专利名称：元件搬送装置、表面安装机及元件试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种元件搬送装置、应用该装置的表面安装机和元件试验装置，所述元件搬送装置中，吸附电子元件的吸附部件升降可能地支撑在头部单元上，该吸附部件的顶端部位可以摇动，并通过弹性部件的压靠呈突出状态。
背景技术：
以往的表面安装机，一般包括具有吸附电子元件的吸附部件(吸嘴)且移动可能的头部单元，首先将头部单元移至元件供给部，通过吸附部件真空吸附元件供给部中所存储的电子元件。然后将头部单元移至保持在安装机主体的规定位置处的印刷电路板的上方，并将所吸附的电子元件安装在印刷电路板上。在吸附或安装时，将吸附部件从上升位置下降到规定的吸附高度位置或安装高度位置，进行电子元件的吸附或安装，由于吸附部件具有缓冲功能，所以此时吸附部件的顶端部可相对于吸附部件的主体沿上下方向以规定量予以摇动，并在弹簧的压靠作用下呈突出状态(例如参照日本专利公开公报特开2002-151893号)。
吸附部件具有缓冲功能后，可吸收由装置在高度方向的定位误差、电子元件本身的外形误差、印刷电路板的扭曲(warping)、元件供给部的皮带卷轴的浮动等原因造成的在高度方向上的误差，抑制电子元件及其安装该电子元件的印刷电路板受到物理压力的作用，以实现高速安装。
但最近随着电子元件趋向于小型化，吸附部件顶端部的形状亦趋向于小型化，所以使吸附部件的顶端部具有缓冲功能的结构也变得非常小。因此，即使采用较高的加工技术来制作上述部分，由于吸附部件在使用中会吸入空气中的尘埃或印刷电路板上的膏状焊料等，若持续使用就会引起磨损，从而使缓冲功能低下，例如在吸附元件时吸附部件的顶端部受外力作用而予以没入，之后即使外力解除也无法恢复到原来的突出状态。发生这样的情况时，有可能无法正确地进行电子元件的吸附和安装。
发明内容
本发明鉴于上述问题而作，目的在于提供一种吸附部件的顶端部具有缓冲功能的元件搬送装置，对缓冲功能的低下等所引起的异常进行判断，并在异常时采取适当的处理措施。
本发明的元件搬送装置，包括可移动的头部单元；吸附电子元件的吸附部件，升降可能地支撑在上述头部单元上，该吸附部件的顶端部，可相对于吸附部件的主体沿出没方向以规定量予以摇动，并通过弹性部件予以压靠而呈突出状态；检测单元，检测上述吸附部件的顶端部相对于上述吸附部件主体的位置；和吸嘴异常判定单元，根据上述检测单元的检测，检查上述吸附部件的顶端部的位置是否位于预先设定的正常范围内，若不在正常范围内则判定为发生异常。
采用上述结构，在吸附元件时通过施加在吸附部件的顶端部的外力作用，吸附部件的顶端部向没入方向移位后外力被解除，此时若存在缓冲不良等而使吸附部件的顶端部没有返回至正常范围内，吸嘴异常判定单元则根据上述检测单元的检测而判定发生异常。由此，可在发生异常时采取适当的处理措施。
在本发明中，上述检测单元可具有从侧面拍摄上述吸附部件的顶端部的摄像机。由此，可根据摄像机所拍摄的图像对吸附部件的顶端部相对于吸附部件的主体的位置进行高精度的检测。
上述检测单元，也可具有距离传感器，检测从一定位置到上述吸附部件的顶端部的距离。此时亦可对吸附部件的顶端部相对于吸附部件的主体的位置进行高精度的检测。
本发明中较为理想的是，还可包括异常处理单元，在上述吸嘴异常判定单元判定为发生异常时，至少进行该吸附部件的使用停止、该吸附部件的更换、该吸附部件的运作变更或该吸附部件所吸附电子元件的废弃中的一种处理。
由此，在吸嘴异常判定单元判定为发生异常时，可进行与其对应的适当处理。
上述异常处理单元，在上述吸嘴异常判定单元判定为异常时，使通报单元对异常做出通报为宜。
由此，可迅速地向操作者通知异常的发生。
本发明可有效地应用于表面安装机。即，在将元件供给部所供给的元件搬送到定位在安装作业位置的电路板上，并将上述元件安装到电路板的规定位置上的表面安装机中，将元件从上述元件供给部搬送到电路板上的单元，可包括上述元件搬送装置。
此外，本发明亦可有效地应用于元件试验装置。即，在将元件供给部所供给的元件搬送到试验单元进行各种试验的元件试验装置中，将元件从上述元件供给部搬送到试验单元的单元，可包括上述元件搬送装置。
由以上的记载可知，采用本发明，当发生吸附元件后的吸附部件的顶端部不能返回正常范围内的异常情况时，可以切实地对此做出判断，防止上述异常情况被忽视，并可适当地采取与异常情况相应的处理措施。
图1是本发明一实施例所涉及的表面安装机的概略俯视图。
图2是图1中的表面安装机的一部分被省略的正视图。
图3是表示头部单元支撑部件及支撑于其上的头部单元和摄像机的侧视图。
图4是吸嘴的放大正视图。
图5是摄像机所拍摄的吸嘴顶端部附近的图像，(a)是正常时的图像，(b)是异常时的图像。
图6是表面安装机的由控制器等构成的控制系统的方框图。
图7是图6所示控制器中包含的吸嘴异常判定单元及异常处理单元的具体处理示例的流程图。
图8是异常处理的各种情况的说明图。
图9是设置有检测单元的第2实施例的示意图，(a)是正视图，(b)是侧视图。
图10是设置有检测单元的第3实施例的示意图，(a)是正视图，(b)是侧视图。
图11是设置有检测单元的第4实施例的示意图，(a)是正视图，(b)是侧视图。
图12是检测单元采用距离传感器时的结构示意图，(a)是正视图，(b)是侧视图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明较为理想的实施方式进行说明。
图1及图2概略地表示了本发明一实施例所涉及的表面安装机。如同图所示，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在搬送带2上予以搬送，并停止在规定的安装作业位置上。
上述搬送带2的两侧设置有元件供给部4。这些元件供给部4中，设置着多列带式送料器4a。各带式送料器4a，分别将以规定间隔存储、保持IC、晶体管、电容器等小片状电子元件的带子从卷轴导出，所述电子元件可通过后述的头部单元6间歇地取出。
上述基座1的上方，装备有用于安装元件的头部单元6。该头部单元6可在元件供给部4和印刷电路板3所在的元件安装部之间移动，并可在X轴方向(搬送带2的移动方向)和Y轴方向(水平面上与X轴正交的方向)上移动。
即，基座1上，设置有沿Y轴方向延伸的固定导轨7和通过Y轴伺服电动机9转动驱动的滚珠丝杠8，上述固定导轨7上设置有头部单元支撑部件11，该支撑部件11上所设置的螺母部分12与上述滚珠丝杠轴8相螺合。此外，上述支撑部件11中设置有沿X轴方向延伸的引导部件13和受X轴伺服电动机15驱动的滚柱丝杠14，上述头部单元6移动可能地保持在上述引导部件13上，该头部单元6上所设置的螺母部分(未图示)与上述滚珠丝杠14相螺合。而且，上述支撑部件11随Y轴伺服电动机9的运作在Y轴方向上移动，同时头部单元6随轴伺服电动机15的运作相对于支撑部件11在X轴方向上移动。
此外，Y轴伺服电动机9和X轴伺服电动机15中分别设置有编码器9a、15a，以此检测上述头部单元6的移动位置。
上述头部单元6中设置有多个顶端分别具有吸嘴17(吸附部件)的安装用头部16。该安装用头部16，受图外的Z轴伺服电动机等的升降驱动单元和R轴伺服电动机等的转动驱动单元的驱动，可相对于头部单元6的框架升降(Z轴方向上的移动)并围绕吸嘴中心轴(R轴)转动。在本实施例中，设置有6个安装用头部16。
吸嘴17，可自由装脱于安装用头部16。吸嘴17对应于所吸附的电子元件的种类和大小备有多个种类，由此可选择合适的种类安装在安装用头部16上。
上述吸嘴17，如图4所示，包括吸嘴主体17a、可相对于该吸嘴主体17a沿出没方向以规定量予以摇动的吸嘴顶端部17b(吸附部件的顶端部)和弹簧18(弹性部件)。该弹簧18，安装在吸嘴主体17a和吸嘴顶端部17b所设置的上下挡板之间，将吸嘴顶端部17b相对于吸嘴主体17a的突出方向予以压靠。因此，吸嘴顶端部17b，在不受外力作用的状态下保持从吸嘴主体17a中突出规定量的状态，若受到来自顶端侧的外力作用则克服弹簧18的压靠力而向没入方向(上方)位移。
此外，在该安装机中，设置有检测吸嘴顶端部17b相对于吸嘴17的吸嘴主体17a的位置的检测单元，在本实施例中，设置有从侧面拍摄吸嘴顶端部17b的摄像机20。该摄像机20，如图3所示，位于头部单元支撑部件11的下方，经安装部件22安装在头部单元支撑部件11上，包括多个摄像元件排成一列的线传感器21，线传感器21按摄像元件的排列方向(主扫描方向)为上下方向。当头部单元6沿X轴方向移动，经过头部单元支撑部件11的中间部位时，吸嘴顶端部17b与摄像机20相对面，随着头部单元6沿X轴方向的移动由摄像机20拍摄吸嘴顶端部。
图5(a)(b)表示上述摄像机20所拍摄的吸嘴顶端部17b及其附近的图像，在这些图中，用实线表示的图像区域25的内部即为吸嘴顶端部17b及其附近的图像。图5(a)是吸嘴顶端部17b从吸嘴主体17a中突出规定量L的正常状态图像，图5(b)是吸嘴顶端部17b从吸嘴主体17a中突出的量较小的异常状态图像。
另外，在图1中，24为用于元件识别的摄像机。该摄像机24，设置在元件供给部4附近的基座1上，在头部单元6吸附元件后移经摄像机24上方时，从下方拍摄安装用头部16的吸嘴17所吸附的元件。根据该摄像机24所拍摄的图像，进行元件识别，判定元件吸附状态是否良好，检测元件吸附位置的偏差，并进行与上述偏差相应的安装位置补正。
图6表示设置在安装机中的控制30。该控制30由执行逻辑运算的CPU和预先存储程序等的ROM及临时存储各种数据的RAM等构成，功能上的结构有主控制部31、图像处理部32、轴控制部33及存储器34，上述主控制部31包括吸嘴异常判定单元35及异常处理单元36。
上述主控制部31，依照预先存储的程序对图像处理部32及轴控制部33进行总括控制。上述图像处理部32，在识别元件时，输入由元件识别用摄像机24所拍摄的元件图像，通过执行规定的图像处理，可对吸嘴17所吸附的元件形状等做出识别。此外，进行吸嘴顶端部17b的位置检测时，输入由摄像机20所拍摄的吸嘴顶端部17b附近的图像，通过执行规定的图像处理，可对吸嘴顶端部17b的形状等做出识别。
上述轴控制部33，控制使头部单元6及安装用头部16等进行运作的伺服电动机等。例如，吸附元件时，在控制X伺服电动机15及Y伺服电动机9将头部单元6移至元件供给部4的上方的同时，控制图外的Z轴伺服电动机使安装用头部16下降，在吸嘴17吸附电子元件后使安装用头部16返回至上升位置，此外，在安装元件时，在控制X伺服电动机15及Y伺服电动机9将头部单元6移至印刷电路板3的上方的同时，控制图外的Z轴伺服电动机使安装用头部16下降，在电子元件从吸嘴17安装到印刷电路板3上后使安装用头部16返回至上升位置。
此外，上述主控制部31所包含的吸嘴异常判定单元35，根据摄像机20所拍摄的如图5所示的吸嘴顶端部17b附近的图像，检查吸嘴顶端部17b的位置是否位于预先设定的正常范围内，具体是检查吸嘴顶端部17b相对于吸嘴主体17a的突出量是否位于预先设定的正常范围(图5(a)中的规定量L所允许的误差范围)内。不在正常范围内即判为发生异常。
进而，上述主控制部31中所包括的异常处理单元36，在吸嘴异常判定单元25判定为发生异常时，使警报显示部37(通报单元)对异常进行通报，同时进行异常处理。作为异常处理，至少进行该吸嘴的使用停止、该吸嘴的更换、该吸嘴的动作变更或该吸嘴所吸附的电子元件的废弃中的一种处理即可。另外，上述警报显示部37，能向操作者通知异常即可，可采用以显示器界面显示异常发生的显示装置、警报音发生装置、警报光发生装置等。
图7是上述吸嘴异常判定单元35及上述异常处理单元36进行处理的具体示例的流程图。该流程图所示的处理是在元件吸附时及元件安装时除外的适当时间，在安装用头部16受升降驱动单元的驱动到达规定上升位置的状态下开始的。例如，在元件安装后，头部单元6为吸附一下个元件而移向元件供给部4的途中进行。此外，亦可在元件吸附后，向印刷电路板3安装元件的元件搬送途中进行。另外，上述处理也可只在安装元件后的头部单元6向元件供给部4移动的途中，或吸附元件后的头部单元6在搬送元件的途中的任意一方予以执行。
该流程图所示的处理开始后，首先，沿X轴方向驱动头部单元6，使吸嘴17的吸嘴顶端部17b经过与摄像机20相对面的位置，一边用上述摄像机20从侧面拍摄吸嘴顶端部17b附近，将该图像取入控制器30中进行识别(步骤S1)。然后，由吸嘴异常判定单元35检查吸嘴顶端部17b相对于吸嘴主体17a的突出量是否在正常范围外，以此判定是否发生异常(步骤S2)。
步骤S2判定没有发生异常时结束本次处理。
步骤S2判定为发生异常时，对异常的次数n进行累加(步骤S3)，判定该异常次数n是否超过预先设定的界限值nx(步骤S4)。
异常次数n没有超过预先设定的界限值nx时，转移到步骤S5，驱动警报显示部37进行错误显示，表示有异常。接着在步骤S6中，判定吸嘴17是否持有元件。此时，根据摄像机20所拍摄的图像判断元件的有无。或根据当前安装机的运作情况，当该吸嘴17处于吸附元件后的元件搬送途中时判定为持有元件，当处于安装元件后的头部单元6移向元件供给部4的途中时判定为未持有元件。
上述步骤S6判定为YES时，进入步骤S7判定吸附状态是否正常(是否可向印刷电路板3上搭载元件)。该判定根据上述摄像机20所拍摄的图像进行，或根据元件识别用摄像机24从吸嘴17所吸附的元件下方拍摄的图像进行。
依据步骤S6、S7的判定结果和异常次数等，从图8所示的CASE1至4中选择异常处理。
亦即，在吸嘴17未持有元件时(步骤S6判定为NO时)，从CASE1至3中选择其一(步骤S8)。
此处，CASE1是改变程序以停止使用判定为异常的吸嘴17，并使用头部单元6装备的多个吸嘴17中剩余的正常吸嘴17进行安装，将元件再次分配到正常的吸嘴17上，然后再继续进行安装机的运转。CASE2是将备用的吸嘴通过自动或手动更换判定为异常的吸嘴17，然后再继续运转。此外，CASE3是修正控制数据，针对判定为异常的吸嘴17，变更其在吸附元件或安装元件时头部下降行程，或降低下降速度，然后继续执行安装机的运转。
步骤S8的处理选择，可以预先设定某一情况，亦可根据异常次数n进行选择。根据异常次数n进行选择时，例如，预先按照n1＜n2＜nx的关系设定第1、第2阀值n1、n2，不到第1阀值n1时选择CASE3，在第1阀值n1和第2阀值n2之间时选择CASE2，超过第2阀值n2时选择CASE1。
另外，吸嘴17持有元件(步骤S6判定为YES时)且吸附姿势正常时(步骤S7判定为YES时)，从CASE3、4中选择其一(步骤S9)。
此处，CASE3如上所述，CASE4是回收或废弃该吸嘴17所吸附的元件。
步骤S9的处理选择，可以预先设定某一情况，亦可根据异常次数n进行选择。根据异常次数n进行选择时，例如，设定小于界限值nx的阀值，不到该阀值时选择CASE3，超过阀值时选择CASE4。
另外，吸嘴17持有元件(步骤S6判定为YES时)且吸附姿势不正常时(步骤S7判定为NO时)，进行CASE4的处理。
另外，上述步骤S4判定异常次数n超过预先设定的界限值nx时，驱动警报显示部37进行错误显示的同时，停止安装机的运转(步骤S11)。
根据如上所述的本实施例的装置，可通过摄像机从侧面拍摄吸嘴顶端部及其附近，根据图像，检查吸嘴顶端部17b相对于吸嘴主体17a的突出量，若其不位于正常范围内则判定为发生异常。因此，由于吸嘴17吸入尘埃或膏状焊料及磨损等造成缓冲功能低下，使吸附元件或安装元件后的吸嘴的顶端部17b没有返回正常的突出状态，如图5(b)所示呈没入状态时，可对此做出切实的判断。
在发生上述异常时，通过改变吸嘴17的下降行程或下降速度，对缓冲功能的降低进行补偿。此外，亦可更换吸嘴17来消除异常。或者，通过停止使用判定为异常的吸嘴17，使用剩余的正常吸嘴17，可以避免无法正确地吸附或安装电子元件。此外，当吸嘴17持有元件时，若异常次数增多，则缓冲功能会大大降低，有可能在安装时对元件造成损害，因此可进行元件的回收、废弃等。进而在异常次数显著增多时，可停止安装机的运转。
如此，在吸嘴处于没有正常突出的异常情况下，根据此时安装机的状态和异常次数等采取处理措施，抑制吸嘴的缓冲功能低下所引起的元件损伤及安装不良等问题的发生。
另外，本发明装置的具体结构并不局限于上述实施例，可进行多种变更。以下对其他实施例进行说明。
(1)在上述实施例中，拍摄吸嘴顶端部及其附近的摄像机20安装在头部单元支撑部件11上，亦可如图9(a)(b)所示在安装机的基座1上设置摄像机40。亦即，在本实施例中，包括线传感器41的摄像机40通过支撑台42固定在基座1上。在本实施例中，也可控制头部单元6的驱动，使吸嘴17经过与摄像机40相对面的位置，同时通过上述摄像机40拍摄吸嘴17的顶端部附近。
(2)如图10(a)(b)所示，亦可在头部单元6上设置摄像机50。亦即，在本实施例中，通过安装框52安装具备线传感器51的摄像机50，使其可相对于头部单元6在吸嘴排列方向(X轴方向)上移动，摄像机50受图外的驱动单元驱动在吸嘴排列方向上移动，通过拍摄各吸嘴17的顶端部及其附近。
(3)如图11(a)(b)所示，亦可对应于各吸嘴17设置多个摄像机60。亦即，在本实施例中，通过安装框62安装对应于6个吸嘴17的6个摄像机60，使其相对于头部单元6固定。此时，摄像机60中使用区域传感器即可。
(4)检测吸嘴顶端部17b相对于吸嘴主体17a的位置的检测单元并不局限于上述摄像机20、40、50、60，亦可为图12(a)(b)所示的距离传感器70。亦即，在本实施例中，将激光式距离传感器70设置在基座1上，头部单元6经过其上时，检测从距离传感器70的位置到吸嘴17顶端的距离，据此求取吸嘴顶端部17b的高度位置。
(5)在上述各实施例中，采用滚珠丝杠14及伺服电动机15作为移动头部单元6的机构，亦可用线性电动机(linear motor)取而代之。
(6)在上述各实施例中，说明了在表面安装机中的应用情况，本发明亦可应用于对IC等电子元件施行各种电气试验的元件试验装置。亦即，图示省略的装置，具有搭载了用于元件安装的一个或多个头部的可移动头部单元，上述头部吸附置于元件供给位置的元件并送至试验单元，在这样的试验装置中，头部单元及设置于其上的安装用头部的吸嘴采用与上述各实施例所示相同的结构，同时设置由检测吸嘴顶端部相对于吸嘴主体的位置的摄像机或距离传感器构成的检测单元，并在控制器中设置与图6相同的吸嘴异常判定单元和异常处理单元即可。
权利要求
1.一种元件搬送装置，其特征在于包括可移动的头部单元；吸附电子元件的吸附部件，升降可能地支撑在上述头部单元上，该吸附部件的顶端部，可相对于吸附部件的主体沿出没方向以规定量予以摇动，并通过弹性部件予以压靠而呈突出状态；检测单元，检测上述吸附部件的顶端部相对于上述吸附部件主体的位置；和吸嘴异常判定单元，根据上述检测单元的检测，检查上述吸附部件的顶端部的位置是否位于预先设定的正常范围内，若不在正常范围内则判定为发生异常。
2.根据权利要求1所述的元件搬送装置，其特征在于上述检测单元，具有从侧面拍摄上述吸附部件的顶端部的摄像机。
3.根据权利要求1所述的元件搬送装置，其特征在于上述检测单元，具有距离传感器，检测从一定位置到上述吸附部件的顶端部的距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的元件搬送装置，其特征在于包括异常处理单元，在上述吸嘴异常判定单元判定为发生异常时，至少进行该吸附部件的使用停止、该吸附部件的更换、该吸附部件的运作变更或该吸附部件所吸附电子元件的废弃中的一种处理。
5.根据权利要求4所述的元件搬送装置，其特征在于上述异常处理单元，在上述吸嘴异常判定单元判定为异常时，使通报单元对异常做出通报。
6.一种表面安装机，将元件供给部所供给的元件搬送到定位在安装作业位置的电路板上，并将上述元件安装到电路板的规定位置上，其特征在于将元件从上述元件供给部搬送到电路板上的单元，包括权利要求1至5中任一项所述的元件搬送装置。
7.一种元件试验装置，将元件供给部所供给的元件搬送到试验单元进行各种试验，其特征在于将元件从上述元件供给部搬送到试验单元的单元，包括权利要求1至5中任一项所述的元件搬送装置。
全文摘要
本发明涉及吸附部件的顶端部具有缓冲功能的元件搬送装置，其可对缓冲功能的低下等所引起的异常进行判断，并在异常时采取适当的处理措施。本发明中，吸附电子元件的吸嘴的顶端部可相对于吸嘴主体沿出没方向以规定量予以摇动，并通过弹簧的压靠作用而呈突出状态，设置有检测吸嘴顶端部相对于吸嘴主体的位置的摄像机(20)，另外控制器(30)包括根据摄像机(20)所拍摄的吸嘴顶端部的图像检查吸嘴顶端部是否位于正常范围内，若不在正常范围内则判定为异常的吸嘴异常判定单元(35)，和在判定为异常时进行处理的异常处理单元(36)。
文档编号H05K13/00GK1767762SQ200510113589
公开日2006年5月3日 申请日期2005年10月12日 优先权日2004年10月12日
发明者米光正典 申请人:雅马哈发动机株式会社