(57)【要約】【課題】表面実装装置において連続部品吸着動作を効率化し、部品実装動作の高速化を実現する。【解決手段】搭載ヘッドに装着された複数の吸着ノズルを有する表面実装装置において、ＸＹ軸駆動手段により搭載ヘッドを移動させる際の吸着ノズルの高さに、フィーダに接触しない第１高さＺ１と、吸着エリアと基板との間及び基板上に存在する障害物に接触しない第２高さＺ２を設定し、複数の吸着ノズルで部品を順次連続吸着する場合は、全ての吸着ノズルを第２高さに保持して前記搭載ヘッドを吸着エリアの上方へ移動させた後（ステップ１、２）、吸着予定の全ての吸着ノズルを前記第１高さＺ１に下降させ（ステップ３）、対象の吸着ノズルを該第１高さから下降させて部品を吸着して上昇させる際（ステップ４〜８）、該吸着部品が前記第１高さを越えたと判定された時点で前記搭載ヘッドを次の吸着位置へ移動させる（ステップ９、１０、１）制御を行なう。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載ヘッドを平面方向に移動させるＸＹ軸駆動手段と、該搭載ヘッドに装着された、Ｚ軸駆動手段により昇降動可能な複数の吸着ノズルと、吸着エリアへ部品を供給する複数のフィーダとを備えていると共に、
前記搭載ヘッドを前記吸着エリアの上方へ移動させ、対象の吸着ノズルにより部品を吸着した後、該搭載ヘッドを基板上へ移動させて吸着部品を搭載する表面実装装置において、
前記ＸＹ軸駆動手段により搭載ヘッドを移動させる際の吸着ノズルの高さに、フィーダに接触しない第１高さと、吸着エリアと基板との間及び基板上に存在する障害物に接触しない第２高さを設定し、
複数の吸着ノズルで部品を順次連続吸着する場合は、全ての吸着ノズルを第２高さに保持して前記搭載ヘッドを吸着エリアの上方へ移動させた後、
吸着予定の全ての吸着ノズルを前記第１高さに下降させ、対象の吸着ノズルを該第１高さから下降させて部品を吸着して上昇させる際、
該吸着部品が前記第１高さを越えたと判定された時点で前記搭載ヘッドを次の吸着位置へ移動させる制御を行なう制御手段を備えたことを特徴とする表面実装装置。
【請求項２】
前記複数の吸着ノズルに吸着された部品の有無をそれぞれ検出する部品有無検出センサが設置され、
前記制御手段が、該部品有無検出センサの検出結果から、フィーダ毎に発生した吸着エラーをカウントし、エラー発生率が基準値を超えたフィーダから部品を連続吸着する際には、前記部品有無検出センサにより吸着部品の存在を確認した後に、前記吸着ノズルにより搭載ヘッドを次の吸着位置へ移動させる制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装装置、特に部品の吸着から基板上への搭載までの実装動作を高速化する際に適用して好適な表面実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面実装装置では、ＸＹ軸駆動手段により移動可能な搭載ヘッドに、Ｚ軸駆動手段により独立して上下動可能な複数の吸着ノズルを装着しておき、該搭載ヘッドのＸＹ方向への移動開始時には全ての吸着ノズルを、基板に搭載済み又は予定の最大高さの部品や、表面実装装置上のカメラユニット等の障害物に接触しない高さに上昇させ、ＸＹ移動が完了した後に、吸着対象又は搭載対象の吸着ノズルを下降させるようにすることにより、ノズル先端（あるいは吸着部品）が基板に搭載済みの部品等に接触しないように制御しながら、部品の吸着や搭載を行なっていた。
【０００３】
又、同様に障害物に接触しないようにする技術としては、特許文献１には部品供給装置と回路基板の間にある障害物の位置と高さを記憶しておき、障害物通過に同期してノズルを下降させることにより、ノズルの移動時間を短縮する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０３０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に提案されている技術によっては、障害物の位置と高さを全て記憶させるために、データ量が多く必要となる上に、機械改造したり、新たなユニットを取り付けたりした場合には、新たにユニット等の位置と高さを追加登録させる必要があることから、追加、変更に柔軟に対応できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、基板上の部品等の障害物の平面方向位置と高さを全て記憶することなく、部品実装動作の高速化を実現することができる表面実装装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、搭載ヘッドを平面方向に移動させるＸＹ軸駆動手段と、該搭載ヘッドに装着された、Ｚ軸駆動手段により昇降動可能な複数の吸着ノズルと、吸着エリアへ部品を供給する複数のフィーダとを備えていると共に、前記搭載ヘッドを前記吸着エリアの上方へ移動させ、対象の吸着ノズルにより部品を吸着した後、該搭載ヘッドを基板上へ移動させて吸着部品を搭載する表面実装装置において、前記ＸＹ軸駆動手段により搭載ヘッドを移動させる際の吸着ノズルの高さに、フィーダに接触しない第１高さと、吸着エリアと基板との間及び基板上に存在する障害物に接触しない第２高さを設定し、複数の吸着ノズルで部品を順次連続吸着する場合は、全ての吸着ノズルを第２高さに保持して前記搭載ヘッドを吸着エリアの上方へ移動させた後、吸着予定の全ての吸着ノズルを前記第１高さに下降させ、対象の吸着ノズルを該第１高さから下降させて部品を吸着して上昇させる際、該吸着部品が前記第１高さを越えたと判定された時点で前記搭載ヘッドを次の吸着位置へ移動させる制御を行なう制御手段を備えたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本発明においては、前記複数の吸着ノズルに吸着された部品の有無をそれぞれ検出する部品有無検出センサが設置され、前記制御手段が、該部品有無検出センサの検出結果から、フィーダ毎に発生した吸着エラーをカウントし、エラー発生率が基準値を超えたフィーダから部品を連続吸着する際には、前記部品有無検出センサにより吸着部品の存在を確認した後に、前記吸着ノズルにより搭載ヘッドを次の吸着位置へ移動させる制御を行なうようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
表面実装装置で部品を基板上に搭載する時のＸＹ軸駆動手段による搭載ヘッドのＸＹ移動動作には、その目的によって「吸着位置→吸着位置」、「吸着位置→搭載位置」、「搭載位置→搭載位置」、「搭載位置→吸着位置」の４種類の移動パターンがあり、搭載位置を含む移動パターンの場合は、基板上を搭載ヘッドが通過することができるように、搭載された部品にノズル（或いは吸着部品）が接触しない高さにＺ軸駆動手段により吸着ノズルを上昇させる必要がある。
【００１０】
ところが、搭載ヘッドに「吸着位置→吸着位置」のＸＹ移動をさせる場合は、基板上を通過することがないので、吸着ノズルをフィーダに接触しない高さまでＺ軸駆動手段により上昇させるだけで搭載ヘッドのＸＹ移動を行なうことができることを知見した。
【００１１】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、本発明によれば、複数の吸着ノズルが装着されている搭載ヘッドをＸＹ軸駆動手段により「吸着位置→吸着位置」のＸＹ移動を行なって、各ノズルにより順次部品を吸着する連続吸着を行なう際、吸着ノズルのＺ軸方向高さの条件をフィーダに接触しない高さとすることにより、連続吸着動作の作業効率を向上することができ、ひいては部品を基板上に搭載する実装動作の高速化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る第１実施形態に適応される表面実装装置の概要を示す平面図である。
【００１４】
この表面実装装置１では、基板搬送装置２によりプリント基板３を搬送し、図示されている位置に位置決め可能になっている。又、この表面実装装置１では、図中上下位置にそれぞれ複数列からなるテープフィーダ４が配置され、これらフィーダ４に供給される部品を、搭載ヘッド５をＸ軸リニアモータ７と、左右のＹ軸リニアモータ６からなるＸＹ軸駆動手段により、ＸＹ方向に移動させて位置決めし、装着されている吸着ノズル８により吸着した後、該搭載ヘッド５を前記プリント基板３上に移動させ、該基板３に搭載を行うようになっている。
【００１５】
図２には、本実施形態に採用されている搭載ヘッド５の概要を拡大して示す。この搭載ヘッド５には、Ｘ方向に配列された複数（この例では４本）の吸着ノズル８がそれぞれ独立して駆動するＺ軸駆動手段（明示せず）により上下動可能になっているとともに、図示しないバキューム装置により部品を吸着可能になっている。
【００１６】
又、この搭載ヘッド５に装着されている複数の吸着ノズル８には、吸着ノズル毎に吸着した部品の有無を検出するために圧力式センサと光学式センサの２種類の部品有無検出センサが設置されている。
【００１７】
圧力式センサ９は、図２に併記したように、各吸着ノズル毎に連結された、先端に負圧を供給するためのバキューム用チューブ９Ａの先に設けられている。又、光学式センサ１０は、各吸着ノズル８を間にして前記搭載ヘッド５に対向配置された、レーザ投光部１０Ａと受光部１０Ｂとを組合せてなるレーザセンサである。
【００１８】
圧力式センサ９による吸着部品の検出は、吸着前後の差圧により行なうため吸着直後に短時間で可能であるが、光学式センサ１０による場合は、Ｚ軸駆動手段により吸着ノズルをフィーダ４の吸着高さから、ヘッド上の投受光部１０Ａ、１０Ｂがあるセンサ高さＬまで上昇させる必要がある。そこで、通常はノズル内径が小さいために吸着前後の差圧によっては吸着部品の有無を検出できない小径ノズルでは光学式センサ１０により検出し、それ以外の吸着ノズル８では圧力式センサ９により検出している。
【００１９】
図３には、本実施形態の表面実装装置が備えている制御システムの概要を示す。
【００２０】
この制御システムは、部品実装動作を制御するための各種演算を実行するＣＰＵ２０を備え、該ＣＰＵ２０には、Ｉ／Ｏ制御ユニット２１、レーザセンサ制御ボード２２、軸制御ボード２３、画像処理ボード２４等の各サブボードが、それぞれバス接続されていると共に、演算結果等を表示するモニタ２５と、制御プログラムや制御データ等が保存されているＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２６とが接続されている。
【００２１】
又、前記Ｉ／Ｏ制御ユニット２１には、バキュームセンサ（圧力式センサ）９やバキューム用電磁弁等のアクチュエータ２７が接続され、又、レーザセンサ制御ボード２２にはレーザセンサ１０が、軸制御ボード２３には前記ＸＹＺ軸等の各リニアモータ（軸駆動手段）を構成するサーボモータ２９を駆動するためのサーボアンプ２８が、画像処理ボード２４にはＣＣＤカメラ３０が接続されている。
【００２２】
本実施形態では、この制御システムにより、前記搭載ヘッド５をＸＹ移動させる際の吸着ノズル８の高さに、図４に吸着高さ（部品高さ）Ｚ０と、光学式センサ高さＬとともにイメージを示すように、フィーダに接触しない第１高さ（吸着移動可能高さ）Ｚ１と、吸着エリアと基板の間及び基板上に存在する部品等の障害物に接触しない第２高さ（基板通過可能高さ）Ｚ２を設定する。
【００２３】
そして、複数の吸着ノズル８で部品を連続吸着する場合には、まず全ての吸着ノズル８を第２高さに保持した状態で、前記搭載ヘッド５をフィーダ４の基板側先端に位置する吸着エリア４Ａの上方へ移動させた後、吸着が予定されている吸着ノズル８の全てを前記第１高さＺ１に下降させる。
【００２４】
その後、対象の吸着ノズル８を上昇させるが、その際吸着部品が第１高さＺ１を越えたと判定された時点で、前記搭載ヘッド５を次の吸着位置へ移動させる制御を行なうようになっている。なお、ＸＹＺの各軸方向の位置は、対応する各駆動手段に内蔵されているエンコーダ（図示せず）の出力により決定される。
【００２５】
次に本実施形態の作用を、前記複数の吸着ノズルで連続吸着を行なう吸着サイクルを例に、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００２６】
まず、前回の吸着サイクルで吸着した部品の基板３上の最終搭載点から、次の吸着サイクルで最初に部品を吸着するフィーダの第１吸着点までＸＹリニアモータ６、７により搭載ヘッド５を移動させる（ステップ１、２）。この移動中は、全ての吸着ノズル８のＺ軸高さは基板３上の最大部品高さより上の基板通過可能高さ（第２高さ）Ｚ２にある。
【００２７】
ＸＹリニアモータ６、７により搭載ヘッド５を第１吸着点に移動させる動作が完了した後（ステップ２で“はい”）、最初に吸着する対象ノズルのＺ軸高さを基板通過可能高さＺ２から吸着高さＺ０に下降させるが、このときに今回の吸着サイクルで部品吸着が予定されている予定ノズルを検索し、全ての予定ノズルをフィーダ４に接触しない吸着移動可能高さ（第１高さ）Ｚ１まで同時に下降させる（ステップ３）。
【００２８】
次いで、吸着エリア４Ａの吸着位置に一致している対象ノズル８を、吸着高さ（部品高さ）Ｚ０へ下降させ（ステップ４）、バキュームによる部品吸着を行なう（ステップ５）。
【００２９】
部品吸着後、吸着高さに下降した対象ノズル８を上昇させる（以下、この動きを吸着上昇ともいう）が、上記ステップ５の部品吸着時に検出される圧力式センサ９による差圧から、部品の有無をバキュームチェック可能か否かを判定する（ステップ６）。
【００３０】
このステップ６における判定の如何に拘らず、対象ノズル８はすぐに上昇を開始させる。但し、その際に対象ノズル８を上昇させるＺ軸方向の目標座標は、その判定結果により異なり、バキュームチェックが可能な場合は即座に検出されるために基板通過可能高さＺ２に向って上昇を開始させる（ステップ７）。一方、バキュームチェックが不可の場合は、光学式センサ１０で実際に検出する必要があるため部品有無検出高さ（光学式センサ高さ）Ｌに向って上昇を開始させる（ステップ８）。
【００３１】
対象ノズル８の上昇開始後、未だ予定ノズルが残っているために続けて次の部品吸着を行なう、すなわち次のＸＹ移動位置が吸着位置の場合は（ステップ９で“はい”）、搭載ヘッド５は基板３上を通過することはないため、Ｚ軸座標が吸着した部品の下面が吸着移動高さＺ１を通過したことを検知した時点で（ステップ１０で“はい”）ＸＹ軸リニアモータ６、７を起動し、対象ノズル８は前記Ｚ軸方向の目標座標に向かって上昇中であったとしても、搭載ヘッド５はステップ１で次の吸着位置へ移動される。２番目の吸着動作は、吸着移動可能高さＺ１まで既に対象ノズル８が下降しているので、１番目より早い時間で該ノズル８を吸着高さＺ０まで下降することができる。３番目以降も同様の動作を繰り返すことができる。
【００３２】
このようにして、今回の吸着サイクルで最後の吸着上昇の順番になった場合は（ステップ９で“いいえ”）、次のＸＹ方向の移動座標は搭載点となる。従って、搭載ヘッド５は基板３上を通過することになるため、この場合のみＺ軸リニアモータによる移動が目標座標に到達するのを待つ（ステップ１１で“はい”）。その後、ＸＹ軸リニアモータ６、７を起動して、搭載ヘッド５を基板３上へ移動させ、搭載動作に移行する。
【００３３】
以上詳述した本実施形態によれば、搭載ヘッド５をＸＹ移動させる時のノズル高さを、吸着エリア４Ａ内の移動に限定した高さ（フィーダに接触しない第１高さ）Ｚ１と、ＸＹ方向全体に移動可能な高さ（最大高さ部品に接触しない第２高さ）Ｚ２の２種類を設定することにより、吸着時のＺ軸リニアモータによる吸着ノズルの上下動時間を削減することができる。その結果、連続吸着動作の効率を向上させることができ、ひいては実装動作全体の効率を向上させることができる。
【００３４】
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。
【００３５】
図５に示した前記第１実施形態による連続吸着動作には、次のような欠点がある。
【００３６】
前記ステップ６で対象ノズル８がバキュームチェックできないと判定された場合でも、次が部品吸着であれば、該ノズル８が吸着移動可能高さＺ１を越えると、搭載ヘッド５をＸＹ移動させていた（ステップ８、９、１０、１）。
【００３７】
このように、バキュームチェックができない小径ノズルでは、部品有無の確認を行なわないまま、次のＸＹ移動に移ってしまっているため、吸着時に部品切れや吸着ミスが発生したために、移動中にノズル先端が光学式センサ１０の高さＬに到達し、ここで部品がないことが確認されると、同一部品を再吸着する必要がある。
【００３８】
そのために吸着のリトライ動作を行いたい場合には、元の吸着位置にＸＹ軸リニアモータ６、７で搭載ヘッド５を戻す動きが入ることになる。従って、吸着コンディションが悪く、リトライ動作が頻発するような場合には、却って搭載効率を下げてしまうことになりかねない。このような吸着コンディションの悪化は、部品やフィーダに原因がある場合がほとんどである。
【００３９】
そこで、本実施形態では、その対策としてフィーダ毎にリトライ率（エラー発生率）を監視し、リトライ率の高いフィーダのみ、吸着直後に搭載ヘッド５をＸＹ移動させずに、吸着上昇時に光学式センサ式高さＬで部品有無の確認を行なった後、ＸＹ移動を開始するようにシーケンスを変更する仕組みを設ける。
【００４０】
図６には、このリトライ率を監視するフローチャートを示す。
【００４１】
まず、ＣＰＵ（制御手段）２０において、判定を行なう基準回数として規定カウント（例えば、１００回）を設定するとともに、吸着カウントとリトライカウントの各カウンターをクリアする（ステップ２１）。次いで、吸着を実行する毎に吸着カウントを１増やし（ステップ２６、２７）、吸着を失敗するとリトライカウントを１増やす（ステップ２４、２５）吸着動作を、吸着カウントが規定カウントを超えるまで繰り返す（ステップ２６）。
【００４２】
規定カウントを超えたら、それまでの総カウント数でリトライカウントの合計を割って規定吸着カウント内のリトライ率を計算し（ステップ２７）、予め設定されているリトライ率の基準値を超えた場合は（ステップ２８で“はい”）、光学式センサ１０で部品有無の確認を行なってから搭載ヘッド５のＸＹ移動を開始する、以下に説明する「部品有無確認モード」に設定する（ステップ２９）。このモードは、吸着コンディションが改善するまで継続される。
【００４３】
超えていなかった場合は（ステップ２８で“いいえ”）、部品確認をスキップする前記第１実施形態による図５のフローチャートに従う処理を行なう「部品有無スキップモード」に設定する（ステップ３０）。
【００４４】
図７にはステップ２９で設定される「部品有無確認モード」の動作シーケンスを示す。
【００４５】
このフローチャートでステップ３１〜３８は、前記図５のステップ１〜８と同一なので説明を省略する。
【００４６】
本実施形態では、ステップ３７、３８以降の吸着シーケンスに「部品有無確認モード」の特徴がある。
【００４７】
具体的には、ステップ３７、３８で対象ノズルのＺ軸方向の上昇を開始した後、搭載ヘッド５のＸＹ方向への移動は行なわずに、バキュームチェック可能な対象ノズル８の場合は、基板通過可能高さＺ２の、バキュームチェック不可の対象ノズル８の場合は、光学式センサ高さＬの、各目標座標へのＺ方向の移動（上昇）完了を待つ（ステップ３９）。
【００４８】
対象ノズル８の目標高さへの到達が完了したら、バキュームチェック可能な場合は念のため圧力センサ９により確認し（ステップ４０、４１）、バキュームチェック不可の場合は光学式センサ１０で、実際に部品の有無を確認する（ステップ４０、４２）。
【００４９】
部品の存在が確認された場合（ステップ４３で“はい”）には、次の部品があれば搭載ヘッド５をその吸着位置へ移動し、部品が無かった場合には、同一部品に対する吸着リトライを行なう（ステップ４３で“いいえ”）。この吸着リトライ動作は、搭載ヘッド５をＸＹ移動させていないので、そのまま対象ノズル８を下降させるステップ２４以降の処理を行うことにあたる。
【００５０】
以上詳述した本実施形態によれば、リトライ率を監視し、吸着コンディションによって吸着上昇シーケンスを切り換えることにより、フィーダ別に最適な吸着シーケンスを自動選択し、前記第１実施形態の欠点を補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る第１実施形態の表面実装装置の外観を示す概略平面図
【図２】上記表面実装装置に備えられている搭載ヘッドの概要を示す正面図
【図３】前記表面実装装置に備えられている制御系の概要を示すブロック図
【図４】吸着ノズルを上下動させるＺ方向の目標座標のイメージを示す線図
【図５】第１実施形態による連続吸着動作のシーケンスを示すフローチャート
【図６】リトライ率監視シーケンスを示すフローチャート
【図７】第２実施形態による部品有無確認モードの動作シーケンスを示すフローチャート
【符号の説明】
【００５２】
１…表面実装装置
２…基板搬送装置
３…プリント基板
４…フィーダ
４Ａ…吸着エリア
５…搭載ヘッド
６…Ｙ軸リニアモータ（駆動手段）
７…Ｘ軸リニアモータ（駆動手段）
８…吸着ノズル
９…バキュームセンサ
１０…光学式センサ（レーザセンサ）
２０…ＣＰＵ
２１…Ｉ／Ｏ制御ユニット
２２…レーザセンサ制御ボード
２３…軸制御ボード
２４…画像処理ボード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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