JP3868608B2 - 部品実装装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の部品吸着用のヘッドを有するヘッドユニットを備え、その全部もしくは一部のヘッドで部品供給部から部品を吸着した後ヘッドユニットが部品装着部に移動してプリント基板に部品を装着する部品実装作業を複数回繰り返すことにより、プリント基板に所定数の部品を搭載するようになっている部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸着ノズルを有するヘッドにより、ＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着して、部品装着部に設置されているプリント基板上に移送し、プリント基板の所定位置に装着するようにした実装機（部品実装装置）は一般に知られている。
【０００３】
また、この種の実装機において最近では、実装の作業能率を高めるのに有利なように、部品供給部と部品装着部とにわたり移動可能なヘッドユニットに複数のヘッドを装備したものも提案されている。この実装機によると、ヘッドユニットの全部もしくは一部のヘッドにより部品供給部から同時もしくは連続的に部品が吸着された後、ヘッドユニットが部品装着部に移動して各ヘッドからプリント基板に部品が装着され、このような部品実装作業が複数回繰り返されることにより、プリント基板に所定数の部品が搭載される。
【０００４】
この種の実装機では、プリント基板に対する実装の開始から搭載すべき所定数の部品の実装が完了するまでの間の作業時間をできるだけ短くするように、各ヘッドに吸着させる部品の組み合わせや部品実装順序等の作業手順を、例えばコンピュータ解析等による最適化の手法により予め設定し、その予め設定されたデータに従って実装作業が実行されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような予め設定されている作業手順は、吸，装着ミスや部品切れ等の特殊事態がない場合は有効に機能し、作業効率を高めることができるが、実装途中で上記特殊事態が生じた場合に作業効率の向上が充分に図れなくなることがある。
【０００６】
すなわち、実装すべき部品のうちの一部に吸，装着ミスや部品切れ等があった場合、それについては未搭載の状態に残したままで、それ以外の部品につき予め設定されている作業手順に従って実装作業を続行し、本来の作業手順に従った実装作業を全て終えてから、さらに吸，装着ミス等があった部品を、それに対応する一部のヘッドのみを用いて実装していくといった手法がとられている。このため、吸，装着ミス等があった場合に必ずしもヘッドユニットの全ヘッドが有効に活用されなくなり、作業効率の低下を招く可能性があった。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み、部品実装作業の途中で吸，装着ミスや部品切れ等が生じた場合でも、それに応じて実装作業の効率を高めるように調整することができる部品実装装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、部品供給部と、プリント基板が装着される部品装着部と、上記部品供給部と部品装着部とにわたって移動可能なヘッドユニットとを備え、上記ヘッドユニットに複数の部品吸着用のヘッドを具備し、所定の部品グループ毎に、前記ヘッドユニットの全部もしくは一部のヘッドで前記グループに属する部品を部品供給部から吸着した後ヘッドユニットが部品装着部に移動してプリント基板に部品を装着する実装作業を複数回繰り返すことにより、プリント基板に所定数の部品を搭載するようになっている部品実装装置において、基板上に搭載すべき部品のデータリストを記憶するデータリスト記憶手段と、このデータリストの中から未搭載部品のデータを抽出して記憶する未搭載部品データ記憶手段と、上記未搭載部品について実装効率を高めるようにその後の実装作業における実行順序及び使用するフィーダーを含む作業手順を決定する演算手段と、この演算手段により決定された作業手順に従って実装作業を実行する制御手段とを備え、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定数の部品の実装が完了するまでの間に上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を繰り返し行うように構成し、さらに前記演算手段は、前記作業手順の決定に際して、次に実装作業を実行する部品グループに属する部品に対応するヘッド以外の空きヘッドの有無を調べ、空きヘッドが有る場合には前記未搭載部品のうち当該空きヘッドにより実装作業を行えるものを抽出して当該未搭載部品を前記部品グループに追加するようにしたものである。
【０００９】
この構成によると、対象基板に対する実装の開始から全搭載部品の実装完了までの間に未搭載部品のデータの抽出及びそれに応じた作業手順決定の処理が繰り返されるため、部品実装作業の途中で吸，装着ミスや部品切れ等が生じると、それに応じて作業手順が変更され、状況に応じて実装作業の効率を高めるように調整される。
【００１０】
この発明において、上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を、上記部品実装作業の各回毎に行うようになっていると、部品実装作業の途中で吸，装着ミスや部品切れ等が生じた場合に即座に作業手順が変更される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１および図２は本発明が適用される実装機（部品実装装置）の一例を概略的に示している。これらの図において、実装機本体の基台１上には、プリント基板搬送用のコンベア２が配置され、プリント基板Ｐが上記コンベア２上を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるようになっている。
【００１３】
上記コンベア２の前後側方にはそれぞれ部品供給部３が設けられている。この部品供給部３には、各種電子部品を供給するための多数のフィーダーが配設され、図示の例では多数のテープフィーダー４が並列に配置されている。各テープフィーダー４はそれぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるようにするとともに、テープ繰り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後記ヘッドにより部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に繰り出されるようになっている。
【００１４】
上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５はＸ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。すなわち、上記基台１上には、ヘッドユニット支持部材６がＹ軸方向の固定レール７に移動可能に配置され、支持部材６上にヘッドユニット５が、Ｘ軸方向のガイド部材８に沿って移動可能に支持されている。そして、Ｙ軸サーボモータ９によりボールねじ１０を介して支持部材６のＹ軸方向の移動が行われれるとともに、Ｘ軸サーボモータ１１によりボールねじ１２を介してヘッドユニット５のＸ軸方向の移動が行われるようになっている。
【００１５】
上記ヘッドユニット５には複数のヘッド１３がＸ軸方向に並んだ状態に配設されている。上記各ヘッド１３は、それぞれ昇降及び回転が可能となっており、図外の昇降駆動手段及び回転駆動手段により駆動されるようになっている。上記各ヘッド１３の下端には吸着ノズル１４が設けられており、部品吸着時には図外の負圧供給手段から吸着ノズル１４に負圧が供給されて、その負圧による吸引力で部品が吸着されるようになっている。
【００１６】
また、ヘッドユニット５の可動エリア内で基台１上の所定位置には、部品認識用のカメラ１５が設けられ、このカメラ１５により上記ヘッド１３に吸着された部品が撮像される。そして、その画像に基づいて部品認識が行われ、つまり正常に部品が吸着されているかどうかが調べられるとともに、正常に吸着されている場合にヘッド１３のノズル中心に対する部品中心のずれが調べられ、それに応じた装着位置補正量が求められるようになっている。
【００１７】
図３は実装機の制御系統を示している。この図において、２０は実装機に設けられている制御ユニットであり、この制御ユニット２０には、Ｙ軸サーボモータ９、Ｘ軸サーボモータ１１及びヘッドユニット５の各ヘッド１３に対する駆動手段（昇降駆動手段、回転駆動手段等）が接続されるとともに、上記カメラ１５が画像処理装置１６を介して接続されている。
【００１８】
上記制御ユニット２０は、データリスト記憶手段２１、未搭載部品データ記憶手段２２、演算手段２３、作業手順記憶手段２４及び制御手段２５を有している。上記データリスト記憶手段２１は基板上に搭載すべき部品のデータリストを記憶し、未搭載部品データ記憶手段２２は上記データリストの中から未搭載部品のデータを抽出して記憶するものである。
【００１９】
上記演算手段２３は未搭載部品について実装効率を高めるようにその後の実装作業における実行順序及び使用するフィーダーを含む作業手順を決定し、作業手順記憶手段２４は上記作業手順を記憶するものである。また、上記制御手段２５は、上記作業手順に従って実装作業を実行すべく、上記各サーボモータ９，１１及びヘッドユニット５の各ヘッド１３に対する駆動手段を制御するものである。
【００２０】
上記未搭載部品データ記憶手段２２による未搭載部品のデータの抽出、記憶と上記演算手段２３及び作業手順記憶手段２４による上記作業手順の決定、記憶は、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定数の部品の実装が完了するまでの間において繰り返し行われるようになっている。
【００２１】
上記制御ユニット２０の演算手段２３等により行われる処理を、図４及び図５のフローチャートによって説明する。
【００２２】
図４は１つのプリント基板に対して行われる処理の全体を示しており、スタートすると、先ずステップＳ１で部品搭載済みの基板が搬出されるとともに部品未搭載の基板（処理対象基板）が搬入され、ステップＳ２で搭載済みリストが初期化される。
【００２３】
ステップＳ３では未搭載データの有無が判別され、未搭載データがある場合、その全ての未搭載部品のデータが検索される（ステップＳ４）。そして、ステップＳ５で後に詳述するような未搭載データに応じた最適化のルーチンが実行される。
【００２４】
ステップＳ６では、次に実装を行うべき実装グループの部品につき搭載済みデータの一覧リストに「現在実行中」である旨の表示が行われる。それからステップＳ７で、ヘッドユニット５のヘッド１３が作動されて実装グループの部品の吸着が行われる。
【００２５】
ここで実装グループとは、ヘッドユニット５の各ヘッド１３で同時的もしくは連続的に吸着される部品のグループである。つまり、ヘッドユニット５の各ヘッド１３による部品の吸着、認識、装着の一連の動作を含む実装作業が複数回繰り返されることにより１つの基板に対して所要数の部品が搭載されるが、その１回分の実装作業で処理される部品のグループを実装グループと呼ぶ。ステップＳ７で吸着される実装グループは、その前に行われたステップＳ５の最適化処理で決定されたものである。
【００２６】
上記ヘッド１３による部品の吸着に失敗したものに関しては、搭載済みデータ一覧リストが「未搭載」に書き替えられる（ステップＳ８）。
【００２７】
次に、ヘッドユニット５のヘッド１３に吸着されている実装グループの各部品について部品認識が行われる（ステップＳ９）。この部品認識は、上記カメラ１５で吸着部品を撮像し、その部品画像から所定の画像処理等により部品中心位置を求め、ノズル中心に対する位置ずれを調べるものであり、部品装着時に上記位置ずれに応じた装着位置の補正が行われる。なお、部品認識はこの例に限らず他の方法によってもよく、例えば吸着部品に平行光線を照射して部品の投影を検出する光学的検知ユニットをヘッドユニットに装備し、その投影の検出に基づいて部品中心位置を求めるようにしてもよい。
【００２８】
上記認識に失敗したものに関しては、搭載済みデータ一覧リストが「未搭載」に書き替えられる（ステップＳ１０）。
【００２９】
次に、実装グループの各部品の装着が行われ（ステップＳ１１）、つまり、ヘッドユニット５の各ヘッド１３に吸着されている部品がプリント基板上の装着箇所に順次装着される。上記装着に失敗したものに関しては、搭載済みデータ一覧リストが「未搭載」に書き替えられる（ステップＳ１２）。
【００３０】
上記ステップＳ３〜Ｓ１２の処理が部品実装作業の各回毎に行われ、未搭載データがなくなるまで繰り返される。なお、図４ではステップＳ１〜Ｓ１２の処理を連続的に示しているが、ステップＳ４，Ｓ５の処理とステップＳ６以降の処理とは一部もしくは全てが並行して行われるようにすることが望ましい。
【００３１】
図５は図４のフローチャート中のステップＳ５で行われる最適化のルーチンの一例を示している。この例では、未搭載データの中から、これから行う実装グループを抽出する場合に、部品未吸着のヘッドを残したままそれ以降の作業（認識及び装着）に移らないように、部品未吸着のヘッドがあればそのヘッドで吸着できる未搭載部品のデータを探し出して実装グループに加え、かつ実装グループの実行時間が最小となるようにその実装グループ内での処理順序を決定するようにしている。
【００３２】
すなわち、先ず既に設定されている作業手順等に基づいて実装グループの仮抽出が行われる（ステップＳ４０１）。続いて、この仮抽出された実装グループの各部品に対応するヘッド以外のヘッドである空きヘッドがあるか否かが判定される（ステップＳ４０２）。
【００３３】
上記空きヘッドがある場合には、未搭載データの中から当該空きヘッドで実装作業を実行することができる部品のデータが抽出され（ステップＳ４０３）、その部品が実装グループに追加される（ステップＳ４０４）。こうして、実装グループの部品及びこの部品とヘッドとの対応関係を示す作業手順が変更される。なお、上記空きヘッドがない場合はデータの変更が行われない。
【００３４】
以上のような当実施形態の装置によると、１つの基板に対して実装作業が繰り返されている途中で部品切れや吸，装着ミス等があった場合でも、できるだけ空きヘッドが生じないように作業手順が変更され、状況に応じてその後の実装作業の効率を高めるように手順が調整される。
【００３５】
このような作用を、図６及び図７に示す簡略化した具体例で説明する。図６のようにヘッドユニット５の３個のヘッドＨ１，Ｈ２，Ｈ３を用い、部品供給部のＦ１，Ｆ２，Ｆ３の各位置のフィーダーから供給される３種類の部品を、それぞれ３個ずつプリント基板に搭載するものとする。
【００３６】
この場合、最初の作業手順の設定としては、図７の上段の表のように、１番目のヘッドＨ１でＦ１の位置の部品を、２番目のヘッドＨ２でＦ２の位置の部品を、３番目のヘッドＨ３でＦ３の位置の部品をそれぞれ実装し、かつ、この実装作業を３回繰り返すように作業手順が定められる。そして、部品切れ等がなければこのデータに従って実装作業が行われる。
【００３７】
このような前提の下で仮にＦ３の位置のフィーダーについて部品切れ等で吸着できない状況が発生したとき、従来では、図７の下段の表のように、３番目のヘッドＨ３が空きヘッドとされて１番目及び２番目のヘッドＨ１，Ｈ２でＦ１，Ｆ２の位置の部品を実装する作業が繰り返され、その後にＦ３の位置のフィーダーに対する部品の補充等により吸着できない状況が解消されると、１番目及び２番目のヘッドＨ１，Ｈ２が空きヘッドとされて３番目のヘッドＨ３のみによりＦ３の位置の部品を実装する作業が繰り返される。
【００３８】
従って、従来のものでは実装作業の回数が６回に増大する。
【００３９】
これに対し、当実施形態の手法によると、図７の中段の表のように、Ｆ３の位置のフィーダーについて吸着できない状況が発生したとき、空きヘッドが生じないように手順が変更され、例えば１回目には１番目のヘッドＨ１でＦ１の位置の部品を吸着するとともに２番目のヘッドＨ２と３番目のヘッドＨ３とでＦ２の位置から連続的に部品を吸着し、２回目には１番目のヘッドＨ１と２番目のヘッドＨ２とでＦ１の位置から連続的に部品を連続的に吸着するとともに３番目のヘッドＨ３でＦ２の位置から部品を吸着するようにデータが変更される。さらに、吸着できない状況が解消されたとき、３つのヘッドＨ１〜Ｈ３で順にＦ３の位置の部品を吸着してから認識等の作業に移るように手順が変更される
このようにすることにより実装作業の回数が３回で済むこととなり、部品切れなどのトラブルがあっても実装効率が高く保たれる。
【００４０】
図８は、図４のフローチャート中のステップＳ５で行われる最適化のルーチンの別の例を示している。この例では、未搭載データの中から、これから行う実装グループを抽出する場合に、その時点の各軸の位置、その時点でのヘッドユニットの状況からその実装グループの実行を開始したと仮定して、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となるように実装グループを編成し、かつ、実装グループ実行時間が最小となるように、その実装グループ内での処理順序を決定している。
【００４１】
すなわち、ｎ個の未搭載データがあるときに、ｍ個のヘッドに１実装グループの仕事を割り付ける場合、いくつかのヘッドが実装を行わない場合も含めると組み合わせは最大で（ｎ＋１）×ｎ×（ｎ−１）×…×（ｎ−ｍ＋２）となり、その組合せの中から一部あるいは全部が抽出される（ステップＳ４１１）。
【００４２】
次に、その抽出された実装グループの実装に必要な実行時間またはそれに代替するパラメータによってその実装グループを評価する処理が行われる（ステップＳ４１２）。さらに、その実装グループの実行開始時点における実装機の各軸の位置、ヘッドユニットの移動方向等の状況が加味され（ステップＳ４１３）、その上で、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となる実装グループが決定される（ステップＳ４１４）。
【００４３】
図９は、図４のフローチャート中のステップＳ５で行われる最適化のルーチンのさらに別の例を示している。この例では、未搭載データの実装を実行する全てのシーケンスの組み合わせの中から、対象基板の搭載完了までの所要時間が最小、あいは適正となるシーケンスを選び、そのシーケンス中に属する実装グループの中から、その時点の各軸の位置、その時点でのヘッドユニットの状況からその実装グループの実行を開始したと仮定して、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となるように実装グループを選出し、かつ、実装グループ実行時間が最小となるように、その実装グループ内での処理順序を決定している。なお、搭載完了までの所要時間が最小となるシーケンスを探すのは処理時間がかかりすぎるので、これを簡略化した手法が採用される。
【００４４】
すなわち、先ず未搭載データにつき、できるだけ同時吸着が多く行われるようにされつつ、未搭載データを実行するシーケンスの組合せの中から、基板の搭載完了までの所要時間が短くなるようなシーケンスが求められる（ステップＳ４２１）。
【００４５】
次に、その抽出した実装グループの実装に必要な実行時間またはそれに代替するパラメータによってその実装グループを評価する処理が行われる（ステップＳ４２２）。さらに、その実装グループの実行開始時点における実装機の各軸の位置、ヘッドユニットの移動方向等の状況が加味され（ステップＳ４２３）、その上で、「その実装グループの実行時間」を「グループに属する搭載データ数」で割った値が最小となる実装グループが決定される（ステップＳ４２４）。
【００４６】
上記の図８に示す例や図９に示す例でも、その最適化の処理が、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定部品の実装が完了するまでの間において部品実装作業の各回毎に繰り返され、部品切れや吸，装着ミス等があった場合にそれに応じて作業手順が変更されるため、実装効率が高く保たれる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の装置によると、所定数の部品が搭載されるべきプリント基板に対し、複数のヘッドを有するヘッドユニットにより部品の吸着から装着までの一連の実装作業が繰り返し行われている間に、未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を繰り返し行うようにしているため、対象基板に対する部品実装作業の途中で吸，装着ミスや部品切れ等の特殊事態が生じても、それに応じて作業手順を変更し、状況に応じて実装作業の効率を高めるように調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される実装機の全体構造の一例を示す平面図である。
【図２】上記実装機のヘッドユニットが支持されている部分の正面図である。
【図３】実装機の制御系統を示すブロック図である。
【図４】制御ユニットの演算手段等により行われる処理を示すフローチャートである。
【図５】図４のフローチャート中で行われる未搭載データに応じた最適化のルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の装置による作用を簡略化した具体例で説明するための要部構造概略図である。
【図７】図６に示す構造を用いた作業手順の概略を示す図表である。
【図８】未搭載データに応じた最適化のルーチンの別の例を示すフローチャートである。
【図９】未搭載データに応じた最適化のルーチンのさらに別の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｐ プリント基板
３ 部品供給部
５ ヘッドユニット
１３ ヘッド
２０ 制御ユニット
２１ データリスト記憶手段
２２ 未搭載データ記憶手段
２３ 演算手段
２５ 制御手段

Claims (2)

1. 部品供給部と、プリント基板が装着される部品装着部と、上記部品供給部と部品装着部とにわたって移動可能なヘッドユニットとを備え、上記ヘッドユニットに複数の部品吸着用のヘッドを具備し、所定の部品グループ毎に、前記ヘッドユニットの全部もしくは一部のヘッドで前記グループに属する部品を部品供給部から吸着した後ヘッドユニットが部品装着部に移動してプリント基板に部品を装着する実装作業を複数回繰り返すことにより、プリント基板に所定数の部品を搭載するようになっている部品実装装置において、基板上に搭載すべき部品のデータリストを記憶するデータリスト記憶手段と、このデータリストの中から未搭載部品のデータを抽出して記憶する未搭載部品データ記憶手段と、上記未搭載部品について実装効率を高めるようにその後の実装作業における実行順序及び使用するフィーダーを含む作業手順を決定する演算手段と、この演算手段により決定された作業手順に従って実装作業を実行する制御手段とを備え、プリント基板への部品の実装が開始されてから所定数の部品の実装が完了するまでの間に上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を繰り返し行うように構成し、さらに前記演算手段は、前記作業手順の決定に際して、次に実装作業を実行する部品グループに属する部品に対応するヘッド以外の空きヘッドの有無を調べ、空きヘッドが有る場合には前記未搭載部品のうち当該空きヘッドにより実装作業を行えるものを抽出して当該未搭載部品を前記部品グループに追加するようにしたことを特徴とする部品実装装置。
2. 上記未搭載部品データ記憶手段による未搭載部品のデータの抽出、記憶及び上記演算手段による作業手順の決定の各処理を、上記部品実装作業の各回毎に行うようになっていることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。

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