JP2013168403A - 部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送対象物が作業位置に不安定な状態で保持されたまま部品の実装作業が行われることによって生じ得る不具合の発生を抑制する部品実装装置及びその方法を提供する。
【解決手段】キャリア３の上面３ａに設定されている複数の計測点Ｍを高さセンサ２１によって計測し、計測した各計測点のうち一つでも当接部材７の下面７ａの高さ（計測点Ｍの正規の高さ）と一致していないと判断部２６によって判断された場合、判断部２６は正規の高さと一致していないと判断された計測点Ｍの位置情報を含んだ表示指令信号を表示処理部２８に対して出力する。判断部２６からの表示指令信号を受けた表示処理部２８は、判断部２６によって正規の高さと一致していないと判断された計測点Ｍがある旨を、その対象箇所を明示する画像とともに画像表示器２９に出力して当該画像を表示することで作業員に報知する。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板に部品を実装する部品実装装置及び部品実装方法に関するものである。

部品実装装置は、基板又は基板を載置した平板状のキャリアを搬送対象物として、搬送手段により所定の作業位置に搬送したうえで、実装ヘッドが備える吸着ノズルにより吸着した部品を基板上の電極に実装する。このような部品実装装置では、作業位置に搬送された搬送対象物を当該作業位置に安定した状態で保持するための機構が設けられている。

この機構の一例として、作業位置に搬送された搬送対象物を下受けピン等の部材を用いて下方から持ち上げて、搬送対象物の上面の両側部を当該搬送対象物の両側部の上方に設けられた当接部材に下方から当接させるものがある（例えば特許文献１）。この機構によれば、搬送対象物の上面と当接部材の下面を密着させることによって、搬送対象物の安定的な保持状態を実現することができる。

特開２００６―４９７３号公報

しかしながら、搬送対象物の上面の両側部の領域（当接部材の下面に当接する領域）に、傷による盛り上がり（打痕等）があったり異物が付着したりしているような場合には、搬送対象物の両側部の上面と当接部材の下面が密着せずに搬送対象物が不安定な状態で保持され、そのまま部品の実装作業がなされると装置稼働時の振動を要因とする基板の位置ずれによる実装位置精度低下等の不具合が発生するおそれがあるという問題があった。

そこで本発明は、搬送対象物が作業位置に不安定な状態で保持されたまま部品の実装作業が行われることによって生じ得る不具合の発生を抑制する部品実装装置及び部品実装方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の部品実装装置は、部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装装置であって、基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送手段と、前記搬送手段により前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方に設けられた当接部材と、前記搬送手段により前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物を下方から持ち上げて搬送対象物の上面の両側部を前記当接部材に下方から当接させる持ち上げ機構と、前記当接部材の下面の高さを記憶する記憶部と、前記持ち上げ機構によって持ち上げられた後の搬送対象物の上面の高さを計測する高さ計測手段と、前記高さ計測手段によって計測された搬送対象物の上面の高さが前記記憶部に記憶された当接部材の下面の高さと一致しているか否かを判断する判断手段と、前記判断手段により、前記高さ計測手段によって計測された搬送対象物の上面の高さが前記記憶部に記憶された当接部材の下面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知手段とを備えた。

請求項２に記載の部品実装方法は、部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装方法であって、基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送工程と、前記搬送工程において前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物を持ち上げることにより、前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方に設けられた当接部材に搬送対象物の上面の両側部を下方から当接させる当接工程と、前記当接工程において前記当接部材に当接された状態の搬送対象物の上面の高さを計測する高さ計測工程と、前記高さ計測工程において計測された搬送対象物の上面の高さが記憶部に記憶された前記当接部材の下面の高さと一致しているか否かを判断する判断工程と、前記判断工程において、計測された搬送対象物の上面の高さが前記記憶部に記憶された前記当接部材の下面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知工程とを含む。

本発明では、搬送対象物の上面の両側部を当接部材に当接させて搬送対象物を作業位置に保持した状態において、搬送対象物の両側部の上面に傷による盛り上がりがあったり異物が付着したりしていて搬送対象物の上面の高さと当接部材の下面の高さが一致していない状況となっている場合にはその旨の報知がなされるので、当該報知を受けた作業員は搬送対象物を交換したりその上面に付着する異物を除去する等の適切な措置をとることができるので、搬送対象物が不安定な状態で保持されたまま部実装作業が行われることが防止され、不具合の発生が抑制される。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の部品実装装置の側面図 本発明の一実施の形態の制御系の構成を示すブロック図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態の部品実装装置の一部を拡大した平面図 本発明の一実施の形態の動作フローを示す図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の動作説明図 （ａ）本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分拡大図（ｂ）本発明の一実施の形態の側面図 （ａ）（ｂ）本発明のその他の実施の形態の部品実装装置の側面図

まず、図１〜３を参照して部品実装装置１の全体構造を説明する。部品実装装置１は、上面に電極（不図示）が設けられた基板２を水平面内の一の方向（Ｘ方向とする）に搬入して所定の作業位置に位置決め保持し、その位置決め保持した基板２上に電子部品等の部品Ｐを装着する装置であり、基台４、基台４上に設けられた基板搬送保持部５、部品Ｐの供給を行う部品供給部としての複数のテープフィーダ１２、ヘッド移動機構１３によって移動する実装ヘッド１７及び各部の作動制御を行う制御装置２２（図４）等を備えて構成されている。

基板搬送保持部５は、基台４上で基板２上をＸ方向と直交するＹ方向に対向してＸ方向に延びた一対の搬送コンベア支持部材６に取り付けられ、基板２又は基板２を載置した矩形平板状のキャリア３を搬送対象物として、その両端を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送手段としての搬送コンベア６ａの他、一対の搬送コンベア支持部材６の上端部にそれぞれ設けられた当接部材７及び一対の搬送コンベア支持部材６の間に設けられた持ち上げ機構８から成る。図３に示すように、２つの当接部材７はそれぞれ搬送コンベア６ａにより所定の作業位置に搬送されたキャリア３の両端部の上方に位置するように設けられている。

図３において、持ち上げ機構８は、基台４に設けられた動力部としてのシリンダ９及びシリンダ９によって昇降（矢印ａ）する下受けユニット１０から成る。下受けユニット１０は、上端がキャリア３の下面に当接するように設けられた複数の下受けピン１１を備えている。持ち上げ機構８は、搬送コンベア６ａによって所定の作業位置に搬送されたキャリア３を、シリンダ９によって上昇させた下受けユニット１０によって持ち上げ、キャリア３の上面３ａの両側部をそれぞれその直上に設けられた当接部材７に下方から当接させてキャリア３の保持を行う。本実施の形態では、複数枚の基板２を上面に載置したキャリア３を搬送対象物としている。

図１、図２において、各テープフィーダ１２は、基台４のＹ方向に対向する両端部にＸ方向に整列して設けられている。各テープフィーダ１２は、搬送コンベア６ａ側の上端部に設けられた部品供給口１２ａに部品Ｐを連続的に供給する。

ヘッド移動機構１３は、基台４のＸ方向の一端部にＹ方向に延びて設けられたＹ軸テーブル１４と、Ｘ方向に延び、Ｙ軸テーブル１４に一端が取り付けられてＹ軸テーブル１４に沿って移動自在な２つのＸ軸テーブル１５と、各Ｘ軸テーブル１５上をＸ方向に移動自在に設けられた移動プレート１６から成り、実装ヘッド１７は各移動プレート１６に取り付けられている。実装ヘッド１７は複数の保持ヘッド１８から成り、各保持ヘッド１８の下方には部品Ｐの吸着及びその解除を行うことができる吸着ノズル１８ａが装着されている（図３）。吸着ノズル１８ａは、実装ヘッド１７に内蔵された昇降機構（不図示）によって個別に昇降可能（矢印ｂ）となっている。

図１、図２において、テープフィーダ１２と搬送コンベア支持部材６との間には部品認識カメラ１９が配設されている。また、実装ヘッド１７にはＸ軸テーブル１５の下面側に位置して一体的に移動する基板認識カメラ２０が装着されている。さらに、移動プレート１６には計測対象物の高さを非接触で検出可能な高さセンサ２１が装着されている。

次に、図４を参照して制御系の構成を説明する。部品実装装置１に備えられた制御装置２２は、機構制御部２３、画像処理部２４、高さ計測部２５、判断部２６、記憶部２７及び表示処理部２８を備えている。機構制御部２３は、搬送コンベア６ａとシリンダ９の作動制御を行ってキャリア３の搬送及び保持を行い、ヘッド移動機構１３の作動制御（Ｙ軸テーブル１４に対するＸ軸テーブル１５の移動制御及びＸ軸テーブル１５に対する移動プレート１６の移動制御）を行って実装ヘッド１７を移動させる。

また、機構制御部２３は昇降機構の作動制御を行って吸着ノズル１８ａを保持ヘッド１８に対して昇降させ、実装ヘッド１７に内蔵された吸着機構（不図示）の作動制御を行って吸着ノズル１８ａに部品Ｐの吸着を行わせる。さらに、機構制御部２３は部品認識カメラ１９及び基板認識カメラ２０の撮像動作制御を行い、各カメラの撮像動作によって得られた画像データは画像処理部２４に入力されて画像認識処理がなされる。

高さセンサ２１は検査光を投光する投光部と、投光部が投光した検査光の反射光を受光する受光部を有して成り、高さ計測部２５により制御されて検査光の投受光を行い、三角測量の原理で計測対象の高さを導出する。本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、基板搬送保持部５によって保持されたキャリア３の当接部材７と当接する近傍の領域Ｅ１内の複数個所を計測点Ｍとして設定しており、当接部材７の下面７ａにキャリア３の上面３ａが当接した状態で、高さ計測部２５によって高さセンサ２１から検査光を計測点Ｍに向けて投光し、その反射光を受光して（図７（ｂ）の矢印ｄ）計測点Ｍの位置におけるキャリア３の上面３ａの高さを計測する。上記構成において、高さセンサ２１及び高さ計測部２５は、持ち上げ機構８によって持ち上げられた後のキャリア３の上面３ａの高さを計測する高さ計測手段となっている。

判断部２６は、高さ計測部２５において計測された各計測点Ｍの高さ（キャリア３の上面３ａの高さ）が正規の高さであるか否かの判断を行う。具体的には、高さ計測部２５において計測された各計測点Ｍの高さを、記憶部２７に予め記憶された当接部材７の下面７ａの高さの値と比較し、両者が一致しているか否かを判断する。その結果、一致していない計測点Ｍがあった場合には、その一致していなかった計測点Ｍの位置情報を含んだ表示指令信号を表示処理部２８に対して出力する。判断部２６は、高さ計測手段によって計測されたキャリア３の上面３ａの高さが記憶部２７に記憶された当接部材７の下面７ａの高さと一致しているか否かを判断する判断手段となっている。

表示処理部２８は判断部２６からの表示指令信号を受けて、計測した高さが正規の高さと一致していない計測点Ｍがある旨を、その対象箇所を明示する画像とともに制御装置２２に繋がるモニタ等の画像表示器２９に出力して表示させることで作業員に報知する。表示処理部２８及び画像表示器２９は、判断手段により、高さ計測手段によって計測されたキャリア３の上面３ａの高さが記憶部２７に記憶された当接部材７の下面７ａの高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知手段となっている。

本発明の部品実装装置１は上記のように構成され、次に動作について図６、図７を参照しながら説明する。まず、制御装置２２は搬送コンベア６ａを駆動させることにより、上流側の装置（不図示）から供給されたキャリア３の両側部を下方から支持した状態で所定の作業位置に搬送する（図６に示すＳＴ１の搬送工程）。次に、図７（ａ）に示すように、制御装置２２はシリンダ９を駆動させることにより、所定の作業位置に搬送されたキャリア３の下方に対して下受けピン１１を上昇（矢印ｃ）させてキャリア３を下方から持ち上げることにより、当接部材７にキャリア３の上面３ａの両側部を下方から当接させる（ＳＴ２の当接工程）。ここで、当接部材７の下面７ａと当接するキャリア３の上面３ａの領域に異物等が存在しないときには、キャリア３の上面３ａの両側部は当接部材７の下面７ａと密着（面接触）し（すなわちキャリア３の上面３ａと当接部材７の下面７ａの高さが一致）、キャリア３は水平を維持した状態で当接部材７と下受けピン１１とによって挟持される（図７（ａ））。

次に、図７（ｂ）に示すように、制御装置２２はヘッド移動機構１３を駆動させることによって高さセンサ２１を水平方向に移動させ、当接部材７に当接した状態のキャリア３の上面３ａの高さ（複数の計測点Ｍについての高さ）を計測する（ＳＴ３の高さ計測工程）。制御装置２２はキャリア３の上面３ａの複数の計測点Ｍについての高さの計測を行ったら、計測された各計測点Ｍの高さがそれぞれ記憶部２７に記憶された当接部材７の下面７ａの高さ（計測点Ｍの正規の高さ）と一致しているか否かを判断部２６において判断する（ＳＴ４の判断工程）。ここで、キャリア３の上面３ａの両側部が当接部材７の下面７ａと水平を維持した状態で密着しているならば、各計測点Ｍの高さは全て同一であり、記憶部２７に記憶されている当接部材７の下面７ａの高さの値とも同一である。

図８（ａ）、（ｂ）は、キャリア３の上面３ａの一端部（図面右側）に傷による盛り上がりや異物（以下、「凸部Ｑ」と称する）が存在していることに起因して、当該一端部において当接部材７とキャリア３との間に隙間Ｒが生じたままキャリア３が作業位置に保持された状態を示している。このように、当接部材７の下面７ａと当接するキャリア３上の領域に凸部Ｑが存在する場合、計測点Ｍの高さ（キャリア３の上面３ａの高さ）と当接部材７の下面７ａの高さは一致していないと判断部２６によって判断される。

なお、傷による盛り上がりが発生する原因の一例としては、作業員が取り扱う際、誤ってキャリア３の外周部を作業台等に打ち当ててしまうことによって生じる場合が考えられる。また異物の一例としては、何らかの理由によってキャリア３上に落下（付着）した電子部品等の部品が挙げられる。

前述のように、キャリア３の上面３ａに凸部Ｑが存在していること等に起因して、計測された複数の計測点Ｍのうち一つでも当接部材７の下面７ａの高さ（計測点Ｍの正規の高さ）と一致していないと判断部２６によって判断された場合、判断部２６は正規の高さと一致していないと判断された計測点Ｍの位置情報を含んだ表示指令信号を表示処理部２８に対して出力する。そして、判断部２６からの表示指令信号を受けた表示処理部２８は、判断部２６によって正規の高さと一致していないと判断された計測点Ｍがある旨を、その対象箇所を明示する画像とともに画像表示器２９に出力して当該画像を表示することで作業員に報知し（ＳＴ５の報知工程）、そのキャリア３に載置された基板２についての部品実装をとりやめて終了する。

なお、画像表示器２９に表示される画像として、キャリア３の上面３ａの高さと当接部材７の下面７ａの高さが一致していない旨の表示の他、当接部材７の下面７ａと高さが一致していないと判断された箇所にチェックマークを付したキャリア３の平面画像を用いると、キャリア３上においてどの位置に凸部Ｑが発生しているのかを迅速且つ容易に把握することができる。

画像表示器２９に表示された画像を確認した作業員は実装作業を中断させ、キャリア３の上面３ａに傷による盛り上がりがないか、若しくは異物が付着していないか等の確認を行い、傷による盛り上がり等を発見した場合には、作業員は基板２を新しいキャリア３に載せ換え、交換後のキャリア３を搬送コンベア６ａに改めて投入する。

一方、（ＳＴ４）において各計測点Ｍの全ての高さが記憶部２７に記憶された当接部材７の下面７ａの高さの値と一致していると判断部２６が判断した場合、制御装置２２はヘッド移動機構１３を駆動させることによって、実装ヘッド１７に装着された基板認識カメラ２０を基板２の上方の任意の位置に移動させ、基板２を撮像して認識し（ＳＴ６の基板認識工程）、この認識結果を用いて基板２の基準位置からの位置ずれを算出する。

次に、制御装置２２はヘッド移動機構１３を駆動させて実装ヘッド１７をテープフィーダ１２の部品供給口１２ａまで移動させ、部品供給口１２ａから供給された部品Ｐを吸着ノズル１８ａによって吸着して保持させる（ＳＴ７の部品吸着工程）。次に、制御装置２２はヘッド移動機構１３を駆動させて実装ヘッド１７を部品認識カメラ１９の上方に移動させ、吸着ノズル１８ａに吸着された状態の部品Ｐを撮像して認識し、（ＳＴ８の部品認識工程）この認識結果を用いて吸着ノズル１８ａに対する部品Ｐの吸着位置のずれを算出する。

そして図７（ｃ）に示すように、制御装置２２はヘッド移動機構１３を駆動させて実装ヘッド１７を基板２上の任意の位置まで移動させ、当該位置で吸着ノズル１８ａを下降（矢印ｅ）させ、最下降位置で吸着ノズル１８ａによる部品Ｐの吸着を解除して基板２に部品Ｐを搭載する（ＳＴ９の搭載工程）。なお、基板２への部品Ｐの搭載に際しては、部品認識カメラ１９及び基板認識カメラ２０の撮像動作によってそれぞれ得られた画像データを画像処理部２４によって画像認識処理し、当該画像認識処理の結果に基づいて、吸着ノズル１８ａの下降位置の補正がなされたうえで実行される。

部品Ｐを基板２に搭載したならば、制御装置２２はシリンダ９を駆動して下受けユニット１０を下降させることで搬送コンベア６ａ上にキャリア３を再び載置させる。そして、制御装置２２は搬送コンベア６ａを駆動させることによって、キャリア３を下流側の装置（不図示）に搬送し（ＳＴ１０）、部品実装装置１における実装作業が終了する。

前述のように、本実施の形態ではキャリア３の上面３ａの両側部を当接部材７の下面７ａに当接させた状態におけるキャリア３の上面３ａの高さが、当接部材７の下面７ａの高さと一致しているか否かを判断し、一致していない場合は画像表示器２９にその旨を表示して作業員に報知するようにしていることから、報知を受けた作業員は直ちにキャリア３の上面３ａを確認し、傷による盛り上がりや異物の付着等を発見した場合には、キャリア３を交換する等の措置をとることができ、これによりキャリア３が不安定な状態のまま作業位置に保持されて実装作業が行われることを防止するとともに、実装不良基板の発生を抑制することができる。

また、計測点Ｍの設定箇所（キャリア３の上面３ａの計測箇所）を当接部材７の下面７ａに当接する領域の近傍の領域Ｅ１内に設定すると（図５（ａ））、当接部材７の下面７ａと当接する領域に凸部Ｑが存在する場合（図８（ｂ））、凸部Ｑの近傍箇所を計測し得ることになる。そのため、キャリア３の中心部付近を計測する場合に比して、計測されるキャリア３の上面３ａの高さと当接部材７の下面７ａの高さとの差異がより大きくあらわれ、判断部２６における高さの一致・不一致の判断精度が向上する。

本実施の形態では、搬送コンベア６ａに載置される搬送対象物はキャリア３であるが、基板３０を搬送対象物とした場合（図９（ｂ））、持ち上げ機構８によって持ち上げられる対象物、当接部材７の下面７ａに当接する対象物は基板３０となる。また、高さ計測手段は基板３０の上面の任意の箇所の高さを計測し、判断部２６は高さ計測手段によって計測された基板３０の上面の高さと記憶部２７に記憶された当接部材７の下面７ａの高さが一致していないか否かを判断する。なお、図５（ｂ）に示すように、高さセンサ２１による基板３０上の計測箇所（計測点ＭＡの設定箇所）を、当接部材７の下面７ａと当接する領域の近傍の領域Ｅ２内に設定し、当該箇所を計測することで前述と同様の効果を得ることができる。

また、キャリア３又は基板３０を所定の作業位置で下受けする部材として、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、キャリア３又は基板３０の裏面の一定の領域と当接可能な水平面を有する下受け部材９０をシリンダ９に取り付け、下受け部材９０をシリンダ９によって昇降させてキャリア３又は基板３０を下方から支持するようにしても良い。また作業員への報知は、画像表示器２９による視覚的な報知に加え、警告音による聴覚的な報知も併せて行うようにしてもよい。

本発明の部品実装装置及び部品実装方法によれば、搬送対象物が不安定な状態で保持されたまま部実装作業が行われることによる実装位置ずれの不具合を抑制することができ、基板に部品を実装する部品実装分野において有用である。

１ 部品実装装置
２，３０ 基板（搬送対象物）
３ キャリア（搬送対象物）
６ａ 搬送コンベア
７ 当接部材
８ 持ち上げ機構
１２ テープフィーダ
１７ 実装ヘッド
１８ａ 吸着ノズル
２１ 高さセンサ
２５ 高さ計測部
２６ 判断部
２７ 記憶部
２８ 表示処理部
２９ 画像表示器

Claims (2)

1. 部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装装置であって、
   基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段により前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方に設けられた当接部材と、
   前記搬送手段により前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物を下方から持ち上げて搬送対象物の上面の両側部を前記当接部材に下方から当接させる持ち上げ機構と、
   前記当接部材の下面の高さを記憶する記憶部と、
   前記持ち上げ機構によって持ち上げられた後の搬送対象物の上面の高さを計測する高さ計測手段と、
   前記高さ計測手段によって計測された搬送対象物の上面の高さが前記記憶部に記憶された当接部材の下面の高さと一致しているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により、前記高さ計測手段によって計測された搬送対象物の上面の高さが前記記憶部に記憶された当接部材の下面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知手段とを備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装方法であって、
   基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程において前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物を持ち上げることにより、前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方に設けられた当接部材に搬送対象物の上面の両側部を下方から当接させる当接工程と、
   前記当接工程において前記当接部材に当接された状態の搬送対象物の上面の高さを計測する高さ計測工程と、
   前記高さ計測工程において計測された搬送対象物の上面の高さが記憶部に記憶された前記当接部材の下面の高さと一致しているか否かを判断する判断工程と、
   前記判断工程において、計測された搬送対象物の上面の高さが前記記憶部に記憶された前記当接部材の下面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知工程とを含むことを特徴とする部品実装方法。

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