JP6120922B2 - 部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品実装装置に関し、特に、端子を備えた電子部品を実装する部品実装装置に関する。

従来、プリント基板上の所定位置に電子部品を配置する部品実装装置として、例えば特許文献１や特許文献２に記載されたものが提案されている。特許文献１及び特許文献２に記載の部品供給装置では、パーツフィーダから供給される電子部品を部品移載ロボットがピックアップし、基板の所定位置に配置する。所定位置に電子部品が配置された基板は別の半田付け装置に搬送され、所定の工程を経て、電子部品が基板に半田付けされる。

また、半田付け後の基板は専用の検査装置に搬送され、半田付けの仕上がりが検査される（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載の検査装置では、半田付けされた箇所の表面変位を測定し、予め設定された表面変位の基準値との比較によって半田付けの良否が判断される。

特開２００３−３１８５９９号公報 特開２０１３−１０５８２０号公報 特開２０１２−０９８２３０号公報

しかしながら、上記装置では、基板に対する部品配置、半田付け及び検査の工程がそれぞれ別々の装置で実施されるため、部品実装の一連の工程が煩雑なものとなっていた。さらには、工程ごとに専用の装置が必要となるため、装置導入コストが膨大になってしまうという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、部品実装の一連の工程を１つの装置で実施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。

本発明に係る部品実装装置は、基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であって、前記基板に対して前記部品の前記端子を前記スルーホールに挿入して保持する部品挿入ロボットと、前記基板に挿入された前記部品の前記端子を前記基板に半田付けする半田付けロボットと、前記半田付けロボットによって半田付けの仕上がりを検査する検査手段と、前記部品挿入ロボットの動作を制御する制御手段と、前記部品の種別と前記基板上に設けられた部品識別コードとを対応付け、前記基板に対する前記部品の挿入位置を前記部品の種別ごとに記憶する第１の記憶部とを備え、前記部品挿入ロボットは、前記基板を撮像する第１の撮像手段を有し、前記部品挿入ロボットは、前記基板の下方に設けられ、前記半田付けロボットは、前記基板の上方に設けられ、前記半田付けロボットはアームを有し、前記基板及び前記半田付け箇所を撮像する第２の撮像手段と半田付け用のヘッドとが共通の前記アームの先端に設けられ、半田付けした後に前記アームを動作することで、前記第２の撮像手段が半田付けされた前記部品及び前記基板を撮像可能な位置に移動して撮像画像を撮像し、当該撮像画像に基づいて前記検査手段が半田付けの仕上がりを検査し、前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御し、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に含まれる前記部品識別コードから前記部品の種別を認識し、当該部品の種別に対応した前記部品の挿入位置に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御することを特徴とする。
また、本発明に係る部品実装装置は、基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であって、前記基板に対して前記部品の前記端子を前記スルーホールに挿入して保持する部品挿入ロボットと、前記基板に挿入された前記部品の前記端子を前記基板に半田付けする半田付けロボットと、前記半田付けロボットによって半田付けの仕上がりを検査する検査手段と、前記部品挿入ロボットの動作を制御する制御手段と、前記部品挿入ロボットが保持する前記部品を撮像する第３の撮像手段と、前記部品の挿入位置を算出する算出手段とを備え、前記部品挿入ロボットは、前記基板を撮像する第１の撮像手段と、アームとを有し、前記第３の撮像手段の撮像方向に対して前記端子の延在方向が垂直となり且つ前記第３の撮像手段の撮像範囲に前記端子が入るように前記アームの角度及び位置を調整し、前記部品挿入ロボットは、前記基板の下方に設けられ、前記半田付けロボットは、前記基板の上方に設けられ、前記半田付けロボットはアームを有し、前記基板及び前記半田付け箇所を撮像する第２の撮像手段と半田付け用のヘッドとが共通の前記アームの先端に設けられ、半田付けした後に前記アームを動作することで、前記第２の撮像手段が半田付けされた前記部品及び前記基板を撮像可能な位置に移動して撮像画像を撮像し、当該撮像画像に基づいて前記検査手段が半田付けの仕上がりを検査し、前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御し、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記基板に対する前記部品の挿入位置を調整し、前記算出手段は、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットにて前記部品を把持する把持ハンドに対する当該部品の保持位置を認識し、当該保持位置に基づいて前記基板に対する前記部品の挿入位置を算出し、前記部品の挿入位置には、前記部品の極性、挿入座標及び挿入量が含まれることを特徴とする。
また、本発明に係る部品実装装置は、基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であって、前記基板に対して前記部品の前記端子を前記スルーホールに挿入して保持する部品挿入ロボットと、前記基板に挿入された前記部品の前記端子を前記基板に半田付けする半田付けロボットと、前記半田付けロボットによって半田付けの仕上がりを検査する検査手段と、前記部品挿入ロボットの動作を制御する制御手段と、前記部品挿入ロボットが保持する前の前記部品を撮像する第４の撮像手段と、前記部品の種別と前記部品に応じた前記把持ハンドの種別とを対応付けて記憶する第２の記憶部と、を備え、前記部品挿入ロボットは、前記基板を撮像する第１の撮像手段と、前記部品を把持する把持ハンドと、前記部品の種別に応じて前記把持ハンドを切替え可能な把持ハンド切替機構と、を有し、前記部品挿入ロボットは、前記基板の下方に設けられ、前記半田付けロボットは、前記基板の上方に設けられ、前記半田付けロボットはアームを有し、前記基板及び前記半田付け箇所を撮像する第２の撮像手段と半田付け用のヘッドとが共通の前記アームの先端に設けられ、半田付けした後に前記アームを動作することで、前記第２の撮像手段が半田付けされた前記部品及び前記基板を撮像可能な位置に移動して撮像画像を撮像し、当該撮像画像に基づいて前記検査手段が半田付けの仕上がりを検査し、前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御し、前記第４の撮像手段によって撮像される撮像画像から前記部品の種別を認識し、当該部品の種別に対応した前記把持ハンドの種別に基づいて前記把持ハンドを切替えるように前記部品挿入ロボットの動作を制御することを特徴とする。

本発明によれば、部品実装の一連の工程を１つの装置で実施することができる。

本発明に係る第１の部品実装装置における概要説明図である。 本発明に係る第２の部品実装装置における概要説明図である。 本発明に係る第３の部品実装装置における概要説明図である。 基板の表面に印刷されるシルクパターンの一例を示す図である。 本発明に係る第４の部品実装装置における概要説明図である。 本実施の形態に係る部品実装装置の説明図である。 本実施の形態に係る部品把持工程の一例を示す図である。 本実施の形態に係る把持部品撮像工程の一例を示す図である。 本実施の形態に係る基板表面撮像工程の一例を示す図である。 本実施の形態に係る部品挿入工程の一例を示す図である。 本実施の形態に係る半田付け工程の一例を示す図である。 本実施の形態に係る検査工程の一例を示す図である。

本発明に係る部品実装装置は、基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であり、基板に対する部品の挿入、部品の半田付け及び半田付けの仕上がり検査等、部品実装の一連の工程を単一の装置で実施するものである。以下においては、本発明に係る部品実装装置の特徴ごとに順次説明をする。しかしながら、本発明に係る部品供給装置は、以下に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。

先ず、図１を参照して、本発明に係る部品実装装置の第１の特徴について説明する。図１は、本発明に係る第１の部品実装装置における概要説明図である。

端子を備えた電子部品を基板に実装する際には、端子の先端部分を基板のスルーホールに挿入する必要がある。この場合、スルーホールに対する電子部品（端子）の位置決めに精度が要求されるため、従来は手実装が主流であった。また、スルーホールに端子を挿入した後、電子部品を基板に半田付けするため、電子部品が配置された基板は、フロー槽に搬送される。フロー槽内は、熱せられた液状の半田によって満たされており、槽内の半田は下から上に向かって吹き上げられている。電子部品が配置された基板は、裏面から突出した端子の先端部分を下方に向けてフロー槽の上面を移動することにより半田付けされる。この場合、槽内の半田が下から上に向かって吹き上げられることにより、基板上の部品が位置ずれを起こしてしまうという問題があった。また、従来では、部品挿入工程と半田付け工程とが別々に実施されていたため、部品実装工程が全体として煩雑なものとなっていた。

そこで、本発明においては、部品挿入ロボットと半田付けロボットの動作を同期させることで、部品挿入と半田付けを同一の装置内で連続的に行うことが可能になった。さらに、半田付けロボットに撮像手段を設けることにより、半田付け後の仕上がりを検査することも可能になっている。これらにより、本発明では、部品実装の一連の工程を１つの装置で実施することができる。

図１に示すように、第１の部品実装装置１００は、基板Ｂに部品Ｐを実装する部品実装装置である。基板Ｂは、ＰＷＢ（Printed Wiring Board）やＰＣＢ（Printed Circuit
Board）等で代表されるプリント基板である。基板Ｂには、部品Ｐの端子部分が挿入されるスルーホールＨが上面から下面に向かって貫通するように形成されている。基板Ｂは、部品Ｐが挿入される表面側を下方に向けて装置内の所定位置に搬送される。

部品Ｐは、スルーホールＨに対して挿入される端子Ｌ（リード線）を備えた電子部品である。図１に示す部品Ｐは、例えば直方体状のパッケージの一表面から一対の端子Ｌが突出するように設けられている。なお、部品の形状は図１に示す構成に限定されず、パッケージの形状や端子の本数等は、部品Ｐの種別によって異なるものとする。

部品実装装置１００は、基板Ｂに部品Ｐを挿入する部品挿入ロボット１と、基板Ｂに挿入された部品Ｐを半田付けする半田付けロボット２と、部品挿入ロボット１及び半田付けロボット２の動作を制御する制御手段３とを含んで構成される。

部品挿入ロボット１は、例えば、複数のリンクを連結したアーム１０を有する６軸多関節ロボットで構成され、基板Ｂの表面側（下方）に設けられている。アーム１０の先端には、部品Ｐを把持する把持ハンド１１が設けられている。詳細は後述するが、部品挿入ロボット１は、実装する部品Ｐの種別に応じて把持ハンド１１を切替え可能な把持ハンド切替機構１２を備えている。また、アーム１０の先端の把持ハンド１１近傍には、基板Ｂの表面を撮像する第１の撮像手段Ｃ１が設けられている。

半田付けロボット２は、例えば、複数のリンクを連結したアーム２０を有する６軸多関節ロボットで構成され、基板Ｂの裏面側（上方）に設けられている。アーム２０の先端には、半田付け用のヘッド２１が取り付けられている。なお、半田付けロボット２は、部品挿入ロボット１と同一の６軸多関節ロボットを用い、把持ハンド１１の代わりに半田付け用のヘッド２１を取り付けて構成してもよい。また、アーム２０の先端のヘッド２１近傍には、基板Ｂの裏面を撮像する第２の撮像手段Ｃ２が設けられている。

制御手段３は、部品実装装置１００の各部を統括制御するものであり、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。第１の撮像手段Ｃ１、第２の撮像手段Ｃ２によって撮像された基板Ｂの撮像画像は、制御手段３に出力される。制御手段３は、第１の撮像手段Ｃ１によって撮像された撮像画像に基づいて部品Ｐの実装位置を把握し、部品挿入ロボット１の動作を制御する。

また、制御手段３は、半田付け後の基板Ｂの仕上がりを検査する検査手段３０を有している。制御手段３には、半田付けの良否判断の基準となる情報（例えば、半田のはみ出し寸法や形状等）が予め記憶されている。検査手段３０は、第２の撮像手段Ｃ２によって撮像された撮像画像と予め記憶した上記情報とを比較して、半田付けの良否判断を実施する。

このように構成される第１の部品実装装置１００では、先ず、部品挿入ロボット１によってトレー（不図示）から部品Ｐがピックアップされる。そして、第１の撮像手段Ｃ１を用いて基板Ｂの表面が撮像され、基板Ｂに対する部品の挿入位置（スルーホールＨの位置）が認識される。部品挿入ロボット１は、部品Ｐの端子ＬをスルーホールＨに所定の挿入量で挿入した後、所定位置で保持する。このとき、基板Ｂの裏面からは、端子Ｌの先端が僅かに突出している。半田付けロボット２は、この端子Ｌの先端部分に向かってヘッド２１を近付けて半田付けを行う。半田付け後、第２の撮像手段Ｃ２を用いて基板Ｂの裏面側から半田付け箇所が撮像され、半田付けの仕上がり具合が検査される。

第１の部品実装装置１００によれば、第１の撮像手段Ｃ１によって基板Ｂに対する部品Ｐの挿入位置（スルーホールＨの位置）が特定され、部品Ｐが所定位置に挿入される。また、部品挿入ロボット１によって部品Ｐが所定位置に挿入された状態で保持されるため、基板Ｂに対する部品Ｐの位置がずれることなく半田付けを実施することができる。さらに、半田付け後、第２の撮像手段Ｃ２によって基板Ｂの裏面側が撮像されることにより、半田付けの仕上がりを検査することができる。このように、基板Ｂに対する部品挿入、半田付け及び検査の一連の工程を１つの装置で実施することができる。よって、各工程ごとに専用の装置を用意する必要が無く、部品実装のための装置導入コストを抑えることができる。

次に、図２を参照して、本発明に係る部品実装装置の第２の特徴について説明する。図２は、本発明に係る第２の部品実装装置における概要説明図である。なお、図２において、図１に示す第１の部品実装装置と共通の機能を有する構成要素については、同一の符号を付与、又は構成を不図示としてその説明を省略する。

上記のように、スルーホールに端子を挿入する場合、部品と基板との間には、絶縁を確保するために所定の距離を確保する必要がある。例えば、導電性を有するパッケージ部品にあっては、基板上の回路パターンに接触すると導通してしまうため、ある程度、基板の上面から浮かせた状態で実装する必要がある。従来では、端子の先端に絶縁チューブを挿入したり、端子の先端を特殊加工することで、この所定距離（絶縁距離）を保持していた。しかしながら、この場合、材料や加工工程が別途必要となるため、コストを上昇させる原因となっていた。

そこで、本発明では、図２に示すように、部品挿入ロボット１が把持する部品Ｐを撮像することにより、部品Ｐの把持状態（姿勢）を認識し、部品挿入ロボット１から突出した端子Ｌの突出量を予め算出している。そして、端子Ｌの突出量に応じてスルーホールＨに対する部品Ｐ（端子Ｌ）の挿入量を調整している。このため、部品挿入ロボット１が部品Ｐを保持する度に、把持ハンド１１に対する部品Ｐの保持位置が変わっても適切に部品Ｐを所定位置に配置することができる。よって、絶縁距離を保持するための構成が不要となり、コストを抑えることが可能になっている。

図２に示す第２の部品実装装置２００は、第３の撮像手段Ｃ３を備えている。第３の撮像手段Ｃ３は、部品挿入ロボット１の可動範囲内に配置されており、部品挿入ロボット１が保持する部品Ｐを撮像する。また、制御手段３は、基板Ｂに対する部品Ｐの挿入位置を算出する算出手段３１を有している。算出手段３１は、第３の撮像手段Ｃ３によって撮像された撮像画像に基づいて部品Ｐの位置を算出する。

このように構成される第２の部品実装装置２００では、部品挿入ロボット１によって部品Ｐがピックアップされると、把持ハンド１１で把持した部品Ｐが第３の撮像手段Ｃ３によって撮像される。部品Ｐの撮像画像は制御手段３に出力され、算出手段３１では、撮像画像に基づいて、把持ハンド１１に対する部品Ｐの保持位置（例えば、端子Ｌの突出量）が認識される。制御手段３はその保持位置に基づいて基板Ｂに対する部品Ｐの挿入位置を調整するように部品挿入ロボット１を制御する。この結果、部品Ｐを適切な位置に挿入することができる。また、部品挿入ロボット１によって適切な位置に部品Ｐが挿入された状態で半田付けロボット２（図１参照）による半田付け工程が実施されるため、絶縁距離を保持するための絶縁チューブや端子Ｌの先端を特殊加工が不要となる。

次に、図３及び図４を参照して、本発明に係る部品実装装置の第３の特徴について説明する。図３は、本発明に係る第３の部品実装装置における概要説明図である。図４は、基板の表面に印刷されるシルクパターンの一例を示す図である。なお、図３において、図１又は図２に示す部品実装装置と共通の機能を有する構成要素については、同一の符号を付与、又は構成を不図示としてその説明を省略する。また、図４においては、基板の面方向をＸＹ方向とし、基板の厚み方向（基板に対する部品の挿入方向）をＺ方向とする。

従来では、基板に部品を自動実装する場合に基板の種類ごとにスルーホールの位置を調べ、基板に対する部品の挿入位置を部品実装装置（部品挿入ロボット）側に全教示する必要があった。しかしながら、部品の実装対象となる基板の種類に応じてその都度部品の挿入位置を調べるのでは、非常に非効率であり、実装工程に時間を要するという問題があった。

そこで、本発明では、図３に示すように、予め、部品Ｐの実装対象となる基板Ｂのレイアウト（回路パターンやスルーホールＨの位置）や実装すべき部品Ｐの種別等の情報を記憶しておき、第１の撮像手段Ｃ１で撮像した基板表面の撮像画像に基づいて、部品Ｐの挿入位置を決定するようにしている。これにより、基板Ｂが変わる度に部品Ｐの挿入位置を調べる必要が無く、生産性が向上される。

図３に示すように、第３の部品実装装置３００の制御手段３は、部品Ｐの種別と基板Ｂ上に設けられた部品識別コードＳ３（図４参照）とを対応付け、基板Ｂに対する部品Ｐの挿入位置を部品Ｐの種別ごとに記憶する第１の記憶部３２を有している。

ここで、部品の挿入位置には、部品の極性（向き）、挿入座標（ＸＹ）及び挿入量（Ｚ）が含まれるものとする。例えば、図４に示すように、部品Ｐ（図３参照）が実装される基板Ｂの表面には、部品Ｐの実装位置（挿入位置）を示す情報が予めシルク印刷されている。図４では、矩形状の枠Ｓ１が部品Ｐの概略形状及び実装位置（挿入位置）を示している。また、矩形状の枠Ｓ１の一辺が帯状に太く塗りつぶされている。この帯状部分は、実装される部品Ｐの極性方向（プラスマイナスの向き）を示す極性識別情報Ｓ２を表している。

また、矩形状の枠Ｓ１の外側（右側）には、端子Ｌ（図３参照）が挿入される２つのスルーホールＨが形成されている。一方のスルーホールＨは部品Ｐのプラス側に接続され、他方のスルーホールＨは部品Ｐのマイナス側に接続される。なお、図４では、帯状の極性識別情報が印刷される部分が、部品Ｐのマイナス側を示している。これらのスルーホールＨの位置座標（ＸＹ座標）は、端子Ｌの挿入座標として、第１の記憶部３２（図３参照）に記憶されている。

また、矩形状の枠Ｓ１の右側には、部品Ｐの種別を示す部品識別コードＳ３が印刷されている。図４に示す例では、「Ｃ４」と記載された部分が部品識別コードＳ３を示している。この部品識別コードＳ３により、この枠Ｓ１内には「Ｃ４」に対応する部品Ｐが実装されることが認識される。また、上記した挿入位置には、部品Ｐの種別に応じた部品Ｐの絶縁距離（端子Ｌの挿入量（Ｚ座標））も含まれている。これにより、部品Ｐの種別に応じて基板Ｂに対する部品Ｐの絶縁距離を確保することが可能になっている。

また、図示はされていないが、基板Ｂには、部品実装装置３００に対する基板Ｂの配置位置を認識するための基準マークが形成されている。本発明では、基板Ｂの表面を撮像する際にこの基準マークを撮像することで、部品実装装置３００に対する基板Ｂの傾きや位置ずれを認識することができる。

このように構成される第３の部品実装装置３００では、部品挿入ロボット１で部品Ｐを基板Ｂに挿入する際に、予め第１の撮像手段Ｃ１を用いて基板Ｂの表面が撮像される。第１の撮像手段Ｃ１によって撮像された撮像画像には、図４に示すように、部品Ｐの種別、部品Ｐの実装位置座標（枠Ｓ１の位置座標）、極性識別情報Ｓ２、スルーホールＨの位置座標等の部品Ｐの挿入位置を示す各種情報が含まれている。これらの情報（撮像画像）は、制御手段３に出力される。

制御手段３は、第１の記憶部３２に予め記憶された部品種別ごとの挿入位置情報と、撮像画像から得られる各種情報とを照らし合わせて、撮像画像に含まれる部品識別コードＳ３から部品Ｐの種別を認識し、部品Ｐの挿入位置を算出する。そして、その挿入位置に基づいて部品挿入ロボット１が制御され、部品Ｐが所定位置に挿入される。

このように、部品Ｐの種別に応じた部品Ｐの挿入位置を予め記憶しておくことにより、第１の撮像手段Ｃ１によって撮像される撮像画像から部品Ｐの種別を認識することで、異なる部品Ｐであっても所定位置に挿入することができる。また、部品Ｐの挿入位置の情報として、部品Ｐの極性、挿入座標及び挿入量を含めることにより、これらの挿入位置の情報に応じて、部品Ｐを適切な位置に挿入することができる。

次に、図５を参照して、本発明に係る部品実装装置の第４の特徴について説明する。図５は、本発明に係る第４の部品実装装置における概要説明図である。なお、図５において、図１から図３に示す部品実装装置と共通の機能を有する構成要素については、同一の符号を付与、又は構成を不図示としてその説明を省略する。

図５に示す第４の部品実装装置４００では、部品挿入ロボット１がトレーＴから部品Ｐをピックアップする前に、トレーＴ上の部品Ｐを撮像し予め部品Ｐの種別を認識してから部品Ｐに種別に応じた把持ハンド１１に切替えるように構成されている。

図５に示すように、第４の部品実装装置４００は、トレーＴ上に配置された部品Ｐの種別に応じて把持ハンド１１を切替え、部品ＰをトレーＴからピックアップして基板Ｂ（図１参照）上の所定位置に挿入するように構成されている。第４の部品実装装置４００は、トレーＴ上に配置された部品Ｐを撮像する第４の撮像手段Ｃ４を備えている。第４の撮像手段Ｃ４は、トレーＴの搬送経路上に設けられ、部品挿入ロボット１で部品Ｐをピックアップする前にトレーＴ上の部品Ｐを撮像する。

部品挿入ロボット１は、部品を把持する把持ハンド１１と、部品Ｐの種別に応じて把持ハンド１１を切替え可能な把持ハンド切替機構１２と、を有している。把持ハンド切替機構１２は、例えばツールチェンジャーで構成され、エアー駆動されることで把持ハンド１１を脱着可能に構成される。把持ハンド１１は、例えば、部品Ｐの種別ごとに予め用意されており、図示しないトレー上の所定位置に複数の把持ハンド１１が並べられている。なお、把持ハンド切替機構１２は、図５に示すように、アーム１０の先端に複数の把持ハンド１１（図５では２つのみ図示）を取り付け、ピックアップ対象となる部品Ｐの種別に応じてアーム１０の先端を回転させて把持ハンド１１を切替えるように構成されてもよい。

制御手段３は、部品Ｐの種別と把持ハンド１１の種別とを対応付けて記憶する第２の記憶部３３を備えている。本発明では、第４の撮像手段Ｃ４によって撮像される撮像画像から部品Ｐの種別を認識し、部品Ｐの種別に対応した把持ハンド１１の種別に基づいて把持ハンド１１を切替える。

このように構成される第４の部品実装装置４００では、複数の部品Ｐが配置されたトレーＴが搬送されると、第４の撮像手段Ｃ４により、トレーＴ上の部品Ｐが撮像される。この撮像画像は制御手段３に出力される。制御手段３は、第２の記憶部３３に予め記憶された部品種別ごとの把持ハンド１１の情報と、撮像画像から得られる各種情報とを照らし合わせて部品Ｐの種別を認識し、部品Ｐの種別に応じた把持ハンド１１を選択する。そして、選択された把持ハンド１１の種別に基づいて部品挿入ロボット１が制御され、把持ハンド１１が切替えられる。

このように、部品Ｐの種別に応じた把持ハンド１１の種別を予め記憶しておくことにより、第４の撮像手段Ｃ４によって撮像される撮像画像から部品Ｐの種別を認識することで、部品Ｐの種別に応じた把持ハンド１１の切替えを容易に行うことができる。

次に、図６から図１２を参照して、本実施の形態に係る部品実装装置及び部品実装工程の一連の流れについて説明する。図６は、本実施の形態に係る部品実装装置の説明図である。図７は、本実施の形態に係る部品把持工程の一例を示す図である。図８は、本実施の形態に係る把持部品撮像工程の一例を示す図である。図９は、本実施の形態に係る基板表面撮像工程の一例を示す図である。図１０は、本実施の形態に係る部品挿入工程の一例を示す図である。図１１は、本実施の形態に係る半田付け工程の一例を示す図である。図１２は、本実施の形態に係る検査工程の一例を示す図である。

なお、以下に示す本実施の形態においては、上述した第１〜第４の部品実装装置１００〜４００の全てを組み合わせた場合について説明する。しかしながら、本実施の形態においては、必ずしも第１〜第４の部品実装装置１００〜４００を組み合わせる必要はない。任意の部品実装装置１００〜４００のうち、いずれかのみで実施することも可能である。また、以下に示す本実施の形態において、説明の便宜上、図１〜図５に示す部品実装装置１００〜４００と共通の機能を有する構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、以下に示す部品実装工程は一例を示すものであり、各工程の順番や内容はこれに限定されず、適宜変更が可能である。

図６に示すように、本実施の形態に係る部品実装装置５００は、部品挿入ロボット１、半田付けロボット２、第１〜第４の撮像手段Ｃ１〜Ｃ４、及び制御手段３とを含んで構成される。制御手段３は、部品実装装置５００の一連の動作を統括制御するものであり、検査手段３０、算出手段３１、第１の記憶部３２、及び第２の記憶部３３を含んで構成される。これらの各構成は、図１から図５において説明した内容と共通するため、説明を省略する。

このように構成される部品実装装置５００は、部品実装の一連の工程を全て自動で行うものである。部品Ｐの実装工程では、部品撮像工程（図６参照）、部品把持工程（図７参照）、把持部品撮像工程（図８参照）、基板表面撮像工程（図９参照）、部品挿入工程（図１０参照）、半田付け工程（図１１参照）、及び検査工程（図１２参照）がこの順番に実施される。以下、各工程を順番に説明する。

図６に示すように、先ず部品撮像工程が実施される。部品撮像工程では、複数の部品Ｐが配置されたトレーＴが部品挿入ロボット１の近傍に搬送されると、第４の撮像手段Ｃ４によってトレーＴの上方からトレーＴ内の部品Ｐが撮像される。

第４の撮像手段Ｃ４によって撮像された撮像画像は制御手段３に出力され、制御手段３では、この撮像画像に基づいて実装対象となる部品Ｐの種別が認識される。そして、制御手段３は、第２の記憶部３３から部品Ｐの種別に応じた把持ハンド１１を選択し、把持ハンド切替機構１２を用いて、最適な把持ハンド１１に切替えるように部品挿入ロボット１の動作を制御する。

次に、部品把持工程が実施される。図７に示すように、部品把持工程では、部品挿入ロボット１が、把持ハンド１１を用いてトレーＴ上の部品Ｐをピックアップする。ピックアップする部品Ｐの位置座標は、先に第４の撮像手段Ｃ４（図６参照）で撮像した撮像画像から認識してもよい。

次に、把持部品撮像工程が実施される。図８に示すように、把持部品撮像工程では、トレーＴ（図７参照）からピックアップした部品Ｐを第３の撮像手段Ｃ３によって撮像する。このとき、第３の撮像手段Ｃ３の撮像方向に対して端子Ｌの延在方向が垂直となるようにアーム１０の角度が調整され、端子Ｌが第３の撮像手段Ｃ３の撮像範囲に入るようにアーム１０の位置が調整される。

算出手段３１（図６参照）では、第３の撮像手段Ｃ３で撮像された撮像画像に基づいて把持ハンド１１に対する端子Ｌの突出量が認識され、端子Ｌの突出量に応じた部品Ｐ（端子Ｌ）の最適な挿入量が算出される。なお、把持部品撮像工程では、第３の撮像手段Ｃ３の撮像方向に対して端子Ｌの延在方向が垂直となるようにアーム１０の角度が調整された状態で撮像する構成としたが、この構成に限定されない。把持ハンド１１で把持した部品Ｐの撮像方向は適宜変更が可能である。例えば、複数の方向で部品Ｐを撮像し、端子Ｌの突出量だけでなく、把持ハンド１１に対する部品Ｐの位置ずれ、傾き等を認識してもよい。

次に、基板表面撮像工程が実施される。図９に示すように、基板表面撮像工程では、第１の撮像手段Ｃ１によって基板Ｂの表面が撮像される。第１の撮像手段Ｃ１によって撮像された撮像画像には、部品Ｐの実装位置周辺のシルクパターンやスルーホールＨが含まれている（図４参照）。この撮像画像は制御手段３に出力され、制御手段３では、この撮像画像に基づいて実装対象となる部品Ｐの種別が認識される。

次に、部品挿入工程が実施される。図１０に示すように、部品挿入工程では、部品挿入ロボット１により、部品Ｐが基板Ｂの所定位置に挿入される。上記したように、基板表面撮像工程において部品Ｐの種別が認識されると、制御手段３（図６参照）は、第１の記憶部３２から部品Ｐの種別に応じた部品Ｐの実装位置（端子Ｌの挿入位置）を検索する。そして、制御手段３は、検索された部品Ｐの実装位置に応じて部品挿入ロボット１の動作を制御する。これにより、部品Ｐは、基板Ｂに対して所定の絶縁距離を保った状態で適切な位置に挿入される。

次に、半田付け工程が実施される。図１１に示すように、半田付け工程では、基板Ｂの裏面から突出した端子Ｌに半田付けが行われる。上記したように、基板Ｂに対して端子Ｌが挿入されると、端子Ｌの先端は基板Ｂの裏面から僅かに突出し、部品Ｐのパッケージ部分は基板Ｂに表面から所定の距離（絶縁距離）の分だけ離れた状態で保持される。

基板Ｂの裏面側では、半田付けロボット２により、ヘッド２１の先端が端子Ｌの先端近傍に位置付けられ、半田付けが行われる。これにより、部品Ｐが基板Ｂの所定位置に実装される。このように、部品挿入ロボット１により、スルーホールＨに対して端子Ｌを挿入して保持されたまま半田付けが実施されるため、絶縁距離を保持するための構成が不要となる。

次に、検査工程が実施される。図１２に示すように、検査工程では、半田付けの仕上がり具合が検査される。具体的には、第２の撮像手段Ｃ２により、基板Ｂの裏面側から半田付け箇所が撮像され、撮像画像が制御手段３（図６参照）に出力される。検査手段３０では、制御手段３に予め記憶された半田付けの良否判断の基準となる情報と、第２の撮像手段Ｃ２によって撮像された撮像画像とを比較することにより、半田付けの良否判断を実施する。以上により、本実施の形態に係る部品実装工程の一連の流れが終了する。

なお、半田付けロボット２によって検査工程が実施されている間に、部品挿入ロボット１は、次に実装予定の部品Ｐのピックアップ（部品把持工程）を開始してもよい。半田付け後の部品挿入ロボット１は、検査工程の間は待機時間となってしまうため、次の部品実装工程に移行することで、時間の有効活用をすることができる。すなわち、検査工程は、部品挿入ロボット１が新しい部品Ｐをピックアップして基板Ｂに挿入するまでの間に実施されることが好ましい。これにより、検査工程の為の時間を要することが無く、タクトタイムの短縮化を実現することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る部品実装装置５００によれば、部品実装の一連の工程を１つの装置で実施することができるため、各工程ごとに専用の装置を用意する場合に比べ、部品実装のための装置の導入コストを抑えることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

例えば、上記実施の形態において、把持ハンド１１で部品Ｐをピックアップ（把持）する構成としたが、この構成に限定されない。例えば、吸着式のハンドで部品Ｐをピックアップしてもよい。

また、上記実施の形態において、部品挿入ロボット１及び半田付けロボット２は、６軸多関節ロボットで構成されるとしたが、この構成に限定されない。部品挿入ロボット１及び半田付けロボット２は、例えば、３軸タイプのロボットで構成されてもよい。

また、上記実施の形態において、部品挿入ロボット１がトレーＴから部品Ｐをピックアップした後に基板表面撮像工程を実施する構成としたが、この構成に限定されない。基板表面撮像工程は、部品Ｐを基板Ｂに挿入する前であればどのタイミングで実施されてもよく、例えば、部品把持工程に前に実施されてもよい。

また、上記実施の形態において、制御手段３が第１の記憶部３２、又は第２の記憶部３３を有する構成としたが、この構成に限定されない。第１の記憶部３２、又は第２の記憶部３３は、外部の記憶媒体に各種情報を記憶するように構成されてもよい。
ここで、上記部品実装装置は、基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であって、前記基板に対して前記部品の前記端子を前記スルーホールに挿入して保持する部品挿入ロボットと、前記部品挿入ロボットの動作を制御する制御手段と、前記基板に挿入された前記部品の前記端子を前記基板に半田付けする半田付けロボットと、前記半田付けロボットによって半田付けされた前記部品及び前記基板の仕上がりを検査する検査手段と、を備え、前記部品挿入ロボットは、前記基板を撮像する第１の撮像手段を有し、前記半田付けロボットは、前記基板を撮像する第２の撮像手段を有し、前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御し、前記検査手段は、前記第２の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて半田付けの仕上がりを検査する。
この構成によれば、第１の撮像手段によって基板に対する部品の挿入位置（スルーホールの位置）が特定され、部品が所定位置に挿入される。また、部品挿入ロボットによって部品が所定位置に挿入された状態で保持されるため、基板に対する部品の位置がずれることなく半田付けを実施することができる。さらに、半田付け後、第２の撮像手段によって基板が撮像されることにより、半田付けの仕上がりを検査することができる。このように、基板に対する部品挿入、半田付け及び検査の一連の工程を１つの装置で実施することができる。よって、各工程ごとに専用の装置を用意する必要が無く、部品実装のための装置導入コストを抑えることができる。
また、上記部品実装装置は、前記部品挿入ロボットが保持する前記部品を撮像する第３の撮像手段を更に備え、前記制御手段は、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記基板に対する前記部品の挿入位置を調整することが好ましい。この構成によれば、第３の撮像手段によって撮像される撮像画像から、部品挿入ロボットが保持した部品の保持位置を認識することができる。そして、この保持位置に基づいて部品の挿入位置が調整されることにより、部品を適切な位置に挿入することができる。
また、上記部品実装装置は、前記部品の挿入位置を算出する算出手段を更に備え、前記算出手段は、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品の挿入位置を算出することが好ましい。この構成によれば、部品挿入ロボットが部品を保持する度に部品の保持位置がずれた場合であっても、撮像画像に基づいて部品の挿入位置が算出されることにより、部品を適切な位置に挿入することができる。
また、上記部品実装装置は、前記部品の種別と前記基板上に設けられた部品識別コードとを対応付け、前記基板に対する前記部品の挿入位置を前記部品の種別ごとに記憶する第１の記憶部を更に備え、前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に含まれる前記部品識別コードから前記部品の種別を認識し、当該部品の種別に対応した前記部品の挿入位置に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御することが好ましい。この構成によれば、部品の種別に応じた部品の挿入位置を予め記憶しておくことにより、第１の撮像手段によって撮像される撮像画像から部品の種別を認識することで、異なる部品であっても所定位置に挿入することができる。
また、上記部品実装装置において、前記部品の挿入位置には、前記部品の極性、挿入座標及び挿入量が含まれることが好ましい。この構成によれば、部品の極性、挿入座標及び挿入量に応じて、部品を適切な位置に挿入することができる。
また、上記部品実装装置において、前記部品挿入ロボットは、前記部品を把持する把持ハンドと、前記部品の種別に応じて前記把持ハンドを切替え可能な把持ハンド切替機構と、を有し、前記部品挿入ロボットが保持する前の前記部品を撮像する第４の撮像手段と、前記部品の種別と前記部品に応じた前記把持ハンドの種別とを対応付けて記憶する第２の記憶部と、を更に備え、前記制御手段は、前記第４の撮像手段によって撮像される撮像画像から前記部品の種別を認識し、当該部品の種別に対応した前記把持ハンドの種別に基づいて前記把持ハンドを切替えるように前記部品挿入ロボットの動作を制御することが好ましい。この構成によれば、部品の種別に応じた把持ハンドを予め記憶しておくことにより、第４の撮像手段によって撮像される撮像画像から部品の種別を認識することで、把持ハンドの切替えを容易に行うことができる。

以上説明したように、本発明は、部品実装の一連の工程を１つの装置で実施することができるという効果を有し、特に、端子を備えた電子部品を実装する部品実装装置に有用である。

１００、２００、３００、４００、５００ 部品実装装置
１ 部品挿入ロボット
１１ 把持ハンド
１２ 把持ハンド切替機構
２ 半田付けロボット
３ 制御手段
３０ 検査手段
３１ 算出手段
３２ 第１の記憶部
３３ 第２の記憶部
Ｂ 基板
Ｈ スルーホール
Ｐ 部品
Ｌ 端子
Ｃ１ 第１の撮像手段
Ｃ２ 第２の撮像手段
Ｃ３ 第３の撮像手段
Ｃ４ 第４の撮像手段

Claims (9)

1. 基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であって、
   前記基板に対して前記部品の前記端子を前記スルーホールに挿入して保持する部品挿入ロボットと、
   前記基板に挿入された前記部品の前記端子を前記基板に半田付けする半田付けロボットと、
   前記半田付けロボットによって半田付けの仕上がりを検査する検査手段と、
   前記部品挿入ロボットの動作を制御する制御手段と、
   前記部品の種別と前記基板上に設けられた部品識別コードとを対応付け、前記基板に対する前記部品の挿入位置を前記部品の種別ごとに記憶する第１の記憶部とを備え、
   前記部品挿入ロボットは、前記基板を撮像する第１の撮像手段を有し、
   前記部品挿入ロボットは、前記基板の下方に設けられ、前記半田付けロボットは、前記基板の上方に設けられ、
   前記半田付けロボットはアームを有し、前記基板及び前記半田付け箇所を撮像する第２の撮像手段と半田付け用のヘッドとが共通の前記アームの先端に設けられ、半田付けした後に前記アームを動作することで、前記第２の撮像手段が半田付けされた前記部品及び前記基板を撮像可能な位置に移動して撮像画像を撮像し、当該撮像画像に基づいて前記検査手段が半田付けの仕上がりを検査し、
   前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御し、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に含まれる前記部品識別コードから前記部品の種別を認識し、当該部品の種別に対応した前記部品の挿入位置に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御することを特徴とする部品実装装置。
2. 基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であって、
   前記基板に対して前記部品の前記端子を前記スルーホールに挿入して保持する部品挿入ロボットと、
   前記基板に挿入された前記部品の前記端子を前記基板に半田付けする半田付けロボットと、
   前記半田付けロボットによって半田付けの仕上がりを検査する検査手段と、
   前記部品挿入ロボットの動作を制御する制御手段と、
   前記部品挿入ロボットが保持する前記部品を撮像する第３の撮像手段と、
   前記部品の挿入位置を算出する算出手段とを備え、
   前記部品挿入ロボットは、前記基板を撮像する第１の撮像手段と、アームとを有し、前記第３の撮像手段の撮像方向に対して前記端子の延在方向が垂直となり且つ前記第３の撮像手段の撮像範囲に前記端子が入るように前記アームの角度及び位置を調整し、
   前記部品挿入ロボットは、前記基板の下方に設けられ、前記半田付けロボットは、前記基板の上方に設けられ、
   前記半田付けロボットはアームを有し、前記基板及び前記半田付け箇所を撮像する第２の撮像手段と半田付け用のヘッドとが共通の前記アームの先端に設けられ、半田付けした後に前記アームを動作することで、前記第２の撮像手段が半田付けされた前記部品及び前記基板を撮像可能な位置に移動して撮像画像を撮像し、当該撮像画像に基づいて前記検査手段が半田付けの仕上がりを検査し、
   前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御し、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記基板に対する前記部品の挿入位置を調整し、
   前記算出手段は、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットにて前記部品を把持する把持ハンドに対する当該部品の保持位置を認識し、当該保持位置に基づいて前記基板に対する前記部品の挿入位置を算出し、前記部品の挿入位置には、前記部品の極性、挿入座標及び挿入量が含まれることを特徴とする部品実装装置。
3. 基板に形成されるスルーホールに対して挿入される端子を備えた部品を実装する部品実装装置であって、
   前記基板に対して前記部品の前記端子を前記スルーホールに挿入して保持する部品挿入ロボットと、
   前記基板に挿入された前記部品の前記端子を前記基板に半田付けする半田付けロボットと、
   前記半田付けロボットによって半田付けの仕上がりを検査する検査手段と、
   前記部品挿入ロボットの動作を制御する制御手段と、
   前記部品挿入ロボットが保持する前の前記部品を撮像する第４の撮像手段と、
   前記部品の種別と前記部品に応じた前記把持ハンドの種別とを対応付けて記憶する第２の記憶部と、を備え、
   前記部品挿入ロボットは、前記基板を撮像する第１の撮像手段と、前記部品を把持する把持ハンドと、前記部品の種別に応じて前記把持ハンドを切替え可能な把持ハンド切替機構と、を有し、
   前記部品挿入ロボットは、前記基板の下方に設けられ、前記半田付けロボットは、前記基板の上方に設けられ、
   前記半田付けロボットはアームを有し、前記基板及び前記半田付け箇所を撮像する第２の撮像手段と半田付け用のヘッドとが共通の前記アームの先端に設けられ、半田付けした後に前記アームを動作することで、前記第２の撮像手段が半田付けされた前記部品及び前記基板を撮像可能な位置に移動して撮像画像を撮像し、当該撮像画像に基づいて前記検査手段が半田付けの仕上がりを検査し、
   前記制御手段は、前記第１の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットの動作を制御し、前記第４の撮像手段によって撮像される撮像画像から前記部品の種別を認識し、当該部品の種別に対応した前記把持ハンドの種別に基づいて前記把持ハンドを切替えるように前記部品挿入ロボットの動作を制御することを特徴とする部品実装装置。
4. 前記半田付け箇所が撮像可能な位置は、該半田付け箇所に前記第２の撮像手段が対向する位置であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の部品実装装置。
5. 前記第２の撮像手段の撮像方向は、前記ヘッドにおける前記アームの先端側からの延出方向と概略同一に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の部品実装装置。
6. 前記検査手段は、予め記憶された半田付けの良否判断の基準となる情報と、前記第２の撮像手段によって撮像された撮像画像とを比較することにより、半田付けの良否判断を実施することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の部品実装装置。
7. 前記部品挿入ロボットが保持する前記部品を撮像する第３の撮像手段を更に備え、
   前記部品挿入ロボットはアームを有し、前記第３の撮像手段の撮像方向に対して前記端子の延在方向が垂直となり且つ前記第３の撮像手段の撮像範囲に前記端子が入るように前記アームの角度及び位置を調整し、
   前記制御手段は、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記基板に対する前記部品の挿入位置を調整することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の部品実装装置。
8. 前記部品の挿入位置を算出する算出手段を更に備え、
   前記算出手段は、前記第３の撮像手段によって撮像される撮像画像に基づいて前記部品挿入ロボットにて前記部品を把持する把持ハンドに対する当該部品の保持位置を認識し、当該保持位置に基づいて前記基板に対する前記部品の挿入位置を算出することを特徴とする請求項７に記載の部品実装装置。
9. 前記部品挿入ロボット及び／又は前記半田付けロボットは、複数のリンクを連結したアームを有する多関節ロボットで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の部品実装装置。

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