JP2008021783A - 部品移載装置およびそれを備える表面実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】部品保持部材の破損を防ぎつつサイクルタイムを短縮して部品移送効率を向上させることが可能な部品移載装置およびそれを備える表面実装機を提供する。
【解決手段】この部品移載装置は、部品を保持可能なノズル部材を略鉛直方向に昇降させるエアシリンダ２４と、ノズル部材を略水平方向に移動させるＸ軸およびＹ軸サーボモータと、エアシリンダ２４および各サーボモータを駆動制御する制御手段５０とを備えている。制御手段５０は、エアシリンダ２４に駆動開始信号を出力してからノズル部材が下降動作を完了するまでの所要時間であるノズル部材の駆動所要時間Ｔを、エアシリンダ２４の直近の駆動時刻からの経過時間であるエアシリンダ２４の非駆動時間ｔに基づいて求めるとともに、ノズル部材を下降させるタイミングを、ノズル部材の駆動所要時間Ｔに応じて可変的に設定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、部品移載装置およびそれを備える表面実装機に関し、特に、エア式アクチュエータを駆動源として昇降する部品保持部材により部品を拾い上げて移送し所定位置に載置する部品移載装置およびそれを備える表面実装機に関する。

従来から、表面実装機においてフィーダから供給された部品を拾い上げて移送し基板に実装するように構成された部品移載装置が広く知られている。この部品移載装置は、部品を保持可能な吸着ノズル（部品保持部材）と、この吸着ノズルを水平方向に移動させる水平駆動手段と、吸着ノズルを垂直方向に昇降させる垂直駆動手段とを備えており、これら水平駆動手段および垂直駆動手段が適宜駆動制御されることで上記吸着ノズルを所定の目的位置に向けて移動させ、これによってフィーダに収容された部品を取り出して基板に実装させるようになっている。そして、上記吸着ノズルを昇降駆動するための垂直駆動手段として、空気式のアクチュエータであるエアシリンダを用いる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−２０９６７８号公報

ところで、上記のように吸着ノズルの駆動源としてエアシリンダを用いた部品移載装置において、このエアシリンダに駆動信号が送られてから実際にエアシリンダのピストンが圧縮空気によって押動されて吸着ノズルが所定量下降されるまでの時間（吸着ノズルの駆動所要時間）は、エアシリンダが駆動されていない時間（エアシリンダの非駆動時間）によって変化する。このため、上記吸着ノズルが目的位置上方に到達する時期に対して上記吸着ノズルの下降開始タイミングを適正に制御しないと、例えば吸着ノズルが目的位置上方に到達する前に吸着ノズルの下降動作が完了してしまった場合は、吸着ノズルが基板に既に実装されている部品等に接触して破損する虞がある。そこで、このような不具合を確実に防止するための措置として、上記吸着ノズルを下降させるタイミングを、吸着ノズルの駆動所要時間が短い場合を想定した遅めのタイミングに定常的に設定することが考えられる。

しかしながら、吸着ノズルの下降開始タイミングを上記のように設定してしまうと、吸着ノズルの駆動所要時間が長い場合は、当該吸着ノズルが目的位置上方に到達してから吸着ノズルの下降動作が完了されるまでの間に長い待ち時間が発生し、その分だけサイクルタイムが増大してしまう。

なお、このような問題点は、上記吸着ノズルに限らず、エア式アクチュエータの駆動に応じて昇降する各種部品保持部材にも同様に生じ得るものである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エア式アクチュエータの特性を合理的に利用して、部品保持部材の破損を防ぎつつサイクルタイムを短縮して部品移送効率を向上させることが可能な部品移載装置およびそれを備える表面実装機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の請求項１に記載の部品移載装置は、部品を拾い上げて移送し所定位置に載置する部品移載装置であって、前記部品を保持可能な部品保持部材と、前記部品保持部材を略鉛直方向に昇降させるエア式アクチュエータと、前記部品保持部材を略水平方向に移動させる水平駆動手段と、前記部品保持部材を前記部品の移送元を経由して前記部品の移送先まで移動させるとともに少なくとも前記移送元および前記移送先において昇降させるように前記エア式アクチュエータおよび前記水平駆動手段を駆動制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記部品保持部材を下降させるべく前記エア式アクチュエータに駆動開始信号を出力してから前記部品保持部材が下降動作を完了するまでの所要時間である前記部品保持部材の駆動所要時間を、前記エア式アクチュエータの直近の駆動時刻からの経過時間である前記エア式アクチュエータの非駆動時間に基づいて求めるとともに、前記部品保持部材を下降させるタイミングを、前記部品保持部材の駆動所要時間に応じて可変的に設定することを特徴とする。

この請求項１に記載の部品移載装置では、上記のように、エア式アクチュエータを駆動源として昇降するとともに水平駆動手段を駆動源として水平移動する部品保持部材により部品を拾い上げて移送し所定位置に載置する部品移載装置において、エア式アクチュエータの非駆動時間に基づいて部品保持部材の駆動所要時間を求めるとともに、部品保持部材を下降させるタイミングを、上記部品保持部材の駆動所要時間に応じて変化させるように構成することによって、例えば長時間休止後の運転再開時のように、エア式アクチュエータの非駆動時間が長いことに起因して部品保持部材の駆動所要時間が相対的に長くなる場合に、その駆動所要時間の長い分を考慮した早めのタイミングで部品保持部材を下降させる信号を出力することができる一方、連続運転時のように、エア式アクチュエータの非駆動時間が短いことに起因して部品保持部材の駆動所要時間が相対的に短くなる場合に、その駆動所要時間の短い分を考慮した遅めのタイミングで部品保持部材を下降させる信号を出力することができる。従って、従来のように吸着ノズル（部品保持部材）の下降開始タイミングを遅めのタイミングに定常的に設定する場合と異なり、部品保持部材の駆動所要時間が長い場合でも、部品保持部材を早めのタイミングで下降させることで、水平駆動手段によって部品保持部材が目的位置の上方に到達してからエア式アクチュエータによる下降動作が完了するまでの間の待ち時間を短縮することができる。これにより、サイクルタイムを短縮することができるので、部品の移送効率を向上させることができる。また、上記のように、部品保持部材を下降させるタイミングを上記部品保持部材の駆動所要時間に応じて可変的に設定するように構成したので、部品保持部材が下降動作を完了された状態で水平移動されることのないタイミングで上記部品保持部材を下降させることができる。その結果、部品保持部材が他の部材に接触して破損するのを防ぐことができる。

上記請求項１に記載の部品移載装置において、好ましくは、前記制御手段は、前記移送元および前記移送先のいずれかを目的位置として前記部品保持部材を移動させる際に、前記部品保持部材の駆動所要時間から前記部品保持部材が前記水平駆動手段によって前記目的位置の上方に到達するのに要する時間である前記部品保持部材の移動所要時間を差し引いた時間が所定時間以上になったことを起点として前記部品保持部材を下降させるように構成されている（請求項２）。このように構成すれば、部品保持部材の駆動所要時間が移動所要時間よりも所定時間長くなったときに部品保持部材を下降させることになるので、部品保持部材が水平移動している最中に下降動作が完了されることがない。これにより、部品保持部材が他の部材に接触して破損するのを確実に防止することができる。

上記請求項１または２に記載の部品移載装置において、好ましくは、前記エア式アクチュエータの直近の駆動時刻である最終駆動時刻を記憶する駆動実績記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記駆動実績記憶手段から読み出された最終駆動時刻に基づいて前記エア式アクチュエータの非駆動時間を算出するように構成されている（請求項３）。このように構成すれば、駆動実績記憶手段から読み出したエア式アクチュエータの最終駆動時刻と現在時刻との時間差から容易にかつ正確にエア式アクチュエータの非駆動時間を算出することができるので、この非駆動時間に応じた部品保持部材の正確な駆動所要時間を容易に求めることができる。

上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品移載装置において、好ましくは、前記制御手段は、前記エア式アクチュエータの非駆動時間と前記部品保持部材の駆動所要時間との関係を特定するために予め測定された実測データに基づいて前記部品保持部材の駆動所要時間を求めるように構成されている（請求項４）。このように、予め測定された実測データに基づいて部品保持部材の駆動所要時間を求めるようにした場合には、実機に即したより正確な駆動所要時間を求めることができるので、これに応じて部品保持部材を下降させるタイミングをより適正に設定することができるという効果を奏する。

また、この発明の請求項５に記載の表面実装機は、部品供給部において供給される部品を拾い上げて移送し、実装作業位置に位置決めされた基板に実装する表面実装機であって、前記部品供給部から前記基板に前記部品を移送する手段として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の部品移載装置を備えていることを特徴とする。

この請求項５に記載の表面実装機では、上記のように、部品保持部材の破損を防ぎつつサイクルタイムを短縮して部品の移送効率を向上させることが可能な部品移載装置を用いて部品供給部から基板に部品を移送するように構成したので、容易に、構成部材の破損を防止しつつサイクルタイムを短縮して生産効率を向上させることができる。

この発明の部品移載装置およびそれを備える表面実装機によれば、エア式アクチュエータの非駆動時間に起因して部品保持部材の駆動所要時間が相対的に変化する場合に、その駆動所要時間を考慮した適切なタイミングで部品保持部材を下降させる信号を出力することができるので、部品保持部材の駆動所要時間が長い場合は、部品保持部材を早めのタイミングで下降させることができる。これにより、水平駆動手段によって部品保持部材が目的位置の上方に到達してからエア式アクチュエータによる下降動作が完了するまでの間の待ち時間を短縮することができるので、サイクルタイムを短縮して部品の移送効率を向上させることができる。また、部品保持部材を下降させるタイミングを上記部品保持部材の駆動所要時間に応じて変化させたので、部品保持部材が下降動作を完了された状態で水平移動されることのないタイミングで上記部品保持部材を下降させることができる。その結果、部品保持部材が他の部材に接触して破損するのを防ぐことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の一実施形態による表面実装機の構成を示した図であり、図３〜図５は、図１に示した表面実装機に搭載されるヘッドユニットの構成を示した図である。また、図６は、図１に示した表面実装機の制御系を示したブロック図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による表面実装機１００の全体構成について説明する。

同図に示すように、実装機本体１の基台２上には、プリント基板Ｐ（部品の移送先）搬送用のコンベア３が配置され、プリント基板Ｐがこのコンベア３に沿って搬送されて所定の実装作業位置で停止されるようになっている。

上記コンベア３を挟んだ両側には、それぞれ、部品供給ユニット４が設けられている。各部品供給ユニット４は、多数列のテープフィーダ５を有しており、各テープフィーダ５は、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の部品を所定間隔おきに収納保持したテープがリールから導出されることで、上記部品を所定の部品取出し位置（部品の移送元）まで送り出すように構成されている。すなわち、テープ繰出し端にはラチェット式の送り機構が具備され、次述のヘッドユニット２０により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。

また、上記基台２の上方には、部品装着用のヘッドユニット２０を備えた部品移載装置１０１が装備され、このヘッドユニット２０がＸ軸方向（コンベア３の搬送方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動するようになっている。

すなわち、上記基台２上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール１１と、Ｙ軸サーボモータ１２により回転駆動されるボールねじ軸１３とが配設され、上記固定レール１１上にヘッドユニット支持部材１４が配置されて、この支持部材１４に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１３に螺合している。また、上記支持部材１４には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１５と、Ｘ軸サーボモータ１６により駆動されるボールねじ軸１７とが配設され、上記ガイド部材１５にヘッドユニット２０が移動可能に保持され、このヘッドユニット２０に設けられたナット部分１８が上記ボールねじ軸１７に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ１２の作動によりボールねじ軸１３が回転して上記支持部材１４がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１６の作動によりボールねじ軸１７が回転して、ヘッドユニット２０が支持部材１４に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

上記ヘッドユニット２０には、部品を吸着するための複数のノズル部材２１が具備されており、本実施形態では、図３に示すように８本のノズル部材２１がＸ軸方向に整列した状態で配設されている。さらに、ヘッドユニット２０には、上記各ノズル部材２１をヘッドユニット本体２２に対して昇降移動（Ｚ軸方向の移動）させる昇降駆動機構、各ノズル部材２１を中心軸（Ｒ軸）回りに回転させる回転駆動機構、各ノズル部材２１に部品吸着用の負圧を供給する負圧供給系統等が具備されている。

上記昇降駆動機構は、各ノズル部材２１を同時に上下動させる１個のＺ軸サーボモータ２３と、各ノズル部材２１を個別に一定ストロークだけ昇降させる所定数（８個）のエアシリンダ２４とを有しており、上記Ｚ軸サーボモータ２３とエアシリンダ２４とを併用することにより各ノズル部材２１を所定の上昇位置と下降位置とにわたって昇降させるように構成されている。また、回転駆動機構は、１個のＲ軸サーボモータ２５（図６参照）を有し、このＲ軸サーボモータ２５により例えばベルト伝動機構からなる動力伝達手段を介して各ノズル部材２１を回転させるように構成されている。

上記ヘッドユニット２０の構成をより具体的に説明すると、ヘッドユニット本体２２には、図４に示すように、上記ノズル部材２１およびエアシリンダ２４等を保持するハウジング２６がレール２７を介して上下動可能に取り付けられているとともに、その上方にＺ軸サーボモータ２３が取り付けられ、このＺ軸サーボモータ２３の駆動によるボールねじ軸２８の正逆回転に伴いハウジング２６を上下動させるようになっている。

上記各ノズル部材２１は、図５に示すように、中空のノズルシャフト２１ａと、これに取り付けられるノズルホルダ２１ｂと、その下端に着脱自在に装着されるノズル２１ｃとから構成され、このノズル部材２１がノズルガイド２９を介して上記ハウジング２６に上下動および回転可能に取り付けられている。つまり、ハウジング２６にノズルガイド２９が回転可能に取り付けられ、このノズルガイド２９に上記ノズルシャフト２１ａが上下動可能に嵌合されている。

ノズルシャフト２１ａには、その略中間部分にベアリング３０が固定されるとともに、その下方部分には上記ノズルガイド２９との間にスプリング３１が装着されており、このスプリング３１によりベアリング３０を介してノズルシャフト２１ａが上方に付勢されるようになっている。

また、各ノズル部材２１のノズルシャフト２１ａに対向する位置には、ハウジング２６に下降端センサ３２が取り付けられており、ノズルシャフト２１ａの下降に伴ってセンサ３２が上記ベアリング３０を検出することによってノズルシャフト２１ａが下降端位置に到達したことが検知されるようになっている。

上記ハウジング２６の前面側（図５では左面側）におけるノズル部材２１の配設箇所の上方には、上記各エアシリンダ２４と、各エアシリンダ２４に対するエア給排系統とが設けられており、上記各ノズル部材２１のノズルシャフト２１ａ上端がそれぞれ対応するエアシリンダ２４の内部に挿入されている。上記エア給排系統は、後述するように、各エアシリンダ２４に対するエアの給排を切り替えるエアシリンダ駆動用のソレノイドバルブ３３を有しており、これらソレノイドバルブ３３がエア供給手段４８（図６参照）に接続されている。

各エアシリンダ２４は、その内部にピストン３４を備えるとともに、このピストン３４の上方および下方に圧力室３５，３６を有し、これらの圧力室３５，３６がポート３７，３８を介してエア給排系統に接続されている。上記ピストン３４の外周面には、不図示のゴム製のＯリングが設けられており、ピストン３４の外周面とエアシリンダ２４本体の内周面との隙間が上記Ｏリングによってシールされるようになっている。また、上記圧力室３５，３６に送り込まれる圧縮空気には僅かなミスト状の潤滑油が混入しており、この潤滑油は、上記ピストン３４外周のＯリングとエアシリンダ２４本体の内周面との間に介在してピストン３４の摺動抵抗を低減させる役割を果たしている。そして、上側圧力室３５にエアが供給されつつ下側圧力室３６からエアが排出されるときにはピストン３４が下降し、逆に下側圧力室３６にエアが供給されつつ上側圧力室３５からエアが排出されるときにはピストン３４が上昇するようになっている。

エアシリンダ２４に対するエア給排系統は、コンプレッサ等からなるエア供給手段４８で発生したエアをエア供給路４２および各ソレノイドバルブ３３を介して各エアシリンダ２４に供給するように構成されている。各ソレノイドバルブ３３とエアシリンダ２４との間には、エアシリンダ２４の下側圧力室３６に通じる下側圧力室用エア通路４３と、上側圧力室３５に通じる上側圧力室用エア通路４４とが設けられており、各ソレノイドバルブ３３は、下側圧力室用エア通路４３をエア供給手段４８に接続するとともに上側圧力室用エア通路４４を図外のエア排気通路を介して大気に開放する上昇駆動状態と、上側圧力室用エア通路４４をエア供給手段４８に接続するとともに下側圧力室用エア通路４３をエア排気通路を介して大気に開放する下降駆動状態とに切替可能となっている。

なお、図３中符号４６は、プリント基板Ｐに設けられたフィデューシャルマークを認識するためのカメラであり、ヘッドユニット本体２２の側部に取り付けられている。

また、上記エアシリンダ２４の内部においてその上端部には、ピストン３４の昇降ストロークよりも長い筒状のスリーブ３９が固定的に設けられており、このスリーブ３９がピストン３４の上端部に挿入されている。そして、エアシリンダ２４の上部にキャップ４０が装着され、このキャップ４０内に次述の負圧供給系統に接続される通路４１が形成されるとともに、この通路４１が上記スリーブ３９に連通している。また、上記ヘッドユニット２０には、各ノズル部材２１のノズル２１ｃに対してそれぞれ負圧を供給するための負圧供給系統としての真空発生器４５が設けられ、これが上記ヘッドユニット本体２２の上方に配置されている。これにより、表面実装機１００の駆動時には、キャップ４０の通路４１、スリーブ３９、ノズルシャフト２１ａおよびノズルホルダ２１ｂを通じてノズル２１ｃの先端に部品吸着用の負圧が供給されるようになっている。

また、ヘッドユニット２０には、上記各エアシリンダ２４の最終駆動時刻、すなわちエアシリンダ２４が直近に駆動された時刻を記憶する駆動実績記憶手段４７（図６参照）が設けられている。具体的に、この駆動実績記憶手段４７は、エアシリンダ２４が駆動されるごとにこのときの時刻を記憶することにより、エアシリンダ２４の最終駆動時刻を順次更新しながら記憶するように構成されている。また、上記駆動実績記憶手段４７は、上記ソレノイドバルブ３３と電気的に接続され、このソレノイドバルブ３３に切替操作信号が入力されるのを読み取ってそのときの時刻を順次記憶するように構成されている。なお、上記駆動実績記憶手段４７をヘッドユニット２０の外部に、例えばネットワーク等を介して集約的に設けてもよい。

次に、表面実装機１００の制御系について図６を参照して説明する。本図に示すように、実装機本体１には、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラム等を予め記憶するＲＯＭ、プログラム実行中等に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ、各種データやソフトを記憶するＨＤＤ等から構成された制御手段５０が設けられている。この制御手段５０は、内蔵された記憶部５１に予め記憶されている生産プログラムに従って一連の実装作業、つまり実装機本体１へのプリント基板Ｐの搬入から搬出までの間に実行される一連の作業を進めるべく、実装機本体１におけるコンベア３およびヘッドユニット２０や、ヘッドユニット２０における各ノズル部材２１等の動作を統括的に制御するとともに、その作業に伴う各種演算処理等を行うものである。

例えば、上記制御手段５０は、Ｘ軸およびＹ軸サーボモータ１６，１２の駆動を制御することにより上記ヘッドユニット２０の水平移動動作を制御する一方、Ｚ軸およびＲ軸サーボモータ２３，２５の駆動を制御するとともにソレノイドバルブ３３の切替動作を制御して各ノズル部材２１に対応するエアシリンダ２４に適宜圧縮空気を送り込むことにより各ノズル部材２１の昇降動作および回転動作を制御する。

特に、部品吸着時や部品実装時における各ノズル部材２１の下降動作については、後述するように、ノズル部材２１のＸＹ方向の移動所要時間Ｔｎとエアシリンダ２４の非駆動時間ｔから求められるノズル部材２１の駆動所要時間Ｔとを比較し、この比較結果に基づいて上記ノズル部材２１の昇降駆動機構のうちエアシリンダ２４を駆動源とする機構を以下に説明するように駆動制御することにより、部品吸着動作および部品実装動作ごとに適したタイミングでノズル部材２１に下降動作を実行させるようになっている。

そして、以上のように構成された表面実装機１００においては、例えば以下のようにして実装作業が行われる。

実装作業が開始されてプリント基板Ｐがコンベア３に沿って図１に示した実装作業位置に搬入されると、表面実装機１００は、まず部品の吸着動作を開始する。この部品の吸着動作では、ヘッドユニット２０のノズル部材２１のうちの１つを特定のテープフィーダ５の部品取出し位置（目的位置）の上方に位置決めするために、ヘッドユニット２０がＸ軸およびＹ軸サーボモータ１６，１２の駆動に応じて部品供給ユニット４上方に水平移動する。このとき、テープフィーダ５では、テープの繰出し動作が所定のタイミングで開始され、このテープに収容されている部品が上記部品取出し位置に送り出されるとともに、上記部品の収容部の上面を覆っていたカバーテープが剥がされる。これにより、上記ノズル部材２１によってテープ内の部品を吸着して取り出すことが可能な状態になる。

そして、本実施形態では、上記ヘッドユニット２０の部品供給ユニット４上方への水平移動に伴って、部品の吸着を行なうべきノズル部材２１に対応するエアシリンダ２４において所定のタイミングで上側圧力室３５にエアが供給されつつ下側圧力室３６からエアが排出されるとともに、真空発生器４５で生成された負圧がノズル部材２１内に供給される。これにより、ピストン３４が下降させられてベアリング３０を下方に押圧することにより、ピストン３４とノズルシャフト２１ａとが一体に下降端位置まで変位させられて部品の吸着が行われる。また、このようなエアシリンダ２４の作動に加えてＺ軸サーボモータ２３が作動させられることにより、下降端位置が調整される。

その後、上記エアシリンダ２４へのエアの給排が切り換えられて下側圧力室３６にエアが供給されつつ上側圧力室３５からエアが排出されることによりピストン３４が上昇させられるとともに、上記スプリング３１の付勢力によりノズルシャフト２１ａがピストン３４に追従して上昇端位置まで上昇させられる。

こうして各ノズル部材２１毎に上述のような部品吸着動作が行われることによって、順次各ノズル部材２１によって部品の吸着が行われる。

上記部品供給ユニット４からの部品の取出しが完了すると、ヘッドユニット２０がＸ軸およびＹ軸方向に移動させられることによって、吸着部品がプリント基板Ｐの所定の装着位置（目的位置）上方に移動させられる。このときにも、上記部品吸着時と同様、ヘッドユニット２０の水平移動に伴って、部品の装着を行なうべきノズル部材２１に対応するエアシリンダ２４において所定のタイミングで上側圧力室３５にエアが供給されつつ下側圧力室３６からエアが排出されることでノズル部材２１が下降させられるとともに、ノズル部材２１が下降端に達するタイミングでノズル部材２１への負圧の供給が遮断され、これによって部品がプリント基板Ｐに装着される。この際、ノズル部材２１の下降前、あるいは下降後に上記回転駆動機構のＲ軸サーボモータ２５が駆動されることによりノズル部材２１が回転させられ、これにより部品の回転方向の位置決めが行われる。

そして、全ての部品の装着が完了すると、プリント基板Ｐがコンベア３により搬出される。

ここで、上述のようなヘッドユニット２０による部品の吸着動作に関し、より具体的な制御内容を説明する。なお、上記ヘッドユニット２０による部品の装着動作も以下とほぼ同様の制御により行われる。本実施形態では、制御手段５０は、上述したように、ノズル部材２１が上記テープフィーダ５の部品取出し位置の上方に位置決めされた時点で、既に当該ノズル部材２１の下降動作が開始されているようにエアシリンダ２４を制御する。従って、例えばノズル部材２１が部品取出し位置に位置決めされた後にエアシリンダ２４により下降され始めるように制御される場合に比べて、上記ノズル部材２１の部品取出し位置上方への位置決め完了から下降動作の完了までの所要時間を短縮することが可能である。

ただし、図７に示すように、ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔ、すなわち、ソレノイドバルブ３３に切替操作信号が入力されてから実際にエアシリンダ２４に圧縮空気が送られてピストン３４が所定量下降されるまでの時間は、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔ（エアシリンダ２４の最終駆動時刻からの経過時間）に応じて変化することが一般に知られている。すなわち、エアシリンダ２４では、上述したように、エアに混入した潤滑油をピストン３４外周のＯリングとエアシリンダ２４本体の内周面との間に介在させてピストン３４の摺動抵抗を低減させるようにしているが、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔが長いと、上記ピストン３４外周のＯリングが潤滑油を介してエアシリンダ２４本体の内周面に貼り付く現象が発生してしまうため、その分だけエアシリンダ２４の応答時間が長くなり、これに応じて上記駆動所要時間Ｔが長くなる。一方、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔが短い場合には、上記のようなピストン３４の貼り付き現象が発生しにくいので、上記駆動所要時間Ｔは相対的に短くなる。従って、このようなノズル部材２１の駆動所要時間Ｔの変化に合わせて上記ノズル部材２１の下降開始タイミングを決定することが、このノズル部材２１の待ち時間を抑制する上で必要である。

そこで、制御手段５０は、ノズル部材２１を駆動するエアシリンダ２４の最終駆動時刻を対応する駆動実績記憶手段４７から読み出し、当該時刻に基づいてそのエアシリンダ２４の非駆動時間ｔを算出するとともに、この算出された非駆動時間ｔに応じたノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを、記憶部５１に予め記憶された実測データに照らして求める。そして、このようにして求められたノズル部材２１の駆動所要時間Ｔに基づいて、上記ノズル部材２１の下降開始タイミングが決定される。具体的には、ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔが短いほど（つまり、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔが短いほど）ノズル部材２１の下降開始タイミングを早めるように制御し、ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔが長いほど（つまり、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔが長いほど）ノズル部材２１の下降開始タイミングを遅らせるように制御する。これにより、ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔの変化にかかわらず、ヘッドユニット２０の水平移動中にノズル部材２１の下降動作を実行させ、ノズル部材２１の部品取出し位置上方への到達から下降動作完了までの待ち時間を短縮させることが可能になる。

また、上記記憶部５１に記憶された実測データ、すなわち、上記エアシリンダ２４の非駆動時間ｔからノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを求める際の基準となる実測データは、代表的なノズル部材２１に対して予め測定された実測値に基づいて作成されている。具体的に、上記記憶部５１には、図８に示すように、エアシリンダ２４における複数の異なる非駆動時間ｔ（α、β、γ、・・）と、これら各非駆動時間ｔに対応して測定されたノズル部材２１の駆動所要時間Ｔの実測値（ｘ，ｙ，ｚ，・・）とならなるテーブル状のデータが記憶されている。そして、制御手段５０は、上記駆動実績記憶手段４７に記憶されたエアシリンダ２４の最終駆動時刻を基にそのエアシリンダ２４の非駆動時間ｔを算出すると、この値と上記図８のテーブルデータとから、上記非駆動時間ｔに対応するノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを求める。この駆動所要時間Ｔの値は、図７からも導かれるとおり、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔが短いほど短く、非駆動時間ｔが長いほど長くなっている。なお、上記非駆動時間ｔが図８のテーブルデータに存在しない場合でも、補完法等によってこれに対応する駆動所要時間Ｔが求められる。

次に、以上のような制御手段５０による部品吸着時の制御動作を、図９および図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。

図９は、部品吸着時の制御動作の内容を示すメインフローチャートである。この制御動作がスタートすると、制御手段５０は、まず、内部の記憶部５１に記憶された生産プログラムから、吸着すべき部品の位置や順番等の各種データを読み出す制御を実行する（ステップＳ１）。次いで、制御手段５０は、ノズル部材２１を水平移動（ＸＹ方向に移動）させる制御を開始する（ステップＳ３）。すなわち、Ｘ軸およびＹ軸サーボモータ１６，１２を駆動してヘッドユニット２０を移動させ始めることにより、ノズル部材２１を上記テープフィーダ５の部品取出し位置上方に位置決めする動作を開始する。

次いで、制御手段５０は、対象となるノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを算出する制御を実行するとともに（ステップＳ５）、ヘッドユニット２０のノズル部材２１の現在位置と、吸着すべき部品が収容されたテープフィーダ５の部品取出し位置との位置関係等から、上記ノズル部材２１が部品取出し位置の上方まで水平移動するのに要する時間（ＸＹ方向の移動所要時間）Ｔｎを算出する制御を実行する（ステップＳ７）。

図１０は、上記ステップＳ５において実行される駆動所要時間Ｔの算出制御の具体的内容を示すサブルーチンである。このサブルーチンがスタートすると、制御手段５０は、上記ノズル部材２１を駆動するエアシリンダ２４の最終駆動時刻を、ヘッドユニット２０に設けられた対応する駆動実績記憶手段４７から読み出すとともに（ステップＳ５１）、この最終駆動時刻と現在時刻との時間差から上記エアシリンダ２４の非駆動時間ｔを算出する制御を実行する（ステップＳ５３）。

そして、制御手段５０は、上記ステップＳ５３で求めた非駆動時間ｔと、記憶部５１に記憶された図８のデータベースとから、上記非駆動時間ｔに対応するノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを算出する（ステップＳ５５）。

以上のような手順でノズル部材２１の駆動所要時間Ｔが求められると、制御手段５０は、再び図９のメインフローチャートに戻って、「ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔ」−「ノズル部材２１のＸＹ方向の移動所要時間Ｔｎ」≧所定のマージン時間であるか否かを判定する（ステップＳ９）。すなわち、ノズル部材２１が部品取出し位置の上方に位置決めされてからその下降動作が完了するまでの間の時間がマージン時間以上であるかどうかを判定する。なお、上記マージン時間は、ノズル部材２１と基板２に既に実装された部品等との接触を防ぐ目的で設定されるものであり、各ユーザが自由に設定可能なようになっている。そして、制御手段５０は、このステップにおいてＹＥＳと判定されたとき、すなわち、ノズル部材２１が部品取出し位置の上方に到達してから所定のマージン時間経過後に上記ノズル部材２１の下降動作が完了することが確認されたときに、上記ノズル部材２１に対応するエアシリンダ２４に駆動命令を出力する制御を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、ソレノイドバルブ３３に操作信号を出力し、これに応じて圧縮空気が上側圧力室３５に送り込まれるようにソレノイドバルブ３３の切替動作を制御してエアシリンダ２４のピストン３４を駆動することにより、ノズル部材２１に下降動作を開始させる。これにより、上記部品取出し位置に送出された部品にノズル部材２１のノズル２１ｃを接近させる（ステップＳ１３）。そして、これに合わせてノズル２１ｃの先端に負圧を供給することにより、このノズル２１ｃに上記部品を吸着させる制御を実行する（ステップＳ１５）。

このフローから分かるように、ノズル部材２１の水平移動が開始した時点で、ノズル部材２１の部品取出し位置の上方への移動所要時間Ｔｎからノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを差し引いた値がマージン時間以上である場合には、直ちにエアシリンダ２４に駆動命令が出力されるため、ノズル部材２１の部品取出し位置上方への到達から下降動作完了までの待ち時間を短縮することが可能である。これに対し、例えばノズル部材２１とテープフィーダ５との位置関係等の諸条件によっては、ノズル部材２１の水平移動が開始した時点で、ノズル部材２１の部品取出し位置の上方への移動所要時間Ｔｎからノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを差し引いた値がマージン時間よりも小さい場合があり、このときには、ステップＳ９において上記差分（Ｔｎ−Ｔ）がマージン時間以上になるのを待ってから、エアシリンダ２４に駆動命令が出力されることになる。ただし、この場合でも、上記のようにエアシリンダ２４の非駆動時間ｔに応じて変化するノズル部材２１の正確な駆動所要時間Ｔが分かっており、この駆動所要時間Ｔの変化に応じて上記ノズル部材２１の下降開始タイミングを調整可能になっていることから、上記ノズル部材２１の部品取出し位置上方への到達から下降動作完了までの待ち時間を短縮することが可能である。

本実施形態では、上記のように、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔに基づいてノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを求めるとともに、ノズル部材２１を下降させるタイミングを、上記ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔに応じて変化させるように構成することによって、例えば長時間休止後の運転再開時のように、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔが長いことに起因してノズル部材２１の駆動所要時間Ｔが相対的に長くなる場合に、その駆動所要時間Ｔの長い分を考慮した速めのタイミングでノズル部材２１を下降させる信号を出力することができる一方、連続運転時のように、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔが短いことに起因してノズル部材２１の駆動所要時間Ｔが相対的に短くなる場合に、その駆動所要時間Ｔの短い分を考慮した遅めのタイミングでノズル部材２１を下降させる信号を出力することができる。従って、従来のように吸着ノズル（ノズル部材２１）の下降開始タイミングを遅めのタイミングに定常的に設定する場合と異なり、ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔが長い場合でも、ノズル部材２１を早めのタイミングで下降させることで、Ｘ軸およびＹ軸サーボモータ１６，１２によってノズル部材２１が部品取出し位置の上方に到達してからエアシリンダ２４による下降動作が完了するまでの間の待ち時間を短縮することができる。これにより、サイクルタイムを短縮することができるので、部品の移送効率を向上させることができる。また、上記のように、ノズル部材２１を下降させるタイミングを上記ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔに応じて可変的に設定するように構成したので、ノズル部材２１が下降動作を完了された状態で水平移動されることのないタイミングで上記ノズル部材２１を下降させることができる。その結果、ノズル部材２１が基板２等に接触して破損するのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、上記のように、ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔからノズル部材２１が部品取出し位置の上方まで水平移動するのに要する移動所要時間Ｔｎを差し引いた時間が所定のマージン時間以上になったことを起点としてノズル部材２１を下降させるように制御手段５０により制御することによって、ノズル部材２１の駆動所要時間Ｔが移動所要時間Ｔｎよりもマージン時間の分だけ長くなったときにノズル部材２１を下降させることになるので、ノズル部材２１が水平移動している最中に下降動作が完了されることがない。これにより、ノズル部材２１が他の部材に接触して破損するのを確実に防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御手段５０が、駆動実績記憶手段４７から読み出されたエアシリンダ２４の直近の駆動時刻である最終駆動時刻に基づいてエアシリンダ２４の非駆動時間ｔを算出するように構成されていることによって、駆動実績記憶手段４７から読み出したエアシリンダ２４の最終駆動時刻と現在時刻との時間差から容易にかつ正確にエアシリンダ２４の非駆動時間ｔを算出することができるので、この非駆動時間ｔに応じたノズル部材２１の正確な駆動所要時間Ｔを容易に求めることができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御手段５０が、エアシリンダ２４の非駆動時間ｔとノズル部材２１の駆動所要時間Ｔとの関係を特定するために予め測定された実測データに基づいてノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを求めるように構成されていることによって、より正確な駆動所要時間Ｔを求めることができるので、これに応じてノズル部材２１を下降させるタイミングをより適正に設定することができる。

なお、上記実施形態では、ノズル部材２１に設けられた駆動実績記憶手段４７からエアシリンダ２４の最終駆動時刻をその都度読み出し、この最終駆動時刻から算出された非駆動時間ｔに基づいてノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを求めるようにしたが、制御手段５０の記憶部５１に記憶される生産プログラムに、各ノズル部材２１の使用計画等から予想される各時点でのエアシリンダ２４の非駆動時間ｔおよびこれに基づいたノズル部材２１の駆動所要時間Ｔを予め含ませるようにしてもよい。このように構成すれば、エアシリンダ２４の最終駆動時刻を記憶する上記駆動実績記憶手段４７を省略できるため、装置の低コスト化を図ることができる。

本発明の一実施形態による表面実装機の全体構成を示した平面図である。 図１に示した表面実装機の正面図である。 図１に示した表面実装機に搭載される部品移載装置のヘッドユニットの構成を示した正面図である。 図３に示したヘッドユニットの右側面図である。 図４に示したヘッドユニットのノズル部材および昇降駆動機構の要部構成を示した断面図である。 図１に示した表面実装機の制御系を示したブロック図である。 エアシリンダの非駆動時間とノズル部材の駆動所要時間との関係を説明するための図である。 図７に示した関係を特定するために測定された実測データの内容を示す図である。 図１に示した表面実装機におけるノズル部材の下降動作の一例を示したメインフローチャートである。 図９に示したメインフローチャートにおいて実行されるノズル部材の駆動所要時間算出制御の内容を示したサブルーチンである。

符号の説明

４ 部品供給ユニット（部品供給部）
１２ Ｙ軸サーボモータ（水平駆動手段）
１６ Ｘ軸サーボモータ（水平駆動手段）
２１ ノズル部材（部品保持部材）
２４ エアシリンダ（エア式アクチュエータ）
４７ 駆動実績記憶手段
５０ 制御手段
１００ 表面実装機
１０１ 部品移載装置
Ｐ 基板

Claims (5)

1. 部品を拾い上げて移送し所定位置に載置する部品移載装置であって、
   前記部品を保持可能な部品保持部材と、
   前記部品保持部材を略鉛直方向に昇降させるエア式アクチュエータと、
   前記部品保持部材を略水平方向に移動させる水平駆動手段と、
   前記部品保持部材を前記部品の移送元を経由して前記部品の移送先まで移動させるとともに少なくとも前記移送元および前記移送先において昇降させるように前記エア式アクチュエータおよび前記水平駆動手段を駆動制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記部品保持部材を下降させるべく前記エア式アクチュエータに駆動開始信号を出力してから前記部品保持部材が下降動作を完了するまでの所要時間である前記部品保持部材の駆動所要時間を、前記エア式アクチュエータの直近の駆動時刻からの経過時間である前記エア式アクチュエータの非駆動時間に基づいて求めるとともに、前記部品保持部材を下降させるタイミングを、前記部品保持部材の駆動所要時間に応じて可変的に設定することを特徴とする部品移載装置。
2. 前記制御手段は、前記移送元および前記移送先のいずれかを目的位置として前記部品保持部材を移動させる際に、前記部品保持部材の駆動所要時間から前記部品保持部材が前記水平駆動手段によって前記目的位置の上方に到達するのに要する時間である前記部品保持部材の移動所要時間を差し引いた時間が所定時間以上になったことを起点として前記部品保持部材を下降させることを特徴とする請求項１に記載の部品移載装置。
3. 前記エア式アクチュエータの直近の駆動時刻である最終駆動時刻を記憶する駆動実績記憶手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記駆動実績記憶手段から読み出された最終駆動時刻に基づいて前記エア式アクチュエータの非駆動時間を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の部品移載装置。
4. 前記制御手段は、前記エア式アクチュエータの非駆動時間と前記部品保持部材の駆動所要時間との関係を特定するために予め測定された実測データに基づいて前記部品保持部材の駆動所要時間を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品移載装置。
5. 部品供給部において供給される部品を拾い上げて移送し、実装作業位置に位置決めされた基板に実装する表面実装機であって、
   前記部品供給部から前記基板に前記部品を移送する手段として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の部品移載装置を備えていることを特徴とする表面実装機。

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