JP6777644B2

JP6777644B2 - 部品装着方法

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Publication number: JP6777644B2
Application number: JP2017546311A
Authority: JP
Inventors: 茂人大山
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Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2035-10-20
Also published as: WO2017068645A1; JPWO2017068645A1

Description

本発明は、基板に対して部品を装着する部品装着方法に関する。

下記特許文献１および２には、基板支持装置によって保持した基板に、部品を保持・離脱可能な部品保持デバイスを下降させて部品を装着する部品装着機が記載されている。なお、基板支持装置には、下面から支持する構成のものだけでなく、下記特許文献３および４に示すように、上面に複数の吸引口が設けられた支持部を有し、その吸引口を利用して支持部の上面に基板の下面を吸着させて、基板を支持するように構成されたもの、いわゆるバキュームバックアップ式の基板支持装置が存在する。

特開２００２−１８５１９３号公報国際公開第ＷＯ２０１５／１０７３５４Ａ１号パンフレット特開２００３−１４２８９６号公報特開平７−１５１９１号公報

上記のようなバキュームバックアップ式の基板支持装置を備えた部品装着機は、基板に反りが生じていても、基板を吸着することで、基板を平坦にするとともに、しっかりと保持することが可能である。しかしながら、そのような部品装着機でも、改良の余地が多分に残されており、改良を施すことにより、そのような部品装着機の実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、バキュームバックアップ式の基板支持装置を備えた部品装着機の実用性を向上させる部品装着方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の部品装着方法は、(A)部品を保持・離脱させる部品保持デバイスを有し、その部品保持デバイスを下降させて部品を基板に装着する部品装着装置と、(B)上面に複数の吸引口が設けられた支持部を有し、その吸引口を利用して支持部の上面である支持面に基板の下面を吸着させて、基板を支持する基板支持装置とを備えた部品装着機において、部品を基板に装着する部品装着方法であって、
第１の発明に係る部品装着方法は、前記部品装着機が起動された場合や、前記部品装着機が部品装着作業を行う基板の種類を変更する場合に、支持面の高さを測定し、複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された支持面の高さに基づいて部品保持デバイスを下降させる部品装着方法であり、
当該部品装着方法が、
前記支持面の高さとして、その支持面に設定された複数の測定点の高さを測定するものであり、それら複数の測定点のうちの２つのものの高さの差が設定された値より大きい場合には、前記複数の基板に対する部品装着作業を開始しないことを特徴とし、
第２の発明に係る部品装着方法は、前記部品装着機が起動された場合や、前記部品装着機が部品装着作業を行う基板の種類を変更する場合に、前記支持面の高さを測定し、複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された前記支持面の高さに基づいて前記部品保持デバイスを下降させる部品装着方法であり、
当該部品装着方法が、
前記基板支持装置に支持された前記複数の基板の各々に対して、それらの基板の各々の上面の高さを測定し、その測定された基板の上面の高さと前記支持面の高さとの差が、基板の厚みより大きな値に設定された設定高低差より大きい場合には、前記部品装着作業を停止することを特徴とし、
第３の発明に係る部品装着方法は、複数の基板に対して部品を装着する作業である部品装着作業を行う前に、前記支持面の高さとして、その支持面に設定された複数の測定点の高さを測定し、それら複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された前記支持面の高さに基づいて前記部品保持デバイスを下降させるとともに、前記複数の測定点のうちの２つのものの高さの差が設定された値より大きい場合には、前記複数の基板に対する部品装着作業を開始しないことを特徴とし、
第４の発明に係る部品装着方法は、複数の基板に対して部品を装着する作業である部品装着作業を行う前に、前記支持面の高さとして、その支持面に設定された複数の測定点の高さを測定し、それら複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された前記支持面の高さに基づいて前記部品保持デバイスを下降させるとともに、前記基板支持装置に支持された前記複数の基板の各々に対して、それらの基板の各々の上面の高さを測定し、その測定された基板の上面の高さと前記支持面の高さとの差が、基板の厚みより大きな値に設定された設定高低差より大きい場合には、前記部品装着作業を停止することを特徴とする。

本発明の部品装着方法によれば、例えば、基板支持装置が基板を吸着保持するため、その基板支持装置の支持面の高さから、基板上の高さを推定することが可能であり、基板ごとに基板の高さを図ることなく、部品装着作業を行うことが可能である。一方、基板ごとに、その基板の高さを計測すれば、その基板の高さと支持面の高さとの差に基づいて、吸着不備を検知することも可能である。そのような利点を有することで、部品装着機の実用性は、大きく向上させられるのである。また、そのような部品装着機に用いることのできる本発明の部品装着方法は、その部品装着機の実用性の向上に寄与するものとなる。

本発明の実施例である部品装着方法が行われる部品装着機の斜視図である。図１に示す部品装着機の側面図である。図１に示す基板搬送装置および基板支持装置を拡大して示す斜視図である。基板支持装置を拡大して示す側面図である。支持面上に設けられた複数の測定点の位置を示す平面図である。

＜部品装着機の構成＞
本発明の実施例である部品装着方法が行われる部品装着機１０を、図１および図２に示す。図１は、部品装着機１０の斜視図であり、図２は、部品装着機１０の側面図である。なお、基板に部品を装着する作業は、複数の種類の部品を基板に装着するために、複数の部品装着機１０が配置される。図１には、それら複数の部品装着機１０のうちの２つのものを示し、そのうちの１つのものは、外装パネルを外した状態のものを示している。部品装着機１０は、ベース２０と、ベース２０に固定的に設けられたビーム２２と、ベースに配設された基板搬送装置である基板コンベア装置２４と、当該部品装着機１０の正面側においてベース２０に交換可能に取り付けられた複数の部品フィーダ２６と、複数の部品フィーダ２６のいずれかから供給される部品を保持してその部品を基板Ｓに装着するために離脱させる部品装着装置としての部品装着ヘッド２８と、ビーム２２に配設されて部品装着ヘッド２８を移動させるヘッド移動装置３０と、自身の制御を司る制御装置３２とを含んで構成されている。なお、以下の説明において、基板コンベア装置２４によって基材が搬送される方向を左右方向（Ｘ方向）と、水平面上においてその左右方向に直角な方向を前後方向（Ｙ方向）と、それら左右方向および前後方向に直角な方向を上下方向（Ｚ方向）と称することとする。

図３に、基板コンベア装置２４の斜視図を示す。図３(ａ)，(ｂ)は、互いに反対の方向からの視点における斜視図である。基板コンベア装置２４は、１対のコンベア４０を有しており、１対のコンベア４０の各々のコンベアベルト４２を搬送モータ４４によって周回させることで、１対のコンベアベルト４２上に載せられる基板Ｓを左右方向に搬送する構造とされている。なお、詳しい説明は省略するが、１対のコンベア４０の一方は、電磁モータ４６によって前後方向に移動させられるようになっており、種々の幅の基板Ｓに対応できるようになっている。

また、基板コンベア装置２４の１対のコンベア４２の間には、基板Ｓを固定支持するための基板支持装置５０が設けられている。その基板支持装置５０は、バキュームバックアップ式の支持装置であり、上面に複数の吸引口５２が設けられた支持部としてのバックアッププレート５４と、図示を省略する負圧源と、バックアッププレート５４を昇降させる支持部昇降装置５６とを含んで構成される。基板支持装置５０は、バックアッププレート５４の上面に基板Ｓが置かれた状態で、そのバックアッププレート５４の吸引口５２に負圧源から負圧が供給され、基板Ｓを吸着させて支持する。また、支持部昇降装置５６は、バックアッププレート５４上に基板Ｓが吸着支持された状態で、そのバックアッププレート５４を、部品装着作業が行われる高さまで、詳しく言えば、基板Ｓが１対のコンベア４０の各々の上方に設けられた鍔部５８に接触するまで、上昇させる。ちなみに、制御装置３２には、基板Ｓの厚みｔが登録されており、その基板Ｓの厚みｔから基板Ｓが鍔部５８に接触させるまでのバックアッププレート５４の上昇量Ｌが算出され、その上昇量Ｌに基づいて支持部昇降装置５６が制御装置３２によって制御されるようになっている。

ヘッド移動装置３０は、いわゆるＸＹ型移動装置であり、部品装着ヘッド２８が脱着可能に取り付けられるヘッド取付体６０と、そのヘッド取付体６０をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構と、ビーム２２に支持され、そのＸ方向移動機構を、部品装着ヘッド２８を部品フィーダ２６と基板Ｓとにわたって移動させるＹ方向移動機構とを含んで構成されている。なお、図２に示すように、ヘッド取付体６０の下部には、基板Ｓの表面を撮像するためのカメラ６２、および、高さを測定するための高さセンサとしてのレーザーセンサ６４が固定されている。

部品装着ヘッド２８は、いわゆるインデックス型の装着ヘッドである。つまり、部品装着ヘッド２８は、それぞれが、部品保持デバイスとして機能して負圧の供給によって部品を下端部において吸着保持する８つの吸着ノズル７０を有しており、それらが、リボルバ７２に保持されている。そのリボルバ７２は、間欠回転し、特定位置に位置する１の吸着ノズル７０がノズル昇降装置によって昇降可能、つまり、上下方向に移動可能とされている。特定位置に位置する吸着ノズル７０は、下降した際に、負圧が供給されることによって、部品を保持し、また、負圧の供給が断たれることで、吸着保持している部品を離脱させる。ちなみに、８つの吸着ノズル７０の各々は、ノズル回転機構によって、自身の軸線回りに、つまり、その軸線を中心に回転させられるようになっており、当該部品装着ヘッド２８は、各吸着ノズル７０によって保持されている部品の回転位置を、変更・調整することが可能とされている。

なお、上述のように、本実施例の部品装着機１０において、保持デバイスを昇降させる装置（保持デバイス昇降装置）は、部品装着ヘッド２８に設けられていたが、その部品装着ヘッド２８に設けられた保持デバイス昇降装置に代えて、あるいは、その部品装着ヘッド２８に設けられた保持デバイス昇降装置に加えて、ヘッド移動装置３０に設けられてもよい。具体的に言えば、保持デバイス昇降装置として、部品装着ヘッド２８が取り付けられたヘッド取付体６０を上下方向に移動させるような構成のものを採用することも可能である。

複数の部品フィーダ２６の各々には、部品保持テープ（複数の部品がテープに保持されたものであり、「部品テーピング」とも呼ばれる）が捲回されたリールが、セットされており、複数の部品フィーダ２６の各々は、その部品保持テープを間欠的に送り出すことによって、所定の部品供給部位において、順次、部品を１つずつ供給する。部品の補給は、リールを交換しつつ、部品テーピングを繋ぎ合わせるようにして行ってもよく（スプライシング）、また、部品フィーダ２６ごとリールを交換して行ってもよい。なお、当該部品装着機１０は、複数の部品フィーダ２６に代えて、いわゆるトレイ型の部品供給装置をも取り付け可能とされている。

＜部品装着機による作業＞
（Ｉ）支持面高さ測定
本実施例の部品装着機１０においては、複数の基板Ｓに対して繰り返し部品装着作業が行われる前に、バックアッププレート５４の上面である支持面の高さが測定される。以下に、そのバックプレート５４の支持面の高さを測定する工程から説明する。この工程は、部品装着機１０が起動された場合や、部品装着作業を行う基板の種類を変更する場合、いわゆる段取り替えが行われた場合に、実行される。この工程では、まず、バックアッププレート５４が、支持部昇降装置５６によって上昇させられ、基板Ｓを支持したと仮定した場合に基板Ｓに部品を装着させるための高さ位置に位置させられる。そして、レーザーセンサ６４がヘッド移動装置３０によって移動させられ、バックアッププレート５４の支持面上に設定された９つの測定点Ａ−Ｉ（図４参照）の測定が行われる。後に詳しく説明するが、それら測定された支持面上の９つの測定点Ａ−Ｉの高さは、吸着ノズル７０の下降量の制御に用いられる。

（II）支持面傾斜判定
上記のように、９つの測定点Ａ−Ｉの高さが測定された後には、それら９つの測定点のうちの２つのものの高さが比較され、その高さの差が設定された値より大きい場合には、支持面が大きく傾いている虞があるため、部品装着作業が開始されず、ウォーニングが出されるようになっている。詳しく言えば、まず、９つの測定点Ａ−Ｉから、それぞれ、隣り合う２つのものの高さが求められ、それら２つの測定点の距離と水平面からの傾きとに基づいて定められた設定値より大きい箇所がある場合には、部品装着作業が開始されず、ウォーニングが出されるのである。また、９つの測定点Ａ−Ｉのうちの最も高いものと最も低いものとの差が、設定値より大きい場合にも、部品装着作業が開始されず、ウォーニングが出されるようになっている。

（III）部品装着作業
次に、本部品装着機１０による部品装着作業について説明すれば、まず、基板コンベア装置２４によって、作業に供される基板Ｓが、上流側から搬入され、所定の位置まで搬送される。所定位置まで搬送された基板Ｓは、バキュームバックアップ式の基板支持装置５０によって、吸着保持され、所定の高さまで上昇させられる。続いて、ヘッド移動装置３０によって、部品装着ヘッド２８が複数の部品フィーダ２６の上方に位置させられ、８つの吸着ノズル７０の各々において部品が順次保持される。次に、ヘッド移動装置３０によって、部品装着ヘッド２８が基板Ｓの上方に移動させられ、順次、装着プログラムによって定められた設定位置に装着される。

なお、前述したように、基板Ｓは、基板支持装置５０によってバックアッププレート５４の支持面に吸着保持されているため、多少の反りが生じていたとしても、基板Ｓ上の部品装着位置における高さは、先に測定された支持面上の高さに、制御装置３２に記憶された基板Ｓの厚みｔ分だけ高くなる。したがって、本部品装着機１０では、基板Ｓ上の部品装着位置の高さが、バックアッププレート５４の支持面の高さに基づいて求められるようになっているのである。具体的には、例えば、図４に示す装着位置ａの高さは、その装着位置ａの周囲にある３つの測定点Ａ，Ｂ，Ｄの高さから補間された装着位置ａに対応する支持面上の高さに、基板Ｓの厚みｔを加えて求められるのである。そして、その基板Ｓ上における装着位置ａの高さから、吸着ノズル７０の下降量が決定されるようになっている。

装着プログラムによって定められた回数、部品フィーダ２６と基板Ｓとの間を部品装着ヘッド２８が往復させられ、部品装着ヘッド２８による部品の保持・装着が、上記のように繰り返されて、１つの部品装着機１０による部品装着作業が完了する。部品装着作業が完了した基板Ｓは、基板コンベア装置２４によって次の部品装着機１０等の対基板作業機に送られる。そして、１つの部品装着機１０においては、複数の基板Ｓに対して、上述の部品作業が繰り返し行われる。つまり、本実施例の部品装着機１０は、基板Ｓ上の部品装着作業時の吸着ノズル７０の下降量の制御に、支持面の高さが用いられるため、複数の基板Ｓの各々に対して、基板毎にその基板Ｓの高さを測定する必要がない。そのため、本部品装着機１０によれば、サイクルタイムの短縮を図ることが可能となっている。

（IV）基板吸着判定
例えば、基板Ｓの反りが大きくなりすぎると、基板支持装置５０によって吸着できない箇所が生じてしまう場合がある。そのような場合には、支持面の高さに基づいて、吸着ノズル７０の下降量を制御すると、適切に部品を装着できない虞がある。そこで、本部品装着機１０においては、基板Ｓごとに、基板支持装置５０によって確実に吸着保持されているか否かの判定を行うことが可能となっている。なお、その判定を行うか否かは、オペレータ等による操作によって、切り換えることが可能とされている。

より詳しく言えば、まず、基板支持装置５０によって吸着保持されて部品装着作業が行われる位置まで上昇させられた基板Ｓが、レーザーセンサ６４によって測定される。具体的には、基板Ｓ上の、バックアッププレート５４に設けられた複数の吸引口５２に対応する位置の高さ、あるいは、その位置に部品が装着されている等により基板Ｓ上の高さが測定できないような場合には、その吸引口５２に対応する位置に近い位置の高さが、レーザーセンサ６４によって測定される。次いで、その吸引口５２に対応する位置の支持面の高さが、先に測定された９つの測定点のうちの３つのものから求められる。そして、各吸引口５２に対応する位置において、求められた支持面の高さと、測定された基板Ｓ上の高さとの差が求められ、その差が、基板Ｓの厚みｔより大きな値に設定された設定高低差より大きい場合には、基板支持装置５０によって基板Ｓを吸着できていない虞があると判断される。そして、その場合には、部品装着作業が停止され、ウォーニングが出されるようになっている。

本部品装着機１０は、上記の判定を行うことにより、基板支持装置５０による基板の吸着不備を、高精度で検知することが可能となる。したがって、本部品装着機１０によれば、吸着不備に伴う部品の装着不良が生じることがなく、高精度な製品を製作することが可能となる。

＜変形例＞
上述した実施例の部品装着機１０において、基板支持装置５０の支持部には、プレート状のバックアッププレート５４が採用されていたが、そのバックアッププレート５４に代えて、上端に吸引口を有してその上端において基板を支持する複数の支持ピンを採用することも可能である。部品装着機が、そのような複数の支持ピンを含んで構成される基板支持装置を備えたものである場合には、部品装着作業の前に、それら複数の支持ピンの各々の上端の高さを測定し、それら各支持ピンの上端の高さに基づいて、部品保持デバイスの下降量を制御するように構成することが可能である。

１０：部品装着機２０：ベース２２：ビーム２４：基板コンベア装置
２６：部品フィーダ２８：部品装着ヘッド〔部品装着装置〕３０：ヘッド移動装置３２：制御装置５０：基板支持装置５２：吸引口５４：バックアッププレート〔支持部〕５６：支持部昇降装置６４：レーザーセンサ〔高さセンサ〕

Claims

(A)部品を保持・離脱させる部品保持デバイスを有し、その部品保持デバイスを下降させて部品を基板に装着する部品装着装置と、(B)上面に複数の吸引口が設けられた支持部を有し、前記吸引口を利用して前記支持部の上面である支持面に基板の下面を吸着させて、基板を支持する基板支持装置とを備えた部品装着機において、部品を基板に装着する部品装着方法であって、
前記部品装着機が起動された場合や、前記部品装着機が部品装着作業を行う基板の種類を変更する場合に、前記支持面の高さを測定し、複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された前記支持面の高さに基づいて前記部品保持デバイスを下降させる部品装着方法であり、
当該部品装着方法が、
前記支持面の高さとして、その支持面に設定された複数の測定点の高さを測定するものであり、それら複数の測定点のうちの２つのものの高さの差が設定された値より大きい場合には、前記複数の基板に対する部品装着作業を開始しないことを特徴とする部品装着方法。
当該部品装着方法が、
前記基板支持装置に支持された前記複数の基板の各々に対して、それらの基板の各々の上面の高さを測定し、その測定された基板の上面の高さと前記支持面の高さとの差が、基板の厚みより大きな値に設定された設定高低差より大きい場合には、前記部品装着作業を停止する請求項１に記載の部品装着方法。
(A)部品を保持・離脱させる部品保持デバイスを有し、その部品保持デバイスを下降させて部品を基板に装着する部品装着装置と、(B)上面に複数の吸引口が設けられた支持部を有し、前記吸引口を利用して前記支持部の上面である支持面に基板の下面を吸着させて、基板を支持する基板支持装置とを備えた部品装着機において、部品を基板に装着する部品装着方法であって、
前記部品装着機が起動された場合や、前記部品装着機が部品装着作業を行う基板の種類を変更する場合に、前記支持面の高さを測定し、複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された前記支持面の高さに基づいて前記部品保持デバイスを下降させる部品装着方法であり、
当該部品装着方法が、
前記基板支持装置に支持された前記複数の基板の各々に対して、それらの基板の各々の上面の高さを測定し、その測定された基板の上面の高さと前記支持面の高さとの差が、基板の厚みより大きな値に設定された設定高低差より大きい場合には、前記部品装着作業を停止することを特徴とする部品装着方法。
前記基板支持装置が、前記支持部を昇降させる支持部昇降装置を有し、
前記支持面の高さを測定することは、
前記部品装着機が起動された場合や、前記部品装着機が部品装着作業を行う基板の種類を変更する場合に、前記支持部を、前記支持部昇降装置によって、基板を支持したと仮定した場合にその基板に部品を装着させるための高さ位置に上昇させた後に、前記支持面の高さを測定することである請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の部品装着方法。
当該部品装着方法が、
前記測定された支持面の高さと、予め分かっている前記複数の基板の各々の厚みとに基づいて、前記複数の基板の各々の上面の高さを推定して前記部品保持デバイスの下降量を制御する請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の部品装着方法。
(A)部品を保持・離脱させる部品保持デバイスを有し、その部品保持デバイスを下降させて部品を基板に装着する部品装着装置と、(B)上面に複数の吸引口が設けられた支持部を有し、前記吸引口を利用して前記支持部の上面である支持面に基板の下面を吸着させて、基板を支持する基板支持装置とを備えた部品装着機において、部品を基板に装着する部品装着方法であって、
複数の基板に対して部品を装着する作業である部品装着作業を行う前に、前記支持面の高さとして、その支持面に設定された複数の測定点の高さを測定し、それら複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された前記支持面の高さに基づいて前記部品保持デバイスを下降させるとともに、前記複数の測定点のうちの２つのものの高さの差が設定された値より大きい場合には、前記複数の基板に対する部品装着作業を開始しないことを特徴とする部品装着方法。
(A)部品を保持・離脱させる部品保持デバイスを有し、その部品保持デバイスを下降させて部品を基板に装着する部品装着装置と、(B)上面に複数の吸引口が設けられた支持部を有し、前記吸引口を利用して前記支持部の上面である支持面に基板の下面を吸着させて、基板を支持する基板支持装置とを備えた部品装着機において、部品を基板に装着する部品装着方法であって、
複数の基板に対して部品を装着する作業である部品装着作業を行う前に、前記支持面の高さとして、その支持面に設定された複数の測定点の高さを測定し、それら複数の基板に対する部品装着作業の際に、その測定された前記支持面の高さに基づいて前記部品保持デバイスを下降させるとともに、前記基板支持装置に支持された前記複数の基板の各々に対して、それらの基板の各々の上面の高さを測定し、その測定された基板の上面の高さと前記支持面の高さとの差が、基板の厚みより大きな値に設定された設定高低差より大きい場合には、前記部品装着作業を停止することを特徴とする部品装着方法。