JP4248066B2

JP4248066B2 - 表面実装部品搭載機

Info

Publication number: JP4248066B2
Application number: JP04335299A
Authority: JP
Inventors: 伸明櫻井; 龍一平野; 盛夫東
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-02-22
Also published as: JP2000244196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品供給装置から電子部品を順次供給し、これを吸着ノズルによって吸着し、回路基板の指定位置に搭載する表面実装部品搭載機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に示されるように、従来の電子部品搭載機１は、紙又はプラスチックシートの孔に電子部品を収納してリール状に巻かれているリール２から、電子部品供給装置３により電子部品を１つずつ供給し、この供給される電子部品を、ヘッド部４により吸着し、且つ回路基板５上に搭載するようにしたものである。
【０００３】
前記ヘッド部４は、ＸＹロボット装置６により回路基板５と平行な平面内でＸＹ方向に移動されるようになっている。又、ＸＹロボット装置６には、Ｘ方向Ｙ方向それぞれの原点位置を認識するためのセンサ６ａ、６ｂが配置され、ＸＹロボット装置の機械的な位置を検出するようにされている。
【０００４】
前記ヘッド部４は、図１１に拡大して示されるように、通常２組以上の部品吸着ユニット７、７・・・を機械的インターフェイス部材８を介して、前記ＸＹロボット装置６に支持されている。
【０００５】
前記部品吸着ユニット７は、機械的インターフェイス部材８の表面に固定された構造部材９と、この構造部材９に、鉛直方向の直進ガイド１０によって上下動自在に支持されたブラケット１１と、このブラケット１１に取り付けられ、ボールねじ・ナット１２を介して前記ブラケット１１を上下方向に駆動するモータ１３と、前記ブラケット１１に、鉛直方向の軸１４を介してその下端に支持された吸着ノズル１５と、前記ブラケット１１に取り付けられ、前記軸１４をその軸線廻りに回転させることによって、前記吸着ノズル１５の回転方向の位置決めをするモータ１６と、前記構造部材９に取り付けられ、前記吸着ノズル１５に吸着された電子部品１７の位置を検出するための位置検出器１８と、前記構造部材９に取り付けられ、回路基板５上のマーク認識や電子部品１７を吸着する際のその位置、回路基板５上に搭載した電子部品１７の位置を確認するためのカメラ１９等を備えている。
【０００６】
前記ＸＹロボット装置６の移動可能範囲内には、前記カメラ１９で認識可能なマーク１９Ａが表面実装部品搭載機１の本体に固定されている。ＸＹロボット装置６が原点位置を認識するためにセンサ６ａ、６ｂへ移動したセンサが検知した位置から、マーク１９Ａの位置へ固定量（Ｘａ，Ｙａ）移動し、前記カメラ１９でマーク認識を行い、認識したマーク位置を常にＸＹロボットの座標系の基準とすることにより、センサ検知位置の誤差によるＸＹロボット装置の座標系のずれを無くすようにしている。又、前記カメラ１９と前記吸着ノズル１５間の距離は機械的に調整されており、調整誤差分はソフト的に記憶されているため、カメラ１９がマーク１９Ａを認識しＸＹロボット装置６の座標系を決定した時点で各吸着ノズルの移動位置も座標系上で決定される。
【０００７】
前記複数の部品吸着ユニット７は、各部品吸着ユニット７におけるそれぞれの吸着ノズル１５間の距離と、前記複数の電子部品供給装置３における電子部品供給先端間の距離とを一致させることによって、同一タイミングで複数の電子部品吸着が可能であり、ＸＹロボット装置６の１回のＸＹ動作毎に、部品吸着ユニット７の数だけ同時に電子部品を回路基板５上に装着して、搭載時間を短縮することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、１つのＸＹロボット装置６に対して、できるだけ多くの部品吸着ユニット７を設ければ、理論的には電子部品の吸着、搭載のサイクルタイムが減少し、生産性が増加することになる。
【０００９】
しかしながら、部品吸着ユニット７の数を増加しても、その増加数に比例して生産性の向上が図れるものでなく、むしろ向上度合いが小さくなっていくという問題点がある。
【００１０】
更に、部品吸着ユニットのユニット数の増加は、ＸＹロボット装置６による移送質量の増加を招き、移動速度や加速度を維持することが困難になり、逆に吸着搭載サイクルタイムを悪化させる場合も生じるという問題点がある。
【００１１】
これに対して、Ｘ方向に２本のビームを設け、これらに別々のヘッド部を設けるようにしたものがある。
【００１２】
しかしながら、前者は、装置の設置面積が大きくなる上に、高速性を発揮できないという問題点がある。又、後者は、電子部品供給装置を前後に配置しなければならず、構造が複雑となり、生産ラインに組み込むためのコストが増大すると共に、装置全体のコストも高いという問題点がある。
【００１３】
これに対して、Ｘ方向の１本のビームに別々の駆動機構を持った複数のヘッド部（部品吸着ユニット）を設けることが提案されている（非公知）。
【００１４】
しかしながら、これら複数のヘッド部は独立した座標系でＸＹロボット装置を制御するために、それぞれのヘッド部毎に別々のマークを設けてやらなければならず、装置の設置面積が大きくなり、装置全体のコストも高くなるという問題点がある。更に、電子部品搭載精度を確保するためにはそれぞれのマーク毎の距離を厳しい精度で位置調整する必要があり、調整が極めて困難となる問題点がある。
【００１５】
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、同一軸上に複数のヘッド部を持ち独立した座標系でＸＹロボット装置を制御する場合でも、それぞれのヘッド部毎に別々のマークを設ける必要がなく、装置の設置面積を少なくでき、装置全体のコストも安くすることができるようにした、電子部品搭載機及び電子部品搭載方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、請求項１のように、基板を搬送領域、複数の位置決め領域、搬出領域の順に搬送、停止させる基板搬送装置と、この基板搬送装置に沿って配置され、電子部品を順次供給する電子部品供給装置と、各々が電子部品供給装置から電子部品を受け取り、これを前記複数の位置決め領域に停止している各基板へ搭載する吸着ノズル、及び吸着ノズルの角度位置決め装置を備えた同一軸上の複数のヘッド部と、このヘッド部を支持して、前記基板の搬送方向と平行なＸ方向及び直交するＹ方向に移動させるＸＹロボット装置と、を有してなる表面実装部品搭載機において、前記複数のヘッド部は、各々が独立して一方向に移動自在とされ、且つ、各位置決め領域を含むこれら複数のヘッド部のＸＹ方向の移動範囲中に、共通の移動領域を設け、この共通移動領域内に、ＸＹロボット装置の座標系の基準となる１つのマークを配置したことにより、上記目的を達成するものである。
【００１７】
この発明においては、複数のヘッド部がＸ方向に各々独立して摺動自在に支持され、これらの共通移動領域に１つのマークを設けているので、装置の設置面積を小さくでき、且つ、複数のマークを設ける場合の両マーク間の厳しい位置調節が不要となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の例を図面を参照して説明する。
【００１９】
本発明の実施の形態の例に係る電子部品搭載機２０は、図１に示されるように、基板２２Ａ、２２Ｂを一方向（Ｘ方向）に搬送、停止させる基板搬送装置２４と、この基板搬送装置２４に沿って配置され、電子部品を順次供給する電子部品供給装置２６と、各々が前記電子部品供給装置２６から電子部品を受け取り、これを基板２２上へ搭載する２個のヘッド部２８Ａ、２８Ｂと、これらヘッド部２８Ａ、２８Ｂを前記基板２２の搬送方向と平行なＸ方向に摺動自在に支持するＸ方向ガイド３０を備えると共に、このＸ方向ガイド３０をこれと直交するＹ方向に駆動するようにされたＸＹロボット装置３２と、ＸＹロボット装置３２の、Ｘ方向Ｙ方向それぞれの機械的な位置を認識するためのセンサ６０Ａ、６０Ｂ、６１と、を備えて構成され、前記それぞれのヘッド部２８Ａ、２８Ｂが移動可能となる共通領域内にＸＹロボット装置３２の座標系の基準となるマーク５０を１個配置し、それぞれのヘッド部２８Ａ、２８Ｂに設けられたカメラ３６Ａ、３６Ｂ（後述）によってマーク５０の認識を行い、ＸＹロボット装置３２の座標系を決定するようにされている。
【００２０】
前記各ヘッド部２８Ａ、２８Ｂは、各々前記図３に示されると同様の部品吸着ユニット３４を３個及びカメラ３６Ａ、３６Ｂをそれぞれ備えている（位置検出器は図示省略）。又、ヘッド部２８Ａ、２８Ｂは、機械的インターフェース部材となるプレート２９Ａ、２９Ｂ（図３参照）を介してＸガイド３０に支持されている。
【００２１】
前記基板搬送装置２４は、図２に拡大して示されるように、基板搬送方向に順次、基板搬入領域２４Ａ、第２位置決め領域２４Ｂ、第１位置決め領域２４Ｃ、及び、基板搬出領域２４Ｄを有し、各々に独立して基板２２を搬送し且つ停止させることができるコンベア２５Ａ〜２５Ｄを備えている。
【００２２】
前記第１及び第２位置決め領域２４Ｃ、２４Ｂは、ここに基板２２Ａ、２２Ｂを搬入停止したとき、前記２つのヘッド部２８Ａ、２８Ｂから電子部品を搭載できる状態となるようにされている。
【００２３】
前記第１位置決め領域２４Ｃ全体は、図１、図２に示されるように、コンベア２５Ｃを支持する断面Ｕ字形状のフレーム３８が、Ｙ方向の直進ガイド４０によって水平且つＹ方向に移動自在に支持され、更に、Ｙモータ４２によって、ボールねじ４２Ａを介して前記直進ガイド４０に沿ってＹ方向に移動できるようにされている。
【００２４】
図１の符号４４Ａ、４４Ｂは、前記ヘッド部２８Ａ、２８Ｂを、ベルト４６Ａ、４６Ｂを介してそれぞれ、Ｘ方向ガイド３０に沿って独立に駆動するためのモータを示す。
【００２５】
前記Ｘ方向ガイド３０を支持するＸ方向梁部材３１の軸方向両端は、前記モータ４４Ａ、４４Ｂと共に、ＸＹロボット装置３２におけるＹ方向ガイド４８上にＹ方向に摺動自在に支持され、モータ（図示省略）により、Ｙ方向に移動自在とされている。
【００２６】
前記各ヘッド部２８Ａ、２８Ｂ上の部品吸着ユニット３４は、各々、図８に示されると同様のモータにより鉛直軸線廻りの回転角度が位置決めされる吸着ノズル５０Ａ、５２Ａ、５４Ａ及び５０Ｂ、５２Ｂ、５４Ｂ（図３参照）を備えている。
【００２７】
まず、以上の機構の構成からなる表面実装部品搭載機２０の、ヘッド部２８Ａ、２８Ｂを備えたＸＹロボット装置３２のＸＹ座標系を決定する手順を次に示す。
【００２８】
Ｙモータ（図示せず）、Ｙベルト４７により、ＸＹロボット装置３２をＹ方向位置センサ６１の方向へ移動し、センサが検知した時点をＹ方向原点とする。次に、Ｘモータ４４Ａ、Ｘベルト４６Ａによりヘッド部２８ＡをＸ方向位置センサ６０Ａの方向へ移動し、センサが検知した時点をＸＡ方向原点とする。又、Ｘモータ４４Ｂ、Ｘベルト４６Ｂによりヘッド部２８ＢをＸ方向位置センサ６０Ｂの方向へ移動し、センサが検知した時点をＸＢ方向原点とする。
【００２９】
この状態で、まず、ヘッド部２８Ａに設けられたカメラ３６Ａがマーク５０上に移動するための既定量（Ｘ１，Ｙ１）だけＸＹロボット装置３２を移動し、カメラ３６Ａでマーク５０を認識し、規定量（Ｘ１，Ｙ１）とのずれ量を計算し、ヘッド部２８ＡのＸＹ移動の座標系を決定する。ここで、ヘッド部２８ＡをＸ方向位置センサ６０Ａの方向へ移動し、次にヘッド部２８Ｂに設けられたカメラ３６Ｂがマーク５０上に移動するための既定量（Ｘ２，Ｙ２）だけＸＹロボット装置３２を移動し、カメラ３６Ｂでマーク５０を認識し、規定量（Ｘ２，Ｙ２）とのずれ量を計算し、ヘッド部２８ＢのＸＹ移動の座標系を決定する。
【００３０】
以上の動作によって、それぞれのヘッド部２８Ａ、２８Ｂは一つのマークにより個々のＸＹ移動の座標系を得ることができる。
【００３１】
次に、上記電子部品搭載機２０により、基板２２Ａ、２２Ｂ上に電子部品を搭載する工程について、図４〜図９を参照して詳細に説明する。
【００３２】
まず、図４に示されるように、ステップ１０１において、基板２２Ａ、２２Ｂを基板搬入領域２４Ａから基板搬送装置２４内に装入する。
【００３３】
次に、ステップ１０２において、先行する基板２２Ａを第１位置決め領域２４Ｃに位置決め停止させ、ステップ１０３において、後行基板２２Ｂを第２位置決め領域２４Ｂに搬送・位置決めする。
【００３４】
このとき、ステップ１０４において、カメラ３６により、基板２２Ａ、２２Ｂの装着姿勢を計測する。
【００３５】
ステップ１０５に進み、ＸＹロボット装置３２により、ヘッド部２８Ａ、２８Ｂを電子部品供給装置２６のピックポジション上部に移動させる。
【００３６】
次に、ステップ１０６において、前記吸着ノズル５０Ａ、５２Ａ、５４Ａ及び５０Ｂ、５２Ｂ、５４Ｂにより、電子部品５１Ａ、５３Ａ、５５Ａ及び５１Ｂ、５３Ｂ、５５Ｂをそれぞれ同時に吸着する。
【００３７】
吸着された電子部品は、ほとんどの場合、例えば図６に示されるように、ノズルの中心に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、及び、回転方向にずれて吸着されているので、これを補正しなければならない。なお、前記吸着ノズル５０Ａと５０Ｂ、５２Ａと５２Ｂ、５４Ａと５４Ｂは、各々Ｙ方向の座標が同一である。
【００３８】
前記補正に先立って、ステップ１０７に進み、前記位置検出器により各電子部品のＸＹ方向の位置、回転方向の姿勢を検出し、次に、ステップ１０８〜１１２において、吸着ノズル５０Ａ、５０Ｂにより、前記電子部品５１Ａ、５１Ｂを、基板２２Ａ、２２Ｂに同時に搭載できるように、各電子部品のずれ量を補正するとともに、電子部品５１Ａ、５１Ｂの角度が指定搭載角度となるよう補正する。なお、これらの補正は、実際は同時に並行して行われる。
【００３９】
前記補正の過程を詳細に説明すると、まず、ステップ１０８では、基板２２Ａ上の電子部品５１Ａ、及び、基板２２Ｂ上の電子部品５１Ｂのそれぞれの搭載座標（図６〜９では搭載位置Ａ、Ｂで示す）との距離、前記位置検出器により得られたこれらの電子部品５１Ａ、５１Ｂの吸着姿勢により、電子部品５１Ａ、５１Ｂの搭載位置に対するＸ方向、Ｙ方向、及び回転方向のずれを計算する。
【００４０】
次に、ステップ１０９（以下最終ステップまで図５参照）において、吸着ノズル５０Ａ、５０Ｂの回転角度を補正することによって、電子部品５１Ａ、５１Ｂの角度が指定搭載角度となるようにする（図７参照）。
【００４１】
ステップ１１０において、ヘッド部２８Ａ、及び、ヘッド部２８Ｂを、それぞれのノズルが吸着した電子部品５１Ａと５１Ｂと基板２２Ａ、２２Ｂにおけるこれらの搭載位置に対するＸ方向のずれ量δＸA、δＸB（図７参照）を補正するように、ＸＹロボット装置３２により、ヘッド部２８Ａ、及び、２８Ｂを、その機械的インターフェイス部材となるプレート２９Ａ、２９Ｂを介して駆動してＸ方向の位置決めをする（図８参照）。
【００４２】
次に、ステップ１１１において、前記電子部品５１ＢとそのＹ方向搭載座標の差δＹB、電子部品５１Ａと５１Ｂの吸着時におけるＹ方向の差δＹCを求め、ステップ１１２において、ＸＹロボット装置３２により、ヘッド部２８Ａ、２８Ｂを、Ｙ方向にδＹB移動させ、前記電子部品５１ＢとそのＹ方向搭載座標を一致させる。同時に、フレーム３８を含む第１位置決め領域２４Ｃを基板２２Ａとともに、Ｙモータ４２によって、Ｙ方向にδＹC移動させ、前記電子部品５１ＡとそのＹ方向搭載座標を一致させる（図９参照）。
【００４３】
ステップ１１３に進み、吸着ノズル５０Ａ、５０Ｂにより、前記電子部品５１Ａ、５１Ｂを、基板２２Ａ、２２Ｂに同時に搭載する。
【００４４】
ステップ１１４では、他の電子部品５３Ａ、５３Ｂ及び５５Ａ、５５Ｂについてそれぞれ、前記ステップ１０８〜１１３を繰り返す。
【００４５】
更に、ステップ１１５では、全電子部品搭載まで、前記ステップ１０５〜１１４まで繰り返す。
【００４６】
全電子部品搭載後に、ステップ１１６において、基板２２Ａ、２２Ｂを、基板搬出領域２４Ｄを経て搬出し、ステップ１０１に戻る。
【００４７】
なお、上記実施の形態の例において、ヘッド部は２個のみ設けられているが、本発明はこれに限定されるものでなく、３個以上であってもよい。又、各ヘッド部における部品吸着ユニットの数も３個に限定されず、少なくとも１個あればよい。
【００４８】
又、前記基板搬送装置において、位置決め領域は前記ヘッド部の数に対応して、これと同数設けているが、本発明はこれに限定されるものでなく、両者の数は異なっていてもよい。又、基板搬送装置における位置決め領域は、複数のヘッド部がＹ方向に相対変位可能であればよく、従って、全部のヘッド部をボールねじ等によってＹ方向に移動可能としたり、又、１個のヘッド部のみをＹ方向に固定し、他をＹ方向に移動可能としてもよい。
【００４９】
又、上記実施の形態の例において、２つの基板２２Ａ、２２Ｂに対して、同時に同一の部品を同期して順次搭載していくようにされているが、本発明はこれに限定されるものでなく、先行、後行基板上の部品搭載を基板進行方向に半分ずつヘッド部２８Ａ、２８Ｂで負担して搭載するようにしてもよい。
【００５０】
具体的には、例えば、ヘッド部２８Ａでは、基板２２Ａ、２２Ｂ上の、進行方向前半部上の電子部品を搭載し、ヘッド部２８Ｂによって、基板２２Ａ、２２Ｂの移動方向後半部の電子部品を搭載するようにしてもよい。
【００５１】
更に、前記ＸＹロボット装置３２はモータにより駆動されるが、このモータにはリニアモータも含まれるものとする。
【００５２】
又、上記実施の形態の例は１本のＸ方向ガイドに２基のヘッド部を支持したものであるが、本発明はこれに限定されず、Ｘ方向ガイドを複数本設けてもよい。又、複数のヘッド部それぞれに独立したＸＹ移動の座標系を設けたが、それぞれのヘッド部が同じマークを認識し、一つの座標系の中で個々に移動することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、同一軸上に複数のヘッド部を持ち独立した座標系でＸＹロボット装置を制御する表面実装部品搭載機でも、それぞれのヘッド部毎に別々のマークを設ける必要がないため、装置の設置面積を少なくでき、装置全体のコストも安くすることができ、更に、それぞれ複数のマーク間の距離を厳しい精度で位置調整する必要が無くなり、製造も簡単にすることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の例に係る電子部品搭載機を示す斜視図
【図２】同電子部品搭載機における基板搬送装置を拡大して示す斜視図
【図３】ヘッド部と基板との関係を示す斜視図
【図４】同電子部品搭載機による電子部品搭載工程の前半を示すフローチャート
【図５】同搭載工程の後半を示すフローチャート
【図６】同電子部品搭載機により電子部品を搭載する際の、電子部品吸着時における基板及び電子部品の位置関係を示す平面図
【図７】同電子部品搭載機により電子部品を搭載する際の、電子部品の回転角度補正後における基板及び電子部品の位置関係を示す平面図
【図８】同電子部品搭載機により電子部品を搭載する際の、電子部品のＸ方向位置補正後における基板及び電子部品の位置関係を示す平面図
【図９】同電子部品搭載機により電子部品を搭載する際の、電子部品位置補正終了時における基板及び電子部品の位置関係を示す平面図
【図１０】従来の電子部品搭載機の概略を示す斜視図
【図１１】同従来の電子部品搭載機におけるヘッド部を拡大して示す斜視図
【符号の説明】
２０…電子部品搭載機
２２…基板
２４…基板搬送装置
２４Ａ…基板搬入領域
２４Ｂ…第２位置決め領域
２４Ｃ…第１位置決め領域
２４Ｄ…基板搬出領域
２６…電子部品供給装置
２８Ａ、２８Ｂ…ヘッド部
３０…Ｘ方向ガイド
３２…ＸＹロボット装置
３４…部品吸着ユニット
３６…カメラ
４０…直進ガイド
４２…Ｙモータ
５０…マーク
６０Ａ、６０Ｂ、６１…センサ

Claims

基板を搬送領域、複数の位置決め領域、搬出領域の順に搬送、停止させる基板搬送装置と、この基板搬送装置に沿って配置され、電子部品を順次供給する電子部品供給装置と、各々が電子部品供給装置から電子部品を受け取り、これを前記複数の位置決め領域に停止している各基板へ搭載する吸着ノズル、及び吸着ノズルの角度位置決め装置を備えた同一軸上の複数のヘッド部と、このヘッド部を支持して、前記基板の搬送方向と平行なＸ方向及び直交するＹ方向に移動させるＸＹロボット装置と、を有してなる表面実装部品搭載機において、
前記複数のヘッド部は、各々が独立して一方向に移動自在とされ、且つ、各位置決め領域を含むこれら複数のヘッド部のＸＹ方向の移動範囲中に、共通の移動領域を設け、この共通移動領域内に、ＸＹロボット装置の座標系の基準となる１つのマークを配置したことを特徴とする表面実装部品搭載機。