JPH07105638B2 - 部品装着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、表面実装部品を回路基板に装着する装置に関
する。

（ロ）従来の技術 表面実装部品を回路基板に装着するには、通常、真空吸
着型ピックアンドプレース装置を用いる。吸着した部品
を基板上に正確に置くため、部品位置をイメージ認識の
手法で知り、これに基づき部品と回路基板との相対位置
を調整することも良く行われる。特開昭63−51699号、
特開昭63−298573号公報、特開昭63−299400号公報、特
開昭64−12375号公報、特開平１−152699号公報にその
装置例がある。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は、イメージ認識により位置調整すべき部品に適
合させたノズルを、通常型の部品をハンドリングするた
めのノズルとつけ替えて使用できるようにしようとする
ものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明では、部品装着装置に次の構成を備えさせる。

（ａ）垂直に配置され、内部には真空吸引路を有するス
ピンドル （ｂ）前記スピンドルの下端に選択的に装着され、装着
時点で前記真空吸引路に連通するノズル群 （ｃ）スピンドルに、部品のピックアンドプレースのた
めの上下動を与える動力手段 （ｄ）前記ノズル群に含まれるものにして、端面から入
射した光を下方に方向転換させる背景板を部品吸着部よ
り下方に有するイメージ認識用ノズル （ｅ）スピンドルを昇降可能に支持する構造体に支持さ
れるものにして、スピンドルが前記イメージ認識用ノズ
ルを引き上げた際、その引き上げられたイメージ認識用
ノズルの端面に光を投げかける位置に配置された照明
体。

（ホ）作用 スピンドルは照明体の間を通って上下する。通常のノズ
ルの場合、照明体はこれに格別の作用をもたらさない。
イメージ認識用ノズルに交換すると、照明体は背景板を
エッジ部分から照らし、背景板に、部品のシルエットを
浮かび上がらせるという作用を生じさせる。

（ヘ）実施例 以下、一実施例を図に基いて説明する。

−全体的構成− 第１図に部品装着装置10の概略構成を示す。部品装着装
置10は箱形のベース11を有し、その上に、XYステージ2
0、ヘッド部30、ノズル交換部140、コンベア部150、基
板支持部160、第１部品供給部170といった構成要素が配
置されている。180はベース11の傍らに置かれた第２部
品供給部である。ヘッド部には第１撮像部191と第２撮
像部192が取り付けられ、コンベア部150の傍らには第３
撮像部193が配置されている。次に、各構成要素につい
て詳細な説明を行う。

−XYステージ− XYステージ20は、ベース11の四隅から立ち上がる支柱21
により、ベース11の上方高く支持されている。22はXYス
テージ20の一環をなすブリッジ部で、２本の支柱21の上
端同士を、ベース11の短辺の方向に連結している。23は
同じくXYステージ20の一環をなす直線スライドガイド
で、２本の支柱21の上端同士を、ベース11の長辺方向に
連結している。２本の直線スライドガイド23は、Ｘ動ブ
ロック24を支持する。Ｘ動ブロック24は、２本のブリッ
ジ部22の間に掛け渡されたボールスクリュー25と、これ
を回転させるモータ26により、直線スライドガイド23に
沿って移動する。Ｘ動ブロック24は、ヘッド部30を支持
した上でこれを直線スライドガイド23と直角の方向に移
動させる、Ｙ動ユニットを内蔵している。Ｙ動ユニット
の移動の仕組も、Ｘ動ブロック24と同じく、ボールスク
リューとモータによるものである。

−ヘッド部− ヘッド部30は、XYステージ20に吊り下げ状態で支持され
ており、カバー部の中に、第３図以下に示す機構を備え
ている。すなわち第３図において、31は垂直に配置され
たスピンドルであり、これは中空軸32の中心に、スライ
ド軸受33により、軸方向にスライド自在、すなわち昇降
自在に支持されている。中空軸32の方は、フレーム構造
体34の中に、軸受35を介して、回転自在に支持されてい
る。すなわちスピンドル31は上下動と回転が可能であ
り、上下動をもって部品のピックアンドプレース作業を
行い、回転をもって部品を所定の方向に方向づけするも
のである。上下動と回転のメカニズムについては後述す
る。

スピンドル31は上下２本のパイプを継ぎ合わせて構成さ
れており、中心部は真空吸引路36となっている。スピン
ドル31の上端部には、フランジ37と継手ホルダ38が、こ
の順序に積み重ねた形で固定される。継手ホルダには回
転型継手39が装着され、そこから水平に真空ホース40が
延び出す。真空ホース40の方向を一定に保つため、言い
換えればスピンドル31が回転しても真空ホース40は回転
しないようにするため、次のような工夫が施してある。
すなわち、継手ホルダ38の外側にリング41を配置する。
リング41と継手ホルダ38の間には軸受42が介在し、リン
グ41は継手ホルダ38に対し回転自在である。リング41の
上面には第５図に示すステー43を固定し、このステー43
を継手39が貫通し、これによりリング41と継手39は互に
回転しないよう連結される。44はリング41の側面に固定
した板状のブラケットで、下縁から垂直な溝45を形設
し、この溝45の両側に、水平軸まわりに回転するローラ
46を取り付けている。このローラ46が、フランジ37を持
ち上げるレバー（後述）を挾みつけてリング41の回転を
止め、ひいては継手39の回転を止める。なお第４図に見
られるように、リング41とフレーム構造体34との間には
引張コイルばね47が張り渡され、スピンドル31に下向き
の力を与えている。

スピンドル31の下端はテーパ状に細くなっており、ここ
にノズル50が着脱可能に嵌合する。これと共に、真空吸
引路36はノズル50に連通する。51はスピンドル31の外面
に枢支された１対のレバーで、先端のローラ52をノズル
50の外面の溝53に係合させて（第13図）、ノズル50の脱
落を防止するものである。レバー51の対の間には引張コ
イルばね54が張り渡され、これによりレバー51には、ロ
ーラ52をノズル50に弾接させる力が生じている。ノズル
50は、ノズル交換部140に用意した他の種類のものと交
換可能である。

中空軸32の下端には、第８図に示すような角ばったマウ
ントベース60が形設されており、ここに、２対の部品位
置決めジョー61a、61b、62a、62bが、それぞれ垂直面内
で揺動できるように枢支されている。部品位置決めジョ
ー61a、61b、62a、62bの空間内配置状況は第４図、第５
図と第９図に示す通りである。すなわち部品位置決めジ
ョー61a、61bの対と62a、62bの対はマウントベース60の
直角２側面にそれぞれ枢支され、その結果、部品位置決
めジョー61a、61bのジョーチップ63と部品位置決めジョ
ー62a、62bのジョーチップ64が、互に直交する方向から
部品を挾みつけることになる。

部品位置決めジョー61a、61b、62a、62bの開閉メカニズ
ムは次のようになっている。なお部品位置決めジョー61
a、61bも62a、62bも、開閉メカニズムは同一なので、こ
こでは部品位置決めジョー61a、61bについてのみ説明す
る。第10図に見られるように、部品位置決めジョー61
a、61bの揺動中心より上の位置には引張コイルばね65が
張り渡されており、このためジョーチップ63、63は、互
に離れる方向に附勢されている。部品位置決めジョー61
a、61bの向かい合う側面には、やはり揺動中心より上に
位置して、突片66a、66bが形設される。突片66a、66bは
第10図において紙面の奥行き方向に重なり合い、その重
なり部分を、スライダ67のローラ68がすくい上げてい
る。スライダ67が中空軸32の外面に沿って上方にスライ
ドすると、第11図に示すようにジョーチップ63、63は接
近し、逆にスライダ67が下降すればジョーチップ63、63
は互に離れることになる。スライダ67をスライドさせる
のは中空軸32の外側に嵌合したフランジ筒69である。フ
ランジ筒69とスライダ67とは引張コイルばね70で連結さ
れており、フランジ筒69を引き上げるとスライダ67も上
昇する。第13図に示すように、スライダ67はフランジ筒
69の外面に延び出す上方延長部71を有し、ここに形設し
た縦方向の長穴72の中に、上下に間隔を置いて２個のロ
ーラ73が枢支されている。74はねじ75によってフランジ
筒69に固定されたカバーで、上方延長部71の窪みの中に
はまり込み、スライダ67を中空軸32の外面に維持する働
きをする。カバー74はねじ75を通す脚部76を有し、この
脚部76は長穴72を貫通する。カバー74の上端はフランジ
筒69に係合し、これによりカバー74がねじ75を中心とし
て回動するのを防いでいる。またカバー74の裏面の突部
77がフランジ筒69との間にローラ73を挾み込み、スライ
ダ67のスムーズな移動を保証している。第４図、第５図
に示す78は部品位置決めジョー61a、61b、62a、62bを抜
け止め保持するホルダである。

部品位置決めジョー61a、61b、62a、62bには、揺動端の
位置を微調整するため、調整機構が設けられている。部
品位置決めジョー61a、61bを例にとり、第14図、第15図
に基づき説明する。部品位置決めジョー61a、61bの支軸
を構成するのは偏心軸80である。偏心軸80は、マウント
ベース60にいんろう嵌合する軸心部81と、マウントベー
ス60の外側に位置する第１偏心部82、第２偏心部83を有
している。第１偏心部82の外側には軸受84が嵌合し、こ
の軸受84を介して部品位置決めジョー61a、61bを支持す
る。第２偏心部83は第１偏心部82よりも径大で、軸受84
の抜け止めの役割を果たすと共に、両側に平坦部85を有
し、ここをスパナで挾んで回すことができるようになっ
ている。この平坦部85はホルダ78に明けた窓86から外部
に突出する。なお第１偏心部82と第２偏心部83の偏心の
位相は同じで、外から第２偏心部83を見れば、第１偏心
部82の向きが判るようになっている。偏心軸80は、軸心
部81を貫通するボルト87によりマウントベース60に固定
され、ボルト87をゆるめることにより回転可能となる。
偏心軸80の回転のもたらす効果を第14図により説明す
る。部品位置決めジョー61aの偏心軸80は偏心部が水平
方向を向いた形で描かれているが、この形で配置された
偏心軸80は、その回転により、部品位置決めジョー61a
に主として上下方向の変位を生じさせる。部品位置決め
ジョー61bの偏心軸80は偏心部が垂直方向を向いた形で
描かれているが、この形で配置された偏心軸80は、その
回転により、部品位置決めジョー61bに主として横方向
の変位を生じさせる。なおこのように部品位置決めジョ
ーの対の双方に調整機構を設けなくても、対の一方に設
けるだけで実用上の目的は達成される。

スピンドル31とフランジ筒69に上下動を与えるのは、第
16図乃至第23図に示すカム装置90である。91はカム装置
90のフレームで、これにはカム軸92が水平に枢支され
る。カム軸92はフレーム91に固定したパルスモータ93に
連結されると共に、外側に２枚のカム94、95を固定して
いる。96は、カム軸92より上方に位置して、支軸97によ
り垂直面内で揺動できるよう支持されたレバーで、中間
部にはカム94に接触するカムフォロワローラ98を有し、
自由端には、スピンドル31のフランジ37を支えるローラ
99が装着されている。なおレバー96は、上から見ると２
枚の板を平行に置いた形になっており、その内１枚の先
端がブラケット44のローラ46の間に入り込み、リング41
の回転を止めている。カム軸92の下方には上下２段のレ
バー100、101が配置される。レバー100は支軸102により
垂直面内で揺動できるよう支持され、中間部にはカム95
に接触するカムフォロワローラ103を有する。レバー101
は支軸104により垂直面内で揺動できるよう支持され、
フランジ筒69に係合するローラ105を自由端に有する。
レバー100の自由端とレバー101の中間部とは、ターンバ
ックル式のリンク106により連結される。107はレバー10
1に連結してこれを引き上げる引張コイルばねで、これ
によりレバー100にも、カムフォロワローラ103をカム95
に圧接させる力が生じている。

第20図の110はフレーム91に固定したACサーボモータ
で、これは中空軸32に固定されたタイミングプーリ111
にタイミングベルト112を介して回転を伝える役割をす
る。中空軸32の回転は第６図乃至第８図に示すメカニズ
ムによりスピンドル31に伝えられる。すなわちスピンド
ル31には伝達片113が固定されており、この伝達片113は
マウントベース60の角に形設したスリット114を通って
外に延び出す。中空軸32の外に出た伝達片113は、マウ
ントベース60に枢支された１対のローラ115に挾みつけ
られる。中空軸32からの回転伝達をスピンドル31の上下
にかかわらず維持するため、伝達片113の、マウントベ
ース60の外側に位置する部分は十分な長さを上下方向に
有する。なお中空軸32とスピンドル31の回転方向のバッ
クラッシュをなくすため、一方のローラ115には、位置
決めジョーの場合と同様、偏心軸による調整機構が使用
され、横方向に微動させられるようになっている。

第23図の120はカム軸92に対して設けられるブレーキ機
構である。ブレーキ機構120は、カム軸92に固定された
ブレーキホイール121と、フレーム91に揺動可能に装着
されたブレーキシュー122と、ブレーキシュー122をブレ
ーキホイール121に接触させるばね123と、ばね123の附
勢力に反する方向にブレーキシュー122を引くソレノイ
ド124とを主な構成要素とする。ブレーキホイール121と
ブレーキシュー122はピニオンとラックにより構成され
る。ソレノイド124には、部品装着装置10に通電すると
同時に電流が流れ、第24図に示すように、ブレーキシュ
ー122をブレーキホイール121から引き離す。部品装着装
置10への通電を断つと、第25図に示すように、ブレーキ
シュー122がブレーキホイール121に接触し、カム軸92の
回転を止める。

フレーム構造体34の下端には、平面形状矩形の枠体130
を固定する。枠体130の対向２辺には、各々枠体130の中
心方向を照らすように、１本づつの照明体131を装着す
る。照明体131は冷陰極線管からなる。

−ノズル交換部− ノズル交換部140は、常時複数種のノズルを保持し、部
品の種類に応じてスピンドル31の下端のノズルをつけ替
えるものであるが、その機構は本発明の本旨ではないの
で説明を略し、前述特開昭59−69992号公報、特開昭63
−16700号公報、特開平１−121138号公報等に記載され
た如き機構を採用する、と述べるにとどめる。このノズ
ルには、大別して、第10図乃至第13図に示すような通常
型のノズル50と、第19図に示すイメージ認識用ノズル14
1と、２つの種類がある。イメージ認識用ノズル141はフ
ラットパックICのようにイメージ認識により位置を決定
する部品をハンドリングするためのものであり、部品吸
着部より上方に、水平な背景板142を有する。背景板142
は平面形状矩形の透明なプラスチックからなり、上面に
特殊な反射層143が設けられ、エッジ部分から入射した
光をその反射層143との界面で散乱・反射させて、下面
から出すものである。

−コンベア部− コンベア部150は固定レール部151と可動レール部152を
有する。可動レール部152の「可動」とは、固定レール
部151との間の距離を調整できる、という意味である。
固定レール部151、可動レール部152とも、内面にベルト
153を有し、これにより回路基板１を搬送する。コンベ
ア部150の中ほどには回路基板１を一定位置で停止させ
るための位置決め手段が設けられるが、これは図示しな
い。

−基板支持部− 基板支持部160は、コンベア部150に位置決めされた回路
基板１を下から支え、スピンドル31が圧力を加えても回
路基板１がたわまないようにするものである。特開昭59
−29492号公報に記載されたのと同様の機構を採用でき
る。

−第１部品供給部− 第１部品供給部170は、１列に並んだ複数個の部品供給
モジュール171により構成される。個々の部品供給モジ
ュール171は、第10図乃至第12図に示す通常の表面実装
部品２（チップコンデンサ、チップ抵抗等）を供給する
ためのもので、部品２を封入したテープをリール172か
ら繰り出して１個づつ供給する。部品供給モジュール17
1としては、特公昭62−52960号公報に記載されたような
ものを採用できる。

−第２部品供給部− 第２部品供給部180は、ベース11の傍らに据えるキャビ
ネット181を主部とするが、ノズル交換部140と並んでベ
ース11上に設置される位置決め部182も構成要素の一部
となるものである。キャビネット181には直角座標型ロ
ボット183が装備されており、これがキャビネット181内
の図示しないトレイからフラットパックICのような多リ
ード部品３（第19図）をピックアップし、位置決め部18
2に置く。位置決め部182では複数個のジョーがリードを
曲げないように多リード部品３を押し、大体の位置決め
をする。それからヘッド部30が位置決め部182に接近
し、多リード部品３をピックアップする。

−撮像部− 第１撮像部191、第２撮像部192、第３撮像部193はいず
れも工業用テレビカメラを主体に構成される。第１撮像
部191と第２撮像部192はヘッド部30に取り付ける。第１
撮像部191は回路基板１に印刷された基準マーク（fiduc
ial mark）を認識するのに用い、第２撮像部192は同じ
く回路基板１に印刷されたフットパターン（多リード部
品３のリードをハンダ付するランドパターン）を認識す
るのに用いる。第３撮像部193は位置決め部182の傍らに
上の方を見る形で設置されており、イメージ認識用ノズ
ル141に吸着された多リード部品３の認識に用いられ
る。

−制御部− 部品装着装置10の自動制御システムは第２図に示すよう
になっている。200は本体制御部で、その中枢をなすの
は中央処理部201であり、これにメモリ202、CRT203、キ
ーボード204が付属している。中央処理部201は、バスラ
イン205を介し、照明コントローラ206、XYステージコン
トローラ207、ヘッド部コントローラ208、ノズル交換部
コントローラ209、コンベア部コントローラ210、基板支
持部コントローラ211、部品供給部コントローラ212を制
御する。照明コントローラ206は照明部213を制御する
が、この照明部213は、第１撮像部191、第２撮像部19
2、第３撮像部193にそれぞれ組み合わせられる照明部の
集合呼称であり、照明体131もこれに含まれる。

本体制御部200とは別に認識部220がある。これは中央処
理部221と付属のメモリ222、CRT223、また中央処理部22
1にバスライン224を介して接続されたA/D変換部225、画
像処理部226により構成される。A/D変換部225は第１撮
像部191、第２撮像部192、第３撮像部193に接続され
る。また中央処理部221は本体制御部200の中央処理部20
1と通信ライン230で結ばれている。中央処理部201には
外部機器との通信ライン231も接続されている。

−動作− 部品装着装置10の始動前、スピンドル31は上昇位置にあ
り、ブレーキシュー122はブレーキホイール121に接触し
ている。運転のため通電すると、ソレノイド124が動作
してブレーキシュー122をブレーキホイール121から引き
離し、カム軸92は回転可能になる。以下部品のピックア
ンドプレース作業に入るのであるが、ここではまず、ス
ピンドル31に通常型のノズル50が装着されているものと
して説明を進める。動作開始と共に、XYステージ20はヘ
ッド部30を第１部品供給部170の任意の部品供給モジュ
ール171の上に移動させる。ここでパルスモータ93がカ
ム軸92を、第18図の角度位置から第16図の角度位置へ
と、図において時計方向に回転させると、レバー96の自
由端が下がり、スピンドル31が下降し、ノズル50が部品
２を吸着する。またレバー100、101の自由端も下がり、
フランジ筒69が下降する結果、部品位置決めジョー61
a、61b、62a、62bは外側に開く。部品２を吸着した後、
カム軸92を反時計方向に回転させると、スピンドル31は
部品２と共に上昇する。カム94、95のカム曲線の関係
で、ノズル50が第17図の高さに達するまで、フランジ筒
69には動きはない。ノズル50が第17図の高さに達する
と、カム軸92の回転にもかかわらず、スピンドル31の上
昇は止まり、入れ替わりにフランジ筒69が上昇し始め
る。そして部品位置決めジョー61a、61b、62a、62bが閉
じ、部品２をノズル50の中心に寄せる。部品２を挾んで
しまうと部品位置決めジョーはそれ以上閉じなくなる
が、それ以後のフランジ筒69の過剰なストロークは、引
張コイルばね70の伸張により吸収される（第12図）。部
品２のセンタリングに続いて、あるいはこれと同時に、
ACサーボモータ110が中空軸32を回転させ、部品２を所
定の方向に向ける。これらの動作が行われる一方で、XY
ステージ20はヘッド部30を回路基板１の上の所定の座標
位置に移動させる。回路基板１は、前工程で部品装着位
置に接着剤を塗布され（スクリーン印刷またはディスペ
ンサによる）、コンベア部150に位置決めされている。
また回路基板１の回路パターンの位置ずれは第１撮像部
191が基準マークを認識することによりチェックされ、X
Yステージ20の動きの中で補正されている。スピンドル3
1を降ろし、部品２を回路基板１に移すとピックアンド
プレース作業の１サイクルは終了する。部品位置決めジ
ョー61a、61b、62a、62bによる位置決め精度が、ジョー
チップ63、64の摩耗等により低下した場合には、偏心軸
80を回転させて精度を回復する。

イメージ認識用ノズル141を用いて多リード部品３を装
着する際は、スピンドル31の上昇をストローク上限の手
前で止める。すなわち第19図の状態であり、イメージ認
識用ノズル141は部品位置決めジョー61a、61b、62a、62
bの動作領域の外にある。この時背景板142は照明体131
と同じ高さにあり、照明体131を点灯すると、そこから
の光は背景板142のエッジ部分から入り、反射層143によ
り下方に方向転換し、多リード部品３のシルエットを浮
かび上がらせる。この状態のヘッド部30を第３撮像部19
3の上に置き、イメージ認識用ノズル141に対する多リー
ド部品３のずれをチェックする。その後ヘッド部30を回
路基板１の上へ移動させ、第２撮像部192によりチェッ
クしたフットパターンに、ずれを補正して重ね合わせ
る。

なおピックアンドプレース作業の途中で停電事故があっ
たとしても、ブレーキ機構120によりカム軸92の回転が
止められるため、スピンドル31は落下せず、回路基板１
が破損したり、ノズルの方が傷ついたりすることはな
い。

（ト）発明の効果 本発明によれば、通常のノズル、イメージ認識用ノズ
ル、照明体、いずれの機能を阻害することもなく単一の
ヘッド部に装着し、あるいは交換使用して、装着機能を
高めることができた。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示し、第１図は部品装着装置の
部分切除斜視図、第２図は制御系統を示すブロック線
図、第３図はヘッド部要部の断面図、第４図は第３図の
部分の側面図、第５図は第３図の部分を第４図と直角の
方向から見た側面図である。第６図はヘッド部の一部を
第３図と異る平面で断面した部分断面図、第７図は第６
図の部分の正面図である。第８図はヘッド部の下面図
で、部品位置決めジョーを切除し、且つ一部破断して示
したもの、第９図は部品位置決めジョーのみの下面図で
ある。第10図乃至第12図は部品位置決めジョーの開閉メ
カニズムとその動きを示す部分正面図、第13図は同じ目
的で提示する部分断面図である。第14図と第15図は、部
品位置決めジョーの微調整メカニズムを説明する部分正
面図と部分断面図である。第16図乃至第19図はカムの機
能の説明図、第20図乃至第22図はカム装置とこれに関連
するレバーの構造を示す水平断面図である。第23図はブ
レーキ機構部を示す断面図、第24図と第25図はブレーキ
機構の構造と動作を示す部分正面図である。 １…部品装着装置、31…スピンドル、36…真空吸引路、
50…ノズル、141…イメージ認識用ノズル、142…背景
板、90、93…動力手段を構成するカム装置とパルスモー
タ、131…照明体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次の構成を備えた部品装着装置。 （ａ）垂直に配置され、内部には真空吸引路を有するス
   ピンドル （ｂ）前記スピンドルの下端に選択的に装着され、装着
   時点で前記真空吸引路に連通するノズル群 （ｃ）スピンドルに、部品のピックアンドプレースのた
   めの上下動を与える動力手段 （ｄ）前記ノズル群に含まれるものにして、端面から入
   射した光を下方に方向転換させる背景板を部品吸着部よ
   り上方に有するイメージ認識用ノズル （ｅ）スピンドルを昇降可能に支持する構造体に支持さ
   れるものにして、スピンドルが前記イメージ認識用ノズ
   ルを引き上げた際、その引き上げられたイメージ認識用
   ノズルの端面に光を投げかける位置に配置された照明
   体。