JP2010135487A - 部品実装方法および実装機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドユニットに装備された複数のヘッドのうち少なくとも１つがノズル交換ヘッドである実装機において、実装効率を向上させる。
【解決手段】ノズル交換ヘッド６２ｂ、６２ｆによる部品実装を最終ヘッド６２ｃよりも前の順位で行うことで各ノズル交換ヘッド６２ｂ、６２ｆでの交換許容時間が帰路移動時間よりも長くなるようにし、さらに部品実装の完了直後よりノズル交換を実行している。その結果、帰路移動時間がノズル交換時間よりも短い場合であっても、ノズル交換ヘッド６２ｂ、６２ｆによる部品吸着前にノズル交換が完了して部品供給部でのヘッドユニットの待機が防止され、実装効率を向上させることができる。
【選択図】図５

Description

この発明は、吸着ノズルを複数具備するノズル組付ブロックを備え、部品吸着を行う吸着ノズルを切り換えてノズル交換を行うノズル交換ヘッドを装備したヘッドユニットを用いて部品実装を行う技術に関するものである。

従来から、部品供給部と所定の作業位置に位置決めされたプリント基板とにわたって移動可能なヘッドユニットに複数のヘッドを装備した実装機が知られている。この実装機では、ヘッドユニットが部品供給部に移動して各ヘッドの下端に取り付けられた吸着ノズルにより電子部品を吸着する。そして、部品吸着が完了すると、ヘッドユニットがプリント基板上方に移動し、ヘッドに吸着された電子部品をプリント基板に装着する。また、この種の実装機では、実装効率の向上を図るために、ノズル交換ヘッドをヘッドユニットに装備することがある（特許文献１参照）。

特開２００５−３０２９１９号公報（図３）

ところで、ノズル交換ヘッドを装備したヘッドユニットを用いた実装機では、ノズル交換ヘッドのノズル組付ブロックに複数種類の吸着ノズルを取り付けておき、部品の種類等に応じて吸着ノズルを選択的に所定の使用位置にセットする、つまりノズル交換を行うことが知られている。このように構成された実装機では、部品吸着を完了したヘッドユニットに部品供給部から基板上方への往路の移動をさせ、ヘッドユニットによる部品実装が完了した後、次の部品実装を行うためにヘッドユニットに基板上方から部品供給部への帰路の移動をさせるが、それに続いてプリント基板に実装すべき部品の種類が異なる場合には、上記したように部品供給部へのヘッドユニットの帰路の移動中にノズル交換を行い、ヘッドユニットに装備された全ヘッドにおいて次の部品実装に必要となる吸着ノズルが揃った状態になってから、各ヘッドでの部品吸着を実施していた。したがって、基板上方から部品供給部へのヘッドユニットの帰路の移動時間（以下「ヘッド移動時間」という）内にノズル交換が完了しない場合には、各ヘッドでの部品吸着前に全てのヘッドにおいて必要な吸着ノズルを揃えるため、ヘッドユニットを部品供給部で待機させていた。このように、従来においてはノズル交換ヘッドでのノズル交換を画一的なタイミングで実施していたために、実装時間が延びて実装効率の低下を招くことがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ヘッドユニットに装備された複数のヘッドのうち少なくとも１つがノズル交換ヘッドである実装機において、実装効率を向上させることを目的とする。

この発明にかかる部品実装方法は、吸着ノズルにより部品を吸着するヘッドを複数有するヘッドユニットが部品供給部に移動して複数のヘッドが所定の吸着順序で部品を吸着した後に複数のヘッドが所定の実装順序で順番に部品を基板に実装する、実装ステップを繰り返す部品実装方法であって、上記目的を達成するため、複数のヘッドのうち少なくとも１つは吸着ノズルを複数具備するノズル組付ブロックを備え、部品吸着を行う吸着ノズルを切り換えてノズル交換を行うノズル交換ヘッドであり、ノズル交換ヘッドによる部品実装の完了から次の実装ステップでノズル交換ヘッドによる部品吸着が開始されるまでの交換許容時間が、次の実装ステップでヘッドユニットを部品供給部に移動するのに要するヘッド移動時間よりも長くなるように、ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位と、次の実装ステップでのノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位が設定され、交換許容時間内でノズル交換を実行することを特徴としている。

また、この発明にかかる実装機は、上記目的を達成するため、吸着ノズルにより部品を吸着するヘッドを複数有するヘッドユニットと、ヘッドユニットを部品供給部に移動させて複数のヘッドにより所定の吸着順序で部品を吸着した後に複数のヘッドにより所定の実装順序で順番に部品を基板に実装させる制御手段とを備え、複数のヘッドのうち少なくとも１つは吸着ノズルを複数具備するノズル組付ブロックを備え、部品吸着を行う吸着ノズルを切り換えてノズル交換を行うノズル交換ヘッドであり、ノズル交換ヘッドによる部品実装の完了から次の実装ステップでノズル交換ヘッドによる部品吸着が開始されるまでの交換許容時間が、次の実装ステップでヘッドユニットを部品供給部に移動するのに要するヘッド移動時間よりも長くなるように、ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位と、次の実装ステップでのノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位が設定され、制御手段は交換許容時間内でノズル交換を実行することを特徴としている。

このように構成された発明（部品実装方法および実装機）では、実装ステップを繰り返すことで基板に部品が実装される。この「実装ステップ」は、ヘッドユニットが部品供給部に移動し、当該ヘッドユニットが具備する複数のヘッドが所定の吸着順序で部品を吸着した後に、複数のヘッドが所定の実装順序で順番に部品を基板に実装する動作を含んでいるが、ノズル交換ヘッドでは部品吸着動作と部品実装動作に加えてノズル交換動作を実行する必要がある。すなわち、ノズル交換ヘッドでは、当該ノズル交換ヘッドによる基板への部品の実装を行った後で、かつ次の実装ステップで当該ノズル交換ヘッドによる部品吸着を行う前にノズル交換を行う必要がある。そこで、従来では次の実装ステップで実行されるヘッドユニットの移動と並行してノズル交換を実施していた。そのため、上記「発明が解決しようとする課題」の項で説明したようにヘッド移動時間がノズル交換時間よりも短いときには、ノズル交換がヘッド移動時間内に完了せず、実装効率の低下を招くという問題があった。これに対し、本発明では、交換許容時間がヘッド移動時間よりも長くなるように、ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位と、次の実装ステップでのノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位が設定されている。そして、その交換許容時間内でノズル交換が実行される。したがって、ノズル交換が完了するのを待つことなく、ノズル交換ヘッドによる部品吸着を開始することができる。

ここで、ノズル交換の開始タイミングについては、交換許容時間内にノズル交換が完了する限り任意に設定することができるが、例えばヘッド移動時間がノズル交換ヘッドで吸着ノズルを交換するのに要するノズル交換時間よりも短いとき、ノズル交換ヘッドによる部品実装後で、かつ次の実装ステップでのヘッドユニットの部品供給部への移動開始前に吸着ノズルの交換を開始してもよい。

また、ノズル交換ヘッドによる部品実装後に他のヘッドによる部品実装が開始されるように実装順序が決められている場合には、他のヘッドによる部品実装に要する時間だけ交換許容時間が長くなり、ノズル交換タイミングの設定自由度が高くなる。

また、ヘッド移動時間がノズル交換時間以上であるときには、部品供給部へのヘッドユニットの移動中に吸着ノズルの交換を行うように構成してもよく、これによってノズル交換ヘッド以外のヘッドによる部品実装中にノズル交換による影響が上記部品実装に及ぶのを確実に防止することができる。

また、次の実装ステップでの吸着順序は任意であり、例えば全てのヘッドが同時に部品を吸着したり（同時吸着）、部品吸着を互いに異なるタイミングで順番に行ってもよい（個別吸着）。特に、複数のヘッドによる部品の実装順序と、複数のヘッドによる部品実装後の次の実装ステップでの吸着順序が同一であり、しかもノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位が２番以降となるように構成した場合、ノズル交換ヘッドでの吸着ノズルの交換を次の実装ステップでのヘッドユニットの部品供給部へ移動と同時または移動中に開始してもよい。この場合、ヘッド移動時間がノズル交換時間よりも短く、ヘッド移動時間中にノズル交換が完了しなくとも、ノズル移動に続いて実行される他のヘッドによる部品吸着中にもノズル交換が継続されてノズル交換が完了する。

また、複数のヘッドによる部品の実装順序と、複数のヘッドによる部品実装後の次の実装ステップでの吸着順序が同じであるとき、ノズル交換ヘッドによる部品実装直後に吸着ノズルの交換を開始するのが望ましい。つまり、ノズル交換ヘッドによる部品実装が比較的早い段階で実行される場合には、他のヘッドによる部品実装中にノズル交換が実行される。逆に、ノズル交換ヘッドによる部品実装が比較的遅い段階で実行される場合には、ヘッド移動時間を超えてノズル交換が実行されていたとしても、次の実装ステップでは他のヘッドによる部品吸着が実行されており、それと並行してノズル交換を行うことができる。

さらに、生産プログラムを書き換えることによってノズル交換ヘッドによる部品実装の順位を変更してもよく、当該変更によりノズル交換ヘッドの交換許容時間をヘッド移動時間よりも長く設定してもよい。

以上のように、本発明によれば、交換許容時間がヘッド移動時間よりも長くなるように、ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位と、次の実装ステップでのノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位が設定されるとともに、当該交換許容時間内でノズル交換を実行しているため、ヘッド移動時間がノズル交換時間よりも短い場合であっても、ノズル交換ヘッドによる部品吸着前にノズル交換が完了して部品供給部でのヘッドユニットの待機が防止され、実装効率の向上を図ることができる。

図１は本発明にかかる実装機の第１実施形態を示す平面図である。また、図２はヘッドユニットの正面図である。また、図３はノズル交換ヘッドの構成を示す図である。さらに、図４は図１に示す実装機の電気的構成を示すブロック図である。なお、これらの図面及び後で説明する図面では、各図の方向関係を明確にするために、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。

この実装機１では、基台１１上に基板搬送機構２が配置されており、基板３を所定の搬送方向Ｘに搬送可能となっている。より詳しくは、基板搬送機構２は、基台１１上において基板３を図１の右側から左側へ搬送する一対のコンベア２１、２１を有している。これらのコンベア２１、２１は実装機１全体を制御する制御ユニット４により制御される。すなわち、コンベア２１，２１は制御ユニット４のモータ制御部４３からの駆動指令に応じて作動し、搬入されてきた基板３を所定の実装作業位置（同図に示す基板３の位置）で停止させる。そして、このように搬送されてきた基板３は図略の保持装置により固定保持される。この基板３に対して部品供給部５から供給される電子部品（図示省略）がヘッドユニット６に搭載された吸着ノズル６１ａ、６１ｂ１〜６１ｂ３、６１ｃ、６１ｄ１〜６１ｄ３、６１ｅ、６１ｆ１〜６１ｆ３、６１ｇ、６１ｈ１〜６１ｈ３により移載される（なお、これらの吸着ノズルを総称する場合には、「吸着ノズル６１」と称する）。このようにヘッドユニット６が部品供給部５の上方と基板３の上方の間を複数回往復して基板３に実装すべき部品の全部について実装処理が完了すると、基板搬送機構２は制御ユニット４からの駆動指令に応じて基板３を搬出する。

基板搬送機構２の両側には、上記した部品供給部５が配置されている。これらの部品供給部５は多数のテープフィーダ５１を備えている。また、各テープフィーダ５１には、電子部品を収納・保持したテープを巻回したリール（図示省略）が配置されており、電子部品を供給可能となっている。すなわち、各テープには、集積回路（ＩＣ）、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ電子部品が所定間隔おきに収納、保持されている。そして、テープフィーダ５１がリールからテープをヘッドユニット６側に送り出すことによって該テープ内の電子部品が間欠的に繰り出され、その結果、ヘッドユニット６の吸着ノズル６１による電子部品の吸着が可能となる。

また、この実施形態では、基板搬送機構２の他に、ヘッドユニット駆動機構７が設けられている。このヘッドユニット駆動機構７はヘッドユニット６を基台１１の所定範囲にわたりＸ軸方向及びＹ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸方向と直交する方向）に移動するための機構である。そして、ヘッドユニット６の移動により吸着ノズル６１で吸着された電子部品が部品供給部５の上方位置から基板３の上方位置に搬送される。すなわち、ヘッドユニット駆動機構７は、Ｘ軸方向に延びる実装用ヘッド支持部材７１を有しており、この実装用ヘッド支持部材７１はヘッドユニット６をＸ軸に沿って移動可能に支持している。また、実装用ヘッド支持部材７１は、両端部がＹ軸方向の固定レール７２に支持され、この固定レール７２に沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。さらに、ヘッドユニット駆動機構７は、ヘッドユニット６をＸ軸方向に駆動する駆動源たるＸ軸モータ７３と、ヘッドユニット６をＹ軸方向に駆動する駆動源たるＹ軸モータ７４とを有している。モータ７３はボールねじ７５に連結されており、モータ制御部４３からの動作指令に応じてモータ７３が作動することでヘッドユニット６がボールねじ７５を介してＸ軸方向に駆動される。一方、モータ７４はボールねじ７６に連結されており、モータ制御部４３からの動作指令に応じてモータ７４が作動することで実装用ヘッド支持部材７１がボールねじ７６を介してＹ軸方向へ駆動される。

ヘッドユニット駆動機構７によりヘッドユニット６は電子部品を吸着ノズル６１により吸着保持したまま基板３に搬送するとともに、所定位置に移載する。より詳しく説明すると、ヘッドユニット６は次のように構成されている。このヘッドユニット６では、鉛直方向Ｚに延設された実装用ヘッド６２が８本、Ｘ軸方向（基板搬送機構２による基板３の搬送方向）に等間隔で列状配置されている。

実装用ヘッド６２ａ〜６２ｈのそれぞれの先端部には、吸着ノズル６１が装着されている。すなわち、図２に示すように、各実装用ヘッド６２ａ〜６２ｈはＺ軸方向に伸びるヘッドシャフト６３を備えている。ヘッドシャフト６３の軸心部には、上方（Ｚ軸方向）に延びる空気通路が貫通形成されている。そして、ヘッドシャフト６３の下方端部には、吸着ノズル６１が接続されて空気通路と連通している。一方、この空気通路の上端部は、図略の真空切替バルブ機構を介して真空吸引源および正圧源に接続される。

また、ヘッドユニット６は上記したように８本の実装用ヘッド６２ａ〜６２ｈを装備しているが、これらのうち実装用ヘッド６２ａ、６２ｃ、６２ｅ、６２ｇはそれぞれ単一の吸着ノズル６１ａ、６１ｃ、６１ｅ、６１ｇが取り付けられた単一ノズルヘッドであるのに対し、残りの４本のヘッド６２ｂ、６２ｄ、６２ｆ、６２ｈはいずれも３本の吸着ノズルを切り換えてノズル交換を行うことができるノズル交換ヘッドである。例えばノズル交換ヘッド６２ｂでは、図３に示すように、ヘッドシャフト６３の下方部にノズル組付ブロック６４が搭載されるとともに、このノズル組付ブロック６４に複数のノズル（この実施形態では３本の吸着ノズル６１ｂ１〜６１ｂ３）が組付けられている。このノズル組付ブロック６４は、ヘッドシャフト６３と一体に昇降及びＺ軸回りであるＲ方向に回転が可能となっているとともに、ヘッドシャフト６３に対して横軸回りに相対回転可能となっており、この回転変位によりノズル６１ｂ１〜６１ｂ３のうち一の吸着ノズルが選択的に所定の使用位置にセットされるように、ノズル組付ブロック６４に各ノズル６１ｂ１〜６１ｂ３が放射状に配設されている。具体的には、ノズル組付ブロック６４の周囲に、その周方向に６０°間隔で各ノズル６１ｂ１〜６１ｂ３が放射状に配設されている。なお、その他のノズル交換ヘッド６２ｄ、６２ｆ、６２ｈも同様の構成を有している。

この実施形態では、８本の実装用ヘッド６２ａ〜６２ｈはＲ方向の回転に関連し２つのグループに分けられている。第１のヘッドグループを構成するヘッド６２ａ〜６２ｄに対応して、吸着ノズル６１ａ、６１ｂ１〜６１ｂ３、６１ｃ、６１ｄ１〜６１ｄ３を、それぞれの部品実装においてＲ方向に回転させる第１Ｒ軸モータ６６ａが設けられており、第２のヘッドグループを構成するヘッド６２ｅ〜６２ｈに対応して、吸着ノズル６１ｅ、６１ｆ１〜６１ｆ３、６１ｇ、６１ｈ１〜６１ｈ３をそれぞれの部品実装においてＲ方向に回転させる第２Ｒ軸モータ６６ｂが設けられている。第１Ｒ軸モータ６６ａおよび第２Ｒ軸モータ６６ｂは、各吸着ノズル６１に吸着された電子部品の実装方向、およびＲ方向の吸着位置ズレに対応した、制御ユニット４のモータ制御部４３からの動作指令に基づき回転する。各実装用ヘッド６２ａ〜６２ｈには、吸着ノズル６１を上下方向Ｚに昇降させるＺ軸モータ６５ａ〜６５ｈがそれぞれ設けられており、制御ユニット４のモータ制御部４３からの動作指令に基づきＺ軸モータ６５ａ〜６５ｈが作動して吸着ノズル６１ａ〜６１ｈをそれぞれ上下方向Ｚに移動させる。また、４本のノズル交換ヘッド６２ｂ、６２ｄ、６２ｆ、６２ｈにはそれぞれ不図示のノズル交換機構が搭載されており、吸着ノズル６１ｂ１〜６１ｂ３、６１ｄ１〜６１ｄ３は、それぞれＺ軸モータ６５ｂ、６５ｄにより所定の上方位置にある状態で、第１Ｒ軸モータ６６ａの回転により、それぞれのノズル組付ブロック６４が横軸回りに回転してノズル交換を行い、吸着ノズル６１ｆ１〜６１ｆ３、６１ｈ１〜６１ｈ３は、それぞれＺ軸モータ６５ｆ、６５ｈにより所定の上方位置にある状態で、第２Ｒ軸モータ６６ｂの回転により、それぞれのノズル組付ブロック６４が横軸回りに回転してノズル交換を行う。なお、以上から分かる通り、ヘッド６２ｂ、あるいはヘッド６２ｄのノズル交換中は、同じ第１のヘッドグループを構成するヘッド６２ａ〜６２ｄの内ノズル交換中以外のヘッドは、ノズル交換のための第１Ｒ軸モータ６６ａの駆動によりＲ方向に回転してしまうため、部品実装、部品吸着のいずれも実施することはせず、部品実装、あるいは部品吸着を実施するとすれば、第２のヘッドグループを構成するヘッド６２ｅ〜６２ｈが実施することとなる。同様、第２のヘッドグループに含まれるヘッド６２ｆ、あるいはヘッド６２ｈのノズル交換中に、部品実装、あるいは部品吸着を実施するとすれば、第１のヘッドグループを構成するヘッド６２ａ〜６２ｄが実施することとなる。

以上の構成により、上記のようにヘッドユニット駆動機構７によってヘッドユニット６が部品供給部５に移動されるとともに、Ｚ軸モータ６５ａ〜６５ｈおよびＲ軸モータ６６ａ、６６ｂを駆動することによって、部品供給部５から供給される電子部品に対して吸着ノズル６１の先端部が適正な姿勢で当接する。

また、このように構成されたヘッドユニット６では、Ｘ軸方向両側の各側面に撮像面を下に向けた状態で２つの基板認識カメラ６７ａ、６７ｂ（図２）が固定されている。これら基板認識カメラ６７ａ、６７ｂは実装作業位置上にある基板３の複数のフィデューシャルマークを撮影して基板位置、基板方向を画像認識する機能を有している。この基板に関する画像と、撮像面を上に向けた状態で基台１１上に固定された部品認識カメラ８（図１）による電子部品の吸着状態画像とに基づき、各電子部品を基板３に移載するに際してヘッドユニット６のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置及び吸着ノズル６１のＲ軸方向位置の各補正が実施され、基板位置ズレ、部品吸着位置ズレによらず正しい各所定位置において各所定方向に向けて各電子部品を基板３に移載する。また、ヘッドユニット６をフィーダ５１の部品供給位置上方に移動させることで基板認識カメラ６７ａ、６７ｂによりフィーダ５１により送給されてくる部品やテープの部品収納凹部などを上方から撮像可能となっている。

次に、実装機１の電気的構成について図４を参照しながら説明する。実装機１には、実装機１全体を制御する制御ユニット４が設けられている。この制御ユニット４は、演算処理部４１と、記憶部４２と、モータ制御部４３と、画像処理部４４とを備えている。この演算処理部４１はＣＰＵ等により構成されており、記憶部４２に予め記憶されている生産プログラムにしたがって実装機１各部を制御して後述する実装ステップを繰り返し実行して基板３への部品実装を行う。

モータ制御部４３には、上記Ｘ軸モータ７３、Ｙ軸モータ７４、Ｚ軸モータ６５ａ〜６５ｈ、Ｒ軸モータ６６ａ、６６ｂが電気的に接続されており、各モータを駆動制御する。また、これらのモータ６５ａ〜６５ｈ、６６ａ、６６ｂ、７３、７４にはモータの回転状況に応じたパルス信号を出力するエンコーダ（図示省略）がそれぞれ付設されている。各エンコーダから出力されるパルス信号は制御ユニット４に取り込まれる構成となっており、これらの信号を受けた演算処理部４１が各軸モータ６５ａ〜６５ｈ、６６ａ、６６ｂ、７３、７４の回転量に関する情報を取得し、モータ制御部４３と共に各軸モータ６５ａ〜６５ｈ、６６ａ、６６ｂ、７３、７４を制御して、吸着ノズル６１を基台１１上の任意の位置に移動できる構成となっている。

また、画像処理部４４には基板認識カメラ６７ａ、６７ｂ、および部品認識カメラ８が電気的に接続されており、これらから出力される撮像信号がそれぞれ画像処理部４４に取り込まれるようになっている。そして、画像処理部４４では、取り込まれた撮像信号に基づいて、部品画像の解析並びに基板画像の解析がそれぞれ行われるようになっている。

なお、同図中の符号４７は生産プログラムや相関データリストなどを表示したり、作業者が制御ユニット４に対して各種データや指令などの情報を入力するための表示／操作ユニットである。

次に、上記のように構成された実装機１の動作について図５ないし図７を参照しつつ説明する。図１に示す実装機１はサーバ−ＰＣなどの外部制御装置から与えられる生産プログラムを記憶部４２に記憶しており、演算処理部４１は記憶部４２から生産プログラムを読み出し、当該生産プログラムに基づき実装ステップを繰り返して行う。

この「実装ステップ」は、基板３上方から部品供給部５上方へのヘッドユニット６の移動である帰路の移動、吸着ノズル６１による部品吸着、部品供給部５上方から基板３上方へのヘッドユニット６の移動である往路の移動、ヘッドユニット６による基板３への部品実装が含まれており、一の「実装ステップ」に続いて次の「実装ステップ」を続けて実行する際には、一の「実装ステップ」の終了に伴い基板３上方から部品供給部５上方にヘッドユニット６が帰路の移動をする（以下、当該動作を「ヘッド移動」と称する）。また、次の「実装ステップ」で実装する部品の種類などが一の「実装ステップ」から変更される等の理由からノズル交換ヘッドで使用する吸着ノズルを交換する必要があり、しかもヘッド移動に要する時間（ヘッド移動時間）がノズル交換に要する時間（ノズル交換時間）よりも短い場合には、次の「実装ステップ」を開始する前、つまりヘッド移動を開始する前にノズル交換を開始している。以下、具体例を示しながら第１実施形態にかかる実装機１の特徴的な動作について説明する。

図５は図１に示す実装機の動作の一例を模式的に示す図である。ここでは、動作理解のため、８本の実装用ヘッド６２ａ〜６２ｈのうちヘッド６２ｂ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｃを用いて４つの部品を基板３に実装した後、次の「実装ステップ」においてヘッド６２ｂ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｃにより部品を同時吸着（Ｚ軸モータ６５ｂ、６５ｅ、６５ｆ、６５ｃが同時に作動して吸着ノズル６１ｂ、６１ｅ、６１ｆ、６１ｃが同時に下降して並行してそれぞれ部品吸着すること）し、これらの部品を基板３上のそれぞれの所定位置に順次実装する場合を例示して動作を説明する。なお、図５では、吸着ノズル６１ｂ、６１ｅ、６１ｆ、６１ｃのそれぞれに部品が吸着された後、ヘッドユニット６が部品供給部５の上方から基板３の上方に移動する「往路移動」については図示を省略している。

図５に示す具体例では、部品を吸着保持している４つのヘッド６２ｂ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｃのうちノズル交換ヘッド６２ｂによる部品実装が最初に行われ、それに続いてヘッド６２ｅ、６２ｆ、６２ｃがこの順序で部品実装を行う。

図６および図７は第１実施形態で実行されるノズル交換動作を示すフローチャートである。以下、図５に示す具体例と図６、図７に示す制御フローを具体的に関連付けながら第１実施形態における動作を説明する。この第１実施形態では、制御ユニット４の演算処理部４１が図６に示すように最初の実装ステップを実行するための実装情報を生産プログラムから取得し、当該実装情報に基づき部品供給部５上方にヘッドユニット６を移動させて最初の実装ステップを開始する。そして、各ヘッドでの部品吸着を順次行い、さらに部品認識を行った後、部品実装処理を行う。この部品実装処理では、部品を吸着保持している一のヘッドが当該部品の実装位置の上方に位置するようにヘッドユニット６が移動した後、当該ヘッドに吸着保持された部品が基板に実装される。この部品実装処理は、部品実装が完了していない、未実装ヘッドが存在している間、繰り返して実行される。また、この部品実装処理において、各ヘッドによる部品実装が完了する毎に、図７に示すノズルチェンジ処理（ステップS２〜S６）を起動する。ここで、例えば図５に示すようにタイミングＴＭ1で第１のヘッドグループの第１ヘッド６２ｂによる部品実装が完了すると、次の第２のヘッドグループのヘッド６２ｅによる部品実装（ヘッドユニット６が移動し吸着ノズル６１ｅを所定位置上方に位置させ、その後吸着ノズル６１ｅが下降して部品を基板３上に装着すること）が開始される（ステップＳ１）とともに、図７のノズルチェンジ処理が起動されヘッド６２ｅによる部品実装と並行して実行される。

このノズルチェンジ処理では、制御ユニット４の演算処理部４１が、部品実装を完了したヘッド（実装完了ヘッド）６２ｂにより次の「実装ステップ」を実行するための実装情報を生産プログラムから取得する（ステップS２）。この場合、次の「実装ステップ」がない場合、吸着ノズルの交換が不要という実装情報が付与される。そして、次の「実装ステップ」のヘッド６２ｂによる実装動作、つまりヘッド６２ｂによる部品吸着および部品実装動作が、現在実行中の「実装ステップ」で完了しているヘッド６２ｂの実装動作から変更されて吸着ノズルの交換が必要であるか否かを判断する（ステップＳ３）。

ステップS３でノズル交換が必要であると判断した場合には、あらかじめ算出してある、当該ヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴよりも短い場合（ステップS4で「ＹＥＳ」の場合）には、当該ノズルによる部品実装処理が完了した直後からノズル交換を開始する（ステップS６）。一方、ヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴと同じあるいは長い場合には、ヘッド移動時間ＨＭＴ中にノズル交換ヘッド６２ｂのノズル交換を実行することができるため、ステップＳ5にて、未ノズルチェンジフラグを設定する。なお、図５の具体例では、ヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴよりも短いため、次に説明するようにノズル交換動作が実行される。

実装完了ヘッド６２ｂでのノズル交換を直ちに実行する（ステップＳ6）。これにより、ノズル交換ヘッド６２ｂによる部品実装の完了直後から同ヘッド６２ｂでのノズル交換が開始され、当該ノズル交換動作が別のヘッドグループのヘッド６２ｅによる部品実装動作と並行して行われる。

図５に戻って動作説明を続ける。上記のようにしてタイミングＴＭ1でヘッド６２ｂでのノズル交換が開始されると同時に、ヘッド６２ｅによる部品実装が開始され、その後タイミングＴＭ2でヘッド６２ｅによる部品実装が完了すると、演算処理部４１は図６に示す動作フローにしたがって実装機１各部を制御する。ただし、図５の具体例ではヘッド６２ｅは吸着ノズル６１ｅのみを装備した単一ノズルタイプのヘッドであり、ノズル交換を行わないため、タイミングＴＭ2でヘッド６２ｅによる部品実装が完了すると、次のヘッド６２ｆによる部品実装のみが開始される。

また、ヘッド６２ｆによる部品実装が完了すると、演算処理部４１は図６に示す動作フローにしたがって実装機１各部を制御する。図５の具体例では、ヘッド６２ｂと同様に、ヘッド６２ｆはノズル交換タイプのヘッドであり、しかもヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴよりも短いため、タイミングＴＭ3で別のヘッドグループのヘッド６２ｃによる部品実装が開始されると同時に、ノズル交換ヘッド６２ｆによる部品実装の完了直後から同ヘッド６２ｆでのノズル交換が開始される。

さらに、部品を吸着しているヘッドのうち最後のヘッド（図５の具体例ではヘッド６２ｃがこれに相当）による部品実装が完了するタイミングＴＭ4で、演算処理部４１は次の「実装ステップ」を開始させる。つまり、ヘッド６２ｃによる部品実装の完了直後よりヘッド移動を開始する（ステップＳ7）。但し、演算処理部４１はタイミングＴＭ4で次の実装ステップを持つヘッドが１つ以上有るかの判断をし、ＮＯであれば基板３への全部品の実装が終了したことになるので、図６に示す動作フローを終了し、実装済み基板３の搬出、未実装の基板３の搬入動作を実行する。ＹＥＳであれば演算処理部４１はステップＳ7を実施する。

そして、次のステップＳ8で演算処理部４１はノズル交換を必要とするヘッドが残っているか否かを判断する。これは、第１実施形態では次の「実装ステップ」のためにノズル交換ヘッドでのノズル交換が必要である場合（ステップＳ３で「ＹＥＳ」）であっても、そのノズル交換に要するノズル交換時間ＮＣＴがヘッド移動時間ＨＭＴと同じあるいは短い場合（ステップＳ4で「ＮＯ」）には、ヘッド移動と並行してノズル交換を行うことができることに基づくものであり、このようなノズル交換ヘッドについては次の「実装ステップ」でのヘッド移動まで待機させている。そして、上記ステップＳ8で「ＹＥＳ」の場合には、演算処理部４１は実装機１各部を制御してノズル交換を待機している全ヘッドについてノズル交換を開始する（ステップＳ9）。こうしてノズル交換が開始されたノズル交換ヘッドのノズル交換時間ＮＣＴはヘッド移動時間ＨＭＴと同じあるいは短いため、ヘッド移動と並行して行われ、ヘッド移動の完了と同時あるいは完了前にノズル交換が完了する。なお、図５の具体例では、ノズル交換を待機しているノズル交換ヘッドは存在していないため、ヘッド移動と並行してノズル交換は行われていない。

以上のように、第１実施形態では、部品を吸着しているヘッドによる部品実装が全て完了した後にヘッド移動および同時吸着を行っているため、各ヘッドでのノズル交換に許容される交換許容時間は当該ヘッドによる部品実装完了から次の「実装ステップ」で当該ヘッドにより部品吸着が開始されるまでの時間である。したがって、図５に示すように、部品を吸着しているヘッド６２ｂ、６２ｅ、６２ｆのうち最後に部品実装を行う最終ヘッド６２ｃでの交換許容時間はヘッド移動時間ＨＭＴと同じであるが、それよりも前に部品実装を行うヘッドについては、その交換許容時間はヘッド移動時間ＨＭＴよりも長くなる。そこで、この点に着目し、第１実施形態ではノズル交換ヘッド６２ｂ、６２ｆによる部品実装を最終ヘッド６２ｃよりも前の順位で行うことで各ノズル交換ヘッド６２ｂ、６２ｆでの交換許容時間がヘッド移動時間ＨＭＴよりも長くなるようにし、さらに部品実装の完了直後よりノズル交換を実行している。その結果、ヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴよりも短い場合であっても、ノズル交換ヘッド６２ｂ、６２ｆによる部品吸着前にノズル交換が完了して部品供給部５でのヘッドユニット６の待機が防止される。その結果、実装効率を向上させることができる。

また、上記第１実施形態では、ヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴと同じあるいは長い場合には、ヘッド移動と並行してノズル交換を行っているが、部品実装動作中にノズル交換が実行されないため、ノズル交換による影響が上記部品実装に及ぶのを確実に防止することができる。

なお、この第１実施形態では、ヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴより短いか否かに基づきノズル交換タイミングを変更しているが、部品実装の完了直後にノズル交換を開始するように構成してもよい。

また、待機時間の発生を防止するためには、図５からも明らかなように、交換許容時間内にノズル交換を完了すればよく、これを充足される限り任意のタイミングでノズル交換を開始してもよい。このように交換許容時間内で任意のタイミングでノズル交換を実行可能な点については、後で説明する実施形態についても全く同様である。

また、上記第１実施形態では、次の「実装ステップ」において部品吸着を同時に行っている、つまり各ヘッドによる部品吸着の順位が同一であり、図５に示すように最終ヘッドでの交換許容時間はヘッド移動時間と一致している。このため、最終ヘッドとしてノズル交換ヘッドを用いた場合、ヘッド移動時間ＨＭＴがノズル交換時間ＮＣＴよりも短い場合には、上記「発明が解決しようとする課題」の項で説明したようにノズル交換がヘッド移動時間内に完了せず、待機時間が発生してしまう。したがって、上記第１実施形態では、最終ヘッドをノズル交換を伴わないものとしており、ノズル交換ヘッドを最終ヘッドよりも前の順位で使用している。これに対し、図８に示す本発明の第２実施形態によれば、上記ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位に制約を設けずとも、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。以下、図８を参照しつつ本発明の第２実施形態について説明する。

図８は本発明にかかる実装機の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、各ヘッドが部品実装と同一の順序で部品吸着を行う、いわゆる個別吸着を実行する点である。このように構成された実装機１では、全ヘッドともヘッド移動時間ＨＭＴよりも十分に長い交換許容時間が得られる。そこで、同図（ｂ）に示すようにノズル交換ヘッド６２ｆを最終ヘッドとして用い、そのノズル交換時間ＮＣＴがヘッド移動時間ＨＭＴよりも長い場合であったとしても、待機時間を発生させることなく、次の「実装ステップ」を実行することができる。つまり、同ヘッド６２ｆによる部品実装を完了した直後にノズル交換を開始した場合、ヘッド移動が完了した段階でもノズル交換は終了していないが、ヘッド移動に続くヘッド６２ａによる部品吸着動作と並行してノズル交換が継続されてノズル交換を完了させる。したがって、ノズル交換のために待機させる必要がなくなり、実装効率を高めることができる。

また、図８に示す第２実施形態では、全てのノズル交換ヘッド６２ｆ、６２ｈをヘッド移動と同時に開始しているので、部品実装動作中にノズル交換が実行されず、ノズル交換による影響が部品実装に及ぶのを確実に防止することができる。

なお、図５及び図８に示す第１実施形態、第２実施形態及びそれらの変形形態において、いずれかのヘッドの実装中あるいは吸着中にノズル交換するヘッドは、実装中あるいは吸着中のヘッドとは別のヘッドグループに属するものとするように、生産プログラムが構成される。

図９は本発明にかかる実装機の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態では、ヘッドユニット６は４本のヘッド６２ｉ〜６２ｌを有している。これらのヘッド６２ｉ〜６２ｌはいずれもノズル交換ヘッドであり、ノズル組付ブロック６４に３本の吸着ノズル６１が放射状に配設されている。また、ヘッド６２ｉ〜６２ｌに対して第１〜第４Ｒ軸モータ６６ａ〜６６ｄがそれぞれ接続されており、制御ユニット４のモータ制御部４３からの制御信号に応じて各Ｒ軸モータ６６ａ〜６６ｄを駆動することでヘッド６２ｉ〜６２ｌをＲ方向に回転させたり、吸着ノズル６１ｉ〜６１ｌのいずれかが、図示を省略しているが、ヘッド６２ｉ〜６２ｌの各々に個別に接続されているＺ軸モータ６５ａ〜６５ｄの内対応するものにより所定の上方位置にある状態で、Ｒ軸モータ６６ａ〜６６ｄの内対応するものを駆動させることで、ノズル組付ブロック６４を横軸回りに回転させてノズル交換を行う。さらに、第３実施形態では、Ｚ軸モータ６５ａ〜６５ｄおよびＲ軸モータ６６ａ〜６６ｄを駆動制御することにより、部品吸着時ヘッド６２ｉ〜６２ｌの各々を個別に適切な吸着ノズルで、しかも当該吸着ノズルの先端部を適正な姿勢で部品に当接させることが可能となっている。

また、第３実施形態では、第２実施形態と同様に、各ヘッド６２ｉ〜６２ｌが部品実装と同一の順序で部品吸着を行う、いわゆる個別吸着を実行するように構成されている。このため、全ヘッド６２ｉ〜６２ｌともヘッド移動時間ＨＭＴよりも十分に長い交換許容時間が得られ、部品実装が完了した直後よりノズル交換を行っている。したがって、上記実施形態と同様に、ノズル交換のために待機させる必要がなくなり、実装効率を高めることができる。

ところで、上記第３実施形態では、各ヘッド６２ｉ〜６２ｌによる部品吸着が互いに異なるタイミングで行われている（個別吸着）が、各ヘッド６２ｉ〜６２ｌによる部品吸着が同時に実行される場合には、最終ヘッド６２ｌにおいてノズル交換を行うと、上記「発明が解決しようとする課題」の項で説明したと同様の問題が発生することがある。この問題を解消するためには、第１実施形態で説明したように最終ヘッド６２ｌでのノズル交換を行わないように設定することも一つの解決策であるが、ヘッド６２ｌによる部品実装後にノズル交換を行って所望の吸着ノズルを使用位置に切り換え、次の「実装ステップ」では当該吸着ノズルにより部品吸着を行うことが不可避となるケースもある。このようなケースでは、例えば図１０に示すように、ヘッド６２ｌによる部品実装の順位を最終順位から繰り上げ、ノズル交換を伴わないヘッド６２ｉ〜６２ｋよりも前に部品実装を行うことで交換許容時間をヘッド移動時間よりも長く設定するのが好適である。そして、ヘッド６２ｌによる部品実装が完了した直後よりノズル交換を開始することで、上記実施形態と同様に、ノズル交換のために待機させる必要がなくなり、実装効率を高めることができる。なお、このようにヘッド間での実装順序を変更するためには生産プログラムを変更する必要があるが、このプログラム変更については、実装ステップを繰り返している間に実装機１の制御ユニット４が行ってもよいし、実装ステップを開始する前に外部制御装置が行ってもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、複数本のヘッドの全部または一部がノズル交換ヘッドとなっており、ノズル交換ヘッドの本数はいずれの実施形態も「４」である。しかしながら、ヘッドユニット６に含まれるノズル交換ヘッドの本数はこれに限定されるものではなく、複数のヘッドのうち少なくとも１本以上がノズル交換ヘッドとなっている実装機全般に本発明を適用することができる。また、ノズル交換ヘッドに装備された吸着ノズルの本数も「３」に限定されるものではなく、２本以上であれば任意である。

また、本発明におけるノズル交換ヘッドは上記した実施形態に限定されるものではなく、ノズル組付ブロックにおいて各ノズルがヘッドシャフトに平行に配置され、ノズル交換機構により下降位置のノズルを上昇させ、所望のノズルを下降させることでノズル交換を行う形式のもの等、ノズル交換が可能なものであれば任意である。

本発明にかかる実装機の第１実施形態を示す平面図である。 ヘッドユニットの正面図である。 ノズル交換ヘッドの構成を示す図である。 図１に示す実装機の電気的構成を示すブロック図である。 図１に示す実装機の動作の一例を模式的に示す図である。 第１実施形態で実行されるノズル交換動作を示すフローチャートである。 第１実施形態で実行されるノズル交換動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる実装機の第２実施形態を示す図である。 本発明にかかる実装機の第３実施形態を示す図である。 本発明にかかる実装機の第４実施形態を示す図である。

符号の説明

１…実装機
３…基板
４…制御ユニット
５…部品供給部
６…ヘッドユニット
６１ａ、６１ｂ１〜６１ｂ３、６１ｃ、６１ｄ１〜６１ｄ３、６１ｅ、６１ｆ１〜６１ｆ３、６１ｇ、６１ｈ１〜６１ｈ３…吸着ノズル
６２ａ〜６２ｈ…実装用ヘッド
６４…ノズル組付ブロック
ＨＭＴ…帰路移動時間
ＮＣＴ…ノズル交換時間

Claims (8)

1. 吸着ノズルにより部品を吸着するヘッドを複数有するヘッドユニットが部品供給部に移動して前記複数のヘッドが所定の吸着順序で部品を吸着した後に前記複数のヘッドが所定の実装順序で順番に部品を基板に実装する、実装ステップを繰り返す部品実装方法であって、
   前記複数のヘッドのうち少なくとも１つは吸着ノズルを複数具備するノズル組付ブロックを備え、部品吸着を行う吸着ノズルを切り換えてノズル交換を行うノズル交換ヘッドであり、
   前記ノズル交換ヘッドによる部品実装の完了から次の実装ステップで前記ノズル交換ヘッドによる部品吸着が開始されるまでの交換許容時間が、前記次の実装ステップで前記ヘッドユニットを前記部品供給部に移動するのに要するヘッド移動時間よりも長くなるように、前記ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位と、前記次の実装ステップでの前記ノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位が設定され、
   前記交換許容時間内で前記ノズル交換を実行する
   ことを特徴とする部品実装方法。
2. 前記ヘッド移動時間が前記ノズル交換ヘッドで前記吸着ノズルを交換するのに要するノズル交換時間よりも短いときには、前記ノズル交換ヘッドは、前記ノズル交換ヘッドによる部品実装後で、かつ前記次の実装ステップでの前記ヘッドユニットの前記部品供給部への移動開始前に前記吸着ノズルの交換を開始する請求項１記載の部品実装方法。
3. 前記ノズル交換ヘッドによる部品実装後に他のヘッドによる部品実装が開始されるように前記実装順序は決められている請求項２記載の部品実装方法。
4. 前記ヘッド移動時間が前記ノズル交換時間以上であるときには、前記ノズル交換ヘッドは前記部品供給部への前記ヘッドユニットの移動中に前記吸着ノズルの交換を行う請求項２または３記載の部品実装方法。
5. 前記複数のヘッドによる部品の実装順序と、前記複数のヘッドによる部品実装後の前記次の実装ステップでの前記吸着順序が同一であり、
   前記次の実装ステップでの前記ノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位は２番以降となっており、
   前記ノズル交換ヘッドでの前記吸着ノズルの交換は、前記次の実装ステップでの前記ヘッドユニットの前記部品供給部へ移動と同時または移動中に開始される請求項１記載の部品実装方法。
6. 前記複数のヘッドによる部品の実装順序と、前記複数のヘッドによる部品実装後の前記次の実装ステップでの前記吸着順序が同一であり、
   前記ノズル交換ヘッドによる部品実装直後に前記吸着ノズルの交換を開始する請求項１記載の部品実装方法。
7. 生産プログラムに基づき前記実装ステップを繰り返す請求項１記載の部品実装方法であて、
   前記生産プログラムを書き換えることによって前記ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位を変更して前記ノズル交換ヘッドの交換許容時間を前記ヘッド移動時間よりも長くする部品実装方法。
8. 吸着ノズルにより部品を吸着するヘッドを複数有するヘッドユニットと、
   前記ヘッドユニットを部品供給部に移動させて前記複数のヘッドにより所定の吸着順序で部品を吸着した後に前記複数のヘッドにより所定の実装順序で順番に部品を基板に実装させる制御手段とを備え、
   前記複数のヘッドのうち少なくとも１つは吸着ノズルを複数具備するノズル組付ブロックを備え、部品吸着を行う吸着ノズルを切り換えてノズル交換を行うノズル交換ヘッドであり、
   前記ノズル交換ヘッドによる部品実装の完了から次の実装ステップで前記ノズル交換ヘッドによる部品吸着が開始されるまでの交換許容時間が、前記次の実装ステップで前記ヘッドユニットを前記部品供給部に移動するのに要するヘッド移動時間よりも長くなるように、前記ノズル交換ヘッドによる部品実装の順位と、前記次の実装ステップでの前記ノズル交換ヘッドによる部品吸着の順位が設定され、
   前記制御手段は前記交換許容時間内で前記ノズル交換を実行する
   ことを特徴とする実装機。

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