JP2011210960A - 自動実装及び自動組み立てシステム - Google Patents

Abstract

【課題】低コストな高性能・多機能自動実装及び自動組み立てシステムを実現する。
【解決手段】部品搬送装置とワークが載置されるワークステージ、ロボットからなる、自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、前記ワークステージとして平面ステージシステムを用いている。また、ロボットとして単機能ロボットを使用し、工程毎に平面ステージシステムを構成する平面ステージ台の周囲に複数台設置され、前記ワークが載置されたステージが予め定めた工程順にワークエリアを移動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板へ電気部品などを自動実装するためのインサータシステムあるいは小部品をワークにマウントする自動組立システムに関し、平面ステージを用いることにより低コストで多機能化を図った自動実装及び自動組み立てシステムに関する。

図2（ａ）は、部品搬送装置とワークステージおよびアームを有する単純なロボットからなるインサータシステムである。
図2（ａ）において、1はワークステージであり、このステージの側部近傍に未加工のプリント基板（ＰＷＢ）2ａが配置されている。3は部品搬送装置で、未加工のＰＷＢ2ａに実装する部品が常時同じ位置に搬送されるように構成されている。4ａ，4ｂはアームを有するロボットである。

上述の構成において、ロボット4ａは未加工のＰＷＢ2ａをワークステージ1の所定の位置に搬送する。次にロボット4ａ，4ｂのいずれか（又は両方）が部品搬送装置3の所定の位置に搬送された部品を掴んでＰＣＢの所定の位置に取り付ける。部品取付を含む加工動作は少なくとも一回行われる。その後、加工後のＰＷＢ2ｂはロボット4ｂによりワークステージ1の側部近傍の所定の位置に搬送される。なお、加工の中には部品取り付け以外の動作も含まれる。

図2（ｂ）はワークステーション1に複数の多関節ロボット5a〜5ｅを組み合わせたシステムの例で、多関節ロボットの特徴を活かして、複雑な動作をさせることができるため、多品種少量生産に向くシステムである。
図2（b）において、図2（ａ）と同一要素には同一符号を付している。5ａ〜5eは多関節ロボットである。そして、図2（ａ）と同様多関節ロボット5ａは未加工のＰＷＢ2ａをワークステージ1の所定の位置に搬送する。

次に多関節ロボット5ａ〜5ｅにより部品搬送装置3の所定の位置に配置された部品を掴んでＰＣＢの所定の位置に取り付けたり、ＰＷＢを矢印Ａ方向に移動させたりして所定の加工が行われる。その後、加工後のＰＷＢ2ｂはロボット4ｂによりワークステージ1の側部近傍の所定の位置に搬送される。なお、加工の中には部品取り付け以外の動作も含まれる。

上記図2（ａ）に示す従来例では単純なシステムの組合せからなるため低コストという利点がある。
また、図2（ｂ）に示すシステム例では多関節ロボットの特徴を活かして、複雑な動作をさせることができるため、多品種少量生産に向いている。

実開平０５−０１６０８０ 特開平０９−１８６２１８ 特表２００４−５３４６６５

ところで、図2（ａ）に示す従来例は、実装できる部品の向きが限定されるなど機能が少ないため、単種類で大量生産する場合に適している。しかし、形状や実装角度がまちまちであったり、多品種を扱ったりすることができないという欠点がある。

また、図2（ｂ）に示す従来例は、複雑な加工に適している。しかし、多関節ロボットアームを複数装備するため、高コストになる、アーム同士が干渉しないように配慮した複雑なアーム制御が必要になる、多関節ロボットで高精度位置決めを行うには高剛性の大型アームが必要となり、システムが大型となり、また重量が重くなるので設置場所の強度確保が必要になる。などの課題がある。

従って本発明は、２次元移動と回転が可能な高精度位置決め平面ステージと単機能ロボットアームとを組み合わせることで、低コストな高性能・多機能自動実装及び自動組み立てシステムを実現することを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明の請求項１の自動実装及び自動組み立てシステムは、
部品搬送装置とワークが載置されるワークステージ、ロボットからなる、自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、
前記ワークステージとして平面ステージシステムを用いることを特徴とする。

請求項2においては、請求項１記載の自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、
ロボットとして、単機能ロボットを使用することを特徴とする。

請求項3においては、請求項１に記載の自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、
前記単機能ロボットは工程毎に平面ステージシステムを構成する平面ステージ台の周囲に複数台配置され、前記ワークが載置されたステージが予め定めた工程順にワークエリアを移動することを特徴とする。

請求項4においては、請求項１または3に記載の自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、
前記ワークの種類によって、ワークエリアでの移動の経路を予め定めた経路に変えるようにしたことを特徴とする。

請求項5においては、請求項3または4に記載の自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、
前記ワークエリアの他に、同一平面ステージ上にロードエリアを設け、該ロードエリアで前記ワークをステージに設置または取り外しを行うことを特徴とする。

請求項6においては、請求項4に記載の自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、
前記ワークにバーコード、RFIdタグを含む非接触で読みとれるコード情報を付加し、前記ワークエリアにて前記ワークから読みとったコード情報に基づいて、前記ワークの品種を識別し、前記ワークエリアでの動作を予め定めた経路に変更するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば以下のような効果がある。
請求項1，2によれば、ワークステージとして平面ステージシステムを用い、ロボットアームとして、単機能ロボットアームを使用するので、低コストで多機能な自動実装及び自動組み立てシステムを実現することができる。

請求項3，4によれば、
ロボットアームは工程毎に平面ステージの周囲に複数台配置され、平面ステージが工程順に実装エリアを移動し、ワークの種類によって、ワークエリアでの移動の経路を予め定めた経路に変えるようにしたので、複雑な実装工程を実現することができ、多様な品種に対応可能な自動実装及び自動組み立てシステムを実現することができる。

請求項5によれば、
ワークエリアの他に、同一平面ステージ上にロードエリアを設け、ロードエリアでワークをステージに設置または取り外しを行うようにしたので、作業の効率化を図ることができる。

請求項6によれば、
ワークにバーコード、RF IDタグを含む非接触で読みとれるコード情報を付加し、ワークエリアにてワークから読みとったコード情報に基づいて、ワークの品種を識別し、ワークエリアでの動作を予め定めた経路に変更するようにしたので、作業の効率化を図ることができる。

本発明の実施形態の一例を示す摸式平面図である。 従来例を示す単機能ロボットアームを用いた摸式平面図（ａ）、多関節ロボットアームを用いた他の従来例を示す摸式平面図（ｂ）である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態の一例を示す摸式平面図である。
図１において、10は平面ステージシステムである。ステージ11ａ，11ｂは、平面ステージシステムの一部でありエリアを特定したものである。

平面ステージシステムは、ステージ11ａ，11ｂそれぞれが独立してステージ台10ａ上を2次元的に移動または停止できると同時にステージの回転もできる3自由度高精度位置決めシステムである。なお、このような平面ステージシステムは公知である。

まず、ロードエリア12にて、ステージ11ａ上に未加工のワークであるPWB2ａが、ロボットアーム14ａにより設置される。PWB2ａはステージ11ａ上に、公知の平面ステージシステムに装備された例えば吸着システム（図示せず）を用いて固定される。

ワーク（PWB）2ａが設置されたステージ11ａは、矢印Ｂ方向に移動してワークエリア13に移動する。ワークエリア13には、複数の部品搬送装置15ａ〜15ｄと単機能ロボットアーム14ａ〜14ｄが設置されている。ここで、単機能ロボットアームとは、例えば、2関節で、アームの先端が2次元移動と上下動の3軸のみの移動が可能なロボットアームのことである。

単機能ロボットアーム14ｂ〜14ｄは、それぞれ部品搬送装置15ａ〜15ｄより所定の部品をピックアップし、ワーク上に実装する。本システムにおいては、ステージ11ａ，11ｂが2 次元だけでなく、矢印Ｃ,Ｄに示すように回転方向にも自由度を持ち、高精度に位置決めできるので、単機能ロボットアームを用いても、図2（ｂ）に示すような回転できない単純なワークステージと高機能な多関節ロボットアームを使用した場合と同等の機能を実現することができる。

また、ワークエリア13に、複数の単機能ロボットアームを配置し、工程を分割して１つのロボットアームに１つの工程を担当させるようにし、ステージ11ｂの方が、各工程内を移動することにより、必要な部品をすべて実装することができる。

部品実装が完了すると、ステージ11ｂは矢印Ｅで示すようにロードエリア12に移動し、ロボットアーム14ａにより加工済みのワーク（PWB2ｂ）がとりはずされる。
以上の手順を繰り返すことで、ステージが平面ステージ台10ａ上を一周することで１つのワークの実装が完了する。

図1に示すように、２つのステージ11ａ，11ｂを用い、一方がワークエリア13にある時に、もう一方がロードエリア12にあり、ワークの設置および取り外しを行うようにすることで、ワークのスループットを向上させることができる。

上記の構成によれば、部品実装システムに要求される回転機能を含めた高精度位置決め機能を、平面ステージシステム側に持たせることにより部品実装用ロボットアームは高機能なものを必要としない。これにより、低コスト、システム重量の低減を実現できる。

また、工程を分割し、１工程毎に単機能ロボットアームを用いることで、総合して複雑な工程を実行するシステムを実現できる。
さらに、2つのステージを用いることで、ワークの設置・取り外し工程と、部品実装工程を並列化することができ、トータルでのスループットを向上することが出来る。
なお、ロボットアームやステージの動きは図示しない制御装置によりその動作が予め決められており、部品の実装や組み立ては予め決められたプログラムに従って動作するように制御されている。

以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えばロボットアームや部品搬送装置の数は図示の例に限らず任意に変更可能である。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１ ワークステージ
２ ワーク（PWB）
３ 部品搬送装置
４ ロボットアーム
５ 多機能ロボット
10 平面ステージシステム
10a 平面ステージ台
11 ステージ
12 ロードエリア
13 ワークエリア
14 ロボットアーム
15 部品搬送装置

Claims (6)

1. 部品搬送装置とワークが載置されるワークステージ、ロボットからなる、自動実装及び自動組み立てシステムにおいて、
   前記ワークステージとして平面ステージシステムを用いることを特徴とする自動実装及び自動組み立てシステム。
2. ロボットとして、単機能ロボットを使用することを特徴とする請求項１記載の自動実装及び自動組み立てシステム。
3. 前記単機能ロボットは工程毎に平面ステージシステムを構成する平面ステージ台の周囲に複数台配置され、前記ワークが載置されたステージが予め定めた工程順にワークエリアを移動することを特徴とする請求項1に記載の自動実装及び自動組み立てシステム。
4. 前記ワークの種類によって、ワークエリアでの移動の経路を予め定めた経路に変えるようにしたことを特徴とする請求項１または3に記載の自動実装及び自動組み立てシステム。
5. 前記ワークエリアの他に、同一平面ステージ上にロードエリアを設け、該ロードエリアで前記ワークをステージに設置または取り外しを行うことを特徴とする請求項3または4に記載の自動実装及び自動組み立てシステム。
6. 前記ワークにバーコード、RFIdタグを含む非接触で読みとれるコード情報を付加し、前記ワークエリアにて前記ワークから読みとったコード情報に基づいて、前記ワークの品種を識別し、前記ワークエリアでの動作を予め定めた経路に変更するようにしたことを特徴とする請求項4に記載の自動実装及び自動組み立てシステム。