JPH0810794B2 - 部品装着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、チップコンデンサやチップ抵抗のような小
型の部品を基板に装着する装置に関する。

（ロ）従来の技術 上記のような装置においては、真空吸着装置により部
品のピックアンドプレースを行うのが一般的である。と
ころで、真空吸着装置で部品を吸い上げる際、時とし
て、正規の側面以外の部品側面を吸い付けてしまうこと
がある。このように異常姿勢で吸着された部品を基板に
装着したのではその基板は欠陥品となってしまい、また
装着に際し真空吸着装置や基板がダメージを受ける危険
もある。そこで、装着前に部品姿勢をチェックし、異常
と判定したものは装着対象から除外しなければならな
い。このような部品吸着姿勢判定装置を備えた装置の例
としては、特開昭59−155199号公報記載のものがある。
この公報に実施例として記載された構成では、特定の作
業ステーションに光学式センサを置き、部品が光束を横
切らない（→部品下端が高さ要件を満たし、正常）、横
切る（→部品下端が高さ要件を満たさず、異常）のチェ
ックにより、部品の吸着姿勢が正常であるか異常である
かを見分けている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記特開昭59−155199号公報記載の装置では、センサ
の高さ設定が問題になる。こく小型のチップ部品の場
合、正常姿勢の部品高さと異常姿勢の部品高さとの差が
小さいので、センサを精密に高さ設定する必要がある。
ところがセンサの高さ精度を高めたとしても、真空吸着
装置の側の製作精度の問題や、部品の寸法精度の問題が
あり、正常姿勢の備品であってもセンサの光束に引っ掛
かる事態が生じる。部品下端が光束を不完全に遮断する
場合も判定を面倒にする。下方にリードや突起が突出し
ているような部品も、この方式による判定の精度を低下
させる。

本発明は、このような問題を克服し、動作信頼性の高
いチェックシステムを提供することを目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明では、真空吸着装置に吸着された部品を視覚検
知手段で観測し、その観測データから求めた部品の水平
方向の二次元寸法を部品吸着姿勢の判定基準として採用
することとした。

（ホ）作用 チップ部品の場合、立方体形状のものはなく、例外な
く長短の方向性を有し、正常姿勢の場合の水平方向二次
元寸法と異常姿勢の場合の水平方向二次元寸法との間に
は明確な差が存在する。そこで、視覚検知手段の観測デ
ータに基づき部品の水平方向二次元寸法を求め、姿勢異
常とみなすべき値が得られたときには、その部品を装着
対象から除外する。

（ヘ）実施例 図に基づき本発明の一実施例を説明する。10は移動装
置であり、その構造は第２図及び第４図に詳しい。移動
装置10はロータリーインデックステーブルの一種であ
り、一定方向に間歇回転を行う。移動装置10は平面形状
円形の上部回転体11と、同じく平面形状円形の下部回転
体12を有し、これらは垂直なインデックスシャフト13に
固定されている。インデックスシャフト13は図示しない
インデックス装置から立ち上がり、移動装置10の上に差
し掛けられた支持デッキ14の軸受部15に上端を支えられ
ている。インデックスシャフト13の内部には図示しない
真空源に連通する吸気路16が形設されている。移動装置
10は８分の１回転、すなわち45゜づつ歩進回転する。移
動装置10の周囲には第２図に示すように計８個所の作業
ステーションＩ、Ｈ…VIIIが配置されている。作業ステ
ーションの数に合わせ、下部回転対12から計８本のアー
ム17が等角度間隔で放射状に突出する。アーム17は下部
回転体12の周面に垂直に取り付けられたスライダ18に支
持され、垂直方向に移動可能である。スライダ18は、上
部回転体11との間に張り渡した引張コイルばね19によ
り、上部回転体11にねじ込んだストッパボルト20（第１
図）に当るまで引き上げられている。スライダ18は外向
きにローラ21を突出させており、所定の作業ステーショ
ンで昇降体がローラ21を押し、スライダ18を降下させ
る。昇降体とその動作機構については後述する。

アーム17が支持する部材、及びアーム17自身からなる
構造体を、真空吸着装置30と総称する。真空吸着装置30
の構造は次のようになっている。31はアーム17の先端に
支持されたタレットである。タレット31は円筒形をして
いて、アーム17の先端に外側から嵌合し、アーム17の軸
線まわりに、すなわち水平軸線まわりに、回転可能であ
る。タレット31の、外向きの端面には従動ギヤ32が固定
される。タレット31の周面からは、主に太さの面で規格
の異なる４種類のノズル33、34、35、36が90゜間隔で放
射状に突出している。各ノズルはいずれもタレット31の
中心方向に退避可能であり、圧縮コイルばね37により突
出位置に押し出されている。アーム17の中心は吸気路38
となっている。この吸気路38は、ノズル33、34、35、36
のうち、真下に来たものとのみ、連通穴39を介して連通
する。40は吸気路38の端を塞ぐねじ栓で、タレット31の
抜け止めとしての役割も果たす。

上部回転体11はバルブ50を支持する。バルブ50はアー
ム17と同数設けらており、吸気路38にホース51で、また
吸気路16にホース52で接続する。バルブ50は吸気路38か
らの吸引をON−OFF制御するものである。バルブ50の開
閉作業は先端にローラを有するレバー形アクチュエータ
53によって行う。すなわちアクチュエータ53を押し下げ
た時がバルブ開、そうでない時がバルブ閉である。アク
チュエータ53の制御は、作業ステーション１においては
エアシリンダ54によって上下する押圧子55により、作業
ステーションＶ及びVIにおいてはエアシリンダ56によっ
て上下する押圧子57により、その間のステーションII、
III、IVにおいては軸受部15に固定した押圧板58によ
り、それぞれ行う。押圧板58はエアシリンダ54、56の支
持部材を兼ね、また押圧子55、57は降下した時その下面
が押圧板58の下面にほぼ連続する平面を構成するように
なっている。各バルブ50がその属するアーム17に対し遅
れ位置に配置されているので、押圧子55、57もその属す
る作業ステーションより偏位した位置にある。

作業ステーションＩ（以後部品供給ステーションと呼
ぶ）には部品供給装置60を配置する。部品供給装置60は
部品供給用キャリアテープ61を１ピッチづつ送り、部品
62を１個ずつ真空吸着手段30に供給する。キャリアテー
プ61は、プラスチックシートをエンボス加工して部品62
を収納する凹所をつくり、その上をプラスチックのカバ
ーフィルム63で覆ったものである。スプロケット64（爪
は描いていない）に引かれて上下１対の案内板65、66の
間をくぐり抜けて来たキャリアテープ61は、部品吸着位
置の直前でカバーフィルム63を剥がされて行く。部品供
給装置60はこのようなキャリアテープ61を第４図におい
て紙面と直角方向に多数並べており、その並べたものを
紙面と直角方向に動かすことにより、必要とする部品62
を収納したキャリアテープを選択する。

作業ステーションＶ（以後部品装着ステーションと呼
ぶ）には第１図に示すように基板71を載せる基板支持装
置70を配置する。基板支持装置70はXYテーブルと呼ばれ
るもので、Ｘ軸電動機72とＹ軸電動機73が駆動する図示
しないボールねじ機構により、水平面内で２次元運動を
与えられる。基板71には部品62を仮保持するための接着
剤が所定個所に塗られている。

作業ステーションVII（以後ノズル選択ステーション
と呼ぶ）には第６図、第８図に示すノズル選択装置80を
配置する。ノズル選択装置80は支持デッキ14に支持され
たエレベータ81を主たる構成要素としている。エレベー
タ81は垂直方向に摺動するスライダ82に取り付けられ、
図示しないカムに連結したレバー83によって昇降動作を
与えられる。エレベータ81の下部にはセレクタギヤ84
が、移動装置10の回転中心を向く形で水平に軸支されて
いる。セレクタギヤ84はエレベータ81に支持された電動
機85にベベルギヤ86、87を介して連結する。エレベータ
81が降下するとセレクタギヤ84はタレット31の従動ギヤ
32にかみ合い、従動ギヤ32に電動機85の回転を伝える。
88はエレベータ81の降下の下限を定めるストッパであ
る。

アーム17の上面にはロックピン90を装着する。ロック
ピン90はアーム17に固定したホルダ91に、アーム17の軸
線と平行にスライドできるよう保持され、タレット31の
方へ圧縮コイルばね92で押されている。タレット31の端
面には、ロックピン90の先端を受け入れる溝93を、ノズ
ル33、34、35、36の背後に各１条づつ、計４条形設す
る。ロックピン90の後端にはＵ字形のレバー受94を固定
する。レバー受94は支持デッキ14に支持されたベルクラ
ンク形レバー95の一端を受け入れる。レバー95の他端は
エレベータ81にコネクティングロッド96で連結されてい
る。

部品供給ステーションＩ、部品装着ステーションＶ、
及び作業ステーションII、IV、VIIIには第４図に示すよ
うな昇降体100を置く。昇降体100は支持デッキ14の軸受
部101に支持されたロッド状部材で、下端にはスライダ1
8のローラ21に対向する押圧ヘッド102が固定されてお
り、図示しないカムによって上下せしめられる。

作業ステーションII（以後部品方向調整ステーション
と呼ぶ）には部品方向調整装置110（第１図）を配置す
る。部品方向調整装置110は、円盤状の回転台111と、こ
れに点対称的に支持された１対の方向調整爪112とを主
な構成要素とする。回転台111は周囲に三角形断面のエ
ッチング113を有し、これを、図示しない支持構造体に
取り付けた複数個の支持ローラ114に係合させて、垂直
軸線まわりに回転できるよう支持されている。115は回
転台111を回転させるため電動機で、図示しないタイミ
ングベルトにより回転台111に連結する。方向調整爪112
は回転台111に対し求心方向及び遠心方向にスライド自
在となっており、常時は引張コイルばね116により求心
方向に引き寄せられている。方向調整爪112からは先端
にローラ118を有する脚部117が垂下する。119は２個の
ローラ118の間に割り込む截頭円錐形のカムであり、図
示しないカムによって上下せしめられ、上昇時、方向調
整爪112の間隔を押し拡げる。

作業ステーションIV（以後部品認識ステーションと呼
ぶ）には部品認識装置120（第１図）を配置する。部品
認識装置120は、視覚検知手段121と、視覚検知手段支持
装置122とを主な構成要素とする。視覚検知手段支持装
置122は回転台111と同様の構造の回転台123をベースと
し、これにエレベータ124を取り付けたものである。回
転台123は、図示しないタイミングベルトを介して、電
動機125により回転せしめられる。エレベータ124は、回
転台123に装着した電動機126がねじ軸127を回転させる
ことにより、ねじ作用で上下する。

視覚検知手段121は次のように構成される。すなわち
第10図に示すように、２個のラインセンサ128、129をそ
の配置方向が直交するように置き、これらのラインセン
サ128、129に向かい合う形で照射ユニット130、131を配
置して、四角な枠組をつくる。ラインセンサ128、129
は、多数の受光素子を受光窓132、133の内側に水平に並
べたものである。照射ユニット130、131は受光窓132、1
33に向け幅広の平行光を照射する。かかる平行光は、第
11図に概念を示すように、半導体レーザー134と、凹レ
ンズ135及び凸レンズ136の組み合わせによって得られる
ものである。

作業ステーションVIII（以後真空吸着装置高さ測定ス
テーションと呼ぶ）には真空吸着装置30の先端、すなわ
ちノズル33、34、35、36のうち下を向いているものの先
端の高さを測定する測定装置140（第１図）を配置す
る。これは、ラインセンサ128と同様のラインセンサ141
を、受光素子が垂直に並ぶように置き、間隔を於て、照
射ユニット130と同様の照射ユニット142を向かい合わせ
たものである。

150（第１図）は、各種データの演算処理を含め、装
置全体の制御を司る制御装置である。160（第15図）は
作業ステーションVIに配置した部品回収箱である。

部品供給装置60、部品方向調整装置110、部品認識装
置120、基板支持装置70、及び測定装置140の平面的配置
関係を示すと第３図のようになる。この図は配置関係を
説明するだけのものであって、図示の各要素間の寸法比
率に意味はない。

上記装置は次のように動作する。第１図は部品供給ス
テーションＩ、部品方向調整ステーションII、部品認識
ステーションIV、部品装着ステーションＶ、及び真空吸
着装置高さ測定ステーションVIIIにおいて真空吸着装置
30に加えられる操作の状況を示す。部品供給ステーショ
ンＩに到着した真空吸着装置30は、図のケースでは、ノ
ズル33を下に向けた状態で停止する。到着時点では押圧
子55は上昇位置にあり、真空吸着装置30は吸引力を発生
していない。ここで昇降体100が降下してスライダ18を
押し下げ、ノズル33を部品62に押し付ける。この時エア
シリンダ54が制御装置150からの制御信号によって押圧
子55を降下させ、バルブ50は開となり、ノズル33は部品
62を吸着する。部品62を吸着した真空吸着装置30は昇降
体100の上昇と共に上昇し、移動装置10の間歇回転によ
り、部品供給ステーションＩから部品方向調整ステーシ
ョンIIへと運ばれて行く。移動中、バルブ50のアクチュ
エータ53は押圧板58に押され続けており、部品62の吸着
は中断することがない。

部品方向調整ステーションIIでは、１対の方向調整爪
112が、カム119により相互の間隔を押し拡げられた状態
で待機している。このステーションに到着した真空吸着
装置30が、部品62が方向調整爪112の間に入り込むとこ
ろまで昇降体100により降下せしめられると、カム119が
下がって方向調整爪112同士が接近し、部品62の所定の
２辺を挟みつける。キャリアテープ61の部品収納用凹所
にはゆとりがあるので、真空吸着装置30に吸着される時
の部品62の角度はばらつくが、そのばらつきはこの時点
で矯正される。但し矯正するのは角度だけであって、ノ
ズル33の中心と部品62の中心との位置ずれを矯正するこ
とまでは考えていない。このようにして吸着角度のばら
つきを矯正した後、制御装置150からの制御信号に基づ
き電動機115が回転台111を回転させ、あるいは回転させ
ずして、部品62の向きをその部品の基板上における指定
配置角度に合わせる。この場合、当然のことながら、部
品装着ステーションＶに到達した時点での部品角度が指
定角度に一致するようにする。方向調整完了後、カム11
9が上昇して方向調整爪112を部品62から離脱させる。真
空吸着装置30も上昇する。部品62が方向調整爪112の間
から抜け出した後、カム119が降下してローラ118から離
れる。ここで電動機115は回転台111を待機位置の角度に
復帰させる。その後カム119は再び上昇し、次の部品に
備えるベく方向調整爪112を押し開く。

部品方向調整ステションIIを離れた真空吸着装置30
は、作業ステーションIIIを経て部品認識ステーションI
Vに到着し、昇降体100により一定高さまで降下せしめら
れる。この場合、昇降体100の昇降ストロークが定まっ
ているから一定と言うのであって、真空吸着装置30の先
端たるノズル端において高さが一定になるようにすると
いうことではない。真空吸着装置30の降下により、部品
62は視覚検知手段121の部品認識領域のただ中に突入す
る。部品認識領域、すなわち照射ユニット130がライン
センサ128に向けて、照射ユニット131がラインセンサ12
9に向けて、各々平行光を照射している領域に入り込ん
だ部品62は、第12図に示すように、ラインセンサ128、1
29に自己のシルエット（平行斜線で示す）を投じる。す
なわち視覚検知手段121は部品62を光学的に観測するこ
とになる。ラインセンサ128、129に対するノズルの平面
的位置関係は一定不変とされているから、ラインセンサ
128、129でシルエットの位置を計測すれば、ノズル33に
対する部品62の位置ずれ量を計測できることになる。計
測データは制御装置150に伝えられる。なお、部品62の
Ｘ、Ｙ二方向の位置ずれ量を正確に知るためには、部品
62の直交する２辺の延在方向とラインセンサ128、129の
配置方向が一致している、言い換えれば平行であること
が望ましい。このため、視覚検知手段121は予め部品62
の向きに自己の向きを一致させて待機している。すなわ
ち、部品方向調整ステーションIIで部品62の角度をどの
ように設定したかにより、それに応じた方向制御指令が
制御装置150から電動機125に与えられ、電動機125は視
覚検知手段支持装置122を所定角度回転させる。視覚検
知手段121の方向変更範囲は90゜あれば十分で、特にそ
れ以上大きくとる必要はない。このようにして、ライン
センサ128、129を部品62の辺と平行に置いた状態で計測
した結果は制御装置150に伝えられ、これに基づき制御
装置150は、基板支持装置70の移動量をどのように補正
したら良いかを演算する。計測完了後、真空吸着装置30
は上昇し、視覚検知手段121は、次に到来する部品62に
備えてそれにふさわしい方向を向く。

真空吸着装置30が部品装置ステーションＶに到達した
時点では、基板支持装置70は既に基板71の部品装置位置
をノズル33の真下に位置づけて待機している。もろんこ
の場合、制御装置150がＸ軸電動機72及びＹ軸電動機73
に与える指令には備品62の位置ずれデータを織り込み済
みで、基板支持装置70は位置ずれに見合う分だけ補正さ
れた位置に停止している。ここで昇降体100が真空吸着
装置30を降下させ、部品62を基板71の所定個所に所定角
度で押し当てさせる。押圧子57は、真空吸着装置30が部
品装着ステーションＶに到着する時点では降下位置にあ
って部品62の吸着を維持させているが、部品62が基板71
上の接着剤に押し付けられた時点で第１図のように上昇
し、ノズル33の吸引を断つ。従ってこの後真空吸着装置
30が上昇する折には、部品62は接着剤の粘着力で基板71
の表面に残留するものである。

部品装着ステーションＶを離れた真空吸着装置30は作
業ステーションVIを経てノズル選択ステーションVIIに
至る。ノズル選択ステーションVIIに真空吸着装置30が
到着した時点では、セレクタギヤ84は第６図に示すよう
に従動ギヤ32の上方にある。レバー95の先端は到着した
レバー受94の入に中り込む。ロックピン90は第７図のよ
うに溝93に係合し、タレット31の回転を止めている。こ
こで、ノズルを33から他のものに変える必要が生じたと
きは、第８図のようにエレベータ81が降下し、セレクタ
ギヤ84を従動ギヤ32にかみ合わせる。エレベータ81の下
降によりレバー95も回動し、ロックピン90を圧縮コイル
ばね92に抗しスライドさせる。これによりロックピン90
は溝93から抜け出し、タレット31は回転可能となる。こ
の状態で電動機85を駆動し、タレット31を所定角度回転
させる。タレット31の角度変更を終えた後エレベータ81
を上昇させると、レバー95が旧位置に復帰してロックピ
ン90が溝93に係合し、タレット31を再びロックするもの
である。

ノズル選択ステーションVIIを離れた真空吸着装置30
は最後の作業ステーションである真空吸着高さ測定ステ
ーションVIIIに到達する。ここで真空吸着装置30は、昇
降体100により、一定ストローク分だけ降下せしめられ
る。これにより、下向きになっているノズルは照射ユニ
ット142とラインセンサ141の間に入り込み、ラインセン
サ141によって先端の高さを測定される。測定データは
制御装置150に伝えられ、これに基づき制御装置150は、
部品認識ステーションIVにおいて視覚検知手段121がこ
のノズルを抑え入れる際、視覚検知手段121の支持レベ
ルを調整する。調整は、ノズルに吸着された部品62の主
部（計測に関し最も重要な意味を持つ部分）をラインセ
ンサ128、129が水平方向から観測するように行われる。
従って、部品形状も考慮に入れることになる。視覚検知
手段121の支持レベル調整は、電動機126に指令を与えて
エレベータ124を上下させることにより達成される。

このように真空吸着装置30のノズル端の高さをチェッ
クするのは、先端がつぶれたりすり減ったりしたノズル
を新品のノズルに交換する場合、あるいはタレット31が
現在保有しているノズルは反応できない部品を扱うべ
く、別種のノズルに入れ替える場合、タレット31の中心
からノズル先端までの距離を一定の小さな公差内に保つ
ことは非常に困難だからである。

さて真空吸着装置30は、部品供給装置60から部品62を
吸い上げる訳であるが、時として、キャリアテープ61に
送りがかかったとき部品62が躍り上がる等の理由によ
り、本来吸い付けるべきでない部品側面を吸い付けてし
まうことがある。このように異常姿勢で吸着された部品
62は装着しないで排除しなければならない。部品62の姿
勢が正常であるか異常であるかは視覚検知手段121の観
測データから判定する。第12図のようにラインセンサ12
8、129に部品62のシルエットが投影されると、これによ
り部品62の水平方向の二次元寸法が求められる。第13図
に示す正常姿勢の場合と、第14図に示す異常姿勢の場合
とでは、観測結果に差が生じるから、容易に正常・異常
を識別できる。正常姿勢の場合でも異常姿勢の場合でも
水平方向の二次元寸法が変わらない、立方体のような形
状の部品は余り例がないので、この判定手法は有効であ
る。なお本実施例では、単にＸ方向・Ｙ方向の寸法を求
めるだけでなく、４辺それぞれの長さを合算して周囲方
向長さ量を求めることとした。これは、比較対象の数字
を大きくして差異を拡大し、識別をより確実にするため
である。

上記観測データを比較用データとつき合わせ、部品姿
勢が異常であるとの判定結果が得られた場合には、制御
装置150はその部品62を装着対象から除外する。すなわ
ち、部品装着ステーションＶに配置された昇降体100の
駆動機構とエアシリンダ56とに指令を発し、真空吸着装
置30が部品装着ステーションＶに到着しても、これを降
下させず、また部品62の吸着を終了させもしない。第15
図に示すように、この真空吸着装置30が作業ステーショ
ンVIに移ってしまうまで、押圧子57は降下状態を保つ。
入れ替わりに部品装着ステーションＶに到着した真空吸
着装置30に対し通常の装着操作が加えられ、押圧子57が
上昇して基板71に付着した部品62に対する吸着を解除し
た時点で、作業ステーションVIにおいても部品吸着が解
除され、異常姿勢の部品62は部品回収箱160に投棄され
る。装着し損ねた分の部品６については、直ちに装着プ
ログラムが変更され、部品62を投棄した真空吸着装置30
によって、あるいは他の真空吸着装置30によって、同種
の部品62を装着し直す。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によれば、部品の水平方向の二次
元寸法を求めて正常姿勢かの検出を行っているので、吸
着ノズルの下端面の高さレベルに影響されることなく、
またチャックレバーの間隔を検出することによる誤差の
発生もなく、また部品の下端を拠り所とする従来方式に
比較して、判断の難しいグレーゾーンの発生する余地が
少なく、判定の確実性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示し、第１図は主な作業ステー
ションにおける工程の推移を示す説明用展開図、第２図
は移動装置の平面図、第３図は主要構成要素の平面的配
置関係を示す説明図、第４図及び第５図は各々別の作業
ステーションにおける垂直断面図、第６図はノズル選択
装置の側面図、第７図は第６図に関連した真空吸着装置
の平面図、第８図は第６図と同様ノズル選択装置の側面
図にして異なる動作状態のもの、第９図は第８図に関連
した真空吸着装置の平面図、第10図は視覚検知手段の斜
視図、第11図は視覚検知手段の照射ユニットの概要説明
図、第12図、第13図、第14図は視覚検知手段の観測状況
説明図、第15図は部品装着ステーションとその後続ステ
ーションにおける特殊状況下での動作を示す説明用展開
図である。 Ｉ……部品供給ステーション、60……部品供給装置、Ｖ
……部品装着ステーション、70……基板支持装置、62…
…部品、71……基板、30……真空吸着装置、10……移動
装置、121……視覚検知手段、150……制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次の構成要素を備えた部品装着装置。 （ａ）部品供給ステーションに配置した部品供給装置 （ｂ）部品装着ステーションに配置した基板支持装置 （ｃ）前記部品供給装置から前記基板支持装置上の基板
   へ、部品のピックアンドプレース作業を行うべく用意さ
   れた真空吸着装置 （ｄ）前記真空吸着装置を、作業ステーションから作業
   ステーションへと移動させる移動装置 （ｅ）真空吸着装置に吸着された部品を直接観測する視
   覚検知手段 （ｆ）前記視覚検知手段の観測データから部品の水平方
   向の二次元寸法を求めて部品が正常姿勢で吸着されてい
   るかどうかの判定を下し、異常姿勢との判定結果を得た
   時にはその部品を装着対象から除外する制御装置。