JP3818037B2 - 電子部品実装方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に電子部品を実装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】
電子部品を基板に実装する電子部品実装方法では、供給部に収納された電子部品を吸着ノズルを備えた移載ヘッドによってピックアップするピックアップ工程と、ピックアップした電子部品を基板上へ移送して所定の実装点に搭載する搭載工程を繰り返す。この実装動作では、移載ヘッドはピックアップ工程および搭載工程において昇降動作を反復して行う。
【０００３】
ところで実装効率を向上させるため、１つの移載ヘッドに複数の吸着ノズルを備えたマルチ型ヘッドが広く用いられている。このマルチ型ヘッドでは各吸着ノズルを移載ヘッドに対して個別に昇降させる必要があることから、移載ヘッド全体を昇降させるヘッド昇降手段と共に、各吸着ノズルを個別に昇降させるためのノズル昇降手段が設けられる。ヘッド昇降手段としては昇降速度や移動量を任意に設定できるよう、制御自由度の大きいサーボモータなどが用いられ、ノズル昇降手段としては、コンパクトさや機構の簡略化などの目的で定ストロークで昇降するエアシリンダが用いられる場合が多い。
【０００４】
そして、これらの昇降動作は、ノズル昇降手段による吸着ノズルの上昇がまず完了した後にヘッド昇降手段による移載ヘッドの上昇が完了するように動作が制御される。そして下降動作においても、ノズル昇降手段による吸着ノズルの下降が完了した後に、ヘッド昇降手段による移載ヘッド全体の下降動作が完了するよう制御される。このような制御は、電子部品の着地動作完了時の駆動をより自由度が高く精細な動作制御が可能なサーボモータによって行わせることを目的としたことによる。これにより、搭載動作における電子部品の着地動作をよりスムーズに行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記構成の移載ヘッドによる従来の電子部品実装方法では、１つの電子部品を着地させた後に次の実装点へ移動するための動作において、前述のように吸着ノズルの上昇がまず完了した後に移載ヘッドの上昇動作が完了するように制御する必要があることから、移載ヘッドの上昇高さを実際の必要以上に高く設定することとなり、結果として移載ヘッドに余分な昇降動作を行わせて実装効率の向上が阻害されるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、移載ヘッドの余分な昇降動作を省き実装効率を向上させる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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装方法は、個別に昇降可能な複数の吸着ノズルを備えた移載ヘッドによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし基板へ搭載する電子部品実装方法であって、前記移載ヘッドをヘッド昇降手段によって昇降させると共に前記吸着ノズルをノズル昇降手段によって昇降させることにより電子部品を基板に搭載する搭載工程にて、１つの吸着ノズルによって電子部品を基板上の第１実装点に着地させる第１着地動作後に他の吸着ノズルによって電子部品を基板上の第２実装点に着地させる第２着地動作までの過程において、第１着地動作後に移載ヘッドをヘッド昇降手段によって搭載時移動高さ（Ｈ）まで上昇させるのに要する上昇時間（Ｔ１）と、移載ヘッドを第１実装点から第２実装点まで移動させるのに要する水平移動時間（Ｔ２）と、第２着地動作時に移載ヘッドをヘッド昇降手段によって搭載時移動高さ（Ｈ）から下降させるのに要する下降時間（Ｔ３）とを含んで定義される単位搭載動作時間の間に、ノズル昇降手段による吸着ノズルの下降動作が完了するように、前記上昇時間（Ｔ１）、水平移動時間（Ｔ２）、下降時間（Ｔ３）および搭載時移動高さ（Ｈ）を設定するようにした。
【０００８】
請求項２記載の電子部品実装方法は、請求項１記載の電子部品実装方法であって、前記水平移動時間（Ｔ２）は、移載ヘッドが実際に移動せず停止している間の待機時間を含む。
【０００９】
請求項３記載の電子部品実装方法は、請求項１記載の電子部品実装方法であって、前記水平移動時間（Ｔ２）は、上昇時間（Ｔ１）およびまたは下降時間（Ｔ３）と部分的に重なり合って設定される。
【００１０】
本発明によれば、１つの吸着ノズルによって電子部品を基板上の第１実装点に着地させる第１着地動作後に他の吸着ノズルによって電子部品を基板上の第２実装点に着地させる第２着地動作までの過程において、移載ヘッドの昇降・水平移動を含む単位実装動作時間の間に、ノズル昇降手段による吸着ノズルの下降動作が完了するように移載ヘッドの上昇時間、下降時間、水平移動時間および搭載時移動高さを設定することにより、移載ヘッドの余分な昇降動作を省いて実装効率を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の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３は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断面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作の動作説明図、図６、図７、図８は本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作のタイムチャートである。
【００１２】
まず図１を参照して電子部品実装装置について説明する。図１において、電子部品実装装置１は、Ｘ方向に配設された搬送路２を備えており、搬送路２は基板３を搬送し位置決めする位置決め部となっている。搬送路２の手前側には、電子部品の供給部４が配置されており、供給部４にはテーピングされた電子部品を供給するテープフィーダ５が多数並設されている。
【００１３】
搬送路２および供給部４の上方には、移載ヘッド９が図示しないＸＹテーブル機構によって水平移動可能に装着されている。移載ヘッド９は複数の吸着ノズル１１を備えたマルチ型ヘッドであり、吸着ノズル１１によりテープフィーダ５のピックアップ位置から電子部品をピックアップし、搬送路２上の基板３に移載する。
【００１４】
搬送路２と供給部４の間の移載ヘッド９の移動経路上には、ラインカメラ１０が配設されている。電子部品を保持した移載ヘッド９をラインカメラ１０の上方を水平移動させながら、ラインカメラ１０の光学系を介して入光する光を１次元のラインセンサで受光することにより、電子部品を撮像し認識する。
【００１５】
次に図２、図３を参照して移載ヘッド９について説明する。図２、図３において、移載ヘッド９はＺ軸モータ１２ａを備えたＺ軸テーブル１２に装着されている。Ｚ軸テーブル１２を駆動することにより、移載ヘッド９は昇降する。したがってＺ軸テーブル１２は、ヘッド昇降手段となっている。移載ヘッド９は箱型部材１３に結合された昇降ブロック１４を備えており、箱型部材１３の上面には、円周上の等配位置に６本のエアシリンダ１５が配設されている。
【００１６】
図３に示すように、エアシリンダ１５は両ロッドタイプであり、上下両方向にロッド１５ａが突出している。下方に突出したロッド１５ａは、ノズル昇降ロッド１６と回転自在に結合されており、ノズル昇降ロッド１６はスライドユニットに挿通して下端部に装着された吸着ノズル１１と連結されている。図示しない吸引手段によって吸着ノズル１１の下端部から真空吸引することにより、吸着ノズル１１は下端部の吸着孔に電子部品を吸着保持する。
【００１７】
エアシリンダ１５の給排気ポートにはエア配管を介して電磁弁１７が接続されており、電磁弁１７にはレギュレータ１８を経由して駆動用エアが供給される。電磁弁１７を作動させることによりエアの方向が切り換えられ、供給されるエアの方向に応じてエアシリンダ１５は上下動を行う。エアシリンダ１５は電子部品を吸着する吸着ノズル１１を上下動させるためのものであり、その下死点において電子部品の真空吸着を行い、ロッド１５ａを上方に突出させて吸着ノズル１１を上昇させた状態で実装点まで移動し、そこで再び下降し下死点において吸着して保持していた電子部品を実装位置に搭載し、吸着を解除して実装する。従って、エアシリンダ１５は吸着ノズル１１を移載ヘッド９に対して相対的に昇降させるノズル昇降手段となっている。
【００１８】
次に図４を参照して制御系の構成を説明する。図４において、制御部２０はＣＰＵであり、電子部品実装装置全体の動作を制御する。プログラム記憶部２１は実装動作のシーケンスプログラムや、各種動作に必要なプログラムを記憶する。データ記憶部２２は実装座標データや、実装される電子部品の高さ寸法を含む部品データなどの各種データを記憶する。
【００１９】
機構制御部２４はＸＹテーブル機構２３や移載ヘッド９を駆動する各モータの駆動制御を行う。認識処理部２５は、ラインカメラ１０によって取得された電子部品の画像データを画像処理することにより、移載ヘッド９に保持された状態の電子部品の識別や位置認識を行う。操作・入力部２６は操作盤に設けられた操作ボタンやキーボードであり、部品データなどの入力や、操作コマンドの入力を行う。
【００２０】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下電子部品搭載動作について図５、図６を参照して説明する。図６は、移載ヘッド９をＺ軸テーブル１２によって昇降させると共に吸着ノズル１１Ａ，１１Ｂをそれぞれエアシリンダ１５によって昇降させることにより電子部品を基板３に搭載する搭載工程における各動作を示すものである。すなわち吸着ノズル１１Ａによって電子部品を基板３上の第１実装点に着地させる第１着地動作後に、吸着ノズル１１Ｂによって電子部品Ｐを基板３上の第２実装点に着地させる第２着地動作までの過程における各動作の関連を示している。
【００２１】
図５（ａ）は移載ヘッド９によって供給部４から電子部品Ｐをピックアップし、基板３上に搬送高さＨ１で移動して搭載動作を開始する状態を示しており、電子部品Ｐを保持した２つの吸着ノズル１１Ａ，１１Ｂのうち、吸着ノズル１１Ａがエアシリンダ１５によって下降位置にある。そしてこの状態から移載ヘッド９がＺ軸テーブル１２によって下降することにより図５（ｂ）に示すように電子部品Ｐが基板３の第１実装点に着地して搭載され（第１着地動作）、この後、吸着ノズル１１Ｂによる搭載動作に移行する。図６のタイミングチャートは、この時点をタイミングｔ１としている。
【００２２】
すなわち、図５（ｃ）に示すように、電子部品Ｐの搭載を終えた吸着ノズル１１Ａは上昇を開始し、同時に吸着ノズル１１Ｂが下降を開始する。この上昇・下降動作はそれぞれエアシリンダ１５によって駆動される。この吸着ノズル１１Ａ，１１Ｂの動作と並行して、Ｚ軸テーブル１２による移載ヘッド９の上昇が行われる。そして搭載時移動高さＨに到達したタイミングｔ２において、移載ヘッド９は水平移動を開始し、所定の移動距離Ｄだけ移動してタイミングｔ３にて第２実装点に到達する。
【００２３】
移載ヘッド９が水平移動を行う間に、図５（ｄ）に示すように、搭載動作を終えた吸着ノズル１１Ａの上昇と、新たに搭載動作を行う吸着ノズル１１Ｂの下降が継続して行われる。そしてタイミングｔ４にて、図５（ｅ）に示すように電子部品Ｐを保持した吸着ノズル１１Ｂは完全に下降完了した状態となる。このとき、移載ヘッド９はタイミングｔ３からＺ軸テーブル１２による下降を既に開始している。そしてタイミングｔ５にて、図５（ｆ）に示すように電子部品ＰをＺ軸テーブル１２の下降動作により、基板３の第２実装点に着地させて搭載する（第２着地動作）。
【００２４】
図６において、Ｔｕは単位搭載動作時間であり、ここでは、第１着地動作後に移載ヘッド９をＺ軸テーブル１２によって搭載時移動高さ（Ｈ）まで上昇させるのに要する上昇時間（Ｔ１）と、移載ヘッドを第１実装点から第２実装点まで移動させるのに要する水平移動時間（Ｔ２）と、第２着地動作時に移載ヘッド９をＺ軸テーブル１２によって搭載時移動高さ（Ｈ）から下降させるのに要する下降時間（Ｔ３）との和で表される。すなわち単位搭載動作時間Ｔｕは、複数の吸着ノズルによって基板上に電子部品を同一実装ターンで連続的に搭載する搭載動作において、１つの電子部品を搭載するために要する時間を意味している。
【００２５】
そして、この単位搭載動作時間Ｔｕの間に、複数の吸着ノズルに順次搭載動作を行わせるため、吸着ノズルの入れ替え動作を行う。すなわち搭載動作終了後の吸着ノズル１１Ａを上昇させるとともに、次に搭載動作を行う吸着ノズル１１Ｂを下降させて、保持した電子部品Ｐを基板３上にＺ軸テーブル１２によって着地させる着地動作が可能な状態にする。
【００２６】
すなわち、この入れ替えが完了していれば、移載ヘッド９が第２実装点に水平移動した後下降動作を行っている間に既に着地動作が可能な状態となっており、移載ヘッド９はそのまま電子部品Ｐを第２実装点に着地させることができる。換言すれば、無駄な待機時間を発生させることなく搭載動作を行わせるためには、エアシリンダ１５による吸着ノズルの入れ替え動作（より厳密には次に搭載動作を行う吸着ノズル１１Ｂの下降動作）が、前記単位搭載動作時間Ｔｕの間に完了するように、上昇時間（Ｔ１）、水平移動時間（Ｔ２）、下降時間（Ｔ３）および搭載時移動高さ（Ｈ）を設定すればよい。
【００２７】
一般にエアシリンダの動作速度を装置稼働中に任意に調整することは困難であることから、通常はエアシリンダの速度は一定、すなわち図６に示すタイミングｔ１〜ｔ４間の時間は、吸着ノズルの入れ替えを行うための固定時間として与えられる。そして従来はこの固定時間経過後に移載ヘッド９のＺ軸テーブル１２による上昇が完了するように、制御上の条件設定がなされていた。この結果、搭載時移動高さ（Ｈ）が不必要に高く設定され、実装タクトタイムを遅延させる要因となっていた。
【００２８】
これに対し、上記実施の形態に示す搭載動作では、移載ヘッド９が第１実装点から第２実装点に至るまでの各動作時間（上昇時間（Ｔ１）、水平移動時間（Ｔ２）、下降時間（Ｔ３）、搭載時移動高さ（Ｈ））を含めた単位搭載動作時間内に、吸着ノズルの入れ替えを完了させればよい。すなわち、移載ヘッド９の水平移動時間（Ｔ２）を有効に活用することにより、搭載時移動高さ（Ｈ）を極力低く設定できるようになっている。換言すれば、次の実装点までの移動距離Ｄが所定値以上であれば、搭載時移動高さ（Ｈ）は、既実装部品との高さの干渉を生じない範囲で最小に設定でき、移載ヘッド９の不必要な上昇動作を排除できる。
【００２９】
なお、図７に示すように第１実装点から第２実装点までの移動距離Ｄ’が短く、水平移動時間（Ｔ２’）が短い場合には、エアシリンダ１５の下降時間（タイミングｔ１〜ｔ４）の方が、上記Ｔ１，Ｔ２’，Ｔ３の和よりも長くなる。このような場合には、Ｔ２’に適切な待機時間Ｔｗを加えて制御上の水平移動時間（Ｔ２）として設定する。すなわち、この場合には、水平移動時間（Ｔ２）は移載ヘッド９が実際に移動せず停止している間の待機時間Ｔｗを含むようになっている。これにより、搭載時移動高さ（Ｈ）を過大に設定する必要がない。
【００３０】
また上記と反対に、図８に示すように第１実装点から第２実装点までの移動距離Ｄ’’が長く、長い水平移動時間（Ｔ２’’）を必要とする場合には、移載ヘッド９の上昇が完了するタイミングｔ２よりも前に移載ヘッド９の水平移動を開始し、必要ならば移載ヘッド９が下降を開始するタイミングｔ３以降に水平移動が完了するような動作タイミング設定とする。すなわちこの場合は、水平移動時間（Ｔ２’’）は、上昇時間（Ｔ１）およびまたは下降時間（Ｔ３）と部分的に重なり合って設定される。これにより、長い水平移動時間（Ｔ２’’）によってトータルの単位搭載動作時間が遅延するのを防止できる。ただし、この場合には吸着ノズルと既実装部品などとの高さの干渉が発生しない条件が満足されていることが前提となる。
【００３１】
上記説明したように、本実施の形態に示す各例では、制御自由度の低いエアシリンダによって駆動される吸着ノズルの動作時間をまず固定して動作パターン設定上の前提条件として取り扱い、搭載動作において変動条件として与えられる各実装点間距離に応じて、移載ヘッド９の動作形態を最適に設定するものである。すなわち、移載ヘッド９のＸＹ方向およびＺ方向の駆動には、制御自由度が高く精細な動作制御が可能なサーボモータなどが用いられることから、この制御自由度と予め実装データ上で与えられる情報とを最大限に活用することにより、無駄のない合理的な実装動作が実現できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、１つの吸着ノズルによって電子部品を基板上の第１実装点に着地させる第１着地動作後に他の吸着ノズルによって電子部品を基板上の第２実装点に着地させる第２着地動作までの過程において、移載ヘッドの昇降・水平移動を含む単位搭載動作時間の間に、ノズル昇降手段による吸着ノズルの下降動作が完了するように移載ヘッドの上昇時間、下降時間、水平移動時間および搬送高さ位置を設定するようにしたので、移載ヘッドの余分な昇降動作を省いて実装効率を向上させることができる。
【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移載ヘッドの斜視図
【図３】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断面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作の動作説明図
【図６】本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作のタイムチャート
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作のタイムチャート
【図８】本発明の一実施の形態の電子部品搭載動作のタイムチャート
【符号の説明】
３ 基板
４ 供給部
５ テープフィーダ
９ 移載ヘッド
１１，１１Ａ，１１Ｂ 吸着ノズル
１２ Ｚ軸テーブル
１５ エアシリンダ
２３ ＸＹテーブル機構

Claims (3)

1. 個別に昇降可能な複数の吸着ノズルを備えた移載ヘッドによって電子部品の供給部から電子部品をピックアップし基板へ搭載する電子部品実装方法であって、前記移載ヘッドをヘッド昇降手段によって昇降させると共に前記吸着ノズルをノズル昇降手段によって昇降させることにより電子部品を基板に搭載する搭載工程にて、１つの吸着ノズルによって電子部品を基板上の第１実装点に着地させる第１着地動作後に他の吸着ノズルによって電子部品を基板上の第２実装点に着地させる第２着地動作までの過程において、第１着地動作後に移載ヘッドをヘッド昇降手段によって搭載時移動高さ（Ｈ）まで上昇させるのに要する上昇時間（Ｔ１）と、移載ヘッドを第１実装点から第２実装点まで移動させるのに要する水平移動時間（Ｔ２）と、第２着地動作時に移載ヘッドをヘッド昇降手段によって搭載時移動高さ（Ｈ）から下降させるのに要する下降時間（Ｔ３）とを含んで定義される単位搭載動作時間の間に、ノズル昇降手段による吸着ノズルの下降動作が完了するように、前記上昇時間（Ｔ１）、水平移動時間（Ｔ２）、下降時間（Ｔ３）および搭載時移動高さ（Ｈ）を設定することを特徴とする電子部品実装方法。
2. 前記水平移動時間（Ｔ２）は、移載ヘッドが実際に移動せず停止している間の待機時間を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。
3. 前記水平移動時間（Ｔ２）は、上昇時間（Ｔ１）およびまたは下降時間（Ｔ３）と部分的に重なり合って設定されることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装方法。

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