JP2016105430A - 基板搬送装置および基板搬送方法 - Google Patents

基板搬送装置および基板搬送方法 Download PDF

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良太 西嶋
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Abstract

【課題】支持ピンの移動に伴う実装待ち時間を削減できる基板搬送装置および基板搬送方法を提供する。【解決手段】基板搬送機構3は、基板10を搬送する基板搬送部と、基板10を下面側から支持する支持ピン20と、支持ピン20を上昇および下降させる支持ピン昇降部と、基板10の下面に実装されている部品Pの部品高さH1を記憶する記憶部と、支持ピン20が移動する方向に並設され、支持ピン20の高さ位置を検知する複数のフォトセンサ25と、部品高さH1に基づいて、搬送される基板10の下面に実装されている部品Pと支持ピン20が干渉しないように複数のフォトセンサ25の中から支持ピン20の高さ位置を検知するフォトセンサ25を決定するセンサ決定部とを備えている。基板搬送部は、決定されたフォトセンサ25が支持ピン20の高さ位置を検知してから基板10を搬送する。【選択図】図4

Description

本発明は、基板を下面側から支持する支持ピンを備えた基板搬送装置および基板搬送方法に関するものである。
基板に部品を実装する部品実装装置は、基板を搬送する搬送コンベアを有する基板搬送装置を備えている。この基板搬送装置では、基板を搬送する搬送経路中の部品実装が行われる作業位置において、複数の支持ピンを基板の下面に当接させて保持する基板保持方式が広く用いられている。この方式では、基板の下面に実装されている部品と干渉しないように、支持ピンを下降させてから基板が搬送される。
部品実装を終えた基板を作業位置から搬出し、次に部品実装される基板を搬入して保持するまでの時間は、部品実装作業が行われない実装待ち時間となる。実装待ち時間は、搬送コンベアが基板を搬出・搬入する搬送時間と、基板を保持する支持ピンを下降・上昇させる時間から構成される。このうち、支持ピンの下降・上昇に伴う実装待ち時間を削減するために、支持ピンを装置の下限位置までは下降させず、支持ピンを基板の下面の部品と干渉しない高さまで下降させると基板の搬送を開始する基板搬送装置が知られている(例えば、特許文献1)。また、支持ピンの下降には高い位置精度は必要ないため、安価なエアシリンダを用いた支持ピンの昇降手段が使用されている(例えば、特許文献2)。
特開2009−110994号公報 特開平6−214655号公報
しかしながら上述の特許文献を含む従来の支持ピンの昇降手段にエアシリンダを用いた基板搬送装置では、エアシリンダは停止位置精度が悪いため支持ピンを下降させる高さ目標には安全上の余裕が必要であり、この余裕分の移動時間で実装待ち時間が増加してしまうという問題があった。
そこで本発明は、支持ピンの移動に伴う実装待ち時間を削減できる基板搬送装置および基板搬送方法を提供することを目的とする。
本発明の基板搬送装置は、基板を搬送する基板搬送部と、前記基板を下面側から支持する支持ピンと、前記支持ピンを上昇および下降させる支持ピン昇降部と、前記基板の下面に実装されている部品の高さを記憶する記憶部と、前記支持ピンが移動する方向に並設され、前記支持ピンの高さ位置を検知する複数の位置センサと、前記記憶された部品の高さに基づいて、搬送される前記基板の下面に実装されている前記部品と前記支持ピンが干渉しないように前記複数の位置センサの中から前記支持ピンの高さ位置を検知する前記位置センサを決定するセンサ決定部とを備え、前記基板搬送部は、前記決定された位置センサが前記支持ピンの高さ位置を検知してから前記基板を搬送する。
本発明の基板搬送方法は、基板を搬送する基板搬送部と、前記基板を下面側から支持する支持ピンと、前記支持ピンを上昇および下降させる支持ピン昇降部と、前記基板の下面に実装されている部品の高さを記憶する記憶部と、前記支持ピンが移動する方向に並設され、前記支持ピンの高さ位置を検知する複数の位置センサとを備えた基板搬送装置において、前記記憶された部品の高さに基づいて、搬送される前記基板の下面に実装されている前記部品と前記支持ピンが干渉しないように前記複数の位置センサの中から前記支持ピンの高さ位置を検知する前記位置センサを決定し、前記検知する位置センサが決定されると、前記支持ピン昇降部は前記支持ピンの下降を開始させ、前記決定された位置センサが前記支持ピンの高さ位置を検知すると、前記基板搬送部が前記基板を搬送する。
本発明によれば、支持ピンの移動に伴う実装待ち時間を削減できる。
本発明の一実施の形態に係る部品実装装置の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る基板搬送装置の(a)側面図(b)平面図である。 本発明の一実施の形態に係る基板搬送装置の位置センサの説明図である。 本発明の一実施の形態に係る基板搬送装置が基板を搬送する際の支持ピンの高さ位置の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る基板搬送装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る基板搬送装置における基板搬出方法を示すフロー図である。 本発明の一実施の形態に係る基板搬送装置における基板搬出方法の動作説明図である。
以下に図面を用いて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる構成、形状等は説明のための例示であって、部品実装装置の仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図1、及び後述する一部では、水平面内で互いに直交する2軸方向として、基板搬送方向のX方向、基板搬送方向に直交するY方向が示される。図2、及び後述する一部では、水平面と直交する高さ方向としてZ方向が示される。Z方向は、部品実装装置が水平面上に設置された場合の上下方向または直交方向である。
図1は、本発明の一実施の形態に係る部品実装装置1の構成を示している。部品実装装置1は、基台2、基板搬送機構3、部品供給部4、Y軸移動テーブル5、X軸移動テーブル6、搭載ヘッド7、部品認識カメラ8、及び基板認識カメラ9を備える。基板搬送機構3(基板搬送装置)は、基台2のY方向の中央付近に配設される。基板搬送機構3は、基板10をX方向に搬送して部品実装作業をする位置に位置決めする。
部品供給部4は、基板搬送機構3の側に配設される。部品供給部4は、並設された複数のテープフィーダ11を備える。テープフィーダ11は、キャリアテープをピッチ送りして、部品取り出し位置に部品を供給する。Y軸移動テーブル5は、基台2上面のX方向の一端に配設され、X軸移動テーブル6をY方向に移動させるリニア駆動機構を備える。X軸移動テーブル6は、Y軸移動テーブル5に結合され、搭載ヘッド7をX方向に移動させるリニア駆動機構を備える。
搭載ヘッド7は、複数(本実施例では8個)の単位搭載ヘッド7aを備えた多連型ヘッドであり、単位搭載ヘッド7aは下端部に部品を吸着保持する吸着ノズル(図示省略)を備える。搭載ヘッド7は、X軸移動テーブル6、及びY軸移動テーブル5を駆動することによりX方向・Y方向に移動し、吸着ノズルによって部品取り出し位置に供給された部品を取り出して保持し、位置決め保持された基板10に移送搭載する。
部品認識カメラ8は、部品供給部4と基板搬送機構3の間に配設される。部品認識カメラ8は、部品を保持した搭載ヘッド7が部品認識カメラ8の上方を移動する際に、保持された部品の下面を撮像する。基板認識カメラ9は、搭載ヘッド7と一体的に移動するようにX軸移動テーブル6の下面に装着される。基板認識カメラ9は、位置決めされた基板10上方の任意箇所に搭載ヘッド7と伴に移動し、基板10を撮像する。
次に図2を参照して、基板搬送機構3の構成について説明する。基板搬送機構3は、基板搬送部12、基板保持部13、および位置センサ部14を備えている。基板搬送部12は基台2の上方に配置されており、基板10を基板搬送方向(X方向)に搬送する機能を有する。基板搬送部12は、X方向に延伸する一対の板状部材15の内側に、X方向に配設された一対の搬送ベルト16を備えている。
図2において、搬送ベルト16は、板状部材15の一端に配置されたプーリ17と、他端に配置された搬送モータ18で駆動される駆動プーリ18aに調帯されている。搬送ベルト16は、2つの搬送モータ18を同期駆動することにより板状部材15に沿って水平移動し、上面に載置された基板10をX方向に搬送する。
図2(a)において、板状部材15の上端には、搬送ベルト16の上方に張り出す押え板19が設置されている。押え板19の下面と搬送ベルト16の上面との間隔は、搬送ベルト16によって搬送される基板10の厚さより大きくなっている。押え板19は、後述する基板保持部13によって搬送ベルト16から持ち上げられた基板10の両縁部を押え板19の下面で上から押さえ込むことによって、基板10を実装作業位置に保持するためのものである(図7(a)も参照)。
図2(a)において、基板保持部13は、基板10を下面側から支持する支持ピン20、および支持ピン20を上昇および下降させる支持ピン昇降部21を含んで構成される。支持ピン昇降部21は、複数の支持ピン20を上面に配置変更可能に保持する支持ピン保持部材22、およびエアシリンダ23を備えている。支持ピン20は、下面に部品Pが実装済みの基板10を下方から保持する際に、実装済みの部品Pに接触しないように支持ピン保持部材22上に配置される。支持ピン保持部材22は、エアシリンダ23のピストンロッド23aの先端に取り付けられている。
ピストンロッド23aは、電磁弁24(図5を参照)によりエアシリンダ23に供給・排気されるエアの経路を切り換えることによって、上昇、下降、および停止する。すなわちエアシリンダ23は、電磁弁24を制御することによって、支持ピン保持部材22を上昇および下降ならびに停止させる(図2の矢印A)。支持ピン保持部材22が上昇および下降する移動距離は、エアの供給・排気時間によって制御される。
図2(a)において、位置センサ部14は、支持ピン昇降部21の側方に配置されており、支持ピン保持部材22の高さ位置(保持する支持ピン20の高さ位置)を検知する機能を有する。図3において、位置センサ部14は、4個のフォトセンサ25、および遮光ドグ26を備えている。4個のフォトセンサ25A,25B,25C,25Dは、Z方向(支持ピン20が移動する方向)に所定の間隔で並設されるようにセンサ固定部材27に取り付けられて基台2に設置されている。
図4において、第1のフォトセンサ25A、第2のフォトセンサ25B、第3のフォトセンサ25C、第4のフォトセンサ25Dが、基台2の上面2aから遠い側(基板搬送部12に近い側)から順番に並んで配置されている。第2のフォトセンサ25Bは、第1のフォトセンサ25Aより高さh1下方に配置されている。第3のフォトセンサ25Cは、第2のフォトセンサ25Bより高さh2下方に配置されている。第4のフォトセンサ25Dは、第3のフォトセンサ25Cより高さh3下方に配置されている。
遮光ドグ26は支持ピン保持部材22に取り付けられており、支持ピン保持部材22が下降した際に、各フォトセンサ25A,25B,25C,25Dの検出隙間25aに侵入する。支持ピン保持部材22に伴って下降する遮光ドグ26の下端26aが、フォトセンサ25の検出位置25bと一致したタイミングで、フォトセンサ25A,25B,25C,25Dは順番に検知信号Rを出力する。図4では、Z方向の高い側から3番目まで、すなわち第1のフォトセンサ25A、第2のフォトセンサ25B、第3のフォトセンサ25Cが検知信号Rを出力している。これによって、支持ピン保持部材22が所定の高さに到達したことが検知される。
図4は、搬送される基板10の下面10aに実装されている部品Pと支持ピン20が干渉しない支持ピン20の上端20aの高さ位置(以下「干渉回避高さ位置S」と称す)まで支持ピン保持部材22を下降させた基板搬送機構3を示している。この状態において、支持ピン20の上端20aは、基板10の下面10aに実装されている部品Pの高さ(以下「部品高さH1」と称す。)が最大である部品P*の上面P*a(搬送ベルト16の上面16aに基板10が載置されている状態で下側の面)から余裕高さH2だけ下方にある。この状態で基板搬送部12が基板10を搬送(搬入、搬出)することで、基板10の下面10aの部品Pと支持ピン20の干渉が回避される。
図4に示すように、下降する支持ピン20の上端20aが干渉回避高さ位置Sに到達すると、遮光ドグ26の下端26aは、第3のフォトセンサ25Cの検出位置25bと一致する。この時、第3のフォトセンサ25Cは、下降する支持ピン20の上端20aの高さ位置が干渉回避高さ位置Sに到達したことを検知して検知信号Rを出力する。この状態で、支持ピン20の上端20aは、支持ピン20の高さH3に、支持ピン保持部材22の上面14aから遮光ドグ26の下端26aまでの高さH4を加えた高さ(H3+H4)だけ第3のフォトセンサ25Cの検出位置25bより上方に位置している。
同様に、支持ピン20が移動する方向(Z方向)に並設された第1のフォトセンサ25A、第2のフォトセンサ25B、第4のフォトセンサ25Dは、下降する支持ピン20の上端20aが所定の高さ位置に到達したことを検知して検知信号Rを出力する。このように、各フォトセンサ25A,25B,25C,25Dは、支持ピン20の上端20aの高さ位置を検知する位置センサとなる。
次に図5を参照し、基板搬送機構3の制御系について説明する。制御装置31は基板搬送機構3に備えられ、搬送制御部32、支持ピン昇降制御部33、センサ決定部34、下降時間タイマ35、記憶部36を有する。また制御装置31は、搬送モータ18、電磁弁24、第1のフォトセンサ25A、第2のフォトセンサ25B、第3のフォトセンサ25C、第4のフォトセンサ25D、および報知部38と接続される。実線の矢印は制御信号の流れを示す。
搬送制御部32は、搬送モータ18を駆動制御して基板10を搬送させる。支持ピン昇降制御部33は、電磁弁24を制御して支持ピン昇降部21を駆動し、支持ピン20を保持する支持ピン保持部材22を上昇、下降させる。また支持ピン昇降制御部33は、フォトセンサ25A,25B,25C,25Dからの検知信号Rを受けて支持ピン保持部材22の下降を停止させる。センサ決定部34は、部品高さH1と余裕高さH2に基づいて、支持ピン20の上端20aが干渉回避高さ位置Sにあること検知するフォトセンサ25(位置センサ)を複数のフォトセンサ25A,25B,25C,25Dの中から決定する。その際、センサ決定部34は、干渉回避高さ位置Sができるだけ高くなるようにフォトセンサ25を選択する。
下降時間タイマ35は、支持ピン昇降制御部33が支持ピン20の下降を開始させてから経過した下降時間Tをカウントする。支持ピン昇降制御部33は、下降時間Tが所定時間T0経過するまでに、センサ決定部34によって決定されたフォトセンサ25(位置センサ)からの検知信号Rを受信できない(フォトセンサ25が支持ピン20の高さ位置を検知できない)場合に、報知部38を作動させる。なお、所定時間T0は、予め設定された時間(数秒程度)でもよいし、支持ピン20の下降速度等を考慮して実験またはシミュレーション等により決定した時間でもよい。
記憶部36は、部品高さH1のデータと、余裕高さH2のデータを記憶する。各フォトセンサ25A,25B,25C,25Dは、支持ピン20の高さ位置を検知して検知信号Rを出力する。報知部38は、下降時間Tが所定時間T0経過するまでに、センサ決定部34によって決定されたフォトセンサ25が支持ピン20の高さ位置を検出できない旨をオペレータに報知する。報知部38は、オペレータにその旨を報知する装置であれば、シグナルタワー、回転灯、ブザー、表示部、携帯端末などのいずれの手段を使用しても良い。
次に図6のフロー図を参照して、基板搬送機構3における基板搬送方法である基板搬出処理について説明する。基板搬出処理は、部品実装作業位置に保持された基板10への部品Pの搭載が終了した後に行われる。基板搬出処理は、部品実装が終了した基板10を保持した状態(図7(a)を参照)から、保持する支持ピン20を干渉回避高さ位置Sまで下降させて(図7(b)を参照)、基板10を搬出するまでの処理である。
まずセンサ決定部34は、部品高さH1と余裕高さH2に基づいて、干渉回避高さ位置Sを検知するフォトセンサ25を複数のフォトセンサ25の中から決定する(ステップST1:センサ決定工程)。検知するフォトセンサ25の決定(ST1)は、実装基板の生産開始時点に適宜行われる。
検知するフォトセンサ25が決定されると、次いで支持ピン昇降制御部33は、支持ピン20が基板10を保持する状態から、支持ピン20の下降を開始させる(ST2)。次いで決定されたフォトセンサ25が、支持ピン20の上端20aが干渉回避高さ位置Sまで下降したことを検知して検知信号Rを送信すると(ST3:検知工程においてYes)、支持ピン昇降制御部33は支持ピン20の下降を停止させる(ST4)。次いで搬送制御部32は、基板搬送部12が基板10を搬出(搬送)するように制御して(ST5)、基板搬出処理を終了する。すなわち、基板搬送部12は、決定されたフォトセンサ25(位置センサ)が支持ピン20の高さ位置を検知してから基板10を搬出(搬送)する。
前述の検知工程(ST3)においてNoの場合(検知されない場合)、支持ピン昇降制御部33は、下降時間タイマ35がカウントする下降時間Tが所定時間T0を経過したかを判断する(ST6)。(ST6)において所定時間T0を経過していない場合は(ST3)に戻る。(ST6)において所定時間T0を経過している場合、支持ピン昇降制御部33は支持ピン20の下降を停止し(ST7)、支持ピン昇降制御部33は報知部38を作動させる。所定時間T0は、支持ピン20が干渉回避高さ位置Sまで下降する時間に移動余裕を加えた時間が設定される。これにより、エアシリンダ23やフォトセンサ25の故障など基板搬送機構3に異常がある場合に、オペレータにその旨が報知できる。
部品実装処理では、上記の基板搬出処理に次いで基板搬入処理が行われる。基板搬入処理は、支持ピン20を干渉回避高さ位置Sで停止させた状態(図7(b)を参照)で次に部品Pが実装される基板10を搬入して位置決めし、次いで支持ピン20を上昇させて基板10を保持する(図7(a)を参照)処理である。
部品実装処理において、部品実装を終えた基板10を実装作業位置から搬出し(基板搬出処理)、次に部品実装される基板10を搬入して保持する(基板搬入処理)までの時間は、部品実装作業が行われない実装待ち時間となる。実装基板の生産性向上のためには、実装待ち時間を短縮する必要がある。実装待ち時間には、搬送コンベアが基板10を搬出・搬入する搬送時間と、基板10を保持する支持ピン20を下降・上昇させる時間から構成される。このうち、支持ピン20を下降・上昇させる時間は、干渉回避高さ位置Sを高く設定して支持ピン20の移動距離を短くするほど短縮することができる。
支持ピン20の昇降にエアシリンダ23を用い、支持ピン20を停止させる高さ位置を支持ピン20の下降時間Tのみで制御する場合、エアシリンダ23に供給されるエアの圧力のばらつき、エアの漏れなどにより停止高さ位置の精度が高くない。そのため、干渉回避高さ位置Sの基となる余裕高さH2には安全上の余裕が必要で、この余裕分の往復移動時間が実装待ち時間に加算されて生産性が低下する。
一方、上述の本実施の形態の基板搬送機構3(基板搬送装置)では、搬送される基板10の下面に実装されている部品Pと支持ピン20が干渉しない支持ピン20の高さ位置(干渉回避高さ位置S)を検知するフォトセンサ25を、支持ピン20が移動する方向に並設された複数のフォトセンサ25A,25B,25C,25Dの中から決定する。その際、干渉回避高さ位置Sができるだけ高くなるようにフォトセンサ25を決定する。そして、支持ピン20を保持する支持ピン保持部材22をエアシリンダ23によって下降させ、決定されたフォトセンサ25が支持ピン20の高さ位置を検知すると支持ピン保持部材22の下降を停止し、基板搬送部12が基板10を搬送するようにしている。
これによって、支持ピン20の昇降にエアシリンダ23を用いても、下降時間Tのみで制御する場合に必要な余裕高さH2を削減することができ、支持ピン20の移動に伴う待ち時間を削減して生産性が向上できる。
本実施の形態において、支持ピン20が移動する方向に並設されるフォトセンサ25の個数は4個に限定されることなく、適宜変更可能である。例えば4個より少なくても多くても良い。並設されるフォトセンサ25の間隔(本実施例では高さh1、h2、h3)を狭くすると、干渉回避高さ位置Sをより細やかに設定して余裕高さH2の余分を削減することができる。これによって、支持ピン20の移動に伴う待ち時間を削減して生産性が向上できる。
また本実施の形態において、干渉回避高さ位置Sは、複数のフォトセンサ25で検知するようにしても良い。つまり図4に示すように、干渉回避高さ位置Sにおいて遮光ドグ26の下端26aが検出位置25bと一致する第3のフォトセンサ25Cに加えて、第3のフォトセンサ25Cより高い位置にある第1のフォトセンサ25Aおよび第2のフォトセンサ25Bでも検知するようにしても良い。この場合、支持ピン保持部材22が下降するに従って、第1のフォトセンサ25A、第2のフォトセンサ25B、第3のフォトセンサ25Cの順番で検知信号Rが出力されることを確認し、第3のフォトセンサ25Cの検知信号Rを受けて支持ピン保持部材22の下降を停止し、基板搬送部12は基板10を搬送する。
つまりセンサ決定部34は、支持ピン20の高さ位置を検知する位置センサであるフォトセンサ25の個数を決定し、基板搬送部12は、決定された個数のフォトセンサ25が支持ピン20の高さ位置を検知してから基板10を搬送する。このように複数のフォトセンサ25で検知することによって、フォトセンサ25の故障が検出できる。例えば、第1のフォトセンサ25Aと第3のフォトセンサ25Cが検知信号Rを出力し、第2のフォトセンサ25Bが検知信号Rを出力しない場合は、第2のフォトセンサ25Bが故障していることが検出できる。
支持ピンの移動に伴う実装待ち時間を削減できる基板搬送装置および基板搬送方法を提供する。
3 基板搬送機構(基板搬送装置)
10 基板
12 基板搬送部
20 支持ピン
21 支持ピン昇降部
22 支持ピン保持部材
23 エアシリンダ
25 フォトセンサ(位置センサ)
H1 部品高さ(部品の高さ)
P 部品

Claims (5)

  1. 基板を搬送する基板搬送部と、
    前記基板を下面側から支持する支持ピンと、
    前記支持ピンを上昇および下降させる支持ピン昇降部と、
    前記基板の下面に実装されている部品の高さを記憶する記憶部と、
    前記支持ピンが移動する方向に並設され、前記支持ピンの高さ位置を検知する複数の位置センサと、
    前記記憶された部品の高さに基づいて、搬送される前記基板の下面に実装されている前記部品と前記支持ピンが干渉しないように前記複数の位置センサの中から前記支持ピンの高さ位置を検知する前記位置センサを決定するセンサ決定部とを備え、
    前記基板搬送部は、前記決定された位置センサが前記支持ピンの高さ位置を検知してから前記基板を搬送する基板搬送装置。
  2. 前記センサ決定部は、前記支持ピンの高さ位置を検知する前記位置センサの個数を決定し、
    前記基板搬送部は、前記決定された個数の前記位置センサが前記支持ピンの高さ位置を検知してから前記基板を搬送する請求項1に記載の基板搬送装置。
  3. 前記支持ピン昇降部が前記支持ピンの下降を開始させてから経過した下降時間をカウントする下降時間タイマと、
    前記下降時間が所定時間経過するまでに、前記センサ決定部によって決定された前記位置センサが前記支持ピンの高さ位置を検知できない場合にその旨を報知する報知部とをさらに備える請求項1または2に記載の基板搬送装置。
  4. 前記支持ピン昇降部は、
    前記支持ピンを保持する支持ピン保持部材と、
    前記支持ピン保持部材を上昇および下降させるエアシリンダとを備える請求項1から3のいずれかに記載の基板搬送装置。
  5. 基板を搬送する基板搬送部と、前記基板を下面側から支持する支持ピンと、前記支持ピンを上昇および下降させる支持ピン昇降部と、前記基板の下面に実装されている部品の高さを記憶する記憶部と、前記支持ピンが移動する方向に並設され、前記支持ピンの高さ位置を検知する複数の位置センサとを備えた基板搬送装置において、
    前記記憶された部品の高さに基づいて、搬送される前記基板の下面に実装されている前記部品と前記支持ピンが干渉しないように前記複数の位置センサの中から前記支持ピンの高さ位置を検知する前記位置センサを決定し、
    前記検知する位置センサが決定されると、前記支持ピン昇降部は前記支持ピンの下降を開始させ、
    前記決定された位置センサが前記支持ピンの高さ位置を検知すると、前記基板搬送部が前記基板を搬送する基板搬送方法。
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