部件供給裝置及方法、部件安裝裝置、定位裝置及方法

2023-07-18 14:25:56

專利名稱：部件供給裝置及方法、部件安裝裝置、定位裝置及方法
技術領域：
本發明主要涉及通過使容納電子部件的帶運行來供給電子部件的部件供給裝置、 包括該部件供給裝置的部件安裝裝置、和部件供給方法。
背景技術：
將電子部件安裝到電路板上的安裝裝置包括將電子部件供給至安裝裝置的可裝 卸帶供給器。在帶供給器的帶上，沿帶的長度方向以預定節距形成有部件容納孔和節距進 給孔(見例如以下稱為專利文獻1的日本專利No. 2917826的圖5)。電子部件容納在部件 容納孔中。通常，通過將設置於帶供給器中的鏈輪的齒部插入節距進給孔中並且使鏈輪每 次旋轉一定角度，使帶在通過帶供給器得以運行的同時，一次供給一個電子部件。安裝頭部 設置有管嘴(nozzle)，管嘴取出和保持被帶供給器供給至預定旋轉角度位置的一個電子部 件。專利文獻1所公開的安裝方法涉及基於攝像裝置拍攝的圖像，來計算管嘴保持電 子部件時的偏差量。具體說，例如，通過第一次電子部件保持操作，計算出電子部件的中心 位置與管嘴的中心位置之間的偏差量，並將該偏差量的信息存儲到存儲部中。然後，在通過 管嘴進行第二次保持操作時，以與存儲在存儲部中的前一次(第一次)偏差量相應的量，相 對於基準位置修正管嘴的位置。然後，將電子部件安裝到電路板上。通過在進行保持操作 之際進行這種基於偏差量的修正，在進行保持操作之際指示給管嘴的保持位置逐漸接近電 子部件的中心。通常，鏈輪的旋轉動力源是馬達，通過將由減速器使馬達的旋轉速度減慢而得到 的動力傳輸至鏈輪，鏈輪每次旋轉一定角度。在該情況下，用於減速器的齒輪中包含有製造 尺寸誤差，尤其是齒輪的偏心(節距圓(pitchcircle)相對於齒輪的旋轉中心不恆定的狀 態)直接影響齒輪的停止精度。偏心量通常隨齒輪尺寸的增大而增大，並且減速器輸出側 的齒輪的偏心量影響帶的停止位置，即部件相對於管嘴的供給位置，的精度。因此，如果齒 輪的偏心量大，則部件供給位置的精度降低。如上所述的齒輪的偏心量的周期與齒輪的旋 轉周期一致。專利文獻1所公開的方法僅僅涉及在進行部件保持操作之際計算過去存儲的多 個偏差量的平均值，並將計算的值用作部件保持位置即部件供給位置的修正量。這裡，考慮 與齒輪的偏心量相對應的部件供給位置的偏差量，偏差量是周期性的，偏差量的平均值大 致為0。因此，如專利文獻1的方法，由於將與齒輪的偏心量相對應的部件供給位置的偏差 量的平均值用作修正量時，修正量隨著時間的推移而接近0，所以變得難以修正偏差量。

發明內容
鑑於上述情形，本發明的目的是提供即使在用於例如減速器等傳動機構的齒輪中 存在製造尺寸誤差時，也能夠修正部件供給位置的偏差的部件供給裝置、部件安裝裝置、部 件供給方法、定位裝置和定位方法。
根據本發明一實施例，提供了一種部件供給裝置，其包括馬達、旋轉體、傳動機構、 和預測裝置。所述旋轉體與以預定節距容納將由部件安裝裝置安裝到電路板上的多個部件的 載帶接合，並以所述預定節距送出所述載帶來供給所述多個部件。所述傳動機構將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體。所述預測裝置基於模型公式來預測所述多個部件中的每一個的供給位置的偏差 量，所述模型公式表示由所述旋轉體送出所述載帶時的、因所述傳動機構引起的所述多個 部件中的每一個的供給位置的周期性變動。如上所述，預測裝置基於表示由傳動機構引起的部件供給位置的周期性變動的模 型公式，來預測部件供給位置的偏差量。因此，即使用於傳動機構的齒輪中存在製造尺寸誤 差，但是通過部件安裝裝置或部件供給裝置基於與偏差量有關的信息來抵消偏差量，也能 夠將部件安裝到電路板上的精確位置。所述部件供給裝置還可包括修正裝置，所述修正裝置用於修正所述多個部件中的 每一個的供給位置，以抵消所述預測裝置預測的偏差量。如上所述，由於部件供給裝置包括了修正裝置，所以部件安裝裝置中不必設置用 於抵消偏差量的修正裝置。在該情況下，不必在部件供給裝置與部件安裝裝置之間交換用 於抵消偏差量的信息，則部件供給裝置能夠應用於各種部件安裝裝置。所述傳動機構包括由多個齒輪構成的齒輪組。在該情況下，所述預測裝置可使用 第一公式和第二公式來預測偏差量，所述第一公式通過函數來表示因所述多個齒輪中的每 一個所引起的、所述多個部件中的每一個的供給位置的變動，所述第二公式通過各個函數 相加所得的函數來表示因所述齒輪組整體所引起的、所述多個部件中的每一個的供給位置 的變動。所述部件供給裝置還可包括用於存儲模型公式的信息的存儲裝置。例如，如果存儲裝置是非易失性存儲裝置，則即使中斷對部件供給裝置的電能供 給，也不會丟失關於模型公式的信息。因此，在下一次供給電能時，部件供給裝置能夠使用 存儲的關於模型公式的信息，來繼續操作。即使存儲裝置是易失性存儲裝置，則如下所述， 部件供給裝置只需設置電池即可。具體說，所述部件供給裝置還可包括電池和後備裝置，所述後備裝置用於在向所 述部件供給裝置的電能供給被中斷時，從所述電池向所述部件供給裝置供給電能。根據本發明一實施例，提供了一種部件安裝裝置，其包括基板配置部、部件供給裝 置和安裝機構。電路板配置在基板配置部上。所述部件供給裝置包括馬達；旋轉體，與以預定節距容納將由所述部件安裝裝 置安裝到所述電路板上的多個部件的載帶接合，並以所述預定節距送出所述載帶來供給所 述多個部件；將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體的傳動機構；和預測裝置，基於模型 公式來預測所述多個部件中的每一個的供給位置的偏差量，所述模型公式表示由所述旋轉 體送出所述載帶時的、因所述傳動機構引起的所述多個部件中的每一個的供給位置的周期 性變動。所述安裝機構包括從由所述旋轉體送出的載帶中拾取部件並保持部件的保持器，並且所述安裝機構將拾取的部件安裝到配置於所述基板配置部上的電路板上。所述部件供給裝置還可包括修正裝置，所述修正裝置用於修正所述多個部件中的 每一個的供給位置，以抵消所述預測裝置預測的偏差量。所述安裝機構可對所述保持器保持的部件的位置進行修正，以抵消所述預測裝置 預測的偏差量。通過這樣修正部件保持位置，部件得以安裝到電路板上的精確位置。根據本發明一實施例，提供了一種用於部件供給裝置的部件供給方法，所述部件 供給裝置包括馬達；旋轉體，與以預定節距容納將由部件安裝裝置安裝到電路板上的多 個部件的載帶接合，並以所述預定節距送出所述載帶來供給所述多個部件；和將所述馬達 的驅動力傳輸至所述旋轉體的傳動機構。所述部件供給方法包括基於模型公式來預測所述多個部件中的每一個的供給位 置的偏差量，所述模型公式表示由所述旋轉體送出所述載帶時的、因所述傳動機構引起的 所述多個部件中的每一個的供給位置的周期性變動；以及抵消預測的偏差量。根據本發明一實施例，提供了一種定位裝置，其包括馬達、旋轉體、傳動機構、和預 測裝置。所述旋轉體通過所述馬達的驅動力旋轉。所述傳動機構將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體。所述預測裝置基於模型公式來預測所述旋轉體的停止位置的偏差量，所述模型公 式表示由所述傳動機構引起的所述旋轉體的停止位置的周期性變動。根據本發明一實施例，提供了一種用於對部件供給裝置的旋轉體進行定位的定位 方法，所述部件供給裝置包括馬達、通過所述馬達的驅動力旋轉的旋轉體、和將所述馬達 的驅動力傳輸至所述旋轉體的傳動機構。所述定位方法包括基於模型公式來預測所述旋轉體的停止位置的偏差量，所述 模型公式表示由所述傳動機構引起的所述旋轉體的停止位置的周期性變動；以及抵消預測
的偏差量。根據本發明的各實施例，即使用於例如減速器等傳動機構的齒輪中存在製造尺寸 誤差，部件供給位置的偏差也能夠得到修正。本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將在下面對如附圖所示出的具體實施方 式的詳細描述中，變得更加清楚明了。


圖1是本發明一實施例的部件安裝裝置的正視圖；圖2部分剖開的部件安裝裝置的俯視圖；圖3是部件安裝裝置的側視圖；圖4是示意性地示出帶供給器的分解透視圖；圖5是示出帶供給器的主要部分的透視圖；圖6是帶供給器的基架的前端側的透視圖；圖7具體示出了旋轉驅動機構的齒輪箱的結構；圖8示出了各供給次數的因傳動機構的齒輪組的偏心量造成的沿載帶的進給方 向即載帶的長度方向的偏差量；
圖9示出了對圖8所示供給位置的偏差量進行FFT (快速傅立葉變換)分析的示 例；圖10是示出本實施例的控制示例的框圖；圖11是示出本實施例的另一控制示例的框圖；圖12是本實施例的帶供給器和部件安裝裝置的操作的流程圖；圖13示出了使用本實施例的預測模型公式的修正方法被應用於圖9所示偏差量 變化的情況下的修正量；圖14示出了吸附位置通過上述修正量得到修正的情況下的吸附位置的偏差量；圖15示出了日本專利No. 2917826 (以下稱為專利文獻1)所公開的吸附位置修正 方法被應用於圖9所示偏差量變化的情況下的修正量；圖16示出了吸附位置通過上述修正量得到修正的情況下的吸附位置的偏差量；圖17示出了包括12個吸附嘴的部件安裝裝置相對於圖9所示偏差量變化使用專 利文獻1的的吸附位置修正方法的情況下的修正量；圖18示出了吸附位置通過上述修正量得到修正的情況下的吸附位置的偏差量；圖19示出了在本實施例中通過開環控制求得函數的常數的情況下的修正量；圖20示出了以上述修正量進行修正的情況下的供給位置的偏差量；圖21是示出本發明另一實施例的帶供給器的電結構的框圖。
具體實施例方式下面將參考附圖描述本發明的實施例。(部件安裝裝置的結構)圖1是本發明一實施例的部件安裝裝置10的正視圖。圖2是部分剖開的部件安 裝裝置10的俯視圖。圖3是部件安裝裝置10的側視圖。部件安裝裝置10包括基板配置部(substrate arranging portion) 40和帶供給 器配置部(tape-feeder arranging portion) 60，其中，所述基板配置部40設置在部件安 裝裝置10的大致中心處，並配置有電路板19 ；所述帶供給器配置部60設置在基板配置部 40的兩側，並設置有作為部件供給裝置的帶供給器100。此外，部件安裝裝置10包括安裝 機構50，安裝機構50將從帶供給器100供給的電子部件安裝到配置於基板配置部40上的 電路板19上。例如，部件安裝裝置10包括基部12、支承基部12的機臺(pedestal) 13、直立在機 臺13上的多根支柱14、和架設在例如兩根支柱14之間的梁15。例如，通過設置四根支柱 14，則能設置兩根梁15。在以下描述中，可將梁15延伸的方向稱為X軸方向，將在水平面內 垂直於X軸的方向稱為Y軸方向，並將豎直方向稱為Z軸方向。安裝機構50包括用於從帶供給器100拾取並保持電子部件的作為保持器的吸附 嘴(sucking nozzle) 18、附接至吸附嘴18的可旋轉工具頭(tool head) 17、和保持工具頭 17的託架30 (carriage)。在梁15之間架設有沿Y軸方向延伸並沿X軸方向可移動的可動 體16。託架30沿可動體16附接成能夠在Y軸方向上移動。因此，附接至工具頭17的各吸 附嘴18能夠通過託架30和可動體16在水平面(X-Y平面)內移動。通常，在各梁15的下表面上設置有沿X軸方向延伸的導軌21。固定於可動體16的兩個端部的上表面上的被引導體22與導軌21可滑動地接合。由此，可動體16能夠沿梁 15在X軸方向上移動。請注意，雖然可使用例如帶式驅動機構作為移動可動體16的驅動系 統，但是本發明並不局限於此，也可使用滾珠絲槓驅動機構、線性馬達驅動機構、齒條齒輪 驅動機構等驅動機構。如上所述，託架30能夠通過設置在可動體16內的滾珠絲槓的驅動，沿Y軸方向移 動。同樣，在該情況下，也可使用帶式驅動機構、線性馬達驅動機構、齒條齒輪驅動機構等驅 動機構來代替滾珠絲槓驅動機構。基板配置部40設置有從底部支承並固定電路板19的固定機構20。電路板19通 過固定機構20定位。在本實施例中，在基板配置部40上配置有具有預定間隔的兩個電路 板19。然而，配置的電路板19的數量沒有限制。工具頭17懸掛在託架30上。工具頭17能夠通過內置馬達(未示出)沿正逆方 向旋轉。如圖1所示，工具頭17的主旋轉軸線al相對於Z軸方向傾斜。工具頭17例如在其外周部設置有沿圓周方向以一定間隔分開的12個吸附嘴18。 吸附嘴18隻需設置為多個即可，其數量可大於或小於12個。各吸附嘴18附接至工具頭17， 使得各吸附嘴18的軸線相對於工具頭17的主旋轉軸線al傾斜。這種傾斜使得吸附嘴18 的上端比下端更靠近工具頭17的主旋轉軸線al。也就是說，12個吸附嘴18作為整體相對 於工具頭17設置成朝末端變寬的喇叭狀。各吸附嘴18被工具頭17支承為能夠沿軸向方向移動，並在吸附嘴18定位於後面 描述的操作位置時，通過被按壓機構(未示出)向下按壓而下降。按壓機構可以是例如凸 輪機構、滾珠絲槓機構、螺線管和空氣壓力生成機構等任意機構。在圖1中，在工具頭17的後端側位於最右端的吸附嘴18的軸線取向為Z軸方向， 該後端側位置相當於操作位置。電子部件被位於操作位置並取向為豎直方向的吸附嘴18 吸附保持或釋放。需要在一塊電路板19上安裝多種類型的電子部件，但是不同類型的電子部件不 能通過一種類型的吸附嘴18來吸附和安裝。對此，設置多種類型的吸附嘴18來吸附和安 裝分別對應於最佳吸附嘴18的電子部件。電子部件的示例包括例如集成電路晶片、電阻、 電容器和線圈等多種部件。吸附嘴18連接至空氣壓縮機(未示出)，位於操作位置的吸附嘴18的前端部以預 定時機(predetermined timings)在正壓與負壓之間切換。由此，前端部吸附或者釋放電 子部件。被固定機構20定位並保持的電路板19所佔據的區域構成部件安裝區域M。如圖2所示，在設置於部件安裝區域M的左右兩側的帶供給器配置部60上，可裝 卸地設置有多個帶供給器100。這些帶供給器100例如沿X軸方向排列。雖然能夠在各個 帶供給器配置部60上安裝例如40個帶供給器100，但是帶供給器100的數量並沒有限制。 一個帶供給器100的載帶(carriertape，後述)1容納同一類型的多個電子部件。各帶供給 器100根據需要將這些電子部件供給至吸附嘴18。對於各個帶供給器100，容納在帶供給器100中的電子部件的類型各不相同。根據 在電路板19上的什麼位置安裝哪個電子部件，來選擇吸附嘴18和帶供給器100。從而，由 所選吸附嘴吸附電子部件。
請注意，雖然在本實施例中，帶供給器配置部60是設置在部件安裝區域M的左右 兩側，但是帶供給器配置部60也可只設置在部件安裝區域M的左右兩側中的任一側。在各個帶供給器100的一個端部設置有部件供給口 125。各帶供給器100安裝在 相應的帶供給器配置部60上，使得設置有部件供給口 125的端部面向部件安裝區域M側。 各吸附嘴18經由部件供給口 125拾取電子部件。這樣，吸附嘴18拾取電子部件時所佔據 的區域、或者工具頭17在這時所佔據的區域(包括上述操作位置的區域)設定為部件供給 區域S。工具頭17的位於操作位置的吸附嘴18在部件供給區域S、部件安裝區域M和連接 區域S和M的區域內移動。首先，工具頭17移動至部件供給區域S，並使用設置於工具頭17的12個吸附嘴 18依次吸附指定的電子部件。然後，工具頭17移動至部件安裝區域M,並在調節X軸方向 和Y軸方向上的移動的同時，依次將吸附嘴18所吸附的電子部件安裝在電路板19上的預 定位置。工具頭17在X軸方向和Y軸方向上的移動是通過上述可動體16和託架30來實 現的。通過重複該操作，電子部件得以安裝在電路板19上。部件安裝裝置10包括攝像裝置(未示出)。該攝像裝置包括例如CXD和CMOS等 元件，並對吸附嘴18對電子部件的吸附狀態進行攝影。該攝像裝置設置成與例如可動體 16—體地移動，並經由例如反射鏡(未示出)等光學系統接收反映電子部件的吸附狀態的 圖像光。通過攝像裝置所取得的吸附狀態的圖像受到設置在部件安裝裝置10的控制系統 145(後述)中的軟體等的圖像處理。從而，判斷吸附狀態。(帶供給器的結構)圖4是示意性地示出帶供給器100的分解透視圖。圖5是示出帶供給器100的主 要部分的透視圖。帶供給器100包括基架(chassis) 160、可旋轉地設置在基架160的一個端部處的 作為旋轉體的鏈輪106、和驅動鏈輪106的旋轉驅動機構130。在基架160的一個端部附接 有可開閉蓋體120。在基架160的位於所述一個端部的相反側的另一端部，設置有與用於卷 繞載帶1的卷繞器180接合的突起163。如圖6所示，在載帶1上沿長度方向以預定節距 (pitch)形成有凹部la，電子部件(未示出)容納在凹部Ia中。在以下描述中，將基架160的所述一個端部稱為前端162，而將基架160的另一端 部稱為後端161。此外，關於其方向，將從後端161向前端162延伸的方向稱為前方，而將其 相反方向稱為後方。基架160呈例如橫長形狀(horizontally long)，並包括供從卷繞器180取出的 載帶1經過的橫長路徑164。路徑164的一個端部164a形成為向上朝基架160的前端162 傾斜，並且路徑164經由形成於基架160的上表面上的開口 164b暴露出來。載帶1從開口 164b被取出，並與如圖5所示的暴露於蓋體120與基架160的前端162之間的鏈輪106的 齒部106a接合。圖6是基架160的前端162側的透視圖。圖6示出了蓋體120關閉時的狀態。在 載帶1上，沿載帶1的長度方向與容納電子部件的凹部Ia對應地形成有節距進給孔(穿 孔，pitch feeding hole) lb。鏈輪106的齒部106a與節距進給孔Ib接合。因此，通過鏈 輪106的旋轉，從開口 164b取出載帶1，以沿長度方向送出。上述部件供給口 125設置在蓋體120上。在蓋體120的前端，設置有送出載帶1的出口 126。載帶1包括貼附至用於容納電子部件的帶本體的覆帶(cover tape) 5 0在部 件供給口 125的邊緣，設置有覆帶5的剝離部105。剝離部105通過相對於載帶1的前方 (朝向前端162的方向)向後摺疊覆帶5，來從帶本體剝離出覆帶5。剝離出的覆帶5被未 示出的機構回收。通過每次使鏈輪106旋轉與節距進給孔Ib相對應的預定旋轉角度來依 次連續將各電子部件供給至部件供給口 125，載帶1得以按節距進給孔Ib的節距送出。如圖5所示，旋轉驅動機構130包括馬達131、齒輪箱132、和傳動齒輪137，所述齒 輪箱132作為減速器來以預定減速比降低馬達131的輸出，而所述傳動齒輪137將從齒輪 箱132輸出的動力傳輸至設置於鏈輪106中的正齒輪107。齒輪箱132、傳動齒輪137和正 齒輪107構成傳動機構140。請注意，雖然圖5示出的是齒輪箱132和傳動齒輪137為不同 部件，但是齒輪箱132也可以包含傳動齒輪137。圖7具體示出了旋轉驅動機構130的齒輪箱132的結構。齒輪箱132包括多個齒 輪。通過設定所述多個齒輪、傳動齒輪137和正齒輪107的齒數，能夠設定馬達131和鏈輪 106的減速比。齒輪箱132中的多個齒輪、以及傳動齒輪137和正齒輪107構成齒輪組。馬達131連接有檢測馬達131的旋轉位置的旋轉位置檢測器133。馬達131在馬達 驅動器136的控制下受到驅動，並且來自旋轉位置檢測器133的檢測信號被輸入到控制器 135，以將控制信號輸出至馬達驅動器136。控制器135電連接至部件安裝裝置10的控制系 統145。例如，控制器135使用馬達驅動器136來控制載帶1的供給量、供給時機(supplying timing)、供給速度等參數，並與部件安裝裝置10的控制系統145進行各種數據通信。控制器135包括CPU(中央處理器)、ROM(只讀存儲器)、RAM(隨機存取存儲 器)等。除ROM和RAM外，還可使用例如快閃記憶體(flashmemory)等非易失性存儲器 (nonvolatile memory)作為存儲裝置。可使用DSP (數位訊號處理器)、FPGA(現場可編程 門陣列)、ASIC(專用集成電路)等來代替CPU。部件安裝裝置10的控制系統145還包括 CPU、ROM、RAM 等。雖然通常使用伺服馬達作為馬達131，但也可使用其它類型的馬達。可使用旋轉編 碼器(rotary encoder)、解析器(resolver)等作為旋轉位置檢測器133。而作為旋轉編碼 器，可使用光學編碼器、磁編碼器等任意的編碼器。(部件安裝裝置的操作概要)下面描述結構如上所述的部件安裝裝置10和帶供給器100的操作概要。部件安裝裝置10的控制系統145向帶供給器100傳輸指令信號，以使預定的電子 部件配置到部件供給口 125中。帶供給器100根據指令信號使馬達驅動器136驅動馬達 131，並向部件供給口 125配置(供給)電子部件。當完成電子部件供給後，帶供給器100 向部件安裝裝置10的控制系統145輸出通知供給完成的反應信號。當控制系統145收到 反應信號後，安裝機構50通過吸附嘴18吸附並保持配置在部件供給口 125中的電子部件， 並將電子部件安裝到配置於基板配置部40上的電路板19上。請注意，在本實施例中，工具頭17附接有12個吸附嘴18。因此，部件安裝裝置10 連續重複12次電子部件的供給操作和吸附操作，然後在單塊電路板19上連續進行12次電 子部件的安裝。(電子部件的供給位置的偏差)下面，將描述帶供給器100供給電子部件時發生的電子部件的供給位置的偏差(deviation)。如圖7所示，在包括齒輪箱132的傳動機構140中設置有多個齒輪。這些齒輪包 括製造上的尺寸誤差，尤其是，齒輪的偏心會直接影響齒輪的停止精度。具體說，本發明的 發明人發現，這些齒輪的偏心量會影響載帶1的停止位置，即電子部件的供給位置(載帶1 沿長度方向的供給位置)，的精度。圖8示出了各供給次數(number of supplying times)的因齒輪組的偏心量造 成的沿載帶1的進給方向即載帶1的長度方向的偏差量。每供給90個電子部件，鏈輪106 旋轉一次。在該示例的情況下，如果吸附嘴18吸附電子部件的位置是大致恆定的，則電 子部件相對於吸附嘴18的吸附位置的偏差量，即電子部件的供給位置的偏差量，最大為 士0. 03mm。以下，電子部件的供給位置將只稱為「供給位置」。作為電子部件，存在有例如尺寸為0. 6mmX0. 3mm的晶片部件和尺寸為 0. 4mmX0. 2mm的晶片部件等各種部件。這些晶片部件容納在載帶1中，使得它們的寬度比 橫向方向窄的長度方向與載帶1的長度方向一致。在該情況下，假設在載帶1的長度方向 上容許的吸附嘴18與載帶1之間的相對位置的偏差量為晶片部件的寬度的20%，則偏差量 小至Ij 士0. 04mm。圖9示出了對圖8所示供給位置的偏差量進行FFT (Fast FourierTransform,快速 傅立葉變換)分析的示例。如圖9所示，能量峰(power peak)出現在進給計數90及其一 半45處。也就是說，能量峰與鏈輪106的旋轉周期一致(coincide)。因此，能夠看出供給 位置的偏差量主要是由於齒輪組的偏心量。圖8所示波形僅僅是一個示例，即使傳動機構 的結構是相同的，也存在個體差異。由單個齒輪的偏心量引起的偏差量波形大致為正弦波。此外，供給位置的偏差量 表示為齒輪組的偏心量的總和。傳動機構140的齒輪組的偏心量通常隨齒輪尺寸的增大而增大，並且在傳動機構 140的輸出側增大更多。因此，雖然在本實施例的傳動機構140中為了簡便起見，對傳動齒 輪137(齒輪1)和正齒輪107(齒輪2)形成公式，但是也能夠僅僅通過添加項目來對多個 齒輪形成公式。假設齒輪1所引起的供給位置變動表示為X1,而齒輪2所引起的供給位置變動表 示為X2，則X1和X2能夠通過作為三角函數的以下方程式(1)和⑵來表示。[表達式1]X1 = Ci1 sin〔脊 — (一〕 ... (ι)a-2 = s.in〔營 + a2〕... (2)其中，B1和a2分別代表齒輪1和齒輪2對供給位置的影響率，T1和T2代表相應齒輪的旋轉周期(使各齒輪旋轉一次所需的供給次數)，T代表供給次數，α i和α 2代表相應齒輪的初始相位，相對於已知值T1和T2，B1, a2、α i和α 2是未知的固定值。使用X1和X2，供給位置能夠通過以下方程式(3)表示
[表達式2]

其中，e為包含小齒輪引起的供給位置偏差量和其它隨機偏差量的誤差。方程式(1)和(2)表示由各個齒輪引起的供給位置的變動，而方程式(3)表示由 齒輪組，本例中為兩個齒輪，整體引起的供給位置的變動。如上所述，ai、a2、α工和α 2就機械結構而言是固定值，而T1和T2由於代表齒輪的 旋轉周期，所以是已知值。因此，如果能夠指定 、 、、和Ci2，則能夠預測供給位置的變 動。下面將描述兩種預測供給位置變動的方法。(第一方法)在第一方法中，首先基於上述方程式(3)，考慮y的第一到第三階微分(first to third order differentials)。
X的微分按以下方程式(7) [表達式4]
Y則如以下方程式(9)所示。 [表達式6]
當以下表達式7基於方程式(9)成立時， [表達式7]
C -
Y
O
2.TZ :.〒、『 O
0
1
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、7 .
1 O
Itz O
0
1
O
2rc E
e e e 'eY能夠通過以下方程式(10)表示。[表達式8]Y = C · X+E ...(10)由於E代表平均值為0的噪音(noise)，所以方程式(10)能夠通過以下方程式 (11)表示。[表達式9]Y^C X = C A X . . · (11)當帶供給器100供給η次電子部件時獲得的估算值X表示為Χ~ (η:η),而通過例 如攝像裝置攝影所獲得的實際測量值Y表示為Υ(η)時，則基於方程式(10)可得Υ(η)= C*X" (n:n)。此外，從第(n-1)次供給所估得的X表示為X~ (n:n-l)，而從第(n_l)次供給所估 得的Y表示為V (n:n-l)。請注意，「「，，表示「估算」值，為描述方便起見，「「，，有時可加在 「X」和「Y」的上部，有時也可加在「X」和「Y」的旁邊。無論哪種情況，意義都一樣。X" (n: n-1)是供給(n_l)次電子部件時(t = n-1)獲得的估算值X，即 X~(n-l:n-l)，加上該時刻得知的X的最新微分值A*X~(n-l:n-l)(來於方程式⑶)得至Ij 的。也就是說，由於X~(n:n-1)能夠表示為Χ" (η n-1) = X~ (n_l n_l) +A*X~ (n-1: n-1)= (I+A)X" (n-1: n-1) (I 是單位矩陣)所以，X~ (η:n-1)能夠通過以下方程式(12)表示[表達式10] X{n η 1)
-I ■ 1 2 2 X ± X
01002π 000T\ J 000 / χ 21」 200 -- 2兀T0
(12)因此，方程式(12)可基於方程式(10)，由以下方程式(13)表示。Y" (η n-1) = CX" (η n-1)…(13)在t = n-1狀態下的估算值X~ (η:n-1)為已知時，t = η狀態下的估算值Χ~ (η:η) 表示為如以下方程式(14)所示。Χ" (η:η) = Χ" (η:η-1) +Γ1 (Y(η) -Y" (η:η_1)) · · · (14)這裡，雖然每當獲得Χ~(η:η)時反饋作為輸出Y的誤差的Υ(η)-Υ~(η:η-1)，但是由 於該誤差包含噪音成分，所以如果直接反饋該誤差的話，則系統可能變得不穩定。對此，實
V.3>夕 y際上，為了緩解反饋量，通過向該誤差乘以增益矩陣(gain matrix) K，而成為以下形式Χ" (η:η) = Χ" (η:η_1) +KCT1 (Y(η) -Y" (η:η_1)) · · · (15)下面將把以上方程式(15)稱為預測模型公式(predicting modelformula)。該預 測模型公式表示出在載帶1被鏈輪106送出時由傳動機構140引起的電子部件的供給位置 的周期性變動。通過框圖來表示所述公式化過程，則可表示為如圖10所示。在圖10中， Y(n)-Y"(n:n-1)是相當於供給位置的偏差量的值。在該框圖中，將向給予馬達(131)的指 令值的轉換框輸入的輸入值設定為0。在本實施例中，由於只需監視鏈輪106的旋轉角度位 置的偏差量，所以向給予馬達的指令值的轉換框輸入的輸入值只需設定為0。具體說，供給 位置的偏差量原本是在假定傳動機構140的齒輪中不存在偏心量的情況下，鏈輪106每隔 一定旋轉角所送出的載帶1中的電子部件的供給位置所產生的偏差量。如果吸附嘴18的吸附位置是大致恆定的，則供給位置的偏差量變成與吸附嘴18 的初始吸附位置的偏差量。在本實施例中，認為實際上吸附嘴18本身並不存在位置偏差。帶供給器100的控制器135將關於供給位置偏差量的信息傳輸至部件安裝裝置10 的控制系統145。通過控制系統145接收信息以及安裝機構50控制吸附嘴18的移動，來抵 消(compensate for)偏差量。圖11示出了另一示例的框圖。在該例中，將實測值Y(Ii)向X的換算值KCT1Y(η) 與估算值Χ~(η:η)進行比較，差分量(differential amount)變成相當於給予馬達的指令 值的量。具體說，通過該框圖的控制方法，帶供給器100自身控制鏈輪106的旋轉量，以修 正供給位置並抵消預測到的偏差量。在圖10和11中，使用相同的重複計算來識別內變量 (internal variable)0由於帶供給器100本身能如此修正供給位置，所以不必設置用於抵消偏差量的修 正裝置。在該情況下，帶供給器100和部件安裝裝置10不必交換用於抵消偏差量的信息， 所以帶供給器100能夠應用於各種部件安裝裝置。圖12是上述帶供給器100和部件安裝裝置10的操作的流程圖。請注意，在該流 程圖中採用的是圖10所示控制方法。使吸附嘴18移動至部件供給口 125的吸附位置(步驟101)。帶供給器100將方 程式(15)的預測模型公式存儲在ROM中(步驟102)。在第一次存儲預測模型公式的時刻， Y(η)-Y" (η:η-1)為0。步驟101和102的順序可顛倒。當通過帶供給器100將電子部件供給至部件供給口 125(步驟103)時，吸附嘴18 吸附並保持所供給的電子部件(步驟104)。雖然後面也將進行描述，但是理想上，吸附嘴18 的前端(tip end)定位在電子部件的預定的基準位置處，例如電子部件的中心，來吸附電子 部件。然而，在帶供給器100對鏈輪106的進給量由於齒輪組的偏心而發生偏差時，吸附嘴 18的前端在沿載帶1的長度方向偏離基準位置的情況下，吸附電子部件。在步驟104中，帶 供給器100基於存儲的預測模型公式預測偏差量，並將關於偏差量的信息傳輸至控制系統 145。安裝機構50修正吸附嘴18的移動位置，以抵消偏差量並吸附電子部件。由於在當前 時刻是第二回或第二回後的吸附操作的時刻時獲得了實測值Y(n)，所以通過預測模型公式 來抵消偏差量。在本實施例中，由於一個工具頭17附接有12個吸附嘴18，所以安裝機構50確認是否所有的吸附嘴18均已吸附電子部件(步驟105)。請注意，在12個吸附嘴18均如此吸附了電子部件的期間，鏈輪106實際上旋轉了 [360° *(12/90)]度。如上所述，「90」是鏈輪106旋轉一周的齒數。如果12個吸附嘴18中的至少一個還未吸附電子部件，則返回步驟103。如果12 個吸附嘴18均已吸附電子部件，則通過使用攝像裝置進行攝影並且通過控制系統145進行 圖像處理，來測量一個吸附嘴18的吸附狀態即吸附位置。如上所述，理想上，吸附嘴18的 前端定位在電子部件的預定的基準位置處，例如電子部件的中心，來吸附電子部件。然而， 在帶供給器100對鏈輪106的進給量由於齒輪組的偏心而發生偏差時，吸附嘴18的前端在 沿載帶1的長度方向偏離基準位置的情況下，吸附電子部件。通過攝像裝置和控制系統145 來測量吸附位置(Y(m)、Y(m+l).....Y(m+12) (m是整數))的這種狀態(步驟106)。當測得一個吸附嘴18的吸附狀態後，控制器135基於實際吸附位置(Y(m)、
Y(m+1).....Y(m+12))來更新存儲的預測模型公式(步驟107)。如上所述，在不能通過12
個電子部件的連續吸附來進行反饋的狀態下，通過在圖10和11中將反饋增益K設定為0 的情況下進行重複計算，來更新預測模型公式。然後，在通過圖像處理識別出實際吸附位置(Y(m)、Y(m+l).....Y(m+12))的時刻
再次進行計算，從而確定狀態變量(步驟108中的「是」、和步驟109)。具體說，當12個吸附 嘴18均完成了步驟106和107後，將此時所存儲的預測模型公式恢復作為最新的預測模型 公式(步驟109)。恢復的預測模型公式用作下一回合的步驟102和105的預測模型公式。然後，在步驟110中，已在步驟104中得到修正的吸附位置處吸附了電子部件的吸 附嘴18移動至電路板19，並依次將12個電子部件安裝到電路板19上。圖13示出了使用本實施例的預測模型公式的修正方法被應用於例如圖9所示偏 差量變化的情況下的修正量。橫軸代表供給次數，縱軸代表修正量。圖14示出了吸附位 置通過上述修正量得到修正的情況下的吸附位置的偏差量(結果變成了供給位置的偏差 量)。如圖14所示，偏差量能夠控制為小於等於士0.01mm，更具體說，約為士0. 004mm。圖15示出了日本專利No. 2917826 (以下稱為專利文獻1)所公開的使用移動均值 來修正吸附位置的方法被應用於例如圖9所示偏差量變化的情況下的修正量。圖16示出 了吸附位置通過上述修正量得到修正的情況下的吸附位置的偏差量。如圖15和16所示，如果平均時間長，則在供給位置的平均值處吸附位置發生收 斂，基於傳動機構140的精度的供給位置的變化量不能通過修正吸收。這是因為，由於在將 與齒輪的偏心量相應的部件供給位置的偏差量的平均值用作修正量時，修正量隨著時間接 近零，所以偏差量不能得到修正。圖17示出了包括12個吸附嘴的部件安裝裝置相對於例如圖9所示偏差量變化， 使用專利文獻1的使用移動均值的吸附位置修正方法的情況下的修正量。圖18示出了吸 附位置通過上述修正量得到修正的情況下的吸附位置的偏差量。如圖17和18所示，如果 從獲得平均值到修正吸附位置的時間延遲大，則由傳動機構140的影響造成的偏差量的變 動方向與修正量的方向變成相反，從而修正反而會使偏差量惡化。(第二方法)下述預測供給位置變動的第二方法是開環控制法(open-loop control)。具體說， 第二方法不是如圖10和11所示的反饋控制法，而是明確求得上述ai、a2、α工和α 2並進行預測的方法。對過去的數據進行如圖9所示的傅立葉變換，並求得與周期T1和T2 —致的峰值， 從而求得B1和a2。在圖9所示示例的情況下，Ha」 a2分別為90、45、0. 016、0. 012。T1 和T2分別是傳動齒輪137和正齒輪107的設計值。由於和a2分別是傳動齒輪137和正 齒輪107的偏心量和加工誤差，所以齒輪中存在個體差異。在圖9所示示例中，通過FFT將 512 個樣品轉換成頻率範圍(frequency range)。因此，B1 = 4*2/512 = 0. 016 (mm)，a2 = 3*2/512 = 0.012 (mm)。這時，估算值y~通過以下方程式(16)表示。[表達式11] ^ = a, sin
2π 、
+ α2 sin
2π
t + α2
、，
(16)
T2如方程式(17)所示，在0 範圍內變化 和 的同時，判斷出估算值與實測 值之間的誤差變成最小的^和a2。在該情況下，可使用最小二乘法。[表達式12]e = Σ (y-y)2. . · (17)在圖9的示例中， 和 分別變成0.000和0.011。圖19示出了使用這些值時的
修正量，而圖20示出了經過上述修正量修正後的供給位置的偏差量。與圖18對比，可看出 吸附位置的偏差量能夠降低至1/5。上面描述了用於預測因齒輪的偏心引起的供給位置的偏差量的預測模型公式、和 估算預測模型公式的內變量的方法。雖然第一方法能夠在較短時間內估算出內變量，但是 可能因為使用了微分而出現例如測量誤差等噪音的影響。第二方法涉及在獲得一定量的數據後通過分析來估算內狀態(internalstate)。 因此，第二方法具有以下特性雖然在估算時需要花費計算成本，但是一旦完成了計算，則 以後不必再更新內狀態(^、^、、或α2)，並且只要不改變內狀態，估算值就不會變得不穩 定。可使用兩種方法中的任一種，也可組合方法，即首先使用第一方法，並在獲得大量數據 時，通過控制器135計算出ai、a2、、和α 2，並切換至第二方法。或者，在製造帶供給器100時，製造操作員也可以在使馬達131旋轉的同時收集供 給位置的數據，並使帶供給器100提前學習預測模型公式，然後再販賣帶供給器100。在因例如電子部件吸附故障導致圖像處理誤差，從而不能獲得吸附位置數據的情 況下，在進行第一方法時，在將反饋增益K設定為0的情況下使用預測模型公式。由於執行 第二方法時未進行反饋，所以不管供給位置的實際測量數據如何，使用同一預測模型公式 達與電子部件的供給次數相應的次數。如上所述，基於表示由傳動機構140引起的電子部件的供給位置的周期性變動的 預測模型公式，來預測供給位置的偏差量。因此，即使用於傳動機構140的齒輪中存在製造 尺寸誤差，但是通過部件安裝裝置10或帶供給器100基於與偏差量有關的信息來抵消偏差 量，能夠將電子部件安裝在電路板上的精確位置。具體地，在第一方法中，由於帶供給器100通過自我學習方式來判斷傳動機構140 的預測模型公式的係數，所以該方法能有效地作用於傳動機構140的製造波動。此外，通過第二方法，一旦確定了預測模型公式的係數，即使在沒有來自部件安裝 裝置10的位置偏差信息的狀態下，帶供給器100也能夠跟隨供給位置的周期性偏差，以抵消偏差量。此外，按上述方式估算出的傳動機構140的預測模型公式可存儲在例如帶供給器 100的非易失性存儲裝置中。在該情況下，例如，即使使帶供給器100脫離部件安裝裝置10 並中斷電能供給，帶供給器100也能夠在下一次電力供給時，使用存儲的關於模型公式的 信息，來繼續操作。如圖21所示，帶供給器100可包括電池141。在該情況下，例如，當使帶供給器100 脫離部件安裝裝置10並中斷電能供給時，控制器135隻需基於從電池141向控制器135等 的電能供給，通過旋轉位置檢測器133監視馬達131的旋轉角度位置。這樣，當馬達131旋 轉時，能夠自動進行預測模型公式的修正(更新)。因此，當再度將帶供給器100安裝到部 件安裝裝置10中時，也能夠在不重新生成預測模型公式的情況下，繼續電子部件的供給。 也就是說，控制器135在該情況下用作後備裝置(backup means)。或者，在由於例如電池141用盡電能而造成與預測模型公式不一致的情況下，當 帶供給器100安裝到部件安裝裝置10中並開始下一操作時，帶供給器100隻需重新生成預 測模型公式。因此，帶供給器100能夠始終在適當的供給位置供給電子部件。本發明的實施例並不局限於上述實施例，其它各種實施例也是可行的。上述實施例描述了這樣一個示例，其中一個工具頭17包括多個吸附嘴18，這些吸 附嘴18依次吸附並保持電子部件，然後將各電子部件依次安裝到電路板19上。然而，部件 安裝裝置也可採用這樣的實施例，其中一個吸附嘴保持一個電子部件，並將保持的電子部 件安裝到電路板19上。上述實施例描述的是，控制器135和馬達驅動器136是設置在各個帶供給器100 中的元件。然而，這些部件也可以是帶供給器100外部的功能元件(elemental function)， 例如部件安裝裝置10的功能元件。或者，也可以將控制器135設置到部件安裝裝置10中， 而將馬達驅動器136設置到帶供給器100中。以上描述給出的是將本發明應用於部件安裝裝置10和帶供給器100的示例。然 而，只要包括齒輪的傳動機構是將馬達的驅動力傳輸至被驅動對象的裝置，任意裝置均可 適用為定位裝置。如上述方程式(1)和(2)，將三角函數作為推導預測模型公式的方法的示例。然 而，除三角函數外，例如還可使用指數函數、對數函數或它們的組合。可使用指數函數、對數 函數或它們的組合，來生成類似於三角函數的函數。本申請包含2009年6月12日在日本專利局提交的日本優先權專利申請JP 2009-141212所涉及的主題，其全部內容通過引用併入本文。本領域的技術人員應該了解的是，在所附權利要求書或其等同方案的範圍內，可 根據設計要求和其它因素做出各種修改、組合、子組合和變更。
權利要求
一種部件供給裝置，包括馬達；旋轉體，與以預定節距容納將由部件安裝裝置安裝到電路板上的多個部件的載帶接合，並以所述預定節距送出所述載帶來供給所述多個部件；傳動機構，將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體；和預測裝置，基於模型公式來預測所述多個部件中的每一個的供給位置的偏差量，所述模型公式表示由所述旋轉體送出所述載帶時的、因所述傳動機構引起的所述多個部件中的每一個的供給位置的周期性變動。
2.如權利要求1所述的部件供給裝置，其中，還包括修正裝置，用於修正所述多個部件中的每一個的供給位置，以抵消所述預測裝置預測的偏差量。
3.如權利要求1所述的部件供給裝置，其中所述傳動機構包括由多個齒輪構成的齒輪組；並且所述預測裝置使用第一公式和第二公式來預測偏差量，所述第一公式通過函數來表示 因所述多個齒輪中的每一個所引起的、所述多個部件中的每一個的供給位置的變動，所述 第二公式通過各個函數相加所得的函數來表示因所述齒輪組整體所引起的、所述多個部件 中的每一個的供給位置的變動。
4.如權利要求1所述的部件供給裝置，其中，還包括存儲所述模型公式的信息的存儲直ο
5.如權利要求4所述的部件供給裝置，其中，還包括 電池；和後備裝置，用於在向所述部件供給裝置的電能供給被中斷時，從所述電池向所述部件 供給裝置供給電能。
6.一種部件安裝裝置，包括 基板配置部，電路板配置於其上；部件供給裝置，所述部件供給裝置包括 馬達，旋轉體，與以預定節距容納將由所述部件安裝裝置安裝到所述電路板上的多個部件的 載帶接合，並以所述預定節距送出所述載帶來供給所述多個部件， 傳動機構，將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體，和預測裝置，基於模型公式來預測所述多個部件中的每一個的供給位置的偏差量，所述 模型公式表示由所述旋轉體送出所述載帶時的、因所述傳動機構引起的所述多個部件中的 每一個的供給位置的周期性變動；和安裝機構，所述安裝機構包括從由所述旋轉體送出的載帶中拾取部件並保持部件的保 持器，並且所述安裝機構將拾取的部件安裝到配置於所述基板配置部上的電路板上。
7.如權利要求6所述的部件安裝裝置，其中，所述部件供給裝置還包括修正裝置，所述 修正裝置用於修正所述多個部件中的每一個的供給位置，以抵消所述預測裝置預測的偏差 量。
8.如權利要求6所述的部件安裝裝置，其中，所述安裝機構對所述保持器保持的部件的位置進行修正，以抵消所述預測裝置預測的偏差量。
9.一種用於部件供給裝置的部件供給方法， 所述部件供給裝置包括馬達；旋轉體，與以預定節距容納將由部件安裝裝置安裝到電路板上的多個部件的載帶接 合，並以所述預定節距送出所述載帶來供給所述多個部件；和 傳動機構，將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體， 所述方法包括基於模型公式來預測所述多個部件中的每一個的供給位置的偏差量，所述模型公式表 示由所述旋轉體送出所述載帶時的、因所述傳動機構引起的所述多個部件中的每一個的供 給位置的周期性變動；以及 抵消預測到的偏差量。
10.一種定位裝置，包括 馬達；通過所述馬達的驅動力旋轉的旋轉體； 將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體的傳動機構；和預測裝置，基於模型公式來預測所述旋轉體的停止位置的偏差量，所述模型公式表示 由所述傳動機構引起的所述旋轉體的停止位置的周期性變動。
11.一種用於對部件供給裝置的旋轉體進行定位的定位方法，所述部件供給裝置包括馬達、通過所述馬達的驅動力旋轉的旋轉體、和將所述馬達的 驅動力傳輸至所述旋轉體的傳動機構， 所述方法包括基於模型公式來預測所述旋轉體的停止位置的偏差量，所述模型公式表示由所述傳動 機構引起的所述旋轉體的停止位置的周期性變動；以及 抵消預測到的偏差量。
全文摘要
本發明涉及部件供給裝置、部件安裝裝置、部件供給方法、定位裝置、定位方法，所述部件供給裝置包括馬達、旋轉體、傳動機構和預測裝置。所述旋轉體與以預定節距容納將由部件安裝裝置安裝到電路板上的多個部件的載帶接合，並以所述預定節距送出所述載帶來供給所述多個部件。所述傳動機構將所述馬達的驅動力傳輸至所述旋轉體。所述預測裝置基於模型公式來預測所述多個部件中的每一個的供給位置的偏差量，所述模型公式表示由所述旋轉體送出所述載帶時的、因所述傳動機構引起的所述多個部件中的每一個的供給位置的周期性變動。
文檔編號H05K13/04GK101925293SQ20101019841
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月4日 優先權日2009年6月12日
發明者前川幸毅, 大野勝彥 申請人:索尼公司