JP4757953B2

JP4757953B2 - 電子部品装着装置

Info

Publication number: JP4757953B2
Application number: JP2010251351A
Authority: JP
Inventors: 和義大山; 修二主山; 茂影山
Original assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: JP2011029673A

Description

本発明は、駆動源により一方向に移動可能な一対のビームにこれに沿った方向に駆動源により夫々移動可能な装着ヘッドを設け、該装着ヘッドに電子部品を吸着してプリント基板上に装着する吸着ノズルが設けられた電子部品装着装置に関する。

この種の電子部品装着装置は、例えば、特許文献１などに開示され、開示されている多機能型電子部品装着装置、即ち一対のビームを備えた電子部品装着装置において、装置の運転を効率良く行う為には、対峙する各々のビームが処理する部品装着点数(品種・点数)を、各ビームになるべく均等に割振って、バランスのとれた２ビームの協調運転を確立することがポイントである。

特開２０００−１３６９０４号公報

しかしながら、前後ビームの間に位置決めされているプリント基板に、部品を装着していくものであるから、必然的に対峙するビーム同士で、装着バッティングによる協調崩れ(相手ビームとの位置干渉で装着を待たされる非稼動時間)が起こり、基板仕上げ時間の長短に影響を及ぼす場合も多い。スループットを稼ぐためには、最適な部品配置(割振り)の決定がポイントになる。少品種大量生産型なら時間をかけてもベストな部品配置にして生産する方が得策であるが、多品種少量生産形態にあっては、機種切替えの度に、部品配置を変更し２ビーム割振りの最適化を図るといった段取作業そのものが、全体からみたら逆にロス時間になって生産に響いてしまうケースも多い。

そこで本発明は、このような点を鑑みて、２ビーム間の協調崩れによるロスの是正及び低減を図ることを目的とする。即ち、２ビーム間の部品割振りの均等化ができず、偏りがあるような場合は、部品処理量の多い方のビーム側に、基板位置決め位置をあらかじめ寄せておくことで、協調バランスの調整を実現せんとするものである。

このため第１の発明は、駆動源により一方向に移動可能な一対のビームにこれに沿った方向に駆動源により夫々移動可能な装着ヘッドを設け、該装着ヘッドに電子部品を吸着してプリント基板上に装着する吸着ノズルが設けられた電子部品装着装置において、前記一方向に移動可能な一対のシュートを有し、装着エリアにて装着データに基づいて一対の前記シュートが何れかの前記ビームに予め片寄った位置に移動して前記プリント基板を前記片寄った位置で前記プリント基板の種類毎に位置決め固定し、位置決め固定された後は前記プリント基板を移動させないで前記装着ヘッドの移動により全ての前記電子部品が前記プリント基板に装着される位置決め部と、前記プリント基板を上流側装置より受け継いだ後前記位置決め部に対応してスライドし前記プリント基板を前記一方向に移動させることにより前記位置決め部の前記シュートに連接させて該位置決め部に渡すための供給コンベアと、前記プリント基板を前記位置決め部から受け渡された後下流側装置のシュートに対応してスライドし前記プリント基板を前記一方向に移動させることにより下流側装置のシュートに連接させて該下流側装置に受け渡すための排出コンベアとを設けたことを特徴とする。

本発明は、２ビーム間の協調崩れによるロスの是正及び低減を図ることができる。

大きなプリント基板を供給コンベアから位置決め部に渡した状態を示す電子部品装着装置の平面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。小さなプリント基板を上流側装置から供給コンベアに渡した状態を示す電子部品装着装置の平面図である。小さなプリント基板を供給コンベアから位置決め部に渡した状態を示す電子部品装着装置の平面図である。電子部品装着装置の制御ブロック図である。電子部品装着装置の模式図を示す。

図に基づき、本発明の実施の形態を以下説明するが、図１は電子部品装着装置１の平面図で、該装置１の基台２上には種々の電子部品を夫々その部品取出し部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向するユニット３群の間には、供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６が設けられている。供給コンベア４は上流側装置７より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部５に搬送し、位置決め部５で図示しない位置決め機構により位置決めされた該基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送される。

そして、前記位置決め部５は電子部品の前記プリント基板Ｐへの部品処理量の多い方の後述のビーム１０Ａ又は１０Ｂに予め片寄った位置で該プリント基板Ｐを位置決め固定するもので、一対の固定部５Ａ間に設けられた両ガイド５Ｂに沿って、一対のシュート５Ｃは各駆動回路５Ｄを介して各駆動モータ５Ｅにより夫々独立してプリント基板Ｐのサイズに合わせてＹ方向に移動可能である。

前記供給コンベア４はプリント基板Ｐを上流側装置７のシュートより受け継ぐ毎に前記プリント基板ＰをＹ方向に移動させることにより前記基板位置決め部５に渡すためのもので、プリント基板Ｐを上流側装置７より受け継いだ後、一対の固定部４Ａ間に設けられたガイド４Ｂに沿って、一対のシュート４Ｃは各駆動回路４Ｄを介して各駆動モータ４Ｅにより夫々独立して前記位置決め部５のシュート５Ｃと連接するようＹ方向に移動し、前記基板位置決め部５に渡す。

前記排出コンベア６は前記位置決め部５にて装着データに基づく電子部品の装着が終了する毎に位置決め部５から受け渡された前記プリント基板ＰをＹ方向に移動させることにより下流側装置８に受け渡すためのもので、プリント基板Ｐを位置決め部５より受け継いだ後、一対の固定部６Ａ間に設けられたガイド６Ｂに沿って、一対のシュート６Ｃは各駆動回路６Ｄを介して各駆動モータ６Ｅにより夫々独立して下流側装置８のシュートと連接するようＹ方向に移動し、下流側装置８に受け渡す。

尚、前記供給コンベア４、位置決め部５及び排出コンベア６における駆動モータを２個ずつ設けたが、これを１個にしてクラッチを設けることにより各シュートを移動させるように構成してもよい。

１０Ａ、１０ＢはＸ方向に長い一対のビームであり、夫々駆動回路２０を介するＹ軸モータ２１の駆動によりネジ軸（図示せず）を回転させ、左右一対のガイド１１に沿って前記位置決め部５に固定されたプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出し部（部品吸着位置）上方を個別にＹ方向に移動する。

各ビーム１０Ａ、１０Ｂにはその長手方向、即ちＸ方向に駆動回路２２を介してＸ軸モータ２３によりガイド(図示せず)に沿って移動する装着ヘッド１２Ａ、１２Ｂが夫々設けられている。各装着ヘッド１２Ａ又は１２Ｂには各２本の吸着ノズル１３を上下動させるための上下軸モータ２４が夫々搭載され、また鉛直軸周りに回転させるためのθ軸モータ２５が夫々搭載されている。したがって、２個の装着ヘッド１２Ａ、１２Ｂの各吸着ノズル１３はＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

１４は部品位置認識用の部品認識カメラで、前記各装着ヘッド１２Ａ、１２Ｂに対応して２個設けられ、電子部品が吸着ノズル１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、位置認識するために電子部品を撮像する。１５、１５は種々の吸着ノズル１３を収納するノズルストッカで、吸着ノズル１３の交換のため収納している。

前記装着ヘッド１２Ａ、１２Ｂにはそれぞれ基板認識カメラ１７が設けられ、プリント基板Ｐに付されたマークの位置を認識するために該マークを撮像する。

そして、装着ヘッド１２Ａ、１２のためのケーブルやエアチューブを並列状態にして、それぞれ接着剤で固定し概ね平板状にしてフラットケーブル１６、１６を形成し、その一端部を前記各モータなどに接続し、他端部を制御回路基板（図示せず）やエア供給源（図示せず）に接続する。

次に、図５の制御ブロック図について、説明する。ＣＰＵ３０はＲＡＭ３１に記憶されたデータに基づき、ＲＯＭ３２に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置１の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、ＣＰＵ３０は、駆動回路２２を介して前記Ｘ軸モータ２３の駆動を、駆動回路２０を介して前記Ｙ軸モータ２１の駆動を、駆動回路２６を介して前記θ軸モータ２５の駆動を、駆動回路２７を介して吸着ノズル１３の上下軸モータ２４の駆動を制御する。

３５はインターフェース３３を介して前記ＣＰＵ３０に接続される部品認識処理部で、前記部品認識カメラ１４により撮像して取込まれた画像の認識処理が該認識処理部３５にて行われ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ３０は、部品認識カメラ１４に撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を部品認識処理部３５に出力すると共に、認識処理結果を認識処理部３５から受取るものである。

３４は基板認識処理部で、前記基板認識カメラ１７により撮像して取込まれた画像の認識処理が該基板認識処理部３４にて行われ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ３０は、基板認識カメラ１７に撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を基板認識処理部３４に出力すると共に、認識処理結果を基板認識処理部３４から受取るものである。

即ち、前記部品認識処理部３５及び前記基板認識処理部３４の認識処理により位置ずれ量が把握されると、その結果がＣＰＵ３０に送られ、ＣＰＵ３０はＹ軸モータ２１、Ｘ軸モータ２３及びθ軸モータ２５を駆動させ、Ｘ、Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正が可能となる。

ここで以上の構成により、最適なプリント基板ＰのＹ方向における位置の決定について説明する。先ず、ビーム１０Ａ、１０Ｂの基本動作は、部品吸着、部品認識、部品装着であり、ビームの吸着、装着の往復回数が多くならないよう、一回の往復動作で複数の部品をまとめて処理するマルチ吸着タイプが多くなっているが、ここでは、単独装着ヘッド、マルチ装着ヘッドに関係なく、何に注目してプリント基板ＰのＹ方向における位置の決定するかを説明する。

プリント基板Ｐ毎の生産機種データ（装着データ）により、２つのビーム１０Ａ、１０Ｂに割り振られ実施される部品装着シーケンスを個々のビームでシミュレーションして、２つのビームが共有する領域(装着エリア)での仕事時間の累計を割出す。

即ち、シミュレーションは下記要領にて実施し、図６に示す模式図を参照しつつ説明する。プリント基板ＰのＹ方向における位置は、プリント基板ＰのＹ方向におけるセンターが両シュート５Ｃの開き限のＬ寸法の中心(上側シュート開き限からみてＬ／２の位置)と見立て、ビーム１０Ａ、１０ＢのＸ軸、Ｙ軸などの各軸の制御指令計算値(速度・加速度)、並びに部品供給ユニット３の部品吸着位置、装着座標位置を元に定める。

ここで、夫々のビーム１０Ａ、１０Ｂとも、一回の動作パターンは次のような流れであり、自分が受け持つ部品装着の全てが完了するまでそれを繰り返す。３往復で合計５点装着する１ビームの動作例を以下に示すと、１往復目（２点装着）は、吸着移動→吸着→吸着移動→吸着→両部品認識→装着移動→装着→装着移動→装着であり、２往復目（２点装着）は、吸着移動→吸着→吸着移動→吸着→両部品認識→装着移動→装着→装着移動→装着であり、３往復目（１点装着）は、ノズル交換→吸着移動→吸着→部品認識→装着移動→装着→ノズル交換→原点移動である。

このシーケンスの流れの中で、「装着移動」、「装着」で示したビームが装着エリアを占有している所要時間の合計時間を、ビーム１０Ａ、１０Ｂ毎に算出する。ＭＡをビーム１０Ａの装着エリア占有時間累計、ＭＢをビーム１０Ｂの装着エリア占有時間累計とし、その比率：ＲＡＴＩＯ＝ＭＡ／ＭＢとする。ビーム１０Ａ、１０Ｂから見たプリント基板位置：ｙが、夫々のビームの装着エリア占有時間比率と逆の位置関係となる位置を算出して、最適位置とすればよい。即ち、図６に示した各間隔、寸法を用いて式にすると次の関係が成立するｙである。

尚、ここでは、ＲＡＴＩＯをビーム１０Ａ、１０Ｂによる装着エリア占有時間累計に基づいて決定したが、単純に、各ビーム１０Ａ、１０Ｂの装着ヘッド１２Ａ、１２Ｂによる装着点数比率、あるいは、ビーム１０Ａ、１０Ｂの装着エリアへの往復回数比率として算出してもよい。即ち、装着点数比率が高い側のビームに予め基板位置を片寄らせ、または往復回数比率が高い側のビームに予め基板位置を片寄らせる。さらに、この算出及び算出結果の格納については、手動により又はＲＯＭ３２に格納されたプログラムにより自動的（ＣＰＵ３０の制御の下）に行うようにしてもよい。

上記式１に基づいて間隔ｙを算出し、この算出した間隔ｙにより前記一方又は他方のシュートの位置を決定するものであるから、前記一方又は他方のシュートの位置をプリント基板Ｐの種類毎に適切なものとすることができる。

このように、従来はプリント基板Ｐがシュートのうち固定シュート側へ偏り、ビーム１０Ａには近くなるが、ビーム１０Ｂからは遠くなってしまい、部品割振りを均等にしても、このストロークの差異により協調性が崩れ、装着待ち等のロスが生じ、結果として基板仕上げ時間が長くなる要因になっていたものが、固定シュートという概念を変え、プリント基板ＰのＹ寸法に応じて、ビームの吸着・装着のストロークの均等化を図ったり、ビーム１０Ａ、１０Ｂの部品均等割振りができない場合にも、そのバランスが是正できるように、故意に基板位置を偏らせる運用を行うことでプリント基板の仕上げ時間の短縮改善が図れるものである。

以上のように、プリント基板Ｐの種類に応じてプリント基板ＰのＹ方向における位置決め部５による位置決め位置を定め、即ち、ＲＡＭ３１に記憶された装着データ、同じくＲＡＭ３１に記憶された部品供給ユニット３群における吸着ライン位置、同じくＲＡＭ３１に記憶された各シュート５Ｃの開き限位置、同じくＲＡＭ３１に記憶されたプリント基板のＹ方向におけるサイズなどに基づきプリント基板ＰのＹ方向における位置決め部５による位置決め位置を算出し、その算出結果をＲＡＭ３１に格納する。そして、このＲＡＭ３１に格納された算出結果に基づき、ＣＰＵ３０は位置決め部５の駆動モータ５Ｅを制御して各シュート５Ｃを生産するプリント基板Ｐの種類に応じて移動させる。

即ち、基板位置決めするＹ方向における位置を機種切替え時点で事前に決定、セットアップしておくもので、自動運転の部品装着中に基板位置を装着するビーム側へＹ方向に移動させるものではなく、位置決め部５による位置決め完了後のプリント基板Ｐの移動はさせない。その理由は、基板認識により捉えた基板位置を変化させないことで補正装着時の絶対値精度保証をするのと、装着済み部品へのストレスをかけないようにプリント基板Ｐは動かさないものである。

そして、図３及び図４に示す如く、以上のようにこの位置決め部５の位置を定めた状態で、プリント基板Ｐを上流側装置７より受け継いだ供給コンベア４は、一対の固定部４Ａ間に設けられたガイド４Ｂに沿って、一対のシュート４Ｃを駆動回路４Ｄを介して駆動モータ４Ｅにより前記位置決め部５のシュート５Ｃと連接するようＹ方向に移動させ、前記基板位置決め部５に渡す。該基板位置決め部５では、図示しない位置決め機構によりこのプリント基板Ｐを位置決め固定する。

そして、ＲＡＭ３１に格納されたプリント基板Ｐの装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置及び各部品供給ユニット３の配置番号等が指定された装着データに従い、電子部品の部品種に対応した吸着ノズルが装着すべき電子部品を所定の部品供給ユニット３から吸着して取出すこととなる。

次に、装着ヘッド１２Ａの吸着ノズル１３は装着すべき電子部品を収納する部品供給ユニット３上方に位置するよう移動するが、Ｙ方向は駆動回路２０によりＹ軸モータ２１が駆動して一対のガイド１１に沿ってビーム１０Ａが移動し、Ｘ方向は駆動回路２２によりＸ軸モータ２３が駆動して装着ヘッド１２Ａが移動し、既に所定の供給ユニット３は駆動されて部品吸着位置にて部品が取出し可能状態にあるため、駆動回路２７により上下軸モータ２４が駆動して前記吸着ノズル１３が下降して電子部品を吸着し取出し、次に装着ヘッド１２Ａは上昇すると共に吸着ノズル１３が次に装着すべき電子部品を収納する部品供給ユニット３上方に移動し、同じく前記ノズル１３が下降して電子部品を吸着し取出す。

このとき、装着ヘッド１２Ｂの吸着ノズル１３は装着すべき電子部品を収納する部品供給ユニット３上方に移動し、前記ノズル１３が下降して電子部品を吸着し取出し、次に装着ヘッド１２Ｂは上昇すると共に吸着ノズル１３が次に装着すべき電子部品を収納する部品供給ユニット３上方に移動し、同じく前記ノズル１３が下降して電子部品を吸着し取出す。

そして、装着ヘッド１２Ａの各吸着ノズル１３が各部品認識カメラ１４上方に位置するよう、前述の如くＹ軸モータ２１及びＸ軸モータ２３により移動し、前記各ノズル１３に吸着されている各電子部品は撮像され、また装着ヘッド１２Ｂの各吸着ノズル１３が部品認識カメラ１４上方に位置するよう移動し、前記各ノズル１３に吸着されている各電子部品は撮像され、各電子部品が当該ノズルに対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかＸＹ方向及び回転角度につき、部品認識処理部３５により認識結果が算出される。

そして、ＣＰＵ３０が装着エリアが未使用か否かが判断され、未使用なのでビーム１０Ａが装着エリアを取得する。具体的には、ＣＰＵ３０がＲＡＭ３１にビーム１０Ａが装着エリアを占有した旨を書き込み、装着エリアを占有する処理をしたビーム１０Ａにとっての基板認識動作をすべく、ビーム１０Ａ及び装着ヘッド１２Ａを移動させてプリント基板Ｐ上のマークの位置を認識するために基板認識カメラ１７により各マークを撮像し、その認識処理が該基板認識処理部３４にて行われ、ＲＡＭ３１に記憶させ、再びビーム１０Ａ及び装着ヘッド１２Ａを移動させ、吸着ノズル１３がプリント基板Ｐ上に前記基板認識結果に部品認識結果を加味して位置ずれを補正しつつ各電子部品を装着し、シーケンスデータを歩進して次ステップを切出して、次のステップデータがあるので、装着エリアを開放する（未使用状態とする）。

次に、ビーム１０Ａによる装着エリアの開放後にビーム１０Ｂが装着エリアを占有する。従って、装着エリアを占有する処理をしたビーム１０Ｂにとっての基板認識動作をすべく、ビーム１０Ｂ及び装着ヘッド１２Ｂを移動させてプリント基板Ｐ上のマークの位置を認識するために基板認識カメラ１７により各マークを撮像し、その認識処理が該基板認識処理部３４にて行われ、ＲＡＭ３１に記憶させ、各吸着ノズル１３がプリント基板Ｐ上に前記基板認識結果に部品認識結果を加味して位置ずれを補正しつつ各電子部品を装着し、シーケンスデータを歩進して次ステップを切出して、次のステップデータがあるので、装着エリアを開放する（未使用状態とする）。

以上のように、順次ＲＡＭ３１に格納された装着データに従い、プリント基板Ｐに装着して行くが、全ての部品装着を終了する前に、図４に示すように既に排出コンベア６の一対のシュート６Ｃは位置決め部５のシュート５Ｃと連接している状態にあるため、プリント基板Ｐは装着終了後に位置決め部５から排出コンベア６に搬送され受け継がれる。そして、前記位置決め部５から受け渡された前記プリント基板Ｐを位置決め部５より受け継いだ後、一対の固定部６Ａ間に設けられたガイド６Ｂに沿って、一対のシュート６Ｃは各駆動回路６Ｄを介して各駆動モータ６Ｅにより下流側装置８と連接するようＹ方向に移動し、下流側装置８に受け渡すこととなる。

以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１電子部品装着装置
４供給コンベア
５位置決め部
６排出コンベア
１０Ａ、Ｂビーム
１２Ａ、Ｂ装着ヘッド
１３吸着ノズル
３０ＣＰＵ
３１ＲＡＭ

Claims

駆動源により一方向に移動可能な一対のビームにこれに沿った方向に駆動源により夫々移動可能な装着ヘッドを設け、該装着ヘッドに電子部品を吸着してプリント基板上に装着する吸着ノズルが設けられた電子部品装着装置において、前記一方向に移動可能な一対のシュートを有し、装着エリアにて装着データに基づいて一対の前記シュートが何れかの前記ビームに予め片寄った位置に移動して前記プリント基板を前記片寄った位置で前記プリント基板の種類毎に位置決め固定し、位置決め固定された後は前記プリント基板を移動させないで前記装着ヘッドの移動により全ての前記電子部品が前記プリント基板に装着される位置決め部と、前記プリント基板を上流側装置より受け継いだ後前記位置決め部に対応してスライドし前記プリント基板を前記一方向に移動させることにより前記位置決め部の前記シュートに連接させて該位置決め部に渡すための供給コンベアと、前記プリント基板を前記位置決め部から受け渡された後下流側装置のシュートに対応してスライドし前記プリント基板を前記一方向に移動させることにより下流側装置のシュートに連接させて該下流側装置に受け渡すための排出コンベアとを設けたことを特徴とする電子部品装着装置。