KR20130143473A

KR20130143473A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20130143473A
Application number: KR1020120110091A
Authority: KR
Inventors: 박경성
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2013-12-31
Also published as: JP6075722B2; JP2014007200A; KR102015583B1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 작업 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계에 있어서, 상기 가이드 빔에 송전부가 설치되고, 상기 송전부로부터 전력을 수전하는 수전부가 상기 작업 헤드에 설치되며, 상기 작업 헤드는 상기 송전부로부터 비접촉으로 상기 수전부를 통해 수전된 전력에 의해 구동되는 작업 기계를 제공한다.

Description

작업 기계{A working machine}

본 발명은 작업 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계에 관한 것이다.

작업 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계의 일례로서, IC 칩 등의 전자 부품을 프린트 기판 상에 실장하는 전자 부품 실장 장치를 들 수 있다.

전자 부품 실장 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 노즐을 구비한 실장 헤드(100)를 작업 헤드로서 가진다. 실장 헤드(100)는 가이드 빔인 X 방향 빔(200)을 따라 X 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 또한, X 방향 빔(200)은 이것과 직교하여 X 방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 한 쌍(2개)의 Y 방향 빔(300) 사이에 걸쳐짐과 동시에, Y 방향 빔(300)에 Y 방향을 따라 이동 가능하게 설치되어 있다. 이와 같이, X 방향 빔(200)과 Y 방향 빔(300)의 조합에 의해, 실장 헤드(100)는 수평면 내에서 X 방향 및 Y 방향으로 자유자재로 이동 가능하다. 그리고, 실장 헤드(100)는 X 방향 및 Y 방향의 이동의 조합에 의해 부품 공급부(미도시)로 이동하여 그 노즐로 전자 부품을 흡착하고, 또 실장 위치로 반송되어 온 프린트 기판(미도시) 상의 소정 위치로 이동하여 그 프린트 기판 상의 소정 위치에 전자 부품을 실장한다.

이러한 전자 부품 실장 장치를 구동시키는 데는, 실장 헤드(100) 등에 전력을 공급할 필요가 있다. 종래 실장 헤드(100)에의 전력의 공급은 케이블을 이용하여 외부 전원으로부터 공급하고 있었고, 이 때, 실장 헤드(100)의 X 방향의 가동 범위를 케이블이나 슬립 링 등의 직접 급전(給電) 수단이 이동 가능하도록 케이블 베어(CABLEVEYOR)(등록상표)(210)가 설치되어 있었다(예를 들어, 일본공개특허공보 특개2008-243839호).

그러나, 이들 전력 공급 방법으로는 마모나 단선을 완전히 없앨 수는 없고, 실장 헤드마다 케이블 베어(등록상표)를 설치하는 경우는 실장 헤드의 X-Y 방향에의 가동 범위를 제한하는 요인이 되었다. 따라서, 실장 효율을 향상시키기 위해 1개의 X 방향 빔에 복수의 실장 헤드를 탑재하고자 해도 각 실장 헤드의 가동 범위를 충분히 확보할 수 없었고, 현실적으로 1개의 X 방향 빔에 복수의 실장 헤드를 탑재하기는 어려웠다.

이러한 전력 공급상의 문제는 전자 부품 실장 장치에 한정되지 않고, 작업 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계의 공통적인 문제이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 작업 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계에 있어서, 직접 급전 수단을 설치하지 않고 작업 헤드로의 전력 공급을 가능하게 하는 것을 주된 과제로 한다.

여기서, 상기 송전부로부터 상기 수전부로 전력을 전송하는 방법은 전계 결합 방식, 자계 결합 방식, 전자 유도 방식 등의 비접촉 방식(와이어리스 방식)으로 행해진다. 특히, 전력 전송 효율의 점에서 전계 결합 방식이 바람직하고, 이 경우, 상기 송전부는 송전 전극을 포함하며, 상기 수전부는 상기 송전 전극과 대향하는 수전 전극을 포함할 수 있다.

여기서, 복수의 작업 헤드가 동일한 가이드 빔을 따라 이동할 수 있다.

여기서, 상기 작업 헤드가 무선 통신 수단, 정압 발생 수단 및 부압 발생 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가이드 빔에 설치된 송전부로부터 작업 헤드에 설치된 수전부로 비접촉으로 전력을 전송하므로, 마모나 단선 등의 문제를 일으키지 않고 작업 헤드로의 전력의 공급이 가능하게 된다. 또한, 동일한 가이드 빔에 복수의 작업 헤드를 탑재해도 그 급전 수단이 서로 간섭하는 일이 없어지게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전자 부품 실장 장치의 기본 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 전자 부품 실장 장치의 기본 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 전자 부품 실장 장치에 있어서, 실장 헤드에 전력을 공급하기 위한 구성의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전력 전송계의 등가 회로를 나타낸 개념도이다.
도 5는 도 2에 도시된 전자 부품 실장 장치에 있어서, 실장 헤드에 전력을 공급하기 위한 구성의 다른 실시예를 나타내는 설명도이다.
도 6은 정압 발생 수단의 일 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 부압 발생 수단의 일 구성예를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명을 전자 부품 실장 장치에 적용한 실시예에 기초하여, 본 발명의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 즉, 이하에서는 본 발명에 따른 작업 기계의 일례로 전자 부품 실장 장치를 들어 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 전자 부품 실장 장치의 기본 구성을 나타내는 개념도이다. 전자 부품 실장 장치는, 전자 부품을 흡착하고 프린트 기판 상에 실장하기 위해 작업 헤드로서 실장 헤드(10)를 가진다. 실장 헤드(10)에는 1개 또는 복수개의 노즐(11)이 X 방향 및 Y 방향에 직교하는 Z 방향으로 이동 가능, 즉 상하 이동 가능하게 설치되어 있다.

도 2의 전자 부품 실장 장치는, 1개의 X 방향 빔(20)에 3개의 실장 헤드(10)가 각각 X 방향 빔(20)을 따라 X 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 이들 3개의 실장 헤드의 종류로서는, 복수개의 노즐을 구비한 로터리식 또는 리니어식 혹은 1개의 노즐을 구비한 것 등의 공지의 종류로 할 수 있고, 3개의 실장 헤드(10)는 복수 종류의 조합 또는 전부 동일 종류로 할 수 있다. 이들 실장 헤드(10)는 X 방향 빔(20)을 따라 인접하는 실장 헤드와의 충돌 및 간섭을 피하면서 공지의 최적화된 프로그램에 의해 자유자재로 이동한다. 즉, 여기서 X 방향 빔(20)은 본 발명에 따른 가이드 빔의 일 례이다.

X 방향 빔(20)은 이것과 직교하여 X 방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 한 쌍(2개)의 Y 방향 빔(30) 사이에 걸쳐짐과 동시에, Y 방향 빔(30)에 Y 방향을 따라 이동 가능하게 설치되어 있다. 이와 같이, X 방향 빔(20)과 Y 방향 빔(30)의 조합에 의해, 실장 헤드(10)는 수평면 내에서 X 방향 및 Y 방향으로 자유자재로 이동 가능하다. 그리고, 실장 헤드(10)는 X 방향 및 Y 방향의 이동의 조합에 의해 부품 공급부(미도시)로 이동하여 그 노즐(11)에 의해 전자 부품을 흡착하고, 또 실장 위치로 반송되어 온 프린트 기판(미도시) 상의 소정 위치로 이동하여 그 프린트 기판 상의 소정 위치에 전자 부품을 실장한다.

또, 도 2에서는 X 방향 빔을 1개만 나타내지만, 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍(2개)의 X 방향 빔(20)을 Y 방향 빔(30) 사이에 걸치고, 각 X 방향 빔(20)에 1개 또는 복수의 실장 헤드(10)를 탑재할 수도 있다.

도 3은 실장 헤드(10)에 전력을 공급하기 위한 구성의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실장 헤드(10)는 그 기판 플레이트(12)에 설치된 리니어 가이드(13)를 이용하여 X 방향 빔(20)에 그 길이 방향(X 방향)을 따라 이동 가능하게 설치되어 있다. 즉, 실장 헤드(10)는 X 방향 빔(20)과 항상 일정한 간격을 유지하면서 X 방향으로 자유자재로 이동한다.

도 3의 예에서는, 실장 헤드(10)에 전력을 공급하는 방식으로서 비접촉 방식(와이어리스(wireless) 방식)의 하나인 전계 결합 방식을 채용하고 있다. 전계 결합 방식이란, 송전(送電)측에 송전 전극, 수전(受電)측에 수전 전극을 설치하고, 송전 전극과 수전 전극이 근접했을 때에 발생하는 전계를 이용하여 전력을 전송하는 방식이다.

도 3의 예에서는, X 방향 빔(20)이 송전측, 실장 헤드(10)가 수전측이고, X 방향 빔(20)에 송전부, 실장 헤드(10)에 수전부를 설치하고 있다. 그리고, X 방향 빔(20)의 송전부에 송전 전극(21), 실장 헤드(10)에 수전 전극(14)을 설치하고 있다. 구체적으로 송전 전극(21)은 X 방향 빔(20)의 상면 및 하면으로부터 수직으로 돌출내도록 설치되고, 수전 전극(14)은 송전 전극(21)과 대향하도록 실장 헤드(10)의 기판 플레이트(12)의 상면 및 하면으로부터 수직으로 돌출되도록 설치되어 있다. 도 3의 전력 전송계는 도 4에 도시된 등가 회로로 나타낼 수 있다. 즉, 송전 전극(21)과 수전 전극(14)의 전계 결합에 의해 전력이 송전부로부터 수전부로 전송되고, 그 전력에 의해 실장 헤드(10)가 구동된다.

여기서, 전술한 바와 같이 실장 헤드(10)는 X 방향 빔(20)과 항상 일정한 간격을 유지하면서 X 방향으로 이동하므로, 송전 전극(21)과 수전 전극(14)의 간격도 항상 일정하고, 그 간격을 용이하게 작게 할 수 있다. 이는 전계 결합 방식에 의한 전력의 전송에 있어서 적합하다.

도 5는 실장 헤드(10)에 전력을 공급하기 위한 구성의 다른 예를 나타내는 설명도이다. 도 5의 예에서는, 실장 헤드(10)에 전력을 공급하는 방식으로서 비접촉 방식(와이어리스 방식)의 하나인 전자 유도 방식을 채용하고 있다. 전자 유도 방식이란, 송전측에 송전 코일, 수전측에 수전 코일을 설치하고, 전자 유도에 의해 전력을 전송하는 방식이다.

도 5의 예에서도 실장 헤드(10)는, 그 기판 플레이트(12)에 설치한 리니어 가이드(13)를 개재하여 X 방향 빔(20)에 그 길이 방향(X 방향)을 따라 이동 가능하도록 설치되어 있다.

도 5의 예에서는, 송전부로서 X 방향 빔(20)의 길이방향을 따라 전원 레일(22)을 설치하고 있다. 전원 레일(22)에는 전원이 공급되는데, 실장 헤드(10)의 기판 플레이트(12)와 X 방향으로 동기하여 이동하는 롤러(15)가 전원 레일(22)과 전기적으로 접촉하면서 회전한다. 롤러(15)에는 송전 코일(16)이 장착되어 있고, 송전 코일(16)과 대향하는 위치에 수전 코일(17)이 배치되어 있다. 수전 코일(17)은 실장 헤드(10)의 기판 플레이트(12)에 장착되어 있고, 송전 코일(16)과의 사이에서 전자 유도에 의해 발생한 전력을 실장 헤드(10)에 공급한다.

도 3 및 도 5의 예와 같이, X 방향 빔(20)에 송전부(송전 전극(21), 전원 레일(22))를 설치하고, 이 송전부로부터 비접촉 방식(와이어리스 방식)으로 전력을 수전하는 수전부(수전 전극(14), 수전 코일(17))를 실장 헤드(10)에 설치하며, 실장 헤드(10)가 상기 송전부로부터 상기 수전부를 통하여 수전한 전력에 의해 구동됨으로써, 직접 급전 수단을 설치하지 않고 실장 헤드(10)로의 전력 공급이 가능하게 된다.

실장 헤드(10)가 구동하여 전자 부품을 흡착 및 실장하는 데는, 전력 이외에 진공 및 압축 공기의 공급이 필요하다. 즉, 진공은 실장 헤드(10)의 노즐(11)이 전자 부품을 흡착하기 위해 필요하고, 압축 공기는 실장시에 전자 부품을 흡착한 노즐의 진공을 파괴(미약(微弱) 블로우)하기 위해 필요하다. 종래의 전자 부품 실장 장치는 진공을 공급하기 위한 부압 발생 수단, 압축 공기를 공급하기 위한 정압 발생 수단을 실장 헤드(10)의 외부에 설치하는 것이 일반적이고, 외부의 정압 발생 수단 및 부압 발생 수단부터 실장 헤드(10)까지를 각각 공기 배관에 의해 접속하고 있다.

또한, 실장 헤드(10)의 제어를 하는 데는 신호의 공급도 필요하다. 이 신호의 공급은 종래의 전자 부품 실장 장치에서는 유선으로 행하는 것이 주류이고, 제어부부터 실장 헤드(10)까지를 신호 케이블로 접속하고 있다. 이들 공기 배관 및 신호 케이블도, 전력 공급용 케이블과 같이 도 1에 도시된 케이블 베어(등록상표)(210)를 이용하여 실장 헤드에 접속되어 있다. 따라서, 케이블 베어(210)(등록상표)를 없애는 데는 공기 배관 및 신호 케이블도 없애는 것이 요구된다.

신호 케이블에 대해서는, 실장 헤드(10)에 무선 통신 수단을 내장시킴으로써 없앨 수 있다. 무선 통신 수단 자체는 주지의 기술로서 여기서 설명은 생략한다.

공기 배관에 대해서는, 실장 헤드(10)에 정압 발생 수단 및 부압 발생 수단을 내장시킴으로써 없앨 수 있다.

정압 발생 수단은 도 6에 도시된 마이크로 블로어(40)로 구성할 수 있다. 도 6에 도시된 마이크로 블로어(40)는 가요성을 갖는 막 또는 박판으로 이루어지는 진동판(41)과, 진동판에 설치된 압전 소자(42)와, 진동판(41)과 함께 공기실(43a) 및 공기 유입실(43b)을 구성하는 구조체(43)를 구비한다.

압전 소자(42)에 의해 진동판(41)을 진동시키면, 공기실(43a)로부터 연속적으로 토출되는 공기에 의해 공기 유입실(43b) 내의 공기가 함께 구조체(43)의 토출부(43c)로부터 토출된다. 이 토출부(43c)로부터 토출되는 공기를 실장 헤드의 각 노즐에 공급함으로써, 실장시에 전자 부품을 흡착한 노즐의 진공을 파괴(미약 블로우)할 수 있다.

한편, 부압 발생 수단은 전술한 마이크로 블로어(40)를 이용하여 구성할 수 있다. 그 구성예를 도 7에 나타낸다. 도 7에 도시된 부압 발생 수단(50)은 똑바른 주요 관로(51)와 주요 관로(51)에 대해 직교하여 분기한 분기 관로(52)를 구비하고, 주요 관로(51)의 일단부는 도 6에서 설명한 마이크로 블로어(40)의 토출부(43c)에 접속되며, 타단부는 대기에 개방되어 있다. 또한, 분기 관로(52)는 실장 헤드의 각 노즐(11)에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 주요 관로(51) 안을 마이크로 블로어(40)로부터의 토출 공기가 유동하면, 그 유속에 따라 주요 관로(51) 안이 부압이 되고, 이에 따라 분기 관로(52)도 부압이 됨으로써, 노즐(11)에 부압을 공급하는 것이 가능하게 된다.

또, 마이크로 블로어(40)는 종횡 치수가 20mm×20mm정도, 토출부(43c) 부분을 제외한 두께가 2mm정도로 소형이므로, 실장 헤드(10)에 용이하게 내장시킬 수 있다. 또한, 마이크로 블로어(40)는 소형이면서 공기 토출압은 1900Pa정도, 풍량은 매분 1L정도의 성능을 가지므로, 본 실시예에서의 정압 발생 수단 및 이를 사용한 부압 발생 수단으로서의 기능을 수행할 수 있다.

이상과 같이, 실장 헤드(10)에 전력을 공급하기 위해 비접촉 방식(와이어리스 방식)의 급전 수단을 사용함과 동시에, 실장 헤드(10)에 무선 통신 수단, 정압 발생 수단(마이크로 블로어(40)) 및 부압 발생 수단(50)을 내장시킴으로써, 케이블 베어(등록상표)를 사용하지 않고 전력, 신호, 압축 공기 및 진공을 공급할 수 있다. 이와 같이 케이블 베어(등록상표)를 사용하지 않음으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 X 방향 빔(20)에 복수의 실장 헤드(10)를 문제없이 탑재할 수 있게 된다.

본 발명의 일 측면들은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명은 전자 부품 실장 장치뿐만 아니라 용접 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 용접 장치 등 작업 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계에 적용 가능하다.

10: 실장 헤드 11: 노즐
20: X 방향 빔 30: Y 방향 빔
40: 마이크로 블로어 50: 부압 발생 수단

Claims

작업 헤드가 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계에 있어서,
상기 가이드 빔에 송전부가 설치되고, 상기 송전부로부터 전력을 수전하는 수전부가 상기 작업 헤드에 설치되며,
상기 작업 헤드는 상기 송전부로부터 비접촉으로 상기 수전부를 통해 수전된 전력에 의해 구동되는 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 송전부로부터 비접촉으로 상기 수전부로 전력을 전송하는 방식은 전계 결합 방식이고, 상기 송전부가 송전 전극을 포함하며, 상기 수전부가 상기 송전 전극과 대향하는 수전 전극을 포함하는 작업 기계.
제1항에 있어서,
복수의 작업 헤드가 동일한 가이드 빔을 따라 이동하는 작업 기계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업 헤드가 무선 통신 수단, 정압 발생 수단 및 부압 발생 수단을 포함하는 작업 기계.