专利名称：表面安装机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种，通过用于安装元件的头部单元，将拾取的电子元件安装在印刷电路板的规定位置上的表面安装机。
背景技术：
此前已知的表面安装机，通过具有用于吸附元件的吸嘴部件的头部单元，从元件供给部吸附IC等小片状的芯片元件并移送到已定位的印刷电路板的上方，然后安装到印刷电路板的规定位置上(以下简称为安装机)。这种安装机，由使头部单元在平面上沿X-Y方向移动的驱动机构构成，通过电机予以驱动。
这种安装机，如日本专利公开公报特开平9-102696号中所示，在采用2个头部单元的同时，使印刷电路板在安装作业区域内可沿Y轴方向移动，通过有效地控制上述各头部单元的移动及上述印刷电路板的移动来提高安装效率。
该安装机包括，相对于将元件安装在印刷电路板上的安装作业区域设置在Y轴方向两侧的元件供给部，可沿着在Y轴方向上延伸的引导部件移动的头部单元支撑部件，安装在该支撑部件的Y轴方向两侧部、可分别在X轴方向移动的2个头部单元，分别驱动上述支撑部件及各头部单元的驱动机构，设置在上述安装作业区域中、可沿Y轴方向移动的电路板保持部件，和移动该电路板保持部件的移动机构。
通过控制装置对分别驱动上述支撑部件及各头部单元的驱动机构和移动上述电路板保持部件的移动机构进行控制，可执行高效率的安装作业，例如，在一方的头部单元吸附元件时使另一方的头部单元安装元件，此时，头部单元支撑部件处于停止在可通过上述一方的头部单元进行元件吸附的位置的状态，通过上述另一方的头部单元沿X轴方向的移动和电路板保持部件沿Y轴方向的移动，可将元件安装到印刷电路板的预期位置上。
根据上述公报所示的安装机，由于在一方的头部单元进行元件吸附时另一方的头部单元可进行元件安装，与只有1个头部单元的结构相比，可以大幅度提高安装效率。
但是，当一块印刷电路板上的安装元件数目显著增加时，上述安装机所能提高的安装效率受到限制，因此希望安装效率能进一步得到提高。
此外，还可以考虑沿生产线排列多台安装机，通过上游侧的安装机安装一块印刷电路板上应安装的所需数目元件的一部分，然后再送至下游侧的安装机安装剩下的元件，由此通过各个安装机来分担相对于印刷电路板的元件安装。
但是，若安装机的设置台数增多，则会产生整个安装系统大型化、设置空间增大等问题。
本发明旨在解决上述问题，其目的在于提供一种表面安装机，与上述公报所示的安装机相比，可进一步提高相对于印刷电路板的元件安装效率，并且结构相对小型化。
发明内容
本发明的表面安装机，使用于安装元件的头部单元和元件安装的电路板可相对的沿X轴方向及与其正交的Y轴方向移动，并通过上述头部单元将从元件供给部拾取的元件安装在上述电路板上，其包括，沿X轴方向并列设置的多个安装作业区域；分别设置在上述各安装作业区域的Y轴方向两侧的元件供给部；沿X轴方向以规定间隔设置，位于上述各安装作业区域之间及安装作业区域阵列部分的X轴方向两侧，分别沿Y轴方向延伸的规定数目列的引导框架；设置在上述各安装作业区域中，其两端分别沿Y轴方向移动可能地支撑在上述引导框架上的多个头部单元支撑部件；两两装备在上述各头部单元支撑部件上，分别沿X轴方向移动可能地支撑在头部单元支撑部件地Y轴方向两侧部的头部单元；分别单独驱动上述各头部单元支撑部件及各头部单元的驱动机构；设置在上述各安装作业区域内，可分别沿Y轴方向移动可能地保持电路板的多个电路板保持装置；分别单独移动保持在上述各电路板保持装置上的电路板的电路板移动用驱动机构。
根据该安装机，相对于一个安装作业区域中的电路板，通过位于该安装作业区域的头部单元支撑部件所支撑的2个头部单元中的一方，从元件供给部吸附元件时，通过另一方的头部单元沿X轴方向的移动和上述电路板保持装置所保持的电路板沿Y轴方向的移动，可执行元件相对于电路板的定位，同时可通过另一方的头部单元进行元件的安装，这样通过2个头部单元可同时进行元件的安装和吸附。
另外，在多个安装作业区域中，分别通过两个头部单元同时进行如上所述的元件安装和吸附。进而，在各安装作业区域，分担应对电路板安装的全部元件中的一部分元件的安装，且各安装作业区域中的安装作业同时进行。如此，可大幅度提高安装效率。
而且，由于通过设置在各安装作业区域之间及安装作业区域阵列部分的X轴方向两侧的引导框架，支撑多个头部单元支撑部件的各自的两端部，因此可在稳定支撑各头部单元支撑部件的同时，使支撑结构趋于简单及小型化。
在本发明的安装机中，作为多个安装作业区域，可设置有第1及第2安装作业区域。此时，在上述第1及第2安装作业区域的X轴方向外侧可设置有第1及第2引导框架，同时在第1安装作业区域与第2安装作业区域之间可设置有第3引导框架，位于上述第1安装作业区域中的第1头部单元支撑部件的两端沿Y轴方向移动可能地支撑在第1引导框架及第3引导框架上，同时位于上述第2安装作业区域中的第2头部单元支撑部件的两端沿Y轴方向移动可能地支撑在第2引导框架及第3引导框架上。
在该安装机中，较为理想的是，使上述头部单元支撑部件沿Y轴方向移动的驱动机构，可包括伺服电机和与其连接的滚珠丝杠，该伺服电机和滚珠丝杠可沿该引导框架设置在上述位于X轴方向两侧的引导框架的内侧部。
这样，可通过上述伺服电机及滚珠丝杠实现头部单元支撑部件沿Y轴方向的移动。由于这些伺服电机及滚珠丝杠不存在于两安装作业区域之间，因此可以使两安装作业区域尽量靠近，以有利于提高安装效率。
此外，较为理想的是，为了识别上述头部单元所吸附的元件而拍摄被吸附元件的摄像机，可设置在各元件供给部的X轴方向外侧。
这样，头部单元吸附元件后，可移动至上述摄像机的上方，并可根据拍摄图像进行元件识别。由于上述摄像机不存在于两安装作业区域之间，所以可使两安装作业区域尽量靠近，以有利于提高安装效率。
图1是概略地表示本发明的表面安装机一实施例的俯视图。
图2表示安装机的具体结构，是表示取下头部单元及头部单元支撑部件的状态的俯视图。
图3是表示安装有头部单元及头部单元支撑部件的状态的正视图。
图4是概略地表示电路板保持装置及其驱动机构的侧视图。
图5是表示支撑头部单元支撑部件的引导框架及头部单元支撑部件驱动机构的俯视图。
图6是表示上述引导框架等的正视图。
图7是表示上述引导框架等的侧视图。
图8是位于中央部位的引导框架的侧视图。
具体实施例方式
参照附图对本发明的实施例进行说明。
如图1～图3所示，在表面安装机(以下简称安装机)的基座1上，设置有搬送印刷电路板的搬送带2，印刷电路板3沿着该搬送带2予以搬送。此外，在本说明书中，上述搬送带2搬送电路板的方向(图1中的左右方向)为X轴方向，在水平面上与X轴正交的方向(图1中的上下方向)为Y轴方向。
在图1中，电路板3，通过搬入侧的搬送带2从右侧搬入安装机(箭头a)，通过搬出侧的搬送带2从安装机的左侧搬出(箭头b)。在搬入侧的搬送带2与搬出侧的搬送带2之间，设置有相对于印刷电路板进行元件安装作业的安装作业区域，特别是在本发明中，第1及第2两个安装作业区域4、5沿X轴方向并列设置。
搬送带2，由一对相互平行的搬送带2a、2b构成，各搬送带2a、2b的间距可以伸缩，由此能够应对印刷电路板的尺寸变更。
安装机的Y轴方向两侧，设置有元件供给部，在本实施例中，第1安装作业区域4的Y轴方向两侧设置有第1安装作业区域使用的元件供给部6A、6B，同时在第2安装作业区域5的Y轴方向两侧设置有第2安装作业区域使用的元件供给部7A、7B。
上述各元件供给部6A、6B、7A、7B，包括多列带式送料器(tapefeeder)8，可依次供给带中所收容的多个元件。
此外，在上述基座1上，设置有由位于上述第1、第2安装作业区域4、5的X轴方向外侧的第1、第2引导框架11、12，和位于两安装作业区域4、5之间的第3引导框架13所组成的3列引导框架，同时装备有上述引导框架11、12、13所支撑的第1及第2头部单元支撑部件14、15。上述3列引导框架，沿X轴方向以规定间隔予以设置，分别沿Y轴方向延伸。
上述第1头部单元支撑部件14，位于第1安装作业区域4，横穿该区域4沿X轴方向延伸，其两端支撑于位于第1安装作业区域4外侧的第1引导框架11和位于两安装作业区域4、5之间的第3引导框架13上，可沿Y轴方向移动。另一方面，上述第2头部单元支撑部件15，位于第2安装作业区域5，横穿该区域5沿X轴方向延伸，其两端支撑于位于第2安装作业区域5外侧的第2引导框架12和位于两安装作业区域4、5之间的第3引导框架13上，可沿Y轴方向移动。
上述各头部单元支撑部件14、15，分别独立，由第1、第2Y轴伺服电机16、17通过滚珠丝杠18、19予以驱动。上述Y轴伺服电机16、17及滚珠丝杠18、19，设置在上述位于两侧的引导框架的各自内侧部，设置在头部单元支撑部件14、15一端的螺母部分(未图示)与上述滚珠丝杠18、19相螺合。
第1头部单元支撑部件14装备有第1安装作业区域使用的2个头部单元21A、21B，此外第2头部单元支撑部件15装备有第2安装作业区域使用的2个头部单元22A、22B。该两两一组的头部单元21A、21B、22A、22B，沿X轴方向移动可能地支撑在头部单元支撑部件14、15的Y轴方向两侧部上，且分别独立，可由X轴伺服电机23A、23B、24A、24B通过滚珠丝杠25A、25B、26A、26B予以驱动。即，在上述头部单元支撑部件14、15的Y轴方向两侧部，分别设置有X轴方向的引导部27，同时安装有X轴伺服电机23A、23B、24A、24B和与其连接的滚珠丝杠25A、25B、26A、26B。各头部单元21A、21B、22A、22B，沿X轴方向移动可能地支撑在头部单元支撑部件14、15的Y轴方向两侧部上，同时设置在各头部单元21A、21B、22A、22B上的螺母部分(未图示)与上述滚珠丝杠25A、25B、26A、26B相螺合。
由上述Y轴伺服电机16、17和滚珠丝杠18、19与上述X轴伺服电机3A、23B、24A、24B和滚珠丝杠25A、25B、26A、26B，构成分别单独驱动各头部单元支撑部件14、15和各头部单元21A、21B、22A、22B的驱动机构。
上述各头部单元21A、21B、22A、22B，装备有具有吸附元件的吸嘴的1至多个头部28，升降头部28的Z轴驱动机构及转动头部的R轴驱动机构等(未图示)。
此外，第1安装作业区域4内设置有第1电路板保持装置31，第2安装作业区域5内设置有第2电路板保持装置32。上述电路板保持装置31、32，如图4的概略表示，具有一对Y轴方向的导轨33和移动可能地支撑在该导轨33上的可动框架34，印刷电路板3保持在该可动框架34上。用于移动电路板的伺服电机35、36，通过滚珠丝杠37、38可移动上述可动框架34。电路板移动用驱动机构，由上述伺服电机35、36及滚珠丝杠37、38构成，通过分别相对于各电路板保持装置31、32设置该电路板移动用驱动机构，可单独移动各印刷电路板3。
此外，在图1中，39为元件识别用摄像机，设置在各元件供给部6A、6B、7A、7B的X轴方向外侧。
如图5～图8所示，各引导框架11～13，包括侧视方向大致呈横长矩形的框架主体11a、12a、13a，该框架主体的上表面，具有支撑头部单元支撑部件14、15的端部沿Y轴方向自由移动的轨道。特别是，虽然位于两侧的第1、第2引导框架11、12的宽度相对较窄，其上表面只设有一条轨道41，但位于两安装作业区域4、5之间的第3引导框架13的宽度相对较宽，通过在其上表面设置2条轨道42，可以同时支撑第1、第2头部单元支撑部件14、15的各一端。
上述框架主体11a、12a、13a，呈在其内部形成有可使印刷电路板3经过的空间43的框状结构。
上述Y轴伺服电机16、17，X轴伺服电机23A、23B、24A、24B，设置在头部单元21A、21B、22A、22B上的Z轴、R轴的各个驱动机构，以及移动电路板用的伺服电机35、36，与图外的控制装置电气相连。
另外，44是跨越基座的侧部和上部而予以设置的框架。此外，46是在其内部具有向各头部单元供电的电气配线及提供负压的配管等的挠性管，该管46的一端安装在框架44上所设置的托架45上，另一端与头部单元21A、21B、22A、22B连接。
下面，对如上结构的安装机的安装操作进行说明。
执行安装作业时，通过搬入侧的搬送带2搬入的印刷电路板3，被转送至位于第1安装作业区域4的第1电路板保持装置31，保持在该电路板保持装置31的可动框架34上。在该状态下，通过上述控制装置对伺服电机等进行控制，使第1头部单元支撑部件14和支撑于其上的2个头部单元21A、21B进行运作，同时使电路板保持单元31的可动框架34进行运作，以执行相对于印刷电路板3的元件安装。
具体而言，例如首先将头部单元支撑部件14移至一方的元件供给部6A侧，通过一方的头部单元21A的各个头部28进行元件的吸附，吸附元件后，为使头部单元21A移至用于识别元件的摄像机39的上方，并根据摄像机39所拍摄的图像进行元件识别，然后应用另一方的头部单元21B进行元件吸附和元件识别，而将头部单元支撑部件14移至另一方的元件供给部6B侧。此时，保持印刷电路板3的可动框架34移向第1安装作业区域4内靠近元件供给部6B的位置(图4中的双点划线)。
然后，头部单元支撑部件14停在元件供给部6B附近的规定位置上，在该状态下，一边进行头部单元21B沿X轴方向的移动及头部单元21B的头部28的升降等，一边通过该头部单元21B的头部28从元件供给部6B吸附元件，进而头部单元21B移至位于元件供给部6B的侧方的摄像机39的上方，以进行元件识别。另一方面，在通过上述头部单元21B进行元件吸附及识别时，头部单元21A沿X轴方向移动，且保持印刷电路板3的可动框架34沿Y轴方向移动，由此进行元件相对于印刷电路板3的定位，该元件的定位操作和各头部28的转动及升降反复予以执行，与此同时头部单元21A的各头部28所吸附的元件依次安装到印刷电路板3上。
头部单21A的元件安装完成之后，头部单元支撑部件14移至元件供给部6A侧，保持印刷电路板3的可动框架34也移向第1安装作业区域4内靠近元件供给部6A的位置(图4中的实线)。然后，这次在头部单元支撑部件14停止在元件供给部6A附近的规定位置的状态下，执行头部单元21A的元件吸附操作及元件识别，另一方面，反复执行头部单元21B沿X轴方向移动、保持印刷电路板3的可动框架34沿Y轴方向移动的元件定位操作，以及头部单元21B的各头部28的转动和升降，与此同时依次安装头部单元21B的各头部28所吸附的元件。
此后，各头部单元21A、21B的元件安装及吸附相互交替进行，且一方的头部单元的元件吸附操作和另一方的头部单元的元件安装操作同时进行，从而可高效率地进行印刷电路板3的元件安装。并且，通过上述第1安装作业区域4中的安装作业，可安装应对印刷电路板3安装的全部元件中的一部分(例如约半数)。
接着，印刷电路板3从第1安装作业区域4被移至第2安装作业区域5，并保持在第2电路板保持装置32的可动框架34上。在第2安装作业区域5中，也和第1安装作业区域4中的安装作业同样，支撑在头部单元支撑部件15上的2个头部单22A、22B的元件安装及吸附相互交替进行，且一方的头部单元的元件吸附操作和另一方的头部单元的元件安装操作同时进行。由此，对在第1安装作业区域4中安装了部分元件的印刷电路板3，在第2安装作业区域5中进行剩余元件的安装。另外，在此期间，可向第1安装作业区域搬入后续的印刷电路板3，并相对于该印刷电路板3进行元件安装。
如上所述，在第1、第2安装作业区域4、5中，分别由2个一组的头部单元同时进行元件吸附操作和元件安装操作，进而同时进行第1安装作业区域4中的安装作业和第2安装作业区域5中的安装作业，由于从整体上看4个头部单元21A、21B、22A、22B的安装作业同时进行，相对于需要安装多个元件的印刷电路板，可执行极为高效的安装，从而能大幅度缩短安装处理时间。
而且，作为支撑第1、第2头部单元支撑部件14、15的结构，位于两安装作业区域4、5之间的第3引导框架13同时支撑两头部单元支撑部件14、15，通过3列引导框架11、12、13即可支撑两头部单元支撑部件14、15的各自两端，所以可在同时支撑两头部单元支撑部件14、15的状态下进行稳定支撑，并使支撑结构趋于简单及小型化。
此外，如上所述，由于第3引导框架13同时支撑两头部单元支撑部件14、15，且使头部单元支撑部件14、15沿Y轴方向移动的Y轴伺服电机16、17及滚珠丝杠18、19被设置在位于两侧的第1、第2引导框架11、12的各自内侧部，而不是设置在两安装作业区域4、5之间，所以可以使上述两安装作业区域4、5相互靠近，以尽量缩短两者之间的距离。由此，可以缩短从第1安装作业区域4向第2安装作业区域5搬送印刷电路板的所需时间，从而进一步提高作业效率。
进而，由于用于识别元件的摄像机39也设置在元件供给部6A、6B、7A、7B的X轴方向外侧部位，而不是设置在两安装作业区域4、5之间，所以在两安装作业区域4、5之间转送电子元件的所需时间被缩短，从而对提高作业效率更为有利。
此外，本发明所涉及的表面安装机，具体结构并不受上述实施例地限制，可在不偏离本发明要旨的范围内作适当变更。
例如，在上述实施例中设置有第1、第2两个安装作业区域4、5，但也可沿X轴方向并列设置3个以上的安装作业区域。此时，在各安装作业区域的Y轴方向两侧可分别设置元件供给部，在上述各安装作业区域之间和安装作业区域阵列部分的X轴方向两侧设置引导框架，同时使设置在上述各安装作业区域中的多个头部单元支撑部件的各自的两端沿Y轴方向移动可能地支撑在上述引导框架上，并使头部单元两个一组分别沿X轴方向移动可能地支撑在上述各头部单元支撑部件上。
此外，在上述实施例中，各元件供给部6A、6B、7A、7B设置有带式送料器，但也可对第2安装作业区域5两侧的元件供给部7A、7B设置其他的送料器(例如盘式送料器)等，或者对部分元件供给部设置带式送料器以外的送料器。
此外，在上述实施例中，各元件供给部6A、6B、7A、7B的外侧部位设置有摄像机39，并根据摄像机39所拍摄的图像进行元件识别，但各头部单元21A、21B、22A、22B也可装载利用激光等进行元件投影来识别元件的装置。这样，由于可在头部单元21A、21B、22A、22B从各元件供给部6A、6B、7A、7B移向元件安装位置的途中进行所吸附元件的识别，从而可进一步提高安装效率。
产业上的利用可能性如上所述，由于本发明的安装机，具有沿X轴方向并列设置的多个安装作业区域，在各安装作业区域的Y轴方向两侧分别设置有元件供给部，同时还具有设置在各安装作业区域中沿Y轴方向移动可能的多个头部单元支撑部件，两个一组分别沿X轴方向移动可能地支撑在各头部单元支撑部件上的头部单元，和设置在各安装作业区域内、沿Y轴方向移动可能地保持电路板的多个电路板支持装置，所以在各安装作业区域中，一方的头部单元的元件吸附操作和另一方的头部单元的元件安装操作可同时进行，并且多个作业区域中的安装作业可同时进行。因此，即使在相对于印刷电路板的安装元件数目非常多时，也能大幅度提高安装效率。
此外，由于还具有沿X轴方向以规定间隔予以设置，位于上述各安装作业区域之间及X轴方向的两侧，分别沿Y轴方向延伸的引导框架，且通过这些引导框架支撑各头部单元支撑部件的各自两端，所以可在稳定支撑多个头部单元支撑部件的同时，使支撑结构趋于简单及小型化。
权利要求
1.一种表面安装机，使用于安装元件的头部单元和已安装元件的电路板可相对的沿X轴方向及与其正交的Y轴方向移动，并通过上述头部单元将从元件供给部拾取的元件安装在上述电路板上，其特征在于包括沿X轴方向并列设置的多个安装作业区域；分别设置在上述各安装作业区域的Y轴方向两侧的元件供给部；沿X轴方向以规定间隔予以设置，位于上述各安装作业区域之间及安装作业区域阵列部分的X轴方向两侧，分别沿Y轴方向延伸的规定数目列的引导框架；设置在上述各安装作业区域中，其两端分别沿Y轴方向移动可能地支撑在上述引导框架上的多个头部单元支撑部件；两两装备在上述各头部单元支撑部件上，分别沿X轴方向移动可能地支撑在头部单元支撑部件的Y轴方向两侧部的头部单元；分别单独驱动上述各头部单元支撑部件及各头部单元的驱动机构；设置在上述各安装作业区域内，可分别沿Y轴方向移动可能地保持电路板的多个电路板保持装置；分别单独移动保持在上述各电路板保持装置上的电路板的电路板移动用驱动机构。
2.根据权利要求1所述的表面安装机，其特征在于作为多个安装作业区域，设置有第1及第2安装作业区域，在上述第1及第2安装作业区域的X轴方向外侧设置有第1及第2引导框架，同时在第1安装作业区域与第2安装作业区域之间设置有第3引导框架，位于上述第1安装作业区域中的第1安装单元支撑部件的两端沿Y轴方向移动可能地支撑在第1引导框架和第3引导框架上，另一方面位于上述第2安装作业区域中的第2安装单元支撑部件的两端沿Y轴方向移动可能地支撑在第2引导框架及第3引导框架上。
3.根据权利要求2所述的表面安装机，其特征在于使上述头部单元支撑部件沿Y轴方向移动的驱动机构，包括伺服电机和与其连接的滚珠丝杠，该伺服电机和滚珠丝杠沿该引导框架设置在上述位于X轴方向两侧的引导框架的内侧部。
4.根据权利要求2或3所述的表面安装机，其特征在于为了识别上述头部单元所吸附的元件而拍摄被吸附元件的摄像机，设置在各元件供给部的X轴方向外侧。
全文摘要
本发明是为了进一步提高相对于印刷电路板的元件安装效率，并且可获得比较小型化的结构。为此，本发明包括第1、第2安装作业区域(4、5)，在各安装作业区域的Y轴方向的两侧所设置的元件供给部(6A、6B、7A、7B)，同时还包括相对于各安装作业区域，可沿Y轴方向移动的第1、第2头部单元支撑部件(14、15)，两两装备在上述各头部单元支撑部件上可沿X轴方向移动的头部单元(21A、21B、22A、22B)，和沿Y轴方向移动可能地保持电路板(3)的第1、第2电路板保持装置(31、32)。此外，在上述两安装作业区域的外侧部以及两安装作业区域之间具有第1～第3引导框架(11、12、13)，以支撑各个头部单元支撑部件的两端。
文档编号H05K13/04GK1762189SQ200480007438
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月18日 优先权日2003年3月19日
发明者铃木克彦 申请人:雅马哈发动机株式会社