JP6448337B2

JP6448337B2 - 部品実装装置

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Publication number: JP6448337B2
Application number: JP2014246265A
Authority: JP
Inventors: 英矢黒田; 大輔山中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: JP2016111152A

Description

本発明は、部品実装装置において、吸着ノズルが部品供給装置から電子部品を取り出して基板に装着する際に、部品吸着位置を自動的に効率よく補正して部品吸着作業を安定化させる部品実装装置に関する。

従来の部品実装装置では、X軸方向およびY軸方向に移動可能な装着ヘッドに取り付けられた吸着ノズルで部品供給装置から供給される電子部品を吸着し、一旦カメラで部品の吸着状態を確認した後に、基板の搭載位置に移動して基板上に装着することが行われている。その際、吸着ノズルによる部品の吸着状態に何らかの異常が検出され部品装着に支障を来たすと判定された場合には、当該部品を廃棄し、再度部品の吸着をし直すこととしている。また、そのような吸着異常が続けて発生した場合には、フィーダの基準マークが装置原点に対して物理的なずれを生じている等の可能性があるため、マークカメラでフィーダの基準マークを再度撮像し、部品吸着位置を補正して部品を再吸着するようにしている。

特開２００８−１２４１６９号公報

しかし、吸着ノズルによる部品の吸着異常にはさまざまな原因と症状があり、すべての異常に対して一律に部品を廃棄していては部品の無駄を生じ効率が悪い。そのため、前記特許文献１に記載があるように、わずかな吸着位置ずれなど症状の軽い吸着異常については再吸着を行いつつその発生回数をカウントし、当該異常回数が設定回数を超えた場合にマークカメラでフィーダの部品吸着位置を撮像して吸着座標を補正する方法がとられている。ところが、この方法だけでは実際の実装工程での対応として十分とはいえず、未だ改良の余地があると考えられる。

そこで、本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、部品の吸着異常が発生した場合に、吸着ノズルによる部品の吸着状態を監視しながら自動的により効率よく、安定した部品吸着を行うことのできる部品実装装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、部品供給装置から供給された電子部品を吸着ノズルが吸着して回路基板上に装着する部品実装装置であって、前記吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像して得た画像データから吸着状態の良否を判定する吸着判定手段と、当該判定結果に基づき吸着状態が不良と判定され再吸着に至った回数を不良モード別にカウントし記録する手段と、特定の不良モードによる吸着不良が連続して設定回数発生した場合に、自動的にフィーダの基準マークを撮像し電子部品の吸着位置を補正する補正手段、を備え、前記特定の不良モードが、部品の吸着位置ずれによる不良であって、当該位置ずれ寸法が設定範囲内であることを特徴とする。

本発明によれば、画像処理結果に基づき吸着状態が不良と判定され再吸着に至った場合でも、不良モード別に回数を記録するとともに、特定の不良モードによる吸着不良が連続して設定回数発生した場合にだけ、自動的にフィーダの基準マークを撮像し電子部品の吸着位置を補正することで、必要最小限の補正処理により部品実装作業を安定化させることができる。

さらに、前記特定の不良モードは、部品の吸着位置ずれによる不良であって、当該位置ずれ寸法が設定範囲内であることとしてもよい。装着動作に支障を生じない軽微な位置ずれの場合や、位置ずれ寸法が大きく即座に基準マークの撮像を要するような甚大な症状の場合を排除し、部品装着動作に特段の支障を生ぜず再吸着すれば足りる程度の症状に限定してカウント対象とすることで、効率的な運用が可能となる。従って、カウント対象とする位置ずれ寸法は、あらかじめ設定値AからＢの設定範囲内などと定めておくのが望ましい。

また、部品供給装置から供給された電子部品を吸着ノズルが吸着して回路基板上に装着する部品実装装置であって、前記吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像して得た画像データから吸着状態の良否を判定する吸着判定手段と、当該判定結果に基づき吸着状態が不良と判定され再吸着に至った回数を不良モード別にカウントし記録する手段と、予め不良モード別にカウント数の上限値を設定し、当該不良モードによる吸着不良が上限値に到達した時点で自動的にフィーダの基準マークを撮像し電子部品の吸着位置を補正することとしてもよい。

不良原因には、前述のように直ちにフィーダの基準マークを撮像し、電子部品の吸着位置を補正しなければ正確な吸着処理が期待できない甚大な症状の場合もあれば、一時的で軽微な症状であり、その後継続して発生した場合に補正処理を行えば足りる場合もある。このような観点から、不良原因ごとに回数の上限値を設けておき、当該上限値に到達した時点で吸着位置の補正を行うのも効率的な運用となる。この態様は連続して発生しない場合も補正対象とする点で請求項１の場合と異なる。

次に、前記不良モード別のカウント数を実績値として管理し、発生頻度に応じて前記設定回数もしくは前記上限値を自動的に増加もしくは減少させることとしてもよい。部品実装機を連続的に稼動するなかで不良原因に偏りが生ずる場合も想定され、当初設定した不良モードごとの設定値や上限値がその後の運用により適当でなくなる場合もあると考えられる。そのような場合には、不良モード別の実績値をもとに判定し、例えば発生頻度が高いモードについては上限値を少なく設定し直し、早期に補正処理を行うことが可能となる。

以上の手段により、部品供給装置において、吸着ノズルが電子部品を取り出して基板に装着する際に、部品吸着の異常が発生した場合でも部品吸着位置を自動的に効率よく補正して部品吸着作業を安定化させることが可能となる。

本発明の実施に係る部品実装機の斜視図である。本発明のシステム構成を概略的に示すブロック図である。本発明の実施例で使用するフィーダの部品吸着部を示す平面図である。本発明の一実施例における動作フローチャートである。

まず、本発明における部品実装機の概略構成について説明する。図１はその部品実装機の斜視図であり、ベース５上に２台の部品実装機１０を設置したものである。部品実装機１０は、主要装置として部品移載装置２０、基板搬送装置３０、および部品供給装置４０を備えている。

部品移載装置２０は、基板搬送装置３０および部品供給装置４０の上方に配置され、本体カバー１２の天井側にY軸方向に沿って２本のY軸レール２７が平行に固定され、そのＹ軸方向に移動可能なＹ軸スライド２１を備えている。２本のY軸レール２７の間には、Ｙ軸モータ２２の出力軸に連結されたネジ軸２８が軸受を介して回転支持され、そのネジ軸２８がY軸スライド２１に固定されたナット２６を貫いて螺合している。Ｙ軸スライド２１にはＸ軸モータ２３が設置され、このＸ軸モータ２３の出力軸に連結されたネジ軸によりＸ軸スライド２４がＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸スライド２４には、部品を吸着して基板に実装する装着ヘッド２５、フィーダ４３に付与された基準マーク６８（図３）を撮像するマークカメラ５２（図２）と、部品の吸着状態を監視するサイドカメラ５１（図２）が取り付けられている。装着ヘッド２５は部品を吸着するための吸着ノズル１６（図２）を保持している。

基板搬送装置３０は、基板をX軸方向に搬送するもので、いわゆるダブルコンベアタイプのものである。第一搬送装置３１および第二搬送装置３２は、装置本体１３上に基板を支持して搬送する一対のコンベアベルト（図示せず）を互いに対向させて構成している。

部品供給装置４０は、装置本体１３上にある本体カバー１２の前方部分に、複数のフィーダ４３をX軸方向に並設して構成され、各フィーダ４３は装置本体１３に取替え可能にセットされている。フィーダ４３は、着脱可能に取り付けられる供給リール４２と、供給リール４２に巻回保持されたキャリアテープ６７（図３）を備えている。そして、装置本体１３には、フィーダ４３を着脱する際に供給リール４２の起立姿勢を安定させるための姿勢補助部材１４が備えられている。

部品供給装置４０と基板搬送装置３０の間には、部品供給位置４１で吸着ノズル１６が吸着した部品６４（図３）を下方から撮像するパーツカメラ５０が設置されている。そして、フィーダ４３の部品供給位置４１（図３）の近傍に基準マーク６８が付与されており、この基準マーク６８がマークカメラ５２により読み取られ、装置本体１３に対するフィーダ４３の取り付け誤差やキャビティ６５中心位置に対する誤差を補正できるようにしている。また、部品実装機１０の前部には、表示装置１が設けられている。

図２は、本発明のシステム構成を概略的に示すブロック図である。部品実装機１０は制御装置１５を備え、制御装置１５には、CPU５３、各種データを保存する記憶部５４がある。そして、制御装置１５は、マークカメラ５２で撮像した画像を処理して基板の位置ずれ量等を算出したり、パーツカメラ５０やサイドカメラ５１で撮像した部品の吸着状態の画像から良否を判断する機能を有する画像処理部５５、該画像処理部５５による処理結果に基づき補正された基板上に装着ヘッド２５を正確に位置決めし、吸着ノズル１６により吸着保持された部品６４を基板上の目標位置に正確に搭載できるように、X軸モータ２３及びY軸モータ２２を制御する位置決め制御部５６を備えている。また、制御装置１５には、駆動回路３３を介して、部品移載装置２０、基板搬送装置３０、部品供給装置４０が接続され、さらに、吸着ノズル１６を保持する装着ヘッド２５、マークカメラ５２、パーツカメラ５０、そしてサイドカメラ５１が接続されている。

図３は、部品供給装置４０であるフィーダ４３の部品供給位置４１の周辺を拡大して上面から見た図である。キャリアテープ６７には、部品を収容するキャビティ６５が一定ピッチ間隔に形成され、キャビティ６５の上部開口は通常キャリアテープ６７に貼り付けられたトップテープ６１で覆われ、キャリアテープ６７とトップテープ６１で部品がテーピングされている。キャリアテープ６７は図３の右から左へ向かって搬送され、トップテープ６１は部品供給位置４１の手前でキャリアテープ６７から剥離されテープガイド６３上に折り返されている。その結果、部品６４がキャリアテープ６７の上面に露出し、吸着ノズル１６で部品吸着が可能な状態を示している。キャリアテープ６７は、スプロケット穴６６に係合するスプロケット（図示せず）に歯車機構を介して連結されたモータ（図示せず）により所定ピッチずつ送り出され、キャビティ６５内の部品６４がフィーダ４３の部品供給位置４１に順次供給される。

装着ヘッド２５は、テープガイド６３上の基準マーク６８を基準とした所定の相対位置にある部品６４を目標に平面移動し、吸着ノズル１６を下降させ、部品６４を吸着した後に上昇し、部品吸着状態をパーツカメラ５０とサイドカメラ５１で撮像したうえで、所定の基板上に部品６４を装着する。部品吸着が終わると、フィーダ４３はスプロケット孔６６に嵌まった前記スプロケットの回転駆動によりキャリアテープ６７を所定ピッチ分送り、次の部品吸着に備える。

部品実装機１０は、振動や衝撃など何らかの外的要因により、所定の装置原点からフィーダ４３の基準マーク６８まで、あるいは基準マーク６８から部品供給位置４１にある部品６４までの相対位置に物理的なずれが生ずることがある。そのような場合は吸着ノズル１６による部品吸着にずれが生じ、正確に部品６４の中心位置で吸着できなくなる。そこで、そのような場合に部品実装機１０は、フィーダ４３の基準マーク６８を再度撮像することとしている。

基準マーク６８の撮像による部品吸着位置の補正は、フィーダ４３のテープガイド６３上に設けられた基準マーク６８をマークカメラ５２で撮像し、その中心点を部品供給位置４１へ装着ヘッド１１を移動させる際の原点として再設定することにより行う。これにより、装置原点から基準マーク６８までの位置ずれは解消できる。しかし、基準マーク６８から部品供給位置４１にある部品６４までの相対位置にずれが生じた場合には解消できないので、そのような場合に備え、基準マーク６８の代わりに部品供給位置４１の近傍にあるスプロケット穴６６を撮像することも併せて行っている。スプロケット穴６６はキャリアテープ６７と一体をなしているため、部品６４が収納されているキャビティ６５との相対位置も高精度で検出し易い。従って、ここでいう基準マーク６８の撮像は、部品供給位置４１の近傍にあるスプロケット穴６６の撮像も含めた概念である。

では、図４の動作フローチャートにより、部品６４の吸着異常を検出した場合の対処方法について説明する。まず、あらかじめ生産基板ごとに部品実装の手順が設定されている生産プログラムに従い、部品実装機１０の制御装置１５は、吸着ノズル１６を保持する装着ヘッド２５をフィーダ４３の部品吸着位置に移動させ、吸着ノズル１６を部品吸着高さまで下降させ、目的の部品６４を吸着する（Ｓ４０１）。そして、部品６４を吸着した状態の吸着ノズル１６を上昇させ、パーツカメラ５０の上空まで平面移動させる。ここで、パーツカメラ５０で下方より、さらにサイドカメラ５１で側面から部品６４の吸着状態を撮像する（Ｓ４０２）。

制御装置１５は、画像処理結果から吸着状態が正常であるか否かを判断し（Ｓ４０３）、異常があると判定した場合は吸着している部品６４を廃棄し（Ｓ４０４）、不良モードの判定に進むが（S４０５）、吸着状態は正常と判断した場合は、装着ヘッド２５を基板上の搭載位置まで移動し、基板に部品６４を装着する（Ｓ４３０）。部品６４の廃棄（S４０４）は、所定の廃棄ボックス（図示せず）に装着ヘッド２５を移動し、部品の吸着状態を解除することにより行う。

さて、制御装置１５は、不良モードの判定ではまず画像処理にて部品６４の吸着状態を認識し、予め準備している画像テンプレートと照合して不良モードのいずれに該当するかを判定し、記憶部に記憶させる（Ｓ４０５）。ここで言う不良モードとは、不良内容により分別したその種類を意味する。一般的な不良モードとしては、吸着ずれ（ＸＹ位置ずれ、回転ずれ）、部品立ち、吸着なし（吸着ミス、移動時落下）、部品取り違え、などが考えられる。また、同じXY位置ずれであっても、ずれの程度が無視できる範囲か、連続して発生した場合に対処が必要な範囲か、あるいは甚大なずれで即座に対処すべき範囲かも別の不良モードとして扱うのが望ましい。画像テンプレートとの照合、不良モードの判定には、一般的な画像処理手段として、例えば二値化処理やパターンサーチなどの手法を用いることができる。

制御装置１５は、不良モードを判定し、その不良モードが連続して発生したものかどうかを重要な判断要素とする。つまり、連続して発生したとなればその不良に結びつく原因が存在するので、その後も連続して発生する可能性が高い。そのため、不良モードごとに何回連続して発生した場合に基準マーク６８の撮像による部品吸着位置の補正を行うかを予め決めておき、その回数に到達した場合に実施するのが適切である。例えば、吸着位置ずれは振動や衝撃が一時的にかかったために生ずる場合もあるので３回連続した場合とし、部品立ちは位置ずれとしては大きいが突発的な要素も否定できないとして２回連続した場合とし、吸着なしの場合は甚大な異常も考えられるとして１回で基準マーク６８の撮像を行うものとする、などが考えられる。すなわち、吸着異常の内容により適切な回数を設定しておけば、より適切で弾力的な運用が可能となる。

制御装置１５は、不良モード別にカウンタ（メモリ）を用意し（M1,M2,・・・Mn）、最初に当該不良が発生した場合にその不良モードカウンタに１をセットし、連続して発生するたびに１を加算していき（S４０７、S４０９、S４１１、S４１３）、他の不良モードカウンタはその都度リセットする（S４０８、S４１０、S４１２、S４１４）。その結果、カウンタ値と当該不良モードの設定値を比較し（S４２０）一致した場合、すなわち連続して当該不良モードの設定値に到達した場合に基準マーク６８の撮像を行うものとし（S４２１）、それ以外の場合は次の部品吸着（S４０１）へ進む。これにより、特定の不良モードによる吸着不良が連続して設定回数発生した場合にのみ自動的に基準マーク６８の撮像による吸着位置補正を行うことができる。

不良モードとしては、部品６４の吸着位置ずれによる不良が最も一般的であり、前述のように、ずれの程度で対応を区別するのも有効である。例えば、位置ずれ寸法が所定の設定値A以上を対象としたり、所定の設定値A以上であって所定の設定値B以下を対象とすることもできる。後者の場合は、所定の設定値Bを超えた場合をさらに別の不良モードとして取り扱い、甚大な不良として迅速対応を図ることが考えられる。

制御装置１５は、基準マーク６８の撮像による部品吸着位置の補正を行った場合は、すべての不良モードカウンタをリセットして（S４２２）次の吸着異常に備え、部品装着が終了するまで部品吸着（S４０１）から部品装着（S４３０）の工程を繰り返す（S４２３）。

一方、不良原因の中には、連続して発生しなくても特定の不良モードによる吸着不良が累積的に所定回数発生した場合に基準マーク６８の撮像による部品吸着位置の補正を行いたいと考える場合もあり得る。間欠的に吸着位置ずれが起こるような場合で、前述のように連続して位置ずれが発生した場合のみを対象とすると対応が遅れることが予期される場合などである。その場合は、不良モード別にカウント数の上限値を設定しておき、当該不良モードによる吸着不良が上限値に到達した時点で自動的に基準マーク６８の撮像による部品吸着位置の補正を行うこととする。これにより、連続して同一の不良が生じなくとも、累積的に発生した吸着異常に対しても迅速な部品吸着位置の補正が可能となる。

図４では、同一の不良モードが連続して発生した場合のみ基準マーク６８の撮像による部品吸着位置の補正の対象にするためS４０７、S４０９、S４１１、S４１３で加算したカウンタ以外のカウンタをS４０８、S４１０、S４１２、S４１４ですべてリセット（メモリに値ゼロを格納）していたが、本態様の場合は一旦不良モードが発生しなかったとしても累積的にカウントし続ける必要がある。従って毎回は他のカウンタをリセットせず当該ステップをスキップし、基準マーク６８の撮像による部品吸着位置の補正を行った場合に当該不良モードのカウンタのみリセットすればよい。

さらに、不良モード別カウント数の実績値を管理しているため、過去の推移をその後の吸着異常対応に活かすことができる。すなわち、不良モードの発生頻度を分析し、発生頻度が高くなっている不良モードがあれば、今後も増えてくる可能性は高い。そのような場合は、当該増加が見込まれる不良モードの前記設定値もしくは前記上限値を自動的に増減することが有効となる。周囲温度や湿度など現場の環境や時間帯により発生する不良モードに傾向があればそれも加味して判定することもできる。

以上、部品吸着における吸着異常があった場合に、不良モード別に回数をカウントして対処する方法をフィーダ４３から部品吸着する場合で説明したが、平板状の部品トレイ（図示せず）などからの部品吸着であってもよい。また、部品吸着状態を撮像するのにパーツカメラ５０とサイドカメラ５１で撮像するケースを述べたが、撮像装置はいずれか一方でもかまわない。吸着状態の不良モードも多数のモードに分けて管理することを想定して述べたが、例えば吸着位置ずれ（部品立ちを含む）と吸着なしの２種類に分けるだけでもよい。不良モードの分け方は原因との繋がりを考慮し、複雑化しないのが好ましい。

その他、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変形、変更が可能であることは言うまでもない。

１表示装置、５ベース、１０部品実装機、１１装着ヘッド、１２本体カバー、１３装置本体、１４姿勢補助部材、１５制御装置、１６吸着ノズル、２０部品移載装置、２１ Y軸スライド、２２ Y軸モータ、２３ X軸モータ、２４ X軸スライド、２５装着ヘッド、２６ナット、２７ Y軸レール、２８ネジ軸、３０基板搬送装置、３１第一搬送装置、３２第二搬送装置、４０部品供給装置、４１部品供給位置、４２供給リール、４３フィーダ、５０パーツカメラ、５１サイドカメラ、５２マークカメラ、６１トップテープ、６３テープガイド、６４部品、６５キャビティ、６６スプロケット穴（送り穴）、６７キャリアテープ、６８基準マーク

Claims

部品供給装置から供給された電子部品を吸着ノズルが吸着して回路基板上に装着する部品実装装置であって、前記吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像して得た画像データから吸着状態の良否を判定する吸着判定手段と、当該判定結果に基づき吸着状態が不良と判定され再吸着に至った回数を不良モード別にカウントし記録する手段と、特定の不良モードによる吸着不良が連続して設定回数発生した場合に、自動的にフィーダの基準マークを撮像し電子部品の吸着位置を補正する補正手段、を備え、
前記特定の不良モードが、部品の吸着位置ずれによる不良であって、当該位置ずれ寸法が設定範囲内であることを特徴とする部品実装装置。
部品供給装置から供給された電子部品を吸着ノズルが吸着して回路基板上に装着する部品実装装置であって、前記吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像して得た画像データから吸着状態の良否を判定する吸着判定手段と、当該判定結果に基づき吸着状態が不良と判定され再吸着に至った回数を不良モード別にカウントし記録する手段と、特定の不良モードによる吸着不良が連続して設定回数発生した場合に、自動的にフィーダの基準マークを撮像し電子部品の吸着位置を補正する補正手段、を備え、
前記不良モード別のカウント数を実績値として管理し、発生頻度に応じて前記設定回数もしくは前記上限値を自動的に増加もしくは減少させることを特徴とする部品実装装置。
部品供給装置から供給された電子部品を吸着ノズルが吸着して回路基板上に装着する部品実装装置であって、前記吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像して得た画像データから吸着状態の良否を判定する吸着判定手段と、当該判定結果に基づき吸着状態が不良と判定され再吸着に至った回数を不良モード別にカウントし記録する手段と、不良モード別にカウント数の上限値を設定しておき、当該不良モードによる吸着不良が上限値に到達した時点で自動的にフィーダの基準マークを撮像し電子部品の吸着位置を補正する補正手段、を備え、
前記不良モード別のカウント数を実績値として管理し、発生頻度に応じて前記設定回数もしくは前記上限値を自動的に増加もしくは減少させることを特徴とする部品実装装置。