JP3596243B2 - 電子部品実装方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多品種の電子部品を基板に高速度で搭載する電子部品実装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品実装装置は、例えば特開平4−94199号公報などに記載されたロータリーヘッド式電子部品実装装置(以下、単に「ロータリーヘッド式」という)と、例えば特開平3−289197号公報などに記載されたXYテーブル式電子部品実装装置(以下、単に「XYテーブル式」という)に大別される。
【0003】
ロータリーヘッド式は多数個の移載ヘッドをロータリーヘッドの周囲を回転させながら、パーツフィーダの電子部品をXYテーブル上の基板に次々に搭載するものであり、高速性に最大の長所を有している。またXYテーブル式は移載ヘッドをX方向およびY方向へ水平移動させながらパーツフィーダの電子部品を基板に実装するものであり、様々な形状やサイズを有する多品種の電子部品を基板に実装できること、およびロータリーヘッド式に比較して構造が簡単で装置コストが安価などの長所を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらロータリーヘッド式は、移載ヘッドはロータリーヘッドの周囲を高速度で回転しながら上下動し、またパーツフィーダは所定のピックアップ位置へ高速度で移動する動作を繰り返すため、装置全体の振動や騒音が甚だしく、また電子部品のピックアップミスや搭載ミスなどの実装ミスを多発しやすく、さらには装置構造が複雑で装置コストがきわめて高価であり、保守管理にも多大な手間を要するなどの問題点があった。
【0005】
またXYテーブル式は、ロータリーヘッド式と比較して実装速度が著しく遅いため、生産性があがらないという問題点があった。
【0006】
したがって本発明は、ロータリーヘッド式とXYテーブル式の問題点を解消し、高速度で信頼性の高い電子部品実装を行うことができる電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項の発明は、基板をX方向の正逆方向に移動させる正逆移動テーブルと、この正逆移動テーブルの側部にX方向にピッチをおいて並設された複数個のパーツフィーダと、前記正逆移動テーブルによる基板の移動方向と直交するY方向に配設された複数個の第1のガイド部と、各々の第1のガイド部にそれぞれ装着され、各々の第1のガイド部に沿ってY方向へ移動しながら前記パーツフィーダの電子部品をノズルで真空吸着してピックアップし前記基板に移送搭載する移載ヘッドと、前記第1のガイド部よりも上流にこれと平行に設けられた第2のガイド部と、第2のガイドに装着されこれに沿って移動し基板の位置認識マークを認識するカメラとがあり、基板を正逆移動テーブルによりX方向の正逆方向へ移動させながら、第1のガイド部に沿ってY方向へ移動する移載ヘッドのノズルによりパーツフィーダの電子部品をピックアップし前記基板に移送搭載するようにした電子部品実装方法であって、電子部品を基板に搭載するX座標位置は前記正逆移動テーブルで搬送される前記基板の移動量で決定し、Y座標位置は前記第1のガイド部に沿って移動する前記移載ヘッドの移動量で決定し、前記カメラが基板の位置認識マークの認識を行っている間に、前記この移載ヘッドはパーツフィーダの電子部品を予めピックアップして所定のY座標位置へ移動して電子部品を搭載する前記基板のX座標位置がこの移載ヘッドの下方へ移動してくる迄待機し、前記基板のX座標位置がこの移載ヘッドの下方へ移動してきたならば前記移載ヘッドのノズルが上下動作を行って電子部品を基板に搭載するようにした。
【0012】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記移載ヘッドのノズルが前記パーツフィーダの電子部品をピックアップして前記正逆移動テーブル上の基板へ移送する途中において、前記移載ヘッドの移動方向と直交する方向へ移動するカメラにより電子部品を観察してその位置ずれを検出し、検出された位置ずれのうち、X方向の位置ずれは基板の移動量を調整することにより補正し、Y方向の位置ずれは移載ヘッドの移動量を調整することにより補正するようにした。
【0017】
【発明の実施の形態】
請求項の発明によれば、正逆移動テーブルにより基板に前進移動および後退移動を繰り返し行わせ、また複数個の第1のガイド部に各々設けられた移載ヘッドをパーツフィーダと基板の間を正逆移動テーブルによる基板の移動方向に直交する方向に移動させながら、電子部品を基板の所定の座標位置に高速度で次々に搭載することができる。また、カメラが基板の位置認識マークの認識を行っている間に、移載ヘッドが予めパーツフィーダの電子部品をピックアップして所定のY座標位置まで移動しておくことにより、基板の所定のX座標位置が移載ヘッドの下方へ移動してきたならば、直ちに電子部品を所定のXY座標位置に搭載できるので、より一層の実装速度の高速化を図ることができる。
【0018】
請求項の発明によれば、電子部品のX方向とY方向の位置ずれを補正し、高い位置精度で基板に搭載できる。
【0020】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図2は同平面図、図3は同正面図、図4は同部分拡大平面図、図5は同移載ヘッドの斜視図、図6は同制御系のブロック図、図7は同電子部品の搭載データ図、図8,図9,図10,図11,図12は同ノズルと基板とパーツフィーダの平面図である。
【0021】
まず、電子部品実装装置の全体構造を説明する。図1において、基台1の上面中央には、2本のレール状の正逆移動テーブル(以下、単に「テーブル」という)2が配設されている。テーブル2は、例えばリニアモータや送りねじ機構などのレール状の駆動体から構成されており、その上に載せられた基板3を前進移動あるいは後退移動させる。
【0022】
基台1の両側部には台車10が設けられている。台車10には多数個のパーツフィーダ11がテーブル2による基板3の移動方向にピッチをおいて並設されている。このパーツフィーダ11はテープフィーダである。なお本発明では、テーブル2による基板3の移動方向をX方向、これに直交する方向をY方向とする。したがってパーツフィーダ11は、X方向に並設されている。台車10はキャスタ12を有しており、床上を転動させることができる。この台車10やパーツフィーダ11は、電子部品供給部13になっている。
【0023】
次に移載ヘッド機構について説明する。基台1の上方には、テーブル2と平行なアーム21が設けられている。アーム21はテーブル2をはさむように2本設けられており、アーム21には多数個のレール状のガイド部(第1のガイド部)22が架設されている。ガイド部22はテーブル2と直交する方向(Y方向)をその長手方向とし、X方向にピッチをおいて架設されている。各々のガイド部22にはそれぞれ複数個(本実施の形態では2個)の移載ヘッド30が装着されている。なお図1では、作図の都合上、アーム21やガイド部22などは一部を切欠し、また省略している。
【0024】
図2において、パーツフィーダ11のピッチP1とガイド部22のピッチP2は等しくしてあり、したがってテーブル2による基板3の移動方向(X方向)における相隣るガイド部22に備えられた移載ヘッド30のノズル31のピッチP3もパーツフィーダ11に備えられた電子部品のピックアップ位置のピッチP1と等しくなっている(図4参照)。
【0025】
ガイド部22はリニアモータから成っており、移載ヘッド30はガイド部22に沿ってパーツフィーダ11と基板3の間をY方向、すなわちテーブル2による基板3の移動方向(X方向)と直交する方向へ移動する。移載ヘッド30をガイド部22に沿って移動させる移動手段としては、リニアモータ以外にも、送りねじ機構なども適用できる。
【0026】
図5において、移載ヘッド30は、パーツフィーダ11に備えられた電子部品Cを真空吸着するノズル31と、ノズル31を上下動させる上下動手段32と、ノズル31をその軸心を中心に回転させる回転手段33を備えている。移載ヘッド30には、上下動手段32や回転手段33の駆動部35が一体的に設けられている。駆動部35の背面にはガイド部22にスライド自在に嵌合するスライダ36が装着されている。図5に示す左右2個の移載ヘッド30は、互いに独立してガイド部22に沿ってY方向へ自由に移動することができる。
【0027】
次に、電子部品の認識手段について説明する。図1および図2において、テーブル2とパーツフィーダ11の間には、テーブル2と平行なガイド部41が設けられている。第1のカメラ42はガイド部41に沿って移動する。この移動方向は、パーツフィーダ11の並び方向と直交する方向(X方向)である。第1のカメラ42を移動させる移動機構としては、リニアモータや送りねじ機構が適用できる。第1のカメラ42は、ノズル31の下端部に真空吸着された電子部品Cを下方から認識する。
【0028】
図1および図2において、ガイド部22の上流には、もう一つのガイド部(第2のガイド部)51が設けられている。このガイド部51はガイド部22と同じ高さにこれと平行に架設されている。ガイド部51には第2のカメラ52が2台装着されている。2台の第2のカメラ52はガイド部51に沿ってそれぞれY方向へ移動し、テーブル2上を搬送される基板3の位置認識マークであるA点53とB点54をそれぞれ認識する。第2のカメラを移動させる移動機構としては、リニアモータや送りねじ機構が適用できる。A点53とB点54は基板3の上面の対角線上に設けられており、この認識結果から基板3の正確な位置が求められる。
【0029】
次に、図6を参照して制御系を説明する。制御部60には以下に述べる要素が接続されている。61は記憶部であって、電子部品の搭載データやプログラムデータなどのデータが記憶されている。搬送路駆動部2A、ガイド部駆動部22A、上下動手段駆動部32A、回転手段駆動部33A、ガイド部駆動部41A、ガイド部駆動部51Aは、それぞれ上記したテーブル2、ガイド部22、上下動手段32、回転手段33、ガイド部41、ガイド部51を駆動する。また第1の画像認識部62と第2の画像認識部63は、それぞれ第1のカメラ42と第2のカメラ52で入手された画像データを認識する。制御部60は記憶部61のデータを読取り、また上述した各部を制御し、また必要な演算等を行う。
【0030】
この電子部品実装装置は上記のような構成より成り、次に電子部品の実装方法を説明する。図7は、電子部品の搭載データの例図である。図中、No1〜nは基板3に電子部品を搭載する順序、Q1〜Qnは電子部品を搭載する基板上のポイント、座標はB点54を基準位置とする基板3上のポイントQ1〜QnのX,Y座標である。C1〜C11は電子部品の品種である。本例では、11品種の電子部品C1〜C11をポイントQ1〜Qnに搭載するものである。実装位置(X座標)は電子部品C1〜C11を備えた各パーツフィーダ11のX座標、基板軸X座標はA点53とB点54の認識が終了して電子部品の搭載を開始するときの基板3の位置(図8の位置)を座標原点としたX座標位置、移動量(X座標)は所定のX座標に電子部品を搭載するためのテーブル2による基板3のX方向の移動量、移動時間はこの移動量を移動するのに要する時間(秒)である。次に、図7の搭載データの実行方法を説明する。
【0031】
電子部品を基板3に実装するのに先立ち、次のようにして基板3の位置認識が行われる。図1および図2において、基板3がテーブル2上を搬送されてA点53が一方の第2のカメラ52(図2において下側の第2のカメラ52)の移動路の下方までくると、この第2のカメラ52はA点53を認識する。
【0032】
次に基板3がさらに搬送されてB点54が他方の第2のカメラ52(図2において上側の第2のカメラ52)の移動路の下方までくると、この第2のカメラ52はB点54を認識する。そして制御部60は、この2つの認識結果に基づいて基板3の位置を算出する。図8はこのときの状態を示している。なお基板3がテーブル2を搬送されてくるタイミングはプログラム上予め判っており、したがって2台の第2のカメラ52はA点53とB点54がその下方へ移動してくる前に、予めガイド部51に沿って移動し、A点53とB点54のY座標位置上でそれぞれ待機しておく。これにより、A点53やB点54が第2のカメラ52が位置するX座標上まで移動してきたならば、直ちにこれを認識することができる。図8〜図11において、(xA,yA),(xB,yB)はそれぞれA点53とB点54の座標位置であり、また各ポイントQ1〜Qnの座標(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)・・・Qn(xn,yn)は、このときの座標系における座標位置である。
【0033】
以上のように、第2のカメラ52で基板3の位置認識を行っている間に、各ガイド部22の各移載ヘッド30はパーツフィーダ11の上方へ移動する。そこで各ノズル31で電子部品を真空吸着してピックアップした後、所定のY座標位置y1,y2,y3・・・ynの上方へ移動し、基板3が搬送されてくるまで待機する。図8はこのときの状態を示している。図8において、またノズル31は、電子部品Cを基板3に搭載する順に符号311,312,313・・・で表しており、また黒マルで示すノズル31は電子部品Cを真空吸着中のものを表している。すなわち、例えば図8において、黒マルのノズル311は電子部品C9を真空吸着し、No1のポイントQ1(X1,y1)にこの電子部品C9を搭載しているために待機中のノズルであり、また黒マルのノズル312は電子部品C1を真空吸着してNo2のポイントQ2(x2,y2)にこの電子部品C1を搭載するために待機中のノズルである。また図8においてXL1,XL2,XL3・・・は、電子部品Cを真空吸着して保持する各ノズル31の直下まで各ポイントQ1,Q2,Q3・・・を移動させるのに必要なX方向の移動量を示している。
【0034】
また図8において、n0は第2のカメラ52のY方向の移動ラインである。n1〜n11は各移載ヘッド30のノズル31のY方向の移動ラインであり、各ノズル31(311,312,313・・・)はこの移動ラインn1〜n11に沿ってY方向へ移動し、この移動ラインn1〜n11上に配設されたパーツフィーダ11の電子部品C1〜C11をピックアップする。
【0035】
さて図8において、まず第1番目のノズル311が真空吸着して保持するNO1の電子部品C9を所定の座標位置Q1(x1,y1)に搭載するために、基板3を図8から図9に示す位置へX方向へ移動量(XB1−XB0)だけ前進移動させる(図7も参照)。なおXB0は、第2のカメラ52でB点54を認識したときの基板3の先端のX座標位置である。そこでノズル311に上下動作を行わせて、第1番目の電子部品C9をNO1のポイントQ1(x1,y1)に搭載する。なおこのときの移動量(XB1−XB0)は、ノズル311のX軸上の位置(既知)とポイントQ1のX軸上の位置の差から容易に求められる。
【0036】
以上のようにしてNO1の電子部品C9をポイントQ1(x1,y1)に搭載したならば、次に第2番目のノズル312に真空吸着して保持されたNO2の電子部品C1をポイントQ2(x2,y2)に搭載する。この場合、図8から図9において、基板3はすでにXB1へ移動済であるから、基板3をX方向へ移動量(XB2−XB1)移動させれば、ポイントQ2(x2,y2)は第2番目のノズル312の下方へ移動してくる。図10はこのときの状態を示している。そこでノズル312に上下動作を行わせてNO2の電子部品C1をポイントQ2に搭載する。
【0037】
第3番目のノズル313に保持された第3番目の電子部品C6も、基板3をX方向へ移動量(XB3−XB2)移動させることによりポイントQ3に搭載される(図11)。NO4以下の電子部品C10,C5,C4・・・についても、同様に基板3をX方向へ移動量(XB4−XB3),(XB5−XB4),(XB6−XB5)・・・順に移動させれば、ポイントQ4,Q5,Q6・・・は各ノズル314,315,316・・・の下方へ順に移動してくることとなり、各ノズル314,315,316・・・を次々に上下動させて各々のポイントQ4,Q5,Q6・・・に次々に電子部品C10,C5,C4・・・を搭載する。
【0038】
電子部品を基板3に搭載するための搭載プログラムは、移動時間の総和Σt=t1+t2+・・・tn(図7)ができるだけ短くなるように決定する。また図7に示す例では、NO1の電子部品C9とNO7の電子部品C9は同一品種であって、同一のパーツフィーダ11に備えられており、同じ移載ヘッド30のノズル311で移送搭載する。したがってこの移載ヘッド30がNO1の電子部品C9を基板3に搭載してから、NO7の電子部品C9を基板3に搭載するまでの余裕時間はt2+t3+・・・t7である。したがって基板3のポイントQ7はこの余裕時間以内でNO7の電子部品C9を真空吸着して保持するノズル311の下方まで移動してくることが望ましく、これに間に合わないとノズル311には待ち時間が生じ、実装能率は低下する。よって搭載プログラムは、このような待ち時間ができるだけ生じないように決定される。
【0039】
ところで、移載ヘッド30のノズル31はパーツフィーダ11の電子部品をピックアップして所定のY座標位置へ移動するが、ノズル31の下端部に真空吸着された電子部品はXYθ方向の位置ずれを有していることが多い。そこで移載ヘッド30のノズル31がパーツフィーダ11の電子部品をピックアップして所定のY座標位置へ移動する途中において、第1のカメラ42により電子部品の認識を次のようにして行う。
【0040】
図1および図2において、第1のカメラ42はノズル31に真空吸着された電子部品の下方へ移動し、電子部品を認識してそのX方向,Y方向,θ方向の位置ずれを検出する。そしてX方向の位置ずれは基板3のX方向への移動量を調整することにより補正し、Y方向の位置ずれは移載ヘッド30のY方向への移動量を調整することにより補正し、θ方向の位置ずれは回転手段33を駆動してノズル31をθ回転させることにより補正する。このように第1のカメラ42で電子部品の位置認識を行い、その結果検出されたX方向,Y方向,θ方向の位置ずれを補正することにより、電子部品を高い位置精度で基板3に搭載できる。またこの場合、第1のカメラ42による電子部品の認識タイミングは、移載ヘッド30による電子部品の移送搭載動作の中断にならないように設定する。
【0041】
図13は、本発明の他の実施の形態の電子部品実装装置に備えられた電子部品供給部の平面図、図14は同正面図である。この電子部品供給部13’の台車10’上には2本のガイドレール70が平行に配設されている。ガイドレール70上にはスライダ71がスライド自在に装着されている。スライダ71上には複数個のパーツフィーダ11がユニットとして並設されている。台車10’の内部には移動手段としてのシリンダ72が配設されており、そのロッド73はアーム74を介してスライダ71に連結されている。したがってロッド73が突没すると、スライダ71はガイドレール70に沿って摺動し、スライダ71上の複数個のパーツフィーダ11のうち、いずれかのパーツフィーダ11を移載ヘッド30による電子部品のピックアップ位置に停止させる。
【0042】
このようにスライダ71上に複数個のパーツフィーダ11を並設すれば、消費量の多い電子部品のストック量を多くし、電子部品の品切れにともなうパーツフィーダ11の交換頻度を少なくできる。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、基板を正逆移動テーブル上を搬送し、かつ移載ヘッドをガイド部に沿って正逆移動テーブルによる基板の移動方向と直交する方向へ移動させるという簡単な動作により、多品種の電子部品を基板の所定の座標位置に高速度で次々に搭載することができる。しかも多数個の移載ヘッドは、都合のよいタイミングでパーツフ0ィーダの電子部品をノズルでピックアップし、基板が移動してくる前に予め所定のY座標位置で待機しておき、基板が所定の位置まで移動してきたならば、そこで搭載動作を行うことにより電子部品を所定のXY座標位置に搭載できるので、多数の電子部品を高速度で基板に搭載することができる。またカメラが基板の位置認識マークの認識を行っている間に、前記この移載ヘッドはパーツフィーダの電子部品を予めピックアップして所定のY座標位置へ移動して前記基板のX座標位置がこの移載ヘッドの下方へ移動してくる迄待機し、前記基板のX座標位置がこの移載ヘッドの下方へ移動してきたならば前記移載ヘッドのノズルが上下動作を行って電子部品を基板に搭載するので、全体の作業能率を向上できる。また移載ヘッドにはX方向への移動手段は不要であって、Y方向へ移動する移動手段を有しておればよく、またパーツフィーダは固定的に配設してもよいので、全体構造を簡単化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図
【図3】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の正面図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の部分拡大平面図
【図5】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの斜視図
【図6】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系のブロック図
【図7】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の電子部品の搭載データ図
【図8】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のノズルと基板とパーツフィーダの平面図
【図9】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のノズルと基板とパーツフィーダの平面図
【図10】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のノズルと基板とパーツフィーダの平面図
【図11】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のノズルと基板とパーツフィーダの平面図
【図12】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置のノズルと基板とパーツフィーダの平面図
【図13】本発明の他の実施の形態の電子部品実装装置に備えられた電子部品供給部の平面図
【図14】本発明の他の実施の形態の電子部品実装装置に備えられた電子部品供給部の正面図
【符号の説明】
2 正逆移動テーブル
3 基板
11 パーツフィーダ
13,13’ 電子部品供給部
22 ガイド部
30 移載ヘッド
31 ノズル
41 ガイド部
42 第1のカメラ
51 ガイド部
52 第2のカメラ
53 A点
54 B点
C1〜C11 電子部品

Claims (2)

  1. 基板をX方向の正逆方向に移動させる正逆移動テーブルと、この正逆移動テーブルの側部にX方向にピッチをおいて並設された複数個のパーツフィーダと、前記正逆移動テーブルによる基板の移動方向と直交するY方向に配設された複数個の第1のガイド部と、各々の第1のガイド部にそれぞれ装着され、各々の第1のガイド部に沿ってY方向へ移動しながら前記パーツフィーダの電子部品をノズルで真空吸着してピックアップし前記基板に移送搭載する移載ヘッドと、前記第1のガイド部よりも上流にこれと平行に設けられた第2のガイド部と、第2のガイドに装着されこれに沿って移動し基板の位置認識マークを認識するカメラとがあり、基板を正逆移動テーブルによりX方向の正逆方向へ移動させながら、第1のガイド部に沿ってY方向へ移動する移載ヘッドのノズルによりパーツフィーダの電子部品をピックアップし前記基板に移送搭載するようにした電子部品実装方法であって、電子部品を基板に搭載するX座標位置は前記正逆移動テーブルで搬送される前記基板の移動量で決定し、Y座標位置は前記第1のガイド部に沿って移動する前記移載ヘッドの移動量で決定し、前記カメラが基板の位置認識マークの認識を行っている間に、前記この移載ヘッドはパーツフィーダの電子部品を予めピックアップして所定のY座標位置へ移動して電子部品を搭載する前記基板のX座標位置がこの移載ヘッドの下方へ移動してくる迄待機し、前記基板のX座標位置がこの移載ヘッドの下方へ移動してきたならば前記移載ヘッドのノズルが上下動作を行って電子部品を基板に搭載することを特徴とする電子部品実装方法。
  2. 前記移載ヘッドのノズルが前記パーツフィーダの電子部品をピックアップして前記正逆移動テーブル上の基板へ移送する途中において、前記移載ヘッドの移動方向と直交する方向へ移動するカメラにより電子部品を観察してその位置ずれを検出し、検出された位置ずれのうち、X方向の位置ずれは基板の移動量を調整することにより補正し、Y方向の位置ずれは移載ヘッドの移動量を調整することにより補正することを特徴とする請求項記載の電子部品実装方法。
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