JP2007201060A - 電子部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で部品装着ヘッドの高精度な位置合わせを行うことのできる電子部品実装装置を提供する。
【解決手段】電子部品を基板に装着するものであって、一端が軸支されて回動自在なアーム２と、アーム２の回動移動範囲を横切る方向に配置されるアーム回動駆動部３とを備え、アーム２にはその長手方向に移動自在な部品装着ヘッド５が取付けられ、部品装着ヘッド５を移動させるヘッド駆動部６を有し、アーム２はアーム２の回動移動範囲を横切る方向でスライド自在な連係部を介してアーム回動駆動部３に連結され、アーム回動駆動部３が連係部をスライドさせるのに伴ってアーム２を回動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は電子部品を基板に装着する電子部品実装装置に関し、特にアームの回動動作と部品装着ヘッドのスライド動作によって二次元的な動作をなす電子部品実装装置に関する。

ＩＣやトランジスタ等の電子部品を部品供給部から基板上の所定位置まで移動させて装着する電子部品実装装置が一般に用いられている。電子部品実装装置は、電子部品を吸着して搬送する部品装着ヘッドを有しており、この部品装着ヘッドを水平面内で直交する２方向であるＸ方向とＹ方向にそれぞれ移動させるＸＹロボットにより二次元的に移動させる。部品装着ヘッドは、ＸＹロボットによって部品供給部に移動して電子部品を吸着し、さらにＸＹロボットによって基板上の所定位置まで移動して、電子部品を基板上に装着する。このような電子部品実装装置としては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。
特開平８−１１６２００号公報

電子部品の基板上における配置は高精度に行う必要があり、したがって部品装着ヘッドの移動のために用いられるＸＹロボットにおいては、２方向についてがたつきのないものとする必要がある。特に、部品装着ヘッドはＹ方向の移動テーブルの先端部に固定されており、それがＸ方向の移動テーブルの移動に伴って安定的に移動することができるようにするためには、Ｘ方向の移動テーブルの構造を大掛かりなものとする必要がある。このように従来の電子部品実装装置においては装置が大がかりになると共に、高価なものとなっていた。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、簡易な構造で部品装着ヘッドの高精度な位置合わせを行うことのできる電子部品実装装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品実装装置は、電子部品を基板に装着する電子部品実装装置において、
一端が軸支されて回動自在なアームと、該アームの回動移動範囲を横切る方向に配置されるアーム回動駆動部とを備え、
前記アームにはその長手方向に移動自在な部品装着ヘッドが取付けられ、該部品装着ヘッドを移動させるヘッド駆動部を有し、前記アームは該アームの回動移動範囲を横切る方向にスライド自在な連係部を介して前記アーム回動駆動部に連結され、該アーム回動駆動部が前記連係部をスライドするのに伴って前記アームを回動させることを特徴として構成されている。

また、本発明に係る電子部品実装装置は、前記部品装着ヘッドは電子部品を吸着自在な吸着ヘッドを備え、該吸着ヘッドは前記アームの回転角度位置に応じて電子部品の向きを調節できるように前記部品装着ヘッドに対して回転自在であることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る電子部品実装装置は、前記連係部は前記アームの長手方向にスライド自在なリニアガイドと、前記アーム回動駆動部とリニアガイドを回転自在に連結する軸受部とからなることを特徴として構成されている。

本発明に係る電子部品実装装置によれば、一端が軸支されて回動自在なアームと、アームの回動移動範囲を横切る方向に配置されるアーム回動駆動部とを備え、アームにはその長手方向に移動自在な部品装着ヘッドが取付けられ、アームはアームの回動移動範囲を横切る方向にスライド自在な連係部を介してアーム回動駆動部に連結され、アーム回動駆動部が連係部をスライドさせるのに伴ってアームを回動させることにより、アームは一端が軸支されて他端のみが回動されるため、アームを簡易な構造で安定的に支持しておくことができ、また、スライド動作をするアーム回動駆動部によってアームを回動させることができるので、アームの回動を安定に行うことができ、結果として簡素な構造で高精度な部品装着を行うことができる。

また、本発明に係る電子部品実装装置によれば、部品装着ヘッドは電子部品を吸着自在な吸着ヘッドを備え、吸着ヘッドはアームの回動角度位置に応じて電子部品の向きを調節できるように部品装着ヘッドに対して回転自在であることにより、回動するアームを用いていても電子部品を適切な向きに調節することができる。

さらに、本発明に係る電子部品実装装置によれば、連係部はアームの長手方向にスライド自在なリニアガイドと、アーム回動駆動部とリニアガイドを回転自在に連結する軸受部とからなることにより、アーム回動駆動部が連係部をアームの回動移動範囲を横切る方向にスライド動作をさせることによりアームを円滑に回動動作させることができる。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には本実施形態における電子部品実装装置の平面図を、図２には本実施形態における電子部品実装装置の正面図を、それぞれ示している。本実施形態における電子部品実装装置は、テーブル１上に配置される部品供給部１０から電子部品６０を取り上げて、同じくテーブル１上に配置される基板搬送部１１に載置された基板６１上の所定位置に電子部品６０を移動させ装着するものである。

図１、図２に示すように、本実施形態における電子部品実装装置は、一端がテーブル１に軸支されて平面的に回動自在なアーム２と、テーブル１上においてアーム２の回動移動範囲を横切る方向に配置される細長いアーム回動駆動部３とを備えており、さらにアーム２にはその長手方向に移動自在な部品装着ヘッド５が設けられると共に、図２に示すようにアーム２とアーム回動駆動部３は連係部４を介して連結されている。

アーム２は、軸支部２０を介してテーブル１に回動自在に支持されており、テーブル１の平面と平行な状態で軸支部２０を中心に所定角度範囲において回動することができる。アーム２は図３において実線で示された角度位置から想像線で示された角度位置までの範囲で回動することができる。この図に示すように、アーム２の回動に伴って部品装着ヘッド５は、軸支部２０を中心とした円周方向に移動する。従ってアーム２は、部品装着ヘッド５が部品供給部１０の位置にある際にはその全幅に渡って移動でき、かつ部品装着ヘッド５が基板搬送部１１の位置にある際には基板６１の全領域に渡って移動できる角度範囲で回動することができる。

アーム回動駆動部３は、全体として長尺かつ直線的であり、アーム２の回動移動範囲を横切る方向に配置されており、表面から露出しアーム回動駆動部の長手方向に沿って移動自在な移動台３ａ、ガイド部３の一端に設けたアーム駆動モータ３ｂ、内部に設けられアーム駆動モータ３ｂにより回転駆動可能なスクリューねじ（図示せず）、移動台３ａに設けられスクリューねじに螺合するボールねじ（図示せず）、移動台３ａを案内する溝３ｃから主に構成される。以上の構成により、アーム駆動モータ３ｂが動作すると、移動台３ａがアーム回動駆動部３の長手方向に沿ってスライド移動する。

アーム２とアーム回動駆動部３とを連結する連係部４は、アーム２に対しては回転自在でかつ長手方向にスライド自在とされており、アーム回動駆動部３ａに対しては回転自在とされているものである。

図４には、連係部４付近の拡大斜視図を示している。この図に示すように、連係部４はアーム２の長手方向に沿ってスライド自在なリニアガイド部４２と、リニアガイド部４２とアーム回動駆動部３を回転自在に連結する軸受部４１とから構成されている。

アーム２の連係部４付近における下面には、連係部ガイドレール２２が設けられており、連係部４のリニアガイド部４２は連係部ガイドレール２２に沿ってアーム２の長手方向にスライドすることができる。軸受部４１は、互いに回動可能なふたつの回動部材からなり、一方の回動部材は前記リニアガイド部４２に固定され、他方の回動部材は前記アーム回動駆動部３の移動台３ａに固定されている。これらの構成により、アーム回動駆動部３のアーム駆動モータ３ｂが移動台３ａをアームの回動範囲を横切る方向にスライド動作をさせると、移動台３ａに固定された連係部４も一体にスライドし、連係部４の軸受部４１及びリニアガイド部４２を介して連結されたアーム２は、移動台３ａに対する角度及び長手方向位置を変化させながら、軸支部２０を中心に回動動作する。このようにして、アーム回動駆動部３が連係部４をスライド移動することにより、アーム２は軸支部２０を中心に回動動作することになる。

また、アーム２は図３において実線で示された角度位置から想像線で示された角度位置までの範囲で回動することができる。したがってアーム２は、部品装着ヘッド５が部品供給部１０の位置にある際にはその全幅に渡って移動でき、かつ部品装着ヘッド５が基板搬送部１１の位置にある際には基板６１の全領域に渡って移動できる角度範囲で回動することができる。

アーム２の長手方向に移動自在な部品装着ヘッド５は、アーム２に対して取付けられるヘッド基部３０と、ヘッド基部３０に対して上下動自在なヘッド装着部３１と、ヘッド装着部３１に取付けられ電子部品６０を吸着する吸着ヘッド３２とを備え、ヘッド３１はヘッド装着部３１に対して上下動できると共に、回転動作もすることができるように構成されている。

ヘッド基部３０は、アーム２の側面にその長手方向に沿って設けられたヘッドガイドレール２ａに係合しており、これに沿ってアームの長手方向にスライドすることができる。また、アーム２の軸支部２０に近い位置にはヘッド基部駆動モータ２ｂが内蔵され、アーム２の内部には前記ヘッド基部駆動モータ２ｂによって回転駆動可能なスクリューねじ（図示しない）が設けられ、ヘッド基部３０の内部に設けられるボールねじ（図示しない）が設けられ、前記ヘッド基部駆動モータ２ｂを稼動すると、スクリューねじ、ボールねじを介してヘッド基部３０をスライド動作させることができる。すなわち、アーム２とヘッド基部３０によって部品装着ヘッド５を移動させるヘッド駆動部を構成している。

部品装着ヘッド５は、ヘッド基部３０のアーム２の長手方向のスライド動作と、アーム回動駆動部３のスライド動作に伴うアーム２の回動動作によって、部品供給部１０で電子部品６０を吸着し基板６１で電子部品６０を装着する範囲において吸着ヘッド３２を二次元的に移動させることができる。アーム２は一端が軸支されて他端が回動されるので、簡易な構造で安定した支持、駆動が可能であり、更にアーム回動駆動部によってスライド移動する移動台を連係部４を介しアーム２と連結し、連係部４のスライド動作でアーム２を回動動作するので、アーム２を安定的に支持しながら、簡易な構成にて吸着ヘッド３２に平面的な動作をさせることができる。

ヘッド基部３０には基板位置検出カメラ３８が設けられている。基板位置検出カメラ３８は、ヘッド基部３０の下方を画像として検出するものであり、基板６１の所定位置の外形やＭパターンを画像として検出し、画像認識の手法によって部品装着ヘッド５を基板６１に対して正確に位置合わせするために用いられる。

図５には、部品装着ヘッド５の拡大正面図を示している。ヘッド装着部３１は、ヘッド基部３０に設けられる装着部上下駆動モータ３６とスクリュー部３７を介して連結されており、装着部上下駆動モータ３６の動作に伴い、スクリュー部３７を介してヘッド基部３０に対して上下動するようにされている。

ヘッド装着部３１には、３つの吸着ヘッド３２が取付けられており、各吸着ヘッド３２の上部にはヘッド上下駆動モータ３３が設けられている。吸着ヘッド３２はヘッド上下駆動モータ３３の動作によりヘッド装着部３１に対して上下動することができる。また、吸着ヘッド３２は先端部３２ａにおいて空気を吸引することができ、これによって電子部品６０を吸着させることができる。

また、ヘッド装着部３１にはヘッド回転駆動モータ３４が設けられており、ベルト３５を介して３つの吸着ヘッド３２を回転動作させることができる。各吸着ヘッド３２には、ヘッド回転駆動モータ３４の回転軸に設けられたプーリ３４ａと同じ高さにプーリ３２ｂが設けられており、これらのプーリ３２ｂ、３４ａにベルト３５が掛けられることで、ヘッド回転駆動モータ３４と各吸着ヘッド３２が連係されている。

図６には、部品装着ヘッドの拡大底面図である。この図に示すように、ヘッド回転駆動モータ３４のプーリ３４ａと各吸着ヘッド３２のプーリ３２ｂは、一列に配置されており、さらに各プーリ３２ｂ、３４ａ間にはヘッド装着部３１に対し回転自在な押圧回転軸３９が設けられている。ベルト３５は、プーリ３２ｂ、３４ａに掛けられると共に、各プーリ３２ｂ、３４ａ間においては押圧回転軸３９によって内側に押圧され、テンションを掛けられた状態となっている。この状態でモータ３４が回転すると、ベルト３５を介してプーリ３２ｂが回転し、各吸着ヘッド３２が同時に回転する。この吸着ヘッド３２のヘッド装着部３１に対する回転は、吸着した電子部品６０の向きを正確に調整するためになされる。

アーム２が回動動作することにより、吸着ヘッド３２の向きはアーム２の回動角度位置によって随時変化する。電子部品６０の基板６１における配置は、正確な位置だけでなく正確な向きとすることも必要である。したがって、吸着ヘッド３２が電子部品６０を吸着した際、及び吸着ヘッド３２から基板６１に電子部品６０を装着する際において、それぞれアーム２の回転角度位置を検出しそれに応じて吸着ヘッド３２をヘッド回転駆動モータ３４により回転させて向きを変えることで、電子部品６０を所定の向きとする。

次に、吸着ヘッド３２に吸着させた電子部品６０の認識について説明する。図１及び図２に示すようにアーム２には、部品供給部１０側の先端と連係部４の取付位置との間に部品認識カメラ５０が上向きとなるように取付けられている。また、部品認識カメラ５０の上端は部品装着ヘッド５における吸着ヘッド３２の先端３２ａよりも下方にあって、部品装着ヘッド５が部品供給部１０から基板搬送部１１の基板６１まで移動する際には、吸着ヘッド３２に吸着された電子部品６０を下方から撮影することができるようにされている。

部品認識カメラ５０のアーム２上の位置は、上記に限らず、部品供給部１０の基板６１側の端部と基板６１の部品供給部１０側の端部の間にあれば良い。より正確には、吸着ヘッド３２がヘッド基部３０の移動に伴い、アーム２に沿ってスライド移動する範囲において、吸着ヘッド３２が部品供給部１０の電子部品６０を吸着するための範囲と、吸着ヘッド３２が基板６１に電子部品６０を装着するための範囲を除く、両者間の吸着ヘッド３２のスライド移動範囲にある吸着ヘッド２３を撮影可能なアーム２上の位置に取り付けられていれば良い。

部品認識カメラ５０は、アーム２から垂下されるように固定されたカメラ取付部５１に取付けられて、部品装着ヘッド５と干渉しないような位置に配置される。その場合、部品認識カメラ５０の下端部はテーブル１の上面よりも下方まで延びているので、テーブル１には部品認識カメラ５０と干渉しないようにカメラ収納溝１２が形成されている。カメラ収納溝１２は、アーム２の回動範囲のいずれにおいても部品認識カメラ５０と干渉しない範囲に渡ってテーブル１の上面に形成される。

さらに、部品認識カメラ５０の上部には、それを取り囲むように光源５２が上向きに設けられており、部品認識カメラ５０の上方を通過する電子部品６０に光を照射することができる。

部品認識カメラ５０で電子部品６０の撮影を行うことより、電子部品６０のノズル３２に対する吸着位置のずれ及び向きのずれ（平面的な電子部品の回転ずれ）を検出する。電子部品６０のノズル３２に対する吸着位置及び向きのずれは、部品供給部１０においてノズル３２が電子部品６０を吸着した際の、電子部品６０の中心からＸ及びＹ方向の位置ずれと向き角度のずれであり、基板６１に電子部品６０を装着する際には、部品認識カメラ５０で検出されたずれが補正されて位置合わせがなされることで、電子部品６０を基板６１に対して高精度に位置合わせして装着することができる。

部品認識カメラ５０は、アーム２において部品供給部１０側と基板６１側との間に設けられているため、部品装着ヘッド５が部品供給部１０から電子部品６０を取り上げて基板６１まで移動させる間に必ず通過する位置にある。したがって、アーム２に部品認識のための動作をさせる必要がなく、アーム２は電子部品６０を取り上げた後はすぐに基板６１上の電子部品６０の搭載位置に吸着ヘッド３２を移動可能な回動角度位置に移動させれば良いので、高速に電子部品６０の装着を行うことができる。

上記実施例の電子部品実装装置は以下のように動作する。アーム２は、装置のマイコンに搭載されたプログラムに従い、動作する。アーム回動駆動部３とヘッド駆動部６はプログラムに従い、部品供給部１０の所定位置に位置する所定の電子部品６０を吸着可能な位置に吸着ヘッド３２を位置させるべく、アーム２とヘッド基部３０を移動させる。ヘッド基部３０がアーム２上を移動している間、ヘッド装着部３１は装着部上下駆動モータ３６によって上方に移動されており、ヘッド基部３０の移動の際、吸着ヘッド３２が部品認識カメラ５０に衝突しないようにされている。

吸着ヘッド３２が所定の電子部品６０を吸着可能な位置に達し、アーム２とヘッド基部３０の移動が完了すると、ヘッド装着部３１は装着部上下駆動モータ３６により所定の位置、吸着ヘッド３２による電子部品６０吸着の実行の準備位置まで下げられる。次に所定の電子部品６０を吸着可能な位置の吸着ヘッド３２がヘッド上下駆動モータ３３により下降され、所定の電子部品６０を吸着し、次にヘッド上下駆動モータ３３により吸着ヘッド３２は上昇する。このとき、アーム２の角度が記憶されるが、この角度はアーム２に対する吸着ヘッド３２の向きの角度を示している。

３個ある吸着ヘッド３２がそれぞれ電子部品６０の吸着を完了すると、ヘッド装着部３１は装着部上下駆動モータ３６により上昇する。それぞれの吸着ヘッド３２に関して、アーム２の角度のデータが記憶される。アーム回動駆動部３とヘッド駆動部６はプログラムに従い、吸着したそれぞれの部品６０を基板６１に装着すべく、吸着ヘッド３２を基板６１上の部品装着位置に移動させるよう、アーム２とヘッド基部３０を駆動する。

ヘッド基部３０がアーム２上を移動する際に部品装着ヘッド５の吸着ヘッド３２が部品認識カメラ５０の上部を通過するが、このとき、吸着ヘッド３２の最初のひとつが部品認識カメラ５０の中心位置に達したとき、撮影に必要なわずかな時間停止する。この停止の時あるいは停止前に電子部品６０を吸着した吸着ヘッド３２は前記角度のデータをもとに、ヘッド回転駆動モータ３４によって回転されアーム２に対して平行に位置される。その状態で、部品認識カメラ５０によって電子部品６０の状態が撮影され、その画像から電子部品６０の位置ずれと向きのずれがデータとして測定され記憶される。３個の吸着ヘッド３２についてこの作業が完了すると、ヘッド基部３０はアーム２上のスライドを再開し、目的の位置に達したときに停止し、装着部上下駆動モータ３６によりヘッド装着部３１が準備位置に下降する。このとき、基板位置検出カメラ３８が基板６０の所定位置を撮影し、基板６１または基板６１の装着位置を確認する。またこのときのアーム２の角度も測定される。

基板位置検出カメラ３８の画像から得られたデータ、吸着ヘッド３２上の電子部品６０の位置ずれのデータからアーム２の角度及びヘッド基部３０の位置が微調整され、また、アーム２の角度と吸着ヘッド３２上の電子部品６０の向きのずれのデータを基に、ヘッド回転駆動モータ３４により吸着ヘッド３２を回転し向きが調整される。

次に最初の部品吸着ヘッド３２がヘッド上下駆動モータ３３により下降し、電子部品６０を基板６１上に撞着した後上昇する。３この吸着ヘッド３２について同じ動作を繰り返し完了したときに１サイクルの動作は完了する。但し、個々の動作は、全て上記順序で行わなければならないわけではなく、部分的には順序を入れ替えたり省略しても良く、例えば、部品認識カメラ５０で撮影する前の吸着ヘッド３２の位置調整を省き、電子部品６０を基板６１に装着する前に、アーム２の角度データと総合して吸着ヘッド３２の向きを調整するようにしても良い。

部品認識カメラ５０は、アーム２において部品供給部１０側と基板６１側との間に設けられているため、部品装着ヘッド５が部品供給部１０から電子部品６０を取り上げて基板６１まで移動させる間に必ず通過する位置にある。したがって、アーム２に部品認識のための動作をさせる必要がなく、高速に電子部品６０の装着を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、上記で説明したヘッドドライブ部６のヘッドドライブ機構、またはアームドライブ部７のアームドライブ機構は上記の構成に限らず、一般的なリニアスライド機構、ベルト駆動機構、その他の一般的な機構が適用できる。

本実施形態における電子部品実装装置の平面図である。 本実施形態における電子部品実装装置の正面図である。 図１の状態からアームが回動した状態を示した平面図である。 連係部付近の拡大斜視図である。 部品装着ヘッドの拡大正面図である。 部品装着ヘッドの拡大底面図である。

符号の説明

１ テーブル
２ アーム
３ アーム回動駆動部
３ａ 移動台
４ 連係部
５ 部品装着ヘッド
６ ヘッド駆動部
１０ 部品供給部
１１ 基板搬送部
２０ 軸支部
３０ ヘッド基部（ヘッド駆動部の一部）
３１ ヘッド装着部
３２ 吸着ヘッド
４１ 軸受部
４２ リニアガイド
５０ 部品認識カメラ
６０ 電子部品
６１ 基板

Claims (3)

1. 電子部品を基板に装着する電子部品実装装置において、
   一端が軸支されて回動自在なアームと、該アームの回動移動範囲を横切る方向に配置されるアーム回動駆動部とを備え、
   前記アームにはその長手方向に移動自在な部品装着ヘッドが取付けられ、該部品装着ヘッドを移動させるヘッド駆動部を有し、前記アームは該アームの回動移動範囲を横切る方向にスライド自在な連係部を介して前記アーム回動駆動部に連結され、該アーム回動駆動部が前記連係部をスライドするのに伴って前記アームを回動させることを特徴とする電子部品実装装置。
2. 前記部品装着ヘッドは電子部品を吸着自在な吸着ヘッドを備え、該吸着ヘッドは前記アームの回転角度位置に応じて電子部品の向きを調節できるように前記部品装着ヘッドに対して回転自在であることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装装置。
3. 前記連係部は前記アームの長手方向にスライド自在なリニアガイドと、前記アーム回動駆動部とリニアガイドを回転自在に連結する軸受部とからなることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品実装装置。

Images