JP6775144B2 - 部品実装ライン制御システム - Google Patents

Description

本発明は、実装基板を製造する部品実装ラインを制御する部品実装ライン制御システムに関するものである。

実装基板を製造する部品実装ラインは、基板に半田を印刷する印刷装置や、半田が印刷された基板に部品を装着する部品装着装置などの部品実装用装置および部品装着後の基板を搬送しながら加熱して半田を溶融固化させることにより基板に設けられた配線回路に部品を半田接合するリフロー装置など、複数の装置から構成される。リフロー装置においては、部品実装用装置によって部品が実装された実装基板の種類に応じて予め規定される加熱プロファイルなどのリフロー条件に従ってリフロー作業を行う必要がある。このため、複数種類の基板を生産対象とする部品実装ラインとして、複数種類のリフロー条件に対応可能なリフロー装置を備えた構成が知られている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献１に示す先行技術では、基板の種類に応じて異なる加熱プロファイルを個別に有する複数のリフロー装置を備え、上流側から搬送される基板を当該基板に合致する加熱プロファイルを有するリフロー装置に供給する構成が示されている。このような構成により、基板の種類の変更に伴うリフロー条件の切り替えのための調整時間が発生せず、部品実装ラインの停止による稼働率の低下を抑制することが可能となっている。

特許第３９８４４６６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に示す先行技術では、複数のリフロー装置を備える構成に起因してリフロー装置の構成や制御が複雑になり、簡便な構成で低コストの設備を目標とする上では必ずしも実用的な対処案ではなかった。さらに従来技術においてはリフロー装置の内部における生産状態を監視することができず、基板の種類の切り替えに伴う作業を適正なタイミングで実行することが難しいという問題点があった。すなわち稼働状態のリフロー装置の内部は加熱により高温となっており、基板検出用のセンサを配置することが難しいことから、リフロー装置の内部における基板の流動状態を正確に検出することができなかった。このため、リフロー条件の変更などの基板の種類の切り替えに伴う作業を適確なタイミングで迅速に実行することが難しく、結果として部品実装ラインの停止時間が生じて稼働率を低下させ、生産効率の低下を招くこととなっていた。

そこで本発明は、簡便な構成でリフロー条件の変更などの基板の種類の切り替えに伴う作業を適確なタイミングで実行することが可能で、部品実装ラインの稼働率の低下を防止して生産効率を確保することができる部品実装ライン制御システムを提供することを目的とする。

本発明の部品実装ライン制御システムは、部品を実装して実装基板を製造する複数の部品実装用装置と前記部品を半田を介して実装した実装基板を搬送しながら加熱して前記半田を溶融固化させるリフロー装置とで構成される部品実装ラインを制御する部品実装ライン制御システムにおいて、段取替えデータを取得する取得部と、取得した段取替えデータに基づいてリフロー条件を変更する制御部と、前記リフロー装置よりも上流に設けられ、前記実装基板の有無を検知する第１検知部と、前記リフロー装置よりも下流に設けられ、前記実装基板の有無を検知する第２検知部とを備え、前記取得部が前記リフロー条件を変更する前記段取替えデータを取得してから、前記第１検知部と前記第２検知部の検知結果に基づいて、前記リフロー条件を変更する。

本発明によれば、簡便な構成でリフロー条件の変更などの基板の種類の切り替えに伴う作業を適確なタイミングで実行することが可能で、部品実装ラインの稼働率の低下を防止して生産効率を確保することができる。

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ライン制御システム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ライン制御システムにおけるリフロー条件変更処理を示すフロー図

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、部品実装システム１の構成を説明する。部品実装システム１は、基板に電子部品をはんだ接合により実装して実装基板を製造する機能を有している。部品実装システム１は、以下に説明する複数の部品実装用装置が連結された部品実装ライン１ａと、これらの複数の部品実装用装置と通信ネットワーク２ａを介して接続されてこの部品実装ライン１ａを統括するライン統括制御装置４を備えている。

部品実装システム１にはさらに他の部品実装ライン１ａ（図示省略）が配置されており、それぞれの部品実装ライン１ａの各装置は同様にライン統括制御装置４と接続されている。これら複数のライン統括制御装置４は通信ネットワーク２を介して上位制御装置３と接続されており、上位制御装置３はこれらの複数のライン統括制御装置４を統括して制御する機能を有している。

次に本実施の形態における部品実装ライン１ａの構成を説明する。部品実装ライン１ａは、それぞれ部品実装用装置である基板供給装置Ｍ１、基板受渡装置Ｍ２、印刷装置Ｍ３、印刷検査装置Ｍ４、第１部品搭載装置Ｍ５、第２部品搭載装置Ｍ６、搭載状態検査装置Ｍ７、リフロー装置Ｍ８および基板回収装置Ｍ９を直列に接続して構成されている。すなわち部品実装ライン１ａは、部品を実装して実装基板を製造する複数の部品実装用装置と、部品を半田を介して実装した実装基板を搬送しながら加熱して半田を溶融固化させるリフロー装置Ｍ８とで構成される。

部品実装ライン１ａの各部品実装用装置は基板を搬送する基板搬送機構を有しており、これらが直列に連結されて基板搬送路が形成されている。部品実装ライン１ａでは、基板供給装置Ｍ１によって供給され基板受渡装置Ｍ２によって受け渡されて基板搬送路に沿って搬送される基板に対して、印刷装置Ｍ３、印刷検査装置Ｍ４、第１部品搭載装置Ｍ５、第２部品搭載装置Ｍ６、搭載状態検査装置Ｍ７およびリフロー装置Ｍ８によって部品を実装するための部品実装用作業が行われる。

すなわち、基板供給装置Ｍ１によって供給された基板は基板受渡装置Ｍ２を介して印刷装置Ｍ３に搬入され、ここで基板に部品接合用の半田をスクリーン印刷する半田印刷作業が行われる。半田印刷後の基板は印刷検査装置Ｍ４に受け渡され、ここで基板上に印刷された半田の印刷検査作業が行われる。印刷検査後の基板は第１部品搭載装置Ｍ５、第２部品搭載装置Ｍ６に順次受け渡され、ここで半田印刷後の基板に対して部品を搭載する部品搭載作業が実行される。部品搭載後の基板は搭載状態検査装置Ｍ７に搬入され、ここで基板上に搭載された部品の搭載状態検査作業が行われる。

そして搭載状態検査が終わった基板はリフロー装置Ｍ８に搬入され、ここで当該基板のリフロー条件に規定された加熱プロファイルに従って加熱されることにより部品接合用の半田が融解固化する。これにより部品が基板に半田接合されて基板に部品を実装した実装基板が完成し、基板回収装置Ｍ９に回収される。

部品実装ライン１ａにおいて、リフロー装置Ｍ８の上流に位置する基板供給装置Ｍ１〜搭載状態検査装置Ｍ７によって実行される作業工程は、リフロー装置Ｍ８にとって上流工程に該当する。本実施の形態においては、リフロー装置Ｍ８よりも上流には実装基板の有無を検知する第１検知部Ｓ１が、またリフロー装置Ｍ８よりも下流には同様に実装基板の有無を検知する第２検知部Ｓ２が設けられている。

第１検知部Ｓ１、第２検知部Ｓ２は、上流工程より搬送される実装基板の有無を検知するとともに、実装基板に貼着されたバーコードなどの識別マークを読み取る機能を有している。第１検知部Ｓ１、第２検知部Ｓ２としては、専用のバーコードリーダや画像認識機能を備えた撮像カメラなど、各種のものを用いることができる。このようにリフロー装置Ｍ８の上流側および下流側にそれぞれ第１検知部Ｓ１、第２検知部Ｓ２を配設して、リフロー装置Ｍ８への実装基板の出入りを監視することにより、リフロー装置Ｍ８内部における実装基板の有無を確認することが可能となっている。

部品実装ライン１ａにおいては、リフロー条件の異なる複数種類の基板が生産対象となる。このため、生産過程において基板の種類が切り替えられる度にリフロー条件の変更などの段取り替え作業を実行する必要がある。このリフロー条件の変更を伴う段取り替え作業においては、リフロー装置Ｍ８内に基板が存在しない空状態で作業を行う必要がある。ところがリフロー装置Ｍ８は稼働状態では内部が加熱されて閉塞された状態にあることから、外部から基板の有無を視認によって確認することが難しい。またリフロー装置Ｍ８内部は高温に加熱されることから基板検出用のセンサを配置することができず、基板検出の自動化が困難であった。

このため、リフロー条件の変更を伴う段取り替え作業を実行するタイミングを適確に判断することが難しく、結果として段取り替え作業の所要時間が遅延して部品実装ライン１ａの稼働率を低下させることとなっていた。このようなリフロー装置Ｍ８の装置特性に特有の課題に鑑み、本実施の形態に示す部品実装ライン１ａでは、リフロー装置Ｍ８への実装基板の出入りを管理することにより、リフロー装置Ｍ８の内部における実装基板の搬送状態を推測し、この結果に基づいてリフロー条件の変更を伴う段取り替え作業を実行するべき適正なタイミングを決定するようにしている。以下、このような機能を実現するために部品実装システム１が備えた部品実装ライン制御システムの構成を、図２を参照して説明する。

図２において、ライン統括制御装置４はライン制御部１０、記憶部１１、通信部１４を備えている。ライン制御部１０は、部品実装ライン１ａの各装置を制御対象とする部品実装ライン制御システムにおける制御部としての機能を有している。ライン制御部１０にはリフロー条件変更処理部１０ａが付随しており、リフロー条件変更処理部１０ａはリフロー装置Ｍ８におけるリフロー条件の変更処理を行う機能を有している。

記憶部１１はライン統括制御装置４による部品実装ライン１ａの各装置の制御に必要なデータを記憶する。これらのデータには、生産対象の基板の品種の切り替えに伴う段取り替えを実行するための段取り替えデータ１２や、実装基板の生産に際して参照される生産データ１３などが含まれる。すなわち取得部１４ａは段取り替えデータ１２を取得し、ライン制御部１０（制御部）は取得した段取替えデータ１２に基づいてリフロー装置Ｍ８のリフロー条件を変更する。

生産データ１３には、基板枚数情報１３ａ、すなわち生産対象の実装基板の各ロットの基板枚数を示す情報が含まれている。特定ロットの実装基板について上流側の第１検知部Ｓ１が基板枚数情報１３ａに示す基板枚数を検知した後、下流側の第２検知部Ｓ２が同様に基板枚数情報１３ａに示す基板枚数を検知したことが確認されることにより、当該タイミングにおいて当該特定ロットの実装基板はリフロー装置Ｍ８内部には存在しないことが確認される。本実施の形態におけるリフロー装置Ｍ８のリフロー条件の変更は、このようにして第１検知部Ｓ１、第２検知部Ｓ２によってリフロー装置Ｍ８内部における実装基板の有無を確認した後に行うようになっている。

通信部１４は通信インターフェイスであり、取得部１４ａ、出力部１４ｂを備えている。取得部１４ａは、部品実装ライン１ａを構成する各装置から通信ネットワーク２ａを介して、さらには通信ネットワーク２を介して上位制御装置３から情報を取得する。これら取得される情報には、段取り替えデータ１２、生産データ１３が含まれ、取得されたこれらのデータは記憶部１１に記憶される。出力部１４ｂは、同様にこれらの各装置を対象としてライン制御部１０から情報を出力する。

部品実装用装置（基板供給装置Ｍ１〜搭載状態検査装置Ｍ７）は、装置制御部２０、記憶部２１、基板検知部２２、作業部２３、通信部２４を備えている。装置制御部２０は、当該装置の各部を制御対象とする制御装置であり、ライン統括制御装置４のライン制御部１０からの情報によって制御されて、当該装置の作業部２３を制御する。作業部２３は、各装置種別に応じた個別作業を実行する作業機能部である。この作業部２３の制御に際しては、記憶部２１に記憶された作業実行データが参照される。

基板検知部２２はバーコードリーダなどの基板識別装置であり、各装置に上流側から搬入される基板に付されたバーコードなどの識別マークを読みとって当該基板の種類を識別する機能を有している。通信部２４は通信インターフェイスであり、取得部２４ａ、出力部２４ｂを備えている。取得部２４ａは、ライン統括制御装置４から通信ネットワーク２ａを介して、さらには通信ネットワーク２を介して上位制御装置３から情報を取得する。

出力部２４ｂは、同様にこれらの各装置を対象として装置制御部２０から情報をライン統括制御装置４に対して出力する。ここで出力される情報には、基板検知部２２によって識別された基板の種類の識別結果が含まれる。これにより、ライン統括制御装置４は生産対象の基板の種類が切り替えられたことを確認する。そしてこの基板の種類の切り替えに伴ってリフロー条件の変更の要否を判断し、必要な場合にはリフロー条件の変更をリフロー装置Ｍ８に対して指令する。

リフロー装置Ｍ８は、リフロー制御部３０、記憶部３１、リフロー炉３３、通信部３４を備えている。リフロー制御部３０は、当該リフロー装置Ｍ８の各部を制御対象とする制御装置であり、ライン統括制御装置４のライン制御部１０からの情報によって制御されて、リフロー炉３３を制御する。このとき、ライン統括制御装置４から伝達されて記憶部３１に記憶されたリフロー条件３２が参照される。リフロー条件３２には、リフロー温度３２ａ、基板搬送幅３２ｂが含まれており、これにより、リフロー炉３３におけるリフローコンベアの幅や各加熱ゾーンの温度が基板の種類に対応した条件に設定される。

通信部３４は通信インターフェイスであり、取得部３４ａ、出力部３４ｂを備えている。取得部３４ａは、ライン統括制御装置４から通信ネットワーク２ａを介して、さらには通信ネットワーク２を介して上位制御装置３から情報を取得する。これらの情報には、生産対象の基板の種類の切り替えに実行される段取り替えに伴うリフロー条件の変更についての情報が含まれる。出力部３４ｂは、同様にこれらの各装置を対象としてリフロー制御部３０から情報を出力する。

リフロー装置Ｍ８よりも上流には第１検知部Ｓ１が、また下流には第２検知部Ｓ２がそれぞれ配設されている。リフロー装置Ｍ８におけるリフロー条件３２の変更に際しては、ライン統括制御装置４の取得部１４ａがリフロー装置Ｍ８のリフロー条件３２を変更する段取り替えデータ１２を取得してから、リフロー条件変更処理部１０ａの機能により、第１検知部Ｓ１、第２検知部Ｓ２の検出結果に基づいて、リフロー条件３２を変更するようにしている。すなわち、ライン制御部１０は、第１検知部Ｓ１と第２検知部Ｓ２とが、リフロー装置Ｍ８内における実装基板無しを検知した後に、リフロー条件３２を変更する。

この実装基板無しの検知の具体方法を説明する。前述のようにライン統括制御装置４の記憶部１１には実装基板を生産する基板枚数情報１３ａを含む生産データ１３が記憶されている。前述のように、特定ロットの実装基板について第１検知部Ｓ１が基板枚数情報１３ａに示す基板枚数を検知した後、第２検知部Ｓ２が同様に基板枚数情報１３ａに示す基板枚数を検知することにより、当該タイミングにおいて当該特定ロットの実装基板はリフロー装置Ｍ８内部には存在しないことが確認される。

そしてリフロー条件３２の変更は、このようにしてリフロー装置Ｍ８内に実装基板が存在しないことが確認された後に実行される。すなわち本実施の形態におけるライン制御部１０によるリフロー条件３２の変更に際しては、第１検知部Ｓ１と第２検知部Ｓ２とが検出した実装基板の枚数が、記憶部１１に記憶する基板枚数情報１３ａと一致することに基づいて、リフロー条件３２を変更する。なお、記憶部１１は、部品実装用装置（基板供給装置Ｍ１〜搭載状態検査装置Ｍ７）で実装基板の抜き取りや再投入が行われた場合、その状況の基板枚数に合わせて基板枚数情報１３ａを更新して記憶する。

次に図３のフロー図を参照して、本実施の形態の部品実装ライン制御システムにおけるリフロー条件変更処理を説明する。まず部品実装ライン１ａの稼働状態において、ライン統括制御装置４の取得部１４ａが段取り替えデータ１２を所得したか否かをライン制御部１０によって確認する（ＳＴ１）。段取り替えデータ１２の取得は、当該部品実装ライン１ａにおいてリフロー装置Ｍ８の上流工程である部品実装用装置（基板供給装置Ｍ１〜搭載状態検査装置Ｍ７）の基板検知部２２によって実装基板のバーコードなどの識別情報を読み取り、この識別結果をライン統括制御装置４が取得することにより行われる。

次いで、リフロー条件の変更を実行するか否かを判断する（ＳＴ２）。すなわち、当該時点においてリフロー装置Ｍ８に設定されているリフロー条件３２が、新たに取得された段取り替えデータに対応しており、変更の必要無しと判断された場合には、現状のリフロー条件３２を維持する（ＳＴ４）。これに対し、当該時点においてリフロー装置Ｍ８に設定されているリフロー条件３２が、新たに取得された段取り替えデータに対応していない場合には、変更の必要ありと判断してリフロー条件の変更のための処理を開始する。

ここではまず、リフロー装置Ｍ８の内部に実装基板が存在するか否かを確認する（ＳＴ３）。この実装基板の有無の確認は、前述のように、第１検知部Ｓ１と第２検知部Ｓ２とが検出した実装基板の枚数が、記憶部１１に記憶する基板枚数情報１３ａと一致するか否かをライン制御部１０が判断することにより行われる。そして実装基板無しが確認されるまで第１検知部Ｓ１と第２検知部Ｓ２との検出結果の監視を継続し、（ＳＴ３）にてリフロー装置Ｍ８の内部に実装基板が存在しないことが確認されたならば、ライン制御部１０によりリフロー条件を変更する旨を指示する（ＳＴ５）。これにより、リフロー条件変更処理部１０ａの機能によって、リフロー装置Ｍ８において適用されるリフロー条件３２を変更する処理が実行され、リフロー炉３３によるリフロー作業においては新たに変更されたリフロー条件３２によってリフロー作業が行われる。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装ライン制御システムは、部品を実装して実装基板を製造する複数の部品実装用装置（基板供給装置Ｍ１〜搭載状態検査装置Ｍ７）と部品を半田を介して実装した実装基板を搬送しながら加熱して半田を溶融固化させるリフロー装置Ｍ８とで構成される部品実装ライン１ａを制御する機能を有する部品実装ライン制御システムにおいて、段取替えデータを取得する取得部１４ａと、取得した段取替えデータに基づいてリフロー条件を変更するライン制御部１０と、リフロー装置Ｍ８よりも上流、下流にそれぞれ設けられ実装基板の有無を検知する第１検知部Ｓ１、第２検知部Ｓ２とを備え、取得部１４ａがリフロー条件を変更する段取替えデータを取得してから、第１検知部Ｓ１と第２検知部Ｓ２の検知結果に基づいてリフロー装置Ｍ８内に実装基板が存在しないことを確認した後に、リフロー条件を変更するようにしている。

これにより、リフロー条件の異なる複数種類の基板を生産対象とする場合において、リフロー装置Ｍ８の内部に実装基板が存在せずリフロー条件の変更のための作業実行が可能なタイミングを判断することが可能となっている。すなわち、簡便な構成でリフロー条件の変更などの基板の種類の切り替えに伴う作業を適確なタイミングで実行することが可能となり、部品実装ライン１ａの稼働率の低下を防止して生産効率を確保することができる。

本発明の部品実装ライン制御システムは、簡便な構成でリフロー条件の変更などの基板の種類の切り替えに伴う作業を適確なタイミングで実行することが可能で、部品実装ラインの稼働率の低下を防止して生産効率を確保することができるという効果を有し、基板に半田接合により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
１ａ 部品実装ライン
Ｍ１ 基板供給装置
Ｍ２ 基板受渡装置
Ｍ３ 印刷装置
Ｍ４ 印刷検査装置
Ｍ５ 第１部品搭載装置
Ｍ６ 第２部品搭載装置
Ｍ７ 搭載状態検査装置
Ｍ８ リフロー装置
Ｍ９ 基板回収装置

Claims (3)

1. 部品を実装して実装基板を製造する複数の部品実装用装置と前記部品を半田を介して実装した実装基板を搬送しながら加熱して前記半田を溶融固化させるように制御するリフロー制御部を有するリフロー装置とで構成される部品実装ラインを制御する部品実装ライン制御システムにおいて、
   段取替えデータを取得する取得部と取得した段取替えデータに基づいてリフロー条件を変更する制御部とを有するライン統括制御装置と、
   前記リフロー装置よりも上流で前記リフロー装置の直前の位置に設けられ、前記実装基板の有無を検知する第１検知部と、
   前記リフロー装置よりも下流で前記リフロー装置の直後の位置に設けられ、前記実装基板の有無を検知する第２検知部とを備え、
   前記取得部が前記リフロー条件を変更する前記段取替えデータを取得してから、前記第１検知部と前記第２検知部の検知結果に基づいてリフロー装置内部に前記実装基板が無いことを確認後、前記制御部は前記リフロー条件を変更するように前記リフロー制御部に指示する、部品実装ライン制御システム。
2. 前記実装基板を生産する基板枚数情報を含む生産データを記憶する記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記第１検知部と前記第２検知部とが検知した前記実装基板の枚数が、前記記憶部が記憶する前記基板枚数情報と一致することに基づいて、前記制御部は、前記第１検知部と前記第２検知部とが前記実装基板無しを検知した後に前記リフロー条件を変更する、請求項１に記載の部品実装ライン制御システム。
3. 前記リフロー条件は、リフロー温度または搬送基板幅を含む、請求項１に記載の部品実装ライン制御システム。

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