JP7116596B2 - リード線挿入装置およびリード線挿入方法 - Google Patents

Description

本発明は、リード線付き電子部品のリード線を折り曲げてから基板のスルーホールに挿入する装置および方法に関する。

特許文献１は、リード線付き電子部品を折り曲げてスルーホールに挿入する装置を開示している。鉛直方向に昇降可能に構成されたノズルで電子部品がピッキングされる。

特開２０１５－２１６１７５号公報

特許文献１の方法によれば、折曲げ加工後の電子部品をスルーホールに挿入するため、折曲げ加工用の治具の姿勢を変更しなくてはならない。タクトタイムの増加および治具の構成複雑化を招く。

そこで本発明は、作業効率の向上および構成の簡単化を実現できるリード線挿入装置および方法を提供することを目的としている。

本発明の一形態に係るリード線挿入装置は、リード線付き電子部品のリード線を折り曲げてから基板のスルーホールに挿入する装置であって、第１および第２のロボットアームと、前記第１ロボットアームの先端部に取り付けられる第１ハンドと、前記第２ロボットアームの先端部に取り付けられる第２ハンドと、前記リード線を任意角度に折り曲げ加工する折曲げ治具と、前記第１および第２ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第１ハンドに電子部品を把持させ、前記第１ロボットアームを動作させて前記第１ハンドで把持されている電子部品のリード線を前記折曲げ治具に導入し、それにより当該リード線に折り曲げ加工を施し、前記第１ハンドに把持されている電子部品を前記第２ハンドに把持させ、前記第１ハンドに前記電子部品を解放させ、前記第２ロボットアームを動作させて前記第２ハンドに把持されている電子部品のリード線の先端を前記スルーホールに挿入する、ように構成されている、リード線挿入装置。

前記構成によれば、水平単関節型の２つのアームを有する双腕ロボットを用いて、折り曲げられたリード線を基板のスルーホールに挿入することができる。折り曲げ加工した後、水平多関節型では、そのまま基板に挿入することが困難であるが、一方のアームから他方のアームに電子部品を持ちかえることで、迅速に挿入可能となる。

本発明の一形態に係るリード線挿入方法は、リード線付き電子部品のリード線を折り曲げてから基板のスルーホールに挿入する方法であって、第１ハンドを先端部に取り付けた第１ロボットアーム、および、第２ハンドを先端部に取り付けた第２ロボットアームを準備する工程と、前記第１ハンドに電子部品を把持させる工程と、前記第１ロボットアームを動作させ、前記第１ハンドで把持されている電子部品のリード線を折り曲げ治具に導入し、それにより当該リード線に折り曲げ加工を施す工程と、前記第１ハンドに把持されている電子部品を前記第２ハンドに把持させ、前記第１ハンドに前記電子部品を解放させ、それにより電子部品を持ち替える工程と、前記第２ロボットアームを動作させ、前記第２ハンドに把持されている電子部品のリード線の先端を前記スルーホールに挿入する工程と、を備える。

本発明によれば、作業効率の向上および構成の簡単化を実現できるリード線挿入装置および方法を提供できる。

電子部品の説明図である。 挿入装置の全体構成を示す正面図である。 ハンドを示す背面図である。 挿入装置の制御系の構成を示すブロック図である。 挿入装置による電子部品の挿入作業を示す作用図である。 挿入装置により実行される挿入方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。全ての図を通じて同一のまたは対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。

図１は、実施形態に係るリード線挿入装置によって取り扱われる電子部品９０の一例を示す図である。電子部品９０は、電子部品本体９１、および電子部品本体９１から延びる１以上（例えば、２本）のリード線９２を有する。電子部品９０の一例として、電解コンデンサを挙げることができる。

本来的に、２本のリード線９２は、電子部品本体９１から真っ直ぐ平行に延びている。リード線挿入装置１０が導入される生産現場において、電子部品９０は、リード線９２が鉛直に延びる姿勢で、テープ９９に貼り付けられている。リード線挿入装置１（図２参照）は、電子部品９０は摘まみ上げ、リード線９２を折り曲げる。この折曲げ加工により、リード線９２には、電子部品本体９１から延在する基端部９２ａと、基端部から或る折曲げ角度だけ折り曲げられて連続する先端部９２ｂとが形成される。典型的には、折曲げ角度は９０度であるが、その他の角度（特に、鈍角）でもよい。リード線挿入装置１０は、このような折曲げ加工を施した後、リード線９２の先端部９２ｂを基板９５のスルーホール９６に挿入する。例えば、基板９５は水平な姿勢におかれ、スルーホール９６は基板９５の上下面に開放される。リード線挿入装置１は、先端部９２ｂが上下に延びる姿勢で先端部９２ｂを上からスルーホール９６に挿入する。

図２は、実施形態に係るリード線挿入装置１の構成を示す正面図である。図２に示すように、リード線挿入装置１は、双腕ロボット２、第１ハンド５、および第２ハンド６を備えており、双腕ロボット２は、基台２１、第１ロボットアーム３および第２ロボットアーム４（以下、単に「アーム」という）を備える。第１アーム３および第２アーム４は水平多関節型である。第１アーム３は、基台２１に対して鉛直の第１軸Ｌ１周りに揺動可能に連結された第１基端アーム３１と、第１基端アーム３１の先端部に鉛直の第２軸Ｌ２ａ周りに揺動可能に連結された第１先端アーム３２と、第１先端アーム３２の先端部に鉛直方向に昇降可能に連結された第１手首部３３と、第１手首部３３の下端部に鉛直の第３軸Ｌ３ａ周りに揺動可能に連結された第１取付部３４とを備える。第１アーム３と同様にして、第２アーム４も、第２基端アーム４１、第２先端アーム４２、第２手首部４３および第２取付部４４を備える。第２基端アーム４１は基台２１に対して第１軸Ｌ１周りに揺動可能であり、第２先端アーム４２は第２基端アーム４１に対して第２軸Ｌ２ｂ周りに揺動可能であり、第２取付部４４は第２手首部４３に対して第３軸Ｌ３ｂ周りに揺動可能である。この構成により、第１ハンド５および第２ハンド６は、三次元的な位置を互いに独立して変更可能である。

第１ハンド５および第２ハンド６は、基本的に、同一の構造を有する。第１ハンド５は、取付部に固定されるベース５１、ベース５１に対して水平なハンド軸Ｌｈａ周りに回転可能な回転部５２、回転部５２に取り付けられて電子部品９０（図１を参照）を把持する１以上（例えば、８個）の第１把持部５３を有する。第１ハンド５と同様にして、第２ハンド６も、ベース６１、回転部６２および１以上の第２把持部６４を有し、回転部６２はベース６１に対して水平なハンド軸Ｌｈｂ周りに回転可能である。

図３は、第１ハンド５を示す背面図である。第２ハンド６も基本構成は第１ハンド５と同一であるので、ここでは第１ハンド５の構成のみ説明して第２ハンド６に関する説明を省略する。図２および図３に示すように、ベース５１は、鉛直に延びる板状の鉛直部５１ａを有する。ベース６１も同様に鉛直部６１ａを有する。図３に示される鉛直部５１ａの背面には、回転部５２を回転駆動する回転アクチュエータ５９が取り付けられており、鉛直部５１ａの正面側に回転部５２が配置されている。回転部５２は、一例として円盤状に形成されており、回転部５２の中心軸は第１ハンド軸Ｌｈａと同軸状に位置づけられる。１以上の把持部５３は、回転部５２の周縁部から放射状に延びている。図示例では、８個の把持部５３が、回転部５２の周方向に等間隔をおいて配置されており、第１ハンド５は全体として舵状に形成されている。把持部５３の構造および把持部５３による電子部品の把持方法は特に限定されない。一例として、把持部５３は、互いに近接または離隔可能な一対のグリッパを有し、一対のグリッパを近接することで電子部品を把持することができ、一対のグリップを離隔することで把持している電子部品を放すことができる。

図４は、実施形態に係るリード線挿入装置１の制御系の構成を示すブロック図である。図４に示すように、リード線挿入装置１は、コントローラ７０を備えている。コントローラ７０は、一例として、双腕ロボット２の基台に収納されている（図２を参照）。コントローラ７０は、リード線を基板に挿入する作業の実行に係るプログラムを記憶したメモリ、メモリに記憶されているプログラムを実行するＣＰＵ、および当該プログラムで制御される各種アクチュエータ３６－３９，４６－４９，５８，５９，６８，６９と接続されるインターフェイスを備えている。

第１アーム３および第１ハンド５に備わるアクチュエータには、第１基端アーム３１を基台２１に対して回転駆動する基端回転アクチュエータ３６、第１先端アーム３２を第１基端アーム３１に対して回転駆動する中間回転アクチュエータ３７、第１取付部３４を第１手首部３３に対して回転駆動する先端アクチュエータ３８、第１手首部３３を第１先端アーム３２に対して昇降させる昇降アクチュエータ３９、第１ハンド５の回転部５２をベース５１に対して回転駆動する回転アクチュエータ５８、１以上の第１把持部５３それぞれに対応して設けられ、対応する第１把持部５３に電子部品９０の把持または解放のための動作を行わせる１以上（第１把持部５３と同数）の把持アクチュエータ５９が含まれる。これと同様にして、第２アーム４および第２ハンド６に備わるアクチュエータには、基端回転アクチュエータ５６、中間アクチュエータ５７、先端アクチュエータ５８、昇降アクチュエータ５９、回転アクチュエータ６８、および１以上（第２把持部６３と同数）の把持アクチュエータ６９が含まれる。

図５および図６はリード線９２を挿入する作業を説明する図である。なお、以降の説明におけるアーム３，４およびハンド５，６の動作は制御装置７０によって制御される。

まず、第１アーム３および第１ハンド５を駆動し、１つの把持部５３で電子部品９０を１つ把持する（Ｓ１）。より具体的には、第１アーム３を駆動することで、第１ハンド５を水平に移動させ、把持すべき電子部品９０の上方に第１ハンド５を位置付ける。回転部５２を駆動することで、電子部品９０を把持していない把持部５３を回転部５２から下向きに延びる位置（いわゆる「６時位置」）に位置づける。第１手首部３３ひいては第１ハンド５を下降させることで、把持部５３を電子部品９０に近づける。把持部５３を駆動することで、電子部品９０の電子部品本体９１を把持する。前述したとおり、電子部品９０は、リード線９２が上下に延びる姿勢でテープ９９に貼り付けられている。電子部品９０を把持した後、第１手首部３３ひいては第１ハンド５を上昇させることで、電子部品９０をテープ９９から離脱させる。第１アーム３を駆動することで、第１把持部５３で電子部品９０を把持している状態で第１ハンド５ひいては電子部品９０を移動させる。

次に、第１アーム３および第１ハンド５を駆動し、電子部品９０のリード線９２を折り曲げる（Ｓ２）。リード線９２の折曲げは、把持している電子部品９０の先端を折り曲げ治具の溝に導入することによって実現される。その際、電子部品９０の折曲げ治具８０に対する押込み量に応じてリード線９２の折曲げ角度を調整することができる。本実施形態では、単なる一例として、折曲げ角度が９０度であるものとしている。

折曲げ治具８０は、第１アーム３の可動範囲内に設置されていればよいが、第２ハンド６に設けられていてもよい。後述のとおり、折曲げ加工（Ｓ２）の後には、電子部品９０の持替え（Ｓ３）が控えている。折曲げ治具８０を第２ハンドに設けておくと、折曲げ加工Ｓ２から持替え（Ｓ３）に至るまでに要する第１アーム、第１ハンド、第２アームおよび第２ハンドのエアーカットが短くなり、タクトタイムの短縮に資する。

具体的に折曲げ加工（Ｓ２）では、回転部５２を駆動して、「６時位置」にあった電子部品を水平のハンド軸Ｌｈａ周りに回転変位させる。一例として、９０度回転変位したとき、リード線９２は水平に延びる状態となる。第１アーム３を駆動することで、電子部品を水平に移動させ、リード線９２の先端を折曲げ治具８０の溝に導入し、リード線９２の先端部を溝に押し付ける。これにより、図１Ｂに示すようにして、リード線９２の先端部９２ｂが、電子本体部品９１から延びる基端部９２ａに対して任意の折曲げ角度（本例では、９０度）折り曲げられた状態となる。ここで、制御装置７０は、第１アーム３の折曲げ治具８０に対する進入量および姿勢がプログラムで予め定められたものとなるように、第１アーム３の動作を制御する。それにより、所望の折り曲げ角度が得られる。逆にいえば、進入量および姿勢を調整することで、任意の折り曲げ角度を得ることができる。ロボットアームの制御によってこれを実現するので、折り曲げ角度の調整自由度が高くなる。

次に、第２アーム４および第２ハンド６、並びに、第１アーム３および第１ハンド５を駆動し、折り曲げられた電子部品９０を第１アームから第２アームに持ち替える（Ｓ３）。本実施形態では、第１アームが水平多関節型であり、第１ハンドの動作軸（第１ハンド軸Ｌｈａ）が水平に向けられているので、上記折曲げ加工（Ｓ２）後におけるリード線９２の先端部９２ａは、第１アームおよび第１ハンドをどのように動かしても、水平に向けられたままである。そのため、図１Ｃに示すように、先端部を鉛直に向けた姿勢で、スルーホールに上から挿入することができない。

そこで、本実施形態では、水平多関節型の双腕である点を活かし、第１把持部に把持されている電子部品を第２把持部で把持し、第１把持部が電子部品を解放する。このとき、第２アームを駆動することで、第２回転部から水平に延びる姿勢になっている第２把持部（すなわち、リード線９０の先端部９２ｂと平行に延びる姿勢になっている第２把持部）で、リード線とは反対側で電子部品本体を把持する。第２把持部による把持動作を終えると、第１把持部を駆動することで把持している電子部品を放す。これにより、持替え（Ｓ３）が完了する。

上記のとおり、持替え（Ｓ３）が完了すると、第２アーム４および第２ハンド６を駆動し、リード線９２の先端部９２ｂを基板９５のスルーホール９６に挿入する（Ｓ４）。第２把持部は回転部からリード線の先端部９２と平行に延びている。そこで、この挿入工程（Ｓ４）では、回転部６２を駆動することで、第２把持部６３を第２回転部６２から下方に延びる位置（いわゆる「６時位置」）に位置づける。これにより、リード線９２の先端部９２ｂも鉛直に延びる姿勢となる。鉛直方向は、リード線９２をスルーホール９６に挿入する方向と一致する。第２アーム４を駆動することで、電子部品をスルーホールの上方に位置付ける。第２手首部ひいては第２ハンドを下降することで、リード線９２の先端部９２ｂをスルーホールに上から挿入する。これにより、リード線の挿入作業が終了する。

上記説明したとおり、本実施形態によれば、水平単関節型の２つのアームを有する双腕ロボットを用いて、折り曲げられたリード線を基板のスルーホールに挿入することができる。折り曲げ加工した後、水平多関節型では、そのまま基板に挿入することが困難であるが、一方のアームから他方のアームに電子部品を持ちかえることで、迅速に挿入可能となる。

これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の範囲内で適宜変更、削除、および／または追加可能である。上記実施形態に係るリード線挿入装置１は、第１アーム３および第２アーム４を有する双腕ロボット２を備えるが、第１アーム３を備える片腕ロボットと、第２アーム４を備える第２の片腕ロボットとを備えていてもよい。第１アーム３および第２アーム４を水平多関節型としたが、垂直多関節型など、アームの関節方式は他のものでもよい。

１ リード線挿入装置
２ 双腕ロボット
３ 第１アーム
４ 第２アーム
５ 第１ハンド
５３ 第１把持部
６ 第２ハンド
６３ 第２把持部
３６－３９ 第１アームアクチュエータ
４６－４９ 第２アームアクチュエータ
５９，６９ 把持アクチュエータ
７０ 制御装置
８０ 折り曲げ治具
９０ 電子部品
９２ リード線
９２ｂ 先端部
９５ 基板
９６ スルーホール

Claims (5)

1. リード線付き電子部品のリード線を折り曲げてから基板のスルーホールに挿入する装置であって、
   第１および第２のロボットアームと、
   前記第１ロボットアームの先端部に取り付けられる第１ハンドと、
   前記第２ロボットアームの先端部に取り付けられる第２ハンドと、
   前記リード線を任意角度に折り曲げ加工する折曲げ治具と、
   前記第１および第２ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１ハンドに電子部品を把持させ、
   前記第１ロボットアームを動作させて前記第１ハンドで把持されている電子部品のリード線を前記折曲げ治具に導入し、それにより当該リード線に折り曲げ加工を施し、
   前記第１ハンドに把持されている電子部品を前記第２ハンドに把持させ、
   前記第１ハンドに前記電子部品を解放させ、
   前記第２ロボットアームを動作させて前記第２ハンドに把持されている電子部品のリード線の先端を前記スルーホールに挿入する、ように構成されている、リード線挿入装置。
2. 前記折曲げ治具が前記第２ロボットアームに取り付けられている、請求項１に記載のリード線挿入装置。
3. 前記制御装置は、前記折曲げ治具に対する前記アームの移動量および姿勢を調整することで、前記リード線の折り曲げ角度を調整する、請求項１または２に記載のリード線挿入装置。
4. 前記第１および第２ロボットアームが水平多関節型である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のリード線挿入装置。
5. リード線付き電子部品のリード線を折り曲げてから基板のスルーホールに挿入する方法であって、
   第１ハンドを先端部に取り付けた第１ロボットアーム、および、第２ハンドを先端部に取り付けた第２ロボットアームを準備する工程と、
   前記第１ハンドに電子部品を把持させる工程と、
   前記第１ロボットアームを動作させ、前記第１ハンドで把持されている電子部品のリード線を折り曲げ治具に導入し、それにより当該リード線に折り曲げ加工を施す工程と、
   前記第１ハンドに把持されている電子部品を前記第２ハンドに把持させ、前記第１ハンドに前記電子部品を解放させ、それにより電子部品を持ち替える工程と、
   前記第２ロボットアームを動作させ、前記第２ハンドに把持されている電子部品のリード線の先端を前記スルーホールに挿入する工程と、を備える、リード線挿入方法。
   

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