(57)【要約】      （修正有）【課題】整定時間のマージンによって生じる待ち時間を解消し、部品装着タクトを短縮する手段を備えた部品実装装置を提供する。【解決手段】生産プログラムに設定された経路に従って搭載ヘッドを移動させて基板に部品を搭載する部品実装装置において、移動経路に沿って搭載ヘッドを移動させた時の実測整定時間Ｔ４と設定整定時間Ｔ２の差Ｔ５をタクト短縮時間として保存する手段と、前記タクト短縮時間（Ｔ５）分だけ生産プログラムの整定待ち時間を短縮する手段とを備える。【選択図】図３
2008244058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産プログラムに設定された経路に従って搭載ヘッドを移動させて、基板に部品を搭載する部品実装装置において、
移動経路に沿って搭載ヘッドを移動させた時の実測整定時間と設定整定時間の差をタクト短縮時間として保存する手段と、
前記タクト短縮時間分だけ生産プログラムの整定待ち時間を短縮する手段と、
を備えたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
前記実測整定時間を、部品を搭載しながら搭載ヘッドを移動させて実測することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
【請求項３】
前記実測整定時間を、部品を搭載せずに搭載ヘッドを移動させて実測することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
【請求項４】
前記実測整定時間を、所定の基板枚数の平均値とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装装置に係り、特に、生産プログラムに設定された経路に従ってヘッドを移動させて、基板に部品を搭載する部品実装装置に用いるのに好適な、移動先を指令してからヘッドがその位置に落ち着くまでの整定時間の無駄を切り詰めて、部品装着タクトを短縮することが可能な部品実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、抵抗、コンデンサ等の多数の電子部品をノズルで吸着して、プリント基板や液晶基板等の各種基板に搭載する部品実装装置（表面実装機又はマウンタとも称する）が知られている。この部品実装装置は、図１（全体図）及び図２（搭載ヘッド部の詳細図）に例示する如く、例えば部品実装装置１０の前部（図の左下側）に配設した部品供給部２０と、部品２２が搭載される基板３２を搬送するための、中央部から少し後方で左上から右下の方向に延在する基板搬送部３０と、搭載ヘッド部４２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するための、Ｘ軸ガントリ４０Ｘ及びＹ軸ガントリ４０ＹでなるＸＹ移送部４０とを備えている。
【０００３】
前記部品供給部２０には、例えば多数の部品２２が収納されたテープフィーダ２４が多数並設されている。
【０００４】
前記ＸＹ移送部４０には、部品２２を部品供給部２０で吸着して基板３２上に搭載するための吸着ノズル４４を備えた搭載ヘッド部４２が搭載されている。前記吸着ノズル４４は、Ｚ軸モータ４６によりＺ軸方向（上下方向）に移動自在とされるとともに、θ軸モータ４８により、その軸まわりに回動自在とされている。
【０００５】
前記吸着ヘッド部４２には、その支持部材に取り付けられるようにして、基板３２を上方から撮影するための基板認識カメラ５０が搭載されている。又、例えば部品供給部２０の脇の位置に、吸着ノズル４４に吸着された部品を下方から撮影するための部品認識カメラ６０が設けられている。
【０００６】
又、前記吸着ヘッド部４２には、吸着ノズル４４に吸着された部品の有無や形状をチェックするためのレーザユニット６２が配設されている。更に、前記部品実装装置１０のオペレーションモニタ７０が、該部品実装装置１０の上方部に配置されている。
【０００７】
又、前記基板認識カメラ５０、部品認識カメラ６０が撮像した画像を演算処理し、更に、各種制御を行なうための制御部７２が、部品実装装置１０の下方部に配置されている。
【０００８】
このような部品実装装置１０において、部品２２を吸着、認識、搭載するために移動可能なヘッド４２を駆動するためには、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸の制御タイミングが必要である。これらの軸の制御タイミングにより、部品２２の吸着精度／搭載精度や部品装着タクトが影響される。一般的に、精度とタクトは反比例の関係にあり、精度を優先すればタクトが低下し、タクトを優先すれば精度が悪くなる関係にある。
【０００９】
移動先を指令してから移動対象がその位置に落ち着くまでの整定時間に関する技術として、特許文献１には、ベルトの張力が弛むと整定時間が変化するので、ウォームアップ時に、サーボモータへの移動指令がゼロになってからの指令位置と現在位置との偏差に相当するダンピング量が許容値以内に収束するまでのダンピング整定時間を測定して、測定したダンピング整定時間に応じてヘッドの部品吸着位置あるいは搭載位置への下降タイミングを制御する技術が記載されている。
【００１０】
又、特許文献２には、リードフレーム等の処理対象物をＡ点からＢ点に移動させるためのサーボモータの負荷イナーシヤからサーボモータの最高加速度を求め、更に、サーボモータの各種パラメータ及びそのそれぞれについての水準を、メカ剛性（共振周波数）に応じて自動設定し、直交表や要因効果図を作成し、ＳＮ比が高くなるようなパラメータや水準を自動的に抽出して、サーボモータを自動的に調整することにより、簡単なフローで装置の最適条件を求めて、リードフレーム等の処理対象物を迅速且つ的確に動作させ、リードフレーム上に半導体チップを固着する等の処理の処理時間を低減する技術が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１４８０３０号公報
【特許文献２】特開２００３−１７９０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
生産設備であるマウンタは、部品搭載精度が保証された条件下で、如何に速く動くか（＝タクトを如何に短縮するか）が製品性能を決める重要な要素である。しかしながら従来技術では、精度を満たす中に全ての装置で部品搭載精度を保証するためのマージンが含まれている。このマージンは、Ｘ、Ｙ軸移動後の部品吸着、部品搭載を可能にするまでの待ち合わせ時間であり、とりわけＺ軸の駆動と同期する時間にマージンが含まれていた。実際にプリント基板に部品を搭載する多数の移動経路には、装置毎に、この待ち時間が適正な場合もあれば、必要以上に待ち時間が長く、タクトを損失する不要な時間となる場合も含まれている。
【００１３】
不要な時間は、ＸＹ軸のストローク長などに依存する。これは、予め評価で決められたＺ軸駆動の起動時間が、ＸＹ軸ストローク長の任意の範囲で決められたものであり、その範囲内でＸＹ軸のストローク長の最小値と最大値には、Ｚ軸駆動の待ち時間に対し数ミリ秒の微小なマージン差が存在する。微小なマージン差であっても、実際にプリント基板に部品を搭載する多数の移動経路での総和では、損失したタクトが大きなものとなる。例えば基板１枚に５００点の部品を搭載する場合、平均して２ミリ秒のマージン差が存在すれば、総計では１秒のタクト差となる。
【００１４】
しかしながら従来は、このマージン差を解消することはできなかった。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、整定時間のマージンによって生じる待ち時間を解消して、部品装着タクトを短縮することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、生産プログラムに設定された経路に従って搭載ヘッドを移動させて、基板に部品を搭載する部品実装装置において、移動経路に沿って搭載ヘッドを移動させた時の実測整定時間と設定整定時間の差をタクト短縮時間として保存する手段と、前記タクト短縮時間分だけ生産プログラムの整定待ち時間を短縮する手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
前記実測整定時間は、部品を搭載しながら、あるいは、部品を搭載せずに、搭載ヘッドを移動させて実測することができる。
【００１８】
又、前記実測整定時間を、所定の基板枚数の平均値とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、整定時間のマージンによって生じる待ち時間を解消し、部品装着タクトを短縮して、マウンタの性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
精度とタクトを決めるＸ、Ｙ、Ｚ、θ軸の駆動タイミングの中で、本実施形態では、移動経路毎にＸＹ軸の整定時間を実測し、Ｚ軸下降の最適なタイミングを自動的に取得し、その最適なタイミングを使用することで、搭載精度と部品吸着精度を維持した状態で、部品装着タクトを向上させる。
【００２２】
図３に、ＸＹ軸の整定時間を測定した結果、タクトが向上する分をタイミングチャートで図式的に示す。
【００２３】
図３（Ａ）は、従来の設計値を元にしたタイミング、図３（Ｂ）は、本発明による実測値を元にしたタイミングである。タイミングチャートで示した（Ａ）、（Ｂ）のＸ、Ｙ、Ｚは全て同じ動作プロファイル（最大速度、加速度、減速度、加減速カーブ）であり、Ｚ軸の駆動タイミングだけが異なる。このＺ軸の駆動タイミングは、ＸＹ軸の整定時間に依存する。ＸＹ軸のパルス払い出し完了（Ｔxy）から整定までの時間を、従来の（Ａ）ではＴ２（設定整定時間と称する）、本発明による（Ｂ）ではＴ４（実測整定時間と称する）で表わしている。
【００２４】
Ｔ３は、搭載する部品や押込み量によりＺ軸のストロークが変わる分を吸収するためのマージン時間であると同時に、ＸＹの整定に対する保険的な意味合いも含まれている。基本的には、Ｚ軸が下降を完了する直前でＸＹ軸が完全に整定するようにＺ軸駆動タイミングが制御されている。
【００２５】
従来の（Ａ）のＴ２、Ｔ３の時間は、予め評価で決定された設定値である。この評価で決定されるＴ２、Ｔ３のうち、ＸＹ軸の整定時間に当たるＴ２は、移動ストローク長と速度別に評価を行なって決定する。但し、移動ストローク長は任意の刻み範囲を持つため、その範囲内にある最大ストローク長では適正のタイミングであっても、最小ストローク長のタイミングでは微小な無駄な待ち時間Ｔ５（タクト損失時間と称する）を含む場合がある。本発明は、このタクト損失時間Ｔ５を解消するものである。
【００２６】
ＸＹ軸の整定時間は、従来の（Ａ）では、上記のように予め決められた設計値Ｔ２であるのに対し、本発明による（Ｂ）の場合は、実際の部品を搭載する移動毎に実測された実時間Ｔ４である。
【００２７】
Ｚ軸の駆動を前倒しする時間Ｔ１は、従来の（Ａ）では、次式に示す如く、Ｚ軸パルス指令払い出し時間Ｔ０から（Ｔ２＋Ｔ３）を差し引いて求められる。
【００２８】
Ｔ１＝Ｔ０−（Ｔ２＋Ｔ３）              …（１）
【００２９】
ここで、Ｚ軸パルス指令払い出し時間Ｔ０は、Ｚ軸の移動ストローク長と移動プロファイルにより計算される。
【００３０】
一方、本発明による（Ｂ）におけるＺ軸駆動前倒し時間Ｔ１は、次式に示す如く、Ｔ０から（Ｔ４＋Ｔ３）を差し引いて求められる。
【００３１】
Ｔ１＝Ｔ０−（Ｔ４＋Ｔ３）              …（２）
【００３２】
Ｔ５は、次式に示す如く、設定値Ｔ２と実測値Ｔ４の差分であり、タクト損失時間に該当し、この分だけ本発明によりタクトを短縮できる。
【００３３】
Ｔ５＝Ｔ２−Ｔ４                        …（３）
【００３４】
図において、Ｔxyは、移動ストロークと速度、加速度、減速度、加減速カーブパターンより算出されたＸＹ指令パルス払い出し時間、Ｔzstは、Ｚ軸移動開始待ち時間であり、従来の（Ａ）では次の（４）式により算出され、本発明による（Ｂ）では次の（５）式により算出される。
【００３５】
Ｔzst＝Ｔxy−Ｔ１
＝Ｔxy−｛Ｔ０−（Ｔ２＋Ｔ３）｝      …（４）
Ｔzst＝Ｔxy−Ｔ１
＝Ｔxy−｛Ｔ０−（Ｔ４＋Ｔ３）｝      …（５）
【００３６】
図４に、本発明に係る制御データの構造の概略を示す。図４は、移動経路別整定時間サンプリング配列データを示したものである。これは、部品を搭載する情報が記述された生産プログラム（＝ＮＣデータ）にリンクされた情報であり、ファイルとして保存と読出しが可能である。先頭に管理インデックス（Ａ）として、配列構造をサンプリングするためのサンプリング回数（Ｂ）と経路情報を検索する情報（Ｃ）を持つ。又、表示用データ（Ｄ）として、タクト短縮時間（Ｅ）の情報を持つ。残りのデータは、部品供給装置から部品を吸着し、プリント基板に搭載するヘッド移動の経路毎の情報（Ｆ）を配列構造で持っている。各配列データ（Ｆ）には、ＸＹ移動に関する情報（搭載ステップ番号（Ｇ）、回路番号（Ｈ）、現在位置（Ｉ）、移動先座標（Ｊ）、移動最高速度（Ｋ）、移動加速度（Ｌ）、移動減速度（Ｍ））と、本発明により実測されたＸＹの整定時間データ（Ｎ）が含まれる。このＸＹ整定時間データ（Ｎ）には、実測した整定時間（Ｐ）及びタクト短縮時間（Ｑ）と、オペレータに指示された方法で平均された整定平均時間（Ｏ）が格納されている。なお、生産プログラムが変更された場合は移動経路が変更されるため、この配列データはリセットされる。
【００３７】
以下、本発明に係る処理手順を示す。
【００３８】
図５は、ＸＹ軸の移動に対応してＺ軸を移動（駆動）するタイミングを生成する手順を示す流れ図である。このＺ軸移動タイミングは、図中のステップ２００で示したＺ軸移動開始タイミング待ち合わせ時間により変化する。この処理は、移動経路毎に実行される。
【００３９】
まずステップ１１０で、ＸＹ軸移動指令を出力する。これにより、図３に示したようにＸＹ軸が動作を開始する。
【００４０】
次いでステップ１２０で、θ軸を回転する指令を出力する。
【００４１】
次いでステップ１３０で、ステップ１１０で出力したＸＹ軸移動のうち、Ｘ軸とＹ軸の移動で時間がかかる方を対象として、指令パルスが払い出し完了するまでの時間Ｔxyを、移動プロファイルから算出する。具体的には、まず、現在座標と指令の移動先の差分であるストローク長を求め、最大速度と加速度、減速度、指定の加減速カーブの種別により、指令パルスが払い出されるまでの時間Ｔxyを計算する。次に、Ｚ軸についても、同様に、指令パルスが払い出されるまでの時間Ｔ０を計算する。マージン時間Ｔ３は所定のパラメータエリアから取得する。
【００４２】
次いでステップ１４０に進み、キャリブレーション済みかを判定する。ここでキャリブレーション済みとは、プリント基板に全ての部品を搭載する動作を終えたところを１サイクルとした場合、１サイクル毎に表示される、タクト短縮時間やグラフをオペレータが見て、タクト短縮の整定時間測定がばらつきが無いと判断した場合に、操作によりキャリブレーション済みと設定される。キャリブレーション済みと設定されると、測定した移動時間経路毎の整定時間を使用したＺ軸駆動タイミングに切り替えられる。
【００４３】
キャリブレーション済みでない場合には、ステップ１５０に進み、図４に示した移動経路別整定時間サンプリング配列データの初期化が行なわれているか否かを判定する。初期化実行の有無は、図４のサンプリング回数（Ｂ）が０か否かで判定する。
【００４４】
初期化済みである場合には、ステップ１６０に進み、図４の経路インデックス（Ａ）で索引された経路の配列データ（Ｆ）に情報を設定する。設定する情報は、図４の（Ｇ）〜（Ｍ）の各情報である。
【００４５】
ステップ１４０の判定結果が正であり、キャリブレーション済みの場合には、ステップ１７０に進み、今回のＸＹ指令が、経路インデックス（Ｃ）で示された経路情報（Ｇ）〜（Ｍ）と一致しているか確認する。但し、座標の一致チェックは、別に用意された部品認識補正量と基板認識補正量を差し引いた比較となる。
【００４６】
ステップ１６０終了後、あるいはステップ１５０又は１７０の判定結果が否である場合には、ステップ１８０に進み、キャリブレーション済みでない場合用のＺ軸移動開始待ち時間Ｔzstを、前出（４）式を用いて算出する。ここで、予め評価で決定されたＸＹ軸の設定整定時間Ｔ２は、移動ストローク長と速度により、所定のパラメータ領域を参照して取得する。
【００４７】
一方、ステップ１７０の判定結果が正である場合には、ステップ１９０に進み、キャリブレーション済みの場合用のＺ軸移動開始待ち時間Ｔzstを、前出（５）式を用いて算出する。ここで実測整定時間Ｔ４は、図４の経路インデックス（Ｃ）で示された経路情報内の整定時間平均値（Ｏ）から取得する。
【００４８】
次いで、ステップ２００に進み、ステップ１８０又は１９０で算出したＺ軸移動開始待ち時間Ｔzstで待ち合わせを行ない、ステップ２１０で、Ｚ軸の下降指令を出力する。
【００４９】
次いでステップ２２０に進み、図４の経路インデックス（Ｃ）を更新（＋１）する。
【００５０】
図６に、ＸＹ軸の整定時間をサンプリングして、図４の経路インデックス（Ｃ）が示す経路データ内のＸＹ整定時間（Ｎ）の各データを更新するスレッドの手順を示す。このスレッドは、図５の処理と並列して動作する。
【００５１】
まずステップ２１０で、キャリブレーション済みか否かを判定する。キャリブレーション済みである場合には、以降のサンプリング処理は行なわない。
【００５２】
キャリブレーション済みでない場合には、ステップ２２０に進み、Ｘ軸とＹ軸のうち移動に時間がかかる方の軸に対し、パルス払い出しの完了割り込みを待つ。
【００５３】
次いでステップ２３０に進み、監視する計数カウンタを初期化し、時間監視を開始する。
【００５４】
次いでステップ２４０に進み、Ｘ軸とＹ軸のうち、移動に時間がかかる方の軸に対して、現在位置が指令位置に極めて近い指定の範囲内に入るインポジション割り込みを待つ。
【００５５】
次いでステップ２５０に進み、現在位置であるエンコーダ（例えばリニアエンコーダ）検出器からのフィードバック位置を読む。この読み込みは、周期的に行なわれる。
【００５６】
次いでステップ２６０に進み、ステップ２５０で読み出した現在位置が、移動先の位置と一致したか否かを判定する。不一致の場合にはステップ２５０に戻る。
【００５７】
現在位置が移動先位置と一致した場合は、ステップ２７０に進み、時間監視を終了して、整定を計数するカウンタの計数時間を実測整定時間Ｔ４とする。この実測整定時間Ｔ４を、図４の経路インデックス（Ｃ）が示す経路データ内のＸＹ整定時間データ（Ｎ）の整定時間（Ｐ）に、サンプリング回数（Ｂ）をインデックスとして格納する。
【００５８】
次いでステップ２８０に進み、実測整定時間Ｔ４と、予め評価で決定された設計値である設定整定時間Ｔ２との差であるタクト短縮時間Ｔ５を前出（３）式により算出し、上記と同じ索引方法で短縮時間（Ｑ）に格納する。
【００５９】
図７に、マウンタのオペレーションモニタ７０の操作画面に表示される内容と操作に関する概略の手順を示す。画面表示は、プリント基板１枚に全部品が搭載された時に更新される。表示される内容は、図８に例示する如く、キャリブレーションによりプリント基板１枚当たりの搭載タクトがどれだけ短縮されたかが分かる数値データと、縦軸にキャリブレーションした結果１枚当たりのタクト短縮時間、横軸にキャリブレーションでサンプリングしたプリント基板の枚数を取ったグラフとで表示する。このグラフは、ばらつきを見るためのものであり、サンプリングした整定時間の平均方法を、単純平均、移動平均、タクト最良値等から選択する操作を行なう時の判断材料としてグラフ表示が利用される。又、グラフ表示には、図９に例示するような詳細表示モードがあり、移動経路毎の短縮した時間を表示することができる。
【００６０】
平均方法がオペレータの操作により決定されると、キャリブレーション済みの状態となる。
【００６１】
以下、図７の手順を詳細に説明する。
【００６２】
まずステップ３１０で、プリント基板に全部品搭載済みか否かを判定する。基板に部品を搭載している間は、以下の表示処理を行なわない。
【００６３】
ステップ３１０の判定結果が正である場合には、ステップ３２０に進み、短縮時間（図４のＱ）の総和を短縮時間合計（図４のＥ）に格納し、その合計時間を表示する。
【００６４】
次いでステップ３３０に進み、キャリブレーションによりプリント基板１枚当たりどれ位短縮されたか、図８の左側に例示したように、タクト時間を縦軸に、キャリブレーションでサンプリングしたプリント基板の枚数を横軸にとって、グラフで表示する。このグラフにより、ばらつきや飽和状態が分かり易く表示される。
【００６５】
又、図９に例示したような詳細表示モードを設け、移動経路別のタクト短縮時間を表示する。このグラフは、キャリブレーションした基板枚数分の線数があり、色を変えて表示し、ばらつきの多い部分はマークを表示して強調することができる。
【００６６】
次いでステップ３４０に進み、グラフを見たオペレータに対して、キャリブレーションを終了して良いか問合せする。又、この問合せ画面には、キャリブレーションデータを強制リセットするボタンや、キャリブレーションの有効／無効を選択できる選択肢を持つ。
【００６７】
ステップ３４０でキャリブレーションを終了して良いと判定された場合には、ステップ３５０に進み、ソフトウェア内部の識別フラグであるキャリブレーション済みフラグをセットする。
【００６８】
次いでステップ３６０に進み、操作画面において、サンプリングしたＸＹの整定時間の平均方法を選択入力する。例えば単純平均や移動平均、最短タクト、安全タクト、キャリブレーション未使用（設計値使用）等から選択することができる。
【００６９】
選択された平均方法で整定時間（図４のＰ）の平均を取り、整定時間平均（図４のＯ）に格納する。
【００７０】
次いでステップ３７０に進み、サンプリング回数（図４のＢ）を更新（＋１）する。
【００７１】
次いでステップ３８０に進み、基板生産が終了したら処理を抜ける。
【００７２】
本実施形態においては、平均方法を選択できるようにしているので、オペレータの判断で適切な平均方法を選択できる。なお、平均方法を固定したり、あるいは平均することなく１回のデータを用いることもできる。
【００７３】
又、本実施形態においては、生産中に実際に部品を搭載しながら整定時間を実測しているので、高精度の整定時間を実測することができる。なお、生産前に部品を搭載しないままヘッドを移動して整定時間を実測する空打ちキャリブレーションを行なうこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明が適用される部品実装装置の一例の全体構成を示す、一部を切り欠いて示す斜視図
【図２】同じく搭載ヘッド部の詳細構成を示す斜視図
【図３】従来例と本発明におけるタクトの比較を示すタイムチャート
【図４】本発明に係る実施形態の制御データの概略構造を示す図
【図５】同じくＺ軸移動タイミング生成手順を示す流れ図
【図６】同じく整定時間サンプリングスレッドの手順を示す流れ図
【図７】同じく画面表示の手順を示す流れ図
【図８】同じく表示画面の一例を示す図
【図９】同じく詳細表示画面の一例を示す図
【符号の説明】
【００７５】
１０…部品実装装置
２０…部品供給部
２２…部品
３０…基板搬送部
３２…基板
４０…ＸＹ移送部
４２…搭載ヘッド
４４…吸着ノズル
７０…オペレーションモニタ
Ｔ２…設定整定時間
Ｔ４…実測整定時間
Ｔ５…タクト損失時間
【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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【図８】
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【図９】
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