WO2022269668A1

WO2022269668A1 - 部品移載装置および部品装着機

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Publication number: WO2022269668A1
Application number: PCT/JP2021/023341
Authority: WO
Inventors: 祐樹日野; 賢三石川
Original assignee: 株式会社Fuji
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-12-29
Also published as: JPWO2022269668A1; DE112021007857T5

Abstract

部品移載装置は、位置決めされた基板の所定の装着位置に部品を装着する部品装着具と、前記部品装着具を昇降駆動する昇降駆動機構と、前記部品装着具を昇降方向以外に駆動する第二駆動機構と、位置決めされた前記基板の上面高さを測定する高さ測定部と、測定された前記上面高さに基づいて、装着済みの前記部品に干渉しない安全高さを演算する演算部と、前記装着位置で前記部品の装着を終えた前記部品装着具が前記昇降駆動機構に上昇駆動されて前記部品装着具の下端が前記安全高さに上昇するまで、前記昇降駆動機構の動作に前記第二駆動機構の動作をラップさせるラップ動作を禁止するとともに、前記部品装着具の前記下端が前記安全高さまで上昇した以降に前記第二駆動機構の前記ラップ動作を許容する制御部と、を備える。

Description

部品移載装置および部品装着機

　本明細書は、位置決めされた基板に部品を装着する部品移載装置、および、この部品移載装置を備える部品装着機に関する。

　回路パターンが形成された基板に対基板作業を実施して、基板製品を量産する技術が普及している。対基板作業を実施する対基板作業機の代表例として、基板搬送装置、部品供給装置、および部品移載装置を備える部品装着機がある。多くの部品装着機は、部品移載装置の部品装着具を昇降移動、水平移動、および回転移動させて部品の装着作業を進める。部品装着具が装着済みの部品に干渉することなく、かつタイムリーに移動するように制御することによって、装着作業の作業効率を高めることができる。この種の部品装着具の移動制御に関する技術例が、特許文献１、２に開示されている。

　特許文献１に開示された電子部品実装方法は、装着済み部品の高さを計測する計測工程と、計測工程から得られる高さおよび位置データを部品装着機に伝送する工程と、部品装着機において伝送されたデータをもとにＸＹテーブルの移動可能期間を算出する工程と、算出結果に基づいて実装動作を行う工程からなる。これによれば、ＸＹテーブルの移動可能期間は、装着位置近傍の装着済み部品の高さをもとに決まるため、移動可能期間を従来よりも長く設定することが可能、とされている。なお、この方法では、部品装着具が移動するのでなく、基板が載置されたＸＹテーブルが移動することにより、部品装着具との相対位置関係が変化する。

　また、特許文献２に開示された電子部品実装装置は、既実装部品の高さを計測する部品高さ計測手段と、電子部品を保持した移載ヘッドが移動する際の搬送高さ位置を、既実装部品と電子部品との間に余裕隙間が確保できる高さに設定する搬送高さ制御手段と、を備える。これによれば、移載ヘッドの余分な昇降動作をなくして無駄時間を排し、実装効率を向上させることができる、とされている。

特開平７－７９０９７号公報特開２００１－２３７５９６号公報

　ところで、特許文献１、２の技術では、装着済みの部品（既実装部品）の高さを測定し、測定した高さに基づいて干渉が発生しないようにＸＹテーブルや移載ヘッドの移動を制御する。しかしながら、基板に装着される部品の種類は多岐にわたり、かつ装着作業の進捗に伴って装着済みの部品の点数が逐次増加する。このため、高さの測定に多くの時間を費やして作業効率の低下を招いたり、高さ測定部の構成が大掛かりになったりする弊害が懸念される。

　一方、高さ測定部を備えない構成の部品移載装置もある。この構成における従来技術では、装着済みの部品の既知の高さに加え、基板の反りなどの変形に相当するマージン高さを考慮して、部品装着具が装着済みの部品に干渉しない仮想的な安全高さを求め、部品装着具の移動制御を行う。この従来技術では、仮想的な安全高さが実際の安全高さよりも高くなり、その分だけ部品装着具の移動が制約される。

　それゆえ、本明細書では、測定した基板の高さに基づいて部品装着具の移動制御を適正化することにより、装着作業の作業効率を高めた部品移載装置、および、この部品移載装置を備える部品装着機を提供することを解決すべき課題とする。

　本明細書は、位置決めされた基板の所定の装着位置に部品を装着する部品装着具と、前記部品装着具を昇降駆動する昇降駆動機構と、前記部品装着具を昇降方向以外に駆動する第二駆動機構と、位置決めされた前記基板の上面高さを測定する高さ測定部と、測定された前記上面高さに基づいて、装着済みの前記部品に干渉しない安全高さを演算する演算部と、前記装着位置で前記部品の装着を終えた前記部品装着具が前記昇降駆動機構に上昇駆動されて前記部品装着具の下端が前記安全高さに上昇するまで、前記昇降駆動機構の動作に前記第二駆動機構の動作をラップさせるラップ動作を禁止するとともに、前記部品装着具の前記下端が前記安全高さまで上昇した以降に前記第二駆動機構の前記ラップ動作を許容する制御部と、を備える部品移載装置を開示する。

　また、本明細書は、上記した部品移載装置と、前記基板を搬入し、位置決めし、搬出する基板搬送装置と、前記部品を供給する部品供給装置と、を備える部品装着機を開示する。

　開示した部品移載装置や部品装着機では、測定した基板の上面高さに基づいて実際の安全高さを演算し、部品装着具の下端が安全高さに上昇するまで第二駆動機構のラップ動作を禁止する。したがって、部品装着具は、安全高さに上昇するまで装着位置に留まり、装着済みの部品に干渉しない。また、部品装着具の下端が安全高さまで上昇した以降に、第二駆動機構のラップ動作が許容される。したがって、仮想的な安全高さを用いる従来技術と比較して、部品装着具の昇降方向以外への移動開始時期を早めることができ、その結果として、装着作業の作業効率を高めることができる。

第１実施形態の部品移載装置を備える部品装着機の全体構成を示す平面図である。高さ測定部を構成する接触検知センサを吸着ノズルの詳細構成と併せて模式的に示す側面部分断面図である。部品移載装置の制御の構成を説明するブロック図である。部品移載装置の動作を説明する動作フローの図である。部品移載装置の作用および効果を説明する図であって、吸着ノズルが部品を装着した後の移動を説明する側面図である。変形形態において、部品移載装置の作用および効果を説明する図であって、吸着ノズルが部品を装着する前の移動を説明する側面図である。第２実施形態において、高さ測定部を構成する基板高さセンサを模式的に示す側面図である。第２実施形態において、部品移載装置の動作を説明する動作フローの図である。

　１．部品装着機１の全体構成
　第１実施形態の部品移載装置４を備える部品装着機１の全体構成について、図１～図３を参考にして説明する。部品装着機１は、基板Ｋに部品を装着する装着作業を実施する。図１の紙面左側から右側に向かう方向が基板Ｋを搬送するＸ軸方向、紙面下側（前側）から紙面上側（後側）に向かう方向がＹ軸方向となる。部品装着機１は、基板搬送装置２、部品供給装置３、部品移載装置４、部品認識用カメラ４９、および制御装置９などが基台１０に組み付けられて構成される。

　基板搬送装置２は、一対のガイドレール２１、図略の一対の搬送ベルト、およびクランプ機構２３などで構成される。一対のガイドレール２１は、基台１０の上面中央を横断して搬送方向（Ｘ軸方向）に延在し、かつ互いに平行して基台１０に組み付けられる。一対の搬送ベルトは、基板Ｋの平行する二辺が戴置された状態でガイドレール２１に沿って輪転し、基板Ｋを基台１０の中央付近の作業実施位置に搬入する。クランプ機構２３は、搬入された基板Ｋを押し上げて、ガイドレール２１の押し当て部２２（図５参照）との間にクランプして位置決めする。部品移載装置４による部品の装着作業が終了した後、クランプ機構２３は基板Ｋを解放し、搬送ベルトは基板Ｋを機外に搬出する。

　部品供給装置３は、Ｘ軸方向に並んで配列された複数のテープフィーダ３１により構成される。各テープフィーダ３１は、多数の部品が一列に収納されたキャリアテープを先端側の供給位置３２に向けて送り出す。キャリアテープは、供給位置３２で部品を採取可能に供給する。

　部品移載装置４は、Ｙ軸移動体４１、Ｘ軸移動体４２、装着ヘッド４３、ロータリツール４４、吸着ノズル４５、基板認識用カメラ４６、移載制御部４７、および高さ測定部６（図３参照）などで構成される。Ｙ軸移動体４１は、Ｘ軸方向に長い部材で形成され、Ｙ方向駆動機構に駆動されてＹ軸方向に移動する。Ｘ軸移動体４２は、Ｙ軸移動体４１に装架され、Ｘ方向駆動機構に駆動されてＸ軸方向に移動する。装着ヘッド４３は、Ｘ軸移動体４２の前面に設けられた図略のクランプ機構に取り付けられ、Ｘ軸移動体４２と共に水平二方向に移動する。Ｙ方向駆動機構およびＸ方向駆動機構は、部品装着具を水平二方向に駆動する水平駆動機構５２（図３参照）の一形態である。

　装着ヘッド４３の下側に、ロータリツール４４が自転可能に設けられる。ロータリツール４４は、Ｒ軸駆動機構５３に駆動されて、垂直中心軸の回りに自転する。ロータリツール４４は、複数（図１の例では１２本）の吸着ノズル４５を垂直中心軸から等距離に有する。吸着ノズル４５は、基板Ｋの所定の装着位置に部品を装着する部品装着具の一形態である。吸着ノズル４５は、昇降駆動機構５１に駆動されて昇降し、θ軸駆動機構５４に駆動されて垂直軸の回りに自転する。また、ロータリツール４４が自転したときに、吸着ノズル４５は、ロータリツール４４の垂直中心軸の回りを公転する。吸着ノズル４５は、図略のエア供給機構から負圧や正圧のエアが選択的に供給されて、部品の吸着および装着を行う。

　なお、ロータリツール４４が省略されて、装着ヘッド４３の下側に１本の吸着ノズル４５が自転可能に設けられる構成もある。この構成では、昇降駆動機構５１およびθ軸駆動機構５４が設けられ、Ｒ軸駆動機構５３が省略される。また、部品装着具として、部品を挟持する挟持チャックを用いることができる。本明細書において、「移動」の用語は、昇降移動や水平移動に加えて、ロータリツール４４の自転、ならびに吸着ノズル４５の自転および公転を含むものとする。したがって、水平駆動機構５２、Ｒ軸駆動機構５３、およびθ軸駆動機構５４は、吸着ノズル４５を昇降方向以外に駆動する第二駆動機構となる。

　基板認識用カメラ４６は、装着ヘッド４３と並んでＸ軸移動体４２に設けられる。基板認識用カメラ４６は、光軸が下向きとなるように配設され、基板Ｋに付設された位置基準マークを上方から撮像する。取得された画像データは画像処理され、基板Ｋの作業実施位置が正確に求められる。基板認識用カメラ４６として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を有するデジタル式の撮像装置を例示できる。

　部品認識用カメラ４９は、基板搬送装置２と部品供給装置３の間の基台１０上に設けられる。部品認識用カメラ４９は、光軸が上向きとなるように配置される。部品認識用カメラ４９は、装着ヘッド４３が部品供給装置３から基板Ｋに移動する途中で、吸着ノズル４５に保持された部品を下方から撮像して認識する。これにより、部品の種類の正誤が判定され、また、吸着ノズル４５に対する部品の位置や向きが検出されて装着作業に反映される。部品認識用カメラ４９として、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有するデジタル式の撮像装置を例示できる。

　部品移載装置４は、位置決めされた基板Ｋに対して、複数回の吸着装着サイクルを繰り返すことができる。吸着装着サイクルにおいて、まず、装着ヘッド４３が部品供給装置３の上方に移動し、各吸着ノズル４５が部品を吸着する。次に、装着ヘッド４３が部品認識用カメラ４９の上方に移動し、部品認識用カメラ４９が撮像を行う。その次に、装着ヘッド４３が基板Ｋの上方に移動し、各吸着ノズル４５が部品を基板Ｋに装着する。そして、装着ヘッド４３が、再び部品供給装置３に向かって移動する。吸着装着サイクルとは、上記した一連の動作の総称である。

　制御装置９は、基台１０に組み付けられており、その配設位置は特に限定されない。制御装置９は、ＣＰＵを有してソフトウェアで動作するコンピュータ装置により構成される。なお、制御装置９は、複数のＣＰＵが機内に分散配置され、かつ通信接続されて構成されてもよい。制御装置９は、基板Ｋの種類ごとの装着作業データ９１に基づいて、基板搬送装置２、部品供給装置３、部品移載装置４、および部品認識用カメラ４９制御し、部品の装着作業を進める。装着作業データ９１は、装着作業の詳細な手順や実施方法などを記述したデータである。

　２．接触検知センサ６１
　次に、高さ測定部６を構成する接触検知センサ６１について、吸着ノズル４５の詳細構成と併せ、図２を参考にして説明する。ロータリツール４４の垂直中心軸から離れた円周上に等間隔で、複数のノズル保持部４４１が設けられる。ノズル保持部４４１は、上下方向に延在する円柱状の内部空間によって形成される。ノズル保持部４４１は、吸着ノズル４５を着脱可能、昇降動作可能、および自転動作可能に保持する。

　吸着ノズル４５は、ノズル本体部４５１、ノズル先端部４５Ａ、および付勢ばね４５Ｄなどで構成される。ノズル本体部４５１は、上下方向に長く形成され、ノズル保持部４４１の内部に気密を確保して配置される。ノズル本体部４５１は、外周流路４５２、径方向流路４５３、軸方向流路４５４、および先端保持空間４５５を有する。ノズル本体部４５１は、さらに、先端保持空間４５５の内側から外向きに開口する昇降規制窓４５６をもつ。

　外周流路４５２は、ノズル本体部４５１の上部寄りの外周において上下方向および周方向に拡がり、ロータリツール４４の内部流路４４２に連通する。外周流路４５２が拡がっていることにより、吸着ノズル４５が昇降しまた自転しても、外周流路４５２と内部流路４４２の連通が維持される。内部流路４４２は、負圧または正圧のエアが選択的に供給され、開口部４４３もつメカバルブ４４４の上下動によって開閉される。

　径方向流路４５３は、外周流路４５２から径方向内向きに延び、ノズル本体部４５１の中心軸上の軸方向流路４５４に連通する。軸方向流路４５４は、中心軸に沿って下向きに延び、先端保持空間４５５に連通する。先端保持空間４５５は、軸方向流路４５４よりも大径の円筒状の空間であり、下方に開口する。

　ノズル先端部４５Ａは、先端保持空間４５５の内部に、気密を確保しつつ昇降可能に設けられる。ノズル先端部４５Ａは、円筒状の部材で形成される。ノズル先端部４５Ａは、下部が徐々に縮径されており、下端が吸着端４５Ｂとなっている。ノズル先端部４５Ａの途中高さに、エアの流れを妨げない昇降規制板４５Ｃが設けられる。昇降規制板４５Ｃは、水平方向に配置され、その端部が昇降規制窓４５６に係入している。

　先端保持空間４５５内の昇降規制板４５Ｃとノズル本体部４５１の間に、付勢ばね４５Ｄが設けられる。付勢ばね４５Ｄは、ノズル本体部４５１を基準にして、ノズル先端部４５Ａを下方に付勢する。したがって、図２に示されるように、通常時、ノズル先端部４５Ａは、昇降規制板４５Ｃが昇降規制窓４５６の下面に接する高さに維持される。

　ここで、装着ヘッド４３の前寄りの特定箇所に、吸着ノズル４５が昇降するノズル昇降位置が設定されている。ノズル昇降位置の上方には、昇降駆動機構５１として、Ｚ軸モータが設けられる。ロータリツール４４の自転によってノズル昇降位置にセットされた吸着ノズル４５は、昇降駆動機構５１に駆動されて、ノズル保持部４４１の中を昇降する。昇降駆動機構５１の駆動量と、吸着ノズル４５の高さ位置との関係は、後述するように予め較正される。

　吸着ノズル４５が下降して、吸着端４５Ｂに吸着された部品が基板Ｋの装着位置に接触すると、ノズル先端部４５Ａは下降できなくなり、一方でノズル本体部４５１は下降し続ける。これにより、付勢ばね４５Ｄが圧縮され、昇降規制板４５Ｃは、昇降規制窓４５６の下面から離れてゆく。換言すると、ノズル本体部４５１に対してノズル先端部４５Ａが相対的に上昇する。吸着ノズル４５の下降量は、昇降規制板４５Ｃが昇降規制窓４５６の下面から離れ、かつ昇降規制板４５Ｃが昇降規制窓４５６の上面に当接しないように、適正に設定される。

　ノズル昇降位置の近傍に、接触検知センサ６１が設けられる。接触検知センサ６１は、昇降駆動機構５１に駆動されて、ノズル本体部４５１とともに下降する。接触検知センサ６１は、吸着ノズル４５が下降して吸着端４５Ｂの部品が基板Ｋに接触した以降、ノズル本体部４５１に対してノズル先端部４５Ａが相対的に上昇することを検知する。吸着ノズル４５が部品を吸着していない場合、接触検知センサ６１は、吸着端４５Ｂが他の部材に接触したことを検知する。したがって、高さが既知の部材（例えば、基台１０の上面に設けられた高さ基準面）に向けて吸着ノズル４５を下降させることにより、昇降駆動機構５１の駆動量と、吸着ノズル４５の高さ位置との関係を較正することができる。

　接触検知センサ６１として、検知光の通過や反射を利用して昇降規制板４５Ｃの高さ位置を検知する光電センサを例示することができる。補足すると、昇降駆動機構５１に下降駆動された始めのうち、ノズル本体部４５１、ノズル先端部４５Ａ、および接触検知センサ６１は、揃って下降する。部品が基板Ｋに接触してノズル先端部４５Ａが下降できなくなっても、ノズル本体部４５１および接触検知センサ６１は下降し続ける。この結果、接触検知センサ６１は、昇降規制板４５Ｃが相対的に上昇することに基づいて、接触を検知する。

　なお、接触検知センサ６１として、光電センサ以外の検知方式を用いてもよい。例えば、昇降規制板４５Ｃと昇降規制窓４５６の下面との接触状態を監視する接触センサや、接触による電気的導通を監視する導通センサや、吸着ノズル４５の下降動作を撮影する監視カメラなどを接触検知センサ６１に用いることができる。

　３．部品移載装置４の制御の構成
　次に、部品移載装置４の制御の構成について、図３を参考にして説明する。移載制御部４７は、コンピュータ装置を用いて構成される。移載制御部４７は、制御装置９に通信接続されており、制御装置９からの指令にしたがって制御を行い、制御状況を制御装置９に報告する。

　ここで、装着作業データ９１は、基板Ｋに装着する部品の種類、個数、装着座標位置、装着順序、および部品を供給するテープフィーダ３１の配列位置の情報を含んでいる。したがって、制御装置９または移載制御部４７は、装着作業データ９１に基づいて、装着ヘッド４３、ロータリツール４４、および吸着ノズル４５の移動経路や移動速度、移動時期などを決定することができる。さらに、移載制御部４７は、決定にしたがって、昇降駆動機構５１、水平駆動機構５２、Ｒ軸駆動機構５３、およびθ軸駆動機構５４の動作を制御する。

　移載制御部４７は、ソフトウェアを用いて構成される三つの制御機能部、すなわち、高さ算出部７１、演算部７２、およびラップ制御部７３を有する。高さ算出部７１および前述した接触検知センサ６１により、高さ測定部６が構成される。高さ測定部６は、部品の装着作業と並行して、基板Ｋに配置される複数の装着位置の上面高さをそれぞれ測定する。

　詳述すると、高さ算出部７１は、接触検知センサ６１に接続されており、加えて、昇降駆動機構５１の駆動量を取得する機能を有する。接触検知センサ６１は、部品を保持した吸着ノズル４５が基板Ｋの装着位置に向かって下降するときに、接触を検知して検知信号を出力する。高さ算出部７１は、接触検知センサ６１の検知信号を受け取った瞬間における昇降駆動機構５１の駆動量、および吸着ノズル４５が吸着している部品の既知の高さ寸法に基づいて、基板Ｋの装着位置の上面高さを算出する。なお、部品の高さ寸法を始めとする形状情報は、装着作業データ９１に関連付けて記憶されており、高さ算出部７１からのアクセスが可能である。

　したがって、高さ測定部６は、部品を保持した吸着ノズル４５が装着位置に向かって下降するたびに測定を行い、複数の装着位置における固有の上面高さを測定することができる。かつ、装着作業と並行しての測定であるので、高さ測定部６は、専用の測定時間を設ける必要がない。ただし、高さ測定部６は、装着作業の対象となる装着位置に関して、装着作業の開始以前に予め測定を行っておくことができない。

　演算部７２は、高さ測定部６によって測定された基板Ｋの上面高さに基づいて、装着済みの部品に干渉しない安全高さを演算する。この安全高さは、複数の装着位置で相違することが許容される固有の安全高さである。

　ラップ制御部７３は、部品の装着を終えた吸着ノズル４５が上昇するたびに、固有の安全高さを用いて制御を行う。具体的に、ラップ制御部７３は、装着位置で部品の装着を終えた吸着ノズル４５が昇降駆動機構５１に上昇駆動されて吸着端４５Ｂが安全高さに上昇するまで、昇降駆動機構５１の動作に第二駆動機構の動作をラップさせるラップ動作を禁止する。さらに、ラップ制御部７３は、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが安全高さまで上昇した以降に第二駆動機構のラップ動作を許容する。演算部７２およびラップ制御部７３の機能については、後で詳述する。

　４．部品移載装置４の動作
　次に、部品移載装置４の動作について、図４および図５を参考にして説明する。なお、図５において、基板Ｋの大きさと比較して、高さ関係の表示や吸着ノズル４５の移動軌跡が誇張されて見易く描かれている（図６も同様）。図４に示される動作フローは、主に移載制御部４７からの制御によって進められ、位置決めされた基板Ｋの各々に対して実行される。図４のステップＳ１で、位置決めされた基板Ｋに対して吸着装着サイクルが開始される。

　ステップＳ１において、まず、装着ヘッド４３は、水平駆動機構５２に駆動され、部品供給装置３の上方に移動する。次に、ノズル昇降位置の吸着ノズル４５は、昇降駆動機構５１に駆動され、下降してテープフィーダ３１の供給位置３２から部品を吸着し、上昇する。その次に、ロータリツール４４は、Ｒ軸駆動機構５３に駆動されて自転し、これにより、ノズル昇降位置の吸着ノズル４５が入れ替わる。この後、ノズル昇降位置における吸着ノズル４５の下降および上昇による部品の吸着と、ノズル昇降位置における吸着ノズル４５の入れ替わりとが交互に実行される。また、吸着する部品の種類（テープフィーダ３１）を変更する場合、装着ヘッド４３は、水平駆動機構５２に駆動されてＸ軸方向に移動し、別のテープフィーダ３１に移動する。

　複数の吸着ノズル４５が部品を吸着した後のステップＳ２で、装着ヘッド４３は、水平駆動機構５２に駆動され、部品認識用カメラ４９の上方に移動して撮像される。続いて、装着ヘッド４３は、基板Ｋの装着位置の上方に移動する。次のステップＳ３で、ノズル昇降位置の吸着ノズル４５は、昇降駆動機構５１に駆動され、下降して装着位置に部品を装着する。このとき、吸着ノズル４５は、必要に応じてθ軸駆動機構５４に駆動され、自転して部品の向きを調整する。例えば、部品を装着する向きが基板Ｋの長辺方向であるか短辺方向であるかに応じて部品の向きが９０°調整され、部品認識用カメラ４９で部品の向きの誤差が検出されている場合に誤差分が調整される。

　ステップＳ３と部分的に並行して実施されるステップＳ４で、高さ測定部６が動作する。すなわち、吸着ノズル４５の下降による部品Ｐ１の装着作業と並行して、接触検知センサ６１が、部品Ｐ１の装着位置Ａ１への接触を検知し(図５参照)、検知信号を出力する。検知信号を受け取った高さ算出部７１は、基板Ｋの装着位置Ａ１の上面高さＨ１を算出する。高さ測定部６は、部品を保持した吸着ノズル４５が下降するたびに測定を行う。図５に示されるように、基板Ｋに反りなどの変形がある場合、装着位置Ａ１の上面高さＨ１は、ガイドレール２１の押し当て部２２によって規定される基準高さＨ０から変化する。

　次のステップＳ５で、演算部７２は、測定された上面高さＨ１に基づいて、装着済み部品ＰＺに干渉しない安全高さＨＳ１を演算する。具体的には、演算部７２は、測定された上面高さＨ１と、装着済み部品ＰＺの既知の最大高さ寸法ＰＨとを加算して安全高さＨＳ１（図５の一点鎖線のレベル）とする。このとき、演算部７２は、基板Ｋに装着済みの全部品を考慮する第一方法を用いる。別法として、演算部７２は、吸着装着サイクル内で装着ヘッド４３またはノズル昇降位置の吸着ノズル４５が通過する可能性のある基板Ｋの一部領域を求め、一部領域内に装着された部品のみを考慮する第二方法を用いてもよい。

　第一方法によれば、演算部７２の演算負荷が軽減される。一方、第二方法によれば、第一方法と比較して、安全高さＨＳ１を低めに設定することが可能となる。いずれの方法でも、演算部７２は、装着位置Ａ１ごとに固有の安全高さＨＳ１を演算する。なお、吸着装着サイクルの繰り返しに伴い、装着済み部品ＰＺの点数が増加する。これに起因して、１枚の基板Ｋへの装着作業の途中で、最大高さ寸法ＰＨが変更になる場合が多い。演算部７２は、最大高さ寸法ＰＨの変更を考慮して、安全高さＨＳ１を演算することができる。

　次のステップＳ６で、部品の装着を終えた吸着ノズル４５は、昇降駆動機構５１に駆動されて上昇する。次のステップＳ７で、ラップ制御部７３は、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが上昇して安全高さＨＳ１に到達したか否かを判定する。到達していない場合、ラップ制御部７３は、動作フローの実行をステップＳ５に戻し、昇降駆動機構５１を継続して動作させ、第二駆動機構の動作をラップさせるラップ動作を禁止する。

　吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが安全高さＨＳ１に到達すると、ラップ制御部７３は、動作フローの実行をステップＳ８に進める。ステップＳ８で、ラップ制御部７３は、第二駆動機構のラップ動作を許容する。これにより、吸着ノズル４５の昇降移動以外の移動が可能となる。具体的には、装着ヘッド４３の水平移動、ロータリツール４４の自転、および吸着ノズル４５の自転が可能となる。

　次のステップＳ９で、移載制御部４７は、吸着装着サイクルの終了であるか否かを判定する。少なくとも一つの吸着ノズル４５が部品を保持している場合、吸着装着サイクルは未終了であり、動作フローの実行はステップＳ２に戻される。２度目以降のステップＳ２で、装着ヘッド４３は、次の装着位置に水平移動し、以降はステップＳ３以下が繰り返される。吸着ノズル４５のいずれも部品を保持していない場合、吸着装着サイクルは終了しており、動作フローの実行はステップＳ１に戻される。２度目のステップＳ１で、２回目の吸着装着サイクルが開始され、以降はステップＳ２以下が繰り返される。

　５．部品移載装置４の作用および効果
　次に、部品移載装置４の作用および効果について、図５を参考にして、従来技術と比較して説明する。なお、第二駆動機構が水平駆動機構５２である場合を例にして説明する。第１実施形態の部品移載装置４では、図５に示されるように、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが安全高さＨＳ１に到達すると、水平駆動機構５２（第二駆動機構）のラップ動作が許容される。したがって、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが移動する軌跡Ｍ１は、安全高さＨＳ１よりも低い間は垂直方向に延び、かつ、実線の矢印で示されるように、安全高さＨＳ１から水平移動方向に向かって斜め上方に傾斜する。

　一方、高さ測定部６を備えない従来技術において、基準高さＨ０と、装着済み部品ＰＺの最大高さ寸法ＰＨを加算し、さらに基板Ｋの反りなどで生じ得る最大変形量に相当するマージン高さＭＨを加算して、仮想安全高さＨＶ（図５の破線のレベル）を求める。そして、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが仮想安全高さＨＶに到達する以前は水平駆動機構５２のラップ動作を禁止し、吸着端４５Ｂが仮想安全高さＨＶに到達するすると、水平駆動機構５２のラップ動作を許容する。したがって、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが移動する軌跡Ｍ２は、仮想安全高さＨＶよりも低い間は垂直方向に延び、かつ、破線の矢印で示されるように、仮想安全高さＨＶから水平移動方向に向かって斜め上方に傾斜する。

　軌跡Ｍ１と軌跡Ｍ２を比較すれば分かるように、第１実施形態では、水平距離Ｄ１の分だけ、水平方向の移動が従来技術よりも先行する。つまり、第１実施形態では、装着ヘッド４３の水平方向の移動開始時期を従来技術よりも早めることができ、その分だけ移動動作が効率化される。また、Ｒ軸駆動機構５３およびθ軸駆動機構５４に関しても同様のことが成り立ち、ロータリツール４４および吸着ノズル４５の自転動作が効率化される。

　なお、上記した効果は、水平方向の移動距離が長い場合、例えば、吸着装着サイクルが終了して装着ヘッド４３が部品供給装置３に向かって水平移動する場合に顕著となる。一方、水平方向の移動距離が短い場合、例えば、今回の装着位置と次回の装着位置とが至近である場合には、装着ヘッド４３の水平移動が早く始まって早く終了しても、吸着ノズル４５の昇降移動に時間を要するため、移動動作の効率化の効果が生じにくい。

　第１実施形態の部品移載装置４や部品装着機１では、測定した基板Ｋの上面高さＨ１に基づいて実際の安全高さＨＳ１を演算し、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが安全高さＨＳ１に上昇するまで第二駆動機構（水平駆動機構５２、Ｒ軸駆動機構５３、θ軸駆動機構５４）のラップ動作を禁止する。したがって、吸着ノズル４５は、安全高さＨＳ１に上昇するまで装着位置Ａ１に留まり、装着済み部品ＰＺに干渉しない。また、吸着ノズル４５の吸着端４５Ｂが安全高さＨＳ１まで上昇した以降に、第二駆動機構（水平駆動機構５２、Ｒ軸駆動機構５３、θ軸駆動機構５４）のラップ動作が許容される。したがって、第１実施形態によれば、仮想安全高さＨＶを用いる従来技術と比較して、吸着ノズル４５の昇降方向以外への移動開始時期を早めることができ、その結果として、装着作業の作業効率を高めることができる。

　６．第１実施形態の変形形態
　前述した第１実施形態では、装着ヘッド４３が装着位置Ａ２に向かって水平移動するときに、当該装着位置Ａ２の上面高さＨ２が予め測定されておらず、かつ当該装着位置Ａ２に適用する固有の安全高さＨＳ２が予め演算されていない。このため、装着ヘッド４３が装着位置Ａ２に向かって水平移動する途中で、吸着ノズル４５を下降させる下限許容高さを従来技術の仮想安全高さＨＶに設定して運用する。変形形態は、この下限許容高さを仮想安全高さＨＶよりも低く改善するものであり、演算部７２およびラップ制御部７３の機能が変更される。

　変形形態において、図４のステップＳ５で、演算部７２は、第一の装着位置Ａ１で測定された上面高さＨ１に基づいて、装着済み部品ＰＺに干渉しない安全高さＨＳ１を演算する。さらに、演算部７２は、上面高さＨ１または安全高さＨＳ１に基づいて、第二の装着位置Ａ２の安全高さＨＳ２を推定演算する。第二の装着位置Ａ２は、第一の装着位置Ａ１の次に装着作業が実施される位置であり、これに限定されず、次の次やそれ以降に装着作業が実施される位置であってもよい。また、第二の装着位置Ａ２は、複数箇所であってもよい。

　変形形態において、演算部７２は、図６に示されるように、第一の装着位置Ａ１の安全高さＨＳ１に規定の補正高さＨＨを加算して、第二の装着位置Ａ２の安全高さＨＳ２とする。補正高さＨＨとして、従来技術で用いるマージン高さＭＨよりも小さい一定量、例えば、マージン高さＭＨの半分を用いることができる。また、補正高さＨＨとして、第一の装着位置Ａ１と第二の装着位置Ａ２の離間距離をパラメータとする変化量であって、マージン高さＭＨよりも小さな変化量を用いることができる。定性的には、離間距離の大小に対応して単調に変化する補正高さＨＨを用いることができる。つまり、離間距離が小さい場合の補正高さＨＨを、離間距離が大きい場合の補正高さＨＨよりも小さく設定することができる。

　また、ラップ制御部７３は、第一の装着位置Ａ１で部品Ｐ１の装着を終えた第一の吸着ノズル４５が上昇するときに第１実施形態と同じ制御を行い、続いて装着ヘッド４３を第二の装着位置Ａ２に向かって水平移動させるときに次の制御を行う。すなわち、ラップ制御部７３は、部品Ｐ２を保持した第二の吸着ノズル４５が第二の装着位置Ａ２に向かって下降するときに、保持された部品Ｐ２の下端が安全高さＨＳ２に下降するときまで第二駆動機構のラップ動作を許容するとともに、保持された部品Ｐ２の下端が安全高さＨＳ２に下降した以降に第二駆動機構のラップ動作が不要となるように制御する。

　ここでも、第二駆動機構が水平駆動機構５２である場合を例にして説明する。上記した制御を実現するために、ラップ制御部７３は、吸着ノズル４５を下降させるラップ動作の事前演算を行う。すなわち、ラップ制御部７３は、部品Ｐ２の下端の移動軌跡が、図６に実線の矢印で示される軌跡Ｍ３となるように、ラップ開始位置ＡＬ２を決定する。装着ヘッド４３がラップ開始位置ＡＬ２に到達するまで、水平駆動機構５２が動作し、昇降駆動機構５１は第二の吸着ノズル４５を下降駆動しない（ラップ動作しない）。

　装着ヘッド４３がラップ開始位置ＡＬ２に到達すると、昇降駆動機構５１と水平駆動機構５２のラップ動作が開始される（ラップ動作の許容）。つまり、昇降駆動機構５１による吸着ノズル４５の下降駆動が開始され、軌跡Ｍ３は斜め下方に向かう。そして、装着ヘッド４３が装着位置Ａ２の真上に到着した瞬間に、部品Ｐ２の下端が安全高さＨＳ２まで下降した状態となる。この後、吸着ノズル４５の下降が継続され（ラップ動作が不要）、部品Ｐ２が装着される。

　さらに、部品Ｐ２の装着作業と並行して、装着位置Ａ２の上面高さＨ２が測定される。そして、演算部７２は、上面高さＨ２に基づいて、安全高さＨＳ２を再度演算する。上面高さＨ２に基づく安全高さＨＳ２は、安全高さＨＳ１に補正高さＨＨを加算して求めた安全高さＨＳ２と相違してもよい。また、ラップ制御部７３は、上面高さＨ２に基づく固有の安全高さＨＳ２を用いて、吸着ノズル４５が上昇するときのラップ動作を制御する。このように、変形形態では、吸着ノズル４５の下降時と上昇時とで、異なる安全高さＨＳ２を用いる。

　一方、高さ測定部６を備えない従来技術において、部品Ｐ２の下端の移動軌跡が、図６に破線の矢印で示される軌跡Ｍ４となるように、ラップ開始位置ＡＬＸが決定される。ラップ開始位置ＡＬＸは、変形形態のラップ開始位置ＡＬ２よりも装着位置Ａ２に接近している。そして、装着ヘッド４３が装着位置Ａ２の真上に到着した瞬間に、部品Ｐ２の下端が仮想安全高さＨＶまで下降した状態となる。

　したがって、変形形態では、仮想安全高さＨＶから安全高さＨＳ２を減算して求められる垂直距離Ｄ２の分だけ、吸着ノズル４５の下降動作が従来技術よりも先行する。つまり、変形形態では、吸着ノズル４５の下降による部品Ｐ２の装着作業を従来技術よりも早めることができ、その分だけ装着作業が効率化される。

　７．第２実施形態の部品移載装置
　次に、第２実施形態の部品移載装置について、図７および図８を参考にして、第１実施形態と異なる点を主に説明する。第２実施形態において、高さ測定部６は、接触検知センサ６１に代わる基板高さセンサ６３を含んで構成される。基板高さセンサ６３は、図７に示されるようにＸ軸移動体４２の下側、または装着ヘッド４３の下側に下向きに設けられる。基板高さセンサ６３は、吸着ノズル４５が動作する以前、換言すると吸着装着サイクルを開始する以前に、基板Ｋに設定された測定位置の上面高さを測定する。さらに、高さ測定部６の変更に伴い、演算部７２の機能が変更される。演算部７２は、吸着ノズル４５が動作する以前に、全ての装着位置の安全高さを予め演算する。

　基板高さセンサ６３は、隣接配置された光照射部６４および反射光検出部６５を有する。光照射部６４は、下方に位置決めされている基板Ｋに向かって、検出光Ｌ１を鉛直下向きに照射する。検出光Ｌ１として、指向性および直進性が高いレーザー光を例示することができる。検出光Ｌ１は基板Ｋの上面で反射され、斜めに反射した反射光Ｌ２が反射光検出部６５に入射する。反射光検出部６５は、反射光Ｌ２の検出位置の違いに基づいて、基板Ｋの上面高さを検出する。図７において、基板Ｋの上面高さが基準高さＨ０である場合の反射光Ｌ２が実線で示され、基板Ｋの変形の影響で上面高さＨ３が基準高さＨ０よりも高い場合の反射光Ｌ３が破線で示されている。

　次に、第２実施形態の部品移載装置の動作について説明する。図８のステップＳ１１で、高さ測定部６は、位置決めされた基板Ｋの複数箇所の測定位置の上面高さを測定する。測定に際して、基板高さセンサ６３は、水平駆動機構５２に駆動されて測定位置の上方に水平移動する。複数箇所の測定位置は、例えば、基板Ｋ上に等間隔で二次元格子状に設定される。

　次のステップＳ１２で、演算部７２は、測定された複数箇所の測定位置の上面高さに基づいて、基板Ｋの変形状態を推定する。具体的には、演算部７２は、基板Ｋ上の複数箇所の上面高さと位置の関係を統計的に処理し、基板Ｋ上のｘ座標値およびｙ座標値を用いて基板Ｋの変形状態を表現する近似式を求める。例えば、二次の近似式により基板Ｋの反り状態が近似され、三次以上の近似式により基板Ｋの波打ち等の変形状態が近似される。また、統計的な処理において、押し当て部２２に押し当てられた基板Ｋの二辺が基準高さＨ０に拘束されている条件を利用することができる。

　次のステップＳ１３で、演算部７２は、各装着位置に固有の安全高さを推定演算する。演算部７２は、まず、ステップＳ１２で求めた近似式に装着位置のｘ座標値およびｙ座標値を適用して、各装着位置の上面高さを求める。ここで、第１実施形態と相違して、装着済み部品ＰＺは、現時点で存在しない。このため、演算部７２は、装着作業データ９１の装着順序等を参照して、各装着位置に部品を装着する時点での装着済み部品ＰＺを想定し、さらに最大高さ寸法ＰＨを想定して安全高さを演算する。

　次のステップＳ１４で、吸着装着サイクルが開始され、吸着ノズル４５は、テープフィーダ３１の供給位置３２から部品を吸着する。次のステップＳ１５で、ラップ制御部７３は、吸着ノズル４５を下降させるラップ動作の事前演算を行う。この事前演算は、第１実施形態の変形形態で説明したものであって、最初の装着位置を対象として図６に示されるラップ開始位置ＡＬ２を決定するものである。次のステップＳ１６で、装着ヘッド４３は、部品認識用カメラ４９の上方を経由して、基板Ｋの装着位置の上方に水平移動する。このとき、第１実施形態の変形形態で説明した吸着ノズル４５の下降制御が並行して行われる。次のステップＳ１７で、ノズル昇降位置の吸着ノズル４５が下降して装着位置に部品を装着する。

　次のステップＳ６～ステップＳ９では、第１実施形態と同じ動作フローが実行される。第２実施形態では、第１実施形態およびその変形形態と同様の作用および効果が生じる。つまり、図５および図６を参考にして説明した作用、および装着作業の作業効率を高める効果が生じる。また、装着位置よりも少ない箇所数の測定位置で測定を行うことにより、全ての装着位置の固有の安全高さを求めることができるので、全ての装着済み部品の高さを測定する特許文献１、２の技術と比較して、測定所要時間が短縮される。

　８．実施形態の応用および変形
　なお、第１実施形態において、ロータリツール４４を省略し、複数の吸着ノズル４５が一列に配列された装着ヘッド４３を用いることができる。この構成の場合、Ｒ軸駆動機構５３は省略される。また、部品供給装置３は、複数のテープフィーダ３１により構成されるものに限定されず、スティック式フィーダやトレー式部品供給部など他種の構成を有してもよい。

　また、第２実施形態において、演算部７２は、各装着位置に固有の安全高さを推定演算するが、これに限定されない。つまり、演算部７２は、高さ測定部６によって測定された一箇所の測定位置の上面高さ、または複数箇所の測定位置の上面高さの最大値に基づいて、複数箇所の装着位置に共通の安全高さを演算してもよい。これによれば、例えば基板Ｋの中央に設定される一箇所の測定位置、または複数の上面高さの最大値を用いることで、基板Ｋの反りなどの変形に対応する適正な安全高さを求めることができる。加えて、演算負荷の軽減や制御の簡略化の効果が発生する。第１および第２実施形態は、その他にも様々な応用や変形が可能である。

　１：部品装着機　　２：基板搬送装置　　３：部品供給装置　　４：部品移載装置　　４３：装着ヘッド　　４４：ロータリツール　　４５：吸着ノズル　　４５１：ノズル本体部　　４５６：昇降規制窓　　４５Ａ：ノズル先端部　　４５Ｂ：吸着端　　４５Ｃ：昇降規制板　　４５Ｄ：付勢ばね　　４７：移載制御部　　５１：昇降駆動機構　　５２：水平駆動機構　　５３：Ｒ軸駆動機構　　５４：θ軸駆動機構　　６：高さ測定部　　６１：接触検知センサ　　６３：基板高さセンサ　　６４：光照射部　　６５：反射光検出部　　７１：高さ算出部　　７２：演算部　　７３：ラップ制御部　　９：制御装置　　９１：装着作業データ　　Ｋ：基板　　Ｐ１、Ｐ２：部品　　ＰＺ：装着済み部品　　Ａ１、Ａ２：装着位置　　Ｈ０：基準高さ　　Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３：上面高さ　　ＨＳ１、ＨＳ２：安全高さ　　ＨＨ：補正高さ　　ＰＨ：最大高さ寸法　　ＭＨ：マージン高さ　　ＨＶ：仮想安全高さ　　Ｄ１：水平距離　　Ｄ２：垂直距離

Claims

　位置決めされた基板の所定の装着位置に部品を装着する部品装着具と、
　前記部品装着具を昇降駆動する昇降駆動機構と、
　前記部品装着具を昇降方向以外に駆動する第二駆動機構と、
　位置決めされた前記基板の上面高さを測定する高さ測定部と、
　測定された前記上面高さに基づいて、装着済みの前記部品に干渉しない安全高さを演算する演算部と、
　前記装着位置で前記部品の装着を終えた前記部品装着具が前記昇降駆動機構に上昇駆動されて前記部品装着具の下端が前記安全高さに上昇するまで、前記昇降駆動機構の動作に前記第二駆動機構の動作をラップさせるラップ動作を禁止するとともに、前記部品装着具の前記下端が前記安全高さまで上昇した以降に前記第二駆動機構の前記ラップ動作を許容する制御部と、
　を備える部品移載装置。
　前記演算部は、測定された前記上面高さと、前記基板に装着済みの前記部品の最大高さ寸法とを加算して前記安全高さを演算する、請求項１に記載の部品移載装置。
　前記第二駆動機構は、前記部品装着具を水平二方向に駆動する水平駆動機構、前記部品装着具を垂直軸の回りに自転させるθ軸駆動機構、および、複数の前記部品装着具を垂直中心軸から等距離に有するロータリツールを前記垂直中心軸の回りに自転させるＲ軸駆動機構の少なくとも一つを含む、請求項１または２に記載の部品移載装置。
　前記高さ測定部は、前記部品を保持した前記部品装着具が前記装着位置に向かって下降するときに、前記部品が前記装着位置に接触したことを検知する接触検知センサを含み、前記装着位置の前記上面高さを測定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の部品移載装置。
　前記演算部は、前記部品を保持した前記部品装着具が前記装着位置に向かって下降するたびに測定された前記装着位置の前記上面高さに基づいて、複数箇所の前記装着位置に固有の前記安全高さを演算し、
　前記制御部は、前記部品の装着を終えた前記部品装着具が上昇するたびに、固有の前記安全高さを用いて制御を行う、
　請求項４に記載の部品移載装置。
　前記演算部は、
　前記部品を保持した前記部品装着具が第一の前記装着位置に向かって下降するときに測定された第一の前記装着位置の前記上面高さに基づいて、第一の前記装着位置の前記安全高さを演算するとともに、
　第一の前記装着位置の前記上面高さまたは前記安全高さに基づいて、第二の前記装着位置の前記安全高さを推定演算する、
　請求項４または５に記載の部品移載装置。
　前記演算部は、第一の前記装着位置の前記安全高さに規定の補正高さを加算して、第二の前記装着位置の前記安全高さとする、
　請求項６に記載の部品移載装置。
　前記高さ測定部は、前記部品装着具が動作する以前に、前記基板に設定された測定位置の前記上面高さを測定する基板高さセンサを含み、
　前記演算部は、前記部品装着具が動作する以前に前記安全高さを演算する、
　請求項１～３のいずれか一項に記載の部品移載装置。
　前記演算部は、前記高さ測定部によって測定された一箇所の前記測定位置の前記上面高さ、または複数箇所の前記測定位置の前記上面高さの最大値に基づいて、複数箇所の前記装着位置に共通の前記安全高さを演算する、請求項８に記載の部品移載装置。
　前記演算部は、前記高さ測定部によって測定された複数箇所の前記測定位置の前記上面高さに基づいて前記基板の変形状態を推定することにより、複数箇所の前記装着位置に固有の前記安全高さを推定演算する、請求項８に記載の部品移載装置。
　前記制御部は、
　前記部品を保持した前記部品装着具が前記装着位置に向かって下降するときに、保持された前記部品の下端が前記安全高さに下降するときまで前記第二駆動機構の前記ラップ動作を許容するとともに、保持された前記部品の前記下端が前記安全高さに下降した以降に前記第二駆動機構の前記ラップ動作が不要となるように制御する、
　請求項６～１０のいずれか一項に記載の部品移載装置。
　位置決めされた基板の所定の装着位置に部品を装着する部品装着具と、
　前記部品装着具を昇降駆動する昇降駆動機構と、
　前記部品装着具を昇降方向以外に駆動する第二駆動機構と、
　前記部品装着具が動作する以前に、位置決めされた前記基板の上面高さを測定する高さ測定部と、
　測定された前記上面高さに基づいて、装着済みの前記部品に干渉しない安全高さを演算する演算部と、
　前記部品を保持した前記部品装着具が前記装着位置に向かって下降するときに、保持された前記部品の下端が前記安全高さに下降するときまで、前記昇降駆動機構の動作に前記第二駆動機構の動作をラップさせるラップ動作を許容するとともに、保持された前記部品の前記下端が前記安全高さに下降した以降に前記第二駆動機構の前記ラップ動作が不要となるように制御する制御部と、
　を備える部品移載装置。
　請求項１～１２のいずれか一項に記載された部品移載装置と、
　前記基板を搬入し、位置決めし、搬出する基板搬送装置と、
　前記部品を供給する部品供給装置と、
　を備える部品装着機。