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【発明の名称】 部品装着装置
【発明者】 【氏名】田村 孝太

【氏名】石部 敏幸

【氏名】菜嶋 穂積

【氏名】西 輝樹

【氏名】梶原 正敏
【要約】 【課題】装着ヘッドの移動距離を短くしてタクト時間を短縮することができ、かつ装着位置精度に優れた部品装着装置を提供する。

【解決手段】パレット（部品供給治具）３ａに振動フィーダ３０を組み合わせてセットした部品供給部３と、プリント基板（装着対象物）４ａがセットされた部品装着部４とをそれぞれ独立して互いに並行なＸ軸方向に往復駆動する。またＺ軸方向に往復駆動される吸着ノズル（部品保持機構）５を備えた装着ヘッド６をＸ軸方向と直交するＹ軸方向に直線状に往復駆動する。さらに上記吸着ノズル５に保持された電子部品を撮像する部品撮像カメラ（部品撮像手段）７を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 部品供給治具、あるいは振動フィーダ，バルクフィーダ，テープフィーダ，粘着シートフィーダのうち１つ又は複数種が組み合わせてセットされ、駆動手段により所定の方向に直線的に往復駆動される部品供給部と、装着対象物がセットされ、駆動手段により上記部品供給部の移動方向と平行な方向に直線的に往復駆動される部品装着部と、部品を保持するための部品保持機構を備え、駆動手段により上記部品供給部及び部品装着部の移動方向と直交する方向に直線的に往復駆動され、かつ上記部品供給部にセットされた部品をピックアップし、該部品を部品装着部にセットされた装着対象物の所定の位置に装着する装着ヘッドと、上記装着ヘッドの部品保持機構に保持された部品を、上記装着ヘッドが直線移動する過程で撮像する部品撮像手段と、上記部品供給部，部品装着部，及び装着ヘッドをそれぞれ駆動制御する駆動制御手段及び上記部品撮像手段による画像を演算処理する画像演算処理手段とを備えたことを特徴とする部品装着装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、部品装着装置に関し、詳しくは、電子部品をプリント基板などの装着対象物に装着する際に用いられる部品装着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子部品を装着する場合に用いられる従来の部品装着装置の一つに、ＸＹ軸ロボットに、電子部品を保持する保持機構（真空により電子部品を吸着する吸着ノズルや機械的に把持するチャック機構など）を備えたヘッドを取り付け、保持機構により電子部品を保持した状態でヘッドを移動させ、電子部品を所定のプリント基板などの装着対象物の所定の位置に装着するようにした部品装着装置がある。
【０００３】この方式の部品装着装置としては、例えば図４に示すように、部品整列用のトレーなどの部品供給治具が載置される部品供給部５１と、電子部品の装着対象である基板などの装着対象物が載置される部品装着部５２と、電子部品を部品供給部５１から吸着・保持する真空吸着ノズルなどの部品保持機構５３を備えた装着ヘッド５４と、装着ヘッド５４が取り付けられるＸＹ軸ロボット５５と、電子部品の位置情報を得るために、装着ヘッド５４の部品保持機構５３に保持された電子部品を所定の位置で撮像する部品撮像手段（カメラ）５６と、装着位置情報を得るために、基板などの部品装着対象を撮像する装着対象物撮像手段（カメラ）５７とを備え、装着ヘッド５４の部品保持機構５３により電子部品を吸着して保持した状態で、装着ヘッド５４を矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄで示すような方向に移動させることにより、電子部品を装着対象物の所定の位置に装着するようにした部品装着装置がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の部品装着装置においては、装着ヘッド５４を、部品吸着位置、部品位置認識用の部品撮像手段５６による撮像位置、及び部品装着位置（例えば、基板上の所定の位置）の合計３つの位置に移動させなければならず、装着ヘッド５４の移動距離（動線）が長くなり、電子部品の装着には、装着ヘッド５４の移動，停止に要する時間と、撮像した画像の演算処理に要する時間の合計の時間が必要となり、タクト時間の短縮を困難ならしめる要因になっている。なお、装着ヘッドに、部品装着位置を確認するための装着対象物撮像手段（カメラ）を搭載するようにした部品装着装置もあるが、その場合には、装着対象物である基板などを撮像するための位置を含めて、少なくとも４つの位置に装着ヘッドを移動させることが必要になり、さらに動線が長くなるという問題点がある。
【０００５】また、上記従来の部品装着装置においては、部品装着部（基板などの装着対象物）５２をＸＹテーブル（図示せず）に取り付けるようにした場合、装着ヘッド５４の移動方向と同じ方向に、ＸＹテーブルを移動させて装着位置の微調整を行うことが必要になる場合が生じ、位置制御が困難になるばかりでなく、設備が重複し、コストの増大を招くという問題点がある。
【０００６】一方、部品供給部においては、多数の電子部品を整列配置したトレーなどの部品供給治具をセットするのが一般的であるが、自動化による生産性をさらに高めには、部品供給部，あるいは部品供給治具に部品を連続的に供給することが望ましく、この点での対策が要請されている。
【０００７】本発明は、上記従来の部品装着装置の問題点を解決するものであり、装着ヘッドの移動距離が短く、タクト時間を短縮することが可能で、かつ、装着位置精度に優れた部品装着装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、部品供給治具、あるいは振動フィーダ，バルクフィーダ，テープフィーダ，粘着シートフィーダのうち１つ又は複数種が組み合わせてセットされ、駆動手段により所定の方向に直線的に往復駆動される部品供給部と、装着対象物がセットされ、駆動手段により上記部品供給部の移動方向と平行な方向に直線的に往復駆動される部品装着部と、部品を保持するための部品保持機構を備え、駆動手段により上記部品供給部及び部品装着部の移動方向と直交する方向に直線的に往復駆動され、かつ上記部品供給部にセットされた部品をピックアップし、該部品を部品装着部にセットされた装着対象物の所定の位置に装着する装着ヘッドと、上記装着ヘッドの部品保持機構に保持された部品を、上記装着ヘッドが直線移動する過程で撮像する部品撮像手段と、上記部品供給部，部品装着部，及び装着ヘッドをそれぞれ駆動制御する駆動制御手段及び上記部品撮像手段による画像を演算処理する画像演算処理手段とを備えたことを特徴とする部品装着装置である。
【０００９】
【発明の作用効果】本発明にかかる部品供給装置によれば、部品供給部と部品装着部とをそれぞれ独立して互いに平行に往復駆動するとともに、部品保持機構を備えた装着ヘッドを、部品供給部及び部品装着部の移動方向と直交する方向に往復駆動し、かつ、部品保持機構に保持された部品を部品撮像手段により撮像するようにしたので、装着ヘッドの作動中に部品撮像手段により部品を撮像して装着位置の補正情報を得ることが可能になる。したがって、装着ヘッドを所定の方向に直線移動させるだけで、部品供給部から部品をピックアップして、部品装着部の装着対象物の所定の位置に精度よく装着することが可能になる。その結果、従来のように装着ヘッドを３つ，あるいは４つの位置に移動させる場合に比べて移動距離を短くすることができ、タクト時間を短縮することができとともに、設備の重複を防止して、経済性に優れ、装着位置精度の高い部品装着装置を提供することができる。
【００１０】また本発明では、部品供給部において、トレー，パレット等の部品供給治具、あるいは振動フィーダ，バルクフィーダ，テープフィーダ，粘着シートフィーダのうち１つ又は複数種を組み合わせてセットするようにしたので、種類，大きさの異なる部品を連続的に供給することが可能となり、自動化による生産性をさらに高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】図１及び図２は本発明の一実施形態による部品装着装置を説明するための図であり、図１は部品装着装置の全体構成を示す斜視図、図２は部品装着装置の装着動作を概略的に示す平面図である。
【００１３】図において、１は部品装着装置であり、この部品装着装置１は、Ｌ字状のベース部材２に、部品供給部３、部品装着部４、４本の真空吸着ノズル（部品保持機構）５を備えた装着ヘッド６、部品撮像カメラ（部品撮像手段）７等を搭載して構成されている。また本部品装着装置１は上記部品供給部３，部品装着部４，吸着ノズル５及び装着ヘッド６をそれぞれ駆動制御する駆動制御手段（不図示），及び上記部品撮像カメラ７からの画像を演算処理する画像演算処理手段（不図示）を備えている。
【００１４】上記ベース部材２は、金属部材に比べて振動減衰率が高く、かつ熱膨張係数の小さい材料であるコンクリート，セラミック，金属とセラミックとの複合材，あるいは大理石等により一体に形成されたものであり、ベース本体２ａの後端に垂直壁２ｂを一体形成して構成されている。これにより各機構部の動作時の振動を効率よく減衰させるとともに、リニアモータなどの駆動手段の発熱による各機構部の位置ずれを抑制でき、電子部品の装着位置精度を高く保つことができる。またベース部材２が上記材料により一体に形成されていることから、各機構部が振動する場合の位相が同じになり、各機構部がバラバラに振動する場合に比べて、振動による弊害を抑制することが可能となる。
【００１５】上記部品供給部３は、装置正面から見てベース本体２ａの左端部に配置されており、不図示のリニアモータによりリニアモータスライダー（駆動手段）に沿ってＸ軸方向（前後方向）に直線的に往復駆動される。この部品供給部３の上面には多数の電子部品が整列配置されたパレット (部品供給冶具) ３ａがセットされている。このパレット３ａには電子部品が収納される収納凹部が形成されており、この収納凹部は上記各真空吸着ノズル５の配列ピッチに対応したピッチでもって配列されている。これにより４本の吸着ノズル５で一度に４個の電子部品を保持することができるようになっている。
【００１６】上記部品供給部３には振動フィーダ３０が配設されている。この振動フィーダ３０は多数の電子部品を振動供給部３２により上記パレット３ａの各収納凹部に順次供給するものである。
【００１７】上記部品装着部４は、ベース本体２ａの中央部に配置されており、リニアモータ８により一対のリニアモータスライダー８ａ，８ａに沿って上記部品供給部３の移動方向と平行なＸ軸方向に直線的に往復駆動される。この部品装着部４の上面には電子部品が装着されるプリント基板 (装着対象物) ４ａがセットされている。
【００１８】上記装着ヘッド６は、上記部品供給部３及び部品装着部４の上方に位置しており、垂直壁２ｂに固定された架台９に配設されている。この架台９には一対のリニアモータスライダー１０，１０が取付け固定されており、上記装着ヘッド６はリニアモータ１１によりリニアモータスライダー１０に沿ってＸ軸方向と直交するＹ軸方向（左右方向）に直線的に往復駆動される。
【００１９】上記装着ヘッド６を駆動するリニアモータ１１には、ダイレクト・ドライブ方式のリニアモータが用いられており、またリニアモータ円コーダとして、フルクローズ高精度位置決めを行うことができるように、ガラススケール、金属スケールなどを用いたものが用いられている。
【００２０】上記各真空吸着ノズル５は固定部材５ａに固定されており、この固定部材５ａは、上記装着ヘッド６に固定された一対のリニアモータスライダー１２ａ，１２ａに沿ってＺ軸方向（上下方向）に移動可能に支持されている。また上記固定部材５ａは、サーボモータ１３に接続されたカム板１４を回転させることによりＺ軸方向に往復駆動される。さらに上記各吸着ノズル５は、不図示の回転位置決め駆動手段により吸着保持した電子部品をＺ軸回り (図１の→θ方向) に回転位置決め可能に支持されている。
【００２１】上記部品撮像カメラ７は、部品供給部３と部品装着部４との間に配置固定されており、装着ヘッド６が部品供給部３から部品装着部４に直線移動する際に上記吸着ノズル５に吸着保持された電子部品を撮像するように構成されている。そして上記カメラ７により撮像された電子部品の基準点（一般に吸着ノズルの中心点）に対するずれを求め、このずれに応じてＸ軸，Ｙ軸及びθの補正量を算出する。
【００２２】また上記部品供給部３と部品撮像カメラ７との間には、接着剤，導電性接着剤，はんだペースト等が充填された塗布部１６が配設されている。この塗布部１６により部品供給部３でピックアップした電子部品を部品装着部４に搬送する際に該電子部品に接着剤やはんだペースト等を自動的に塗布することができ、生産性を高めることができる。
【００２３】さらに上記架台９には多目的ヘッド１７が装着ヘッド６とは独立して配設されている。該多目的ヘッド１７はリニアモータ１８により上記リニアモータスライダー１０に沿ってＹ軸方向に直線的に往復駆動される。この他目的ヘッド１７には基板撮像カメラ１９が配置されている。この基板撮像カメラ１９により撮像されたプリント基板４ａの実装位置に対するずれを求め、このずれに応じてＸ軸，Ｙ軸の補正量を算出する。
【００２４】上記多目的ヘッド１７を装着ヘッド６と独立して配置したので、装着ヘッド６が部品供給部３において電子部品のピックアップ動作を行っているときに、プリント基板４ａを撮像することができ、タクト時間を短縮することができる。なお、他目的ヘッド１７には、カメラ１９以外に、例えばプリント基板４ａに接着剤を塗布するための接着剤ディスペンサなどを搭載することも可能である。
【００２５】本実施形態の部品装着装置１は、前工程設備Ａにより組み立てられたプリント基板を上記部品装着部４まで搬入し、該部品装着部４にて電子部品が装着された装着済プリント基板４ａを後工程設備Ｂまで搬出する部品搬送部２０を備えている。
【００２６】この部品搬送部２０は、ベース本体２ａ上の右側端部に並列配置された一対の搬入レール２１，２１及び搬出レール２２，２２と、該搬入，搬出レール２１，２２に沿ってＸ軸方向に往復移動する搬入，搬出台車２３，２４と、該各台車２３，２４をそれぞれ独立して往復駆動するタイミングベルト２５，２５及び回転駆動モータ２６と、上記搬入，搬出台車２３，２４の上方に配置され該台車２３，２４にセットされたプリント基板を把持する移載部材２７，２７と、各移載部材２７を上下方向（Ｚ軸方向）及び左右方向（Ｙ軸方向）に移動駆動する移載駆動機構２８とから構成されている。
【００２７】そして、前工程設備Ａの受け渡し位置に待機する搬入台車２３に、該前工程設備Ａにて組み立てられたプリント基板を移送し、この状態で搬入台車２３が部品装着部４に並行となる位置まで移動する。次いで移載部材２７が搬入台車２３のプリント基板を部品装着部４の所定位置に移送してセッティングする。
【００２８】次に、プリント基板への部品装着が終了すると、移載部材２７が装着済みプリント基板を搬出台車２４に移送し、該搬出台車２４が後工程設備Ｂの受渡し位置まで移動する。
【００２９】次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００３０】本実施形態の部品装着装置１により電子部品をプリント基板に装着するには、まず、振動フィーダ３０が電子部品をパレット３ａの各収納凹部に供給し、部品供給部３がＸ軸方向に移動するとともに、装着ヘッド６がＹ軸方向に移動して所定のピックアップ位置（吸着ノズル中心が収納凹部中心と一致する位置）に位置決めを行なう。このピックアップ位置にて固定部材５ａが下降して各吸着ノズル５で電子部品を吸着保持し、この後吸着ノズル５が上昇する。
【００３１】このピックアップ工程時に、他目的ヘッド１７が部品装着部４にセットされたプリント基板４ａの上方に移動し、カメラ１９がプリント基板を撮像し、画像演算処理手段が目標装着位置に対するＸ軸，Ｙ軸の補正量を算出する。なお、撮像後には他目的ヘッド１７は装着ヘッド４と干渉しない位置に退避する。
【００３２】一方、この間、部品搬送部２０では、前工程設備Ａにより組み立てられたプリント基板を搬入台車２３が搬入し、移載部材２７が部品装着部４にセッティングする。
【００３３】上記ピックアップ工程に続いて、上記装着ヘッド６が部品装着部４の上方まで直線移動する。この移動する際に部品撮像カメラ７が各吸着ノズル５に保持された電子部品を撮像し、画像演算処理手段が各電子部品の吸着ノズル５に対するＸ軸，Ｙ軸，及びθ方向の補正量を算出する。
【００３４】そして、装着ヘッド６が部品装着部４のプリント基板４ａの上方に移動し、この状態にて電子部品がプリント基板４ａの所定の装着位置と一致するように、上記算出された補正量が加え合わされて、部品装着部４のＸ軸方向の位置決めが行われるとともに、装着ヘッド６のＹ軸方向の位置決めが行なわれ、さらに各吸着ノズル５が所定の角度だけ回転してθ方向の位置決めが行なわれる。
【００３５】続いて固定部材５ａが下降して電子部品をプリント基板４ａの所定の装着位置に装着する。この後、固定部材５ａが上昇し、次の電子部品をピックアップ行なうべき位置まで戻る。このような一連の動作を繰り返すことにより、各電子部品がプリント基板４ａ上に装着される。しかる後、装着済プリント基板４ａは移載部材２７を介して搬出台車２４に移送され、後工程設備Ｂまで搬出される。
【００３６】このように本実施形態によれば、部品供給部３と部品装着部４とをそれぞれ独立して前後方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設し、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能な吸着ノズル５を備えた装着ヘッド６を左右方向（Ｙ軸方向）に直線移動可能に配設し、かつ吸着ノズル５により吸着保持された電子部品を上記装着ヘッド６の移動の際に部品撮像カメラ７により撮像するようにしたので、装着ヘッド６の移動中に部品撮像カメラ７により電子部品を撮像して装着位置の補正情報を得ることが可能になる。これにより装着ヘッド６をＹ軸方向に直線移動させるだけで、部品供給部３から電子部品をピックアップして、部品装着部４のプリント基板４ａの所定の装着位置に精度よく装着することができる。その結果、従来のように装着ヘッドを３つの位置，あるいは４つの位置に移動させる場合に比べて移動距離を短くすることができ、タクト時間を短縮することができとともに、設備の重複を防止して、経済性に優れ、装着位置精度の高い部品装着装置１を提供することができる。
【００３７】また本実施形態では、部品供給部３に、パレット３ａと該パレット３ａに電子部品を供給する振動フィーダ３０とを組み合わせてセットしたので、種類や大きさの異なる電子部品を連続的に供給することが可能となり、連続運転が可能となり、生産性をさらに高めることができる。
【００３８】本実施形態では、プリント基板に電子部品を装着する部品供給部３，部品装着部４とともに、前工程設備Ａで組み立てられたプリント基板を部品装着部４に搬入し、装着済みのプリント基板を後工程設備Ｂに搬出する部品搬送部２０を設けたので、無人化，連続生産が可能となり、生産性を大幅に向上できる。
【００３９】なお、上記実施形態では、部品供給部３に振動フィーダ３０を組み合わせて電子部品を連続供給するようにした場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図３に示すように、部品供給部３にテープフィーダ３５を組み合わせてもよい。このテープフィーダ３５は、部品供給部３に固定された固定台３６に多数の電子部品がテーピングされた部品連３７を装着し、該部品連３７を駆動ローラ３８により搬送するように構成されている。この場合にも電子部品をパレット３ａに順次供給することができ、上記同様の効果が得られる。
【００４０】また上記実施形態では、電子部品をプリント基板に装着する場合を説明したが、本発明の部品装着装置は、これに限られるものではなく、例えば精密機械部品の組み立てにも適用可能である。
【００４１】さらにまた、上記部品供給部においては、上述の振動フィーダ、テープフィーダに限らずバルクフィーダ、粘着シートフィーダ等、他の連続供給機構を組み合せることも可能である。
【出願人】 【識別番号】０００００６２３１
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
【出願日】 平成１２年３月１７日（２０００．３．１７）
【代理人】 【識別番号】１０００８７６１９
【弁理士】
【氏名又は名称】下市 努
【公開番号】 特開２００１−２６７７９８（Ｐ２００１−２６７７９８Ａ）
【公開日】 平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【出願番号】 特願２０００−７５８２８（Ｐ２０００−７５８２８）