WO2017090243A1

WO2017090243A1 - 部品実装ロボットシステム

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Publication number: WO2017090243A1
Application number: PCT/JP2016/004917
Authority: WO
Inventors: 弘樹国師; 達博宇都
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2017-06-01
Also published as: JP6741414B2; JP2017098501A; US10716251B2; CN108293324A; KR20180100117A; US20190230831A1; CN108293324B

Abstract

取付部を有する実装部品を被実装品の実装位置に搬送する部品搬送ロボットと、部品搬送ロボットで搬送した実装部品の取付部の位置を実装位置に補正する治具と、を備え、治具は、実装部品の取付部の位置を実装位置に補正する案内部を有し、部品搬送ロボットは、実装部品を姿勢変化可能に保持する保持部を有している。これにより、円柱形の実装部品などであっても、実装部品の本体部を部品搬送ロボットで保持した状態で、本体部の姿勢を変化させて取付部を実装位置に案内して位置補正できる部品実装ロボットシステムを構成する。

Description

部品実装ロボットシステム

　本発明は、実装部品を被実装品に取り付ける部品実装ロボットシステムに関する。

　従来、被実装品に対して実装部品をロボットで取り付ける場合、例えば、実装部品をチャックなどで把持して実装位置に搬送し、実装部品の取付部を被実装品の実装位置に取り付ける。しかし、例えば、電解コンデンサなどの実装部品をプリント基板などの被実装品に取り付ける場合、電解コンデンサの取付部である脚部が電解コンデンサの本体部に対して位置、傾きなどに個体差を持つ場合が多い。

　この種の部品実装装置の先行技術として、トランジスタ等の実装部品を回路基板等の被実装品に実装する装置がある（例えば、特許文献１参照）。この装置は、実装部品を搬送するハンドリングロボットと、実装部品の取付部であるリード端子を実装位置に案内するための挿入治具とを具備している。

日本国　特開平９－８３１９９号公報

　しかし、上記先行技術は、ハンドリングロボットが実装部品の姿勢を保つように把持して実装位置まで正確に搬送し、治具でその実装部品のリード端子のみを実装位置に案内するものである。

　そのため、ハンドリングロボットで実装部品を正確な位置まで搬送したとしても、実装部品の個体差による位置、傾きなどのずれによってリード端子を実装位置に案内できないおそれがある。また、電解コンデンサのように本体部が円柱形の実装部品の場合には、本体部の把持位置によって脚部（リード端子）の位置が軸心周り（回転方向）でずれている場合があり、この場合も脚部を実装位置に案内できないおそれがある。

　そこで、本発明は、円柱形の実装部品などであっても、実装部品の本体部を部品搬送ロボットで保持した状態で、本体部の姿勢を変化させて取付部を実装位置に案内して位置補正できる部品実装ロボットシステムを提供することを目的とする。

　この目的を達成するために、本発明は、取付部を有する実装部品を被実装品の実装位置に搬送する部品搬送ロボットと、前記部品搬送ロボットで搬送した前記実装部品の取付部の位置を前記実装位置に補正する治具と、を備え、前記治具は、前記実装部品の取付部の位置を前記実装位置に補正する案内部を有し、前記部品搬送ロボットは、前記実装部品を姿勢変化可能に保持する保持部を有している。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「姿勢変化可能に保持する」は、部品搬送ロボットで保持した状態の実装部品が、保持状態で姿勢変化可能となっていることを意味する。例えば、ゴム材を介した保持、バネ材を介した保持などを含む。

　この構成により、実装部品を実装位置に搬送して、実装部品の取付部の位置を治具の案内部によって実装位置に補正することができる。この補正時、実装部品は、姿勢変化可能な保持部で保持されているので、実装部品も取付部の位置補正に追従して姿勢変化する。姿勢変化としては、傾き、軸心周りの回転を含む。これにより、実装部品を実装位置に搬送したときの実装部品の個体差による取付部の位置のずれなどを吸収して、取付部を実装位置へ案内して位置補正することが可能となる。

　また、前記保持部は、前記実装部品の上部又は側面を保持する保持部材を有していてもよい。このように構成すれば、保持部材で実装部品の上部又は側面が保持され、かつ下部が姿勢変化可能となっているので、実装部品の取付部の位置を治具の案内部で補正することで、実装部品の本体部の下部の傾き及び回転による姿勢変化で取付部を実装位置に正確に位置補正することができる。

　また、前記保持部材は、前記実装部品の上部又は側面を吸着する吸着パッドを有していてもよい。このように構成すれば、取付部の位置補正に追従して実装部品を保持した吸着パッドが変形して実装部品の本体部の下部の傾き及び回転による姿勢変化で、取付部を実装位置に位置補正することができる。

　また、前記案内部は、前記取付部の挿入側が大径で、前記実装位置側が小径に形成されたテーパ状に形成されていてもよい。このように構成すれば、実装部品の取付部をテーパ状の案内部に沿って実装位置に向けて位置補正することができる。

　また、前記治具を搬送する治具搬送ロボットをさらに備え、前記治具搬送ロボットは、前記被実装品の任意の位置に設定した前記実装位置に前記治具の案内部を配置するようにプログラム可能な制御部を備えていてもよい。このように構成すれば、被実装品に応じて治具を搬送する位置をプログラムすることができ、種々の被実装品に対応することが容易にできる。

　また、前記部品搬送ロボットと前記治具搬送ロボットとは、同軸上に前記部品搬送ロボットのアーム基部と前記治具搬送ロボットのアーム基部を具備するロボットで構成されていてもよい。このように構成すれば、２つのロボットのアーム基部が同軸上に配置されるので、部品実装ロボットシステムの配置部分をコンパクトに構成することができる。

　本発明によれば、実装部品の本体部を部品搬送ロボットで保持した状態で、本体部の姿勢を治具の案内部によって変化させて取付部を実装位置に案内して位置補正できる。従って、円柱形の実装部品などであっても、実装部品の個体差による取付部のずれなどを吸収して、取付部を実装位置へ適切に位置補正することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態を示す部品実装ロボットシステムの要部を示す斜視図である。図２は、図１に示す部品実装ロボットシステムの部品搬送ロボットの先端部分を示す側面図である。図３は、図１に示す部品実装ロボットシステムの治具搬送ロボットの治具部分を示す斜視図である。図４は、図３に示す治具の先端部分を示す斜視図である。図５Ａは、図１に示す部品実装ロボットシステムによる実装部品の動作を説明する図面であり、部品搬送ロボットで保持した実装部品が治具の位置に搬送された状態を示す側面図である。図５Ｂは、図１に示す部品実装ロボットシステムによる実装部品の動作を説明する図面であり、実装部品の取付部が治具によって位置補正されて被実装品に挿入された状態を示す側面図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、部品実装ロボットシステム１の要部を図示して説明する。また、この実施形態では、実装部品として電解コンデンサＣを、被実装品としてプリント基板Ｂを例にして説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における前後左右方向の概念は、図１に示す状態の部品実装ロボットシステム１に向かった状態における前後左右方向の概念と一致するものとする。

　（部品実装ロボットシステム１の構成）
　図１に示すように、部品実装ロボットシステム１は、電解コンデンサ（実装部品）Ｃをプリント基板（被実装品）Ｂの実装位置Ｂａ（穴部：図５）に搬送する部品搬送ロボット１０と、この部品搬送ロボット１０で搬送した電解コンデンサＣの脚部Ｃａ（取付部）の位置をプリント基板Ｂの実装位置Ｂａに補正する治具３０とを備えている。治具３０は、治具搬送ロボット２０によって実装位置Ｂａに搬送されるようになっている。治具搬送ロボット２０は、治具３０の先端部３１ａ，３２ａに形成された案内部３１ｂ，３２ｂが、プリント基板Ｂの実装位置Ｂａに正確に配置されるように治具３０を配置する。プリント基板Ｂは、定位置保持装置４０で定位置に保持されている。

　これらの部品搬送ロボット１０と治具搬送ロボット２０とは、並設されたそれぞれのロボットでもよいが、この実施形態では、部品搬送ロボット１０と治具搬送ロボット２０とを、同軸上にアーム基部を有するロボット（図の二点鎖線）としている。このように構成すれば、２つのロボットのアーム基部が同軸上に配置されるので、部品実装ロボットシステム１の基部をコンパクトに構成することができる。

　（部品搬送ロボット１０の構成）
　図１，２に示すように、上記部品搬送ロボット１０は、電解コンデンサ（実装部品）Ｃの本体部Ｃｂの上部を保持する保持部１１を有している。この保持部１１は、本体部Ｃｂの上部又は側面を保持するものでよい。保持部１１は、電解コンデンサＣ（実装部品）が、保持された状態で姿勢変化可能（傾き及び回転などが可能）なように電解コンデンサＣを保持する。保持部１１は、部品搬送ロボット１０のハンド部１２に下向きに設けられている。この実施形態の保持部１１には、下向きに保持部材たる吸着パッド１４が設けられている。吸着パッド１４は、ゴム材で形成されている。吸着パッド１４の上部は、ハンド部１２から下向きに延びる筒体１３に取り付けられている。吸着パッド１４の下部は、下端に向けて拡がる吸着面１５として形成されている。吸着パッド１４の吸着面１５の上部には縮径部１５ａが設けられている。吸着面１５は、この縮径部１５ａを含めて吸着パッド１４の軸心に対して傾き及び回転する姿勢変化が可能となっている。吸着パッド１４は、取り付け部の筒体１３の軸方向（図の上下方向）に設けられた吸引穴１６から空気が吸引（矢印）されることで、電解コンデンサＣの本体部Ｃｂの上面を吸着面１５で吸着して保持することができる。しかも、吸着パッド１４は、異なる外形を有する電解コンデンサＣであっても、吸着して保持することが可能である。

　従って、吸着パッド１４は、吸着面１５で保持した電解コンデンサＣを、この電解コンデンサＣの脚部Ｃａの位置補正に追従して姿勢変化（傾き及び回転）させることができる。吸着パッド１４は、ゴム材の変形で電解コンデンサＣの姿勢変化を許すので、脚部Ｃａの位置補正に追従して適切に電解コンデンサＣの本体部Ｃｂを姿勢変化させることができる。電解コンデンサＣの本体部Ｃｂを姿勢変化させて補正することで、電解コンデンサＣを実装位置Ｂａに配置したときの、本体部Ｃｂに対する脚部Ｃａの位置、脚部Ｃａの傾きなどの個体差やずれを吸収して位置補正できる。従って、脚部Ｃａをプリント基板Ｂの実装位置Ｂａに適切に挿入することが可能となる。

　電解コンデンサ（実装部品）Ｃの本体部Ｃｂの姿勢変化を可能とする保持は、吸着に限られない。例えば、部品搬送ロボット１０のハンド部１２と電解コンデンサＣを保持するクランパとの間にバネを設けてもよい。電解コンデンサＣの本体部Ｃｂを保持したクランパは、バネの部分が姿勢変化することで電解コンデンサＣの本体部Ｃｂを姿勢変化可能とすることができる。このように構成しても、電解コンデンサＣの本体部Ｃｂを姿勢変化させて脚部Ｃａの位置補正ができる。

　保持部材（吸着パッド１４）は、電解コンデンサ（実装部品）Ｃの本体部Ｃｂを姿勢変化が可能なように、電解コンデンサＣを保持できるものであればよい。保持部材による保持は、ゴム材による保持、バネ材を介した保持に限定されるものではない。

　（治具搬送ロボット２０の構成）
　図１，３に示すように、上記治具搬送ロボット２０には、上記電解コンデンサＣの脚部Ｃａをプリント基板Ｂの実装位置Ｂａ（穴部：図５）に案内する治具３０が設けられている。治具３０は、ハンド部２２に設けられた駆動部２１に取り付けられている。治具３０は、駆動部２１から実装位置Ｂａに向けて図の前後方向に延びる２本のロッド部３１，３２を有している。これらのロッド部３１，３２は、駆動部２１の内部に設けられた駆動機構（図示略）によって、図の前後方向に開閉可能となっている（二点鎖線）。駆動機構は、制御部２３によって制御される。

　治具３０のロッド部３１，３２は、それぞれの先端部３１ａ，３２ａに、電解コンデンサＣの脚部Ｃａの位置を上記実装位置Ｂａに補正する案内部３１ｂ，３２ｂをそれぞれ有している。先端部３１ａ，３２ａは、ロッド部３１，３２を閉じた状態で、案内部３１ｂ，３２ｂを設けた部分同士が接するようになっている。この実施形態では、実装部品として電解コンデンサＣを例にしているため、電解コンデンサＣに設けられた２本の脚部Ｃａを案内するように２つの案内部３１ｂ，３２ｂが設けられている。

　治具３０のロッド部３１，３２は、電解コンデンサＣの脚部Ｃａを案内して位置補正する時は閉鎖された状態であり、脚部Ｃａを実装位置Ｂａに位置補正した後は、図の前後方向に開放することで電解コンデンサＣから離れた位置に移動させることができる（二点鎖線）。

　図４に示すように、この実施形態の案内部３１ｂ，３２ｂの内面は、電解コンデンサＣの脚部Ｃａの挿入側である先端部３１ａ，３２ａの上面は大径で、下面に向けて縮径して下面が小径に形成された円錐状のテーパ面である。案内部３１ｂ、３２ｂの下端は、実装位置Ｂａに脚部Ｃａを案内できる径に形成されている。ロッド部３１，３２を閉鎖した状態で、案内部３１ｂ，３２ｂの内面は円錐状となる。案内部３１ｂ，３２ｂによる電解コンデンサＣの脚部Ｃａを実装位置Ｂａに位置補正する機能は、他の構成でもよい。

　このように、上記治具３０によれば、電解コンデンサＣの脚部Ｃａをテーパ状の案内部３１ｂ，３２ｂに沿って実装位置Ｂａに向けて位置補正できるようになっている。

　また、治具搬送ロボット２０は、プリント基板Ｂの任意の位置に設定した実装位置Ｂａに電解コンデンサＣを取り付けることができるように、制御部２３で治具３０の案内部３１ｂ，３２ｂの位置をプリント基板Ｂの任意の実装位置Ｂａに配置するようにプログラム可能となっている。すなわち、制御部２３により、プリント基板Ｂに応じて治具３０を搬送する位置をプログラムすることができる。そのため、種々のプリント基板Ｂに対応することが容易にできる。

　（部品実装ロボットシステム１の動作）
　次に、部品搬送ロボットで保持した実装部品が治具の位置に搬送された状態を示す側面図である図５Ａと、実装部品の取付部が治具によって位置補正されて被実装品に挿入された状態を示す側面図である図５Ｂに基づいて、部品実装ロボットシステム１による電解コンデンサ（実装部品）Ｃの補正動作を説明する。

　図５Ａで示されるように、上記部品実装ロボットシステム１でプリント基板Ｂの実装位置Ｂａに電解コンデンサＣを実装する例を説明する。治具３０は、治具搬送ロボット２０によって、ロッド部３１，３２の先端部３１ａ，３２ａに設けられた案内部３１ｂ、３２ｂが実装位置Ｂａの上方に配置される位置に搬送される。一方、実装部品が電解コンデンサＣの場合、２本の脚部Ｃａは比較的長く、本体部Ｃｂの軸心と平行ではない場合が多い。この電解コンデンサＣは、部品搬送ロボット１０の吸着パッド１４で本体部Ｃｂの上部が吸着された状態で、プリント基板Ｂの実装位置Ｂａに搬送される。

　そして、図５Ｂに示すように、上記部品搬送ロボット１０によって実装位置Ｂａに搬送された電解コンデンサＣは、部品搬送ロボット１０によって治具３０に向けて下降させられる。治具３０の案内部３１ｂ、３２ｂに挿入された電解コンデンサＣの脚部Ｃａは、案内部３１ｂ、３２ｂのテーパ面に沿って位置補正されながら下方へと移動する。

　この時、電解コンデンサＣの本体部Ｃｂは変形可能な吸着パッド１４で保持されているため、脚部Ｃａが案内部３１ｂ，３２ｂに案内させるに従って、吸着パッド１４は吸着面１５とその上部の縮径部１５ａを含めて変形する。この吸着パッド１４の変形により、電解コンデンサＣの本体部Ｃｂは傾き及び回転するように姿勢変化する。電解コンデンサＣの本体部Ｃｂが姿勢変化することで、電解コンデンサＣの個体差による脚部Ｃａの位置ずれなどが吸収されて、脚部Ｃａを治具３０の案内部３１ｂ，３２ｂに沿って実装位置Ｂａへ向けて正確に案内することができる。そして、治具３０の案内部３１ｂ、３２ｂで位置補正された脚部Ｃａは、治具３０の下面から出て実装位置Ｂａへと挿入される。

　このように、上記部品実装ロボットシステム１は、吸着パッド１４によって電解コンデンサＣの本体部Ｃｂの上部を保持して搬送するように構成されている。このため、電解コンデンサＣの下部の脚部Ｃａを治具３０の案内部３１ｂ，３２ｂに挿入すれば、本体部Ｃｂに対する脚部Ｃａの位置、もしくは、傾きの個体差があったとしても、吸着パッド１４が変形して本体部Ｃｂを姿勢変化させるので、その個体差を吸収できる。つまり、脚部Ｃａが実装位置Ｂａに案内されることによる補正に追従して、本体部Ｃｂも傾き及び回転して姿勢変化する。このため、電解コンデンサＣを実装位置Ｂａに搬送すれば、電解コンデンサＣの個体差による脚部Ｃａのずれや、配置ずれなどのバラツキを吸収するように脚部Ｃａの位置を補正することができる。よって、電解コンデンサＣの脚部Ｃａをプリント基板Ｂの実装位置Ｂａに適切に案内して挿入する作業が可能となる。

　従って、電解コンデンサＣを実装位置Ｂａに搬送して、電解コンデンサＣの脚部Ｃａを治具３０によって正確な実装位置Ｂａに補正することができる。

　以上のように、上記部品実装ロボットシステム１によれば、取付部（脚部Ｃａ）を有する実装部品（電解コンデンサＣ）を被実装品（プリント基板Ｂ）の実装位置Ｂａに搬送して取り付ける場合に、治具３０の案内部３１ｂ，３２ｂを正確な実装位置Ｂａに配置すれば、実装部品（電解コンデンサＣ）は、本体部Ｃｂが姿勢変化して取付部（脚部Ｃａ）を治具３０の案内部３１ｂ，３２ｂに沿って実装位置Ｂａへと正確に案内することができ、取付部（脚部Ｃａ）の個体差、及び、配置位置誤差などのずれを吸収することが可能となる。

　従って、上記部品実装ロボットシステム１によれば、実装部品の形態が一様でない場合や、実装部品の保持位置を常に一定にすることが困難な場合でも、実装部品を適切に被実装品に取り付けることが可能となる。

　（その他の実施形態）
　上記した実施形態では、部品搬送ロボット１０と治具搬送ロボット２０とを備えた構成を説明したが、電解コンデンサ（実装部品）Ｃの実装位置Ｂａが一定の場合は、治具３０を搬送する治具搬送ロボット２０を必要としない場合もある。このように、ロボットの構成は上記実施形態に限定されるものではない。

　また、上記した実施形態では、実装部品として電解コンデンサＣを、被実装品としてプリント基板Ｂを例に説明したが、実装部品としては電解コンデンサＣ以外に、例えば、ＩＣ、ピン、ロッドなどでもよく、被実装品としてはこれらのピン、ロッドなどを取り付ける、例えば、基板、ケーシング、シリンダなどでも適用できる。このように、実装部品と被実装品の組み合わせは、電解コンデンサＣとプリント基板Ｂとの組み合わせに限定されるものではない。

　さらに、上記した実施形態は一例を示しており、治具３０の案内部３１ｂ，３２ｂが形成される箇所数も実装部品の取付部の数に応じて１箇所、３箇所などでもよく、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の構成を変更してもよく、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

　　　　　　１　部品実装ロボットシステム
　　　　　１０　部品搬送ロボット
　　　　　１１　保持部
　　　　　１４　吸着パッド（保持部材）
　　　　　１５　吸着面
　　　　１５ａ　縮径部
　　　　　１６　吸引穴
　　　　　２０　治具搬送ロボット
　　　　　２１　駆動部
　　　　　２３　制御部
　　　　　３０　治具
　　３１，３２　ロッド部材
３１ａ，３２ａ　先端部
３１ｂ，３２ｂ　案内部
　　　　　　Ｂ　プリント基板（被実装品）
　　　　　Ｂａ　実装位置
　　　　　　Ｃ　電解コンデンサ（実装部品）
　　　　　Ｃａ　脚部（取付部）
　　　　　Ｃｂ　本体部

Claims

　取付部を有する実装部品を被実装品の実装位置に搬送する部品搬送ロボットと、
　前記部品搬送ロボットで搬送した前記実装部品の取付部の位置を前記実装位置に補正する治具と、を備え、
　前記治具は、前記実装部品の取付部の位置を前記実装位置に補正する案内部を有し、
　前記部品搬送ロボットは、前記実装部品を姿勢変化可能に保持する保持部を有している、ことを特徴とする部品実装ロボットシステム。
　前記保持部は、前記実装部品の上部又は側面を保持する保持部材を有している、請求項１に記載の部品実装ロボットシステム。
　前記保持部材は、前記実装部品の上部又は側面を吸着する吸着パッドを有している、請求項２に記載の部品実装ロボットシステム。
　前記案内部は、前記取付部の挿入側が大径で、前記実装位置の側が小径に形成されたテーパ状に形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の部品実装ロボットシステム。
　前記治具を搬送する治具搬送ロボットをさらに備え、
　前記治具搬送ロボットは、前記被実装品の任意の位置に設定した前記実装位置に前記治具の案内部を配置するようにプログラム可能な制御部を備えている、請求項１～４のいずれか１項に記載の部品実装ロボットシステム。
　前記部品搬送ロボットと前記治具搬送ロボットとは、同軸上に前記部品搬送ロボットのアーム基部と前記治具搬送ロボットのアーム基部を具備するロボットで構成されている、請求項５に記載の部品実装ロボットシステム。