JPH06137968A

JPH06137968A - 緩衝機構における外力測定装置

Info

Publication number: JPH06137968A
Application number: JP4287302A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Morita; 芳年森田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1994-05-20
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP3148411B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基体と可動体の間に力センサーを介在せしめ
た緩衝機構において、正確な測定値を得ることが出来る
外力測定装置を提供する。【構成】基体８に対して可動体81が一軸方向の一定範
囲内で摺動可能に係合し、基体８と可動体81の間には、
可動体81を基体８に対して突出せしめる方向に付勢する
バネ部材84が介装されている。外力測定装置は、力セン
サーとして第１検出器61と第２検出器62を具えている。
第１検出器61は、バネ部材84の反発力を直接に受けて該
反発力を検出するものである。第２検出器62は、可動体
81が基体８から最大突出した状態での基体８と可動体81
の間の圧接力を検出するものである。そして、第１及び
第２検出器61、62の出力に基づいて可動体81に作用する
外力が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種電子部品をプリン
ト基板上に表面実装する電子部品自動装着装置等に装備
して好適な緩衝機構に関し、特に、緩衝機構に作用する
外力を測定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント基板上の所定位置に電子
部品を自動的に装着する装置として、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ
軸方向の移動制御が可能な往復装置の出力部に、部品を
吸着保持すべき吸着ヘッド機構を取り付けた電子部品自
動装着装置が知られている。

【０００３】図８に示す電子部品自動装着装置(２)は、
機台上に、プリント基板(31)を搬送するための一対のコ
ンベヤ(32)(33)を具えると共に、電子部品を載置するた
めの部品トレイ(30)を具え、更にコンベヤ(32)(33)を挟
んで両側には、テープ(38)に収容された電子部品を１ピ
ッチずつ送るテープフィーダユニット(37)と、電子部品
を縦積みした状態で収納する部品マガジン(39)を配置し
ている。

【０００４】電子部品を吸着保持するための吸着ヘッド
機構(４)をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるＸ−Ｙテ
ーブルは、機台上にＹ軸方向へ架設された一対のＹ軸方
向ガイド体(35)(36)と、該ガイド体に摺動可能に係合し
Ｙ軸方向に駆動されるＸ軸方向ガイド体(34)とを具え、
吸着ヘッド機構(４)は、Ｘ軸方向ガイド体(34)上にＸ軸
方向へ往復駆動可能に取り付けられている。

【０００５】吸着ヘッド機構(４)は、図９に示す如くＸ
軸方向ガイド体(34)上にヘッド昇降機構(５)を介して保
持されている。ヘッド昇降機構(５)は、Ｘ軸方向ガイド
体(34)に対して摺動可能に係合したＺ軸方向ガイド体(5
3)を具え、該Ｚ軸方向ガイド体(53)には、一対の軸受(5
5)(56)によって垂直に支持されたボールねじ(52)が配置
されている。該ボールねじ(52)には、Ｚ軸方向ガイド体
(53)に摺動可能に係合して上下動を案内された昇降ブロ
ック(54)が螺合している。

【０００６】ボールねじ(52)の上端部には、Ｚ軸方向ガ
イド体(53)上に設置されたモータ(51)が連結されてい
る。又、昇降ブロック(54)には、吸着ヘッド機構(４)に
突設した支持アーム(40)が固定されている。

【０００７】従って、モータ(51)の駆動によってボール
ねじ(52)が回転すると、ねじ推力によって昇降ブロック
(54)が昇降駆動され、これに伴って吸着ヘッド機構(４)
が昇降することになる。

【０００８】吸着ヘッド機構(４)は、支持アーム(40)に
よって支持された外筒(44)の下端部に吸着ノズル(41)を
具えており、該吸着ノズル(41)は、外筒(44)に対して一
定範囲内で昇降が可能に係合すると共に、図示省略する
バネによって下方へ付勢されている。

【０００９】吸着ノズル(41)に保持された電子部品が基
板上に装着される際には、前記バネが縮み、その反発力
で電子部品が基板に対して下圧されることになる。

【００１０】そして、電子部品装着時には、電子部品が
基板側から受ける力によって破壊されるのを防止すると
共に、電子部品を確実に基板上へ装着するべく、前記バ
ネの圧縮量を測定して、該圧縮量が所定値となる位置で
吸着ノズル(41)の下降を停止することにより、電子部品
に作用する力を所定値に設定するのである。

【００１１】ところが、従来の電子部品自動装着装置に
おいては、吸着ノズル(41)と外筒(44)の間に生じる摺動
摩擦や、電子部品及び基板の寸法バラツキの影響によっ
て、実際の装着時に電子部品に作用する力は、バネの圧
縮量から算出される値とは異なり、前記所定値からずれ
ることになる。然も、電子部品が基板に衝突した瞬間
に、電子部品は衝撃力を受けることになるが、その衝撃
力は、バネの圧縮量からは測定出来ない。従って、実際
の作用力が所定値を越える場合は電子部品の破損を招来
し、作用力が所定値に満たない場合は電子部品の取付け
不良を招来する問題がある。

【００１２】そこで、出願人は、基板への装着時に電子
部品が受ける押圧力を正確に所定値に設定するべく、図
２に示す如き緩衝機構を吸着ヘッド機構に構成して、電
子部品装着時の押圧力を制御する方式を提案している
(特願平4-63236号)。

【００１３】図２に示す緩衝機構は、前記外筒(44)に対
応する基体(８)の内部に、前記吸着ノズル(41)に対応す
る可動体(81)が配備され、基体(８)と可動体(81)の間に
配備した軸受(83)によって、可動体(81)を上下動可能に
支持している。

【００１４】可動体(81)の頭部には突片(82)が一体に形
成され、図示の如く可動体(81)がバネ部材(84)の付勢に
よって基体(８)から最大突出した状態で、該突片(82)が
基体(８)の端部に当って、可動体(81)の最大突出位置を
規定している。又、基体(８)には、前述のヘッド昇降機
構(５)に対応する往復装置(85)が連繋している。

【００１５】可動体(81)の先端部には、圧電素子等から
構成される力検出器(９)が装備され、可動体(81)に作用
する外力Ｆを直接に検出する。

【００１６】従って、上記緩衝機構を図９の吸着ヘッド
機構(４)に構成した場合、力検出器(９)の検出信号に基
づいてヘッド昇降機構(５)のモータ(51)を制御して、プ
リント基板への装着時に電子部品(３)に作用する押圧力
を規定値以下に抑制することが出来る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図２の如く
可動体(81)の先端部に力検出器(９)を設ける構成におい
ては、可動体(81)の先端部が大型化することは避けられ
ないから、例えば、電子部品自動装着装置(２)の吸着ヘ
ッド機構(４)の場合、吸着ノズル(41)としての可動体(8
1)の機能や耐久性の点から、該構成の採用が不可能な場
合がある。

【００１８】そこで、図３に示す如く可動体(81)の上端
部とバネ部材(84)の間に力検出器(91)を設ける構成や、
図４に示す如く可動体(81)の突片(82)と基体(８)の間に
力検出器(92)を設ける構成が考えられる。

【００１９】しかしながら、図３に示す構成では、可動
体(81)が最大突出した状態で、バネ部材(84)の初期荷重
ｆ₀が力検出器(92)に作用するから、該初期荷重ｆ₀以下
の外力が作用したとしてもバネ部材(84)は変形せず、こ
の様な小さい外力は測定することが出来ない。

【００２０】尚、図３に示す力検出器(91)をバネ部材(8
4)の上端部と基体(８)の間に介装した場合は、初期荷重
ｆ₀以下の小さい外力の測定が出来ないばかりでなく、
力検出器にはバネ部材(84)を介して力が加わるので、動
的な力に対しては正確な測定が困難となる。

【００２１】一方、図４に示す構成では、図３の場合と
は逆に、初期荷重ｆ₀以上の大きな外力の測定が出来な
い。

【００２２】本発明の目的は、基体と可動体の間に力セ
ンサーを介在せしめた緩衝機構において、外力の大きさ
に拘わらず、正確な測定値を得ることが出来る外力測定
装置を提供することである。

【００２３】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る緩衝機構は、
図１に示す如く、基体(８)に対して可動体(81)が一軸方
向の一定範囲内で摺動可能に係合し、基体(８)と可動体
(81)の間には、可動体(81)を基体(８)に対して突出せし
める方向に付勢するバネ部材(84)が介装され、可動体(8
1)に作用する外力をバネ部材(84)の圧縮によって吸収す
るものである。

【００２４】外力測定装置は、力センサーとして第１検
出器(61)と第２検出器(62)を具えている。第１検出器(6
1)は、バネ部材(84)の一方の端部に連繋すると共に、基
体(８)と可動体(81)の間に介在し、バネ部材(84)の反発
力を直接に受けて該反発力を検出するものである。

【００２５】一方、第２検出器(62)は、基体(８)と可動
体(81)の対向部に配備され、可動体(81)が基体(８)から
最大突出した状態での基体(８)と可動体(81)の間の圧接
力を検出するものである。

【００２６】第１及び第２検出器(61)(62)の出力は測定
回路へ供給され、可動体(81)に作用する外力が算出され
る。

【００２７】

【作用】図１に示す如く可動体(81)に作用する外力をＦ
で表わし、第１検出器(61)に作用する力をｆ_A、第２検
出器(62)に作用する力をｆ_B、バネ部材(84)の初期荷重
をｆ₀とすると、力ｆ_A、ｆ_Bは、外力Ｆの大きさによっ
て下記３つの場合に分けて表わすことが出来る。

【００２８】Ｆ＝０の場合ｆ_A＝ｆ_B＝ｆ₀ ０＜Ｆ＜ｆ₀の場合ｆ_A＝ｆ₀、ｆ_B＝ｆ₀−ＦＦ≧ｆ₀の場合ｆ_A＝Ｆ、ｆ_B＝０

【００２９】従って、外力Ｆ(≧０)は、ｆ₀との大小関
係に拘わらず、下記数１によって算出される。

【００３０】

【数１】Ｆ＝ｆ_A−ｆ_B

【００３１】即ち、可動体(81)に作用する外力Ｆは、そ
の大きさに拘わらず、第１検出器(61)の出力と第２検出
器(62)の出力に基づいて正確に測定することが出来る。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る緩衝機構における外力測定
装置によれば、基体(８)と可動体(81)の間、即ち可動体
(81)の基端部に第１検出器(61)及び第２検出器(62)から
なる力センサーを配備した構成において、両検出器の出
力に基づいて正確な測定値が得られるから、例えば電子
部品自動装着装置の吸着ヘッド機構に実施した場合に、
その機能や耐久性に問題が生じることはなく、外力の測
定値に基づいて部品装着時の動作を制御すれば、過大な
外力の作用による電子部品の損傷を防止することが出来
る。

【００３３】

【実施例】図１は、本発明に係る緩衝機構の基本的な構
成を示しており、往復装置(85)が連繋する基体(８)の内
部に可動体(81)が配備され、基体(８)と可動体(81)の間
に配備した軸受(83)によって、可動体(81)を上下動可能
に支持している。

【００３４】可動体(81)の頭部には突片(82)が一体に形
成され、該突片(82)の上面にはバネ部材(84)との間に第
１検出器(61)が配置されると共に、該突片(82)の裏面に
は基体(８)との対向部に第２検出器(62)が配置されてい
る。尚、可動体(81)に作用する動的な力を対象とせず、
静的な力のみを測定対象とする場合には、第１検出器(6
1)は、バネ部材(84)の上端部と基体(８)の間に配置する
ことも可能である。

【００３５】以下、上記緩衝機構を図８及び図９に示す
電子部品自動装着装置(２)に構成した一例につき、図面
に沿って詳述する。吸着ヘッド機構(４)は図５に示す如
く、支持アーム(40)に垂直に支持された外筒(44)を具
え、該外筒(44)の内部に中間筒(43)が垂直軸回りに回転
可能に軸支(403)されている。

【００３６】又、外筒(44)の上端部には、保持した電子
部品(３)の向きを調整するためのサーボモータ(50)が配
備され、該モータ軸は中間筒(43)に連結されている。

【００３７】中間筒(43)の内部には、中央孔(46)を有す
る内筒(45)が中間筒(43)に対して一定範囲内で昇降可能
且つ相対回転不能に係合している。尚、内筒(45)の下降
端は、中間筒(43)に突設したストッパー(47)によって規
定されている。中間筒(43)と内筒(45)の間には圧縮バネ
(42)が介装され、内筒(45)を下方へ付勢している。

【００３８】内筒(45)の中央孔(46)は図示省略する真空
ポンプに連繋している。又、内筒(45)の下端部には、電
子部品(３)を吸着保持すべき吸着ノズル片(７)が着脱可
能に取り付けられている。吸着ノズル片(７)は、前記内
筒(45)の中央孔(46)と連通するノズル孔(72)を有してい
る。

【００３９】上記内筒(44)の上端部にはバネ(42)の下端
部との間に第１検出器(61)が配置されると共に、内筒(4
4)の突片(49)の裏面には中間筒(43)のストッパー(47)と
の間に第２検出器(62)が配置され、これら一対の検出器
によって力センサー(６)を構成している。第１検出器(6
1)及び第２検出器(62)は夫々、圧電素子、感圧導電ゴム
等を用いてコンパクトに構成される。

【００４０】斯くして、中間筒(43)からなる基体(８)
と、内筒(46)からなる可動体(81)と、バネ(42)からなる
バネ部材(84)によって、図１の緩衝機構が構成されるこ
とになる。

【００４１】図５に示す吸着ヘッド機構(４)を具えた電
子部品自動装着装置においては、吸着ノズル片(７)によ
って電子部品(３)が真空吸着され、該電子部品(３)をプ
リント基板の上方位置まで移動させ、その後、吸着ヘッ
ド機構(４)が降下して、電子部品(３)をプリント基板上
の所定位置に装着する。

【００４２】又、電子部品(３)がプリント基板に接触し
た時点で、更に吸着ヘッド機構(４)を下方へ駆動して、
電子部品(３)を基板表面に塗布された所謂クリーム半田
の層へ押し付け、該電子部品をプリント基板に仮固定す
ることが行なわれる。

【００４３】上記電子部品自動装着装置は、図６に示す
マイクロコンピュータ(１)によって動作が制御されてい
る。第１検出器(61)及び第２検出器(62)の出力は夫々Ａ
／Ｄ変換器(13)(14)を介してマイクロコンピュータ(１)
へ供給されている。

【００４４】マイクロコンピュータ(１)には、前記数１
の算出式を含むモータ制御プログラムが設定されてお
り、第１検出器(61)及び第２検出器(62)の出力に基づい
てモータ制御信号を作成し、該モータ制御信号はＤ／Ａ
変換器(11)を介してモータドライバー(12)へ供給され
る。

【００４５】マイクロコンピュータ(１)による押圧力の
制御においては、図７に示す如くマイクロコンピュータ
(１)内に予め設定したステップ状、ランプ状或いは一次
遅れ状の波形を有する押圧力を目標値として、前記モー
タ(51)をフィードバック制御する。即ち、前記数１に基
づく押圧力の測定値と目標値の偏差を前記モータ(51)を
含む駆動系(21)へ入力する。又、電子部品及びプリント
基板を含む制御対象(22)から得られる押圧力は、前記力
センサー(６)によって検出され、マイクロコンピュータ
(１)へフィードバックされる。

【００４６】上記電子部品自動装着装置によれば、力セ
ンサー(６)の出力に基づいて、電子部品(３)が受ける衝
撃力及び押圧力を、その大きさに拘わらず正確に検出す
ることが出来、これによって電子部品装着時の押圧力が
適切な値に制御される。この結果、電子部品の損傷、装
着ミスを確実に防止することが可能となる。

【００４７】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例え
ば本発明は、電子部品自動装着装置の吸着ヘッド機構に
限らず、種々の用途を有する緩衝機構に広く実施できる
のは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る緩衝機構の基本的な構成を示す一
部破断正面図である。

【図２】出願人が以前に案出した緩衝機構の一部破断正
面図である。

【図３】同上の緩衝機構の他の構成を示す一部破断正面
図である。

【図４】同上の緩衝機構の更に他の構成を示す一部破断
正面図である。

【図５】本発明を吸着ヘッド機構に実施した例を示す一
部破断正面図である。

【図６】電子部品自動装着装置のモータ駆動系を示すブ
ロック図である。

【図７】同上のモータ制御系を示すブロック図である。

【図８】電子部品自動装着装置の外観を示す斜視図であ
る。

【図９】ヘッド昇降機構の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

(８) 基体 (81) 可動体 (84) バネ部材 (61) 第１検出器 (62) 第２検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体(８)に対して可動体(81)が一軸方向
の一定範囲内で摺動可能に係合し、基体(８)と可動体(8
1)の間には、可動体(81)を基体(８)に対して突出せしめ
る方向に付勢するバネ部材(84)が介装され、可動体(81)
に作用する外力をバネ部材(84)の圧縮によって吸収する
緩衝機構において、バネ部材(84)の一方の端部に連繋すると共に、基体(８)
と可動体(81)の間に介在し、バネ部材(84)の反発力を直
接に受けて該反発力を検出する第１検出器(61)と、基体(８)と可動体(81)の対向部に配備され、可動体(81)
が基体(８)から最大突出した状態での基体(８)と可動体
(81)の間の圧接力を検出する第２検出器(62)と、第１及び第２検出器(61)(62)の出力に基づいて、可動体
(81)に作用する外力を算出する測定回路とを具えたこと
を特徴とする緩衝機構における外力測定装置。