JP5789468B2 - 基板生産ラインの管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板生産ラインの管理方法に関し、詳述すると、部品供給装置から供給された電子部品を保持具で吸着して取出して基板上に装着する電子部品装着装置を複数台接続した基板生産ラインと、この基板生産ラインを構成する各電子部品装着装置に通信回線を介して接続された管理コンピュータとを備えて、電子部品装着装置を管理する基板生産ラインの管理方法に関する。

電子部品装着装置は、例えば特許文献１などに開示されている。そして、基板の生産性の向上のためには、シミュレーション時間を元に、基板生産ラインにおける各電子部品装着装置にとって、最適化された装着データであるラインバランスのとれた最適化データを作成していた。

特開平７−９４８９６号公報

しかしながら、現実の基板の生産においては、電子部品の吸着ミス等により、この吸着ミスによる電子部品の装着をリカバリする動作が発生し、前記基板生産ラインにおける各電子部品装着装置間の基板生産時間バランスが悪化することで、装置稼働率、基板生産量への影響を与えることとなる。

そこで本発明は、吸着ミス等を考慮することにより、より各電子部品装着装置間の基板生産時間バランスを向上させることを目的とする。

このため第１の発明は、部品供給装置から供給された電子部品を保持具で保持して取出して基板上に装着する電子部品装着装置を複数台接続した基板生産ラインと、この基板生産ラインを構成する各電子部品装着装置に通信回線を介して接続された管理コンピュータとを備えて、電子部品装着装置を管理する基板生産ラインの管理方法において、
対象の電子部品について前記基板上への電子部品の装着に要するシミュレーション時間と前記部品供給装置から前記保持具による対象電子部品の取り出しミスが起こるリカバリ発生率を加味した対象電子部品のリカバリ時間との和を算出し、
この和を複数台の前記電子部品装着装置に割り振って、各電子部品装着装置毎に累積時間を算出し、
この累積時間が最少時間となる前記電子部品装着装置を決定し、
前記対象の電子部品は前記決定された前記電子部品装着装置が前記基板上に装着するようにした
ことを特徴とする。

また第２の発明は、第１の発明において、前記リカバリ時間は、１回当たりのリカバリ動作に要する時間に前記リカバリ発生率を乗算して、更に前記基板上に装着される対象電子部品の数を乗算したものであることを特徴とする。

本発明は、吸着ミス等を考慮することにより、より各電子部品装着装置間の基板生産時間バランスを向上させることができる。

電子部品実装ラインの管理システムの概略図を示す。 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。 ラインバランスの向上を図るためのフローチャートを示す図である。 解評価・更新に係る簡略説明図である。 対象電子部品のリカバリ時間の算出についてのフローチャートを示す図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態につき説明する。図１は基板としてのプリント基板６上に電子部品（以下、単に「部品」と略す場合もある。）を装着する電子部品実装ラインの管理システムの概略図であり、この電子部品実装ラインは前記基板６上に半田クリームを塗布するスクリーン印刷機や、前記基板６上に接着剤を塗布する接着剤塗布装置や、前記基板６上に電子部品を装着する電子部品装着装置１、２、３などの作業装置を備えているが、これらの装置に限らず、電子部品実装ラインに電子部品の実装に係る他の装置も含んでもよい。

そして、前記電子部品装着装置１、２、３は相互に通信回線５を介して送受信が可能で有ると共に、それぞれ前記通信回線５を介して管理コンピュータ７にも接続されてこの管理コンピュータ７との間で送受信が可能である。

そして、前記管理コンピュータ７にはキーボード等の入力手段７Ａ、表示画面に入力装置としてのタッチパネルスイッチが形成されるモニタなどの表示装置７Ｂが接続されており、電子部品の種類毎に部品ライブラリデータやプリント基板Ｐの種類毎にパターンプログラムデータを作成することができ、記憶手段である内部メモリに格納すると共に、前記電子部品装着装置１、２、３に通信回線５を介して送信して、これらの電子部品装着装置１、２、３の後述する各ＲＡＭ３１に格納する。

前記部品ライブラリデータは、部品ＩＤ毎に電子部品の特徴を表すデータであり、部品ＩＤ毎に、部品形状、部品種別、供給種類、収納テープの幅であるテープ幅、部品寸法、使用優先順序毎のノズル候補１、２、３、照明方式、点灯パターン指定、視野指定などから構成される。

前記パターンプログラムデータは、プリント基板ＰのＸ方向・Ｙ方向のサイズ、厚み、基板認識の有無などから構成される基板情報データと、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板Ｐ内でのＸ座標、Ｙ座標、角度情報、電子部品を供給する部品供給ユニット１３Ｂの配置番号等から構成される装着データと、各部品供給ユニット１３Ｂのフィーダベース１３Ａ上における配置番号に対応した各電子部品の種類の情報である部品配置データと、どの装着ヘッドのどの位置にどの種類の吸着ノズル（電子部品を部品供給ユニットから取出す保持具）が装着されているかを示すノズル配置データと、電子部品実装ライン１における何番目の装置のどの装置機種かに係る装置情報などから構成される。

次に、図２に基づいて、他の電子部品装着装置２、３と同様な構造の電子部品装着装置１を例として説明する。先ず、電子部品装着装置１には、プリント基板６を搬送する搬送装置１２と、この搬送装置１２を挟んで手前側と奥側に配設される電子部品を供給するための部品供給装置１３と、駆動源により一方向（プリント基板６の搬送方向と直交するＹ方向）に移動可能な一対のビーム１４Ａ、１４Ｂと、それぞれ複数（例えば、１２本）の部品保持手段である吸着ノズル１５を着脱可能に備えて前記各ビーム1４Ａ、１４Ｂに沿った方向（プリント基板６の搬送方向であるＸ方向）に各駆動源により移動可能で且つ回転可能な作業ヘッドとしての装着ヘッド１６とが設けられている。

前記搬送装置１２は電子部品装着装置１の前後の中間部に配設され、上流側装置からプリント基板６を受け継ぐ基板供給部１２Ａと、前記各装着ヘッド１６の吸着ノズル１５に吸着保持された電子部品を装着するために基板供給部１２Ａから供給されたプリント基板６を位置決め固定する基板位置決め部１２Ｂと、この基板位置決め部１２Ｂで電子部品が装着されたプリント基板６を受け継いで下流側装置に搬送する基板排出部１２Ｃとから構成され、これら基板供給部１２Ａ、基板位置決め部１２Ｂ及び基板排出部１２Ｃはプリント基板６の幅（搬送方向と直交する方向の幅）に合わせて間隔が調整できる一対の搬送コンベアから構成される。

前記部品供給装置１３は、キャスタ付きのカートのフィーダベース１３Ａ上に部品供給ユニット１３Ｂを多数並設したものであり、部品供給側の先端部がプリント基板６の搬送路に臨むように装着装置本体に連結具（図示せず）を介して着脱可能に配設され、この連結具を解除して把手を引くと下面に設けられたキャスタにより移動できる構成である。

この部品供給ユニット１３Ｂは種々の種類の部品供給形態があり、例えば収納テープを使用するものにあっては、多数の電子部品をキャリアテープの凹部から成る各収納部に一定の間隔で収容したカバーテープで覆う収納テープが搭載されており、収納テープを間欠送りすると共にキャリアテープからカバーテープを剥離することで、部品供給ユニット１３Ｂの部品取出位置に電子部品が１個ずつ供給され、各収納部から前記装着ヘッド１６の吸着ノズル１５により取出される。

Ｘ方向に長い前後一対の前記ビーム１４Ａ、１４Ｂは、Ｙ方向リニアモータ１７の駆動により左右一対の前後に延びたガイドに沿って前記各ビーム１４Ａ、１４Ｂに固定されたスライダが摺動して個別にＹ方向に移動する。前記Ｙ方向リニアモータ１７は左右一対の基体１１Ａ、１１Ｂに沿って固定された左右一対の固定子と、前記ビーム１４Ａ、１４Ｂの両端部に設けられた取付板の下部に固定された可動子１７Ａとから構成される。

また、前記ビーム１４Ａ、１４Ｂにはその長手方向（Ｘ方向）にＸ方向リニアモータ１９によりガイドに沿って移動する前記装着ヘッド１６が夫々内側に設けられており、前記Ｘ方向リニアモータ１９は各ビーム１４Ａ、１４Ｂに固定された前後一対の固定子と、各固定子の間に位置して前記装着ヘッド１６に設けられた可動子とから構成される。

従って、各装着ヘッド１６は向き合うように各ビーム１４Ａ、１４Ｂの内側に設けられ、前記搬送装置１２の基板位置決め部１２Ｂ上のプリント基板６や部品供給ユニット１３Ｂの部品取出し位置上方を移動する。

そして、この吸着ノズル１５は上下軸モータ２０により昇降可能であり、またθ軸モータ２１により装着ヘッド１６を鉛直軸周りに回転させることにより、結果として各装着ヘッド１６の各吸着ノズル１５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、且つ上下動可能となっている。

１８は前記吸着ノズル１５に吸着保持された電子部品を撮像する部品認識カメラで、２２はプリント基板６に付された基板認識マークを撮像するための基板認識カメラで各装着ヘッド１６に搭載されている。

２３は種々の吸着ノズル１５を収納するノズルストッカであり、前記搬送装置１２の奥側位置に２個、手前側位置に２個設置可能であり、吸着ノズル１５の形状・サイズが異なるために、異なる種類のものが準備される。

次に、図３に示す制御ブロック図について説明する。先ず、３０は本装着装置の装着に係る動作を統括制御する制御手段、種々の判定をする判定手段、種々の比較をする比較手段、算出手段としてのＣＰＵ、３１は電子部品の装着ステップ番号順（装着順序毎）にプリント基板６内でのＸ方向、Ｙ方向及び角度位置から成る装着座標情報や各部品供給ユニット１３Ｂの配置番号情報等から成る装着データ、部品供給ユニット１３Ｂの配置番号毎の部品ＩＤに係る部品配置データ、電子部品毎の電子部品のサイズデータ等から成る部品ライブラリデータ等を格納する記憶手段としてのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）、３２はプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）である。

なお、前記ＲＡＭ３１に格納された前記装着データ、部品配置データ、部品ライブラリデータ等は、前記管理コンピュータ７にも格納されている。

そして、ＣＰＵ３０は前記ＲＡＭ３１に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ３２に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置の部品装着動作に係る動作を統括制御する。即ち、ＣＰＵ３０は、インターフェース３３及び駆動回路３６を介して前記Ｘ方向リニアモータ１９、Ｙ方向リニアモータ１７、上下軸モータ２０及びθ軸モータ２１の駆動を制御する。

２６はインターフェース３３を介して前記ＣＰＵ３０に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ１８、基板認識カメラ２２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装置２６にて行われ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ３０は、前記部品認識カメラ１８、基板認識カメラ２２により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を認識処理装置２６に出力すると共に、認識処理結果を認識処理装置２６から受取るものである。

即ち、前記認識処理装置２６の認識処理により電子部品の位置ずれ量が把握されると、その結果がＣＰＵ３０に送られ、ＣＰＵ３０はプリント基板６の位置ずれ量に当該電子部品の位置ずれ量を加味して、前記ビーム４Ａ、４ＢをＹ方向リニアモータ１７の駆動によりＹ方向に、装着ヘッド１６をＸ方向リニアモータ１９の駆動によりＸ方向に移動させることにより、またθ軸モータ２１によりθ回転させ、Ｘ、Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなされるものである。

また、ＣＰＵ３０には操作画面等を表示するモニタ２７、このモニタ２７の表示画面に形成された入力装置としてのタッチパネルスイッチ２８がインターフェース３３を介して接続されている。

次に、前記管理コンピュータ７を使用して、電子部品実装ラインにおける電子部品装着装置１、２、３のラインバランスをとるための、即ち各電子部品装着装置１、２、３間の基板生産時間バランスをとるための動作について、図４のラインバランスの向上を図るためのフローチャートに基づいて説明する。

初めに、ステップＳ０１はステップＳ０６までの動作を対象電子部品（所定機種の対象のプリント基板Ｐ上に装着する電子部品）の数だけ繰り返すことを意味し、次にステップＳ０２はステップＳ０４までの動作を繰り返すことを意味する。

従って、先ず最初の対象電子部品（ステップＳ０１）についての電子部品装着装置１（ステップＳ０２）について、前記管理コンピュータ７は各プリント基板Ｐの種類毎に前記内部メモリに格納されたこのプリント基板Ｐの種類毎のパターンプログラムデータに基づいて最適化処理を行う（ステップＳ０３）。

この最適化処理は、前記基板情報データ、前記装着データ、前記部品配置データ、前記ノズル配置データ等から構成される前記パターンプログラムデータに基づいて行われ、基板生産時間が短くなるように、最適化処理された装着データが作成される。

次に、対象電子部品のシミュレーション時間及び対象電子部品のリカバリ時間が算出され、その合計時間を算出する（ステップＳ０４）。このシミュレーション時間については、プリント基板Ｐが電子部品装着装置内に導入されてから、このプリント基板Ｐが位置決めされて対象の電子部品を吸着ノズル１５が部品供給装置１３から取出して、この電子部品を部品認識カメラ１８が撮像して、認識処理装置２６が認識処理をして前記プリント基板Ｐ上に装着するまでに要する時間について、前記管理コンピュータ７が前記パターンプログラムデータに基づいて算出し、前記対象電子部品のリカバリ時間の算出については、後述する。

そして、１台目の電子部品装着装置１について、前述した最適化処理（ステップＳ０３）と、前記シミュレーション時間及びリカバリ時間の合計時間算出（ステップＳ０４）とを行ったら、同様に２台目の電子部品装着装置２及び３台目の電子部品装着装置３についても、行う（ステップＳ０５）。

次に、解評価・更新について行われ（ステップＳ０６）、この解評価・更新を電子部品の数だけ繰り返す（ステップＳ０７）。

この解評価・更新について、解評価・更新に係る簡略説明図である図５に基づいて詳細に説明する。これから解評価・更新を行うために、割り振られたＡ部品（点線で囲まれており、「仮決定」の意。）を電子部品装着装置１（「１号機」）、２（「２号機」）、３（「３号機」）に割り振った場合のシミュレーション時間とリカバリ時間との合算を初めに行うと、各号機の合算時間は、それぞれ「１０秒間」であり、これらの合算時間に基づいて、この対象電子部品であるＡ部品の装着（実線で囲まれており、「決定」の意味。）は１号機に決定され、このＡ部品の評価・更新は終了する。

即ち、Ａ部品を装着する電子部品装着装置は、本来最少時間の電子部品装着装置に決定されるが、前述したように、各号機の合算時間はそれぞれ「１０秒間」であり、全て同時間であるために、最初の号機である１号機に決定される。

次に、割り振られたＢ部品（点線で囲まれている。）を各号機に割り振った場合のシミュレーション時間とリカバリ時間との合算を初めに行うと、各号機の合算時間は、１号機が「２０秒間」、２号機が「１０秒間」、３号機が「１０秒間」であり、これらの合算時間に基づいて、Ｂ部品の装着（実線で囲まれている。）は２号機に決定され、このＡ部品の評価・更新は終了する。この場合、１号機はＡ部品についての合算時間の「１０秒間」に、Ｂ部品についての合算時間の「１０秒間」を加えて、「２０秒間」となる。

即ち、前述したように、Ｂ部品について（Ｂ部品まで）の各号機の合算時間はそれぞれ「２０秒間」、「１０秒間」、「１０秒間」であり、最少時間の２号機、３号機のうち、Ｂ部品の装着は初めの号機である２号機に決定され、このＢ部品の評価・更新は終了する。

次に、割り振られたＣ部品（点線で囲まれている。）を各号機に割り振った場合のシミュレーション時間とリカバリ時間との合算を初めに行うと、各号機の合算時間は、１号機が「１８秒間」、２号機が「１８秒間」、３号機が「８秒間」であり、これらの合算時間に基づいて、このＣ部品（実線で囲まれている。）の装着は３号機に決定され、このＣ部品の評価・更新は終了する。

この場合、この各号機の合算時間にあっては、１号機については前述したようなプリント基板Ｐが電子部品装着装置内に導入されてから、前記プリント基板Ｐ上に部品Ａ及び部品Ｃを装着するまでに要する時間であり、２号機については同様にプリント基板Ｐが電子部品装着装置内に導入されてから、前記プリント基板Ｐ上に部品Ｂ及び部品Ｃを装着するまでに要する時間であり、３号機については同様にプリント基板Ｐが電子部品装着装置内に導入されてから、前記プリント基板Ｐ上に部品Ｃを装着するまでに要する時間である。

そして、Ｃ部品までの各号機の合算時間（累積時間）はそれぞれ「１８秒間」、「１８秒間」、「８秒間」であり、最少時間の３号機に決定され、このＣ部品の評価・更新は終了する。

従って、Ａ部品は１号機で「１０秒間」、Ｂ部品は２号機で「１０秒間」、Ｃ部品は３号機で「８秒間」であって、以下同様に、順に各電子部品の評価・更新が行われることとなる。即ち、Ａ部品、Ｂ部品、Ｃ部品以外の他の電子部品についても、以下同様に、順に各電子部品の評価・更新が行われ、このようにして電子部品毎に、プリント基板Ｐに装着する電子部品装着装置が決定されるので、各電子部品装着装置における装着データが作成する際に、前述した解評価・更新が使用される。

ここで、前述した対象電子部品のリカバリ時間の算出について、図６のフローチャートに基づいて説明する。対象の前記プリント基板Ｐについての前記パターンプログラムデータを構成する装着データに基づいて、これから対象電子部品のリカバリ時間を算出するために、このプリント基板Ｐ上に装着されるこの対象電子部品の点数を算出する（ステップＳ１１）。

次に、対象電子部品のリカバリ発生率を算出する（ステップＳ１２）が、これは既に算出して前記管理コンピュータ７の内部メモリに格納したリカバリ発生率を読み込んでもよい。このリカバリ発生率は、前記部品供給装置１３から供給された対象電子部品を吸着して取り出しを複数回行って、吸着ミスした（吸着すべきでない面を吸着する「立ちチップ」が起こったり、吸着し損なったりした場合などが該当する。）回数を対象電子部品の吸着回数（取り出し動作の回数）で割り算して、算出する。

次に、１回当たりのリカバリ時間、即ち前述した吸着ミスが発生した場合に、再度同一の電子部品を供給する前記部品供給装置１３から供給された電子部品を取出すために要する時間に前記リカバリ発生率を乗算し（ステップＳ１３）、この算出結果に、ステップＳ１１で算出した対象プリント基板Ｐ上に装着されるこの対象電子部品の総数を乗算して、この対象電子部品のリカバリ時間（この対象部品の総数を対象プリント基板に装着するときのリカバリ時間）を算出して（ステップＳ１４）、終了する。

以下同様に、Ａ部品、Ｂ部品、Ｃ部品以外の他の電子部品についても、リカバリ時間を算出して、前述したように、この電子部品について解評価・更新を行うものである。

なお、以上のように、電子部品毎に、電子部品装着装置毎に、電子部品の評価・更新が行われることとなる。これにより、前記管理コンピュータ７が各電子部品装着装置１、２、３毎の適切な装着データを作成し、これを各電子部品装着装置１、２、３に通信回線５を介して送信して、これらの電子部品装着装置１、２、３の各ＲＡＭ３１に格納する。

従って、各電子部品装着装置１、２、３において、吸着ミス等を考慮した装着データに基づいてプリント基板Ｐへの電子部品の装着動作を行うことができ、より各電子部品装着装置間の基板生産時間バランスを向上させることができる。

なお、このように、電子部品について解評価・更新を行っても、基板生産時間バランスが、未だ良くない場合には、各電子部品装着装置１、２、３で使用する装着データを変更する。例えば、バランスを乱す原因のある電子部品について、他の電子部品装着装置で装着するようにしたり、装着する電子部品を互いに交換して装着するようにしてもよい。

ここで、電子部品装着装置１の電子部品の装着運転について簡単に説明すると、その上流側作業装置（図示せず）からプリント基板６を受け取り、基板位置決め部にてこのプリント基板６を位置決め固定し、一方のビーム４ＡがＹ方向リニアモータ１７の駆動によりＹ方向に移動すると共にＸ方向リニアモータ１９によりビーム１４Ａに設けられた装着ヘッド１６がＸ方向に移動し、前述したように、基板生産時間バランスを向上させることができる装着データに従い、対応する部品供給ユニット１３Ｂの部品取出し位置上方まで移動して、上下軸モータ２０の駆動により装着ヘッド１６に設けられた吸着ノズル１５を下降させて部品供給ユニット１３Ｂから電子部品を取出す。

そして、取出した後は装着ヘッド１６の吸着ノズル１５を上昇させて、部品認識カメラ１８上方を通過させ、この移動中に複数の吸着ノズル１５に吸着保持された複数の電子部品を一括して撮像して、この撮像された画像を認識処理装置２６が認識処理して吸着ノズル１５に対する位置ズレを把握する。

また、各装着ヘッド１６に設けられた基板認識カメラ２２が前記プリント基板６上方位置まで移動して、プリント基板６に付された基板認識マークを撮像して、この撮像された画像を認識処理装置２６が認識処理してプリント基板の位置が把握される。

そして、装着データの装着座標に前記基板認識マークの認識処理結果及び各部品認識処理結果を加味して、吸着ノズル１５が位置ずれを補正しつつ、それぞれ電子部品をプリント基板６上に装着する。このようにして、プリント基板６上に全ての電子部品の装着をしたら、この基板６を基板位置決め部から基板排出部を介して後工程装置に受け渡して、このプリント基板６上への電子部品の装着動作は終了する。

以上のように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、２、３、４ 電子部品装着装置
５ 通信回線
７ 管理コンピュータ
３０ ＣＰＵ
３１ ＲＡＭ

Claims (2)

1. 部品供給装置から供給された電子部品を保持具で保持して取出して基板上に装着する電子部品装着装置を複数台接続した基板生産ラインと、この基板生産ラインを構成する各電子部品装着装置に通信回線を介して接続された管理コンピュータとを備えて、電子部品装着装置を管理する基板生産ラインの管理方法において、
   対象の電子部品について前記基板上への電子部品の装着に要するシミュレーション時間と前記部品供給装置から前記保持具による対象電子部品の取り出しミスが起こるリカバリ発生率を加味した対象電子部品のリカバリ時間との和を算出し、
   この和を複数台の前記電子部品装着装置に割り振って、各電子部品装着装置毎に累積時間を算出し、
   この累積時間が最少時間となる前記電子部品装着装置を決定し、
   前記対象の電子部品は前記決定された前記電子部品装着装置が前記基板上に装着するようにした
   ことを特徴とする基板生産ラインの管理方法。
2. 前記リカバリ時間は、１回当たりのリカバリ動作に要する時間に前記リカバリ発生率を乗算して、更に前記基板上に装着される対象電子部品の数を乗算したものであることを特徴とする請求項１に記載の基板生産ラインの管理方法。

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