JP2017107998A

JP2017107998A - 部品実装機及び部品実装方法

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Publication number: JP2017107998A
Application number: JP2015240851A
Authority: JP
Inventors: 岳史櫻山; Takeshi Sakurayama
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-15
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: JP6777988B2

Abstract

【課題】部品実装精度を向上させると共に、回路基板上への部品の落下も防止する。【解決手段】部品実装機の制御装置４１は、吸着ノズル１４に吸着した部品を部品撮像エリアへ移動させる途中で、ヘッド移動機構２０等により吸着ノズル１４を振って部品の吸着位置や角度をずれさせて部品の吸着状態を安定させるノズル振り動作を実行すると共に、前記ノズル振り動作により部品に作用する慣性力がその後の吸着ノズル１４の移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力と同一又はそれ以下となるように制御する。これにより、通常の吸着ノズル１４の移動動作では吸着ノズル１４から振り落とされない部品がノズル振り動作により振り落とされることを防止できる。更に、画像認識後に部品撮像エリアから部品実装エリアへ移動させる際の部品の吸着位置や角度のずれを防止できて、部品実装精度を向上できると共に、回路基板１１上への部品の落下も防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、部品供給装置により供給される部品を吸着ノズルで吸着して回路基板に実装する部品実装機及び部品実装方法に関する発明である。

近年の部品実装機は、部品実装精度を高めるために、吸着ノズルに吸着した部品を回路基板上へ移動させる途中で部品撮像エリアへ移動させて、当該部品をその下面側からカメラで撮像し、その画像を処理して当該部品の吸着位置ずれを認識し、当該部品の吸着位置ずれを補正するように吸着ノズルの移動動作を制御して当該部品を回路基板に実装するようにしている。

更に、特許文献１（特開２００９−１１７７８０号公報）では、吸着ノズルに吸着した部品の吸着状態が汚れや異物の付着等により不安定になっている場合に、当該部品を回路基板上へ移動させるときに当該部品に作用する慣性力により当該部品が回路基板上に落下する可能性があることを課題として、吸着ノズルに吸着した部品を部品撮像エリアへ移動させる途中で、吸着ノズルを大きく振動させて、吸着ノズルに吸着した部品に大きな慣性力を作用させることで、吸着状態が不安定な部品を振り落として、当該部品が回路基板上に落下することを防止するようにしている。この特許文献１では、吸着状態が不安定な部品を振り落とすために、吸着ノズルの振動により部品に作用する慣性力が、通常の吸着ノズルの移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力よりも大きな慣性力となるように吸着ノズルを大きく振動させるようにしている。

特開２００９−１１７７８０号公報

上記特許文献１では、吸着ノズルを振動させることで、吸着状態が不安定な部品を振り落とすようにしているが、吸着ノズルの振動により吸着ノズルに吸着した部品に作用する慣性力が、通常の吸着ノズルの移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力よりも大きな慣性力となるように吸着ノズルを大きく振動させるため、通常の吸着ノズルの移動動作では吸着ノズルから振り落とされない部品までも振り落とされてしまい、吸着ノズルから振り落とされる部品数が増えてしまう。しかも、吸着ノズルから部品が振り落とされても、部品実装機の制御装置は、吸着ノズルを部品撮像エリアへ移動させてカメラで撮像して画像処理するまでは部品が振り落とされたことが分からないため、画像処理により吸着ノズルに部品が吸着されていないことを認識してから吸着ノズルを部品供給装置側へ戻して再び吸着ノズルに部品を吸着して振動させて撮像するという動作を繰り返すことになる。このため、振り落とされる部品数が増えることで、部品の吸着動作回数、振動回数や撮像回数が増加して、部品実装工程のサイクルタイムが延びて生産性が低下するという欠点があった。

本発明者は、部品実装機の部品実装精度を高める技術を研究する過程で、吸着ノズルに吸着した部品を部品撮像エリアから回路基板上へ移動させるときに、当該部品に作用する慣性力により当該部品の吸着位置がずれて部品実装精度が低下することが判明した。これは、部品撮像エリアで部品の吸着位置を画像認識した後で回路基板上への移動により生じた部品の吸着位置のずれは、カメラで撮像されず、補正できないためである。また、本発明者の実験結果によれば、吸着ノズルに吸着した部品の吸着位置がずれると、いわゆる「座り」が良くなって、部品の吸着状態が安定して吸着位置がずれにくくなることが判明している。

前述した特許文献１では、吸着ノズルの振動により吸着ノズルに吸着した部品に作用する慣性力が、通常の吸着ノズルの移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力よりも大きな慣性力となるように吸着ノズルを大きく振動させるため、通常の吸着ノズルの移動動作では吸着ノズルから振り落とされない部品までも振り落とされてしまい、吸着ノズルから振り落とされる部品数が増えてしまい、部品の吸着動作回数、振動回数や撮像回数が増加して、部品実装工程のサイクルタイムが延びて生産性が低下するという欠点があった。

これらの事情を考慮して、請求項１に係る発明は、部品供給装置により供給される部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルを移動させるノズル駆動機構と、前記吸着ノズルに吸着した部品をその下面側から撮像するカメラと、前記カメラで撮像した画像を処理して前記部品の吸着位置ずれを認識する画像処理装置と、前記画像処理装置で認識した前記部品の吸着位置ずれを補正するように前記ノズル駆動機構の動作を制御して前記部品を回路基板に実装する制御装置とを備えた部品実装機において、前記制御装置は、前記吸着ノズルに吸着した部品を前記カメラで撮像する部品撮像エリアへ移動させる途中で前記ノズル駆動機構により前記吸着ノズルを振って前記部品の吸着位置をずれさせて前記部品の吸着状態を安定させるノズル振り動作を実行すると共に、前記ノズル振り動作により前記部品に作用する慣性力がその後の前記吸着ノズルの移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力と同一又はそれ以下となるように前記ノズル駆動機構の動作を制御するようにしたものである。

本発明は、吸着ノズルに吸着した部品を部品撮像エリアへ移動させる途中で、吸着ノズルを振って部品の吸着位置をずれさせて部品の吸着状態を安定させるノズル振り動作を実行するするものであり、その際、ノズル振り動作により部品に作用する慣性力がその後の吸着ノズルの移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力と同一又はそれ以下となるように制御するため、通常の吸着ノズルの移動動作では吸着ノズルから振り落とされない部品がノズル振り動作により振り落とされることを防止できて、前述した特許文献１と比較して、吸着ノズルから振り落とされる部品数を少なくすることができる。これにより、前述した特許文献１と比較して、部品の吸着動作回数、振動回数や撮像回数を少なくすることができて、部品実装工程のサイクルタイムを短くすることができ、生産性を向上できる。しかも、ノズル振り動作により部品の吸着位置をずれさせて部品の吸着状態を安定させた後に、当該部品の吸着位置ずれを画像認識できると共に、その画像認識後に部品撮像エリアから回路基板上へ移動させる際の部品の吸着位置ずれを防止できて、部品実装精度を向上できると共に、回路基板上への部品の落下も防止できる。

ところで、ノズル振り動作により部品の吸着位置が部品の側縁付近までずれると、部品の吸着状態が不安定になる可能性がある。
この対策として、前記制御装置は、前記画像処理装置で認識した部品の吸着位置が当該部品毎に設定された安定吸着範囲内に収まっているか否かを判定し、前記安定吸着範囲内に収まっていないと判定した場合には、前記吸着ノズルに吸着した部品を所定の廃棄場所に廃棄するようにすると良い。このようにすれば、ノズル振り動作により部品の吸着位置が安定吸着範囲外にずれた場合には、当該部品の吸着状態が不安定であると判断して、当該部品を所定の廃棄場所に廃棄することが可能となり、部品実装精度を向上できると共に、回路基板上への当該部品の落下も防止できる。

本発明は、ノズル振り動作により吸着ノズルを振る回数を、どの様な回数に設定しても良いが、吸着ノズルを振る回数が増えると、吸着ノズルを部品撮像エリアへ移動させるまでの時間が延びて、部品実装工程のサイクルタイムが延びてしまう。本発明者の実験結果によれば、吸着ノズルを振る動作を１回又は２回行えば、部品の吸着位置がいわゆる「座り」が良い位置までずれて吸着状態が安定し、それ以降は、吸着ノズルを振る動作を行っても、部品の吸着位置のずれが少なくなる傾向があることが判明した。

この特性を考慮して、前記制御装置は、前記ノズル振り動作として、前記ノズル駆動機構により前記吸着ノズルを振る動作を１回又は２回実行するようにすると良い。このようにすれば、部品撮像エリアへの移動中にノズル振り動作を行っても、そのノズル振り動作が部品実装工程のサイクルタイムに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。

また、ノズル振り動作により吸着ノズルを振る方向は、水平方向、上下方向、斜め方向、回転方向のいずれであっても良いが、ノズル振り動作により部品の吸着位置がずれる方向は水平方向（ＸＹ方向）や回転方向（θ方向）であるため、前記制御装置は、ノズル振り動作として、ノズル駆動機構により吸着ノズルを水平方向や回転方向に振るようにすると良い。このようにすれば、ノズル振り動作により部品に作用する慣性力の方向（吸着ノズルを振る方向）が部品の吸着位置や角度がずれる方向と一致して、部品の吸着位置をずらすのに必要な慣性力が小さくて済み、吸着ノズルの振り幅や振り速度を小さくすることができて、ノズル振り動作が容易となる。

図１は本発明の一実施例における部品実装機の主要部の平面図である。図２は部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。図３（ａ）はノズル振り動作前の吸着ノズルの部品吸着位置を示す斜視図、同図（ｂ）はノズル振り動作後の吸着ノズルの部品吸着位置のずれを示す斜視図である。図４（ａ）はノズル振り動作時の吸着位置（ＸＹ座標）のずれの計測結果を示す図、同図（ｂ）はノズル振り動作時の吸着角度（θ座標）のずれの計測結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態をロータリーヘッド型の部品実装機に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１乃至図３に基づいてロータリーヘッド型の部品実装機の構成を説明する。

ロータリーヘッド型の部品実装機は、回路基板１１を搬送するコンベア１２と、テープフィーダ、トレイフィーダ等の部品供給装置１３と、この部品供給装置１３によって供給される部品を吸着ノズル１４で吸着して回路基板１１に実装するロータリーヘッド１５（回転型の実装ヘッド）と、吸着ノズル１４に吸着した部品をその下面側から撮像する部品撮像用カメラ１６と、回路基板１１の基準位置マークを撮像するマーク撮像用カメラ１７等を備えた構成となっている。部品撮像用カメラ１６は、部品供給装置１３とコンベア１２との間のスペースに上向きに固定され、一方、マーク撮像用カメラ１７は、ロータリーヘッド１５と一体的にＸＹ方向に移動するように設けられている。

部品実装機には、部品吸着動作を行う部品吸着エリアと、吸着ノズル１４に吸着した部品を部品撮像用カメラ１６で撮像する部品撮像エリアと、部品実装動作を行う部品実装エリアとの間をロータリーヘッド１５をＸＹ方向に移動させるヘッド移動機構２０（図２参照）が設けられている。

ロータリーヘッド１５には、部品供給装置１３により部品吸着位置に送られた部品を吸着する複数本の吸着ノズル１４が円周方向に所定のノズルピッチで交換可能に保持されている。更に、図２に示すように、ロータリーヘッド１５には、該ロータリーヘッド１５をその軸心線（Ｒ軸）の回りを回転（自転）させて複数本の吸着ノズル１４を該ロータリーヘッド１５の円周方向に旋回させるヘッド回転機構２１と、吸着ノズル１４の旋回軌道の所定の停止位置（部品吸着位置の上方）で該吸着ノズル１４を下降させて該吸着ノズル１４に部品を吸着させるＺ軸駆動機構２２と、吸着ノズル１４をその軸心線の回りを回転（自転）させて該吸着ノズル１４に吸着した部品の向き（角度）を修正するノズル回転機構２３とが設けられている。本実施例では、ヘッド移動機構２０、ヘッド回転機構２１、Ｚ軸駆動機構２２及びノズル回転機構２３により特許請求の範囲でいう「ノズル駆動機構」が構成されている。

部品実装機の制御装置４１は、コンピュータを主体として構成され、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置４２と、各種のプログラムやデータ等を記憶するハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置４３（記憶手段）と、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ等の表示装置４４等が接続されている。

部品実装機の制御装置４１は、部品撮像用カメラ１６やマーク撮像用カメラ１７で撮像した画像を処理する画像処理装置として機能すると共に、部品実装機の稼働中（生産中）は、生産プログラムに従って、ヘッド移動機構２０、ヘッド回転機構２１、Ｚ軸駆動機構２２、ノズル回転機構２３等の動作を制御して、ヘッド移動機構２０によりロータリーヘッド１５を部品吸着エリアへ移動させて部品吸着動作を行った後、該ロータリーヘッド１５を部品撮像エリアへ移動させて、吸着ノズル１４に吸着した部品をその下面側から部品撮像用カメラ１６で撮像して、該部品の吸着位置（ＸＹ座標）や角度（θ座標）のずれを認識した後、該ロータリーヘッド１５を部品実装エリアへ移動させて、吸着位置や角度のずれを補正するようにヘッド移動機構２０やノズル回転機構２３等の動作を制御して該部品を回路基板１１に実装する部品実装動作を行うという動作を繰り返す。

ところで、吸着ノズル１４に吸着した部品を部品撮像エリアから部品実装エリアへ移動させる際に、当該部品に作用する慣性力により当該部品の吸着位置や角度がずれることがあり、これが部品実装精度を低下させる要因となる。これは、部品撮像エリアで部品の吸着位置や角度を画像認識した後で部品実装エリアへの移動により生じた部品の吸着位置や角度のずれは、部品撮像用カメラ１６で撮像されず、補正できないためである。また、本発明者の実験結果によれば、吸着ノズル１４に吸着した部品の吸着位置や角度がずれると、いわゆる「座り」が良くなって、部品の吸着状態が安定して吸着位置や角度がずれにくくなることが判明している。参考までに、本発明者が計測した部品の吸着位置のずれや角度のずれと振動回数との関係を図４（ａ）、（ｂ）に示す。

これらの事情を考慮して、本実施例では、部品実装機の制御装置４１は、吸着ノズル１４に吸着した部品を部品撮像エリアへ移動させる途中で、ヘッド移動機構２０等により吸着ノズル１４を振って部品の吸着位置や角度をずれさせて部品の吸着状態を安定させるノズル振り動作を実行すると共に、前記ノズル振り動作により部品に作用する慣性力がその後の吸着ノズル１４の移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力と同一又はそれ以下となるようにヘッド移動機構２０等の動作を制御する。これにより、通常の吸着ノズル１４の移動動作では吸着ノズル１４から振り落とされない部品がノズル振り動作により振り落とされることを防止できて、前述した特許文献１と比較して、吸着ノズル１４から振り落とされる部品数を少なくすることができる。これにより、前述した特許文献１と比較して、部品の吸着動作回数、振動回数や撮像回数を少なくすることができて、部品実装工程のサイクルタイムを短くすることができ、生産性を向上できる。しかも、ノズル振り動作により部品の吸着位置をずれさせて部品の吸着状態を安定させた後に、当該部品の吸着位置ずれを画像認識できると共に、その画像認識後に部品撮像エリアから部品実装エリアへ移動させる際の部品の吸着位置や角度のずれを防止できて、部品実装精度を向上できると共に、回路基板１１上への部品の落下も防止できる。

ところで、ノズル振り動作により部品の吸着位置が部品の側縁付近までずれると、部品の吸着状態が不安定になる可能性がある。
この対策として、本実施例では、部品実装機の制御装置４１は、画像認識した部品の吸着位置が当該部品毎に設定された安定吸着範囲内に収まっているか否かを判定し、前記安定吸着範囲内に収まっていないと判定した場合には、前記吸着ノズル１４に吸着した部品を所定の廃棄場所に廃棄するようにしている。これにより、ノズル振り動作により部品の吸着位置が安定吸着範囲外にずれた場合には、当該部品の吸着状態が不安定であると判断して、当該部品を所定の廃棄場所に廃棄することが可能となり、部品実装精度を向上できると共に、回路基板１１上への当該部品の落下も防止できる。

本発明は、ノズル振り動作により吸着ノズル１４を振る回数を、どの様な回数に設定しても良いが、吸着ノズル１４を振る回数が増えると、吸着ノズル１４を部品撮像エリアへ移動させるまでの時間が延びて、部品実装工程のサイクルタイムが延びてしまう。本発明者の実験結果によれば、吸着ノズル１４を振る動作を１回又は２回行えば、部品の吸着位置がいわゆる「座り」が良い位置までずれて吸着状態が安定し、それ以降は、吸着ノズル１４を振る動作を行っても、部品の吸着位置や角度のずれが少なくなる傾向があることが判明した。

この特性を考慮して、本実施例では、部品実装機の制御装置４１は、ノズル振り動作として、ヘッド移動機構２０等により吸着ノズル１４を振る動作を１回又は２回実行するようにしている。これにより、部品撮像エリアへの移動中にノズル振り動作を行っても、そのノズル振り動作が部品実装工程のサイクルタイムに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。

また、ノズル振り動作により吸着ノズル１４を振る方向は、水平方向、上下方向、斜め方向、回転方向のいずれであっても良いが、ノズル振り動作により部品の吸着位置がずれる方向は水平方向（ＸＹ方向）や回転方向（θ方向）であるため、本実施例では、部品実装機の制御装置４１は、ノズル振り動作として、ヘッド移動機構２０やノズル回転機構２３により吸着ノズル１４を水平方向や回転方向に振るようにしている。これにより、ノズル振り動作により部品に作用する慣性力の方向（吸着ノズル１４を振る方向）が部品の吸着位置がずれる方向と一致して、部品の吸着位置をずらすのに必要な慣性力が小さくて済み、吸着ノズル１４の振り幅や振り速度を小さくすることができて、ノズル振り動作が容易となる。

尚、本願発明は、上記実施例のようなロータリーヘッド型の部品実装機に限定されず、実装ヘッドが回転しない部品実装機に適用したり、また、実装ヘッド（ロータリーヘッド１５）が保持する吸着ノズルの本数を変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…回路基板、１２…コンベア、１３…部品供給装置、１４…吸着ノズル、１５…ロータリーヘッド（実装ヘッド）、１６…部品撮像用カメラ、２０…ヘッド移動機構（ノズル駆動機構）、２１…ヘッド回転機構（ノズル駆動機構）、２２…Ｚ軸駆動機構（ノズル駆動機構）、２３…ノズル回転機構（ノズル駆動機構）、４１…制御装置（画像処理装置）

Claims

部品供給装置により供給される部品を吸着する吸着ノズルと、前記吸着ノズルを移動させるノズル駆動機構と、前記吸着ノズルに吸着した部品をその下面側から撮像するカメラと、前記カメラで撮像した画像を処理して前記部品の吸着位置ずれを認識する画像処理装置と、前記画像処理装置で認識した前記部品の吸着位置ずれを補正するように前記ノズル駆動機構の動作を制御して前記部品を回路基板に実装する制御装置とを備えた部品実装機において、
前記制御装置は、前記吸着ノズルに吸着した部品を前記カメラで撮像する部品撮像エリアへ移動させる途中で前記ノズル駆動機構により前記吸着ノズルを振って前記部品の吸着位置をずれさせて前記部品の吸着状態を安定させるノズル振り動作を実行すると共に、前記ノズル振り動作により前記部品に作用する慣性力がその後の前記吸着ノズルの移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力と同一又はそれ以下となるように前記ノズル駆動機構の動作を制御することを特徴とする部品実装機。
前記制御装置は、前記画像処理装置で認識した前記部品の吸着位置が当該部品毎に設定された安定吸着範囲内に収まっているか否かを判定し、前記安定吸着範囲内に収まっていないと判定した場合には、前記吸着ノズルに吸着した前記部品を所定の廃棄場所に廃棄することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記ノズル振り動作として、前記ノズル駆動機構により前記吸着ノズルを振る動作を１回又は２回実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装機。
前記制御装置は、前記ノズル振り動作として、前記ノズル駆動機構により前記吸着ノズルを水平方向や回転方向に振ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装機。
部品供給装置により供給される部品を部品実装機の吸着ノズルで吸着して部品撮像エリアへ移動させて、前記部品をその下面側からカメラで撮像し、その画像を処理して前記部品の吸着位置ずれを認識し、前記部品の吸着位置ずれを補正するように前記吸着ノズルを移動させるノズル駆動機構の動作を制御して前記部品を回路基板に実装する部品実装方法において、
前記吸着ノズルに吸着した部品を前記部品撮像エリアへ移動させる途中で前記ノズル駆動機構により前記吸着ノズルを振って前記部品の吸着位置をずれさせて前記部品の吸着状態を安定させるノズル振り動作を実行すると共に、前記ノズル振り動作により前記部品に作用する慣性力がその後の前記吸着ノズルの移動動作により当該部品に作用する最大の慣性力と同一又はそれ以下となるように前記ノズル駆動機構の動作を制御することを特徴とする部品実装方法。