JP2006173442A - 部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品取り出し動作を高速で実行することができ、部品実装動作の効率向上を実現することができる部品実装装置を提供することを目的とする。
【解決手段】テープフィーダ４から実装ヘッド８により部品を取り出して基板に実装する部品実装装置において、テープフィーダ４の部品送り動作を制御するフィーダ制御部１９と実装ヘッド４のノズル昇降・吸着動作を制御するヘッド制御部２２との間のタイミング信号の授受を、発光素子１７ａ、１８ａ、受光素子１７ｂ、１８ｂを対向させて信号伝達を行う光通信素子１７，１８を介して行う。これにより、部品供給部に多数基のテープフィーダ４を配置する場合にあっても、テープフィーダ４と制御部２０との間のシリアル通信量を軽減し、通信時間の遅延を排して部品取り出し動作を高速で実行することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、パーツフィーダによって供給される部品を取り出して基板に実装する部品実装装置に関するものである。

部品基板に実装する部品実装装置では、テープフィーダなどのパーツフィーダから実装ヘッドによって部品を吸着保持して取り出し、基板に移送搭載する部品実装動作が反復して実行される。この部品実装動作においては、パーツフィーダによって部品を実装ヘッドによる取り出し位置に送る部品送り動作と、実装ヘッドに備えられた部品吸着ノズルによって部品を吸着保持して取り出すピックアップ動作とが交互に行われる。

この動作過程においては、部品送り動作とピックアップ動作のそれぞれの単位動作の開始と終了を示すタイミング信号が実装ヘッドとパーツフィーダとの間で授受され、これらのタイミング信号に基づいて部品実装動作とピックアップ動作が実行される。このようなタイミング信号の授受を行う方法として、部品実装装置に備えられた本体制御部を介して実装ヘッドとパーツフィーダとが通信を行う方式のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１２４６８８号公報

しかしながら、上述のようにホストコンピュータとしての本体制御部を介して通信を行う方式には、部品供給部に多数基のパーツフィーダを配列する場合に、装置動作の高速化を図る上で、以下のような不都合がある。

すなわち、部品供給部に装着された各パーツフィーダと本体制御部とはシリアル通信によって信号を授受するため、パーツフィーダの数量が増大すると部品供給部と本体制御部との間での信号授受のための通信時間が遅延する。さらに、ホストコンピュータとしての本体制御部を介して信号授受を行う場合には、信号は発信元からの信号が一旦本体制御部に入力として取り込まれた後に伝達先に出力されることから、信号伝達に要する通信処理時間は個々の信号によってばらつき、タクトタイムの短縮が阻害されていた。このように従来の部品実装装置においては、パーツフィーダと実装ヘッドとの間での信号伝達に起因して、部品取り出し動作を高速で実行することが困難で、部品実装動作の効率向上が阻害される場合が生じていた。

そこで本発明は、部品取り出し動作を高速で実行することができ、部品実装動作の効率向上を実現することができる部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、部品を供給するパーツフィーダから実装ヘッドにより前記部品を取り出して基板に実装する部品実装装置であって、前記実装ヘッドは、昇降・吸引動作により前記部品を保持する部品保持ノズルと、前記部品保持ノズルの昇降・吸引状態に関するノズル情報を検出するノズル情報検出部と、前記ノズル情報を送信するとともに前記パーツフィーダから送信される情報を受信するヘッド通信部とを備え、前記パーツフィーダは、前記部品を前記実装ヘッドによる取り出し位置に送る部品送り機構と、前記部品送り機構の駆動状態に関するフィーダ情報を検出するフィーダ情報検出部と、前記フィーダ情報を送信するとともに前記実装ヘッドから送信される情報を受信するフィーダ通信部
とを備え、前記ヘッド通信部から前記フィーダ通信部へのノズル情報の伝達およびまたは前記フィーダ通信部から前記ヘッド通信部へのフィーダ情報の伝達を、前記実装ヘッドと前記パーツフィーダとの間で直接信号伝達が可能な信号伝達手段によって行う。

本発明によれば、ヘッド通信部からフィーダ通信部へのノズル情報の伝達およびまたはフィーダ通信部からヘッド通信部へのフィーダ情報の伝達を、ヘッド通信部とフィーダ通信部との間で直接信号伝達が可能な信号伝達手段によって行うことにより、本体制御部を介して通信を行う場合に生じる通信処理時間の遅延を排して部品取り出し動作を高速で実行することができ、部品実装動作の効率向上を実現することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の部品実装装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分平面図、図３は本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分断面図、図４、図５は本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図６は本発明の一実施の形態の部品実装装置による部品搭載動作の動作フロー図、図７は本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分平面図である。

まず図１、図２，図３を参照して、部品を基板に実装する部品実装装置の構造について説明する。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示している。図１において、部品実装装置１は実装される部品を供給する部品供給部２を備えており、部品供給部２に設けられたフィーダベース３の上面には、部品を供給するパーツフィーダとしてのテープフィーダ４が複数基装着されている。テープフィーダ４は、フィーダベース３の下方に位置した台車５にセットされた供給リール６から、部品１３（図３参照）を保持したキャリアテープ７を引き出し、保持された部品１３を実装ヘッド８による取り出し位置まで供給する。

実装ヘッド８は、昇降・吸引動作により部品１３を保持する部品保持ノズル８ａによってテープフィーダ４から取り出した部品１３を、搬送機構９によって搬送され位置決めされた基板１０に実装する機能を有している。搬送機構９は、基板搬送・位置決め部１２によって駆動される。実装ヘッド８の水平移動は実装ヘッド水平駆動部１１によって駆動され、部品保持ノズル８ａの昇降は内蔵された昇降機構によって行われる。

図３に示すように、テープフィーダ４は部品１３を保持したキャリアテープ７をピッチ送りするためのテープ送り機構１４を備えている。テープ送り機構１４はキャリアテープ７を送り爪によってテープ送りするスプロケット１６をテープ送りモータ１５によって回転駆動する構成となっており、キャリアテープ７をテープ送り機構１４によってピッチ送りすることにより、保持された部品１３は実装ヘッド８の部品保持ノズル８ａによる取り出し位置に設けられた開口部４ａまで送られる。したがって、テープ送り機構１４は、部品１３を実装ヘッド８による取り出し位置に送る部品送り機構となっている。

図２，図３に示すように、テープフィーダ４の上面には発光素子１７ａ、受光素子１８ｂが設けられており、実装ヘッド８の下面には受光素子１７ｂ、発光素子１８ａが設けられている。発光素子１７ａと受光素子１７ｂ、発光素子１８ａと受光素子１８ｂは、それぞれ赤外線などの光を信号伝達媒体とする１対の光通信素子１７，１８（図４参照）を構成する。

実装ヘッド８を移動させて部品保持ノズル８ａをテープフィーダ４の開口部４ａに対して位置合わせした状態では、発光素子１７ａと受光素子１７ｂ、発光素子１８ａと受光素子１８ｂとがそれぞれ対向した位置にあり、これにより光通信によるワイヤレスの信号伝
達が行われる。すなわち発光素子１７ａからの光を受光素子１７ｂが受信することによりテープフィーダ４から実装ヘッド８への信号伝達が行われ、また発光素子１８ａからの光を受光素子１８ｂが受信することにより、実装ヘッド８からテープフィーダ４への信号伝達が行われる。

このとき、隣接するテープフィーダ４との混信を防ぐために、発光された光の指向性向上させることを目的として簡単な光学系を装備することが望ましい。また隣接するテープフィーダ４相互の干渉・混信を防止するために、テープフィーダ４ごとに発光パターンを異ならせるようにしてもよい。

本実施の形態においては、以下に説明するように、このような光通信による信号伝達手段を用いて、テープフィーダ４と実装ヘッド８の動作シーケンスにおけるタイミング信号の授受を、テープフィーダ４と実装ヘッド８の間で直接に行わせるようにしている。したがって、発光素子１７ａと受光素子１８ｂ、発光素子１８ａと受光素子１８ｂによってそれぞれ構成される光通信素子１７，１８は、実装ヘッド８とテープフィーダ４との間で直接信号伝達が可能な信号伝達手段となっている。

次に図４、図５を参照して、制御系の構成を説明する。図４において、実装ヘッド水平駆動部１１、基板搬送・位置決め部１２は、部品実装装置１の本体制御装置である制御部２０によって制御される。制御部２０による制御処理に際しては、記憶部２１に記憶されたプログラムやデータが用いられる。これにより、実装ヘッド８の水平移動動作、搬送機構９による基板搬送・位置決め動作が制御される。

テープフィーダ４、実装ヘッド８は、それぞれ端末制御部としてのフィーダ制御部１９、ヘッド制御部２２を備えている。制御部２０がフィーダ制御部１９、ヘッド制御部２２を制御することにより、テープフィーダ４においてはテープ送り機構１４が制御され、実装ヘッド８においては部品保持ノズル８ａの昇降・吸引を行うノズル昇降・吸引機構２３が制御される。

図５（ａ）に示すように、ヘッド制御部２２は、昇降・吸引制御部２２ａ、ノズル情報検出部２２ｂ、ヘッド通信部２２ｃより構成される。昇降・吸引制御部２２ａは、ノズル昇降・吸引機構２３を制御することにより部品保持ノズル８ａの吸引・昇降動作を制御する。ノズル情報検出部２２ｂは、ノズル昇降・吸引機構２３の駆動状態を監視することにより、部品保持ノズル８ａの昇降・吸引状態に関するノズル情報を検出する。このノズル情報により、部品保持ノズル８ａの吸引・昇降の動作状態が常に確認され、動作過程における特定タイミング（例えば部品保持ノズル８ａが部品１３を吸着保持した後に上昇を完了して、次動作への移行が可能となるタイミング）を示すタイミング信号が、テープフィーダ４に対して発信される。

ヘッド通信部２２ｃはシリアル通信回線によって制御部２０に接続されており、このシリアル通信回線を介して制御部２０との信号授受を行うとともに、光通信素子１７，１８を介してテープフィーダ４との信号授受を行う。前述のタイミング信号を含むノズル情報は、制御部２０を介してまたは光通信素子１８を介してテープフィーダ４に対して送信される。また制御部２０やテープフィーダ４から送信される情報は、ヘッド通信部２２ｃによって受信される。すなわち、ヘッド通信部２２ｃは、ノズル情報を送信するとともに、テープフィーダ４から送信される情報を受信する。

図５（ｂ）に示すように、フィーダ制御部１９は、部品送り制御部１９ａ、フィーダ情報検出部１９ｂ、フィーダ通信部１９ｃより構成される。部品送り制御部１９ａは、テープ送り機構１４を制御することにより、キャリアテープ７のテープ送り動作、すなわち部
品１３を取り出し位置に送る部品送り動作を制御する。フィーダ情報検出部１９ｂは、テープ送り機構１４の駆動状態に関するフィーダ情報を検出する。このフィーダ情報により、テープ送り機構１４の動作状態が常に確認され、動作過程における特定タイミング（例えばテープ送り機構１４によるキャリアテープ７のピッチ送りが完了して、部品１３を開口部４ａから取り出す準備が完了したタイミング）を示すタイミング信号が、テープフィーダ４に対して発信される。

フィーダ通信部１９ｃはシリアル通信回線によって制御部２０に接続されており、このシリアル通信回線を介して制御部２０との信号授受を行うとともに、光通信素子１７，１８を介して実装ヘッド８との信号授受を行う。前述のタイミング信号を含むフィーダ情報は、制御部２０を介してまたは光通信素子１７を介して実装ヘッド８に対して送信される。また制御部２０や実装ヘッド８から送信される情報は、フィーダ通信部１９ｃによって受信される。すなわち、フィーダ通信部１９ｃは、フィーダ情報を送信するとともに、実装ヘッド８から送信される情報を受信する。

上記構成において、ヘッド通信部２２ｃ、フィーダ通信部１９ｃはいずれも制御部２０を介して相互に通信が可能となっており、フィーダ制御部１９、ヘッド制御部２２は制御部２０を介した信号授受と、光通信素子１７，１８を用いた直接信号伝達による信号授受のいずれをも行うことが可能となっている。以下に説明する動作シーケンスにおいては、タイミング信号の授受を全て光通信素子を用いた直接信号伝達によって行ってもよいし、テープフィーダ４、実装ヘッド８のいずれかからの信号送信のみを光通信素子１７，１８を用いた直接信号伝達によって行い、制御部２０を介したシリアル通信と併用するようにしてもよい。

すなわち本実施の形態においては、ヘッド通信部２２ｃからフィーダ通信部１９ｃへのノズル情報の伝達およびまたはフィーダ通信部１９ｃからヘッド通信部２２ｃへのフィーダ情報の伝達を、実装ヘッド８とテープフィーダ４との間で直接信号伝達が可能な信号伝達手段によって行う形態となっている。このような制御部２０を介してのシリアル通信と、光通信素子１７，１８による直接信号伝達とを併用することにより、シリアル通信による通信量を減少させ、制御部２０の通信負荷を軽減することができるという効果がある。

次に図６を参照して、部品実装作業における実装ヘッド８とテープフィーダ４の動作およびこの動作過程におけるテープフィーダ４と実装ヘッド８との間のタイミング信号の授受について説明する。鎖線枠で示す８および４は、それぞれ実装ヘッド８、テープフィーダ４にて実行される動作・処理を示している。まず生産開始が指令されると、実装ヘッド８が実装の対象とする部品１３を収納したテープフィーダ４（以下、対象フィーダと略記）の上方に移動する（ＳＴ１）。

このとき、テープフィーダ４においても動作・処理が並行して実行されており、対象フィーダが準備完了信号を出す（ＳＴ７）。すなわち、テープ送り機構１４の動作をフィーダ通信部１９ｃが監視してフィーダ情報として出力することにより、フィーダ通信部１９ｃは部品送り動作が完了したことを示す準備完了信号を光通信素子１７を介してヘッド通信部２２ｃに伝達する。そして昇降・吸引制御部２２ａは、この準備完了信号を受信することにより、対象フィーダの準備完了を確認する（ＳＴ２）。

これにより昇降・吸引制御部２２ａがノズル昇降・吸引機構２３を駆動させて、実装ヘッド８が昇降・吸着動作を開始する（ＳＴ３）。すなわち、昇降・吸引制御部２２ａが部品保持ノズル８ａを下降させて開口部４ａ内の部品１３を吸着保持した後に、部品保持ノズル８ａを上昇させ、これにより実装ヘッド８が昇降・吸着動作を完了する（ＳＴ４）。そして昇降・吸着動作の完了が検出され、実装ヘッド８が動作完了信号を出す（ＳＴ５）
。すなわちノズル情報検出部２２ｂがノズル昇降・吸引機構２３の駆動状態を監視してノズル情報として出力することにより、ヘッド通信部２２ｃは動作完了信号を出力する。

この後、部品保持ノズル８ａに部品１３を保持した実装ヘッド８は基板１０へ移動し、ここで部品１３を基板１０へ実装する（ＳＴ６）。これにより、実装ヘッド８による１回の動作サイクルが完了し、（ＳＴ１）に戻って新たな動作サイクルが開始される。この動作処理と並行して、テープフィーダ４においては、（ＳＴ５）において出力された動作完了信号を光通信素子１８を介してフィーダ通信部１９ｃが受信する。そして部品送り制御部１９ａがこの動作完了信号を受信することにより、対象フィーダが実装ヘッド８の動作完了を確認する（ＳＴ８）。

次いで、新たな部品１３の供給のために対象フィーダがピッチ送りを開始する（ＳＴ９）。そして対象フィーダがキャリアテープ７のピッチ送りを完了する（ＳＴ１０）。これにより、テープフィーダ４による１回の動作サイクルが完了し、（ＳＴ７）に戻って新たな動作サイクルが開始される。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装装置においては、ヘッド通信部２２ｃとフィーダ通信部１９ｃとの間で行われるタイミング信号の授受を、光通信素子１７，１８を用いた信号伝達手段によってヘッド通信部２２ｃとフィーダ通信部１９ｃとの間で直接行うようにしたものである。これにより、タイミング信号の授受に要する時間を安定させて、タクトタイムを短縮することができるとともに、多数基のテープフィーダ４が部品供給部２に配置される場合にあっても、フィーダ通信部２２ｃと制御部２０との間のシリアル通信の通信量が大幅に増加することがない。したがって、テープフィーダ４と実装ヘッド８との間での信号伝達に起因する通信伝達処理時間の遅延を排除して、部品取り出し動作を高速で実行することができる。

なお上記実施の形態においては、実装ヘッド８として部品保持ノズル８ａを１つのみ備えた単装型ヘッドの例を示したが、図７に示すように、単装型の単位実装ヘッド８Ａを複数基連結した多連型実装ヘッド１０８を用いる場合においても、本発明を適用することができる。単位実装ヘッド８Ａは、実装ヘッド８と同様に部品保持ノズル８ａ、発光素子１８ａ、受光素子１７ｂを備えており、多連型実装ヘッド１０８を移動させて部品供給部２から部品１３を取り出す際には、各単位実装ヘッド８Ａを対象となるテープフィーダ４に順次位置合わせする。

すなわち、図６に示す動作フローにおいて、各単位実装ヘッド８Ａ毎に（ＳＴ１）〜（ＳＴ５）までの動作処理を反復実行し、全ての単位実装ヘッド８Ａによって部品１３を取り出した後に（ＳＴ６）に移行する。そして、（ＳＴ２）、（ＳＴ５）を反復実行する度に、テープフィーダ４との間でタイミング信号の授受が行われる。

なお、多連型実装ヘッド１０８を採用する場合において、各単位実装ヘッド８Ａに発光素子１８ａ、受光素子１７ｂを装備する替わりに、多連型実装ヘッド１０８全体に発光素子１８ａ、受光素子１７ｂをそれぞれ１つづつ装備し、各単位実装ヘッド８Ａがこれらの発光素子１８ａ、受光素子１７ｂを用いてテープフィーダ４と通信するようにしてもよい。

本発明の部品実装装置は、通信時間の遅延を排して部品取り出し動作を高速で実行して、部品実装動作の効率向上を実現することができるという効果を有し、多数基のパーツフィーダを備えた部品実装装置に有用である。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分平面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分断面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の部品実装装置による部品搭載動作の動作フロー図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分平面図

符号の説明

１ 部品実装装置
２ 部品供給部
４ テープフィーダ
７ キャリアテープ
８ 実装ヘッド
１０ 基板
１３ 部品
１７、１８ 光通信素子
１７ａ、１８ａ 発光素子
１７ｂ、１８ｂ 受光素子
１９ フィーダ制御部
２２ ヘッド制御部

Claims (2)

1. 部品を供給するパーツフィーダから実装ヘッドにより前記部品を取り出して基板に実装する部品実装装置であって、
   前記実装ヘッドは、昇降・吸引動作により前記部品を保持する部品保持ノズルと、前記部品保持ノズルの昇降・吸引状態に関するノズル情報を検出するノズル情報検出部と、前記ノズル情報を送信するとともに前記パーツフィーダから送信される情報を受信するヘッド通信部とを備え、
   前記パーツフィーダは、前記部品を前記実装ヘッドによる取り出し位置に送る部品送り機構と、前記部品送り機構の駆動状態に関するフィーダ情報を検出するフィーダ情報検出部と、前記フィーダ情報を送信するとともに前記実装ヘッドから送信される情報を受信するフィーダ通信部とを備え、
   前記ヘッド通信部から前記フィーダ通信部へのノズル情報の伝達およびまたは前記フィーダ通信部から前記ヘッド通信部へのフィーダ情報の伝達を、前記実装ヘッドと前記パーツフィーダとの間で直接信号伝達が可能な信号伝達手段によって行うことを特徴とする部品実装装置。
2. 前記信号伝達手段は、光を信号伝達媒体として用いることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
   

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