(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板へ部品を実装する部品実装装置において、
部品を保持するためのノズルと、
前記ノズルを回転させる回転体と、
前記ノズルを移動させる移動部と、
前記回転体により前記ノズルを回転させたときに、前記ノズルが実際に描く軌跡を得る軌跡取得部と、を有し、
前記移動部は、前記ノズルの理想的な軌跡内の座標と、前記軌跡取得部によって得られた前記ノズルの軌跡内の座標との差分に基づいて、前記ノズルの位置を決定することを特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の部品実装装置において、
さらに、前記軌跡取得部によって得られた軌跡が所定の形状か否かを判断する処理部を有することを特徴とする部品実装装置。
【請求項３】
請求項１に記載の部品実装装置において、
前記移動部は、偏重心を考慮して前記ノズルの位置を決定することを特徴とする部品実装装置。
【請求項４】
請求項１に記載の部品実装装置において、
前記軌跡取得部は、光学的な手段であることを特徴とする部品実装装置。
【請求項５】
請求項１に記載の部品実装装置において、
前記軌跡取得部は、前記ノズルの先端と対向して配置されることを特徴とする部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装装置に関する。例えば、電子部品を保持し、基板に電子部品を搭載する部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な電気製品の基板に電子部品を実装する作業は自動化されており、その際に使用されるのが部品実装装置である。部品実装装置の従来技術としては、特許文献１乃至５が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７６２９５号公報
【特許文献２】特開２００３−０９４３７１号公報
【特許文献３】特開平１１−２２０２９３号公報
【特許文献４】特開２００８−０５３２５３号公報
【特許文献５】特開２００９−１６４２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
部品実装装置では、モータ等の回転体に少なくとも１つ以上のノズルを接続し、ノズルの位置を変える場合がある。ここで、本発明では、ノズルが本来描くべき理想的な軌跡と、ノズルが実際に描く軌跡とは必ずしも一致しないことを見出した。この現象は、部品実装装置においては、望ましいものではない、特に将来的に部品の実装精度が高くなればなるほど、この現象は無視できないものであることを本発明では見出した。そして、従来技術ではこの点に関する配慮がなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はノズルが実際に描く軌跡を得て、その軌跡を利用してノズルが部品を実装する位置を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、部品の実装精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】部品搭載装置全体の上面図。
【図２】図１の部品搭載装置を図１の矢印１３０から観察した場合の矢視図。
【図３】ヘッドアクチュエータ１１３の正面図。
【図４】ノズルシャフト３１１の上下動作詳細説明図。
【図５】ノズルシャフト３１１の回転動作詳細説明図。
【図６】ノズルシャフト３１１の理想的な軌跡を説明する図。
【図７】ノズルシャフト３１１の理想的な軌跡と実際の軌跡との関係を説明する図。
【図８】実施例１のフローチャート。
【図９】補正値算出方法の詳細図。
【図１０】実施例２を説明する図。
【図１１】実施例２における面取りを説明する図。
【図１２】実施例３を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１−図８を用いて実施例１を説明する。説明図１は実施例１に係る部品搭載装置全体の上面図である。
【００１０】
基板１２３は紙面左側からガイドによって電子部品搭載位置に搬送される。
【００１１】
基板の搬送方向に直交する方向でかつ、基板の上側に第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２が配置されている。
【００１２】
第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２にはそれぞれ、Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６が配置されている。
【００１３】
Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６は、それぞれ、Ｙビーム１０１，１０２それぞれに配置されたリニアモータ等のアクチュエータ１０７，１０８によって基板の搬送方向に対して直交方向に移動する。
【００１４】
Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６には、それぞれリニアモータ等のアクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２が配置されている。
【００１５】
そして、アクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２にはそれぞれ、電子部品を基板１２３に搭載するヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６がそれぞれ配置されている。
【００１６】
ここでアクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２は、リニアモータではなく、ボールネジ等の機構を用いれば安価かつ軽量な構成とすることができる。
【００１７】
そして、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６は、それぞれアクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２によってＹビーム１０１，１０２に対して直交方向（基板搬送方向に対して水平方向）に駆動される。
【００１８】
電子部品をヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６に供給する部品供給装置１２１，１２２は第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２の両端に配置されている。
【００１９】
そして、搭載する電子部品が無くなった場合等は、アクチュエータ１０７，１０８によってＸビーム１０３，１０４，１０５，１０６が部品供給装置１２１，１２２の手前（又は上方）に移動し、さらに、アクチュエータ１０９，１１０，１１１，１１２によって、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６が、任意の方向に移動し電子部品を補給する。
【００２０】
そして、部品搭載装置には、電子部品の姿勢を確認するカメラ１１７，１１８，１１９，１２０が、第１のＹビーム１０１，第２のＹビーム１０２の間に配置されており、補給された電子部品の姿勢はこのカメラ１１７，１１８，１１９，１２０によってそれぞれ確認される（なお、このカメラ１１７，１１８，１１９，１２０については後述する。）。
【００２１】
もし、姿勢に傾きが検出された場合は、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６が電子部品の傾きを調整する。
【００２２】
なお、このカメラ位置であれば、基板１２３の中央付近に部品を搭載する場合、ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６の移動距離が最短。
【００２３】
また、制御部１２４は、上述した様々な動作の処理，制御、及び後述する様々な動作の処理，制御を行う。
【００２４】
図２は、図１の部品搭載装置を図１の矢印１３０から観察した場合の矢視図である。ここでは、第１のＹビーム１０１周辺の部分について詳細に説明するが、第２のＹビーム１０２についても同様である。基板１２３は架台２０１上に配置される。第１のＹビーム１０１の下方にはアクチュエータ１０７が配置され、アクチュエータ１０７にはＸビーム１０３が荷台２０１上の基板１２３の搬送方向に対して直交方向に移動自在に接続されている。Ｘビーム１０３の紙面垂直方向にはアクチュエータ１０９が配置され、このアクチュエータ１０９にヘッドアクチュエータ１１３が基板搬送方向に対して平行方向に移動自在に接続されている。図１，図２で示した構造により、基板搬送方向に対して直交方向、及び平行方向にそれぞれ独立に移動自在な構成を取ることによって、従来よりも高速な部品搭載装置を構成することができる。
【００２５】
なお、図１では、Ｘビームが４つの場合を説明したが、Ｘビームの数は限定するものではない。また、Ｘビーム１０３，１０４，１０５，１０６はそれぞれ取り外し可能にしても良い。その場合は、例えば、異なる種類のヘッドアクチュエータを接続することもでき、より多彩な部品の搭載を実現することもできる。上述したビームの構成により、各ヘッドアクチュエータ１１３，１１４，１１５，１１６を独立して自在に駆動することが可能となる。
【００２６】
次に図３−図５を用いて、ヘッドアクチュエータ１１３の構成について説明する。なお、ここではヘッドアクチュエータ１１３の構成について説明するが、他のヘッドアクチュエータ１１４，１１５，１１６の構成についても同様である。
【００２７】
図３はヘッドアクチュエータ１１３の正面図である。ヘッドフレーム３０１は図２のＸビーム１０３に接続されている。ノズル上下モータ３０２はフレーム３０１に接続されている。ノズル上下モータ３０２には、ボールネジ３０８が接続されている。さらにボールネジ３０８の端部はガイド３１８によって支持されている。ボールネジ３０８には、アーム３０９が接続されている。アーム３０９の先端はノズル移動部３１０の少なくとも周囲に形成された凸な部分３５０（凸部）を挟み込む構造（凹型）になっている。（この点については後述する）ノズル移動部３１０には、中空構造のノズルシャフト３１１が接続されている。さらに、ノズルシャフト３１１は、ロータ３１３に接続されている。そしてノズルシャフト３１１の先端には開口を有する電子部品を吸着するためのノズル３１７が取り外し可能に接続されている。ノズル回転モータ３１６はフレーム３０１に接続されおり、ヘッド中心回転軸としてノズル３１７群を回転させる機能を持つ。
【００２８】
次にノズルの選択動作，上下動作，回転動作について、ヘッドアクチュエータ１１３の構成をさらに詳細に説明する。
【００２９】
図４は、ヘッドアクチュエータ１１３の、センタースプライン３０６，ノズル選択用ベルト３０７，ノズル移動部３１０，ノズルシャフト３１１，ノズル台座３２０付近の詳細を説明する図である。まず、ノズルの上下動作について説明する。ノズル移動部３１０はセンタースプライン３０６に接続されている。センタースプライン３０６は、ノズル移動部の移動方向を規定するガイドとしての役割を果たす。ノズル移動部３１０は、前述した少なくとも周囲に凸な部分３５０（凸部）を有しており、その凸部をアーム３０９に把持されている。さらに、この凸部３５０にはＬ字型のアーム３５１が接続されている。このアーム３５１の先端は、ノズル台座３２０の切り欠き部３５２（別の表現としては、凹部）に配置されている。さらに、各ノズルシャフト３１１は、回転体３５３を介して、ノズル台座３２０に配置されている。そして、アーム３０９がノズル上下モータ３０２によって、上下に移動すると、それに伴って、ノズル移動部３１０、さらにそれに接続されたアーム３５１，アーム３５１の先端上の回転体３５３，回転体３５３に接続されたノズルシャフト３１１が上下することとなる。
【００３０】
次に、ノズルの選択動作について説明する。センタースプライン３０６において、ノズル選択用ベルト３０７がノズル選択モータ３０３によって回転すると、センタースプライン３０６も回転し、センタースプライン３０６に接続されたノズル移動部３１０、及びノズル台座３２０も同期して、同じ角度だけ回転する。そして、ノズル台座３２０の回転に伴って、切り欠き部３５２も回転する。これによって、ノズル台座上の任意のノズルを選択することができる。なお、ノズル台座３２０に接触しているのは、前述したローラ等の回転体３５３であるため、ノズル台座３２０が回転する際の摩擦の影響を少なくすることができる。ここで、発塵の影響を考慮するなら、回転体３５３の硬度と、ノズル台座３２０の硬度は同じであることが望ましい。このような構成によって、ヘッドアクチュエータ１１３という限られた空間の中で効率的に、ノズルの選択動作，上下動作を行うことが可能となる。
【００３１】
次に、ヘッド回転動作について図５を用いて説明する。ノズル回転モータ３１６はロータ３１３を回転させることにより、ロータ３１３に取り付けられたノズルシャフト３１１をロータ３１３の中心を回転軸として回転させる。これにより、ノズルシャフト３１３に取り付けられたローラ等の回転体３５３は、ノズル台座３２０上を回転する。これにより任意のノズルシャフト３１１を任意の角度へ移動することができ、また、Ｌ字型のアーム３５１上に移動することが可能となる。
【００３２】
さて、上述したようにノズルシャフト３１１は、ノズル回転モータ３１６によって回転し、移動する。そして、ノズルシャフト３１１が回転する方向は、正転方向５０１，逆転方向５０２と２種類考えられる。本実施例では、この正転方向５０１と逆転方向５０２とで描く実際に軌跡が異なることを見出した。そこで、本実施例では、これら正転方向５０１の軌跡，逆転方向５０２の軌跡からノズルシャフト３１１の位置を決定する。以降は、この動作について詳細に説明する。
【００３３】
まず、実際のノズル先端の軌跡を得る点について説明する。本実施例では、実際のノズル先端の軌跡を得るにあたり、光学的手段の一例である前述したカメラ１１７，１１８，１１９，１２０のうち少なくとも１つを使用する。（専用のカメラ、その他の光学的手段を用いてもよい。）本実施例では、ヘッドアクチュエータ１１３が保持した電子部品の姿勢を撮像するカメラ１１７について言及するが、カメラ１１８，１１９，１２０についても同様である。ヘッドアクチュエータ１１３が部品供給装置にて部品を補給し、部品動作に移る際に、カメラ１１７上を通過する。その際、カメラ１１７は、ノズル先端の軌跡を得る。なお、カメラ１１７の配置場所は、部品供給装置１２１とヘッドアクチュエータ１１３が担当する部品取り付け範囲との間に有る方が良い。その理由は、ヘッドアクチュエータ１１３が部品を実際に取り付ける位置に向かう間に、後述する実際のノズル先端の軌跡の撮像、及び補正量を得ることができるからである。
【００３４】
より具体的に説明する。ヘッドアクチュエータ１１３は、カメラ１１７上に来た際に、ノズル回転モータ３１６を回転させる。この際、カメラ１１７撮像面はノズル先端に対向しており、その焦点はノズル先端の高さに合焦されている。この時回転させる角度は３６０゜をノズル本数で割った角度分回転させることが望ましい。そして、カメラ１１７はノズルの回転に同期して、ノズル先端を撮像していく。この撮像結果より得られたノズル先端の座標を１つの座標系にまとめることでノズル先端の軌跡を得ることができる。
【００３５】
理想的なノズル先端の軌跡を図６に示す。理想的な軌跡は、半径ｒ７０１の真円７１０のようになるはずである。つまり、時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃいずれにおいてもノズル先端の座標（Ｘａ，Ｙ），（Ｘｂ，Ｙｂ），（Ｘｃ，Ｙｃ）は全て真円７１０上にあることになる。
【００３６】
次に、この真円７１０と実際に得られるノズル先端の軌跡との関係を図７を用いて説明する。図７に示す通り、真円７１０と実際に得られるノズル先端の軌跡７２０、及び７３０の少なくとも１つとは一致しない。また、逆転時の軌跡７２０，正転時の軌跡７３０も互いに一致しない場合もある。本実施例では、この真円の軌跡７１０と逆転時の軌跡７２０、及び正転時の軌跡７３０の少なくとも１つを用いてノズルの位置を決定する。
【００３７】
次に、真円の軌跡７１０と逆転時の軌跡７２０、及び正転時の軌跡７３０の少なくとも１つを用いてノズルの位置を変更する方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。まず、本実施例では、前述した方法により正転時の軌跡、及び逆転時の軌跡のうち少なくとも１つを得る（ステップ８０１）。
【００３８】
次に、予め保存しておいた理想的な軌跡（例えば、前述した真円７１０）内の座標と実際に得られた軌跡内の座標との差分を得る。この差分が補正値となる（ステップ８０２）。なお、この理想的な軌跡は、作業者が各種の入力装置を用いて、任意に変更可能である。
【００３９】
次に、ヘッドアクチュエータ１１３の移動を担うアクチュエータ１０７，アクチュエータ１０９は予め設定された移動量にこの差分値を加算し、ヘッドアクチュエータ１１３の移動量を変更する。
【００４０】
次に、補正値の算出について図９を用いて詳細に説明する。例えば、正転をした場合、時刻Ｔ１におけるノズル先端の補正値Δ（Ｘ，Ｙ）は（Ｘ１−Ｘ２，Ｙ１−Ｙ２）となる。また、逆転をした場合、時刻Ｔ１におけるノズル先端の補正値Δ（Ｘ，Ｙ）は（Ｘ１−Ｘ３，Ｙ１−Ｙ３）となる。
【００４１】
本実施例によって、ノズル回転モータ３１６が左右いずれの回転を行った場合でも、理想的な位置にノズル先端を移動することができるので、部品の実装精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００４２】
次に図１０，図１１を用いて実施例２を説明する。以下、実施例１，２と異なる部分を説明する。
【００４３】
実施例２の特徴は、ノズル台座３２０の切り欠き３５２に面取りを施し、ノズルシャフト３１１に与える衝撃を低減している点にある。より具体的に説明する。
【００４４】
図１０において、前述したように回転体３５３は、ノズル台座３２０上を転がり、アーム３５１上へ移動する。このとき、ノズル台座３２０とアーム３５１の高さにずれが存在した場合、回転体３５３はアーム３５１に衝突する。この衝突によりノズルシャフト３１１の先端の位置が変わる場合もある。この現象が前述した理想的な軌跡と実際の軌跡との相違や、正転時の軌跡と逆転時の軌跡との相違が発生する原因となる場合もある。
【００４５】
そこで、本実施例では、図１１に示すように、アーム３５１、及び切り欠き部分３５２の少なくとも１つに面取りを施し、ノズルシャフト３１１に与える衝撃を低減させることを表現している。この面取りについてより詳細に説明する。
【００４６】
面取りは図１１に示す通り、傾斜面８０１，８０２によって表現される。傾斜面８０１は、アームの内側から外側に行くに従い、ノズル先端方向に傾斜している。傾斜面８０２はアーム３５１に向かうにつれてノズル先端方法に傾斜している。つまり、傾斜面８０１、及び８０２には下り斜面である。このような構造にすることで、ノズル台座３２０とアーム３５１の高さにずれが発生した場合でも、正転時，逆転時の軌跡に与える影響を小さくすることができる。
【実施例３】
【００４７】
次に図１２を用いて、実施例３について説明する。実施例１では、理想的な軌跡、実際の軌跡も真円である場合について説明した。しかし、実際の軌跡は、真円ではない場合もある。例えば、ノズル回転モータ３１６の回転軸外に重心がある場合（偏重心がある場合）、その軌跡はいびつな円になる。本実施例は、このようにノズル回転モータ３１６の回転軸外に重心がある場合でも、部品の実装精度を向上させるものである。つまり、本実施例は、偏重心を考慮して、ノズルの位置を決定するものである。
【００４８】
より詳細に説明する。まず、本実施例では、実施例１の方法により、ノズル先端の実際の軌跡を得る（ステップ１２０１）。そして、ノズル先端の軌跡が真円であるか否か判断する（ステップ１２０２）。実際に得られた軌跡が真円であれば、実施例１の方法を用いれば良い（ステップ１２０３）。実際に得られた軌跡が、真円ではない円、つまりいびつな円の場合は、そのいびつな円に合わせる形で理想的な軌跡を変更する（ステップ１２０４）（前述したように理想的な軌跡は任意に変更可能である）。その後は、実施例１と同様に補正値を算出し、ヘッドアクチュエータの移動量を変更すれば良い。このようにすることで、偏重心がある場合でも部品の実装精度を向上させることができる。なお、ステップ１２０２における判断はディスプレイに表示されたノズル先端の軌跡から作業者が行っても良いし、制御部１２４が画像処理を行うことによって自動的に行っても良い。さらに、ステップ１２０４でも理想的な軌跡の設定は作業者が行っても良いし、制御部１２４が行っても良い。
【００４９】
以上、本発明を実施例１，２、及び３を用いて説明したが、本発明は実施例に限定されない。
【００５０】
例えば、正転時の軌跡、及び逆転時の軌跡のうち少なくとも１つを、理想的な軌跡に合わせるのではなく、正転時の軌跡を逆転時の軌跡に合わせる。又は、逆転時の軌跡を正転時の軌跡に合わせるようにしても良い。さらに、定期的に実際の軌跡を得ることで、ノズル回転モータ３１６やヘッドアクチュエータ内の構成の劣化を知ることもできる。さらに、本発明は、本実施例の構造に限定されない。例えば、部品を保持するノズルがある軌跡を描くような部品実装装置には幅広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０１  第１のＹビーム
１０２  第２のＹビーム
１０３，１０４，１０５，１０６  Ｘビーム
１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２  アクチュエータ
１１３，１１４，１１５，１１６  ヘッドアクチュエータ
１１７，１１８，１１９，１２０  カメラ
１２１，１２２  部品供給装置
１２３  基板
１２４  制御部
３０２  ノズル上下モータ
３０３  ノズル選択モータ
３０４  センターシャフト
３０５  ロータリージョイント
３０６  センタースプライン
３０７  ノズル選択用ベルト
３０８  ボールネジ
３１０  ノズル移動部
３１１  ノズルシャフト
３１７  ノズル
３１８  ガイド
３２０  ノズル台座
３５１  アーム
３５２  切り欠き部
３５３  回転体
【図１】
0005873320.tif 000002
【図２】
0005873320.tif 000003
【図３】
0005873320.tif 000004
【図４】
0005873320.tif 000005
【図５】
0005873320.tif 000006
【図６】
0005873320.tif 000007
【図７】
0005873320.tif 000008
【図８】
0005873320.tif 000009
【図９】
0005873320.tif 000010
【図１０】
0005873320.tif 000011
【図１１】
0005873320.tif 000012
【図１２】
0005873320.tif 000013