JP2016152236A - 部品実装装置および部品実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置コストと装置サイズの増加を抑制しつつ、挿入孔の位置を精度良く認識できる部品実装装置および部品実装方法を提供する。【解決手段】基板3を位置決めする基板搬送機構2(基板位置決め部)と、基板搬送機構2で位置決めされた基板3の下面を支持する下受けピンモジュール22(下受けピン)が配置される支持プレート21と、基板3の上方に配置され、下方に向けて光を照射する照射部12aと、支持プレート21に着脱自在に配置され、照射部12aから照射される光を上方に反射する反射モジュール30(反射部材)と、を備え、反射モジュール30は、基板搬送機構2で位置決めされた基板3に設けられた挿入孔Hの下方に配置される。【選択図】図5
Description
本発明は、挿入部品を基板に実装する部品実装装置および部品実装方法に関するものである。
挿入部品を基板に実装した実装基板を製造する部品実装装置は、基板に設けられた挿入部品のリードを挿入するための挿入孔の位置を認識し、その認識結果に基づいて挿入部品を基板に挿入している。挿入孔を認識する際には、挿入孔を精度良く認識するため、基板の下方から挿入孔に向けて光を照射することが行われている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された画像認識装置は、挿入孔に向けて光を照射する照明を基板の下方に、挿入孔を撮像するラインセンサを基板の上方に設け、ラインセンサと照明を等速で移動させながら基板全面で挿入孔の位置を認識している。
近年、挿入部品と、表面実装部品とが一つの基板に混載された実装基板(以下「混載実装基板」と称す。)の製造が行われている。このような混載実装基板は表面実装部品用の部品実装装置にて製造されているが、この部品実装装置でも挿入孔の位置を精度良く認識する必要がある。しかしながら、表面実装部品用の部品実装装置と、従来の挿入部品用の部品実装装置とは構造が大きく異なる。そのため、特許文献1の挿入孔の認識のための照明機構を部品実装装置にそのまま設けることは、装置コスト、装置サイズの増大等の問題で困難であった。
そこで本発明は、装置コスト、装置サイズの増大を抑制しつつ、精度良く挿入孔の位置を認識できる、挿入部品を基板に実装する部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的とする。
本発明の部品実装装置は、基板を位置決めする基板位置決め部と、前記基板位置決め部で位置決めされた前記基板の下面を支持する下受けピンが配置される支持プレートと、前記基板の上方に配置され、下方に向けて光を照射する照射部と、前記支持プレートに着脱自在に配置され、前記照射部から照射される光を上方に反射する反射部材と、を備え、前記反射部材は、前記基板位置決め部で位置決めされた前記基板に設けられた挿入孔の下方に配置される。
本発明の部品実装方法は、位置決めされた基板の下面を支持する下受けピンを、支持プレートに配置する下受けピン配置工程と、前記位置決めされた基板の上方に配置されて下方に向けて光を照射する照射部から照射される光を上方に反射する反射部材を、前記支持プレートに配置する反射部材配置工程とを含み、前記反射部材配置工程において、前記反射部材を、前記位置決めされた基板に設けられた挿入孔の下方に配置する。
本発明によれば、装置コストと装置サイズを抑制しつつ、精度よく挿入孔の位置を認識できる。
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下、基板搬送方向(図1の紙面の左右方向)をX方向、X軸方向と水平面内において直交する方向(図1の紙面の上下方向)をY方向、水平面に直交する方向(図2の紙面の上下方向)をZ方向と定義する。
まず図1を参照して、部品実装装置1の全体構成を説明する。部品実装装置1は基板保持部に保持された基板に部品を実装する機能を有している。図1において、基台1aの中央部には、基板搬送機構2がX方向に沿って配設されている。基板搬送機構2は、上流側から搬入された部品実装作業の対象となる基板3を搬送し、以下に説明する部品実装機構により部品実装作業が行われる実装作業位置に位置決めして保持する機能を備えている。すなわち基板搬送機構2は、基板3を実装作業位置に位置決めする基板位置決め部となる。
基板搬送機構2のY方向に沿った両外側には、実装対象の部品を供給する部品供給部4が配置されている。部品供給部4には、基板3の表面に実装する表面実装部品PSと、リードTTを基板3に設けられた挿入孔Hに挿入して実装する挿入部品PTとを含む複数種類の部品P(図5(a)を参照)が収納されている。一方側の部品供給部4Aには、複数のテープフィーダ5が並列に配置されている。テープフィーダ5は、キャリアテープに保持された部品Pを部品実装機構による取出位置までピッチ送りする機能を有している。
他方側の部品供給部4Bには、トレイフィーダ6が配置されている。トレイフィーダ6は、部品Pを収納したトレイ6aを部品実装機構による取出位置に供給する。基台1a上面のX方向の一方の端部には、Y軸移動テーブル7が配設されている。Y軸移動テーブル7には、2つのX軸移動テーブル8A,8B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8A,8Bには、それぞれ実装ヘッド9がX方向にスライド自在に装着されている。
実装ヘッド9は、複数の単位保持ヘッド10より成る多連型ヘッドである。単位保持ヘッド10の下端部には、ノズルホルダに装着された部品吸着用の吸着ノズル10a(図5参照)が装着されている。吸着ノズル10aは、テープフィーダ5またはトレイ6aから実装対象の部品Pを真空吸着して保持する。Y軸移動テーブル7およびX軸移動テーブル8A,8Bは実装ヘッド9を移動させるヘッド移動機構を構成する。
ヘッド移動機構を駆動することにより、実装ヘッド9は部品供給部4と基板保持部2cに位置決め保持された基板3との間で移動する。吸着ノズル10aが昇降することにより、実装ヘッド9は部品供給部4から部品Pを取り出して吸着保持し、吸着保持した部品Pを基板3に実装する。実装ヘッド9および実装ヘッド9を移動させるヘッド移動機構は、部品供給部4から部品Pを取り出して基板3に実装する部品実装機構11を構成する。
X軸移動テーブル8A,8Bの下面には、それぞれ実装ヘッド9と一体的に移動する基板認識カメラ12及び照射部12aが装着されている(図5(a)を参照)。ヘッド移動機構を駆動して基板認識カメラ12を基板搬送機構2に保持された基板3の上方へ移動させることにより、基板認識カメラ12は基板3を上方から撮像する。照射部12aは、LEDなどの光を発する光源を備えており、基板の上方に配置されて下方に向けて光を照射する機能を有している。なお、光源としては、LEDの他に蛍光灯や有機EL照明等光を発するものであれば適用可能である。
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13、第1のノズル収納部14、第2のノズル収納部15が配設されている。部品供給部4から部品を取り出した実装ヘッド9が部品認識カメラ13の上方を所定方向に通過する走査動作を行うことにより、部品認識カメラ13は実装ヘッド9に保持された状態の部品Pを撮像する。
第1のノズル収納部14には,単位保持ヘッド10のノズルホルダに装着される吸着ノズル10aが部品種に対応して複数収納保持されている。第2のノズル収納部15には、同様に単位保持ヘッド10のノズルホルダに装着されて、後述する下受けピンモジュールおよび反射モジュールの移載に用いられるピン保持ノズル10b(図4(a)を参照)が収納保持されている。実装ヘッド9が第1のノズル収納部14,第2のノズル収納部15にアクセスしてノズル交換動作を行うことにより、単位保持ヘッド10に装着されるノズルを目的および対象とする部品種に応じて交換することができる。
図2を参照して、基板搬送機構2の構成および機能について説明する。図2(a)に示すように、基板搬送機構2は並行に配設された2条の搬送レール2aより構成される。搬送レール2aの内側には、コンベア機構2dが搬送方向に沿って設けられている。基板3の両側端部をコンベア機構2dの上面に当接させた状態でコンベア機構2dを駆動することにより、基板3は基板搬送方向に搬送される。
各搬送レール2aの上端には、それぞれ押さえ部材2bが備えられている。基板搬送機構2の中央部には、部品実装機構11による実装作業位置に対応して基板保持部2cが配設されている。基板保持部2cは、昇降機構20と支持プレート21を含んで構成される。昇降機構20は、水平な板状の支持プレート21を昇降(矢印a)させる。
支持プレート21は、アルミニウムなどの非磁性体より成る板部材の上面に鋼板などの磁性体を被覆した構成となっている。支持プレート21の上面には、基板搬送機構2(基板位置決め部)で位置決めされた基板3の下面を支持する下受けピンモジュール22(下受けピン)が配設されている。支持プレート21に当接する下受けピンモジュール22の基部23には、マグネット部材(図示省略)が内蔵されている。
下受けピンモジュール22は、下受け対象となる基板3の下受け位置に応じて支持プレート21上の任意の位置に着脱自在に配置される。配置された下受けピンモジュール22は、基部23に内蔵されたマグネット部材と支持プレート21表面の磁性体との間に作用する引磁力によって支持プレート21に固定される。
なお、下受けピンモジュール22(後述する反射モジュールも同様)の固定形態としては、必ずしもマグネット部材による印磁力を用いた方法には限定されない。例えば、基部23の自重によって下受けピンモジュール22を位置保持する方法や、支持プレート21に下受けピンモジュール22の位置保持用の装着孔を設け、下受けピンモジュール22を挿入して固定するようにしてもよい。
押さえ部材2bの下方の支持プレート21上には、クランプ部2eが配設されている。図2(b)に示すように、昇降機構20を駆動して支持プレート21を上昇させる(矢印b)ことにより、下受けピンモジュール22の上端部およびクランプ部2eの上端部が基板3の下面に当接する。さらに支持プレート21を上昇させると、基板3は基板保持部2cによって下受け保持されるとともに、基板3の両端部が押さえ部材2bの下面に押し付けられて位置固定される。
次に図3(a)を参照して、下受けピンモジュール22の構成を説明する。下受けピンモジュール22は、支持プレート21上の任意の位置に配置されて基板3を下面側から下受けして支持する機能を有する。下受けピンモジュール22は、支持プレート21に当接する基部23から上方に下軸部24Aが延出している。下軸部24Aの上端部には、鍔状部25が設けられている。鍔状部25は、単位保持ヘッド10に着脱自在に装着されるピン保持ノズル10bによって下受けピンモジュール22を吸着保持する際に使用される。鍔状部25の上方には、下軸部24Aよりも小径の上軸部24Bが延出している。
次に図3(b)を参照して、反射モジュール30の構成を説明する。反射モジュール30(反射部材)は、支持プレート21上の任意位置に着脱自在に配置され、上方に配置される照射部12aから照射される光を上方に反射する機能を有する。反射モジュール30は、支持プレート21に当接する基部31と本体部32を含んで構成される。基部31は、マグネット部材(図示省略)を内蔵している。反射モジュール30は、このマグネット部材と支持プレート21表面の磁性体との間に作用する引磁力によって支持プレート21に固定される。
基部31上には、本体部32が立設している。本体部32の上部には、光を上方に反射する鏡33(反射部)を備えている。本体部32の上部の鏡33は、別途作成された板状の鏡を貼り付けても良いし、本体部32の上面を研磨やめっきなどによって鏡面に加工して作成しても良い。単位保持ヘッド10に装着されるピン保持ノズル10bは、上方より鏡33に当接して反射モジュール30を吸着保持する。
次に図4を参照して、下受けピンモジュール22および反射モジュール30の配置作業について説明する。これらの配置作業は、基板搬送機構2に基板3を保持しない状態で、単位保持ヘッド10のノズルホルダにピン保持ノズル10bを装着した実装ヘッド9による移載機能を利用して実行される。
図4(a)に示すように、下受けピンモジュール22の配置作業では、部品実装機構11がピン保持ノズル10bによって下受けピンモジュール22の鍔状部25の上面を吸着保持した状態で移動することにより、下受けピンモジュール22を支持プレート21上の所望の位置に配置させる(矢印c)。すなわち、単位保持ヘッド10のノズルホルダにピン保持ノズル10bを装着した実装ヘッド9は、下受けピンモジュール22(下受けピン)を保持して支持プレート21に配置する下受けピン保持ヘッドとなる。
図4(b)に示すように、反射モジュール30の配置作業では、部品実装機構11が下受けピン保持ヘッドによって反射モジュール30の上面を吸着保持した状態で移動することにより、反射モジュール30を支持プレート21上の所望の位置に配置させる(矢印d)。すなわち、反射モジュール30(反射部材)は、下受けピン保持ヘッドにより保持されて支持プレート21に配置される。この配置作業によって、反射モジュール30(反射部材)は、基板搬送機構2(基板位置決め部)で位置決め保持された基板3に設けられた挿入部品PTのリードTTが挿入される挿入孔Hの下方となる位置に配置される。
次に図5を参照して、挿入孔Hの位置認識処理について説明する。図5(a)に示すように挿入部品PTを基板3に実装する際は、挿入部品PTのリードTTが挿入される挿入孔H(H*)の上方に移動した基板認識カメラ12によって挿入孔H*が撮像される。撮像の際、照射部12aから下方に向けて光が照射される(矢印e)。照射部12aから照射され、基板3に設けられた挿入孔H*を通過して基板3の下方に侵入した光は、挿入孔H*の下方に配置された反射モジュール30によって上方に向かって反射される(矢印f)。
図5(b)において、反射モジュール30によって反射された光は、反射された光の照射領域R(2点鎖線で示す円の内側)内にある挿入孔H*を通して基板3の上方に漏れ出て基板認識カメラ12によって撮像される。つまり、反射モジュール30(反射部材)は、反射モジュール30が反射した光の照射領域Rと撮像される挿入孔Hの基板3上の位置に基づいて支持プレート21に配置されている。
基板認識カメラ12の撮像データは認識処理部43(図6を参照)に送信され、認識処理部43によって認識処理されて挿入孔H*の位置が検出される。挿入部品PTの実装では、検出された挿入孔H*の位置に基づいて、挿入部品PTのリードTTが挿入孔H*に挿入されるように挿入位置を補正する。このように、挿入孔H*の下方から反射した光を照射しながら撮像することで、小さな挿入孔H*でも精度良く位置を検出することができる。
次に図6を参照して、制御系の構成を説明する。制御部40は演算装置であり、記憶部41に記憶された各種のプログラムやデータに基づいて以下に説明する各部を制御する。記憶部41には、基板3に部品Pを実装するための実装データ41aのほか、ピン配置データ41b、部材配置データ41cが記憶される。
ピン配置データ41bは、支持プレート21において下受けピンモジュール22を配置するための位置座標データであり、基板3の品種毎に記憶される。部材配置データ41cは、支持プレート21において反射モジュール30(反射部材)を配置するための位置座標データであり、反射モジュール30が反射した光の照射領域Rと挿入孔Hの位置に基づいて基板3の品種毎に記憶される。
機構駆動部42は、制御部40に制御されて基板搬送機構2、基板保持部2c、部品実装機構11を駆動する。これにより、基板搬送機構2による基板3の搬送動作、基板保持部2cによる基板保持動作、部品実装機構11による部品実装作業、下受けピンモジュール22の配置作業、反射モジュール30の配置作業が実行される。
認識処理部43は、基板認識カメラ12、部品認識カメラ13による撮像結果を認識処理する。これにより、基板3に設けられた挿入孔Hの位置が検出されるとともに、実装ヘッド9に保持された状態の部品Pの位置が検出される。部品実装機構11によって部品Pを基板3に実装する際には、これらの認識結果に基づいて搭載位置の補正が行われる。
照射部12aは、制御部40に制御されて下方の基板3に向けて光を照射する。表示部44は液晶パネルなどの表示装置であり、基板認識カメラ12によって取得された画像や、認識処理部43よって処理される認識画像を表示する。操作・入力部45はキーボードや表示部44の表示画面に設けられたタッチパネルなどの入力装置であり、操作指示やデータ入力のための操作を行う。
次に図7のフローチャートを参照し、本実施の形態の部品実装装置1による部品実装作業(部品実装方法)について説明する。まず制御部40は、ピン配置データ41bに基づいて機構駆動部42を制御し、下受けピンモジュール22(下受けピン)を支持プレート21に配置する下受けピンモジュール22の配置作業を行う(ST1:下受けピン配置工程)。
次いで制御部40は、部材配置データ41cに基づいて機構駆動部42を制御し、照射部12aから照射される光を上方に反射する反射モジュール30(反射部材)を支持プレート21に配置する反射モジュール30の配置作業を行う(ST2:反射部材配置工程)。反射部材配置工程(ST2)において、制御部40は、下受けピン保持ヘッドによって反射モジュール30を保持して、位置決め後の基板3に設けられた挿入孔Hの下方となる位置に配置する。このように下受けピン保持ヘッドによって、反射モジュール30を保持して配置するようにすれば、別途反射モジュール30専用のヘッドを設ける必要がなく、装置コストや装置サイズの増大を抑制できる。
次いで制御部40は、機構駆動部42を制御して基板搬送機構2を駆動し、基板3を搬入して実装作業位置に位置決め保持する(ST3:基板搬入工程)。次いで制御部40は、実装データ41aに基づいて機構駆動部42を制御して部品実装動作を行い、所定の表面実装部品PSを基板3に実装する(ST4:表面実装部品実装工程)。次いで制御部40は、実装データ41aに基づいて機構駆動部42を制御して基板認識カメラ12を挿入部品PTのリードTTが挿入される挿入孔H*の上方に移動させ、照射部12aから下方の基板3に向けて光を照射する。
次いで認識処理部43は、基板認識カメラ12で反射モジュール30によって下方から反射された光が照射された挿入孔H*を撮像して挿入孔H*の位置を検出する(ST5:挿入孔位置検出工程)。なお、挿入孔位置検出工程(ST5)は、基板3を搬入後、表面実装部品PSを基板3に実装する前(ST3とST4との間)や、表面実装部品PSを実装後、挿入部品PTを保持する前に行っても構わない。
次いで制御部40は、実装データ41aに基づいて機構駆動部42を制御して部品実装動作を行い、挿入孔位置検出工程(ST5)において検出された挿入孔H*の位置に基づいて挿入位置を補正して挿入部品PTを基板3に実装する(ST6:挿入部品実装工程)。次いで制御部40は、全ての挿入部品PTを実装したか否かを判断する(ST7)。未実装の挿入部品PTが有る場合(ST7においてNo)、挿入孔位置検出工程(ST5)に戻って次の挿入部品PTを基板3に実装する。
全ての挿入部品PTを実装した場合(ST7においてYes)、制御部40は機構駆動部42を制御して基板搬送機構2を駆動し、基板3を実装作業位置より搬出する(ST8:基板搬出工程)。次いで制御部40は、所定の枚数の実装基板を生産したか否かを判断する(ST9)。所定の生産枚数に達しない場合(ST9においてNo)、基板搬入工程(ST3)に戻って次の基板3の部品実装を実行する。所定枚数の実装基板を生産した場合(ST9においてYes)、部品実装作業を終了する。
なお、挿入孔Hの位置検出は、上述したように一つの挿入部品PTを挿入する毎に行っても良いが、挿入部品PTを挿入する前に挿入対象となる挿入孔Hを全て位置検出した後に、挿入部品PTを挿入し始めるようにしても良い。なお、上述の実施の形態では、同一の部品実装装置1で、表面実装部品PSと、挿入部品PTを基板3に実装する例を示したが、これに限らず、既に表面実装部品PSが実装されている基板3に対して挿入部品PTを挿入するようなケースでも同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、本実施の形態における部品実装装置1は、基板3を位置決めする基板搬送機構2(基板位置決め部)と、基板搬送機構2で位置決めされた基板3の下面を支持する下受けピンモジュール22(下受けピン)が配置される支持プレート21と、基板3の上方に配置され、下方に向けて光を照射する照射部12aと、支持プレート21に着脱自在に配置され、照射部12aから照射される光を上方に反射する反射モジュール30(反射部材)と、を備えている。そして、反射モジュール30は、基板搬送機構2で位置決めされた基板3に設けられた挿入孔Hの下方に配置される。
また、本実施の形態における部品実装方法は、位置決めされた基板3の下面を支持する下受けピンモジュール22(下受けピン)を、支持プレート21に配置する下受けピン配置工程(ST1)と、位置決めされた基板3の上方に配置されて下方に向けて光を照射する照射部12aから照射される光を上方に反射する反射モジュール30(反射部材)を、支持プレート21に配置する反射部材配置工程(ST2)とを含む。そして、反射部材配置工程(ST2)において、反射モジュール30を、位置決めされた基板3に設けられた挿入孔Hの下方に配置する。
これによって、基板3の挿入孔Hの位置を、部品実装装置1の装置コストや装置サイズを抑制しつつ、精度良く認識することができる。さらに、反射モジュール30の配置を基板3の挿入孔Hの位置に応じて変更できるため、形状や挿入孔Hの位置が異なる多様な基板3に対応することができる。
本発明の部品実装装置および部品実装方法は、装置コストと装置サイズを抑制しつつ、精度良く挿入孔の位置を認識できるので、挿入部品を基板に実装する部品実装分野において有用である。
1 部品実装装置
2 基板搬送機構(基板位置決め部)
3 基板
9 実装ヘッド(下受けピン保持ヘッド)
10 単位保持ヘッド(下受けピン保持ヘッド)
10b ピン保持ノズル(下受けピン保持ヘッド)
12a 照射部
21 支持プレート
22 下受けピンモジュール(下受けピン)
30 反射モジュール(反射部材)
33 鏡(反射部)
H 挿入孔
R 照射領域
2 基板搬送機構(基板位置決め部)
3 基板
9 実装ヘッド(下受けピン保持ヘッド)
10 単位保持ヘッド(下受けピン保持ヘッド)
10b ピン保持ノズル(下受けピン保持ヘッド)
12a 照射部
21 支持プレート
22 下受けピンモジュール(下受けピン)
30 反射モジュール(反射部材)
33 鏡(反射部)
H 挿入孔
R 照射領域
Claims (8)
- 基板を位置決めする基板位置決め部と、
前記基板位置決め部で位置決めされた前記基板の下面を支持する下受けピンが配置される支持プレートと、
前記基板の上方に配置され、下方に向けて光を照射する照射部と、
前記支持プレートに着脱自在に配置され、前記照射部から照射される光を上方に反射する反射部材と、を備え、
前記反射部材は、前記基板位置決め部で位置決めされた前記基板に設けられた挿入孔の下方に配置されている部品実装装置。 - 前記下受けピンを保持して前記支持プレートに配置する下受けピン保持ヘッドをさらに備え、
前記反射部材は、前記下受けピン保持ヘッドにより保持され前記支持プレートに配置される請求項1に記載の部品実装装置。 - 前記反射部材は、光を上方に反射する反射部を備える請求項1または2に記載の部品実装装置。
- 前記反射部は、鏡である請求項3に記載の部品実装装置。
- 前記反射部材は、前記反射部材が反射した光の照射領域と前記挿入孔の位置に基づいて前記支持プレートに配置される請求項1〜4のいずれかに記載の部品実装装置。
- 位置決めされた基板の下面を支持する下受けピンを、支持プレートに配置する下受けピン配置工程と、
前記位置決めされた基板の上方に配置されて下方に向けて光を照射する照射部から照射される光を上方に反射する反射部材を、前記支持プレートに配置する反射部材配置工程とを含み、
前記反射部材配置工程において、前記反射部材を、前記位置決めされた基板に設けられた挿入孔の下方に配置する部品実装方法。 - 前記反射部材配置工程において、前記反射部材を、前記下受けピンを保持して前記支持プレートに配置する下受けピン保持ヘッドにより保持して前記支持プレートに配置する請求項6に記載の部品実装方法。
- 前記反射部材配置工程において、前記反射部材を、前記反射部材が反射した光の照射領域と前記挿入孔の位置に基づいて前記支持プレートに配置する請求項6または7に記載の部品実装方法。
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JP7442068B2 (ja) | 2020-04-24 | 2024-03-04 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 認識方法および部品装着装置 |
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