JP5234036B2

JP5234036B2 - 部品実装システムおよび部品実装方法

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Publication number: JP5234036B2
Application number: JP2010071955A
Authority: JP
Inventors: 英樹角
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011204975A

Description

本発明は、電子部品が実装された実装基板を製造する部品実装システムおよびこの部品実装システムにおける部品実装方法に関するものである。

電子部品を基板に実装して実装基板を製造する部品実装システムは、半田印刷装置、部品実装装置、リフロー装置など複数の装置を連結して構成されている。半田印刷後の基板は、下流側に連結された複数の部品実装装置に順次搬入され、部品実装作業の対象となる。部品実装作業は、テープフィーダなどのパーツフィーダが複数配列された部品供給部から実装ヘッドによって部品を取り出して、基板搬送路に位置決め保持された基板の所定実装点に移送搭載することにより行われる。この部品実装作業を実行する部品実装機構は、一般に実装ヘッドをＸ方向、Ｙ方向に移動させる直動駆動機構によって構成され、各基板品種毎に作成された実装プログラムにしたがって制御部が部品実装機構を制御することにより所定の部品実装作業が実行される。

近年の電子部品の微細化に伴い、これらの部品を基板に実装する際に要求される搭載位置精度は従来と比較して格段に高度化しており、部品実装機構の動作過程において位置精度を阻害する要因を極力排除することが求められている。このような要因の一つとして、部品実装機構を構成する直動駆動機構の経時変化による位置誤差がある。すなわち実装ヘッドを移動させることによって部品実装作業を継続して実行する過程においては、直動駆動機構には高速で摺動するガイド機構の摩擦熱などによって温度が上昇する。これにより直動駆動機構の構成部材が熱膨張することによる熱変位が生じ、この熱変位によって実装ヘッドの位置精度に誤差が生じる。

このような熱変位による位置精度の誤差を補正して搭載位置精度を確保するため、直動駆動機構の経時変化による熱変位の状態を所定のタイミング、インターバルにおいて検出し、熱変位分だけ実装プログラム上の駆動パラメータを補正する経時変化補正処理が一般に行われる（例えば特許文献１参照）。この特許文献に示す例では、実装機において基板を搬送するコンベアなどの固定位置に複数の基準マークを設けておき、実装ヘッドと一体に移動する基板認識カメラによってこれらの基準マークを撮像して位置を認識するようにしている。そしてこの位置認識結果を初期状態における基準マークの位置と比較することにより、当該時点における部品実装機構の熱変位の状態を検出して駆動パラメータを補正する。ここでは、基板を上流側装置から搬入するタイミングに合わせて、基準マークを撮像するようにしている。

特開平８−１８２８９号公報

現今の部品実装分野では、実装精度および生産性の更なる向上が望まれており、上述の経時変化補正処理についても従来と比較してより精細な補正を行うことが求められている。このため基準マークの数を従来方法よりも増やすなどの方策が採用される結果、経時変化補正処理に要する時間が増大する傾向にある。これに対し、基板を搬入する搬送動作に割り当てられる時間は高速化のために短縮される傾向にあるため、基板搬入が完了したタイミングにおいても経時変化補正処理が完了せず、次の実装動作を開始することができずにロスタイムを生じる結果となる。そしてこのようなロスタイムは、部品実装システムを構成する複数の部品実装装置の全てについて生じることから、トータルの実装作業時間を遅延させる要因の一つとなっていた。このように、従来の部品実装システムにおいては、部品実装機構の経時変化補正処理の実行に伴ってロスタイムを生じて、生産性の低下を招く場合があるという問題点があった。

そこで本発明は、部品実装機構の経時変化補正処理の実行に伴って生じるロスタイムを排除して、生産性の低下を防止することができる部品実装システムおよび部品実装方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装システムは、基板に部品を実装する部品実装装置を複数台連結して構成され、前記基板を前記部品実装装置に順次搬入して所定の部品実装作業を実行する部品実装システムであって、前記部品実装装置は、上流側装置から渡される基板を搬送する基板搬送機構に設けられ前記基板を保持して位置決めする基板保持部と、前記基板搬送機構の所定位置において前記基板の有無を検出する基板検出部と、前記基板保持部の周囲の固定位置に形成された複数の基準マークと、前記部品を保持する実装ヘッドをヘッド移動機構によって移動させることにより、前記部品を供給する部品供給部から前記実装ヘッドによって部品を取り出し前記基板保持部に位置決め保持された基板に移送搭載する部品実装機構と、前記実装ヘッドと一体的に移動し前記基板保持部に位置決め保持された基板および前記複数の基準マークを撮像するカメラと、前記カメラによって取得された画像を認識処理することにより前記基板および複数の基準マークの位置を検出する認識処理部と、検出された前記複数の基準マークの位置を記憶部に記憶された基準マークの原位置と比較することにより、前記ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための補正演算を行う演算処理部と、前記ヘッド移動機構、カメラ、認識処理部、演算処理部を制御することにより、前記ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための経時変化補正処理を実行させる経時変化補正処理部と、前記補正演算の結果を加味して前記部品実装機構を制御することにより部品実装作業を実行させる実装制御部と、自装置内における基板の状態を示す装置情報を前記部品実装システムを構成する他装置に伝達する装置情報伝達部とを備え、前記経時変化補正処理部は、生産開始時もしくは自装置が予め設定された所定時間以上にわたって実装作業動作を停止した後の実装作業動作の再開に先立って、自装置の上流側装置から伝達された前記装置情報に示される当該上流側装置における基板の状態が、前記経時変化補正処理によって当該自装置における次の基板の実装作業動作の開始を遅延させず且つ当該経時変化補正処理の終了から次の基板の実装作業動作の開始までのタイムラグを可能な範囲で最小とする条件として予め設定された処理開始条件に合致したならば、前記経時変化補正処理の実行を開始させる。

本発明の部品実装方法は、基板に部品を実装する部品実装装置を複数台連結して構成され、前記基板を前記部品実装装置に順次搬入して所定の部品実装作業を実行する部品実装システムにおける部品実装方法であって、上流側装置から渡される基板を基板搬送機構によって搬送して位置決めする基板搬送位置決め工程と、前記基板搬送機構の所定位置において前記基板の有無を検出する基板検出工程と、前記実装ヘッドと一体的に移動するカメラによって前記基板保持部の周囲の固定位置に形成された複数の基準マークを撮像する撮像動作と、前記カメラによって取得された画像を認識処理することにより前記複数の基準マークの位置を検出する認識処理と、前記検出された複数の基準マークの位置を記憶部に記憶された基準マークの原位置と比較することにより、前記ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための補正演算を行う演算処理とを含む経時変化補正処理を実行する経時変化補正処理工程と、前記補正演算結果を加味して前記部品実装機構を制御することにより、前記部品を供給する部品供給部から部品を取り出した実装ヘッドをヘッド移動機構によって移動させてこの部品を基板保持部に位置決め保持された基板に移送搭載する実装作業動作を実行させる実装制御工程とを含み、前記経時変化補正処理工程において、生産開始時もしくは自装置が予め設定された所定時間以上にわたって実装作業動作を停止した後の実装作業動作の再開に先立って、上流側装置における基板の状態が、前記経時変化補正処理によって当該自装置における次の基板の実装作業動作の開始を遅延させず且つ当該経時変化補正処理の終了から次の基板の実装作業動作の開始までのタイムラグを可能な範囲で最小とする条件として予め設定された処理開始条件に合致したならば、前記経時変化補正処理を開始させる。

本発明によれば、ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための経時変化補正処理の実行を開始する処理開始条件として、生産開始時もしくは自装置が予め設定された所定時間以上実装作業動作を停止した後の実装作業動作の再開に先立って、上流側装置における基板の状態が、経時変化補正処理によって当該自装置における次の基板の実装作業動作の開始を遅延させず且つ当該経時変化補正処理の終了から次の基板の実装作業動作の開始までのタイムラグを可能な範囲で最小とする条件を予め設定することにより、部品実装機構の経時変化補正処理の実行に伴って生じるロスタイムを排除して、生産性の低下を防止することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装システムの構成説明図本発明の一実施の形態の部品実装システムにおける検査・実装装置の構成説明図本発明の一実施の形態の部品実装システムにおける部品実装装置の平面図本発明の一実施の形態の部品実装システムにおける実装装置の制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の部品実装方法において生産開始時に実行される経時変化補正処理を説明するフロー図本発明の一実施の形態の部品実装方法において基板待ち時に実行される経時変化補正処理を説明するフロー図本発明の一実施の形態の部品実装方法における経時変化補正処理の処理開始条件を説明するタイムチャート

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する部品実装システム１について説明する。図１において部品実装システム１は、印刷装置Ｍ１、基板受渡し装置Ｍ２、検査・実装装置Ｍ３、部品実装装置Ｍ４、Ｍ５、検査・実装装置Ｍ６、基板受渡し装置Ｍ７およびリフロー装置Ｍ８の各装置を、基板搬送方向（Ｘ方向）に連結して成る部品実装ラインを主体としている。部品実装ラインを構成する各装置は通信ネットワーク２によって接続され、管理コンピュータの機能を有するホスト装置３によって制御される。

印刷装置Ｍ１は、基板４の部品接続用のランド上に部品接合用の半田ペーストをスクリーン印刷する。基板受渡し装置Ｍ２は、印刷装置Ｍ１から受け取った印刷後の基板４を、所定のタイミングにて下流側装置に受け渡す（矢印ａ）。検査・実装装置Ｍ３、部品実装装置Ｍ４、Ｍ５、検査・実装装置Ｍ６は、いずれも基板４を基板搬送方向に搬送する基板搬送機構６（図２参照）の両側に、検査機構や部品実装機構などの作業動作機構を配置した構成となっている。

検査・実装装置Ｍ３は、作業動作機構として検査装置Ｍ３Ａ、部品実装装置Ｍ３Ｂを備えている。検査装置Ｍ３Ａは、印刷後の基板４を撮像して半田印刷状態を検査する。部品実装装置Ｍ３Ｂは、半田印刷検査後の基板４に対して部品を実装する。部品実装装置Ｍ４、Ｍ５は、それぞれ独立して作業動作が可能な２つの部品実装装置Ｍ４Ａ、Ｍ４Ｂおよび部品実装装置Ｍ５Ａ、Ｍ５Ｂを備えており、これらの各部品実装装置によって基板４に順次部品を実装する。検査・実装装置Ｍ６は、検査装置Ｍ６Ａ、部品実装装置Ｍ６Ｂを備えており、部品実装装置Ｍ６Ｂは基板４に部品を実装し、検査装置Ｍ６Ａは上流側の各部品実装装置による部品実装作業が終了した後の基板４を撮像して実装状態の検査を行う。検査後の基板４は基板受渡し装置Ｍ７を介してリフロー装置Ｍ８に搬入され（矢印ｂ）、ここで加熱することにより半田が溶融固化し、部品が基板４に半田接合される。すなわち、部品実装システム１は、基板４に部品を実装する部品実装装置を複数台連結して構成され、基板４を部品実装装置に順次搬入して所定の部品実装作業を実行する。

次に図２を参照して、検査・実装装置Ｍ３、Ｍ６の構造を説明する。図２において、基台５の中央部には、２つの搬送レールを備えた基板搬送機構６がＸ方向に配設されている。基板搬送機構６は上流側装置から搬入された基板４を下流側に搬送する。基板搬送機構には基板保持部６ａ、基板検出部６ｂが設けられており、基板保持部６ａは基板搬送機構６によって搬送された基板４を、当該装置における作業位置に位置決めして保持する。基板検出部６ｂは基板搬送機構６の所定位置において基板４の有無を光学センサによって検出する。そしてそれぞれの基板搬送機構６の基板保持部６ａに位置決め保持された基板４に対して、検査装置Ｍ３Ａ、部品実装装置Ｍ３Ｂおよび検査装置Ｍ６Ａ、部品実装装置Ｍ６Ｂによって所定の作業動作が実行される。

部品実装装置Ｍ３Ｂ、Ｍ６Ｂには部品供給部７が配設されており、部品供給部７には複数のテープフィーダ８が並列して装着された台車１９が配置されている。テープフィーダ８は、台車１９にセットされたテープ供給リール１９ａから部品を保持したキャリアテープを引き出してピッチ送りすることにより、以下に説明する部品搭載部によるピックアップ位置に部品を供給する。

基台５のＸ方向における一方側の端部には、リニアモータによる直動機構を備えたＹ軸移動テーブル９がＹ方向に配設されている。Ｙ軸移動テーブル９には、同様にリニアモータによる直動機構を備えた前側Ｘ軸移動テーブル１０Ａ、後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂが、Ｘ方向に延出してＹ方向に移動自在に装着されている。前側Ｘ軸移動テーブル１０Ａ、後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂは、それぞれ検査装置Ｍ３Ａ、部品実装装置Ｍ３Ｂおよび検査装置Ｍ６Ａ、部品実装装置Ｍ６Ｂに対応している。

後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂには、複数の単位実装ヘッド１６を備えた実装ヘッド１５がＸ方向に移動自在に装着されており、さらに後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂの下面側には、実装ヘッド１５と一体的に移動する基板撮像用の基板カメラ１７が配設されている。また前側Ｘ軸移動テーブル１０Ａには、検査用カメラ１２を備えた撮像ヘッド１１がＸ方向に移動自在に装着されている。検査装置Ｍ３Ａ、Ｍ６Ａには画像認識ユニット１４を内蔵した台車１３が装着されている。

部品実装装置Ｍ３Ｂ，Ｍ６Ｂの動作を説明する。Ｙ軸移動テーブル９、後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂを駆動することにより、実装ヘッド１５はＸ方向、Ｙ方向に水平移動し、これにより、単位実装ヘッド１６の下端部に装着された吸着ノズル１６ａによって部品供給部７のテープフィーダ８から部品を取り出し、基板搬送機構６によって位置決め保持された基板４に部品を搭載する。Ｙ軸移動テーブル９、後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂおよび実装ヘッド１５は、部品供給部７から実装ヘッド１５によって部品を取り出して、基板搬送機構６によって位置決め保持された基板４の実装位置に移送搭載する部品搭載機構を構成する。そして基板カメラ１７を実装ヘッド１５と一体的に移動させることにより、基板カメラ１７は基板４の上方に移動し基板４を撮像する。そして撮像によって取得した画像を認識処理することにより、基板４に設けられた認識マークや部品実装位置が認識される。

部品供給部７と基板搬送機構６との間の実装ヘッド１５の移動経路には、部品カメラ１８が配設されている。吸着ノズル１６ａによって部品を保持した実装ヘッド１５が、部品カメラ１８の上方をＸ方向へ移動することにより、実装ヘッド１５に保持された状態の部品を部品カメラ１８によって撮像する。そして撮像によって取得した画像を認識処理することにより、部品の正規位置からの位置ずれを示す位置情報が取得される。基板４への部品搭載動作においては、この位置情報に基づいて搭載位置の位置補正が行われる。

検査装置Ｍ３Ａ、Ｍ６Ａの動作を説明する。Ｙ軸移動テーブル９、前側Ｘ軸移動テーブル１０Ａを駆動することにより、撮像ヘッド１１はＸ方向、Ｙ方向に水平移動する。これにより検査装置Ｍ３Ａ、Ｍ６Ａは、基板搬送機構６に位置決め保持された基板４において検査の対象となる検査範囲を、それぞれ部品実装前および部品実装後に、検査用カメラ１２によって撮像して撮像データを取得する。

次に図３を参照して、部品実装装置Ｍ４，Ｍ５の構成を説明する。部品実装装置Ｍ４、Ｍ５は、それぞれ独立して作業動作が可能な２つの部品実装装置Ｍ４Ａ、Ｍ４Ｂおよび部品実装装置Ｍ５Ａ、Ｍ５Ｂを、基板搬送機構６を挟んで対向配置した構成となっている。部品実装装置Ｍ４Ａ，Ｍ４Ｂ，Ｍ５Ａ，Ｍ５Ｂの構造は、図２に示す部品実装装置Ｍ３Ｂ，Ｍ６Ｂと同様である。図３において、Ｙ軸移動テーブル９および前側Ｘ軸移動テーブル１０Ａは、実装ヘッド１５を水平方向に移動させる前側ヘッド移動機構を構成し、Ｙ軸移動テーブル９および後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂは、実装ヘッド１５を水平方向に移動させる後側ヘッド移動機構を構成する。

これらのヘッド移動機構を駆動する駆動軸のモータはエンコーダ２１を備えており、エンコーダ２１からのフィードバックパルス信号によって、各駆動軸の軸位置を制御装置２０に送信することができる。これらのヘッド移動機構および実装ヘッド１５は、部品を保持する実装ヘッド１５をヘッド移動機構によって移動させることにより、部品供給部７から実装ヘッド１５によって部品を取り出し基板保持部６ａに位置決め保持された基板４に移送搭載する部品実装機構を構成する。

基台５の上面において、基板保持部６ａに保持された基板４の各対角位置の周囲には、実装ヘッド１５の位置キャリブレーション用の基準マークｍが基台５に対して位置が固定されて形成されている。基板カメラ１７を実装ヘッド１５と一体的に移動させることにより、基板カメラ１７を複数の基準マークｍの上方に移動させ、基準マークｍを撮像することができる。すなわち基板カメラ１７は、実装ヘッド１５と一体的に移動し基板保持部６ａに位置決め保持された基板４および複数の基準マークｍを撮像する。

この撮像結果を認識処理部２２（図４参照）によって認識処理することにより、その撮像時点における基準マークｍの位置が検出される。そしてこの位置検出結果を予め記憶された原位置と比較することにより、前述のヘッド移動機構による実装ヘッド１５の駆動状態の経時変化に起因する駆動誤差を検出することができる。すなわち、エンコーダ２１からのフィードバックパルス値と基準マークｍの位置誤差とを対比することにより、その時点における駆動誤差が検出される。

次に図４を参照して、制御系の構成を説明する。図４において制御装置２０は、内部制御機能としての演算処理部２０ａ、経時変化補正処理部２０ｂ、実装制御部２０ｃ、装置情報伝達部２０ｄを備えている。また制御装置２０は、基板搬送機構６、基板保持部６ａ、基板検出部６ｂ、Ｙ軸移動テーブル９、前側Ｘ軸移動テーブル１０Ａより成る前側ヘッド移動機構、Ｙ軸移動テーブル９、後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂより成る後側ヘッド移動機構、部品供給部７、ノズル吸着機構１５ａ、ノズル駆動機構１５ｂ、認識処理部２２、記憶部２３、通信部２４と接続されており、各機構・各部に操作指令を発信するとともに、各部からの検出信号や処理結果を受信する。

ノズル吸着機構１５ａ、ノズル駆動機構１５ｂは、実装ヘッド１５に装着された吸着ノズル１６ａによる吸着動作、昇降動作を行う。認識処理部２２は、基板カメラ１７、部品カメラ１８によって取得された画像を認識処理する。これにより、基板４および複数の基準マークｍの位置を検出するとともに、実装ヘッド１５によって保持された状態の部品を認識する。記憶部２３は、当該装置による部品実装作業や経時変化補正処理を実行するために必要なプログラムやデータを記憶する。これらのデータには、実装ヘッド１５の位置キャリブレーションのために形成された基準マークｍの原位置を示すデータが含まれる。通信部２４は、部品実装システム１を構成する他装置との間で、通信ネットワーク２を介して制御指令信号やデータの授受を行う。

制御装置２０の制御機能について説明する。演算処理部２０ａは、認識処理部２２によって検出された複数の基準マークｍの位置を、記憶部２３に記憶された基準マークｍの原位置と比較することにより、Ｙ軸移動テーブル９、前側Ｘ軸移動テーブル１０Ａ、後側Ｘ軸移動テーブル１０Ｂより成るヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための補正演算を行う。経時変化補正処理部２０ｂは、上述のヘッド移動機構、基板カメラ１７、認識処理部２２、演算処理部２０ａを制御することにより、上述の駆動誤差を補正するための経時変化補正処理を実行させる機能を有している。また経時変化補正処理部２０ｂは、その時点で実行されている実装作業動作の完了までに要する作業残り時間Ｔｒ（ｔ）および当該経時変化補正処理の実行に要する補正処理所要時間Ｔ２を予測演算する時間演算機能を備えている（図７参照）。

さらに経時変化補正処理部２０ｂは、上流側装置における基板の有無を、当該上流側装置の基板検出部６ｂによって検出され自装置に伝達された装置情報に示される検出結果によって監視する処理を行う。実装制御部２０ｃは、経時変化補正処理部２０ｂによる補正演算の結果を加味して、前述構成の部品実装機構を制御することにより部品実装作業を実行させる。装置情報伝達部２０ｄは、自装置内における基板４の状態を示す装置情報を、部品実装システム１を構成する他装置に通信部２４を介して伝達する。

次に、図５、図６を参照して、部品実装システム１によって基板４を部品実装装置に順次搬入して所定の部品実装作業を実行する部品実装方法において必要とされる経時変化補正処理の実行タイミングについて説明する。この経時変化補正処理は、ヘッド移動機構の移動テーブルなどの発熱による熱変位に起因する駆動誤差を補正することを目的として、経時変化補正処理部２０ｂの処理機能によって実行されるものである。ここでは、生産開始時もしくは生産継続中に所定時間以上にわたって実装作業動作を一時的に停止した後の実装作業動作の再開に先立って実行される例を示している。

図５を参照して、生産開始時に実行される経時変化補正処理について説明する。自装置での生産開始に際しては、まず上流側装置から伝達される上流側装置情報を取得する（ＳＴ１）。次に取得した上流側装置情報が、後述する処理開始条件に合致しているか否かを判定する（ＳＴ２）。ここで、処理開始条件に合致していなければ、（ＳＴ１）に戻って上流側装置情報の監視を継続する。（ＳＴ２）にて、処理開始条件に合致していると判定されたならば、前回生産終了時から所定時間が経過しているか否かを判断する（ＳＴ３）。ここで所定時間とは、装置停止状態が継続することによる実装位置精度の経時変化が、許容される度合いを超えると想定される時間であり、生産対象の基板品種に必要とされる実装精度などを勘案して個別に設定され、記憶部２３に記憶される。

ここで、所定時間が経過している場合には、実装位置精度の経時変化が許容される度合いを超えていると判断して、経時変化補正処理を実行する（ＳＴ４）。すなわち、実装ヘッド１５と一体的に移動する基板カメラ１７によって基板保持部６ａの周囲の固定位置に形成された複数の基準マークｍを撮像する撮像動作と、基板カメラ１７によって取得された画像を認識処理することにより複数の基準マークｍの位置を検出する認識処理と、検出された複数の基準マークｍの位置を記憶部２３に記憶された基準マークｍの原位置と比較することにより、ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための補正演算を行う演算処理とを含む経時変化補正処理を実行する（経時変化補正処理工程）。

また（ＳＴ３）にて所定時間が経過していなければ、装置停止による実装位置精度の経時変化は許容範囲内であるとして、経時変化補正処理を実行することなく待機し、上流側装置における実装作業完了（ＳＴ５）の後に、基板搬入が行われる（ＳＴ６）。そしてこの後、順次搬入される基板４を対象として、当該自装置の部品実装機構によって部品実装作業が反復して実行される。

次に図６を参照して、自装置が予め設定された所定時間以上にわたって実装作業動作を停止した後の実装作業動作の再開に先立って、経時変化補正処理を実行する場合の処理フローについて説明する。この処理は、図５における（ＳＴ６）に示す基板４の自装置への搬入により開始される。すなわち、上流側装置から渡される基板４を基板搬送機構６によって搬送して位置決めする基板搬入（ＳＴ１１）が実行された後、基板搬送機構６の所定位置において基板４の有無が基板検出部６ｂによって検出される。この後、基板有りが検出された当該基板４を対象として部品実装作業が実行される（ＳＴ１２）。次いで部品実装作業が完了したか否かが判断され（ＳＴ１３）、完了後には実装後の基板４の搬出が実行される（ＳＴ１４）。この後、次に対象となる次基板の搬入の可否が判断され（ＳＴ１５）。搬入可であれば（ＳＴ１１）に戻って、以降の作業処理が同様に反復して実行される。

（ＳＴ１５）において、装置トラブルなどの何らかの原因によって次基板搬入不可と判断された場合には、基板待ち停止（ＳＴ１６）に移行して自装置が動作停止するともに、停止時間の計測を開始し（ＳＴ１７）、さらに上流側装置情報を取得する（ＳＴ１８）。次に、図５に示す例と同様に、取得した上流側装置情報が、後述する処理開始条件に合致しているか否かを判定する（ＳＴ１９）。ここで、処理開始条件に合致していなければ、（ＳＴ１８）に戻って上流側装置情報の監視を継続する。（ＳＴ１９）にて、処理開始条件に合致していると判定されたならば、基板待ち停止から所定時間が経過しているか否かを判断する（ＳＴ２０）。この所定時間は、図５に示す例の所定時間と同様の意味合いを持つものである。

ここで、所定時間が経過している場合には、実装位置精度の経時変化が許容される度合いを超えていると判断して、図５の（ＳＴ４）と同様の経時変化補正処理を実行する（ＳＴ２１）。また（ＳＴ２０）にて所定時間が経過していなければ、装置停止による実装位置精度の経時変化は許容範囲内であるとして、経時変化補正処理を実行することなく待機し、上流側装置における実装作業完了（ＳＴ２２）の後、（ＳＴ１１）に戻る。そしてこの後、順次搬入される基板４を対象として、当該自装置の部品実装機構によって部品実装作業が反復して実行される。

すなわち上述の部品実装方法は、上流側装置から渡される基板４を基板搬送機構６によって搬送して位置決めする基板搬送位置決め工程と、基板搬送機構６の所定位置において基板４の有無を検出する基板検出工程と、上述の（ＳＴ４）、（ＳＴ２１）に示す経時変化補正処理工程と、補正演算結果を加味して部品実装機構を制御することにより、部品供給部７から部品を取り出した実装ヘッド１５をヘッド移動機構によって移動させてこの部品を基板保持部６ａに位置決め保持された基板４に移送搭載する実装作業動作を実行させる実装制御工程とを含む形態となっている。

そして経時変化補正処理工程において、生産開始時もしくは自装置が予め設定された所定時間以上にわたって実装作業動作を停止した後の実装作業動作の再開に先立って、以下に説明する処理開始条件に合致したならば、経時変化補正処理を開始させるようにしている。ここで、図５の（ＳＴ２），図６の（ＳＴ１９）において参照される処理開始条件について説明する。本実施の形態において処理開始条件は、自装置の上流側装置から伝達された装置情報に示される当該上流側装置における基板４の状態が、経時変化補正処理によって当該自装置における次の基板４の実装作業動作の開始を遅延させず、且つ当該経時変化補正処理の終了から次の基板４の実装作業動作の開始までのタイムラグを可能な範囲で最小とする条件として予め設定されるものである。

このように設定される処理開始条件に従うことにより、経時変化補正処理を実行した場合にあっても、上流側装置における部品実装作業が完了して自装置に搬入された基板４の実装作業動作の開始が遅延することによるタイムロスが発生しない。また前述のタイムラグを可能な範囲で最小とすることにより、経時変化補正後に実際の部品実装動作までの間にさらに生じる経時変化の度合いを最小にすることができ、より精細な経時変化補正の精度を確保することができる。

本実施の形態においては、この処理開始条件として、以下に説明する２通りの条件から選択して設定するようにしている。図７は、部品実装システム１を構成する複数の部品実装装置において、ある特定の部品実装装置を自装置Ｍとした場合における経時変化補正処理の処理開始条件を示すものである。図７において、自装置Ｍはある所定時間以上装置停止が継続しており、実装作業動作の再開に先立って経時変化補正処理を必要とする状態にある。

まず上流側装置Ｍ＊において、さらに上流の装置から基板４の搬入がタイミングｔ１にて開始され、搬入の途中のタイミングｔ２にて基板検出部６ｂによって当該基板４が検出される。そしてタイミングｔ３にて基板４を対象とした部品実装作業が開始され、タイミングｔ４にて上流側装置Ｍ＊による部品実装作業が終了する。図中において破線で示す垂直線Ｌは、破線矢印方向へ進行する時間の経過における現在時点ｔを示しており、現在時点ｔからタイミングｔ４までの時間Ｔｒ（ｔ）は、現在時点ｔで実行されている実装作業動作の完了までに要する作業残り時間を示している。

タイミングｔ４にて部品実装作業が終了した基板４は、上流側装置Ｍ＊によって搬出され、タイミングｔ５にて自装置Ｍに受け渡された後、基板保持部６ａに保持させるための基板搬入が行われる。そしてタイミングｔ６にて、自装置Ｍによる基板４を対象とした実装作業動作が開始される。このとき自装置Ｍは実装作業動作の再開に先立って経時変化補正処理を必要とするが、自装置Ｍにおける実装作業を遅延させないためには、タイミングｔ６の前に経時変化補正処理を完了していることが望ましい。さらに、経時変化補正の補正精度を確保するためには、経時変化補正処理の完了後に過大なタイムラグを置かずに実装作業動作を開始することが望ましい。

このような条件を満たすため、本実施の形態においては、経時変化補正処理部２０ｂに、現在時点ｔで実行されている実装作業動作の完了までに要する作業残り時間Ｔｒ（ｔ）をリアルタイムで演算するとともに、当該品種を対象とする部品実装作業の品質グレードに応じた経時変化補正処理の実行に要する補正処理所要時間Ｔ２を予測演算する時間演算機能を備えるようにしている。この補正処理所要時間Ｔ２の予測演算においては、撮像対象とする基準マークｍの数に応じて、撮像のための実装ヘッド１５の移動時間などが演算される。

そして予め既知の当該基板４を対象とする基板搬送時間Ｔ１、すなわち上流側装置Ｍ＊において実装作業が完了した基板４を搬出する基板搬出の時間と、受け渡された基板４を自装置Ｍにおいて搬入する基板搬入の時間とを加えた時間Ｔ１（タイミングｔ４からタイミングｔ６までの時間）と補正処理所要時間Ｔ２との時間差ΔＴを求め、この時間差ΔＴとリアルタイムで演算される作業残り時間Ｔｒ（ｔ）とを比較し、作業残り時間Ｔｒ（ｔ）が時間差ΔＴよりも長くなるタイミングにて、経時変化補正処理の実行を開始するように、処理開始条件が設定される。

具体的には、経時変化補正処理の完了後から次の部品実装動作開始までのタイムラグとして許容される余裕時間Ｔａを予め設定しておき、作業残り時間Ｔｒ（ｔ）が、時間差ΔＴに余裕時間Ｔａを加えた時間に一致したタイミングにて、経時変化補正処理の実行を開始する。余裕時間Ｔａは、経時変化補正処理部２０ｂによる時間演算機能の予測精度を評価し、その評価結果を勘案して適宜決定する。基板搬送時間Ｔ１，補正処理所要時間Ｔ２、余裕時間Ｔａは、予め基板品種毎に準備され記憶部２３に記憶される。

これにより、従来よりも多くの基準マークｍを用いる位置キャリブレーション方式を採用することに起因して、基板搬送時間Ｔ１よりも長い補正処理所要時間Ｔ２を必要とする場合にあっても、上流側装置Ｍ＊にて実装作業を完了した基板４を自装置Ｍに搬入する基板搬送動作が完了するタイミングｔ６から余裕時間Ｔａだけ遡及したタイミングにて経時変化補正処理を終了させることが可能となり、経時変化補正処理の実行に伴って生じるロスタイムを排除して、生産性の低下を防止することができる。

なお上記実施の形態においては、経時変化補正処理部２０ｂに作業残り時間Ｔｒ（ｔ）のリアルタイムでの演算と、補正処理所要時間Ｔ２の予測演算を実行する時間演算機能を備えた例を示したが、このような時間演算機能を備えていない場合には、以下に説明するように、上流側装置Ｍ＊において基板検出部６ｂによって基板４を検出したタイミングｔ２にて経時変化補正処理の実行を開始するように処理開始条件を設定してもよい。すなわちこの場合には、経時変化補正処理部２０ｂは上流側装置Ｍ＊における基板４の有無を、当該上流側装置Ｍ＊の基板検出部６ｂによって検出され自装置Ｍに伝達された装置情報に示される検出結果によって監視するようにしている。

そして処理開始条件は、上流側装置Ｍ＊において基板有りが検出されたタイミングｔ２にて、経時変化補正処理の実行を開始するように設定される。この場合には、前述のようなリアルタイムの時間演算結果に基づいて決定される経時変化補正処理の開始のタイミングよりも幾分早いタイミングで経時変化補正処理の開始することとなるが、同様に経時変化補正処理の実行に伴って生じるロスタイムを排除することができる。

本発明の部品実装システムおよび部品実装方法は、部品実装機構の経時変化補正処理の実行に伴って生じるロスタイムを排除して、生産性の低下を防止することができるという効果を有し、基板に部品を実装して実装基板を製造する部品実装分野において有用である。

１部品実装システム
４基板
６基板搬送機構
６ａ基板保持部
６ｂ基板検出部
７部品供給部
９Ｙ軸移動テーブル
１０Ａ前側Ｘ軸移動テーブル
１０Ｂ後側Ｘ軸移動テーブル
１５実装ヘッド
１７基板カメラ
ｍ基準マーク
Ｍ４，Ｍ５部品実装装置
Ｍ自装置
Ｍ＊上流側装置
Ｔ１基板搬送時間
Ｔ２補正処理所要時間
Ｔｒ（ｔ）作業残り時間
ΔＴ時間差

Claims

基板に部品を実装する部品実装装置を複数台連結して構成され、前記基板を前記部品実装装置に順次搬入して所定の部品実装作業を実行する部品実装システムであって、
前記部品実装装置は、上流側装置から渡される基板を搬送する基板搬送機構に設けられ前記基板を位置決めして保持する基板保持部と、前記基板搬送機構の所定位置において前記基板の有無を検出する基板検出部と、前記基板保持部の周囲の固定位置に形成された複数の基準マークと、
前記部品を保持する実装ヘッドをヘッド移動機構によって移動させることにより、前記部品を供給する部品供給部から前記実装ヘッドによって部品を取り出し前記基板保持部に位置決め保持された基板に移送搭載する部品実装機構と、
前記実装ヘッドと一体的に移動し前記基板保持部に位置決め保持された基板および前記複数の基準マークを撮像するカメラと、前記カメラによって取得された画像を認識処理することにより前記基板および複数の基準マークの位置を検出する認識処理部と、
検出された前記複数の基準マークの位置を記憶部に記憶された基準マークの原位置と比較することにより、前記ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための補正演算を行う演算処理部と、前記ヘッド移動機構、カメラ、認識処理部、演算処理部を制御することにより、前記ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための経時変化補正処理を実行させる経時変化補正処理部と、前記補正演算の結果を加味して前記部品実装機構を制御することにより部品実装作業を実行させる実装制御部と、自装置内における基板の状態を示す装置情報を前記部品実装システムを構成する他装置に伝達する装置情報伝達部とを備え、
前記経時変化補正処理部は、生産開始時もしくは自装置が予め設定された所定時間以上にわたって実装作業動作を停止した後の実装作業動作の再開に先立って、自装置の上流側装置から伝達された前記装置情報に示される当該上流側装置における基板の状態が、前記経時変化補正処理によって当該自装置における次の基板の実装作業動作の開始を遅延させず且つ当該経時変化補正処理の終了から次の基板の実装作業動作の開始までのタイムラグを可能な範囲で最小とする条件として予め設定された処理開始条件に合致したならば、前記経時変化補正処理の実行を開始させることを特徴とする部品実装システム。
前記経時変化補正処理部は、その時点で実行されている実装作業動作の完了までに要する作業残り時間および当該経時変化補正処理の実行に要する補正処理所要時間を予測演算する時間演算機能を備え、
前記処理開始条件は、前記補正処理所要時間と前記基板搬送機構による当該基板の基板搬送時間との時間差よりも、上流側装置から伝達された前記装置情報に示される当該上流側装置における前記作業残り時間の方が長くなるタイミングにて、前記経時変化補正処理の実行を開始するように設定されることを特徴とする請求項１記載の部品実装システム。
前記経時変化補正処理部は、上流側装置における基板の有無を、当該上流側装置の前記基板検出部によって検出され前記自装置に伝達された装置情報に示される検出結果によって監視し、
前記処理開始条件は、上流側装置において前記基板有りが検出されたタイミングにて、前記経時変化補正処理の実行を開始するように設定されることを特徴とする請求項１記載の部品実装システム。
基板に部品を実装する部品実装装置を複数台連結して構成され、前記基板を前記部品実装装置に順次搬入して所定の部品実装作業を実行する部品実装システムにおける部品実装方法であって、
上流側装置から渡される基板を基板搬送機構によって搬送して位置決めする基板搬送位置決め工程と、前記基板搬送機構の所定位置において前記基板の有無を検出する基板検出工程と、
前記実装ヘッドと一体的に移動するカメラによって前記基板保持部の周囲の固定位置に形成された複数の基準マークを撮像する撮像動作と、前記カメラによって取得された画像を認識処理することにより前記複数の基準マークの位置を検出する認識処理と、前記検出された複数の基準マークの位置を記憶部に記憶された基準マークの原位置と比較することにより、前記ヘッド移動機構の経時変化に起因する駆動誤差を補正するための補正演算を行う演算処理とを含む経時変化補正処理を実行する経時変化補正処理工程と、
前記補正演算結果を加味して前記部品実装機構を制御することにより、前記部品を供給する部品供給部から部品を取り出した実装ヘッドをヘッド移動機構によって移動させてこの部品を基板保持部に位置決め保持された基板に移送搭載する実装作業動作を実行させる実装制御工程とを含み、
前記経時変化補正処理工程において、生産開始時もしくは自装置が予め設定された所定時間以上にわたって実装作業動作を停止した後の実装作業動作の再開に先立って、上流側装置における基板の状態が、前記経時変化補正処理によって当該装置における次の基板の実装作業動作の開始を遅延させず且つ当該経時変化補正処理の終了から次の基板の実装作業動作の開始までのタイムラグを可能な範囲で最小とする条件として予め設定された処理開始条件に合致したならば、前記経時変化補正処理を開始させることを特徴とする部品実装方法。
前記経時変化補正処理工程において、その時点で実行されている実装作業動作の完了までに要する作業残り時間および当該経時変化補正処理の実行に要する補正処理所要時間を予測演算し、
前記補正処理所要時間と前記基板搬送機構による当該基板の基板搬送時間との時間差よりも、上流側装置から伝達される当該上流側装置における前記作業残り時間が長くなるように設定された前記処理開始条件に合致したタイミングにて、前記経時変化補正処理の実行を開始することを特徴とする請求項４記載の部品実装方法。
前記経時変化補正処理工程において、上流側装置における基板の有無を当該上流側装置の前記基板検出部によって検出され当該装置に伝達された装置情報に示される検出結果によって監視し、
上流側装置において前記基板有りが検出されることを条件として設定された前記処理開始条件に合致したタイミングにて、前記経時変化補正処理の実行を開始することを特徴とする請求項４記載の部品実装方法。