(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品供給部から装着ヘッドが電子部品を取出し、プリント基板に装着する電子部品装着装置において、
前記装着ヘッドに複数のノズルホルダを設けて各部品吸着ノズルを設け、該装着ヘッドを水平方向に移動可能及び上下動可能とすると共に垂直線回り及び水平線回りに回転可能とし、かつ該装着ヘッドが水平線回りに回転したときに装着ヘッドに設けられたカムのカム面に沿って前記ノズルホルダに設けられたカムフォロアが案内されることにより該ノズルを装着ヘッドの中心に対して遠近可能とし、使用すべき吸着ノズルを選択するために前記装着ヘッドが水平線回りに回転するときには前記カムの回転を阻止可能なロック機構により前記カムの回転を阻止して前記吸着ノズルが装着ヘッドの中心に対して遠ざかって電子部品取出しのため下降したときに当該ノズルを真空源に連通させ、また認識カメラにより吸着ノズルに吸着された電子部品の位置を認識すべく前記装着ヘッドが水平線回りに回転するときには前記ロック機構による前記阻止を解除して前記カムも回転するようにして当該ノズルを真空源に連通させたまま当該ノズルを前記カメラの認識位置まで移動するようにしたことを特徴とする電子部品装着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品供給部から装着ヘッドが電子部品を取出し、プリント基板に装着する電子部品装着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯かる電子部品装着装置は、例えば特開平6-177593号公報に、部品の装着サイクル時間を短縮するために、水平方向に移動する部品装着部に部品位置認識カメラを搭載し、部品装着部の移動途中で認識カメラにより位置認識する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、位置認識に必要な反射鏡を認識の際に移動させる構造であるために、可動部があるので、部品の位置認識の誤差が生じたり、構造も複雑なものであった。そこで、本発明は可動部があるものに比して、認識の誤差が少なく、構造も簡単な電子部品装着装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、部品供給部から装着ヘッドが電子部品を取出し、プリント基板に装着する電子部品装着装置において、前記装着ヘッドに複数のノズルホルダを設けて各部品吸着ノズルを設け、該装着ヘッドを水平方向に移動可能及び上下動可能とすると共に垂直線回り及び水平線回りに回転可能とし、かつ該装着ヘッドが水平線回りに回転したときに装着ヘッドに設けられたカムのカム面に沿って前記ノズルホルダに設けられたカムフォロアが案内されることにより該ノズルを装着ヘッドの中心に対して遠近可能とし、使用すべき吸着ノズルを選択するために前記装着ヘッドが水平線回りに回転するときには前記カムの回転を阻止可能なロック機構により前記カムの回転を阻止して前記吸着ノズルが装着ヘッドの中心に対して遠ざかって電子部品取出しのため下降したときに当該ノズルを真空源に連通させ、また認識カメラにより吸着ノズルに吸着された電子部品の位置を認識すべく前記装着ヘッドが水平線回りに回転するときには前記ロック機構による前記阻止を解除して前記カムも回転するようにして当該ノズルを真空源に連通させたまま当該ノズルを前記カメラの認識位置まで移動するようにしたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図に基づき、本発明の実施の形態を以下説明する。図１は電子部品装着装置１の平面図で、該装置１の基台２上には種々の電子部品を夫々部品取出し部（後述の部品吸着位置１０）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向するユニット３群の間には、供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。供給コンベア４は上流より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に搬送し、位置決め部５で図示しない位置決め機構により位置決めされた基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送される。
【０００７】
図１では後述する装着ヘッド７等が省略して記載されているが、前記基板Ｐ及び部品供給ユニット３の上方には図２（図１のＢ矢視側面図）に示すように装着ヘッド７及びその駆動機構が設けられており、以下装着ヘッド７等につき説明する。
【０００８】
８はＸ方向に長いビームであり、一対のガイド９に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品吸着位置１０上方をＹ方向に移動する。吸着位置１０はＸ軸に平行な直線上に並ぶ。
【０００９】
ビーム８には図３（図１のＡ矢視側面図）に示すようにその長手方向、即ちＸ方向にＸ軸リニアモータ１１によりガイド１２に沿って個別に移動するＸ移動ユニット１３が２個設けられている（図面では１個のみ図示）。夫々のＸ移動ユニット１３には装着ヘッド７を上下動させるための上下軸モータ１４が搭載され、該モータ１４の回転によりヘッドブロック１５が上下動する。該ブロック１５には装着ヘッド７が角度補正軸モータ１６により鉛直軸周りにベアリング１７を介して回転可能に取り付けられている。補正軸モータ１６が回転させる軸１８に固定されたホルダ１９（図３では図示せず）に、装着ヘッド７は図４（概略側面図）に示すようにその水平軸２０と共に回転可能に取付けられている。
【００１０】
したがって、２個の装着ヘッド７は個別にＸ方向に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、かつ上下動可能となっており、また一緒にＹ方向に移動可能である。
【００１１】
次に、前記装着ヘッド７等について、図５、図６及び図７に基づき詳述する。該装着ヘッド７は、水平軸２０と、各ノズル２１が取付けられるノズル取付部２６と、該取付部２６が取付けられたノズルホルダ２７とから構成される。各装着ヘッド７の外周には夫々６０度間隔で吸着ノズル２１が放射状に６本ずつ設けられている。該６本のノズル２１は基本的には異なる種類であり、大きさ等が異なる部品種に応じて選択されて使用されるが、ノズル２１の本数は各６本に限定されるものではなく、これより少なく又は多く設けてもよい。即ち、ホルダ１９に設けられたノズル選択用モータ２２の駆動により装着ヘッド７は回転し、選択されたノズル２１が下向きとなり電子部品２４を吸着可能となる。
【００１２】
更に詳述すれば、各ノズル２１の中間部には円板状の反射板２５が固定され、また該ノズル２１は水平軸２０の案内部内を摺動可能な中空状のノズル取付部２６に係止部材２３により係止されるも着脱可能に設けられている。そして、水平軸２０とノズルホルダ２７との間には両者が離反するように付勢するバネ２８が設けられている。３１、３２はナットとレールで、両者でリニアガイドを構成し、前記水平軸２０が回転したときに各ノズルホルダ２７に設けられたレール３２が前記水平軸２０のナット取付部３０に取付けられたナット３１に案内されるようにして、カム３３のカム面に沿ってカムフォロア３４が案内されながら、カム３３の中心に対してノズルホルダ２７及びノズル２１が近づいたり遠ざかったりすることとなる。
【００１３】
即ち、後述のロック機構が作動してロックしている状態では、前記ノズル選択用モータ２２が通電されると、ベアリング２９を介して回転する前記水平軸２０周囲に設けられたカム３３のカム面に沿ってバネ２８によりノズルホルダ２７の側面端部に設けられたカムフォロア３４が圧接しながら、ノズルホルダ２７等の装着ヘッド７が回転することとなる。
【００１４】
この場合、図５に示すように、ノズル選択用モータ２２の駆動により選択されたノズル２１が下向きとなって部品吸着位置１０に来たときには、カム面の面位置が最下位となり、選択された吸着ノズル２１はノズル取付部２６の端部に開設された連通用開口３７が水平軸２０の真空路３６と連通可能となるよう下降することとなる。しかもカム３３の切欠部４２にカムフォロア３４が嵌る状態となり確実に位置が固定される。
【００１５】
従って、開口３７、真空路３６、通路３８等を介して、該ノズル２１の部品吸着用の真空回路は真空源（図示せず）に接続される。
【００１６】
３９はゴムから成るシール材で、４０はロック機構を構成するエアシリンダで、該シリンダが作動するとロッド４１がカム３３の開口に突き刺さりノズル選択用モータ２２が駆動してベアリング２９、３５を介して水平軸２０が回転してもカム３３は回転せず、ロッド４１が突き刺さってなければ前述の如くバネ２８によりカムフォロア３４がカム３３のカム面１０に圧接しているので水平軸２０と共にカム３３も回転することとなる。このため、開口３７、真空路３６、通路３８等を介して、該ノズル２１の部品吸着用の真空回路は真空源に接続されたまま、部品吸着ノズル２１は部品吸着位置１０から部品認識位置までの９０度の範囲内は真空吸引の状態であるから、部品がノズル２１から落下することは無い。
【００１７】
尚、前述の如く、ロック機構をエアシリンダ４０で構成したが、これに限らず、電磁ソレノイドやその他の手段で構成してもよい。
【００１８】
また、図３に示すようにＸ移動ユニット１３には部品位置認識用の移動カメラ4５が取付フレーム４６を介して吊下げられており、その光軸は水平方向を向いている。即ち、移動カメラ４５はＸ軸移動ユニット１３毎に設けられ、この移動ユニット１３が移動することにより装着ヘッド７と共に移動する。前記カメラ４５は電子部品２４がノズル２１に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識する。
【００１９】
尚、図8及び図9に示すように、各種センサを設ける実施例につき説明する。先ず、前記移動カメラ４５の取付フレーム４６の両端にアーム４７を固定し、一対の部品有無検出センサ４８（図９では正面側のものについては図示を省略しているが、奥側のものは図示している。）を該アーム４７に取付ける。該センサ４８は一方の投光素子から投ずる光ビームを他方の受光素子が受光するかしないかで電子部品の有無（ノズル２１に吸着されているか否か）を検出するものである。このような光センサを投受光センサと呼ぶことにする。この光ビームは図９の電子部品２４上の黒丸の位置を通るもので、部品２４に遮光されて受光素子が受光しない場合に部品無しを検出する。
【００２０】
この検出動作は電子部品２４を部品供給ユニット３から吸着ノズル２１が取出して、装着ヘッド７の９０度回転により当該ノズル２１が移動カメラ４５に向かい合って停止したときに、カメラ４５による撮像と並行して行われる。部品２４が無ければ、その後の装着動作は行われない。尚、カメラ４５の撮像により、部品の有無を検出することも考えられるが、画像から部品の有無を判断することは、簡単ではないため、かかるセンサ４８を用いる。
【００２１】
更に、吸着ノズル２１の長さを検出するセンサを図９の黒丸４９の位置に設ける。このセンサも、前述の投受光センサであり、黒丸４９がその光ビームの通る位置となる。このセンサは、間違って長い吸着ノズル２１が装着ヘッド７に取り付けられた場合に検出するものであり、長いノズルが取り付けられて光ビームが該ノズルに遮られた時に異常（誤取付）であることを検出して、図示しない報知装置により使用者に報知等が行われる。この検出動作は部品２４を取出す動作を行う前に行うものであり、電源投入時やノズルを交換した後などに行われることになる。
【００２２】
このセンサは図示しないが、図８の部品有無検出センサ４８と同様にカメラ４５を取付ける取付フレーム４６からアームを伸ばして取付けることになる。
【００２３】
また、吸着ノズル２１の有無を検出するセンサを図９の黒丸５０の位置に設ける。この位置にあるのは、下方を向き電子部品２４を取り出すことができる位置にあるノズル２１の有無を検出するためである。このセンサも投受光センサであり、黒丸５０が光ビームの通る位置である。このセンサも図示しないが、図７の部品有無検出センサ４８と同様にカメラ４５を取付ける取付フレーム４６からアームを伸ばして取付けることになる。このセンサが検出動作を行うのは、通常の部品取出し装着動作時ではなく、装着ヘッド７内のノズル２１を該ヘッド７に無いノズル２１と交換動作を行った後などである。即ち、交換用ノズル２１は基台２上のノズルストッカ５１（図1参照）に収納されているが、交換された新しいノズル２１がヘッド７に装着されているにも拘わらず、本装着装置１が無いと判断して、ノズルストッカ５１に装着ヘッド７を下降させる等の動作を再びすることを防止するために前記センサは使用される。
【００２４】
尚、図８の部品有無検出センサ４８の代わりにアーム４７にラインセンサを設けて、部品の有無のみでなく部品の吸着姿勢の良否をも判断することもできるが、その使用例については、ＵＳＰ5,539,977号（弊出願人所有）がある。
【００２５】
以上の構成により、以下動作について説明する。
【００２６】
先ず、プリント基板Ｐが図示しないコンベアにより上流装置より供給コンベア４を介して位置決め部５に搬送され、位置決め機構により位置決め固定される。
【００２７】
次に、プリント基板Ｐの装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及び部品種が指定された装着データに従い、吸着ノズル２１が装着すべき電子部品２４を所定の部品供給ユニット３から吸着して取出すが、各装着ヘッド７のノズル２１が夫々同時に電子部品２４を吸着して取出す。
【００２８】
即ち、各装着ヘッド７が装着すべき電子部品２４を収納する各部品供給ユニット３上方に夫々位置するよう移動するが、Ｙ方向は一対のガイド９に沿ってビーム８が移動し、Ｘ方向はＸ軸リニアモータ１１の駆動によりガイド１２に沿って２個のＸ移動ユニット１３が夫々移動する。
【００２９】
そして、既に所定の各供給ユニット３は駆動されて部品吸着位置１０にて部品が取出し可能状態にあるため、各上下軸モータ１４が駆動して各ヘッドブロック１５が下降しそのノズル２１も下降して吸着し取出す。この場合、取出すべき電子部品２４に合ったノズル２１がその先端が下方に向くように、各装着ヘッド７は各ノズル選択用モータ２２が通電されて、エアシリンダ４０のロッド４１がカム３３の開口に突き刺さって不動状態にあるカム３３のカム面に沿ってバネ２８によりカムフォロア３４が圧接しながら各装着ヘッド７は回転し、上下軸モータ１４の駆動による部品取出しのために下降する前に、使用すべき各ノズル２１は既に選択されて下方に向いたまま、カムフォロア３４が切欠部４２に嵌合して位置が定まった状態にある。このため、図５に示すように、中空状のノズル取付部２６の上端側部に開設された開口３７が真空路３６と連通可能となり、通路３８を介して各装着ヘッド７の当該ノズル２１は真空源に連通し、部品を真空吸着し各部品供給ユニット３から夫々取出すこととなる。
【００３０】
次に、各上下軸モータ１４が駆動してヘッドブロック１５及びノズル２１が上昇し、Ｙ方向は一対のガイド９に沿ってビーム８が移動し、Ｘ方向はＸ軸リニアモータ１１の駆動によりガイド１２に沿って各Ｘ移動ユニット１３が移動することにより、各装着ヘッド７はプリント基板Ｐの上方位置まで移動する。この移動途中で、図１０に示すように、各ノズル選択用モータ２２により各装着ヘッド７は９０度回転し、図示しない光源からの光を反射板２５により反射させ、その透過像を移動カメラ４５が撮像し、電子部品２４が該ノズル２１に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識する。
【００３１】
尚、位置認識の際に各ノズル選択用モータ２２により各装着ヘッド７が９０度回転する前に、ロック機構のエアシリンダ４０のロッド４１がカム３３の開口から抜けた状態にしているため、該モータ２２が駆動するとバネ２８によりカムフォロア３４がカム３３に圧接しているので水平軸２０と共にカム３３も回転することとなる。このため、真空源（図示せず）に接続するかしないかの切替えバルブ（図示せず）は各ヘッド７に１個設けられており、部品吸着をしたノズル２１は開口３７、真空路３６、通路３８、切替えバルブ等を介して、真空源に連通して電子部品の吸着状態を維持したまま、９０度回転することとなる（図１１参照）。
【００３２】
また、前記装着ヘッド７の９０度回転によりノズル２１が移動カメラ４５に向かい合って停止したときに、部品有無検出センサ４８の電子部品の有無検出（ノズル２１に吸着されているか否か）がカメラ４５による撮像と並行して行われ、部品２４が無ければその後の装着動作は行われない。
【００３３】
そして、基板Ｐに部品を装着する前の前述の装着ヘッド７の移動中に、前述の認識動作とは逆に各ノズル選択用モータ２２を駆動して９０度分各装着ヘッド７を戻し、前述の認識結果に基づき、その位置ずれ分だけノズル２１は画像処理手段（図示せず）よりビーム８がＹ方向に、Ｘ軸リニアモータ１１の駆動によりＸ方向に移動することにより、また各角度補正軸モータ１６によりθ回転し、Ｘ，Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなされる。
【００３４】
そして、この補正後に、一方の上下軸モータ１４が駆動してヘッドブロック１５が下降しノズル２１も下降してプリント基板Ｐ上の所定位置に一方の部品２４が装着され、次いで前記モータ１４によりヘッドブロック１５が上昇しつつビーム８がＹ方向に補正量も含めて移動し、同様に他方の上下軸モータ１４が駆動し他方の装着ヘッド７のノズル２１が下降して他方の部品を装着する。
【００３５】
このようにして、装着データに従い次々に電子部品が装着されるが、例えば同一の部品供給ユニット３から３回取出して装着したときの移動カメラ４５による認識結果による位置ずれの平均値を図示しないメモリに記憶されたデータ（各回毎の位置ずれに関するデータ）に基づき算出し、４回目以降の部品取出し時に図1におけるＹ方向（部品送り出し方向、基板Ｐの搬送方向と交差する方向）の補正をした状態で部品吸着する。
【００３６】
即ち、図１２に示すように、各部品供給ユニット３の製造時での特性や該ユニット3の取付け時の特性により、更には電子部品を収納するテープの凹所内での位置のバラツキにより、全てのユニット３は厳密の意味で部品吸着位置１０でのＹ方向が同一ではないので、Ｙ方向の前記平均値のずれ分だけ補正する。その補正は、使用すべきノズル２１を選択するときのノズル選択用モータ２２を用いて装着ヘッド７の回転量を制御することにより行う。この補正により当該ノズル２１の中心位置で確実に部品を吸着保持できることとなる。この場合、装着ヘッド７の回転量を個別に制御してもよいし、一方の装着ヘッド７を固定とし他方のヘッド７のみ回転量を制御してもよい。
【００３７】
装着ヘッド７に無いノズル２１を使用する場合には、装着ヘッド７をＸＹ方向に移動して、基台２上のノズルストッカ５１のノズルの無い場所まで移動し装着ヘッド７を下降させて、係止部材２３を解除してノズル取付部２６より使用しないノズル２１を外してストッカ５１に置いた後、装着ヘッド７を上昇させるとともに使用すべきノズル２１上方に移動させ、次いで下降して新しいノズル２１を装着ヘッド７のノズル取付部２６に取付けて係止部材２３で固定した後、上昇する。
【００３８】
このノズル交換後の部品２４を取出し動作を行う前には、図９の黒丸４９の位置に設けられたセンサにより、吸着ノズル２１の長さが検出され、間違って長い吸着ノズル２１が装着ヘッド７に取り付けられた場合に光ビームが該ノズルに遮られた時に異常（誤取付）であることを検出して、図示しない報知装置により使用者に報知等が行われる。
【００３９】
そして、交換後に交換されたノズル２１が下方を向いて電子部品２４を取出すことができる位置に移動すると、ノズル２１の有無をセンサ（黒丸５０の位置）が検出する。有りと検出されるので、交換された新しいノズル２１がヘッド７に装着されているにも拘わらず、本装着装置１が無いと判断した場合のノズルストッカ５１に装着ヘッド７を下降させる等の動作を再びすることが防止される。
【００４０】
尚、先の実施形態が一つの装着ヘッド７が１回に１個の電子部品２４のみしか取出さない動作の場合であったが、１回に複数のノズルを用いて（最多６個）複数個の部品を取出し、搬送してプリント基板Ｐに装着する場合には、真空源に真空路を形成接続するための切替えバルブをノズル毎に設け、各ノズル２１の真空路が同時に真空源に接続されるような機構にすることにより実施することもできる。
【００４１】
即ち、機構的な構成は先の実施形態と略同様であるが、制御プログラムを変更して、以下のように動作させる。先ず、一つの装着ヘッド７が１本の吸着ノズル２１で部品２４を取出した後、装着ヘッド７を上昇させて同一装着ヘッド７内の他のノズル２１を下方に向かうように装着ヘッド７を回転させてから、当該装着ヘッド７を下降させて次の部品２４を吸着する。このようにすれば、ノズル２１の数だけ部品２４を吸着することができる。
【００４２】
そして、装着ヘッド７がプリント基板Ｐまで移動する間に、装着ヘッド７を回転させ部品２４を移動カメラ４５に順次向かい合わせて停止させ、画像を撮像し、吸着ノズル２１に対する位置認識を行う。この撮像動作は部品２４を取出す際に装着ヘッド７を回転させた時に、他のノズル２１の部品がカメラ４５に向かい合う場合があれば、その時に行う場合もあり得る。
【００４３】
次に、プリント基板Ｐ上方にて、下方を向くノズル２１に吸着された部品２４を、角度補正軸モータ１６によりカメラ４５の認識結果に基づき先の実施形態と同様に角度補正し、またビーム８及びＸ移動ユニット１３の移動によりＸＹ方向の位置補正を行い装着する。
【００４４】
次に、同一装着ヘッド７の他の部品２４を吸着している吸着ノズル２１を下方に向けるように装着ヘッド７を回転させ、角度補正軸モータ１６の補正回転及び水平方向位置の補正を行って、部品を位置決めし、プリント基板Ｐに装着する。他の部品も順次同様にして基板Ｐに装着する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子部品の位置認識の誤差が生じにくく、しかも構造も簡単な電子部品装着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子部品装着装置の平面図である。
【図２】図１のＢ矢視側面図である。
【図３】図１のＡ矢視側面図で、電子部品の吸着状態を示す図である。
【図４】装着ヘッド等の概略側面図である。
【図５】ホルダ及び装着ヘッド等の断面図である。
【図６】ノズルの取付け状態を示す断面図である。
【図７】図５カムとカムフォロアを示す図である。
【図８】移動カメラ及び部品有無検出センサを示す図である。
【図９】移動カメラ及び各センサの取付位置を示す図である。
【図１０】図１のＡ矢視側面図で、電子部品の移動認識状態を示す図である。
【図１１】吸着ノズルの各位置における高さノズルの真空の状態を示す図である。
【図１２】吸着ノズルの部品取出し時のＹ補正動作を示す図である。
【符号の説明】
１      電子部品装着装置
３      部品供給ユニット
７      装着ヘッド
８      ビーム
１１    Ｘ軸リニアモータ
１３    Ｘ移動ユニット
１４    上下軸モータ
１５    ヘッドブロック
１６    角度補正軸モータ
１９    ホルダ
２０    水平軸
２１    吸着ノズル
２２    ノズル選択用モータ
２４    電子部品
２６    ノズル取付部
２７    ノズルホルダ
２８    バネ
３３    カム
３４    カムフォロア
３６    真空路
３７    開口
３８    通路
４０    エアシリンダ
４１    ロッド
４２    切欠部
４５    移動カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003737922.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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