JP7113983B2 - 生産ラインの自動交換システム - Google Patents

Description

本明細書は、複数台の機械を配列して構成した生産ラインの前面に沿って移動する自動交換装置を備えた生産ラインの自動交換システムに関する技術を開示したものである。

近年、例えば部品実装ラインにおいては、特許文献１（国際公開ＷＯ２０１９／０８７３９２号公報）に記載されているように、複数台の部品実装機を配列して構成した部品実装ラインの前面に沿ってフィーダ自動交換装置を移動可能に設け、このフィーダ自動交換装置が複数台の部品実装機のうちの指示された部品実装機の前面側へ移動して、当該部品実装機に対してフィーダを自動交換するようにしたものがある。

このようなフィーダ自動交換装置を備えた部品実装ラインにおいても、部品実装ラインの稼働中にいずれかの部品実装機でエラー等が発生した場合には、作業者が当該部品実装機の前面側へ行って点検や調整等の作業を行う場合がある。また、部品実装ラインの上流側に隣接して前工程の装置（例えば半田印刷装置、コンベア等）が設置されていたり、部品実装ラインの下流側に隣接して後工程の装置（例えばリフロー炉、検査装置等）が設置されている場合には、部品実装ラインの稼働中に作業者が前工程の装置や後工程の装置の前面側へ行って作業を行う場合がある。

そこで、安全対策のために、フィーダ自動交換装置には、その周辺に設定した安全エリア内に人や障害物が入っていないか否かを監視する周辺監視装置が設けられ、この周辺監視装置がフィーダ自動交換装置周辺の安全エリア内で人や障害物を検出したときにフィーダ自動交換装置の動作を非常停止させるようにしている。

国際公開ＷＯ２０１９／０８７３９２号公報

ところで、フィーダ自動交換装置は、複数台の部品実装機に対してフィーダを自動交換する３次元方向の動作を行うため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を持つ産業用ロボットとして構成されている。そのため、フィーダ自動交換装置周辺の安全エリアも産業用ロボットとしての安全エリアが設定されている。産業用ロボットとしての安全エリアは大きいため、部品実装ラインの稼働中に作業者が部品実装ラインのいずれかの部品実装機の前面側で作業したり、前工程や後工程の装置の前面側で作業していると、移動するフィーダ自動交換装置周辺の大きな安全エリア内に作業者が不用意に入ってフィーダ自動交換装置の動作を非常停止させてしまうことがある。特に、前工程や後工程の装置は、フィーダ自動交換装置が移動する範囲の外側に設置されているため、前工程や後工程の装置の前面側で作業する作業者は、移動するフィーダ自動交換装置と衝突する危険性がないと思って油断し勝ちである。しかし、フィーダ自動交換装置周辺の安全エリアは大きいため、前工程や後工程の装置の前面側で作業する作業者が、移動するフィーダ自動交換装置周辺の安全エリア内に入ってしまい、フィーダ自動交換装置の動作を非常停止させてしまうことがある。

以上説明した課題は、フィーダ自動交換ロボットを備えた部品実装ラインに限らず、複数台の機械を配列して構成した生産ラインの前面に沿って移動する自動交換ロボットを備えた様々な生産ラインに共通する課題である。

上記課題を解決するために、複数台の機械を配列して構成した生産ラインの前面に沿って左右方向であるＸ方向に移動する自動交換装置を備え、前記自動交換装置は、前記複数台の機械のうちの指示された機械の前面側へ移動して当該機械に対して自動交換動作を行う生産ラインの自動交換システムにおいて、前記自動交換装置の周辺に設定された安全エリアを監視して前記安全エリア内で人や障害物を検出したときに前記自動交換装置の動作を非常停止させる周辺監視装置と、前記自動交換装置の移動中に警報音を鳴らして前記自動交換装置が移動中であることを知らせる警報装置とを備え、前記周辺監視装置は、前記自動交換装置の移動中には、前記安全エリアの範囲を前記自動交換動作中の前記安全エリアの範囲よりも小さくするように切り替えることを特徴とするものである。

この場合、自動交換装置の移動中は生産ラインの各機械に対する自動交換動作を行わず、左右方向に移動するだけである。この点に着目して、自動交換装置の移動中には、警報装置によって警報音を鳴らしながら移動することで、移動中の自動交換装置は、産業用ロボットではなく、無人搬送車としてみなすことができる。これにより、自動交換装置の移動中の安全エリアの範囲を、自動交換動作中の安全エリアの範囲（産業用ロボットとしての安全エリアの範囲）よりも小さくして、無人搬送車と同様の小さい安全エリアの範囲に設定することができる。これにより、生産ラインの稼働中に生産ラインの前面側や前工程や後工程の装置の前面側で作業する作業者が、移動する自動交換装置周辺の安全エリア内に入る可能性を低減でき、自動交換装置の動作が非常停止する可能性を低減できる。

図１は一実施例における部品実装ライン全体の構成を示す斜視図である。 図２はフィーダ自動交換装置と部品実装機の構成を概略的に示す斜視図である。 図３はフィーダ自動交換装置付きの部品実装ラインの制御系の構成を概略的に示すブロック図である。 図４はフィーダ自動交換装置の自動交換動作中の安全エリアの範囲を示す部品実装ラインの平面図である。 図５はフィーダ自動交換装置の移動中の安全エリアの範囲を示す部品実装ラインの平面図である。

以下、本発明をフィーダ自動交換装置２６を備えた部品実装ライン１０に適用して具体化した一実施例を説明する。

まず、図１乃至図５を用いて部品実装ライン１０の構成を説明する。
図１に示すように、部品実装ライン１０（生産ライン）は、回路基板１１の搬送方向（Ｘ方向）に沿って複数台の部品実装機１２（機械）を１列に配列して構成され、該部品実装ライン１０の上流側には、カセット式のフィーダ１４を保管するフィーダ保管装置１９が設置されている。尚、図４及び図５に示すように、部品実装ライン１０の上流側に隣接して前工程の装置３１（例えば半田印刷機、コンベア等）が設置されていると共に、部品実装ライン１０の下流側に隣接して後工程の装置３２（例えばリフロー炉、検査装置等）が設置されている。

図２に示すように、各部品実装機１２には、回路基板１１を搬送する２本のコンベア１３と、複数のカセット式のフィーダ１４を交換可能にセットするフィーダセット台２４（図１参照）と、このフィーダセット台２４にセットしたカセット式のフィーダ１４から供給される部品を吸着して回路基板１１に実装する吸着ノズル（図示せず）を保持する実装ヘッド１５と、この実装ヘッド１５をＸＹ方向（左右前後方向）に移動させるヘッド移動装置１６と、吸着ノズルに吸着した部品をその下方から撮像する部品撮像用カメラ１７（図３参照）等が設けられている。ヘッド移動装置１６には、回路基板１１の基準マーク（図示せず）を撮像するマーク撮像用カメラ１８（図３参照）が実装ヘッド１５と一体的にＸＹ方向に移動するように取り付けられている。

その他、図３に示すように、部品実装機１２の制御装置２０には、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置２１と、制御用の各種プログラムや各種データ等を記憶するＨＤＤ、ＳＳＤ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置２２と、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ等の表示装置２３等が設けられている。各部品実装機１２の制御装置２０は、部品実装ライン１０全体の生産を管理する生産管理コンピュータ７０（生産管理装置）とネットワークで接続され、該生産管理コンピュータ７０によって部品実装ライン１０の各部品実装機１２の生産が管理される。

部品実装ライン１０の各部品実装機１２は、上流側の部品実装機１２から搬送されてくる回路基板１１をコンベア１３によって所定位置まで搬送してクランプ機構（図示せず）で該回路基板１１をクランプして、該回路基板１１の基準マークをマーク撮像用カメラ１８で撮像して該基準マークの位置（該回路基板１１の基準位置）を認識すると共に、各フィーダ１４から供給される部品を、実装ヘッド１５の吸着ノズルで吸着して、その吸着位置から撮像位置へ移動させて、該部品をその下面側から部品撮像用カメラ１７で撮像して該部品の吸着位置ずれ量等を判定した後、その吸着位置ずれ量を補正するように実装ヘッド１５を移動させて該部品をコンベア１３上の回路基板１１の所定位置に実装して部品実装基板を生産する。

図１に示すように、部品実装ライン１０の前面側には、各部品実装機１２のフィーダセット台２４へのフィーダ１４のセット及び／又は取り外し（以下「自動交換」という）を行うフィーダ自動交換装置２６（自動交換装置）が設置されている。各部品実装機１２のフィーダセット台２４の下方には、当該フィーダセット台２４にセットする複数のフィーダ１４を収納するストック部７１が設けられている。

生産管理コンピュータ７０は、部品実装ライン１０の各部品実装機１２の生産（フィーダ１４の配置や部品切れ等）を管理して、いずれかの部品実装機１２でフィーダ１４の自動交換が必要になったときに、フィーダ自動交換装置２６の制御装置９０に対してフィーダ１４の自動交換が必要な部品実装機１２を指示し、フィーダ自動交換装置２６が指示された部品実装機１２の前面側へ移動して当該部品実装機１２のフィーダセット台２４から交換対象のフィーダ１４を取り出してストック部７１に回収すると共に、ストック部７１から必要なフィーダ１４を取り出して当該フィーダセット台２４にセットするようにしている。尚、フィーダ自動交換装置２６は、自動交換指示に応じて、フィーダセット台２４から取り出したフィーダ１４をストック部７１に回収するだけの作業を行う場合もあり、その反対に、ストック部７１から取り出したフィーダ１４をフィーダセット台２４の空きスロットにセットするだけの作業を行う場合もある。

部品実装ライン１０の前面側には、フィーダ自動交換装置２６を部品実装機１２の配列に沿ってＸ方向（左右方向）に移動させるガイドレール７５が部品実装ライン１０全体にＸ方向に延びるように設けられている。ガイドレール７５の上流側は、フィーダ保管装置１９まで延長され、フィーダ自動交換装置２６がフィーダ保管装置１９の前面側へ移動して、フィーダ自動交換装置２６がフィーダ保管装置１９から自動交換に必要なフィーダ１４を取り出したり、使用済みのフィーダ１４をフィーダ保管装置１９内に戻すようにしている。フィーダ自動交換装置２６は、前面、左右側面及び上面が防護カバー２７で覆われ、フィーダ自動交換装置２６の可動部分が作業者側（前方、左右方向及び上方）に露出しないようになっている。

フィーダ自動交換装置２６には、部品実装ライン１０に対するフィーダ自動交換装置２６の位置を検出する位置検出装置３４（図３参照）が設けられている。フィーダ自動交換装置２６の制御装置９０は、生産管理コンピュータ７０によっていずれかの部品実装機１２のフィーダ１４の自動交換が指示されたときに、位置検出装置３４の検出信号によりフィーダ自動交換装置２６の位置を検出しながらフィーダ１４の自動交換が指示された部品実装機１２の前面側へ移動してフィーダ１４の自動交換を行う動作を行うようになっている。フィーダ自動交換装置２６は、複数台の部品実装機１２に対してフィーダ１４を自動交換する３次元方向の動作を行うため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を持つ産業用ロボットとして構成されている。この場合、フィーダ自動交換装置２６は、自動交換動作中には少なくとも前後方向の動作であるＹ軸動作と上下方向の動作であるＺ軸動作を行うロボットとして動作し、移動中には少なくともＹ軸動作を停止して後述する警報装置９１が警報音を鳴らして左右方向に移動することで無人搬送車として動作する。この際、警報音と共に警報ライトを点滅させて、作業者の聴覚と視覚の両方で確実に警報を気付かせるようにしても良い。

尚、フィーダ自動交換装置２６は、フィーダ１４の自動交換の他に、図示はしないが、交換用の吸着ノズルを収容したカセット式のノズル交換ユニットや、キャリブレーション用部品を供給するカセット式のキャリブレーション用部品供給ユニット等についてもフィーダセット台２４に対して自動交換できるようにしても良い。

また、フィーダ自動交換装置２６には、当該フィーダ自動交換装置２６の周辺に設定した安全エリアを監視する周辺監視装置８０が設けられている。後述するように、本実施例では、フィーダ自動交換装置２６の移動中と自動交換動作中とで安全エリアの範囲を切り替えて、移動中の安全エリアの範囲（図５参照）を自動交換動作中の安全エリアの範囲（図４参照）よりも小さくするようにしている。

この周辺監視装置８０は、フィーダ自動交換装置２６の前面下部の左右両角部に設置された２つのセーフティレーザスキャナ８２，８３により構成されている。各セーフティレーザスキャナ８２，８３は、安全エリアに照射するレーザ光の照射角度を変化させて安全エリア内をレーザ光でスキャンし、検出対象に当たって反射したレーザ光を受光することで、安全エリア内に侵入した検出対象を検出する安全センサである。安全エリアは、このエリア内に人や障害物が侵入してきたときに、それらとフィーダ自動交換装置２６との衝突を回避するためにフィーダ自動交換装置２６の駆動系の電源である動力電源を遮断してフィーダ自動交換装置２６の動作を非常停止させるエリアである。

本実施例では、フィーダ自動交換装置２６の移動中と自動交換動作中とで安全エリアの範囲を切り替えて、移動中の安全エリアの範囲（図５参照）を自動交換動作中の安全エリアの範囲（図４参照）よりも小さくするようにしている。図５に示すように、フィーダ自動交換装置２６の移動中の安全エリアは、フィーダ自動交換装置２６の移動方向（Ｘ方向とその反対方向）である左右方向のみを監視するように設定され、図４に示すように、自動交換動作中の安全エリアは、フィーダ自動交換装置２６の左右方向及び前方を監視するように設定されている。

セーフティレーザスキャナ８２，８３のいずれかが安全エリア内への人や障害物の侵入を検出するとフィーダ自動交換装置２６の動力電源が遮断されるが、この動力電源の遮断中も、周辺監視装置８０及びフィーダ自動交換装置２６の制御系の電源である制御電源が維持され、周辺監視装置８０が安全エリア内への人や障害物の侵入の有無を監視して、安全エリア内に侵入した人や障害物が安全エリアから出ていったときに、フィーダ自動交換装置２６の動力電源を復帰させてフィーダ自動交換装置２６の動作を再開できるようになっている。

更に、本実施例では、フィーダ自動交換装置２６には、フィーダ自動交換装置２６の移動中に警報音を鳴らしてフィーダ自動交換装置２６が移動中であることを作業者に知らせる警報装置９１が設けられている。この警報装置９１は、警報音のみでも良いが、警報音と共に警報ライトを点滅させて、作業者の聴覚と視覚の両方で確実に警報を気付かせるようにしても良い。

前述したように、フィーダ自動交換装置２６は、複数台の部品実装機１２に対してフィーダ１４を自動交換する３次元方向の動作を行うため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を持つ産業用ロボットとして構成されている。しかし、フィーダ自動交換装置２６の移動中は各部品実装機１２に対する自動交換動作を行わず、左右方向に移動するだけである。

この点に着目して、本実施例では、フィーダ自動交換装置２６の移動中には、警報装置９１によって警報音を鳴らしながら移動することで、移動中のフィーダ自動交換装置２６は、産業用ロボットではなく、無人搬送車としてみなすことができるようにしている。これにより、図５に示すフィーダ自動交換装置２６の移動中の安全エリアの範囲を、図４に示す自動交換動作中の安全エリアの範囲（産業用ロボットとしての安全エリアの範囲）よりも小さくして、無人搬送車と同様の小さい安全エリアの範囲に設定することができる。これにより、部品実装ライン１０の稼働中に部品実装ライン１０の前面側や前工程や後工程の装置３１，３２の前面側の作業エリアで作業する作業者が、移動するフィーダ自動交換装置２６周辺の安全エリア内に入る可能性を低減でき、フィーダ自動交換装置２６の動作が非常停止する可能性を低減できる。

尚、本実施例では、フィーダ自動交換装置２６の移動中の安全エリアは、自動交換動作中の安全エリアとはサイズと形状の両方が異なるが、安全エリアのサイズのみが異なり、形状が同じ形状（相似形）であっても良い。

また、フィーダ自動交換装置２６は、前面、左右側面及び上面が防護カバー２７で覆われ、フィーダ自動交換装置２６がＺ軸動作を行ってもフィーダ自動交換装置２６の可動部分が作業者側に露出しないため、フィーダ自動交換装置２６の移動中（Ｘ軸動作中）にＺ軸動作を行うようにしても良い。フィーダ自動交換装置２６の移動中には、Ｚ軸動作を行っても危険性はなく、産業用ロボットとしての安全エリアの範囲に切り替える必要はない。これに対し、フィーダ自動交換装置２６のＹ軸動作中は、フィーダ自動交換装置２６の後面開口部から可動部分の一部が後方（Ｙ方向）に突出するため、フィーダ自動交換装置２６のＹ軸動作を行うときには（つまり自動交換動作を行うときには）、産業用ロボットとしての安全エリアの範囲に切り替える必要がある。

また、警報装置９１の設置場所はフィーダ自動交換ロボット２６に限定されず、部品実装ライン１０側に警報装置９１を設置しても良い。部品実装ライン１０側に警報装置９１を設置する場合には、フィーダ自動交換ロボット２６の警報用として新たな警報装置を設置しても良いし、部品実装ライン１０側に設置されている既存の警報装置を兼用するようにしても良い。

また、本実施例は、本発明をフィーダ自動交換ロボット２６を備えた部品実装ライン１０に適用した実施例であるが、これに限定されず、複数台の機械を配列して構成した生産ラインの前面に沿って移動する自動交換ロボットを備えた様々な生産ラインに適用して実施することができる。

その他、本発明は、上記実施例の構成に限定されず、例えば、部品実装ライン１０の構成を適宜変更したり、部品実装機１２の構成を適宜変更したり、フィーダ自動交換ロボット２６の構成を適宜変更して実施しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは勿論である。

１０…部品実装ライン（生産ライン）、１１…回路基板、１２…部品実装機（機械）、１４…カセット式のフィーダ、１５…実装ヘッド、２０…部品実装機の制御装置、２４…フィーダセット台、２６…フィーダ自動交換装置（自動交換装置）、２７…防護カバー、３１…前工程の装置、３２…後工程の装置、７０…生産管理コンピュータ（生産管理装置）、８０…周辺監視装置、８２，８３…セーフティレーザスキャナ、９０…フィーダ自動交換ロボットの制御装置、９１…警報装置

Claims (6)

1. 複数台の機械を配列して構成した生産ラインの前面に沿って左右方向であるＸ方向に移動する自動交換装置を備え、前記自動交換装置は、前記複数台の機械のうちの指示された機械の前面側へ移動して当該機械に対して自動交換動作を行う生産ラインの自動交換システムにおいて、
   前記自動交換装置の周辺に設定された安全エリアを監視して前記安全エリア内で人や障害物を検出したときに前記自動交換装置の動作を非常停止させる周辺監視装置と、
   前記自動交換装置の移動中に警報音を鳴らして前記自動交換装置が移動中であることを知らせる警報装置とを備え、
   前記周辺監視装置は、前記自動交換装置の移動中には、前記安全エリアの範囲を前記自動交換動作中の前記安全エリアの範囲よりも小さくするように切り替える、生産ラインの自動交換システム。
2. 前記自動交換装置の移動中の前記安全エリアは、前記自動交換装置の移動方向である左右方向のみを監視するように設定され、
   前記自動交換動作中の前記安全エリアは、前記自動交換装置の左右方向及び前方を監視するように設定される、請求項１に記載の生産ラインの自動交換システム。
3. 前記自動交換装置は、前記自動交換動作中には少なくとも前後方向の動作であるＹ軸動作と上下方向の動作であるＺ軸動作を行うロボットとして動作し、前記移動中には少なくとも前記Ｙ軸動作を停止して前記警報装置が警報音を鳴らして左右方向に移動することで無人搬送車として動作する、請求項１又は２に記載の生産ラインの自動交換システム。
4. 前記自動交換装置は、前面、左右側面及び上面が防護カバーで覆われている、請求項１乃至３のいずれかに記載の生産ラインの自動交換システム。
5. 前記生産ラインの上流側に隣接して前工程の装置が設置され、
   前記生産ラインの下流側に隣接して後工程の装置が設置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の生産ラインの自動交換システム。
6. 前記生産ラインは、前記複数台の機械である複数台の部品実装機を配列して構成され、
   前記自動交換装置は、前記複数台の部品実装機のうちの指示された部品実装機の前面側へ移動して当該部品実装機に対してフィーダを自動交換する、請求項１乃至５のいずれかに記載の生産ラインの自動交換システム。

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