JP5052159B2 - 表面実装装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表面実装装置及び方法に関し、さらに詳しくは、専用ノズルを用いずに大型部品を吸着搭載することができる表面実装装置及び方法に関する。
従来、大型部品を吸着搭載する際には、例えば図7に示すような専用ノズル31が用いられていた(特許文献1)。
この専用ノズル31は、大型部品に対応する幅および長さを有する、平面視で略長方形の扁平な本体部分32を有している。本体部分32の上面であってノズル31の中心位置には、表面実装装置のヘッド(図示せず)と連結するための連結部33が突設されている。
一方、本体部分32の下面、すなわち部品吸着面には大型部品を吸着するための吸着部34が突設されている。吸着部34は前記本体部分32の長手方向両端部に2つずつ幅方向に並んだ状態で、かつ大型部品に対応した配置で設けられている。各吸着部34の先端(下端)には、前記本体部分32および連結部33の内部に形成される負圧供給通路(図示せず)が開口している。つまり、表面実装装置のヘッド(図示せず)にノズル31が装着されると、該ヘッドの内部に形成される負圧供給通路(図示せず)とノズル31内の前記負圧供給通路とが連通し、これにより両通路を通じて前記吸着部34に部品吸着用の負圧が供給されるようになっている。そして、前記各吸着部34により大型部品を吸着することにより、当該大型部品を吸着保持するようになっている。
特開2006−140274号公報
しかしながら、特許文献1に記載したような、大型部品に対応した専用ノズルを用いた場合、以下のような問題があった。
(1)大型部品に対応した専用ノズルは大きさが大きく、標準サイズのノズル交換台が使えない。
(2)大型部品は回転時の慣性が大きいが、それに比較して大型部品に対応した専用ノズルと部品搭載装置のヘッドとの連結部の断面積が小さく、かつ、該連結部は1箇所であるため、回転精度が低下する。
(3)専用ノズルは大きさが大きく、特に形状が単純でない場合、吸着時の負圧が安定するのに時間がかかる。
(4)専用ノズル内の負圧供給通路は、すべてつながった空洞で構成されるため、吸着口を複数設けても、どこか1つの吸着口で空気漏れがあると全ての吸着口で吸着力不足となり、部品の吸着ミスや部品落下の原因となる。
(5)前記(2)及び(4)のため、専用ノズルによる部品の保持が安定しないことがあり、大型部品吸着後の専用ノズルの移動においては移動速度を落とす必要があるため、部品の搭載速度が低下する。
(6)大型部品に対応した専用ノズルと部品搭載装置のヘッドとの連結部の断面積が小さく、かつ、該連結部は1箇所であるため、大型部品の位置が安定せず、搭載精度が落ちる。
(7)専用ノズルが対応できる大きさの部品しか吸着搭載できないため、吸着搭載できる部品の大きさがかなり制約される。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、大型部品に対応した専用ノズルを用いずに、通常のノズルのみを用いて、大型部品を安定的に吸着搭載できる表面実装装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究開発をした結果、大型部品を吸着する場合、1つのノズルで部品を吸着するのではなく、複数のノズルで部品を同時吸着することが効果的であることを見出した。そして、さらに研究開発を続けた結果、載置された部品を回転させることができるセンタリングステージを設けることが効果的であること、すなわち、複数のノズルで同時吸着した場合であっても、いったん吸着を解除して、センタリングステージ上に部品を載置して、センタリングステージを回転させることで、部品の回転が可能となって部品の向きを補正することができるようになり、前記目的を達成できることを見出した。
本発明は、かかる知見に基づきなされたものである。
即ち、本発明に係る表面実装装置は、部品を吸着するノズルと、該ノズルを備えたヘッドユニットと、該ヘッドユニットを平面方向に駆動するXY方向駆動手段と、前記ノズルに吸着された部品を撮像して画像認識を行う画像認識装置と、を備えた表面実装装置において、前記ヘッドユニットに備えられた前記ノズルは部品を同時吸着することができる複数のノズルであり、該複数のノズルにより同時吸着されて載置された部品の向きを、回転することにより調整することができるセンタリングステージをさらに備え部品を吸着している前記ノズルの数が1つの場合は、部品を吸着した該ノズルを該ノズルの中心回りに回転させて部品位置の角度補正を行い、部品を吸着している前記ノズルの数が2つ以上の場合は、吸着している該部品を前記センタリングステージ上に載置して該センタリングステージを回転させて部品位置の角度補正を行うことを特徴とする。
前記センタリングステージを複数設け、複数の前記センタリングステージの回転により、複数の部品の向きの調整を並行して行うことができるようにした場合、前記ノズルによる同時吸着が必要な大型部品を搭載する速度を向上させることができる。
また、部品を吸着している前記ノズルの数が2つ以上の場合は、前記ノズルが吸着した状態の部品は画像認識せずに、前記センタリングステージ上に載置した状態の部品の画像認識を行い、その認識結果に基づき、該センタリングステージを回転させて部品の向きを調整するようにしてもよい。
また、前記センタリングステージでの回転角度或いは回転時間が所定値より小さい場合には、該センタリングステージの回転が完了するまで前記ヘッドユニットは待機し、前記センタリングステージでの回転角度或いは回転時間が所定値より大きい場合には、次の部品の吸着搭載動作を行うようにしてもよい。
本発明に係る表面実装方法は、本発明に係る前記表面実装装置を用いて行うことができ、部品を複数のノズルで同時吸着して、回転する機能を有するセンタリングステージに載置した後に、該センタリングステージを回転させて部品の向きを調整し、該部品を前記複数のノズルとは異なる複数のノズルで同時吸着して基板に実装することを特徴とする。
本発明によれば、回転することにより載置された部品の向きを調整することができるセンタリングステージが備えられているので、複数のノズルを用いて、部品の同時吸着をすることができる。このため、本発明では以下のような効果が得られる。
(1)通常サイズのノズルを複数使用して同時吸着することにより、大型部品を吸着するときであっても、通常サイズのノズルのみで吸着が可能であり、標準サイズのノズル交換台が使用できる。
(2)大型部品は移動時の慣性が大きいが、本発明では、大型部品は複数のノズルで同時吸着するので、ノズルの吸着点が複数となり、ノズルで吸着された状態で大型部品を移動する際の精度が向上する。
(3)大型部品の吸着においても、大型の専用ノズルを使用せず、通常サイズのノズルのみを複数使用して同時吸着するので、ノズル内部の負圧供給通路の容量が小さく、吸着時に負圧が安定するまでの時間が短くなる。
(4)複数のノズルを使用して同時吸着するので、どこか1箇所で空気漏れがあっても、全体として吸着力不足とはなりにくく、部品の吸着ミスや部品落下が生じにくくなる。
(5)大型部品は複数のノズルで同時吸着するので、大型部品であっても保持が安定し、移動速度を落とす必要がない。
(6)大型部品は複数のノズルで同時吸着するので、大型部品であっても吸着されている時の位置が安定し、搭載精度が向上する。
(7)吸着に用いる複数のノズルは、適宜変更できるため、吸着搭載できる部品の大きさや形状の範囲が広がる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る実施形態の表面実装装置10の概略を示す斜視図である。
表面実装装置10は、ヘッドユニット12と、XY方向駆動手段であるXY方向移動装置14(X方向移動装置14A及びY方向移動装置14B)と、センタリングステージ16と、部品画像認識装置18と、搬送装置20と、を有してなる。
ヘッドユニット12は、図2に示すように、部品を吸着搭載するヘッド12Aを複数備え、その複数の各ヘッドは、それぞれ部品を吸着するためのノズル12Bを備える。複数のヘッド12A及びノズル12Bは1列に並んだものに限定されず、複数列並んだものでもよい。複数のノズル12Bは、部品を同時吸着することができる。複数のヘッド12Aは、取付部12Cに固定され、取付部12Cは、X方向移動装置14Aの移動部(図示せず)に固定されている。
XY方向移動装置14は、X方向移動装置14A及びY方向移動装置14Bからなる。X方向移動装置14Aは、ヘッドユニット12をX方向に移動させ、Y方向移動装置14Bは、X方向移動装置14AをY方向に移動させる。このようにして、XY方向移動装置14は、ヘッドユニット12をXY方向(平面方向)に移動させる。
センタリングステージ16は、その中心回りに回転する機能を有する。部品をセンタリングステージ16上に載置し、センタリングステージ16をその中心回りに回転させることで、部品の向きを調整することができる。センタリングステージ16は、1つではなく、複数備えられていてもよい。センタリングステージ16が複数備えられることにより、センタリングステージ16の回転による複数の部品の向きの調整を並行して行うことができ、搭載速度の向上につながる。
部品画像認識装置18は、ノズルに吸着された部品を下方から撮像して、ノズルに吸着された部品の状態を認識する。この認識結果に基づき、部品の位置ずれを把握する。
搬送装置20は、部品を搭載する基板22を搬送し、該基板22を所定の位置で保持する。そして、部品の搭載が終了した基板を順次搬出する。
通常の部品(小型部品)は、テープフィーダ24Aから供給され、大型部品26はトレイ24Bから供給される。大型部品26は、大型LSIや大型異型部品である。例えば大型コネクタとしては50mm×150mm程の大きさである。
トレイ24Bから供給される大型部品26については、センタリングステージ16に載置した後の回転量をなるべく少なくするために、大型部品26の搭載時の角度が全ての大型部品26について同じであるのであれば、トレイ24Bに載置された大型部品26の向き(供給角度)をできるだけ搭載時の角度に合わせておくことが好ましい。
また、本発明に係る実施形態の表面実装装置10においては、複数のノズルで同時吸着することができるので、剛性が小さく、フレキシブルに曲げることができるフレキシブル基板を吸着搭載することもできる。フレキシブル基板を吸着搭載する際には、ヘッド12A及びノズル12Bが複数列並んだタイプの表面実装装置10を用いるのがよい。
なお、図1において、基板22、テープフィーダ24A、トレイ24B、大型部品26は、表面実装装置10の構成要素ではないが、説明の都合上、描いている。
図2は、表面実装装置10の複数のノズル12Bにより大型部品26の同時吸着を行っている状況を示す図である。図2に示すように、表面実装装置10は、大型部品26の搭載時には、複数のノズル12Bにより大型部品26の同時吸着を行う。
次に、表面実装装置10が、大型部品26の搭載を行う際の動作について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、ヘッドユニット12を、トレイ24Bに載置された搭載予定の大型部品26の上方に移動させる(ステップS1)。
次に、ヘッドユニット12に搭載された複数のヘッド12Aを使用して、複数のノズル12Bにより大型部品26を同時吸着する(ステップS2)。
次に、大型部品26を同時吸着した状態でヘッドユニット12を部品画像認識装置18の上方へ移動させ(ステップS3)、同時吸着された大型部品26を認識させ(ステップS4)、大型部品26の座標(X座標、Y座標)を取得する。
次に、トレイ24B上の大型部品26の供給位置の座標と、X方向移動装置14A及びY方向移動装置14Bによりヘッドユニット12が移動した量と、に基づいて得られる大型部品26の座標と、部品画像認識装置18による画像認識により取得した大型部品26の座標との差(X、Y座標のずれ)を算出する(ステップS5)。
次に、算出された座標の差(X、Y座標のずれ)に基づき、ヘッドユニット12の移動量を調整して、大型部品26の回転中心がセンタリングステージ16の回転中心にくるように、大型部品26をセンタリングステージ16上に載置する(ステップS6)。そして、部品画像認識装置18による画像認識により取得した大型部品26の回転中心回りの角度のずれ量を打ち消すように、センタリングステージ16を回転させる(ステップS7)。
角度のずれがなくなった大型部品26を、再度、ヘッドユニット12に搭載された複数のヘッド12Aを使用して、複数のノズル12Bにより大型部品26を同時吸着し(ステップS8)、基板22上の所定の位置に搭載する(ステップS9)。
実際の生産においては、表面実装装置10は、大型部品だけでなく、通常の小型の部品の吸着搭載も行う。したがって、通常の小型の部品の吸着搭載を行う際の生産プログラムを、複数のノズルで大型部品を同時吸着することもできるプログラムに書き換えて、表面実装装置10の生産プログラムとする必要がある。
複数のノズルで大型部品を吸着搭載する際には、その大型部品に対応して、使用するヘッドと、ノズルと、大型部品26の回転中心とを設定する必要があるので、その設定のためのプログラム(モジュール)の一例のフローチャートを図4に示す。
まず、搭載予定部品が大型部品かどうかを判断する(ステップS11)。大型部品でなければ、従来通りの生産プログラムを使用できるので、部品に応じた使用ノズルを設定し(ステップS12)、終了する。
大型部品であれば、トレイ24Bから大型部品26を吸着する際に使用するヘッドと、ノズルと、大型部品26の回転中心とを設定する(ステップS13)。
次に、センタリングステージ16による大型部品26の角度のずれの調整後の部品搭載時にも、部品吸着時と同じヘッド及び同じノズルを使えるかどうか判断する(ステップS14)。
部品搭載時にも、部品吸着時と同じヘッド及び同じノズルを使えるのであれば、部品搭載時に使用するヘッドと、ノズルと、該大型部品の回転中心とを新たに設定する必要がないので、終了する。
部品搭載時に、部品吸着時と同じヘッド及び同じノズルを使えないのであれば、部品搭載時に使用するヘッドと、ノズルと、該大型部品の回転中心とを新たに設定する(ステップS15)。
以上説明したように、図4に示すフローチャートに基づき、通常の部品(小型部品)が搭載予定部品であれば使用ノズルが設定され、大型部品が搭載予定部品であれば部品吸着時および部品搭載時に使用するヘッドと、ノズルと、大型部品の回転中心が設定される。
次に、前記設定を行った後の実際の生産における部品の吸着搭載動作について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図3に示すフローチャートは、大型部品26の吸着搭載を行う際の動作のみに着目したものであるが、図5に示すフローチャートは、大型部品だけでなく通常の部品(小型部品)の吸着搭載をするときにも適用できるものであり、実際の生産プログラムについてのフローチャートである。
まず、部品吸着時に使用するヘッド及びノズルの設定に基づくヘッド12A及びノズル12Bを備えたヘッドユニット12を、搭載予定の部品の上方に移動させ、ノズル12Bにより部品を吸着する(ステップS21)。
次に、部品を吸着した状態でヘッドユニット12を部品画像認識装置18の上方へ移動させ、吸着された部品を画像認識させる(ステップS22)。
次に、ステップS22による認識結果に基づき、部品位置の補正が必要かどうか判断する(ステップS23)。部品位置は、X方向の座標、Y方向の座標、部品中心回りの角度θで一意的に定まる。部品位置の補正が必要でなければ部品を基板22上の所定に位置に搭載して(ステップS30)、一連の処理を終了する。
部品位置の補正が必要な場合は、次に、吸着ノズル12Bに吸着された部品の回転が可能かどうか判断する(ステップS24)。部品を吸着している吸着ノズル12Bの数が1つであれば、吸着ノズル12Bに吸着された部品の回転が可能と判断でき、部品を吸着している吸着ノズル12Bの数が2つ以上であれば、吸着ノズル12Bに吸着された部品の回転はできないと判断できる。
吸着ノズル12Bに吸着された部品の回転が可能な場合(部品を吸着している吸着ノズル12Bの数が1つの場合)は、部品画像認識装置18による画像認識の結果得られた、吸着ノズル12Bに吸着された部品のX方向の座標、Y方向の座標、部品の回転中心回りの角度θのずれを打ち消すように、ヘッドユニット12の移動量を調整するとともに、部品を吸着したノズル12Bをノズル12Bの中心回りに回転させて(ステップS29)、部品を基板22上の所定の位置に搭載して(ステップS30)、一連の処理を終了する。
吸着ノズル12Bに吸着された部品の回転ができない場合(部品を吸着している吸着ノズル12Bの数が2つ以上の場合)は、部品画像認識装置18による画像認識の結果得られた、吸着ノズル12Bに吸着された部品のX方向の座標、Y方向の座標のずれに基づき、ヘッドユニット12の移動量を調整して、部品の回転中心がセンタリングステージ16の回転中心にくるように、部品をセンタリングステージ16上に載置する(ステップS25)。そして、部品画像認識装置18による画像認識の結果得られた、部品の回転中心回りの角度θのずれを打ち消すように、センタリングステージ16を回転させる(ステップS26)。
部品搭載時に使用するヘッド及びノズルの設定に基づき、必要であればノズル12Bを交換したヘッドユニット12を、センタリングステージ16の上方に移動させ、センタリングステージ16上の部品をノズル12Bで吸着する(ステップS27)。
次に、部品を吸着した状態でヘッドユニット12を部品画像認識装置18の上方へ移動させ、吸着された部品を画像認識させる(ステップS28)。そして、再度ステップ23にもどり、部品位置の補正が必要かどうかを判断する。以降の動作は前述した動作と同じであり、部品位置の補正が不要となるまで前述した動作を繰り返した後、部品を基板22上の所定の位置に搭載して(ステップS30)、一連の処理を終了する。
ここで、ステップS26の動作を詳細に示すフローチャート(図6)により、センタリングステージ16の回転中の動作をさらに説明する。
前記ステップ25で部品がセンタリングステージ16上に載置された後、ノズル12Bは上昇し(ステップS31)、センタリングステージ16は回転を開始する(ステップS32)。センタリングステージ16の回転速度は、載置された部品位置が移動しないように、なるべく遅い回転速度が好ましい。このため、センタリングステージ16の回転量が多い場合には、回転が終了するまで長時間かかってしまい、回転の終了を待ってから部品の搭載動作を再開していては、部品の搭載速度に悪影響を及ぼす。
そこで、センタリングステージ16の回転時間が所定の時間(例えば、数10msec)を超える場合は、次の部品の吸着搭載動作を行った方がよい。したがって、前記所定の時間でセンタリングステージ16が回転する角度をθ0としたとき、当該部品の必要な回転角度がθ0以下かどうかを判断し(ステップS33)、当該部品の回転角度がθ0以下の場合は、センタリングステージ16の回転が完了する(ステップS34)まで、ヘッドユニット12はセンタリングステージ16上の位置で待ち、センタリングステージ16の回転が完了したら、センタリングステージ16上で複数のノズル12Bが下降し、部品を同時吸着する(ステップS37、ステップS27)。
当該部品の回転角度がθ0を上回る場合は、センタリングステージ16の回転の完了を待たずに、ヘッドユニット12は次の部品の吸着搭載動作を行う(ステップS35)。そして、センタリングステージ16の回転が完了する(ステップS36)まで、ヘッドユニット12はさらに次の部品の吸着搭載動作を行う(ステップS35)。
そして、センタリングステージ16の回転が完了したら、センタリングステージ16上で複数のノズル12Bが下降し、部品を同時吸着する(ステップS37、ステップS27)。
なお、以上説明してきた表面実装装置10の動作のうち、部品をセンタリングステージ16上に載置する動作(ステップS6、ステップS25)においては、必ずしも部品の回転中心がセンタリングステージ16の回転中心にくるように、該部品をセンタリングステージ16上に載置する必要はなく、載置する部品の回転中心とセンタリングステージ16の回転中心が一致しないときは、計算処理によりセンタリングステージ16の回転量を算出し、センタリングステージ16を回転させてもよい。ただし、載置する部品の回転中心とセンタリングステージ16の回転中心を一致させたほうが、計算処理が不要となる点で有利である。
また、以上説明してきた表面実装装置10では、ノズル12Bが吸着した部品について部品画像認識装置18により画像認識を行い、その認識結果に基づき、ノズル12Bが吸着した部品をセンタリングステージ16上に載置し、センタリングステージ16を回転させて部品の向きを調整していたが、その方法に代えて、ノズル12Bが吸着した部品を画像認識せずにすぐにセンタリングステージ16上に載置し、センタリングステージ16上の部品の画像認識を、ヘッドユニット12に搭載されたカメラか、あるいは、センタリングステージ専用に設けたカメラにより行い、その認識結果に基づき、センタリングステージ16を回転させて部品の向きを調整してもよい。
本発明に係る実施形態の表面実装装置の概略を示す斜視図 前記表面実装装置のノズルにより大型部品の吸着を行っている状況を示す図 前記表面実装装置が大型部品の搭載を行う際の動作を示すフローチャート 前記表面実装装置による実際の生産において、使用するヘッドと、ノズルと、大型部品の回転中心とを設定するプログラムの一例のフローチャート 前記表面実装装置による実際の生産における部品の吸着搭載動作を示すフローチャート センタリングステージの回転中の動作を詳細に示すフローチャート 大型部品を吸着搭載する際に用いる従来の専用ノズルを示す図で、(a)側面図、(b)下面図、(c)側面図
符号の説明
10…表面実装装置
12…ヘッドユニット
14…XY方向移動装置
14A…X方向移動装置
14B…Y方向移動装置
16…センタリングステージ
18…部品画像認識装置
20…搬送装置
22…基板
24A…テープフィーダ
24B…トレイ
26…大型部品

Claims (5)

  1. 部品を吸着するノズルと、該ノズルを備えたヘッドユニットと、該ヘッドユニットを平面方向に駆動するXY方向駆動手段と、前記ノズルに吸着された部品を撮像して画像認識を行う画像認識装置と、を備えた表面実装装置において、
    前記ヘッドユニットに備えられた前記ノズルは部品を同時吸着することができる複数のノズルであり
    該複数のノズルにより同時吸着されて載置された部品の向きを、回転することにより調整することができるセンタリングステージをさらに備え
    部品を吸着している前記ノズルの数が1つの場合は、部品を吸着した該ノズルを該ノズルの中心回りに回転させて部品位置の角度補正を行い、
    部品を吸着している前記ノズルの数が2つ以上の場合は、吸着している該部品を前記センタリングステージ上に載置して該センタリングステージを回転させて部品位置の角度補正を行うことを特徴とする表面実装装置。
  2. 前記センタリングステージ複数設けられており、
    複数の前記センタリングステージの回転により、複数の部品の向きの調整を並行して行うことができることを特徴とする請求項1に記載の表面実装装置。
  3. 部品を吸着している前記ノズルの数が2つ以上の場合は、前記ノズルが吸着した状態の部品は画像認識せずに、前記センタリングステージ上に載置した状態の部品の画像認識を行い、その認識結果に基づき、該センタリングステージを回転させて部品の向きを調整することを特徴とする請求項1または2に記載の表面実装装置。
  4. 前記センタリングステージでの回転角度或いは回転時間が所定値より小さい場合には、該センタリングステージの回転が完了するまで前記ヘッドユニットは待機し、前記センタリングステージでの回転角度或いは回転時間が所定値より大きい場合には、次の部品の吸着搭載動作を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の表面実装装置。
  5. 部品を複数のノズルで同時吸着して、回転する機能を有するセンタリングステージに載置した後に、該センタリングステージを回転させて部品の向きを調整し、該部品を前記複数のノズルとは異なる複数のノズルで同時吸着して基板に実装することを特徴とする表面実装方法。
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