JP2008198778A - 部品実装方法および表面実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】全体的な実装時間を効率的に短縮することができるようにする。
【解決手段】基板Ｗに対してヘッドユニット６により複数回の部品搭載作業を行って基板Ｗへの部品の実装を行う部品実装方法において、前記部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定する。前記搭載準備とは、その部品搭載作業が最初に行われると想定したときの、前記ヘッドユニット６が初期位置から移動して部品供給部４から部品を取り出し、その部品を部品認識用カメラ１８に撮像させた後に所定の搭載前位置まで移動することである。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板への部品の実装を行う部品実装方法および表面実装機に関するものである。

従来、搬送手段で基板を待機位置から実装作業位置まで搬送し、この基板に対してヘッドユニットにより複数回の部品搭載作業を行って基板への部品の実装を行う表面実装機が知られている。

例えば、特許文献１には、前記部品搭載作業として、ヘッドユニットが部品供給部から部品を取り出し、その部品を部品認識用カメラに撮像させて部品認識手段に認識させた後に基板に搭載する作業を行うことが記載されている。また、特許文献１に記載の表面実装機では、ヘッドユニットに基板認識用カメラが設けられていて、基板が実装作業位置に搬送された後に、基板に設けられたマークが基板認識用カメラで撮像されるとともに基板認識手段に認識されて基板の位置が把握されることにより、その基板の位置に基づいて部品の搭載位置が補正されるようになっている。
特開２００７−１２９１４号公報

前記のような表面実装機において、全体的な実装時間の短縮を図るには、基板が実装作業位置に到着した後すぐに基板認識用カメラによる基板のマークの撮像、または基板認識用カメラがヘッドユニット以外の場所に設けられている場合にはヘッドユニットによる部品の搭載が開始されることが好ましい。そのためには、基板が待機位置から実装作業位置まで搬送される間に、第１回目の部品搭載作業のうちのヘッドユニットが初期位置から移動して部品供給部から部品を取り出し、その部品を部品認識手段に認識させた後に所定の搭載前位置まで移動する搭載準備を開始するようにすればよい。

ところが、その搭載準備にかかる時間は第１回目の部品搭載作業で基板に搭載する部品の種類等によって決まるものであり、第１回目の部品搭載作業が搭載準備にあまり時間がかからないものであって、基板が実装作業位置に到着する前にその搭載準備が終わってしまうような場合には、基板のマークの認識または部品の搭載を開始する前に基板搬送待ち時間が生じることになり、非効率である。そこで、全体的な実装時間を効率的に短縮させたいという要望がある。

本発明は、このような事情に鑑み、全体的な実装時間を効率的に短縮することができる部品搭載方法および表面実装機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る部品搭載方法は、待機位置から実装作業位置まで搬送された基板に対してヘッドユニットにより複数回の部品搭載作業を行って基板への部品の実装を行う部品実装方法であって、前記部品搭載作業のうち、その部品搭載作業が最初に行われると想定したときの、前記ヘッドユニットが初期位置から移動して部品供給部から部品を取り出し、その部品を部品撮像手段に撮像させた後に所定の搭載前位置まで移動する搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定し、その搭載準備を、前記基板が待機位置から実装作業位置まで搬送される間に開始することを特徴とするものである。

この構成によれば、ヘッドユニットが初期位置から所定の搭載前位置まで部品の取り出し等を行いながら移動する搭載準備を、基板が待機位置から実装作業位置まで搬送される間に開始するようにしたから、基板が実装作業位置に到着した後すぐに所定の作業を開始することが可能になる。例えば、搭載前位置が搭載開始位置であれば、ヘッドユニットによる部品の搭載を開始することができ、搭載前位置がヘッドユニットの有する基板認識用カメラが基板に設けられたマークを撮像可能となるマーク撮像位置であれば、基板認識用カメラによる基板のマークの撮像を開始することができる。しかも、部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定するようにしたから、その長い時間のかかる搭載準備を基板が搬送される時間を利用して行うことができ、基板搬送待ち時間を無くすまたは比較的に短くすることができる。従って、全体的な実装時間を効率的に短縮することができる。

前記部品実装方法においては、前記部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定するには、部品搭載作業のうちから最初に行っても問題のない部品搭載作業を抽出し、それらの中から搭載準備に最も長い時間がかかる部品搭載作業を選択し、その選択した部品搭載作業を最初に行うことを決定することが好ましい。

この構成によれば、最初に行う部品搭載作業として、最初に行っても問題のない部品搭載作業の中から搭載準備に最も長い時間がかかる部品搭載作業を選択するようにしたから、不具合の発生を防ぎつつ全体的な実装時間を最も短縮することができる。

例えば、前記ヘッドユニットは、複数のヘッドを有していて、各ヘッドで部品を吸着して前記部品供給部から部品を取り出すとともに、各ヘッドに吸着された部品を前記部品撮像手段に撮像させるものである構成とすることができる。

また、本発明に係る表面実装機は、搬送手段で基板を待機位置から実装作業位置まで搬送し、この基板に対してヘッドユニットにより複数回の部品搭載作業を行って基板への部品の実装を行う表面実装機であって、前記ヘッドユニットに部品を供給するための部品供給部と、前記ヘッドユニットに供給された部品を撮像するための部品撮像手段と、前記各回の部品搭載作業が最初に行われると想定したときの、前記ヘッドユニットが初期位置から移動して前記部品供給部から部品を取り出し、その部品を前記部品撮像手段に撮像させた後に所定の搭載前位置まで移動する搭載準備にかかる搭載準備時間を各部品搭載作業ごとに算出し、部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定する搭載順序決定手段とを備えることを特徴とするものである。

この構成によれば、搭載順序決定手段によって部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことが決定されるので、その長い時間のかかる搭載準備を基板が搬送される時間を利用して行うことが可能になり、基板搬送待ち時間を無くすまたは比較的に短くすることができる。従って、全体的な実装時間の短縮を図ることが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、全体的な実装時間を効率的に短縮することが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１および図２は、本発明の一実施形態に係る表面実装機を概略的に示しており、図１はカバーを取外した状態の平面図、図２は同正面図である。

図１および図２に示すように、表面実装機の基台１上には、Ｘ軸方向に延びるコンベア（搬送手段）２が配置され、上流側の装置（図示せず）から送り込まれた基板Ｗがこのコンベア２によって待機位置Ｐ１に搬送された後に待機位置Ｐ１から実装作業位置Ｐ２まで搬送されるようになっている。また、基台１には、図示を省略するが基板Ｗの位置決め機構が設けられており、基板Ｗが実装作業位置Ｐ２に搬送されると、この位置決め機構が作動して基板Ｗが位置決め固定される。

コンベア２の両側には、部品供給部４がそれぞれ配置されている。これらの部品供給部４には、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を後述するヘッドユニット６に供給可能な複数のテープフィーダ４ａがＸ軸方向に配列されている。

また、前記基台１の上方には、部品搭載用のヘッドユニット６が装備されている。このヘッドユニット６は、部品供給部４と実装作業位置Ｐ２の基板Ｗとにわたって移動可能とされ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動することができるようになっている。

すなわち、基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、前記固定レール７上にヘッドユニット６の支持部材１１が配置され、この支持部材１１に設けられたナット部分１２がボールねじ軸８に螺合している。また、前記支持部材１１には、Ｘ軸方向のガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、前記ガイド部材１３にヘッドユニット６が移動可能に保持され、このヘッドユニット６に設けられたナット部分（図示せず）がボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動により前記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりヘッドユニット６が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

ヘッドユニット６には部品搭載用の複数の実装用ヘッド１６が搭載されており、本実施形態では６本の実装用ヘッド１６がＸ軸方向に等間隔で一列に並んだ状態で搭載されている。各実装用ヘッド１６は、ヘッドユニット６のフレームに対してＺ軸方向の移動及びＲ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされ、図外の昇降駆動機構および回転駆動機構により駆動されるようになっている。また、各実装用ヘッド１６には、その先端（下端）にノズル１６ａが装着されており、図外の負圧供給手段からノズル１６ａ先端に負圧が供給されることによりノズル１６ａで部品を吸着保持するようになっている。

ヘッドユニット６には、さらに基板認識用カメラ（基板撮像手段）１７が搭載されている。この基板認識用カメラ１７は、照明装置を備えたＣＣＤカメラ等から構成されており、ヘッドユニット６の移動に伴い実装作業位置Ｐ２に位置決めされた基板Ｗ上の各種マーク（フィデューシャルマークやバッドマーク等）を撮像するようになっている。

また、基台１上には、コンベヤ２の両側に部品認識用カメラ（部品撮像手段）１８がそれぞれ配設されている。これらの部品認識用カメラ１８も基板認識用カメラ１７と同様に、照明装置を備えたＣＣＤカメラ等から構成されており、ヘッドユニット６の各実装用ヘッド１６に吸着された部品をその下側から撮像するようになっている。

以上のような構成により、本実施形態の表面実装機では、実装作業位置Ｐ２に位置決めされた基板Ｗに対して、ヘッドユニット６が各実装用ヘッド１６で部品を吸着して部品供給部４から部品を取り出し、各実装用ヘッド１６に吸着された部品を部品認識用カメラ１８上に搬送して当該部品認識用カメラ１８に撮像させた後に、基板Ｗ上に搬送して搭載する部品搭載作業を行う。そして、表面実装機は、前記部品搭載作業を複数回繰り返して基板Ｗへの部品の実装を行う。なお、第１回目の部品搭載作業では、基板Ｗの位置を把握して部品の搭載位置の補正を行うための作業として、部品を基板３に搭載する前に、各実装用ヘッド１６が部品を保持した状態で、基板認識用カメラ１７が基板Ｗのマークを撮像可能となるマーク撮像位置にヘッドユニット６が移動し、そのマークを基板認識用カメラ１７に撮像させる作業が行われるようになっている。

次に、前記表面実装機の制御系について図３を用いて説明する。

前記表面実装機は、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などを予め記憶するＲＯＭ、装置動作中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等から構成される制御装置２０を備えている。この制御装置２０は、その機能構成として、主制御手段２１、プログラム記憶手段２２、各種データ記憶手段２３、画像処理手段２４、アクチュエータ制御手段２５および搭載順序決定手段２６を含んでいる。

主制御手段２１は、実装機の動作を統括的に制御するもので、プログラム記憶手段２２に予め記憶されているプログラムに従ってヘッドユニット６等を作動すべくサーボモータ９，１５等を駆動制御する。

さらに、本実施形態では、主制御手段２１は基板Ｗの種類を変更する段取り替え時に最適化処理を行う。具体的には、主制御手段２１は、複数回の部品搭載作業が短い時間で終わるように、すなわちサイクルタイムが短くなるように、どの部品を何回目の部品搭載作業で基板Ｗに搭載するかを決定して、基板Ｗに搭載すべき部品を複数のグループに振り分ける。例えば、主制御手段２１は、図４（ａ）に示すように、第１回目の第１部品搭載作業で部品Ａ１〜Ａ６（第１グループ）を基板Ｗに搭載し、第２回目の第２部品搭載作業で部品Ｂ１〜Ｂ６（第２グループ）を基板Ｗに搭載し、第３回目の第３部品搭載作業で部品Ｃ１〜Ｃ６（第３グループ）を基板Ｗに搭載すると決定する。

プログラム記憶手段２２は、前記の通り実装作業に関する各種プログラムを記憶するものである。

各種データ記憶手段２３は、表面実装機での作業に必要な各種データを記憶するものである。この各種データ記憶手段２３には、例えば、部品関連データ（部品の種類、形状、寸法等のデータ）および基板関連データ（基板の種類、部品の実装位置データ、基板に形成される各種マークの座標位置データ、同形状データ等）が記憶されている。

画像処理手段２４は、前記基板認識用カメラ１７および部品認識用カメラ１８から出力される画像データに所定の画像処理を施すものであり、主制御手段２１は、その画像データに基づいて基板Ｗの各種マークを認識するとともに実装用ヘッド１６に対する部品の吸着状態を認識し、必要に応じて搭載位置に関する補正量等を演算する。すなわち、基板認識用カメラ１７、画像処理手段２４および主制御手段２１が基板認識手段を構成し、部品認識用カメラ１８、画像処理手段２４および主制御手段２１が部品認識手段を構成する。

アクチュエータ制御手段２５は、コンベア２、ヘッドユニット６および各実装用ヘッド１６等を駆動するサーボモータ等のアクチュエータを駆動制御するものである。

搭載順序決定手段２６は、上述したように主制御手段２１が最適化処理を行った後に、図５に示すフローに従って部品搭載作業の順序を決定する。以下、図４（ａ）に示す例を参照して、搭載順序決定手段２６が行う処理を具体的に説明する。

制御装置２０には、図略の入力部によって基板Ｗが待機位置Ｐ１から実装作業位置Ｐ２に搬送される間に部品の搭載準備を行うか否かを入力できるようになっており、搭載順序決定手段２６は、まず、そのうちのどちらが入力されているかを判断する（ステップＳ１）。このような選択ができるようになっているのは、高価な部品を基板Ｗに実装する場合には、基板Ｗが実装作業位置Ｐ２に搬送された後に部品供給部４からの部品の取り出しを行うようにしたいという要望があるからである。

ステップＳ１でＮＯと判断した場合には、搭載順序決定手段２６は、部品搭載順序をそのままとすると決定し、処理を終了する。

一方、ステップＳ１でＹＥＳと判断した場合には、前記第１部品搭載作業〜第３部品搭載作業のうちから最初に行っても問題のない部品搭載作業を抽出する（ステップＳ２）。例えば、前記第２グループの部品Ｂ１〜Ｂ６のうちには、干渉等の問題から前記第１グループの部品Ａ１〜Ａ６が搭載された後に必ず搭載しなければならないものがある場合、すなわち第１部品搭載作業の後に必ず第２部品搭載作業を行わなければならないという制約がある場合、第２部品搭載作業を最初に行うことは問題がある。そして、第１部品搭載作業および第３部品搭載作業については何ら制約がない場合には、搭載順序決定手段２６は、最初に行っても問題のない部品搭載作業として、第１部品搭載作業および第３部品搭載作業を抽出する。

次いで、部品搭載順序決定手段２６は、抽出した第１部品搭載作業および第３部品搭載作業の中から、搭載準備に最も長い時間がかかる部品搭載作業を選択する（ステップＳ３）。ここで、搭載準備とは、その部品搭載作業が最初に行われると想定したときの、ヘッドユニット６が初期位置から移動して部品供給部から部品を取り出し、その部品を部品撮像手段に撮像させた後に前記マーク撮像位置まで移動することである。また、初期位置とは、例えば直前の基板への部品の実装を完了したときの位置や所定の待機位置である。

具体的には、搭載順序決定手段２６は、抽出した各部品搭載作業について、前記搭載準備にかかる搭載準備時間Ｔｒを算出し、それらを比較する。例えば、第３部品搭載作業の搭載準備時間Ｔｒが第１部品搭載作業の搭載準備時間Ｔｒよりも長かった場合は、搭載順序決定手段２６は、第３部品搭載作業を選択する。

最後に、搭載順序決定手段２６は、選択した第３部品搭載作業を最初に行うことを決定し（ステップＳ４）、図４（ｂ）に示すように、部品搭載作業を、第３部品搭載作業、第１部品搭載作業、第２部品搭載作業の順に並び替える。

以上のようにして、第１部品搭載作業〜第３部品搭載作業のうち、その部品搭載作業が最初に行われると想定したときの搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業が最初に行われることが搭載順序決定手段６によって決定される。

そして、主制御手段２１は、各部を制御して、搭載順序決定手段２６が選択した第３部品搭載作業の搭載準備を基板Ｗが待機位置Ｐ１から実装作業位置Ｐ２まで搬送される間に開始する。

このように、本実施形態では、ヘッドユニット６が初期位置から所定の搭載前位置であるマーク撮像位置まで部品の取り出し等を行いながら移動する搭載準備を、基板Ｗが待機位置Ｐ１から実装作業位置Ｐ２まで搬送される間に開始するようにしたから、基板Ｗが実装作業位置Ｐ２に到着した後すぐに基板認識用カメラによる基板のマークの撮像を開始することができる。しかも、第１部品搭載作業〜第３部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる第３部品搭載作業を最初に行うことを決定するようにしたから、その長い時間のかかる搭載準備を基板Ｗが搬送される時間を利用して行うことができる。例えば、搭載準備と基板Ｗの搬送とを同時に開始した場合、第３部品搭載作業の前記搭載準備時間Ｔｒが基板搬送時間（基板Ｗが待機位置Ｐ１から実装作業位置Ｐ２まで搬送されるのにかかる時間）Ｔｃよりも大きいときは基板搬送待ち時間を無くすことでき、搭載準備時間Ｔｒが基板搬送時間Ｔｃよりも小さいときは基板搬送待ち時間を最短にすることができる。搭載準備の開始が基板Ｗの搬送の開始よりも遅れていたとしても、基板搬送待ち時間を無くすまたは比較的に短くすることができる。従って、全体的な実装時間を効率的に短縮することができる。

また、本実施形態では、最初に行う部品搭載作業として、最初に行っても問題のない部品搭載作業の中から搭載準備に最も長い時間がかかる部品搭載作業を選択するようにしたから、不具合の発生を防ぎつつ全体的な実装時間を最も短縮することができる。

なお、前記実施形態では、搭載準備としてヘッドユニットが初期位置からマーク撮像位置まで移動する形態を示したが、基板認識用カメラ１７がヘッドユニット６以外の場所、例えば基台１に設けられている場合には、搭載準備としてヘッドユニットを初期位置から部品の搭載を開始する直前の搭載開始位置まで移動するようにしてもよい。このようにすれば、基板Ｗが実装作業位置Ｐ２に到着した後すぐにヘッドユニット６による部品の搭載を開始することができる。

また、前記実施形態では、主制御手段２１が最適化処理を行った後に搭載順序決定手段２６が搭載順序を決定するようになっているが、搭載順序決定手段２６は、運転開始時または段取り替え時に図５に示すフローに従って搭載順序を決定するようになっていてもよい。このようにすれば、再度時間のかかる最適化処理を行わなくても、短時間で効率化を図ることができる。

また、ヘッドユニット６が４回以上の部品搭載作業を行うことにより基板Ｗへの部品の実装が行われるようになっていてもよい。この場合、搭載順序決定手段２６が、部品搭載作業のうち搭載準備に最も長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定することが最も好ましいが、搭載準備に比較的に長い時間がかかる、すなわちその時間の長さが２番目あるいは３番目の部品搭載作業を最初に行うことを決定するようにしても、基板搬送待ち時間を無くすまたは比較的に短くすることは可能である。あるいは、そのうちで搭載準備時間Ｔｒが基板搬送時間Ｔｃ以上となるものがあれば、搭載順序決定手段２６は、それを最初に行うことを決定すればよい（Ｔｒ≧Ｔｃとなるものが複数あれば、そのうちのいずれでもよい）。または、ヘッドユニットが２回の部品搭載作業を行う場合には、搭載順序決定手段２６が搭載準備にかかる時間が長い方を最初に行うことを決定すればよい。

さらに、部品供給部４には、テープフィーダ４ａに代えてまたは加えてトレイフィーダが配置されていてもよい。

また、本発明は、実装用ヘッド１６を１つだけ有する表面実装機にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る表面実装機を示す平面図である。 表面実装機を示す正面図である。 表面実装機の制御系を示すブロック図である。 部品搭載作業の順番を説明する説明図であり、（ａ）は搭載順序決定手段が処理を行う前の状態、（ｂ）は搭載順序決定手段が処理を行った後の状態を示す。 搭載順序決定手段が行う処理を示すフローチャートである。

符号の説明

４ 部品供給部
６ ヘッドユニット
１６ 実装用ヘッド
１８ 部品認識用カメラ（部品撮像手段）
２６ 搭載順序決定手段
Ｗ 基板
Ｐ１ 待機位置
Ｐ２ 実装作業位置

Claims (4)

1. 待機位置から実装作業位置まで搬送された基板に対してヘッドユニットにより複数回の部品搭載作業を行って基板への部品の実装を行う部品実装方法であって、
   前記部品搭載作業のうち、その部品搭載作業が最初に行われると想定したときの、前記ヘッドユニットが初期位置から移動して部品供給部から部品を取り出し、その部品を部品撮像手段に撮像させた後に所定の搭載前位置まで移動する搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定し、その搭載準備を、前記基板が待機位置から実装作業位置まで搬送される間に開始することを特徴とする部品実装方法。
2. 前記部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定するには、部品搭載作業のうちから最初に行っても問題のない部品搭載作業を抽出し、それらの中から搭載準備に最も長い時間がかかる部品搭載作業を選択し、その選択した部品搭載作業を最初に行うことを決定することを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
3. 前記ヘッドユニットは、複数のヘッドを有していて、各ヘッドで部品を吸着して前記部品供給部から部品を取り出すとともに、各ヘッドに吸着された部品を前記部品撮像手段に撮像させるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の部品実装方法。
4. 搬送手段で基板を待機位置から実装作業位置まで搬送し、この基板に対してヘッドユニットにより複数回の部品搭載作業を行って基板への部品の実装を行う表面実装機であって、
   前記ヘッドユニットに部品を供給するための部品供給部と、
   前記ヘッドユニットに供給された部品を撮像するための部品撮像手段と、
   前記各回の部品搭載作業が最初に行われると想定したときの、前記ヘッドユニットが初期位置から移動して前記部品供給部から部品を取り出し、その部品を前記部品撮像手段に撮像させた後に所定の搭載前位置まで移動する搭載準備にかかる搭載準備時間を各部品搭載作業ごとに算出し、部品搭載作業のうち搭載準備に比較的に長い時間がかかる部品搭載作業を最初に行うことを決定する搭載順序決定手段とを備えることを特徴とする表面実装機。

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