JP2005166927A - 部品実装装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 両面実装を行う基板Kを搬送する経路の途中に部品の実装作業領域50を有し、当該実装作業領域で基板の背後に当接すると共にその当接位置の調節が可能であるバックアップピン54で支持する部品実装装置10であって、基板の先行して片面上での部品の実装位置を示す位置データを記憶するデータ記憶手段103と、位置データの示す実装位置を所定の反転軸により対称位置に反転させた反転実装位置を回避したバックアップピンの反転位置データを生成するデータ反転処理手段101と、反転位置データに基づいてバックアップピンの配置を指示する指示手段104とを備えている。
【選択図】図7
Description
電子部品の実装作業領域では、ベルト上の基板が、その両端部で挟持されて保持が行われるため、基板の撓みによりその中間部分が沈みを生じるおそれがあり、バックアップピンはこれを防止するために設けられている。
即ち、バックアッププレートの平面上には無数のバックアップピン差し込み穴が設けられており、任意の位置にバックアップピンを配置することが可能となっている。そして、電子部品の実装作業領域において、バックアッププレートを上方に移動させて、保持された基板の背面側から複数のバックアップピンの先端部を当接させることで、基板の沈み及び撓みの発生を防止している。
しかしながら、バックアップピンの設置作業は手作業であり、上述のように、基板の実装された電子部品の位置を確認しながらバックアップピンの設置作業を行うことは、作業者の大きな負担となっていた。
特に、基板に対して複数の実装作業領域で順番に電子部品の実装を行う電子部品実装装置にあっては、各実装作業領域ごとにバックアップピンの配置作業が必要となり、作業者の負担が飛躍的に増大するという問題があった。
本発明は、バックアップピンの配置作業の負担軽減を図ることをその目的とする。
上記データ反転処理手段は、データ記憶手段に記憶された表面の部品実装位置を示す位置データに対してバックアップピンの配置を決定してから所定の反転軸で反転して反転位置データを生成するか、位置データの示す部品位置を反転してから反転した部品位置を避けるバックアップピンの配置を示す反転位置データを生成する。
また、作業者が手作業により基板反転を行う場合には、作業者が通常、基板反転作業を行う場合の反転軸を採用するか、作業者がいずれの方向の反転軸中心に基板を反転させたかを入力し、その入力情報に基づいて反転軸を認識する処理を行っても良い。
例えば、その指示の方法については、画面表示手段を設け、上記各配置を画面表示しても良いし、上記各配置又は範囲を特定する位置座標を表示しても良い。また、或いは、バックアップピンを配置する領域を視覚的に認識可能な方法で照射しても良い。
そして、各バックアップピンに対応する区画ごとに、バックアップピンの配置が決定され、当該バックアップピンの配置すべき位置の指示が行われる。
そして、作業者が撮像画像を観察しながら、基板の実装平面に沿って撮像手段をバックアップピンの配置すべき位置に位置決めする。かかる撮像手段の位置決めは、位置入力手段からの入力操作により行われる。
かかる入力操作により、位置決めにより特定された撮像手段の位置からバックアップピンの配置すべき位置を示す位置データを生成しデータ記臆手段に記憶する。
また、作業者がいずれの方向の反転軸を中心に基板を反転させたかの入力を受け付ける構成としても良い。
その指示の方法については、画面表示手段を設け、上記各配置を画面表示しても良いし、上記各配置を特定する位置座標を表示しても良い。また、或いは、バックアップピンを配置する領域を視覚的に認識可能な方法で照射しても良い。
そして、作業者が基板の実装面を観察しながら、基板の実装平面に沿ってスポット光の照射を行わせつつ照射手段をバックアップピンの配置すべき位置又は配置を回避すべき位置に位置決めする。かかる照射手段の位置決めは、位置入力手段からの入力操作により行われる。
かかる入力操作により、位置決めにより特定された照射手段の位置から特定位置を示す位置データを生成しデータ記臆手段に記憶する。
そして、その後のデータ反転処理手段による反転位置データの生成とバックアップピンの配置の指示については、請求項3記載の発明と同様である。
上記構成では、バックアップピンを配置すべき位置を示す情報に従ってバックアップピンの配置が行われる。
なお、上記配置情報は、前述したように、座標表示でも良いし、画像表示でも良い。
上記構成では、照射手段がバックアップピンの配置すべき位置に搬送されて当該位置にスポット光を照射する。作業者は、スポット光の照射位置からこれに従い、バックアップピンを配置する。
以下、本発明の実施の形態を図1から図8に基づいて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態たる電子部品実装装置10の概略的な斜視図である。
電子部品実装装置10は、基板Kに実装される電子部品を供給する複数の電子部品フィーダー11と(図1では一つのみ図示)、各電子部品フィーダー11を並べて保持するフィーダーバンク12と、電子部品を実装すべき基板Kの実装作業を行う実装作業領域としての実装作業部50と、着脱自在の吸着ノズル21を保持して電子部品の保持を行うヘッド20と、ヘッド20を所定範囲内の任意の位置に駆動搬送する搬送手段としてのX−Yガントリ30と、ヘッド20に搭載された撮像手段としてのカメラ13と、上記各部の動作制御を行なう動作制御手段100(図6参照)とを備えている。
なお、以下の説明において、水平面に沿って互いに直交する一の方向をX軸方向とし、他の方向をY軸方向とし、垂直上下方向をZ軸方向と称することとする。
上記ヘッド20は、その先端部で空気吸引により電子部品Tを保持する吸着ノズル21と、この吸着ノズル21をZ軸方向に駆動する駆動手段の駆動源であるZ軸モータ22と、吸着ノズル21を介して保持された電子部品をZ軸方向を中心として回転駆動させる回転手段の駆動源であるノズル回転モータ23(図6参照)とが設けられている。
ヘッド20のノズル保持部に装着された吸着ノズル21は、開閉制御が行われる吸気バルブ24を介して図示しない負圧源と接続されており、必要に応じて吸気バルブ24が開かれることによりその先端部が吸引状態とされて、電子部品の吸着保持を行うことを可能とされている。
図2はカメラ13の斜視図である。このカメラ13は、ヘッド20の下方の吸着ノズル21の吸着位置周辺を撮像するCCD撮像素子13aと、光軸をZ軸方向に平行に配置した光学系13bと、撮像範囲の照明用のLED光源13c、LED光源13cからの照射光を撮像範囲側に反射するミラー13dとを備えている。
上記カメラ13は、ヘッド20に保持され、X−Yガントリ30の駆動により、前述したフィーダーバンク12に設置された各電子部品フィーダー11や実装作業部50に配置された基板Kの上側を向いている実装面の任意の位置に位置決めすることが可能となっている。
そして、カメラ13は、主として、各電子部品フィーダー11や基板Kの撮像を行い、これらと吸着ノズル21の相対的な位置関係を求めるための画像データの取得に活用される。また、このカメラ13は、バックアップピン54(後述)の設置作業時に、その設置位置設定の際にも活用されるが、これについては、詳細は後述する。
X−Yガントリ30は、X軸方向にヘッド20の移動を案内するX軸ガイドレール31と、このX軸ガイドレール31と共にヘッド20をY軸方向に案内する二本のY軸ガイドレール32と、X軸方向へのヘッド20の駆動手段であるガントリX軸モータ33と、X軸ガイドレール31を介してヘッド20をY軸方向に駆動するY軸モータ34とを備えている。そして、ヘッド20を二本のY軸ガイドレール32の間となる領域のほぼ全体に搬送することを可能としている。前記したフィーダーバンク11の電子部品の受け渡し部,実装作業部50はいずれもX−Yガントリ30によるヘッド20の搬送可能領域内に配置されている。
図3は実装作業部50の周辺構成を示す斜視図、図4は実装作業部50を基板搬送方向下流側から見た正面図である。
実装作業部50は、図3に示すように、装置外部から搬入される基板Kの搬送装置60の搬送経路の途中に配置されている。
かかる搬送装置60は、その搬送経路に沿って左右両側に配設される搬送レール61と、ベルトコンベア62とを備えている。かかる搬送レール61は、装置の内部においてX軸方向に沿って装置全幅に渡って設けられている。そして、装置の一端部から基板Kの搬入が行われると、ベルトコンベア62の駆動により搬送レール61に沿って、実装作業部50に搬送される。また、或いは、基板Kは実装作業部50から、所定の電子部品が実装済みの状態で装置外部に搬出される。
一方、バックアッププレート51は昇降機構53により昇降動作が付与されることから、その上昇時には、クランプ機構に保持された基板Kの下側となる面に当接し、基板Kに生じる撓みを解消することが可能である。なお、バックアップピン54は、複数本がバックアッププレート51上面に配設される。
また、バックアッププレート51は、図5に示すように、その上面に平面位置座標を示すマス目Mの表示が設けられている。これは、後述するバックアップピン54の配置の際に、その配置指示をマス目Mの示す座標系に応じて行う際に利用される。
図6は電子部品実装装置10の制御系を示すブロック図である。図6に基づいて電子部品実装装置10の制御系について説明する。
電子部品実装装置10の動作制御手段100は、各種データの演算処理及び動作制御を行うCPU101と、制御、判断等各種処理用の各種プログラムが記憶、格納されたROM102と、各種処理におけるワークメモリとして使用されるRAM103とで概略構成されている。
図7は、図6に示した制御系の動作制御手段100によるバックアップピン54の設置作業を行うための処理及び制御を示すフローチャートである。これに基づいて、動作制御手段100の機能説明を行う。
基板Kの両面に電子部品の実装を行う場合、バックアップピン54はバックアッププレート51の上面上において、基板Kの裏面(両面実装基板における後に実装が行われる面)の実装の際に、既に実装されているおもて面(先に実装が行われる面)の電子部品を回避する配置としなければならない。このため、バックアップピン54の配置を行う前に、予め適切なバックアップピン54の配置を決定するための基準となる位置データの生成が行われる。
予めおもて面に電子部品が実装されたサンプル用の基板Kが表面を上方に向けた状態で実装作業部50においてクランプ機構25に保持されると、カメラ13が規定のマーク取込位置となるようにX−Yガントリ30の駆動により位置決めされる。かかる状態で基板Kの基準位置マークの撮像が行われると、CPU101は、周知の画像処理を行い、撮像範囲内でマーク位置を特定すると共に、X−Yガントリ30の位置決めのための座標系に対する基板Kの位置が認識される。
そして、CPU101は、クランプ機構25により基板Kの保持が行われると、入力パネル105からの、カメラ13をサンプル基板Kに対する電子部品の存在しない位置に位置決めするための入力操作待ちとなる(ティーチング:ステップS1)。このとき、CPU101は、カメラ13による撮像画像を表示装置104に表示出力させる動作制御を行う。
これに対して、作業者は、画像を観察しながら、位置入力手段として機能する入力パネル105の操作キーによって操作入力を行い、基板Kのおもて面における電子部品を回避した位置にカメラ13を位置決めする。この位置が基板Kの反転後におけるバックアップピン54の当接位置となる。そして、入力パネル105から位置決定の入力があると、そのときのカメラ13の位置座標を位置データとしてCPU101は、データ記憶手段としてのRAM103に記憶する。また、バックアップピン54を複数本使用する場合には、上記位置座標を複数取得し、それらを位置データとしてRAM103に記憶する。
即ち、図8(A)に示すように、基板Kは長方形状であって、実装作業部50において、その長辺の方向と搬送方向(X軸方向)と平行となるように保持される。そして、基板Kが裏面の実装の際に、その短辺の方向(Y軸方向)を反転軸としておもて面から裏面に反転される場合には、基板K上のポイントPは、X軸方向に沿って位置変動を生じることとなる。
また、図8(B)に示すように、基板Kが裏面の実装の際に、その長辺の方向(X軸方向)を反転軸としておもて面から裏面に反転される場合には、基板K上のポイントPは、Y軸方向に沿って位置変動を生じることとなる。
そして、入力パネル105から反転軸の方向がX軸、Y軸方向のいずれか入力されると、CPU101は、RAM103の位置データに含まれる各位置座標を各軸方向に反転変換すると共にこれを反転位置データとしてRAM103に記憶する(座標変換:ステップS3)。
即ち、CPU101は、反転位置データの生成プログラムを実行することで、データ反転処理手段として機能する。
作業者は、これにより、表示装置104を観察しながら指示されたマス目Mの座標位置にバックアップピン54を配置する(バックアップピン設置:ステップS4)。
動作制御手段100のCPU101は、基板Kに対する電子部品の実装時に、ROM102に格納された実装プログラムに従って以下の動作制御を行う。
予め、上記入力パネル105から、基板のサイズ、実装される電子部品の種類、基板Kにおける当該各電子部品の実装位置、当該各電子部品を供給する電子部品フィーダー11のフィーダーバンク12上の位置が入力設定され、これらの情報がRAM103に格納される。そして、入力パネル105から、実装の開始が入力されると、CPU101は、動作プログラムに従って、ベルトコンベア62を駆動して基板Kを実装作業50に搬送すると共にクランプ機構25により基板Kの保持を行う。
そして、基板Kに対してX−Yガントリ30を駆動させてカメラ13を規定の撮像位置に位置決めすると共に、基板Kに付された基準位置マークの撮像を行う。この基準位置マークの位置認識は周知の画像処理によって行われる。
そして、基準位置マークの撮像位置から電子部品実装装置10の位置座標系における基板Kとの相対的な位置関係を認識し、これに基づいて、各電子部品フィーダー11と基板Kとの間でヘッド20を往復移動させ、且つ、吸気バルブ24を制御して部品の受け取りと受け渡しを実行し、電子部品の実装を行う。
さらに、クランプ機構25により、基板Kが保持され、再び、バックアッププレート51が上昇する。このとき、バックアップピン54は、前述した反転位置データに基づく配置が成されていることから、基板Kのおもて面の電子部品を回避した状態で基板Kに当接し、撓みを矯正する。
その後は、おもて面と同様に電子部品の実装が行われる。
以上のように、電子部品実装装置10では、実装作業部50においてサンプル用の基板Kに対して、カメラ13による撮像画像を表示装置104から観察して、実際の電子部品の位置を視覚的に認識してバックアップピン54の配置を決定することができ、バックアップピン54の配置について正確に設定することが可能となる。
さらに、上記手法に基づいて生成された位置データはCPU101の処理により反転されて、なお且つその反転位置データに基づく座標表示により、適正にバックアップピン54の配置が誘導されることから、作業者自らが部品の反転した配置を予想してバックアップピン54の配置を判断したり、片面実装済みの基板Kを実際に反転配置して部品位置の確認を行いながらバックアップピン54の配置を判断したりするという作業者の負担が解消され、効果的に作業負担の軽減を図ることが可能となる。
また、動作制御手段100では、バックアップピン54の配置後において、カメラ13をバックアップピン54の適正位置に移動させて撮像画像表示を行う制御を行うことから、バックアップピン54の配置のズレや誤認設置を効果的に抑制することが可能となる。
なお、上記電子部品実装装置10では、カメラ13の撮像に基づいて、バックアップピン54の適正配置の設定入力を行っていたが、実装作業部50に保持された基板Kの上面へのスポット光の照射を行う照射手段がヘッド20に搭載されている場合には、これを利用しても良い。
即ち、前述したバックアップピン設置動作のティーチング(ステップS1)において、入力パネル105からの照射手段をサンプル基板Kに対する電子部品の存在しない位置に位置決めするための入力操作待ちが行われる。作業者は、スポット光が電子部品の存在しないバックアップピン54の適正な配置となるように、操作キーを操作してヘッド20の位置決めを行うことで位置データが生成される。
また、バックアップピン設置(ステップS4)において、上記位置データから求められた反転位置データに基づいて照射手段が位置決めされると共に照射を行い、スポット光位置にバックアップピン54を配置することで適正な配置が実現する。
このように、カメラ13に替えて照射手段を使用しても、同様の効果を得ることが可能である。
また、上記電子部品実装装置10には、基板をおもて面から裏面に反転させる反転機構を設けても良い。その場合、反転機構がいつも一定のX軸方向又はY軸方向に沿って基板を反転させるように構成することにより、基板Kの反転軸方向を入力する操作を省略することが可能となる。
図9に第二の実施形態たる電子部品実装システム1Aのブロック図を示す。この電子部品実装システム1Aは、個別に動作制御手段100を有しない点を除きその他の点では前述した電子部品実装装置10と同じ構成からなる電子部品実装装置10Aを複数備え、さらに、これらを統合制御する制御装置110Aを備えている。
上記各電子部品実装装置10Aは、基板Kの搬送経路が一列に接続された状態で配置され、各電子部品実装装置10Aに順番に基板Kが搬送可能に構成されている。
そして、基板Kの各面ごとに実装されるべき全ての電子部品が各電子部品実装装置10Aで分担して割り当てられており、当該各電子部品実装装置10Aを一巡することで、基板の一面に対する電子部品の実装が完了する。つまり、一枚の基板に対しておもて面について各電子部品実装装置10Aを一巡し、しかる後に裏面について一巡して両面の実装が完了するようになっている。このように各電子部品実装装置10Aで実装を分担することで、実装作業の高効率化が図られている。
電子部品実装システム1Aの制御装置110Aは、各種データの演算処理及び全ての電子部品実装装置10Aの動作制御を行うCPUと、制御、判断等各種処理用の各種プログラムが記憶、格納されたROMと、各種処理におけるワークメモリとして使用されるRAMと、外部からのデータの入出力が可能である不揮発性メモリ等から概略構成される処理装置111Aと、処理装置111Aに対して所定の情報入力を行う入力装置112Aと、処理装置111Aにより所定の情報の表示が行われる表示装置113Aとを備えている。
電子部品実装システム1Aでは、裏面実装に際しては、おもて面について全ての電子部品実装装置10Aにより実装される全ての電子部品を回避する配置とする必要がある。そして、処理装置111Aの不揮発性メモリはデータ記憶手段として機能し、おもて面に実装される全ての電子部品の位置及び当該電子部品のサイズ等の情報が含まれる位置データを予め保有している。
かかる前提において、電子部品実装システム1Aのバックアップピン設置動作について図10に基づいて以下に説明する。
まず、制御装置110AのCPUは、入力装置112Aからの使用するバックアップピンの設置本数と基板の反転を行う際の反転軸方向の入力待ちを行う(バックアップピン設置本数入力:ステップS11)。即ち、このとき、入力装置112Aは用量入力手段として機能する。
さらに、CPUは、予め定義されている基板分割パターンデータを参照して、バックアップピンの本数に対応する基板分割パターンを特定する。図11(A)はバックアップピンの設置本数5本の場合の基板分割パターンであり、図11(B)はバックアップピンの設置本数6本の場合の基板分割パターンである。このように、ROMには予めバックアップピンの設置本数に応じたいくつもの分割パターンが用意されている。そして、このとき、CPUは区画手段として機能する。
さらに、区画された各領域のバックアップピン54の設置が行われる領域ごとに、バックアップピンの設置位置の位置座標データを算出する。かかる算出方法としては、区画された領域は四角形となることからその各頂点位置から対角線の交差位置座標を求め、これをバックアップピン54の設置位置候補として記憶する。
そして、位置データの示す電子部品位置及び大きさから、バックアップピン54の設置候補と重複するかを判定する。重複しなければ設置位置候補がそのまま設置位置として採用され、重複する場合には、重複を生じないで且つ候補となる位置から所定範囲内となる近隣位置を設置位置として採用する(バックアップピン設置位置決定:ステップS15)。
即ち、CPUは、データ反転処理手段として機能する。
作業者は、これにより、表示装置113Aを観察しながら指示されたマス目Mの座標位置にバックアップピン54を配置する(バックアップピン設置:ステップS17)。
また、制御装置110Aでは、バックアップピン54の配置後において、カメラ13をバックアップピン54の適正位置に移動させて撮像画像表示を行う制御を行うことから、バックアップピン54の配置のズレや誤認設置を効果的に抑制することが可能となる。
また、制御装置110Aの入力装置112Aから、カメラ13の位置決め操作を数値入力キーを用いて座標入力により行っても良い。
10,10A 電子部品実装装置
13 カメラ(撮像手段)
30 X−Yガントリ(搬送手段)
50 実装作業部(実装作業領域)
54 バックアップピン
101 CPU(データ反転処理手段、制御手段)
103 RAM(データ記憶手段)
104 表示装置(表示手段、指示手段)
105 入力パネル(位置入力手段)
111A 処理装置(データ反転処理手段)
112A 入力装置(用量入力手段)
K 基板
Claims (6)
- 両面実装を行う基板を搬送する経路の途中に部品の実装作業領域を有し、当該実装作業領域で前記基板の背後に当接すると共にその当接位置の調節が可能であるバックアップピンで支持する部品実装装置であって、
前記基板の先行して実装が行われる片面上での前記部品の実装位置を示す位置データを記憶するデータ記憶手段と、
前記位置データの示す実装位置を所定の反転軸により対称位置に反転させた反転実装位置を回避した前記バックアップピンの反転位置データを生成するデータ反転処理手段と、
前記反転位置データに基づいて前記バックアップピンの配置を指示する指示手段とを備える部品実装装置。 - 前記バックアップピンの使用本数を入力する用量入力手段と、
前記入力された使用本数に応じて前記位置データに基づく前記バックアップピンを配置する範囲を複数領域に区画する区画手段と、を備え、
前記データ反転処理手段は、前記区画された領域ごとに前記バックアップピンの配置を決定して前記反転位置データを生成し、
前記指示手段は、前記反転位置データに基づいて前記区画された領域ごとに前記バックアップピンの配置を指示することを特徴とする請求項1記載の部品実装装置。 - 両面実装を行う基板を搬送する経路の途中に部品の実装作業領域を有し、当該実装作業領域で前記基板の背後に当接すると共にその当接位置の調節が可能であるバックアップピンで支持する部品実装装置であって、
前記実装作業領域に配置された基板の上面を撮像する撮像手段と、
前記基板の上面の任意の位置に前記撮像手段を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段により前記撮像手段を位置決めさせるための入力を行う位置入力手段と、
前記位置入力手段の入力操作により特定される位置を位置データとして記憶するデータ記憶手段と、
前記位置データの特定された位置を所定の反転軸により対称位置に反転させた配置を示す反転位置データを生成するデータ反転処理手段と、
前記反転位置データに基づいて前記バックアップピンの配置を指示する指示手段とを備える部品実装装置。 - 両面実装を行う基板を搬送する経路の途中に部品の実装作業領域を有し、当該実装作業領域で前記基板の背後に当接すると共にその当接位置の調節が可能であるバックアップピンで支持する部品実装装置であって、
前記実装作業領域に配置された基板に対するスポット光の照射手段と、
前記基板の上面の任意の位置に前記照射手段を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段により前記照射手段を位置決めさせるための入力を行う位置入力手段と、
前記位置入力手段の入力操作により特定される位置を位置データとして記憶するデータ記憶手段と、
前記位置データの特定された位置を所定の反転軸により対称位置に反転させた配置を示す反転位置データを生成するデータ反転処理手段と、
前記反転位置データに基づいて前記バックアップピンの配置を指示する指示手段とを備える部品実装装置。 - 前記指示手段は、前記反転位置データに基づく前記バックアップピンの配置情報を表示する表示手段であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の部品実装装置。
- 前記指示手段は、前記反転位置データに基づいて前記バックアップピンの配置すべき位置に前記照射手段を前記搬送手段により搬送させると共に、前記照射手段によるスポット光の照射を行わせる制御手段であることを特徴とする請求項4記載の部品実装装置。
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