JP2009200094A - 電子部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルのθ軸回転の原点に対する相対的な、ベルトの回転位置が変化しないように維持することで、ベルトの回転位置によってベルトに特性変化があっても、ノズルのθ軸回転の制御に変化が生じないようにする。
【解決手段】軸回りをθ軸方向の回動自在とされたノズル側のプーリ１０ｄ、該ノズルを回動するためのθ軸モータのプーリ１０ｃ、及び、該θ軸モータの駆動力を該ノズルに伝えるためのベルト１０ｅを有するθ軸駆動機構を、複数備える。又、プーリ１０ｃに架けられて、Ｕ字型になっている、これらベルト１０ｅの、該Ｕ字型の頂点が、互いに直線状の配列にあり、又、該配列に平行な光軸７の遮蔽の検出により、該Ｕ字型部の外側を通過するベルト原点タブ１０ｆを検出する光検出器６を備える。θ軸モータのＺ相原点の検出、及びベルト原点タブ１０ｆの検出により、ノズルのθ軸の回転角度を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、軸回りをθ軸方向の回動自在とされたノズル、該ノズルを回動するためのθ軸モータ、及び、該θ軸モータの駆動力を該ノズルに伝えるためのベルトを有するθ軸駆動機構を、複数備え、これらθ軸駆動機構のノズルにより電子部品供給部で電子部品を吸着し、基板に実装するための電子部品実装装置に係り、特に、ノズルのθ軸回転の原点に対する相対的な、ベルトの回転位置が変化しないように維持することで、ベルトの回転位置によってベルトに特性変化があっても、ノズルのθ軸回転の制御に変化が生じないようにすることができる電子部品実装装置に関する。

電子部品実装装置では、ノズルで吸着した電子部品は、軸回りをθ軸としノズルを回転させることで、姿勢を調整することができる。一般に、このθ軸方向回転は、モータ軸に設置されたプーリと、部品搭載軸のプーリとをベルトを介して接続し、該ベルトを介して駆動力を伝達し、回転させるものである。又、θ軸方向の回転軸の原点には、θ軸方向回転用モータ内のＺ相を使用し、その原点を基準に回転角度制御を行なっている。

ここで、特許文献１でも言及されているように、タイミングベルトを用いた動力伝達系は、歯車列と異なりレイアウト設計の自由度が大きく、又、一歯の変動が生じにくいといった特徴がある。しかしながら、タイミングベルトは、心線の位置がベルトの厚み方向で常に同じ位置にならず、ベルト表面に近づいたり裏面に近づいたりすることなどがあり、タイミングベルトは、周方向で特性にばらつき（変化）がある。このため、タイミングベルトの回転駆動時に、回転速度変動や回転角変動など種々の回転変動が生じやすいという欠点がある。

このため、特許文献１では、タイミングベルトの原点マークを検出し、この位置を基準として、予めタイミングベルト一回転に基づく回転変動の補正係数を測定し、これに基づいた補正を行って、回転体の駆動の精度を向上するようにしている。

特開２００３−１５８８８４号公報（図１）

しかしながら、特許文献１は、主として画像読取り装置を対象とするものであり、特に電子部品実装装置について言及するものではない。又、電子部品実装装置では、前述したようなＺ相の原点を基準とした回転角度制御を行なっており、特許文献１のような、タイミングベルトの原点を基準にした回転角度制御は行われていない。

図１１は、従来からの電子部品実装装置におけるθ軸駆動機構の模式図である。

この図において、電子部品を吸着するノズルと一体で回動自在であるプーリ１０ｃは、歯付きベルト１０ｅ又プーリ１０ｄを介して、該プーリ１０ｄを回転させるθ軸モータによって回転駆動される。又、プーリ１０ｃ及びプーリ１０ｄの周長が互いに同一であれば、これらの回転位置は一対一で対応し、プーリ１０ｃと一体回転するノズルの回転位置は、Ｚ相の原点を基準としたθ軸モータの回転位置に基づいて把握することができる。

ここで、歯付きベルト１０ｅには、前述の特許文献１で指摘されているような、周方向の特性にばらつきがある。又、歯付きベルト１０ｅの周長が、プーリ１０ｃ及びプーリ１０ｄの周長の整数倍であると、歯付きベルト１０ｅの回転位置と、θ軸モータの回転位置との相対的な位置関係は、複数存在することになる。

例えば、図１１において、プーリ１０ｃと一体回転するθ軸モータの回転位置が、Ｚ相の原点にあるものとし、又図示されるように、歯付きベルト１０ｅ上の位置Ｐ１は、該プーリ１０ｃの図中下方にある。ここで、θ軸モータの回転位置が、同様にＺ相の原点にある状態でも、θ軸モータの回転によっては、図１１の位置Ｐ１の位置に、歯付きベルト１０ｅ上の他の位置Ｐ２、位置Ｐ３などが存在する場合がありえる。つまり、θ軸モータの回転位置と、歯付きベルト１０ｅの回転位置との相対的な位置関係が、変化することがありえる。

例えば、電源遮断時に、人手によって、プーリ１０ｃやプーリ１０ｄが１回転以上回転された場合、この後、電源を投入すると、歯付きベルト１０ｅの回転位置と、θ軸モータの回転位置との相対的な位置関係が変化してしまうことになる。

この相対的な位置関係が、常に一定であれば、歯付きベルト１０ｅにおける周方向の特性のばらつきは、θ軸モータの回転位置に応じて予め測定し、補正することもできる。しかしながら、この相対的な位置関係が変化するのであれば、このような補正は無意味になってしまい、歯付きベルト１０ｅが有する周方向の特性のばらつきの影響により、ノズルの回転位置の制御の精度が低下してしまう。

なお、電子部品実装装置では、部品搭載ヘッドに複数のノズルが設けられ、これらノズルには、それぞれθ軸駆動機構が設けられている。これらθ軸駆動機構において、個別に、特許文献１のようにベルト原点を検出する手段を設けることも考えられる。しかしながら、部品搭載ヘッドの外形寸法や重量が増大し、制御特性に悪影響を及ぼすことになる。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ノズルのθ軸回転の原点に対する相対的な、ベルトの回転位置が変化しないように維持することで、ベルトの回転位置によってベルトに特性変化があっても、ノズルのθ軸回転の制御に変化が生じないようにする電子部品実装装置を提供することを課題とする。

本発明は、軸回りをθ軸方向の回動自在とされたノズル、該ノズルを回動するためのθ軸モータ、及び、該θ軸モータの駆動力を該ノズルに伝えるためのベルトを有するθ軸駆動機構を、複数備え、これらθ軸駆動機構のノズルにより電子部品供給部で電子部品を吸着し、基板に実装するための電子部品実装装置において、前記θ軸モータは、いずれも回転位置原点を検出する手段を備え、前記ベルトは、いずれも外側へ突出するベルト原点タブが付され、前記ノズル側又は前記θ軸モータ側のプーリに架けられて、Ｕ字型になっている、これらベルトの、該Ｕ字型の頂点が、互いに直線状の配列にあり、又、該配列に平行な光軸の遮蔽の検出により、該Ｕ字型部の外側を通過する前記ベルト原点タブを検出する光検出器を備え、前記回転位置原点の検出、及び前記ベルト原点タブの検出により、前記ノズルのθ軸の回転角度を制御するようにしたことにより、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、ベルトとモータ原点位置の相対的な位置関係が変化しても、原点復帰動作をすることにより、ベルトとモータ原点位置は常に同じ関係に調整することができる。このため、製品出荷前の精度補正結果を維持することができ、高精度な部品搭載が可能となる。

以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された実施形態の電子部品実装装置を斜め上方より見た斜視図である。又、図２は、本実施形態の制御関係のハードウェア構成を示すブロック図である。

この電子部品実装装置２０では、基板１９を中央に配置し、図中において左下側にフィーダ１４が配置されている。又、フィーダ１４では、符号１８の位置において、装着ヘッド１１のノズル１（後述する図３及び図４参照）がチップ部品３を吸着する。該装着ヘッド１１には、ノズル１又該ノズル１をθ軸方向に回転させるθ軸駆動機構が、本実施形態では４つ、Ｘ軸方向の直列配列で設けられている。

又、装着ヘッド１１は、Ｘ軸モータ２１が装着されたＸ軸機構部１２によりＸ軸方向の、Ｙ軸モータ２２が装着されたＹ軸機構部１３によりＹ軸方向の軸移動がなされる。又、該装着ヘッド１１に内蔵される、Ｚ軸モータ２３が装着されたＺ軸機構部によりＺ軸方向の、θ軸モータ２４が装着されたθ軸駆動機構によりθ軸方向の軸移動がなされる。更に、装着ヘッド１１に取り付けられたノズル１は、バキューム機構２５（図２）によりチップ部品３を吸着する。

該装着ヘッド１１には、θ軸に直交する特定方向の、ノズル１に吸着されているチップ部品３の断面長さを測定するためのレーザ認識装置３４（図２）が取り付けられている。

又、電子部品実装装置においては、ノズル１に吸着されているチップ部品３を下方から撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１５、基板の基準マークを上方から撮像するＣＣＤカメラ１５ａが設けられている。

図２に示すように、これらＣＣＤカメラ１５、１５ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２７ｃ及びメモリ２７ｂを有する画像認識装置２７が内蔵する、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器２７ａに接続されている。該画像認識装置２７は、ＣＣＤカメラ１５、１５ａによって撮影されるチップ部品３や基準マークの、寸法や中心位置の測定や、θ軸を中心とするチップ部品３の回転角を測定するビジョン・カメラ・センサリング・システム（ＶＣＳ）を構成している。該画像認識装置２７は、コントローラ３２からの指示を、記憶装置２６を介して受ける。

このコントローラ３２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を内蔵し、キーボード２８、マウス２９、画面表示装置３０が接続されている。該画面表示装置３０は、画像認識装置２７にも接続されている。又、該コントローラ３２は、前述したＸ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２、Ｚ軸モータ２３、θ軸モータ２４、バキューム機構２５、レーザ認識装置３４、記憶装置２６が接続されている。

続いて、図３は、本実施形態の電子部品実装装置のθ軸駆動機構の側面図である。又、図４は、該θ軸駆動機構の回転動作を示す斜視図である。これらの図では、本実施形態において装着ヘッド１１に４つ設けられるθ軸駆動機構の１つが示される。

図３において、１０ａは、モータエンコーダ１０ｂが内蔵されたθ軸モータ、１０ｃは、該θ軸モータ１０ａの駆動軸に装着された駆動側プーリ、１０ｄは、吸着ノズル１１ａの実駆動軸１１ｂに装着された被動側プーリ、１０ｅは、前記駆動側プーリ１０ｃと被動側プーリ１０ｄ間に掛け渡された歯付きベルトである。

前記歯付きベルト１０ｅ上の一点に、外側に向けて突出するように、ベルト原点タブ１０ｆが設けられている。θ軸モータ１０ａによって駆動される駆動側プーリ１０ｃに架けられた歯付きベルト１０ｅは、該駆動により、駆動側プーリ１０ｃ及び被動側プーリ１０ｄを巡ると、該ベルト原点タブ１０ｆも巡っていくことになる。この際、外部に突出するベルト原点タブ１０ｆは、駆動側プーリ１０ｃ、被動側プーリ１０ｄその他に干渉しないようになっている。

なお、本実施形態では、歯付きベルト１０ｅの歯数は、駆動側プーリ１０ｃ及び被動側プーリ１０ｄの歯数の整数倍（Ｋ倍とする）となっている。又、駆動側プーリ１０ｃと被動側プーリ１０ｄのサイズは同一で、歯数も同一である。従って、整数倍の上記Ｋの回数だけ、θ軸モータ１０ａが回転すると、ベルト原点タブ１０ｆが１周するように予め決められている。

図５は、本実施形態のθ軸駆動機構を上方から見た平面図である。又、図６〜図８は、該θ軸駆動機構におけるθ軸回転動作を示す一部拡大図である。

本実施形態において、装着ヘッド１１には、ノズル１又該ノズル１をθ軸方向に回転させるθ軸駆動機構は、４つ設けられ、これら図５〜図８では、左右方向に直列配列されている。

又、それぞれのθ軸駆動機構において、歯付きベルト１０ｅは、一方において、駆動側プーリ１０ｃに架けられてＵ字型になっている。又、該Ｕ字型の頂点が、θ軸駆動機構間において互いに、直線状の配列になっている。なお、この図５では、いずれの歯付きベルト１０ｅについても、ベルト原点タブ１０ｆが、駆動側プーリ１０ｃ側の、このＵ字型の頂点に位置している。

スポット光７は、投光器５から光検出器６に照射されている。このスポット光７の光軸は、上述の、Ｕ字型の頂点の直線状の配列に平行になっている。従って、該Ｕ字型頂点、乃至はその近傍にベルト原点タブ１０ｆがあると、該ベルト原点タブ１０ｆによって、該スポット光７は遮蔽されることになり、又、光検出器６により、ベルト原点タブ１０ｆによる該遮蔽の有無を検出することができる。

なお、それぞれのθ軸駆動機構において、歯付きベルト１０ｅは、被動側プーリ１０ｄにおいても、被動側プーリ１０ｄに架けられて該Ｕ字型になっている。又、該Ｕ字型の頂点が、θ軸駆動機構間において互いに、直線状の配列になっている。

従って、被動側プーリ１０ｄ側において、スポット光７の光軸が、この、Ｕ字型の頂点の直線状の配列に平行になるように、投光器５や光検出器６を配置することも考えられる。

ここで、図６では、光検出器６において、いずれのθ軸駆動機構についても、歯付きベルト１０ｅのベルト原点タブ１０ｆは、スポット光７光軸を遮蔽していない。従って、光検出器６は、スポット光７光軸の遮蔽は検出しない。

矢印方向に、左端の歯付きベルト１０ｅの回転が進んで、図７では、このベルト原点タブ１０ｆは、駆動側プーリ１０ｃ側の、歯付きベルト１０ｅがＵ字型になった頂点に位置しており、該ベルト原点タブ１０ｆはスポット光７光軸を遮蔽している。該遮蔽は、光検出器６によって検出することができる。

更に矢印方向に該歯付きベルト１０ｅの回転が進んで、図８では、再び、いずれのθ軸駆動機構についても、歯付きベルト１０ｅのベルト原点タブ１０ｆは、スポット光７光軸を遮蔽していない。従って、光検出器６は、スポット光７光軸の遮蔽は検出しない。

なお、上述のように、光検出器６は、左端の歯付きベルト１０ｅのベルト原点タブ１０ｆによるスポット光７光軸の遮蔽を検出できるだけでなく、図９では、右端のθ軸駆動機構の、歯付きベルト１０ｅのベルト原点タブ１０ｆによるスポット光７光軸の遮蔽を検出できる。このように、いずれの歯付きベルト１０ｅについても、光検出器６は、ベルト原点タブ１０ｆの位置を検出することができ、該検出に基づいて、歯付きベルト１０ｅの絶対位置を把握することができる。

このように、本実施形態では、１つの光検出器６により、複数のθ軸駆動機構の、いずれの歯付きベルト１０ｅのベルト原点タブ１０ｆによるスポット光７光軸の遮蔽をも検出することができる。従って、光検出器６のコストや設置スペースを抑えることができる。

図１０は、本実施形態における原点復帰動作を示すタイムチャートである。

この図において、最上段がθ軸モータ１０ａのＺ相原点であり、θ軸モータ１０ａのモータ軸が１回転する毎に、モータエンコーダ１０ｂから、Ｚ相原点のパルス信号が出力される。この図１０では、時刻ｔ１〜時刻ｔ２のパルス信号（Ｐ２）、又時刻ｔ５〜時刻ｔ６（Ｐ１）のパルス信号がＺ相原点パルス信号である。

この図において中段は、光検出器６による、ベルト原点タブ１０ｆの検出であり、歯付きベルト１０ｅの原点検出である。この図１０では、時刻ｔ３〜時刻ｔ４のパルス信号が原点検出パルス信号である。

この図において最下段は、θ軸モータ１０ａのＺ相原点の検出、及び歯付きベルト１０ｅの原点検出に基づいた、θ軸モータ１０ａの回転動作であり、本実施形態の原点復帰動作である。

実施形態において、原点復帰動作を行う場合には、θ軸モータ１０ａを、歯付きベルト１０ｅの原点が検出されるまで回転させる。この図１０では、時刻ｔ３において、歯付きベルト１０ｅ原点が光検出器６により検出される。

歯付きベルト１０ｅの原点が検出されると、次には、θ軸モータ１０ａを、θ軸モータ１０ａのＺ相原点が検出されるまで逆回転させてから停止する。すると、該停止位置が原点復帰する目的の原点であり、又、該停止により、原点復帰が完了する。この図１０では、時刻ｔ２'において、θ軸モータ１０ａのＺ相原点がモータエンコーダ１０ｂにより検出される。

以上のように、本実施形態によれば、１つの光検出器６により、複数のθ軸駆動機構の、いずれの歯付きベルト１０ｅのベルト原点タブ１０ｆによるスポット光７光軸の遮蔽をも検出することができる。例えば、図１０により説明した原点復帰動作は、複数のθ軸駆動機構のいずれにおいても行うことができる。この原点復帰動作の後には、モータエンコーダ１０ｂが、変位量のみが検出可能で安価なインクリメンタルエンコーダであったとしても、θ軸モータ２４の回転位置、ノズルのθ軸回転位置、及び歯付きベルト１０ｅの回転位置のいずれについても、その絶対位置を把握し、これらの回転や位置決めの制御を行なうことができる。

ここで、以下、本実施形態の変形例について説明する。

以上に説明した実施形態では、歯付きベルト１０ｅの歯数は、駆動側プーリ１０ｃ及び被動側プーリ１０ｄの歯数の整数倍となっている。これに対して、本実施形態の変形例では、このような整数倍の条件を付していない。但し、該変形例では、原点復帰時におけるθ軸モータ１０ａのＺ相原点と、歯付きベルト１０ｅの原点との相対的関係を、θ軸モータ１０ａの回転量で４５°オフセットとするなど、特定の位置関係とするようにしている。

この変形例では、歯付きベルト１０ｅの歯数は、駆動側プーリ１０ｃ及び被動側プーリ１０ｄの歯数の整数倍となっていないが、これら歯数の公倍数だけθ軸モータ１０ａを回転すると、θ軸モータ１０ａのＺ相原点と、歯付きベルト１０ｅの原点との相対的関係は、再び同じになる。従って、本発明を適用して、θ軸モータ１０ａのＺ相原点の検出、及び歯付きベルト１０ｅの原点の検出により、原点復帰を行ったり、ノズル１のθ軸の回転角度を制御したりすることができる。

なお、原点復帰時におけるθ軸モータ１０ａのＺ相原点と、歯付きベルト１０ｅの原点との相対的関係を、前述のように、θ軸モータ１０ａの回転量で４５°オフセットとすると、図１０により説明した原点復帰動作を容易に、又確実に行うことができる。

本発明が適用された実施形態の電子部品実装装置を斜め上方より見た斜視図 上記実施形態の制御関係のハードウェア構成を示すブロック図 前記実施形態の電子部品実装装置のθ軸駆動機構の側面図 上記θ軸駆動機構の回転動作を示す斜視図 前記実施形態のθ軸駆動機構を上方から見た平面図 上記θ軸駆動機構におけるθ軸回転動作を示す第１の一部拡大図 前記θ軸駆動機構におけるθ軸回転動作を示す第２の一部拡大図 前記θ軸駆動機構におけるθ軸回転動作を示す第３の一部拡大図 前記実施形態における原点復帰動作を示すタイムチャート 従来からの電子部品実装装置におけるθ軸駆動機構の模式図 従来からの電子部品実装装置におけるθ軸駆動機構の模式図

符号の説明

１…ノズル
３…チップ部品
１０…θ軸駆動機構
１０ａ…θ軸モータ
１０ｂ…モータエンコーダ
１０ｃ…駆動側プーリ
１０ｄ…被動側プーリ
１０ｅ…歯付きベルト
１０ｆ…ベルトマーク
１０ｇ…ベルト原点タブ
１１…装着ヘッド
１１ａ…吸着ノズル
１１ｂ…実駆動軸
１２…Ｘ軸機構部
１３…Ｙ軸機構部
１４…フィーダ
１５、１５ａ…ＣＣＤカメラ
１９…基板
２１…Ｘ軸モータ
２２…Ｙ軸モータ
２３…Ｚ軸モータ
２４…θ軸モータ
２５…バキューム機構
２６…記憶装置
２７…画像認識装置
２７ａ…Ａ／Ｄ変換器
２７ｂ…メモリ
２７ｃ…ＣＰＵ
２８…キーボード
２９…マウス
３０…画面表示装置
３２…コントローラ
３４…レーザ認識装置

Claims (1)

1. 軸回りをθ軸方向の回動自在とされたノズル、該ノズルを回動するためのθ軸モータ、及び、該θ軸モータの駆動力を該ノズルに伝えるためのベルトを有するθ軸駆動機構を、複数備え、これらθ軸駆動機構のノズルにより電子部品供給部で電子部品を吸着し、基板に実装するための電子部品実装装置において、
   前記θ軸モータは、いずれも回転位置原点を検出する手段を備え、
   前記ベルトは、いずれも外側へ突出するベルト原点タブが付され、
   前記ノズル側又は前記θ軸モータ側のプーリに架けられて、Ｕ字型になっている、これらベルトの、該Ｕ字型の頂点が、互いに直線状の配列にあり、
   又、該配列に平行な光軸の遮蔽の検出により、該Ｕ字型部の外側を通過する前記ベルト原点タブを検出する光検出器を備え、
   前記回転位置原点の検出、及び前記ベルト原点タブの検出により、前記ノズルのθ軸の回転角度を制御するようにしたことを特徴とする電子部品実装装置。

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