JP2008211066A

JP2008211066A - 表面実装装置及び方法

Info

Publication number: JP2008211066A
Application number: JP2007047776A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Sugita; 誠一杉田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP5052159B2

Abstract

【課題】大型部品に対応した専用ノズルを用いずに、通常のノズルのみを用いて、大型部品を安定的に吸着搭載できる表面実装装置を提供する。
【解決手段】部品を吸着するノズルと、該ノズルを備えたヘッドユニット１２と、該ヘッドユニット１２を平面方向に駆動するＸＹ方向駆動手段１４と、前記ノズルに吸着された部品を撮像して画像認識を行う画像認識装置１８と、を備えた表面実装装置において、部品を同時吸着することができる複数のノズルと、該複数のノズルにより同時吸着されて載置された部品の向きを、回転することにより調整することができるセンタリングステージ１６とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装装置及び方法に関し、さらに詳しくは、専用ノズルを用いずに大型部品を吸着搭載することができる表面実装装置及び方法に関する。

従来、大型部品を吸着搭載する際には、例えば図７に示すような専用ノズル３１が用いられていた（特許文献１）。

この専用ノズル３１は、大型部品に対応する幅および長さを有する、平面視で略長方形の扁平な本体部分３２を有している。本体部分３２の上面であってノズル３１の中心位置には、表面実装装置のヘッド（図示せず）と連結するための連結部３３が突設されている。

一方、本体部分３２の下面、すなわち部品吸着面には大型部品を吸着するための吸着部３４が突設されている。吸着部３４は前記本体部分３２の長手方向両端部に２つずつ幅方向に並んだ状態で、かつ大型部品に対応した配置で設けられている。各吸着部３４の先端（下端）には、前記本体部分３２および連結部３３の内部に形成される負圧供給通路（図示せず）が開口している。つまり、表面実装装置のヘッド（図示せず）にノズル３１が装着されると、該ヘッドの内部に形成される負圧供給通路（図示せず）とノズル３１内の前記負圧供給通路とが連通し、これにより両通路を通じて前記吸着部３４に部品吸着用の負圧が供給されるようになっている。そして、前記各吸着部３４により大型部品を吸着することにより、当該大型部品を吸着保持するようになっている。

特開２００６−１４０２７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載したような、大型部品に対応した専用ノズルを用いた場合、以下のような問題があった。

（１）大型部品に対応した専用ノズルは大きさが大きく、標準サイズのノズル交換台が使えない。
（２）大型部品は回転時の慣性が大きいが、それに比較して大型部品に対応した専用ノズルと部品搭載装置のヘッドとの連結部の断面積が小さく、かつ、該連結部は１箇所であるため、回転精度が低下する。
（３）専用ノズルは大きさが大きく、特に形状が単純でない場合、吸着時の負圧が安定するのに時間がかかる。
（４）専用ノズル内の負圧供給通路は、すべてつながった空洞で構成されるため、吸着口を複数設けても、どこか１つの吸着口で空気漏れがあると全ての吸着口で吸着力不足となり、部品の吸着ミスや部品落下の原因となる。
（５）前記（２）及び（４）のため、専用ノズルによる部品の保持が安定しないことがあり、大型部品吸着後の専用ノズルの移動においては移動速度を落とす必要があるため、部品の搭載速度が低下する。
（６）大型部品に対応した専用ノズルと部品搭載装置のヘッドとの連結部の断面積が小さく、かつ、該連結部は１箇所であるため、大型部品の位置が安定せず、搭載精度が落ちる。
（７）専用ノズルが対応できる大きさの部品しか吸着搭載できないため、吸着搭載できる部品の大きさがかなり制約される。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、大型部品に対応した専用ノズルを用いずに、通常のノズルのみを用いて、大型部品を安定的に吸着搭載できる表面実装装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究開発をした結果、大型部品を吸着する場合、１つのノズルで部品を吸着するのではなく、複数のノズルで部品を同時吸着することが効果的であることを見出した。そして、さらに研究開発を続けた結果、載置された部品を回転させることができるセンタリングステージを設けることが効果的であること、すなわち、複数のノズルで同時吸着した場合であっても、いったん吸着を解除して、センタリングステージ上に部品を載置して、センタリングステージを回転させることで、部品の回転が可能となって部品の向きを補正することができるようになり、前記目的を達成できることを見出した。

本発明は、かかる知見に基づきなされたものである。

即ち、本発明に係る表面実装装置は、部品を吸着するノズルと、該ノズルを備えたヘッドユニットと、該ヘッドユニットを平面方向に駆動するＸＹ方向駆動手段と、前記ノズルに吸着された部品を撮像して画像認識を行う画像認識装置と、を備えた表面実装装置において、部品を同時吸着することができる複数のノズルと、該複数のノズルにより同時吸着されて載置された部品の向きを、回転することにより調整することができるセンタリングステージと、が設けられたことを特徴とする。

前記センタリングステージを複数設けることにより、前記ノズルによる同時吸着が必要な大型部品を搭載する速度を向上させることができる。

本発明に係る表面実装方法は、本発明に係る前記表面実装装置を用いて行うことができ、部品を複数のノズルで同時吸着して、回転する機能を有するセンタリングステージに載置した後に、該センタリングステージを回転させて部品の向きを調整し、該部品を前記複数のノズルで同時吸着して基板に実装することを特徴とする。

本発明によれば、回転することにより載置された部品の向きを調整することができるセンタリングステージが備えられているので、複数のノズルを用いて、部品の同時吸着をすることができる。このため、本発明では以下のような効果が得られる。

（１）通常サイズのノズルを複数使用して同時吸着することにより、大型部品を吸着するときであっても、通常サイズのノズルのみで吸着が可能であり、標準サイズのノズル交換台が使用できる。
（２）大型部品は移動時の慣性が大きいが、本発明では、大型部品は複数のノズルで同時吸着するので、ノズルの吸着点が複数となり、ノズルで吸着された状態で大型部品を移動する際の精度が向上する。
（３）大型部品の吸着においても、大型の専用ノズルを使用せず、通常サイズのノズルのみを複数使用して同時吸着するので、ノズル内部の負圧供給通路の容量が小さく、吸着時に負圧が安定するまでの時間が短くなる。
（４）複数のノズルを使用して同時吸着するので、どこか１箇所で空気漏れがあっても、全体として吸着力不足とはなりにくく、部品の吸着ミスや部品落下が生じにくくなる。
（５）大型部品は複数のノズルで同時吸着するので、大型部品であっても保持が安定し、移動速度を落とす必要がない。
（６）大型部品は複数のノズルで同時吸着するので、大型部品であっても吸着されている時の位置が安定し、搭載精度が向上する。
（７）吸着に用いる複数のノズルは、適宜変更できるため、吸着搭載できる部品の大きさや形状の範囲が広がる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る実施形態の表面実装装置１０の概略を示す斜視図である。

表面実装装置１０は、ヘッドユニット１２と、ＸＹ方向駆動手段であるＸＹ方向移動装置１４（Ｘ方向移動装置１４Ａ及びＹ方向移動装置１４Ｂ）と、センタリングステージ１６と、部品画像認識装置１８と、搬送装置２０と、を有してなる。

ヘッドユニット１２は、図２に示すように、部品を吸着搭載するヘッド１２Ａを複数備え、その複数の各ヘッドは、それぞれ部品を吸着するためのノズル１２Ｂを備える。複数のヘッド１２Ａ及びノズル１２Ｂは１列に並んだものに限定されず、複数列並んだものでもよい。複数のノズル１２Ｂは、部品を同時吸着することができる。複数のヘッド１２Ａは、取付部１２Ｃに固定され、取付部１２Ｃは、Ｘ方向移動装置１４Ａの移動部（図示せず）に固定されている。

ＸＹ方向移動装置１４は、Ｘ方向移動装置１４Ａ及びＹ方向移動装置１４Ｂからなる。Ｘ方向移動装置１４Ａは、ヘッドユニット１２をＸ方向に移動させ、Ｙ方向移動装置１４Ｂは、Ｘ方向移動装置１４ＡをＹ方向に移動させる。このようにして、ＸＹ方向移動装置１４は、ヘッドユニット１２をＸＹ方向（平面方向）に移動させる。

センタリングステージ１６は、その中心回りに回転する機能を有する。部品をセンタリングステージ１６上に載置し、センタリングステージ１６をその中心回りに回転させることで、部品の向きを調整することができる。センタリングステージ１６は、１つではなく、複数備えられていてもよい。センタリングステージ１６が複数備えられることにより、センタリングステージ１６の回転による複数の部品の向きの調整を並行して行うことができ、搭載速度の向上につながる。

部品画像認識装置１８は、ノズルに吸着された部品を下方から撮像して、ノズルに吸着された部品の状態を認識する。この認識結果に基づき、部品の位置ずれを把握する。

搬送装置２０は、部品を搭載する基板２２を搬送し、該基板２２を所定の位置で保持する。そして、部品の搭載が終了した基板を順次搬出する。

通常の部品（小型部品）は、テープフィーダ２４Ａから供給され、大型部品２６はトレイ２４Ｂから供給される。大型部品２６は、大型ＬＳＩや大型異型部品である。例えば大型コネクタとしては５０ｍｍ×１５０ｍｍ程の大きさである。

トレイ２４Ｂから供給される大型部品２６については、センタリングステージ１６に載置した後の回転量をなるべく少なくするために、大型部品２６の搭載時の角度が全ての大型部品２６について同じであるのであれば、トレイ２４Ｂに載置された大型部品２６の向き（供給角度）をできるだけ搭載時の角度に合わせておくことが好ましい。

また、本発明に係る実施形態の表面実装装置１０においては、複数のノズルで同時吸着することができるので、剛性が小さく、フレキシブルに曲げることができるフレキシブル基板を吸着搭載することもできる。フレキシブル基板を吸着搭載する際には、ヘッド１２Ａ及びノズル１２Ｂが複数列並んだタイプの表面実装装置１０を用いるのがよい。

なお、図１において、基板２２、テープフィーダ２４Ａ、トレイ２４Ｂ、大型部品２６は、表面実装装置１０の構成要素ではないが、説明の都合上、描いている。

図２は、表面実装装置１０の複数のノズル１２Ｂにより大型部品２６の同時吸着を行っている状況を示す図である。図２に示すように、表面実装装置１０は、大型部品２６の搭載時には、複数のノズル１２Ｂにより大型部品２６の同時吸着を行う。

次に、表面実装装置１０が、大型部品２６の搭載を行う際の動作について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、ヘッドユニット１２を、トレイ２４Ｂに載置された搭載予定の大型部品２６の上方に移動させる（ステップＳ１）。

次に、ヘッドユニット１２に搭載された複数のヘッド１２Ａを使用して、複数のノズル１２Ｂにより大型部品２６を同時吸着する（ステップＳ２）。

次に、大型部品２６を同時吸着した状態でヘッドユニット１２を部品画像認識装置１８の上方へ移動させ（ステップＳ３）、同時吸着された大型部品２６を認識させ（ステップＳ４）、大型部品２６の座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を取得する。

次に、トレイ２４Ｂ上の大型部品２６の供給位置の座標と、Ｘ方向移動装置１４Ａ及びＹ方向移動装置１４Ｂによりヘッドユニット１２が移動した量と、に基づいて得られる大型部品２６の座標と、部品画像認識装置１８による画像認識により取得した大型部品２６の座標との差（Ｘ、Ｙ座標のずれ）を算出する（ステップＳ５）。

次に、算出された座標の差（Ｘ、Ｙ座標のずれ）に基づき、ヘッドユニット１２の移動量を調整して、大型部品２６の回転中心がセンタリングステージ１６の回転中心にくるように、大型部品２６をセンタリングステージ１６上に載置する（ステップＳ６）。そして、部品画像認識装置１８による画像認識により取得した大型部品２６の回転中心回りの角度のずれ量を打ち消すように、センタリングステージ１６を回転させる（ステップＳ７）。

角度のずれがなくなった大型部品２６を、再度、ヘッドユニット１２に搭載された複数のヘッド１２Ａを使用して、複数のノズル１２Ｂにより大型部品２６を同時吸着し（ステップＳ８）、基板２２上の所定の位置に搭載する（ステップＳ９）。

実際の生産においては、表面実装装置１０は、大型部品だけでなく、通常の小型の部品の吸着搭載も行う。したがって、通常の小型の部品の吸着搭載を行う際の生産プログラムを、複数のノズルで大型部品を同時吸着することもできるプログラムに書き換えて、表面実装装置１０の生産プログラムとする必要がある。

複数のノズルで大型部品を吸着搭載する際には、その大型部品に対応して、使用するヘッドと、ノズルと、大型部品２６の回転中心とを設定する必要があるので、その設定のためのプログラム（モジュール）の一例のフローチャートを図４に示す。

まず、搭載予定部品が大型部品かどうかを判断する（ステップＳ１１）。大型部品でなければ、従来通りの生産プログラムを使用できるので、部品に応じた使用ノズルを設定し（ステップＳ１２）、終了する。

大型部品であれば、トレイ２４Ｂから大型部品２６を吸着する際に使用するヘッドと、ノズルと、大型部品２６の回転中心とを設定する（ステップＳ１３）。

次に、センタリングステージ１６による大型部品２６の角度のずれの調整後の部品搭載時にも、部品吸着時と同じヘッド及び同じノズルを使えるかどうか判断する（ステップＳ１４）。

部品搭載時にも、部品吸着時と同じヘッド及び同じノズルを使えるのであれば、部品搭載時に使用するヘッドと、ノズルと、該大型部品の回転中心とを新たに設定する必要がないので、終了する。

部品搭載時に、部品吸着時と同じヘッド及び同じノズルを使えないのであれば、部品搭載時に使用するヘッドと、ノズルと、該大型部品の回転中心とを新たに設定する（ステップＳ１５）。

以上説明したように、図４に示すフローチャートに基づき、通常の部品（小型部品）が搭載予定部品であれば使用ノズルが設定され、大型部品が搭載予定部品であれば部品吸着時および部品搭載時に使用するヘッドと、ノズルと、大型部品の回転中心が設定される。

次に、前記設定を行った後の実際の生産における部品の吸着搭載動作について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図３に示すフローチャートは、大型部品２６の吸着搭載を行う際の動作のみに着目したものであるが、図５に示すフローチャートは、大型部品だけでなく通常の部品（小型部品）の吸着搭載をするときにも適用できるものであり、実際の生産プログラムについてのフローチャートである。

まず、部品吸着時に使用するヘッド及びノズルの設定に基づくヘッド１２Ａ及びノズル１２Ｂを備えたヘッドユニット１２を、搭載予定の部品の上方に移動させ、ノズル１２Ｂにより部品を吸着する（ステップＳ２１）。

次に、部品を吸着した状態でヘッドユニット１２を部品画像認識装置１８の上方へ移動させ、吸着された部品を画像認識させる（ステップＳ２２）。

次に、ステップＳ２２による認識結果に基づき、部品位置の補正が必要かどうか判断する（ステップＳ２３）。部品位置は、Ｘ方向の座標、Ｙ方向の座標、部品中心回りの角度θで一意的に定まる。部品位置の補正が必要でなければ部品を基板２２上の所定に位置に搭載して（ステップＳ３０）、一連の処理を終了する。

部品位置の補正が必要な場合は、次に、吸着ノズル１２Ｂに吸着された部品の回転が可能かどうか判断する（ステップＳ２４）。部品を吸着している吸着ノズル１２Ｂの数が１つであれば、吸着ノズル１２Ｂに吸着された部品の回転が可能と判断でき、部品を吸着している吸着ノズル１２Ｂの数が２つ以上であれば、吸着ノズル１２Ｂに吸着された部品の回転はできないと判断できる。

吸着ノズル１２Ｂに吸着された部品の回転が可能な場合（部品を吸着している吸着ノズル１２Ｂの数が１つの場合）は、部品画像認識装置１８による画像認識の結果得られた、吸着ノズル１２Ｂに吸着された部品のＸ方向の座標、Ｙ方向の座標、部品の回転中心回りの角度θのずれを打ち消すように、ヘッドユニット１２の移動量を調整するとともに、部品を吸着したノズル１２Ｂをノズル１２Ｂの中心回りに回転させて（ステップＳ２９）、部品を基板２２上の所定の位置に搭載して（ステップＳ３０）、一連の処理を終了する。

吸着ノズル１２Ｂに吸着された部品の回転ができない場合（部品を吸着している吸着ノズル１２Ｂの数が２つ以上の場合）は、部品画像認識装置１８による画像認識の結果得られた、吸着ノズル１２Ｂに吸着された部品のＸ方向の座標、Ｙ方向の座標のずれに基づき、ヘッドユニット１２の移動量を調整して、部品の回転中心がセンタリングステージ１６の回転中心にくるように、部品をセンタリングステージ１６上に載置する（ステップＳ２５）。そして、部品画像認識装置１８による画像認識の結果得られた、部品の回転中心回りの角度θのずれを打ち消すように、センタリングステージ１６を回転させる（ステップＳ２６）。

部品搭載時に使用するヘッド及びノズルの設定に基づき、必要であればノズル１２Ｂを交換したヘッドユニット１２を、センタリングステージ１６の上方に移動させ、センタリングステージ１６上の部品をノズル１２Ｂで吸着する（ステップＳ２７）。

次に、部品を吸着した状態でヘッドユニット１２を部品画像認識装置１８の上方へ移動させ、吸着された部品を画像認識させる（ステップＳ２８）。そして、再度ステップ２３にもどり、部品位置の補正が必要かどうかを判断する。以降の動作は前述した動作と同じであり、部品位置の補正が不要となるまで前述した動作を繰り返した後、部品を基板２２上の所定の位置に搭載して（ステップＳ３０）、一連の処理を終了する。

ここで、ステップＳ２６の動作を詳細に示すフローチャート（図６）により、センタリングステージ１６の回転中の動作をさらに説明する。

前記ステップ２５で部品がセンタリングステージ１６上に載置された後、ノズル１２Ｂは上昇し（ステップＳ３１）、センタリングステージ１６は回転を開始する（ステップＳ３２）。センタリングステージ１６の回転速度は、載置された部品位置が移動しないように、なるべく遅い回転速度が好ましい。このため、センタリングステージ１６の回転量が多い場合には、回転が終了するまで長時間かかってしまい、回転の終了を待ってから部品の搭載動作を再開していては、部品の搭載速度に悪影響を及ぼす。

そこで、センタリングステージ１６の回転時間が所定の時間（例えば、数１０ｍｓｅｃ）を超える場合は、次の部品の吸着搭載動作を行った方がよい。したがって、前記所定の時間でセンタリングステージ１６が回転する角度をθ₀としたとき、当該部品の必要な回転角度がθ₀以下かどうかを判断し（ステップＳ３３）、当該部品の回転角度がθ₀以下の場合は、センタリングステージ１６の回転が完了する（ステップＳ３４）まで、ヘッドユニット１２はセンタリングステージ１６上の位置で待ち、センタリングステージ１６の回転が完了したら、センタリングステージ１６上で複数のノズル１２Ｂが下降し、部品を同時吸着する（ステップＳ３７、ステップＳ２７）。

当該部品の回転角度がθ₀を上回る場合は、センタリングステージ１６の回転の完了を待たずに、ヘッドユニット１２は次の部品の吸着搭載動作を行う（ステップＳ３５）。そして、センタリングステージ１６の回転が完了する（ステップＳ３６）まで、ヘッドユニット１２はさらに次の部品の吸着搭載動作を行う（ステップＳ３５）。

そして、センタリングステージ１６の回転が完了したら、センタリングステージ１６上で複数のノズル１２Ｂが下降し、部品を同時吸着する（ステップＳ３７、ステップＳ２７）。

なお、以上説明してきた表面実装装置１０の動作のうち、部品をセンタリングステージ１６上に載置する動作（ステップＳ６、ステップＳ２５）においては、必ずしも部品の回転中心がセンタリングステージ１６の回転中心にくるように、該部品をセンタリングステージ１６上に載置する必要はなく、載置する部品の回転中心とセンタリングステージ１６の回転中心が一致しないときは、計算処理によりセンタリングステージ１６の回転量を算出し、センタリングステージ１６を回転させてもよい。ただし、載置する部品の回転中心とセンタリングステージ１６の回転中心を一致させたほうが、計算処理が不要となる点で有利である。

また、以上説明してきた表面実装装置１０では、ノズル１２Ｂが吸着した部品について部品画像認識装置１８により画像認識を行い、その認識結果に基づき、ノズル１２Ｂが吸着した部品をセンタリングステージ１６上に載置し、センタリングステージ１６を回転させて部品の向きを調整していたが、その方法に代えて、ノズル１２Ｂが吸着した部品を画像認識せずにすぐにセンタリングステージ１６上に載置し、センタリングステージ１６上の部品の画像認識を、ヘッドユニット１２に搭載されたカメラか、あるいは、センタリングステージ専用に設けたカメラにより行い、その認識結果に基づき、センタリングステージ１６を回転させて部品の向きを調整してもよい。

本発明に係る実施形態の表面実装装置の概略を示す斜視図前記表面実装装置のノズルにより大型部品の吸着を行っている状況を示す図前記表面実装装置が大型部品の搭載を行う際の動作を示すフローチャート前記表面実装装置による実際の生産において、使用するヘッドと、ノズルと、大型部品の回転中心とを設定するプログラムの一例のフローチャート前記表面実装装置による実際の生産における部品の吸着搭載動作を示すフローチャートセンタリングステージの回転中の動作を詳細に示すフローチャート大型部品を吸着搭載する際に用いる従来の専用ノズルを示す図で、（ａ）側面図、（ｂ）下面図、（ｃ）側面図

符号の説明

１０…表面実装装置
１２…ヘッドユニット
１４…ＸＹ方向移動装置
１４Ａ…Ｘ方向移動装置
１４Ｂ…Ｙ方向移動装置
１６…センタリングステージ
１８…部品画像認識装置
２０…搬送装置
２２…基板
２４Ａ…テープフィーダ
２４Ｂ…トレイ
２６…大型部品

Claims

部品を吸着するノズルと、該ノズルを備えたヘッドユニットと、該ヘッドユニットを平面方向に駆動するＸＹ方向駆動手段と、前記ノズルに吸着された部品を撮像して画像認識を行う画像認識装置と、を備えた表面実装装置において、
部品を同時吸着することができる複数のノズルと、
該複数のノズルにより同時吸着されて載置された部品の向きを、回転することにより調整することができるセンタリングステージと、
が設けられたことを特徴とする表面実装装置。
前記センタリングステージが複数設けられたことを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
部品を複数のノズルで同時吸着して、回転する機能を有するセンタリングステージに載置した後に、該センタリングステージを回転させて部品の向きを調整し、該部品を前記複数のノズルで同時吸着して基板に実装することを特徴とする表面実装方法。