JP7111831B2 - ノズル管理システム - Google Patents

Description

本発明は、部品装着機において使用される吸着ノズルを管理するノズル管理システムに関する。

下記特許文献に記載されているように、複数のノズル管理機を備えたノズル管理システムが存在する。

再公表特許ＷＯ２０１４／１９６００２号公報

発明の解決しようとする課題

複数のノズル管理機を備えたノズル管理システムであっても、１つのノズル管理機には収容可能な吸着ノズルの数に限界があり、また、そのノズル管理機の構造上の問題等から、１つのノズル管理機に、すべての種類のノズルを収容することも困難な場合がある。そのような場合に、例えば、複数の部品装着機が一時期に部品の装着を行うときには、複数の部品装着機の各々ごとに、ノズルトレイに吸着ノズルをセッティングする必要があるが、複数のノズル管理機へのセッティングの振分を作業者に担わせると、その負担が大きくなってしまうことも予想される。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、複数のノズル管理機を備え、かつ、実用性の高いノズル管理システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のノズル管理システムは、
それぞれが吸着ノズルによって基板に部品を装着する複数の部品装着機の各々毎に、その各々が使用するいくつかの吸着ノズルをトレイにまとめて供給するためのノズル管理システムであって、
それぞれが、吸着ノズルを収容する収容部と、その収容部に収容されている吸着ノズルをトレイにセッティングするセッティング部とを有し、前記収容部に収容可能な吸着ノズルの種類が互いに異なる複数のノズル管理機を備え、
前記複数の部品装着機の各々が一時期において使用する吸着ノズルに関するデータである使用ノズル関連データに基づいて、その各々が使用する吸着ノズルを、前記複数のノズル管理機のいずれにおいてトレイにセッティングさせるかを決定するように構成され、
前記複数のノズル管理機の各々が、自身のディスプレイに、自身のセッティング部の複数のトレイステージのいずれに、複数種類のトレイのうちのどの種類のトレイをセットすべきであるかを表示するように構成されたことを特徴とする。

本発明のノズル管理システムによれば、複数のノズル管理機が互いに異なる種類の吸着ノズルを収容していたとしても、上記使用ノズル関連データに基づいて、自動的に、複数のノズル管理機へのセッティング作業の振分を行うため、作業者の負担を軽減することが可能である。

本発明のノズル管理システムの全体、および、そのノズル管理システムが管理の対象とする吸着ノズルが使用される部品装着機を含んで構成される電子回路製造ラインを示す図である。 部品装着機の全体構成を示す斜視図である。 吸着ノズル、および、吸着ノズルが部品装着機において載置されるノズルトレイを示す図である。 ノズル管理システムが備えるノズル管理機の外観を示す斜視図である。 ノズル管理機の内部構造を示す斜視図である。 ノズル管理機において吸着ノズルが載置されるノズルパレットを示す斜視図である。 ノズル管理機において吸着ノズルを収容する収容部の構成を示す斜視図である。 ノズルパレットがストッカに収容される様子を示す斜視図である。

以下、本発明の代表的な実施形態を、実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

図１に示す実施例のノズル管理システム（以下、単に「管理システム」という場合がある）１０は、３つのノズル管理機（以下、単に「管理機」という場合がある）１２と、それら管理機１２を統括して制御する統括制御装置１４とを含んで構成され、同図に示す部品装着機（以下、単に「装着機」という場合がある）２０において使用される吸着ノズルを管理の対象とする。部品装着機２０は、後に詳しく説明するが、吸着ノズルによって回路基板（以下、単に「基板」という場合がある）に電子部品（以下、単に「部品」という場合がある）を装着する。図には、６つの装着機２０が、基板にクリームはんだを印刷するはんだ印刷機２２、基板に装着された部品を固定するためのリフロー炉２４、それらはんだ印刷機２２，装着機２０,リフロー炉２４を統括して制御する統括制御装置２６とともに、電子回路製造ライン２８を構成している状態が示されている。以下に、装着機２０および吸着ノズルの構成、管理機１２の構成を説明した後に、当該管理システム１０におけるセッティング作業の複数の管理機１２への振分について説明する。

［Ａ］部品装着機および吸着ノズルの構成
図２に示すように、装着機２０は、基板Ｓを搬送するとともに所定の位置に固定するコンベア型の基板搬送装置３０と、それぞれが部品Ｐを供給する複数のフィーダ型の部品供給装置３２と、それら部品供給装置３２から供給される部品Ｐを固定された基板Ｓに装着するための装着ヘッド３４と、その装着ヘッド３４を部品供給装置３２と固定された基板Ｓとの間で移動させるヘッド移動装置３６とを含んで構成されている。装着ヘッド３４は、下端部に上述の吸着ノズル（以下、「ノズル」と略す場合がある）Ｎが取り付けられた動作軸３８と、その動作軸３８を昇降および回転させる動作軸昇降回転装置（図示を省略）とを含んで構成されている。つまり、装着ヘッド３４は、ノズルＮを保持するノズル保持部として機能する。ちなみに、図に示す装着ヘッド３４は、インデックス型の装着ヘッドであり、複数の動作軸３８を有して、複数のノズルＮを取り付け可能とされている。部品供給装置３２から供給される部品Ｐは、ノズルＮの先端（下端）において吸着保持され、保持された部品Ｐは、装着ヘッド３４が基板Ｓの上方に移動させられた後、ノズルＮによる吸着保持が解除されることで、基板Ｓ上に装着される。ちなみに、装着ヘッド３４には、基板Ｓの表面の基準マークを撮像可能なマークカメラ４０が設けられ、また、装着機２０には、ノズルＮに吸着保持された部品Ｐを下方から撮像する部品カメラ４２が、設けられている。

当該管理システム１０の管理の対象であるノズルＮは、斜め上方から見た図である図３（ａ）に示すように、筒状をなして当該ノズルＮの本体部として機能する胴体筒５０と、胴体筒５０から下方に延び出す吸着管５２と、胴体筒５０の周囲に張り出すようにして同体筒５０に固定されたフランジ５４とを有する。胴体筒５０の上端部が、当該ノズルＮの基端部として機能し、その上端部において、上記動作軸３８に保持される。吸着管５２は、当該ノズルの先端部として機能し、比較的細いパイプ状のものとされている。なお、胴体筒５０には、２本の掛止ピン５６が延設されており、それら掛止ピン５６を利用して、ノズルＮは、動作軸３８に取り付けられる。

吸着管５２には、装着ヘッド３４から、胴体筒５０を介して正圧および負圧が選択的に供給される。負圧の供給により、吸着管５２の先端（下端）に部品Ｐが吸着保持され、正圧の供給により、吸着保持された部品Ｐが吸着管５２から離脱させられる。図では内部構造を省略するが、吸着管５２は、胴体筒５０に対して進退可能とされている。詳しく言えば、部品Ｐの基板Ｓへの装着の際に部品Ｐに加わる衝撃を緩和するため、ノズルＮの先端部は、胴体筒５０から進出する方向にばねの力により付勢されており、その付勢力を超えた力が加わった場合に、後退可能に、つまり、胴体筒５０に対して引き込み可能とされている。なお、フランジ５４は、上述の部品カメラ４２による部品Ｐの撮像の際、その撮像が鮮明に行われるための背面形成部材として機能する。フランジ５４の上面には、当該ノズルＮの固有情報を認識するための識別子としての２Ｄコード（２次元コード）５８が付されている。この２Ｄコード５８は、固有情報の一種としての当該ノズルＮのＩＤを示すものとなっており、そのＩＤは、ノズルＮの個別管理のために使用される。

図では、一種類のものしか示していないが、ノズルＮは、サイズおよび形状において互いに異なる複数種のものが存在し、装着機２０も、サイズにおいて異なるいくつかの種類のノズルＮを動作軸３８に取り付け可能となっており、装着機２０では、吸着保持する部品Ｐに応じて、それらいくつかの種類のノズルＮを、自動で交換可能とされている。なお、製造する電子回路（基板Ｓに部品Ｐが装着されたもの）に応じて使用されるノズルＮは異なる。また、装着機２０は、異なる種類の装着ヘッド３４を交換可能に取り付けられ、取り付けられる装着ヘッド３４の種類によっても、取り付けられるノズルＮの種類が異なる。

装着機２０において使用される複数のノズルＮは、部品供給装置３２の傍らに設けられたノズルステーション６０に、ノズルトレイ（以下、単に「トレイ」と言う場合がある）ＮＴに載置された状態で配置されている。トレイＮＴは、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、概して板状をなしている。詳しく言えば、トレイＮＴは、ベースプレート６２と、ベースプレート６２の上面を覆うカバープレート６４とを含んで構成されており、カバープレート６４は、ベースプレート６２に対してある程度の範囲で摺動可能とされている。図３（ｂ）は、カバープレート６４がベースプレート６２に対してズレた状態（閉状態）を示しており、図３（ｃ）は、カバープレート６４がベースプレート６２にちょうど重なった状態（開状態）を示している。

カバープレート６４はそれら２つの状態の各々における位置の間で摺動可能とされている。簡単に説明するが、ベースプレート６２には、複数の載置穴６６が設けられており、一方、カバープレート６４にも、ベースプレート６２の載置穴６６に対応して、複数の抜穴６８が設けられている。それら載置穴６６，抜穴６８が一致している図３（ｃ）の開状態において、ノズルＮの載置穴６６への載置、載置穴６６からの離脱を行うことができる。一方、ノズルＮが載置穴６６に載置されている場合に図３（ｂ）の閉状態とすることで、フランジ５４の上面の多くの部分が、カバープレート６４によって蓋われ、ノズルＮの載置穴６６からの離脱が防止される。カバープレート６４の摺動は、装着機２０によって自動で行われる。

トレイＮＴは、ノズルステーション６０に着脱可能とされており、例えば、ある電子回路の製造を開始するにあたって、予めノズルＮが載置されたトレイＮＴをノズルステーション６０にセットすることができ、また、例えば、ある電子回路の製造を終了するにあたって、使用していたノズルＮをトレイＮＴごとノズルステーション６０から外すことができる。したがって、トレイＮＴは、装着機２０の段取り替え等の迅速化に大きく貢献している。

先に説明したように、例えば装着ヘッド３４の種類に応じて、使用可能なノズルＮの種類は異なり、載置可能なノズルＮの種類に応じて複数種類のトレイＮＴが存在する。装着機２０は、それら複数種類のトレイＮＴのいずれかを、ノズルステーション６０に配置可能とされている。さらに、装着機２０によって、使用されるトレイＮＴも異なる。

トレイＮＴには、ベースプレート６２の１つのコーナに、当該トレイＮＴの固有情報を認識するための識別子としての２Ｄコード７０が付されている。この２Ｄコード７０は、固有情報の一種としての当該トレイＮＴのＩＤを示すものとなっている。先に説明したマークカメラ４０によって、トレイＮＴの２Ｄコード７０、および、トレイＮＴに載置されたノズルＮの２Ｄコード５８を撮像可能とされており、その撮像によって取得した情報に基づいて、装着機２０は、自身にどのようなトレイＮＴが配置されているか、トレイＮＴにどのようなノズルＮが載置され、自身の装着ヘッド３４にどのようなノズルＮが装着されているかを、常に把握するようにされている。

［Ｂ］ノズル管理機の構成
外観を図４に示す管理機１２は、大まかに言えば、外装パネルを外した状態を示す図５に示すように、ノズルＮを収容する収容部８０と、収容部８０に収容されているノズルＮをトレイＮＴにセッティングするセッティング部８２と、収容部８０に収容される若しくは収容されているノズルＮに対して洗浄を行う洗浄部８４と、収容部８２に収容される若しくは収容されているノズルＮに対して検査を行う検査部８６と、コンピュータを主要構成要素として含んでそれら各部を制御するコントローラ８８とを含んで構成されている。

収容部８０は、図６に示すノズルパレット（以下、単に「パレット」という場合がある）ＮＰを利用して、ノズルＮを収容する。パレットＮＰには、それぞれにノズルＮが載置される複数の載置穴９０が設けられており、また、自身のＩＤを示す２Ｄコード９２が付設されている。

収容部８０は、図７に示すように、複数の棚９４が設けられたタワー型のストッカ９６と、パレットＮＰを保持するキャリッジ９８とそのキャリッジ９８を上下前後に移動させるキャリッジ移動装置１００とからなるパレットキャリア１０２とを含んで構成されている。図６は、キャリッジ９８が後退位置かつ上昇端位置に位置して、パレットＮＰが後述する移載位置に位置する状態を示しており、図８は、キャリッジ９８が前進させられてパレットＮＰが複数の棚９４のうちの１つに収容される状態を示している。パレットＮＰがストッカ９６の棚９４に収容されることで、そのパレットＮＰに載置されているノズルＮが当該管理機１２の収容部８０に収容されるのである。

図５から解るように、セッティング部８２には、それぞれに上述したトレイＮＴを定置させる３つのトレイステージ１０４が設けられている。また、３つのトレイステージ１０４のいずれかに定置されたトレイＮＴと、上述のパレットキャリア１０２によって移載位置に位置させられたパレットＮＰとの間で、ノズルＮを移載するために、当該管理機１２は、ノズル移載装置１０６を備えている。ノズル移載装置１０６は、セッティング部８２を構成し、ノズルＮを離脱可能に保持する移載ヘッド１０８と、その移載ヘッド１０８を移動させるヘッド移動装置１１０とを含んで構成されている。ノズル移載装置１０６によって、いずれかのパレットＮＰに載置されたノズルＮのうちの必要なものをトレイＮＴに移載させることで、ノズルＮのトレイＮＴへのセッティングが行われ、逆に、トレイＮＴに載置されているノズルＮをいずれかのパレットＮＰに移載させることで、ノズルＮのパレットＮＰへの収容が行われるのである。なお、移載ヘッド１０８には、セッティング，収容に際してパレットＮＰの２Ｄコード９２，トレイＮＴの２Ｄコード７０，ノズルＮの２Ｄコード５８を撮像可能なコードカメラ１１２が併設されており、コントローラ８８は、そのコードカメラ１１２の撮像によって取得した情報に基づいて、どんなノズルＮが、どのパレットＮＰに載置されて当該管理機１２内に収容されているかを常に把握するようにされている。

洗浄部８４は、ノズル洗浄乾燥装置１１３を中心的な構成要素として構成されている。ノズル洗浄乾燥装置１１３は、洗浄用パレット１１４に載置されたノズルＮを洗浄する。図５は、洗浄用パレット１１４がノズル洗浄乾燥装置１１３から前方に引き出された位置に位置した状態を示しており、洗浄用パレット１１４が図示しないパレット移動装置によってノズル洗浄乾燥装置１１３内まで後退させられて、洗浄，乾燥が行われる。ちなみに、洗浄は、洗浄水のノズルＮへの噴射によって行われ、乾燥は、温風エアブローによって行われる。なお、洗浄用パレット１１４とパレットＮＰ若しくはトレイＮＴとの間のノズルＮの移載は、先に説明したノズル移載装置１０６によって行われる。

検査部８６は、移載ヘッド１０８によって保持されたノズルＮを下方から撮像する検査用カメラ１１６と、上方から加わる荷重を測定する荷重測定器１１８と、移載ヘッド１０８によって保持されたノズルＮにエアを供給してそのエア流量を測定するエア供給・流量測定器１２０とを含んで構成される。検査用カメラ１１６によってノズルＮの先端部、すなわち、吸着管５２の曲り，欠損等の検査が、荷重測定器１１８によって、吸着管５２を後退させるのに必要な力の検査、すなわち、ノズルＮへの異物の噛込み，ノズルＮの破損等の検査が、エア供給・流量測定器１２０によって、ノズルＮの詰り等の検査が、それぞれ行われる。

［Ｃ］セッティング作業の複数のノズル管理機への振分
先に説明したように、電子回路製造ライン２８には、複数の装着機２０が存在しており、ある電子回路を製造する場合、つまり、１つの基板に複数の装着機２０の各々によって部品Ｐを装着する際、装着される部品Ｐが、それら複数の装着機２０に振り分けられる。つまり、部品装着作業が振り分けられて、いずれの装着機１２がどのような部品Ｓを何個装着するかが決定され、電子回路製造ライン２８によるその電子回路についての装着作業データが作成される。この振分および装着作業データの作成は、図１に示す生産管理機１３０（コンピュータである）によって行われる。そして、生産管理機１３０は、その装着作業データに基づいて、下記の表に模式的に示す使用ノズル関連データを作成する。使用ノズル関連データは、端的に言えば、装着機２０ごとに、どの種類の装着ヘッド３４を取り付け、その装着ヘッド３４にどの種類のノズルＮをいくつ装着するかを示すデータである。

生産管理機１３０は、ＬＡＮ１３２を介して、管理システム１０の統括制御装置１４と通信可能に接続されている。使用ノズル関連データは、生産管理機１３０から統括制御装置１４に送られる。ちなみに、図１では、１つの電子回路製造ライン２８しか表してないが、当該事業所には、複数の電子回路製造ラインが存在し、それらのすべてを、当該管理システム１０が管理するようにされている。

管理機１２は、ノズルＮの収容数にも限界があり、また、例えば洗浄用パレット１１４の関係で、すべての種類のノズルＮを収容することができない。そこで、本管理システム１０では、当該事業所で使用されるノズルＮを、取り付けられる装着ヘッド３４の種類に関連付けて複数のグループに分け、各管理機１２は、それら複数のグループのいずれか１つに属するノズルＮのみを収容するようにされている。具体的には、例えば、３つの管理機１２を、管理機１２Ａ，管理機１２Ｂ，管理機１２Ｃと区別すれば、管理機１２Ａには、グループＡに属するノズルＮが、管理機１２Ｂには、グループＢに属するノズルＮが、管理機１２Ｃには、グループＣに属するノズルＮが、それぞれ収容されている。つまり、複数の管理機１２は、収容されるノズルＮの種類において互いに異なっているのである。ちなみに、いくつかの種類のノズルＮは、複数のグループに属するようにされており、同じ種類のノズルＮが、３つの管理機１２のうちの複数のものに収容されている。

ここで、言い換えれば、本管理システム１０は、複数の管理機１２のうちの１つが、自身の収容部８０に、ある装着ヘッド３４に保持可能な全ての種類のノズルＮを収容しているものの、別のある装着ヘッド３４に保持可能な全ての種類のノズルＮは収容しておらず、その一方で、複数の管理機１２のうちの別の１つが、別のある装着ヘッド３４に保持可能な全ての種類のノズルＮを収容しているものの、上記ある装着ヘッド３４に保持可能な全ての種類のノズルＮは収容していないように構成されているのである。

統括制御装置１４は、管理機１２Ａ，管理機１２Ｂ，管理機１２Ｃの各々が、どのクループのノズルＮを収容しているかを把握しており、上記使用ノズル関連データに基づいて、どの管理機１２が、どの装着機２０に対するノズルＮを、どのトレイＮＴにセッティングを行うかを決定する。具体的には、下記表のように決定される。

統括制御装置１４は、上記決定に基づいて、管理機１２Ａ，管理機１２Ｂ，管理機１２Ｃの各々に、その各々が行うセッティングに対する情報を送信する。この情報には、使用されるトレイＮＴの種類と、そのトレイＮＴに配置されるノズルＮの種類と、そのトレイＮＴが載置される装着機２０の番号とが含まれる。

管理機１２の各々のコントローラ８８は、自身のディスプレイ１３４（図４，図５参照）に、その各々のセッティング部８２のいずれのトレイステージ１０４にどの種類のトレイＮＴをセットすべきであるかを表示する。その表示を見た作業者は、その指示されたトレイＮＴを、その指示されたトレイステージ１０４にセットすることで、それら管理機１２の各々は、そのトレイＮＴに対して、適切なノズルＮのセッティング作業を自動で行うようにされているのである。

なお、詳しい説明は省略するが、管理機１２Ａ，管理機１２Ｂ，管理機１２Ｃのいずれかがセッティングを行っている場合には、そのいずれかに対しては、統括制御装置１４は、セッティングを行う旨の決定を行わないようにされている。

１０：ノズル管理システム １２：ノズル管理機 １４：統括制御装置 ２０：部品装着機 ２８：電子回路製造ライン ３４：装着ヘッド ６０：ノズルステーション ８０：収容部 ８２：セッティング部 ８４：洗浄部 ８６：検査部 ８８：コントローラ Ｓ：基板 Ｐ：部品 Ｎ：吸着ノズル ＮＴ：ノズルトレイ ＮＰ：ノズルパレット

Claims (6)

1. それぞれが吸着ノズルによって基板に部品を装着する複数の部品装着機の各々毎に、その各々が使用するいくつかの吸着ノズルをトレイにまとめて供給するためのノズル管理システムであって、
   それぞれが、吸着ノズルを収容する収容部と、その収容部に収容されている吸着ノズルをトレイにセッティングするセッティング部とを有し、前記収容部に収容可能な吸着ノズルの種類が互いに異なる複数のノズル管理機を備え、
   前記複数の部品装着機の各々が一時期において使用する吸着ノズルに関するデータである使用ノズル関連データに基づいて、その各々が使用する吸着ノズルを、前記複数のノズル管理機のいずれにおいてトレイにセッティングさせるかを決定するように構成され、
   前記複数のノズル管理機の各々が、自身のディスプレイに、自身のセッティング部の複数のトレイステージのいずれに、複数種類のトレイのうちのどの種類のトレイをセットすべきであるかを表示するように構成されたノズル管理システム。
2. 前記複数の部品装着機の各々が、ノズル保持部において吸着ノズルを保持するとともに、
   前記複数のノズル管理機のうちの１つが、自身の前記収容部に、あるノズル保持部に保持可能な全ての種類の吸着ノズルを収容しているものの、別のあるノズル保持部に保持可能な全ての種類の吸着ノズルは収容しておらず、その一方で、
   前記複数のノズル管理機のうちの別の１つが、前記別のあるノズル保持部に保持可能な全ての種類の吸着ノズルを収容しているものの、前記あるノズル保持部に保持可能な全ての種類の吸着ノズルは収容していないように構成された請求項１に記載のノズル管理システム。
3. １の基板に前記複数の部品装着機の各々によって部品を装着する際のその１の基板についての装着作業データに基づいて作成された前記使用ノズル関連データに基づいて、前記複数の部品装着機の各々が使用する吸着ノズルを、前記複数のノズル管理機のいずれにおいてトレイにセッティングさせるかを決定するように構成された請求項１または請求項２に記載のノズル管理システム。
4. 当該ノズル管理システムが、前記複数のノズル管理機を統括して制御する制御装置を備え、その制御装置が、前記複数の部品装着機の各々が使用する吸着ノズルを、前記複数のノズル管理機のいずれにおいてトレイにセッティングさせるかを決定するように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のノズル管理システム。
5. 前記複数のノズル管理機の各々が、前記収容部に収容される若しくは収容されている吸着ノズルに対して洗浄を行う洗浄部と検査を行う検査部との少なくとも一方を有する請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のノズル管理システム。
6. 前記複数のノズル管理機のいずれかのものがセッティングを行っている場合には、そのいずれかのものに対しては、セッティングをさせる旨の決定を行わないように構成された請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のノズル管理システム。

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