KR20220015442A - 기판조립장치 및 기판조립방법 - Google Patents

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Abstract

기판조립장치(1)는, 제1 암(3)에 장착된 제1 엔드 이펙터(10)와, 제2 암(3)에 장착된 제2 엔드 이펙터(20)와, 제어 장치(4)를 구비한다. 제2 엔드 이펙터(20)는, 제2 기판(102)을 파지 가능한 한 쌍의 파지부(22, 22)와, 나사를 재치하기 위한 재치부(23)를 가진다. 제어 장치(4)가, 제2 엔드 이펙터(20)의 한 쌍의 파지부(22, 22)에 의해, 제2 기판(102)을 파지하면서 제2 기판(102)을 제1 기판(101) 상에 위치결정하고, 제1 엔드 이펙터(10)에 의해, 제2 엔드 이펙터(20)의 재치부(23)에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임함으로써 제1 기판(101)과 제2 기판(102)을 접합하도록 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어한다.

Description

기판조립장치 및 기판조립방법
본 발명은, 기판조립장치 및 그것을 이용한 기판조립방법에 관한 것이다.
종래로부터, 컴퓨터 등의 전자기기의 제조현장에서는, 전자기판의 조립작업은 작업자에 의해 행해지고 있었다. 전자기판의 조립작업에는, 예를 들어, 메인기판 상에 스페이서 나사를 장착하는 공정, 조립기판 상에 전자부품을 실장하는 공정, 및, 조립기판을 메인기판 상의 소정 위치에 위치결정한 상태로 나사 조임하는 공정이 포함된다.
최근, 다양한 분야에서, 생산성 향상의 관점에서, 로봇과 작업자가 같은 작업공간 내에서 공동으로 작업을 행하는 것이 제안되고 있다. 상기 제조현장에서 인형의 작업로봇을 도입하여, 기판의 조립작업을 행하는 경우, 로봇은, 작업자와 마찬가지로, 복잡한 작업공정을 정확하게 실시해야한다.
종래로부터, 전기기기나 기계장치 등의 조립에 사용되는 자동 나사 조임 장치가 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
일본특허공개공보 평6-91451호 일본특허공개공보 2016-60000호
상기 종래의 자동 나사 조임 장치는, 기판의 소정 위치에 나사 조임을 행하는 작업을 대상으로 하고 있다. 이로 인해, 상기와 같은 기판조립작업에 상기 종래 기술을 적용하기에는 개선의 여지가 더 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 전자기기의 제조현장에서, 나사 조임을 동반하는 기판조립작업의 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 어느 형태에 따른 기판조립장치는, 제1 기판과 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하는 장치로서, 베이스와, 상기 베이스에 장착된 제1 암과, 상기 베이스에 장착된 제2 암과, 상기 제1 암의 선단에 탈착 가능하게 장착되어, 나사를 유지하고, 또한 나사 조임 가능하게 구성된 제1 엔드 이펙터와, 상기 제2 암의 선단에 탈착 가능하게 장착된 제2 엔드 이펙터와, 상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제2 엔드 이펙터가, 기부와, 상기 기부에 설치되어, 상기 제2 기판을 파지 가능한 한 쌍의 파지부와, 상기 기부에 배치되어, 나사를 재치하기 위한 재치부를 가지고, 상기 제어 장치가, 상기 제2 엔드 이펙터의 한 쌍의 파지부에 의해, 상기 제2 기판을 파지하면서 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 위치결정하고, 상기 제1 엔드 이펙터에 의해, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 재치부에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임함으로써 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하도록 상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 것이다.
상기 구성에 의하면, 예를 들어 쌍완 로봇에 의해, 제2 암선단의 제2 엔드 이펙터의 한 쌍의 파지부에 의해, 제2 기판을 파지하면서 상기 제2 기판을 제1 기판 상에 위치결정한다. 그 후, 제1 암선단의 제1 엔드 이펙터에 의해, 제2 엔드 이펙터의 재치부에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임한다. 이로 인해, 제1 기판과 제2 기판을 접합하여 기판을 조립할 수 있다. 이로 인해, 나사 조임을 동반한 기판조립작업의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 엔드 이펙터가, 나사를 유지 가능하게 구성된 나사 유지부 또는 상기 재치부를 탈착 가능하게 구성된 연결부를 더 구비하고, 상기 제어 장치가, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 연결부에 상기 나사 유지부를 연결하고, 상기 나사 유지부에 의해, 유지한 나사를 소정의 위치에 배치된 상기 재치부에 재치하고, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 연결부에 상기 재치부를 연결하고, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 한 쌍의 파지부에 의해, 상기 제2 기판을 파지하면서 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 위치결정하고, 상기 제1 엔드 이펙터에 의해, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 재치부에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임함으로써 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하도록 상기 제1 암 및 제2의 동작을 제어해도 좋다.
상기 구성에 의하면, 예를 들어 쌍완 로봇 스스로가, 제2 엔드 이펙터에 연결한 나사 유지부에 의해, 나사를 재치부에 재치하고, 그 후, 제2 엔드 이펙터에 재치부를 연결할 수 있으므로, 기판조립장치가 나사를 공급하기 위한 장치를 구비하고 있을 필요가 없다. 로봇 시스템만으로 기판조립작업을 실현할 수 있다.
상기 재치부는, 복수의 나사를 재치 가능한 재치 스페이스를 가져도 좋다. 상기 구성에 의하면, 기판조립작업 중에 나사를 보급하는 작업이 불필요해지므로, 생산성이 더욱 향상된다.
상기 기판조립장치는, 상기 제1 암의 선단에 탈착 가능하게 구성되고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접속하기 위한 스페이서 나사를 유지하고, 또한 나사 조임 가능하게 구성된 제3 엔드 이펙터를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 제1 암의 선단에 상기 제3 엔드 이펙터를 장착하고, 상기 제3 엔드 이펙터에 의해, 상기 스페이서 나사를 유지하면서, 유지한 스페이서 나사를 상기 제1 기판 상에 나사 조임하도록 상기 제1 암의 동작을 제어해도 좋다.
또한, 상기 기판조립장치는, 상기 제2 암의 선단에 탈착 가능하게 구성되고, 전자부품을 유지 가능하게 구성된 제4 엔드 이펙터를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 제2 암의 선단에 상기 제4 엔드 이펙터를 장착하고, 상기 제4 엔드 이펙터에 의해, 유지한 상기 전자부품을, 상기 제2 기판 상에 실장하도록 상기 제2 암의 동작을 제어해도 좋다.
일반적으로 전자부품(예를 들어 메모리)을 기판 상에 실장할 때에는, 전자부품의 본체 부분은 기판 상에 배치되고, 전자부품의 단자부품은 기판에 설치된 관통공을 관통하여 기판의 뒤쪽으로 기판에 고정(예를 들어 납땜)된다. 상기 구성에 의하면, 스페이서 나사를 제1 기판 상에 나사 조임함으로써, 제1 기판과 제2 기판을 소정의 간격을 두고 접합시킬 수 있으므로, 제1 기판의 상면이, 제2 기판의 뒤쪽에 위치하는 전자부품의 단자와 접촉하지 않는다. 상기 구성에 의하면, 전자기기의 제조현장에서, 전자부품이 실장된 기판의 조립작업의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 엔드 이펙터는, 부압에 의해 상기 나사를 흡인함으로써 상기 나사를 유지하고, 또한 나사 조임 가능하게 구성되어도 좋다.
상기 구성에 의하면, 제1 엔드 이펙터에 흡인식의 드라이버(screwdriver)를 사용함으로써, 효율이 좋은 나사 조임 작업을 실시할 수 있어, 기판조립작업의 생산성이 더욱 향상된다.
본 발명의 그 외의 형태에 따른 기판조립방법은, 베이스와, 상기 베이스에 장착된 제1 암과, 상기 베이스에 장착된 제2 암과, 상기 제1 암의 선단에 탈착 가능하게 장착되어, 나사를 유지하고, 또한 나사 조임 가능하게 구성된 제1 엔드 이펙터와, 상기 제2 암의 선단에 탈착 가능하게 장착된 제2 엔드 이펙터와, 상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비한 기판조립장치에 의해, 제1 기판과 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하는 방법으로서, 상기 제2 엔드 이펙터가, 기부와, 상기 기부에 설치되어, 상기 제2 기판의 양단을 파지 가능한 한 쌍의 파지부와, 상기 기부에 배치되어, 나사를 재치하기 위한 가거치부를 가지고, 상기 제어 장치가, 상기 제2 엔드 이펙터의 한 쌍의 파지부에 의해, 상기 제2 기판의 양단을 파지하면서 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 위치결정하고, 상기 제1 엔드 이펙터에 의해, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 가거치부에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임함으로써 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하도록 상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 것이다.
본 발명은, 이상에 설명한 구성을 가지고, 전자기기의 제조현장에서, 나사 조임을 동반한 기판조립작업의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판조립장치를 나타내는 도면이다.
도 2는, 로봇의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 3은, 제1 엔드 이펙터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는, 제2 엔드 이펙터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 5는, 제3 엔드 이펙터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6은, 제4 엔드 이펙터의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은, 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 기능 블록도이다.
도 8은, 기판조립장치의 동작순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 9는, 기판조립작업의 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 기판조립장치의 동작을 설명하기 위한 제1 도면이다.
도 11은, 기판조립장치의 동작을 설명하기 위한 제2 도면이다.
도 12는, 제1 엔드 이펙터의 변형예를 나타낸 사시도이다.
도 13은, 도 12의 엔드 이펙터의 제1 양태를 나타낸 사시도이다.
도 14는, 도 12의 엔드 이펙터의 제2 양태를 나타낸 사시도이다.
도 15는, 본 변형예의 기판조립장치의 동작을 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 바람직한 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에서는 모든 도면을 통하여 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은 이해하기 쉽게 하기 위해, 각각의 구성요소를 모식적으로 나타낸 것이다.
(실시예)
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판조립장치를 나타내는 도면이다. 본 실시예의 기판조립장치는, 예를 들어 컴퓨터 등의 전자기기의 제조현장에 도입되고, 2장의 기판을 접합하는 작업(이하, "기판조립작업"이라 부른다)을 실시한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판조립장치는, 베이스(2)와, 베이스(2)에 장착된 한 쌍의 로봇암(이하, 간단히 "암"이라고 기재되는 경우가 있다)(3, 3)을 구비한 로봇(1)에 의해 구성된다. 이하에서는, 한 쌍의 암을 펼친 방향을 좌우방향이라고 부른다. 베이스(2)의 기축의 축심으로 평행한 방향을 상하방향이라고 부른다. 좌우방향 및 상하방향으로 직교하는 방향을 전후방향이라고 부른다. 본 실시예에서는, 로봇(1)은, 좌우의 암(3, 3)을 동작시켜, 암(3, 3)의 선단(리스트부(7, 7))에 장착된 엔드 이펙터(10, 20)에 의해, 기판조립작업을 실시한다.
로봇(1)의 베이스(2)의 전방에는 제1 테이블(61)이 설치된다. 제1 테이블(61)의 위에는 작업대(72)가 배치된다. 로봇(1)은, 작업대(72)의 위에서 제2 기판(102) 상에 전자부품(104)을 실장하는 작업을 행한다. 제1 테이블(61)의 전방에는 컨베이어(65)가 배치된다. 컨베이어(65)는 좌우방향으로 연장된 한 쌍의 레일부재를 가진다. 복수의 작업 플레이트(71)가 한 쌍의 레일부재의 위를 좌우방향으로 이동 가능하게 재치되어 있다. 각 작업 플레이트(71) 상에는 제1 기판(101) 및 제2 기판(102)이 배치된다. 로봇(1)은, 전방에 위치하는 작업 플레이트(71) 상에서 이들의 기판의 조립작업을 행한다. 기판조립작업이 완료된 작업 플레이트(71)는 컨베이어(65) 상을 순차 반송된다. 제1 테이블(61)의 좌측에는 제2 테이블(62)이 배치된다. 제2 테이블(62)의 위에는 로봇(1)의 오른쪽의 암(3)의 선단에 교체 가능한 엔드 이펙터가 배치된다. 제2 테이블(62)의 우측 경사 후방에는 제3 테이블(63)이 배치된다. 제3 테이블(63)의 위에는 전자부품(104)이 수납된 부품 케이스(73)가 배치된다. 전자부품(104)은, 기판 상에 실장된 메모리 등의 집적회로이다. 로봇(1)의 베이스(2)의 좌측에는 제4 테이블(64)이 설치된다. 제4 테이블(64)의 위에는, 나사 케이스(74) 및 나사 공급 장치(75)가 배치된다. 나사 케이스(74)에는, 스페이서 나사가 재치되어 있다. 본 실시예에서는, 나사 공급 장치(75)는, 나사 송출 유닛(75a)과 나사 공급 유닛(75b)을 포함한다. 나사 송출 유닛(75a)은, 복수의 나사를 수용함과 동시에, 수용된 나사를 하나씩 순차 송출하기 위한 장치이다. 나사 공급 유닛(75b)은, 나사 송출 유닛(75a)에 의해 순차 송출된 나사를 유지하고, 로봇(1)에 공급하기 위한 장치이다.
도 2는, 로봇(1)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 로봇(1)은, 대차(6)에 고정된 베이스(2)와, 베이스(2)에 지지된 한 쌍의 암(3, 3)과, 베이스(2) 내에 수납된 제어 장치(4) 및 진공 발생 장치(8)를 구비하고 있다. 진공 발생 장치(8)는, 예를 들어, 진공 펌프나 CONVUM (등록상표) 등, 후술하는 흡인식의 드라이버(12b)(도 3 참조)에 부압을 발생시키는 장치이다. 대차(6)의 전후 좌우의 치수는 예를 들어 610mm*620mm이다. 이로 인해, 로봇(1)은, 사람 일인분에 상당하는 한정된 스페이스에 설치할 수 있다. 각 암(3)은, 베이스(2)에 대해 이동 가능하게 구성된 수평 다관절형 로봇암이다. 암(3)은, 암부(5)와, 리스트부(7)를 구비하고 있다. 또한, 좌우의 암(3, 3)은, 독립하여 동작하거나, 서로 관련하여 동작하거나 할 수 있다.
암부(5)는, 본 예에서는, 제1 링크(5a) 및 제2 링크(5b)로 구성되어 있다. 제1 링크(5a)는, 베이스(2)의 상면에 고정된 기축(도시하지 않음)과 회전 관절(J1)에 의해 연결되고, 기축의 축심을 지나는 회전 축선(L1) 둘레로 회동 가능하다. 제2 링크(5b)는, 제1 링크(5a)의 선단과 회전 관절(J2)에 의해 연결되고, 제1 링크(5a)의 선단에 규정된 회전 축선(L2) 둘레로 회동 가능하다.
리스트부(7)는, 승강부(7a) 및 회동부(7b)에 의해 구성되어 있다. 승강부(7a)는, 제2 링크(5b)의 선단과 직동 관절(J3)에 의해 연결되고, 제2 링크(5b)에 대해 승강 이동 가능하다. 회동부(7b)는, 승강부(7a)의 하단과 회전 관절(J4)에 의해 연결되고, 승강부(7a)의 하단에 규정된 회전 축선(L3) 둘레로 회동 가능하다. 오른쪽 암(3)의 리스트부(7)에는, 메커니컬 인터페이스(9)를 통하여 엔드 이펙터(10)가 연결되어 있다. 왼쪽 암(3)의 리스트부(7)에는, 메커니컬 인터페이스(9)를 통하여 엔드 이펙터(20)가 연결되어 있다.
상기 구성의 각 암(3)은, 각 관절(J1~J4)을 가진다. 그리고, 암(3)에는, 각 관절(J1~J4)에 대응할 수 있도록, 구동용의 서보모터(도시하지 않음), 및, 그 서보모터의 회전각을 검출하는 인코더(도시하지 않음) 등이 설치되어 있다. 또한, 2개의 암(3, 3)의 제1 링크(5a, 5a)의 회전 축선(L1)은 동일 직선 상에 있고, 일방의 암(3)의 제1 링크(5a)와 타방의 암(3)의 제1 링크(5a)는 상하로 고저차를 두고 배치되어 있다.
다음으로, 오른쪽 암(3)에 선단에 장착된 엔드 이펙터(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 3은, 엔드 이펙터(10)의 구성을 나타낸 사시도이다. 엔드 이펙터(10)는 본 발명의 "제1 엔드 이펙터"에 상당한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 엔드 이펙터(10)는, 베이스 핸드(14)와, 베이스 핸드(14)에 의해 유지된 어댑터(13)와, 어댑터(13)에 연결된 기부(11)와, 기부(11)에 장착된 나사 조임부(12)를 구비한다.
베이스 핸드(14)는, 플랫폼(15)과, 플랫폼(15)에 지지된 한 쌍의 손가락(16)을 구비하고 있다. 플랫폼(15)은, T자형의 평판 형상을 가진다. 플랫폼(15)의 기단측이 오른쪽 암(3)의 리스트부(7)에 설치된 메커니컬 인터페이스(9)(도 2 참조)와 결합된다. 평행한 한 쌍의 손가락(16)은, 플랫폼(15)의 선단측에 설치된 구동부(17)(액추에이터)에 의해 구동되어, 평행을 유지하면서 서로 근접?이반하도록 병진 이동한다. 액추에이터는, 예를 들어, 에어실린더나 직동기구 등에 의해 구성되어 있어도 좋다.
어댑터(13)의 상부는, 원주 형상 또는 원통형상이다. 어댑터(13)의 외주면에는, 베이스 핸드(14)의 손가락(16)을 계합시키는 계합부가 설치되어 있다.
기부(11)는, 평판 형상이다. 기부(11)의 상면의 기단이, 어댑터(13)의 하부와 결합되고, 기부(11)의 상면의 선단이, 나사 조임부(12)와 결합된다.
나사 조임부(12)는, 기부(11)에 장착된 원통형의 본체부(12a)와, 본체부(12a)의 선단에 장착된 드라이버(12b)를 구비한다. 본체부(12a)는, 진공 발생 장치(8)(도 2 참조)에 의해 발생한 부압을 드라이버(12b)의 선단에 공급하도록 구성된다. 드라이버(12b)는, 이른바, 흡인식의 드라이버이다. 드라이버(12b)는, 부압에 의해 나사를 흡인함으로써 상기 나사를 유지하고, 또한 나사 조임 가능하게 구성된다.
다음으로, 왼쪽 암(3)에 선단에 장착된 엔드 이펙터(20)의 구성에 대해 설명한다. 도 4는, 엔드 이펙터(20)의 구성을 나타낸 사시도이다. 엔드 이펙터(20)는 본 발명의 "제2 엔드 이펙터"에 상당한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 엔드 이펙터(20)는, 플랫폼(25)과, 기부(21)와, 기부(21)에 설치된 한 쌍의 파지부(22, 22)와, 재치부(23)를 가진다.
플랫폼(25)은, 원주 형상을 가진다. 플랫폼(25)의 상부는, 왼쪽 암(3)의 리스트부(7)에 설치된 메커니컬 인터페이스(9)(도 2 참조)와 결합되고, 플랫폼(25)의 하부는, 기부(21)와 결합된다.
기부(21)는, 평판 형상이다. 기부(21)의 상면의 기단이, 플랫폼(25)의 하부와 탈착 가능하게 결합된다. 재치부(23)는, 기부(21)의 상면의 선단에 배치된다. 재치부(23)는, 평판 형상을 가진다. 재치부(23)는, 복수의 나사를 재치 가능한 재치 스페이스를 가진다. 본 실시예에서는, 재치부(23)의 상면에는 16개(4Х4)의 오목부(23a)가 설치된다. 각 오목부(23a)는, 나사의 선단부의 형상에 따른 용적을 가진다. 재치부(23)의 오목부(23a)에는 16개의 나사를 재치할 수 있다.
한 쌍의 파지부(22, 22)는, 기부(21)의 하면의 선단에 선단측에 설치된 구동부(액추에이터)(24)에 의해 구동되어, 평행을 유지하면서 서로 근접?이반하도록 병진 이동한다. 한 쌍의 파지부(22, 22)는, 제2 기판(102)을 파지 가능하게 구성된다.
다음으로, 왼쪽 암(3)에 선단에 탈착 가능한 엔드 이펙터(30)의 구성에 대해 설명한다. 도 5는, 엔드 이펙터(30)의 구성을 나타낸 사시도이다. 엔드 이펙터(30)는 본 발명의 "제3 엔드 이펙터"에 상당한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 엔드 이펙터(30)는, 왼쪽 암(3)의 리스트부(7)에 결합된 플랫폼(25)과, 플랫폼(25)에 탈착 가능하게 장착된 기부(31)와, 기부(31)에 설치된 나사 조임부(32)를 가진다. 기부(31)는, 원주형상을 가진다. 기부(31)의 상면은, 플랫폼(25)에 연결하고, 기부(31)의 하면은, 나사 조임부(32)에 연결한다.
나사 조임부(32)는, 제1 기판(101)과 제2 기판(102)을 서로 접속하기 위한 스페이서 나사를 유지하고, 또한 나사 조임 가능하게 구성된다. 나사 조임부(32)의 구성은, 특별히 한정되지 않는다.
다음으로, 오른쪽 암(3)에 선단에 탈착 가능한 엔드 이펙터(40)의 구성에 대해 설명한다. 엔드 이펙터(40)는, 본 발명의 "제4 엔드 이펙터"에 상당한다. 도 6은, 엔드 이펙터(40)의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 엔드 이펙터(40)는, 베이스 핸드(14)와, 베이스 핸드(14)에 의해 유지된 어댑터(13)와, 어댑터(13)에 연결된 기부(41)와, 기부(41)의 하부에 설치된 한 쌍의 파지부(42, 42)를 구비한다.
기부(41)는, 평판 형상이다. 기부(41)의 상면의 일단이, 어댑터(13)의 하부와 결합된다. 또한, 기부(41)의 상면의 일단에는 누름부(44)가 장착되어 있다. 누름부(44)는, 평판 형상을 가진다. 누름부(44)가 컨베이어(65) 상의 작업 플레이트(71)에 눌러짐으로써, 작업 플레이트(71)는 컨베이어(65) 상을 반송된다. 한 쌍의 파지부(42, 42)는, 기부(41)의 타단의 하부에 설치된 구동부(43)(액추에이터)를 통하여 연결된다. 한 쌍의 파지부(42,42)는, 구동부(43)에 의해 구동되어, 평행을 유지하면서 서로 근접?이반하도록 병진 이동한다. 한 쌍의 파지부(42,42)는, 전자부품(104)을 파지 가능하게 구성된다.
도 7은, 도 2의 로봇(1)의 제어 장치(4)의 구성을 개략적으로 나타내는 기능 블록도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(4)는, CPU 등의 연산부(4a)와, ROM, RAM 등의 기억부(4b)와, 서보 제어부(4c)를 구비한다. 제어 장치(4)는, 예를 들어 마이크로 컨트롤러 등의 컴퓨터를 구비한 로봇 컨트롤러이다. 또한, 제어 장치(4)는, 집중 제어하는 단독의 제어 장치(4)에 의해 구성되어 있어도 좋고, 서로 협동하여 분산 제어하는 복수의 제어 장치(4)에 의해 구성되어 있어도 좋다.
기억부(4b)에는, 로봇 컨트롤러로서의 기본 프로그램, 각종 고정 데이터 등의 정보가 기억되어 있다. 연산부(4a)는, 기억부(4b)에 기억된 기본 프로그램 등의 소프트웨어를 판독하여 실행함으로써, 로봇(1)의 각종 동작을 제어한다. 즉, 연산부(4a)는, 로봇(1)의 제어지령을 생성하고, 이것을 서보 제어부(4c)에 출력한다. 서보 제어부(4c)는, 연산부(4a)에 의해 생성된 제어지령에 기초하여, 로봇(1)의 각 암(3)의 관절(J1~J4)에 대응하는 서보모터의 구동을 제어하도록 구성되어 있다. 또한, 엔드 이펙터(10, 20, 30, 40)의 동작의 제어도 제어 장치(4)에 의해 행해진다. 따라서, 제어 장치(4)는, 로봇(1) 전체의 동작의 제어를 행한다.
다음으로, 본 실시예의 로봇(1)(기판조립장치)에 의한 기판조립작업에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 로봇(1)의 동작은, 본 실시예에 따른 기판조립방법이기도 하다. 도 8은, 로봇(1)의 동작순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 9는, 기판조립작업의 공정을 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다. 도 10 및 도 11은, 로봇(1)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 기판조립작업의 설명에 앞서, 미리, 제1 기판(101)은, 작업 플레이트(71) 상의 소정의 위치에 재치되어 있다(도 9(A) 참조). 작업 플레이트(71)의 상면에는 제1 기판(101)에 따른 형상의 오목부(71a)가 설치되어 있고, 제1 기판(101)은 오목부(71a)에 끼워져 있다. 이로 인해, 제1 기판(101)은 작업 플레이트(71) 상의 소정의 위치에 고정된다. 평면에서 볼 때 직사각형상의 제1 기판(101) 상의 네 모퉁이의 근방에서 나사구멍(101a)이 4군데 설치되어 있다.
처음에, 로봇(1)은, 제1 기판(101) 상에 스페이서 나사(103)를 장착한다(도 8의 스텝(S1) 참조). 구체적으로는, 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 왼쪽 암(3)의 선단에 엔드 이펙터(30)를 장착한다. 그리고, 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(30)에 의해, 제4 테이블(64) 상의 나사 케이스(74)에 재치된 스페이서 나사(103)를 유지하면서, 유지한 스페이서 나사(103)를 제1 기판(101) 상에 나사 조임한다(도 10 참조). 여기에서 도 9(Ｂ)에 나타내는 바와 같이, 스페이서 나사(103)의 상단에는 암나사(103a)가 설치되고, 스페이서 나사(103)의 하단에는 수나사(103b)가 설치되어 있다. 제1 기판(101) 상의 4군데의 나사구멍(101a)에 스페이서 나사(103)가 나사 조임된다.
다음으로, 로봇(1)은, 제2 기판(102) 상에 전자부품(104)을 실장한다(도 8의 스텝(S2) 참조). 구체적으로는, 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 왼쪽 암(3)의 선단에 엔드 이펙터(20)를 장착한다. 그리고, 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(20)에 의해, 제2 기판(102)을 유지하고, 엔드 이펙터(20)에 의해, 유지한 제2 기판(102)을 제1 테이블(61)의 작업대(72)의 위에 재치한다. 여기에서 제2 기판(102)의 네 모퉁이는, 도 9(C)에 나타내는 바와 같이, 작업대(72)의 위에 설치된 4군데의 고정 지그(72a)에 의해 고정된다.
한편, 제어 장치(4)는, 오른쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 오른쪽 암(3)의 선단에 엔드 이펙터(40)를 장착한다. 그리고, 제어 장치(4)는, 오른쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(40)에 의해, 제3 테이블(63)의 부품 케이스(73)에 수납된 전자부품(104)을 유지하고, 엔드 이펙터(40)에 의해, 유지한 전자부품(104)을, 제1 테이블(61)의 작업대(72)의 위에 재치된 제2 기판(102) 상에 실장한다(도 11 참조). 여기에서 전자부품(104)은, 도 9(C)에 나타내는 바와 같이, 접속단자(102a)를 통하여 제2 기판(102) 상에 실장된다. 또한, 평면에서 볼때 직사각형상의 제2 기판(102) 상의 네 모퉁이의 근방에서 관통공(102b)이 4군데 설치되어 있다.
다음으로, 로봇(1)은, 나사 조임에 의해 제1 기판(101)과 제2 기판(102)을 접합한다(도 8의 스텝(S3) 참조). 구체적으로는, 우선, 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(20)에 나사(105)를 공급한다. 제어 장치(4)는, 엔드 이펙터(20)를, 제4 테이블(64)의 나사 공급 장치(75)의 근방의 소정 위치에 이동시키고(도 11 참조), 나사 공급 장치(75)(나사 공급 유닛(75b))에 의해, 엔드 이펙터(20)(나사의 재치부(23))에 나사(105)가 공급된다. 한편, 제어 장치(4)는, 오른쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 오른쪽 암(3)의 선단에 엔드 이펙터(10)를 장착한다. 그리고, 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(20)(한 쌍의 파지부(22))에 의해, 작업대(72)의 제2 기판(102)을 파지하여 제2 기판(102)을 작업 플레이트(71)까지 반송하고, 제2 기판(102)을 작업 플레이트(71)의 제1 기판(101) 상에 위치결정한다(도 1 참조). 한편, 제어 장치(4)는, 오른쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(10)에 의해, 엔드 이펙터(20)(재치부(23))에 재치된 나사(105)를 유지하면서, 유지한 나사(105)로 나사 조임한다. 나사(105)는, 도 9(D)에 나타내는 바와 같이, 제2 기판(102)에 설치된 4군데의 관통공(102b)을 통하여, 제1 기판(101) 상의 4군데의 스페이서 나사(103)의 상단의 암나사(103a)에 나사 조임된다. 이로 인해, 제1 기판(101)과 제2 기판(102)이 접합되어, 기판조립작업이 완료된다.
본 실시예에 의하면, 쌍완형의 로봇(1)에 의해, 엔드 이펙터(20)(한 쌍의 파지부(22, 22))에 의해, 제2 기판(102)을 파지하면서 제2 기판(102)을 제1 기판(101) 상에 위치결정한다. 그 후, 엔드 이펙터(10)에 의해, 엔드 이펙터(20)의 재치부(23)에 재치된 나사(105)를 유지하면서, 유지한 나사(105)로 나사 조임한다. 이로 인해, 제1 기판(101)과 제2 기판(102)을 접합하여 기판을 조립할 수 있다. 이로 인해, 나사 조임을 동반한 기판조립작업의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 스페이서 나사(103)를 사용함으로써, 제1 기판(101)과 제2 기판(102)을 소정의 간격을 두고 접합시킬 수 있으므로, 제2 기판(102)의 뒤쪽에 전자부품(104)의 단자 등이 존재해도, 그것이 제1 기판(101)의 상면과 접촉하지 않는다.
또한, 본 실시예에서는, 재치부(23)는, 복수의 나사(105)를 재치 가능한 재치 스페이스(오목부(23a))를 가지고 있으므로, 기판조립작업 중에 나사(105)를 보급하는 작업이 불필요해진다. 생산성이 더욱 향상된다.
또한, 본 실시예에서는, 엔드 이펙터(10)는, 흡인식의 드라이버(12b)를 구비하고 있으므로, 효율이 좋은 나사 조임 작업을 실시할 수 있어, 기판조립작업의 생산성이 더욱 향상된다.
(변형예)
다음으로, 본 실시예의 변형예에 대해 설명한다. 도 12는, 엔드 이펙터(20)의 변형예를 나타낸 사시도이다. 본 변형예의 엔드 이펙터(20A)는, 본 실시예의 엔드 이펙터(20)(도 4)와 비교하면, 기부(21)의 상면의 선단에서, 재치부(23) 대신에, 연결부(26)가 설치되어 있는 점이 상이하다. 본 변형예의 연결부(26)는, 기부(21)의 상면의 선단에 설치된 구동부(26a)와, 한 쌍의 파지부(26b, 26b)를 구비한다. 한 쌍의 파지부(26b, 26b)는, 구동부(26a)에 의해 구동되어, 평행을 유지하면서 서로 근접이반하도록 병진 이동한다. 한 쌍의 파지부(26b, 26b)는, 대상물을 파지 가능하게 구성된다. 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 왼쪽 암(3)의 선단(리스트부(7))에 엔드 이펙터(20A)를 장착한다.
도 13은, 엔드 이펙터(20A)의 제1 양태를 나타낸 사시도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 이 양태는, 엔드 이펙터(20A)는, 연결부(26)에 의해, 반송 툴(50)에 연결되어 있다. 반송 툴(50)은, 어댑터(53)와, 어댑터(53)에 연결된 기부(51)와, 기부(51)의 하부에 설치된 나사 유지부(52)를 구비한다. 나사 유지부(52)는, 나사(105)를 유지 또는 해방 가능하게 구성된다. 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 연결부(26)의 한 쌍의 파지부(26b, 26b)에 의해, 반송 툴(50)의 어댑터(13)를 파지한다. 이로 인해, 반송 툴(50)이 엔드 이펙터(20A)에 연결된다.
제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(20A)를, 제4 테이블(64)의 나사 공급 장치(75)의 근방에 이동시키고, 나사 유지부(52)에 의해, 나사 공급 유닛(75b)의 스테이지(75c)로부터 송출되는 나사(105)를 유지하여, 나사 공급 유닛(75b)에 인접하는 거치대(76)의 위에 배치된 재치부(23A)의 오목부(23a)에 재치한다.
도 14는, 엔드 이펙터(20A)의 제2 양태를 나타낸 사시도이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 이 양태는, 엔드 이펙터(20A)는, 연결부(26)에 의해, 재치부(23A)에 연결되어 있다. 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 연결부(26)의 한 쌍의 파지부(26b, 26b)에 의해, 재치부(23A)를 파지한다. 이로 인해, 재치부(23A)가 엔드 이펙터(20A)에 연결된다. 이와 같이, 엔드 이펙터(20A)의 연결부(26)는, 나사 유지부(52) 또는 재치부(23A)를 탈착 가능하게 구성된다.
도 15는, 본 변형예의 로봇(1A)(기판조립장치)의 동작을 설명하기 위한 사시도이다. 제어 장치(4)는, 왼쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 도 15에 나타내는 바와 같이, 엔드 이펙터(20A)(한 쌍의 파지부(22, 22))에 의해, 제2 기판(102)을 파지하면서 상기 제2 기판(102)을 제1 기판(101) 상에 위치결정한다. 한편, 제어 장치(4)는, 오른쪽 암(3)의 동작을 제어하여, 엔드 이펙터(10)에 의해, 엔드 이펙터(20A)(재치부(23A))에 재치된 나사(105)를 유지하면서, 유지한 나사(105)로 나사 조임함으로써 제1 기판(101)과 제2 기판(102)을 접합하여 기판을 조립한다.
본 변형예에 의하면, 로봇(1) 스스로가, 엔드 이펙터(20A)에 연결한 나사 유지부(52)에 의해, 나사(105)를 재치부(23A)에 재치하고, 그 후, 엔드 이펙터(20A)에 재치부(23A)를 연결할 수 있으므로, 나사 공급 장치(75)의 나사 공급 유닛(75b)(도 1 참조)은 불필요하다. 로봇 시스템만으로 기판조립작업을 실현할 수 있다.
(그 외의 실시예)
또한, 상기 실시예의 기판조립장치는, 수평 다관절형의 쌍완 로봇으로 구성되었지만, 수직 다관절형의 쌍완 로봇을 채용해도 좋다.
상기 설명에서, 당업자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 기타 실시예가 명확하다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명를 실행하는 최선의 형태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.
본 발명은, 컴퓨터 등의 전자기기의 제조현장에서의 기판의 조립작업에 유용하다.
1,1A: 로봇(기판조립장치) 2: 베이스
3: 암 4: 제어 장치
5: 암부 6: 대차
7: 리스트부 8: 진공 발생 장치
9: 메커니컬 인터페이스 10: 제1 엔드 이펙터
11: 기부 12: 나사 조임부
13: 어댑터 14: 베이스 핸드
15: 플랫폼 16: 손가락부
17: 구동부 20,20A: 제2 엔드 이펙터
21: 기부 22: 파지부(기판)
23,23A: 재치부 23a: 오목부(재치 스페이스)
24: 구동부 25: 플랫폼
26: 연결부 30: 제3 엔드 이펙터
31: 기부
32: 나사 조임부(스페이서 나사) 40: 제4 엔드 이펙터
41: 기부 42: 파지부(전자부품)
43: 구동부 44: 누름부
50: 나사반송 툴 51: 기부
52: 나사 유지부 53: 어댑터
61: 제1 테이블 62: 제2 테이블
63: 제3 테이블 64: 제4 테이블
65: 컨베이어 71: 작업 플레이트
72: 작업대 73: 부품 케이스
74: 나사 케이스(스페이서 나사) 75: 나사 공급 장치
101: 제1 기판 102: 제2 기판
103: 스페이서 나사 104: 전자부품
105: 나사

Claims (7)

  1. 제1 기판과 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하는 장치로서,
    베이스와,
    상기 베이스에 장착된 제1 암과,
    상기 베이스에 장착된 제2 암과,
    상기 제1 암의 선단에 탈착 가능하게 장착되어, 나사를 유지하면서 나사 조임 가능하게 구성된 제1 엔드 이펙터와,
    상기 제2 암의 선단에 탈착 가능하게 장착된 제2 엔드 이펙터와,
    상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제2 엔드 이펙터가, 기부와, 상기 기부에 설치되어, 상기 제2 기판을 파지 가능한 한 쌍의 파지부와, 상기 기부에 배치되어, 나사를 재치하기 위한 재치부를 가지고,
    상기 제어 장치가,
    상기 제2 엔드 이펙터의 한 쌍의 파지부에 의해, 상기 제2 기판을 파지하면서 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 위치결정하고,
    상기 제1 엔드 이펙터에 의해, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 재치부에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임함으로써 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하도록 상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판조립장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 엔드 이펙터가,
    나사를 유지 가능하게 구성된 나사 유지부 또는 상기 재치부를 탈착 가능하게 구성된 연결부를 더 구비하고,
    상기 제어 장치가,
    상기 제2 엔드 이펙터의 상기 연결부에 상기 나사 유지부를 연결하고,
    상기 나사 유지부에 의해, 유지한 나사를 소정의 위치에 배치된 상기 재치부에 재치하고,
    상기 제2 엔드 이펙터의 상기 연결부에 상기 재치부를 연결하고,
    상기 제2 엔드 이펙터의 상기 한 쌍의 파지부에 의해, 상기 제2 기판을 파지하면서 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 위치결정하고,
    상기 제1 엔드 이펙터에 의해, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 재치부에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임함으로써 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하도록 상기 제1 암 및 제2의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판조립장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 재치부는, 복수의 나사를 재치 가능한 재치 스페이스를 가지는 것을 특징으로 하는 기판조립장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 암의 선단에 탈착 가능하게 구성되고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 접속하기 위한 스페이서 나사를 유지하고, 동시에 나사 조임 가능하게 구성된 제3 엔드 이펙터를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 암의 선단에 상기 제3 엔드 이펙터를 장착하고,
    상기 제3 엔드 이펙터에 의해, 상기 스페이서 나사를 유지하면서, 유지한 스페이서 나사를 상기 제1 기판 상에 나사 조임하도록 상기 제1 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판조립장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 암의 선단에 탈착 가능하게 구성되고, 전자부품을 유지 가능하게 구성된 제4 엔드 이펙터를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제2 암의 선단에 상기 제4 엔드 이펙터를 장착하고,
    상기 제4 엔드 이펙터에 의해, 유지한 상기 전자부품을, 상기 제2 기판 상에 실장하도록 상기 제2 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판조립장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 엔드 이펙터는, 부압에 의해 상기 나사를 흡인함으로써 상기 나사를 유지하고, 동시에 나사 조임 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 기판조립장치.
  7. 베이스와, 상기 베이스에 장착된 제1 암과, 상기 베이스에 장착된 제2 암과, 상기 제1 암의 선단에 탈착 가능하게 장착되어, 나사를 유지하면서 나사 조임 가능하게 구성된 제1 엔드 이펙터와, 상기 제2 암의 선단에 탈착 가능하게 장착된 제2 엔드 이펙터와, 상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비한 기판조립장치에 의해, 제1 기판과 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하는 방법으로서,
    상기 제2 엔드 이펙터가, 기부와, 상기 기부에 설치되어 상기 제2 기판을 파지 가능한 한 쌍의 파지부와, 상기 기부에 배치되어 나사를 재치하기 위한 재치부를 가지고,
    상기 제어 장치가,
    상기 제2 엔드 이펙터의 한 쌍의 파지부에 의해, 상기 제2 기판을 파지하면서 상기 제2 기판을 상기 제1 기판 상에 위치결정하고,
    상기 제1 엔드 이펙터에 의해, 상기 제2 엔드 이펙터의 상기 재치부에 재치된 나사를 유지하면서, 유지한 나사로 나사 조임함으로써 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 접합하여 기판을 조립하도록 상기 제1 암 및 제2 암의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 기판조립방법.
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