JP4437607B2 - 表面実装機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品を部品供給部から取り出してプリント基板、あるいはセラミック基板等の基板上の所定位置に実装する表面実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸着ヘッドを有する移動可能なヘッドユニットにより、ＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着して、コンベア等により所定の作業位置に搬入、位置決め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表面実装機（以下、実装機と略す）は一般に知られている。
【０００３】
上記のような実装機では、通常、プリント基板を一枚ずつ作業位置にセットしながら部品を搭載するが、例えば、部品を搭載するプリント基板が小型機器に組み込まれるような比較的小さい基板の場合には、これを１枚ずつ処理していくと能率が悪いため、集合基板（いわゆる多面取り基板）に対して部品を実装することが行われている。この集合基板は、同一形状の多数の小さい基板を所定の配列で一体に形成して一枚の大きな基板としたものであり、この集合基板が未分割の状態でコンベア等により搬送され、単位基板当たり複数個ずつの部品が搭載されるように集合基板の全体に対して部品の実装が行われ、その後に各単位基板に分割されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような集合基板の実装処理では、例えば一部の単位基板にパターン印刷不良等の不具合が発生している場合がある。このような場合、一般には不良単位基板（不良基板という）に「バットマーク」と称する識別マークを付し、実装工程では、全単位基板についてこのマークの有無を画像認識により調べ、これにより不良基板を判別して実装対象から除外するようにしている。
【０００５】
一方、各単位基板には、通常「フィデューシャルマーク」と称する位置補正用のマークが付され、実装工程では、各単位基板毎にこの補正マークが画像認識され、この補正マークに基づいて部品の実施位置が補正されるようになっている。
【０００６】
つまり、集合基板を構成する正常な一の単位基板について観ると、識別マーク（「バットマーク」）の認識が行われた後、さらに補正マーク（「フィデューシャルマーク」）の認識が行われており、このように一の単位基板に対して二度のマーク認識動作を行うのは、サイクルタイムを短縮化する上で無駄である。従って、この点を改善する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、不良基板の認識や実装位置の補正を良好に行う一方で、サイクルタイムの短縮化を図ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の表面実装機は、複数の単位基板が区画形成された集合基板を所定の作業位置に位置決めし、移動可能なヘッドユニットにより部品供給部から部品を取出して各単位基板に実装処理を施すとともに、この実装処理時に、各単位基板に付された補正マークを前記ヘッドユニットに搭載される撮像手段により撮像、認識して部品の実装位置を補正する表面実装機において、予め記憶された所定の順序で各単位基板に実装処理を施すとともに、各単位基板に対する実装処理に先立って前記補正マークを認識する認識動作を行い、この認識動作において前記補正マークが認識された単位基板についてのみ実装処理を実行し、前記補正マークの認識が不可能な単位基板については当該単位基板について実装処理を施すことなく次の単位基板の実装処理に移行するように前記ヘッドユニットを制御する制御手段と、当該単位基板の実装処理を行うことなく次の単位基板の処理に移行するための第１処理動作信号と当該単位基板の前記補正マークの認識動作を再試行するための第２処理動作信号とを選択的に前記制御手段に与える外部入力手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記補正マークの認識が不可能な場合に実装動作を中断し、前記外部入力手段からの第１又は第２処理信号の入力に応じて実装動作を再開するように構成されているものである。
【０００９】
この表面実装機によると、予め記憶された所定の順序で各単位基板に実装処理が施されるが、各単位基板については、実装に先立って補正マークを認識する認識動作が行われ、補正マークの認識が行われた単位基板についてのみ実装動作が行われ、補正マークの認識が不可能な単位基板は、当該単位基板について実装処理が施されることなく次の単位基板の処理に移行される。従って、不良が存在する単位基板の補正マークに対して撮像手段による補正マークの認識が不能となるような物理的処理を予め施しておくようにすれば、一度のマークの認識動作で不良基板の判別と実装処理時の位置決めを行うことができ、請求項１に記載された実装方法を良好に実施することが可能となる。
【００１０】
また、実装動作の停止期間中にオペレータが、当該単位基板が不良基板に該当するか否かを目視確認した上で以後の処理を進めることが可能となるため、実装処理の信頼性を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る表面実装機の全体を概略的に示している。この図に示すように、表面実装機（以下、実装機と略す）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３がこのコンベア２上を搬送されて所定の作業位置で停止されるようになっている。プリント基板３は、例えば図２（ａ）に示すように１２個の単位基板Ｋ１〜Ｋ１２がマトリックス状に区画形成された所謂集合基板であって、当実装機により各単位基板Ｋ１〜Ｋ１２に対して順次部品を実装するようになっている。
【００１３】
上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は電子部品供給用のフィーダーを備え、例えば多数列のテープフィーダー４ａを備えている。なお、部品供給部４には、上記のようなテープフィーダー４ａ以外に、ＰＬＣＣ、ＱＦＰ等の比較的大型の部品をトレイ上に載置した状態で供給するトレイフィーダー等も配設され得るようになっている。
【００１４】
上記基台１の上方には、部品搭載用のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、部品供給部４とプリント基板３が位置する作業位置とにわたって移動可能とされ、当実施形態では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。
【００１５】
すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向のガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、ガイド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動により上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。
【００１６】
上記ヘッドユニット５には、図示を省略するが複数本の吸着ヘッドがＸ軸方向に一列に並べて設けられている。これらの吸着ヘッドは、それぞれヘッドユニット５のフレームに対して昇降及び回転が可能となっているとともに、各吸着ヘッドの下端には吸着ノズルが設けられており、部品吸着時には、図外の負圧供給手段から吸着ノズル先端に負圧が供給されることにより、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。
【００１７】
また、ヘッドユニット５には、プリント基板３の位置を認識するための基板認識カメラ６（撮像手段）が搭載されている。このカメラ６は、例えばＣＣＤエリアセンサ等を内蔵したカメラで、プリント基板３上に付されるフィデューシャルマーク（補正マーク）を撮像し、この画像信号を後述する制御装置２０に出力するように構成されている。なお、複数の単位基板Ｋ１〜Ｋ１２が区画形成される上記プリント基板３においては、各単位基板毎に独立した実装パターンが形成されて各単位基板毎に実装処理が施されるため、図２（ａ）に示すように各単位基板Ｋ１〜Ｋ１２毎にフィデューシャルマークＭ（以下、マークＭと略す）が付されている。
【００１８】
上記基台１には、さらにヘッドユニット５により吸着された電子部品の吸着状態を認識するための部品認識カメラ１７が設けられ、ヘッドユニット５が電子部品吸着後に部品認識カメラ１７の上方に移動させられることにより部品認識カメラ１７で吸着部品が撮像されるようになっている。なお、このカメラ１７も上記基板認識カメラ６と同様にＣＣＤエリアセンサ等を内蔵したカメラからなり、画像信号を制御装置２０に出力するように構成されている。
【００１９】
上記実装機には、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成される制御装置２０（制御手段）が設けられている。
【００２０】
この制御装置２０には、実装機の動作を統括的に制御する主制御手段２１、上記カメラ６，１７からの画像信号に所定の処理を施す画像処理手段２２、および実装動作のための各種情報、例えば実装部品等に関する情報等を記憶する記憶手段２３等が含まれており、上記サーボモータ９，１５やカメラ６，１７等がこの制御装置２０に電気的に接続されている。
【００２１】
また、ＣＲＴを備えたキーボード等の外部入力手段２４が設けられており、この外部入力手段２４が制御装置２０に接続されている。外部入力手段２４は、実装部品に関する情報の入力等、各種情報の入力を行う他、ＣＲＴに表示される動作状況等に応じてオペレーターが実装動作をマニュアルで制御する場合に使用される。
【００２２】
次に、上記実装機における実装動作について説明する。
【００２３】
先ず、実装機へのプリント基板３の搬入に先だち、プリント基板３の各単位基板Ｋ１〜Ｋ１２のうち不良があるもの（不良基板）に対して当該単位基板のマークＭが認識不能となるように事前処理が施される。具体的には、例えば図２（ｂ）に示すように、不良基板（同図では単位基板Ｋ２，Ｋ８，Ｋ１０）のマークＭにシール１８が重ねて貼り付けられ、これにより当該単位基板Ｋ１，Ｋ８，Ｋ１０のマークＭの認識が不能となるように処理される。なお、この処理は、機械装置によって自動的に行われる場合もあり、作業者による手作業により行われる場合もある。
【００２４】
そして、上記のような事前処理が終了した後、コンベア２によってプリント基板３が所定の作業位置に搬入、位置決めされ、上記制御装置２０により図３のフローチャートに示すような実装処理が行われる。
【００２５】
まず、予め設定された実装順序に従い、最初の単位基板（例えば単位基板Ｋ１）について、記憶手段２３内に記憶されているデータベースから当該単位基板Ｋ１に実装する部品等に関するデータが探索される（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００２６】
次いで、単位基板Ｋ１に付されたマークＭの検出が行われ、当該マークＭが検出されたか否かの判断が行われる（ステップＳ３，Ｓ４）。この検出は、上記データに予め含まれている所定の範囲データに基づいて当該範囲内で基板認識カメラ６（ヘッドユニット５）を移動させ、当該範囲内においてマークＭを認識することができるか否かにより行う。
【００２７】
ここで、マークＭが検出された場合には、ステップＳ５に移行され、ヘッドユニット５により最初に実装する部品が部品供給部４から取出されて単位基板Ｋ１上の所定位置に実装される。なお、実装動作中は、マークＭの位置を基準としてヘッドユニット５の駆動が制御されることにより、部品の実装位置が上記マークＭの位置に基づいて補正される。
【００２８】
一方、マークＭが検出されなかった場合には、実装機が強制的に停止されて実装動作が中断される（ステップＳ６）。すなわち、当該単位基板Ｋ１が不良基板である場合には、上述した事前処理によりマークＭの認識が不能な状態となっているので、この場合には実装機が強制的に停止されて実装動作が中断される。
【００２９】
そして、この実装動作中断中にオペレーターによる外部入力手段２４の操作に基づいてＮＧ確認を指示する信号（第１処理動作信号）又は再試行を指示する信号（第２処理動作信号）が択一的に主制御手段２１に入力されることにより、それに応じてステップＳ３又はステップＳ８に移行される（ステップＳ７，Ｓ８）。具体的には、再試行を指示する信号が主制御手段２１に入力されると、ステップＳ３に移行されて当該単位基板Ｋ１のマークＭを再度検出すべくヘッドユニット５等が制御され、一方、ＮＧ確認を指示する信号が主制御手段２１に入力されると、ステップＳ８に移行されて実装機が再起動された後、ステップＳ１に移行される。つまり、マークＭが検出されない状況としては、当該単位基板Ｋ１が不良基板である場合と、不良基板ではないが、外乱光等の影響でマークＭの検出が行われない等、環境的な要因による場合とがあるため、オペレーターの目視確認により、当該単位基板Ｋ１が不良基板である場合には、オペレーターによるＮＧ確認の操作により当該基板についての実装処理を行うことなくステップＳ１に移行し、当該単位基板Ｋ１が不良基板でない場合には、オペレーターによる再試行の操作に基づきマークＭの検出を再度行うべくステップＳ３に移行するようになっている。
【００３０】
以上のようにしてプリント基板３に実装処理を施すことにより、集合基板に対して実装処理を効率的に行うことができ、従来の実装処理方法に比べて実装機のサイクルタイムを有効に短縮化することができる。
【００３１】
すなわち、従来では、集合基板に含まれる全ての単位基板に位置補正用の補正マークを付すとともに、不良基板については位置補正用のマークとは別に不良基板を識別するための識別マークを更に付し、実装処理の際には、先ず全ての単位基板について識別マークの撮像、認識を行って不良基板を判別した後、不良基板以外の基板（正常な基板）に対して、上記補正マークを撮像、認識しつつ部品の実装が行われていた。そのため、正常な一の単位基板については、識別マークの認識と補正マークの認識との二度のマーク認識動作が行われていることとなる。これに対して上記実施形態では、各単位基板には一のマーク（マークＭ；補正マーク）のみを付し、不良基板についてはマークＭの認識が不能となるように事前処理を施しておくことにより、実装処理時には、マークＭの認識動作を行うだけでこれと併せて不良基板の判別を行うことができる、つまり、不良基板についてはマークＭの認識が不可能であるため、これにより不良基板を判別することができる。従って、正常な一の単位基板について観ると一度のマーク認識動作で済むため、マーク認識に要するトータル時間を有効に削減することができ、その分、従来の実装処理方法に比べてサイクルタイムを短縮することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、正常な単位基板であっても外乱光等の環境的な要因によりマークＭが認識されない、すなわち当該単位基板が誤って不良基板と判別される場合があり得ることを想定し、マークＭが認識されない場合（不良基板と判別された場合）には、一旦実装機を停止させ、以後の処理をオペレーターによる外部入力手段２４の操作に委ねるようにしているので、オペレーターは対象基板が不良基板か否かを目視で確認しながら処理を進めることができる。従って、上述のようにマークＭを不良基板の識別マークとして兼用する一方で、正常な基板が不良基板と誤って認定されたまま処理が続行されるといった事態を有効に防止することができ、これにより実装処理の信頼性を高めることができる。
【００３３】
なお、以上説明したプリント基板３の実装処理の方法や上記実装機の構成は、本発明の好ましい適用例であって、その具体的な方法や構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００３４】
例えば、上記実施形態では、不良基板に対する事前処理の方法として、図２（ｂ）に示すように、不良基板のマークＭにシール１８を貼り付けるようにしているが、例えば、シール１８を貼り付ける以外に、刻印等によりマークＭを潰したり、マークＭ自体を除去する等してもよい。要するに、マークＭの認識が不能となれば何れの方法を採用しても構わない。
【００３５】
また、図２に示す例では、プリント基板３の各単位基板Ｋ１〜Ｋ１２に一つずつマークＭが付されているが、補正精度向上のため、各単位基板Ｋ１〜Ｋ１２に複数個ずつマークＭが付されていてもよく、この場合、不良基板については少なくとも１つのマークＭ（例えば先に撮像されるマークＭ）が認識不能となるように事前処理を施しておくようにすればよい。
【００３６】
さらに、図３のフローチャートに示す実装動作の制御において、実装効率をより重視する場合にはステップＳ６，Ｓ７の処理を省略してもよい。つまり、マークＭの認識が不可能な場合（ステップＳ４でＮＯ）には、オペレーターの判断に委ねることなく一律にステップＳ８に移行するようにしても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、集合基板に含まれる単位基板のうち、不良単位基板に補正マークの認識を不能とする事前処理を予め施しておき、実装処理時には、補正マークの認識が可能な単位基板についてのみ実装処理を施し、補正マークの認識が不可能な単位基板については、当該単位基板について実装処理を施すことなく他の単位基板の実装処理に移行するようにしたので、一種類のマーク認識に基づいて不良基板の判別と部品実装時の位置補正とを行うことができる。
【００３８】
従って、正常な一の単位基板について観ると一種類のマーク認識で済むため、マーク認識に要するトータル時間を有効に削減することができ、その分、実装機のサイクルタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る表面実装機を示す平面模式図である。
【図２】 集合基板の構成を説明する模式図である（（ａ）は事前処理前、（ｂ）は事前処理後を示す）。
【図３】 実装動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ コンベア
３ プリント基板
４ 部品供給部
５ ヘッドユニット
６ 基板認識カメラ
１７ 基板認識カメラ
１８ シール
２０ 制御装置（制御手段）
２１ 主制御手段
２２ 画像処理手段
２３ 記憶手段
２４ 外部入力手段
Ｋ１〜Ｋ１２ 単位基板
Ｍ フィデューシャルマーク

Claims (1)

1. 複数の単位基板が区画形成された集合基板を所定の作業位置に位置決めし、移動可能なヘッドユニットにより部品供給部から部品を取出して各単位基板に実装処理を施すとともに、この実装処理時に、各単位基板に付された補正マークを前記ヘッドユニットに搭載される撮像手段により撮像、認識して部品の実装位置を補正する表面実装機において、
   予め記憶された所定の順序で各単位基板に実装処理を施すとともに、各単位基板に対する実装処理に先立って前記補正マークを認識する認識動作を行い、この認識動作において前記補正マークが認識された単位基板についてのみ実装処理を実行し、前記補正マークの認識が不可能な単位基板については当該単位基板について実装処理を施すことなく次の単位基板の実装処理に移行するように前記ヘッドユニットを制御する制御手段と、
   当該単位基板の実装処理を行うことなく次の単位基板の処理に移行するための第１処理動作信号と当該単位基板の前記補正マークの認識動作を再試行するための第２処理動作信号とを選択的に前記制御手段に与える外部入力手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記補正マークの認識が不可能な場合に実装動作を中断し、前記外部入力手段からの第１又は第２処理信号の入力に応じて実装動作を再開するように構成されていることを特徴とする表面実装機。

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