JP5854934B2 - 表面実装機、基板固定位置の認識方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板に部品を実装する表面実装機に関する。

部品を搭載する際にプリント基板が撓むことを防ぐため、複数本のバックアップピンでプリント基板を下から支えるようにしている（下記特許文献１参照）。

特開平０３−２４８００公報

上記のバックアップピンは、基板固定位置に静止した基板を下から支えるものであることから、基板固定位置の真下に配置する必要がある。一方、近年では、一台の表面実装機で多品種の基板（サイズが異なる基板）を生産することが求められている。基板固定位置は、基板のサイズによって異なる場合があることから、品種の切り替えの際には、その基板の基板固定位置に合わせて、バックアップピンの位置を変える作業（以下、バックアップピンの段取り替え作業）を行う必要がある。従来は、品種の切り替え時に行う、バックアップピンの段取り替え作業を、基板固定位置がどこなのかはっきりわからない状態で行っていたので、作業性が悪く改良が求められていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、品種の切り替えに伴うバックアップピンの段取り替え作業を効率的に行うことを目的とする。

請求項１の発明は、プリント基板を基板固定位置へ搬送する搬送装置と、前記基板固定位置に搬送されたプリント基板上に部品を実装する実装部と、前記搬送装置を制御する制御装置と、を備えた表面実装機であって、前記搬送装置は、外部から視認可能な目印をベルト表面に付したコンベアベルトと、前記コンベアベルトを循環駆動させる駆動部とを備え、前記目印は、当該目印に基板先端又は基板後端を合わせるようにプリント基板を置くことで前記基板固定位置を認識可能とする位置認識用の目印であり、前記制御装置は、プリント基板の品種を切り替える際に、前記駆動部を制御して、品種ごとに設定された基板固定位置におけるプリント基板の基板先端又は基板後端に対応した停止位置に前記目印を停止させるところに特徴を有する。この発明では、ベルト表面に付した目印に基板を置くことによって、その基板の基板固定位置を認識できる。そのため、バックアップピンの段取り替え作業を効率的に行うことが出来る。

請求項２の発明は、前記コンベアベルトの表面に付された前記目印を撮影する撮影装置を備え、前記制御装置は、前記撮影装置により撮影された前記目印の画像に基づいて、前記コンベアベルト上における前記目印の位置を認識する。このものでは、コンベアベルト上における目印の位置を正確に認識できる。

本発明によれば、品種の切り替えに伴うバックアップピンの段取り替え作業を効率的に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態における表面実装機を示す斜視図 表面実装機を示す平面図 アームおよびヘッドユニットを示す表面実装機の一部拡大斜視図 アームおよびヘッドユニットを示す表面実装機の一部拡大斜視図 コンベアの平面図 コンベアの斜視図 表面実装機の電気的構成を示すブロック図 ヘッドユニットの可動範囲と基板固定位置の関係を示す図 ヘッドユニットの可動範囲と基板固定位置の関係を示す図 バックアップピンの段取り替え作業手順の流れを示すフローチャート図 コンベアの平面図（マークに合わせて基板をセットした状態を示す） コンベアベルトの平面図（色の境界を目印とした場合を示す）

＜実施形態＞
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図１１を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態の表面実装機１０は、基台１２上の基板固定位置に搬送されたプリント基板Ｐに対して電子部品を実装する装置である。尚、本明細書において、プリント基板Ｐの搬送方向（図２の上下方向）をＸ方向とし、搬送方向に直交する方向（図２の左右方向）をＹ方向とする。

１．表面実装機の全体構造
表面実装機１０は、部品供給部１１から基板固定位置上のプリント基板Ｐへ、電子部品を移送して実装作業を行うヘッドユニット（本発明の「実装部」の一例）５０を備えている。ヘッドユニット５０は複数（本実施形態では４つ）が備えられており、各ヘッドユニット５０が独立して各プリント基板Ｐに対する部品の実装作業を行うことが出来る。

表面実装機１０の基台１２には、プリント基板ＰをＸ方向に搬送するとともに、所定の基板固定位置で停止させることが可能なコンベア７０が備えられている（図２参照）。コンベア７０は、図２の上下方向（Ｘ方向）に延びており、プリント基板ＰをＸ方向に搬送する。この実施形態では、コンベア７０は、図２の左右方向（Ｙ方向）に２列設けられており、プリント基板Ｐを２列同時に搬送することが出来るようになっている。

部品供給部１１は、自在に移動可能とされた一括交換台車であり、コンベア７０の両側（図２の左右両側）の着脱スペースＳに着脱可能とされている。各部品供給部１１には、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の電子部品を供給する部品フィーダー（図略）が、多数セットされている。

表面実装機１０は、基台１２の両端部（図２の上下両端）にＹ方向（図２の左右方向）に延設された２本のＹフレーム１５と、２本のＹフレーム１５の間においてＸ方向に延びるＸアーム３０とを備える。

Ｘアーム３０は、Ｙフレーム１５に片持ち支持され、各Ｙフレーム１５に一対ずつ、計４つが備えられている。各Ｘアーム３０は、Ｙフレーム１５から基台１２の中心に向かって延び、一方のＹフレーム１５に支持されたＸアーム３０と、他方のＹフレーム１５に支持されたＸアーム３０とが、基台１２の中心を挟んで、向かい合うように配置されている。各Ｘアーム３０のＹフレーム１５からの突出寸法は、対向する一対のＸアーム３０Ａ，３０ＢがＸ方向に並んだ場合に、その自由端同士が接触しないように設定されている。

Ｘアーム３０は、Ｙフレーム１５に沿ってＹ方向に往復移動可能とされている。具体的に説明すると、Ｙフレーム１５には、その全長にわたり上下一対のＹ方向レール２２が備えられ、Ｘアーム３０には、Ｙ方向レール２２に嵌合した状態でＹ方向レール２２に沿って移動可能なＹ方向スライダ３２が備えられている。そして、Ｙフレーム１５の内側面に、固定永久磁石で構成されたマグネットプレート２１が取り付けられ、Ｘアーム３０の基端側に、複数のコイルで構成された可動部３１が取り付けられている。これらマグネットプレート２１と可動部３１は、リニアモータ（Ｙ軸モータ）を構成している。そのため、リニアモータを駆動させると、Ｙ方向の推進力が生じ、Ｙ方向レール２２に沿ってＸアーム３０をＹ方向に往復移動させることが出来る。

また、Ｘアーム３０には、ベースプレート５２がＸ方向に往復移動可能に取り付けられている。具体的に説明すると、Ｘアーム３０には、Ｘ方向レール３４が設けられている。Ｘ方向レール３４は、図４に示すように、上下に一対が設けられ、ともにＸアーム３０のＸ方向の略全長にわたって延びている。一方、ベースプレート５２には、Ｘ方向レール３４に嵌合した状態でＸ方向レール３４に沿って移動可能なＸ方向スライダ（図略）が備えられている。

また、Ｘアーム３０には、Ｘ方向に延びるボールねじ軸３５と、このボールねじ軸３５を駆動するＸ軸モータ（サーボモータ）３３とが備えられている。ボール螺子軸３５にはボールナット（図略）が螺合している。詳しく図示していないが、ボールナットは周り止めされた状態で、ベースプレート５２に固定されている。以上のことから、サーボモータ３３を駆動させると、Ｘ方向レール３４に沿ってベースプレート５２をＸ方向に往復移動させることが出来る。

そして、ベースプレート５２には、次に説明するヘッドユニット５０と撮影装置（カメラ）６０が取り付けられている。そのため、リニアモータ（Ｙ軸モータ）によりＸアーム３０をＹフレーム１５に沿ってＹ方向に移動させ、サーボモータ（Ｘ軸モータ）３３により、ベースプレート５２をＸアーム３０に沿ってＸ方向に移動させることで、ヘッドユニット５０及び撮影装置６０を基台１２にて平面方向（ＸＹ方向）に移動させることが出来る。

ヘッドユニット５０は、電子部品を吸着し得る複数本の実装ヘッド（吸着ノズル）５１を備えている。実装ヘッド５１は、電子部品を、ピックアップまたは実装する際に下降するとともに、電子部品をピックアップまたは実装する向きにあわせて垂直方向の軸線周りに回転する。実装ヘッド５１は、Ｘ方向に複数本（本実施形態では６本）並べられた列が、Ｙ方向に複数列（本実施形態では２列）並べられている。実装ヘッド５１は、図４に示すように、ヘッドユニット５０の幅方向の両端寄りの位置に、半数ずつに分かれて配置されている。実装ヘッド５１はリニアモータ（Ｚ軸モータ）の駆動により、個別に昇降可能とされている。

そして、この実施形態の表面実装機１０は、ヘッドユニット５０を４組備えているので、基台１２上にプリント基板Ｐを４枚に搬入して、４枚同時に部品の実装作業を行うことが出来る。また、ベースプレート５２には、ヘッドユニット５０と共に撮影装置６０が取り付けられている。撮影装置６０は、撮像面を下に向けた状態で、ベースプレート５２に対して固定されており、ヘッドユニット５０とともに一体的に移動する構成とされている。この撮影装置６０は、基板固定位置に停止したプリント基板Ｐや、次に説明するコンベア上に設けられたマーク７７を撮影するものである。

２．コンベアの構成
コンベア（本発明の「搬送装置」に相当）７０は、図５に示すようにＹ方向に向かい合う一対のコンベアフレーム７１Ａ、７１Ｂを備える。コンベアフレーム７１Ａ、７１Ｂは、プリント基板Ｐの搬送方向であるＸ方向に長い形状をしている。コンベアフレーム７１Ａ、７１Ｂの内壁面であって、Ｘ方向の両側にはそれぞれローラ７３、７４が取り付けられており、それら２つのローラ７３、７４間にはコンベアベルト７５Ａ、７５Ｂが架け渡されている。

この実施形態では、図６に示す手前側のローラ７３が駆動ローラ、奥側のローラ７４が従動ローラとなっている。そして、左右の駆動ローラ７３は、連結軸８５により連結されている。そして、連結軸８５の外周面に設けられた歯車８６とコンベアモータ（サーボモータ）８１のモータ軸８２の間には伝達ベルト８３が掛けられており、コンベアモータ８１を駆動させると、連結軸８５の両側に取り付けられた左右の駆動ローラ７３が同期回転する。以上のことから、コンベアモータ（本発明の「駆動部」に相当）８１を駆動させると、左右のコンベアベルト７５Ａ、７５Ｂが同期を保った状態で、Ｘ方向に循環駆動するので、ベルト上面にセットされたプリント基板ＰをＸ方向に送ることが出来る。

尚、この実施形態は、コンベア７０をＸ方向に２分割してあり、図５に示すように、分割された２台のコンベア７０を中継しながら、プリント基板ＰをＸ方向に搬送する構成となっている。コンベア７０をＸ方向に２分割しているのは、Ｙフレーム１５上にＸアーム３０を介して２組のヘッドユニット５０をＸ方向の前後に搭載してあるからである。すなわち、この実施形態では、４組の各ヘッドユニット５０がそれぞれ独立して部品の実装作業を行うことが出来るので、４つのヘッドユニットに対応して４つの実装ステージ（図５では、２つの実装ステージのみ示す）Ｓがある。そのため、各実装ステージＳごとにコンベア７０を分割して、プリント基板Ｐをその実装ステージＳの基板固定位置に搬送する構成をとっている。

また、図６に示す右側のコンベアベルト７５Ｂは連結軸８５に沿ってＹ方向に位置を変更できる構成となっており、基板幅に応じてコンベアベルト７５Ｂの位置を変更することで、コンベア幅（すなわち、左右のコンベア間の幅寸法）を調整できる構成となっている。

３．表面実装機の電気的構成
次に、表面実装機１の電気的構成を、図７を参照して説明する。
表面実装機１０はコントローラ（本発明の「制御装置」に相当）２１０により装置全体が制御統括されている。コントローラ２１０はＣＰＵ等により構成される演算処理部２１１を備える他、実装プログラム記憶手段２１２、搬送系データ記憶手段２１３、モータ制御部２１５、画像処理部２１６、記憶部２１７、入出力部２１８を設けている。演算処理部２１１には、操作パネル２２０が接続されていて、操作パネル２２０を介して、各種の入力操作ができるようになっている。

実装プログラム記憶手段２１２にはＸ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータなどからなるサーボ機構を制御するための実装プログラムが格納され、搬送系データ記憶手段２１３には、コンベア７０など搬送系を制御するためのデータが記憶されている。モータ制御部２１５は演算処理部２１１と共に各種モータを駆動させるものであり、同モータ制御部２１５には各種モータが電気的に連なっている。

また、画像処理部２１６には、撮影装置６０が電気的に連なっており、撮影装置６０から出力される撮像信号がそれぞれ取り込まれるようになっている。そして、画像処理部２１６では、取り込まれた撮像信号に基づいて画像の解析がそれぞれ行われるようになっている。記憶部２１７は、実装プログラムが格納されているほか、コンベア７０を含む表面実装機を制御するのに必要な各種のデータが記憶されている。入出力部２１８はいわゆるインターフェースであって、表面実装機１０に設けられる各種センサ類から出力される検出信号が取り込まれるように構成されている。

３．バックアップピンの段取り替え作業
図５に示すように、各コンベア７０には、平板状のバックアッププレート８５がそれぞれ設けられている。このバックアッププレート８５には、図８に示すようにバックアップピン８７と称される支持ピンが設置されるようになっていて、部品の実装時、プリント基板Ｐを下から支える機能を果たす。

一方、表面実装機１０は、多品種の基板（サイズが異なる基板）を生産することが可能となっている。実装ステージＳ上におけるプリント基板Ｐの基板固定位置は、図９に示すように、基板の品種に関係なく、ヘッドユニット５０の可動範囲Ｈの中心Ｌに、プリント基板ＰのＸ方向の中央を一致させることが好ましい。これは、部品実装時、ヘッドユニット５０に搭載された２列、６本の実装ヘッド５１をもっとも効率よく使用することが出来ると共に、ヘッドユニット５０の移動量を最小にできるからである。

ところで、品種切り替えの際には、そのプリント基板Ｐの基板固定位置に合わせて、バックアップピン８７の配置を変える作業（以下、バックアップピンの段取り替え作業）を行う必要がある。従来は、品種の切り替え時に行う、バックアップピン８７の段取り替え作業を、基板固定位置がどこかはっきりしない状態で行っていたので、作業性が悪かった。

そこで、本実施形態では、コンベアベルト７５Ｂのベルト表面に外部から視認可能な三角形状のマーク（本発明の「目印」）７７を印刷等により形成し、品種の切り替えに伴うバックアップピン８７の段取り替え作業を行う際に、そのマーク７７を使って作業者に基板固定位置を認識させるようにしている。

具体的には、その品種のプリント基板Ｐを基板固定位置に置いたときの、基板先頭位置（本発明の「基板固定位置に対応した停止位置」に相当）にマーク７７を停止させるようにしている。例えば、図９に示すように、品種を小基板Ｐ１に切り替える場合には、基板先頭位置Ｓ１にマーク７７を停止させ、品種を中基板Ｐ２に切り替える場合には、基板先頭位置Ｓ２にマーク７７を停止させ、品種を大基板Ｐ３に切り替える場合には、基板先頭位置Ｓ３にマーク７７を停止させる。このようにすれば、マーク７７に基板先端を合わせるようにしてプリント基板Ｐを置けば、その基板Ｐの基板固定位置を認識できるので、バックアップピン８７の段取り替え作業を効率的に行うことが可能となる。

そして、本実施形態では、コントローラ２１０の記憶部２１７に対して、各品種Ｐ１〜Ｐ３の基板先頭位置Ｓ１〜Ｓ３の位置情報（基台上の位置データ）を予め記憶してある。従って、コンベアベルト７５上のマーク７７の位置（Ｘ方向の位置）さえ分かれば、基板先頭位置Ｓとマーク位置の差分を演算処理部２１１にて計算することが出来るので、差分に相当する量、コンベアモータ８１を回転させることで、目標とする基板先頭位置Ｓにマーク７７を停止させることが出来る。

尚、コンベア上のマーク７７の位置を認識するには、コンベアモータ８１が、原点からどれだけ回転したかをデータとして記憶しておき、モータ８１の回転量から求める方法や、ベースプレート５２に搭載された撮影装置６０を使用してコンベアベルト７５上のマーク７７の位置（Ｘ方向の位置）を画像で認識する方法がある。

以下、図１０を参照してバックアップピン８７の段取り替え作業の流れを簡単に説明する。ここでは、小基板Ｐ１から中基板Ｐ２に品種が切り替えられる場合を例にとって説明を行うものとする。

まず、作業者により、生産される基板Ｐのデータが入力される。ここでは、中基板Ｐ２に品種が切り替えられるので、中基板Ｐ２の全長（Ｘ方向の長さ）や幅寸法（Ｙ方向の長さ）など基板の形状に関するデータや、実装される部品の情報が操作パネル２２０を通じて入力される（Ｓ１０）。

生産される基板Ｐのデータが入力されると、Ｓ２０では、入力された基板Ｐの幅寸法に合わせてコンベア幅が変更される。その後、Ｓ３０では、基板先頭位置Ｓのデータが記憶部２１７から読み出される。ここでは、中基板Ｐ２が生産されるので、基板先頭位置Ｓ２のデータ（Ｘ方向に関する位置のデータ）が読み出される。

続く、Ｓ４０では、コンベア表面に形成されたマーク７７の位置（Ｘ方向の位置）を認識する処理が行われる。具体的には、図１１の（ａ）に示すように、ヘッドユニット５０に装着された撮影装置６０を、まず、コンベアベルト７５Ｂの上方に移動させ、その後、コンベア７０を駆動させながら、コンベアベルト７５Ｂの画像を撮影装置６０にて連続的に撮影する。これにより、コンベア７０上のマーク７７は、Ｘ方向に移動するので、やがて、撮影装置６０にて撮影される。

表面実装機のコントローラ２１０は、撮影装置６０から得られる画像を連続的に解析しており、画像中央（Ｘ方向の中央）にマーク７７が検出されると、そこでコンベア７０の駆動を停止させる。これにより、マーク７７の位置をコントローラ２１０にて認識することが出来る。具体的には、撮影装置６０の真下に、マーク７７があると、コントローラ２１０にて認識することが出来る。

尚、この実施形態では、ヘッドユニット５０の可動範囲Ｈの中心Ｌに撮影装置６０を停止させて撮影を行っているので、図１１に示すように、マーク７７は、可動範囲Ｈの中心Ｌにて位置検出されることになる。

そして、Ｓ４０でマーク位置を認識する処理が行われると、続くＳ５０では、Ｓ３０で読み出した基板先頭位置Ｓ２までマーク７７を移動させる処理がコントローラ２１０により実行される。具体的には、Ｓ４０で認識したマーク７７の位置からＳ３０で読み出した基板先頭位置Ｓ２までの距離Ｄが計算される。そして、コントローラ２１０の制御によりコンベアモータ８１が駆動され、コンベアベルト７５Ａ、７５Ｂが距離Ｄだけ進められる。これにより、ベルト上のマーク７７は可動範囲Ｈの中心Ｌから距離Ｄ移動して、図１１の（ｂ）に示すように、基板先頭位置Ｓ２にて停止する。

その後、Ｓ６０では、作業者により、表面実装機１０の非常停止スイッチが押されたことで各モータへの電源供給が停止され、表面実装機１０は停止状態となる。表面実装機１０を停止させるのは、バックアップピン８７の段取り替え作業を安全に行う必要があるからである。

そして、Ｓ７０では、図１１の（ｃ）に示すように、基板先端をマーク７７に合わせるようにして、中基板Ｐ２がコンベア７０上にセット（作業者の手作業によりセット）される。マーク７７に合わせて中基板Ｐ２をセットするのは、中基板Ｐ２の基板固定位置を認識するためである。その後、Ｓ８０では、Ｓ７０でセットしたプリント基板Ｐ２の真下にバックアップピン８７を配置する作業が、作業者により行われる。

４．効果説明
本実施形態では、マーク７７に合わせて基板Ｐを配置することで（Ｓ７０）、その基板Ｐの基板固定位置を認識することが出来る。そのため、バックアップピン８７の段取り替え作業を効率的に行うことが可能となる。また、この実施形態では、撮影装置６０を利用してマーク７７の位置を認識するようにしているので、例えば、コンベアベルト７５が伸び縮みした場合であっても、ベルト上におけるマーク７７の位置を正確に認識することが出来るので、マーク７７を目標とする基板先端位置Ｓ１〜Ｓ３に正確に停止させることが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、コンベアベルト７５上に付す目印の一例に、三角形型のマーク７７を例示したが、例えば、図１２に示すように、コンベアベルト上の一部の色を変え、色の境界を目印に使用することも可能である。尚、図１２では、エリアＢ１を白色、エリアＢ２を黒色としており、両エリアＢ１、Ｂ２の境界を目印としている。

（２）上記実施形態では、マーク７７を基板先頭位置に停止させて、マーク７７に先端を合わせるように基板Ｐをセットすることにより、その基板Ｐの基板固定位置を認識した例を示したが（Ｓ７０、Ｓ８０）、マーク７７を基板後端位置に停止させて、マーク７７に後端を合わせるように基板Ｐをセットするようにしてもよい。また、上記実施形態では、基板固定位置の一例として、ヘッドユニットの可動領域Ｈの中心Ｌにプリント基板の中心を一致させる例を示したが、それ以外の位置を基板固定位置としてもよい。

１０...表面実装機
５０...ヘッドユニット(本発明の「実装部」に相当）
６０...撮影装置
７０...コンベア（本発明の「搬送装置」に相当）
７５Ａ、７５Ｂ...コンベアベルト
７７...マーク（本発明の「目印」に相当）
８１...コンベアモータ（本発明の「駆動部」に相当）
２１０...コントローラ（本発明の「制御装置」に相当）

Claims (3)

1. プリント基板を基板固定位置へ搬送する搬送装置と、
   前記基板固定位置に搬送されたプリント基板上に部品を実装する実装部と、
   前記搬送装置を制御する制御装置と、を備えた表面実装機であって、
   前記搬送装置は、
   外部から視認可能な目印をベルト表面に付したコンベアベルトと、
   前記コンベアベルトを循環駆動させる駆動部とを備え、
   前記目印は、当該目印に基板先端又は基板後端を合わせるようにプリント基板を置くことで前記基板固定位置を認識可能とする位置認識用の目印であり、
   前記制御装置は、プリント基板の品種を切り替える際に、前記駆動部を制御して、品種ごとに設定された基板固定位置におけるプリント基板の基板先端又は基板後端に対応した停止位置に前記目印を停止させることを特徴とする表面実装機。
2. 前記コンベアベルトの表面に付された前記目印を撮影する撮影装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記撮影装置により撮影された前記目印の画像に基づいて、前記コンベアベルト上における前記目印の位置を認識することを特徴とする請求項１に記載の表面実装機。
3. コンベアにより基板固定位置へ搬送されたプリント基板上に部品を実装する表面実装機における基板固定位置の認識方法であって、
   コンベアベルトのベルト表面に付され外部から視認可能な目印を、プリント基板の品種を切り替える際に、切り替える品種の基板固定位置におけるプリント基板の基板先端又は基板後端に対応する停止位置に停止させる、第１ステップと、
   プリント基板の基板先端に対応する停止位置に停止した前記目印に対して基板先端を合わせる又は、プリント基板の基板後端に対応する停止位置に停止した前記目印に対して基板後端を合わせるように、切り替える品種のプリント基板を前記コンベアベルト上に置く、第２ステップと含む、基板固定位置の認識方法。

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