JPWO2017090201A1

JPWO2017090201A1 - 作業装置

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Publication number: JPWO2017090201A1
Application number: JP2017552249A
Authority: JP
Inventors: 博充岡; 力茂手嶋
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Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
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Abstract

部品実装機（１）は、エア圧により所定の作業を行う種類の異なる作業ヘッド（３３Ａ，３３Ｂ）の交換が可能な作業装置であって、装置本体には、種類の異なる作業ヘッド（３３Ａ，３３Ｂ）に対し接続が可能な第１エア経路（ｐ１，３２１，４１，５１）及び第２エア経路（ｐ２、ｐｖ２，５３）が設けられる。

Description

本発明は、作業装置に関する。

例えば、特許文献１には、供給される部品をエア圧（バキューム圧）で吸着し、吸着した部品を基板に移送して装着する作業ヘッドを備える作業装置として部品実装機が記載されている。この作業ヘッドは、種類の異なる部品に対応するために交換可能に構成される。

特開２００４−２２１５１８号公報

近年の部品実装機においては、生産効率を向上させるため、部品移送の高速化を図れる小型の作業ヘッドが搭載される傾向にある。ところが、小型の作業ヘッドでは、ヘッド内部の狭い空間にエア経路を網の目のように張り巡らせる必要があるため、１本当たりのエア経路の径を極力小さい径にせざるを得ない。このような作業ヘッドでは、エア流量が大きく絞られることになるので、部品の表面に凹凸がある等して部品吸着ノズルと吸着部品との間からエアがリークする場合、ノズル先端でのバキューム圧が低下して吸着ノズルにおける部品の吸着力が低下する。このような場合、吸着した部品が重いときは移送中に部品落下しないように部品移送速度を落とす必要がある。そして、部品の重量によっては、当該部品を吸着できない事態が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エア流量が異なる小型の作業ヘッドの搭載が可能な作業装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の作業装置は、エア圧により所定の作業を行う種類の異なる作業ヘッドの交換が可能な作業装置であって、装置本体には、前記種類の異なる作業ヘッドに対し接続が可能な第１エア経路及び第２エア経路が設けられる。

これによれば、例えば通常の流量の第１エア経路よりも大流量の第２エア経路とすることにより、作業装置においては、通常のエア流量が得られる小型の作業ヘッドと通常よりも大きなエア流量が得られる小型の作業ヘッドの双方が使用可能となる。

本発明の実施の形態に係る作業装置として部品実装機を示す斜視図である。部品実装機に搭載される第１作業ヘッドの概略断面正面図である。図２Ａの第１作業ヘッドの概略断面側面図である。部品実装機に搭載される第２作業ヘッドの概略断面正面図である。図３Ａの第２作業ヘッドの概略断面側面図である。ヘッド交換時の部品実装機の動作を説明するためのフローチャートである。

（１．作業装置の構成）
以下、本発明に係る作業装置の一実施の形態として部品実装機の概略構成について図１を参照して説明する。なお、図１においては２台の部品実装機１を１つの架台２に並べて搭載した状態を示しているが、部品実装ラインにおいては１台の部品実装機１のみで構成され、もしくは複数台の部品実装機１が横並びに配置されて構成されている場合もある。以下の説明において、２台の部品実装機１が並ぶ方向、すなわち基板Ｂの搬送方向をＸ軸方向と称し、水平面内においてＸ軸方向に直角な方向をＹ軸方向と称し、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直角な方向をＺ軸方向と称する。

図１に示すように、部品実装機１は、実装機本体３の奥側（図１の右側）に設けられ、基板Ｂを搬送する基板搬送装置１０と、実装機本体３の前面側（図１の左側）に設けられ、基板Ｂに装着する部品を供給する部品供給装置２０と、両装置１０，２０の上方に設けられ、部品供給装置２０で供給された部品を吸着して移送し、基板搬送装置１０で搬送された基板Ｂに装着する部品移載装置３０等とを備える。

基板搬送装置１０においては、基板Ｂが一対のガイドレール１１ａ，１１ｂによりＹ方向に案内されつつ図略の一対のコンベアベルトにより部品実装位置まで搬送され、クランプ装置１２によりコンベアベルトから押し上げられてクランプされ位置決め固定される。
部品供給装置２０においては、テープフィーダ２１に設けられる図略のスプロケットが回転することで、供給リール２２から部品包装テープが所定ピッチで引き出される。そして、テープ剥離部２３で部品包装テープのトップテープが引き剥がされ、封入状態を解除された部品が部品供給部２４に順次送り込まれる。

部品移載装置３０は、実装機本体３上部に装架されて基板搬送装置１０及び部品供給装置２０の上方に配設されるＸＹロボットである。部品移載装置３０は、ボールネジ３１Ｂを介してＹ軸サーボモータ３１Ｙによりレール３１Ｒに沿ってＹ軸方向に移動されるＹ軸スライダ３２Ｙと、図略のボールネジを介してＸ軸サーボモータ３１ＸによりＸ軸方向に移動されるＸ軸スライダ３２Ｘ（本発明の「ヘッド取付ベース」に相当）等とを備える。Ｘ軸スライダ３２Ｘは、Ｙ軸スライダ３２ＹにＸ軸方向に移動可能に配置される。Ｘ軸スライダ３２Ｘには、部品を基板Ｂに装着する作業ヘッド３３が搭載される。

作業ヘッド３３には、下方に突出して設けられ部品を吸着保持する部品吸着ノズル３６を下端部に有するノズルホルダ部３４と、部品実装位置に位置決め固定される基板Ｂを撮像する基板撮像カメラ３５とが取り付けられる。ノズルホルダ部３４は、作業ヘッド３３に図略のサーボモータによりＺ軸方向に昇降可能に且つＺ軸周りで回転可能に支持される。部品吸着ノズル３６は、ノズル先端で部品を吸引可能なようにエア源として真空ポンプＰ（図２Ｂ参照）に接続される。また、部品吸着ノズル３６に吸着保持される部品を撮像する部品撮像カメラ３７が、基板搬送装置１０と部品供給装置２０の間に設けられる。

部品移載装置３０においては、部品供給部２４に供給される部品は、部品吸着ノズル３６に吸着保持される。そして、部品撮像カメラ３７の上方に移動されて撮像され、画像認識されて部品姿勢が補正される。そして、部品実装位置に搬送位置決めされる基板Ｂの上方に移動され、基板Ｂ上の所定の装着位置に装着される。

ここで、背景技術で説明したように、作業ヘッド３３は、部品を高速に移送して生産効率を向上させるために小型化されている。しかし、ヘッド内部の狭い空間にエア経路を網の目のように張り巡らせる必要があるため、１本当たりのエア経路の径は小径となり、重い部品の吸着及び搬送が困難となる。そこで、部品移載装置３０においては、２種類の作業ヘッド３３（以下、第１作業ヘッド３３Ａ、第２作業ヘッド３３Ｂという）の交換が可能に構成されており、以下詳述する。

（２．作業ヘッドの構成）
第１作業ヘッド３３Ａは、比較的軽量の部品の吸着が可能な既存の一般的なヘッドであり、第２作業ヘッド３３Ｂは、比較的重量の部品の吸着が可能な新規のヘッドである。以下、第１作業ヘッド３３Ａ及び第２作業ヘッド３３Ｂの各構成について、図２Ａ、図２Ｂ及び図３Ａ、図３Ｂを参照して説明する。なお、各図においては、エア関係のみの構成を示しており、部品撮像カメラ３７等のその他の構成については省略している。

図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、第１、第２作業ヘッド３３Ａ，３３Ｂは、Ｘ軸スライダ３２Ｘに対し図略の位置決め固定装置によりそれぞれ着脱可能（交換可能）に構成される。Ｘ軸スライダ３２Ｘには、第１作業ヘッド３３Ａ又は第２作業ヘッド３３Ｂを位置決め固定装置で位置決め固定したとき、第１作業ヘッド３３Ａ内部のノズル用エア経路４１（本発明の「第１エア経路」に相当）又は第２作業ヘッド３３Ｂ内部のノズル用エア経路５１（本発明の「第１エア経路」に相当）に接続される中継エア経路３２１（本発明の「第１エア経路」に相当）が設けられる。

この中継エア経路３２１は、真空ポンプＰから延びる第１エア配管ｐ１（本発明の「第１エア経路」に相当）が固定的に接続される。この第１エア配管ｐ１は、真空ポンプＰの近傍で分岐される一方の配管であり、真空ポンプＰの近傍で分岐される他方の配管は、第２エア配管ｐ２（本発明の「第２エア経路」に相当）としてＸ軸スライダ３２Ｘ近傍まで延びてカップリングＣのソケットＣｓに接続される。第２エア配管ｐ２の管径は、第１エア配管ｐ１の管径よりも大径に形成される。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１作業ヘッド３３Ａの内部には、Ｘ軸スライダ３２Ｘの中継エア経路３２１と接続可能なノズル用エア経路４１が設けられる。このノズル用エア経路４１は、ノズルホルダ部３４Ａ（部品吸着ノズル３６Ａを含む）を第１作業ヘッド３３Ａに吸引して保持するために、ホルダ用ソレノイドバルブ４２を介してノズルホルダ部３４Ａに接続される。なお、図２Ｂにおいては、ホルダ用ソレノイドバルブ４２からノズルホルダ部３４Ａまでのノズル用エア経路４１及びノズル用エア経路４１内のエア圧を検出する装置は図示省略する。

また、ノズル用エア経路４１は、途中で分岐されて軽量部品用エア経路４３とされている。この軽量部品用エア経路４３は、部品吸着ノズル３６Ａで軽量の部品を吸着するために、ノズル用ソレノイドバルブ４４を介して部品吸着ノズル３６Ａに接続される。なお、図２Ｂにおいては、ノズル用ソレノイドバルブ４４から部品吸着ノズル３６Ａまでの間に設けられる軽量部品用エア経路４３内のエア圧を検出する装置は図示省略する。

上述のように、真空ポンプＰから延びる第１エア配管ｐ１の管径は、第２エア配管ｐ２の管径よりも小径であり、第１エア配管ｐ１に接続される中継エア経路３２１、軽量部品用エア経路４３及び部品吸着ノズル３６Ａの径も第１エア配管ｐ１の管径と同様に小径である。よって、部品吸着ノズル３６Ａで吸着される部品は、比較的軽量の部品に限定される。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２作業ヘッド３３Ｂの内部には、Ｘ軸スライダ３２Ｘの中継エア経路３２１と接続可能なノズル用エア経路５１が設けられる。このノズル用エア経路５１は、ノズルホルダ部３４Ｂ（部品吸着ノズル３６Ｂを含む）を第２作業ヘッド３３Ｂに吸引して保持するために、ホルダ用ソレノイドバルブ５２を介してノズルホルダ部３４Ｂに接続される。

このノズル用エア経路５１は、ノズルホルダ部３４Ｂの吸引保持専用であり、途中で分岐されていない点で第１作業ヘッド３３Ａのノズル用エア経路４１と異なる。なお、図３Ｂにおいては、ホルダ用ソレノイドバルブ５２からノズルホルダ部３４Ｂまでのノズル用エア経路５１及びノズル用エア経路５１内のエア圧を検出する装置は図示省略する。また、第２作業ヘッド３３Ｂの外装には、第１作業ヘッド３３Ａのノズル用ソレノイドバルブ４４よりも大容量のノズル用ソレノイドバルブ５４が設けられる。

このノズル用ソレノイドバルブ５４の外部ポートには、第２エア配管ｐ２のカップリングＣのソケットＣｓと接続可能なプラグＣｐを備えるバルブ側第２エア配管ｐｖ２（本発明の「第２エア経路」に相当）が接続される。ノズル用ソレノイドバルブ５４の内部ポートには、重量部品用エア経路５３が接続される。この重量部品用エア経路５３は、部品吸着ノズル３６Ｂで重量部品を吸着するために、第１作業ヘッド３３Ａのノズル用ソレノイドバルブ４４よりも大容量のノズル用ソレノイドバルブ５４を介して部品吸着ノズル３６Ｂに接続される。

上述のように、真空ポンプＰから延びる第２エア配管ｐ２の管径は、第１エア配管ｐ１の管径よりも大径であり、第２エア配管ｐ２に接続されるバルブ側第２エア配管ｐｖ２、重量部品用エア経路５３及び部品吸着ノズル３６Ｂの径も第２エア配管ｐ２の管径と同様に大径である。すなわち、第２作業ヘッド３３Ｂは、末端の重量部品用エア経路５３のみを拡大することでヘッドの大型化を抑制し、大幅なエア流量の向上を図れる。よって、部品吸着ノズル３６Ｂで吸着される部品は、比較的重量の部品の吸着が可能となる。

さらに、重量部品用エア経路５３には、経路内のエア圧を検出するエア状態検出装置５５が接続される。バルブ側第２エア配管ｐｖ２は、カップリングＣを介して第２エア配管ｐ２と接続する必要があるため、部品実装機１は、エア状態検出装置５５のエア圧検出値に基づいて、カップリングＣの接続状態やバルブ側第２エア配管ｐｖ２等の損傷、すなわち部品吸着ノズル３６Ｂと真空ポンプＰとの接続状態を判断できる。これにより、生産の時間的ロスや部品の吸着不良を事前に防止できる。

（３．ヘッド交換時の部品実装機の動作）
次に、作業者が、部品実装機１のＸ軸スライダ３２Ｘに現在取り付けられている第１作業ヘッド３３Ａを第２作業ヘッド３３Ｂに交換したときの部品実装機１の動作について図４のフローチャートを参照して説明する。先ず、作業者は、Ｘ軸スライダ３２Ｘから第１作業ヘッド３３Ａを取り外し、Ｘ軸スライダ３２Ｘに位置決め固定装置で第２作業ヘッド３３Ｂを位置決め固定する。これにより、第２作業ヘッド３３Ｂ内部のノズル用エア経路５１は、中継エア経路３２１を介して第１エア配管ｐ１と連通する。次に、作業者は、第２エア配管ｐ２のカップリングＣのソケットＣｓとバルブ側第２エア配管ｐｖ２のカップリングＣのプラグＣｐとを接続する。これにより、第２作業ヘッド３３Ｂ内部の重量部品用エア経路５３は、カップリングＣを介して第２エア配管ｐ２と連通する。

部品実装機１は、Ｘ軸スライダ３２Ｘに装填された第２作業ヘッド３３Ｂからヘッド識別信号を読み取り（図４のステップＳ１）、読み取ったヘッド識別信号に基づいて、第１作業ヘッド３３Ａから第２作業ヘッド３３Ｂに交換されたか否かを判断する（図４のステップＳ２）。
部品実装機１は、第１作業ヘッド３３Ａから第２作業ヘッド３３Ｂに交換されたと判断したら（図４のステップＳ２のＹｅｓ）、ノズル用ソレノイドバルブ５４を駆動して部品吸着ノズル３６Ｂにバキュームエアを供給する（図４のステップＳ３）。そして、部品実装機１は、エア状態検出装置５５からエア圧検出値を読み取り（図４のステップＳ４）、読み取ったエア圧検出値が所定のエア圧の閾値（部品吸着可能な限界バキューム圧）以下であるか否かを判断する（図４のステップＳ５）。

部品実装機１は、エア圧検出値が所定のエア圧の閾値以下でないと判断したら（図４のステップＳ５のＮｏ）、第２作業ヘッド３３Ｂのバルブ側第２エア配管ｐｖ２と真空ポンプＰとの接続が不良と判断し、スピーカから接続不良の警告音を発するとともに表示装置に接続不良の旨を表示する（図４のステップＳ６）。一方、部品実装機１は、エア圧検出値が所定のエア圧の閾値以下であると判断したら（図４のステップＳ５のＹｅｓ）、表示装置に接続良好の旨を表示する（図４のステップＳ７）。以降、部品実装機１は、基板に対する部品の実装動作を開始する。なお、部品実装機１は、エア状態検出装置５５から読み取ったエア圧検出値に基づいて、部品吸着の有無の検出や、部品の立ち吸着等の吸着状態異常の検出するようにしてもよい。

（４．効果）
本実施形態の部品実装機１は、エア圧により所定の作業を行う種類の異なる作業ヘッド３３Ａ，３３Ｂの交換が可能な作業装置であって、装置本体には、種類の異なる作業ヘッド３３Ａ，３３Ｂに対し接続が可能な第１エア経路ｐ１，３２１，４１、５１及び第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３が設けられる。これにより、例えば通常の流量の第１エア経路ｐ１，３２１，４１、５１よりも大流量の第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３とすることにより、部品実装機１においては、通常のエア流量が得られる小型な作業ヘッド３３Ａと通常よりも大きなエア流量が得られる小型な作業ヘッド３３Ｂの双方が使用可能となる。

また、第１エア経路ｐ１，３２１，４１、５１は、作業ヘッド３３Ａ，３３Ｂが取り付けられるヘッド取付ベース（Ｘ軸スライダ）３２Ｘを経由するように設けられ、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３は、ヘッド取付ベース３２Ｘを経由しないように設けられるので、例えば第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３の経路径を第１エア経路ｐ１，３２１，４１、５１の経路径よりも大径となるようにした場合、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３に接続される作業ヘッド３３Ｂは小型のままで大きなエア流量が得られる。

また、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３には、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３のエア状態を検出するエア状態検出装置５５が設けられ、エア状態検出装置５５の検出値で作業ヘッド３３Ｂと第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３との接続状態を判断するので、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３がヘッド取付ベース３２Ｘを経由しないように設けられていても、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３に接続される作業ヘッド３３Ｂを確実に作動できる。

また、エア状態検出装置５５の検出値で作業ヘッド３３Ｂの作業状態を判断するので、作業ヘッド３３Ｂの作業精度を向上できる。
また、種類の異なる作業ヘッド３３Ａ，３３Ｂは、第１作業ヘッド３３Ａ及び第２作業ヘッド３３Ｂであり、第１作業ヘッド３３Ａは、第１エア経路ｐ１，３２１，４１に接続され、第２作業ヘッド３３Ｂは、第１及び第２エア経路ｐ１，３２１，５１及びｐ２，ｐｖ２，５３にそれぞれ接続されるので、例えば第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３の経路径を第１エア経路ｐ１，３２１，５１の経路径よりも大径となるようにした場合、第２作業ヘッド３３Ｂにおいては大小のエア流量の使用が可能となる。

また、第１及び第２作業ヘッド３３Ａ，３３Ｂは、それぞれノズル（部品吸着ノズル）３６Ａ，３６Ｂで部品を吸着して移送するヘッドであり、作業装置は、ノズル３６Ａ，３６Ｂで吸着した部品を基板Ｂに装着する部品実装機１であり、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３は、第１エア経路ｐ１，３２１，４１、５１よりも大容量のエア圧が得られるように設けられ、第１作業ヘッド３３Ａは、第１エア経路ｐ１，３２１，４１のエア圧で部品を吸着するとともにノズル３６Ａを保持し、第２作業ヘッド３３Ｂは、第２エア経路ｐ２，ｐｖ２，５３のエア圧で部品を吸着し、第１エア経路ｐ１，３２１，５１のエア圧でノズル３６Ｂを保持する。これにより、部品実装機１は、第２作業ヘッド３３Ｂで吸着した部品が重くても、当該部品を確実に吸着でき、部品移送速度を速くできるので、生産効率を大幅に向上できる。

また、第１及び第２エア経路ｐ１，３２１，４１、５１及びｐ２，ｐｖ２，５３は、１つのエア源Ｐに接続され、エア源Ｐの近傍で分岐されるので、第１及び第２エア経路ｐ１，３２１，４１、５１及びｐ２，ｐｖ２，５３内のエア圧を一定に保つことができる。

（５．その他）
上述の実施形態では、作業装置として部品実装機１を例に説明したが、本発明は、エア圧により所定の作業行う種類の異なる作業ヘッドの交換が可能な作業装置であれば適用可能である。
また、第２作業ヘッド３３Ｂは、エア圧を検出するエア状態検出装置５５を備える構成としたが、重量部品用エア経路５３のエア状態を確認できればエア圧を検出する装置に限定されるものではなく、例えばエア流量を検出する装置を重量部品用エア経路５３に接続するようにしてもよい。
また、第２作業ヘッド３３Ｂは、第１エア経路ｐ１，３２１，５１を使用せずに第２エア経路ｐ２、ｐｖ２，５３のみを使用するものであってもよい。また、第１及び第２作業ヘッド３３Ａ，３３Ｂは、部品吸着ノズル４１，５１の保持をエア圧によって行うものに限定されるものではなく、例えばピンを介して保持するものであってもよい。

１：部品実装機、１０：基板搬送装置、２０：部品供給装置、３０：部品移載装置、３２Ｘ：Ｘ軸スライダ、３２１：中継エア経路、３３Ａ：第１作業ヘッド、３３Ｂ：第２作業ヘッド、３４Ａ，３４Ｂ：ノズルホルダ部、３６Ａ，３６Ｂ：部品吸着ノズル、４１，５１：ノズル用エア経路、４２，５２：ホルダ用ソレノイドバルブ、４３：軽量部品用エア経路、５３：重量部品用エア経路、４４，５４：ノズル用ソレノイドバルブ、５５：エア状態検出装置、ｐ１：第１エア配管、ｐ２：第２エア配管、ｐｖ２：バルブ側第２エア配管、Ｃ：カップリング、Ｃｓ：ソケット、Ｃｐ：プラグ

Claims

エア圧により所定の作業を行う種類の異なる作業ヘッドの交換が可能な作業装置であって、
装置本体には、前記種類の異なる作業ヘッドに対し接続が可能な第１エア経路及び第２エア経路が設けられた、作業装置。
前記第１エア経路は、前記作業ヘッドが取り付けられるヘッド取付ベースを経由するように設けられ、
前記第２エア経路は、前記ヘッド取付ベースを経由しないように設けられる、請求項１に記載の作業装置。
前記第２エア経路には、前記第２エア経路のエア状態を検出するエア状態検出装置が設けられ、
前記エア状態検出装置の検出値で前記作業ヘッドと前記第２エア経路との接続状態を判断する、請求項２に記載の作業装置。
前記エア状態検出装置の検出値で前記作業ヘッドの作業状態を判断する、請求項３に記載の作業装置。
前記種類の異なる作業ヘッドは、第１作業ヘッド及び第２作業ヘッドであり、
前記第１作業ヘッドは、前記第１エア経路に接続され、
前記第２作業ヘッドは、前記第１及び第２エア経路にそれぞれ接続される、請求項１−４の何れか一項に記載の作業装置。
前記第１及び第２作業ヘッドは、それぞれノズルで部品を吸着して移送するヘッドであり、
前記作業装置は、前記ノズルで吸着した前記部品を基板に装着する部品実装機であり、
前記第２エア経路は、前記第１エア経路よりも大容量のエア圧が得られるように設けられ、
前記第１作業ヘッドは、前記第１エア経路のエア圧で前記部品を吸着するとともに前記ノズルを保持し、
前記第２作業ヘッドは、前記第２エア経路のエア圧で前記部品を吸着し、前記第１エア経路のエア圧で前記ノズルを保持する、請求項５に記載の作業装置。
前記第１及び第２エア経路は、１つのエア源に接続され、前記エア源の近傍で分岐される、請求項１−６の何れか一項の作業装置。