JP2017228670A

JP2017228670A - 部品実装方法

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Publication number: JP2017228670A
Application number: JP2016124132A
Authority: JP
Inventors: 賢男孟; Tadao Mo
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: JP6731577B2

Abstract

【課題】組立部品の組立て時のタクトを向上させることができる部品実装方法を提供することを目的とする。【解決手段】下段側部品２をピックアップして撮像し、その姿勢を算出して、組立ステージ１６に載置する。上段側部品３をピックアップしたら、上段側部品３を撮像し、その姿勢を算出する。算出した下段側部品２の姿勢と算出した上段側部品３の姿勢とに基づいて、下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢を算出したら、その算出した下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢に基づいて、組立ステージ１６に載置した下段側部品２に上段側部品３を搭載する。【選択図】図６

Description

本発明は、部品の上に部品を搭載して組み立てた組立部品を基板に装着する部品実装方法に関するものである。

従来、基板に部品を装着する部品実装装置による部品実装方法のひとつとして、部品の上に別の部品を幾段かに搭載して組み立てた組立部品を基板に装着するようにしたものが知られている（例えば、下記の特許文献１）。このような部品実装方法はスタック実装と呼ばれており、限られた基板面積に多くの部品を高密度に実装することができる。

このようなスタック実装では、先ず、相対的に下段側となる下段側部品をピックアップし、撮像装置によって下段側部品を撮像してその姿勢を算出した後、その下段側部品を予め用意した組立ステージに載置する。このとき下段側部品は、算出した姿勢に基づいて組立ステージに対する姿勢調整を行いつつ、組立ステージに載置する。下段側部品を組立ステージに載置したら、相対的に上段側となる上段側部品をピックアップし、撮像装置によって上段側部品を撮像してその姿勢を算出した後、その上段側部品を下段側部品の上に搭載する。このとき上段側部品は、算出した姿勢に基づいて組立ステージに対する姿勢調整を行いつつ、下段側部品に搭載する。これにより、組立ステージに対して姿勢調整がなされた下段側部品と、同じく組立ステージに対して姿勢調整がなされた上段側部品から成る組立部品が組み立てられ、この組み立てられた組立部品がピックアップされて、基板に搭載されることになる。

特許第４７３５５６５号公報

しかしながら、上記従来の部品実装方法では、下段側部品を組立ステージに対して姿勢調整をする工程と、上段側部品を組立ステージに対して姿勢調整をする工程との２つの姿勢調整工程が必要であり、その分、組立部品の組立て時のタクトが低下するという問題点があった。

そこで本発明は、組立部品の組立て時のタクトを向上させることができる部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装方法は、相対的に下段側となる下段側部品の上に相対的に上段側となる上段側部品を搭載することによって組立部品を組み立て、その組み立てた組立部品を基板に装着する部品実装方法であって、前記下段側部品をピックアップする下段側部品ピックアップ工程と、前記下段側部品ピックアップ工程でピックアップした前記下段側部品を組立ステージに載置する下段側部品載置工程と、前記下段側部品載置工程で前記組立ステージに載置される又は載置された前記下段側部品を撮像する下段側部品撮像工程と、前記上段側部品をピックアップする上段側部品ピックアップ工程と、前記上段側部品ピックアップ工程でピックアップした前記上段側部品を撮像する上段側部品撮像工程と、前記下段側部品撮像工程で撮像した前記下段側部品の撮像結果と前記上段側部品撮像工程で撮像した前記上段側部品の撮像結果とに基づいて、前記下段側部品に対する前記上段側部品の搭載姿勢を算出する上段側部品搭載姿勢算出工程と、前記上段側部品搭載姿勢算出工程で算出した前記下段側部品に対する前記上段側部品の搭載姿勢に基づいて、前記組立ステージに載置した前記下段側部品に前記上段側部品を搭載する上段側部品搭載工程とを含む。

本発明によれば、組立部品の組立て時のタクトを向上させることができる。

本発明の一実施の形態における部品実装装置の要部斜視図本発明の一実施の形態における部品実装装置の制御系統を示すブロック図本発明の一実施の形態における部品実装装置よる部品実装作業の手順を示すフローチャート（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置による部品実装作業の手順を説明する図本発明の一実施の形態における部品実装装置により算出する（ａ）下段側部品の偏角（ｂ）上段側部品の偏角（ｃ）上段側部品の補正角それぞれの一例を示す図（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における部品実装装置による部品実装作業の手順を説明する図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における部品実装方法を実行する部品実装装置１を示している。部品実装装置１は相対的に下段側となる下段側部品２の上に相対的に上段側となる上段側部品３を搭載して組立部品４を組み立て、その組み立てた組立部品４を基板５に装着する装置である。

図１において、部品実装装置１は、基台１１に基板搬送機構１２、部品装着機構１３、部品供給部としての下段側部品供給トレイ１４、上段側部品供給トレイ１５、組立ステージ１６、撮像部としての下段側部品撮像カメラ１７及び上段側部品撮像カメラ１８を備えている。ここでは説明の便宜上、作業者ＯＰから見た部品実装装置１の左右方向をＸ軸方向とし、前後方向をＹ軸方向とする。また、上下方向をＺ軸方向とする。

図１において、基板搬送機構１２は前後に配置された一対のコンベア１２ａを備えている。基板搬送機構１２は、一対のコンベア１２ａによって基板５をＸ軸方向に搬送し（図中に示す矢印Ａ）、基台１１の中央部付近の作業位置に位置させる。

図１において、部品装着機構１３はヘッド移動機構２１と装着ヘッド２２を備えている。ヘッド移動機構２１は例えばＸＹ直交ビーム機構から成り、装着ヘッド２２を水平面内で移動させる。

装着ヘッド２２は下方に延びた複数（ここでは３つ）の吸着（ピックアップ）用のノズル２２ａを備えている。３つのノズル２２ａはＸ軸方向に並んでおり、各ノズル２２ａは装着ヘッド２２に対して個別に昇降及びＺ軸回りの回転が自在である。各ノズル２２ａの下端には部品吸着のための部品吸着口が形成されている。装着ヘッド２２は吸着機構部２２ｂを備えており、吸着機構部２２ｂは図示しない真空源と繋がっている。吸着機構部２２ｂは真空源より供給される真空圧を制御することで、各ノズル２２ａの部品吸着口に真空吸着力を発生させる。

図１において、下段側部品供給トレイ１４は基台１１の後方側（作業者ＯＰから見た奥側）の端部に設けられている。下段側部品供給トレイ１４には複数の下段側部品２が整列状態で載置されている。ここでは、下段側部品２は、３つのノズル２２ａの並び方向に合わせてＸ軸方向に３つずつ、３つのノズル２２ａの間隔と同じ間隔で、Ｙ軸方向に複数段に整列されて、下段側部品供給トレイ１４に載置されている。

上段側部品供給トレイ１５は基台１１の前方側（作業者ＯＰから見た手前側）の端部に設けられている。上段側部品供給トレイ１５には複数の上段側部品３が整列状態で載置されている。ここでは、上段側部品３は、３つのノズル２２ａの並び方向に合わせてＸ軸方向に３つずつ、３つのノズル２２ａの間隔と同じ間隔で、Ｙ軸方向に複数段に整列されて、下段側部品供給トレイ１４に載置されている。

組立ステージ１６は、基台１１の後方側（作業者ＯＰから見た奥側）に、下段側部品供給トレイ１４と並んで設けられている。

図１において、下段側部品撮像カメラ１７は、基台１１の基板搬送機構１２の奥側の領域に基板搬送機構１２に隣接して設けられている。上段側部品撮像カメラ１８は、基台１１の基板搬送機構１２の手前側の領域に基板搬送機構１２に隣接して設けられている。下段側部品撮像カメラ１７と上段側部品撮像カメラ１８はともに、撮像視野を上方に向けている。

図２において、基板搬送機構１２、ヘッド移動機構２１、吸着機構部２２ｂの各作動制御、下段側部品撮像カメラ１７及び上段側部品撮像カメラ１８のそれぞれの撮像動作の制御は部品実装装置１が備える制御装置３０の動作制御部３０ａが行う。下段側部品撮像カメラ１７及び上段側部品撮像カメラ１８の撮像によって得られた撮像結果は制御装置３０に送られ、制御装置３０の画像認識部３０ｂにおいて画像認識される。

図２において、制御装置３０にはタッチパネル３１が接続されている。タッチパネル３１は、作業者ＯＰが制御装置３０に所要の入力を行う入力装置として機能するほか、制御装置３０が部品実装装置１の状態を作業者ＯＰに表示したり作業者ＯＰに作業指示を与えたりする出力装置として機能する。

次に、本実施の形態における部品実装装置１による部品実装方法を、部品実装装置１により組立部品４を組み立ててその組み立てた組立部品４を基板５に装着する部品実装作業の実行手順に従って説明する。部品実装装置１による部品実装作業は、作業者ＯＰがタッチパネル３１から作業開始の操作を行うことによって開始される。

作業者ＯＰが作業開始の操作を行うと、先ず、基板搬送機構１２が制御装置３０に制御されて作動し、外部から供給された基板５を受け取って搬入し、作業位置に位置決めする（図３のステップＳＴ１の基板搬入工程）。基板搬送機構１２が基板５を搬入して作業位置に位置決めしたら、装着ヘッド２２はヘッド移動機構２１に駆動されて、下段側部品供給トレイ１４の上方に移動する。そして、下段側部品供給トレイ１４により供給されている複数の下段側部品２のうち、Ｘ軸方向に並んだ３つの下段側部品２を、３つのノズル２２ａにより同時に吸着してピックアップする（ステップＳＴ２の下段側部品ピックアップ工程）。下段側部品２は、前述したように、３つのノズル２２ａの並び方向に及び間隔に合致した並び方向及び間隔で下段側部品供給トレイ１４に載置されているので、装着ヘッド２２は３つの下段側部品２を３つのノズル２２ａによって同時にピックアップすることができる。

装着ヘッド２２は、３つノズル２２ａにより３つの下段側部品２をピックアップしたら、これら３つの下段側部品２が下段側部品撮像カメラ１７の上方を通過するように移動する。そして、下段側部品撮像カメラ１７は、３つのノズル２２ａがピックアップした３つの下段側部品２（すなわち、後述する下段側部品載置工程で組立ステージ１６に載置される３つの下段側部品２）をそれぞれ下方から撮像する（ステップＳＴ３の下段側部品撮像工程）。

下段側部品撮像カメラ１７が下段側部品２を撮像したら、制御装置３０は画像認識部３０ｂにおいて撮像結果の画像認識を行う。そして、制御装置３０は、姿勢算出部３０ｃ（図２）において、下段側部品撮像工程で撮像した各下段側部品２の撮像結果に基づいて、３つの下段側部品２それぞれの姿勢を算出し、その算出した姿勢の情報を記憶部３０ｄ（図２）に記憶する（ステップＳＴ４の下段側部品姿勢算出工程）。

制御装置３０が姿勢算出部３０ｃにおいて、各下段側部品２の姿勢を算出したら、装着ヘッド２２は、３つのノズル２２ａによりピックアップした３つの下段側部品２を組立ステージ１６に同時に載置する（ステップＳＴ５の下段側部品載置工程。図４（ａ）→図４（ｂ））。このとき装着ヘッド２２は、３つの下段側部品２それぞれの姿勢を特に整えることなく、そのまま、組立ステージ１６に載置する。

制御装置３０は、下段側部品載置工程を実行したら、下段側部品供給トレイ１４から組立ステージ１６へ移動させるべき下段側部品２の組立ステージ１６への移動が終了しているか否かを判断する（ステップＳＴ６の第１の判断工程）。そして、その結果、下段側部品供給トレイ１４から組立ステージ１６へ移動させるべき下段側部品２の移動が終了していないと判断した場合にはステップＳＴ２に戻り、終了していると判断した場合には、次のステップＳＴ７に進む。

ステップＳＴ７では、装着ヘッド２２が、上段側部品供給トレイ１５の上方に移動する。そして、上段側部品供給トレイ１５に載置されている上段側部品３のうち、Ｘ軸方向に並んだ３つの上段側部品３を、３つのノズル２２ａにより同時に吸着してピックアップする（上段側部品ピックアップ工程）。上段側部品３は、前述したように、３つのノズル２２ａの並び方向に及び間隔に合致した並び方向及び間隔で上段側部品供給トレイ１５に載置されているので、装着ヘッド２２は３つの上段側部品３を３つのノズル２２ａによって同時にピックアップすることができる。

装着ヘッド２２は、３つのノズル２２ａにより３つの上段側部品３をピックアップしたら、これら３つの上段側部品３が上段側部品撮像カメラ１８の上方を通過するように移動する。そして、上段側部品撮像カメラ１８は、３つのノズル２２ａがピックアップした３つの上段側部品３をそれぞれ下方から撮像する（ステップＳＴ８の上段側部品撮像工程）。

上段側部品撮像カメラ１８が上段側部品３を撮像したら、制御装置３０は画像認識部３０ｂにおいて画像認識を行う。そして、制御装置３０は、姿勢算出部３０ｃにおいて、上段側部品撮像工程で撮像した各上段側部品３の撮像結果に基づいて、３つの上段側部品３それぞれの姿勢を算出し、その算出した姿勢の情報を記憶部３０ｄに記憶する（ステップＳＴ９の上段側部品姿勢算出工程）。

上記のようにして上段側部品３の姿勢を算出したら、制御装置３０は姿勢算出部３０ｃにおいて、下段側部品姿勢算出工程で算出して記憶部３０ｄに記憶しておいた下段側部品２の姿勢の情報と、上段側部品姿勢算出工程で算出して記憶部３０ｄに記憶しておいた上段側部品３の姿勢の情報とに基づいて、下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢を算出する（ステップＳＴ１０の上段側部品搭載姿勢算出工程）。

上記ステップＳＴ１０の上段側部品搭載姿勢算出工程は、下段側部品撮像工程で撮像した下段側部品２の撮像結果と上段側部品撮像工程で撮像した上段側部品３の撮像結果とに基づいて、下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢を算出するのであればよい。上記のように、下段側部品姿勢算出工程で算出した下段側部品２の姿勢と上段側部品姿勢算出工程で撮像した上段側部品３の姿勢とに基づいて、下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢を算出することによって上段側部品搭載姿勢工程を実行するのは、その一例に過ぎない。

上段側部品３の搭載姿勢の算出では、最終的には、上段側部品３のＺ軸回りの補正角を求めることになる。例えば、下段側部品姿勢算出工程で算出した下段側部品２の基準方向（例えばＸ軸方向）からの偏角がθ１であり（図５（ａ））、上段側部品姿勢算出工程で算出した上段側部品３の基準方向からの偏角がθ２であった場合には（図５（ｂ））、上段側部品３のＺ軸回りの補正角ΔθはΔθ＝θ２−θ１となる（図５（ｃ））。このとき上段側部品搭載姿勢算出工程で算出する下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢は、補正角Δθ＝θ２−θ１によって姿勢が補正された上段側部品３の姿勢（図５（ｃ））となる。

制御装置３０が下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢を算出したら、装着ヘッド２２は、その算出した下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢に基づいて、組立ステージ１６に載置した下段側部品２に上段側部品３を搭載する（ステップＳＴ１１の上段側部品搭載工程。図６（ａ））。この上段側部品搭載工程では、３つのノズル２２ａによりピックアップされている３つの上段側部品３それぞれの搭載姿勢は互いに異なるので、通常は、３つの上段側部品３をひとつずつ、対応する下段側部品２に搭載することになる。これにより組立ステージ１６上に、３つの組立部品４が組み立てられる（図６（ａ））。

制御装置３０は、上段側部品搭載工程を実行したら、組立ステージ１６上に載置されている全ての下段側部品２に対する上段側部品３の搭載が終了しているか否かを判断する（ステップＳＴ１２の第２の判断工程）。そして、その結果、組立ステージ１６上に載置されている全ての下段側部品２に対する上段側部品３の搭載が終了していないと判断した場合にはステップＳＴ７に戻り、終了していると判断した場合には、次のステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１３では、装着ヘッド２２が、組立ステージ１６の上方に移動する。そして、組立ステージ１６に載置されている上段側部品３を３つずつ、３つのノズル２２ａにより同時に吸着してピックアップする（組立部品ピックアップ工程）。ステップＳＴ５の下段側部品載置工程で、３つの下段側部品２は組立ステージ１６上にそのまま搭載されているので、組立ステージ１６上に組み立てられた３つの組立部品４も、３つのノズル２２ａの並び方向に及び間隔に合致した並び方向及び間隔で組立ステージ１６上に載っており、装着ヘッド２２は３つの組立部品４を３つのノズル２２ａによって同時にピックアップすることができる。

装着ヘッド２２は、３つのノズル２２ａにより３つの組立部品４をピックアップしたら、これら３つの組立部品４が下段側部品撮像カメラ１７（上段側部品撮像カメラ１８であっても構わない）の上方を通過するように移動する。そして、下段側部品撮像カメラ１７は、３つのノズル２２ａによりピックアップされた３つの組立部品４をそれぞれ下方から撮像する（ステップＳＴ１４の組立部品撮像工程）。下段側部品撮像カメラ１７が組立部品４を撮像したら、制御装置３０は姿勢算出部３０ｃにおいて、組立部品撮像工程で撮像した各組立部品４の撮像結果に基づいて、３つの組立部品４それぞれの姿勢を算出する（ステップＳＴ１５の組立部品姿勢算出工程）。

制御装置３０が姿勢算出部３０ｃにおいて、各組立部品４の姿勢を算出したら、装着ヘッド２２は、３つのノズル２２ａによりピックアップした３つの組立部品４を基板５上の所定の位置（組立部品装着位置）に装着する（ステップＳＴ１６の組立部品装着工程。図６（ｂ））。この組立部品装着工程では、３つのノズル２２ａによりピックアップされている３つの組立部品４それぞれの姿勢は互いに異なるうえ、各組立部品４に規定されている基板５に対する装着角度は一定ではないため、通常は、３つの組立部品４をひとつずつ、基板５上の対応する組立部品装着位置に、それぞれ規定の装着角度で装着することになる。

制御装置３０は、組立部品装着工程を実行したら、組立ステージ１６上に載置されている（すなわちステップＳＴ２〜ステップＳＴ１２の過程で組み立てられた）全ての組立部品４の基板５への装着が終了しているか否かを判断する（ステップＳＴ１７の第３の判断工程）。そして、その結果、組立ステージ１６上に載置されている全ての組立部品４の基板５への装着が終了していないと判断した場合にはステップＳＴ１３に戻り、終了していると判断した場合には、基板搬送機構１２が基板５を外部に搬出し（ステップＳＴ１８の基板搬出工程）、基板５の１枚当たりの部品実装作業が終了する。

以上説明したように、本実施の形態における部品実装方法では、算出した下段側部品２の姿勢と算出した上段側部品３の姿勢とに基づいて、下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢を算出し、その算出した下段側部品２に対する上段側部品３の搭載姿勢に基づいて、組立ステージ１６に載置した下段側部品２に上段側部品３を搭載するようになっており、ピックアップした下段側部品２を組立ステージ１６に載置する際には、その姿勢（下段側部品２の姿勢）を特に整える必要はない。このため、下段側部品２を組立ステージ１６に対して姿勢調整をする工程を省くことができ、その省いた工程分、組立部品の組立て時のタクトを向上させることができる。

また、本実施の形態における部品実装方法では、上述のように、ピックアップした下段側部品２を組立ステージ１６に載置する際にその姿勢を特に整える必要がないことから、下段側部品ピックアップ工程でピックアップした複数の下段側部品２を、下段側部品載置工程で同時に組立ステージ１６に載置することができ、その分、タクトを向上させることができる。これは、複数の下段側部品２をそれぞれそのまま（姿勢を特に整えることなく）載置することに起因しており、本実施の形態における部品実装方法によって得られる効果のひとつになっている。

上述の実施の形態では、組立部品は下段側部品の上に上段側部品が搭載された２段の部品で構成されるものであったが、これは一例であり、組立部品は、相対的に下段側となる下段側部品の上に相対的に上段側となる上段側部品を搭載することによって組み立てられるものであればよく、３段以上の部品で構成されるものであってもよい。このように組立部品が３段以上の部品で構成される場合であっても本願発明を適用することができ、上述の２段の部品の場合と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施の形態では、下段側部品撮像工程及び下段側部品姿勢算出工程を下段側部品載置工程の前に行っていたが、下段側部撮像工程及び下段側部品姿勢算出工程を、下段側部品載置工程の後（但し上段側部品搭載工程の前）に行うようにしてもよい。すなわち下段側部品撮像工程は、下段側部品載置工程で組立ステージ１６に載置される又は載置された下段側部品２を撮像するのであればよい。下段側部品撮像工程を下段側部品載置工程の後に行う場合には、例えば、装着ヘッド２２に備えられた下方を撮像するヘッドカメラ２２Ｃ（図１）によって、下段側部品２を上方から撮像するようにする。

上述の実施形態において示した下段側部品供給トレイ１４、上段側部品供給トレイ１５及び組立ステージ１６の配置は一例に過ぎず、基台１１上における配置の制限は特にない。２つの基板搬送機構１２がＹ軸方向に平行に並んで配置されているような場合には、基板５を搬送する側とは反対の側の基板搬送機構１２によって組立ステージ１６を作業位置に位置決めし、組立ステージ１６を基板５の隣に位置させるにようにすることも可能である。

組立部品の組立て時のタクトを向上させることができる部品実装方法を提供する。

２下段側部品
３上段側部品
４組立部品
５基板
１６組立ステージ

Claims

相対的に下段側となる下段側部品の上に相対的に上段側となる上段側部品を搭載することによって組立部品を組み立て、その組み立てた組立部品を基板に装着する部品実装方法であって、
前記下段側部品をピックアップする下段側部品ピックアップ工程と、
前記下段側部品ピックアップ工程でピックアップした前記下段側部品を組立ステージに載置する下段側部品載置工程と、
前記下段側部品載置工程で前記組立ステージに載置される又は載置された前記下段側部品を撮像する下段側部品撮像工程と、
前記上段側部品をピックアップする上段側部品ピックアップ工程と、
前記上段側部品ピックアップ工程でピックアップした前記上段側部品を撮像する上段側部品撮像工程と、
前記下段側部品撮像工程で撮像した前記下段側部品の撮像結果と前記上段側部品撮像工程で撮像した前記上段側部品の撮像結果とに基づいて、前記下段側部品に対する前記上段側部品の搭載姿勢を算出する上段側部品搭載姿勢算出工程と、
前記上段側部品搭載姿勢算出工程で算出した前記下段側部品に対する前記上段側部品の搭載姿勢に基づいて、前記組立ステージに載置した前記下段側部品に前記上段側部品を搭載する上段側部品搭載工程とを含むことを特徴とする部品実装方法。
前記下段側部品撮像工程で撮像した前記下段側部品の撮像結果に基づいて、前記下段側部品の姿勢を算出する下段側部品姿勢算出工程と、
前記上段側部品撮像工程で撮像した前記上段側部品の撮像結果に基づいて、前記上段側部品の姿勢を算出する上段側部品姿勢算出工程とを含み、
前記上段側部品搭載姿勢工程は、前記下段側部品姿勢算出工程で算出した前記下段側部品の姿勢と前記上段側部品姿勢算出工程で撮像した前記上段側部品の姿勢とに基づいて、前記下段側部品に対する前記上段側部品の搭載姿勢を算出することを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
前記下段側部品ピックアップ工程で複数の前記下段側部品をピックアップし、
前記下段側部品載置工程で前記複数の下段側部品を同時に前記組立ステージに載置することを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装方法。