JP2554424B2

JP2554424B2 - 部品装着装置

Info

Publication number: JP2554424B2
Application number: JP4208284A
Authority: JP
Inventors: 博桜井; 健一印藤
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: JPH0661693A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ等の電子部品のよ
うな小片状のチップ部品をプリント基板上の所定位置に
正確に装着するための部品装着装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸着ノズルを有する部品装着用の
ヘッドユニットにより、テープフィーダー等の部品供給
部からチップ部品を吸着して、位置決めされているプリ
ント基板上に移送し、プリント基板の所定位置に装着す
るようにした部品装着装置は一般に知られている。この
装置においては、通常、上記ヘッドユニットがＸ軸方向
およびＹ軸方向に移動可能とされるとともに、吸着ノズ
ルがＺ軸方向に移動可能かつ回転可能とされて、各方向
の移動および回転のための駆動機構が設けられている。
さらに、プリント基板上の所定位置に正確に装着するた
め、上記吸着ノズルにより吸着されたチップ部品の位置
および回転角を調べてこれらの誤差分に相当する補正量
を求め、それに応じ、プリント基板への装着時に位置お
よび回転角の調整を行なうことも、この種の装置におい
て知られている。

【０００３】上記調整のための手法の１つとして、ヘッ
ドユニットの吸着ノズルでチップ部品を吸着してこれを
吸着点回りに回転させつつ、光学的検知手段によりチッ
プ部品に一定方向からレーザー等の平行光線を照射して
その投影幅を検出し、その検出値に基づいて上記補正量
を求めるようにしたものが考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように光学的検
知手段による投影幅の検出に基づいて補正量を求める手
法による場合に、次のような問題点が残されていた。

【０００５】すなわち、この種の手法としては、例えば
図１２に示すように、チップ部品２０を吸着したノズル
２１を所定の正方向（図１２で反時計方向）に一定角度
だけ回転させ、その間に、チップ部品２０に対してＸ軸
方向の平行光線を照射して、Ｙ軸上への投影幅を検出す
る。そして、後に実施例中でも説明するように、投影幅
が最小となる状態（部品の長辺もしくは短辺がＸ軸方向
となる状態）で、その時の回転角、投影幅の中心位置等
を調べ、これに基づいて補正量を求める。

【０００６】この場合、従来では、ノズルによる吸着時
点での部品の方向はＸ軸方向を中心として所定の回転角
誤差範囲内でばらつきを有し、正負いずれの方向に傾い
ているか不明であるので、単に正方向に一定角度回転さ
せるだけでは投影幅最小の状態が得られない場合があ
る。このため、部品吸着後にノズルをある程度の角度θ
ｓだけ負方向に回転させる予備回転（図１２中の矢印Ｒ
ａ）により、確実に部品がＸ軸に対して負方向に傾くよ
うにした後、正方向の回転（矢印Ｒｂ）を行なわせるこ
とにより、確実に投影幅最小の状態を通るようにするこ
とが考えられている。

【０００７】しかし、このようにすると、上記予備回転
を要するために補正量を求めるまでの時間が増大し、能
率向上の妨げとなる可能性がある。

【０００８】本発明は上記の事情に鑑み、部品装着位置
補正量を求める処理にあたって上記予備回転を不要に
し、処理能率を向上することができる部品装着装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、チップ部品を供給する部品供給部と、プ
リント基板を保持する部分と、吸着ノズルを有するヘッ
ドユニットとを備え、上記吸着ノズルにより上記部品供
給部からチップ部品を吸着してプリント基板に装着する
部品装着装置において、上記吸着ノズルに吸着されたチ
ップ部品に光線を照射してその投影幅を検出するように
光線照射部及び受光部を有する光学的検知手段を上記ヘ
ッドユニットに設け、チップ部品吸着状態の吸着ノズル
を所定方向に回転させつつ上記光学的検知手段からの信
号を受けて、チップ部品の投影幅が極小となるときの検
出データに基づき部品装着位置の補正量を求める演算手
段を備えるとともに、上記部品供給部の部品配置方向が
上記光学的検知手段の光線照射部及び受光部が位置する
平面と平行な平面上で光線照射方向に対して相対的に上
記所定方向と逆方向に所定角度傾斜するように、上記部
品供給部及び上記光学的検知手段の配置を設定したもの
である。

【００１０】この構成において、部品供給部に多数列の
部品供給用部材を設ける一方、ヘッドユニットに複数本
の吸着ノズルを並列に設け、これらの吸着ノズルの配列
方向と光学的検知手段の光線照射方向とが相対的に傾斜
し、かつ、上記部品供給用部材の配列と上記吸着ノズル
の配列とが対応するように設定することが好ましい。

【００１１】

【作用】上記構成によると、ヘッドユニットの吸着ノズ
ルで部品供給部から部品吸着してそのまま光学的検知手
段に対応する高さまでチップ部品を上昇させさえすれ
ば、光線照射方向に対して常に同一方向に傾いた状態が
実現され、予備回転が不要になる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１および図２は本発明の第１の実施例による部品装着
装置の全体構造を示している。これらの図において、基
台１上には、プリント基板３の保持および搬送を行なう
部分を構成するコンベア２が配置され、プリント基板３
が上記コンベア２上を搬送され、装着作業用ステーショ
ンの一定位置で停止されるようになっている。

【００１３】上記コンベア２の側方には、後に詳述する
ような多数列の部品供給用部材からなる部品供給部４が
配置されている。また、上記基台１の上方には、部品装
着用のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニッ
ト５はＸ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向
（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することがで
きるようになっている。

【００１４】すなわち、上記基台１上には、コンベア２
を横切ってＹ軸方向に延びる２本の固定レール７が所定
間隔をおいて互いに平行に配置されるとともに、Ｙ軸方
向の送り機構として、一方の固定レール７の近傍に、Ｙ
軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８
が配置されている。そして、ヘッドユニット５を支持す
るための支持部材１１が上記両固定レール７に移動自在
に支持され、かつ、この支持部材１１の端部のナット部
分１２が上記ボールねじ軸８に螺合し、ボールねじ軸８
の回転によって上記支持部材１１がＹ軸方向に移動する
ようになっている。上記Ｙ軸サーボモータ９にはエンコ
ーダからなるＹ軸用位置検出手段１０が設けられてい
る。

【００１５】上記支持部材１１には、Ｘ軸方向に延びる
ガイドレール１３が設けられるとともに、Ｘ軸方向の送
り機構として、ボールねじ軸１４と、このボールねじ軸
１４を回転駆動するＸ軸サーボモータ１５とが装備され
ている。そして、上記ガイドレール１３にヘッドユニッ
ト５が移動自在に支持され、かつ、このヘッドユニット
５に設けられたナット部分１７が上記ボールねじ軸１４
に螺合し、ボールねじ軸１４の回転によってヘッドユニ
ット５がＸ軸方向に移動するようになっている。上記Ｘ
軸サーボモータ１５にはＸ軸用位置検出手段１６が設け
られている。

【００１６】上記ヘッドユニット５には、チップ部品２
０を吸着する吸着ノズル２１が設けられ、図示の例では
３本の吸着ノズル２１が設けられている。図３に詳しく
示すように、上記各吸着ノズル２１はそれぞれＺ軸方向
（上下方向）の移動およびＲ軸（ノズル中心軸）回りの
回転が可能とされ、各吸着ノズル２１に対するＺ軸サー
ボモータ２２およびＲ軸サーボモータ２４がヘッドユニ
ット５に具備されている。上記各サーボモータ２２，２
４にはそれぞれ位置検出手段２３，２５が設けられてい
る。さらに、吸着ノズル２１と部品供給部４との干渉位
置を検出する干渉位置検出手段２６がヘッドユニット５
に取付けられている。

【００１７】上記ヘッドユニット５の下端部には、光学
的検知手段を構成するレーザーユニット２７が取付けら
れている。このレーザーユニット２７は、吸着ノズル２
１によるチップ部品吸着状態においてそのチップ部品２
０に平行光線であるレーザーを照射し、その投影幅を検
出するもので、吸着ノズル２１を挾んで相対向するレー
ザー発生部（光線照射部）２７ａとディテクタ（受光
部）２７ｂとを有しており、ディテクタ２７ｂはＣＣＤ
からなっている。

【００１８】図４に示すように、上記各サーボモータ
９，１５，２２，２４及び位置検出手段１０，１６，２
３，２５は主制御器３０の軸制御器（ドライバ）３１に
電気的に接続されている。上記レーザーユニット２７は
レーザーユニット演算部２８に電気的に接続され、さら
に、Ｒ軸用の位置検出手段２５もレーザーユニット演算
部２８に接続されている。このレーザーユニット演算部
２８は、主制御器３０の入出力手段３２を経て主演算部
３３に接続されている。この主演算部３３により、部品
装着位置の補正量を求める演算手段が構成されている。
さらに、干渉位置検出手段２６が入出力手段３２に接続
されている。

【００１９】また、上記部品供給部４は、図１中に示す
ように、多数種のチップ部品を供給可能とするため多数
列の供給テープ（部品供給用部材）４ａを備えている。
各供給テープ４ａは、それぞれ、ＩＣ、トランジスタ、
コンデンサ等の小片状のチップ部品２０を等間隔に収
納、保持し、リールに巻回されており、供給テープ４ａ
の繰り出し端４ｂにはラチェット式の送り機構が組込ま
れ、ヘッドユニット５の吸着ノズル２０により上記繰り
出し端４ｂからチップ部品２０がピックアップされるに
つれて、供給テープ４ａが間欠的に繰り出され、上記ピ
ックアップ作業を繰返し行なうことが可能となってい
る。

【００２０】また、本発明の特徴とする構造として、上
記部品供給部４の部品配置方向と上記レーザーユニット
２７のレーザービーム照射方向とが相対的に所定角度傾
斜するようにこれらの配置が設定され、当実施例では、
上記部品供給部４の部品配置方向が傾斜した配置となっ
ている。より詳しく説明すると、上記部品供給部４の部
品配置方向が上記レーザーユニット２７のレーザー発生
部２７ａ及びディテクタ２７ｂが位置する平面と平行な
平面上でレーザービーム照射方向に対して相対的に後記
負方向に所定角度傾斜するように、上記部品供給部４及
び上記光学的検知手段の配置が設定されている。

【００２１】上記部品配置方向とレーザービーム照射方
向との関係を図１および図６を参照しつつ説明すると、
レーザーユニット２７はレーザービーム照射方向がＸ軸
方向となるように配置されている。一方、上記部品供給
部４は、平面視で上記供給テープ４ａの方向がＹ軸に対
して所定角度αだけ傾斜し、従って供給テープ方向と直
角な方向が上記レーザービーム照射方向に対して所定角
度αだけ傾斜するように各供給テープ４ａを配置し、そ
の各供給テープ４ａにチップ部品２０を長辺が供給テー
プ方向と略直角となるような配置で収納している。上記
所定角度αは、上記供給テープ４ａに収納配置されてい
るチップ部品２０の回転角誤差範囲に見合う程度に設定
されている。

【００２２】なお、図１中に示すように、上記ヘッドユ
ニット５の各吸着ノズル２１は、レーザービーム照射方
向にラップすることを避けるため、Ｘ，Ｙ軸に対して傾
斜した方向に配列されている。また、上記部品供給部４
における各供給テープ４ａの繰り出し端４ｂは、上記各
吸着ノズル２１の配列方向に対応する方向に配列されて
いる。

【００２３】以上のような当実施例の装置によるチップ
部品装着動作を、図５を参照しつつ次に説明する。

【００２４】予め定められたプログラムに従って、先
ず、吸着ノズル２１に対して図外の負圧発生手段により
負圧が与えられるとともに、上記ヘッドユニット５がＸ
軸、Ｙ軸方向に作動されて部品供給部４に対応する位置
に移動し、吸着用目標位置に達すると吸着ノズルが下降
し（図５(ａ)）、上記供給テープ４ａの繰り出し端４ｂ
にあるチップ部品２０を吸着する。それから吸着ノズル
２１が上昇し、吸着ノズル２１が部品供給部４との干渉
域から脱する位置まで上昇すると（図５(ｂ)）、プリン
ト基板３側へのヘッドユニット５の移動が開始される。
さらにチップ部品２０がレーザーユニット２７の認識高
さに対応する位置まで上昇すると（図５(ｃ)）、ヘッド
ユニット５の移動と並行して、後述の部品装着位置補正
のための処理を行なう。ヘッドユニット５が上記補正を
加味した目標装着位置まで達すると、ノズルが下降する
（図５(ｄ)）。チップ部品２０がプリント基板３に近接
する所定高さまで下降すると（図５(ｅ)）、吸着ノズル
２１の負圧がカットされることにより、チップ部品２０
がプリント基板３に装着される。その後、吸着ノズル２
１が上昇し、一連の吸装着動作が完了する。

【００２５】図５では動作説明簡略化のため吸着ノズル
２１を１本だけ示しているが、複数本の吸着ノズル２１
を有する場合は各吸着ノズル２１がチップ部品２０の吸
着、装着などの動作を行なう。この場合、図１のように
各吸着ノズル２１の配列と各供給テープ４ａの繰り出し
端４ｂの配列とが対応していると、各吸着ノズル２１に
よる複数のチップ部品２０の同時吸着が可能となる。

【００２６】上記吸装着動作の中で行なわれる部品装着
位置補正のための処理を、図６および図７を参照しつつ
説明する。

【００２７】供給テープ４ａからチップ部品２０が吸着
ノズル２１により吸着されてそのまま上昇した状態で
は、チップ部品２０の長辺の方向は供給テープ方向と直
交する方向を中心として、一定の回転角誤差範囲内にあ
るが、チップ部品配列方向（供給テープ４ａの方向と直
交する方向）がレーザービーム方向（Ｘ軸方向）に対し
て所定角度αだけ傾斜しているため、上記回転角誤差が
あってもチップ部品２０は常にレーザービーム方向に対
して負方向（図で時計方向）に傾いた状態にある（図
６）。従って、負方向への予備回転を行なわなくても、
次のような補正処理が達成されることになる。

【００２８】図６に示す初期状態から吸着ノズルが正方
向（反時計方向）に一定角度θｅ（例えば４５°）だけ
回転作動される（図７）。そしてこの回転作動が行なわ
れている間、レーザーユニット２７のレーザー発生部２
７ａから照射されたレーザービームがディテクター２７
ｂで受光されてチップ部品２０の投影幅が検出される。
この場合の回転角θに応じた投影幅Ｗの変化は図８のよ
うになり、一定角度の回転作動の途中で、チップ部品２
０の長辺がレーザービーム方向に対応する状態となっ
て、投影幅が最小となる。

【００２９】図９に示すような上記初期状態での投影幅
Ｗ_Sおよびその中心位置Ｃ_Sと、投影幅最小の状態とな
ったときの投影幅Ｗmin 、その投影幅の中心位置Ｃ_mお
よび初期状態からの吸着ノズル回転角θ_mが、レーザー
ユニット演算部２８および入出力手段３２を介して主演
算部３３に読み込まれる。そして、これらの値に基づ
き、主演算部３３により部品装着位置補正量Ｘ_C，
Ｙ_C，θ_Cが算出される。

【００３０】すなわち、チップ部品２０が長辺をＸ軸方
向とする状態でプリント基板３に装着されるものとする
と、部品装着位置補正量Ｘ_C，Ｙ_C，θ_CのうちでＹ，
θ方向の補正量はＹ_C，θ_Cは、

【００３１】

【数１】Ｙ_C＝Ｃ_m−Ｃ_N θ_C＝θ_ｍとなる。Ｃ_Ｎは吸着ノズル２１の中心位置(吸着点)で
あって、既知の値である。

【００３２】また、当実施例ではＸ方向補正量Ｘ_Cは検
出によって得られたデータを用いて演算により求めら
れ、その演算を図９を参照して次に説明する。図９にお
いて、Ｏは吸着ノズル中心点、ｂ，Ｂは初期状態および
投影幅最小状態でのチップ部品中心点であり、また△ａ
Ｏｂ≡△ＡＯＢである。

【００３３】Ｌ_AB：線分ＡＢの長さＬ_ab：線分ａｂの長さＬ_AO：線分ＡＯの長さＬ_aO：線分ａＯの長さＹ_ab：線分ａｂのＹ軸上への投影長さＹ_aO：線分ａＯのＹ軸上への投影長さとすると、

【００３４】

【数２】Ｃ_N−Ｃ_S＝Ｙ_aO＋Ｙ_ab

【００３５】

【数３】Ｙ_aO＝Ｌ_aO・sinθ_m

【００３６】

【数４】Ｙ_ab＝Ｌ_ab・cosθ_m である。そして、Ｌ_aO＝Ｌ_AO＝Ｘ_C、Ｌ_ab＝Ｌ_AB＝Ｃ_N
−Ｃ_mであるので、上記各式から、次式のようにＸ_Cが
導かれる。

【００３７】

【数５】Ｘ_C＝{(Ｃ_N−Ｃ_S)−(Ｃ_N−Ｃ_m)・cosθ_m}／sinθ_m 図１０は本発明の第２の実施例を示す。この実施例で
は、部品供給部４の部品配置方向とレーザーユニット２
７のレーザービーム照射方向とを相対的に所定角度傾斜
させる配置として、上記レーザービーム照射方向を傾斜
させている。すなわち、部品供給部４の供給テープ４ａ
はＹ軸方向に配置され、各供給テープ４ａの繰り出し端
４ｂはＸ軸方向に整列し、ヘッドユニット５の各吸着ノ
ズル２１もＸ軸方向に並んでいる。これに対し、レーザ
ーユニット２７は、そのレーザービーム方向がＸ軸に対
して所定角度αだけ傾斜するような配置で、ヘッドユニ
ット５に取り付けられている。

【００３８】この実施例によっても、チップ部品吸着時
に、チップ部品２０がレーザービーム方向に対して常に
同じ方向に傾いた状態が確保されるため、部品装着位置
補正のための処理にあたって予備回転が不要になる。ま
た、複数の吸着ノズル２１によるチップ部品２０の同時
吸着が可能であることも、第１の実施例と同様である。

【００３９】図１１は本発明の第３の実施例を示す。こ
の実施例では、第２の実施例（または第１の実施例）と
同様にヘッドユニット５にレーザーユニット２７が取り
付けられていることに加え、基台１上に比較的大型のレ
ーザーユニット４０が固定的に設けられている。

【００４０】この実施例による場合、比較的小型のチッ
プ部品であれば、ヘッドユニット５に付属レーザーユニ
ット２７が用いられて、ヘッドユニット２７移動動作中
に補正処理が行なわれるが、チップ部品が大型でヘッド
ユニットに付属のレーザーユニット２７による検出が困
難な場合は、固定的なレーザーユニット４０まで運んで
ここでの検出に基づき補正処理を行なうようにすること
ができる。

【００４１】なお、上記各実施例では、ヘッドユニット
に吸着ノズルが複数本設けられているが、その本数は限
定せず、１本であってもよい。この他にも、各部の具体
的構造は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して差
し支えない。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明の部品装着装置は、
吸着ノズルに吸着されたチップ部品に光線を照射してそ
の投影幅を検出する光学的検知手段をヘッドユニットに
設け、吸着ノズルを所定方向に回転させる間に上記光学
的検知手段の検出信号に基づいて部品装着位置の補正量
を求める手段を備えるとともに、部品供給部の部品配置
方向が上記光学的検知手段の光線照射部及び受光部が位
置する平面と平行な平面上で光線照射方向に対して相対
的に上記所定方向と逆方向に所定角度傾斜するように、
上記部品供給部及び上記光学的検知手段の配置を設定し
ているため、チップ部品吸着時に常にチップ部品が上記
光線の照射方向に対して一定の方向に傾いた状態が確保
されて、予備回転を必要とせずに上記補正量を求めるこ
とができる。従って、補正のために要する時間を短縮
し、能率を向上することができる。

【００４３】さらに、ヘッドユニットに複数本の吸着ノ
ズルを並列に設け、これらの吸着ノズルの配列方向と光
学的検知手段の光線照射方向とが相対的に傾斜し、か
つ、上記部品供給用部材の配列と上記吸着ノズルの配列
とが対応するように設定しておくと、上記効果に加え、
複数部品を同時吸着することができ、能率をより一層向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による部品装着装置の平
面図である。

【図２】同装置の正面図である。

【図３】装着用のヘッドユニットの拡大図である。

【図４】制御系統を示すブロック図である。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は一連の吸装着動作を順に示す
動作説明図である。

【図６】吸着ノズルによる部品吸着時の状態を示す説明
図である。

【図７】装着位置補正量を求めるための処理としてチッ
プ部品を回転させた状態を示す説明図である。

【図８】チップ部品の回転に伴う投影幅の変化を示す図
である。

【図９】装着位置補正量の求め方を説明するための図で
ある。

【図１０】第２の実施例を示す平面図である。

【図１１】第３の実施例を示す平面図である。

【図１２】従来例による場合の問題点を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

３プリント基板４部品供給部５ヘッドユニット２０チップ部品２１吸着ノズル９，１５，２２，２４サーボモータ１０，１６，２３，２５位置検出手段２７レーザーユニット（光学的検知手段）３０，主制御器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ部品を供給する部品供給部と、プ
リント基板を保持する部分と、吸着ノズルを有するヘッ
ドユニットとを備え、上記吸着ノズルにより上記部品供
給部からチップ部品を吸着してプリント基板に装着する
部品装着装置において、上記吸着ノズルに吸着されたチ
ップ部品に光線を照射してその投影幅を検出するように
光線照射部及び受光部を有する光学的検知手段を上記ヘ
ッドユニットに設け、チップ部品吸着状態の吸着ノズル
を所定方向に回転させつつ上記光学的検知手段からの信
号を受けて、チップ部品の投影幅が極小となるときの検
出データに基づき部品装着位置の補正量を求める演算手
段を備えるとともに、上記部品供給部の部品配置方向が
上記光学的検知手段の光線照射部及び受光部が位置する
平面と平行な平面上で光線照射方向に対して相対的に上
記所定方向と逆方向に所定角度傾斜するように、上記部
品供給部及び上記光学的検知手段の配置を設定したこと
を特徴とする部品装着装置。
【請求項２】部品供給部に多数列の部品供給用部材を
設ける一方、ヘッドユニットに複数本の吸着ノズルを並
列に設け、これらの吸着ノズルの配列方向と光学的検知
手段の光線照射方向とが相対的に傾斜し、かつ、上記部
品供給用部材の配列と上記吸着ノズルの配列とが対応す
るように設定したことを特徴とする請求項１記載の部品
装着装置。