JPWO2015162749A1 - 電子回路組立装置 - Google Patents

Abstract

パッケージトレイに予め収容されている部品の凹部内における位置を修正して、基板に対する部品の位置精度を向上させる。パッケージトレイ１８の凹部Ｑの各々に予め収容されている部品ｓの各々を個別にチャック８０の爪８２を利用してｘ方向、ｙ方向へ移動させ、基準位置へ移動させる{(a)、(b)}。そして、その基準位置において、チャック８０によりピックアップされ{(c)}、基板Ｐの予め定められた位置へ載置させられる。このように、複数の部品ｓの各々の凹部Ｑの各々における位置を精度よく決めることができるため、チャック８０によって、部品ｓを正確にピックアップすることが可能となり、部品ｓの基板Ｐに対する位置精度を高めることができる。

Description

本発明は、電子部品を回路基板に組み付けて電子回路の組立を行う電子回路組立装置に関するものである。

特許文献１，２には、受取位置においてテープフィーダから供給された電子部品を受け取り、装着位置において電子部品を基板上の所定の位置に装着するロータリヘッドを備えた電子回路組立装置が記載されている。この電子回路組立装置においては、ロータリヘッドの受取位置と装着位置との間に修正位置が設けられ、吸着ノズルに対する電子部品の相対位置が専用の位置修正装置によって修正される。その結果、電子部品を回路基板の予め定められた位置に正確に装着することができる。

特開２０００−１３３９９８号公報 特開昭６２−６０２９９号公報

本発明の課題は、トレイに収容された電子部品をピックアップして電子回路を組み立てる電子回路組立装置において、回路基板に対する電子部品の位置精度の向上を図ることである。

課題を解決するための手段および効果

本発明に係る電子回路組立装置においては、トレイに収容された電子部品が、そのトレイの内部において位置決めされる。
例えば、トレイがパッケージトレイの場合には、電子部品が予め定められた設定間隔毎に位置するとは限らない。そのため、トレイに収容された電子部品を正確な位置でピックアップできなかったり、電子部品をピックアップできなかったりする場合等がある。一方、パッケージトレイに収容された電子部品を専用トレイに移すことも可能であるが、その場合には、作業工数が増え、望ましくない。
そこで、本発明に係る電子回路組立装置においてはパッケージトレイの内部において電子部品の位置決めが行われる。その結果、部品保持ヘッドにより電子部品が正確に、確実にピックアップされるようにすることができ、回路基板に対する電子部品の位置精度を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る電子回路組立装置を示す斜視図である。 上記電子回路組立装置の部品供給装置を示す平面図（概略図）である。 (a)上記電子回路組立装置の部品装着装置を示す斜視図である。(b)上記部品装着装置の要部を示す正面図である。 上記部品供給装置に含まれるトレイの平面図である。(a)部品の位置修正前の状態、(b)部品の位置修正後の状態 上記電子回路組立装置の制御装置を概念的に示すブロック図である。 上記制御装置の記憶部に記憶された作業ヘッド制御プログラムの一部を示すフローチャートである。 (a)〜(c)上記作業ヘッド制御プログラムの実行による作業ヘッドのチャックの作動図である。 本発明の実施例２に係る電子回路組立装置に含まれる部品装着装置の作業ヘッドの吸着ノズルを示す正面図であり、吸着ノズルの作動図である{(a)〜(c)}。

本発明を実施するための形態

以下、本発明の一実施形態としての電子回路組立装置について図面に基づいて説明する。

図１に示すように、実施例１に係る電子回路組立装置は、(i)組立装置本体１０，(ii)基板搬送保持装置１２，(iii)部品供給装置１４，(iv)部品装着装置１６等を含む。
基板搬送保持装置１２は、回路基板Ｐ（以後、基板Ｐと略称する）を水平な姿勢で搬送して保持するものである。図１において、ｘは基板搬送保持装置１２による基板Ｐの搬送方向であり、ｙは基板Ｐの幅方向であり、ｚは基板Ｐの厚み方向、すなわち、電子回路組立装置の上下方向である。これら、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに直交する。

部品供給装置１４は、基板Ｐに装着される電子部品（以下、部品と略称する）を供給するトレイ型部品供給装置を含む。トレイ型部品供給装置は、図２に示すように、複数の部品ｓ（図３，４等参照）が収容されたパッケージトレイ（部品が収容された状態で梱包されたトレイをいう。以下、同様とする）１８を複数収容するトレイ収容装置２０、トレイ移動装置２２等を含み、パッケージトレイ１８を用いて部品の供給が行われる。トレイ収容装置２０は、パッケージトレイ１８を上下方向に複数段収容可能なストッカ２４、ストッカ昇降装置２６等を含む。ストッカ２４には、上下方向に所定の間隔を隔てて、複数のトレイ収容部２８が設けられ、トレイ収容部２８の各々にｙ方向に延びた一対の内部ベルトコンベア３０ａ，ｂがそれぞれ設けられる。トレイ収容部２８の各々に設けられた一対の内部ベルトコンベア３０ａ，ｂには、それぞれ、パッケージトレイ１８が直接、または、パレット３２を介して支持される。パッケージトレイ１８のサイズが規格から外れている場合にはパレット３２を介して支持されるのであり、パッケージトレイ１８はパレット３２の予め定められた位置に図示しない固定装置によって固定される。ストッカ昇降装置２６は、ストッカ２４を昇降させるものであり、タイミングベルトとベルト駆動用モータとを含み、タイミングベルトにストッカ２４が一体的に昇降可能に係合させられる。

トレイ移動装置２２は、パッケージトレイ１８をトレイ収容装置２０の外部の予め定められた部品供給位置へ移動させるものである。トレイ移動装置２２は、トレイ収容装置２０の外部において、ｙ方向に延びた一対の外部ベルトコンベア３４ａ，ｂを含む。一対の外部ベルトコンベア３４ａ，ｂと、一対の内部ベルトコンベア３０ａ，ｂとでは、ｘ方向の間隔がほぼ同じである。トレイ移動装置２２は供給位置センサ３６を含み、パッケージトレイ１８またはパレット３２が供給位置センサ３６によって検出されると外部ベルトコンベア３４ａ，ｂが停止させられる。
部品供給装置１４において、生産プログラム等に基づいて決まる部品ｓが収容されたパッケージトレイ１８が選択され、ストッカ昇降装置２６の制御により、選択されたパッケージトレイ１８がトレイ移動装置２２と対向する高さへ昇降させられ、停止させられる。一対の内部コンベアベルト３０ａ，ｂと一対の外部コンベアベルト３４ａ，ｂとの駆動により、パッケージトレイ１８またはパレット３２がｙ方向へ移動させられるのであり、トレイ収容装置２０から外部へ出され、予め定められた位置まで移動させられて、停止させられる。その供給位置において、パッケージトレイ１８に収容された部品ｓは部品装着装置１６によってピックアップされる。
パッケージトレイ１８は、図４(a)，(b)等に示すように、規則的に連続して形成された複数の凹部Ｑを備え、それら凹部Ｑの各々に、部品ｓが１つずつ収容されたものである。しかし、専用トレイではないため、図４(a)に示すように、凹部Ｑの各々に予め収容された部品ｓの各々は互いに同じ相対位置にあるとは限らず、凹部Ｑの各々における部品ｓの各々の位置精度は低い。

部品装着装置１６は、部品供給装置１４によって供給された部品ｓをピックアップして、基板搬送保持装置１２に保持された基板Ｐの予め定められた位置に載置するものである。部品装着装置１６は、図３(a)に示すように、２つの作業ヘッド４１，４２および作業ヘッド移動装置４３を含む。作業ヘッド移動装置４３は、図１，３(a)に示すように、ｘ軸移動装置４４，ｙ軸移動装置４５およびｚ軸移動装置４６，４７を含む。ｙ軸移動装置４５は、(a)駆動源としてのリニアモータ５０、(b)ｙ方向に延びた一対のｙ軸ガイド５２ａ，ｂ、(c)一対のｙ軸ガイド５２ａ，ｂに係合させられたｙ軸スライダ５４等を含む。ｘ軸移動装置４４は、ｙ軸スライダ５４に設けられたものであり、(a)駆動源としてのｘ軸モータ５６、(b)ｘ方向に延びた一対のｘ軸ガイド５８ａ，ｂ、(c)一対のｘ軸ガイド５８ａ，ｂに係合させられたｘ軸スライダ６０、(d)ｘ軸モータ５６の回転を直線運動に変換してｘ軸スライダ６０に伝達する駆動力伝達部としてのボールねじ機構６２等を含む。ｚ軸移動装置４６，４７は、ｘ軸スライダ６０に設けられ、それぞれ、(a)駆動源としてのｚ軸モータ６２，６３（図５参照）、(b)図示を省略するｚ方向に延びた一対ずつのｚ軸ガイド、(c)一対ずつのｚ軸ガイドにそれぞれ係合させられたｚ軸スライダ６４，６５、(d)ｚ軸モータ６２，６３の回転を直線移動に変換してｚ軸スライダ６４，６５に伝達する図示しない駆動力伝達部等を含む。

作業ヘッド４１，４２は、それぞれ、ｚ軸スライダ６４，６５に一体的に移動可能に保持されるのであり、ｘ、ｙ方向には一体的に、ｚ方向にはそれぞれ個別に移動可能とされている。
また、作業ヘッド４１，４２は、それぞれ、例えば、図３(b)に示すチャック８０を備えたものとすることができる。チャック８０は、部品を把持して保持する部品保持ツールであり、互いに接近・離間可能な一対の爪８２ａ，ｂを含む。一対の爪８２ａ，ｂは、エアシリンダ等の駆動源により開閉可能とされている。このように、チャック８０を備えた作業ヘッド４１，４２を部品保持ヘッドと称することができる。なお、作業ヘッド４１，４２は、それぞれ、同じ作業を行うヘッドであっても異なる作業を行うヘッドであってもよい。例えば、作業ヘッド４１，４２のうちの一方を部品保持ヘッドとして、他方を接着剤を塗布するディスペンサを備えた塗布ヘッドとすることもできる。また、符号８４はカメラであり、作業ヘッド４１と一体的にｘ、ｙ、ｚ方向に移動可能とされる。

図５に示すように、本電子回路組立装置はコンピュータを主体とするメイン制御装置９０、基板搬送制御部９２、部品供給制御部９４、部品装着制御部９６等を含む。メイン制御装置９０には、基板搬送制御部９２、部品供給制御部９４、部品装着制御部９６が互いに通信可能な状態で接続されるとともに入力装置９８が接続される。基板搬送装置１２、部品供給装置１４、部品装着装置１６等は、それぞれ、メイン制御装置９０、基板搬送制御部９２、部品供給制御部９４、部品装着制御部９６等の指令に基づいて制御される。

以上のように構成された電子回路組立装置において、供給位置にあるパッケージトレイ１８の複数の凹部Ｑの各々に収容された複数の部品ｓの各々が、それぞれ、作業ヘッド４１，４２のチャック８０によりピックアップされ、基板Ｐの予め定められた位置まで移動させられて載置される。この場合において、パッケージトレイ１８に収容された複数の部品ｓの各々の位置、換言すれば、チャック８０による複数の部品ｓの各々のピックアップ位置に関する情報は、予め入力装置９８を介して入力される。部品ｓの位置は、そのパッケージトレイ１８に形成された凹部Ｑの位置で決まるため、凹部Ｑの位置に関する情報（例えば、凹部Ｑの大きさ等の形状、ｘ、ｙ方向の間隔等の凹部Ｑの形成規則等）に基づいて部品ｓの位置に関する情報を取得することができる。
しかし、凹部Ｑの位置に関する情報に基づいて取得された部品ｓの位置に関する情報に基づいても、凹部Ｑの各々における部品ｓの各々の位置精度が低いため、チャック８０により部品ｓの予め定められた部分を正確に把持できない場合があった。また、チャック８０の一対の爪８２ａ、ｂの開き幅を超えて部品ｓの位置がずれ、チャック８０によって部品ｓを把持できない場合もあった。さらに、部品保持ツールが吸着ノズルである場合には開口の少なくとも一部が部品ｓから外れてエアが漏れ、ピックアップできない場合があった。一方、部品ｓについて専用のトレイを製造して、部品ｓをパッケージトレイ１８から専用トレイに移すことができるが、専用のトレイの製造には長時間を要し、かつ、費用が掛かる。また、専用のトレイに移すために作業工数が増える。パッケージトレイ１８の凹部Ｑの各々における部品ｓをカメラで撮像し、その画像データに基づいてチャック３０によるピックアップ位置を補正することも可能であるが、画像データの処理等に長時間を要する。

そこで、本実施例においては、パッケージトレイ１８の複数の凹部Ｑの各々において、予め収容されている部品ｓの各々が図４(b)に示す基準位置Ａへ移動させられる。複数の凹部Ｑの各々における部品ｓの各々の相対位置が互いに同じであれば、凹部Ｑの位置に関する情報に基づいて部品ｓの位置に関する情報を正確に取得することができる。
基準位置は、凹部Ｑの内部であればいずれの位置であってもよいが、部品ｓの位置を凹部Ｑの構成要素（例えば、側面）等を利用して精度よく決まる位置とすることが望ましい。また、基準位置は、凹部Ｑの形状と部品ｓの形状とで決めることができる。例えば、凹部Ｑが、底面Ｂと４つの側面ｈ１〜４とから構成され、平面視における開口が概して四角形状を成すものであり、部品ｓが概して直方体状を成したものである場合には、部品ｓが凹部Ｑの互いに隣接する２つの側面ｈ１，２に当接する位置を基準位置Ａとすることができる。このように、凹部Ｑの互いに隣接する２つの側面に部品ｓが接する位置を基準位置とすれば、部品ｓがＲ形状を成すものであっても、円筒形状を成すものであっても、部品ｓの凹部Ｑ内の位置を精度よく決めることができる。本実施例において、凹部Ｑの各々において部品ｓの位置を基準位置とすること、すなわち、部品ｓを基準位置に達するように移動させることを、部品ｓの位置を修正すると称する。
なお、基準位置は、凹部ＱのコーナＱｃを用いて決まる位置としたり、コーナＱｃとそのコーナＱｃを構成する少なくとも１つの側面ｈ１とに基づいて決まる位置としたりすること等ができる。

また、本実施例においては、凹部Ｑの各々における部品ｓの位置が、個別に、部品保持ツールとしてのチャック８０を用いて修正される。部品供給装置１４には、パッケージトレイ１８に形成された複数の凹部Ｑの各々において部品ｓの位置を修正可能な装置が設けられていないのが普通である。そのため、部品装着装置１６の構成要素であるチャック８０を利用することは妥当なことである。

部品ｓの位置修正およびピックアップは、図６のフローチャートで表される作業ヘッド制御プログラムの実行により行われる。
ステップ１（以下、Ｓ１と略称する。他のステップについても同様とする）において、部品ｓの凹部Ｑ内における位置の修正が行われる。図４(a)，(b)、図７(a)，(b)に示すように、チャック８０が側面ｈ４から側面ｈ２に向かってｘ方向へ移動させられた後に、側面ｈ３から側面ｈ１に向かってｙ方向へ移動させられる。それにより、チャック８０の爪８２ａにより部品ｓが押され、凹部Ｑの内部においてｘ方向、ｙ方向へ移動させられ、基準位置Ａに達する。Ｓ２において、チャック８０により部品ｓのピックアップが行われる。図７(c)に示すように、チャック８０が部品ｓの位置に関する情報に基づいて移動させられ、部品ｓがピックアップされ、基板Ｐの予め定められた位置へ移動させられ、載置される。Ｓ３において、予め定められた設定数個の部品ｓの装着が終了したか否かが判定され、終了していない場合には、Ｓ１に戻され、次の凹部Ｑへ移動させられ、以下、Ｓ１〜３が繰り返し実行される。そして、設定数個の部品ｓの装着が終了すると、Ｓ３の判定がＹＥＳとなり、本パッケージトレイ１８に収容された部品ｓの装着が終了させられる。

このように、本実施形態においては、パッケージトレイ１８の凹部Ｑの各々において予め収容されている部品ｓの各々が個別に基準位置へ移動させられる。それにより、凹部Ｑの各々における部品ｓの各々の相対位置を互いに同じにすることができ、部品ｓ各々の位置を、凹部Ｑの位置に関する情報で決まる位置に修正することができる。その結果、チャック８０が部品ｓの位置に関する情報（凹部Ｑの位置に関する情報に基づいて取得された情報）に基づいて移動させられることにより、部品ｓを、確実に、かつ、正確にピックアップすることができ、基板Ｐの部品ｓの位置精度を向上させることができる。
また、チャック８０によって、部品ｓの装着のみならず位置の修正も行われるため、特許文献１，２に記載のように、部品ｓの位置修正のための専用の位置修正装置等を設ける必要がなく、その分、部品点数の増加を回避し、コストアップを回避することができる。
さらに、チャック８０によって、複数の部品ｓの各々について、個別に、位置修正と装着のためのピックアップとが連続して行われるため、複数の部品ｓについて位置修正が行われた後に、複数のすべての部品ｓについて順番にピックアップがされる場合に比較して、位置修正に要する時間を短くすることができ、作業時間を短くすることができる。
また、パッケージトレイ１８をそのまま用いることができるため、専用のトレイを製造して、部品ｓを専用トレイに移す必要がなくなる。その結果、専用トレイの製造時間が不要となり、製造コストが不要となる。また、作業工程の増加を回避し、電子回路の組立に要する時間を短くすることができる。

本実施例においては、チャック８０を備えた作業ヘッド４１，４２、部品装着制御部９６の図６のフローチャートで表される作業ヘッド制御プログラムのＳ１を記憶する部分、実行する部分、作業ヘッド移動装置４３としての部品保持ヘッド移動装置等により位置修正装置、位置決め装置が構成される。そのうちの、作業ヘッド移動装置４３等により個別凹部内部品移動部が構成され、部品装着制御部９６のＳ１を記憶する部分、実行する部分等によりヘッド制御部、ヘッド移動制御部が構成される。
なお、作業ヘッド制御プログラムはメイン制御装置９０に記憶され、実行されるようにすることもできる。また、図６のフローチャートのＳ１とＳ２とはそれぞれ別のプログラムにより実行されるようにすることができ、Ｓ１を含むプログラムは、部品供給制御部９４において記憶され、実行されるようにすることもできる。

本実施例においては、図８(a)に示すように、パッケージトレイ１１０には、複数の凹部Ｑａが規則的に連続して形成され、凹部Ｑａの各々に部品ｓａがそれぞれ収容されている。パッケージトレイ１１０においては、凹部Ｑａが部品ｓａに対して深い。そのため、チャックによって部品ｓａをピックアップすることは困難である。
それに対して、実施例２においては、作業ヘッド４１，４２に吸引により部品をピックアップする吸着ノズル１２０が取り付けられている。本実施例においては、図８(a)に示すように、吸着ノズル１２０によって、部品ｓａが、位置修正のためにピックアップされ（上昇させられ）、凹部Ｑａの内部においてｘ方向、ｙ方向へ基準位置まで移動させられ、図８(b)に示すように、凹部Ｑａの底面に置かれる（下降させられる）。次に、図８(c)に示すように、吸着ノズル１２０が部品ｓａの位置に関する情報に基づいて移動させられ、部品ｓａが装着のためにピックアップされる。
このように、部品ｓａが基準位置に移動させられた後にピックアップされるため、吸着ノズル１２０によって部品ｓａの基板Ｐに対する位置精度を向上させることができる。なお、部品ｓａの位置を修正する場合には、部品ｓａを持ち上げることなく、凹部Ｑ内をｘ方向、ｙ方向へ摺動させることもできる。
なお、実施例１においては、チャック８０の爪８２ａ、ｂによって部品ｓの位置が修正されるようにされていたが、同様に、吸着ノズル１２０の側部によって部品ｓを移動させて、位置を修正することもできる。

また、実施例１，２においては、パッケージトレイの１つの凹部に１つの部品が収容されている場合について説明したが、１つの凹部に複数の部品が収容されている場合であっても、吸着ノズル等によって、順番に基準位置へ移動させつつ、ピックアップすることが可能である。
さらに、上記実施例においては、部品１つずつに対して、換言すれば、凹部１つずつに対して、部品の位置修正、ピックアップが連続して行われるようにされていたが、１つのトレイに収容された部品すべてについて位置修正が行われた後に、１つずつピックアップされるようにすることもできる。この場合において、部品の位置修正は、部品供給装置１４に設けられた治具を用いて行われるようにすることもできる。
また、パッケージトレイ１８において凹部Ｑの各々における部品ｓを撮像し、画像データに基づき部品ｓの基準位置Ａからのずれを取得し、ずれが大きい場合に位置の修正を行い、ずれが小さい場合には位置の修正を行わないようにすることもできる。
さらに、上記各実施例においては、部品ｓの位置がチャックや吸着ノズル等の部品保持ツールを用いて修正される場合について説明したが、それに限定されない。例えば、作業ヘッド、または、作業ヘッドと一体的に移動可能なｚ軸移動装置の構成要素等に、ｚ方向に延びたロッド状部材を取り付け、そのロッド状部材を用いて部品ｓの位置を修正することができる。ロッド状部材が作業ヘッドに取り付けられる場合において、作業ヘッドは、部品保持ツールを備えた部品保持ヘッドであっても、部品保持ツールを備えていないもの（例えば、ディスペンサを備えた作業ヘッド）であってもよい。これらの場合には、ロッド状部材を備えた作業ヘッド、作業ヘッド移動装置等により位置修正装置が構成される。それに対して、ｚ方向に延びたロッド状部材がｚ軸移動装置に取り付けられた場合には、ロッド状部材、ロッド状部材移動装置としての作業ヘッド移動装置等により位置修正装置が構成される。なお、ロッド状部材は、部品保持ツール、ディスペンサ等との干渉を避けるため、伸縮可能に設けることもできる。
また、パッケージトレイに収容された電子部品はリード線と部品本体とから構成されるリード部品であっても、リード線を備えていない部品であっても適用することができる。
その他、上記記載の実施形態の他、本発明は種々の態様で改良、変形を施した態様で実施することができる。

１４：部品供給装置 １６：部品装着装置 １８：パッケージトレイ ４１，４２：作業ヘッド ８０：チャック ８２：爪 １２０：吸着ノズル

Claims (6)

1. トレイに形成された１つ以上の凹部に収容された複数の部品をピックアップして、回路基板に装着することにより電子回路を組み立てる電子回路組立装置であって、
   前記複数の部品のうちの少なくとも１つの修正対象部品を、各々が収容された凹部内の予め定められた基準位置へ移動させることにより、前記修正対象部品の位置を修正する位置修正装置を含むことを特徴とする電子回路組立装置。
2. 前記凹部が、前記複数の部品の各々に１対１に対応して形成され、
   前記位置修正装置が、前記修正対象部品を、各々に対応する凹部である個別凹部の内部において前記基準位置へ移動させる個別凹部内部品移動部を含む請求項１に記載の電子回路組立装置。
3. 当該電子部品組立装置が、前記複数の部品の各々をピックアップ可能な部品保持ヘッドと、その部品保持ヘッドを移動させる保持ヘッド移動装置とを備えた部品装着装置を含み、
   前記位置修正装置が、前記部品装着装置を制御することにより、前記部品保持ヘッドに、前記修正対象部品の各々を前記基準位置へ移動させるヘッド制御部を含む請求項１または２に記載の電子回路組立装置。
4. 前記部品保持ヘッドが、前記複数の部品の各々を把持または吸着する部品保持ツールを備え、前記ヘッド制御部が、前記保持ヘッド移動装置を制御することにより、前記部品保持ツールを、前記修正対象部品に当接した状態で少なくとも水平方向へ移動させるヘッド移動制御部を含む請求項３に記載の電子回路組立装置。
5. トレイに収容された複数の部品をピックアップして、回路基板に装着して電子回路を組み立てる電子回路組立装置であって、
   前記複数の部品の各々をピックアップ可能な部品保持ヘッドと、その部品保持ヘッドを移動させる保持ヘッド移動装置とを備えた部品装着装置と、
   その部品装着装置を制御することにより、前記部品保持ヘッドに、前記トレイに収容された前記複数の部品のうちの少なくとも１つである修正対象部品の前記トレイ内における位置決めを行わせる位置決め装置を含むことを特徴とする電子回路組立装置。
6. 前記トレイが、パッケージトレイである請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電子回路組立装置。

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