JP2004343029A - 部品実装装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルの移動時間を短縮化することにより生産効率を改善することができる部品実装装置および部品実装方法を提供する。
【解決手段】 ノズル昇降手段およびノズル移動手段の移動位置と移動タイミングを制御する制御手段とを有し、該制御手段は部品供給装置と回路基板の間にある障害物の位置と高さを記憶しておくと共に、部品カメラによる電子部品の撮像の後、ノズルが各障害物を通過し終わるのと同期してノズルを下降させる。または、障害物を回避する経路でノズルを移動させる。また、部品装着領域内においては、ノズルは部品装着領域内移動高さで移動し、部品の実装はノズルを部品装着領域内移動高さから降下させて行うので、ノズル５の昇降ストロークを短くすることができる。また、ノズルの昇降は、円弧状の軌跡で行われる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子部品を基板に実装する部品実装装置及びその方法に関する。

従来の部品搬送高さの制御方法は、ノズルの高さを基板に装着されている部品の装着高さとノズルが吸着している部品の高さとから更新している。しかし、ノズルが電子部品を保持して移載している間は固定した高さを保っており、かつ考慮する高さは電子部品の高さのみである。特に、移載中にノズルの高さが変更されないため、ノズルが回路基板上に到着した後、部品を装着する際の昇降ストロークが大きいという課題があった。（例えば、特許文献１参照）。

また、ノズルの上昇途中の下端部が所定の干渉回避高さに到達することをトリガにして移載ヘッドの水平移動を開始するものもある。しかし、ノズルを下降する動作については着目されておらず、ノズルの昇降動作は最適化されていないという課題があった（例えば、特許文献２参照）。

また、装着済みの部品に干渉しない高さに複数のノズルを下降させて待機させた後、複数本のノズルを装着のため下降させるものもある。しかし、ノズルが回路基板上に到着するまでのノズル高さに着目していないため、１本目のノズルで部品を装着する際の昇降ストロークが大きく、かつ複数本ノズルを装備した設備でなければ効果を発揮しないという課題があった（例えば、特許文献３参照）。

以下、従来の技術を図１２を用いて詳述する。
図１２は、ＸＹロボットを用いて部品実装を行う部品実装装置の構成の一例である。Ｘ軸モータ５１，Ｙ軸モータ５２により駆動されるＸＹロボット５３を用い、ＸＹロボット５３に取り付けられた実装ヘッド５４が水平面内で自在に移動可能になるよう配置されている。実装ヘッド５４にはノズル５５と、ノズルを自在に昇降させるためのＺ軸モータ５６が取り付けられている。電子部品は部品供給装置５７に収納されている。回路基板５８は、対向する一対の搬送レール５９によって固定されている。１サイクルの電子部品実装動作は、ノズル５５が部品供給装置５７上に移動して下降し電子部品を取り出す部品吸着動作、ノズル５５が部品カメラ６０上に移動して電子部品の姿勢を撮像する部品認識動作、ノズル５５が回路基板５８上に移動して下降し電子部品を実装する部品実装動作から構成され、これを繰り返すことにより複数の電子部品の実装を行う。実装ヘッド５４には、回路基板の位置を撮像するための基板カメラ６１を設け、部品実装に先立って回路基板５８の位置を確認するために用いる。予備のノズルは、ノズルステーション６２に収納しておく。実装ヘッド５４の位置補正を行うために、基板カメラ６１で撮像可能な基準マーク６３を設置する場合もある。

前記した部品カメラ６０，ノズルステーション６２，基準マーク６３は実装ヘッド５４の可動範囲内にあることが必要であるため、通常は回路基板５８と部品供給装置５７の間に配置される。図１２のような構成では、ノズル５５が部品供給装置５７から部品を取り出し、部品カメラ６０による部品認識を行った後、回路基板５８上の部品実装位置に到達するまでの間に、ノズルは部品カメラ６０，ノズルステーション６２，基準マーク６３，搬送レール５９の上空を通過する可能性がある。これらの部品カメラ６０，ノズルステーション６２，基準マーク６３，搬送レール５９はそれぞれ必要な位置，高さに配置されるが、精度確保の観点から容易に移動できないものである。従って、ノズル５５が移動する高さは、これらの障害物（部品カメラ，ノズルステーション，基準マーク，搬送レール）と干渉しないよう、十分な高さを確保して移動させる必要があった。

特開平９−２１４１８２号公報 特開２００２−１１１２８４号公報 特開平１１−３３０７８６号公報

しかしながら、上記のような構成では、ノズルが移動する高さを障害物（部品カメラ，ノズルステーション，基準マーク，搬送レール等）と干渉しないよう十分な高さを確保して移動させ、ノズル５５が基板上に達した後も同じ高さを保って移動するため、回路基板上で部品装着位置に達して部品を実装する際に、ノズル５５の昇降ストロークが大きくなり、生産効率が低下する。
また、図１３に示すように、部品実装時におけるノズル５５の移動軌跡は、部品高さをＨａとする一定の高さに保持して水平移動を行い（図中（１））、ノズル５５が部品装着位置Ｐ０の真上に達したら水平移動を停止してからノズル５５をΔＨの高さ分、垂直に下降させて（図中（２））、電子部品を基板５８上に実装する。その後、ノズル５５を垂直に上昇させ（図中（３））、所定の高さに達したら上昇動作を停止して水平移動を開始する（図中（４））。このため、ノズル５５の水平移動動作及び昇降動作に、それぞれ個別に時間を要するため、動作時間が長くなって、生産効率の低下を招く。

本発明は上記の問題点を解決し、ノズルの移動時間を短縮化することにより生産効率を改善することができる部品実装装置及び部品実装方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１の部品実装装置においては、部品供給装置より供給された部品を下端に保持するノズルと、該ノズルを昇降せしめるノズル昇降手段と、前記ノズルを水平方向に移動せしめるノズル移動手段と、前記部品供給装置の部品取り出し高さ又は搬送レールで搬送される基板の装着高さを超える障害物と、前記基板に前記ノズル移動手段により移動された部品を装着するように前記ノズル昇降手段およびノズル移動手段を制御する制御手段とを備えた部品実装装置であって、前記制御手段は前記部品供給装置と前記基板の間に配置された複数の障害物の位置と高さを記憶しておくと共に、前記ノズルが前記部品供給装置の部品取り出し位置から部品を取り出し前記基板の装着位置に移動する際に、前記ノズルを最初の障害物に干渉しない高さに位置させ最初の障害物を通過し終わるのと同期して次の障害物に干渉しない高さに移動させるようにしたことを特徴とする。

請求項２の部品実装装置においては、障害物は該部品を前記ノズルの下方から撮像する部品カメラと、前記基板を搬送する搬送レールと、予備のノズルを格納するノズルステーションと、前記部品供給装置と基板の間に設けた位置補正を行うための基準マークのうちの少なくとも１つを含み、前記部品カメラによる部品の撮像の後、前記ノズルが部品カメラを通過し終わるのと同期してノズルを下降させ、または前記ノズルが搬送レールを通過し終わるのと同期して前記ノズルを下降させ、または前記ノズルが前記ノズルステーションを通過し終わるのと同期して前記ノズルを下降させ、または前記ノズルが前記基準マークを通過し終わるのと同期して前記ノズルを下降させるようにしたことを特徴とする。

請求項３の部品実装装置においては、部品供給装置より供給された部品を下端に保持するノズルと、該ノズルを昇降せしめるノズル昇降手段と、前記ノズルを水平方向に移動せしめるノズル移動手段と、前記部品供給装置の部品取り出し高さ又は搬送レールで搬送される基板の装着高さを超える障害物と、前記基板に前記ノズル移動手段により移動された部品を装着するように前記ノズル昇降手段およびノズル移動手段を制御する制御手段とを備えた部品実装装置であって、前記制御手段は前記部品供給装置と前記基板の間に配置された複数の障害物の位置と高さを記憶しておくと共に、前記ノズルが前記部品供給装置の部品取り出し位置から部品を取り出し前記基板の装着位置に移動する際に、ノズルが所定の高さのままで基板上の部品実装位置まで移動可能な水平方向の経路を決定してノズルを移動させるようにしたことを特徴とする。これにより、ノズルの高さを必要最小限に低く保ったまま移動することができる。

請求項４の部品実装装置においては、部品供給装置より供給された部品を基板に実装するために下端に保持するノズルと、該ノズルを昇降せしめるノズル昇降手段と、前記ノズルを水平方向に移動せしめるノズル移動手段と、前記基板に前記ノズル移動手段により移動された部品を装着するように前記ノズル昇降手段およびノズル移動手段を制御する制御手段とを備えた部品実装装置であって、前記制御手段が、前記ノズルが前記基板上の部品装着領域内に達したときには当該ノズルが前記基板に近接した部品装着領域内移動高さに接近するように前記ノズル昇降手段を制御するとともに、前記ノズル移動手段を制御して前記部品装着領域内移動高さで前記部品を保持したノズルを前記基板上の部品装着位置に移動させ、前記部品装着領域内移動高さから前記部品を前記部品装着位置に実装するようにしたことを特徴とする。これにより、部品実装時におけるノズルの昇降ストロークを短くすることができ、生産効率を改善することができる。

請求項５の部品実装装置においては、前記部品装着領域が、前記基板の端部側に設けられた基板マークを認識し前記部品装着領域を算出することを特徴とする。

請求項６記載の部品実装装置においては、搬送する基板幅に応じて移動する搬送レールと、該搬送レールの位置を検出する位置検出手段とを備え、該位置検出手段の搬送レールの位置情報から前記部品装着領域を算出することを特徴とする。

請求項７の部品実装装置においては、前記部品装着領域移動高さが、基板に実装済みの部品高さと、ノズルに保持している部品高さと、ノズルが移動に必要な隙間と、を加味した高さであることを特徴としている。

請求項８の部品実装装置においては、前記制御手段が、前記部品装着領域内移動高さから前記部品を前記基板の部品装着位置に実装する際に、前記ノズルが円弧状の移動軌跡で移動するように前記ノズル昇降手段および前記ノズル移動手段を同時に駆動することを特徴としている。これにより、部品実装時におけるノズルの移動時間を短縮することができ、生産効率を改善することができる。

請求項９の部品実装方法においては、部品供給装置より供給された部品を下端にノズルで保持し、該ノズルを昇降及び水平方向に移動させ、前記部品供給装置の部品取り出し高さ又は搬送レールで搬送される基板の装着高さを超える障害物を避けて前記部品を基板に装着する部品実装方法であって、前記部品供給装置と前記基板の間に配置された複数の障害物の位置と高さを記憶し、前記ノズルが前記部品供給装置の部品取り出し位置から部品を取り出し前記基板の装着位置に移動する際に、前記複数の障害物の中で、最大高さのものを見つけ、前記ノズルを前記最大高さの障害物に干渉しない高さまで上昇させて水平移動させ、ノズルが前記障害物を通過し終わると現在のノズル高さとこれから通過する障害物の高さを比較し、ノズルがこれから通過する障害物の高さより高い場合はノズルを前記障害物に干渉しない高さまで下降させるようにしたことを特徴とする。

請求項１０の部品実装方法においては、部品供給装置より供給された部品を下端にノズルで保持し、該ノズルを昇降及び水平方向に移動させて前記部品を基板に装着する部品実装方法であって、前記ノズルが前記基板上の部品装着領域内に達したときには当該ノズルが前記基板に近接した部品装着領域内移動高さに接近、前記部品装着領域内移動高さで前記部品を保持した前記ノズルを前記基板上の部品装着位置に移動させ、前記部品装着領域内移動高さから前記部品を前記部品装着位置に実装することを特徴としている。これにより、部品実装時におけるノズルの昇降ストロークを短くすることができ、生産効率を改善することができる。

請求項１１の部品実装方法においては、前記部品を前記基板に実装する際に、前記ノズルが円弧状の移動軌跡で移動するように、水平方向移動動作と昇降動作とを同時に行うことを特徴としている。これにより、部品実装時におけるノズルの移動時間を短縮することができ、生産効率を改善することができる。

請求項１，２、８により、ノズルを部品供給部から基板に移動させる間に、障害物の高さ・位置に応じてオーバーラップして下降させておくことができるため、基板上の装着点にノズルが到達した時、ノズルの高さを必要最小限に低く設定することができ、部品実装時のノズル昇降ストロークが最短となる。

本発明により、部品実装装置における部品実装時のノズル昇降ストロークを短縮することができるため、ノズル昇降に要する時間が削減でき、従来に比べ生産効率の高い部品実装装置および部品実装方法を提供することができる。さらに、円弧状の軌跡でノズルを移動及び昇降させることにより一層ノズル昇降に要する時間を削減でき、従来に比べ生産効率の高い部品実装装置及び部品実装方法を提供することができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図１１を用いて説明する。
（実施の形態１）図１〜図４は本発明の第１の実施の形態の部品実装装置を示すものである。図１は、ＸＹロボットを用いて部品実装を行う部品実装装置を示している。Ｘ軸モータ１，Ｙ軸モータ２により駆動されるＸＹロボット３（ノズル移動手段）を用い、ＸＹロボット３に取り付けられた実装ヘッド４が水平面内で自在に移動可能になるよう配置されている。実装ヘッド４にはノズル５と、ノズル５を自在に昇降させるためのＺ軸モータ６（ノズル昇降手段）が取り付けられている。電子部品は部品供給装置７に収納されている。

回路基板８を固定する方法としては、対向する一対の搬送レール９などを用いることができる。１サイクルの電子部品実装動作は、ノズル５が部品供給装置７上に移動して下降し電子部品を取り出す部品吸着動作、ノズル５が部品カメラ１０上に移動して電子部品の姿勢を撮像する部品認識動作、ノズル５が回路基板８上に移動して下降し電子部品を実装する部品実装動作から構成され、これを繰り返すことにより複数の電子部品の実装を行う。

実装ヘッド４には、回路基板８の位置を撮像するための基板カメラ１１を設けてもよく、基板カメラ１１を装備した場合は、部品実装に先立って回路基板８の位置の確認を行う。予備のノズルは、ノズルステーション１２に収納しておく。実装ヘッド４の位置補正を行うために、基板カメラ１１で撮像可能な基準マーク１３を設置する場合もある。Ｘ軸モータ１，Ｙ軸モータ２，Ｚ軸モータ６はコンピュータ装置１４（制御手段）に接続されており、コンピュータ装置１４の指令によって動作する。

前記した部品カメラ１０，ノズルステーション１２，基準マーク１３は実装ヘッド４の可動範囲内にあることが必要であるため、通常は回路基板８と部品供給装置７の間に配置され、図１に示すような構成となる。ノズル５が部品供給装置７から部品を取り出し、部品カメラ１０による部品認識を行った後、回路基板８上の部品実装位置に到達するまでの間に、ノズル５は部品カメラ１０，ノズルステーション１２，基準マーク１３，搬送レール９の上空を通過する可能性がある。

これらの部品カメラ１０，ノズルステーション１２，基準マーク１３，搬送レール９はそれぞれ必要な位置，高さに配置されるが、精度確保の観点から容易に移動できないものである。従って、ノズル５が移動する高さは、これらの障害物（部品カメラ，ノズルステーション，基準マーク，搬送レール）と干渉しないような動作を行う必要があり、コンピュータ装置１４がこのための動作を以下のように制御する。

図２は、部品供給から部品実装までのノズル高さの制御の一例を示したものである。部品供給装置２１からノズル２２が電子部品を取り出すとき、ノズル２２は位置Ｐ１にある。ノズル２２は電子部品を下端に保持して持ち上げるために一旦上昇し位置Ｐ２に移動した後、電子部品を部品カメラ２３の焦点に合わせるため位置Ｐ３に移動する。電子部品の撮像が終了した後、ノズル２２は障害物となるノズルステーション２４と干渉しない位置Ｐ４まで上昇し、ノズルステーション２４を通過し終える位置Ｐ５まで水平に移動する。

その後、ノズル２２は次の障害物であるマーク２５と干渉しない位置Ｐ６まで下降し、マーク２５を通過し終える位置Ｐ７まで水平に移動する。その後、ノズル２２は次の障害物である搬送レール２６と干渉しない位置Ｐ８まで下降し、搬送レール２６を通過し終える位置Ｐ９まで水平に移動する。その後、ノズル２２は次の障害物である回路基板２７上に既に実装されている電子部品２８と干渉しない位置Ｐ１０まで下降し、次に部品実装する近傍位置Ｐ１１まで水平に移動する。その後、電子部品の実装のために、ノズル２２は位置Ｐ１２まで下降して１サイクルの実装動作を完了する。

コンピュータ装置（制御手段）は、部品供給装置と回路基板の間にある障害物の位置と高さの情報を持つ必要がある。その一例を図３を用いて説明する。図３（ａ）は部品供給装置と回路基板の間にある障害物リストであり、部品カメラによりノズルの保持する部品を撮像した後、ノズルが回路基板上に水平移動する間に通過する障害物の順番に識別コードＡ〜Ｄを付与し、それぞれの位置（Ｘmin，Ｙmin，Ｘmax，Ｙmax）と高さ（Ｈ）の情報を予め設定したものである。

この例では、部品カメラがＹ軸プラス側、回路基板がＹ軸マイナス側にあるため、各障害物のＹminの大きい順にＡ〜Ｄの識別コードを付与している。Ｘ方向も考慮してもよいが、例えば回路基板上の実装位置が図３（ｂ）である場合、ＸＹロボットの移動ストロークがＸよりＹ方向に長くなるため、処理を簡単化するために移動に時間のかかるＹ方向のみを考慮すれば十分である。Ｘ方向のストロークの方が長い場合には、逆にＸ方向のみを考慮してもよい。

この障害物リストは、人がコンピュータに登録してもよく、あるいは基板カメラ等で自動計測して登録してもよい。この障害物リストにおいて、請求項２では搬送レール、請求項３ではノズルステーション、請求項４では部品カメラ、請求項５では基準マークのみが登録されていれば、各請求項の要件を満たすことができる。

図３に示した障害物リストを用いて、図２に示すようなノズル高さ制御を行うための制御アルゴリズムの一例を、図４を用いて説明する。図４は、請求項１〜５で使用するコンピュータ装置（制御手段）の実行するフローチャートの一例であり、部品取り出しから部品実装までの１サイクルの処理を示したものである。

ステップ１においては、部品取り出しのために、ノズルを部品供給装置上に水平移動させる。ステップ２においては、電子部品の取り出しを行う。部品取り出しは、ノズルの下端からエアを吸引して電子部品をノズルに吸着保持したり、メカチャック付きのノズルを用いて電子部品を把持する方法が可能である。ステップ３においては、電子部品の撮像準備のため、ノズルを部品カメラ上に水平移動させる。

ステップ４においては、ノズルを部品カメラの焦点高さに下降させる。ステップ５においては、部品カメラを用いてノズルに保持された電子部品の撮像を行う。部品の撮像方法としては、ノズルを停止して撮像する方法の他に、ノズルと部品カメラを相対移動させながら撮像して撮像時間を短縮する方法が可能であり、特に複数のノズルを一列に並べた実装ヘッドの場合は、この方法が有効である。

ステップ６においては、図３（ａ）に例示した障害物リストを検索し、現在のノズル位置と回路基板位置の間にある障害物の中で、最大高さのものを見つける。図３（ａ）の場合は、Ｂのノズルステーションが最大高さになる。なお、この検索において、ノズルの移動経路外にある障害物は検索から除外してもよいし、処理を簡単にするために全ての障害物を検索の対象にしてもよい。ステップ７においては、ノズルを（障害物の最大高さ）＋α（αは干渉を回避するために加えるマージン）まで上昇させる。

ステップ８においては、ノズルを回路基板に向かって水平移動開始する。ステップ９においては、ノズルのＸ，Ｙ座標位置を監視しながら、ノズルが障害物Ａを通過し終わったかどうかを判定し、通過し終わったならば次のステップに進む。ノズルのＸＹ座標は、例えばサーボモータならばモータに取り付けられたエンコーダから読み取ることができ、またパルスモータならばモータに与えるパルスをカウントすることによって得らレール。ステップ１０においては、現在のノズル高さと、これから通過する障害物の高さ（障害物Ｂ〜Ｄの最大高さ）＋αを比較する。ここで、ノズルの方が高い位置にある場合のみ、ステップ１１においてノズルを（障害物Ｂ〜Ｄの最大高さ）＋αまで下降させる。

なお、ステップ９〜１１は、障害物Ａがノズルの移動経路外にある場合は実行しなくてもよいし、処理を簡単にするためにノズルの移動経路外かどうかに関わらず実行してもよい。ステップ１２においては、ノズルのＸ，Ｙ座標位置を監視しながら、ノズルが障害物Ｂを通過し終わったかどうかを判定し、通過し終わったならば次のステップに進む。

ステップ１３においては、現在のノズル高さと、これから通過する障害物の高さ（障害物Ｃ〜Ｄの最大高さ）＋αを比較する。ここで、ノズルの方が高い位置にある場合のみ、ステップ１４においてノズルを（障害物Ｃ〜Ｄの最大高さ）＋αまで下降させる。

ステップ１５においては、ノズルのＸ，Ｙ座標位置を監視しながら、ノズルが障害物Ｃを通過し終わったかどうかを判定し、通過し終わったならば次のステップに進む。

ステップ１６においては、現在のノズル高さと、これから通過する障害物の高さ（障害物Ｄの最大高さ）＋αを比較する。ここで、ノズルの方が高い位置にある場合のみ、ステップ１７においてノズルを（障害物Ｄの最大高さ）＋αまで下降させる。

ステップ１８においては、ノズルのＸ，Ｙ座標位置を監視しながら、ノズルが障害物Ｄを通過し終わったかどうかを判定し、通過し終わったならば、ステップ１９においてノズルを（回路基板の最大高さ）＋αまで下降させる。ここで、回路基板の最大高さは、回路基板上に実装されている部品の最大高さを記憶しておいて用いても良いし、処理を簡単にするために予め定めた所定の値を用いても良い。

ステップ２０においては、回路基板上へのノズルの水平移動完了を待つ。ステップ２１においては、回路基板上に部品実装を行う。部品実装の方法としては、ノズルの下端からのエア吸引を解除したり、メカチャック付きのノズルの場合はメカチャックを開放するなどの方法が可能である。以上で１サイクルの部品実装動作が終了する。

（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態の部品実装方法を示すものである。図５（ａ）において、部品カメラ３１と回路基板３２上の実装位置との間に高さの大きい障害物３３がある場合、Ｘ軸モータ，Ｙ軸モータを同時に回転させると矢印Ａの経路を通るため、障害物３３の上空を通過することになる。これに対し、矢印Ｂのような経路を通れば、ノズルが障害物３３の上空を通らないため、ノズル高さを一定に保ったままでノズルを水平移動させることができる。

図５（ｂ）は、ノズルの経路を制御する方法の一例を示したものである。最初にＸ軸モータの回転を開始し、ノズルのＸ座標が障害物の範囲外Ｘ１に出た時点Ｔ１において、Ｙ軸モータの回転を開始する。この後、Ｙ軸モータが目標位置に到達する時点Ｔ２において、Ｘ軸が目標位置に到達していないならば、Ｙ軸の起動遅れはＸ軸の移動時間範囲内なので、全くロスにならない。

このような経路が成立する場合には、通常の経路Ａではなく障害物を回避する経路Ｂでノズルを移動させるようにする。なお、図５（ｂ）ではモータの移動開始タイミングを変更する例を示したが、モータの速度や加速度を変更したり、これらの組み合わせによる経路を用いても良い。また、障害物を回避するとかえって時間をロスする場合には、図２に示す方法のようにノズル高さの制御で障害物を回避してもよい。

図６は、回路基板４１上に実装された部品の高さを回路基板４１の領域ごとに記憶したデータを図示したものであり、コンピュータ装置（制御手段）に記憶されるものである。このデータは、電子部品を回路基板上に実装する度にリアルタイムで更新する。ここで、次に実装する位置がエリアＥにある場合、矢印Ｃの経路でノズルを移動させると、部品高さ１０ｍｍの上空を通過できる高さでノズルを水平移動させる必要があるが、矢印Ｄの経路でノズルを移動させると、部品高さ３ｍｍの上空を通過できる高さでノズルを水平移動させればよいので、水平移動中のノズル高さを７ｍｍ下げることができる。これにより、部品実装時のノズル昇降ストロークも７ｍｍ短縮できるため、ノズル昇降時間が短縮され生産効率が向上する。なお、ノズル移動経路の制御方法は、図５（ｂ）を用いて説明したものと同様の方法が使用できる。

（実施の形態３）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図７に部品実装装置の搬送レールに対する自動幅寄せ機構を拡大した模式的な斜視図を示した。
以下、自動幅寄せ機構の各部を説明すると、レール幅可変駆動モータ３４は、サーボモータであり、前述のコンピュータ装置１４の制御により電力を供給されて回転し、歯付ベルトプーリ３５及び歯付ベルト３６を介して送りネジ３７を駆動する。従って、レール幅可変駆動モータ３４を正逆に回転させることにより、歯付ベルトプーリ３５、歯付ベルト３６、送りネジ３７並びに送りネジナット３８を介して可動側の搬送レール９ｂを同図の矢印Ｆに示すレールに対して直角の左右方向に進退させることができる。

エンコーダ３９は、レール幅可変駆動モータ３４の回転に伴って回転し、エンコーダセンサ４０は、エンコーダ３９の周辺部を両側から挟む位置に配設される。エンコーダセンサ４０は、「コ」の字型に形成され、発光素子からなる射光部とフォトトランジスタからなる受光部とを備え、コンピュータ装置１４の制御に基づいて駆動される。駆動時には、上記受光部は射光部から照射される特定波長の光を受光してオフになり、遮光されてオンになる。従って、受光部はエンコーダ３９の回転に伴って受光（オフ）／遮光（オン）を繰り返す。エンコーダセンサ４０は、上記受光部のオフ／オンにより回転するエンコーダ３９のスリットを検出し、検出したスリット数をエンコーダパルス数（エンコーダスリット検出信号のオンとオフで１パルス、以下同様）としてコンピュータ装置１４に出力する。コンピュータ装置１４は、このパルス数によりレール幅可変駆動モータ３４の回転角を認識し、レール幅可変駆動モータ３４の回転を駆動制御する。

原点センサ４２も、「コ」の字型に形成され、発光素子からなる射光部とフォトトランジスタからなる受光部とを備え、コンピュータ装置１４の制御に基づいて駆動される。原点突起体４３は、可動レール９ｂと共に移動し、上記原点センサ４２の「コ」の字型の間隙に進入し、あるときは停止し、あるときは通過し、その際、射光部の照射光を遮断する。原点センサ４２は、この照射光の遮断によりオンして原点突起体４３の検出を、即ち可動レール９ｂが原点に到達したことを、コンピュータ装置１４に通知する。

なお、基板８は、可動レール９ｂの幅寄せ処理完了後、コンベアベルト４４上に載置されて、コンベアベルト駆動モータ４５によって、同図に矢印Ｇで示す左上方から右下方へ搬入される。勿論、同図に示す幅寄せ機構部の構成に対して、基板８が同図の右下方から左上方の方向へ搬入されるようにしてもよい。従って、エンコーダ３９、エンコーダセンサ４０、原点センサ４２、原点突起体４３からなる搬送レールの位置検出手段によって、搬送レール９ｂの位置が検出される。

この自動幅寄せ機構は、ＮＣプログラム（部品の装着位置、供給部品情報、基板情報等）に記録されている基板サイズのデータに基づいて、その可動レール９ｂが所望のレール幅となるように動作する。
また、上記自動幅寄せ機構は、手動によってもレール幅の変更が可能となる。図８に手動で幅寄せを行うための幅寄せ機構を拡大した模式的な斜視図を示した。
この幅寄せ機構では、前記レール幅可変駆動モータ３４の代わりに、歯付ベルトプーリ３５をハンドル４６の回転により駆動することで、歯付ベルト３６、送りネジ３７並びに送りネジナット３８を介して可動レール９ｂを同図の矢印Ｆに示すレールに対して直角の左右方向に進退させることができる。この構成によっても、エンコーダ３９、エンコーダセンサ４０、原点センサ４２、原点突起体４３からなる搬送レールの位置検出手段によって、搬送レール９ｂの位置が検出できる。

次に、上述した自動幅寄せ機構或いはマニュアル式の幅寄せ機構を用いて部品を実装する手順を説明する。
図９は基板上の部品装着領域内におけるノズルの移動方法の説明図である。なお、図１において前述した部品実装装置と共通する部位には同じ符号を付して重複する説明を省略することとする。

図９に示すように、制御手段であるコンピュータ装置１４（図１参照）がノズル移動手段を制御・駆動して、一対の搬送レール９ａ、９ｂの外側位置Ｐ２１においては、前述したようにノズル５に保持されている電子部品２８と障害物とが干渉しない高さＨ２でノズル５を、図中矢印Ｌ１に沿って移動させる。そして、ノズル昇降手段を制御・駆動して、ノズル５が搬送レール９ａ、９ｂを超えて（位置Ｐ２２）、ノズル５が部品装着領域内Ｗａの位置Ｐ２３に達したときには、ノズル５が、基板８に近接した部品装着領域内移動高さＨ１に達するように降下させる（図中矢印Ｌ２）。従って、ノズル５は、障害物と干渉しないようにして部品装着領域内Ｗａに達する前から下降を開始し、部品装着領域内Ｗａに達したときには部品装着領域内移動高さＨ１に達するようにする。下降開始のタイミングは、例えばノズル５が搬送レール９ａ，９ｂの直上を超えるとき、或いはこの付近で搬送レール９ａ，９ｂに干渉しない位置から開始することができる。

コンピュータ装置１４は、ノズル移動手段を制御して部品装着領域内移動高さＨ１で部品２８を保持したノズル５を基板８上の部品装着位置Ｐ２４に、図中矢印Ｌ３に沿って移動させ、部品装着領域内移動高さＨ１から部品２８を部品装着位置Ｐ２５に実装する。
ここで、コンピュータ装置１４は、部品装着領域内移動高さＨ１からノズル５を下降させて部品２８を基板８上に実装する際には、ノズル５が円弧状の移動軌跡で降下（図９中矢印Ｌ４）するようにノズル昇降手段およびノズル移動手段を同時に制御して駆動する。そして、部品２８の実装が完了したら、降下時と同様に円弧状軌跡でノズル５を上昇させる（図９中矢印Ｌ５）。

即ち、図１０に示すように、コンピュータ装置１４は、部品装着位置の手前位置Ｐ２４からノズル移動手段とノズル昇降手段とを同時に制御して駆動し、水平移動動作を行うとともに降下動作を行って、ノズル５を円弧状に降下させる（図１０中矢印Ｌ４）。Ｐ２５において部品を基板に装着した後は、コンピュータ装置１４がノズル移動手段とノズル昇降手段とを同時に制御して、円弧状の上昇させて（図１０中矢印Ｌ５）、所定位置Ｐ２６においてノズル５が再度部品装着領域内移動高さＨ１となるように制御させる。なお、既に装着済みの部品との干渉がある場合、上記の円弧状軌跡による動作は使用できないので、干渉する虞のある領域では、部品実装位置の真上からノズル５を降下させるようにする。

なお、前述した部品装着領域内移動高さＨ１とは、ノズル５が部品装着領域内を移動する際に、他の部品等の障害物と干渉しない最も低い高さをいい、例えば基板面から＋５ｍｍの高さを採用することができる。この高さは、部品との干渉が生じない程度に低く設定することが望ましく、部品高さの最大値＋１ｍｍ、乃至、基板面から＋１０ｍｍの高さに設定することが好ましい。より好ましくは基板面から＋３ｍｍ〜７ｍｍの高さがよい。
また、図１１に示すように、部品装着領域としては、基板８の端部側に設けられた一対の基板マーク４１ａ、４１ｂより内側の領域を採用することができる。また、基板マーク４１ａ、４１ｂは図１１に示されるように、部品装着領域の対角線上に２個配置すれば十分である。なお、この基板マークを認識して部品装着領域を所定の条件で算出するようにしてもよく、基板マーク以外の指標を用いて部品装着領域を設定することも可能である。さらに、搬送する基板幅に応じて移動する搬送レールと、搬送レールの位置を検出する位置検出手段とを備え、位置検出手段の搬送レールの位置情報から部品装着領域を算出するようにしてもよい。

部品装着領域の設定に当たっては、次に示す点も設定条件となる。
１）搬送レールの固定側と移動側との間隔は、対象基板の大きさに合わせて最小５０ｍｍとなっている。これより内側の領域には搬送レールは存在しないため、部品装着領域はこれらの搬送レールの間に設定する。
２）ノズルに保持されている部品を、コンピュータ装置１４により仮想的に（演算により）３６０°回転させ、搬送レールに干渉しないことを確認して部品装着領域を設定する。

以上のことより、部品装着領域を算出する好適な形態としては、
・基板マークを認識して算出する（基板マークは、実装の開始にあたって基板位置を算出するために必ず認識する）。
・搬送レールが自動幅調整方式の場合は、搬送レールの位置情報から算出する。
の方法が採用できる。

なお、前述したＮＣプログラムから基板の大きさを得ることができ、その情報から部品装着領域を算出することは可能であるが、必ずしもＮＣプログラム通りの基板が供給されているかは定かではないので、より確実な、基板マークを認識して算出する、または搬送レールの位置情報から算出する方法を採用することが好ましい。

以上のように、部品装着領域内においては、ノズル５は部品装着領域内移動高さＨ１で移動し、部品２８の実装はノズル５を部品装着領域内移動高さＨ１から降下させて行うので、ノズル５の昇降ストロークを短くすることができる。これにより、実装に要する時間を短縮化して生産効率を改善することができる。
また、実装時におけるノズル５の降下動作を、円弧状の軌跡で行うことにより、実質的なノズル５の移動パス長が短縮され、さらに実装の高速化を図ることができ、生産効率を改善することができる。

本発明の一実施の形態を示す部品実装装置の斜視図である。 本発明の実施の形態１のノズルと障害物との関係図である。 図１の障害物の位置と高さ数値表を示す図である。 図２のフローチャートである。 本発明の実施の形態２のノズルと障害物との関係図である。 本発明の実施の形態２における基板の高さ数値表を示す図である。 部品実装装置の搬送レールに対する自動幅寄せ機構を拡大した模式的な斜視図である。 手動で幅寄せを行うための幅寄せ機構を拡大した模式的な斜視図である。 本発明の実施形態３におけるノズルの移動軌跡を示す説明図である。 実装時におけるノズルの移動軌跡を示す説明図である。 部品装着領域の説明図である。 従来技術を示す斜視図である。 従来技術におけるノズルの移動軌跡を示す斜視図である。

符号の説明

５，２２ ノズル
１，２、３ ノズル移動手段
６ ノズル昇降手段
７，２１ 部品供給装置
１０，２３ 部品カメラ（障害物の一例）
９，２６ 搬送レール（障害物の一例）
１２，２４ ノズルステーション（障害物の一例）
１３，２５ 基準マーク（障害物の一例）
１４ コンピュータ装置（制御手段）
３９ エンコーダ
４０ エンコーダセンサ
４１ 基板マーク
４２ 原点センサ
４３ 原点突起体

Claims (11)

1. 部品供給装置より供給された部品を下端に保持するノズルと、該ノズルを昇降せしめるノズル昇降手段と、前記ノズルを水平方向に移動せしめるノズル移動手段と、前記部品供給装置の部品取り出し高さ又は搬送レールで搬送される基板の装着高さを超える障害物と、前記基板に前記ノズル移動手段により移動された部品を装着するように前記ノズル昇降手段およびノズル移動手段を制御する制御手段とを備えた部品実装装置であって、
   前記制御手段は前記部品供給装置と前記基板の間に配置された複数の障害物の位置と高さを記憶しておくと共に、前記ノズルが前記部品供給装置の部品取り出し位置から部品を取り出し前記基板の装着位置に移動する際に、前記ノズルを最初の障害物に干渉しない高さに位置させ最初の障害物を通過し終わるのと同期して次の障害物に干渉しない高さに移動させるようにした部品実装装置。
2. 障害物は該部品を前記ノズルの下方から撮像する部品カメラと、前記基板を搬送する搬送レールと、予備のノズルを格納するノズルステーションと、前記部品供給装置と基板の間に設けた位置補正を行うための基準マークのうちの少なくとも１つを含み、前記部品カメラによる部品の撮像の後、前記ノズルが部品カメラを通過し終わるのと同期してノズルを下降させ、または前記ノズルが搬送レールを通過し終わるのと同期して前記ノズルを下降させ、または前記ノズルが前記ノズルステーションを通過し終わるのと同期して前記ノズルを下降させ、または前記ノズルが前記基準マークを通過し終わるのと同期して前記ノズルを下降させるようにした請求項１記載の部品実装装置。
3. 部品供給装置より供給された部品を下端に保持するノズルと、該ノズルを昇降せしめるノズル昇降手段と、前記ノズルを水平方向に移動せしめるノズル移動手段と、前記部品供給装置の部品取り出し高さ又は搬送レールで搬送される基板の装着高さを超える障害物と、前記基板に前記ノズル移動手段により移動された部品を装着するように前記ノズル昇降手段およびノズル移動手段を制御する制御手段とを備えた部品実装装置であって、
   前記制御手段は前記部品供給装置と前記基板の間に配置された複数の障害物の位置と高さを記憶しておくと共に、前記ノズルが前記部品供給装置の部品取り出し位置から部品を取り出し前記基板の装着位置に移動する際に、ノズルが所定の高さのままで基板上の部品実装位置まで移動可能な水平方向の経路を決定してノズルを移動させるようにした部品実装装置。
4. 部品供給装置より供給された部品を基板に実装するために下端に保持するノズルと、該ノズルを昇降せしめるノズル昇降手段と、前記ノズルを水平方向に移動せしめるノズル移動手段と、前記基板に前記ノズル移動手段により移動された部品を装着するように前記ノズル昇降手段およびノズル移動手段を制御する制御手段とを備えた部品実装装置であって、
   前記制御手段が、前記ノズルが前記基板上の部品装着領域内に達したときには当該ノズルが前記基板に近接した部品装着領域内移動高さに接近するように前記ノズル昇降手段を制御するとともに、前記ノズル移動手段を制御して前記部品装着領域内移動高さで前記部品を保持したノズルを前記基板上の部品装着位置に移動させ、前記部品装着領域内移動高さから前記部品を前記部品装着位置に実装する部品実装装置。
5. 前記部品装着領域が、前記基板の端部側に設けられた基板マークを認識し前記部品装着領域を算出する請求項４記載の部品実装装置。
6. 搬送する基板幅に応じて移動する搬送レールと、該搬送レールの位置を検出する位置検出手段とを備え、該位置検出手段の搬送レールの位置情報から前記部品装着領域を算出する請求項４記載の部品実装装置。
7. 前記部品装着領域移動高さが、基板に実装済みの部品高さと、ノズルに保持している部品高さと、ノズルが移動に必要な隙間と、を加味した高さである請求項４〜請求項６のいずれか１項記載の部品実装装置。
8. 前記制御手段が、前記部品装着領域内移動高さから前記部品を前記基板の部品装着位置に実装する際に、前記ノズルが円弧状の移動軌跡で移動するように前記ノズル昇降手段および前記ノズル移動手段を同時に駆動する請求項４〜請求項７のいずれか１項記載の部品実装装置。
9. 部品供給装置より供給された部品を下端にノズルで保持し、該ノズルを昇降及び水平方向に移動させ、前記部品供給装置の部品取り出し高さ又は搬送レールで搬送される基板の装着高さを超える障害物を避けて前記部品を基板に装着する部品実装方法であって、
   前記部品供給装置と前記基板の間に配置された複数の障害物の位置と高さを記憶し、前記ノズルが前記部品供給装置の部品取り出し位置から部品を取り出し前記基板の装着位置に移動する際に、前記複数の障害物の中で、最大高さのものを見つけ、前記ノズルを前記最大高さの障害物に干渉しない高さまで上昇させて水平移動させ、ノズルが前記障害物を通過し終わると現在のノズル高さとこれから通過する障害物の高さを比較し、ノズルがこれから通過する障害物の高さより高い場合はノズルを前記障害物に干渉しない高さまで下降させるようにした部品実装方法。
10. 部品供給装置より供給された部品を下端にノズルで保持し、該ノズルを昇降及び水平方向に移動させて前記部品を基板に装着する部品実装方法であって、
    前記ノズルが前記基板上の部品装着領域内に達したときには当該ノズルが前記基板に近接した部品装着領域内移動高さに接近、前記部品装着領域内移動高さで前記部品を保持した前記ノズルを前記基板上の部品装着位置に移動させ、前記部品装着領域内移動高さから前記部品を前記部品装着位置に実装する部品実装方法。
11. 前記部品を前記基板に実装する際に、前記ノズルが円弧状の移動軌跡で移動するように、水平方向移動動作と昇降動作とを同時に行う請求項１０記載の部品実装方法。

Images