JP5816795B2 - 部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に部品を実装する部品実装装置及び部品実装方法に関するものである。

部品実装装置は、基板又は基板を載置した平板状のキャリアを搬送対象物として、搬送手段により所定の作業位置に搬送したうえで、実装ヘッドが備える吸着ノズルにより吸着した部品を基板上の電極に実装する。このような部品実装装置では、作業位置に搬送された搬送対象物を当該作業位置に安定した状態で保持するための機構が設けられている。

この機構の一例として、作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方を昇降自在に設けられた当接部材を搬送対象物に対して下降させて搬送対象物の両側部の上面に当接させるものがある（例えば特許文献１）。この機構によれば、搬送対象物の上面と当接部材の下面を密着させることによって、搬送対象物の安定的な保持状態を実現することができる。

特開２００６−１８６０７７号公報

しかしながら、搬送対象物の上面の両側部の領域（当接部材の下面に当接する領域）に、傷による盛り上がり（打痕等）があったり異物が付着したりしているような場合には、搬送対象物の両側部の上面と当接部材の下面が密着せずに搬送対象物が不安定な状態で保持され、そのまま部品の実装作業がなされると装置稼働時の振動を要因とする基板の位置ずれによる実装位置精度低下等の不具合が発生するおそれがあるという問題があった。

そこで本発明は、搬送対象物が作業位置に不安定な状態で保持されたまま部品の実装作業が行われることによって生じ得る不具合の発生を抑制する部品実装装置及び部品実装方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の部品実装装置は、部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装装置であって、基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送手段と、前記搬送手段により前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方を昇降自在に設けられ、前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物に対して下動して前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の上面の両側部に当接する当接部材と、前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の上面の高さを記憶する記憶部と、前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物に対して下動した後の前記当接部材の上面の高さを計測する高さ計測手段と、前記高さ計測手段によって計測した当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが前記記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致しているか否かを判断する判断手段と、前記判断手段により、前記高さ計測手段によって計測した当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが前記記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知手段とを備えた。

請求項２に記載の部品実装方法は、部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装方法であって、基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送工程と、前記搬送工程において前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方に昇降自在に設けられた当接部材を前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物に対して下動させて搬送対象物の上面の両側部に当接させる当接工程と、前記当接工程において搬送対象物に当接された状態の前記当接部材の上面の高さを計測する高さ計測工程と、前記高さ計測工程において計測された当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致しているか否かを判断する判断工程と、前記判断工程において、計測された当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが前記記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知工程とを含む。

本発明では、搬送対象物の上面の両側部に当接部材を当接させて搬送対象物を作業位置に保持した状態において、搬送対象物の両側部の上面に傷による盛り上がりがあったり異物が付着したりしていて搬送対象物の上面の高さと当接部材の下面の高さが一致していない状況となっている場合にはその旨の報知がなされるので、当該報知を受けた作業員は搬送対象物を交換したりその上面に付着する異物を除去する等の適切な措置をとることができるので、搬送対象物が不安定な状態で保持されたまま部実装作業が行われることが防止され、不具合の発生を抑制することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の斜視図 本発明の一実施の形態の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装置の側面図 本発明の一実施の形態の制御系の構成を示すブロック図 （ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分拡大図 本発明の一実施の形態の動作フローを示す図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態の動作説明図 （ａ）本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分拡大図（ｂ）本発明の一実施の形態の側面図

まず、図１〜３を参照して部品実装装置１の全体構造を説明する。部品実装装置１は、上面に電極（不図示）が設けられた基板２を水平面内の一の方向（Ｘ方向とする）に搬入して所定の作業位置に位置決め保持し、その位置決め保持した基板２上に電子部品等の部品Ｐを装着する装置であり、基台４、基台４上に設けられた基板搬送保持部５、部品Ｐの供給を行う部品供給部としての複数のテープフィーダ９、ヘッド移動機構１０によって移動する実装ヘッド１４及び各部の作動制御を行う制御装置２０（図４）等を備えて構成されている。

基板搬送保持部５は、基台４上でＸ方向と直交するＹ方向に対向してＸ方向に延びた一対の搬送コンベア支持部材６に取り付けられ、基板２又は基板２を載置した矩形平板状のキャリア３を搬送対象物として、その両端を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送手段としての搬送コンベア６ａの他、一対の搬送コンベア支持部材６にそれぞれ設けられた動力部としてのシリンダ８によって昇降（図３の矢印ａ）可能な当接部材７から成る。当接部材７は搬送コンベア６ａにより所定の作業位置に搬送されたキャリア３の両端部の上方を昇降自在に設けられており、所定の作業位置に搬送されたキャリア３に対して下動（図７（ａ）の矢印ｃ）してその下面７ａがキャリア３の上面３ａの両側部に当接する。本実施の形態では、複数枚の基板２を上面３ａに載置したキャリア３を搬送対象物としている。

図１、図２において、各テープフィーダ９は、基台４のＹ方向に対向する両端部にＸ方向に整列して設けられている。各テープフィーダ９は、搬送コンベア６ａ側の上端部に設けられた部品供給口９ａに部品Ｐを連続的に供給する。

ヘッド移動機構１０は、基台４のＸ方向の一端部にＹ方向に延びて設けられたＹ軸テーブル１１と、Ｘ方向に延び、Ｙ軸テーブル１１に一端が取り付けられてＹ軸テーブル１１に沿って移動自在な２つのＸ軸テーブル１２と、各Ｘ軸テーブル１２上をＸ方向に移動自在に設けられた移動プレート１３から成り、実装ヘッド１４は各移動プレート１３に取り付けられている。実装ヘッド１４は複数の保持ヘッド１５から成り、各保持ヘッド１５の下方には部品Ｐの吸着及びその解除を行うことができる吸着ノズル１５ａが装着されている（図３）。吸着ノズル１５ａは、実装ヘッド１４に内蔵された昇降機構（不図示）によって個別に昇降可能（矢印ｂ）となっている。

図１、図２において、テープフィーダ９と搬送コンベア支持部材６との間には部品認識カメラ１６が配設されている。また、実装ヘッド１４にはＸ軸テーブル１２の下面側に位置して一体的に移動する基板認識カメラ１７が装着されている。さらに、移動プレート１３には計測対象である当接部材７の上面７ｂの高さを非接触で検出可能な高さセンサ１８が装着されている。

次に、図４を参照して制御系の構成を説明する。部品実装装置１に備えられた制御装置２０は、機構制御部２１、画像処理部２２、高さ計測部２３、高さ演算処理部２４、判断部２５、記憶部２６及び表示処理部２７を備えている。機構制御部２１は、搬送コンベア６ａとシリンダ８の作動制御を行ってキャリア３の搬送及び当接部材７の昇降を行い、ヘッド移動機構１０の作動制御（Ｙ軸テーブル１１に対するＸ軸テーブル１２の移動制御及びＸ軸テーブル１２に対する移動プレート１３の移動制御）を行って実装ヘッド１４を移動させる。

また、機構制御部２１は前述の昇降機構の作動制御を行って吸着ノズル１５ａを保持ヘッド１５に対して昇降させ、実装ヘッド１４に内蔵された吸着機構（不図示）の作動制御を行って吸着ノズル１５ａに部品Ｐの吸着を行わせる。さらに、機構制御部２１は部品認識カメラ１６及び基板認識カメラ１７の撮像動作制御を行い、各カメラの撮像動作によって得られた画像データは画像処理部２２に入力されて画像認識処理がなされる。

高さセンサ１８は検査光を投光する投光部と、投光部が投光した検査光の反射光を受光する受光部を有して成り、高さ計測部２３により制御されて検査光の投受光を行い、三角測量の原理で計測対象の高さを導出する。本実施の形態では、図５（ａ）、図７（ｂ）に示すように、当接部材７上の複数個所を計測点Ｍとして設定しており、シリンダ８によって下動（図７（ａ）の矢印ｃ）して当接部材７の下面７ａがキャリア３の上面３ａに当接した状態で、高さ計測部２３によって高さセンサ１８から検査光を計測点Ｍに向けて投光し、その反射光を受光して（図７（ｂ）の矢印ｄ）計測点Ｍの位置における当接部材７の上面７ｂの高さを計測する。上記構成において、高さセンサ１８及び高さ計測部２３は、所定の作業位置に搬送されたキャリア３に対して下動した後の当接部材７の上面７ｂの高さを計測する高さ計測手段となっている。

高さ演算処理部２４は、高さ計測手段によって計測された各計測点Ｍの高さに、記憶部２６に記憶されている当接部材７の厚みＮ（図３）を加算することによって、各計測点Ｍの垂直下方に位置する当接部材７の下面７ａの高さを算出する処理を実行する。

判断部２５は、高さ演算処理部２４によって算出された各計測点Ｍの垂直下方に位置する当接部材７の下面７ａの高さと、記憶部２６に予め記憶されている搬送コンベア６ａに載置された状態におけるキャリア３の上面３ａの高さ（正規高さ）とを比較し、両者が一致しているか否かを判断する。その結果、一致していないと判断された箇所が存在する場合には、その対象箇所の位置情報を含んだ表示指令信号を表示処理部２７に対して出力する。判断部２５は、高さ計測手段によって計測した当接部材７の上面７ｂの高さから求められる当接部材７の下面７ａの高さが記憶部２６に記憶されたキャリア３の上面３ａの高さと一致しているか否かを判断する判断手段となっている。

表示処理部２７は判断部２５からの表示指令信号を受けて、当接部材７の下面７ａにおいてキャリア３の上面３ａの高さと一致していないと判断された箇所がある旨を、その対象箇所の位置を明示する画像とともに制御装置２０に繋がるモニタ等の画像表示器２８に出力して表示させることで作業員に報知する。表示処理部２７及び画像表示器２８は、判断手段により、高さ計測手段によって計測した当接部材７の上面７ｂの高さから求められる当接部材７の下面７ａの高さが記憶部２６に記憶されたキャリア３の上面３ａの高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知手段となっている。

本発明の部品実装装置１は上記のように構成され、次に動作について図６、図７を参照しながら説明する。まず、制御装置２０は搬送コンベア６ａを駆動させることにより、上流側の装置（不図示）から供給されたキャリア３の両側部を下方から支持した状態で所定の作業位置に搬送する（図６に示すＳＴ１の搬送工程）。次に、図７（ａ）に示すように、制御装置２０はシリンダ８を駆動させることにより、所定の作業位置に搬送されたキャリア３に向けて当接部材７を下動（矢印ｃ）させ、キャリア３の上面３ａの両側部に当接部材７の下面７ａを当接させる（ＳＴ２の当接工程）。ここで、当接部材７の下面７ａと当接するキャリア３の上面３ａの領域に異物等が存在しないときには、キャリア３の上面３ａの両側部は当接部材７の下面７ａと密着（面接触）し（すなわちキャリア３の上面３ａと当接部材７の下面７ａの高さが一致）、キャリア３は水平を維持した状態で当接部材７と搬送コンベア６ａによって挟持される（図７（ａ））。

次に、図７（ｂ）に示すように、制御装置２０はヘッド移動機構１０を駆動させることによって高さセンサ１８を水平方向に移動させ、キャリア３に当接した状態の当接部材７の上面７ｂの高さ（複数の計測点Ｍについての高さ）を計測する（ＳＴ３の高さ計測工程）。次に、計測された各計測点Ｍの高さに、記憶部２６に記憶されている当接部材７の厚みＮを加算する演算処理を高さ演算処理部２４によって実行し、各計測点Ｍの垂直下方に位置する当接部材７の下面７ａの高さを算出する（ＳＴ４の当接部材の下面高さ算出工程）。

そして、算出された各計測点Ｍの垂直下方に位置する当接部材７の下面７ａの高さが、記憶部２６に記憶されているキャリア３の上面３ａの高さと一致しているか否かを判断部２５によって判断する（ＳＴ５の判断工程）。ここで、キャリア３の上面３ａの両側部が当接部材７の下面７ａと密着しているならば、算出された当接部材７の下面７ａの高さとキャリア３の上面３ａの高さの値は同一となる。

図８（ａ）、（ｂ）は、キャリア３の上面３ａの一端部（図面右側）に傷による盛り上がりや異物（以下、「凸部Ｑ」と称する）が存在していることに起因して、当該一端部において当接部材７とキャリア３との間に隙間Ｒが生じたままキャリア３が作業位置に保持された状態を示している。このように、当接部材７の下面７ａと当接するキャリア３上の領域に凸部Ｑが存在する場合、当接部材７の下面７ａの高さとキャリア３の上面３ａの高さは一致していないと判断部２５によって判断される。

なお、傷による盛り上がりが発生する原因の一例としては、作業員が取り扱う際、誤ってキャリア３の外周部を作業台等に打ち当ててしまうことによって生じる場合が考えられる。また異物の一例としては、何らかの理由によってキャリア３上に落下（付着）した電子部品等の部品が挙げられる。

前述のように、キャリア３の上面３ａに凸部Ｑが存在することに起因して、当接部材７の下面７ａの高さが、記憶部２６に記憶されているキャリア３の上面３ａの高さと一致していないと判断部２５によって判断された箇所が存在する場合、判断部２５はその一致していないと判断された対象箇所の位置情報を含んだ表示指令信号を表示処理部２７に対して出力する。そして当該表示指令信号を受けた表示処理部２７は、当接部材７の下面７ａにおいてキャリア３の上面３ａの高さと一致していないと判断された箇所がある旨を、その対象箇所を明示する画像とともに画像表示器２８に出力して表示させることで作業員に報知し（ＳＴ６の報知工程）、そのキャリア３に載置された基板２についての部品実装をとりやめて終了する。なお作業員への報知は、画像表示器２８による視覚的な報知に加え、警告音による聴覚的な報知も併せて行うようにしてもよい。

また、画像表示器２８に表示される画像として、当接部材７の下面７ａの高さとキャリア３の上面３ａの高さが一致していない旨の表示の他、当接部材７の下面７ａと高さが一致していないと判断された箇所にチェックマークを付したキャリア３の平面画像を用いると、キャリア３上においてどの位置に凸部Ｑが発生しているのかを迅速且つ容易に把握することができる。

画像表示器２８に表示された画像を確認した作業員は実装作業を中断させ、キャリア３の上面３ａに傷による盛り上がりがないか、又は異物が付着していないか等の確認を行い、傷による盛り上がり等を発見した場合には、作業員は基板２を新しいキャリア３に載せ換え、交換後のキャリア３を搬送コンベア６ａに改めて投入する。

一方、（ＳＴ５）において各計測点Ｍの垂直下方に位置する当接部材７の下面７ａの高さが、記憶部２６に記憶されたキャリア３の上面３ａの高さの値と全て一致していると判断部２５が判断した場合、制御装置２０はヘッド移動機構１０を駆動させることによって、実装ヘッド１４に装着された基板認識カメラ１７を基板２の上方の任意の位置に移動させ、基板２を撮像して認識し（ＳＴ７の基板認識工程）、この認識結果を用いて基板２の基準位置からの位置ずれを算出する。

次に、制御装置２０はヘッド移動機構１０を駆動させて実装ヘッド１４をテープフィーダ９の部品供給口９ａまで移動させ、部品供給口９ａから供給された部品Ｐを吸着ノズル１５ａによって吸着して保持させる（ＳＴ８の部品吸着工程）。次に、制御装置２０はヘッド移動機構１０を駆動させて実装ヘッド１４を部品認識カメラ１６の上方に移動させ、吸着ノズル１５ａに吸着された状態の部品Ｐを撮像して認識し（ＳＴ９の部品認識工程）、この認識結果を用いて吸着ノズル１５ａに対する部品Ｐの吸着位置のずれを算出する。

そして図７（ｃ）に示すように、制御装置２０はヘッド移動機構１０を駆動させて実装ヘッド１４を基板２上の任意の位置まで移動させ、当該位置で吸着ノズル１５ａを下降（矢印ｅ）させ、最下降位置で吸着ノズル１５ａによる部品Ｐの吸着を解除させて基板２に部品Ｐを搭載する（ＳＴ１０の搭載工程）。なお、基板２への部品Ｐの搭載に際しては、部品認識カメラ１６及び基板認識カメラ１７の撮像動作によってそれぞれ得られた画像データを画像処理部２２によって画像認識処理し、画像認識処理の結果に基づいて平面方向における吸着ノズル１５ａの下降位置の補正がなされたうえで実行される。

部品Ｐを基板２に搭載したならば、制御装置２０はシリンダ８を駆動して当接部材７を上昇させることで、キャリア３と当接部材７の当接を解除する。そして、制御装置２０は搬送コンベア６ａを駆動させることによって、キャリア３を下流側の装置（不図示）に搬送し（ＳＴ１１の下流側への搬送工程）、部品実装装置１における実装作業が終了する。

前述のように、本実施の形態では当接部材７の下面７ａをキャリア３の上面３ａに当接させた状態における当接部材７の下面７ａの高さが、搬送コンベア６ａに載置された状態におけるキャリア３の上面３ａの高さと一致しているか否かを判断し、一致していないと判断された場合は画像表示器２８にその旨を表示して作業員に報知するようにしていることから、報知を受けた作業員は直ちにキャリア３の上面３ａを確認し、傷による盛り上がりや異物の付着等を発見した場合には、キャリア３を交換する等の措置をとることができ、これによりキャリア３が不安定な状態のまま作業位置に保持されて実装作業が行われることを防止するとともに、実装不良基板の発生を抑制することができる。

本実施の形態では、搬送コンベア６ａに載置される搬送対象物はキャリア３であるが、基板を搬送対象物とした場合、当接部材７の下面７ａと当接する対象物は基板となる。また、記憶部２６には搬送コンベア６ａに載置された状態における基板の上面の高さが記憶され、判断部２５は高さ計測手段によって計測した当接部材７の上面７ｂの高さから求められる当接部材７の下面７ａの高さが、記憶部２６に記憶されている基板の上面の高さと一致しているか否かを判断する。

なお、前述の実装の形態では、高さセンサ１８によって計測した当接部材７の上面７ｂの高さに当接部材７の厚みＮを加算して得られた値を、搬送対象物（キャリア３又は基板３０）の上面の高さと比較し、これら両者が一致するか否かによって異物等の有無を判断するようにしているが、高さセンサ１８によって計測した当接部材７の上面７ｂの高さを、搬送対象物の上面の高さに当接部材７の厚みＮを加算して得られた値と比較し、これら両者が一致するか否かによって異物等の有無を判断するようにしてもよい。

本発明の部品実装装置及び部品実装方法によれば、搬送対象物が不安定な状態で保持されたまま部実装作業が行われることによる実装位置ずれの不具合を抑制することができ、基板に部品を実装する部品実装分野において有用である。

１ 部品実装装置
２，３０ 基板（搬送対象物）
３ キャリア（搬送対象物）
６ａ 搬送コンベア
７ 当接部材
９ テープフィーダ
１４ 実装ヘッド
１５ａ 吸着ノズル
１８ 高さセンサ
２３ 高さ計測部
２５ 判断部
２６ 記憶部
２７ 表示処理部
２８ 画像表示器

Claims (2)

1. 部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装装置であって、
   基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段により前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方を昇降自在に設けられ、前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物に対して下動して前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の上面の両側部に当接する当接部材と、
   前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の上面の高さを記憶する記憶部と、
   前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物に対して下動した後の前記当接部材の上面の高さを計測する高さ計測手段と、
   前記高さ計測手段によって計測した当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが前記記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致しているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により、前記高さ計測手段によって計測した当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが前記記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知手段とを備えたことを特徴とする部品実装装置。
2. 部品供給部から供給される部品を実装ヘッドが備える吸着ノズルによって吸着して基板に実装する部品実装方法であって、
   基板又は基板を載置したキャリアを搬送対象物として、その両側部を下方から支持して所定の作業位置に搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程において前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物の両側部の上方に昇降自在に設けられた当接部材を前記所定の作業位置に搬送された搬送対象物に対して下動させて搬送対象物の上面の両側部に当接させる当接工程と、
   前記当接工程において搬送対象物に当接された状態の前記当接部材の上面の高さを計測する高さ計測工程と、
   前記高さ計測工程において計測された当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致しているか否かを判断する判断工程と、
   前記判断工程において、計測された当接部材の上面の高さから求められる当接部材の下面の高さが前記記憶部に記憶された搬送対象物の上面の高さと一致していないと判断された場合にその旨の報知を行う報知工程とを含むことを特徴とする部品実装方法。

Images