部２０のうちの挿入位置にある把持部２０について説明する。他の把持部２０についてもこれと同様であるため、その説明を省略する。

基板を実装する前に、基板４０の高さ計測及びロボット１１の教示が行われる。

＜基板の高さの計測＞
この工程は、基板高さＨが変わる場合に必要である。図５ａを参照すると、基板４０が載置部２４に載置され（図２参照）、保持体５２に部品３０が保持され、且つ押圧機構５５（図３参照）をフローティング（非押圧状態）にした状態で、部品３０の挿入ピン３１の先端を基板４０の表面に当接させ、左エンドエフェクタ１９を上下方向に移動させながら、保持体５２が第２位置範囲Ｂの中央位置に位置する左エンドエフェクタ１９の高さ位置（ここでは取付部材５０の下面の位置）をセンシングする。そして、この高さ位置において、スライダ５１の移動体５１ｂを固定体５１ａにロック（Ｒ）する。そして、左エンドエフェクタ１９の高さ位置から基板４０の高さ位置（既知）を差し引いて仮の基板高さ位置Ｈ´を算出する。さらに、仮の基板高さ位置Ｈ´から部品３０の挿入ピン３１の長さを差し引いて基板高さＨを求める。なお、基板４０上の計測箇所として、挿入対象である挿入孔４１ａ（図３参照）の近傍で挿入孔４１ａに挿入ピン３１が入らないような箇所を選択する。

＜教示＞
次に、部品を挿入孔４１ａに対して位置決めするために、左エンドエフェクタ１９の目標位置を教示する。具体的には、保持体５２に部品３０が保持され、且つ押圧機構５５（図３参照）をフローティング（非押圧状態）にした状態で、部品３０の挿入ピン３１を基板４０の挿入孔に根本まで挿入し、左エンドエフェクタ１９を上下方向に移動させながら、保持体５２が第２位置範囲Ｂの中央位置に位置する左エンドエフェクタ１９の高さ位置をセンシングする。そして、この高さ位置において、スライダ５１の移動体５１ｂを固定体５１ａにロック（Ｒ）する。そして、このときの左エンドエフェクタ１９の位置を目標位置として教示する。

次いで、部品の保持動作及び挿入動作が行われる。

＜部品の保持動作＞
図２に示すように、ロボット１１の前には、部品３０が配置された作業台３２、及び、基板４０が移送されるベルトコンベア３３が設けられている。作業台３２の部品３０は挿入ピン３１を下にして配置されている。ベルトコンベア３３は左右方向に延び、前後方向に並べて配置された２つの基板４０がベルトコンベア３３により左から右に運ばれる。

まず、ロボット１１は左エンドエフェクタ１９を基板４０の左端に当て右側に移動させ、ベルトコンベア３３の間にある載置部２４に基板４０を載置させる。載置部２４は、ベルトコンベア３３より少し高くなっており、載置部２４に載置された基板４０は、ロボット１１の前で停止する。ロボット１１は左アーム部１５を前方へ動かし、保持体５２を作業台３２に移動させる。

図２及び図３を参照すると、ロボット１１は、挿入位置にある把持部２０の把持部材駆動部５３を動作させて一対の把持部材５４により作業台３２の部品３０を挟持する。これにより、保持体５２に部品３０が保持される。

続いて、保持体５２を他の部品の上方に移動させて、他の把持部２０が挿入位置に位置するように、回転部２１を回転させる。そして、同様に、挿入位置にある把持部２０の把持部材駆動部５３を動作させて一対の把持部材５４により作業台３２の部品３０を挟持する。これを所望の数、繰り返す。

＜部品挿入動作＞
ロボット１１は左アーム部１５を後方へ動かし、把持部２０及びこれにより把持されている部品３０を基板４０上へ移動させる。そして、部品挿入動作を行う。

図６は、図１のロボットの制御装置１４による部品挿入動作の一例の概要を示すフローチャートである。ここでは、ロボット１１の動作として説明する。

ロボット１１は、スタート位置に位置する保持体５２を押圧機構５５により第１の押圧力で押圧する（ステップＳ１）。

次いで、ロボット１１は、保持体５２が、第１位置範囲Ａ又は第１位置範囲Ａより前で停止している否か判定する（ステップＳ２）。

停止していない場合（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ４に進む。

停止している場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、第１の押圧力と異なる押圧力で保持体５２を押圧する（ステップＳ３）。

次いで、保持体５２が、第２位置範囲Ｂで停止している否か判定する（ステップＳ４）。

停止していない場合（ステップＳ４でＮＯ）、保持体５２が第２位置範囲Ｂで停止するまで、第１の押圧力と異なる押圧力で保持体５２を押圧する（ステップＳ３、Ｓ４）。

停止している場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、保持体５２に保持された部品が基板４０の挿入孔４０ａに正常に挿入されたと判断して挿入動作を終了する。その後、把持部２０の把持部材駆動部５３を動作させて一対の把持部材５４により挟持されている部品３０を解放する。その後、押圧機構５５によって保持体５をスタート位置に戻す。

次に、この部品挿入動作の具体例を説明する。図７は、図１のロボットの制御装置による部品挿入動作の一例の具体的な工程を示すフローチャートである。

図５ｃ乃至図５ｈ及び図７を参照すると、ロボット１１は、まず、押圧機構５５のピストンロッド５５ｂを後退させて保持体５２をスタート位置に位置させる（ステップＳ０）。

次いで、ロボット１１は、スタート位置に位置する保持体５２を、押圧機構５５のピストンロッド５５ｂを前進させて、第１の押圧力で押圧する（ステップＳ１）。ここで、第１の押圧力は、部品に応じて設定（選択）されるが、例えば、３Ｎ〜５Ｎとされる。

次いで、ロボット１１は、所定時間が経過するのを待機する（ステップＳ２Ａ）。この所定時間は、たとえば、部品３０が第１の押圧力で正常に挿入されるに十分な時間とされる。

ロボット１１は、所定時間が経過すると、保持体５２が、第３位置範囲Ａで停止している否か判定する（ステップＳ２Ｂ）。

停止している場合（ステップＳ２ＢでＹＥＳ）は、図５ｃに示すように、保持体５２が部品を保持していない場合であるので、エラー信号を出力し（ステップＳ５）、挿入動作を終了する。

停止していない場合（ステップＳ２ＢでＮＯ）、保持体５２が、第２位置範囲Ｂで停止しているか否か判定する（ステップＳ２Ｃ）。

停止している場合（ステップＳ２ＣでＹＥＳ）は、図５ｄに示すように、保持体５２に保持された部品３０の挿入ピン３１が根本まで挿入されている場合である。このような場合として、図１０の上から１段目のスペースに示されているように、部品３０が真っ直ぐな挿入ピン３１を有していて、それが変形していない場合が例示される。この場合、部品３０が基板４０の挿入孔４０ａに正常に挿入されたと判断して挿入動作を終了する。その後、把持部２０の把持部材駆動部５３を動作させて一対の把持部材５４により挟持されている部品３０を解放する。その後、押圧機構５５によって保持体５をスタート位置に戻す。

停止していない場合（ステップＳ２ＣでＮＯ）、保持体５２が、第１位置範囲Ａで停止しているか否か判定する（ステップＳ２Ｄ）。

停止していない場合（ステップＳ２ＤでＮＯ）、図５ｅに示すように、部品３０の挿入ピン３１の先端が基板４０の表面に当接している状態にある。この状態は、部品３０の位置決め誤差、挿入ピン３１の比較的大きな変形等により生じる。この場合、ロボット１１は、まさぐり機構により、保持体５２にまさぐり動作を行わせ（ステップＳ３Ａ）、その後、ステップＳ２Ｄに戻る。まさぐり動作は、保持体５２に保持された部品３０を、基板４０の挿入孔４０ａをまさぐるように、基板４０に平行な方向に基板４０に対し相対的に移動させることによって行われる。このまさぐり動作は、第１の押圧力より小さい第３の押圧力で保持体５２を押圧しながら行われる。第２の押圧力は、例えば、１〜２．５Ｎｍとされる。この押圧力であれば挿入ピン３１が、まさぐり動作によって曲げられることを防止できるからである。一対の把持部材５４は、部品３０を挟持していても解放していても構わない。ここでは、一対の把持部材５４は、解放状態にされる（図５ｆ参照）。

図８は、まさぐり動作における保持体５２の軌跡を例示する模式図である。図８を参照すると、まさぐり動作は、たとえば、押圧機構５５による押圧方向から見て、保持体５２の軌跡が、所定のエリア７１（図８ａ参照）において、所定の間隔の複数の平行線を順に繋いでなる一本の直線を描くようまさぐり機構を制御することによって行われる。

図９は、まさぐり動作における保持体５２の他の軌跡を例示する模式図である。図９において、「＋」はまさぐり動作の起点を示し、Ｓ及びＥは、スタート及び終了となる動作を示す。

図９の上から１段目のスペースには、「渦巻き型」のまさぐり動作が示されている。この動作パターンでは、保持体５２の軌跡が多角形の渦を描くように保持体５２が移動される。多角形の角数は３以上であり、ここでは、６角形の場合の動作パターンが示されている。

図９の上から２段目のスペースには、「放射型」のまさぐり動作が示されている。この動作パターンは、保持体５２の軌跡が多角形の対角線に沿うように保持体５２が移動される。多角形の角数は３以上であり、ここでは、四角形及び６角形の場合の動作パターンが示されている。また、保持体５２の軌跡は、途中で途切れている。この途切れている部分では、保持体５２が適宜な距離だけ後退されている。このように、まさぐり動作は、図８に示すように、一筆書き状の動作パターンには限定されず、途切れる動作パターンでも構わない。

図９の上から３段目のスペースには、「多重型」のまさぐり動作が示されている。この動作パターンでは、保持体５２の軌跡が多重の多角形を描くように保持体５２が移動される。多角形の角数は３以上であり、ここでは、６角形の場合の動作パターンが示されている。

図９の上から４段目目のスペースには、「ＨＨ型」のまさぐり動作が示されている。この動作パターンでは、保持体５２の軌跡が、文字Ｈが横に連結されてなるＨＨ字を描くように保持体５２が移動される。

図８及び図９のまさぐり動作をまとめると、保持体５２の軌跡は、押圧機構５５による押圧方向から見て、所定のエリア７１において、複数の平行線群を描くようなものであればよい。換言すると、所定のエリア７１にハッチングを施すように、保持体５２を移動させるようまさぐり機構を制御すればよい。これにより、複数の平行線の間隔を適宜な小さい間隔にすることにより、基板４０の表面上の所定のエリア７１を高密度でスキャンするよう保持体５２を移動させることができるので、部品３０の挿入ピン３１の先端を高確率で挿入孔４０ａに挿入することができる。

なお、一対の把持部材５４を挟持動作にしてまさぐり動作を行う場合には、部品３０の軌跡は、図８及び図９に示す保持体５２の軌跡と同様である。一方、一対の把持部材５４を解放してまさぐり動作を行う場合には、部品３０の軌跡は、図８及び図９に示す保持体５２の軌跡からランダムに逸れる軌跡を描く。これにより、部品３０の挿入ピン３１の先端を挿入孔４０ａに挿入できる確率が向上する。

まさぐり機構は、ここでは、ロボット１１のアーム１３である。

図７に戻ると、ステップＳ２Ｄで保持体５２が第１位置範囲Ａで停止している場合（ステップＳ２ＤでＹＥＳ）、図５ｇに示すように、部品３０の挿入ピン３１が基板４０の挿入孔４０ａに部分的に挿入された状態にある。この状態は、上述のまさぐり動作を行った場合、及び、部品３０の挿入ピン３１が返り部又は屈曲部を有する場合（図１０の上から２段目及び４段目のスペース参照）に生じ得る。この場合には、ロボット１１は、第１の押圧力より大きい第２の押圧力で保持体５２を押圧する（ステップＳ３Ｂ）。第２の押圧力は、部品３０の種類に応じて、適宜、決定される。また、部品３０の挿入ピン３１が基板４０の挿入孔４０ａに部分的に挿入された状態は、部品３０の挿入ピン３１の先端部に斜め下方に延びる爪が形成されている場合（図１０の上から３段目のスペース参照）に生じ得る。この場合には、ロボット１１は、第１の押圧力より大きい第２の押圧力で保持体５２を押圧しながら部品３０の中心軸の回りに回転させる。この回転はロボット１１の左アーム１３を適宜動作させることによって行われる。

次いで、保持体５２が、第２位置範囲Ｂで停止している否か判定する（ステップＳ４）。

停止していない場合（ステップＳ４でＮＯ）、保持体５２が第２位置範囲Ｂで停止するまで、第２の押圧力で保持体５２を押圧する（ステップＳ４、Ｓ３Ｂ）。また、部品３０の挿入ピン３１の先端部に斜め下方に延びる爪が形成されている場合には上記回転動作を継続する。

停止している場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、図５ｈに示すように、保持体５２に保持された部品３０が基板４０の挿入孔４０ａに正常に挿入されたと判断して挿入動作を終了する。その後、把持部２０の把持部材駆動部５３を動作させて一対の把持部材５４により挟持されている部品３０を解放する。その後、押圧機構５５によって保持体５をスタート位置に戻す。

そして、回転部２１を回転させながら、全ての部品３０を基板４０に挿入すると、右エンドエフェクタ１８を基板４０の左端に当て右側に移動させる。これにより、基板４０を載置部２４からベルトコンベア３３へ移動させ、基板４０がベルトコンベア３３により搬送される。

以上のように、実施形態１によれば、保持体５２に保持された部品３０が正常に挿入され得ない状態にある場合には保持体５２が移動経路の途中で停止し、続いて、その処理動作を行うので、部品３０の挿入動作を連続的に行うことができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２は、押圧機構５５として、実施形態１のエアシリンダに代えて、サーボモータ（図示せず）及び回転−直動変換機構（図示）を備え、且つ、位置検知器５７として、実施形態１のリニアスケールに代えて、サーボモータの出力軸に設けられたエンコーダを備える形態を例示する。これら以外の構成は実施の形態１と同様である。サーボモータ、回転−直動変換機構、及びエンコーダは周知であるので、簡単に説明する。

回転−直動変換機構は、サーボモータの回転を直動に変換する機構であり、ラックピニオン、ボールねじ機構等が例示される。

このような実施形態２によれば、制御装置１４が、エンコーダが検知するサーボモータの回転角に基づいて、サーボモータを位置制御することにより、保持体５２の往復動をより精密に制御することができる。なお、サーボモータによっても、押圧機構５５をフローティング状態にすることが可能である。

（その他の実施形態）
実施の形態１又は２において、まさぐり機構として、基板４０をその主面に平行な方向に移動させてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、部品の挿入動作を連続的に行うことができる部品実装装置として有用である。

１０ 部品実装装置
１１ ロボット
１３ アーム
１４ 制御装置
１８ 右エンドエフェクタ
１９ 左エンドエフェクタ
２０ 把持部
３０ 部品
３１ 挿入ピン
４０ 基板
４０ａ 挿入孔
５２ 保持体
５４ 把持部材
５５ 押圧機構
５７ 位置検知器
Ａ 第１位置範囲
Ｂ 第２位置範囲
Ｃ 第３位置範囲

Claims (7)

1. 挿入ピンを有する部品の前記挿入ピンを基板の挿入孔に挿入して前記部品を前記基板に実装する部品実装装置であって、
   前記部品を保持する保持体と、
   前記保持体を押圧して所定の移動経路上を移動させる押圧機構と、
   前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を検知する位置検知器と、
   前記位置検知器で検知される前記保持体の位置に基づいて前記押圧機構を制御する制御器と、を備え、
   前記所定の移動経路において、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔から離れている前記保持体の位置がスタート位置であり、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に部分的に挿入される前記保持体の位置範囲が第１位置範囲であり、且つ、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に根本まで挿入される前記保持体の位置が第２位置範囲であり、
   前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第１位置範囲で停止すると、前記第１の押圧力より大きい第２の押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御するように構成されている、部品実装装置。
2. 挿入ピンを有する部品の前記挿入ピンを基板の挿入孔に挿入して前記部品を前記基板に実装する部品実装装置であって、
   前記部品を保持する保持体と、
   前記保持体を押圧して所定の移動経路上を移動させる押圧機構と、
   前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を検知する位置検知器と、
   前記位置検知器で検知される前記保持体の位置に基づいて前記押圧機構を制御する制御器と、
   前記保持体に保持された部品を、前記基板の挿入孔をまさぐるように、前記基板に平行な方向に前記基板に対し相対的に移動させるまさぐり動作を行うまさぐり機構と、を備え、
   前記所定の移動経路において、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔から離れている前記保持体の位置がスタート位置であり、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に部分的に挿入される前記保持体の位置範囲が第１位置範囲であり、且つ、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に根本まで挿入される前記保持体の位置が第２位置範囲であり、
   前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第１位置範囲の前で停止すると、前記第１の押圧力より小さい第３の押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御するとともに前記まさぐり動作を行うよう前記まさぐり機構を制御するように構成されている、部品実装装置。
3. 前記制御器は、前記押圧機構による押圧方向から見て、前記保持体の軌跡が、所定のエリアにおいて、複数の平行線群を描くよう前記まさぐり機構を制御するように構成されている、請求項２に記載の部品実装装置。
4. 前記位置検知器は、前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を連続的に検知するよう構成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装装置。
5. 前記部品を保持していない前記保持体が前記基板に当接する前記保持体の位置が第３位置範囲であり、
   前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第３位置範囲で停止すると、エラー信号を出力するよう構成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の部品実装装置。
6. 挿入ピンを有する部品の前記挿入ピンを基板の挿入孔に挿入して前記部品を前記基板に実装する部品実装装置の制御方法であって、
   前記部品実装装置は、
   前記部品を保持する保持体を押圧して所定の移動経路上を移動させる押圧機構と、
   前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を検知する位置検知器と、
   前記位置検知器で検知される前記保持体の位置に基づいて前記押圧機構を制御する制御器と、を備え、
   前記所定の移動経路において、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔から離れている前記保持体の位置がスタート位置であり、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に部分的に挿入される前記保持体の位置範囲が第１位置範囲であり、且つ、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に根本まで挿入される前記保持体の位置が第２位置範囲であり、
   前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第１位置範囲で停止すると、前記第１の押圧力より大きい第２の押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御する、部品実装装置の制御方法。
7. 挿入ピンを有する部品の前記挿入ピンを基板の挿入孔に挿入して前記部品を前記基板に実装する部品実装装置の制御方法であって、
   前記部品実装装置は、
   前記部品を保持する保持体を押圧して所定の移動経路上を移動させる押圧機構と、
   前記保持体の前記所定の移動経路上における位置を検知する位置検知器と、
   前記位置検知器で検知される前記保持体の位置に基づいて前記押圧機構を制御する制御器と、
   前記保持体に保持された部品を、前記基板の挿入孔をまさぐるように、前記基板に平行な方向に前記基板に対し相対的に移動させるまさぐり動作を行うまさぐり機構と、を備え、
   前記所定の移動経路において、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔から離れている前記保持体の位置がスタート位置であり、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に部分的に挿入される前記保持体の位置範囲が第１位置範囲であり、且つ、前記保持体に保持された部品の挿入ピンが前記基板の挿入孔に根本まで挿入される前記保持体の位置が第２位置範囲であり、
   前記制御器は、前記保持体を第１の押圧力で押圧して前記スタート位置から前記第２位置範囲に向けて前記所定の移動経路を移動させた場合に、前記保持体が前記第１位置範囲の前で停止すると、前記第１の押圧力より小さい第３の押圧力で前記保持体を押圧するよう前記押圧機構を制御するとともに前記まさぐり動作を行うよう前記まさぐり機構を制御する、部品実装装置の制御方法。

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