電子部品挿入孔位置の測定補正装置

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	電子部品挿入孔位置の測定補正装置
【発明者】	【氏名】若林亮一
【要約】	【課題】電子部品自動挿入装置の構成要素として備えている機能を活用し、かつプリント基板の挿入孔を透過した光の検出手段として単純な機器を用いることで、低コストでコンパクトで信頼性の高い電子部品挿入孔位置の測定補正装置を提供する。【解決手段】プリント基板１７はＸＹテーブルに載置し固定されてＸ軸方向Ｙ軸方向に移動する、プリント基板１７の挿入孔１８を挿入位置と所定距離隔てた測定位置に位置付ける、測定位置に検出器２０の光学ファイバ２１，２２があり挿入孔１８を検出する、発光素子２３の発光は光学ファイバ２１の端部２５から投光され、挿入孔１８を透過した光ビームは端部２６から光学ファイバ２２で受光素子２４に達し検出有りの信号を送る、プリント基板１７をＸ軸方向Ｙ軸方向に移動すると挿入孔１８の縁の位置が検出できる、その結果で挿入孔１８の中心が算出でき所定距離隔てた補正挿入位置を逆に演算して求め、プリント基板１７の挿入孔１８を補正挿入位置に位置付け電子部品のリード線を挿入する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】プリント基板の挿入孔をコンピュータに記憶した挿入位置に位置付けて電子部品のリード線を挿入する電子部品自動挿入装置において、挿入位置と所定の距離を隔てた測定位置にプリント基板の面に対し光ビームを投光する手段と、該光ビームを前記面の反対面側において受光する手段とを備え、プリント基板の挿入孔を始めにコンピュータに記憶した測定位置に位置付け、挿入孔を透過した光ビームは受光する手段で検出され、プリント基板を移動して前記光ビームが前記挿入孔の縁に達して遮られ受光する手段が検出しなくなる位置をコンピュータに記憶し、前記挿入孔の複数個所の縁について前記光ビームが遮られ受光する手段が検出しなくなる位置をコンピュータに記憶し、コンピュータは記憶した複数の位置から前記挿入孔の中心が位置する検出位置を演算し、該検出位置から前記所定の距離を隔てた補正挿入位置を逆に演算して求め、前記挿入孔をコンピュータに記憶した前記挿入位置に換えて該補正挿入位置に位置付けることを特徴とする電子部品挿入孔位置の測定補正装置。
【請求項２】プリント基板の面に対し光ビームを垂直に投光する請求項１記載の電子部品挿入孔位置の測定補正装置。
【請求項３】プリント基板を面に平行な直線方向に移動して、前記光ビームが前記挿入孔の縁に達して遮られる両側の位置をコンピュータに記憶し中間位置を演算して求め、前記光ビームが該中間位置を通り前記直線方向に直交する直線方向にプリント基板を移動して、前記光ビームが前記挿入孔の縁に達して遮られる両側の位置をコンピュータに記憶し中間位置を演算して求め検出位置とする請求項１または２記載の電子部品挿入孔位置の測定補正装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板へ電子部品を自動実装する電子部品自動挿入装置に関して、電子部品のリード線を挿入するプリント基板に設けられた挿入孔の位置を検出して、電子部品のリード線と挿入孔の相対的な位置を自動的に補正する電子部品挿入孔位置の測定補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、本出願人の出願に係る特開昭６０－２７２００号において、ＸＹテーブル上にプリント基板を載置し光を照射する発光素子と、挿入孔を通して透過する光を受光する検出器とでプリント基板の挿入孔位置を基準点からの距離間隔として測定し、その間の誤差に応じてＸＹテーブルのピッチ送り間隔を自動修正する自動座標修正装置が提案されている。また、特開昭５８－１１４５２１号には光ビームをリード線孔に入射させ、この孔を透過した光ビームを４本の光学ファイバで受光するようにして、光学ファイバを経て受光素子が入射光量に比例した電気信号を出力し、電気信号は制御回路が受けてＸＹテーブルを駆動して挿入軸線上にプリント基板の孔を合致させることが開示される。また、特開昭６１－５１５０５号には投光部と、投光部より投光された光束を受光する４分割受光素子で構成した受光部と、光束の途中経路に光束を通過する透孔を有するプリント基板を光束に対し移動可能に配置し、受光部の出力データと基準データとを比較しプリント基板の透孔（電子部品を挿入する孔）が光束の中心位置になるように移動し補正することが開示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の提案や開示において、例えば特開昭６０－２７２００号は挿入孔を介して透過する光を受光する検出器にイメージセンサーを用い、特開昭５８－１１４５２１号は孔を透過した光ビームを４本の光学ファイバで受光し、光学ファイバを経て受光素子が入射光量に比例した電気信号を出力する、特開昭６１－５１５０５号は投光部より投光された光束を受光する４分割受光素子で構成した受光部を有する、いずれも孔を透過した光の検出手段として比較的複雑で高価な機器が必要である。
【０００４】本発明の主な目的は、元々電子部品自動挿入装置の構成要素として備えている機能を活用することと、孔を透過した光の検出手段として単純な機器を用いることで低コストを実現することにある、続く目的は、検出手段をコンパクトにすること及び検出手段と制御回路との接続線の本数を少なくしてケーブルの引き回しを簡略にすること、また、検出手段として単純な機器を用いることで信頼性の向上を実現し、低コストでコンパクトで信頼性の高い電子部品挿入孔位置の測定補正装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、プリント基板の挿入孔をコンピュータに記憶した挿入位置に位置付けて電子部品のリード線を挿入する電子部品自動挿入装置において、挿入位置と所定の距離を隔てた測定位置にプリント基板の面に対し光ビームを投光する手段と、該光ビームを前記面の反対面側において受光する手段とを備え、プリント基板の挿入孔を始めにコンピュータに記憶した測定位置に位置付け、挿入孔を透過した光ビームは受光する手段で検出され、プリント基板を移動して前記光ビームが前記挿入孔の縁に達して遮られ受光する手段が検出しなくなる位置をコンピュータに記憶し、前記挿入孔の複数個所の縁について前記光ビームが遮られ受光する手段が検出しなくなる位置をコンピュータに記憶し、コンピュータは記憶した複数の位置から前記挿入孔の中心が位置する検出位置を演算し、該検出位置から前記所定の距離を隔てた補正挿入位置を逆に演算して求め、前記挿入孔をコンピュータに記憶した前記挿入位置に換えて該補正挿入位置に位置付けることを特徴とする電子部品挿入孔位置の測定補正装置としている。
【０００６】請求項２に記載の発明は、プリント基板の面に対し光ビームを垂直に投光する請求項１記載の電子部品挿入孔位置の測定補正装置としている。
【０００７】請求項３に記載の発明は、プリント基板を面に平行な直線方向に移動して、前記光ビームが前記挿入孔の縁に達して遮られる両側の位置をコンピュータに記憶し中間位置を演算して求め、前記光ビームが該中間位置を通り前記直線方向に直交する直線方向にプリント基板を移動して、前記光ビームが前記挿入孔の縁に達して遮られる両側の位置をコンピュータに記憶し中間位置を演算して求め検出位置とする請求項１または２記載の電子部品挿入孔位置の測定補正装置としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は測定補正装置の電子部品挿入孔位置を検出する主要部の説明図であり、図２は測定補正装置が電子部品挿入孔位置を測定する手順を説明する図であり、図３は本発明を実施する電子部品自動挿入装置の一例を示す平面図であり、図４は図３の電子部品自動挿入装置を右側から示す側面図である。
【０００９】まず本発明を実施する電子部品自動挿入装置の一例を示す図３及び図４の全体構成について説明する、電子部品自動挿入装置１は本出願人の出願に係る特公平３－５８９７９号や特開平８－１８８２４０号に示され、スプロケット２Ａ乃至２Ｄ間にチェーン３を張架した間欠走行動作の無端帯機構を有し、このチェーン３上にパレット４が等間隔で固定されている。この無端帯機構は水平面内で走行するものであり、また各パレット４は保持帯にリード線付き電子部品を配列してなる電子部品連７を電子部品１個を有するように切断した電子部品連切断片を水平に保持するものである。
【００１０】前記チェーン３の直線走行部分すなわちパレット４の直線走行部分の外側に沿って供給部５がパレット４と等間隔で配列され、各供給部５にはそれぞれ電子部品連７を収容したパッケージ６より引き出された電子部品連７がセットされる。この場合、パッケージ６も供給部５と同じ間隔で配列され、パッケージ６より引き出された電子部品連７はそのまま供給部５に引き出される。
【００１１】電子部品自動挿入装置１はパレット４で移送されてきた電子部品連切断片の電子部品のリード線を挟持するチャック１０と、該チャック１０が等間隔で設けられる回転盤１１と、チャック１０で運ばれて来た電子部品のリード線をＸＹテーブル１２上のプリント基板１７に挿入する挿入ガイド１３とを備えている。パレット４からチャック１０への電子部品連切断片の受け渡しは図３のスプロケット２Ｃに沿った受渡位置Ｐで行われるようになっている。
【００１２】図４に示す如く回転盤１１は水平に対して４５度傾いた軸心を中心とする軸に回転自在に支えられている、チャック１０は前記軸心に対し４５度の傾きを有する同一円錐面上に回転盤１１に設けられる、すなわち、チャック１０は受渡位置Ｐにおいて長手方向が垂直の姿勢になり、回転盤１１はチェーン３の間欠走行動作と同期して間欠回転する、回転盤１１の回転により挿入ガイド１３に対応する位置に到達したチャック１０は長手方向が水平の姿勢になる、チャック１０は受渡位置Ｐにおいてパレット４からリード線の軸方向が水平の姿勢で保持して電子部品を受け取る、回転盤１１の間欠回転により電子部品のリード線を保持したチャック１０は挿入ガイド１３に対応する位置に到達する、チャック１０に保持された電子部品のリード線は挿入ガイド１３に対応する位置において軸方向が垂直の姿勢になる、チャック１０を挿入ガイド１３に向けて水平に押し出すと、挿入ガイド１３は電子部品のリード線をＸＹテーブル１２上のプリント基板１７に向けた垂直の姿勢で電子部品を受け取る、その後、チャック１０は電子部品のリード線の保持を解除して水平に押し出された状態から元に復帰する。
【００１３】電子部品のリード線を保持したチャック１０は挿入ガイド１３に対応する位置に到達するまでに、回転盤１１の間欠回転による少なくとも一つの停止位置を有し、該停止位置の一つで電子部品連切断片の台紙部分の切り落としが行われる、そうして、挿入ガイド１３による挿入位置までリード線等を加工されながら送られた電子部品は、フレーム１４に固定されたＸＹテーブル１２がコンピュータからの指令信号を受ける制御回路でモータ１５と１６によってＸ軸方向Ｙ軸方向に移動し、ＸＹテーブル１２上に載置し固定されたプリント基板１７の挿入孔１８を挿入位置に位置付ける、挿入ガイド１３は電子部品を保持しながら下降しプリント基板１７の挿入孔１８にリード線を挿入する。プリント基板１７の挿入孔１８へ挿入されたリード線は必要に応じて図示しない切断折り曲げ機構によって固定され、挿入ガイド１３は電子部品の保持を解除して上昇し元に復帰する。
【００１４】図１に示す測定補正装置の電子部品挿入孔位置を検出する主要部の説明図について述べる、プリント基板１７は前記ＸＹテーブル１２上に載置し固定されているが、説明図ではプリント基板１７のみを示す、従って、ＸＹテーブル１２がＸ軸方向Ｙ軸方向に移動するとプリント基板１７もＸ軸方向Ｙ軸方向に移動する、説明図ではＸＹの方向のみを示す、プリント基板１７は一般に複数の挿入孔１８を有するが説明図では一つのみ示す、挿入孔１８の検出器２０は光学ファイバ２１，２２を備える光学センサーである、すなわち、発光素子２３が発する光を光学ファイバ２１で導いて端部２５からプリント基板１７の面に垂直に投光する、プリント基板１７の面に垂直に端部２５と同心でプリント基板１７の面に対し反対側に光学ファイバ２２の端部２６を配置する、挿入孔１８を透過した光は端部２６に達し光学ファイバ２２が導いて受光素子２４に到達する構成である、発光素子２３及び受光素子２４は個別でもよいし同一のケース２７に収容されてもよい、発光素子２３及び受光素子２４はＸＹテーブル１２の移動を妨げない位置にフレーム１４等に固定すればよいが、端部２５及び端部２６を同心に結ぶプリント基板１７の面に垂直な軸線は挿入ガイド１３の挿入位置と所定の距離Ｘｓ，Ｙｓを隔てた測定位置に保持する、例えば、光学ファイバ２１の端部２５側は挿入ガイド１３を有する挿入機構のフレーム１９に固定し、光学ファイバ２２の端部２６側はフレーム１４に固定されたＸＹテーブル１２の動かない部分に固定し配置する、光学ファイバ２１，２２の引き回しはＸＹテーブル１２等の動く範囲を避けて配置し固定する、発光素子２３及び受光素子２４の端子２３Ａ，２３Ｂ及び端子２４Ａ，２４Ｂは接続線を介して検出回路に接続する、該検出回路は電子部品挿入装置１のコンピュータに検出有り無しを示す信号を送る。
【００１５】図２は測定補正装置が電子部品挿入孔位置を測定する手順を説明する図であり、プリント基板１７の面に垂直な方向から挿入孔１８を示す平面図である、光学ファイバ２１の端部２５と光学ファイバ２２の端部２６を延長して重なる空間の位置を黒丸で端部２５として示す、該黒丸は端部２６から見える端部２５であり、端部２５から投光する光が端部２６に達する光ビームの位置でもある、挿入孔１８の直径は０．４～１．５ｍｍの間に設けられるのが一般的であり黒丸で示す光ビームの径は例えば０．１ｍｍとする、挿入孔１８と端部２５で示す光ビームの位置関係は■～■に複数の状態を示して測定する手順を説明する。
【００１６】図２に示す■はＸＹテーブル１２がコンピュータからの指令信号を受ける制御回路でモータ１５と１６によってＸ軸方向Ｙ軸方向に移動し、ＸＹテーブル１２上に載置し固定されたプリント基板１７の挿入孔１８を挿入位置と所定の距離Ｘｓ，Ｙｓ隔てた測定位置に位置付けた状態である、予測される誤差の範囲であれば挿入孔１８の中に端部２５で示す光ビームが存在する、検出回路から接続線を介して端子２３Ａ，２３Ｂに電力が供給されて発光素子２３が発光する、発光素子２３が発光した光は光学ファイバ２１が導く、そうして端部２５から投光された光ビームは端部２６に達し、光学ファイバ２２に導かれて受光素子２４に到達し端子２４Ａ，２４Ｂから接続線を介して検出回路が働いて、該検出回路はコンピュータに検出有りの信号を送る。
【００１７】■から続く■はプリント基板１７をＸ軸方向の右に移動させた状態を示す、端部２５で示す光ビームは挿入孔１８に対して相対的に矢印Ａの方向に移動する、■の状態では２５’の位置にあった光ビームが■の状態でプリント基板１７に完全に遮られたことを示す、プリント基板１７をＸ軸方向の右に移動させるＸＹテーブル１２の位置はコンピュータによって把握されており、光ビームが挿入孔１８の縁に達して遮られ始めると端部２６に達する光量が減少してくるので、光学ファイバ２２に導かれて受光素子２４に到達する光量が減少する、やがて所定の光量を下回ると端子２４Ａ，２４Ｂから接続線を介して検出回路が働いて、該検出回路はコンピュータに検出有りの信号を送ることが無くなる、このときのＸＹテーブル１２のＸ軸方向の位置をＸ１としてコンピュータに記憶する。
【００１８】■から続く■はプリント基板１７をＸ軸方向の左に移動させた状態を示す、端部２５で示す光ビームは挿入孔１８に対して相対的に矢印Ｂの方向に移動する、■の状態では２５’の位置にあった光ビームが一旦挿入孔１８を透過し受光素子２４に到達する光量が増加してから再びプリント基板１７に遮られたことを示す、光ビームが挿入孔１８の右縁に達して再び遮られ始めると端部２６に達する光量が減少してくるので、光学ファイバ２２に導かれて受光素子２４に到達する光量が減少する、従って、光ビームが一旦挿入孔１８を通過し検出回路からコンピュータに検出有りの信号が送られるが、やがて所定の光量を下回ると検出回路からコンピュータに検出有りの信号を送ることが無くなる、このときのＸＹテーブル１２のＸ軸方向の位置をＸ２としてコンピュータに記憶する。
【００１９】コンピュータに記憶したＸ１とＸ２の中間位置を該コンピュータで算出する、該コンピュータからの指令信号を受けて制御回路が働いてＸＹテーブル１２を移動し、■から続く■はプリント基板１７をＸ軸方向のＸ１とＸ２の中間位置に移動させた状態を示す、端部２５で示す光ビームは挿入孔１８に対して相対的に矢印Ｃの方向に移動する、■の状態では２５’の位置にあった光ビームが■の状態で挿入孔１８を完全に透過する、光ビームは端部２６から光学ファイバ２２に導かれて受光素子２４に到達し、検出回路はコンピュータに検出有りの信号を送る。
【００２０】■から続く■はプリント基板１７をＹ軸方向の図２における下に移動させた状態を示す、端部２５で示す光ビームは挿入孔１８に対して相対的に矢印Ｄの方向に移動する、■の状態では２５’の位置にあった光ビームが■の状態でプリント基板１７に完全に遮られたことを示す、プリント基板１７をＹ軸方向に移動させるＸＹテーブル１２の位置はコンピュータによって把握されており、光ビームが挿入孔１８の縁に達して遮られ始めると端部２６に達する光量が減少してくるので、光学ファイバ２２に導かれて受光素子２４に到達する光量が減少する、やがて所定の光量を下回ると端子２４Ａ，２４Ｂから接続線を介して検出回路が働いて、該検出回路はコンピュータに検出有りの信号を送ることが無くなる、このときのＸＹテーブル１２のＹ軸方向の位置をＹ１としてコンピュータに記憶する。
【００２１】■から続く■はプリント基板１７をＹ軸方向の図２における上に移動させた状態を示す、端部２５で示す光ビームは挿入孔１８に対して相対的に矢印Ｅの方向に移動する、■の状態では２５’の位置にあった光ビームが一旦挿入孔１８を透過し受光素子２４に到達する光量が増加してから再びプリント基板１７に遮られたことを示す、光ビームが挿入孔１８の図２における下の縁に達して再び遮られ始めると端部２６に達する光量が減少してくるので、光学ファイバ２２に導かれて受光素子２４に到達する光量が減少する、従って、光ビームが一旦挿入孔１８を透過し検出回路からコンピュータに検出有りの信号が送られるが、やがて所定の光量を下回ると検出回路からコンピュータに検出有りの信号を送ることが無くなる、このときのＸＹテーブル１２のＹ軸方向の位置をＹ２としてコンピュータに記憶する。
【００２２】コンピュータに記憶したＹ１とＹ２の中間位置を該コンピュータで算出する、該コンピュータからの指令信号を受けて制御回路が働いてＸＹテーブル１２を移動し、■から続く■はプリント基板１７をＹ軸方向のＹ１とＹ２の中間位置に移動させた状態を示す、端部２５で示す光ビームは挿入孔１８に対して相対的に矢印Ｆの方向に移動する、■の状態では２５’の位置にあった光ビームが■の状態で挿入孔１８を完全に透過する、光ビームは端部２６から光学ファイバ２２に導かれて受光素子２４に到達し、検出回路はコンピュータに検出有りの信号を送る。
【００２３】■の状態は■の状態の結果である、■～■において説明した手順をたどることによって■の状態は挿入孔１８の中心に端部２５で示す光ビームが存在する、この状態でコンピュータによって把握されているＸＹテーブル１２のＸ軸方向Ｙ軸方向の位置が測定で求めた検出位置である、始めに■でコンピュータがＸＹテーブル１２上に載置し固定されたプリント基板１７の挿入孔１８を挿入位置と所定の距離Ｘｓ，Ｙｓ隔てた測定位置に位置付けると説明した、該測定位置はコンピュータにあらかじめ記憶させておく挿入位置に所定の距離Ｘｓ，Ｙｓ隔てた位置を演算して求める、挿入位置はコンピュータにあらかじめ記憶させたプログラムであり、ＸＹテーブル１２上のプリント基板１７に設けられた挿入孔１８のプログラム上の位置付けである、プリント基板１７における挿入孔１８の位置やプリント基板１７がＸＹテーブル１２上に載置し固定される位置精度が得られると、挿入ガイド１３が保持した電子部品のリード線を挿入してもミスが発生しない、実際の生産工程においては、多数のプリント基板１７において挿入孔１８の位置やプリント基板１７がＸＹテーブル１２上に載置し固定される位置精度が常に得られるとは限らない、始めの測定位置と■～■において説明した手順をたどることによって得られた検出位置との間に差異が生じるのである、コンピュータは前記検出位置から所定の距離Ｘｓ，Ｙｓ隔てた補正挿入位置を逆に演算して求める、ＸＹテーブル１２がコンピュータからの補正挿入位置への移動の指令信号を受ける制御回路でモータ１５と１６によってＸ軸方向Ｙ軸方向に移動し、ＸＹテーブル１２上に載置し固定されたプリント基板１７の挿入孔１８を前記検出位置と所定の距離Ｘｓ，Ｙｓ隔てた補正挿入位置に位置付ける。
【００２４】電子部品のリード線は一般に一つの電子部品に２本あるいは３本が備わる（もっと複数が備わる電子部品もある）、従って、一つの電子部品に対する挿入孔１８はプリント基板１７に複数が一組で存在する、しかし、一つの電子部品に対応する全ての挿入孔１８を測定すると所要時間が長くなること、一組の挿入孔１８どうしの位置精度は一般に悪くないことが知られている、そこで、一つの電子部品に対応する一組の挿入孔１８の一つを選択して補正挿入位置を求めると所要時間を短縮できる、あるいは、プリント基板１７に挿入する全ての電子部品の補正挿入位置を求めなくても、特定の電子部品の補正挿入位置を求めて他の電子部品の挿入位置も同じ補正を施すことで充分に目的を達することが可能なことがある、プリント基板１７と挿入孔１８がどのような位置精度で加工されているか、ＸＹテーブル１２上にプリント基板１７がどのような位置精度で固定されるか等の条件を検討して決定すればよい。こうして求めた補正挿入位置を新たな挿入位置としてＸＹテーブル１２を移動し、ＸＹテーブル１２上に載置し固定されたプリント基板１７の挿入孔１８を補正挿入位置に位置付け、挿入ガイド１３が保持した電子部品のリード線をプリント基板１７の挿入孔１８に挿入し、必要に応じて切断折り曲げ機構によって固定すればミスを発生することなく電子部品の自動実装ができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子部品挿入孔位置の測定補正装置によれば、挿入孔１８の検出器２０が新規に付加する主要機器であり、コンピュータもＸＹテーブル１２も制御回路も元々電子部品自動挿入装置の構成要素として備えている機器である、従って、検出器２０及びコンピュータに加える測定補正のためのプログラムを用意すれば実施できる、挿入孔１８の検出器２０は従来の装置が要した例えばイメージセンサーや４本の光学ファイバの検出器や４分割受光素子に比べると遙かに低コストである、さらに、検出器２０は単純な構成の検出器であるがゆえに形状がコンパクトであり、かつ検出器２０から検出回路さらにコンピュータに至る接続線の数が少ない、実施例の検出器２０は端子２３Ａ，２３Ｂ及び端子２４Ａ，２４Ｂから４本の接続線を介して検出回路に接続する、グラウンドを共通にできればさらに本数が少なくなる、また、検出器２０が単純な構成であることは微妙な動作の必要がなく常に安定した検出ができ、低コストでコンパクトで常に安定した検出ができる効果は大きい。

【出願人】	【識別番号】０００００３０６７【氏名又は名称】ティーディーケイ株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月１６日
【代理人】
【公開番号】	特開平１１－１８３１１９
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】	特願平９－３４６４０２