JPWO2015145720A1

JPWO2015145720A1 - 部品実装装置

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Publication number: JPWO2015145720A1
Application number: JP2016509819A
Authority: JP
Inventors: 茂人大山; 淳飯阪
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2017-04-13
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: US10314218B2; CN106134309A; EP3125665B1; CN106134309B; WO2015145720A1; JP6294464B2; EP3125665A4; US20170156242A1; EP3125665A1

Abstract

部品実装装置（１０）は、部品を吸着可能なノズル（４０）と、ノズル（４０）を水平方向及び上下方向へ移動させるスライダ（２６，３０）及びボールネジ（３６）と、部品を供給するリールユニット（６０）と、部品が実装される基板（１６）を保持・搬送する基板搬送装置（１８）と、ノズル（４０）に吸着された部品に光を照射して該部品を下方から撮像するパーツカメラ（４６）と、各種制御を実行するコントローラ（５６）とを備えている。コントローラは、パーツカメラから基板の所定の実装位置までの間の障害物を回避できる回避高さを求め、これから実装しようとする部品の撮像可能範囲をＨＤＤから読み出し、ノズルがパーツカメラの上方を通過するときのノズルに吸着された部品の下面の目標高さを撮像可能範囲内で回避高さに最も近くなるように設定する。

Description

本発明は、部品実装装置に関する。

従来より、部品実装装置としては、フィーダから供給される部品をノズルの先端に吸着させ、該ノズルをカメラの上方に移動させてカメラによる部品の撮像を行い、その後ノズルを基板の上方へ移動してその基板の所定位置に部品を実装するものが知られている。例えば、特許文献１では、ノズルに吸着された部品の下面を必要最小限の高さ（例えば１ｍｍ）まで上昇させた状態でノズルをフィーダの位置からカメラの位置へ移動させ、その後カメラの位置から基板の所定位置への移動中に障害物を回避できる回避高さまでノズルを上昇させている。

特開平７−２２１４９７号公報

しかしながら、特許文献１では、部品の下面とカメラとの距離を一定にしているため、部品の種類によっては適切な画像が得られないことがあった。また、ノズルをカメラの位置から基板の所定位置へ移動させながら必要最小限の高さから回避高さまで上昇させているが、ノズルを上昇させる距離が長いため、ノズルが回避高さに到達する前に障害物に当たってしまうおそれがあった。こうしたおそれを解消するには、ノズルを回避高さまで上昇させた後、ノズルをカメラの位置から基板の所定位置へ移動させることが考えられる。しかし、ノズルを上昇させる距離は必要最小限の高さから回避高さまでと長いため、ノズルを上昇させるのに要する時間が長くなり、ひいては作業時間が長くなるという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ノズルに吸着された部品の撮像画像として適切な画像を得ると共に作業時間を短くすることを主目的とする。

本発明の部品実装装置は、
部品を吸着可能なノズルを上下動可能に保持するヘッドと、
前記ヘッドを水平方向へ移動させる移動手段と、
前記部品を供給する部品供給手段と、
前記部品が実装される基板を保持する基板保持手段と、
前記部品供給手段と前記基板保持手段との間に設けられ、前記ノズルに吸着された部品に光を照射して該部品を下方から撮像する撮像手段と、
部品の種類ごとに前記撮像手段の撮像可能範囲を記憶する記憶手段と、
前記撮像手段から前記基板の所定の実装位置までの間の障害物を回避できる回避高さを求め、これから実装しようとする部品の撮像可能範囲を前記記憶手段から読み出し、前記ノズルが前記撮像手段の上方を通過するときの前記ノズルに吸着された部品の下面の目標高さを前記撮像可能範囲内で前記回避高さに最も近くなるように設定する設定手段と、
前記部品供給手段によって供給される部品を前記ノズルに吸着させ、前記ノズルに吸着された部品の下面が前記目標高さになるように前記ノズルを上昇させる動作と前記ノズルを前記撮像手段へ移動させる動作とを並行して又は順次行わせ、前記撮像手段による撮像の後、前記ノズルに吸着された部品の下面が前記回避高さ又は前記目標高さが前記回避高さ以上のときには前記目標高さ若しくは前記回避高さになるようにして前記基板の所定の実装位置に前記ノズルを移動し該実装位置に前記部品を実装するように、前記ノズル、前記ヘッド及び前記移動手段を制御する制御手段と、
を備えたものである。

この部品実装装置では、ノズルが撮像手段の上方を通過するときのノズルに吸着された部品の下面の目標高さを、その部品に対応する撮像可能範囲内で回避高さ（撮像手段から基板の所定の実装位置までの間の障害物を回避できる高さ）に最も近くなるように設定する。なお、「最も近くなる」には、等しくなる場合も含むものとする。これにより、撮像手段の上方を通過するときのノズルに吸着された部品の下面の高さは、撮像可能範囲内で回避高さに最も近くなる。そのため、ノズルに吸着された部品の撮像画像は適切な画像となる。また、撮像終了後、ノズルに吸着された部品の下面は回避高さと同じかそれに近い高さにあるため、ノズルに吸着された部品の下面を回避高さまで移動させたとしても、その上下方向の移動は短時間で済む。目標高さが回避高さ以上のときには、そのままの高さでノズルに吸着された部品を基板上へ移動してもよく、その場合には、上下方向の移動は不要になる。そのため、短時間のうちにノズルに吸着された部品の下面を障害物に当たらない高さにすることができ、ひいては作業時間を短くすることができる。

本発明の部品実装装置において、前記設定手段は、前記基板に既に実装されている部品の高さに所定のマージンを加えた値を前記回避高さとしてもよい。こうすれば、ノズルに吸着された部品が基板に既に実装されている部品と干渉するのを確実に防止することができる。

本発明の部品実装装置において、前記部品供給手段は、該部品供給手段の高さを変更可能な調節機構を有し、前記制御手段は、前記部品供給手段の高さが前記目標高さに近づくように前記部品供給手段の前記調節機構を制御してもよい。こうすれば、部品を供給する位置から目標高さまでノズルを上昇させる距離が短くなるため、その分、ノズル上昇に要する時間が短くなる。

ここで、前記制御手段は、前記ノズルが前記部品供給手段から前記撮像手段まで移動する時間内に前記ノズルに吸着された部品の下面が前記目標高さに到達するように前記部品供給手段の高さを変更してもよい。こうすれば、ノズルに吸着された部品の下面が目標高さになるようにノズルを上昇させる動作とノズルを撮像手段へ移動させる動作とを並行して行わせる場合、ノズルが撮像手段の位置に到達しているにもかかわらず、ノズルの上昇動作が続いているという事態を避けることができる。

本発明の部品実装装置において、前記部品供給手段の高さは、前記ノズルが前記部品供給手段から前記撮像手段まで移動する時間内に前記部品が前記目標高さに到達するように設定されていてもよい。こうすれば、部品供給手段の高さを変更可能な調節機構がなくても、上述した事態を避けることができる。

本発明の部品実装装置において、前記撮像手段は、該撮像手段の高さを変更可能な調節機構を有し、前記制御手段は、前記目標高さが前記回避高さと一致していない場合には、前記目標高さを前記回避高さに近づくように更新し、更新後の前記目標高さから前記撮像手段までの距離が撮像可能範囲に収まるように前記撮像手段の前記調節機構を制御してもよい。こうすれば、撮像手段による撮像が終わってから基板の所定の実装位置に部品を実装するまでの間のノズル上昇距離が短くなるため、その分、ノズル上昇に要する時間が短縮化される。

ここで、前記制御手段は、前記目標高さを前記回避高さと一致するように更新してもよい。こうすれば、撮像手段による撮像後基板の所定の実装位置に部品を実装するまでの間にノズルを上昇させる必要がなくなる。

本発明の部品実装装置において、前記ヘッドは、前記ノズルを複数保持し、前記設定手段は、これから実装しようとする各部品の撮像可能範囲を前記記憶手段から読み出し、読み出したすべての撮像可能範囲の重複範囲を求め、前記目標高さを前記重複範囲内で前記回避高さに最も近くなるように設定し、前記制御手段は、前記部品供給手段によって供給される部品を前記ヘッドに保持された複数のノズルに吸着させ、前記複数のノズルに吸着された各部品の下面が前記目標高さになるように前記ノズルを上昇させる動作と前記ノズルを前記撮像手段へ移動させる動作とを並行して又は順次行わせ、前記撮像手段による撮像の後、前記複数のノズルに吸着された前記各部品の下面が前記回避高さ又は前記目標高さが前記回避高さ以上のときには前記目標高さ若しくは前記回避高さになるようにして前記部品ごとに決められた前記基板の所定の実装位置に前記ノズルを移動し該実装位置に前記各部品を実装するように、前記ノズル、前記ヘッド及び前記移動手段を制御するものとしてもよい。

この場合、ヘッドは複数のノズルを保持している。複数のノズルに吸着された部品の種類は必ずしも同じではない。そのため、それらの部品の撮像可能範囲の重複範囲を求め、目標高さをその重複範囲内で回避高さに最も近くなるように設定する。その結果、各ノズルに吸着された部品の撮像画像は適切な画像となる。また、撮像終了後、各ノズルに吸着された部品の下面は回避高さと同じかそれに近い高さにあるため、各ノズルに吸着された部品の下面を回避高さまで移動させたとしても、その上下方向の移動は短時間で済む。目標高さが回避高さ以上のときには、そのままの高さで各ノズルに吸着された部品を基板上へ移動してもよく、その場合には、上下方向の移動は不要になる。そのため、短時間のうちに各ノズルに吸着された部品の下面を障害物に当たらない高さにすることができ、ひいては作業時間を短くすることができる。

部品実装装置１０の斜視図。部品実装装置１０の制御に関わる構成を示すブロック図。部品実装処理ルーチンのフローチャート。部品を基板１６に実装していく様子を表す説明図。部品を基板１６に実装していく様子を表す説明図。部品を基板１６に実装していく様子を表す説明図。部品を基板１６に実装していく様子を表す説明図。高さ調節機構６８を備えた部品実装装置の斜視図。部品を基板１６に実装していく様子を表す説明図。部品を基板１６に実装していく様子を表す説明図。大型ヘッド１２４を備えた部品実装装置の斜視図。大型ヘッド１２４の説明図。

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１は部品実装装置１０の斜視図、図２は部品実装装置１０の制御に関わる構成を示すブロック図である。なお、本実施形態において、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１に示した通りとする。

部品実装装置１０は、基台１２と、基台１２の上に設置された実装機本体１４と、実装機本体１４に装着された部品供給装置としてのリールユニット６０とを備えている。

基台１２は、直方体に形成された重量物であり、裏面の四隅には図示しないキャスターが取り付けられている。

実装機本体１４は、基台１２に対して交換可能に設置されている。この実装機本体１４は、基板１６を搬送したり保持したりする基板搬送装置１８と、ＸＹ平面を移動可能なヘッド２４と、ヘッド２４に取り付けられＺ軸へ移動可能なノズル４０と、ノズル４０に吸着された部品を撮像するパーツカメラ４６と、各種制御を実行するコントローラ５６とを備えている。

基板搬送装置１８は、図１の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に延びる支持板２０，２０と、両支持板２０，２０の互いに対向する面に設けられたコンベアベルト２２，２２（図１では片方のみ図示）とを備えている。コンベアベルト２２，２２は、支持板２０，２０の左右に設けられた駆動輪及び従動輪に無端状となるように架け渡されている。基板１６は、一対のコンベアベルト２２，２２の上面に乗せられて左から右へと搬送される。この基板１６は、裏面側に多数立設された支持ピン２３によって支持されている。

ヘッド２４は、Ｘ軸スライダ２６の前面に取り付けられている。Ｘ軸スライダ２６は、前後方向にスライド可能なＹ軸スライダ３０の前面に、左右方向にスライド可能となるように取り付けられている。Ｙ軸スライダ３０は、前後方向に延びる左右一対のガイドレール３２，３２にスライド可能に取り付けられている。Ｙ軸スライダ３０の前面には、左右方向に延びる上下一対のガイドレール２８，２８が設けられ、このガイドレール２８，２８にＸ軸スライダ２６が左右方向にスライド可能に取り付けられている。ヘッド２４は、Ｘ軸スライダ２６が左右方向に移動するのに伴って左右方向に移動し、Ｙ軸スライダ３０が前後方向に移動するのに伴って前後方向に移動する。なお、各スライダ２６，３０は、それぞれ駆動モータ２６ａ，３０ａ（図２参照）により駆動される。また、ヘッド２４は、Ｚ軸モータ３４を内蔵し、Ｚ軸に沿って延びるボールネジ３６に取り付けられたノズル４０の高さをＺ軸モータ３４によって調整する。

ノズル４０は、先端に部品を吸着可能な形状に形成されている。このノズル４０には、電磁弁であるノズル圧力調整弁４２を介して真空ポンプ４４とエア配管４５が接続されている。ノズル４０の先端に部品を吸着するには、真空ポンプ４４からの負圧がノズル４０の先端に供給されるようにノズル圧力調整弁４２を操作する。一方、部品をノズル４０の先端から外すには、エア配管４５からの正圧がノズル４０の先端に供給されるようにノズル圧力調整弁４２を操作する。

パーツカメラ４６は、基板搬送装置１８の前側の支持板２０の前方に配置されている。このパーツカメラ４６の撮像範囲は、パーツカメラ４６の上方である。また、パーツカメラ４６は、図４に示すように、上下面が開口した逆八角錐台のハウジングの内面に多数のＬＥＤが取り付けられた照明部４６ａと、ハウジングの下方に配置されたカメラ本体４６ｂとを備えている。部品を吸着したノズル４０がパーツカメラ４６の上方を通過する際、パーツカメラ４６はノズル４０に吸着された部品にＬＥＤの光を照射して撮像し、得られた撮像画像をコントローラ５６へ出力する。

コントローラ５６は、図２に示すように、ＣＰＵ５６ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５６ｂ、各種データを記憶するＨＤＤ５６ｃ、作業領域として用いられるＲＡＭ５６ｄ、外部装置と電気信号のやり取りを行うための入出力インターフェース５６ｅなどを備えており、これらはバス５６ｆを介して接続されている。このコントローラ５６は、基板搬送装置１８、Ｘ軸スライダ２６の駆動モータ２６ａ、Ｙ軸スライダ３０の駆動モータ３０ａ、ノズル圧力調整弁４２へ駆動信号を出力し、パーツカメラ４６からの画像信号を入力する。また、コントローラ５６は、パーツカメラ４６から得た撮像画像を予め記憶された正常な吸着状態の画像と比較することにより、ノズル４０に吸着された部品が正常な姿勢か否かを判断したり部品の欠損の有無などを判定したりする。なお、図示しないが、各スライダ２６，３０には図示しない位置センサが装備されており、コントローラ５６はそれらの位置センサからの位置情報を入力しつつ、各スライダ２６，３０の駆動モータ２６ａ，３０ａを制御する。

リールユニット６０は、複数のリール６２を備え、実装機本体１４の前側に着脱可能に取り付けられている。各リール６２には、テープが巻き付けられ、テープの表面には、部品が長手方向に沿って保持されている。これらの部品は、テープの表面を覆うフィルムによって保護されている。こうしたテープは、リールから後方に向かって巻きほどかれ、フィーダ部６４においてフィルムが剥がされて部品が露出した状態となる。フィーダ部６４は、デバイスパレット６６にクランプされている。デバイスパレット６６は、フィーダ部６４を下から支持する役割を果たす。

次に、部品実装装置１０の動作の概略について説明する。コントローラ５６は、生産ジョブを管理する管理コンピュータ８０からの指令を受けて部品実装処理ルーチンを開始する。生産ジョブは、部品実装装置１０において、どの部品をどういう順番でどの基板１６に装着するか、また、何枚の基板１６に部品の実装を行うかなどを定めたものである。まず、コントローラ５６は、リールユニット６０のリール６２を回転駆動して、リール６２に巻かれたテープを後方に向かって巻きほどき、フィーダ部６４において部品がテープの表面に露出した状態とする。続いて、コントローラ５６は、露出した部品の真上にノズル４０が来るようにＸ軸スライダ２６及びＹ軸スライダ３０を制御する。続いて、コントローラ５６は、Ｚ軸モータ３４を制御してボールネジ３６によりノズル４０を下降させ、ノズル４０の先端に負圧が供給されるようにノズル圧力調整弁４２を制御する。これにより、ノズル４０の先端に部品が吸着する。その後、コントローラ５６は、ノズル４０を上昇させ、ノズル４０の先端に吸着された部品がパーツカメラ４６の上方を経由して基板１６の所定の実装位置の真上に来るように各スライダ２６，３０を制御する。そして、コントローラ５６は、その位置でノズル４０を下降させると共にノズル４０の先端に正圧を供給する。すると、部品がノズル４０から離れ、基板１６の所定の実装位置にその部品が実装される。なお、コントローラ５６は、部品を実装する実装位置に対し、パーツカメラ４６の撮像画像から算出した補正量に基づく補正を行う。

次に、部品実装装置１０の動作の詳細について図３の部品実装処理ルーチンのフローチャートにしたがって説明する。

コントローラ５６のＣＰＵ５６ａは、部品実装処理ルーチンを開始すると、まず、これから実装しようとする部品を特定する（ステップＳ１１０）。部品の特定は、管理コンピュータからの生産ジョブに基づいて行う。ここでは、最初に部品Ａ、２番目に部品Ｂ、３番目に部品Ｂ、４番目に部品Ａを基板１６へ実装する場合を例に挙げて説明する。部品の種類に対する撮像可能範囲と部品の高さの関係を表１に示す。ここで、撮像可能範囲とは、基準位置（基板１６の上面）からの高さの範囲のことをいう。本実施形態では、基板１６の上面とパーツカメラ４６の上面とリールユニット６０から供給される部品の上面とは同じ高さになっている（図４参照）。コントローラ５６は、パーツカメラ４６が撮像した画像に基づいて、ノズル４０に吸着された部品が正常な姿勢か否か、あるいは、部品の一部が欠けていないか否か等の適否の判断を行う。その適否の判断の正確性は、パーツカメラ４６によって撮像される画像に委ねられる。例えば、下面に多数のバンプが形成されたＩＣチップの部品においてバンプの欠けの有無の判断を行うには、バンプにできるだけ横方向の光を照射してバンプが白く写るようにする必要がある。そのため、撮像可能範囲は狭く設定される。一方、側面から多数のリードが横向きに突出したパッケージ部品が正常な姿勢で吸着されているか否かの判断を行うには、下方からの光が照射されればよい。そのため、撮像可能範囲は広く設定される。ここでは、部品Ａは前者に該当し、部品Ｂは後者に該当するものとする。表１に示すように、部品Ａの撮像可能範囲は、下限も上限も５．５ｍｍつまり５．５ｍｍの１点に設定されている。一方、部品Ｂの撮像可能範囲は、下限が５．５ｍｍ、上限が１５．５ｍｍであり、比較的広範囲となっている。表１のような対応関係は、コントローラ５６のＨＤＤ５６ｃに記憶されている。

続いて、ＣＰＵ５６ａは、これから実装しようとする部品の回避高さを算出する（ステップＳ１２０）。回避高さとは、パーツカメラ４６から基板１６の所定の実装位置（今回の部品を実装する位置）までの間の障害物を回避できる高さであり、その高さは基準位置からの高さである。ここでは、基板１６に既に実装されている部品の中で最も背の高い部品の高さにマージン（ここでは１ｍｍとする）を加算した値を回避高さとする。

続いて、ＣＰＵ５６ａは、これから実装しようとする部品の撮像可能範囲を読み出す（ステップＳ１３０）。例えば、これから実装しようとする部品の種類が部品Ａの場合には、ＨＤＤ５６ｃに記憶された表１からその部品Ａに対応する撮像可能範囲を読み出し、部品Ｂの場合には、その部品Ｂに対応する撮像可能範囲を読み出す。

続いて、ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０がパーツカメラ４６の上方を通過するときのノズル４０に吸着された部品の下面の高さ（目標高さ）を設定する（ステップＳ１４０）。例えば、これから実装しようとする部品の種類が部品Ａの場合には、その撮像可能範囲は下限、上限とも５．５ｍｍつまり１点であるため、その撮像可能範囲内で回避高さに最も近い値は常に５．５ｍｍになる。したがって、ＣＰＵ５６ａは、基準位置からノズル４０に吸着された部品の下面までの目標高さを、常に５．５ｍｍに設定する。一方、これから実装しようとする部品の種類が部品Ｂの場合には、その撮像可能範囲は５．５〜１５．５ｍｍであるため、その撮像可能範囲内で回避高さに最も近い値は回避高さに応じて変わる。したがって、ＣＰＵ５６ａは、基準位置からノズル４０に吸着された部品の下面までの目標高さを回避高さに応じて設定する。すなわち、回避高さが５．５ｍｍ未満の場合には目標高さを５．５ｍｍに設定し、回避高さが５．５ｍｍ以上１５．５ｍｍ以下の場合には目標高さを回避高さと同じ値に設定し、回避高さが１５．５ｍｍ超の場合には目標高さを１５．５ｍｍに設定する。

続いて、ＣＰＵ５６ａは、部品の実装を行う（ステップＳ１５０）。すなわち、ＣＰＵ５６ａは、まず、ノズル４０をリールユニット６０のフィーダ部６４の部品供給位置の上方に移動させ、リールユニット６０によって供給される部品をノズル４０に吸着させる。次に、ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０に吸着された部品の下面が目標高さになるようにノズル４０を上昇させながら、ノズル４０をパーツカメラ４６の上方へ移動させる。ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０に吸着された部品がパーツカメラ４６の真上に来たとき、パーツカメラ４６に部品の撮像を行わせる。その後、ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０に吸着された部品の下面が回避高さになるようにし、基板１６の所定の実装位置にノズル４０を移動して該所定の実装位置に部品を実装させる。なお、目標高さが回避高さ以上の場合には、ノズル４０に吸着された部品の下面が目標高さのまま基板１６の所定の実装位置にノズル４０を移動してもよいし、目標高さから回避高さに下げてから（あるいは下げながら）基板１６の所定の実装位置にノズル４０を移動してもよい。

その後、ＣＰＵ５６ａは、基板１６にすべての部品の実装を完了したか否かを判定し（ステップＳ１６０）、完了していない場合には、再びステップＳ１１０に戻って、残っている部品の実装を行う。一方、ステップＳ１６０ですべての部品の実装が完了していた場合には、ＣＰＵ５６ａは、この部品実装処理ルーチンを終了する。

次に、部品実装装置１０が部品を基板１６に実装していく様子を、図４〜図７を参照しながら説明する。

図４は、基板１６に部品が一つも実装されていないときに部品Ａを基板１６に実装する場合の説明図である。基板１６に部品が一つも実装されていないため、回避高さはゼロにマージンの１ｍｍを加算した値つまり１ｍｍとなる。部品Ａの撮像可能範囲は下限、上限とも５．５ｍｍであり、回避高さは１ｍｍであるため、ノズル４０に吸着された部品Ａの下面の目標高さは５．５ｍｍに設定される。ＣＰＵ５６ａは、リールユニット６０によって供給される部品Ａをノズル４０に吸着させ、ノズル４０に吸着された部品Ａの下面が目標高さである５．５ｍｍになるようにノズル４０を上昇させながら、ノズル４０をパーツカメラ４６の上方へ移動させる。部品Ａは、テープの凹み（例えば深さ１ｍｍ）に入っているため、少なくとも凹みの深さ分は真上に上昇させたあと、パーツカメラ４６の上方へ移動させる必要がある。ノズル４０に吸着された部品Ａがパーツカメラ４６の真上に来たとき、パーツカメラ４６による部品Ａの撮像が行われる。その後、ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０に吸着された部品Ａの下面の高さを目標高さにしたまま、基板１６の所定の実装位置（図４で基板１６の左端）にノズル４０を移動して該実装位置に部品を実装させる。この場合、ノズル４０に吸着された部品の下面の高さを回避高さまで下げてから（あるいは下げながら）、ノズル４０をパーツカメラ４６の上方から基板１６の所定の実装位置まで移動してもよい。

図５は、基板１６の左端に部品Ａが実装されたあと、部品Ｂを基板１６上の部品Ａの右隣に実装する場合の説明図である。この場合、回避高さは部品Ａの高さ４ｍｍにマージンの１ｍｍを加算した値つまり５ｍｍとなる。部品Ｂの撮像可能範囲は５．５〜１５．５ｍｍであり、回避高さは５ｍｍであるため、ノズル４０に吸着された部品Ｂの下面の目標高さは５．５ｍｍに設定される。ＣＰＵ５６ａは、リールユニット６０によって供給される部品Ｂをノズル４０に吸着させ、ノズル４０に吸着された部品Ｂの下面が目標高さである５．５ｍｍになるようにノズル４０を上昇させながら、ノズル４０をパーツカメラ４６の上方へ移動させる。部品Ｂも、テープの凹み（例えば深さ１ｍｍ）に入っているため、少なくとも凹みの深さ分は真上に上昇させたあと、パーツカメラ４６の上方へ移動させる必要がある。ノズル４０に吸着された部品Ｂがパーツカメラ４６の真上に来たとき、パーツカメラ４６による部品Ｂの撮像が行われる。その後、ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０に吸着された部品Ｂの下面の高さを目標高さにしたまま、基板１６の所定の実装位置（図５で基板１６上の部品Ａの右隣）にノズル４０を移動して該実装位置に部品を実装させる。この場合、ノズル４０に吸着された部品の下面の高さを回避高さまで下げてから（あるいは下げながら）、ノズル４０をパーツカメラ４６の上方から基板１６の所定の実装位置まで移動してもよい。

図６は、基板１６の左端から順に部品Ａ、部品Ｂが実装されたあと、更に部品Ｂを基板１６上の部品Ｂの右隣に実装する場合の説明図である。この場合、回避高さは最も背の高い部品Ｂの高さ７ｍｍにマージンの１ｍｍを加算した値つまり８ｍｍとなる。部品Ｂの撮像可能範囲は５．５〜１５．５ｍｍであり、回避高さは８ｍｍであるため、ノズル４０に吸着された部品Ｂの下面の目標高さは８ｍｍに設定される。ＣＰＵ５６ａは、リールユニット６０によって供給される部品Ｂをノズル４０に吸着させ、ノズル４０に吸着された部品Ｂの下面が目標高さである８ｍｍになるようにノズル４０を上昇させながら、ノズル４０をパーツカメラ４６の上方へ移動させる。ノズル４０に吸着された部品Ｂがパーツカメラ４６の真上に来たとき、パーツカメラ４６による部品Ｂの撮像が行われる。その後、ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０に吸着された部品Ｂの下面を目標高さにしたまま、基板１６の所定の実装位置（図６で基板１６上の部品Ｂの右隣）にノズル４０を移動して該実装位置に部品を実装させる。

図７は、基板１６の左端から順に部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｂが実装されたあと、更に部品Ａを基板１６上の右側の部品Ｂの右隣に実装する場合の説明図である。この場合、回避高さは最も背の高い部品Ｂの高さ７ｍｍにマージンの１ｍｍを加算した値つまり８ｍｍとなる。部品Ａの撮像可能範囲は５．５ｍｍ（１点）であり、回避高さは８ｍｍであるため、ノズル４０に吸着された部品Ａの下面の目標高さは５．５ｍｍに設定される。ＣＰＵ５６ａは、リールユニット６０によって供給される部品Ａをノズル４０に吸着させ、ノズル４０に吸着された部品Ａの下面が目標高さである５．５ｍｍになるようにノズル４０を上昇させながら、ノズル４０をパーツカメラ４６の上方へ移動させる。ノズル４０に吸着された部品Ａがパーツカメラ４６の真上に来たとき、パーツカメラ４６による部品Ａの撮像が行われる。その後、ＣＰＵ５６ａは、ノズル４０に吸着された部品Ａの下面を回避高さに上昇させてから、基板１６の所定の実装位置（図７で基板１６上の右側の部品Ｂの右隣）にノズル４０を移動して該実装位置に部品を実装させる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のノズル４０が本発明のノズルに相当し、ヘッド２４がヘッドに相当し、Ｘ軸スライダ２６及びＹ軸スライダ３０が移動手段に相当し、リールユニット６０が部品供給手段に相当し、基板搬送装置１８が基板保持手段に相当し、パーツカメラ４６が撮像手段に相当し、コントローラ５６のＨＤＤ５６ｃが記憶手段に相当し、ＣＰＵ５６ａが設定手段及び制御手段に相当する。

以上説明した部品実装装置１０によれば、ノズル４０がパーツカメラ４６の上方を通過するときのノズル４０に吸着された部品の下面の目標高さを、その部品に対応する撮像可能範囲内で回避高さに最も近くなるように設定する。これにより、パーツカメラ４６の上方を通過するときのノズル４０に吸着された部品の下面の高さは、撮像可能範囲内で回避高さに最も近くなる。そのため、ノズル４０に吸着された部品の撮像画像は部品の適否などを判断するのに適切な画像となる。

また、撮像後、ノズル４０に吸着された部品の下面は回避高さと同じかそれに近い高さにあるため、その後、ノズル４０に吸着された部品の下面を回避高さまで移動させたとしても、その上下方向の移動は短時間で済む。目標高さが回避高さ以上のときには、そのままの高さでノズル４０に吸着された部品を基板１６上へ移動してもよく、その場合には、上下方向の移動は不要になる。いずれにしても、短時間のうちにノズル４０に吸着された部品の下面を障害物に当たらない高さにすることができ、ひいては作業時間を短くすることができる。

更に、コントローラ５６は、基板１６に既に実装されている部品の高さに所定のマージンを加えた値を回避高さとするため、ノズル４０に吸着された部品が基板１６に既に実装されている部品と干渉するのを確実に防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態において、図８に示すように、リールユニット６０のデバイスパレット６６の下方に高さ調節機構６８を設け、この高さ調節機構６８がデバイスパレット６６を基台１２に対して上下方向に移動させることで、リールユニット６０によって供給される部品の高さを基準位置（基板１６の上面）よりも上へ変更可能としてもよい。高さ調節機構６８は、コントローラ５６に電気的に接続され、コントローラ５６からの指令信号にしたがって動作する。この場合、図３の部品実装処理ルーチンにおいて、ステップＳ１４０で目標高さを設定した後、ＣＰＵ５６ａは、リールユニット６０によって供給される部品の高さが目標高さに近づくように高さ調節機構６８を制御し、その後、ステップＳ１５０へ進む。部品はテープに設けられた凹みに入れられているため、その凹みの高さ分は部品を持ち上げる必要がある。そのため、リールユニット６０によって供給される部品の下面の高さが、目標高さから凹みの高さ＋α（例えばαは１〜２ｍｍ）を差し引いた値ｈ０（つまりｈ０＝目標高さ−（凹みの高さ＋α））となるように、高さ調節機構６８を制御する。こうすれば、図９に示すように、リールユニット６０によって供給される部品の下面が値ｈ０の高さまで予め持ち上げられているため、その分、ノズル上昇に要する時間が短くなり、ひいては作業時間が短くなる。

あるいは、ノズル４０に吸着された部品の下面が目標高さになるようにノズル４０を上昇させる動作とノズル４０をパーツカメラ４６へ移動させる動作とを並行して行わせる場合には、次のようにしてもよい。すなわち、リールユニット６０によって供給される部品の下面の高さを、ノズル４０がリールユニット６０の部品供給位置からパーツカメラ４６の上方まで水平移動するのに要する時間内にノズル４０に吸着された部品の下面が目標高さに到達するような高さに設定してもよい。こうすれば、ノズル４０がパーツカメラ４６の位置に到達しているにもかかわらずノズル４０の上昇動作が続いているという事態を避けることができる。

上述した実施形態では、リールユニット６０によって供給される部品の上面を基板１６の上面と一致させたが、リールユニット６０によって供給される部品の上面を基板１６の上面より高くなるように設定してもよい。例えば、リールユニット６０によって供給される部品の下面の高さを、ノズル４０がリールユニット６０の部品供給位置からパーツカメラ４６の上方まで水平移動する時間内にノズル４０に吸着された部品の下面が目標高さに到達するような高さに固定してもよい。こうすれば、図８に示した高さ調節機構６８を設けなくても、ノズル４０がパーツカメラ４６の位置に到達しているにもかかわらずノズル４０の上昇動作が続いているという事態を避けることができる。

上述した実施形態では、部品供給装置としてリールユニット６０を例示したが、特にリールユニット６０に限定されるものではない。例えば、リールユニット６０の代わりに、周知のトレイユニット（例えば特開２０１１−０６０８１６号公報参照）を採用し、トレイが載っているパレットをマガジンから引き出してパレット引き出しテーブルにより所定の部品供給位置に移動させ、その部品供給位置で部品をノズルに吸着させるようにしてもよい。この場合、トレイユニットのパレット引き出しテーブルの下方に高さ調節機構を設けてもよい。こうすれば、図９と同様、トレイユニットによって供給される部品の高さを適宜調節することができるため、ノズル上昇に要する時間が短くなり、ひいては作業時間が短くなる。

上述した実施形態では、パーツカメラ４６の高さは固定されていたが、図１０に示すように、パーツカメラ４６の下方に高さ調節機構４８を設け、パーツカメラ４６の上面の高さを基準位置よりも上へ変更可能としてもよい。高さ調節機構４８は、コントローラ５６に電気的に接続され、コントローラ５６からの指令信号にしたがって動作する。この場合、図３の部品実装処理ルーチンにおいて、ステップＳ１４０で目標高さを設定した後、ＣＰＵ５６ａは、目標高さが回避高さと一致しているか否かを判定し、一致していればそのままステップＳ１５０へ進む。一方、一致していなければ、ＣＰＵ５６ａは、目標高さを回避高さと一致するように更新し、更新後の目標高さからパーツカメラ４６の上面までの距離が撮像可能範囲に収まるようにパーツカメラ４６の高さ調節機構４８を制御し、その後ステップＳ１５０へ進む。こうすれば、図１０に示すように、パーツカメラ４６による撮像が終わってからノズル４０を上昇させる必要がなくなる。なお、目標高さが回避高さと一致していない場合、目標高さを回避高さに近づくように更新してもよい。こうしても、パーツカメラ４６による撮像が終わってからノズル４０を上昇させる距離が短くなるため、その分、ノズル上昇に要する時間が短縮化される。なお、部品に照射する光の向きが重要な場合には、パーツカメラ４６のうちカメラ本体４６ｂ（図４参照）は固定したまま照明部４６ａのみを高さ調節機構により上下方向に移動できるようにしてもよい。

上述した実施形態において、撮像可能範囲は、部品ごとにユーザが指定するようにしてもよい。この場合も、ユーザが指定したあとは、部品の種類に対する撮像可能範囲が対応づけられてコントローラ５６の記憶装置（例えばＨＤＤ５６ｃ）に一旦記憶されることになる。そのため、部品実装処理ルーチンは、上述した実施形態と同様に実施される。

上述した実施形態では、回避高さを、基板１６に既に実装されている部品の中で最も背の高い部品の高さにマージンを加算した値として計算したが、特にこれに限られない。例えば、リールユニット６０の部品供給位置から基板１６の部品実装位置までの間に、既に実装されている部品よりも背の高い障害物が存在する場合には、その障害物の高さにマージンを加算した値を回避高さとしてもよい。

上述した実施形態では、リールユニット６０によって供給される部品をノズル４０に吸着したあと、ノズル４０を目標高さまで上昇しながらパーツカメラ４６の上方へ移動させるようにしたが、ノズル４０を目標高さまで上昇したあとパーツカメラ４６の上方へ移動させてもよい。

上述した実施形態の部品実装装置１０は、ヘッド２４の代わりに、図１１に示すように複数のノズル４０を上下動可能に保持する大型ヘッド１２４をＸ軸スライダ２６に装着していてもよい。大型ヘッド１２４は、複数（図１１では４つ）の単位ヘッド２２４の集合体である。そのため、大型ヘッド１２４は、複数のノズル４０を個別に上下動可能に保持している。このような大型ヘッド１２４を採用した場合、コントローラ５６のＣＰＵ５６ａは、部品実装処理ルーチン（図３参照）のステップＳ１１０で、これから実装しようとする各部品つまり各ノズル４０に吸着される部品を特定する。続いて、ＣＰＵ５６ａは、ステップＳ１２０で回避高さを算出したあと、ステップＳ１３０でさきほど特定した各部品の撮像可能範囲をＨＤＤ５６ｃから読み出す。続いて、ＣＰＵ５６ａは、ステップＳ１４０で目標高さを設定するにあたり、読み出したすべての撮像可能範囲の重複範囲を求め、その重複範囲内で回避高さに最も近くなるように目標高さを設定する。例えば、特定した部品が部品Ｂ（撮像可能範囲が５．５〜１５．５ｍｍの部品、表１参照）と部品Ｃ（撮像可能範囲が７．５〜１７．５ｍｍの部品）だった場合、重複範囲は７．５〜１５．５ｍｍとなる。そして、回避高さが８ｍｍだったとすると、目標高さは重複範囲内で回避高さに最も近い値すなわち８ｍｍに設定され、回避高さが５ｍｍだったとすると、目標高さは７．５ｍｍに設定され、回避高さが１６ｍｍだったとすると、目標高さは１５．５ｍｍに設定される。その後、ＣＰＵ５６ａは、ステップＳ１５０で部品の実装を行う。ＣＰＵ５６ａは、まず、複数のノズル４０のそれぞれに、リールユニット６０によって供給される部品を吸着させる。次に、ＣＰＵ５６ａは、各ノズル４０に吸着された部品の下面がすべて目標高さになるようにノズル４０を上昇させながら、大型ヘッド１２４をパーツカメラ４６の上方へ移動させる。図１２は、大型ヘッド１２４に保持された４つのノズル４０のうち３つに部品Ｂが吸着され、１つに部品Ｃが吸着された場合の例である。各部品の下面の高さはすべて目標高さになっている。ＣＰＵ５６ａは、各ノズル４０に吸着された部品がパーツカメラ４６の真上に来るたびに、パーツカメラ４６に部品の撮像を行わせる。その後、ＣＰＵ５６ａは、各ノズル４０に吸着された部品の下面がすべて回避高さになるようにし、部品ごとに決められた基板１６の所定の実装位置に各ノズル４０を移動して該所定の実装位置に部品を実装させる。なお、目標高さが回避高さ以上の場合には、各ノズル４０に吸着された部品の下面を目標高さのまま基板１６の所定の実装位置にノズル４０を移動してもよいし、目標高さから回避高さに下げてから（あるいは下げながら）基板１６の所定の実装位置に各ノズル４０を移動してもよい。以上のようにしても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、大型ヘッド１２４が請求項８に係る発明のヘッドに相当する。

本発明は、部品を基板上に実装する際に使用する部品実装装置に利用可能である。

１０部品実装装置、１２基台、１４実装機本体、１６基板、１８基板搬送装置、２０支持板、２２コンベアベルト、２３支持ピン、２４ヘッド、２６Ｘ軸スライダ、２６ａ駆動モータ、２８ガイドレール、３０Ｙ軸スライダ、３０ａ駆動モータ、３２ガイドレール、３４Ｚ軸モータ、３６ボールネジ、４０ノズル、４２ノズル圧力調整弁、４４真空ポンプ、４５エア配管、４６パーツカメラ、４８
高さ調節機構、５６コントローラ、５６ａＣＰＵ、５６ｂＲＯＭ、５６ｃＨＤＤ、５６ｄＲＡＭ、５６ｅ入出力インターフェース、５６ｆバス、６０リールユニット、６２リール、６４フィーダ部、６６デバイスパレット、６８高さ調節機構、８０管理コンピュータ、１２４大型ヘッド、２２４単位ヘッド。

Claims

部品を吸着可能なノズルを上下動可能に保持するヘッドと、
前記ヘッドを水平方向へ移動させる移動手段と、
前記部品を供給する部品供給手段と、
前記部品が実装される基板を保持する基板保持手段と、
前記部品供給手段と前記基板保持手段との間に設けられ、前記ノズルに吸着された部品に光を照射して該部品を下方から撮像する撮像手段と、
部品の種類ごとに前記撮像手段の撮像可能範囲を記憶する記憶手段と、
前記撮像手段から前記基板の所定の実装位置までの間の障害物を回避できる回避高さを求め、これから実装しようとする部品の撮像可能範囲を前記記憶手段から読み出し、前記ノズルが前記撮像手段の上方を通過するときの前記ノズルに吸着された部品の下面の目標高さを前記撮像可能範囲内で前記回避高さに最も近くなるように設定する設定手段と、
前記部品供給手段によって供給される部品を前記ノズルに吸着させ、前記ノズルに吸着された部品の下面が前記目標高さになるように前記ノズルを上昇させる動作と前記ノズルを前記撮像手段へ移動させる動作とを並行して又は順次行わせ、前記撮像手段による撮像の後、前記ノズルに吸着された部品の下面が前記回避高さ又は前記目標高さが前記回避高さ以上のときには前記目標高さ若しくは前記回避高さになるようにして前記基板の所定の実装位置に前記ノズルを移動し該実装位置に前記部品を実装するように、前記ノズル、前記ヘッド及び前記移動手段を制御する制御手段と、
を備えた部品実装装置。
前記設定手段は、前記基板に既に実装されている部品の高さに所定のマージンを加えた値を前記回避高さとする、
請求項１に記載の部品実装装置。
前記部品供給手段は、該部品供給手段の高さを変更可能な調節機構を有し、
前記制御手段は、前記部品供給手段の高さが前記目標高さに近づくように前記部品供給手段の前記調節機構を制御する、
請求項１又は２に記載の部品実装装置。
前記制御手段は、前記ノズルが前記部品供給手段から前記撮像手段まで移動する時間内に前記ノズルに吸着された部品の下面が前記目標高さに到達するように前記部品供給手段の高さを変更する、
請求項３に記載の部品実装装置。
前記部品供給手段の高さは、前記ノズルが前記部品供給手段から前記撮像手段まで移動する時間内に前記部品が前記目標高さに到達するように設定されている、
請求項１又は２に記載の部品実装装置。
前記撮像手段は、該撮像手段の高さを変更可能な調節機構を有し、
前記制御手段は、前記目標高さが前記回避高さと一致していない場合には、前記目標高さを前記回避高さに近づくように更新し、更新後の前記目標高さから前記撮像手段までの距離が撮像可能範囲に収まるように前記撮像手段の前記調節機構を制御する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の部品実装装置。
前記制御手段は、前記目標高さを前記回避高さと一致するように更新する、
請求項６に記載の部品実装装置。
前記ヘッドは、前記ノズルを複数保持し、
前記設定手段は、これから実装しようとする各部品の撮像可能範囲を前記記憶手段から読み出し、読み出したすべての撮像可能範囲の重複範囲を求め、前記目標高さを前記重複範囲内で前記回避高さに最も近くなるように設定し、
前記制御手段は、前記部品供給手段によって供給される部品を前記ヘッドに保持された複数のノズルに吸着させ、前記複数のノズルに吸着された各部品の下面が前記目標高さになるように前記ノズルを上昇させる動作と前記ノズルを前記撮像手段へ移動させる動作とを並行して又は順次行わせ、前記撮像手段による撮像の後、前記複数のノズルに吸着された前記各部品の下面が前記回避高さ又は前記目標高さが前記回避高さ以上のときには前記目標高さ若しくは前記回避高さになるようにして前記部品ごとに決められた前記基板の所定の実装位置に前記ノズルを移動し該実装位置に前記各部品を実装するように、前記ノズル、前記ヘッド及び前記移動手段を制御する、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の部品実装装置。