JP7270119B2

JP7270119B2 - 部品実装装置

Info

Publication number: JP7270119B2
Application number: JP2018110770A
Authority: JP
Inventors: 道明馬渡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2023-05-10
Anticipated expiration: 2038-06-11
Also published as: JP2019216129A

Description

本発明は、部品をノズルによって吸着して基板に装着する部品実装装置に関する。

基板に部品を実装する部品実装装置では、装着ヘッドによって部品供給部から部品を取り出して基板に装着する部品実装動作が反復して実行される。この部品実装動作においては、装着ヘッドに取り付けられたノズルによって部品を吸着して保持し、基板に対して部品を押圧することにより、保持した部品を実装位置に装着する（例えば特許文献１参照）。この特許文献例に示す先行技術では、部品を基板に押圧する実装荷重が小さい軽実装荷重の部品を装着対象に含めることが可能な構成が記載されている。一般に基板に実装される部品の実装荷重は部品の種類によって異なっており、これら実装荷重が異なる複数種類の部品を対象とする部品実装システムでは、異なる実装荷重に対応可能なように、対象荷重範囲が異なる複数種類のノズルが準備される。

そして他の従来技術例として、部品実装作業の実行の過程において部品実装装置に備えられた荷重計測部に装着ヘッドをアクセスさせ、ノズルの押し付け荷重をノズルごとに計測し、正しいノズルが使用されているか否かの判定を行うことが知られている。ここでは計測結果が予め当該ノズルが割り当てられた部品の実装荷重の範囲から外れていた場合には、当該ノズルを使用することができない「バッドノズル」と判定して、使用対象から除外するようにしている。

特開２００２－１５１８９３号公報

しかしながら上述の荷重計測を行う従来技術例には、荷重計測の目的および意味合いの相違に起因して、以下のような不都合があった。すなわち従来技術における荷重計測の目的は、ノズルの昇降を保持する摺動部の摺動状態が正常であるか否かを判定することにある。これにより、摺動不良により過大な荷重が部品に作用することによる実装品質の悪化を防止することができる。ところがこの運用例では、上述の判定の結果、当該ノズルを使用するかしないかの２択選択しか許容されない。このため、「バッドノズル」として使用しないと判定された場合には、このノズルは使用対象から除外される。この結果、他の部品に対しては問題なく使用できる可能性があるにもかかわらず使用可能なノズル数が減少し、動作タクトタイムを遅延させて生産性を低下させることとなっていた。このように、従来技術においては、適正なノズルを使用して実装品質を確保しつつ生産性の低下を防止することが困難であった。

そこで本発明は、適正なノズルを使用して実装品質を確保しつつ生産性の低下を防止することができる部品実装装置を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置は、部品を装着ヘッドに取り付けられたノズルで吸着し前記部品を下方に押し込むことによって基板に装着する部品実装装置において、前記部品が受ける押し込み荷重の下限値および上限値である第１の下限値および第１の上限値を記憶する部品情報記憶部と、複数のノズルが作用させる押し込み荷重を計測する荷重計測部と、前記荷重計測部によって計測された前記複数のノズルが作用させる押し込み荷重の下限値および上限値である第２の下限値および第２の上限値を記憶するノズル情報記憶部と、前記部品情報記憶部に記憶された第１の下限値および第１の上限値と前記ノズル情報記憶部に記憶された前記複数のノズルの第２の下限値および第２の上限値とに基づいて、前記第２の下限値が前記第１の下限値以上且つ前記第２の上限値が前記第１の上限値以下、又は前記第２の下限値が前記第１の上限値以下、又は前記第２の上限値が前記第１の下限値以上の条件を満たすノズルを選択することにより、前記複数のノズルのうち前記部品に割り当てられたノズルとは別のノズルを前記部品に割り当てる再割り当てを行うノズル割当部と、を備える。

本発明によれば、適正なノズルを使用して実装品質を確保しつつ生産性の低下を防止することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図本発明の一実施の形態の部品実装装置が備えた装着ヘッドの構成説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置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装置における荷重計測の説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるノズル情報および部品情報の説明図本発明の一実施の形態の部品実装装置におけるノズルの部品への割り当て処理のフロー図

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、部品実装装置１の全体構成について説明する。図１において、基台１ａの中央部には、基板搬送機構２がＸ方向（基板搬送方向）に設けられている。基板搬送機構２は上流側装置から受け渡された基板３をＸ方向下流側へ搬送し、部品装着機構１７（図３参照）による実装作業位置に位置決め保持する。

基板搬送機構２の両側方には、基板３に実装される部品を供給する部品供給部４が設けられている。部品供給部４には複数のテープフィーダ５が配置されており、テープフィーダ５は部品を収納保持したキャリアテープをピッチ送りすることにより、これらの部品を部品装着機構による部品取り出し位置に供給する。

基台１ａのＸ方向の一端部にはリニア駆動機構を備えたＹ軸移動テーブル７がＹ方向に水平に配設されている。Ｙ軸移動テーブル７には同様にリニア駆動機構を備えた２基のＸ軸移動テーブル８が、Ｙ方向にスライド自在に結合されている。Ｘ軸移動テーブル８には、複数のノズルユニット１０を備えた多連型の装着ヘッド９が、Ｘ方向にスライド自在に装着されている。

図２に示すように、装着ヘッド９が備えた複数のノズルユニット１０には、それぞれノズルホルダ１５が設けられている。ノズルホルダ１５の下端部には、ノズル１６が着脱自在に取り付けられる。ノズルユニット１０はノズルホルダ１５を個別に昇降させることが可能となっており、ノズルユニット１０を駆動してノズル１６を下降させることにより、ノズル１６に保持された部品は基板３に対して押し込まれる。

図１において、Ｙ軸移動テーブル７およびＸ軸移動テーブル８を駆動することにより、装着ヘッド９はＸ方向及びＹ方向に水平移動する。これにより装着ヘッド９は、ノズル１６によって部品供給部４のテープフィーダ５から部品を吸着して取り出す。そして基板３に移動した装着ヘッド９が部品を下方に押し込むことにより、基板搬送機構２に位置決め保持された基板３に部品を装着する。Ｙ軸移動テーブル７、Ｘ軸移動テーブル８および装着ヘッド９は、基板３に部品を装着する部品装着機構１７を構成する。

Ｘ軸移動テーブル８の下面側には、装着ヘッド９と一体的に移動する基板認識カメラ１１が配置されている。装着ヘッド９が基板搬送機構２の基板３上に移動することにより、基板認識カメラ１１は基板３を撮像する。また部品供給部４と基板搬送機構２との間には、部品認識カメラ１２、ノズルチェンジャ１３およびロードセルなどの荷重センサを備えた荷重計測ユニット１４が配置されている。

部品供給部４から部品を取り出した装着ヘッド９が部品認識カメラ１２の上方に位置することにより、部品認識カメラ１２は装着ヘッド９に保持された状態の部品を撮像する。そして基板認識カメラ１１の撮像結果を認識処理部（図示省略）によって認識処理することにより、基板３における部品実装位置が認識される。また部品認識カメラ１２の撮像結果を認識処理することにより、装着ヘッド９に保持された状態の部品の識別や位置ずれ検出が行われる。部品装着機構１７による部品装着動作においては、これらの認識結果を加味して装着位置が補正される。

荷重計測ユニット１４は、ロードセルなどの荷重計測センサである。ノズル１６が取り付けられた装着ヘッド９を荷重計測ユニット１４の上方に移動させ、ノズル１６を下降させて荷重計測ユニット１４に押し付けることにより、荷重計測ユニット１４はノズル１６の摺動荷重に応じた計測信号を出力する。この計測信号を荷重計測処理部２６（図３参照）によって計測処理をすることにより、ノズル１６による部品の押し込み荷重を計測することができる。

部品装着機構１７による部品装着動作において良好な装着品質を確保するためには、ノズル１６による押し込み荷重を部品の特性に応じた適正値に設定する必要がある。このため、装着対象の部品に対して適正な押し込み荷重を有するノズル１６を割り当てるノズル割り当てが行われる。このノズル割り当てにおいては、生産の実行に先立って作成される生産データにて、部品とノズル１６との組み合わせを示すノズル割り当てデータが作成される。そして部品装着作業に際しては、このノズル割り当てデータにしたがって部品装着作業が実行される。

しかしながら、ノズル１６の作動状態において摺動荷重は必ずしも一定ではなく、使用による汚損などによって摺動荷重の変動が生じやすいという特性を有している。このように摺動不良の状態で部品装着動作を実行すると、押し込み荷重を部品に適合した適正な荷重値に制御することができず、装着品質の不良を招く原因となる。

このような装着品質の不良を防止することを目的として、本実施の形態では、新たな生産の開始に際し、装着ヘッド９に取り付けられた全てのノズル１６について、荷重計測ユニット１４を用いた摺動荷重の計測を実行することにより、ノズル１６の摺動不良に起因する装着品質の不良を防止するようにしている。すなわち摺動荷重の計測の結果により、部品に設定された荷重閾値から外れていた場合には、ノズル１６の部品に対する再割り当てを実行する。これにより、部品の押し込み荷重を適正に制御するとともに、摺動荷重が適正値から外れていることに起因して生産に使用されずに遊休状態となる、いわゆる「バッドノズル」の発生を極力防止することができる。

次に部品実装装置１の制御系の構成を図３を参照して説明する。図３において、部品実装装置１は、実装制御部２０、記憶部２１、荷重計測処理部２６、ノズル割当部２７、操作・入力部２８、表示部２９を備えている。実装制御部２０は、記憶部２１に記憶されたデータに基づいて部品装着機構１７を制御することにより、基板３へ部品を装着する部品装着作業を実行させる。記憶部２１には、設備構成情報２２、生産データ２３、部品情報２４、ノズル情報２５が、外部の上位装置から入力されて記憶されている。

設備構成情報２２は、部品実装装置１における設備構成を示す情報であり、本実施の形態においては当該装置における荷重計測ユニット１４の有無を特定する情報が含まれている（図４参照）。生産データ２３は、生産対象となる実装基板の生産に必要な基板や部品に関する情報である。生産データ２３には、部品実装装置１によって装着される部品に関する部品情報２４が含まれている。

部品情報２４には当該部品が受ける押し込み荷重の荷重範囲に関する情報が含まれており（図５（ｂ）参照）、ここでは部品が受ける押し込み荷重の下限値および上限値である第１の下限値２４ａおよび第１の上限値２４ｂが記憶されている。すなわち、記憶部２１は上述の部品情報２４を記憶する部品情報記憶部となっている。本実施の形態では、さらに部品情報２４には部品とノズル１６との組み合わせを特定するノズル割り当てデータが含まれる。

ノズル情報２５は、装着ヘッド９に取り付けられるノズル１６に関する情報であり、ノズル情報２５にはノズル１６が作用させる押し込み荷重の荷重範囲に関する情報が含まれている（図４（ａ）参照）。ここでは、複数のノズル１６が作用させる押し込み荷重の下限値および上限値である第２の下限値２５ａおよび第２の上限値２５ｂを記憶する。すなわち記憶部２１は、上述のノズル情報２５を記憶するノズル情報記憶部となっている。

荷重計測ユニット１４は、ロードセルなどの荷重計測センサである。図４に示すように、複数のノズル１６が取り付けられた装着ヘッド９を荷重計測ユニット１４の上方に移動させ、計測対象のノズル１６＊を順次下降させて荷重計測ユニット１４に押し付けることにより、荷重計測ユニット１４はノズル１６の摺動荷重に応じた計測信号を出力する。この計測信号を荷重計測処理部２６（図３参照）によって計測処理をすることにより、ノズル１６による部品の押し込み荷重を複数のノズル１６毎に計測することができる。荷重計測ユニット１４および荷重計測処理部２６は、ノズル１６が作用させる押し込み荷重を計測する荷重計測部を構成する。

ノズル割当部２７は、ノズル１６の部品への割り当てを変更するノズル再割り当ての機能を有している。本実施の形態では、上述の荷重計測部によって計測された押し込み荷重が、部品情報２４にて規定される荷重範囲を外れている場合、すなわちノズル１６の部品への前記第１の下限値２４ａよりも小さい若しくは第１の上限値２４ｂよりも大きい場合には、既に取り付けられているノズル１６とは別のノズル１６を当該部品に割り当てるノズル再割り当てを行う。

操作・入力部２８は、タッチパネルなどの入力装置であり、当該部品実装装置への操作入力やデータ入力を行う。表示部２９は、液晶パネルなどの表示装置であり、操作・入力部２８による操作入力時の案内画面や各種の報知画面を表示する。この報知画面には、適切なノズル再割り当てができずに生産不可を報知する画面が含まれる（図６参照）。

ここで図５を参照して、記憶部２１に記憶されるノズル情報２５および部品情報２４について説明する。なお部品情報２４についての説明では、ノズル情報２５および部品情報２４に基づいて、ノズル割当部２７によって実行されるノズル割り当ての実行形態を、「ノズル選択肢」２４ｄにて例示している。

図５（ａ）は、ノズル情報２５の構成を示している。ここでは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４種類のノズル１６について、「第２の下限値」２５ａ、「第２の上限値」２５ｂが規定されている。なお、以下の記述においては、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示されるノズル１６を、単にノズルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと略記する。

「第２の下限値」２５ａ、「第２の上限値」２５ｂは、図３において記憶部２１に記憶される「第２の下限値」２５ａ、「第２の上限値」２５ｂに対応しており、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれについて１対で設定されている。すなわち、ノズルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれは、（０．５～３Ｎ）、（１～３Ｎ）、（０．５～５Ｎ）、（５～１００Ｎ）の荷重範囲で押し込み荷重を作用させて使用することが許容されている。

図５（ｂ）は、部品情報２４の構成を示している。ここでは、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの５種類の部品について、「荷重設定」２４ｃ、「第１の下限値」２４ａ、「第１の上限値」２４ｂが規定されている。なお「ノズル選択肢」２４ｄは、これらの部品に対して図５（ａ）に示すノズル１６を割り当てる場合に許容されるノズル選択肢の例を示している。

「荷重設定」２５ｃは、部品サプライヤによって推奨的に指定される押し込み荷重である。ここに示す例では、汎用部品である部品ａ以外のｂ、ｃ、ｄ、ｅのそれぞれについて、１Ｎ、１Ｎ、８Ｎ、５０Ｎの固定値が設定されている。

「第１の下限値」２４ａ、「第１の上限値」２４ｂは、図３において記憶部２１に記憶される「第１の下限値」２４ａ、「第１の上限値」２４ｂに対応しており、ｂ、ｃ、ｄ、ｅのそれぞれについて１対で設定されている。すなわち、ｂ、ｃ、ｄ、ｅで示される部品のそれぞれは、（０．５～１Ｎ）、（１～３Ｎ）、（３～１０Ｎ）、（５０～１００Ｎ）の荷重範囲で押し込み荷重を受けることが許容されている。

ノズル１６の部品への再割り当てに際しては、ノズル割当部２７は、前述の部品情報記憶部に記憶された第１の下限値２４ａおよび第１の上限値２４ｂと、前述のノズル情報記憶部に記憶された複数のノズル１６の第２の下限値２５ａおよび第２の上限値２５ｂとに基づいて、複数のノズル１６のうち部品に対して使用可能なノズル１６を選択して部品に割り当てる機能を有している。

ここで図５（ｂ）の「ノズル選択肢」２４ｄに示すノズル選択の実行形態について説明する。部品ａについては、「荷重設定」２４ｃにて荷重設定がないことから、ノズル情報２５にて示す全てのノズル１６、すなわちノズルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのいずれをも部品ａに割り当てることが許容される。

また部品ｂでは、荷重範囲が（０．５～１Ｎ）であり、ノズルＣの荷重範囲（０．５～５Ｎ）と部分的に重なる範囲が存在する。これにより、部品ｂについてのノズル選択肢としてノズルＣが挙げられる。また部品ｃでは、荷重範囲が（１～３Ｎ）であり、ノズルＢの荷重範囲（１～３Ｎ）と完全に重なっており、またノズルＣの荷重範囲（０．５～５Ｎ）とは部分的に重なる範囲が存在する。これにより、部品ｃについてのノズル選択肢としてノズルＢ、Ｃが挙げられる。

また部品ｄでは、荷重範囲が（３～１０Ｎ）であり、ノズルＣの荷重範囲（０．５～５Ｎ）と部分的に重なる範囲が存在し、またノズルＤの荷重範囲（５～１００Ｎ）とも部分的に重なる範囲が存在する。これにより、部品ｄについてのノズル選択肢としてノズルＣ、Ｄが挙げられる。さらに部品ｅでは、荷重範囲が（５０～１００Ｎ）であり、ノズルＤの荷重範囲（５～１００Ｎ）とは部分的に重なる範囲が存在する。これにより、部品ｅについてのノズル選択肢としてノズルＤが挙げられる。

上述のノズル選択の実行形態において、部品ｃに対してノズルＢを割り当てる例では、部品ｃについての荷重範囲がノズルＢについての荷重範囲に完全に含まれる形態となっている。すなわちこの形態では、ノズル割当部２７は、第２の下限値２５ａが第１の下限値２４ａ以上且つ第２の上限値２５ｂが第１の上限値２４ｂ以下の条件を満たすノズル１６を選択するようになっている。

なおノズル選択においては、部品についての荷重範囲がノズルについての荷重範囲に含まれることが望ましいが、常にこのような割り当てが可能であるとは限らない。このような場合には、部品についての荷重範囲とノズルについての荷重範囲に重なる範囲が存在するような組合わせで部品にノズルを割り当てるようにする。

例えば図５（ｂ）に示すノズル選択肢の例では、部品ｂに対してノズルＣを割り当てる例、部品ｄに対してノズルＣ，Ｄを割り当てる例、また部品ｅに対してノズルＤを割り当てる例においては、部品についての荷重範囲とノズルについての荷重範囲とは部分的に重なる形態となっている。すなわちこれらの形態では、ノズル割当部２７は、第２の下限値２５ａが第１の上限値２４ｂ以下又は第２の上限値２５ｂが第１の下限値２４ａ以上の条件を満たすノズル１６を選択するようになっている。

次に図６を参照して、部品実装装置１におけるノズル１６の部品への再割り当て処理について説明する。先ず対象基板の生産データを取得する（ＳＴ１）。すなわち、記憶部２１に予め記憶された生産データ２３を読み出す。次いで生産データ２３を参照して、装着対象の部品に押し込み荷重の設定があるか否かを判断する（ＳＴ２）。ここで押し込み荷重の設定がない場合には、以下の処理は不要であると判断してスキップする。

次に対象となる部品実装ラインの設備構成情報を取得する（ＳＴ３）。すなわち、同様に記憶部２１に予め記憶された設備構成情報２２を読み出して参照し、当該装置には荷重計測ユニット１４はあるか否かを判断する（ＳＴ４）。当該装置に荷重計測ユニット１４がある場合には、ノズル１６による押し込み荷重の計測を全てのノズル１６を対象として実施する（ＳＴ５）。

そして対象部品の荷重閾値に計測結果が収まらないノズルがあるか否かを判断する（ＳＴ６）。ここで該当するノズルがある場合には、このノズルに代替可能なノズルが存在するか否かを判断する。すなわち、対象部品の荷重閾値に計測結果が収まる別のノズルがあるか否かを判断する（ＳＴ７）。ここで該当するノズルがある場合には、対象部品の荷重閾値の範囲に収まるようにノズルの再割り当てをノズル割当部２７によって実施する（ＳＴ９）。

（ＳＴ７）にて該当する別のノズルがない場合には、生産対象となる基板の当該装置での生産が不可である旨を、表示部２９を介して作業者に報知する（ＳＴ８）。そして（ＳＴ２）、（ＳＴ４）、（ＳＴ６）にて該当しない場合には、いずれの場合にも再割り当て無しと判断し（ＳＴ１０）、当初の割り当てに基づいて部品装着作業を実行する。

上記説明したように、本実施の形態では、部品を装着ヘッド９に取り付けられたノズル１６で吸着し部品を下方に押し込むことによって基板３に装着する部品実装装置１において、部品が受ける押し込み荷重の下限値および上限値である第１の下限値２４ａおよび第１の上限値２４ｂを記憶する部品情報記憶部としての記憶部２１と、ノズル１６が作用させる押し込み荷重を計測する荷重計測ユニット１４および荷重計測処理部２６よりなる荷重計測部と、この荷重計測部によって計測された押し込み荷重が第１の下限値２４ａよりも小さい若しくは第１の上限値２４ｂよりも大きい場合に、既に取り付けられているノズル１６とは別のノズル１６を部品に割り当てるノズル割当部２７とを備えた構成としている。

これにより、当初のノズル振り分けによるノズル１６と部品との組み合わせにおいて適正な荷重範囲から外れて「バッドノズル」と判定されたノズル１６をも含めて再振り分けの対象とする運用が可能となる。この結果、使用可能なノズル数を極力確保することができ、適正なノズルを使用して実装品質を確保しつつ生産性の低下を防止することができる。

本発明の部品実装装置は、適正なノズルを使用して実装品質を確保しつつ生産性の低下を防止することができるという効果を有し、部品をノズルによって吸着して基板に装着する分野において有用である。

１部品実装装置
３基板
９装着ヘッド
１４荷重計測ユニット
１６ノズル

Claims

部品を装着ヘッドに取り付けられたノズルで吸着し前記部品を下方に押し込むことによって基板に装着する部品実装装置において、
前記部品が受ける押し込み荷重の下限値および上限値である第１の下限値および第１の上限値を記憶する部品情報記憶部と、
複数のノズルが作用させる押し込み荷重を計測する荷重計測部と、
前記荷重計測部によって計測された前記複数のノズルが作用させる押し込み荷重の下限値および上限値である第２の下限値および第２の上限値を記憶するノズル情報記憶部と、
前記部品情報記憶部に記憶された第１の下限値および第１の上限値と前記ノズル情報記憶部に記憶された前記複数のノズルの第２の下限値および第２の上限値とに基づいて、前記第２の下限値が前記第１の下限値以上且つ前記第２の上限値が前記第１の上限値以下、又は前記第２の下限値が前記第１の上限値以下、又は前記第２の上限値が前記第１の下限値以上の条件を満たすノズルを選択することにより、前記複数のノズルのうち前記部品に割り当てられたノズルとは別のノズルを前記部品に割り当てる再割り当てを行うノズル割当部と、を備える、部品実装装置。